KR20160038984A - Heat treatment method for reducing remaining lithium cathode active materials and lithiumsecondary battery using the same, and preparation method thereof - Google Patents

Heat treatment method for reducing remaining lithium cathode active materials and lithiumsecondary battery using the same, and preparation method thereof Download PDF

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KR20160038984A
KR20160038984A KR1020140131425A KR20140131425A KR20160038984A KR 20160038984 A KR20160038984 A KR 20160038984A KR 1020140131425 A KR1020140131425 A KR 1020140131425A KR 20140131425 A KR20140131425 A KR 20140131425A KR 20160038984 A KR20160038984 A KR 20160038984A
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Abstract

The present invention relates to a heat treatment method for removing a remaining lithium ion, a manufacturing method of a positive electrode active material using the heat treatment method, and a positive electrode active material and a lithium secondary battery manufactured by the manufacturing method. More specifically, in a heat treatment method for manufacturing a positive electrode active material, the heat treatment method includes the following steps: manufacturing a precursor; manufacturing a mixed powder by mixing potassium ion salts and lithium hydroxide with the precursor; heating the mixed powder; and cooling the mixed powder.

Description

잔류 리튬 이온을 제거시키기 위한 열처리방법, 그 열처리방법을 적용한 양극활물질의 제조방법, 그 제조방법으로 제조된 양극활물질 및 리튬이차전지{Heat treatment method for reducing remaining lithium cathode active materials and lithiumsecondary battery using the same, and preparation method thereof}TECHNICAL FIELD The present invention relates to a heat treatment method for removing residual lithium ions, a method for producing a cathode active material using the heat treatment method, a cathode active material produced by the method, and a lithium secondary battery using the lithium secondary battery , and preparation method thereof}

본 발명은 잔류 리튬 이온을 제거시키기 위한 열처리방법, 그 열처리방법을 이용항 양극활물질의 제조방법, 그 제조방법으로 제조된 양극활물질 및 리튬이차전지에 대한 것이다.The present invention relates to a heat treatment method for removing residual lithium ions, a method for producing an anti-cathode active material using the heat treatment method, a cathode active material produced by the method, and a lithium secondary battery.

최근 전자기기의 소형화는 휴대전화,노트북(PC) ,휴대용개인 정보 단말기(PDA)등으로 점점 다양해지고 있으며, 이에 따른 에너지 저장 기술에 대한 관심이 갈수록 높아지고 있다.Recently, miniaturization of electronic devices has been diversified into mobile phones, notebook computers (PCs), and portable personal digital assistants (PDAs), and the interest in energy storage technology has been increasing.

또한 하이브리드자동차(HEV), 전기 자동차(EV) 등에 사용되는 전지의 경우 고용량,고출력뿐만 아니라 안정성 또한 큰 과제로 남아있다. 적용분야가 확대되면서 저장기술에 대한 연구와 개발이 활발히 이루어지고 있다.이러한 측면에서 충전,방전이 가능한 이차전지의 개발에 대한 관심이 고조되고 있다. In addition, in the case of batteries used in hybrid vehicles (HEV) and electric vehicles (EV), not only high capacity and high output, but also stability are a big problem. As the application field is expanded, research and development on storage technologies are being actively carried out. In this respect, there is a growing interest in the development of secondary batteries capable of charging and discharging.

이차전지는 양극, 음극 및 전해액 등으로 구성되어 있는데, 그 중 양극의 비율이 가장 높고 중요하다. 양극재료는 양극활물질로서 일반적으로 충,방전시 높은 에너지밀도를 가지는 동시에, 가역리튬이온의 층간 삽입, 탈리에 의해 구조가 파괴되지 않아야 한다. 또한, 전기전도도가 높아야 하며, 전해질로 사용되는 유기용매에 대한 화학적 안정성이 높아야 한다. 그리고 제조비용이 낮고,환경오염 문제가 최소가 되는 물질이어야 한다.The secondary battery is composed of a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte, and the ratio of the positive electrode is the most important. The cathode material is a cathode active material and generally has a high energy density during charging and discharging, and the structure should not be destroyed by intercalation or desorption of reversible lithium ions. In addition, the electrical conductivity should be high, and the chemical stability of the organic solvent used as the electrolyte should be high. It should be a material that has low manufacturing cost and minimizes environmental pollution problems.

이러한 리튬이온 이차전지의 양극활물질로서는 리튬이온의 삽입, 탈리가 가능한 층상화합물인 니켈산리튬(LiNiO2), 코발트산리튬(LiCoO2), 망간산리튬(LiMnO2)등이 있다. 이중 니켈산리튬(LiNiO2)은 전기용량이 높으나 충, 방전시 사이클특성, 안정성 등에 문제가 있어서 실용화되지 못하고 있는 실정이다. 또한, 코발트산리튬(LiCoO2)은 용량이 클 뿐만 아니라 사이클 수명과 용량률(rate capability) 특성이 우수하고 합성이 쉽다는 장점을 가지고 있지만, 코발트의 높은 가격과 인체에 유해하며 고온에서 열적 불안정성 등의 단점을 가지고 있다.Examples of the positive electrode active material of such a lithium ion secondary battery include lithium nickel oxide (LiNiO 2 ), lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ), lithium manganese oxide (LiMnO 2 ), and the like, which are layered compounds capable of intercalating and deintercalating lithium ions. Lithium nickel oxide (LiNiO 2 ) has a high electric capacity, but it has not been put to practical use due to problems such as cycle characteristics and stability during charging and discharging. In addition, lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ) is advantageous in terms of cycle life and rate capability as well as capacity, and is easy to synthesize. However, since cobalt is expensive and harmful to human body, thermal instability And the like.

또한, 양극활물질은 전구체에 수산화리튬을 혼합하여 열처리하여 제조되게 되는데, 이러한 열처리 과정 후, 양극활물질 제조 반응에 참여하지 못한 잔류 LiOH, Li2CO3가 존재하게 된다. In addition, the cathode active material is prepared by mixing lithium hydroxide and a precursor with heat treatment. After the heat treatment, residual LiOH and Li 2 CO 3 that are not involved in the cathode active material reaction exist.

이러한 잔류 LiOH는 슬러리를 제조하는 과정에서 슬러리의 pH를 증가시켜 슬러리의 고화현상이 일어나 극판 제조시 문제점을 발생시키게 된다. 또한, 잔류 Li2CO3는 cell의 스웰링 현상을 증가시켜 사이클을 감소시킬 뿐만 아니라 배터리가 부푸는 원인이 된다. Such residual LiOH increases the pH of the slurry in the process of producing the slurry, causing the solidification of the slurry to cause problems in the production of the electrode plate. In addition, residual Li 2 CO 3 increases cell swelling and not only reduces the cycle, but also causes the battery to swell.

따라서, 이러한 잔류 리튬이온의 농도를 감소시키기 위한 열처리방법이 요구되었다. Therefore, there is a demand for a heat treatment method for reducing the concentration of such residual lithium ions.

대한민국 공개 특허 제2014-0001720호Korea Patent Publication No. 2014-0001720 대한민국 공개 특허 제2013-0030479호Korean Patent Publication No. 2013-0030479

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 일실시예에 따르면, Dopant 물질로 첨가된 KCl은 양극활물질의 잔류리튬이온의 농도를 감소시키게 되며, 또한, KCl의 첨가로부터 표면응집 현상이 제어되고 표면 거칠기 또한 감소시킴으로써 표면적을 증가시키게 되고, 층상구조의 발달시키게 되며, 전하이동저항이 감소하고 리튬확산이 증가함으로써 리튬의 삽입 /탈리에 용이하게 작용하게 되어, 방전용량을 증가시킬 수 있는 잔류 리튬 이온을 제거시키기 위한 열처리방법, 그 열처리방법을 적용한 양극활물질의 제조방법, 그 제조방법으로 제조된 양극활물질 및 리튬이차전지를 제공하는 것을 목적으로 한다. SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made to solve the above-mentioned problems occurring in the prior art, and it is an object of the present invention to provide a lithium secondary battery which can reduce the concentration of residual lithium ions in a cathode active material, The surface agglomeration phenomenon is controlled and the surface roughness is also decreased to increase the surface area, to develop the layered structure, to decrease the charge transfer resistance and to increase the lithium diffusion, A method of manufacturing a cathode active material to which the heat treatment method is applied, a cathode active material manufactured by the method, and a lithium secondary battery.

한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description of the present invention are exemplary and explanatory and are not intended to limit the invention to the precise form disclosed. It can be understood.

본 발명의 제1목적은, 열처리방법에 있어서, 전구체를 제조하는 단계; 상기 전구체에 수산화리튬을 혼합, 반응시켜 양극활물질을 제조하는 단계; 상기 양극활물질에 칼륨이온염을 혼합하는 단계; 상기 칼륨이온염이 혼합된 양극활물질을 가열시키는 단계; 및 냉각 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 잔류 리튬 이온을 제거시키기 위한 열처리방법으로서 달성될 수 있다. A first object of the present invention is to provide a method of heat treatment comprising the steps of: preparing a precursor; Mixing lithium hydroxide with the precursor to produce a cathode active material; Mixing the potassium ion salt with the cathode active material; Heating the cathode active material mixed with the potassium ion salt; And a cooling step for removing residual lithium ions.

본 발명의 제2목적은, 양극활물질을 제조하기 위한 열처리방법에 있어서, 전구체를 제조하는 단계; 상기 전구체에 칼륨이온염과 수산화리튬을 혼합하여 혼합 파우더를 제조하는 단계; 상기 혼합파우더를 가열시키는 단계; 및 냉각 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 잔류 리튬 이온을 제거시키기 위한 열처리방법으로서 달성될 수 있다. A second object of the present invention is to provide a heat treatment method for producing a cathode active material, comprising the steps of: preparing a precursor; Mixing the potassium ion salt and lithium hydroxide in the precursor to prepare a mixed powder; Heating the mixed powder; And a cooling step for removing residual lithium ions.

또한, 상기 리튬이온염은, KCl, KOH, KOH·H20, KI, KIO3, KF, K2CO3, KNO3, K2S, K2SO4, K2CrO7, KMnO4, KBr, KCN, KH2PO4, K2CrO4, CH3COOK 및 C6H7KO2 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 할 수 있다. The lithium ion salt may be at least one selected from the group consisting of KCl, KOH, KOH.H 2 O, KI, KIO 3 , KF, K 2 CO 3 , KNO 3 , K 2 S, K 2 SO 4 , K 2 CrO 7 , KMnO 4 , KBr, KCN, KH 2 PO 4 , K 2 CrO 4 , CH 3 COOK and C 6 H 7 KO 2 .

또한, 제2목적에서, 상기 전구체와, 상기 칼륨이온염 및 수산화리튬의 몰비는 1 : 0.9 ~ 1.4인 것을 특징으로 할 수 있다. Further, in the second object, the molar ratio of the precursor to the potassium ion salt and lithium hydroxide may be 1: 0.9 to 1.4.

그리고, 상기 칼륨이온염은 KCl 0.1 ~ 10wt%인 것을 특징으로 할 수 있다. The potassium ion salt may be 0.1 to 10 wt% of KCl.

본 발명의 제3목적은, 열처리방법에 있어서, 전구체를 제조하는 단계; 상기 전구체에 수산화리튬을 혼합, 반응시켜 양극활물질을 제조하는 단계; 상기 양극활물질에 칼륨이온염을 혼합하는 단계; 상기 칼륨이온염이 혼합된 양극활물질을 5℃/분 ~ 20℃/분의 승온속도로 400 ~ 1000℃까지 가열시키는 단계; 상기 승온된 온도로 가열을 유지시키는 단계; 및 냉각 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 잔류 리튬 이온을 제거시키기 위한 열처리방법으로서 달성될 수 있다. A third object of the present invention is to provide a method of heat treatment comprising the steps of: preparing a precursor; Mixing lithium hydroxide with the precursor to produce a cathode active material; Mixing the potassium ion salt with the cathode active material; Heating the cathode active material mixed with the potassium ion salt to 400 to 1000 ° C at a heating rate of 5 ° C / minute to 20 ° C / minute; Maintaining the heating at the elevated temperature; And a cooling step for removing residual lithium ions.

본 발명의 제4목적은, 양극활물질을 제조하기 위한 열처리방법에 있어서, 전구체를 제조하는 단계; 상기 전구체에 칼륨이온염과 수산화리튬을 혼합하여 혼합 파우더를 제조하는 단계; 상기 혼합파우더를 5℃/분 ~ 20℃/분의 승온속도로 400 ~ 1000℃까지 가열시키는 단계; 상기 승온된 온도로 가열을 유지시키는 단계; 및 냉각 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 잔류 리튬 이온을 제거시키기 위한 열처리방법으로서 달성될 수 있다. A fourth object of the present invention is to provide a heat treatment method for producing a cathode active material, comprising: preparing a precursor; Mixing the potassium ion salt and lithium hydroxide in the precursor to prepare a mixed powder; Heating the mixed powder to 400 to 1000 ° C at a heating rate of 5 ° C / min to 20 ° C / min; Maintaining the heating at the elevated temperature; And a cooling step for removing residual lithium ions.

그리고, 상기 유지시키는 단계는 9 ~ 11시간인 것을 특징으로 할 수 있다. The maintaining step may be 9 to 11 hours.

또한, 열처리과정은 공기, 산소, 질소, 아르곤분위기 하에서 22 ~ 26시간 동안 진행되는 것을 특징으로 할 수 있다. Also, the heat treatment process may be performed for 22 to 26 hours under an atmosphere of air, oxygen, nitrogen, and argon.

또한, 상기 전구체는 니켈, 코발트 또는 망간으로 금속수용액을 제조하는 단계; 상기 금속수용액에 침전제로서 탄산나트륨과 공침제로서 암모니아수를 혼합하여, 연속반응기에 투입시켜 교반하여 침전물을 얻는 단계; 및 상기 침전물을 여과 및 세척 후 건조하여 전구체를 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. Also, the precursor may be prepared by preparing an aqueous metal solution from nickel, cobalt or manganese; Mixing the metal aqueous solution with sodium carbonate as a precipitant and ammonia water as a co-precipitator, adding the mixture to a continuous reactor and stirring to obtain a precipitate; And filtering and washing the precipitate and drying the precipitate to prepare a precursor.

그리고, 상기 전구체는, NixCoyMnz(OH)2로 구성되며, x는 0.5이상이고, y는 0.2 ~ 0.4이고, z는 0.05 ~ 0.15인 것을 특징으로 할 수 있다. And, the precursor is composed of Ni x Co y Mn z (OH) 2 , x is 0.5 or more, y is 0.2 to 0.4, and z is 0.05 to 0.15.

또한, 상기 전구체는 코어-쉘 구조 또는 단일구조인 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, the precursor may be a core-shell structure or a single structure.

본 발명의 제5목적은, 양극활물질의 제조방법에 있어서, 제 2항 또는 제 7항에 따른 열처리 방법이 적용되는 것을 특징으로 하는 양극활물질의 제조방법으로서 달성될 수 있다. A fifth object of the present invention can be attained by a method for producing a cathode active material, wherein the method of heat treatment according to the second or seventh aspect is applied to the method for producing a cathode active material.

본 발명의 제6목적은, 양극활물질에 있어서, 앞서 언급한 제5목적에 따른 제조방법에 의해 제조된 것을 특징으로 하는 리튬이차전지용 양극활물질로서 달성될 수 있다. A sixth object of the present invention can be achieved as a cathode active material for a lithium secondary battery, which is produced by the production method according to the fifth object in the cathode active material.

본 발명의 제7목적은, 이차전지에 있어서, 제14항의 제조방법에 의해 제조된 리튬이차전지용 양극활물질, 음극 및 전해액을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬이차전지로서 달성될 수 있다.A seventh object of the present invention can be attained by a secondary battery comprising the cathode active material for a lithium secondary battery manufactured by the manufacturing method of claim 14, a cathode, and an electrolyte solution.

본 발명의 일실시예에 따르면, Dopant 물질로 첨가된 KCl은 양극활물질의 잔류리튬이온의 농도를 감소시키게 되며, 또한, KCl의 첨가로부터 표면응집 현상이 제어되고 표면 거칠기 또한 감소시킴으로써 표면적을 증가시키게 되고, 층상구조의 발달시키게 되며, 전하이동저항이 감소하고 리튬확산이 증가함으로써 리튬의 삽입 /탈리에 용이하게 작용하게 되어, 방전용량을 증가시킬 수 있는 효과를 갖는다. According to one embodiment of the present invention, KCl added as a dopant material decreases the concentration of residual lithium ions in the cathode active material, and also increases the surface area by controlling the surface agglomeration phenomenon from the addition of KCl and also reducing the surface roughness And the layered structure is developed. The charge transfer resistance is decreased and the lithium diffusion is increased, so that it easily acts on the insertion / removal of lithium, thereby increasing the discharge capacity.

한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.It should be understood, however, that the effects obtained by the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and other effects not mentioned may be clearly understood by those skilled in the art to which the present invention belongs It will be possible.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 일 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석 되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 잔류 리튬이온을 제거시키기 위한 열처리방법이 적용된 양극활물질의 제조방법의 흐름도,
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따라 제조된 양극활물질과, 비교예에 따라 제조된 양극활물질의 잔류 LiOH, Li2CO3 대비표,
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 승온온도 속도 그래프,
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 승온 속도를 분당 5℃이상으로 한 경우와 비교예의 잔류 LiOH, Li2CO3 데이터,
도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 완성된 양극활 물질에 KCl를 혼합하여 열처리한 것과 비교예에 대한 잔류 LiOH, Li2CO3 데이터,
도 6은 본 발명의 실시예와 비교예의 SEM 표면분석 이미지,
도 7은 본 발명의 실시예와 비교예의 AFM 표면분석 이미지,
도 8은 본 발명의 실시예와 비교예의 XRD 패턴을 나타낸 그래프,
도 9는 도 8의 XRD데이터로부터 계산된 실시예와 비교예의 격자상수 데이터,
도 10은 본 발명의 실시예와 비교예에 대해, 전압 범위 3.0 ~ 4.3V에서 일정 전류밀도 17mA/g(0.1C)로 실험하였을 때 초기 충·방전 그래프,
도 11은 도 10의 결과에 따른 실시예와 비교예의 방전용량 데이터,
도 12는 본 발명의 실시예와 비교예에 따른 전극 저항 특성을 관찰하기 위한 임피더스 분석 결과 그래프,
도 13은 본 발명의 실시예와 비교예에 따른 리튬 이온 확산계수를 측정한 그래프,
도 14는 도 12 및 도 13의 결과에 따른 실시예와 비교예의 임피던스 및 리튬확산계수 분석 결과 데이터를 도시한 것이다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings, which are incorporated in and constitute a part of the specification, illustrate preferred embodiments of the invention and, together with the description, serve to further the understanding of the technical idea of the invention, It should not be construed as limited.
1 is a flow chart of a method of manufacturing a cathode active material to which a heat treatment method for removing residual lithium ions according to an embodiment of the present invention is applied,
FIG. 2 is a graph showing the relationship between residual cathode active material prepared according to the first embodiment of the present invention and residual LiOH, Li 2 CO 3 Contrast table,
FIG. 3 is a graph showing a temperature-rising temperature velocity graph according to a second embodiment of the present invention,
4 is a graph showing the relationship between the temperature rise rate according to the second embodiment of the present invention at 5 ° C or higher per minute and the residual LiOH, Li 2 CO 3 data,
FIG. 5 is a graph showing the results of the heat treatment of KCI mixed with the cathode active material according to the third embodiment of the present invention and the residual LiOH, Li 2 CO 3 data,
6 is a SEM surface analysis image of Examples and Comparative Examples of the present invention,
FIG. 7 shows AFM surface analysis images of Examples and Comparative Examples of the present invention,
8 is a graph showing an XRD pattern of an embodiment of the present invention and a comparative example,
Fig. 9 is a graph showing the lattice constant data of the embodiment and the comparative example calculated from the XRD data of Fig. 8,
FIG. 10 is a graph showing the relationship between the initial charge and discharge graphs of the present invention and the comparative example when the current density is 17 mA / g (0.1 C) at a voltage range of 3.0 to 4.3 V,
FIG. 11 is a graph showing discharge capacity data of the embodiment and the comparative example according to the result of FIG. 10,
FIG. 12 is a graph showing an impedance analysis result for observing electrode resistance characteristics according to an embodiment of the present invention and a comparative example,
13 is a graph showing the lithium ion diffusion coefficient measured according to Examples and Comparative Examples of the present invention,
FIG. 14 shows data of impedance and lithium diffusion coefficient analysis results of the examples and comparative examples according to the results of FIGS. 12 and 13.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 쉽게 실시할 수 있는 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention.

또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고, 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 포함한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
The same reference numerals are used for portions having similar functions and functions throughout the drawings. Throughout the specification, when a part is connected to another part, it includes not only a case where it is directly connected but also a case where the other part is indirectly connected with another part in between. In addition, the inclusion of an element does not exclude other elements, but may include other elements, unless specifically stated otherwise.

<잔류 리튬이온을 제거시키기 위한 열처리 방법이 적용된 양극활물질의 제조방법>&Lt; Process for producing a cathode active material to which a heat treatment method for removing residual lithium ions is applied &

이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 잔류 리튬 이온을 제거시키기 위한 열처리방법, 그 열처리방법을 적용한 양극활물질의 제조방법에 대해 설명하도록 한다. 도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 잔류 리튬이온을 제거시키기 위한 열처리방법이 적용된 양극활물질의 제조방법의 흐름도를 도시한 것이다. Hereinafter, a heat treatment method for removing residual lithium ions according to an embodiment of the present invention and a method for manufacturing a cathode active material applying the heat treatment method will be described. FIG. 1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a cathode active material to which a heat treatment method for removing residual lithium ions according to an embodiment of the present invention is applied.

먼저, 열처리에 의한 양극활물질의 제조를 위한 전구체를 제조하게 된다(S1). 본 발명의 일실시예에 따른 전구체의 구체적인 구성, 조성, 제조방법은 한정되지 않으나, 바람직하게는 니켈 리치(Nickel rich)소재로 구성됨이 바람직하다. First, a precursor for the production of a cathode active material by heat treatment is prepared (S1). The precursors according to one embodiment of the present invention are not limited to specific compositions, compositions, and production methods, but are preferably made of nickel-rich materials.

또한, 이러한 전구체의 구조는 코어쉘 구조 또는 단일 구조를 가질 수 있다. 전구체의 제조는 일반적으로, 니켈, 코발트 및 망간으로 금속수용액을 제조하게 되고, 금속수용액에 침전제로서 탄산나트륨과 공침제로서 암모니아수를 혼합하여, 연속반응기에 투입시켜 교반하여 침전물을 얻고, 이러한 침전물을 여과 및 세척 후 건조하여 전구체를 제조하게 된다. Also, the structure of such a precursor may have a core shell structure or a single structure. The preparation of the precursor is generally such that a metal aqueous solution is prepared from nickel, cobalt and manganese, and sodium carbonate as a precipitating agent and ammonia water as a co-precipitating agent are mixed in a metal aqueous solution and the mixture is stirred in a continuous reactor to obtain a precipitate. And washing and drying to produce a precursor.

이러한 방법으로 제조된 전구체는, NixCoyMnz(OH)2의 조성식을 갖게 된다. 이러한 전구체는 x>0.5인 high nickel 종류의 전구체에 해당하며, y는 약 0.2 ~ 0.4. z는 약 0.05 ~ 0.15에 해당한다. The precursor produced by this method has a composition formula of Ni x Co y Mn z (OH) 2 . These precursors correspond to precursors of the high nickel type with x> 0.5, and y ranges from about 0.2 to 0.4. z corresponds to about 0.05 to 0.15.

다음으로, 본 발명의 제1실시예에서는, 제조된 전구체에 수산화 리튬(LiOH·H2O)과 잔류 리튬이온을 감소시키기 위해 칼륨이온염을 첨가하게 된다(S2). 본 발명의 제1실시예에 따른 칼륨이온염은 칼륨이온(K+)을 포함하는 모든 염이 가능하며, 구체적으로, KCl, KOH, KOH·H20, KI, KIO3, KF, K2CO3, KNO3, K2S, K2SO4, K2CrO7, KMnO4, KBr, KCN, KH2PO4, K2CrO4, CH3COOK, C6H7KO2 등이 가능하다. Next, in the first embodiment of the present invention, a potassium ion salt is added to the prepared precursor to reduce lithium hydroxide (LiOH.H 2 O) and residual lithium ion (S2). The potassium ion salt according to the first embodiment of the present invention may be any salt including potassium ion (K + ), and specifically, KCl, KOH, KOH.H 2 O, KI, KIO 3 , KF, K 2 CO 3 , KNO 3 , K 2 S, K 2 SO 4 , K 2 CrO 7 , KMnO 4 , KBr, KCN, KH 2 PO 4 , K 2 CrO 4 , CH 3 COOK and C 6 H 7 KO 2 Do.

또한, 본 발명의 제1실시예에 따른 수산화 리튬(LiOH·H2O)과 칼륨이온염은, 전구체 1mol에 대하여 약 0.9~ 1.4mol 정도를 첨가하게 된다. The lithium hydroxide (LiOH.H 2 O) and the potassium ion salt according to the first embodiment of the present invention are added in an amount of about 0.9 to 1.4 mol per 1 mol of the precursor.

전구체에 수산화 리튬(LiOH·H2O)과 칼륨이온염을 혼합한 후, 건식법에 의해 혼합하게 되고(S3), 가열하여 냉각하게 된다.
Lithium hydroxide (LiOH.H 2 O) and potassium ion salt are mixed in the precursor and mixed by a dry method (S3), and the mixture is heated and cooled.

또한, 본 발명의 제2실시예에서는 제1실시예와 동일하게 전구체를 준비한 후, 제조된 전구체에 수산화 리튬(LiOH·H2O)과 잔류 리튬이온을 감소시키기 위해 칼륨이온염을 첨가하게 된다(S2). 본 발명의 제2실시예에 따른 칼륨이온염은 제1실시예에서와 같이, 칼륨이온(K+)을 포함하는 모든 염이 가능하며, 구체적으로, KCl, KOH, KOH·H20, KI, KIO3, KF, K2CO3, KNO3, K2S, K2SO4, K2CrO7, KMnO4, KBr, KCN, KH2PO4, K2CrO4, CH3COOK, C6H7KO2 등이 가능하다. In the second embodiment of the present invention, a precursor is prepared in the same manner as in the first embodiment, and lithium hydroxide (LiOH.H 2 O) and potassium ion salt are added to the prepared precursor in order to reduce residual lithium ion (S2). The potassium ion salt according to the second embodiment of the present invention is capable of all salts including potassium ion (K + ) as in the first embodiment, specifically, KCl, KOH, KOH.H 2 O, KI , KIO 3, KF, K 2 CO 3, KNO 3, K 2 S, K 2 SO 4, K 2 CrO 7, KMnO 4, KBr, KCN, KH 2 PO 4, K 2 CrO 4, CH 3 COOK, C 6 H 7 KO 2 is possible.

전구체에 수산화 리튬(LiOH·H2O)과 칼륨이온염을 혼합한 후, 건식법에 의해 혼합하게 되고(S3), 이러한 혼합된 파우더를 승온 가열하게 된다(S4). 승온 가열하게 되는 단계는, 분당 약 5℃ 이상 ~ 20 ℃의 속도로 400 ~ 1000℃까지 가열하게 되며, 승온가열 후, 400 ~ 1000℃에서 약 9 ~ 11시간 동안 가열을 유지하게 된다(S5). 그리고, 마지막으로 자연냉각하여 양극활물질을 제조하게 된다(S6). 이러한 열처리과정은 총 24시간 정도 산소분위기 하에서 진행되게 된다.
Lithium hydroxide (LiOH.H 2 O) and potassium ion salt are mixed in the precursor and mixed by a dry method (S3), and the mixed powder is heated at an elevated temperature (S4). The step of heating by heating is heated to 400 to 1000 ° C at a rate of about 5 ° C to 20 ° C per minute, and after the heating of the temperature, the heating is maintained at 400 to 1000 ° C for about 9 to 11 hours (S 5) . Finally, the cathode active material is naturally cooled to produce a cathode active material (S6). The heat treatment process is carried out under an oxygen atmosphere for a total of 24 hours.

또한, 본 발명의 제3실시예에 따르면, 전구체에 수산화리튬을 혼합하여 반응시켜 양극활물질을 제조한 후, 칼륨이온염을 혼합하여 열처리하는 것 또한 가능하다. In addition, according to the third embodiment of the present invention, it is also possible to mix lithium hydroxide with the precursor to produce a cathode active material, followed by mixing the potassium ion salt and heat treatment.

즉, 본 발명의 제3실시예에서는, 제조된 전구체에 수산화 리튬(LiOH·H2O)을 혼합하고, 열처리하여 양극활물질을 제조하게 된다. 그리고, 완성된 양극활물질에 칼륨이온염을 첨가하게 된다. That is, in the third embodiment of the present invention, the cathode precursor is mixed with lithium hydroxide (LiOH.H 2 O) and heat-treated to produce a cathode active material. Then, potassium ion salt is added to the completed cathode active material.

본 발명의 제3실시예에 따른 완성된 양극활물질에 첨가되는 칼륨이온염은 칼륨이온(K+)을 포함하는 모든 염이 가능하며, 구체적으로, KCl, KOH, KOH·H20, KI, KIO3, KF, K2CO3, KNO3, K2S, K2SO4, K2CrO7, KMnO4, KBr, KCN, KH2PO4, K2CrO4, CH3COOK, C6H7KO2 등이 가능하다. The potassium ionic salt added to the completed cathode active material according to the third embodiment of the present invention can be any salt including potassium ion (K + ), specifically, KCl, KOH, KOH.H 2 O, KI, KIO 3, KF, K 2 CO 3, KNO 3, K 2 S, K 2 SO 4, K 2 CrO 7, KMnO 4, KBr, KCN, KH 2 PO 4, K 2 CrO 4, CH 3 COOK, C 6 H 7 KO 2 and so on.

그리고, 완성된 양극활물질에 칼륨이온염을 혼합한 후 열처리하여 전류된 리튬이온을 제거하게 된다. 이러한 완성된 양극활물질에 칼륨이온염을 혼합한 후 열처리하는 방법은 앞서 언급한 제2실시예와 동일한 방법인 승온 가열방법을 적용할 수 있다.
Then, the potassium ion salt is mixed with the completed cathode active material, and the lithium ion is removed by heat treatment. The potassium ion salt is mixed with the thus-prepared cathode active material and then heat-treated. The heating method, which is the same method as the above-described second embodiment, can be applied.

<실험예><Experimental Example>

본 발명의 실험예에 적용된 본 발명의 제1실시예에 따른 양극활물질의 제조는, 전구체로서 Ni0 .631Co0 .258Mn0 .111(OH)2를 사용하였고, 이러한 전구체에 칼륨이온염으로써 1wt%의 염화칼륨(KCl)과 수산화 리튬(LiOH·H2O)을 혼합하였다. 전구체 1mol에 대해 KCl과 수산화 리튬을 1.05mol을 첨가하여 건식법으로 혼합하였다. 가열, 냉각하였다. The preparation of the cathode active material according to the first embodiment of the present invention applied to the experimental example of the present invention uses Ni 0 .631 Co 0 .258 Mn 0 .111 (OH) 2 as a precursor, 1 wt% of potassium chloride (KCl) and lithium hydroxide (LiOH.H 2 O) were mixed. 1.0 mol of KCl and lithium hydroxide were added to 1 mol of the precursor and mixed by a dry method. Heated and cooled.

또한, 실험예에 적용된 비교예에 따른 양극활물질은, 실시예와 동일한 조건에서 염화칼륨(KCl) 만을 첨가하지 않았다. 즉, 실시예와 동일하게, 전구체로서 Ni0 .631Co0 .258Mn0 .111(OH)2를 사용하였고, 이러한 전구체에 수산화 리튬(LiOH·H2O)을 혼합하였다. 전구체 1mol에 대해, 수산화 리튬을 1.05mol을 첨가하여 건식법으로 혼합하였다. 그리고, 이러한 혼합된 파우더를 분당 5℃의 속도로 승온 가열하여 800℃까지 승온시킨 후, 800℃에서 10시간을 유지한 후, 자연냉각하여 비교예에 따른 양극활물질을 제조하였다.In addition, only the potassium chloride (KCl) was not added to the cathode active material according to the comparative example applied to the experimental example under the same conditions as those of the example. That is, in the same manner as in Example, was used as the Ni 0 .631 Co 0 .258 Mn 0 .111 (OH) 2 as a precursor, and mixed with lithium hydroxide (LiOH · H 2 O) in such precursors. To 1 mol of the precursor, 1.05 mol of lithium hydroxide was added and mixed by a dry method. Then, the mixed powder was heated at a rate of 5 ° C / min to raise the temperature to 800 ° C, maintained at 800 ° C for 10 hours, and then cooled naturally to prepare a cathode active material according to a comparative example.

도 2는 본 발명의 제1실시예에 따라 제조된 양극활물질과, 비교예에 따라 제조된 양극활물질의 잔류 LiOH, Li2CO3 대비표를 도시한 것이다. 도 3에 도시된 데이터는 자동적정기기를 사용하여 잔류리튬의 농도를 확인하였다. 도 3에 도시된 바와 같이, 실험예에 따른 양극활물질의 잔류 Li2CO3의 경우 약간 증가하는 것을 확인할 수 있지만 KCl의 첨가로부터 잔류 LiOH의 농도가 1,890 ppm 감소하는 것을 확인함으로써 잔류 LiOH 농도 감소에 효과적인 것을 확인할 수 있다.
FIG. 2 is a graph showing the relationship between residual cathode active material prepared according to the first embodiment of the present invention and residual LiOH, Li 2 CO 3 FIG. The data shown in Figure 3 confirmed the concentration of residual lithium using an automatic regulator. As shown in FIG. 3, residual Li 2 CO 3 of the cathode active material according to Experimental Example is slightly increased. However, by confirming that the concentration of residual LiOH is decreased by 1,890 ppm from the addition of KCl, I can confirm that it is effective.

그리고, 본 발명의 제2실시예는 전구체로서 Ni0 .631Co0 .258Mn0 .111(OH)2를 사용하였고, 이러한 전구체에 칼륨이온염으로써 1wt%의 염화칼륨(KCl)과 수산화 리튬(LiOH·H2O)을 혼합하였다. 전구체 1mol에 대해 KCl과 수산화 리튬을 1.05mol을 첨가하여 건식법으로 혼합하였고, 이러한 혼합된 파우더를 분당 5℃ ~20℃의 속도로 승온 가열하여 800 ~1000℃까지 승온시킨 후, 800~1000℃에서 10시간을 유지한 후, 자연냉각하여 실시예에 따른 양극활물질을 제조하였다. In the second embodiment of the present invention, Ni 0 .631 Co 0 .258 Mn 0 .111 (OH) 2 was used as a precursor. To this precursor, 1 wt% potassium chloride (KCl) and lithium hydroxide LiOH.H 2 O) were mixed. 1.0 mol of KCl and 1.05 mol of lithium hydroxide were added to 1 mol of the precursor and mixed by a dry method. The mixed powder was heated at a rate of 5 ° C to 20 ° C per minute to 800 ° C to 1000 ° C, 10 hours, and then cooled naturally to prepare a cathode active material according to the examples.

도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 승온가열과정을 나타낸 시간-온도 그래프를 도시한 것이다. 도 4는 본 발명의 제2실시예에 따라 제조된 양극활물질과, 비교예에 따라 제조된 양극활물질의 잔류 LiOH, Li2CO3 대비표를 도시한 것이다. FIG. 3 is a time-temperature graph illustrating a temperature raising process according to a second embodiment of the present invention. FIG. 4 is a graph showing the relationship between the residual LiOH and Li 2 CO 3 of the cathode active material prepared according to the second embodiment of the present invention and the cathode active material prepared according to the comparative example FIG.

도 4에 도시된 데이터는 자동적정기기를 사용하여 잔류리튬의 농도를 확인하였다. 도 4에 도시된 바와 같이, 실험예에 따른 양극활물질의 잔류 Li2CO3와 잔류 LiOH의 농도가 모두 감소하는 것을 확인함으로써 잔류 Li2CO3와 잔류 LiOH 농도 감소에 효과적인 것을 확인할 수 있다.The data shown in Figure 4 confirmed the concentration of residual lithium using an automatic regulator. As shown in Figure 4, the concentration of residual Li 2 CO 3 and LiOH residue of the positive electrode active material according to the experimental example confirmed that the effective residual Li 2 CO 3 and LiOH residual concentration reduced by ensuring that all decreased.

본 발명의 실험예에 적용된 본 발명의 제3실시예에 따른 양극활물질의 제조는, 앞서 언급한 바와 같이, 전구체로서 Ni0 .631Co0 .258Mn0 .111(OH)2를 사용하였고, 이러한 전구체에 수산화 리튬(LiOH·H2O)을 혼합, 반응 열처리하여 양극활 물질을 제조하였다. 그리고 완성된 양극활 물질에 칼륨이온염으로써 염화칼륨(KCl)을 혼합하여, 가열, 냉각하였다. As described above, Ni 0 .631 Co 0 .258 Mn 0 .111 (OH) 2 was used as a precursor in the production of the cathode active material according to the third embodiment of the present invention. Lithium hydroxide (LiOH.H 2 O) was mixed with these precursors and heat treated to prepare cathode active material. Then, the completed cathode active material was mixed with potassium chloride (KCl) as a potassium ion salt, followed by heating and cooling.

도 5는 본 발명의 제3실시예에 따라 제조된 물질과, 비교예에 따라 제조된 양극활물질의 잔류 LiOH, Li2CO3 대비표를 도시한 것이다. 도 5에 도시된 데이터는 자동적정기기를 사용하여 잔류리튬의 농도를 확인하였다. 도 5에 도시된 바와 같이, 실험예에 따른 양극활물질의 잔류 Li2CO3가 1801ppm정도 감소하고, 잔류 LiOH의 농도가 77ppm정도 감소하는 것을 확인함으로써 잔류 Li2CO3와 잔류 LiOH 농도 감소에 효과적인 것을 확인할 수 있다.
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the material prepared according to the third embodiment of the present invention and the residual LiOH, Li 2 CO 3 FIG. The data shown in Figure 5 confirmed the concentration of residual lithium using an automatic regulator. As shown in Figure 5, that the residual Li 2 CO3 in the positive electrode active material according to the experimental example reduced by 1801ppm, effective on the residual Li 2 CO 3 and the residual LiOH concentration is reduced by the concentration of the residual LiOH is confirmed that the degree of reduction 77ppm Can be confirmed.

도 6은 본 발명의 실시예와 비교예의 SEM 표면분석 이미지를 도시한 것이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 비교예의 경우, 표면이 응집되어있고 각형의 1차 입자의 거칠기 정도가 높게 됨을 알 수 있다. Fig. 6 shows SEM surface analysis images of Examples and Comparative Examples of the present invention. As shown in Fig. 6, in the case of the comparative example, it is understood that the surfaces are cohered and the degree of roughness of the prismatic primary particles becomes high.

반면 본 발명의 실시예의 경우, KCl의 첨가로부터 표면 응집 현상이 저하되고, 각형의 1차 입자의 형태가 뚜렷해지는 것을 확인할 수 있다. 이와 같은 경우, 실시예에 따른 양극활물질의 표면적은 증가하게 됨을 알 수 있다. On the other hand, in the case of the embodiment of the present invention, it is confirmed that the surface agglomeration phenomenon is reduced from the addition of KCl, and the shape of the prismatic primary particles becomes clear. In this case, it can be seen that the surface area of the cathode active material according to the embodiment is increased.

표면적의 증가로부터, 이후 언급하는 바와 같이, 충, 방전과정에서 리튬의 삽입/ 탈리가 유용하기 때문에 더 우수한 전기적 특성을 예상할 수 있다. 정리하면, KCl의 첨가는 표면의 응집현상을 제어하고 표면적 증가의 원인이 됨을 알 수 있다.
From the increase of the surface area, as described later, better electrical characteristics can be expected because lithium insertion / removal is useful in charge and discharge processes. In summary, the addition of KCl can control surface agglomeration and cause surface area increase.

도 7은 본 발명의 실시예와 비교예의 AFM 표면분석 이미지를 도시한 것이다. 비교예와 실시예의 표면 거칠기를 비교 분석해 보았을 때, 도 7에 도시된 바와 같이, 82.06에서 73.92로 표면 거칠기가 감소하는 것을 확인할 수 있다. 이러한 결과는 SEM 분석을 뒷받침하는 근거자료로써 KCl의 첨가가 표면 응집 현상 제어에 효과적임을 알 수 있다.
7 shows an AFM surface analysis image of an embodiment of the present invention and a comparative example. When the surface roughness of the comparative example and the comparative example are compared and analyzed, it can be seen that the surface roughness decreases from 82.06 to 73.92 as shown in Fig. These results support the SEM analysis and show that the addition of KCl is effective in controlling the surface agglomeration phenomenon.

도 8은 본 발명의 실시예와 비교예의 XRD 패턴을 나타낸 그래프를 도시한 것이다. 그리고, 도 9는 도 8의 XRD데이터로부터 계산된 실시예와 비교예의 격자상수 값 데이터를 도시한 것이다. 8 is a graph showing an XRD pattern of an embodiment of the present invention and a comparative example. 9 shows lattice constant value data of the embodiment and the comparative example calculated from the XRD data of FIG.

도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 모든 시료는 일반적인 층상구조의 R-3m space group을 갖으며 KCl의 첨가로부터 다른 불순물 peak는 확인되지 않았다. (006)/(012) peak와 (018)/(110) peak의 갈라짐 정도는 층상구조의 발달에 기여하는데, 도 8에서는 peak의 갈라짐 차이가 뚜렷하게 나타나게 됨을 알 수 있다. 즉, KCl의 첨가된 경우, 비교예와 비교하였을 때, peak의 갈라짐이 뚜렷한 것을 확인 할 수 있고, 이에 따라, KCl의 첨가를 통해 발달된 층상구조의 특성을 나타낸다고 할 수 있다.
As shown in FIGS. 8 and 9, all the samples had a general layered R-3m space group, and no other impurity peak was found from the addition of KCl. (006) / (012) peak and (018) / (110) peaks contributed to the development of the stratified structure. In FIG. 8, the difference in the peak cracks is apparent. That is, when KCl was added, it was confirmed that the peaks were clearly separated when compared with the comparative examples. Thus, it can be said that the characteristic of the layered structure developed through the addition of KCl is shown.

또한, 도 9에 도시된 XRD 구조 분석 결과를 통해 계산된 격자상수 값에서 보는 바와 같이, ((006)+(012))/(101) 비율(R-factor)은 hexagonal 결정 구조 형성을 나타내고, 해당 값이 낮을수록, 구조 내 hexagonal 결정 구조 형성은 증가하여 결정성이 증가하게 된다. 따라서 실시예는 0.4188에서 0.3865로 감소된 결과를 확인할 수 있으며, 구조 내 결정성의 증가를 나타내고 있다. 해당 결과를 통해 KCl의 첨가는 구조 내 결정성 증가에 긍정적인 효과를 가져올 수 있음을 알 수 있다.
As can be seen from the lattice constant values calculated through the XRD structure analysis result shown in FIG. 9, the ((006) + (012)) / (101) ratio (R-factor) indicates hexagonal crystal structure formation, The lower the value, the more hexagonal crystal structure formation in the structure increases and the crystallinity increases. Thus, the results of the example decreased from 0.4188 to 0.3865, indicating an increase in crystallinity in the structure. From these results, it can be seen that the addition of KCl has a positive effect on the crystallinity increase in the structure.

도 10은 본 발명의 실시예와 비교예에 대해, 전압 범위 3.0 ~ 4.3V에서 일정 전류밀도 17mA/g(0.1C)로 실험하였을 때 초기 충·방전 그래프를 도시한 것이다. 그리고, 도 11은 도 10의 결과에 따른 실시예와 비교예의 방전용량 데이터를 도시한 것이다. FIG. 10 is a graph showing an initial charge / discharge graph when an experiment was conducted at a constant current density of 17 mA / g (0.1 C) at a voltage range of 3.0 to 4.3 V according to an embodiment of the present invention and a comparative example. 11 shows the discharge capacity data of the example according to the result of FIG. 10 and the comparative example.

전압 범위는 3.0 ~ 4.3 V이며 전류밀도는 17 mA/g(0.1 C)로 측정되었고, 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 비교예의 경우, 176.39 mAh/g의 초기 방전 용량을 나타나고 있으며, 반면 실시예의 경우 182.73 mAh/g의 개선된 방전 용량을 나타나게 됨을 알 수 있다. 개선된 방전 용량은 실시예의 구조 분석 결과로부터 구조 내 결정성 증가에 의한 결과로 해석할 수 있으며 KCl의 첨가는 초기 방전용량 개선에도 효과적인 것을 확인할 수 있다.
The voltage range was 3.0 to 4.3 V and the current density was measured at 17 mA / g (0.1 C). As shown in Figs. 8 and 9, the comparative example shows an initial discharge capacity of 176.39 mAh / g, On the other hand, in the case of the embodiment, an improved discharge capacity of 182.73 mAh / g appears. The improved discharge capacity can be interpreted as a result of the increase in the crystallinity in the structure from the structural analysis results of the examples, and it can be confirmed that the addition of KCl is also effective in improving the initial discharge capacity.

도 12는 본 발명의 실시예와 비교예에 따른 전극 저항 특성을 관찰하기 위한 임피더스 분석 결과 그래프를 도시한 것이다. 그리고, 도 13은 본 발명의 실시예와 비교예에 따른 리튬 이온 확산계수를 측정한 그래프를 도시한 것이다. 또한, 도 14는 도 12 및 도 13의 결과에 따른 실시예와 비교예의 임피던스 및 리튬확산계수 분석 결과 데이터를 도시한 것이다. FIG. 12 is a graph showing impedance analysis results for observing electrode resistance characteristics according to Examples and Comparative Examples of the present invention. FIG. 13 is a graph showing a measured lithium ion diffusion coefficient according to an embodiment of the present invention and a comparative example. 14 shows data of impedance and lithium diffusion coefficient analysis results of the examples and comparative examples according to the results shown in Figs. 12 and 13. Fig.

도 12에 도시된 임피던스 그래프에서는 처음 나타나는 반원 형태의 영역에서 전하이동과 관련된 계면 저항을 나타내고 45°로 뻗은 직선은 리튬 이온의 확산을 나타낸다. 실시예 전극의 경우 비교예 보다 40Ω 낮은 99Ω의 전하이동과 관련된 계면 저항을 나타내는데, 이는 초기 방전 용량의 결과를 뒷받침할 수 있는 결과에 해당한다. In the impedance graph shown in Fig. 12, the interface resistance associated with the charge transfer in the first semicircular region and the straight line extending at 45 [deg.] Indicate diffusion of lithium ions. Example The electrode shows an interface resistance associated with a charge transfer of 99 Ω which is 40 Ω lower than the comparative example, which is a result that can support the results of the initial discharge capacity.

또한, 측정된 임피던스 값의 리튬 확산속도는 다음과 같은 수학식 1 및 도 수학식 2를 통해 계산된다.Also, the lithium diffusion rate of the measured impedance value is calculated by the following Equations (1) and (2).

Figure pat00001
Figure pat00001

Figure pat00002
Figure pat00002

도 14에 도시된 바와 같이, 실시예 전극이 높은 리튬이온의 확산 계수를 나타내고 있으며, 그에 따른 리튬 이온 확산 계수는 6.08 X 10-16 cm2/s를 나타내고 있다. 해당 결과를 통해, 실시예 전극이 리튬 이온의 삽입 및 탈리가 용이하다는 것을 확인할 수 있다.
As shown in FIG. 14, the electrode of Example shows a high diffusion coefficient of lithium ions, and thus a lithium ion diffusion coefficient of 6.08 X 10 -16 cm 2 / s. From the results, it can be seen that the electrode of the embodiment is easy to insert and desorb lithium ions.

전체적으로 정리하면, Dopant 물질로 첨가된 KCl은 먼저 해결하고자한 잔류리튬의 농도를 감소시키게 되며, 또한, KCl의 첨가로부터 표면응집 현상이 제어되고 표면 거칠기 또한 감소시킴으로써 표면적을 증가시키게 되고, 구조분석 결과, 결정성과 층상구조의 발달이 증가할 것이라는 예상할 수 있고, 저항 분석 및 리튬 확산 계수 분석 결과 전하이동저항이 감소하고 리튬확산이 증가함으로써 리튬의 삽입 /탈리에 용이하게 작용하게 되고, 따라서 초기 충방전 분석 결과 방전용량의 증가 결과를 얻을 수 있었고, 그렇기 때문에 KCl은 양극활물질 합성에 첨가되는 것이 효과적이라는 것을 알 수 있다.
As a whole, KCl added as a dopant decreases the concentration of residual lithium to be solved first, and also increases the surface area by controlling surface cohesion and decreasing surface roughness from the addition of KCl, , It can be expected that the crystallinity and the development of the layered structure will increase. As a result of the resistance analysis and the analysis of the lithium diffusion coefficient, the charge transfer resistance decreases and the lithium diffusion increases. As a result of the discharge analysis, it was found that the increase of the discharge capacity was obtained, and therefore, it is effective to add KCl to the cathode active material synthesis.

한편, 본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의해 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 케리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고, 본 발명을 구현하기 위한 기능적인(functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.The present invention can also be embodied as computer-readable codes on a computer-readable recording medium. A computer-readable recording medium includes all kinds of recording apparatuses in which data that can be read by a computer system is stored. Examples of the computer-readable recording medium include a ROM, a RAM, a CD-ROM, a magnetic tape, a floppy disk, an optical data storage device, and the like, and may be implemented in the form of a carrier wave (for example, transmission over the Internet) . In addition, the computer-readable recording medium may be distributed over network-connected computer systems so that computer readable codes can be stored and executed in a distributed manner. In addition, functional programs, codes, and code segments for implementing the present invention can be easily inferred by programmers of the technical field to which the present invention belongs.

또한, 상기와 같이 설명된 장치 및 방법은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.It should be noted that the above-described apparatus and method are not limited to the configurations and methods of the embodiments described above, but the embodiments may be modified so that all or some of the embodiments are selectively combined .

Claims (14)

열처리방법에 있어서,
전구체를 제조하는 단계;
상기 전구체에 수산화리튬을 혼합, 반응시켜 양극활물질을 제조하는 단계;
완성된 상기 양극활물질에 칼륨이온염을 혼합하는 단계;
상기 칼륨이온염이 혼합된 양극활물질을 가열시키는 단계; 및
냉각 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 잔류 리튬 이온을 제거시키기 위한 열처리방법.
In the heat treatment method,
Preparing a precursor;
Mixing lithium hydroxide with the precursor to produce a cathode active material;
Mixing the potassium ion salt with the completed cathode active material;
Heating the cathode active material mixed with the potassium ion salt; And
And a cooling step for removing residual lithium ions.
양극활물질을 제조하기 위한 열처리방법에 있어서,
전구체를 제조하는 단계;
상기 전구체에 칼륨이온염과 수산화리튬을 혼합하여 혼합 파우더를 제조하는 단계;
상기 혼합파우더를 가열시키는 단계; 및
냉각 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 잔류 리튬 이온을 제거시키기 위한 열처리방법.
A heat treatment method for producing a cathode active material,
Preparing a precursor;
Mixing the potassium ion salt and lithium hydroxide in the precursor to prepare a mixed powder;
Heating the mixed powder; And
And a cooling step for removing residual lithium ions.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 리튬이온염은,
KCl, KOH, KOH·H20, KI, KIO3, KF, K2CO3, KNO3, K2S, K2SO4, K2CrO7, KMnO4, KBr, KCN, KH2PO4, K2CrO4, CH3COOK 및 C6H7KO2 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 잔류 리튬 이온을 제거시키기 위한 열처리방법.
3. The method according to claim 1 or 2,
The lithium ion salt may be,
KCl, KOH, KOH.H 2 O, KI, KIO 3 , KF, K 2 CO 3 , KNO 3 , K 2 S, K 2 SO 4 , K 2 CrO 7 , KMnO 4 , KBr, KCN, KH 2 PO 4 , K 2 CrO 4 , CH 3 COOK, and C 6 H 7 KO 2, in order to remove residual lithium ions.
제 2항에 있어서,
상기 전구체와, 상기 칼륨이온염 및 수산화리튬의 몰비는 1 : 0.9 ~ 1.4인 것을 특징으로 하는 잔류 리튬 이온을 제거시키기 위한 열처리방법.
3. The method of claim 2,
Wherein the molar ratio of the precursor to the potassium ion salt and lithium hydroxide is 1: 0.9 to 1.4.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 칼륨이온염은 KCl 0.1 ~ 10wt%인 것을 특징으로 하는 잔류 리튬 이온을 제거시키기 위한 열처리방법.
3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein the potassium ion salt is 0.1-10 wt% KCl.
열처리방법에 있어서,
전구체를 제조하는 단계;
상기 전구체에 수산화리튬을 혼합, 반응시켜 양극활물질을 제조하는 단계;
완성된 상기 양극활물질에 칼륨이온염을 혼합하는 단계;
상기 칼륨이온염이 혼합된 양극활물질을 5℃/분 ~ 20℃/분의 승온속도로 400 ~ 1000℃까지 가열시키는 단계; 및
상기 승온된 온도로 가열을 유지시키는 단계;
냉각 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 잔류 리튬 이온을 제거시키기 위한 열처리방법.
In the heat treatment method,
Preparing a precursor;
Mixing lithium hydroxide with the precursor to produce a cathode active material;
Mixing the potassium ion salt with the completed cathode active material;
Heating the cathode active material mixed with the potassium ion salt to 400 to 1000 ° C at a heating rate of 5 ° C / minute to 20 ° C / minute; And
Maintaining the heating at the elevated temperature;
And a cooling step for removing residual lithium ions.
양극활물질을 제조하기 위한 열처리방법에 있어서,
전구체를 제조하는 단계;
상기 전구체에 칼륨이온염과 수산화리튬을 혼합하여 혼합 파우더를 제조하는 단계;
상기 혼합파우더를 5℃/분 ~ 20℃/분의 승온속도로 400 ~ 1000℃까지 가열시키는 단계; 및
상기 승온된 온도로 가열을 유지시키는 단계;
냉각 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 잔류 리튬 이온을 제거시키기 위한 열처리방법.
A heat treatment method for producing a cathode active material,
Preparing a precursor;
Mixing the potassium ion salt and lithium hydroxide in the precursor to prepare a mixed powder;
Heating the mixed powder to 400 to 1000 ° C at a heating rate of 5 ° C / min to 20 ° C / min; And
Maintaining the heating at the elevated temperature;
And a cooling step for removing residual lithium ions.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,
열처리과정은 공기, 산소, 질소 및 아르곤 중 적어도 어느 하나의 분위기 하에서 22 ~ 26시간 동안 진행되는 것을 특징으로 하는 잔류 리튬 이온을 제거시키기 위한 열처리방법.
3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein the heat treatment process is performed for at least one of air, oxygen, nitrogen, and argon for 22 to 26 hours.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 전구체는
니켈, 코발트 또는 망간을 선택하여 금속수용액을 제조하는 단계;
상기 금속수용액에 침전제로서 탄산나트륨과 공침제로서 암모니아수를 혼합하여, 연속반응기에 투입시켜 교반하여 침전물을 얻는 단계; 및
상기 침전물을 여과 및 세척 후 건조하여 전구체를 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 잔류 리튬 이온을 제거시키기 위한 열처리방법.
3. The method according to claim 1 or 2,
The precursor
Nickel, cobalt or manganese to prepare an aqueous metal solution;
Mixing the metal aqueous solution with sodium carbonate as a precipitant and ammonia water as a co-precipitator, adding the mixture to a continuous reactor and stirring to obtain a precipitate; And
And drying the precipitate by filtration, washing, and drying to produce a precursor.
제 9항에 있어서,
상기 전구체는
NixCoyMnz(OH)2로 구성되며, x는 0.5이상이고, y는 0.2 ~ 0.4이고, z는 0.05 ~ 0.15인 것을 특징으로 하는 잔류 리튬 이온을 제거시키기 위한 열처리방법.
10. The method of claim 9,
The precursor
Wherein x is at least 0.5, y is from 0.2 to 0.4, and z is from 0.05 to 0.15. 5. The method of claim 1, wherein the residual lithium ions are selected from the group consisting of Ni x Co y Mn z (OH) 2 .
제 10항에 있어서,
상기 전구체는 코어-쉘 구조 또는 단일구조인 것을 특징으로 하는 잔류 리튬 이온을 제거시키기 위한 열처리방법.
11. The method of claim 10,
Wherein the precursor is a core-shell structure or a single structure.
양극활물질의 제조방법에 있어서,
제 2항 또는 제 7항에 따른 열처리 방법이 적용되는 것을 특징으로 하는 양극활물질의 제조방법.
In the method for producing a positive electrode active material,
A method for manufacturing a cathode active material, wherein the heat treatment method according to claim 2 or 7 is applied.
양극활물질에 있어서,
제12항의 제조방법에 의해 제조된 것을 특징으로 하는 리튬이차전지용 양극활물질.
In the cathode active material,
A cathode active material for a lithium secondary battery, which is produced by the manufacturing method of claim 12.
이차전지에 있어서,
제13항의 제조방법에 의해 제조된 리튬이차전지용 양극활물질, 음극 및 전해액을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬이차전지.
In the secondary battery,
A lithium secondary battery comprising a cathode active material for a lithium secondary battery produced by the method of claim 13, a cathode, and an electrolyte.
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