KR20150069335A - Method for preparing Cathode active material, cathode active material prepared by the same, and lithium secondary batteries comprising the same - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a method for preparing a positive electrode active material, comprising a step of mixing Li_α(NH_4)_βPO_4(α+β=3) to lithium metal composite oxide particles and treating the same by heat, wherein the a lithium metal phosphorus oxide is engraved and coated from surfaces of the lithium metal composite oxide particles to the inside by heat treatment, and to the positive electrode active material prepared by the method. According to the present invention, a lithium secondary battery using the positive electrode active material expresses high capacity due to the lithium metal phosphorus oxide having strong binding force with oxygen, and can highly improve lifespan properties since occurrence of oxygen gas is inhibited on surfaces of the positive electrode active material.

Description

양극 활물질의 제조 방법, 이 방법에 따라 제조된 양극 활물질 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지{Method for preparing Cathode active material, cathode active material prepared by the same, and lithium secondary batteries comprising the same}FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a cathode active material, a cathode active material prepared by the method, and a lithium secondary battery comprising the cathode active material,

본 발명은 양극 활물질, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 리튬 금속 복합산화물 입자에 리튬 금속 인산화물이 음각 코팅된 고용량, 장수명의 리튬 이차 전지용 양극 활물질 및 그 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a cathode active material, a method for producing the same, and a lithium secondary battery comprising the same, and more particularly, to a cathode active material for a lithium secondary battery having a high capacity and a long life, ≪ / RTI >

리튬 이차전지는 고용량, 고출력 및 장수명 등의 우수한 성능을 가진 이차전지로서 전자기기, 휴대용 컴퓨터, 휴대폰 등의 소형 전자제품에 광범위하게 활용되고 있다. 특히, 환경문제에 대한 관심이 커짐에 따라 대기 오염의 주요 원인 중 하나인 가솔린 차량, 디젤 차량 등 화석연료를 사용하는 차량을 대체할 수 있는 전기자동차의 구동원으로서 높은 에너지 밀도와 방전 전압을 갖는 리튬 이차전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.BACKGROUND ART [0002] A lithium secondary battery is a secondary battery having excellent performance such as a high capacity, a high output and a long life, and is widely used in small electronic products such as electronic devices, portable computers and mobile phones. Especially, as the interest in environmental problems grows, it is one of the main causes of air pollution. As a driving source of electric vehicles that can replace fossil fuel vehicles such as gasoline vehicles and diesel vehicles, lithium Research on secondary batteries is actively under way.

리튬 이차전지에 사용되는 양극 활물질로는 리튬을 함유하고 있는 리튬 전이금속산화물이 주로 사용되고 있으며, 코발트계, 니켈계 및 코발트-니켈-망간이 공존하는 삼성분계 등의 층상계 리튬 전이금속산화물이 큰 비중을 차지하고 있다.Lithium transition metal oxides containing lithium are mainly used as the positive electrode active material used in lithium secondary batteries, and layered lithium transition metal oxides such as cobalt based, nickel based, and cobalt-nickel- Of the total.

그러나, 종래 양극 활물질로 많이 사용되고 있는 층상계 리튬 전이금속산화물은 사용할 수 있는 가역용량이 200mAh/g 이하이기 때문에 에너지 밀도에 있어서 한계가 있다. 따라서, 양극의 가역용량의 제한으로 인한 리튬 이차전지의 문제점을 해결하는 수단으로서 일반 층상계 리튬 전이금속산화물 대신, 리튬을 과량으로 포함하는 리튬-과잉 층상계 산화물(overlithiated oxide: OLO)에 대한 연구가 진행되고 있다.However, the layered lithium transition metal oxide, which is conventionally used as a cathode active material, has a limit in the energy density because the reversible capacity that can be used is 200 mAh / g or less. Therefore, as a means for solving the problem of the lithium secondary battery due to the limitation of the reversible capacity of the anode, a study on a lithium-excess layered oxide (OLO) containing an excess of lithium instead of the general layered lithium transition metal oxide .

리튬-과잉 층상계 산화물을 포함하는 양극 활물질은, 기존의 LiMO2(M은 Co, Ni 및 Mn 중 선택된 1종 이상의 전이금속)와 같은 층상계 리튬 전이금속산화물에 Li2MnO3 상이 복합화되어 있는 복합체 구조를 가지며, 4.6V로 초기 충전하면, Li2MnO3로부터 산소가 탈리되고, 리튬이 추출됨으로써 고용량을 발현할 수 있다.The positive electrode active material containing a lithium-excess layered oxide has a structure in which a Li 2 MnO 3 phase is mixed with a layered lithium-transition metal oxide such as conventional LiMO 2 (M is at least one selected from Co, Ni and Mn) When the battery is initially charged at 4.6 V, oxygen is desorbed from Li 2 MnO 3 , and lithium is extracted, thereby exhibiting a high capacity.

그러나, 고전압에서의 전해액의 분해 및 자체 산소 발생으로 인하여 반복된 충·방전시 결정구조가 물리적, 화학적으로 변형됨으로써 레이트 특성이 저하되므로, 결과적으로 전지의 성능 및 수명 특성을 저하시키는 문제점이 있다.However, due to the decomposition of the electrolytic solution at high voltage and the generation of self-oxygen, the crystal structure is physically and chemically deformed at the time of repeated charging and discharging, and the rate characteristic is lowered, thereby deteriorating the performance and life characteristics of the battery.

이러한 문제를 해결하기 위하여, 특허문헌 1은 리튬-과잉 금속 복합산화물의 표면을 개질하는 방법, 구체적으로 화학식 LiwNixCoyMn1 -x-y- zMzO2(1.2≤w≤1.5, 0<x<1, 0y<1, 0.5≤1-x-y-z, M은 Al, Mg, Fe, Cu, Zn, Cr, Ag, Ca, Na, K, In, Ga, Ge, V, Mo,Nb, Si, Ti 및 Zr으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 종 이상의 금속)로 표시되는 리튬 금속 복합산화물 코어; 및 상기 리튬 금속 복합산화물 코어 위에 불소 화합물을 함유하는 코팅층을 포함하는 리튬 이차전지용 양극 활물질에 대해 개시하고 있다. In order to solve such a problem, Patent Document 1 discloses a method of modifying the surface of a lithium-excess metal composite oxide, specifically, a method of modifying the surface of a lithium-excess metal composite oxide, specifically Li w Ni x Co y Mn 1 -xy- z M z O 2 M is at least one element selected from the group consisting of Al, Mg, Fe, Cu, Zn, Cr, Ag, Ca, Na, K, In, Ga, Ge, V, Mo, Nb, At least one metal selected from the group consisting of Si, Ti and Zr); And a coating layer containing a fluorine compound on the lithium-metal composite oxide core, and a cathode active material for a lithium secondary battery.

또한, 특허문헌 2는 양극 활물질의 코어부는 고용량 특성을 가지는 XLi2MnO3·(1-X)LiMO2로 구성되고, 양극 활물질의 쉘부는 열적안전성이 우수한 Liδ[NixMn(1-(x+y))y]O2로 구성되는 것을 특징으로 하는 코어-쉘 이중층 구조를 갖는 리튬 이차전지용 양극 활물질에 대해 개시하고 있다(여기서, X는 0 초과 0.9 미만이고, M은 니켈, 철, 망간, 코발트 또는 알루미늄이고, δ는 1.0이상 1.5이하이고, x는 0.01이상 0.05이하이고, M´는 코발트, 철 또는 알루미늄이다.). Further, Patent Document 2 XLi 2 MnO 3 · (1- X) is composed of LiMO 2, the shell portion of the positive electrode active material having excellent thermal safety δ Li [Ni x Mn (1- a core portion having high capacity properties of the positive electrode active material ( x + y)) M ' y ] O 2 , wherein X is more than 0 and less than 0.9, and M is at least one element selected from the group consisting of nickel, Iron, manganese, cobalt or aluminum, 隆 is not less than 1.0 and not more than 1.5, x is not less than 0.01 and not more than 0.05, and M 'is cobalt, iron or aluminum.

상기 선행기술문헌들에 의해 제조된 양극 활물질을 이용하여 제조된 이차전지의 경우, 초기 방전용량이 220mAh/g 이상으로 기존의 층상계 리튬 전이금속산화물을 사용한 양극 활물질에 비하여 향상되었으나, 더욱 높은 방전용량 및 수명특성을 갖는 리튬이차전지용 양극 활물질에 대한 연구가 계속적으로 요구되고 있다.
In the case of the secondary battery manufactured using the cathode active material manufactured by the above prior art documents, the initial discharge capacity was 220 mAh / g The lithium transition metal oxide of the present invention has been improved as compared with the cathode active material using the conventional layered lithium transition metal oxide. However, there is a continuing need for research on a cathode active material for a lithium secondary battery having a higher discharge capacity and a longer lifetime.

KRKR 2013-00331552013-0033155 AA KRKR 2013-00805652013-0080565 AA

본 발명은 고용량의 발현이 가능한 리튬-과잉의 층상구조 리튬 금속 복합산화물 입자의 표면에 산소와의 결합력이 강한 리튬 금속 인산화물을 음각 코팅함으로써 고용량의 발현이 가능하면서도 수명 특성이 개선된 양극 활물질을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention relates to a cathode active material having a high capacity and capable of exhibiting a high capacity by coating a lithium metal phosphide having a strong binding force with oxygen on the surface of a lithium-excess layered lithium metal composite oxide particle capable of high- The purpose is to provide.

본 발명의 다른 목적은 불소(F)가 도핑된 상기 리튬 금속복합 산화물에 리튬 금속 인산화물을 음각 코팅함으로써 전지용량이 더욱 개선된 양극 활물질을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a cathode active material having improved battery capacity by intentionally coating a lithium metal phosphate with the lithium metal complex oxide doped with fluorine (F).

본 발명의 또 다른 목적은 상기 양극 활물질의 간단한 제조방법 및 이를 포함하는 이차 전지를 제공하는 것이다.
It is another object of the present invention to provide a simple method for manufacturing the above-mentioned cathode active material and a secondary battery including the same.

상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 리튬 금속 복합산화물 입자에 Liα(NH4)βPO4(α+β=3)를 혼합한 후 열처리하는 단계를 포함하며, 상기 열처리에 의해 상기 리튬 금속 복합산화물 입자의 표면에서 내측으로 리튬 금속인산화물이 음각 코팅되는 것을 특징으로 하는 양극 활물질의 제조방법을 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a lithium metal composite oxide particle including Li alpha (NH 4 ) β PO 4 (α + β = 3) mixed with lithium metal composite oxide particles and heat- Wherein a lithium metal oxide is intaglio coated on the inner surface of the surface of the lithium metal composite oxide particle.

상기 열처리 온도는 500 ~ 700 ℃인 것이 바람직하고, 상기 Liα(NH4)βPO4 (α+β=3)의 혼합량은 상기 양극 활물질에 포함되는 전체 리튬량을 기준으로 1~10몰%인 것이 바람직하다.The mixing ratio of Li alpha (NH 4 ) β PO 4 (α + β = 3) is preferably from 1 to 10 mol% based on the total amount of lithium contained in the positive electrode active material, .

또한, 상기 리튬 금속 복합산화물은, 전이금속 화합물 전구체를 합성하는 단계; 및 상기 전이금속 화합물 전구체와 Li 공급원을 혼합한 후 600 ~ 1000℃에서 열처리하는 단계에 의하여 제조될 수 있으며, 이때 사용되는 상기 리튬 공급원은 Li2CO3, LiOH, LiNO3 및 LiCH3COO로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다. Also, the lithium metal composite oxide may be prepared by: synthesizing a transition metal compound precursor; And a step of mixing the precursor of the transition metal compound with a source of Li and then heat-treating the precursor at 600 to 1000 ° C., wherein the lithium source used is Li 2 CO 3 , LiOH, LiNO 3 and LiCH 3 COO Lt; / RTI &gt;

상기 전구체와 Li 공급원의 혼합과정에서 불소 공급원을 추가하여 함께 열처리 할 수 있고, 이때 사용되는 불소 공급원은 상기 양극 활물질에 포함되는 Li : F의 몰비가 1 : 0.01 ~ 0.1이 되도록 혼합하는 것이 바람직하며, 상기 불소 공급원은 LiF, NaF, KF, CsF, RbF, TiF, AgF, AgF₂, BaF2, CaF2, CuF2, CdF2, FeF2, HgF2, Hg2F2, MnF2, MgF2, NiF2, PbF2, SnF2, SrF2, XeF2, ZnF2, AlF3, BF3, BiF3, CeF3, CrF3, DyF3, EuF3, GaF3, GdF3, FeF3, HoF3, InF3, LaF3, LuF3, MnF3, NdF3, VOF3, PrF3, SbF3, ScF3, SmF3, TbF3, TiF3, TmF3, YF3, YbF3, TIF3, CeF4, GeF4, HfF4, SiF4, SnF4, TiF4, VF4, ZrF4, NbF5, SbF5, TaF5, BiF5, MoF6, ReF6, SF6 및 WF6로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상이 사용될 수 있다. The fluorine source may be added in the mixing process of the precursor and the Li source, and the fluorine source may be mixed such that the mole ratio of Li: F contained in the cathode active material is 1: 0.01-0.1 the fluorine source may be LiF, NaF, KF, CsF, RbF, TiF, AgF, AgF₂, BaF 2, CaF 2, CuF 2, CdF 2, FeF 2, HgF 2, Hg 2 F 2, MnF 2, MgF 2, NiF 2, PbF 2, SnF 2 , SrF 2, XeF 2, ZnF 2, AlF 3, BF 3, BiF 3, CeF 3, CrF 3, DyF 3, EuF 3, GaF 3, GdF 3, FeF 3, HoF 3 , InF 3, LaF 3, LuF 3, MnF 3, NdF 3, VOF 3, PrF 3, SbF 3, ScF 3, SmF 3, TbF 3, TiF 3, TmF 3, YF 3, YbF 3, TIF 3, CeF 4, GeF 4, HfF 4, SiF 4, SnF 4, TiF 4, VF 4, ZrF 4, NbF 5, SbF 5, TaF 5, BiF 5, MoF 6, ReF 6, SF 6 , and from the group consisting of WF 6 At least one selected may be used.

또한, 본 발명은 하기의 화학식 1로 표현되는 층상구조의 리튬 금속 복합산화물 입자의 표면에서 내측으로 하기의 화학식 2로 표현되는 리튬 금속 인산화물이 음각 코팅된 것을 특징으로 하는 양극 활물질을 제공한다.The present invention also provides a positive electrode active material characterized in that a lithium metal phosphate expressed by the following formula (2) is intaglio coated on the surface of a layered lithium metal composite oxide particle represented by the following formula (1).

화학식 1Formula 1

Li1 + xNiaCobMncO2 +d Li 1 + x Ni a Co b Mn c O 2 + d

(여기서, 0.1 < x < 0.33, 0 < a < 0.4, 0 < b < 0.4, 0.4 < c < 0.9, -0.5 < d < 0.5, x + a + b + c = 1)(Where 0 <x <0.33, 0 <a <0.4, 0 <b <0.4, 0.4 <c <0.9, -0.5 <d <0.5, x + a + b + c = 1)

화학식 2(2)

Li1 + yNiaCobMncPO4 +e Li 1 + y Ni a Co b Mn c PO 4 + e

(여기서, 0.1 < y < 0.33, 0 < a < 0.4, 0 < b < 0.4, 0.4 < c < 0.9, -0.5 < e < 0.5)0.4, 0 <b <0.4, 0.4 <c <0.9, -0.5 <e <0.5)

상기 리튬 금속 인산화물의 함량은 상기 양극 활물질에 포함되는 전체 리튬량을 기준으로 1~10몰%인 것이 바람직하다.The content of the lithium metal phosphate is preferably 1 to 10 mol% based on the total amount of lithium contained in the cathode active material.

상기 리튬 금속 복합산화물은 F로 도핑될 수 있고, 상기 F의 도핑량은 상기 양극 활물질에 포함되는 Li 전체량을 기준으로 1~10몰% 인 것이 바람직하다.The lithium metal composite oxide may be doped with F, and the doping amount of F is preferably 1 to 10 mol% based on the total amount of Li contained in the cathode active material.

그리고, 본 발명은 상기 양극 활물질을 포함하는 양극; 음극 활물질을 포함하는 음극; 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 존재하는 전해질을 포함하는 리튬 이차 전지를 제공한다.
The present invention also provides a positive electrode comprising the positive electrode active material; A negative electrode comprising a negative electrode active material; And an electrolyte existing between the positive electrode and the negative electrode.

본 발명에 따른 양극 활물질을 사용하는 리튬 이차 전지는 산소와의 결합력이 강한 리튬 금속 인산화물로 인하여, 고용량을 발현하면서도, 양극 활물질 표면에서 산소 가스의 발생이 억제되어 수명 특성을 크게 개선할 수 있다.The lithium secondary battery using the cathode active material according to the present invention is capable of suppressing the generation of oxygen gas on the surface of the cathode active material and improving the lifetime characteristics while exhibiting a high capacity due to the lithium metal phosphorous having strong binding force with oxygen .

또한, F가 추가로 도핑된 리튬 금속 복합산화물에 상기 리튬 금속 인산화물이 음각 코팅된 양극 활물질을 사용할 경우, 전지용량은 더욱 크게 향상될 수 있다.Further, when the positive electrode active material in which the lithium metal phosphate is intentionally coated on the lithium metal complex oxide doped with F further can be used, the battery capacity can be further improved.

또한, 본 발명에 따른 양극 활물질의 제조방법에 의하면, 산소와의 결합력이 강한 리튬 금속 인산화물을 리튬 금속 복합산화물 표면에 간단한 프로세스에 의하여 음각 코팅할 수 있다.
According to the method for producing a cathode active material according to the present invention, a lithium metal phosphorous having a strong binding force with oxygen can be reliably coated on the surface of a lithium metal composite oxide by a simple process.

도 1은 리튬 금속 인산화물이 음각 코팅된 양극 활물질의 개략도이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic view of a positive electrode active material in which a lithium metal phosphate is intaglio coated.

<양극 활물질의 제조방법>&Lt; Method for producing positive electrode active material &

발명은 리튬 금속 복합산화물 입자에 Liα(NH4)βPO4(α+β=3)를 혼합한 후 열처리하는 단계를 포함하며, 상기 열처리에 의해 상기 리튬 금속 복합산화물 입자의 표면에서 내측으로 리튬 금속인산화물이 음각 코팅되는 양극 활물질의 제조방법에 관한 것이다.Invention to the inside on the surface of the Li α (NH 4) β PO 4 (α + β = 3) were mixed, and comprising the step of heat-treating, the lithium-metal complex oxide by the heat-treated particles in the lithium-metal composite oxide particles And a method for producing a cathode active material in which a lithium metal phosphorus oxide is intaglio coated.

여기서, "음각 코팅"이라는 표현은, 코팅층을 형성하는 원료 물질 중의 일부 물질(리튬 공급원과 인산화물 공급원)만이 추가 공급된 상태에서, 이들 추가 공급된 원료 물질이 모재인 리튬 금속 복합산화물 내의 일부의 전이금속과 결합되어 리튬 금속 인산화물 코팅층을 형성하는 것을 의미하며, 본 명세서에서는 상기 특허문헌 1과 같이 코팅층을 형성하는 모든 원료 물질이 공급되어 모재의 표면 위에 양각으로 코팅되는 일반적인 표면 코팅과 명확히 구별하기 위하여 "음각코팅"이라는 표현을 사용한다.Here, the expression "intaglio coating" means that, in a state in which only some of the raw materials (the source of lithium and the source of phosphorous acid) in the raw material forming the coating layer are additionally supplied, Means that a lithium metal phosphate coating layer is formed by bonding with a transition metal. In the present specification, as described in Patent Document 1, there is a clear distinction between a general surface coating to which all the raw materials forming the coating layer are supplied, The expression "intaglio coating" is used.

즉, 하기 화학식1로 표현되는 리튬 금속 복합산화물에 리튬 공급원과 인산화물 공급원이 되는 Liα(NH4)βPO4(α+β=3)을 혼합하여 열처리함으로써, 상기 공급원으로부터 NH4가 제거되고 Li와 PO4가 이온형태로 리튬 금속 복합산화물 입자의 표면에서 내부로 확산되면서 상기 리튬 금속 복합산화물 내의 전이금속과 결합하여 하기 화학식 2로 표현되는 리튬 금속인산화물 코팅층을 형성한다. 따라서, 본 발명에 따른 양극 활물질은 기존의 일반적인 표면 코팅의 경우와 달리 코팅층 형성으로 인하여 입자 크기는 달라지지 않는다. That is, a Li α (NH 4) β PO 4 by heat-treating a mixture of (α + β = 3), the NH 4 removed from the source is a lithium source and the source of phosphate in the lithium-metal composite oxide represented by the general formula (1) And Li and PO 4 are diffused from the surface of the lithium metal composite oxide particle in an ionic form into the transition metal in the lithium metal complex oxide to form an oxide coating layer which is a lithium metal represented by the following Chemical Formula 2. Therefore, the cathode active material according to the present invention does not change the particle size due to the formation of the coating layer unlike the conventional surface coating.

상기 열처리에 의해 하기의 화학식 1로 표현되는 리튬 금속 복합산화물 입자의 표면에서 내측으로 하기의 화학식 2로 표현되는 리튬 금속 인산화물이 음각 코팅된 양극 활물질이 제조된다.By the heat treatment, a cathode active material having an intaglio coated lithium metal phosphate represented by the following formula (2) is produced inward from the surface of the lithium metal composite oxide particle represented by the following formula (1).

화학식 1Formula 1

Li1 + xNiaCobMncO2 +d Li 1 + x Ni a Co b Mn c O 2 + d

(여기서, 0.1 < x < 0.33, 0 < a < 0.4, 0 < b < 0.4, 0.4 < c < 0.9, -0.5 < d < 0.5, x + a + b + c = 1)(Where 0 <x <0.33, 0 <a <0.4, 0 <b <0.4, 0.4 <c <0.9, -0.5 <d <0.5, x + a + b + c = 1)

화학식 2(2)

Li1 + yNiaCobMncPO4 +e Li 1 + y Ni a Co b Mn c PO 4 + e

(여기서, 0.1 < y < 0.33, 0 < a < 0.4, 0 < b < 0.4, 0.4 < c < 0.9, -0.5 < e < 0.5) 0.4, 0 <b <0.4, 0.4 <c <0.9, -0.5 <e <0.5)

상기 열처리는 500 ~ 700℃의 온도 범위에서 1 ~ 10시간 동안 진행되는 것이 바람직한데, 500 ℃ 미만일 경우 리튬 금속 복합산화물 내의 전이금속과 Liα(NH4)βPO4 간의 반응이 잘 이루어지지 않아 리튬 금속 인산화물 음각 코팅층의 형성이 어려울 수 있고, 반면 700 ℃를 초과할 경우 리튬 금속 복합산화물의 내부 중심까지 인산화물로 될 우려가 있다.The heat treatment is preferably performed at a temperature of 500 to 700 ° C for 1 to 10 hours. When the temperature is lower than 500 ° C, the reaction between the transition metal in the lithium metal complex oxide and Li ? (NH 4 ) ? PO 4 is not performed well It may be difficult to form an intaglio coating layer of a lithium metal phosphate. On the other hand, if it exceeds 700 ° C, there is a possibility that the inner center of the lithium metal composite oxide is converted to phosphoric acid.

이러한 열처리 단계에서 상기 리튬 금속산화물과 함께 혼합되는 상기 Liα(NH4)βPO4 (α+β=3)의 함량은 상기 양극 활물질에 포함되는 전체 리튬량을 기준으로 1~10몰% 인 것이 바람직하며, 상기 함량이 1몰% 미만일 경우 리튬 금속인산화물의 음각 코팅 비율이 줄어들어 고전압 하에서 양극 활물질 표면에서 산소가 탈리되는 것을 억제하기에 부족할 수 있고, 반면 10몰%를 초과할 경우 상대적으로 리튬 금속 복합산화물의 함량이 줄어들게 되므로 이를 포함하는 이차전지의 용량이 저하될 우려가 있다.In this heat treatment step to be mixed with the lithium metal oxide Li α (NH 4) β PO 4 (α + β = 3) content of 1 to 10 mol, based on% the total amount of lithium contained in the positive electrode active material of If the content is less than 1 mol%, the intaglio coating ratio of the lithium metal phosphorus oxide is reduced, and it may be insufficient to inhibit the desorption of oxygen at the surface of the cathode active material under a high voltage, whereas when it exceeds 10 mol% The content of the lithium metal composite oxide is reduced, and the capacity of the secondary battery including the lithium metal composite oxide may be lowered.

한편, 상기 리튬 금속 복합산화물은, 전이금속 화합물 전구체를 합성하는 단계; 및 상기 전이금속 화합물 전구체와 Li 공급원을 혼합한 후 600 ~ 1000℃에서 열처리하는 단계에 의하여 제조될 수 있다.Meanwhile, the lithium metal composite oxide may be prepared by: synthesizing a transition metal compound precursor; And mixing the precursor of the transition metal compound and a source of Li, followed by heat treatment at 600 to 1000 ° C.

구체적으로, 상기 리튬 금속 복합산화물의 제조방법에 대하여 설명하면 다음과 같다.Specifically, a method for producing the lithium metal composite oxide will be described below.

먼저, 수산화물 형태인 전이금속 수산화물 전구체를 합성한다.First, a transition metal hydroxide precursor in the hydroxide form is synthesized.

전이금속 수산화물 형태의 전구체 합성을 위해서는, 물에 용해되는 염의 형태로, 니켈 황산염, 니켈 질산염 및 니켈 탄산염으로 이루어진 군에서 선택된 1종; 코발트 황산염, 코발트 질산염 및 코발트 탄산염으로 이루어진 그룹에서 선택된 1종; 그리고 망간 황산염, 망간 질산염 및 망간 탄산염으로 이루어진 그룹에서 선택된 1 종을 일정 몰농도로 녹여서 수용액을 제조한 후, NaOH, NH4OH 및 KOH로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 이상의 염기를 이용하여 pH 10 ~ 12범위에서 수산화물의 형태로 침전시킨다.For the synthesis of a precursor in the form of a transition metal hydroxide, it is preferred to use one selected from the group consisting of nickel sulfate, nickel nitrate and nickel carbonate in the form of a salt dissolved in water; Cobalt sulfate, cobalt nitrate and cobalt carbonate; The aqueous solution is prepared by dissolving one selected from the group consisting of manganese sulfate, manganese nitrate, and manganese carbonate at a constant molar concentration, and then, by using at least one base selected from the group consisting of NaOH, NH 4 OH, and KOH, 12 &lt; / RTI &gt; in the form of hydroxides.

이때, 상기pH가 10보다 낮은 경우에는 입자의 핵 생성속도보다 입자 응집속도가 더 커서 입자의 크기가 3㎛ 이상으로 성장할 수 있고, pH가 12보다 높은 경우에는 입자의 핵 생성속도가 입자 응집속도보다 커서 입자의 응집이 되지 않아 Ni, Co, Mn등의 전이금속 각 성분이 균질하게 혼합된 전이금속 수산화물을 얻기 어렵다는 문제가 생길 수 있다. At this time, when the pH is lower than 10, the particle aggregation rate is larger than the nucleation rate of the particles, and the particle size may grow to 3 μm or more. When the pH is higher than 12, The particles are not agglomerated and there may arise a problem that it is difficult to obtain a transition metal hydroxide in which each component of the transition metal such as Ni, Co, Mn is homogeneously mixed.

이렇게 침전된 분말의 표면에 흡착되어 있는 SO4 2 -, NH4 +, NO3 -, Na+, K+ 등을 증류수를 이용하여 수 차례 세정하여 고순도의 전이금속 수산화물 전구체를 합성한다. 이렇게 합성된 전이금속 수산화물 전구체를 150 ℃의 오븐에서 24시간 이상 건조하여 수분 함유량이 0.1 wt% 이하가 되도록 한다.The SO 4 2 - , NH 4 + , NO 3 - , Na + , K + adsorbed on the surface of the precipitated powder is washed several times with distilled water to synthesize a high purity transition metal hydroxide precursor. The thus-synthesized transition metal hydroxide precursor is dried in an oven at 150 ° C for at least 24 hours so that the water content is 0.1 wt% or less.

이렇게 제조된 상기 전이금속 화합물 전구체는 화학식 NiaCobMnc(OH)2 (0.1 ≤ a < 0.5, 0 ≤ b < 0.7, 0.2 ≤ c < 0.9, a + b + c = 1)로 표시되는 전이금속 수산화물 형태인 것이 바람직하다.The transition metal compound precursor thus prepared is represented by the formula Ni a Co b Mn c (OH) 2 (0.1 ≤ a <0.5, 0 ≤ b <0.7, 0.2 ≤ c <0.9, a + b + c = 1) It is preferred that the transition metal hydroxide is in the form of a transition metal hydroxide.

건조가 완료된 전이금속 수산화물 전구체와, Li 공급원을 균질하게 혼합한 후, 600 ~ 1000 ℃ 온도 범위에서 5 ~ 30 시간 동안 1차 열처리하여 리튬 금속 복합산화물을 얻는다. 이때 상기 열처리 온도가 600 ℃ 미만일 경우 Li 공급원과 전이금속 수산화물 전구체 간의 반응이 잘 이루어지지 않을 우려가 있고, 반면 1000 ℃를 초과할 경우 활물질의 입자 사이즈가 너무 증가하여 전지 특성이 감소하는 문제가 발생할 수 있다. 상기 리튬 공급원으로서는 Li2CO3, LiOH, LiNO3 및 LiCH3COO로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있고, 바람직하게는 Li2CO3 및 LiOH 중 선택하여 사용할 수 있다.After the dried transition metal hydroxide precursor and the Li source are homogeneously mixed, the lithium metal composite oxide is obtained by performing the first heat treatment at 600 to 1000 ° C for 5 to 30 hours. If the heat treatment temperature is less than 600 ° C, the reaction between the Li source and the transition metal hydroxide precursor may not be performed well. On the other hand, when the temperature exceeds 1000 ° C, the particle size of the active material is excessively increased, . As the lithium source, at least one selected from the group consisting of Li 2 CO 3 , LiOH, LiNO 3 and LiCH 3 COO can be used, and preferably Li 2 CO 3 And LiOH.

또한, 상기 전구체와 Li 공급원의 혼합과정에서 불소 공급원을 추가하여 함께 열처리 할 수 있고, 이때 사용되는 불소 공급원의 혼합량은 상기 양극 활물질에 포함되는 Li : F의 몰비가 1 : 0.01 ~ 0.1이 되도록 혼합하는 것이 바람직하다. 상기 불소 몰비가 0.01 미만일 경우 양극 활물질 내에 불소의 도핑량이 줄어들어 불소 도핑에 따른 효과가 충분히 발휘되지 못할 수 있으며, 반면 0.1을 초과할 경우 불소의 도핑량이 너무 많아져 수명 특성이 저하되는 문제가 발생될 우려가 있다. 상기 불소 공급원으로서는 LiF, NaF, KF, CsF, RbF, TiF, AgF, AgF₂, BaF2, CaF2, CuF2, CdF2, FeF2, HgF2, Hg2F2, MnF2, MgF2, NiF2, PbF2, SnF2, SrF2, XeF2, ZnF2, AlF3, BF3, BiF3, CeF3, CrF3, DyF3, EuF3, GaF3, GdF3, FeF3, HoF3, InF3, LaF3, LuF3, MnF3, NdF3, VOF3, PrF3, SbF3, ScF3, SmF3, TbF3, TiF3, TmF3, YF3, YbF3, TIF3, CeF4, GeF4, HfF4, SiF4, SnF4, TiF4, VF4, ZrF4, NbF5, SbF5, TaF5, BiF5, MoF6, ReF6, SF6 및 WF6로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 사용하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 LiF를 사용한다.
In addition, a fluorine source may be added to the precursor in the mixing process of the precursor and the Li source, and the mixture may be heat-treated at a mixing ratio of 1: 0.01 to 0.1 in terms of the molar ratio of Li: F contained in the cathode active material. . If the fluorine molar ratio is less than 0.01, the doping amount of fluorine in the cathode active material may be reduced, and the effect due to fluorine doping may not be sufficiently exhibited. On the other hand, if the fluorine molar ratio is more than 0.1, the doping amount of fluorine becomes too large, There is a concern. The fluorine source as LiF, NaF, KF, CsF, RbF, TiF, AgF, AgF₂, BaF 2, CaF 2, CuF 2, CdF 2, FeF 2, HgF 2, Hg 2 F 2, MnF 2, MgF 2, NiF 2 , PbF 2 , SnF 2 , SrF 2 , XeF 2 , ZnF 2 , AlF 3 , BF 3 , BiF 3 , CeF 3 , CrF 3 , DyF 3 , EuF 3 , GaF 3 , GdF 3 , FeF 3 , HoF 3 , InF 3, LaF 3, LuF 3 , MnF 3, NdF 3, VOF 3, PrF 3, SbF 3, ScF 3, SmF 3, TbF 3, TiF 3, TmF 3, YF 3, YbF 3, TIF 3, CeF 4 , GeF 4, HfF 4, SiF 4, SnF 4, TiF 4, VF 4, ZrF 4, NbF 5, SbF 5, TaF 5, BiF 5, MoF 6, ReF 6, SF 6 , and selected from the group consisting of WF 6 It is preferable to use at least one of them, more preferably LiF.

<양극 활물질><Cathode Active Material>

본 발명의 양극 활물질은 하기의 화학식 1로 표현되는 층상구조의 리튬 금속 복합산화물 입자의 표면에서 내측으로 하기의 화학식 2로 표현되는 리튬 금속 인산화물이 음각 코팅된 것을 특징으로 한다.The cathode active material of the present invention is characterized in that a lithium metal phosphate expressed by the following formula (2) is intaglio coated on the surface of a layered lithium metal composite oxide particle represented by the following formula (1).

화학식 1Formula 1

Li1 + xNiaCobMncO2 +d Li 1 + x Ni a Co b Mn c O 2 + d

(여기서, 0.1 < x < 0.33, 0 < a < 0.4, 0 < b < 0.4, 0.4 < c < 0.9, -0.5 < d < 0.5, x + a + b + c = 1)(Where 0 <x <0.33, 0 <a <0.4, 0 <b <0.4, 0.4 <c <0.9, -0.5 <d <0.5, x + a + b + c = 1)

화학식 2(2)

Li1 + yNiaCobMncPO4 +e Li 1 + y Ni a Co b Mn c PO 4 + e

(여기서, 0.1 < y < 0.33, 0 < a < 0.4, 0 < b < 0.4, 0.4 < c < 0.9, -0.5 < e < 0.5)0.4, 0 <b <0.4, 0.4 <c <0.9, -0.5 <e <0.5)

도 1은 리튬 금속 인산화물이 음각으로 코팅된 본 발명에 따른 양극 활물질의 개념도로서, 화학식 Li1 + xNiaCobMncO2 +d로 표현되는 리튬 금속 복합산화물 입자의 표면에 화학식 Li1 + yNiaCobMncPO4 +e로 표현되는 리튬 금속 인산화물이 음각으로 코팅되어 있는 양극 활물질의 구조를 개념적으로 설명한다.1 is a schematic view of the positive electrode active material according to the present invention is a lithium metal phosphate coated with a negative, the formula Li 1 + x Ni a Co b Mn c O 2 + d Formula on the surface of the lithium-metal composite oxide particle expressed by Li 1 + y Ni a Co b Mn c PO 4 + e , the cathode active material is negatively coated.

먼저, 상기 리튬 금속 복합산화물은 상기 x의 범위에 해당하는 몰수만큼 과잉의 리튬이 전이금속의 양이온 층에 혼재되어 있는 층상 결정구조를 가지며, 리튬을 제외한 금속 중 망간을 다른 금속에 비해 과량 포함한다. 다만, 상기 과잉의 리튬 함량이 0.33몰 이상일 경우에는, 양극활물질의 저항이 증가하여 양극 활물질의 출력이 감소되므로 바람직하지 않다.First, the lithium-metal composite oxide has a layered crystal structure in which an excessive amount of lithium is mixed in the cationic layer of the transition metal corresponding to the range of x, and manganese in the metal other than lithium is excessive in comparison with other metals . However, when the excess lithium content is 0.33 mol or more, the resistance of the positive electrode active material increases and the output of the positive electrode active material decreases, which is not preferable.

구체적으로, 상기 리튬 금속 복합산화물은 과량의 리튬으로 인하여 층상구조의 리튬 전이금속산화물인 LiMO2(여기서, M은 Ni, Co 및 Mn)과 층상구조의 Li2MnO3로 표현되는 두 가지 상으로 이루어진다. Specifically, the lithium metal composite oxide is composed of two phases represented by a layered lithium-transition metal oxide LiMO 2 (where M is Ni, Co and Mn) and a layered Li 2 MnO 3 due to excess lithium .

상기 층상구조의 LiMO2 하기의 반응식(1)과 같이 가역적인 충방전을 진행하는 활성영역이고, 층상구조의 Li2MnO3는 약 4.4V 이하에서는 Mn4 +를 가지는 비활성 영역이지만, 약 4.4V 이상의 전압이 인가되면 하기 반응식 (2)와 같이 Li2MnO3로부터 산소가 탈리되고 리튬이 추출됨으로써 전기화학적으로 활성을 갖게 되고, 240~250mAh/g 이상의 고용량을 발현할 수 있게 된다. The layered LiMO 2 Li 2 MnO 3 of the layered structure is an inactive region having Mn 4 + at about 4.4 V or less, but when a voltage of about 4.4 V or more is applied, As shown in the reaction formula (2), oxygen is released from Li 2 MnO 3 and lithium is extracted to become electrochemically active, and a high capacity of 240 to 250 mAh / g or more can be expressed.

LiMO2 → MO2 + Li+ + e- …… (1)LiMO 2 → MO 2 + Li + + e - ... ... (One)

Li2MnO3 → MnO2 + 2Li+ + 1/2O2 + 2e- …… (2)Li 2 MnO 3 ? MnO 2 + 2Li + + 1 / 2O 2 + 2e - ... ... (2)

그러나, 이러한 고용량을 발현하기 위해서는 4.6V 이상의 고전압 하에서 초기 충전을 통한 활성화 단계가 반드시 필요하므로, 고전압에서의 전해액의 분해 및 자체 산소 발생으로 인해 이차전지의 수명이 저하되는 문제가 수반된다.However, in order to exhibit such a high capacity, the activation step through initial charging is necessarily required under a high voltage of 4.6 V or more. Therefore, the life of the secondary battery is degraded due to decomposition of the electrolyte at high voltage and generation of self-generated oxygen.

따라서, 본 발명의 양극 활물질은 상기 리튬 금속 복합산화물 입자의 표면에 산소와 결합력이 강한 상기 리튬 금속 인산화물을 음각 코팅시킴으로써, 고전압 하에서 양극 활물질 표면의 Li2MnO3로부터 산소가 탈리되는 것을 억제할 수 있으므로 이차전지의 수명특성을 개선시킬 수 있게 된다.Therefore, the positive electrode active material of the present invention intentionally coating the lithium metal phosphorous having strong binding force with oxygen on the surface of the lithium metal composite oxide particle, thereby suppressing the desorption of oxygen from Li 2 MnO 3 on the surface of the cathode active material under high voltage The life characteristics of the secondary battery can be improved.

이러한 리튬 금속인산화물은 리튬 금속 복합산화물 입자에 Liα(NH4)βPO4(α+β=3)를 혼합하여 함께 열처리함으로써 상기 복합산화물 입자의 표면에 음각 코팅층으로서 형성된다.The lithium metal oxide which is formed as a lithium metal composite oxide particles in α Li (NH 4) PO 4 β engraved coating layer on the surface of the composite oxide particles by heat treatment with a mixture of (α + β = 3).

상기 리튬 금속 인산화물의 함량은 양극 활물질에 포함되는 전체 리튬량을 기준으로 1 ~ 10몰%인 것이 바람직하며, 상기 리튬 금속 인산화물의 함량이 1몰% 미만일 경우 양극 활물질 표면에 존재하는 Li2MnO3로부터 산소의 탈리를 막기에 부족할 수 있으며, 반면 10 몰%를 초과할 경우 상대적으로 리튬 금속 복합산화물의 함량이 줄어들게 되므로 소망하는 수준의 전지 용량을 확보하기 어려울 수 있으므로 바람직하지 않다.The content of the lithium metal phosphate is preferably 1 to 10 mol% based on the total amount of lithium contained in the cathode active material. When the content of the lithium metal phosphorous is less than 1 mol%, Li 2 If from MnO 3, and be out of the prevent desorption of oxygen, whereas exceeding 10 mol% is not preferred because it may be difficult to secure the capacity of the battery to a desired level, so relatively less the amount of the lithium-metal composite oxide.

또한, 상기 리튬 금속 복합산화물은 F로 도핑될 수 있다. 이러한 F의 도핑에 의해 상기 산화물의 결정 구조가 안정화 되고, 리튬의 이동도를 향상시킬 수 있다. 상기 F의 도핑량은 상기 양극 활물질에 포함되는 Li 전체량을 기준으로 1~10몰% 인 것이 바람직하다. 상기 도핑량이 1몰% 미만일 경우 불소 첨가에 따른 효과가 충분히 발휘되지 못할 수 있으며, 반면 10몰%를 초과할 경우 리튬 금속 복합산화물이 안정적인 구조를 유지하지 못하여 오히려 수명 특성이 저하되는 문제가 발생될 우려가 있다.
Also, the lithium metal composite oxide may be doped with F. Such F doping stabilizes the crystal structure of the oxide and improves the mobility of lithium. The doping amount of F is preferably 1 to 10 mol% based on the total amount of Li contained in the cathode active material. If the doping amount is less than 1 mol%, the effect of fluorine addition may not be sufficiently exhibited. On the other hand, if the doping amount is more than 10 mol%, the lithium metal complex oxide can not maintain a stable structure, There is a concern.

<양극 활물질을 포함하는 리튬 이차 전지>&Lt; Lithium Secondary Battery Containing Cathode Active Material >

본 발명에 따른 양극 활물질은, 리튬 이차 전지의 양극 소재로서 활용될 수 있고, 양극 활물질 조성 및 결정 구조 등을 제외하고는 공지의 이차 전지와 동일한 구조를 갖고, 공지의 동일한 제조방법에 의하여 제조될 수 있다.The positive electrode active material according to the present invention can be utilized as a positive electrode material of a lithium secondary battery and has the same structure as a known secondary battery except for the cathode active material composition and crystal structure and is manufactured by the same known manufacturing method .

바람직하게는, 리튬 이차 전지는 현재 본 기술 분야에서 널리 알려져 있는 통상적인 방법으로서, 양극과 음극 사이에 다공성 분리막을 넣고 전해질을 투입하여 제조할 수 있다. 음극으로는 리튬 메탈, 분리막은 다공성 PE 재질의 분리막, 전해질로는 1.3M LiPF6 EC(ethylene carbonate) : DMC(dimethyl carbonate) : EC이 5 : 3 : 2의 중량비로 혼합된 용액을 사용하여 제조한다.
Preferably, the lithium secondary battery can be manufactured by putting a porous separator between an anode and a cathode and introducing an electrolyte into the lithium secondary battery, which is a common method widely known in the art. The electrolyte was prepared using a mixed solution of 1.3 M LiPF 6 EC (ethylene carbonate): DMC (dimethyl carbonate): EC in a weight ratio of 5: 3: 2 as a cathode, lithium metal as a separation membrane, do.

이하에서는, 본 발명에 따른 양극 활물질의 제조방법 및 이에 의해 제조된 양극 활물질을 포함하는 리튬 이차 전지에 대하여, 바람직한 실시예 및 비교예를 통하여 상세히 설명한다. 그러나, 이러한 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐, 본 발명이 이러한 실시예에 의하여 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.
Hereinafter, a lithium secondary battery including a method for producing a cathode active material according to the present invention and a cathode active material produced thereby will be described in detail with reference to preferred embodiments and comparative examples. However, these embodiments are only a preferred embodiment of the present invention, and the present invention should not be interpreted as being limited by these embodiments.

실시예Example 1 One

① 전이 금속 수산화물 전구체 합성① Synthesis of transition metal hydroxide precursors

황산니켈 (NiSO4), 황산코발트 (CoSO4), 황산망간 (MnSO4)을 2 : 2 : 6의 몰비로 혼합하여 2M의 금속염 수용액을 제조하였다. 제조된 금속염 수용액을 10L 연속 반응기에 0.5L/h의 속도로 투입하였다. Nickel sulfate (NiSO 4 ), cobalt sulfate (CoSO 4 ) and manganese sulfate (MnSO 4 ) were mixed at a molar ratio of 2: 2: 6 to prepare a 2M aqueous metal salt solution. The prepared metal salt aqueous solution was introduced into a 10 L continuous reactor at a rate of 0.5 L / h.

2M 농도의 암모니아수(NH4OH)를 상기 반응기의 암모니아수 공급부를 통하여 0.5L/hr의 속도로 투입하고, 여기에 2M 농도의 수산화나트륨(NaOH) 수용액을 반응기의 수산화나트륨 수용액 공급부를 통하여 자동 투입하면서, pH미터와 제어부를 통해 pH 10.8이 유지되도록 하였다. 반응기의 온도는 50℃로 하고, 체류시간(RT)은 10시간으로 조절하였으며, 500rpm의 속도로 교반하였다.Ammonia water (NH 4 OH) at a concentration of 2 M was fed through the ammonia supply unit of the reactor at a rate of 0.5 L / hr, and an aqueous solution of sodium hydroxide (NaOH) at a concentration of 2 M was automatically supplied through the sodium hydroxide aqueous solution supply unit , pH 10.8 was maintained through pH meter and control unit. The temperature of the reactor was adjusted to 50 캜, the residence time (RT) was adjusted to 10 hours, and the stirring was carried out at a speed of 500 rpm.

이렇게 얻어진 반응 용액을 필터를 통해 여과하고 증류수로 정제한 후, 120℃의 오븐에서 24시간 건조하여 전이 금속 수산화물 전구체 Ni0 .2Co0 .2Mn0 .6(OH)2 를 합성했다.
So then the resultant reaction solution was filtered through a filter and purified by distilled water, and dried for 24 hours in an oven of 120 ℃ to synthesize a transition metal hydroxide precursor Ni 0 .2 Co 0 .2 Mn 0 .6 (OH) 2.

② 양극 활물질 합성② Cathode active material synthesis

상기 ①에서 합성한 1몰 당량의 전이 금속 수산화물 전구체, 0.58몰 당량의 탄산리튬(Li2CO3)을 혼합한 후, 700 ℃에서 10시간 동안 열처리하여 리튬 금속 복합산화물을 합성하였다.1 molar equivalent of the transition metal hydroxide precursor synthesized in the above (1) and 0.58 molar equivalent of lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) were mixed and then heat-treated at 700 ° C. for 10 hours to synthesize a lithium metal composite oxide.

합성된 리튬 금속 복합산화물에 0.02몰 당량의 Li(NH4)2PO4를 혼합한 후, 600℃에서 3 시간 동안 열처리하여 리튬 금속 복합산화물 표면에 리튬 금속인산화물이 음각 코팅된 양극 활물질 분말을 얻었다.
The synthesized lithium metal composite oxide was mixed with 0.02 molar equivalent of Li (NH 4 ) 2 PO 4 and then heat-treated at 600 ° C. for 3 hours to form a lithium metal composite oxide A positive electrode active material powder in which a lithium metal phosphorus oxide was intaglio coated was obtained.

실시예Example 2 2

상기 실시예 1의 리튬 금속 복합산화물 합성을 위하여, ①에서 합성한 1몰 당량의 전이 금속 수산화물 전구체 및 0.58몰 당량의 탄산리튬(Li2CO3)에 0.04몰 당량의 LiF을 추가 혼합한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 양극 활물질 분말을 얻었다.
For the synthesis of the lithium metal complex oxide of Example 1, except for the addition of 0.04 molar equivalent of LiF to 1 molar equivalent of the transition metal hydroxide precursor synthesized in (1) and 0.58 molar equivalent of lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) The cathode active material powder was obtained in the same manner as in Example 1.

비교예Comparative Example 1 One

상기 실시예 1의 ①에서 합성한 1몰 당량의 전이 금속 수산화물 전구체, 및 0.58몰 당량의 탄산리튬(Li2CO3) 을 혼합한 후, 700 ℃에서 10시간 동안 열처리하여 리튬 금속 복합산화물을 합성하여 양극 활물질 분말을 얻었다.
1 molar equivalent of a transition metal hydroxide precursor synthesized in Example 1 (1) and 0.58 molar equivalent of lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) were mixed and heat-treated at 700 ° C. for 10 hours to synthesize a lithium metal composite oxide To obtain a positive electrode active material powder.

<전지용량 및 수명특성 평가>&Lt; Evaluation of battery capacity and service life characteristics &

실시예 1, 2 및 비교예 1에서 합성된 양극 활물질과, 도전재인 Denka Black, 바인더인 폴리비닐리덴 플루오라이드 (PVDF) 를 92 : 4 : 4의 중량비로 혼합하여 슬러리를 제조하였다. 상기 슬러리를 알루미늄(Al) 호일 위에 균일하게 코팅하여 양극 전극 극판을 제작하였다.Denka Black, a conductive material, and polyvinylidene fluoride (PVDF), a binder, were mixed at a weight ratio of 92: 4: 4 to prepare a slurry. The slurry was uniformly coated on an aluminum (Al) foil to prepare a positive electrode electrode plate.

음극으로는 리튬 메탈, 분리막으로는 다공성 PE 재질의 분리막, 전해질로는 1.3M LiPF6 EC : DMC : EC이 5 : 3 : 2의 중량비로 혼합된 용액을 사용하여 코인 셀 타입의 리튬이차전지를 제작하였다.
A coin-cell type lithium secondary battery was fabricated using a mixture of lithium metal as a cathode, a separator of porous PE as a separator, and a mixture of 1.3M LiPF 6 EC and DMC: EC as electrolytes in a weight ratio of 5: 3: 2 Respectively.

전지 용량Battery capacity

제작한 코인셀은 25℃ 항온에 24시간 방치한 후, 리튬이차전지 충·방전 시험장치(Toyo System사)를 사용하고, 테스트 셀의 전압영역을 3.0 ~ 4.6V로 설정, CC(Constant Current)/CV(Constant Voltage) 모드에서 0.2C의 전류로 충·방전을 진행하고 방전용량을 구했다.
The prepared coin cell was allowed to stand at a constant temperature of 25 ° C for 24 hours, and then a lithium secondary battery charge / discharge test apparatus (Toyo System) was used. The voltage range of the test cell was set to 3.0 to 4.6 V, / CV (Constant Voltage) mode, charging / discharging was carried out at a current of 0.2 C and the discharge capacity was obtained.

수명 특성Life characteristics

첫 사이클 이후에는 테스트 셀의 전압영역을 2.5 ~ 4.6V로 설정, CC/CV 모드에서 1C의 전류로 충·방전하여 50사이클 반복하고, 용량 유지율을 평가하였다. 용량 유지율은 하기 식으로 산출하였다.After the first cycle, the voltage range of the test cell was set to 2.5 to 4.6 V, the current of 1 C was charged / discharged in the CC / CV mode, and the cycle was repeated for 50 cycles. The capacity retention rate was calculated by the following formula.

용량 유지율 (%) = (50회 충방전 후 방전용량 / 초기 방전용량) * 100
Capacity retention rate (%) = (discharge capacity after 50 charge / discharge / initial discharge capacity) * 100

상기 평가방법에 따라, 실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1 에서 제조된 양극 활물질을 포함하는 리튬 이차전지에 대한 방전 용량 및 용량 유지율을 하기 표 1에 나타내었다.
The discharge capacity and capacity retention rate of the lithium secondary battery including the cathode active material prepared in Example 1, Example 2, and Comparative Example 1 according to the above evaluation method are shown in Table 1 below.

방전용량(mAh/g)Discharge capacity (mAh / g) 용량유지율(%)Capacity retention rate (%) 실시예1Example 1 241241 9494 실시예2Example 2 242242 9494 비교예1Comparative Example 1 230230 8787

상기 표 1로부터 알 수 있듯이, 본 발명에 따라 리튬 금속 복합산화물에 리튬 금속 인산화물이 음각 코팅된 실시예 1의 양극 활물질을 포함하는 이차전지의 경우, 비교예 1에 비해 전지 용량 및 수명 특성이 크게 개선됨을 알 수 있다.As can be seen from Table 1, in the case of the secondary battery including the cathode active material of Example 1 in which the lithium metal phosphate was intentionally coated on the lithium metal composite oxide according to the present invention, the battery capacity and lifetime characteristics It can be seen that it is greatly improved.

또한, 실시예 1의 양극 활물질에 음이온 F가 추가된 실시예 2의 경우, 실시예 1보다도 전지 용량이 좀 더 개선되었음을 알 수 있다.
It can also be seen that the battery capacity of Example 2, in which the anion F is added to the positive electrode active material of Example 1, is more improved than that of Example 1.

Claims (13)

리튬 금속 복합산화물 입자에 Liα(NH4)βPO4(α+β=3)를 혼합한 후 열처리하는 단계를 포함하며,
상기 열처리에 의해 상기 리튬 금속 복합산화물 입자의 표면에서 내측으로 리튬 금속인산화물이 음각 코팅되는 것을 특징으로 하는 양극 활물질의 제조방법.
Lithium metal composite oxide particles in the Li α (NH 4) β PO 4 were mixed with the (α + β = 3) comprises the step of heat treatment,
Wherein the lithium metal oxide is intaglio coated on the surface of the lithium metal composite oxide particle by heat treatment.
제 1 항에 있어서,
상기 열처리 온도는 500 ~ 700 ℃인 것을 특징으로 하는 양극 활물질의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the heat treatment temperature is 500 to 700 占 폚.
제 1 항에 있어서,
상기 Liα(NH4)βPO4 (α+β=3)의 혼합량은 상기 양극 활물질에 포함되는 전체 리튬량을 기준으로 1~10몰%인 것을 특징을 하는 양극 활물질의 제조방법.
The method according to claim 1,
The Li α (NH 4) β PO 4 (α + β = 3) Amount of the method of producing a cathode active material characterized in that 1 to 10 mol%, based on the total amount of lithium contained in the positive electrode active material.
제 1 항에 있어서,
상기 리튬 금속 복합산화물은,
전이금속 화합물 전구체를 합성하는 단계; 및
상기 전이금속 화합물 전구체와 Li 공급원을 혼합한 후 600 ~ 1000℃에서 열처리하는 단계에 의하여 제조되는 것을 특징으로 하는 양극 활물질의 제조방법.
The method according to claim 1,
The lithium metal composite oxide may be,
Synthesizing a transition metal compound precursor; And
Wherein the transition metal compound precursor is mixed with a Li source and then heat-treated at 600 to 1000 占 폚.
제 4 항에 있어서,
상기 리튬 공급원은 Li2CO3, LiOH, LiNO3 및 LiCH3COO로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 양극 활물질의 제조방법.
5. The method of claim 4,
Wherein the lithium source is at least one selected from the group consisting of Li 2 CO 3 , LiOH, LiNO 3 and LiCH 3 COO.
제 4 항에 있어서,
상기 전구체와 Li 공급원의 혼합과정에서 불소 공급원을 추가하여 함께 열처리하는 것을 특징으로 하는 양극 활물질의 제조방법.
5. The method of claim 4,
Wherein a fluorine source is added in the mixing process of the precursor and the Li source, and the mixture is heat-treated together.
제 6 항에 있어서,
상기 불소 공급원은 상기 양극 활물질에 포함되는 Li : F의 몰비가 1 : 0.01 ~ 0.1이 되도록 혼합하는 것을 특징을 하는 양극 활물질의 제조방법.
The method according to claim 6,
Wherein the fluorine source is mixed such that the molar ratio of Li: F contained in the cathode active material is 1: 0.01 to 0.1.
제 6 항에 있어서,
상기 불소 공급원은 LiF, NaF, KF, CsF, RbF, TiF, AgF, AgF₂, BaF2, CaF2, CuF2, CdF2, FeF2, HgF2, Hg2F2, MnF2, MgF2, NiF2, PbF2, SnF2, SrF2, XeF2, ZnF2, AlF3, BF3, BiF3, CeF3, CrF3, DyF3, EuF3, GaF3, GdF3, FeF3, HoF3, InF3, LaF3, LuF3, MnF3, NdF3, VOF3, PrF3, SbF3, ScF3, SmF3, TbF3, TiF3, TmF3, YF3, YbF3, TIF3, CeF4, GeF4, HfF4, SiF4, SnF4, TiF4, VF4, ZrF4, NbF5, SbF5, TaF5, BiF5, MoF6, ReF6, SF6 및 WF6로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 양극 활물질의 제조방법.
The method according to claim 6,
The fluorine source may be LiF, NaF, KF, CsF, RbF, TiF, AgF, AgF₂, BaF 2, CaF 2, CuF 2, CdF 2, FeF 2, HgF 2, Hg 2 F 2, MnF 2, MgF 2, NiF 2 , PbF 2 , SnF 2 , SrF 2 , XeF 2 , ZnF 2 , AlF 3 , BF 3 , BiF 3 , CeF 3 , CrF 3 , DyF 3 , EuF 3 , GaF 3 , GdF 3 , FeF 3 , HoF 3 , InF 3, LaF 3, LuF 3 , MnF 3, NdF 3, VOF 3, PrF 3, SbF 3, ScF 3, SmF 3, TbF 3, TiF 3, TmF 3, YF 3, YbF 3, TIF 3, CeF 4 , GeF 4, HfF 4, SiF 4, SnF 4, TiF 4, VF 4, ZrF 4, NbF 5, SbF 5, TaF 5, BiF 5, MoF 6, ReF 6, SF 6 , and selected from the group consisting of WF 6 Wherein the positive electrode active material is at least one selected from the group consisting of lithium,
하기의 화학식 1로 표현되는 층상구조의 리튬 금속 복합산화물 입자의 표면에서 내측으로 하기의 화학식 2로 표현되는 리튬 금속 인산화물이 음각 코팅된 것을 특징으로 하는 양극 활물질:
화학식 1
Li1 + xNiaCobMncO2 +d
(여기서, 0.1 < x < 0.33, 0 < a < 0.4, 0 < b < 0.4, 0.4 < c < 0.9, -0.5 < d < 0.5, x + a + b + c = 1)
화학식 2
Li1 + yNiaCobMncPO4 +e
(여기서, 0.1 < y < 0.33, 0 < a < 0.4, 0 < b < 0.4, 0.4 < c < 0.9, -0.5 < e < 0.5)
A lithium metal phosphate represented by the following formula (2) is intaglio coated on the surface of a lithium metal complex oxide particle having a layered structure represented by the following formula (1)
Formula 1
Li 1 + x Ni a Co b Mn c O 2 + d
(Where 0 <x <0.33, 0 <a <0.4, 0 <b <0.4, 0.4 <c <0.9, -0.5 <d <0.5, x + a + b + c = 1)
(2)
Li 1 + y Ni a Co b Mn c PO 4 + e
0.4, 0 <b <0.4, 0.4 <c <0.9, -0.5 <e <0.5)
제 9 항에 있어서,
상기 리튬 금속 인산화물의 함량은 상기 양극 활물질에 포함되는 전체 리튬량을 기준으로 1~10몰%인 것을 특징으로 하는 양극 활물질.
10. The method of claim 9,
Wherein the content of the lithium metal phosphate is 1 to 10 mol% based on the total amount of lithium contained in the positive electrode active material.
제 9 항에 있어서,
상기 리튬 금속 복합산화물은 F로 도핑되어 있는 것을 특징으로 하는 양극 활물질.
10. The method of claim 9,
Wherein the lithium metal composite oxide is doped with F.
제 11 항에 있어서,
상기 F의 도핑량은 상기 양극 활물질에 포함되는 Li 전체량을 기준으로 1~10몰% 인 것을 특징으로 하는 양극 활물질.
12. The method of claim 11,
Wherein the doping amount of F is 1 to 10 mol% based on the total amount of Li contained in the cathode active material.
제 9 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항의 양극 활물질을 포함하는 양극;
음극 활물질을 포함하는 음극; 및
상기 양극과 상기 음극 사이에 존재하는 전해질을 포함하는 리튬 이차 전지.
A cathode comprising the cathode active material of any one of claims 9 to 12;
A negative electrode comprising a negative electrode active material; And
And an electrolyte existing between the positive electrode and the negative electrode.
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