KR20180055379A - Positive Electrode Active Material Particle Comprising Core Part Having Lithium Cobalt Oxide and Concentration Gradient Part Having Concentration Gradient of Metal Element and Method for Manufacturing the Same - Google Patents

Positive Electrode Active Material Particle Comprising Core Part Having Lithium Cobalt Oxide and Concentration Gradient Part Having Concentration Gradient of Metal Element and Method for Manufacturing the Same Download PDF

Info

Publication number
KR20180055379A
KR20180055379A KR1020160153170A KR20160153170A KR20180055379A KR 20180055379 A KR20180055379 A KR 20180055379A KR 1020160153170 A KR1020160153170 A KR 1020160153170A KR 20160153170 A KR20160153170 A KR 20160153170A KR 20180055379 A KR20180055379 A KR 20180055379A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
active material
cobalt
lithium
concentration gradient
material particle
Prior art date
Application number
KR1020160153170A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
허혁
박성빈
박영욱
이보람
조치호
정왕모
Original Assignee
주식회사 엘지화학
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 filed Critical 주식회사 엘지화학
Priority to KR1020160153170A priority Critical patent/KR20180055379A/en
Publication of KR20180055379A publication Critical patent/KR20180055379A/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
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01GCOMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G51/00Compounds of cobalt
    • C01G51/40Cobaltates
    • C01G51/42Cobaltates containing alkali metals, e.g. LiCoO2
    • 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
    • H01M10/0525Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H01M2/1016
    • 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
    • H01M4/52Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron
    • H01M4/525Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron of mixed oxides or hydroxides containing iron, cobalt or nickel for inserting or intercalating light metals, e.g. LiNiO2, LiCoO2 or LiCoOxFy
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/204Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells
    • 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
    • H01M2004/026Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
    • H01M2004/028Positive electrodes
    • 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
    • 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
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
    • Y02P70/54

Landscapes

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

Abstract

The present invention relates to a positive active material particle including a lithium cobalt composite oxide represented by chemical formula 1, Li_aM^1_xM^2_yCo_(1-x-y)O_(2-h)A_h(1), which comprises: a core part containing lithium cobalt oxide; and a concentration gradient part formed on an outer surface of the core part, doped with a more chemically stable element than cobalt for a secondary battery electrolyte, and exhibiting a concentration gradient in which the concentration of a doping element continuously or discontinuously increases from the outer surface of the core part toward the surface of a positive active material particle. In the chemical formula 1, M^1 and M^2 are different elements selected from the group consisting of Al, Mg, Mn, Fe, Zr, Zn, Si, Ca, Sr, Ba, and Ti; A is an oxygen substituted halogen; and the conditions of 0.95 <= a <= 1.05, 0.01 <= x+y <= 0.1, and 0 <= h <= 0.001 are satisfied.

Description

리튬 코발트 산화물을 포함하는 코어부 및 금속 원소가 농도 구배를 나타내는 농도 구배부 포함하는 양극 활물질 입자 및 이의 제조 방법 {Positive Electrode Active Material Particle Comprising Core Part Having Lithium Cobalt Oxide and Concentration Gradient Part Having Concentration Gradient of Metal Element and Method for Manufacturing the Same}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a positive electrode active material particle including a core portion containing lithium cobalt oxide and a concentration gradient portion in which a metallic element exhibits a concentration gradient, and a method for producing the same. BACKGROUND ART [0002] Positive Electrode Active Material Particles Comprising Core Part Having Lithium Cobalt Oxide and Concentration Gradient Part Having Concentration Gradient of Metal Element and Method for Manufacturing the Same}

본 발명은 리튬 코발트 산화물을 포함하는 코어부 및 금속 원소가 농도 구배를 나타내는 농도 구배부 포함하는 양극 활물질 입자 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a cathode active material particle containing a lithium cobalt oxide and a cathode active material particle having a concentration gradient of a metallic element and a method for producing the cathode active material particle.

최근, 화석연료의 고갈에 의한 에너지원의 가격 상승, 환경 오염의 관심이 증폭되며, 친환경 대체 에너지원에 대한 요구가 미래생활을 위한 필수 불가결한 요인이 되고 있다. 이에 원자력, 태양광, 풍력, 조력 등 다양한 전력 생산기술들에 대한 연구가 지속되고 있으며, 이렇게 생산된 에너지를 더욱 효율적으로 사용하기 위한 전력저장장치 또한 지대한 관심이 이어지고 있다.In recent years, the demand for environmentally friendly alternative energy sources has become an indispensable factor for the future, as the increase in the price of energy sources due to depletion of fossil fuels and the interest in environmental pollution are amplified. Various researches on power generation technologies such as nuclear power, solar power, wind power, and tidal power have been continuing, and electric power storage devices for more efficient use of such generated energy have also been attracting much attention.

특히, 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 최근에는 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV) 등의 동력원으로서 이차전지의 사용이 실현화되고 있으며, 그리드(Grid)화를 통한 전력 보조전원 등의 용도로도 사용영역이 확대되고 있어, 그에 따라 다양한 요구에 부응할 수 있는 전지에 대한 많은 연구가 행해지고 있다.Particularly, as technology development and demand for mobile devices increase, the demand for batteries as energy sources is rapidly increasing. Recently, the use of secondary batteries as a power source for electric vehicles (EV) and hybrid electric vehicles (HEV) In addition, the use area has been expanded for use as a power auxiliary power source through a grid, and accordingly, a lot of researches on a battery that can meet various demands have been conducted.

대표적으로 전지의 형상 면에서는 얇은 두께로 휴대폰 등과 같은 제품들에 적용될 수 있는 각형 이차전지와 파우치형 이차전지에 대한 수요가 높고, 재료 면에서는 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성 등의 장점을 가진 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지 등과 같은 리튬 이차전지에 대한 수요가 높다.Typically, in terms of the shape of a battery, there is a high demand for a prismatic secondary battery and a pouch-type secondary battery which can be applied to products such as mobile phones with a small thickness, and has advantages such as high energy density, discharge voltage, There is a high demand for lithium secondary batteries such as lithium ion batteries and lithium ion polymer batteries.

현재 리튬 이차전지의 양극재로는 LiCoO2, 삼성분계(NMC/NCA), LiMnO4, LiFePO4 등이 사용되고 있다. 이중에서 LiCoO2의 경우 코발트의 가격이 고가이고, 삼성분계에 비해 동일 전압에서 용량이 낮은 문제가 있어, 이차전지를 고용량화 하기 위해서 삼성분계 등의 사용량이 점차 늘어나고 있다.At present, LiCoO 2 , ternary system (NMC / NCA), LiMnO 4 , LiFePO 4 and the like are used as a cathode material of a lithium secondary battery. Of these, LiCoO 2 is expensive and has a lower capacity at the same voltage as the ternary system. Therefore, the use of ternary system is increasing to increase the capacity of the secondary battery.

다만, LiCoO2의 경우, 높은 압연밀도 등의 장점 또한 분명히 존재하기 때문에 현재까지도 LiCoO2가 다수 사용되고 있는 편이며, 고용량 이차전지를 개발하기 위해 사용전압을 상승시키기 위한 연구가 진행되고 있는 실정이다.However, in the case of LiCoO 2 , since the advantages such as a high rolling density are also clearly present, LiCoO 2 has been widely used up to now, and studies are under way to increase the operating voltage in order to develop a high capacity secondary battery.

리튬 코발트 산화물의 경우, 충방전을 반복하는 과정에서, 특히 고용량화를 위한 4.5V 이상의 고전압 적용 시, LiCoO2의 Li 사용량이 늘어나게 되면서 표면이 불안정해져, 전해액과의 부반응으로 인해 가스가 발생함으로써, 스웰링 현상이 발생하는 등 안전성이 저하되고, 구조 불안정 가능성이 상승하며, 수명 특성이 급격히 저하되는 문제점이 있다.In the case of the lithium cobalt oxide, when the high voltage of 4.5 V or more is applied for the purpose of increasing the capacity, the amount of Li of LiCoO 2 is increased and the surface is unstable and gas is generated due to a side reaction with the electrolyte, There is a problem that the stability is deteriorated due to occurrence of a ring phenomenon, the possibility of structural instability is increased, and the lifetime characteristic is rapidly deteriorated.

이를 해결하기 위해, 상기 LiCoO2의 표면에 Al, Ti, Mg, Zr과 같은 금속을 코팅함으로써, 별도의 코팅층을 형성하는 기술이 사용되기도 하나, 상기 금속으로 이루어진 코팅층의 경우, 충방전간 Li 이온의 이동을 방해하거나, LiCoO2의 용량을 감소시켜, 오히려 이차전지의 성능을 저하시킬 수 있는 문제점이 있다.In order to solve this problem, a technique of forming a separate coating layer by coating a metal such as Al, Ti, Mg or Zr on the surface of the LiCoO 2 may be used. In the case of the coating layer made of the metal, The capacity of the LiCoO 2 may be reduced, and the performance of the secondary battery may be deteriorated.

따라서, 이러한 문제점을 근본적으로 해결할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.Therefore, there is a high need for a technique capable of fundamentally solving such problems.

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, 양극 활물질 입자가 리튬 코발트 산화물을 포함하는 코어부; 및 상기 코어부의 외면에서, 이차전지 전해액에 대해 코발트보다 화학적으로 더 안정적인 원소가 코어부의 외면으로부터 양극 활물질 입자의 표면쪽 방향으로 갈수록 연속적 또는 비연속적으로 증가하는 농도 구배를 나타내도록 도핑되어 있는 농도 구배부(concentration gradient part);를 포함함으로써, 리튬 코발트 산화물만을 포함하는 종래의 양극 활물질 입자에 비해, 전해액과의 반응성이 현저히 감소함으로써, 가스 발생으로 인한 스웰링 현상과 같은 안전성 저하의 문제를 예방할 수 있는 동시에, 코팅층을 형성하는 종래의 양극 활물질 입자에 비해, 용량 저하의 문제점을 효과적으로 예방할 수 있으며, 도핑 원소가 고용체(solid-solution) 형태로 존재함으로써, 양극 활물질 입자의 표면에 대한 구조적 안정성을 향상시킬 수 있어, 상기 안전성 저하의 문제점 예방을 극대화할 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.As a result of intensive research and various experiments, the inventors of the present application have discovered that, as will be described later, the cathode active material particles include a core portion containing lithium cobalt oxide; And a concentration gradient in the outer surface of the core portion such that a more chemically stable element relative to the electrolyte solution of the secondary battery is continuously or discontinuously increased in concentration from the outer surface of the core portion toward the surface of the cathode active material particle, By containing the concentration gradient part, the reactivity with the electrolytic solution is remarkably reduced as compared with the conventional cathode active material particle containing only lithium cobalt oxide, so that the problem of the safety deterioration such as the swelling phenomenon due to gas generation can be prevented In addition, it is possible to effectively prevent the problem of capacity decrease as compared with the conventional cathode active material particles forming the coating layer and to improve the structural stability to the surface of the cathode active material particle by the presence of the doping element in a solid-solution form The problem of the above safety deterioration Point prevention can be maximized, and the present invention has been accomplished.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 양극 활물질 입자는,In order to accomplish the above object, the present invention provides a cathode active material particle,

하기 화학식 1로 표현되는 리튬 코발트 복합 산화물을 포함하는 양극 활물질 입자로서, 1. A cathode active material particle comprising a lithium-cobalt composite oxide represented by the following general formula (1)

리튬 코발트 산화물을 포함하는 코어부(core part); 및A core part comprising lithium cobalt oxide; And

상기 코어부의 외면에 형성되어 있고, 이차전지 전해액에 대해 코발트보다 화학적으로 더 안정적인 원소로 도핑되어 있으며, 도핑 원소의 농도가 코어부의 외면으로부터 양극 활물질 입자의 표면쪽 방향으로 갈수록 연속적 또는 비연속적으로 증가하는 농도 구배를 나타내는 농도 구배부(concentration gradient part);And is doped with an element chemically more stable than cobalt with respect to the electrolyte solution of the secondary battery, and the concentration of the doping element increases continuously or non-continuously from the outer surface of the core portion toward the surface of the cathode active material particles A concentration gradient part that represents a concentration gradient;

를 포함하는 구조일 수 있다:: &Lt; / RTI &gt;

LiaM1 xM2 yCo(1-x-y)O2-hAh (1)Li a M 1 x M 2 y Co (1-xy) O 2 -he h h (1)

상기 식에서, M1 및 M2는 Al, Mg, Mn, Fe, Zr, Zn, Si, Ca, Sr, Ba 및 Ti로 이루어진 군으로부터 선택되는 서로 상이한 원소이며, A는 산소 치환형 할로겐이고, 0.95≤a≤1.05, 0.01≤x+y≤0.1, 0≤h≤0.001이다.Wherein M 1 and M 2 are different elements selected from the group consisting of Al, Mg, Mn, Fe, Zr, Zn, Si, Ca, Sr, Ba and Ti, A is an oxygen- ? A? 1.05, 0.01? X + y? 0.1, and 0? H?

이와 같이, 코어부의 외면에서, 화학적으로 안정적인 도핑 원소가 농도 구배를 나타내도록 도핑되어 있는 농도 구배부(concentration gradient part)를 포함하는 경우, 리튬 코발트 산화물만을 포함하는 종래의 양극 활물질 입자에 비해, 전해액과의 반응성이 현저히 감소함으로써, 가스 발생으로 인한 스웰링 현상과 같은 안전성 저하의 문제를 예방할 수 있는 동시에, 용량 발현이 가능한 도핑된 형태의 리튬 산화물을 코팅층으로 하고 있는 것과 같으므로, 금속 또는 금속 산화물의 코팅층을 형성하는 종래의 양극 활물질 입자에 비해, 용량 저하의 문제점을 효과적으로 예방할 수 있다.As described above, when the chemically stable doping element on the outer surface of the core portion includes a concentration gradient part that is doped so as to exhibit a concentration gradient, as compared with conventional cathode active material particles containing only lithium cobalt oxide, And thus the problem of safety deterioration such as swelling due to gas generation can be prevented and the coating layer is formed of a doped lithium oxide capable of exhibiting capacity. Thus, a metal or metal oxide The problem of the capacity decrease can be effectively prevented as compared with the conventional cathode active material particles forming the coating layer of the cathode active material.

하나의 구체적인 예에서, 상기 코어부의 리튬 코발트 산화물은 LiCoO2일 수 있다.In one specific example, the core parts of lithium cobalt oxide may be LiCoO 2.

즉, 본 발명에 따른 양극 활물질 입자는 높은 압연밀도와 같은 장점을 발휘하는 LiCoO2를 바탕으로, 상기 장점을 유지하는 동시에, 상기 LiCoO2의 낮은 표면 안정성과 이에 따른 전해액과의 높은 반응성 및 가스 발생으로 인한 스웰링 현상 등의 안전성 저하의 문제점을 해결할 수 있다.That is, the positive electrode active material particles according to the present invention maintain the above advantages based on LiCoO 2 exhibiting the same advantages as the high rolling density, and also have a low surface stability of the LiCoO 2 , a high reactivity with the electrolyte, It is possible to solve the problem of a decrease in safety such as a swelling phenomenon due to the presence of the catalyst.

또한, 상기 도핑 원소는, 양극 활물질 입자의 표면 안정성을 향상시킬 수 있도록, 농도 구배부에서 고용체(solid-solution) 형태로 존재할 수 있다.In addition, the doping element may exist in solid-solution form in the concentration gradient portion so as to improve the surface stability of the cathode active material particles.

여기서, 상기 고용체의 용어는 고체의 결정 속에 상이한 원소의 원자가 혼입해서 균일하게 분포해, 용액의 경우와 같은 상태로 된 것을 의미한다.Here, the term of the solid solution means that atoms of different elements are uniformly distributed in a crystal of a solid to be in the same state as in the solution.

즉, 상기 도핑 원소는 농도 구배부에서, 코발트와 함께 각각의 결정 사이에 위치한 상태의 고용체 형태로 존재함으로써, 상기 양극 활물질 입자의 표면 안정성 내지 구조적 안정성을 향상시킬 수 있으며, 코어부와 상이한 물질에 의해 코팅층을 형성하는 종래의 양극 활물질 입자에 비해, 용량이 저하되는 문제점을 효과적으로 예방할 수 있다.That is, since the doping element is present in a solid solution form in a state of being positioned between respective crystals together with cobalt in the concentration gradient portion, the surface stability and structural stability of the cathode active material particle can be improved, It is possible to effectively prevent the problem that the capacity is lowered as compared with the conventional cathode active material particles forming the coating layer.

한편, 상기 농도 구배부는 코어부의 외면에 대해 50% 내지 100%의 면적에 형성되어 있는 구조일 수 있으며, 상기 농도 구배부의 두께는, 양극 활물질 입자의 반경에 대해, 0.05% 내지 1.5%의 크기일 수 있다.On the other hand, the concentration gradient portion may be formed in an area of 50% to 100% with respect to the outer surface of the core portion, and the thickness of the concentration gradient portion may be 0.05% to 1.5% Lt; / RTI &gt;

보다 상세하게는, 본 발명에 따른 양극 활물질 입자가 약 16 마이크로미터 내지 18 마이크로미터로 형성된다는 점을 고려하였을 때, 상기 농도 구배부는 표면으로부터 코어부 방향으로 100 나노미터까지 형성될 수 있으나, 활물질의 용량 및 수명 특성을 고려하였을 때, 5 나노미터 내지 20 나노미터의 두께로 형성될 수 있다.More specifically, when considering that the cathode active material particles according to the present invention are formed at about 16 micrometers to 18 micrometers, the concentration gradient portion may be formed up to 100 nanometers from the surface toward the core portion, May be formed with a thickness of 5 to 20 nanometers, considering the capacity and lifetime characteristics of the substrate.

만일, 상기 농도 구배부의 형성 면적이 상기 범위를 벗어나, 지나치게 작거나, 상기 농도 구배부의 두께가 지나치게 얇을 경우에는, 상기 양극 활물질 입자에서 농도 구배부의 비율이 지나치게 적어, 소망하는 효과를 충분히 발휘하지 못할 수 있으며, 이와 반대로 상기 농도 구배부의 형성 면적이 상기 범위를 벗어나, 지나치게 크거나, 상기 농도 구배부의 두께가 지나치게 두꺼울 경우에는, 상기 양극 활물질 입자에서 농도 구배부의 비율이 지나치게 커져, 오히려 상기 양극 활물질의 전체적인 용량이 감소할 수 있는 문제점이 있다.If the formation area of the concentration gradient portion is too small or too small beyond the above range, the proportion of the concentration gradient portion in the cathode active material particle is excessively small, and the desired effect can be sufficiently obtained On the contrary, when the formation area of the concentration gauge portion is too large beyond the above range and the thickness of the concentration gauge portion is excessively large, the ratio of the concentration gauge portion in the positive electrode active material particles becomes too large , There is a problem that the overall capacity of the cathode active material may be reduced.

하나의 구체적인 예에서, 상기 코어부와 농도 구배부의 경계로부터 외측 방향으로 갈수록, 상기 도핑 원소의 농도는 농도 구배부의 10% 두께 당 5% 내지 15%의 범위로 증가하는 구조일 수 있다.In one specific example, the concentration of the doping element may increase from 5% to 15% per 10% thickness of the concentration gradient toward the outer side from the boundary between the core and the concentration gradient.

앞서 설명한 바와 마찬가지로, 상기 농도 구배부에서는 도핑 원소의 농도가 코어부의 외면으로부터 양극 활물질 입자의 표면쪽 방향으로 갈수록 연속적 또는 비연속적으로 증가하는 농도 구배를 나타냄으로써, 상기 양극 활물질 입자의 표면으로 갈수록 표면 안정성 내지 구조적 안정성이 향상될 수 있다.As described above, in the concentration gradient portion, the concentration gradient of the doping element is continuously or discontinuously increased from the outer surface of the core portion toward the surface of the cathode active material particle, Stability or structural stability can be improved.

만일, 상기 도핑 원소의 농도가 상기 범위를 벗어나, 농도 구배부의 10% 두께 당 5% 미만의 지나치게 적은 범위로 증가할 경우에는, 도핑 원소의 함량이 적어져, 상기 농도 구배부의 형성에 따른 효과를 충분히 발휘하지 못할 수 있으며, 이와 반대로 상기 도핑 원소의 농도가 상기 범위를 벗어나, 농도 구배부의 10% 두께 당 15%를 초과하는 지나치게 큰 범위로 증가할 경우에는, 상기 도핑 원소의 농도가 급격하게 증가함에 따라, 오히려 양극 활물질의 용량이 저하될 수 있다.If the concentration of the doping element exceeds the above range and increases to an excessively small range of less than 5% per 10% thickness of the concentration gradient portion, the content of the doping element becomes small, The concentration of the doping element increases to an excessively large range exceeding 15% per 10% of the thickness of the concentration gradient portion. If the concentration of the doping element exceeds the range, The capacity of the cathode active material may be lowered.

상기와 같은 도핑에 의해, 상기 농도 구배부는 결과적으로 최외곽에 도핑 원소로 이루어진 금속, 금속 산화물, 리튬-금속 산화물, 및 합금 형태의 리튬-금속 산화물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함하고 있는 구조일 수 있다.According to the above-described doping, the concentration gradient portion includes at least one selected from the group consisting of a metal, a metal oxide, a lithium-metal oxide, and an alloy type lithium-metal oxide, Lt; / RTI &gt;

다시 말해, 상기 농도 구배부는 최외곽에서 전해액에 대해 코발트 보다 화학적으로 더 안정적인 도핑 원소의 농도가 최대로 구성된 형태로서, 결과적으로 최외곽은 도핑 원소로 이루어진 금속, 금속 산화물, 리튬-금속 산화물, 및 합금 형태의 리튬-금속 산화물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함하게 되고, 따라서 상기 양극 활물질 입자의 표면에서의 표면 안정성 내지 구조적 안정성을 최대화시킬 수 있으며, 이에 따라, 상기 양극 활물질 입자의 표면에서 전해액과의 반응성에 따른 문제점을 효과적으로 예방할 수 있는 동시에, 단순히 표면에 코팅층을 포함하는 종래의 양극 활물질 입자에 비해, 용량 저하의 문제점을 효과적으로 예방할 수 있다.In other words, the concentration gradient portion is a form in which the concentration of the doping element which is chemically more stable than the cobalt with respect to the electrolytic solution at the outermost portion is maximized. As a result, the outermost portion is a metal, a metal oxide, a lithium- And a lithium-metal oxide in the form of an alloy. Therefore, it is possible to maximize the surface stability and structural stability of the surface of the cathode active material particles, and accordingly, the surface of the cathode active material particle It is possible to effectively prevent the problems caused by the reactivity with the electrolytic solution and to effectively prevent the problem of the capacity drop compared with the conventional cathode active material particles including the coating layer on the surface.

이러한 경우에, 상기 리튬-금속 산화물은 하기 화학식 2로 표현되는 리튬-금속 산화물일 수 있다.In this case, the lithium-metal oxide may be a lithium-metal oxide represented by the following formula (2).

LiaM1 xM2 yO2-hAh (2)Li a M 1 x M 2 y O 2 -he h (2)

상기 식에서, M1 및 M2는 Al, Mg, Mn, Fe, Zr, Zn, Si, Ca, Sr, Ba 및 Ti로 이루어진 군으로부터 선택되는 서로 상이한 원소이며, A는 산소 치환형 할로겐이고, 0.95≤a≤1.05, x+y=1, 0≤h≤0.001이다.Wherein M 1 and M 2 are different elements selected from the group consisting of Al, Mg, Mn, Fe, Zr, Zn, Si, Ca, Sr, Ba and Ti, A is an oxygen- ? A? 1.05, x + y = 1, and 0? H?

즉, 상기 리튬-금속 산화물은 도핑 원소의 농도가 최대인 형태로서, 리튬 코발트 산화물을 포함하는 코어부와 달리, 코발트를 전혀 포함하고 있지 않은 구조일 수 있다.That is, the lithium-metal oxide may have a structure in which the concentration of the doping element is maximum, and unlike the core portion containing lithium cobalt oxide, the lithium-metal oxide may not include cobalt at all.

하나의 구체적인 예에서, 상기 양극 활물질 입자는 상기 본원발명의 효과를 보완할 수 있도록, 표면에 알루미늄 산화물 코팅층을 더 포함하고 있는 구조일 수 있다.In one specific example, the cathode active material particle may have a structure including an aluminum oxide coating layer on its surface so as to compensate for the effect of the present invention.

이때, 상기 알루미늄 산화물 코팅층의 두께는 양극 활물질 입자의 직경에 대해, 0.05% 내지 0.1%인 것을 특징으로 하는 양극 활물질 입자.Wherein the thickness of the aluminum oxide coating layer is 0.05% to 0.1% with respect to the diameter of the cathode active material particle.

만일, 상기 알루미늄 산화물 코팅층의 두께가 상기 범위를 벗어나, 지나치게 얇은 경우에는, 상기 알루미늄 산화물 코팅층을 통해 본원발명의 효과를 충분히 보완하지 못할 수 있으며, 이와 반대로, 상기 알루미늄 산화물 코팅층의 두께가 상기 범위를 벗어나, 지나치게 두꺼울 경우에는, 상대적으로 리튬 코발트 산화물의 양이 적어져, 용량을 저하시킬 수 있다If the thickness of the aluminum oxide coating layer is out of the above range and is too thin, the effect of the present invention may not be fully compensated through the aluminum oxide coating layer. On the contrary, if the thickness of the aluminum oxide coating layer is within the above range On the other hand, if it is excessively thick, the amount of lithium cobalt oxide is relatively small, and the capacity can be lowered

또한, 상기 M1 및 M2는 리튬 코발트 복합 산화물에서의 평균 산화수가 +2.5 이상 내지 +3.5 이하일 수 있다.The M 1 and M 2 may have an average oxidation number of +2.5 to +3.5 in the lithium-cobalt composite oxide.

만일, 상기 M1 및 M2의 평균 산화수가 상기 범위를 벗어나, 지나치게 작거나 클 경우에는, 반응성의 변화로 인해, 상기 리튬 코발트 복합 산화물이 안정적인 결정 구조를 유지하지 못할 수 있다.If the average oxidation number of M 1 and M 2 is out of the above range and excessively small or large, the lithium cobalt composite oxide may not maintain a stable crystal structure due to a change in reactivity.

한편, 본 발명은 상기 양극 활물질 입자를 제조하는 방법을 제공하는 바, 상기 양극 활물질 입자의 제조 방법은,The present invention also provides a method for producing the cathode active material particles,

(a) 용매에 코발트 소스를 연속적으로 투입해 침전시킴으로써, 리튬 코발트 산화물의 코어부를 형성하는 코발트 수산화물 전구체를 준비하는 과정;(a) preparing a cobalt hydroxide precursor to form a core portion of lithium cobalt oxide by continuously introducing a cobalt source into a solvent to precipitate;

(b) 상기 침전된 수산화물 전구체의 코발트 함량이 리튬 코발트 산화물의 코발트 함량에 대해 96%에 도달 시, 코발트 소스와 함께, 농도 구배부를 형성하기 위한 도핑 원소 소스를 연속적으로 혼합 및 투입해 공침시키는 과정; 및(b) when the cobalt content of the precipitated hydroxide precursor reaches 96% with respect to the cobalt content of the lithium cobalt oxide, the doping element source for forming the concentration gradient portion is continuously mixed with the cobalt source, ; And

(c) 상기 과정(b)의 혼합물에 리튬 소스를 혼합한 후 열처리하는 과정;(c) mixing the mixture of the process (b) with a lithium source and then performing heat treatment;

을 포함할 수 있다.. &Lt; / RTI &gt;

이때, 상기 과정(b)의 도핑 원소 소스와 코발트 소스는, 투입되는 코발트 소스의 코발트 원소에 대한 상기 도핑 원소의 비율이 점차 증가하도록, 연속적으로 혼합되어 공침될 수 있다.At this time, the doping element source and the cobalt source of the process (b) may be continuously mixed and coprecipitated so that the proportion of the doping element to the cobalt element of the cobalt source is gradually increased.

더욱 구체적으로, 상기 도핑 원소 소스는 리튬 코발트 산화물의 코어부를 구성하는 전구체의 형성 과정 중에서, 상기 과정의 후반부에, 코발트 소스와 함께 혼합되어 연속적으로 투입되어 공침됨으로써, 상기 전구체의 표면에 도핑 원소의 농도가 증가하는 농도 구배부를 형성할 수 있다.More specifically, the doping element source is continuously mixed with the cobalt source and co-precipitated in the latter half of the above process during the formation of the precursor constituting the core portion of the lithium cobalt oxide so that the surface of the precursor is doped with the doping element A concentration gradient portion where the concentration is increased can be formed.

특히, 과정(b)에서, 상기 도핑 원소 소스와 코발트 소스는, 상기 도핑 원소의 비율이 점차 증가하도록, 예를 들어 도핑 원소:코발트 원소의 비율이 1:9에서부터 9:1이 될 때까지, 도핑 원소의 투입량을 증가시키는 동시에, 코발트 원소의 투입량을 감소시켜, 상기 혼합 비율을 변화시키면서 연속적으로 혼합되어 공침될 수 있다.In particular, in the step (b), the doping element source and the cobalt source may be doped with a doping element such that the proportion of the doping element gradually increases, for example, from 1: 9 to 9: 1, The amount of the doping element can be increased while the amount of the cobalt element can be decreased and the mixture can be continuously mixed and coprecipitated while changing the mixing ratio.

따라서, 상기 전구체는 도핑 원소의 농도가 표면쪽 방향으로 갈수록 증가하는 농도 구배를 보다 용이하게 형성할 수 있다.Accordingly, the precursor can more easily form a concentration gradient in which the concentration of the doping element increases toward the surface side.

또 다른 구체적인 예에서, 상기 양극 활물질 입자의 제조 방법은,In another specific example, the method for producing the positive electrode active material particles includes:

(i) 코어부를 형성하기 위한 리튬 코발트 산화물의 입자 상 코발트 전구체를 준비하는 과정;(i) preparing a particulate cobalt precursor of lithium cobalt oxide to form a core portion;

(ii) 코발트 함량이 리튬 코발트 산화물의 코발트 함량에 대해 96%에 도달하도록, 상기 전구체를 용매에 투입해 분산시킨 후, 코발트 소스와 함께, 농도 구배부를 형성하기 위한 도핑 원소 소스를 연속적으로 혼합 및 투입해 공침시키는 과정; 및(ii) the precursor is dispersed in a solvent so that the cobalt content reaches 96% with respect to the cobalt content of the lithium cobalt oxide, and then the doping element source for forming the concentration gradient is continuously mixed with the cobalt source and A process of inputting and coping; And

(iii) 상기 과정(ii)의 혼합물에 리튬 소스를 혼합한 후 열처리하는 과정;(iii) mixing lithium ions in the mixture of step (ii) and heat-treating the mixture;

을 포함할 수 있다.. &Lt; / RTI &gt;

이때, 상기 과정(ii)의 도핑 원소 소스와 코발트 소스는, 코발트 원소에 대한 상기 도핑 원소의 비율이 점차 증가하도록, 연속적으로 혼합되어 공침될 수 있다.At this time, the doping element source and the cobalt source in the step (ii) can be continuously mixed and coprecipitated so that the proportion of the doping element to the cobalt element gradually increases.

더욱 구체적으로, 상기 도핑 원소 소스는 리튬 코발트 산화물의 코어부를 구성하는 코발트 전구체의 분산 과정에서, 상기 과정의 후반부에, 코발트 소스와 함께 혼합되어 연속적으로 투입되어 공침됨으로써, 상기 전구체의 표면에 도핑 원소의 농도가 증가하는 농도 구배부를 형성할 수 있다.More specifically, the doping element source is continuously mixed with the cobalt source and co-precipitated in the latter half of the above process during the dispersion process of the cobalt precursor constituting the core portion of the lithium cobalt oxide, Concentration gradient can be formed.

특히, 과정(ii)에서, 상기 도핑 원소 소스와 코발트 소스는, 상기 도핑 원소의 비율이 점차 증가하도록, 예를 들어 도핑 원소:코발트 원소의 비율이 1:9에서부터 9:1이 될 때까지, 도핑 원소의 투입량을 증가시키는 동시에, 코발트 소스의 투입량을 감소시켜, 혼합 비율을 변화시키면서 연속적으로 혼합되어 공침될 수 있다.Particularly, in the step (ii), the doping element source and the cobalt source are mixed so that the proportion of the doping element gradually increases, for example, until the ratio of the doping element: cobalt element is 1: 9 to 9: The amount of the doping element can be increased while the amount of the cobalt source can be decreased and the mixture can be continuously mixed and coprecipitated while changing the mixing ratio.

따라서, 상기 전구체는 도핑 원소의 농도가 표면쪽 방향으로 갈수록 증가하는 농도 구배를 보다 용이하게 형성할 수 있다.Accordingly, the precursor can more easily form a concentration gradient in which the concentration of the doping element increases toward the surface side.

다시 말해, 상기 도핑 원소는 코어부를 형성하는 리튬 코발트 산화물의 전구체 단계에서 도핑됨으로써, 보다 용이하게 농도 구배부를 형성할 수 있으며, 이에 따라, 완성된 리튬 코발트 산화물을 포함하는 코어부에 도핑 원소를 첨가해, 농도 구배부를 형성하는 방법에 비해, 보다 우수한 효과를 발휘할 수 있으며, 제품의 불량률을 없애거나 감소시킬 수 있다.In other words, the doping element is doped at the precursor stage of the lithium cobalt oxide forming the core portion, so that the concentration gradient portion can be formed more easily. Thus, the doping element is added to the core portion containing the completed lithium cobalt oxide It is possible to exert a better effect and to eliminate or reduce the defective rate of the product as compared with the method of forming the concentration gradient portion.

이때, 상기 리튬 코발트 산화물의 입자상 코발트 전구체는 코어부를 구성하는 리튬 코발트 산화물에 코발트 원소를 공급할 수 있는 것이라면, 그 종류가 크게 제한되는 것은 아니며, 상세하게는, 취급 및 공급의 용이성 등 다양한 조건을 고려해 선택될 수 있고, 보다 상세하게는, Co3O4일 수 있다.The type of the particulate cobalt precursor of the lithium cobalt oxide is not limited as long as it can supply the cobalt element to the lithium cobalt oxide constituting the core portion. The type of the precursor is not particularly limited, and various conditions such as ease of handling and supply, And more particularly, Co 3 O 4 .

또한, 상기 코발트 소스는, Co를 포함하는 금속 수산화물, 또는 금속 황화물일 수 있고, 상기 농도 구배부를 형성하기 위한 도핑 원소 소스는, 이차전지 전해액에 대해 코발트보다 화학적으로 더 안정적인 원소를 제공할 수 있는 소스라면, 그 종류가 크게 제한되는 것은 아니며, 상세하게는, Al, Mg, Mn, Fe, Zr, Zn, Si, Ca, Sr, Ba 및 Ti로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종 이상의 금속 입자, 금속 산화물, 금속 수산화물, 또는 금속 황화물일 수 있다.Further, the cobalt source may be a metal hydroxide containing Co or a metal sulfide, and the doping element source for forming the concentration gradient may provide an element chemically more stable than the cobalt for the secondary battery electrolyte In detail, at least one kind of metal particles selected from the group consisting of Al, Mg, Mn, Fe, Zr, Zn, Si, Ca, Sr, Ba and Ti, Metal oxides, metal hydroxides, or metal sulfides.

한편, 상기 리튬 소스는 코어부를 구성하는 리튬 코발트 산화물에 리튬 원소를 공급할 수 있는 것이라면, 그 종류가 크게 제한되는 것은 아니며, 상세하게는, 취급 및 공급의 용이성 등 다양한 조건을 고려해 선택될 수 있고, 보다 상세하게는, Li2CO3일 수 있다.On the other hand, if the lithium source is capable of supplying the lithium element to the lithium cobalt oxide constituting the core portion, the kind thereof is not limited to a great extent and can be selected in consideration of various conditions such as ease of handling and supply, More specifically, it may be Li 2 CO 3 .

하나의 구체적인 예에서, 상기 도핑 원소 소스는 코발트와 도핑 원소의 전체 몰분율에 대한 도핑 원소의 몰분율의 비율이 10% 이하가 되도록 혼합될 수 있다.In one specific example, the doping element source may be mixed such that the ratio of the mole fraction of the doping element to the total mole fraction of cobalt and doping element is less than 10%.

만일, 상기 도핑 원소의 몰분율의 비율이 10%를 초과하게 되도록 혼합되는 경우에는, 상기 도핑 원소가 농도 구배를 나타내는 농도 구배부의 두께가 지나치게 두꺼워져, 오히려 양극 활물질의 용량이 저하되거나, 상기 도핑 원소의 적어도 일부가 코이버의 표면이 아닌, 코어부의 내부에도 도핑될 수 있어, 양극 활물질의 물리적 또는 전기화학적 성능에 영향을 미칠 수 있다.If the proportion of the molar fraction of the doping element exceeds 10%, the thickness of the concentration gradient portion where the doping element exhibits a concentration gradient becomes excessively thick, and the capacity of the cathode active material may be rather reduced, At least a portion of the element may be doped not only on the surface of the coiler but also inside the core portion and may affect the physical or electrochemical performance of the cathode active material.

또한, 상기 열처리는 섭씨 600도 내지 1100도의 범위에서 5 시간 내지 20 시간 동안 수행될 수 있다.In addition, the heat treatment may be performed at a temperature in the range of 600 to 1100 degrees Celsius for 5 to 20 hours.

만일, 상기 열처리가 상기 범위를 벗어나 지나치게 낮은 온도에서 수행되거나, 지나치게 짧은 시간 동안 수행될 경우에는, 상기 농도 구배부를 포함하는 양극 활물질 입자의 구조가 안정적으로 형성되지 못할 수 있고, 이와 반대로, 상기 열처리가 상기 범위를 벗어나 지나치게 높은 온도에서 수행되거나, 지나치게 긴 시간 동안 수행될 경우에는, 상기 양극 활물질 입자를 구성하는 리튬 코발트 산화물과 도핑 원소의 물리적, 화학적 특성을 변화시켜, 오히려 성능 저하를 유발할 수 있다.If the heat treatment is performed at an excessively low temperature beyond the above range, or if the heat treatment is performed for an excessively short time, the structure of the cathode active material particles including the concentration gradient portion may not be stably formed. On the contrary, Is carried out at an excessively high temperature beyond the above range or is carried out for an excessively long time, the physical and chemical characteristics of the lithium cobalt oxide and the doping element constituting the cathode active material particles may be changed, .

한편, 본 발명은 상기 양극 활물질 입자를 포함하는 양극, 음극 및 전해액을 포함하는 이차전지를 제공하는 바, 상기 이차전지는 그것의 종류가 특별히 한정되는 것은 아니지만, 구체적인 예로서, 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성 등의 장점을 가진 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지 등과 같은 리튬 이차전지일 수 있다.Meanwhile, the present invention provides a secondary battery including the positive electrode active material particles, the negative electrode and the electrolyte, and the secondary battery is not particularly limited in its kind, but specific examples thereof include a high energy density, A secondary battery such as a lithium ion battery, a lithium ion polymer battery or the like, which has merits such as power, voltage, and output stability.

일반적으로, 리튬 이차전지는 양극, 음극, 분리막, 및 리튬염 함유 비수 전해액으로 구성되어 있다. Generally, a lithium secondary battery is composed of a positive electrode, a negative electrode, a separator, and a non-aqueous electrolyte containing a lithium salt.

상기 양극은, 예를 들어, 양극 집전체 상에 양극 활물질, 도전재 및 바인더의 혼합물을 도포한 후 건조하여 제조되며, 필요에 따라서는, 상기 혼합물에 충진제를 더 첨가하기도 한다.The positive electrode is prepared, for example, by coating a mixture of a positive electrode active material, a conductive material and a binder on a positive electrode current collector, and then drying the mixture. Optionally, a filler may be further added to the mixture.

상기 도전재는 통상적으로 양극 활물질을 포함한 혼합물 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 mixture including the cathode 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 브티렌 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 butylene 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.

상기 음극은 음극 집전체 상에 음극 활물질을 도포, 건조하여 제작되며, 필요에 따라, 앞서 설명한 바와 같은 성분들이 선택적으로 더 포함될 수도 있다.The negative electrode is manufactured by applying and drying a negative electrode active material on a negative electrode collector, and if necessary, the above-described components may be selectively included.

상기 음극 활물질로는, 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, and Bi2O5 등의 금속 산화물; 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-Co-Ni 계 재료 등을 사용할 수 있다.Examples of the negative electrode active material include carbon such as non-graphitized carbon and 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 분리막 및 분리필름은 양극과 음극 사이에 개재되며, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용된다. 분리막의 기공 직경은 일반적으로 0.01 ~ 10 ㎛이고, 두께는 일반적으로 5 ~ 300 ㎛이다. 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 and the separation film are 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 separator is generally 0.01 to 10 mu m and the thickness is generally 5 to 300 mu m. 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.

또한, 하나의 구체적인 예에서, 고에너지 밀도의 전지의 안전성의 향상을 위하여, 상기 분리막 및/또는 분리필름은 유/무기 복합 다공성의 SRS(Safety-Reinforcing Separators) 분리막일 수 있다.Further, in one specific example, in order to improve the safety of a high energy density cell, the separation membrane and / or the separation film may be an organic / inorganic composite porous SRS (Safety-Reinforcing Separators) separator.

상기 SRS 분리막은 폴리올레핀 계열 분리막 기재상에 무기물 입자와 바인더 고분자를 활성층 성분으로 사용하여 제조되며, 이때 분리막 기재 자체에 포함된 기공 구조와 더불어 활성층 성분인 무기물 입자들간의 빈 공간(interstitial volume)에 의해 형성된 균일한 기공 구조를 갖는다.The SRS separator is manufactured by using inorganic particles and a binder polymer on the polyolefin-based separator substrate as an active layer component. In addition to the pore structure contained in the separator substrate itself, the SRS separator is formed by interstitial volume between inorganic particles And has a uniform pore structure.

이러한 유/무기 복합 다공성 분리막을 사용하는 경우 통상적인 분리막을 사용한 경우에 비하여 화성 공정(Formation)시의 스웰링(swelling)에 따른 전지 두께의 증가를 억제할 수 있다는 장점이 있고, 바인더 고분자 성분으로 액체 전해액 함침시 겔화 가능한 고분자를 사용하는 경우 전해질로도 동시에 사용될 수 있다. The use of such an organic / inorganic composite porous separator has the advantage of suppressing an increase in thickness of the cell due to swelling at the time of chemical conversion compared with the case of using a conventional separator, When a gelable polymer is used when liquid electrolyte is impregnated, it can also be used as an electrolyte.

또한, 상기 유/무기 복합 다공성 분리막은 분리막 내 활성층 성분인 무기물 입자와 바인더 고분자의 함량 조절에 의해 우수한 접착력 특성을 나타낼 수 있으므로, 전지 조립 공정이 용이하게 이루어질 수 있다는 특징이 있다.In addition, the organic / inorganic composite porous separator can exhibit excellent adhesion characteristics by controlling the contents of the inorganic particles and the binder polymer in the separator, so that the cell assembly process can be easily performed.

상기 무기물 입자는 전기화학적으로 안정하기만 하면 특별히 제한되지 않는다. 즉, 본 발명에서 사용할 수 있는 무기물 입자는 적용되는 전지의 작동 전압 범위(예컨대, Li/Li+ 기준으로 0~5V)에서 산화 및/또는 환원 반응이 일어나지 않는 것이면 특별히 제한되지 않는다. 특히, 이온 전달 능력이 있는 무기물 입자를 사용하는경우, 전기 화학 소자 내의 이온 전도도를 높여 성능 향상을 도모할 수 있으므로, 가능한 이온 전도도가 높은 것이 바람직하다. 또한, 상기 무기물 입자가 높은 밀도를 갖는 경우, 코팅시 분산시키는데 어려움이 있을 뿐만 아니라 전지 제조시 무게 증가의 문제점도 있으므로, 가능한 밀도가 작은 것이 바람직하다. 또한, 유전율이 높은 무기물인 경우, 액체 전해질 내 전해질 염, 예컨대 리튬염의 해리도 증가에 기여하여 전해액의 이온 전도도를 향상시킬 수 있다.The inorganic particles are not particularly limited as long as they are electrochemically stable. That is, the inorganic particles usable in the present invention are not particularly limited as long as the oxidation and / or reduction reaction does not occur in the operating voltage range of the applied battery (for example, 0 to 5 V based on Li / Li +). Particularly, when inorganic particles having an ion-transporting ability are used, the ion conductivity in the electrochemical device can be increased and the performance can be improved. Therefore, it is preferable that the ionic conductivity is as high as possible. In addition, when the inorganic particles have a high density, it is difficult to disperse the particles at the time of coating, and there is a problem of an increase in weight during the production of the battery. In the case of an inorganic substance having a high dielectric constant, dissociation of an electrolyte salt, for example, a lithium salt, in the liquid electrolyte also contributes to increase ionic conductivity of the electrolyte.

리튬염 함유 비수 전해액은, 극성 유기 전해액과 리튬염으로 이루어져 있다. 전해액으로는 비수계 액상 전해액, 유기 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용된다. The nonaqueous electrolyte solution containing a lithium salt is composed of a polar organic electrolyte and a lithium salt. As the electrolytic solution, a non-aqueous liquid electrolytic solution, an organic solid electrolyte, an inorganic solid electrolyte and the like are used.

상기 비수계 액상 전해액으로는, 예를 들어, N-메틸-2-피롤리디논, 프로필렌 카르보네이트, 에틸렌 카르보네이트, 부틸렌 카르보네이트, 디메틸 카르보네이트, 디에틸 카르보네이트, 감마-부틸로 락톤, 1,2-디메톡시 에탄, 테트라히드록시 프랑(franc), 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 nonaqueous liquid electrolytic solution 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 Nonionic organic solvents such as tetrahydrofuran derivatives, ethers, 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 술파이드, 폴리비닐 알코올, 폴리 불화 비닐리덴, 이온성 해리기를 포함하는 중합체 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, Polymers containing ionic dissociation groups, and the like can 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 비수계 전해질에 용해되기 좋은 물질로서, 예를 들어, LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, CF3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, 클로로 보란 리튬, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4 페닐 붕산 리튬, 이미드 등이 사용될 수 있다.The lithium salt is a material that is readily soluble in the non-aqueous electrolyte, 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 3 Li, (CF 3 SO 2) 2 NLi, chloroborane lithium, lower aliphatic carboxylic acid lithium, lithium tetraphenyl borate and imide have.

또한, 비수계 전해액에는 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 있다.For the purpose of improving the charge-discharge characteristics and the flame retardancy, the non-aqueous liquid electrolyte may contain, 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 are added It is possible. In some cases, a halogen-containing solvent such as carbon tetrachloride or ethylene trifluoride may be further added to impart nonflammability, or a carbon dioxide gas may be further added to improve high-temperature storage characteristics.

본 발명은 또한, 상기 이차전지를 포함하는 전지팩 및 상기 전지팩을 포함하는 디바이스를 제공하는 바, 상기와 같은 전지팩 및 디바이스는 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 구체적인 설명을 생략한다.The present invention also provides a battery pack including the secondary battery and a device including the battery pack. Since the battery pack and the device are known in the art, a detailed description thereof will be omitted herein. do.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 양극 활물질 입자는, 양극 활물질 입자가 리튬 코발트 산화물을 포함하는 코어부; 및 상기 코어부의 외면에서, 이차전지 전해액에 대해 코발트보다 화학적으로 더 안정적인 원소가 코어부의 외면으로부터 양극 활물질 입자의 표면쪽 방향으로 갈수록 연속적 또는 비연속적으로 증가하는 농도 구배를 나타내도록 도핑되어 있는 농도 구배부(concentration gradient part);를 포함함으로써, 리튬 코발트 산화물만을 포함하는 종래의 양극 활물질 입자에 비해, 전해액과의 반응성이 현저히 감소함으로써, 가스 발생으로 인한 스웰링 현상과 같은 안전성 저하의 문제를 예방할 수 있는 동시에, 코팅층을 형성하는 종래의 양극 활물질 입자에 비해, 용량 저하의 문제점을 효과적으로 예방할 수 있으며, 도핑 원소가 고용체(solid-solution) 형태로 존재함으로써, 양극 활물질 입자의 표면에 대한 구조적 안정성을 향상시킬 수 있어, 상기 안전성 저하의 문제점 예방을 극대화할 수 있는 효과가 있다.INDUSTRIAL APPLICABILITY As described above, the cathode active material particle according to the present invention comprises a core portion in which the cathode active material particles contain lithium cobalt oxide; And a concentration gradient in the outer surface of the core portion such that a more chemically stable element relative to the electrolyte solution of the secondary battery is continuously or discontinuously increased in concentration from the outer surface of the core portion toward the surface of the cathode active material particle, By containing the concentration gradient part, the reactivity with the electrolytic solution is remarkably reduced as compared with the conventional cathode active material particle containing only lithium cobalt oxide, so that the problem of the safety deterioration such as the swelling phenomenon due to gas generation can be prevented In addition, it is possible to effectively prevent the problem of capacity decrease as compared with the conventional cathode active material particles forming the coating layer and to improve the structural stability to the surface of the cathode active material particle by the presence of the doping element in a solid-solution form The problem of the above safety deterioration There is an effect of maximizing the prevention of dots.

도 1은 본 발명의 실험예 1에 따른 양극재의 Al:Co 비율을 측정한 그래프이다;
도 2는 본 발명의 실험예 2에 따른 용량 유지율을 측정하여 나타낸 그래프이다.
1 is a graph showing Al / Co ratios of a cathode material according to Experimental Example 1 of the present invention;
2 is a graph showing the capacity retention rate measured according to Experimental Example 2 of the present invention.

이하, 본 발명의 실시예를 참조하여 본 발명을 더욱 상술하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be further described with reference to Examples of the present invention, but the scope of the present invention is not limited thereto.

양극 활물질 제조Cathode active material manufacturing

<실시예 1>&Lt; Example 1 >

LiCoO2의 전구체를 형성하기 위해, CoSO4를 200ml의 물에 연속적으로 투입해 침전시키는 과정에서, 상기 침전된 전구체의 코발트 함량이 소망하는 LiCoO2의 코발트 함량에 대해 96%에 도달 시, CoSO4와 함께 농도 구배부를 형성하기 위한 도핑 원소 소스로서, Al2(SO4)3를 연속적으로 혼합 및 투입해 공침시켰다. 이때, 상기 Al2(SO4)3와 CoSO4는, Co 원소에 대한 Al 원소의 비율이 1:9에서 9:1이 될 때까지 증가하도록, 연속적으로 혼합 및 투입해 공침 반응을 일으켜, Co3O4의 표면에 Al이 도핑되어 농도 구배를 나타내는 농도 구배부를 형성하였다. 상기 공침 반응이 완료된 용액에 리튬 소스로서, Li2CO3를 Li:Co의 비율이 1:1이 되도록 투입 및 혼합한 후, 섭씨 1000도에서 10시간 동안 열처리함으로써, Co와 Al 원소의 전체 몰분율에 대한 Al 원소의 몰분율의 비율이 3% 이고, 농도 구배부에서 Al의 농도가 코어부의 외면으로부터 입자의 표면쪽 방향으로 갈수록 연속적으로 증가하는 농도 구배를 나타내며, 리튬 원소가 적어도 코어의 Co3O4와 화학 결합을 이루어, 리튬 코발트 산화물을 형성하는 양극 활물질 입자를 제조하였다In the process of in order to form a precursor of LiCoO 2, precipitated successively introduced into a CoSO 4 in 200ml water, upon reaching 96% of the cobalt content of LiCoO 2 to the cobalt content of said precipitated precursors desired, CoSO 4 And Al 2 (SO 4 ) 3 as a doping element source for forming a concentration gradient portion were continuously mixed and charged and coprecipitated. At this time, the Al 2 (SO 4 ) 3 and CoSO 4 are continuously mixed and added so that the ratio of the Al element to the Co element increases from 1: 9 to 9: 1, 3 O 4 was doped with Al to form a concentration gradient showing a concentration gradient. The Li 2 CO 3 was added and mixed as a lithium source in a ratio of Li: Co of 1: 1 as a lithium source to the coprecipitation reaction, and then heat treatment was performed at 1000 ° C. for 10 hours to obtain a total molar fraction 3% of the ratio of the mole fraction of Al element and on the concentration sphere indicates the density gradient in the distribution that the concentration of Al gradually increased continuously to the surface direction of the particle from the core portion outer surface, the lithium element is of at least the core Co 3 O 4 to form cathode active material particles forming lithium cobalt oxide

<실시예 2>&Lt; Example 2 >

LiCoO2의 전구체로서, 입자 상태의 Co3O4 100g을 물 200ml에 혼합하여 분산시킨 후, 농도 구배부를 형성하기 위한 코발트 소스로서 CoSO4 및 도핑 원소 소스로서, Al2(SO4)3를 연속적으로 혼합 및 투입해 공침시켰다. 이때, 상기 Al2(SO4)3와 CoSO4는, Co 원소에 대한 Al 원소의 비율이 1:9에서 9:1이 될 때까지 증가하도록, 연속적으로 혼합 및 투입해 공침 반응을 일으켜, Co3O4의 표면에 Al이 도핑되어 농도 구배를 나타내는 농도 구배부를 형성하였다. 상기 공침 반응이 완료된 용액에 리튬 소스로서, Li2CO3를 Li:Co의 비율이 1.05:1이 되도록 투입 및 혼합한 후, 섭씨 1000도에서 10시간 동안 열처리함으로써, Co와 Al 원소의 전체 몰분율에 대한 Al 원소의 몰분율의 비율이 3% 이고, 농도 구배부에서 Al의 농도가 코어부의 외면으로부터 입자의 표면쪽 방향으로 갈수록 연속적으로 증가하는 농도 구배를 나타내며, 리튬 원소가 적어도 코어의 Co3O4와 화학 결합을 이루어, 리튬 코발트 산화물을 형성하는 양극 활물질 입자를 제조하였다As a precursor of LiCoO 2 , 100 g of Co 3 O 4 in a particle state was mixed and dispersed in 200 ml of water, and then CoSO 4 as a cobalt source for forming a concentration gradient and Al 2 (SO 4 ) 3 as a doping element source were continuously And co-precipitated. At this time, the Al 2 (SO 4 ) 3 and CoSO 4 are continuously mixed and added so that the ratio of the Al element to the Co element increases from 1: 9 to 9: 1, 3 O 4 was doped with Al to form a concentration gradient showing a concentration gradient. The Li 2 CO 3 was added and mixed as a lithium source to the solution in which the coprecipitation reaction was completed so that the Li: Co ratio became 1.05: 1, and then heat treatment was performed at 1000 ° C. for 10 hours to obtain a total molar fraction 3% of the ratio of the mole fraction of Al element and on the concentration sphere indicates the density gradient in the distribution that the concentration of Al gradually increased continuously to the surface direction of the particle from the core portion outer surface, the lithium element is of at least the core Co 3 O 4 to form cathode active material particles forming lithium cobalt oxide

<비교예 1>&Lt; Comparative Example 1 &

LiCoO2의 전구체로서, 입자 상태의 Co3O4과 리튬 소스로서, Li2CO3를, Li/Co의 비율이 1.05가 되도록 물 200ml에 혼합하여 분산시킨 후, 섭씨 1000도에서 10시간 동안 열처리함으로써, LiCoO2를 제조하였다. Al 2000ppm이 코팅되도록, Al2O3 입자를 상기 LiCoO2와 혼합한 후, 섭씨 800도에서 6시간 동안 열처리함으로써, Al이 코팅된 리튬 코발트 산화물을 포함하는 양극 활물질 입자를 제조하였다.As a precursor of LiCoO 2 , Co 3 O 4 in a particle state and Li 2 CO 3 as a lithium source were mixed and dispersed in 200 ml of water so that the ratio of Li / Co became 1.05, and then heat treatment was performed at 1000 ° C. for 10 hours , Thereby preparing LiCoO 2 . Al 2 O 3 particles were mixed with the LiCoO 2 so that the Al 2 O 3 particles were coated so as to be coated with Al at a temperature of 800 ° C. for 6 hours to prepare cathode active material particles containing the Al-coated lithium cobalt oxide.

<실험예 1><Experimental Example 1>

실시예 1 내지 3 및 비교예 1의 도핑 상태(구조)를 측정하기 위해, XPS를 이용하여 depth profile을 측정함으로써, 표면으로부터 내측 방향으로 일정 거리까지 Al: Co의 비율을 확인하여 그 결과를 도 1에 나타내었다.In order to measure the doping state (structure) in Examples 1 to 3 and Comparative Example 1, the depth profile was measured using XPS to confirm the ratio of Al: Co from the surface to a certain distance in the inward direction, Respectively.

<실험예 2><Experimental Example 2>

수명 특성Life characteristics

실시예 1, 2 및 비교예 1에서 제조된 양극 활물질 입자, PVdF 바인더, 천연 흑연 도전재를 중량비로 95 : 2.5 : 2.5 (양극 활물질: 바인더: 도전재)가 되도록 NMP에 잘 섞어 준 후 20 ㎛ 두께의 Al 호일에 도포한 후 130℃에서 건조하여 양극을 제조하였다. 음극으로는 리튬 호일을 사용하고, EC : DMC : DEC = 1 : 2 : 1 인 용매에 1M의 LiPF6가 들어있는 전해액을 사용하여 하프코인셀을 제조하였다.The cathode active material particles, the PVdF binder, and the natural graphite conductive material prepared in Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 were thoroughly mixed in NMP so as to have a weight ratio of 95: 2.5: 2.5 (cathode active material: binder: conductive material) Thick Al foil, and dried at 130 DEG C to prepare a positive electrode. Lithium foil was used as the cathode, and an electrolyte solution containing 1 M of LiPF 6 in a solvent of EC: DMC: DEC = 1: 2: 1 was used to prepare a half coin cell.

상기 하프코인셀들을 섭씨 25도의 상온에서 상한 전압 4.55V의 CC/CV 모드로 50 사이클 동안 충전 및 방전한 후, 용량 유지율을 측정하고, 그 결과를 도 2에 나타내었다.The half-coin cells were charged and discharged for 50 cycles in a CC / CV mode with an upper limit voltage of 4.55 V at a room temperature of 25 degrees Celsius, and the capacity retention rate was measured. The results are shown in FIG.

도 2를 참조하면, 실시예 1 및 2의 경우, 리튬 코발트 산화물 코어부의 표면에 Al이 농도 구배를 나타내도록 도핑된 농도 구배부가 형성되어 있어, 표면의 안정성이 향상됨에 따라, 50 사이클 이후에도, 용량 유지율이 약 96% 이상임을 확인할 수 있다. 반면에, 비교예 1의 경우에는 리튬 코발트 산화물의 표면에 Al이 포함되어 있음에도 불구하고, 표면이 불안정하여, 용량 유지율이 약 93%로 실시예들에 비해 상대적으로 낮음을 확인할 수 있다.2, in the case of Examples 1 and 2, a concentration gradient portion doped so that Al shows a concentration gradient is formed on the surface of the lithium cobalt oxide core portion, and the stability of the surface is improved. Therefore, The maintenance rate is about 96% or more. On the other hand, in the case of Comparative Example 1, although the surface of the lithium cobalt oxide contains Al, the surface is unstable and the capacity retention rate is about 93%, which is relatively low as compared with the Examples.

또한, 도 1과 도 2를 함께 참조하면, Al이 농도 구배부를 형성하도록 도핑되어 있는 실시예 1 및 2의 경우, 표면으로부터 내측 방향으로 일정 거리까지 Al의 분포 비율이 상이하지만, 유사한 효과를 나타내며, Al이 코팅되어 있는 비교예 1에 비해 우수한 효과를 나타냄을 확인할 수 있다. 따라서, 상기 양극 활물질 입자에서 Al이 단순히 코팅되어 있는 구조가 아닌, 농도 구배를 이루도록 도핑되어 있는 경우, 보다 우수한 효과를 나타냄을 용이하게 알 수 있다.1 and 2, in the case of Examples 1 and 2 in which Al is doped to form a concentration gradient portion, although the distribution ratios of Al vary from a surface to a certain distance in the inward direction, they exhibit a similar effect , It is confirmed that it shows an excellent effect as compared with Comparative Example 1 in which Al is coated. Therefore, it can be easily seen that the anode active material particles exhibit better effects when doped to form a concentration gradient rather than a structure in which Al is simply coated.

이상 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 상기 내용을 바탕을 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 (23)

하기 화학식 1로 표현되는 리튬 코발트 복합 산화물을 포함하는 양극 활물질 입자로서,
리튬 코발트 산화물을 포함하는 코어부(core part); 및
상기 코어부의 외면에 형성되어 있고, 이차전지 전해액에 대해 코발트보다 화학적으로 더 안정적인 원소로 도핑되어 있으며, 도핑 원소의 농도가 코어부의 외면으로부터 양극 활물질 입자의 표면쪽 방향으로 갈수록 연속적 또는 비연속적으로 증가하는 농도 구배를 나타내는 농도 구배부(concentration gradient part);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 양극 활물질 입자:
LiaM1 xM2 yCo(1-x-y)O2-hAh (1)
상기 식에서, M1 및 M2는 Al, Mg, Mn, Fe, Zr, Zn, Si, Ca, Sr, Ba 및 Ti로 이루어진 군으로부터 선택되는 서로 상이한 원소이며, A는 산소 치환형 할로겐이고, 0.95≤a≤1.05, 0.01≤x+y≤0.1, 0≤h≤0.001이다.
1. A cathode active material particle comprising a lithium-cobalt composite oxide represented by the following general formula (1)
A core part comprising lithium cobalt oxide; And
And is doped with an element chemically more stable than cobalt with respect to the electrolyte solution of the secondary battery, and the concentration of the doping element increases continuously or non-continuously from the outer surface of the core portion toward the surface of the cathode active material particles A concentration gradient part that represents a concentration gradient;
Wherein the positive electrode active material particle comprises:
Li a M 1 x M 2 y Co (1-xy) O 2 -he h h (1)
Wherein M 1 and M 2 are different elements selected from the group consisting of Al, Mg, Mn, Fe, Zr, Zn, Si, Ca, Sr, Ba and Ti, A is an oxygen- ? A? 1.05, 0.01? X + y? 0.1, and 0? H?
제 1 항에 있어서, 상기 코어부의 리튬 코발트 산화물은 LiCoO2인 것을 특징으로 하는 양극 활물질 입자.The cathode active material particle according to claim 1, wherein the lithium cobalt oxide in the core portion is LiCoO 2 . 제 1 항에 있어서, 상기 도핑 원소는, 양극 활물질 입자의 표면 안정성을 향상시킬 수 있도록, 농도 구배부에서 고용체(solid-solution) 형태로 존재하는 것을 특징으로 하는 양극 활물질 입자.The cathode active material particle according to claim 1, wherein the doping element exists in a solid-solution form at a concentration gradient portion so as to improve surface stability of the cathode active material particle. 제 1 항에 있어서, 상기 농도 구배부는 코어부의 외면에 대해 50% 내지 100%의 면적에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 양극 활물질 입자.The positive electrode active material particle according to claim 1, wherein the concentration gradient portion is formed in an area of 50% to 100% with respect to an outer surface of the core portion. 제 1 항에 있어서, 상기 농도 구배부의 두께는, 양극 활물질 입자의 반경에 대해, 0.05% 내지 1.5%의 크기인 것을 특징으로 하는 양극 활물질 입자.The positive electrode active material particle according to claim 1, wherein the thickness of the concentration gradient portion is 0.05% to 1.5% of the radius of the positive electrode active material particle. 제 1 항에 있어서, 상기 코어부와 농도 구배부의 경계로부터 외측 방향으로 갈수록, 상기 도핑 원소의 농도는 농도 구배부의 10% 두께 당 5% 내지 15%의 범위로 증가하는 것을 특징으로 하는 양극 활물질 입자.The doping element according to claim 1, characterized in that the concentration of the doping element increases from 5% to 15% per 10% thickness of the concentration gradient as going outward from the boundary between the core portion and the concentration gradient portion Active material particles. 제 1 항에 있어서, 상기 농도 구배부는 최외곽에 도핑 원소로 이루어진 금속, 금속 산화물, 리튬-금속 산화물, 및 합금 형태의 리튬-금속 산화물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 양극 활물질 입자.The lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the concentration gradient portion includes at least one selected from the group consisting of a metal, a metal oxide, a lithium-metal oxide, and an alloy lithium-metal oxide, As a cathode active material particle. 제 7 항에 있어서, 상기 리튬-금속 산화물은 하기 화학식 2로 표현되는 리튬-금속 산화물인 것을 특징으로 하는 양극 활물질 입자:
LiaM1 xM2 yO2-hAh (2)
상기 식에서, M1 및 M2는 Al, Mg, Mn, Fe, Zr, Zn, Si, Ca, Sr, Ba 및 Ti로 이루어진 군으로부터 선택되는 서로 상이한 원소이며, A는 산소 치환형 할로겐이고, 0.95≤a≤1.05, x+y=1, 0≤h≤0.001이다.
The positive electrode active material particle according to claim 7, wherein the lithium-metal oxide is a lithium-metal oxide represented by the following formula (2)
Li a M 1 x M 2 y O 2 -he h (2)
Wherein M 1 and M 2 are different elements selected from the group consisting of Al, Mg, Mn, Fe, Zr, Zn, Si, Ca, Sr, Ba and Ti, A is an oxygen- ? A? 1.05, x + y = 1, and 0? H?
제 1 항에 있어서, 상기 양극 활물질 입자는 표면에 알루미늄 산화물 코팅층을 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 양극 활물질 입자.The cathode active material particle according to claim 1, wherein the cathode active material particle further comprises an aluminum oxide coating layer on the surface. 제 9 항에 있어서, 상기 알루미늄 산화물 코팅층의 두께는 양극 활물질 입자의 직경에 대해, 0.05% 내지 0.1%인 것을 특징으로 하는 양극 활물질 입자.The cathode active material particle according to claim 9, wherein the thickness of the aluminum oxide coating layer is 0.05% to 0.1% with respect to the diameter of the cathode active material particle. 제 1 항에 있어서, 상기 M1 및 M2는 리튬 코발트 복합 산화물에서의 평균 산화수가 +2.5 이상 내지 +3.5 이하인 것을 특징으로 하는 양극 활물질 입자.The positive electrode active material particle according to claim 1, wherein M 1 and M 2 each have an average oxidation number of +2.5 to +3.5 in the lithium-cobalt composite oxide. 제 1 항에 따른 양극 활물질 입자를 제조하는 방법으로서,
(a) 용매에 코발트 소스를 연속적으로 투입해 침전시킴으로써, 리튬 코발트 산화물의 코어부를 형성하는 코발트 수산화물 전구체를 준비하는 과정;
(b) 상기 침전된 수산화물 전구체의 코발트 함량이 리튬 코발트 산화물의 코발트 함량에 대해 96%에 도달 시, 코발트 소스와 함께, 농도 구배부를 형성하기 위한 도핑 원소 소스를 연속적으로 혼합 및 투입해 공침시키는 과정; 및
(c) 상기 과정(b)의 혼합물에 리튬 소스를 혼합한 후 열처리하는 과정;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 양극 활물질 입자의 제조 방법.
A method for producing a cathode active material particle according to claim 1,
(a) preparing a cobalt hydroxide precursor to form a core portion of lithium cobalt oxide by continuously introducing a cobalt source into a solvent to precipitate;
(b) when the cobalt content of the precipitated hydroxide precursor reaches 96% with respect to the cobalt content of the lithium cobalt oxide, the doping element source for forming the concentration gradient portion is continuously mixed with the cobalt source, ; And
(c) mixing the mixture of the process (b) with a lithium source and then performing heat treatment;
Wherein the positive electrode active material particles have an average particle diameter of not more than 100 nm.
제 12 항에 있어서, 상기 과정(b)의 도핑 원소 소스와 코발트 소스는, 코발트 원소에 대한 상기 도핑 원소의 비율이 점차 증가하도록, 연속적으로 혼합되어 공침되는 것을 특징으로 하는 양극 활물질 입자의 제조 방법.13. The method according to claim 12, wherein the doping element source and the cobalt source in the step (b) are continuously mixed and coprecipitated so that the proportion of the doping element to the cobalt element gradually increases . 제 1 항에 따른 양극 활물질 입자를 제조하는 방법으로서,
(i) 코어부를 형성하기 위한 리튬 코발트 산화물의 입자 상 코발트 전구체를 준비하는 과정;
(ii) 코발트 함량이 리튬 코발트 산화물의 코발트 함량에 대해 96%에 도달하도록, 상기 전구체를 용매에 투입해 분산시킨 후, 코발트 소스와 함께, 농도 구배부를 형성하기 위한 도핑 원소 소스를 연속적으로 혼합 및 투입해 공침시키는 과정; 및
(iii) 상기 과정(ii)의 혼합물에 리튬 소스를 혼합한 후 열처리하는 과정;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 양극 활물질 입자의 제조 방법.
A method for producing a cathode active material particle according to claim 1,
(i) preparing a particulate cobalt precursor of lithium cobalt oxide to form a core portion;
(ii) the precursor is dispersed in a solvent so that the cobalt content reaches 96% with respect to the cobalt content of the lithium cobalt oxide, and then the doping element source for forming the concentration gradient is continuously mixed with the cobalt source and A process of inputting and coping; And
(iii) mixing lithium ions in the mixture of step (ii) and heat-treating the mixture;
Wherein the positive electrode active material particles have an average particle diameter of not more than 100 nm.
제 14 항에 있어서, 상기 과정(ii)의 도핑 원소 소스와 코발트 소스는, 코발트 원소에 대한 상기 도핑 원소의 비율이 점차 증가하도록, 연속적으로 혼합되어 공침되는 것을 특징으로 하는 양극 활물질 입자의 제조 방법.15. The method for producing a cathode active material particle according to claim 14, wherein the doping element source and the cobalt source in the step (ii) are continuously mixed and coprecipitated so that the proportion of the doping element to the cobalt element gradually increases . 제 14 항에 있어서, 상기 리튬 코발트 산화물의 전구체는 Co3O4인 것을 특징으로 하는 양극 활물질 입자의 제조 방법.15. The method of claim 14, wherein the precursor of the lithium cobalt oxide is Co 3 O 4 . 제 12 항 또는 제 14 항에 있어서, 상기 농도 구배부를 형성하기 위한 도핑 원소 소스는 Al, Mg, Mn, Fe, Zr, Zn, Si, Ca, Sr, Ba 및 Ti로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종 이상의 금속 입자, 금속 산화물, 금속 수산화물, 또는 금속 황화물인 것을 특징으로 하는 양극 활물질 입자의 제조 방법.The doping element source for forming the concentration gradient portion of claim 12 or 14, wherein the doping element source is at least one selected from the group consisting of Al, Mg, Mn, Fe, Zr, Zn, Si, Ca, Sr, A metal oxide, a metal hydroxide, or a metal sulfide. 제 12 항 또는 제 14 항에 있어서, 상기 리튬 소스는 Li2CO3인 것을 특징으로 하는 양극 활물질 입자의 제조 방법.Claim 12 according to any one of claims 14, wherein the lithium source is a method for producing a positive electrode active material particles, characterized in that Li 2 CO 3. 제 12 항 또는 제 14 항에 있어서, 상기 도핑 원소 소스는 코발트와 도핑 원소의 전체 몰분율에 대한 도핑 원소의 몰분율의 비율이 10% 이하가 되도록 혼합되는 것을 특징으로 하는 양극 활물질 입자의 제조 방법.15. The method of claim 12 or 14, wherein the doping element source is mixed such that the ratio of the mole fraction of the doping element to the total mole fraction of cobalt and doping element is 10% or less. 제 12 항 또는 제 14 항에 있어서, 상기 열처리는 섭씨 600도 내지 1100도의 범위에서 5 시간 내지 20 시간 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 양극 활물질 입자의 제조 방법.The method of claim 12 or 14, wherein the heat treatment is performed at a temperature in the range of 600 to 1100 degrees Celsius for 5 to 20 hours. 제 1 항에 따른 양극 활물질 입자를 포함하는 양극, 음극 및 전해액을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.A secondary battery comprising a cathode, a cathode, and an electrolyte containing the cathode active material particles according to claim 1. 제 21 항에 따른 이차전지를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩.A battery pack comprising a secondary battery according to claim 21. 제 22 항에 따른 전지팩을 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.A device comprising a battery pack according to claim 22.
KR1020160153170A 2016-11-17 2016-11-17 Positive Electrode Active Material Particle Comprising Core Part Having Lithium Cobalt Oxide and Concentration Gradient Part Having Concentration Gradient of Metal Element and Method for Manufacturing the Same KR20180055379A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160153170A KR20180055379A (en) 2016-11-17 2016-11-17 Positive Electrode Active Material Particle Comprising Core Part Having Lithium Cobalt Oxide and Concentration Gradient Part Having Concentration Gradient of Metal Element and Method for Manufacturing the Same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160153170A KR20180055379A (en) 2016-11-17 2016-11-17 Positive Electrode Active Material Particle Comprising Core Part Having Lithium Cobalt Oxide and Concentration Gradient Part Having Concentration Gradient of Metal Element and Method for Manufacturing the Same

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20180055379A true KR20180055379A (en) 2018-05-25

Family

ID=62299499

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160153170A KR20180055379A (en) 2016-11-17 2016-11-17 Positive Electrode Active Material Particle Comprising Core Part Having Lithium Cobalt Oxide and Concentration Gradient Part Having Concentration Gradient of Metal Element and Method for Manufacturing the Same

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20180055379A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109659542A (en) * 2018-12-22 2019-04-19 中国科学院青岛生物能源与过程研究所 A kind of high voltage lithium cobalt oxide anode of core-shell structure and preparation method thereof
WO2020059803A1 (en) * 2018-09-19 2020-03-26 株式会社村田製作所 Secondary battery
CN113782736A (en) * 2021-11-12 2021-12-10 河南科隆新能源股份有限公司 Gradient single crystal anode material, preparation method and application

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020059803A1 (en) * 2018-09-19 2020-03-26 株式会社村田製作所 Secondary battery
CN109659542A (en) * 2018-12-22 2019-04-19 中国科学院青岛生物能源与过程研究所 A kind of high voltage lithium cobalt oxide anode of core-shell structure and preparation method thereof
CN109659542B (en) * 2018-12-22 2021-08-27 中国科学院青岛生物能源与过程研究所 High-voltage lithium cobalt oxide cathode material with core-shell structure and preparation method thereof
CN113782736A (en) * 2021-11-12 2021-12-10 河南科隆新能源股份有限公司 Gradient single crystal anode material, preparation method and application
CN113782736B (en) * 2021-11-12 2022-03-01 河南科隆新能源股份有限公司 Gradient single crystal anode material and preparation method and application thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101982790B1 (en) Positive Electrode Active Material Comprising Layered Lithium Metal Oxides and Positive Electrode having the Same
KR102500085B1 (en) Positive Electrode Active Material Comprising Lithium Rich Lithium Manganese-based Oxide with Coating layer Comprising Lithium-Deficiency Transition Metal Oxide and Positive Electrode Comprising the Same
CN108140821B (en) Positive electrode active material for lithium secondary battery comprising high-voltage lithium cobalt oxide having doping element and method for manufacturing same
KR102095508B1 (en) Positive Electrode Active Material Particle Comprising Core Having Lithium Cobalt Oxide and Shell Having Lithium Cobalt Phosphate and Method of Manufacturing the Same
KR101513496B1 (en) Lithium Manganese-based Oxide and Cathode Active Material Containing the Same
US11377367B2 (en) Metal-doped cobalt precursor for preparing positive electrode active material for secondary battery
KR20180025652A (en) Positive Electrode Active Material Comprising High-voltage Lithium Cobalt Oxide Having Doping element for Lithium Secondary Battery and Method of Manufacturing the Same
KR20180009911A (en) Positive Electrode Active Material Comprising High-voltage Lithium Cobalt Oxide for Lithium Secondary Battery and Method of Manufacturing the Same
EP3483951B1 (en) Method for manufacturing electrode for secondary battery suitable for long life
KR20190107648A (en) Battery Cell Comprising Electrode Assembly Including Gelation Electrolyte Component in Pores of Separator
KR20180089030A (en) Positive Electrode Active Material for Lithium Secondary Battery Comprising High-voltage Lithium Cobalt Oxide and Method of Manufacturing the Same
US11942632B2 (en) Positive electrode active material particle including core containing lithium cobalt oxide and shell containing composite metal oxide and preparation method thereof
KR102094284B1 (en) Positive Electrode Active Material Particle Comprising Core Having Lithium Cobalt Oxide and Shell Having Composite metal Oxide Based Composition and Method of Manufacturing the Same
KR101841113B1 (en) Cathode Active Material for Lithium Secondary Battery Which Ionized Metal Is Coated on Surface Thereof and Method for Preparation of the Same
KR102631719B1 (en) Positive Electrode Active Material for High Voltage Comprising Lithium Manganese-Based Oxide and Preparation Method Thereof
KR20180055379A (en) Positive Electrode Active Material Particle Comprising Core Part Having Lithium Cobalt Oxide and Concentration Gradient Part Having Concentration Gradient of Metal Element and Method for Manufacturing the Same
KR20130084361A (en) Cathode active material and lithium secondary battery for controlling impurity or swelling comprising the same and method for manufacturing cathode active material of improved productivity
KR20180089059A (en) Positive Electrode Active Material for Lithium Secondary Battery Comprising Lithium Cobalt Oxide with Core-Shell Structure and Method of Manufacturing the Same
US10573880B2 (en) Cathode active material for secondary battery with enhanced lifespan characteristics and method of preparing the same
KR20190038314A (en) Positive Electrode Active Material Comprising Lithium Rich Lithium Manganese-based Oxide and Lithium Tungsten Compound, or Additionally Tungsten Compound and Positive Electrode for Lithium Secondary Battery Comprising the Same
KR20180023688A (en) Secondary Battery Comprising Electrode Having Thin Electrode Active Material Layer
EP3522269B1 (en) Method for manufacturing electrode for secondary battery suitable for high loading
KR101301564B1 (en) Positive Electrode for Secondary Battery Comprising Lithium Manganese-Based Oxide of High Capacity and Spinel Crystal Structure, and Lithium Secondary Battery Comprising the Same
KR20170142381A (en) Positive Electrode Active Material Particle Comprising Core Having Lithium Cobalt Oxide and Shell Having Cobalt-Phosphate Based Composition and Method of Manufacturing the Same
KR20130084362A (en) Cathode active material and lithium secondary battery comprising the same

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal