KR20160126840A - Cathode Active Material Particles Comprising One or More Coating Layer and Method for Preparation of the Same - Google Patents

Cathode Active Material Particles Comprising One or More Coating Layer and Method for Preparation of the Same Download PDF

Info

Publication number
KR20160126840A
KR20160126840A KR1020150145230A KR20150145230A KR20160126840A KR 20160126840 A KR20160126840 A KR 20160126840A KR 1020150145230 A KR1020150145230 A KR 1020150145230A KR 20150145230 A KR20150145230 A KR 20150145230A KR 20160126840 A KR20160126840 A KR 20160126840A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
active material
coating layer
metal oxide
lithium
cathode active
Prior art date
Application number
KR1020150145230A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR102045495B1 (en
Inventor
이혜연
김석구
하회진
정윤석
김동현
정성후
Original Assignee
주식회사 엘지화학
울산과학기술원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엘지화학, 울산과학기술원 filed Critical 주식회사 엘지화학
Publication of KR20160126840A publication Critical patent/KR20160126840A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102045495B1 publication Critical patent/KR102045495B1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/362Composites
    • H01M4/366Composites as layered products
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052Li-accumulators
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/485Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of mixed oxides or hydroxides for inserting or intercalating light metals, e.g. LiTi2O4 or LiTi2OxFy
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries
    • Y02E60/122

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

The present invention relates to positive electrode active material particles, and to a preparation method thereof. The positive electrode active material particles comprises: a core including lithium-containing metal oxide which can occlude and discharge lithium ions; a first coating layer placed on an outer surface of the core, and containing a first metal oxide for improving electrical conductivity of the positive electrode active material; and a second coating layer placed on an outer surface of the first coating layer, and containing a second metal oxide for stabilizing the surface of the positive electrode active material particles against an electrolyte.

Description

하나 이상의 코팅층을 포함하는 양극 활물질 입자 및 이의 제조 방법 {Cathode Active Material Particles Comprising One or More Coating Layer and Method for Preparation of the Same}[0001] The present invention relates to a cathode active material particle comprising at least one coating layer and a method for producing the cathode active material particle,

본 발명은 하나 이상의 코팅층을 포함하는 양극 활물질 입자 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a cathode active material particle comprising at least one coating layer and a method for producing the same.

최근 충방전이 가능한 이차전지는 와이어리스 모바일 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있다. 또한, 이차전지는 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-In HEV) 등의 동력원으로서도 주목받고 있다.A rechargeable secondary battery is widely used as an energy source for wireless mobile devices. In addition, the secondary battery is an electric vehicle (EV), a hybrid electric vehicle (HEV), a plug-in hybrid electric vehicle (HEV), and the like, which are proposed as solutions for air pollution of existing gasoline vehicles and diesel vehicles using fossil fuels (Plug-In HEV) and the like.

특히, 전기자동차에 사용되는 리튬 이차전지는 높은 에너지 밀도와 단시간에 큰 출력을 발휘할 수 있는 특성과 더불어, 가혹한 조건 하에서 10 년 이상 사용될 수 있어야 하므로, 기존의 소형 리튬 이차전지보다 월등히 우수한 안전성 및 장기 수명 특성이 필연적으로 요구된다.In particular, a lithium secondary battery used in an electric vehicle should have a high energy density and a capability to exhibit a large output in a short time, and can be used for more than 10 years under harsh conditions. Therefore, Life characteristics are inevitably required.

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

상기 양극 활물질들 중 LiCoO2은 수명 특성 및 충방전 효율이 우수하여 가장 많이 사용되고 있지만, 구조적 안정성이 떨어지고, 원료로서 사용되는 코발트의 자원적 한계로 인해 고가이므로 가격 경쟁력에 한계가 있다는 단점을 가지고 있어서 전기자동차 등과 같은 분야의 동력원으로 대량 사용함에는 한계가 있다.Among the above cathode active materials, LiCoO 2 is most widely used because it has excellent lifetime characteristics and charge / discharge efficiency, but it has a disadvantage that its structural stability is poor and its cost competitiveness is limited due to resource limitations of cobalt used as a raw material Electric vehicles and the like.

LiNiO2은 비교적 값이 싸고 높은 방전용량의 전지 특성을 나타내고 있으나, 충방전 사이클에 동반하는 체적 변화에 따라 결정구조의 급격한 상전이가 나타나고, 공기와 습기에 노출되었을 때 안전성이 급격히 저하되는 문제점이 있다.LiNiO 2 has a relatively low cost and exhibits a high discharge capacity, but has a problem that rapid phase transition of the crystal structure occurs depending on the volume change accompanying the charging / discharging cycle, and safety is drastically lowered when exposed to air and moisture .

또한, LiMnO2, LiMn2O4 등의 리튬 망간 산화물은 열적 안전성이 우수하고 가격이 저렴하다는 장점이 있지만, 용량이 작고, 사이클 특성이 나쁘며, 고온 특성이 열악하다는 문제점이 있다.In addition, lithium manganese oxides such as LiMnO 2 and LiMn 2 O 4 have an advantage that they are excellent in thermal stability and low in cost, but have a small capacity, poor cycle characteristics, and poor high temperature characteristics.

따라서, 이와는 다른 구조를 가지는 새로운 양극 활물질에 대해 많은 연구가 행해지고 있다.Therefore, many studies have been made on a new cathode active material having a different structure.

예를 들어, Mn이 고함량으로 포함된 리튬 전이금속 산화물에서 리튬의 함량이 전이금속의 함량보다 높아 4.5V 이상의 고전압 하에서 270 mAh/g 이상의 고용량을 발휘하는 리튬 과잉(excess) 조성의 산화물을 사용하려는 시도가 있었다. For example, in a lithium transition metal oxide containing a high Mn content, the content of lithium is higher than that of the transition metal, and an excess lithium oxide having a high capacity of 270 mAh / g or more is used under a high voltage of 4.5 V or more There was an attempt to do.

그러나, 리튬 과잉(excess) 조성의 상기 산화물은 비가역 용량이 클 뿐만 아니라, 잉여 리튬을 활용하기 위한 고전압 활성화시 리튬 외에 산소까지 활물질 구조 밖으로 빠져나오므로, 활물질 구조가 붕괴되고 그로 인한 전압 강하(voltage sagging) 현상이 발생하여 전지셀의 퇴화를 촉진시키는 문제점을 가지는 것으로 발견되었다.However, since the above-mentioned oxide having an excess lithium composition has a large irreversible capacity, it also escapes from the active material structure to oxygen in addition to lithium at the time of high voltage activation in order to utilize excess lithium. Therefore, the active material structure collapses, sagging phenomenon occurs, and it is found that the battery cell has a problem of promoting degradation of the battery cell.

그밖에, 층상 구조 양극 활물질의 구조적 안정성을 확보하기 위하여 Li2MnO3를 함유하는 층상 구조의 양극 활물질을 사용하는 방법이 개시된 바 있다. 이 경우, 상기 물질은 Mn을 많이 함유하고 있어서 가격이 매우 저렴하며, 고전압에서 용량이 크고 안정하다는 장점을 가지고 있으나, 4.4 ~ 4.6V의 평탄구간에 대한 활성화(activation) 구간이 지난 후에 층상 구조에서 스피넬(spinel) 구조로 전이가 일어나 도메인(domain)간의 접촉이 느슨해지므로, 구조적 변화가 심하여 전기적 특성을 향상시키는 데에는 개선의 여지가 있었다. In addition, a method of using a layered cathode active material containing Li 2 MnO 3 to secure the structural stability of the layered positive electrode active material has been disclosed. In this case, the material has a merit that it contains a large amount of Mn and is very inexpensive and has a large capacity and stability at a high voltage. However, after the activation period for the flat section of 4.4 to 4.6 V, Since the transition occurs in the spinel structure and the contact between the domains is loosened, there is room for improvement in improving the electrical characteristics due to a severe structural change.

상기와 같이, 아직까지 소망하는 수준의 출력 특성, 사이클 특성 및 에너지 밀도를 겸비한 이차전지의 구성이 아직 제안되지 못하고 있다.As described above, the configuration of a secondary battery having a desired level of output characteristics, cycle characteristics, and energy density has not yet been proposed.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the above-mentioned problems of the prior art and the technical problems required from the past.

본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 이후 설명하는 바와 같이, 리튬 이온의 흡장/방출이 가능한 리튬 함유 금속 산화물을 포함하는 코어(core); 양극 활물질의 전기전도도 향상을 위한 제 1 금속 산화물을 함유하고 상기 코어의 외면 상에 위치하는 제 1 코팅층; 및 전해액에 대한 양극 활물질의 입자 표면의 안정화를 위한 제 2 금속 산화물을 함유하고 상기 제 1 코팅층의 외면 상에 위치하는 제 2 코팅층을 포함하는 양극 활물질 입자를 이용하는 경우, 이차전지의 출력 특성, 사이클 특성 및 에너지 밀도가 현저하게 향상됨을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.The inventors of the present application have conducted intensive research and various experiments and, as will be described later, have found out that a core comprising a lithium-containing metal oxide capable of intercalating / deintercalating lithium ions; A first coating layer containing a first metal oxide for improving electrical conductivity of a cathode active material and positioned on an outer surface of the core; And a second coating layer containing a second metal oxide for stabilizing the particle surface of the positive electrode active material with respect to the electrolyte and positioned on the outer surface of the first coating layer, the output characteristics of the secondary battery, The characteristics and the energy density are remarkably improved, and the present invention has been accomplished.

따라서, 본 발명에 따른 양극 활물질 입자는 리튬 이온의 흡장/방출이 가능한 리튬 함유 금속 산화물을 포함하는 코어(core); 양극 활물질의 전기전도도 향상을 위한 제 1 금속 산화물을 함유하고 상기 코어의 외면 상에 위치하는 제 1 코팅층; 및 전해액에 대한 양극 활물질의 입자 표면의 안정화를 위한 제 2 금속 산화물을 함유하고 상기 제 1 코팅층의 외면 상에 위치하는 제 2 코팅층을 포함하는 것을 특징으로 한다.Accordingly, the cathode active material particle according to the present invention comprises a core comprising a lithium-containing metal oxide capable of intercalating / deintercalating lithium ions; A first coating layer containing a first metal oxide for improving electrical conductivity of a cathode active material and positioned on an outer surface of the core; And a second coating layer containing a second metal oxide for stabilizing the particle surface of the cathode active material with respect to the electrolytic solution and positioned on the outer surface of the first coating layer.

즉, 상기 제 1 코팅층이 코어의 외면 상에 위치하여 양극 활물질 입자의 전기전도도를 향상시킴으로써, 이차전지의 출력 특성이 향상된다.That is, the first coating layer is positioned on the outer surface of the core to improve the electric conductivity of the cathode active material particles, thereby improving the output characteristics of the secondary battery.

또한, 양극 활물질 입자의 전기전도도가 향상으로, 일정한 출력을 유지하면서도 양극 합제의 로딩량을 증가시킬 수 있어, 이차전지의 에너지 밀도가 향상된다.In addition, since the electric conductivity of the cathode active material particles is improved, the loading amount of the cathode mixture can be increased while maintaining a constant output, and the energy density of the secondary battery is improved.

다만, 전기전도도 향상을 위한 상기 제 1 코팅층은 이차전지의 사용 중에 코어의 표면에서 탈리될 수 있고, 이 경우, 출력 특성 및 에너지 밀도가 저하되는 문제가 발생한다. 따라서, 상기 제 1 코팅층의 탈리를 방지하여, 이차전지를 오래 사용하여도 출력 특성 및 에너지 밀도 등 이차전지의 전반적인 성능 저하를 방지하기 위하여, 표면 안정화를 위한 제 2 코팅층을 제 1 코팅층의 외면 상에 위치시킨다.However, the first coating layer for improving electrical conductivity may be detached from the surface of the core during use of the secondary battery. In this case, the output characteristics and the energy density are lowered. Therefore, in order to prevent detachment of the first coating layer and to prevent deterioration of the overall performance of the secondary battery such as output characteristics and energy density even when the secondary battery is used for a long time, the second coating layer for surface stabilization is formed on the outer surface of the first coating layer .

이와 같이, 상기 제 2 코팅층을 제 1 코팅층의 외면 상에 위치시키는 경우, 양극 활물질의 표면이 안정화 되어, 이차전지의 사이클 특성이 향상된다.Thus, when the second coating layer is placed on the outer surface of the first coating layer, the surface of the cathode active material is stabilized and the cycle characteristics of the secondary battery are improved.

상기 코어를 구성하는 리튬 함유 금속 산화물은, 리튬 이온의 흡장/방출이 가능한 물질이면 특별히 한정되는 것은 아니며, 예를 들어, 리튬 금속 산화물, 리튬 전이금속 산화물, 리튬 전이금속 복합 산화물, 및 리튬 과함량 산화물(over-lithium oxide)등으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있다.The lithium-containing metal oxide constituting the core is not particularly limited as long as it is a material capable of intercalating / deintercalating lithium ions, and examples thereof include a lithium metal oxide, a lithium transition metal oxide, a lithium transition metal composite oxide, Oxide, an over-lithium oxide, and the like.

상세하게는, 상기 리튬 함유 금속 산화물은, 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물이나 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 화합물; 화학식 Li1+xMn2-xO4 (여기서, x 는 0 ~ 0.33 임), LiMnO3, LiMn2O3, LiMnO2 등의 리튬 망간 산화물; 리튬 동 산화물(Li2CuO2); LiV3O8, LiFe3O4, 리튬 바나듐 산화물; 리튬 철 인산화물; 화학식 LiNi1-xMxO2 (여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B 또는 Ga 이고, x = 0.01 ~ 0.3 임)으로 표현되는 Ni 사이트형 리튬 니켈 산화물; 화학식 LiMn2-xMxO2 (여기서, M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn 또는 Ta 이고, x = 0.01 ~ 0.1 임) 또는 Li2Mn3MO8 (여기서, M = Fe, Co, Ni, Cu 또는 Zn 임)으로 표현되는 리튬 망간 복합 산화물; 화학식의 Li 일부가 알칼리토금속 이온으로 치환된 LiMn2O4; Fe2(MoO4)3 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.Specifically, the lithium-containing metal oxide may be a layered compound such as lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ), lithium nickel oxide (LiNiO 2 ), or a compound substituted with one or more transition metals; Lithium manganese oxides such as Li 1 + x Mn 2 -x O 4 (where x is 0 to 0.33), LiMnO 3 , LiMn 2 O 3 , LiMnO 2 and the like; Lithium copper oxide (Li 2 CuO 2 ); LiV 3 O 8 , LiFe 3 O 4 , lithium vanadium oxide; Lithium iron phosphate; A Ni-site type lithium nickel oxide expressed by the formula LiNi 1-x M x O 2 (where M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B or Ga and x = 0.01 to 0.3); Formula LiMn 2-x M x O 2 ( where, M = Co, Ni, Fe , Cr, and Zn, or Ta, x = 0.01 ~ 0.1 Im) or Li 2 Mn 3 MO 8 (where, M = Fe, Co, Ni, Cu, or Zn); LiMn 2 O 4 in which a part of Li in the formula is substituted with an alkaline earth metal ion; Fe 2 (MoO 4 ) 3 , and the like. However, the present invention is not limited to these.

상기 제 1 코팅층에 함유되어 있는 제 1 금속 산화물은 양극 활물질의 전기전도도를 향상시킬 수 있는 물질이면 이를 사용할 수 있으며, 하나의 구체적인 예에서, 상기 제 1 금속 산화물은 산화루테늄일 수 있다.The first metal oxide contained in the first coating layer may be a material capable of improving the electrical conductivity of the cathode active material. In one specific example, the first metal oxide may be ruthenium oxide.

상기 산화루테늄은 기타 금속 산화물에 비해, 양극 활물질 입자의 전기전도도를 향상시키는 효과가 특히 뛰어난 것으로 확인되었다.The ruthenium oxide has been found to be particularly excellent in improving the electric conductivity of the cathode active material particles as compared with other metal oxides.

상기 제 1 코팅층의 두께는 1 nm 내지 50 nm일 수 있고, 상세하게는 5 nm 내지 30 nm일 수 있으며, 더욱 상세하게는 10 nm 내지 20 nm일 수 있다.The thickness of the first coating layer may be 1 nm to 50 nm, more specifically 5 nm to 30 nm, and more specifically 10 nm to 20 nm.

제 1 코팅층의 두께가 1 nm 미만이면 코어의 표면에서 탈리되기 쉽고, 전기전도도 향상의 효과가 크지 않으며, 50 nm 초과이면, 양극 활물질 입자 내에서 이차전지의 용량을 결정하는 코어의 비중이 줄어들어 이차전지의 용량 감소를 초래할 수 있다.If the thickness of the first coating layer is less than 1 nm, the effect of improving the electrical conductivity is not significant, and if the thickness is more than 50 nm, the specific gravity of the core for determining the capacity of the secondary battery in the positive electrode active material particles is reduced, The capacity of the battery may be reduced.

또한, 상기 양극 활물질 입자는 제 1 금속 산화물을 양극 활물질 입자의 전체 중량을 기준으로 0.08 중량% 내지 4.00 중량%, 상세하게는 0.1 중량% 내지 2 중량%일 수 있고, 더욱 상세하게는 0.2 중량% 내지 0.7 중량%, 특히 상세하게는 0.5 중량% 내지 0.7 중량%로 포함할 수 있다.Also, the cathode active material particle may be composed of 0.08 wt% to 4.00 wt%, specifically 0.1 wt% to 2 wt%, and more specifically 0.2 wt%, based on the total weight of the cathode active material particle, To 0.7% by weight, in particular 0.5% to 0.7% by weight.

하나의 구체적인 예에서, 상기 제 2 코팅층에 함유되어 있는 제 2 금속 산화물은 전해액 및 리튬 이온과 반응을 유발하지 않으면서, 양극 활물질 입자의 표면을 안정화시킬 수 있는 것이면 특별히 제한되지는 않으나, 상세하게는 산화알루미늄일 수 있다.In one specific example, the second metal oxide contained in the second coating layer is not particularly limited as long as it can stabilize the surface of the cathode active material particles without causing a reaction with the electrolytic solution and lithium ions, May be aluminum oxide.

산화알루미늄은 기타 금속 산화물에 비해 표면을 안정화 시키는 효과가 뛰어나며, 구조적 안정성으로 인해 양극 활물질 입자의 표면에서 유지력이 뛰어난 것으로 확인되었다.Aluminum oxide is superior to other metal oxides in stabilizing the surface, and it is confirmed that the aluminum oxide has excellent retention on the surface of the cathode active material particles due to the structural stability.

상기 제 2 코팅층의 두께는 0.2 nm 내지 2 nm, 상세하게는 0.4 nm 내지 1.5 nm일 수 잇고, 더욱 상세하게는 0.6 nm 내지 0.8 nm일 수 있다.The thickness of the second coating layer may be 0.2 nm to 2 nm, specifically 0.4 nm to 1.5 nm, and more specifically, 0.6 nm to 0.8 nm.

상기 제 2 코팅층의 두께가 0.2 nm 미만인 경우에는 두께가 너무 얇아서 표면을 충분히 안정화 시키기 어렵고, 외부 영향으로 제 2 코팅층이 쉽게 탈리될 수 있어 이차전지의 사이클 특성을 향상시키기 어렵고, 2 nm 초과인 경우에는 제 2 코팅층의 형성에 시간과 비용이 과도하게 소요되고, 입자 내에 양극 활물질의 함량이 상대적으로 감소하여 이차전지의 용량 감소를 초래할 수 있다.When the thickness of the second coating layer is less than 0.2 nm, the thickness of the second coating layer is too thin to sufficiently stabilize the surface, and the second coating layer can easily be removed due to external influences, so that it is difficult to improve the cycle characteristics of the secondary battery. The formation of the second coating layer takes time and expense excessively, and the content of the cathode active material in the particles is relatively decreased, which may lead to a reduction in capacity of the secondary battery.

또한, 상기 양극 활물질 입자는 제 2 금속 산화물을 양극 활물질 입자의 전체 중량을 기준으로 0.01 중량% 내지 0.5 중량%, 상세하게는 0.01 중량% 내지 0.1 중량%, 더욱 상세하게는 0.03 중량% 내지 0.05 중량%로 포함할 수 있다.The cathode active material particles may contain 0.01 to 0.5% by weight, specifically 0.01 to 0.1% by weight, more specifically 0.03 to 0.05% by weight, based on the total weight of the cathode active material particles, %.

본 발명은 또한 상기 양극 활물질 입자를 제조하는 방법을 제공한다.The present invention also provides a method for producing the cathode active material particles.

본 발명에 따른 양극 활물질 입자의 제조 방법은,A method for producing a cathode active material particle according to the present invention comprises:

(a) 리튬 이온의 흡장/방출이 가능한 리튬 함유 금속 산화물 입자를 준비하는 과정;(a) preparing a lithium-containing metal oxide particle capable of intercalating / deintercalating lithium ions;

(b) 제 1 금속 산화물 전구체, 산화제, 및 반응 촉진용 연료(fuel)가 포함되어 있는 용액에 리튬 함유 금속 산화물 입자를 투여하여, 코어인 리튬 함유 금속 산화물 입자의 표면에 전기전도도 향상을 위한 제 1 금속 산화물의 제 1 코팅층을 형성하는 과정; 및(b) a step of administering a lithium-containing metal oxide particle to a solution containing a first metal oxide precursor, an oxidizing agent, and a fuel for reaction promotion, 1 < / RTI > metal oxide; And

(c) 상기 제 1 코팅층이 형성된 양극 활물질 입자를 열처리(annealing)하는 과정;을 포함한다.(c) annealing the cathode active material particles having the first coating layer formed thereon.

상기 과정(b)에서 제 1 금속 산화물 전구체, 산화제, 및 반응 촉진용 연료가 포함되어 있는 용액에 리튬 함유 금속 산화물 입자를 투여하여 반응을 수행하고, 반응이 종료된 후 용매를 증발시키면 코어의 표면에 제 1 금속 산화물 전구체의 산화물, 즉 제 1 금속 산화물이 코팅된다.In the step (b), the reaction is carried out by adding the lithium-containing metal oxide particles to the solution containing the first metal oxide precursor, the oxidizing agent, and the fuel for promoting reaction, and when the solvent is evaporated after the reaction is completed, An oxide of the first metal oxide precursor, i.e., a first metal oxide, is coated.

이후 상기 열처리 과정을 거침으로써, 제 1 금속 산화물 전구체에서 제 1 금속 산화물로 완전히 산화되지 못한 중간 생성물들이 완전히 산화될 수 있고, 제 1 코팅층에 포함되어 있는 제 1 금속 산화물들이 결정 구조를 형성함으로써, 전기전도도를 향상시키는 효과 및 구조적 안정성이 더욱 증가한다.Thereafter, the intermediate products that are not completely oxidized to the first metal oxide in the first metal oxide precursor can be completely oxidized by the heat treatment, and the first metal oxides included in the first coating layer form a crystal structure, The effect of improving electrical conductivity and the structural stability are further increased.

이때, 상기 연료는 과정(b)를 거친 후에고 제 1 코팅층에 포함되어 있다가, 과정(c)의 열처리 과정에서 산화 반응의 활성화 에너지를 낮춰 반응 속도를 촉진 시키며, 상대적으로 낮은 온도에서 반응이 진행될 수 있도록 해준다. 상기 연료에 의해 더 빠른 시간 내에 열처리 공정을 마칠 수 있어, 공정의 효율성이 증대되고, 제조 비용이 절감되는 효과가 있다.At this time, the fuel is included in the first coating layer after the step (b), and the activation energy of the oxidation reaction is lowered in the heat treatment process of the step (c) to accelerate the reaction rate. It allows you to proceed. It is possible to complete the heat treatment process in a shorter time by the fuel, thereby increasing the efficiency of the process and reducing the manufacturing cost.

하나의 구체적인 예에서, 상기 제 1 금속 산화물 전구체는 특별히 한정되지는 않지만, 예를 들어, 염화루테늄, 염화루테늄 수화물, 질산루테늄 및 아세트산루테늄 등으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있고, 상세하게는 염화루테늄 수화물일 수 있다.In one specific example, the first metal oxide precursor may be at least one selected from the group consisting of, for example, ruthenium chloride, ruthenium chloride hydrate, ruthenium nitrate, ruthenium acetate, and the like, Ruthenium chloride hydrate.

하나의 구체적인 예에서, 상기 산화제는 제 1 금속 산화물 전구체를 제 1 금속 산화물로 산화시킬 수 있고, 부반응을 심하게 일으키지 않는 것이면 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 질산암모늄, 질산루테늄 및 유기질산염(organic nitrate) 등으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상이고, 상세하게는 질산 암모늄일 수 있다.In one specific example, the oxidizing agent is not particularly limited as long as it can oxidize the first metal oxide precursor to the first metal oxide and does not seriously cause a side reaction. For example, ammonium nitrate, ruthenium nitrate, and organic nitrate nitrate), and more specifically, it may be ammonium nitrate.

하나의 구체적인 예에서, 상기 용액은 용매로서 2-메톡시에탄올, 무수에탄올 및 무수메탄올 등으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있고, 상세하게는 2-메톡시에탄올을 포함할 수 있다.In one specific example, the solution may comprise at least one solvent selected from the group consisting of 2-methoxyethanol, anhydrous ethanol, and anhydrous methanol, and specifically may include 2-methoxyethanol .

하나의 구체적인 예에서, 상기 연료는 요소(urea), 아세틸아세톤, 및 케톤기 함유 유기화합물로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있고, 상세하게는 요소일 수 있다.In one specific example, the fuel may be at least one member selected from the group consisting of urea, acetyl acetone, and ketone group-containing organic compounds, and may be an element in particular.

하나의 구체적인 예에서, 상기 제 1 금속 산화물 전구체의 농도는 0.01 M 내지 0.2 M, 상세하게는 0.02 M 내지 0.1 M 일 수 있으며, 0.01 M 미만인 경우에는 반응 속도가 느려서 반응에 소요되는 시간이 너무 길고, 0.2 M 초과인 경우에는 제 1 코팅층의 두께가 필요 이상으로 두꺼워질 수 있고, 균일한 두께로 코팅하기 어려울 수 있어 바람직하지 않다.In one specific example, the concentration of the first metal oxide precursor may be 0.01 M to 0.2 M, specifically 0.02 M to 0.1 M, and if it is less than 0.01 M, the reaction rate is slow and the reaction time is too long If it is more than 0.2 M, the thickness of the first coating layer may become unnecessarily large, and it may be difficult to coat the first coating layer with a uniform thickness.

상기 제 1 금속 산화물 전구체:산화제:연료의 몰 비율은 1.0~2.0:1.0~2.0:1.0~2.0, 상세하게는 1.0~1.5:1.0~1.5:1.0~1.5일 수 있으며, 이러한 비율 범위 내인 경우, 적절한 속도로 반응이 일어날 수 있고, 제 1 코팅층을 균일한 두께로 형성할 수 있다.The molar ratio of the first metal oxide precursor, the oxidizer and the fuel may be 1.0 to 2.0: 1.0 to 2.0: 1.0 to 2.0, more specifically 1.0 to 1.5: 1.0 to 1.5: 1.0 to 1.5. The reaction can take place at an appropriate rate, and the first coating layer can be formed with a uniform thickness.

하나의 구체적인 예에서, 상기 열처리는 250℃ 내지 800℃의 온도로 1 내지 5시간 동안 수행할 수 있고, 상세하게는 400℃ 내지 500℃의 온도로 수행할 수 있다.In one specific example, the heat treatment may be performed at a temperature of 250 ° C to 800 ° C for 1 to 5 hours, and more specifically, at a temperature of 400 ° C to 500 ° C.

열처리의 반응 온도가 250℃ 미만인 경우에는 반응 속도가 느리고, 반응에 많은 시간이 소요되며, 제 1 금속 산화물의 결정 구조가 발달하지 못하며, 800℃ 초과인 경우에는, 반응 속도가 너무 빨라서 공정 상 품질 관리가 어려우며, 고온을 유지하기 위한 비용 소모가 크다.When the reaction temperature of the heat treatment is less than 250 ° C, the reaction rate is slow, the reaction takes a long time, the crystal structure of the first metal oxide is not developed, and when the reaction temperature exceeds 800 ° C, It is difficult to manage, and the cost for maintaining a high temperature is high.

한편, 상기 양극 활물질 입자의 제조 방법은 과정(c) 이후에, 하기 과정(d)를 더 포함할 수 있다:Meanwhile, the method for manufacturing the cathode active material particle may further include the following step (d) after the step (c):

(d) 전해액에 대한 양극 활물질의 입자 표면의 안정화를 위한 제 2 금속 산화물을 포함하고 제 1 코팅층의 외면 상에 위치하는 제 2 코팅층을 형성하는 과정.(d) forming a second coating layer on the outer surface of the first coating layer, the second coating layer including a second metal oxide for stabilizing the particle surface of the cathode active material with respect to the electrolytic solution.

하나의 구체적인 예에서, 상기 과정(d)에서, 원자층 증착법(atomic layer deposition)으로 제 2 코팅층을 형성할 수 있다.In one specific example, in step (d), a second coating layer may be formed by atomic layer deposition.

상기 제 2 코팅층은 양극 활물질의 입자 표면의 안정화를 위한 것이므로, 일정한 두께 이상이면 목적한 효과를 달성할 수 있고, 따라서, 되도록이면 얇게 코팅하는 것이 에너지 밀도 측면에서 효율적이다.Since the second coating layer is for stabilizing the surface of the particles of the cathode active material, if the thickness is more than the predetermined thickness, the desired effect can be achieved. Therefore, it is efficient in terms of energy density to coat the coating layer as thin as possible.

상기 원자층 증착법은 대략 0.1 nm 단위로 코팅층의 두께를 조절할 수 있으므로, 제 2 코팅층을 얇게 코팅할 수 있어, 이차전지의 에너지 밀도를 현저하게 향상시킬 수 있다.The atomic layer deposition method can control the thickness of the coating layer by approximately 0.1 nm, so that the second coating layer can be thinly coated, and the energy density of the secondary battery can be remarkably improved.

상기 제 2 코팅층을 원하는 두께로 형성하기 위해서는, 과정(d)에서, 원자층 증착법을 1 사이클 내지 10 사이클, 상세하게는 3 사이클 내지 4 사이클 수행하여 제 2 코팅층을 형성할 수 있다.In order to form the second coating layer with a desired thickness, the second coating layer may be formed by performing the atomic layer deposition method for 1 cycle to 10 cycles, specifically, 3 cycles to 4 cycles in step (d).

하나의 구체적인 예에서, 상기 제 1 코팅층은 코어의 외면 전체의 50% 내지 90%에 도포되어 있고, 상기 제 2 코팅층은 코어 및 제 1 코팅층을 포함한 외면 전체에 도포되어 있는 구조일 수 있다.In one specific example, the first coating layer is applied to 50% to 90% of the entire outer surface of the core, and the second coating layer is applied to the entire outer surface including the core and the first coating layer.

상기 제 2 코팅층을 형성하기 위해서 원자층 증착법을 사용하는 경우, 양극 활물질 입자의 위치가 고정된 상태에서 실시하는 것이 아니고, 코어 및 제 1 코팅층을 포함한 외면 전체에 제 2 코팅층이 형성될 수 있도록, 입자의 위치를 변경하면서 원자층 증착법을 실시할 수 있다.When the atomic layer deposition method is used to form the second coating layer, the positive electrode active material particles are not formed in a fixed position, and the second coating layer may be formed on the entire outer surface including the core and the first coating layer. The atomic layer deposition method can be performed while changing the position of the particles.

본 발명은 또한, 상기 양극 활물질 입자, 바인더, 및 도전제를 포함하는 양극 합제, 상기 양극 합제가 집전체 상에 도포되어 있는 이차전지용 양극, 및 상기 이차전지용 양극을 포함하는 리튬 이차전지를 제공한다.The present invention also provides a lithium secondary battery including the positive electrode active material particles, the binder and the conductive agent, a positive electrode mixture for the positive electrode mixture coated on the current collector, and a positive electrode for the rechargeable battery .

이하, 본 발명에 따른 리튬 이차전지의 기타 성분에 대해서 설명한다.Hereinafter, other components of the lithium secondary battery according to the present invention will be described.

양극은, 예를 들어, 양극 집전체의 양면에 양극 활물질, 도전재 및 바인더의 혼합물을 도포한 후 건조 및 프레싱하여 제조되며, 필요에 따라서는 상기 혼합물에 충진제를 더 첨가하기도 한다.The anode is prepared, for example, by applying a mixture of a cathode active material, a conductive material and a binder to both surfaces of a cathode current collector, followed by drying and pressing, and if necessary, a filler is further added to the mixture.

상기 양극 집전체는 일반적으로 3 ~ 300 ㎛의 두께로 제조되며, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티타늄, 및 알루미늄이나 스테인레스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티타늄 또는 은으로 표면처리 한 것 중에서 선택되는 하나를 사용할 수 있고, 상세하게는 알루미늄이 사용될 수 있다. 집전체는 그것의 표면에 미세한 요철을 형성하여 양극 활물질의 접착력을 높일 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태가 가능하다.The cathode current collector generally has a thickness of 3 to 300 탆 and is not particularly limited as long as it has high conductivity without causing chemical changes in the battery. Examples of the cathode current collector include stainless steel, aluminum, nickel, titanium , And a surface treated with carbon, nickel, titanium or silver on the surface of aluminum or stainless steel can be used. Specifically, aluminum can be used. The current collector may have fine irregularities on the surface thereof to increase the adhesive force of the cathode active material, and various forms such as a film, a sheet, a foil, a net, a porous body, a foam, and a nonwoven fabric are possible.

상기 도전재는 통상적으로 양극 활물질을 포함한 양극 합제 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.The conductive material is usually added in an amount of 1 to 30% by weight based on the total weight of the positive electrode material mixture containing the positive electrode active material. Such a conductive material is not particularly limited as long as it has electrical conductivity without causing chemical changes in the battery, for example, graphite such as natural graphite or artificial graphite; Carbon black such as carbon black, acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and summer black; Conductive fibers such as carbon fiber and metal fiber; Metal powders such as carbon fluoride, aluminum, and nickel powder; Conductive whiskey such as zinc oxide and potassium titanate; Conductive metal oxides such as titanium oxide; Conductive materials such as polyphenylene derivatives and the like can be used.

상기 바인더는 활물질과 도전재 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 양극 활물질을 포함하는 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 바인더의 예로는, 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌-부타디엔 고무, 불소 고무, 다양한 공중합체 등을 들 수 있다.The binder is a component which assists in bonding of the active material and the conductive material and bonding to the current collector, and is usually added in an amount of 1 to 30% by weight based on the total weight of the mixture containing the cathode active material. Examples of such binders include polyvinylidene fluoride, polyvinyl alcohol, carboxymethylcellulose (CMC), starch, hydroxypropylcellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene, polyethylene , Polypropylene, ethylene-propylene-diene terpolymer (EPDM), sulfonated EPDM, styrene-butadiene rubber, fluorine rubber, various copolymers and the like.

상기 충진제는 양극의 팽창을 억제하는 성분으로서 선택적으로 사용되며, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 섬유상 재료라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 올리핀계 중합체; 유리섬유, 탄소섬유 등의 섬유상 물질이 사용된다.The filler is optionally used as a component for suppressing the expansion of the anode, and is not particularly limited as long as it is a fibrous material without causing a chemical change in the battery. Examples of the filler include olefin polymers such as polyethylene and polypropylene; Fibrous materials such as glass fibers and carbon fibers are used.

반면에, 음극은 음극 집전체에 음극 활물질, 도전재, 및 바인더를 포함하는 음극 합제를 도포하여 제조될 수 있으며, 이에 충진제 등이 선택적으로 더 포함될 수 있다.On the other hand, the negative electrode may be manufactured by applying a negative electrode mixture containing a negative electrode active material, a conductive material, and a binder to a negative electrode collector, and a filler or the like may further be optionally included.

상기 음극 집전체는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인레스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 또한, 양극 집전체와 마찬가지로, 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.The negative electrode current collector is not particularly limited as long as it has electrical conductivity without causing a chemical change in the battery. For example, the negative electrode current collector may be formed on the surface of copper, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, sintered carbon, Carbon, nickel, titanium, silver or the like, an aluminum-cadmium alloy, or the like can be used. In addition, like the positive electrode collector, fine unevenness can be formed on the surface to enhance the bonding force of the negative electrode active material, and it can be used in various forms such as films, sheets, foils, nets, porous bodies, foams and nonwoven fabrics.

본 발명에서 음극 집전체의 두께는 3 내지 300 ㎛의 범위 내에서 모두 동일할 수 있으나, 경우에 따라서는 각각 서로 다른 값을 가질 수 있다.In the present invention, the thickness of the anode current collector may be the same within the range of 3 to 300 탆, but they may have different values depending on the case.

상기 음극 활물질은, 예를 들어, 난흑연화 탄소, 흑연계 탄소 등의 탄소; LixFe2O3(0≤x≤1), LixWO2(0≤x≤1), SnxMe1-xMe'yOz (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me': Al, B, P, Si, 주기율표의 1족, 2족, 3족 원소, 할로겐; 0<x≤1; 1≤y≤3; 1≤z≤8) 등의 금속 복합 산화물; 리튬 금속; 리튬 합금; 규소계 합금; 주석계 합금; SnO, SnO2, PbO, PbO2, Pb2O3, Pb3O4, Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5, GeO, GeO2, Bi2O3, Bi2O4, 및, Bi2O5 등의 금속 산화물; 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-Co-Ni 계 재료 등을 사용할 수 있다.The negative electrode active material may include, for example, carbon such as non-graphitized carbon or graphite carbon; Li x Fe 2 O 3 (0≤x≤1 ), Li x WO 2 (0≤x≤1), Sn x Me 1-x Me 'y O z (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me' : Metal complex oxides such as Al, B, P, Si, Group 1, Group 2, Group 3 elements of the periodic table, Halogen, 0 < x &lt; Lithium metal; Lithium alloy; Silicon-based alloys; Tin alloy; SnO, SnO 2, PbO, PbO 2, Pb 2 O 3, Pb 3 O 4, Sb 2 O 3, Sb 2 O 4, Sb 2 O 5, GeO, GeO 2, Bi 2 O 3, Bi 2 O 4, And Bi 2 O 5 ; Conductive polymers such as polyacetylene; Li-Co-Ni-based materials and the like can be used.

상기 분리막은 양극과 음극 사이에 개재되며, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용된다. 분리막의 기공 직경은 일반적으로 0.01 ~ 10 마이크로미터고, 두께는 일반적으로 5 ~ 30 마이크로미터다. 이러한 분리막으로는, 예를 들어, 내화학성 및 소수성의 폴리프로필렌 등의 올레핀계 폴리머; 유리섬유 또는 폴리에틸렌 등으로 만들어진 시트나 부직포 등이 사용된다. 전해질로서 폴리머 등의 고체 전해질이 사용되는 경우에는 고체 전해질이 분리막을 겸할 수도 있다.The separation membrane is interposed between the anode and the cathode, and an insulating thin film having high ion permeability and mechanical strength is used. The pore diameter of the membrane is generally 0.01 to 10 micrometers, and the thickness is generally 5 to 30 micrometers. Such separation membranes include, for example, olefinic polymers such as polypropylene, which are chemically resistant and hydrophobic; A sheet or nonwoven fabric made of glass fiber, polyethylene or the like is used. When a solid electrolyte such as a polymer is used as an electrolyte, the solid electrolyte may also serve as a separation membrane.

상기 전해액은 리튬염 함유 비수 전해질일 수 있고, 상기 리튬염 함유 비수 전해질은 비수 전해질과 리튬염으로 이루어져 있으며, 상기 비수 전해질로는 비수계 유기용매, 유기 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용되지만 이들만으로 한정되는 것은 아니다.The electrolyte solution may be a non-aqueous electrolyte containing a lithium salt, and the non-aqueous electrolyte containing a lithium salt is composed of a non-aqueous electrolyte and a lithium salt. Non-aqueous organic solvents, organic solid electrolytes, inorganic solid electrolytes, The present invention is not limited thereto.

상기 비수계 유기용매로는, 예를 들어, N-메틸-2-피롤리디논, 프로필렌 카르보네이트, 에틸렌 카르보네이트, 부틸렌 카르보네이트, 디메틸 카르보네이트, 디에틸 카르보네이트, 감마-부틸로 락톤, 1,2-디메톡시 에탄, 테트라히드록시푸란, 2-메틸 테트라하이드로푸란, 디메틸술폭시드, 1,3-디옥소런, 포름아미드, 디메틸포름아미드, 디옥소런, 아세토니트릴, 니트로메탄, 포름산 메틸, 초산메틸, 인산 트리에스테르, 트리메톡시 메탄, 디옥소런 유도체, 설포란, 메틸 설포란, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 프로필렌 카르보네이트 유도체, 테트라하이드로푸란 유도체, 에테르, 피로피온산 메틸, 프로피온산 에틸 등의 비양자성 유기용매가 사용될 수 있다.Examples of the non-aqueous organic solvent include N-methyl-2-pyrrolidinone, propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, gamma -Butyrolactone, 1,2-dimethoxyethane, tetrahydroxyfuran, 2-methyltetrahydrofuran, dimethylsulfoxide, 1,3-dioxolane, formamide, dimethylformamide, dioxolane, acetonitrile , Nitromethane, methyl formate, methyl acetate, triester phosphate, trimethoxymethane, dioxolane derivatives, sulfolane, methylsulfolane, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, propylene carbonate derivatives, Tetrahydrofuran derivatives, ether, methyl pyrophosphate, ethyl propionate and the like can be used.

상기 유기 고체 전해질로는, 예를 들어, 폴리에틸렌 유도체, 폴리에틸렌 옥사이드 유도체, 폴리프로필렌 옥사이드 유도체, 인산 에스테르 폴리머, 폴리 에지테이션 리신(agitation lysine), 폴리에스테르 설파이드, 폴리비닐 알코올, 폴리 불화 비닐리덴, 이온성 해리기를 포함하는 중합제 등이 사용될 수 있다.Examples of the organic solid electrolyte include a polymer electrolyte such as a polyethylene derivative, a polyethylene oxide derivative, a polypropylene oxide derivative, a phosphate ester polymer, an agitation lysine, a polyester sulfide, a polyvinyl alcohol, a polyvinylidene fluoride A polymer containing an acid dissociation group and the like may be used.

상기 무기 고체 전해질로는, 예를 들어, Li3N, LiI, Li5NI2, Li3N-LiI-LiOH, LiSiO4, LiSiO4-LiI-LiOH, Li2SiS3, Li4SiO4, Li4SiO4-LiI-LiOH, Li3PO4-Li2S-SiS2 등의 Li의 질화물, 할로겐화물, 황산염 등이 사용될 수 있다.Examples of the inorganic solid electrolyte include Li 3 N, LiI, Li 5 NI 2 , Li 3 N-LiI-LiOH, LiSiO 4 , LiSiO 4 -LiI-LiOH, Li 2 SiS 3 , Li 4 SiO 4 , Nitrides, halides and sulfates of Li such as Li 4 SiO 4 -LiI-LiOH and Li 3 PO 4 -Li 2 S-SiS 2 can be used.

상기 리튬염은 상기 비수 전해질에 용해되기 좋은 물질로서, 예를 들어, LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, 클로로 보란 리튬, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4 페닐 붕산 리튬, 이미드 등이 사용될 수 있다.The lithium salt is a substance that is soluble in the nonaqueous electrolyte and includes, for example, LiCl, LiBr, LiI, LiClO 4 , LiBF 4 , LiB 10 Cl 10 , LiPF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiCF 3 CO 2 , LiAsF 6 , LiSbF 6 , LiAlCl 4 , CH 3 SO 3 Li, (CF 3 SO 2 ) 2 NLi, chloroborane lithium, lower aliphatic carboxylate lithium, lithium tetraphenylborate, and imide.

또한, 비수 전해질에는 충방전 특성, 난연성 등의 개선을 목적으로, 예를 들어, 피리딘, 트리에틸포스파이트, 트리에탄올아민, 환상 에테르, 에틸렌 디아민, n-글라임(glyme), 헥사 인산 트리 아미드, 니트로벤젠 유도체, 유황, 퀴논 이민 염료, N-치환 옥사졸리디논, N,N-치환 이미다졸리딘, 에틸렌 글리콜 디알킬 에테르, 암모늄염, 피롤, 2-메톡시 에탄올, 삼염화 알루미늄 등이 첨가될 수도 있다. 경우에 따라서는, 불연성을 부여하기 위하여, 사염화탄소, 삼불화에틸렌 등의 할로겐 함유 용매를 더 포함시킬 수도 있고, 고온 보존 특성을 향상시키기 위하여 이산화탄산 가스를 더 포함시킬 수도 있으며, FEC(Fluoro-Ethylene Carbonate), PRS(Propene sultone) 등을 더 포함시킬 수 있다.The nonaqueous electrolyte may contain, for the purpose of improving charge / discharge characteristics, flame retardancy, etc., for example, pyridine, triethylphosphite, triethanolamine, cyclic ether, ethylenediamine, glyme, N, N-substituted imidazolidine, ethylene glycol dialkyl ether, ammonium salt, pyrrole, 2-methoxyethanol, aluminum trichloride and the like may be added have. In some cases, halogen-containing solvents such as carbon tetrachloride and ethylene trifluoride may be further added to impart nonflammability. In order to improve the high-temperature storage characteristics, carbon dioxide gas may be further added. FEC (Fluoro-Ethylene Carbonate, PRS (Propene sultone), and the like.

하나의 구체적인 예에서, LiPF6, LiClO4, LiBF4, LiN(SO2CF3)2 등의 리튬염을, 고유전성 용매인 EC 또는 PC의 환형 카보네이트와 저점도 용매인 DEC, DMC 또는 EMC의 선형 카보네이트의 혼합 용매에 첨가하여 리튬염 함유 비수 전해질을 제조할 수 있다.In one specific example, LiPF 6, LiClO 4, LiBF 4, LiN (SO 2 CF 3) 2 , such as a lithium salt, a highly dielectric solvent of DEC, DMC or EMC Fig solvent cyclic carbonate and a low viscosity of the EC or PC of And then adding it to a mixed solvent of linear carbonate to prepare a lithium salt-containing nonaqueous electrolyte.

본 발명은 또한, 상기 이차전지를 단위전지로서 포함하는 전지팩, 상기 전지팩을 전원으로서 포함하는 디바이스를 제공한다.The present invention also provides a battery pack including the secondary battery as a unit cell, and a device including the battery pack as a power source.

상기 디바이스는, 예를 들어, 노트북 컴퓨터, 넷북, 태블릿 PC, 휴대폰, MP3, 웨어러블 전자기기, 파워 툴(power tool), 전기자동차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기자동차(Hybrid Electric Vehicle, HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV), 전기 자전거(E-bike), 전기 스쿠터(E-scooter), 전기 골프 카트(electric golf cart), 또는 전력저장용 시스템일 수 있지만, 이들만으로 한정되지 않음은 물론이다.The device may be, for example, a notebook computer, a netbook, a tablet PC, a mobile phone, MP3, a wearable electronic device, a power tool, an electric vehicle (EV), a hybrid electric vehicle (HEV) , A plug-in hybrid electric vehicle (PHEV), an electric bike (E-bike), an electric scooter (E-scooter), an electric golf cart, However, the present invention is not limited thereto.

이러한 디바이스의 구조 및 제작 방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명을 생략한다.The structure and manufacturing method of such a device are well known in the art, so a detailed description thereof will be omitted herein.

상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 양극 활물질 입자는, 제 1 코팅층이 코어의 외면 상에 위치하여 양극 활물질 입자의 전기전도도를 향상시키고, 이차전지의 출력 특성을 향상시킨다.As described above, the cathode active material particles according to the present invention have the first coating layer positioned on the outer surface of the core to improve the electric conductivity of the cathode active material particles and improve the output characteristics of the secondary battery.

또한, 양극 활물질 입자의 전기전도도가 향상으로, 일정한 출력을 유지하면서도 양극 합제의 로딩량을 증가시킬 수 있어, 이차전지의 에너지 밀도를 향상시킬 수 있다.Further, the electric conductivity of the cathode active material particles can be improved, the loading amount of the cathode mixture can be increased while maintaining a constant output, and the energy density of the secondary battery can be improved.

더욱이, 제 2 코팅층이 전해액에 대한 양극 활물질의 표면을 안정화 시킴으로써, 이차전지의 사이클 특성을 향상시킨다.Furthermore, the second coating layer stabilizes the surface of the positive electrode active material with respect to the electrolyte, thereby improving the cycle characteristics of the secondary battery.

도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 양극 활물질 입자의 제 1 코팅층을 제조하는 방법을 순차적으로 나타낸 모식도이다;
도 2 및 도 3은 도 1의 제조 방법에 따라 제조된 제 1 코팅층이 형성된 양극 활물질 입자의 energy dispersive spectroscopy (EDS)결과이다;
도 4는 산화루테늄 코팅 전의 LNMO와 산화루테늄 코팅 후의 LNMO를 투과전자현미경(transmission electron microscope, TEM)으로 촬영한 사진이다;
도 5는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 제 1 코팅층 및 제 2 코팅층이 형성된 양극 활물질 입자들의 구조를 나타낸 모식도이다;
도 6은 본 발명의 실시예 1, 비교예 1 및 비교예 2의 저에너지 이온 산란(low energy ion scattering, LEIS) 분석 결과를 나타낸 그래프이다;
도 7 및 도 8은 각각 본 발명의 실시예 1 및 비교예 1의 전기전도도를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다;
도 9는 본 발명의 실시예 4, 실시예 5 및 비교예 3의 2 회 충방전 시 충방전용량을 측정한 그래프이다;
도 10은 본 발명의 실시예 4, 실시예 5 및 비교예 3의 C-rate에 변화에 따른 용량 변화를 측정한 그래프이다;
도 11는 본 발명의 실시예 4, 실시예 5, 및 비교예 3의 충방전 횟수에 따른 쿨롱 효율의 변화를 측정한 그래프이다;
도 12 및 도 13은 본 발명의 실시예 4, 실시예 6, 실시예 7, 실시예 8, 비교예 4, 및 비교예 5의 C-rate변화에 따른 용량 변화를 측정한 그래프이다;
도 14 및 도 15는 본 발명의 실시예 7, 실시예 9, 실시예 10, 비교예 5, 비교예 6, 및 비교예 7의 C-rate변화에 따른 용량 변화를 측정한 그래프이다;
도 16 및 도 17은 본 발명의 실시예 7, 실시예 9, 비교예 5, 비교예 6, 비교예 8, 및 비교예 9의 사이클 진행에 따른 용량 변화를 측정한 그래프이다;
도 18 및 도 19은 본 발명의 실시예 7, 실시예 9, 비교예 5, 비교예 6, 비교예 8, 및 비교예 9의 사이클 진행에 따른 쿨롱 효율 변화를 측정한 그래프이다.
FIG. 1 is a schematic view sequentially showing a method of manufacturing a first coating layer of a cathode active material particle according to an embodiment of the present invention; FIG.
FIGS. 2 and 3 are energy dispersive spectroscopy (EDS) results of the cathode active material particles having the first coating layer formed according to the manufacturing method of FIG. 1;
4 is a photograph of LNMO before ruthenium oxide coating and LNMO after ruthenium oxide coating by transmission electron microscope (TEM);
5 is a schematic view showing a structure of a cathode active material particle having a first coating layer and a second coating layer according to an embodiment of the present invention;
6 is a graph showing the results of low energy ion scattering (LEIS) analysis of Example 1, Comparative Example 1 and Comparative Example 2 of the present invention;
FIGS. 7 and 8 are graphs showing the results of measuring the electrical conductivities of Example 1 and Comparative Example 1 of the present invention, respectively;
FIG. 9 is a graph showing the charge-discharge capacity measured in the charge-discharge cycles of Example 4, Example 5, and Comparative Example 3 twice;
10 is a graph showing changes in capacitance with changes in the C-rate in Example 4, Example 5, and Comparative Example 3 of the present invention;
FIG. 11 is a graph showing changes in coulombic efficiency according to the number of times of charging and discharging of Example 4, Example 5, and Comparative Example 3 of the present invention; FIG.
FIGS. 12 and 13 are graphs showing capacitance changes according to C-rate changes in Examples 4, 6, 7, 8, 4 and 5 of the present invention;
FIGS. 14 and 15 are graphs showing capacitance changes according to the C-rate changes of Examples 7, 9, 10, 5, 6, and 7 of the present invention;
FIGS. 16 and 17 are graphs showing changes in capacitance according to the progression of cycles of Example 7, Example 9, Comparative Example 5, Comparative Example 6, Comparative Example 8, and Comparative Example 9 of the present invention;
FIGS. 18 and 19 are graphs showing changes in coulombic efficiency according to the cycle progression of Example 7, Example 9, Comparative Example 5, Comparative Example 6, Comparative Example 8, and Comparative Example 9 of the present invention.

이하에서는, 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings, but it should be understood that the scope of the present invention is not limited thereto.

<제조예 1>&Lt; Preparation Example 1 &

제 1 코팅층의 제조 - 습식법Preparation of first coating layer - wet process

코어로 사용될 리튬 함유 금속 산화물인 LiNi0.75Mn0.25O2를 준비하였다. 용매인 2-메톡시에탄올에, 염화루테늄 수화물, 질산암모늄, 요소를 1:1:1의 몰비율로 혼합하여, 염화루테늄의 농도가 0.05 M인 전구체 용액을 제조하였다. 상기 전구체 용액과 LiNi0.75Mn0.25O2를 습식법으로 반응시킨 후 진공회전농축기(rotary evaporator)를 이용하여 용매를 증발시켰다. 용매를 증발시킨 반응물을 250℃ 내지 800℃의 온도로 1 내지 5시간 동안 열처리(annealing) 과정을 거쳐 LiNi0.75Mn0.25O2 코어의 표면에 산화루테늄 코팅층이 형성된 양극 활물질 입자(제 1 코팅층이 형성된 양극 활물질 입자)를 제조하였다.LiNi 0.75 Mn 0.25 O 2 , which is a lithium-containing metal oxide to be used as a core, was prepared. A precursor solution having a concentration of ruthenium chloride of 0.05 M was prepared by mixing ruthenium chloride hydrate, ammonium nitrate and urea in a molar ratio of 1: 1: 1 to 2-methoxyethanol as a solvent. The precursor solution was reacted with LiNi 0.75 Mn 0.25 O 2 by a wet method and the solvent was evaporated using a rotary evaporator. The reaction product obtained by evaporating the solvent is annealed at a temperature of 250 ° C to 800 ° C for 1 to 5 hours to form a cathode active material particle having a ruthenium oxide coating layer formed on the surface of the LiNi 0.75 Mn 0.25 O 2 core Cathode active material particle).

<제조예 2>&Lt; Preparation Example 2 &

제 2 코팅층의 제조 - 원자층 증착법Preparation of Second Coating Layer - Atomic Layer Deposition

제 1 코팅층이 형성된 양극 활물질 입자를 반응기에 넣고 진공을 인가하여 반응기 내부의 공기를 제거하였다. 반응기에 삼메틸알루미늄 (trimethylaluminium, TMA)을 주입하여 제 1 코팅층이 형성된 양극 활물질 입자의 표면에 TMA를 증착시킨 다음 반응기에 진공을 인가하여, 잔여 TMA를 제거하였다(표면 반응). 반응기에 물(H2O)을 주입하여 표면에 증착되어 있는 TMA와 반응시켜서 박막을 형성하고, 다시 진공을 인가하여 잔여물과 부산물을 제거하였다(수처리 반응). 이러한 표면 반응과 수처리 반응을 1 사이클로 하여, 원자층 증착법을 1 사이클 내지 10 사이클 수행하여 제 2 코팅층이 형성된 양극 활물질 입자를 제조하였다.The cathode active material particles having the first coating layer formed therein were placed in a reactor, and vacuum was applied to remove air inside the reactor. TMA was deposited on the surface of the cathode active material particle on which the first coating layer was formed by injecting trimethylaluminium (TMA) into the reactor, and vacuum was applied to the reactor to remove residual TMA (surface reaction). Water (H 2 O) was injected into the reactor and reacted with TMA deposited on the surface to form a thin film. Vacuum was applied again to remove residues and by-products (water treatment reaction). The surface reaction and the water treatment reaction were performed in one cycle, and the atomic layer deposition method was performed for 1 cycle to 10 cycles to prepare cathode active material particles having the second coating layer formed thereon.

<제조예 3>&Lt; Preparation Example 3 &

이차전지의 제조Manufacture of Secondary Battery

양극 활물질 입자, PVDF (KF1100, 바인더), 및 super P (도전재)를 중량을 기준으로 일정 비율로 혼합하고, NMP (용매)에 넣어서 양극 슬러리를 제조하고, 알루미늄 호일의 일면에 코팅 건조하고 프레싱 공정을 수행하여 일정한 로딩량을 가지는 양극을 제조하였다.The positive electrode slurry was prepared by mixing the positive electrode active material particles, PVDF (KF1100, binder), and super P (conductive material) at a certain ratio based on the weight and put into NMP (solvent), coating on one side of the aluminum foil, And a positive electrode having a constant loading amount was prepared.

음극으로는 두께가 0.6 mm인 리튬 금속을 사용하였다.Lithium metal with a thickness of 0.6 mm was used as the cathode.

제조된 양극과 음극 사이에 다공성 폴리에틸렌 분리막을 개재한 후 중량을 기준으로, EC(ethyl carbonate): EMC(ethylmethyl carbonate): DMC(dimethyl carbonate) = 3:4:3 인 혼합 용매에 LiPF6 전해질을 1M의 농도로 용해시킨 전해액을 투입하여 리튬 이차전지를 제조하였다.A LiPF 6 electrolyte was added to a mixed solvent of ethyl carbonate (EMC) and dimethyl carbonate (DMC) in a ratio of 3: 4: 3 based on the weight of the porous polyethylene separator interposed between the prepared positive and negative electrodes. The electrolyte solution dissolved in a concentration of 1 M was added to prepare a lithium secondary battery.

<실시예 1>&Lt; Example 1 >

제조예 1 및 제조예 2에 따라, 중량을 기준으로, 코어:제 1 코팅층:제 2 코팅층 = 99.38:0.57:0.05인 양극 활물질 입자를 제조하였다.According to Production Example 1 and Production Example 2, cathode active material particles having a core: first coating layer: second coating layer = 99.38: 0.57: 0.05 were prepared on the basis of weight.

<실시예 2>&Lt; Example 2 >

실시예 1에서 중량을 기준으로, 코어:제 1 코팅층:제 2 코팅층 = 99.3:0.6:0.1인 양극 활물질 입자를 제조하였다.In Example 1, cathode active material particles having a core: first coating layer: second coating layer = 99.3: 0.6: 0.1 were prepared on the basis of weight.

<실시예 3>&Lt; Example 3 >

실시예 1에서 중량을 기준으로, 코어:제 1 코팅층:제 2 코팅층 = 99.88:0.07:0.05인 양극 활물질 입자를 제조하였다.Cathode active material particles having a core: first coating layer: second coating layer = 99.88: 0.07: 0.05 were prepared on the basis of weight in Example 1.

<실시예 4><Example 4>

실시예 1의 양극 활물질 입자를 이용하여, 제조예 3에 따라, 중량을 기준으로 양극 활물질 입자:바인더:도전재 = 95:4:1의 비율로 혼합하고, 로딩량이 4.9 mg/cm2인 양극을 포함하는 리튬 이차전지를 제조하였다. Performed by using the positive electrode active material particle of Example 1, according to Preparation Example 3, the positive electrode active material particles, by weight: binder: conductive material = 95: 4: a ratio of 1, and the loading amount of 4.9 mg / cm 2 of the anode Was prepared. &Lt; tb &gt;&lt; TABLE &gt;

<실시예 5>&Lt; Example 5 >

실시예 4에서 실시예 1의 양극 활물질 입자 대신, 실시예 2의 양극 활물질 입자를 사용한 것을 제외하고는 실시예 4와 동일한 방법으로 이차전지를 제조하였다.A secondary battery was produced in the same manner as in Example 4, except that the cathode active material particles of Example 2 were used instead of the cathode active material particles of Example 1 in Example 4.

<실시예 6>&Lt; Example 6 >

실시예 4에서 중량을 기준으로 양극 활물질 입자:바인더:도전재 = 94:4:2가 되도록 혼합한 것을 제외하고는 실시예 4와 동일한 방법으로 이차전지를 제조하였다.A secondary battery was prepared in the same manner as in Example 4, except that the mixture was mixed with the cathode active material particles: binder: conductive material = 94: 4: 2 by weight in Example 4.

<실시예 7>&Lt; Example 7 >

실시예 4에서 중량을 기준으로, 양극 활물질 입자:바인더:도전재 = 92:4:4가 되도록 혼합한 것을 제외하고는 실시예 4와 동일한 방법으로 이차전지를 제조하였다.A secondary battery was produced in the same manner as in Example 4, except that the weight ratio of the positive electrode active material particles: the binder: the conductive material was changed to 92: 4: 4 by weight in Example 4.

<실시예 8>&Lt; Example 8 >

실시예 4에서, 실시예 1의 양극 활물질 입자 대신 실시예 3의 양극 활물질 입자를 사용한 것을 제외하고는 실시예 4와 동일한 방법으로 이차전지를 제조하였다.A secondary battery was produced in the same manner as in Example 4, except that the cathode active material particles of Example 3 were used in place of the cathode active material particles of Example 1 in Example 4.

<실시예 9>&Lt; Example 9 >

실시예 7에서, 양극 합제의 로딩량을 9.1 mg/cm2로 한 것을 제외하고는 실시예 7과 동일한 방법으로 이차전지를 제조하였다.A secondary battery was prepared in the same manner as in Example 7, except that the loading amount of the positive electrode mixture was changed to 9.1 mg / cm 2 .

<실시예 10>&Lt; Example 10 >

실시예 7에서, 양극 합제의 로딩량을 15.8 mg/cm2로 한 것을 제외하고는 실시예 7과 동일한 방법으로 이차전지를 제조하였다.A secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 7 except that the loading amount of the positive electrode mixture was changed to 15.8 mg / cm 2 .

<비교예 1>&Lt; Comparative Example 1 &

실시예 1에서 제 1 코팅층 및 제 2 코팅층을 형성하지 않은 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로, 양극 활물질 입자를 제조하였다.A positive electrode active material particle was prepared in the same manner as in Example 1, except that the first coating layer and the second coating layer were not formed in Example 1.

<비교예 2>&Lt; Comparative Example 2 &

제조예 1에 따라, 중량을 기준으로, 코어:제 1 코팅층 = 99.4:0.6인 양극 활물질 입자를 제조하였다.According to Production Example 1, on the basis of weight, a cathode active material particle having a core: first coating layer = 99.4: 0.6 was prepared.

<비교예 3>&Lt; Comparative Example 3 &

실시예 4에서 실시예 1의 양극 활물질 입자 대신, 비교예 2의 양극 활물질 입자를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 4와 동일한 방법으로 이차전지를 제조하였다.A secondary battery was produced in the same manner as in Example 4, except that the cathode active material particles of Comparative Example 2 were used instead of the cathode active material particles of Example 1 in Example 4.

<비교예 4>&Lt; Comparative Example 4 &

실시예 4에서, 실시예 1의 양극 활물질 입자 대신, 비교예 1의 양극 활물질 입자를 사용한 것을 제외하고는 실시예 4와 동일한 방법으로 이차전지를 제조하였다.A secondary battery was produced in the same manner as in Example 4 except that the cathode active material particles of Comparative Example 1 were used instead of the cathode active material particles of Example 1.

<비교예 5>&Lt; Comparative Example 5 &

실시예 7에서, 실시예 1의 양극 활물질 입자 대신, 비교예 1의 양극 활물질 입자를 사용한 것을 제외하고는 실시예 7과 동일한 방법으로 이차전지를 제조하였다.A secondary battery was produced in the same manner as in Example 7 except that the cathode active material particles of Comparative Example 1 were used instead of the cathode active material particles of Example 1.

<비교예 6>&Lt; Comparative Example 6 >

비교예 5에서, 양극 합제의 로딩량을 9.1 mg/cm2로 한 것을 제외하고는 비교예 5와 동일한 방법으로 이차전지를 제조하였다.In Comparative Example 5, a secondary battery was manufactured in the same manner as in Comparative Example 5 except that the loading amount of the positive electrode mixture was changed to 9.1 mg / cm 2 .

<비교예 7>&Lt; Comparative Example 7 &

비교예 5에서, 양극 합제의 로딩량을 15.5 mg/cm2로 한 것을 제외하고는 비교예 5와 동일한 방법으로 이차전지를 제조하였다.In Comparative Example 5, a secondary battery was manufactured in the same manner as in Comparative Example 5, except that the loading amount of the positive electrode mixture was 15.5 mg / cm 2 .

<비교예 8>&Lt; Comparative Example 8 >

실시예 7에서, 실시예 1의 양극 활물질 입자 대신, 비교예 2의 양극 활물질 입자를 사용한 것을 제외하고는 실시예 7과 동일한 방법으로 이차전지를 제조하였다.A secondary battery was produced in the same manner as in Example 7 except that the cathode active material particles of Comparative Example 2 were used instead of the cathode active material particles of Example 1.

<비교예 9>&Lt; Comparative Example 9 &

비교예 8에서, 양극 합제의 로딩량을 9.1 mg/cm2로 한 것을 제외하고는 비교예 8과 동일한 방법으로 이차전지를 제조하였다.In Comparative Example 8, a secondary battery was manufactured in the same manner as in Comparative Example 8, except that the loading amount of the positive electrode mixture was 9.1 mg / cm 2 .

<실험예 1><Experimental Example 1>

실시예 1, 실시예 3, 및 비교예 1에서 각각 제조된 양극 활물질 입자를 4극 방법을 이용하여 전기전도도를 측정하였고, 그 결과를 도 7, 도 8, 및 표 1에 각각 나타내었다.The electric conductivity of each of the cathode active material particles prepared in Examples 1, 3 and Comparative Example 1 was measured using a quadrupole method. The results are shown in FIG. 7, FIG. 8, and Table 1, respectively.

산화루테늄 함량 (wt%)Ruthenium oxide content (wt%) 전기전도도 (S/cm)Electrical Conductivity (S / cm) 0.000.00 1.9 ×10-6 1.9 × 10 -6 0.070.07 4.5 ×10-6 4.5 × 10 -6 0.570.57 2.7 ×10-1 2.7 x 10 -1

도 7, 도 8, 및 표 1을 참조하면, 실시예 1, 실시예 3 및 비교예 1에 사용된 리튬 함유 금속 산화물은 LiNi0.75Mn0.25O2로 동일하지만, 전기전도도에서 큰 차이가 있음을 확인할 수 있다. 비교예 1의 전기전도도는 1.9 ×10-6 S/cm인데 반해, 실시예 3의 경우 전기전도도가 4.5 ×10-6 S/cm이고, 이로부터 매우 적은 양의 산화루테늄을 함유하더라도 전기전도도가 2배 이상 향상됨을 확인할 수 있다. 더욱이, 실시예 1의 전기전도도는 2.7 ×10-1 S/cm로 현저하게 증가되었음을 알 수 있다. 이러한 결과로부터 산화루테늄 코팅층이 양극 활물질 입자의 전기전도도를 증가시킴으로써, 하기 실험예들에서 확인할 수 있듯이 출력 특성, 사이클 특성 및 에너지 밀도를 향상시키는 것으로 사료된다.7, 8 and Table 1, the lithium-containing metal oxide used in Example 1, Example 3 and Comparative Example 1 was the same as LiNi 0.75 Mn 0.25 O 2 , but there was a large difference in electric conductivity Can be confirmed. The electrical conductivity of Comparative Example 1 was 1.9 × 10 -6 S / cm, whereas the electrical conductivity of Example 3 was 4.5 × 10 -6 S / cm. Even if the amount of ruthenium oxide contained was very small, the electrical conductivity It can be confirmed that it is improved more than 2 times. Moreover, it can be seen that the electrical conductivity of Example 1 was remarkably increased to 2.7 x 10 &lt; -1 &gt; S / cm. From these results, it is considered that the ruthenium oxide coating layer increases the electric conductivity of the cathode active material particles, thereby improving the output characteristics, cycle characteristics and energy density as shown in the following experimental examples.

<실험예 2><Experimental Example 2>

실시예 4, 실시예 5 및 비교예 3에서 각각 제조된 이차전지를 0.1 C-rate로 3 V에서 5 V까지 2회 충방전을 실시하여 충방전용량을 측정하였고, 그 결과를 도 9에 나타내었다.The charge and discharge capacities of the secondary batteries prepared in Examples 4 and 5 and Comparative Example 3 were measured by charging and discharging the secondary batteries at a rate of 0.1 C from 3 V to 5 V twice. .

<실험예 3><Experimental Example 3>

실시예 4, 실시예 5, 및 비교예 3에서 각각 제조된 이차전지를 0.1 C-rate일 때의 방전 용량 (약 140 mA/g)을 기준으로, C-rate를 순차적으로 0.1 C-rate, 0.5 C-rate, 1 C-rate, 2 C-rate, 3 C-rate, 4 C-rate, 7 C-rate 및 10 C-rate로 변화시키면서 용량 변화를 측정하였고, 그 결과를 도 10에 나타내었다.The C-rate was sequentially set to 0.1 C-rate, the C-rate was set at 0.1 C-rate based on the discharge capacity (about 140 mA / g) when the secondary battery prepared in each of Example 4, Example 5, The capacitance change was measured while varying at 0.5 C-rate, 1 C-rate, 2 C-rate, 3 C-rate, 4 C-rate, 7 C-rate and 10 C-rate. .

<실험예 4><Experimental Example 4>

실시예 4, 실시예 5, 및 비교예 3에서 각각 제조된 이차전지를 0.1 C-rate, 0.5 C-rate, 1 C-rate, 2 C-rate, 3 C-rate, 4 C-rate, 7 C-rate 및 10 C-rate로 충방전하여, 충방전 속도에 따라 쿨롱 효율의 변화를 측정하였고, 그 결과를 도 11에 나타내었다.The secondary batteries manufactured in Examples 4, 5 and Comparative Example 3 were subjected to the same operation as in Example 1, except that the secondary batteries were manufactured at 0.1 C-rate, 0.5 C-rate, 1 C-rate, 2 C-rate, 3 C- C-rate and 10 C-rate, and the change in coulombic efficiency was measured according to the charge-discharge rate. The results are shown in FIG.

도 9 및 도 10을 참조하면, 비교예 3은 전기전도도가 낮은 제 2 코팅층이 형성되어 있지 않아서, 실시예 4 및 실시예 5에 비해 양극 활물질 입자의 전기전도도가 상대적으로 높고, 따라서, 전기전도도의 영향을 받는 초기 용량 및 출력 특성은 실시예 4 및 실시예 5에 비해 상대적으로 좋음을 확인할 수 있다.9 and 10, Comparative Example 3 had no second coating layer having a low electrical conductivity, so that the electric conductivity of the cathode active material particles was relatively higher than that of Example 4 and Example 5, It can be confirmed that the initial capacity and the output characteristics affected by the second embodiment are relatively better than those of the fourth and fifth embodiments.

다만, 도 11를 참조하면, 비교예 3은 제 2 코팅층이 형성되어 있지 않아서, 충전 용량 대비 방전 용량을 의미하는 쿨롱 효율이 실시예 4 및 실시예 5에 비해 상대적으로 낮음을 확인할 수 있다. 즉, 비교예 3의 경우 충전과 방전 시 에너지 효율이 떨어지고, 표면이 안정화되지 않아서 이차전지의 사용에 따라 전지의 용량이 감소하여 실시예 4 및 실시예 5에 비해 사이클 특성이 좋지 않음을 알 수 있다.Referring to FIG. 11, in Comparative Example 3, since the second coating layer is not formed, it is confirmed that the coulomb efficiency, which is the discharge capacity in relation to the charging capacity, is relatively low as compared with the fourth and fifth embodiments. That is, in the case of Comparative Example 3, the energy efficiency during charging and discharging was inferior and the surface was not stabilized. As a result, the capacity of the battery decreased with use of the secondary battery, have.

이차전지는 1회성 소모품이 아니므로, 초기 용량 및 출력 특성이 일정 수준 이상만 만족하면, 충전과 방전을 반복할 때, 용량의 저하 및 쿨롱 효율의 저하가 낮을수록 효과적이다.Since the secondary battery is not a one-time consumable, when the initial capacity and the output characteristic are satisfied only at a certain level or more, the lower the capacity and the lower the coulomb efficiency are, the more effective it is when the charging and discharging are repeated.

따라서, 이러한 결과로부터, 초기 용량 및 출력 특성이 상대적으로 우수하긴 하나, 쿨롱 효율 및 사이클 특성이 낮은 비교예 3은 산업적으로 이용하기에 어려움이 있으며, 초기 용량 및 출력 특성이 일정 조건을 만족하면서 쿨롱 효율과 사이클 특성이 우수한 실시예 4 및 실시예 5은 산업적으로 활용하기에 더욱 적합함을 알 수 있다.From these results, it can be concluded that Comparative Example 3, which has a relatively low initial coulomb efficiency and cycle characteristics, is difficult to be industrially used although the initial capacity and output characteristics are relatively excellent. It can be seen that Examples 4 and 5, which are excellent in efficiency and cycle characteristics, are more suitable for industrial application.

<실험예 5><Experimental Example 5>

실시예 6, 실시예 7, 실시예 8, 비교예 4, 및 비교예 5에서 각각 제조된 이차전지를 0.1 C-rate일 때의 방전 용량을 기준으로, C-rate를 순차적으로 0.1 C-rate, 0.5 C-rate, 1 C-rate, 2 C-rate, 3 C-rate, 4 C-rate, 7 C-rate 및 10 C-rate로 변화시키면서 용량 변화를 측정하였고, 그 결과를 도 12 및 도 13에 나타내었다.The secondary batteries prepared in Example 6, Example 7, Example 8, Comparative Example 4 and Comparative Example 5 were sequentially charged at a C-rate of 0.1 C-rate The results are shown in FIG. 12 and FIG. 12. The results are shown in FIG. 12 and FIG. 14. The results are shown in FIG. 12 and FIG. 13.

도 12를 참조하면, 실시예 4, 실시예 6, 및 실시예 7의 경우, 도전재의 함량이 높을수록 C-rate가 증가하더라도 용량의 유지율이 상대적으로 높아 출력 특성이 일부 향상됨을 알 수 있다. 다만, 실시예 4, 실시예 6 및 실시예 7에 각각 함유되어 있는 도전재의 양이 2 배씩 증가하는 것을 고려할 때, 출력 특성의 증가는 크지 않음을 알 수 있고, 이러한 결과로부터 실시예 4, 실시예 6, 및 실시예 7의 경우 제 1 코팅층이 형성되어 있으므로 전기전도도가 향상되어, 도전재를 적게 사용하더라도 충분한 출력 특성을 가질 수 있음을 알 수 있고, 상대적으로 양극 합제에 양극 활물질을 많이 함유하게 되어 에너지 밀도를 증가시킬 수 있다.Referring to FIG. 12, in the case of Examples 4, 6 and 7, it can be seen that the output characteristics are partially improved because the capacity retention ratio is relatively high even when the content of the conductive material is increased and the C-rate is increased. However, considering that the amount of the conductive material contained in each of Examples 4, 6, and 7 is increased by two times, the increase in the output characteristics is not significant. From these results, In Examples 6 and 7, since the first coating layer is formed, the electric conductivity is improved, and it can be understood that sufficient output characteristics can be obtained even if the conductive material is used in a small amount, and a relatively large amount of the cathode active material So that the energy density can be increased.

도 12 및 도 13을 참조하면, 실시예 4, 실시예 8, 및 비교예 4의 결과로부터, 제 1 코팅층의 두께가 너무 얇거나, 생성되어 있지 않으면 이차전지의 출력 특성이 저하됨을 확인할 수 있다. 따라서, 제 1 코팅층에 포함되는 산화루테늄의 양을 양극 활물질 입자의 전체 중량을 기준으로 0.2 중량% 내지 0.7 중량% 포함하는 것이 출력 특성 향상 및 에너지 밀도 향상 측면에서 더욱 바람직하다.12 and 13, it can be seen from the results of Example 4, Example 8, and Comparative Example 4 that the output characteristics of the secondary battery are lowered when the thickness of the first coating layer is too thin or not formed . Therefore, it is more preferable that the amount of ruthenium oxide contained in the first coating layer is 0.2 wt% to 0.7 wt%, based on the total weight of the cathode active material particles, from the viewpoints of improvement of output characteristics and improvement of energy density.

또한, 실시예 4와 비교예 5로부터 양극 합제에 포함되어 있는 도전재의 양이 4배 정도 차이 남에도 불구하고, 유사한 출력 특성을 나타냄을 확인할 수 있다. 이러한 결과로부터, 본 발명의 코팅층에 의해 양극 활물질 입자의 출력 특성이 현저하게 향상됨을 알 수 있고, 동일한 출력 특성을 나타낼 때 양극 활물질의 함량을 증가시킬 수 있으므로, 에너지 밀도를 현저하게 향상시킬 수 있음을 알 수 있다.In addition, it can be confirmed from Example 4 and Comparative Example 5 that similar output characteristics are exhibited even though the amount of the conductive material contained in the positive electrode material mixture is about four times as large. From these results, it can be seen that the output characteristics of the cathode active material particles are remarkably improved by the coating layer of the present invention, the content of the cathode active material can be increased when exhibiting the same output characteristics, and thus the energy density can be remarkably improved .

<실험예 6><Experimental Example 6>

실시예 7, 실시예 9, 실시예 10, 비교예 5, 비교예 6, 및 비교예 7에서 각각 제조된 이차전지를 0.1 C-rate일 때의 방전 용량을 기준으로, C-rate를 순차적으로 0.1 C-rate, 0.5 C-rate, 1 C-rate, 2 C-rate, 3 C-rate, 4 C-rate, 7 C-rate 및 10 C-rate로 변화시키면서 용량 변화를 측정하였고, 그 결과를 도 14 및 도 15에 나타내었다.The secondary batteries manufactured in Examples 7, 9, 10, 5, and 6 and Comparative Example 7 were each subjected to a C-rate in sequential order based on the discharge capacity at 0.1 C-rate The capacitance changes were measured while varying at 0.1 C-rate, 0.5 C-rate, 1 C-rate, 2 C-rate, 3 C-rate, 4 C-rate, 7 C-rate and 10 C- Are shown in Fig. 14 and Fig.

도 14를 참조하면, 비교예 5, 비교예 6, 및 비교예 7의 경우, 전기전도도 향상을 위한 제 1 코팅층이 형성되어 있지 않으므로, 양극 합제의 로딩량이 증가할 수록 내부 저항이 증가하여 출력 특성이 감소함을 알 수 있다.Referring to FIG. 14, in the case of Comparative Example 5, Comparative Example 6, and Comparative Example 7, since the first coating layer for improving electrical conductivity is not formed, the internal resistance increases as the loading amount of the positive electrode material mixture increases, Of the total number of patients.

도 14와 비교하여 도 15을 참조하면, 실시예 7, 실시예 9, 및 실시예 10의 경우에는 제 1 코팅층 및 제 2 코팅층에 의해 로딩량이 증가하더라도 출력 특성이 유지됨을 확인할 수 있다. 따라서, 본 발명의 양극 활물질 입자를 사용하는 경우, 출력 특성을 유지하면서도 이차전지의 에너지 밀도를 향상시킬 수 있음을 알 수 있다.Referring to FIG. 15 in comparison with FIG. 14, in the case of the seventh embodiment, the ninth embodiment, and the tenth embodiment, it is confirmed that the output characteristics are maintained even when the loading amount is increased by the first coating layer and the second coating layer. Therefore, it can be seen that when using the cathode active material particles of the present invention, the energy density of the secondary battery can be improved while maintaining the output characteristics.

<실험예 7><Experimental Example 7>

실시예 7, 실시예 9, 비교예 5, 비교예 6, 비교예 8, 및 비교예 9에서 각각 제조된 이차전지를 0.1 C-rate로 2 사이클 충방전 한 후, 0.5 C-rate로 약 130 사이클 동안 충방전하면서, 방전 용량을 측정하였다. 그 결과를 도 16 및 도 17에 나타내었다.The secondary batteries prepared in Example 7, Example 9, Comparative Example 5, Comparative Example 6, Comparative Example 8, and Comparative Example 9 were charged and discharged at 0.1 C rate for 2 cycles, The discharge capacity was measured while charging and discharging during the cycle. The results are shown in Fig. 16 and Fig.

도 16를 참조하면, 비교예 5의 경우 사이클이 진행될수록 용량이 약간 감소하는 경향이 있다. 다만, 실시예 7, 비교예 5, 및 비교예 8 모두 로딩량이 4.9 mg/cm2로 낮아 130 사이클 후에도 초기 용량 대비 용량이 높게 유지됨을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 16, in the case of Comparative Example 5, the capacity tends to decrease slightly as the cycle progresses. However, the loadings of Example 7, Comparative Example 5, and Comparative Example 8 were as low as 4.9 mg / cm 2 , indicating that the capacity of the initial capacity was kept high even after 130 cycles.

도 16과 비교하여 도 17을 참조하면, 130 사이클이 진행되는 동안, 실시예 9의 초기 용량 대비 용량이 가장 높게 유지되고, 비교예 6은 용량 유지율이 다소 낮으며, 비교예 9는 약 80 사이클 이후에 용량이 급격하게 감소됨을 확인할 수 있다.17, the capacity of the initial capacity of Example 9 is maintained at the highest level during the course of 130 cycles, the capacity retention rate of Comparative Example 6 is rather low, and the capacity of Comparative Example 9 is about 80 cycles It can be confirmed that the capacity is rapidly reduced thereafter.

따라서, 로딩량이 많아질수록 안정화 층인 제 2 코팅층이 없는 비교예 9와 같은 경우 용량 유지율이 급격하게 감소되는 문제가 있고, 고용량 고수명의 전지를 제조하기 위해서는 실시예 9와 같이 안정화 층인 제 2 코팅층이 필요함을 알 수 있다.Therefore, in the case of Comparative Example 9 in which there is no second coating layer as a stabilizing layer as the amount of loading increases, there is a problem that the capacity retention rate is drastically reduced. In order to manufacture a battery having a high capacity, a second coating layer It can be seen that it is necessary.

<실험예 8><Experimental Example 8>

실시예 7, 실시예 9, 비교예 5, 비교예 6, 비교예 8, 및 비교예 9에서 각각 제조된 이차전지를 0.1 C-rate로 2 사이클 충방전 한 후, 0.5 C-rate로 약 130 사이클 동안 충방전하면서, 쿨롱 효율을 측정하였다. 그 결과를 도 18 및 도 19에 나타내었다.The secondary batteries prepared in Example 7, Example 9, Comparative Example 5, Comparative Example 6, Comparative Example 8, and Comparative Example 9 were charged and discharged at 0.1 C rate for 2 cycles, Coulomb efficiency was measured while charging and discharging during the cycle. The results are shown in Fig. 18 and Fig.

도 18을 참조하면, 실시예 7, 비교예 5, 및 비교예 8 모두 초기 쿨롱 효율이 낮다. 실시예 7과 비교예 8의 경우 전기전도도 향상을 위한 제 1 코팅층을 포함하고 있어, 초기에 쿨롱 효율의 증가가 빠르며, 비교예 5의 경우 쿨롱 효율의 증가가 상대적으로 느림을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 18, the initial coulombic efficiency of Example 7, Comparative Example 5, and Comparative Example 8 is low. In the case of Example 7 and Comparative Example 8, the first coating layer for improving electrical conductivity is included. In the case of Comparative Example 5, the increase in coulomb efficiency is relatively slow.

도 18과 비교하여 도 19을 참조하면, 실시예 7과 실시예 9의 결과로부터 제 1 코팅층 및 제 2 코팅층을 포함하는 경우 로딩량의 차이에도 불구하고 쿨롱 효율 증가 패턴이 유사함을 확인할 수 있다. 또한, 비교예 5와 비교예 6의 결과로부터 제 1 코팅층 및 제 2 코팅층을 포함하지 않는 경우에도 로딩량의 차이에도 불구하고 쿨롱 효율 증가 패턴이 유사함을 확인할 수 있다. 다만, 안정화 층인 제 2 코팅층을 포함하지 않는 비교예 8과 비교예 9는 서로 다른 쿨롱 효율 패턴을 보여주고 있으며, 비교예 9의 결과로부터 로딩량이 많아지는 경우 제 1 코팅층의 내구성이 감소하여 사이클이 진행될수록 쿨롱 효율의 변동이 심하며, 쿨롱 효율이 감소되는 문제가 있음을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 19 in comparison with FIG. 18, it can be confirmed from the results of Example 7 and Example 9 that the Coulomb efficiency increase pattern is similar despite the difference in the amount of loading when the first coating layer and the second coating layer are included . From the results of Comparative Example 5 and Comparative Example 6, it can be confirmed that even when the first coating layer and the second coating layer are not included, the Coulomb efficiency increase pattern is similar regardless of the difference in the loading amount. Comparative Example 8 and Comparative Example 9, which did not include the second coating layer as the stabilizing layer, showed different Coulomb efficiency patterns. From the results of Comparative Example 9, when the loading amount was increased, the durability of the first coating layer was decreased, It can be seen that there is a problem that the coulomb efficiency fluctuates more and the coulomb efficiency decreases.

따라서, 로딩량이 많아질수록 안정화 층인 제 2 코팅층이 없는 비교예 9와 같은 경우 쿨롱 효율이 감소하는 문제가 있으므로, 고용량 고효율의 전지를 제조하기 위해서는 실시예 9와 같이 안정화 층인 제 2 코팅층이 필요함을 알 수 있다.Therefore, in the case of Comparative Example 9 in which there is no second coating layer as a stabilizing layer as the amount of loading increases, there is a problem that the coulombic efficiency is reduced. Therefore, in order to manufacture a high capacity and high efficiency battery, a second coating layer Able to know.

한편, 도 6에는 실시예 1, 비교예 1 및 비교예 2의 저에너지 이온 산란(low energy ion scattering, LEIS) 분석 결과를 나타낸 그래프가 도시되어 있고, 이를 통해, 제 2 코팅층이 활물질 입자의 표면에 균일하게 도포되어 있는지 여부를 알 수 있다.FIG. 6 is a graph showing the results of low energy ion scattering (LEIS) analysis of Example 1, Comparative Example 1 and Comparative Example 2, whereby a second coating layer is formed on the surface of the active material particle It is possible to know whether or not it is uniformly applied.

도 6을 참조하면, 도 6의 좌측 그래프에서, 비교예 1과 비교예 2는 Al 피크가 나타나지 않는 반면, 실시예 1은 Al 피크가 나타남을 확인할 수 있다. 이로부터, 실시예 1의 입자 표면에 산화알루미늄을 포함하는 제 2 코팅층이 형성되어 있음을 알 수 있다.Referring to FIG. 6, in the graph on the left side of FIG. 6, it can be seen that in Comparative Example 1 and Comparative Example 2, Al peaks do not appear, whereas in Example 1, Al peaks appear. From this, it can be seen that a second coating layer containing aluminum oxide was formed on the particle surface of Example 1.

도 6의 우측 그래프에서, 비교예 1과 비교예 2는 Mn 피크가 높게 나타나는 반면, 실시예 1은 Mn 피크가 매우 낮게 나타남을 확인할 수 있다. 이로부터, 실시예 1은 활물질 입자의 외면에 산화알루미늄을 포함하는 제 2 코팅층이 균일하게 도포되어 있어서 코어의 Mn이 외부로 드러나지 않는 상태임을 알 수 있다.In the right graph of FIG. 6, the Mn peaks of Comparative Example 1 and Comparative Example 2 are high, whereas the Mn peak of Example 1 is very low. From this, it can be seen that in Example 1, the second coating layer containing aluminum oxide is uniformly coated on the outer surface of the active material particles, so that the Mn of the core is not exposed to the outside.

이상 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims.

Claims (24)

리튬 이온의 흡장/방출이 가능한 리튬 함유 금속 산화물을 포함하는 코어(core);
양극 활물질의 전기전도도 향상을 위한 제 1 금속 산화물을 함유하고 상기 코어의 외면 상에 위치하는 제 1 코팅층; 및
전해액에 대한 양극 활물질의 입자 표면의 안정화를 위한 제 2 금속 산화물을 함유하고 상기 제 1 코팅층의 외면 상에 위치하는 제 2 코팅층
을 포함하는 것을 특징으로 하는 양극 활물질 입자.
A core comprising a lithium-containing metal oxide capable of intercalating / deintercalating lithium ions;
A first coating layer containing a first metal oxide for improving electrical conductivity of a cathode active material and positioned on an outer surface of the core; And
A second coating layer containing a second metal oxide for stabilizing the particle surface of the positive electrode active material with respect to the electrolytic solution and positioned on the outer surface of the first coating layer;
And a positive electrode active material particle.
제 1 항에 있어서, 상기 리튬 함유 금속 산화물은 리튬 금속 산화물, 리튬 전이금속 산화물, 리튬 전이금속 복합 산화물, 및 리튬 과함량 산화물(over-lithium oxide)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 양극 활물질 입자.The lithium secondary battery according to claim 1, wherein the lithium-containing metal oxide is at least one selected from the group consisting of a lithium metal oxide, a lithium-transition metal oxide, a lithium-transition metal composite oxide, and an over-lithium oxide Cathode active material particle. 제 1 항에 있어서, 상기 리튬 함유 금속 산화물은 하기 화학식 1에서 선택되는 하나 이상의 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 양극 활물질 입자:
LiNi1-xMxO2 (1)
상기 식에서,
M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B 또는 Ga 이고,
x = 0.01 ~ 0.3 이다.
The positive electrode active material particle according to claim 1, wherein the lithium-containing metal oxide comprises at least one compound selected from the group consisting of the following formula (1)
LiNi 1-x M x O 2 (1)
In this formula,
M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B or Ga,
x = 0.01 to 0.3.
제 1 항에 있어서, 상기 제 1 금속 산화물은 산화루테늄인 것을 특징으로 하는 양극 활물질 입자.The cathode active material particle according to claim 1, wherein the first metal oxide is ruthenium oxide. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 코팅층의 두께는 1 nm 내지 50 nm일 수 있고, 상세하게는 5 nm 내지 30 nm인 것을 특징으로 하는 양극 활물질 입자.The cathode active material particle according to claim 1, wherein the first coating layer has a thickness of 1 nm to 50 nm, and more specifically 5 nm to 30 nm. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 금속 산화물은 산화알루미늄인 것을 특징으로 하는 양극 활물질 입자.The cathode active material particle according to claim 1, wherein the second metal oxide is aluminum oxide. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 코팅층의 두께는 0.2 nm 내지 2 nm, 상세하게는 0.4 nm 내지 1.5 nm인 것을 특징으로 하는 양극 활물질 입자.The cathode active material particle according to claim 1, wherein the thickness of the second coating layer is 0.2 nm to 2 nm, more specifically 0.4 nm to 1.5 nm. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 금속 산화물을 양극 활물질 입자의 전체 중량을 기준으로 0.08 중량% 내지 4.00 중량%, 상세하게는 0.1 중량% 내지 2 중량%로 포함하는 것을 특징으로 하는 양극 활물질 입자.The positive electrode active material particle according to claim 1, wherein the first metal oxide is 0.08 wt% to 4.00 wt%, and more preferably 0.1 wt% to 2 wt%, based on the total weight of the positive electrode active material particles. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 금속 산화물을 양극 활물질 입자의 전체 중량을 기준으로 0.01 중량% 내지 0.5 중량%, 상세하게는 0.01 중량% 내지 0.1 중량%로 포함하는 것을 특징으로 하는 양극 활물질 입자.The cathode active material particle according to claim 1, wherein the second metal oxide is contained in an amount of 0.01 to 0.5% by weight, and more preferably 0.01 to 0.1% by weight, based on the total weight of the cathode active material particles. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 코팅층은 코어의 외면 전체의 50% 내지 90%에 도포되어 있고, 상기 제 2 코팅층은 코어 및 제 1 코팅층을 포함한 외면 전체에 도포되어 있는 것을 특징으로 하는 양극 활물질 입자.The positive electrode active material according to claim 1, wherein the first coating layer is applied to 50% to 90% of the entire outer surface of the core, and the second coating layer is applied to the entire outer surface including the core and the first coating layer. particle. 제 1 항에 따른 양극 활물질 입자, 바인더, 및 도전재를 포함하는 것을 특징으로 하는 양극 합제.A positive electrode material mixture comprising the positive electrode active material particles according to claim 1, a binder, and a conductive material. 제 11 항에 따른 양극 합제가 집전체 상에 도포되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지용 양극.The positive electrode for a secondary battery according to claim 11, wherein the positive electrode material mixture is applied on a current collector. 제 12 항에 따른 이차전지용 양극을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.A lithium secondary battery comprising a positive electrode for a secondary battery according to claim 12. (a) 리튬 이온의 흡장/방출이 가능한 리튬 함유 금속 산화물 입자를 준비하는 과정;
(b) 제 1 금속 산화물 전구체, 산화제, 및 반응 촉진용 연료(fuel)가 포함되어 있는 용액에 리튬 함유 금속 산화물 입자를 투여하여, 코어(core)인 리튬 함유 금속 산화물 입자의 표면에 전기전도도 향상을 위한 제 1 금속 산화물의 제 1 코팅층을 형성하는 과정; 및
(c) 상기 제 1 코팅층이 형성된 양극 활물질 입자를 열처리(annealing)하는 과정;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 양극 활물질 입자의 제조 방법.
(a) preparing a lithium-containing metal oxide particle capable of intercalating / deintercalating lithium ions;
(b) applying a lithium-containing metal oxide particle to a solution containing a first metal oxide precursor, an oxidizing agent, and a fuel for reaction promotion to improve electric conductivity on the surface of the lithium-containing metal oxide particle as a core Forming a first coating layer of a first metal oxide for the first metal oxide layer; And
(c) annealing the cathode active material particles having the first coating layer formed thereon;
Wherein the positive electrode active material particles have an average particle diameter of not more than 100 nm.
제 14 항에 있어서, 상기 제 1 금속 산화물 전구체는 염화루테늄, 염화루테늄 수화물, 질산루테늄 및 아세트산루테늄으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 양극 활물질 입자의 제조 방법.15. The method of claim 14, wherein the first metal oxide precursor is at least one selected from the group consisting of ruthenium chloride, ruthenium chloride hydrate, ruthenium nitrate, and ruthenium acetate. 제 14 항에 있어서, 상기 산화제는 질산암모늄, 질산루테늄 및 유기질산염(organic nitrate)으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상이고, 상세하게는 질산암모늄인 것을 특징으로 하는 양극 활물질 입자의 제조 방법.15. The method of claim 14, wherein the oxidizing agent is at least one selected from the group consisting of ammonium nitrate, ruthenium nitrate, and organic nitrate, and more particularly, ammonium nitrate. 제 14 항에 있어서, 상기 용액은 용매로서 2-메톡시에탄올, 무수에탄올 및 무수메탄올로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상, 상세하게는 2-메톡시에탄올을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 양극 활물질 입자의 제조 방법.15. The positive active material particle of claim 14, wherein the solution comprises at least one solvent selected from the group consisting of 2-methoxyethanol, anhydrous ethanol, and anhydrous methanol, particularly 2-methoxyethanol &Lt; / RTI &gt; 제 14 항에 있어서, 상기 연료는 요소(urea), 아세틸아세톤, 및 케톤기 함유 유기화합물로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상이고, 상세하게는 요소인 것을 특징으로 하는 양극 활물질 입자의 제조 방법.15. The method of producing cathode active material particles according to claim 14, wherein the fuel is at least one selected from the group consisting of urea, acetyl acetone, and ketone group-containing organic compounds. 제 14 항에 있어서, 상기 제 1 금속 산화물 전구체의 농도는 0.01 M 내지 0.2 M, 상세하게는 0.02 M 내지 0.1 M인 것을 특징으로 하는 양극 활물질 입자의 제조 방법.15. The method of claim 14, wherein the concentration of the first metal oxide precursor is 0.01 M to 0.2 M, specifically 0.02 M to 0.1 M. 제 14 항에 있어서, 상기 제 1 금속 산화물 전구체:산화제:연료의 몰 비율은 1.0~2.0:1.0~2.0:1.0~2.0이고, 상세하게는 1.0~1.5:1.0~1.5:1.0~1.5인 것을 특징으로 하는 양극 활물질 입자의 제조 방법.15. The method of claim 14, wherein the molar ratio of the first metal oxide precursor to the oxidant to the fuel is 1.0 to 2.0: 1.0 to 2.0: 1.0 to 2.0, and more specifically 1.0 to 1.5: 1.0 to 1.5: 1.0 to 1.5. By weight based on the total weight of the positive electrode active material particles. 제 14 항에 있어서, 상기 열처리는 250℃ 내지 800℃의 온도로 1 내지 5시간 동안 수행하고, 상세하게는 400℃ 내지 500℃의 온도로 수행하는 것을 특징으로 하는 양극 활물질 입자의 제조 방법.15. The method of claim 14, wherein the heat treatment is performed at a temperature of 250 ° C to 800 ° C for 1 to 5 hours, and more specifically at a temperature of 400 ° C to 500 ° C. 제 14 항에 있어서, 상기 과정(c) 이후에, 하기 과정(d)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 양극 활물질 입자의 제조 방법:
(d) 전해액에 대한 양극 활물질의 입자 표면의 안정화를 위한 제 2 금속 산화물을 포함하고 제 1 코팅층의 외면 상에 위치하는 제 2 코팅층을 형성하는 과정.
The method of claim 14, further comprising the following step (d) after the step (c):
(d) forming a second coating layer on the outer surface of the first coating layer, the second coating layer including a second metal oxide for stabilizing the particle surface of the cathode active material with respect to the electrolytic solution.
제 22 항에 있어서, 상기 과정(d)에서, 원자층 증착법(atomic layer deposition)으로 제 2 코팅층을 형성하는 것을 특징으로 하는 양극 활물질 입자의 제조 방법.The method according to claim 22, wherein in the step (d), a second coating layer is formed by atomic layer deposition. 제 23 항에 있어서, 상기 과정(d)에서, 원자층 증착법을 1 사이클 내지 10 사이클, 상세하게는 3 사이클 내지 4 사이클 수행하여 제 2 코팅층을 형성하는 것을 특징으로 하는 양극 활물질 입자의 제조 방법.24. The method according to claim 23, wherein in the step (d), the atomic layer deposition is performed for 1 cycle to 10 cycles, specifically 3 cycles to 4 cycles to form a second coating layer.
KR1020150145230A 2015-04-23 2015-10-19 Cathode Active Material Particles Comprising One or More Coating Layer and Method for Preparation of the Same KR102045495B1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20150057183 2015-04-23
KR1020150057183 2015-04-23

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20160126840A true KR20160126840A (en) 2016-11-02
KR102045495B1 KR102045495B1 (en) 2019-11-15

Family

ID=57518788

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020150145230A KR102045495B1 (en) 2015-04-23 2015-10-19 Cathode Active Material Particles Comprising One or More Coating Layer and Method for Preparation of the Same

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102045495B1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109873141A (en) * 2019-02-19 2019-06-11 武汉科技大学 A kind of block structure nickel-cobalt-manganternary ternary anode material and preparation method thereof
WO2020242266A1 (en) * 2019-05-31 2020-12-03 주식회사 엘지화학 Positive electrode for lithium secondary battery, and lithium secondary battery including same
EP4195323A1 (en) 2021-12-13 2023-06-14 SK On Co., Ltd. Cathode active material for lithium secondary battery, method of manufacturing the same and lithium secondary battery including the same
WO2023121145A1 (en) * 2021-12-22 2023-06-29 포스코홀딩스 주식회사 Cathode active material for all solid battery, and manufacturing method therefor

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20150037437A (en) * 2013-09-30 2015-04-08 주식회사 엘지화학 Positive electrode active material comprising layered metal oxide and positive electrode for lithiium secondary battery comprising the same

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20150037437A (en) * 2013-09-30 2015-04-08 주식회사 엘지화학 Positive electrode active material comprising layered metal oxide and positive electrode for lithiium secondary battery comprising the same

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109873141A (en) * 2019-02-19 2019-06-11 武汉科技大学 A kind of block structure nickel-cobalt-manganternary ternary anode material and preparation method thereof
WO2020242266A1 (en) * 2019-05-31 2020-12-03 주식회사 엘지화학 Positive electrode for lithium secondary battery, and lithium secondary battery including same
EP4195323A1 (en) 2021-12-13 2023-06-14 SK On Co., Ltd. Cathode active material for lithium secondary battery, method of manufacturing the same and lithium secondary battery including the same
KR20230089389A (en) 2021-12-13 2023-06-20 에스케이온 주식회사 Cathode active material for lithium secondary battery, methode of manufacturing the same and lithium secondary battery including the same
WO2023121145A1 (en) * 2021-12-22 2023-06-29 포스코홀딩스 주식회사 Cathode active material for all solid battery, and manufacturing method therefor

Also Published As

Publication number Publication date
KR102045495B1 (en) 2019-11-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101722996B1 (en) Electrode Having Coating Layer for Inhibiting Reaction with Electrode
KR101056714B1 (en) Cathode active material with improved high voltage characteristics
KR101625822B1 (en) Mixture for Cathode for Secondary Battery having irreversible Additives
KR101540618B1 (en) Electrode for Secondary Battery and Method of Preparing the Same
KR101595333B1 (en) Electrode for Secondary Battery Improved Energy Density and Lithium Secondary Battery Comprising the Same
EP2811562B1 (en) Method of manufacturing electrode for lithium secondary cell
KR20180002055A (en) Positive Electrode Active Material Comprising High-voltage Lithium Cobalt Oxide Having Doping element for Lithium Secondary Battery and Method of Manufacturing the Same
KR101527748B1 (en) The Method for Preparing Electrodes and the Electrodes Prepared by Using the Same
JP6566584B2 (en) Lithium secondary battery manufacturing method and lithium secondary battery manufactured using the same
KR101603082B1 (en) The Method of Preparing Electrodes for Lithium Secondary Battery and the Electrodes Prepared by Using the Same
EP3401984A2 (en) Method for manufacturing electrode for lithium secondary battery, and electrode for lithium secondary battery manufactured thereby
KR101495302B1 (en) Multi Layered Electrode and the Method of the Same
KR101623719B1 (en) The Method for Preparing Cathode Material for Lithium Secondary Battery
KR101506451B1 (en) Anode for Secondary Battery
KR102045495B1 (en) Cathode Active Material Particles Comprising One or More Coating Layer and Method for Preparation of the Same
KR101796344B1 (en) Positive electrode material for lithium secondary battery, preparation thereof, and lithium secondary battery comprising the same
KR101514303B1 (en) The Method for Preparing Electrodes and the Electrodes Prepared by Using the Same
KR101506452B1 (en) Cathode for Secondary Battery
KR101588252B1 (en) Secondary Battery Cell
KR101608635B1 (en) Anode Electrodes for Secondary Battery having High Capacity
KR101514297B1 (en) The Method for Preparing Electrodes and the Electrodes Prepared by Using the Same
KR101493255B1 (en) The Method for Preparing Electrodes and the Electrodes Prepared by Using the Same
KR20140008956A (en) A method of preparing anode for lithium secondary battery and lithium secondary battery comprising anode prepared by the method
US9761864B2 (en) Cathode active material for high voltage lithium secondary battery and lithium secondary battery including the same
KR20130118243A (en) Electrode for secondary battery

Legal Events

Date Code Title Description
N231 Notification of change of applicant
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E90F Notification of reason for final refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant