KR20180114412A - Positive electrode active material for secondary battery, method for producing the same, positive electrode and secondary battery comprising the same - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to: a positive electrode active material for a secondary battery which includes a lithium composite metal oxide represented by chemical formula 3: Li_x′[Ni_aCo_bMn_c]O_2, and a surface treatment layer containing cobalt-lithium composite particles attached to the surface thereof; a production method of the positive electrode active material; and a positive electrode and a secondary battery comprising the same. (In the chemical formula 3, 0.6 <= a < 1, 0 < b <= 0.3, 0 < c <= 0.3, a + b + c = 1, 0.95 <= x′ <= 1.05)

Description

이차전지용 양극 활물질, 그 제조 방법, 이를 포함하는 이차전지용 양극 및 이차전지{POSITIVE ELECTRODE ACTIVE MATERIAL FOR SECONDARY BATTERY, METHOD FOR PRODUCING THE SAME, POSITIVE ELECTRODE AND SECONDARY BATTERY COMPRISING THE SAME}TECHNICAL FIELD The present invention relates to a positive electrode active material for a secondary battery, a method for producing the same, a positive electrode and a secondary battery for a secondary battery including the positive electrode active material,

본 발명은 이차전지용 양극 활물질, 그 제조 방법, 이를 포함하는 이차전지용 양극 및 이차전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고전압 하에서도 우수한 용량 특성 및 안정성을 구현할 수 있는 양극 활물질, 그 제조 방법 및 이를 포함하는 이차전지용 양극 및 이차전지에 관한 것이다. The present invention relates to a cathode active material for a secondary battery, a method for producing the same, a cathode and a secondary battery for the same, and more particularly, to a cathode active material capable of realizing excellent capacity characteristics and stability even under a high voltage, And more particularly to a positive electrode and a secondary battery for a secondary battery.

최근 모바일 기기와 전동 공구의 대중화 및 친환경적인 전기 자동차에 대한 요구가 늘어남에 따라 이를 구동하는 에너지원이 갖춰야 할 조건이 점차 높아지고 있다. 특히 고에너지 밀도, 고전압 하에서의 안정적인 구동 및 장수명 특성을 갖는 양극 활물질의 개발이 요구되고 있다. Recently, with the popularization of mobile devices and electric power tools, and the demand for environmentally friendly electric vehicles, there is an increasing requirement for an energy source for driving them. In particular, development of a cathode active material having high energy density, stable operation under high voltage, and long life characteristics is required.

리튬 이차전지의 양극 활물질로는 리튬 전이금속 복합 산화물이 이용되고 있으며, 이 중에서도 작용전압이 높고 용량 특성이 우수한 LiCoO2의 리튬코발트 복합금속 산화물이 주로 사용되고 있다. 그러나, LiCoO2는 탈 리튬에 따른 결정 구조의 불안정화로 열적 특성이 매우 열악하고, 또 고가이기 때문에 전기 자동차 등과 같은 분야의 동력원으로 대량 사용하기에는 한계가 있다. Lithium transition metal composite oxides are used as the cathode active material of lithium secondary batteries, and among them lithium cobalt composite metal oxides of LiCoO 2 having high action voltage and excellent capacity characteristics are mainly used. However, since LiCoO 2 has a poor thermal characteristic due to destabilization of crystal structure due to depolythium, and is expensive, it can not be used as a power source in fields such as electric vehicles and the like.

LiCoO2를 대체하기 위한 재료로서, 리튬망간 복합금속 산화물(LiMnO2 또는 LiMn2O4 등), 리튬 인산철 화합물(LiFePO4 등) 또는 리튬니켈 복합금속 산화물(LiNiO2 등) 등이 개발되었으나, LiNiO2는 LiCoO2와 비교하여 열안정성이 나쁘고, 충전 상태에서 외부로부터의 압력 등에 의해 내부 단락이 생기면 양극 활물질 그 자체가 분해되어 전지의 파열 및 발화를 초래하는 문제가 있다.Lithium manganese composite metal oxides (such as LiMnO 2 or LiMn 2 O 4 ), lithium iron phosphate compounds (such as LiFePO 4 ), or lithium nickel composite metal oxides (such as LiNiO 2 ) have been developed as materials for replacing LiCoO 2 . LiNiO 2 has poor thermal stability as compared with LiCoO 2, and if an internal short circuit occurs due to external pressure or the like in a charged state, there is a problem that the cathode active material itself is decomposed to cause rupture and ignition of the battery.

이에 따라 LiNiO2의 우수한 가역용량은 유지하면서도 낮은 열안정성을 개선하기 위한 방법으로서, Ni의 일부를 Mn과 Co으로 치환한 니켈코발트망간계 리튬 복합금속 산화물(이하 간단히 'NCM계 리튬 산화물'이라 함)이 개발되었다. 그러나, 종래의 현재까지 개발된 NCM계 리튬 산화물은 용량 특성이 충분하지 않아 적용에 한계가 있었다. Accordingly, a method for improving low thermal stability while maintaining an excellent reversible capacity of LiNiO 2 is known as a nickel-cobalt manganese-based lithium composite metal oxide in which a part of Ni is substituted with Mn and Co (hereinafter simply referred to as 'NCM-based lithium oxide' ) Was developed. However, the conventional NCM-based lithium oxide developed to date has a limited capacity because of insufficient capacitance characteristics.

이와 같은 문제점을 개선하기 위해, 최근에는 NCM계 리튬 산화물에서 Ni의 함량을 증가시키려는 연구가 이루어지고 있다. 그러나, 양극 활물질 내의 니켈 함량이 증가할 수록 용량은 증가하지만, 충전 심도에 따라 Ni2 +에서 Ni3 +/4+로의 산화에 따른 급격한 산소 탈리가 진행되며, 탈리된 산소는 전해액과 반응하여 물질의 고유 특성을 변화시켜 격자 구조의 불안정성을 발생시키고, 더 나아가 구조 붕괴를 일으킨다는 문제점이 있다. In order to overcome such a problem, studies have recently been made to increase the content of Ni in NCM-based lithium oxide. However, as the nickel content in the positive electrode active material increases, the capacity increases. However, due to the oxidation depth from Ni 2 + to Ni 3 + / 4 + due to the depth of charge, abrupt oxygen desorption progresses and the desorbed oxygen reacts with the electrolyte Thereby causing instability of the lattice structure, and further causing structural collapse.

따라서, 고 전압 하에서도 우수한 용량 특성 및 안정성을 구현할 수 있는 양극 활물질의 개발이 요구되고 있다. Therefore, development of a cathode active material capable of realizing excellent capacity characteristics and stability even under a high voltage is required.

한국공개특허 제10-2015-0070853호(공개일: 2015.06.25)Korean Patent Publication No. 10-2015-0070853 (published on June 25, 2015)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 고 전압 하에서도 우수한 용량 특성 및 안정성을 구현할 수 있는 니켈 양극 활물질, 그 제조 방법, 이를 포함하는 이차 전지용 양극 및 이차 전지를 제공하고자 한다. Disclosure of Invention Technical Problem [8] Accordingly, the present invention has been made keeping in mind the above problems occurring in the prior art, and an object of the present invention is to provide a nickel cathode active material capable of realizing excellent capacity characteristics and stability even under a high voltage.

일 측면에서, 본 발명은, 하기 화학식 1로 표시되는 리튬 복합 금속 산화물을 준비하는 단계; 및 상기 리튬 복합 금속 산화물과 코발트 함유 원료 물질을 혼합한 후 300℃ 초과 400℃ 미만으로 열처리하는 단계를 포함하는 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법을 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a lithium secondary battery comprising: preparing a lithium composite metal oxide represented by Formula 1 below; And mixing the lithium composite metal oxide with the cobalt-containing raw material, and then heat-treating the lithium composite metal oxide at a temperature higher than 300 ° C but lower than 400 ° C.

[화학식 1][Chemical Formula 1]

Lix[NiaCobMnc]O2 Li x [Ni a Co b Mn c ] O 2

(상기 화학식 1에서, 0.6≤a<1, 0<b≤0.3, 0<c≤0.3, a+b+c=1, 1.07≤x≤1.09임.)0.3, a + b + c = 1, and 1.07? X? 1.09 in the formula (1).

이때, 상기 화학식 1로 표시되는 리튬 복합 금속 산화물을 준비하는 단계는, 니켈, 코발트, 망간을 포함하는 전이금속 전구체와 리튬 함유 원료 물질을 리튬 : 전이금속의 원자비가 1:1.07 내지 1: 1.09이 되도록 혼합하고 600℃ 내지 900℃에서 소성하는 방법으로 수행될 수 있다. At this time, the step of preparing the lithium composite metal oxide represented by Formula 1 may be performed by mixing a transition metal precursor including nickel, cobalt, and manganese and a lithium-containing raw material with lithium / transition metal at an atomic ratio of 1: 1.07 to 1: 1.09 Followed by calcining at 600 ° C to 900 ° C.

또한, 상기 전이금속 전구체는 하기 화학식 2로 표시되는 것일 수 있다.The transition metal precursor may be represented by the following general formula (2).

[화학식 2](2)

NidCoeMnf(OH)2 Ni d Co e Mn f (OH) 2

상기 화학식 2에서 0.6<d<1, 0<e<0.3, 0<f<0.3, d+e+f=1임.In the formula (2) 0.6 <d <1, 0 <e <0.3, 0 <f <0.3, d + e + f = 1.

또한, 상기 소성은 산소 분위기 하에서 수행될 수 있다.Also, the firing can be performed in an oxygen atmosphere.

구체적으로는, 상기 소성은 700℃ 내지 800℃에서 수행되는 1차 소성 단계 및 800 내지 900에서 수행되는 2차 소성 단계를 포함할 수 있다. Specifically, the firing may include a first firing step performed at 700 ° C. to 800 ° C. and a second firing step performed at 800 to 900.

또한, 상기 열처리 단계에서, 상기 코발트 함유 원료 물질은 리튬 복합 금속 산화물 100중량부에 대하여 0.8 내지 1.2중량부로 혼합되는 것일 수 있으며, 상기 열처리하는 단계는 대기 분위기 하에서 5시간 내지 10시간 수행되는 것이 바람직하다.In the heat treatment step, the cobalt-containing raw material may be mixed in an amount of 0.8 to 1.2 parts by weight based on 100 parts by weight of the lithium composite metal oxide, and the heat treatment is preferably performed in an atmospheric environment for 5 to 10 hours Do.

다른 측면에서 본 발명은 하기 화학식 3으로 표시되는 리튬 복합 금속 산화물; 및 상기 리튬 복합 금속 산화물 표면에 부착된 코발트-리튬 복합체 입자를 포함하는 표면처리층을 포함하는 이차 전지용 양극 활물질을 제공한다.In another aspect, the present invention provides a lithium composite metal oxide represented by Formula 3 below; And a surface treatment layer comprising cobalt-lithium composite particles adhered to the surface of the lithium composite metal oxide.

[화학식 3](3)

Lix'[NiaCobMnc]O2 Li x ' [Ni a Co b Mn c ] O 2

(상기 화학식 3에서, 0.6≤a<1, 0<b≤0.3, 0<c≤0.3, a+b+c=1, 0.95≤x'≤1.05임.)(In the formula 3, 0.6? A <1, 0 <b? 0.3, 0 <c? 0.3, a + b + c = 1, 0.95? X?

또한, 상기 표면처리층 내 코발트 함량이 8000ppm 내지 12000ppm일 수 있다. The cobalt content in the surface treatment layer may be 8000 ppm to 12000 ppm.

또 다른 측면에서, 본 발명은 상기 본 발명에 따른 이차전지용 양극 활물질을 포함하는 이차전지용 양극과, 상기 이차 전지용 양극을 포함하는 이차 전지를 제공한다. According to another aspect of the present invention, there is provided a secondary battery including a positive electrode for a secondary battery including the positive electrode active material for a secondary battery according to the present invention, and a secondary battery comprising the positive electrode for the secondary battery.

본 발명에 따른 이차 전지용 양극 활물질은 리튬 함유량이 높고, 표면에 출력 특성 및 안정성이 우수한 코발트를 함유하는 코발트-리튬 복합체 입자를 포함하는 표면처리층이 형성되어 있어, 종래의 고농도 니켈 양극 활물질과 달리 구조적으로 안정할 뿐 아니라, 고전압 하에서도 우수한 출력 특성을 나타낸다.The cathode active material for a secondary battery according to the present invention has a surface treatment layer containing cobalt-lithium composite particles having a high lithium content and excellent output characteristics and stability on the surface thereof. Therefore, unlike the conventional high- It is structurally stable and exhibits excellent output characteristics even under high voltage.

또한, 본 발명의 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법에 따르면, 수세 공정을 수행하지 않고 높은 리튬 함량을 갖는 이차 전지용 양극 활물질을 제조할 수 있어 생산성이 우수하다. Further, according to the method for producing a cathode active material for a secondary battery of the present invention, a cathode active material for a secondary battery having a high lithium content can be produced without performing a washing step, and thus productivity is excellent.

도 1은 실시예에 따라 제조된 양극 활물질을 촬영한 SEM 사진이다.
도 2는 비교예 4에 따라 제조된 양극 활물질을 촬영한 SEM 사진이다.
도 3은 실시예 및 비교예 1에 따라 제조된 전지의 충방전 특성을 보여주는 그래프이다.
도 4는 실시예, 비교예 2 및 3에 따라 제조된 전지의 충방전 특성을 보여주는 그래프이다.
도 5는 실시예 및 비교예 4에 따라 제조된 전지의 충방전 특성을 보여주는 그래프이다.
도 6은 실시예 및 비교예 1에 따라 제조된 전지의 사이클 수에 따른 방전 용량을 보여주는 그래프이다.
도 7은 실시예 및 비교예 2, 3에 따라 제조된 전지의 사이클 수에 따른 방전 용량을 보여주는 그래프이다.
1 is a SEM photograph of a cathode active material prepared according to an embodiment.
FIG. 2 is a SEM photograph of a cathode active material prepared according to Comparative Example 4. FIG.
FIG. 3 is a graph showing charge-discharge characteristics of a battery manufactured according to Example and Comparative Example 1. FIG.
4 is a graph showing charge / discharge characteristics of a battery manufactured according to Examples, Comparative Examples 2 and 3;
5 is a graph showing charge-discharge characteristics of a battery manufactured according to Example and Comparative Example 4. FIG.
FIG. 6 is a graph showing the discharge capacity according to the number of cycles of the battery manufactured according to the embodiment and the comparative example 1. FIG.
7 is a graph showing the discharge capacity according to the number of cycles of the battery manufactured according to the embodiment and the comparative examples 2 and 3. FIG.

이하. 본 발명을 보다 자세히 설명한다. Below. The present invention will be described in more detail.

본 발명자들은 고전압 하에서 안정적이고, 용량특성이 우수한 양극 활물질을 제조하기 위해 연구를 거듭한 결과, 니켈 원자비율이 0.6 이상이고, 리튬의 원자 비율이 1.07 이상으로 높은 리튬 복합 금속 산화물과 코발트 함유 원료 물질을 혼합한 후 특정 온도에서 열처리함으로써, 상기와 같은 목적을 달성할 수 있음을 알아내고 본 발명을 완성하였다. The present inventors have conducted extensive research to produce a cathode active material which is stable under a high voltage and has excellent capacity characteristics. As a result, it has been found that a lithium composite metal oxide having a nickel atomic ratio of 0.6 or more and a lithium atomic ratio of 1.07 or more and a cobalt- And then heat-treating the mixture at a specific temperature, the present invention has been accomplished.

먼저, 본 발명에 따른 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법에 대해 설명한다.First, a method of manufacturing a cathode active material for a secondary battery according to the present invention will be described.

이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법Method for manufacturing cathode active material for secondary battery

본 발명에 따른 양극 활물질 제조 방법은 (1) 화학식 1로 표시되는 리튬 복합 금속 산화물을 준비하는 단계, 및 (2) 상기 리튬 복합 금속 산화물과 코발트 함유 원료 물질을 혼합한 후 300℃ 초과 내지 400℃ 미만 온도로 열처리하는 단계를 포함한다. 이하, 본 발명의 각 단계에 대해 보다 구체적으로 설명한다.The method for producing a cathode active material according to the present invention comprises the steps of: (1) preparing a lithium composite metal oxide represented by the formula (1); and (2) mixing the lithium composite metal oxide and the cobalt- Lt; RTI ID = 0.0 &gt; 0 C &lt; / RTI &gt; Hereinafter, each step of the present invention will be described in more detail.

(1) 리튬 복합 금속 산화물을 준비하는 단계(1) preparing a lithium composite metal oxide

먼저, 리튬 복합 금속 산화물을 준비한다. First, a lithium composite metal oxide is prepared.

본 발명에서 사용되는 리튬 복합 금속 산화물은 전이금속으로 니켈, 코발트, 망간을 포함하는 NMC계 리튬 복합 금속 산화물이며, 전이금속 내 니켈의 원자 분율이 0.6 이상이고, 리튬의 원자 분율이 1.07 내지 1.09인 리튬 복합 금속 산화물이다. The lithium composite metal oxide used in the present invention is an NMC-based lithium composite metal oxide containing nickel, cobalt and manganese as a transition metal, and has an atomic fraction of nickel in the transition metal of 0.6 or more and an atomic fraction of lithium of 1.07 to 1.09 Lithium composite metal oxide.

구체적으로는, 상기 리튬 복합 금속 산화물은 하기 화학식 1로 표시되는 리튬 복합 금속 산화물일 수 있다. Specifically, the lithium composite metal oxide may be a lithium composite metal oxide represented by the following general formula (1).

[화학식 1][Chemical Formula 1]

Lix[NiaCobMnc]O2 Li x [Ni a Co b Mn c ] O 2

상기 화학식 1에서, 0.6≤a<1, 0<b≤0.3, 0<c≤0.3, a+b+c=1, 1.07≤x≤1.09이다.0? B? 0.3, 0? C? 0.3, a + b + c = 1, 1.07? X?

상기 a, b, c는 각각 리튬을 제외한 금속 원소들(즉, 전이금속 원소들) 중 Ni, Co 및 Mn의 원자분율을 나타내는 것으로, 0.6≤a<1, 0<b≤0.3, 0<c≤0.3, a+b+c=1이다. B, and c represent the atomic fractions of Ni, Co, and Mn in the metal elements other than lithium (that is, transition metal elements), and satisfy the relationships 0.6 ≦ a ≦ 1, 0 ≦ b ≦ 0.3, and 0 <c Lt; = 0.3, and a + b + c = 1.

구체적으로는, 상기 a는 전이금속 원소들 중 니켈의 원자 분율을 나타내는 것으로, 상기 a는 0.6 이상 1 미만, 바람직하게는 0.65 이상 1 미만, 더 바람직하게는 0.65 내지 0.95일 수 있다. Specifically, a represents an atomic fraction of nickel in the transition metal elements, and a may be 0.6 or more and less than 1, preferably 0.65 or more and less than 1, more preferably 0.65 to 0.95.

상기 b는 전이금속 원소들 중 코발트의 원자 분율을 나타내는 것으로, 상기 b는 0 초과 0.3이하, 바람직하게는 0.001 내지 0.25, 더 바람직하게는 0.01 내지 0.25일 수 있다. B represents the atomic fraction of cobalt among the transition metal elements, and b may be more than 0 and not more than 0.3, preferably 0.001 to 0.25, more preferably 0.01 to 0.25.

상기 c는 전이금속 원소들 중 망간의 원자 분율을 나타내는 것으로, 상기 c는 0 초과 0.3이하, 바람직하게는 0.001 내지 0.25, 더 바람직하게는 0.01 내지 0.25일 수 있다. C represents the atomic fraction of manganese in the transition metal elements, and c may be more than 0 and not more than 0.3, preferably 0.001 to 0.25, more preferably 0.01 to 0.25.

한편, 상기 x는 리튬 복합 금속 산화물 내 리튬의 원자 분율을 나타내는 것으로, 상기 x는 1.07 내지 1.09이다. X represents the atomic fraction of lithium in the lithium composite metal oxide, and x is 1.07 to 1.09.

상기 [화학식 1]의 리튬 복합 금속 산화물은, 이로써 한정되는 것은 아니나, 예를 들면, 니켈, 코발트, 망간을 포함하는 전이금속 전구체와 리튬 함유 원료 물질을 리튬 : 전이금속의 원자비가 1:1.07 내지 1: 1.09이 되도록 혼합하고, 700℃ 내지 900℃에서 소성하는 방법으로 제조된 것일 수 있다. For example, the transition metal precursor including nickel, cobalt, and manganese and the lithium-containing raw material may be mixed with lithium / transition metal at an atomic ratio of 1: 1.07 to 1: 1: 1.09, and firing at 700 to 900 ° C.

이때, 상기 전이금속 전구체는, 예를 들면, 니켈-코발트-망간 수산화물일 수 있으며, 구체적으로는 하기 화학식 2로 표시되는 화합물일 수 있다. The transition metal precursor may be, for example, a nickel-cobalt-manganese hydroxide. Specifically, the transition metal precursor may be a compound represented by the following general formula (2).

[화학식 2](2)

NidCoeMnf(OH)2 Ni d Co e Mn f (OH) 2

상기 화학식 2에서 0.6≤d<1, 0<e≤0.3, 0<f≤0.3, d+e+f=1이다. 구체적으로는 상기 화학식 2에서 상기 d는 0.65 이상 1 미만, 바람직하게는 0.65 내지 0.95일 수 있으며, 상기 e는 0.001 내지 0.25, 바람직하게는 0.01 내지 0.25일 수 있고, 상기 f는 0.001 내지 0.25, 바람직하게는 0.01 내지 0.25일 수 있다. In the formula (2) 0? E? 0.3, 0? F? 0.3, and d + e + f = 1. Specifically, in the above formula (2), d may be 0.65 or more and less than 1, preferably 0.65 to 0.95, e may be 0.001 to 0.25, preferably 0.01 to 0.25, f is 0.001 to 0.25, May be 0.01 to 0.25.

상기 전이금속 전구체는 시판되는 제품을 구입하여 사용하거나, 당해 기술 분야에 잘 알려진 니켈-코발트-망간 전이금속 전구체의 제조 방법에 따라 제조될 수 있다. The transition metal precursor may be purchased from a commercial product, or may be prepared according to the process for preparing a nickel-cobalt-manganese transition metal precursor which is well known in the art.

예를 들면, 상기 니켈-코발트-망간 전이금속 전구체는 니켈 함유 원료 물질, 코발트 함유 원료 물질 및 망간 함유 원료 물질을 포함하는 금속 용액에 암모늄 양이온 함유 착물 형성제와 염기성 화합물을 첨가하여 공침 반응시켜 제조되는 것일 수 있다. For example, the nickel-cobalt-manganese transition metal precursor is prepared by a coprecipitation reaction in which a complex compound containing an ammonium cation and a basic compound is added to a metal solution containing a nickel-containing starting material, a cobalt containing starting material and a manganese- .

상기 니켈 함유 원료 물질은 예를 들면, 니켈 함유 아세트산염, 질산염, 황산염, 할라이드, 황화물, 수산화물, 산화물 또는 옥시수산화물 등일 수 있으며, 구체적으로는, Ni(OH)2, NiO, NiOOH, NiCO3?2Ni(OH)2·4H2O, NiC2O2·2H2O, Ni(NO3)2·6H2O, NiSO4, NiSO4·6H2O, 지방산 니켈염, 니켈 할로겐화물 또는 이들의 조합일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. The nickel-containing source material is, for example, nickel-containing acid salt, and the like nitrate, sulphate, halide, a sulfide, a hydroxide, an oxide or oxy-hydroxide, specifically, Ni (OH) 2, NiO , NiOOH, NiCO 3? 2Ni (OH) 2 .4H 2 O, NiC 2 O 2 .2H 2 O, Ni (NO 3 ) 2 .6H 2 O, NiSO 4 , NiSO 4 .6H 2 O, fatty acid nickel salts, But is not limited thereto.

상기 코발트 함유 원료 물질은 코발트 함유 아세트산염, 질산염, 황산염, 할라이드, 황화물, 수산화물, 산화물 또는 옥시수산화물 등일 수 있으며, 구체적으로는 Co(OH)2, CoOOH, Co(OCOCH3)2ㆍ4H2O, Co(NO3)2ㆍ6H2O, Co(SO4)2ㆍ7H2O 또는 이들의 조합일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. The cobalt-containing raw material may be a cobalt-containing acetic acid salt, a nitrate salt, a sulfate salt, a halide, a sulfide, a hydroxide, an oxide or an oxyhydroxide and specifically Co (OH) 2 , CoOOH, Co (OCOCH 3 ) 2 .4H 2 O , Co (NO 3 ) 2 .6H 2 O, Co (SO 4 ) 2 .7H 2 O, or a combination thereof, but is not limited thereto.

상기 망간 함유 원료 물질은, 예를 들면, 망간 함유 아세트산염, 질산염, 황산염, 할라이드, 황화물, 수산화물, 산화물, 옥시수산화물 또는 이들의 조합일 수 있으며, 구체적으로는 Mn2O3, MnO2, Mn3O4 등과 같은 망간산화물; MnCO3, Mn(NO3)2, MnSO4, 아세트산 망간, 디카르복실산 망간염, 시트르산 망간, 지방산 망간염과 같은 망간염; 옥시 수산화망간, 염화 망간 또는 이들의 조합일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The manganese-containing raw material may be, for example, manganese-containing acetic acid salt, nitrate, sulfate, halide, sulfide, hydroxide, oxide, oxyhydroxide or a combination thereof and specifically Mn 2 O 3 , MnO 2 , Mn Manganese oxides such as 3 O 4 and the like; MnCO 3, Mn (NO 3) 2, MnSO 4, manganese acetate, dicarboxylic acid manganese, manganese citrate, manganese, such as fatty acid manganese; Manganese oxyhydroxide, manganese chloride, or a combination thereof, but is not limited thereto.

상기 금속 용액은 니켈 함유 원료 물질, 코발트 함유 원료 물질 및 망간 함유 원료 물질을 용매, 구체적으로는 물, 또는 물과 균일하게 혼합될 수 있는 유기 용매(예를 들면, 알코올 등)의 혼합 용매에 첨가하여 제조되거나, 또는 니켈 함유 원료 물질의 수용액, 코발트 함유 원료 물질의 수용액, 망간 함유 원료 물질의 수용액을 혼합하여 제조된 것일 수 있다. The metal solution is added to a mixed solvent of a nickel-containing raw material, a cobalt-containing raw material and a manganese-containing raw material in a solvent, specifically water or an organic solvent (e.g., alcohol or the like) Or may be produced by mixing an aqueous solution of a nickel-containing raw material, an aqueous solution of a cobalt-containing raw material, and an aqueous solution of a manganese-containing raw material.

상기 암모늄 양이온 함유 착물 형성제는, 예를 들면 NH4OH, (NH4)2SO4, NH4NO3, NH4Cl, CH3COONH4, NH4CO3 또는 이들의 조합일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 한편, 상기 암모늄 양이온 함유 착물 형성제는 수용액의 형태로 사용될 수도 있으며, 이때 용매로는 물, 또는 물과 균일하게 혼합 가능한 유기용매(구체적으로, 알코올 등)와 물의 혼합물이 사용될 수 있다. The ammonium cation-containing complexing agent may be, for example, NH 4 OH, (NH 4 ) 2 SO 4 , NH 4 NO 3 , NH 4 Cl, CH 3 COONH 4 , NH 4 CO 3 , But is not limited thereto. On the other hand, the ammonium cation-containing complex-forming agent may be used in the form of an aqueous solution. As the solvent, water or a mixture of water and an organic solvent which can be uniformly mixed with water (specifically, alcohol or the like) and water may be used.

상기 염기성 화합물은 NaOH, KOH 또는 Ca(OH)2 등과 같은 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속의 수산화물, 이들의 수화물 또는 이들의 조합일 수 있다. 상기 염기성 화합물 역시 수용액의 형태로 사용될 수도 있으며, 이때 용매로는 물, 또는 물과 균일하게 혼합가능한 유기용매(구체적으로, 알코올 등)와 물의 혼합물이 사용될 수 있다. The basic compound may be a hydroxide of an alkali metal or an alkaline earth metal such as NaOH, KOH or Ca (OH) 2 , a hydrate thereof, or a combination thereof. The basic compound may also be used in the form of an aqueous solution. As the solvent, water or a mixture of water and an organic solvent (specifically, alcohol or the like) which can be uniformly mixed with water may be used.

상기 염기성 화합물은 반응 용액의 pH를 조절하기 위해 첨가되는 것으로, 금속 용액의 pH가 11 내지 13이 되는 양으로 첨가될 수 있다. The basic compound is added to adjust the pH of the reaction solution. The basic compound may be added in an amount such that the pH of the metal solution becomes 11-13.

한편, 상기 공침 반응은 질소 또는 아르곤 등의 비활성 분위기하에서, 40 내지 70의 온도에서 수행될 수 있다.On the other hand, the coprecipitation reaction can be performed at a temperature of 40 to 70 in an inert atmosphere such as nitrogen or argon.

상기와 같은 공정에 의해 니켈-코발트-망간 수산화물의 입자가 생성되고, 반응용액 내에 침전된다. 침전된 니켈-코발트-망간 수산화물 입자를 통상의 방법에 따라 분리시키고, 건조시켜 전이금속 전구체를 얻을 수 있다.Particles of nickel-cobalt-manganese hydroxide are formed by the above-described process and precipitated in the reaction solution. The precipitated nickel-cobalt-manganese hydroxide particles can be separated and dried by a conventional method to obtain a transition metal precursor.

상기 방법으로 제조된 전이금속 전구체와 리튬 함유 원료 물질을 혼합하고, 600℃ 내지 900℃, 바람직하게는 700℃ 내지 900℃에서 소성하여 리튬 복합 금속 산화물을 얻을 수 있다. 이때, 상기 전이금속 전구체와 리튬 함유 원료 물질은 리튬 : 전이금속의 원자비가 1:1.07 내지 1:1.09이 되도록 혼합된다. 여기서 전이금속의 원자비는 니켈, 코발트 및 망간의 원자 개수를 합한 총 전이금속의 원자 개수를 의미한다. The transition metal precursor prepared by the above method and the lithium-containing source material are mixed and calcined at 600 ° C to 900 ° C, preferably 700 ° C to 900 ° C to obtain a lithium composite metal oxide. At this time, the transition metal precursor and the lithium-containing source material are mixed so that the atomic ratio of the lithium: transition metal is 1: 1.07 to 1: 1.09. Here, the atomic ratio of the transition metal means the total number of atoms of the transition metal that combine the numbers of atoms of nickel, cobalt and manganese.

상기 리튬 함유 원료 물질은 리튬 함유 탄산염(예를 들어, 탄산리튬 등), 수화물(예를 들어 수산화리튬 I수화물(LiOH·H2O) 등), 수산화물(예를 들어 수산화리튬 등), 질산염(예를 들어, 질산리튬(LiNO3) 등), 염화물(예를 들어, 염화리튬(LiCl) 등) 등을 들 수 있으며, 이들 중 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다. The lithium-containing raw material may be at least one selected from the group consisting of a lithium-containing carbonate (for example, lithium carbonate), a hydrate (for example, lithium hydroxide I hydrate (LiOH.H 2 O) (E.g., lithium nitrate (LiNO 3 ) and the like) and chlorides (e.g., lithium chloride (LiCl) and the like), and a single or a mixture of two or more of them may be used.

한편, 상기 소성은 산소 분위기 하에서 수행되는 것이 바람직하다 . Meanwhile, the firing is preferably performed in an oxygen atmosphere .

또한, 상기 소성은 온도가 상이한 2단계 이상의 소성 공정으로 이루어질 수 있으며, 예를 들면, 700℃ 내지 800℃에서 수행되는 1차 소성 단계 및 800℃ 내지 900℃에서 수행되는 2차 소성 단계를 포함하여 이루어질 수 있다. 이와 같이 2단계 소성 공정을 수행할 경우, 1단계 소성의 경우에 비해 리튬 함유 원료 물질과 전이금속 전구체의 반응성이 증가하게 된다. 상기 소성을 통해 전이금속 전구체와 리튬이 반응하여 상기 화학식 1로 표시되는 리튬 복합 금속 산화물이 얻을 수 있다. The firing may be performed in two or more stages of firing at different temperatures, including, for example, a first firing step performed at 700 ° C to 800 ° C and a second firing step performed at 800 ° C to 900 ° C Lt; / RTI &gt; In this case, the reactivity between the lithium-containing raw material and the transition metal precursor increases as compared with the case of the first-stage calcination. The transition metal precursor and lithium react with each other through the firing to obtain the lithium composite metal oxide represented by Formula 1. [

(2) 열처리하는 단계  (2) Step of heat treatment

상기와 같은 방법으로 화학식 1의 리튬 복합금속 산화물이 준비되면, 준비된 리튬 복합 금속 산화물과 코발트 함유 원료 물질을 혼합하여 열처리한다. When the lithium composite metal oxide of Formula 1 is prepared as described above, the prepared lithium composite metal oxide and the cobalt-containing raw material are mixed and heat-treated.

상기 열처리 단계는 리튬 복합 금속 산화물의 표면처리층을 형성하기 위한 것으로, 열처리에 의해 리튬 복합 금속 산화물에 존재하는 리튬 부산물과 코발트 함유 원료 물질의 코발트가 반응하여 리튬 복합 금속 산화물 표면에 리튬-코발트 복합체 입자를 포함하는 표면처리층이 형성되게 된다. The heat treatment step is for forming a surface treatment layer of the lithium composite metal oxide. The cobalt reacts with the lithium by-product present in the lithium composite metal oxide by the heat treatment and the cobalt-containing raw material to form a lithium-cobalt composite A surface treatment layer containing particles is formed.

상기 코발트 함유 원료 물질로는, 코발트 함유 아세트산염, 질산염, 황산염, 할라이드, 황화물, 수산화물, 산화물 또는 옥시수산화물 등일 수 있으며, 구체적으로는 Co(OH)2, CoOOH, Co(OCOCH3)2ㆍ4H2O, Co(NO3)2ㆍ6H2O, Co(SO4)2ㆍ7H2O 또는 이들의 조합 등이 사용될 수 있다. 이 중에서도 Co(OH)2가 특히 바람직하다. In the cobalt-containing source material, and the like cobalt-containing acid salt, a nitrate, a sulfate, a halide, a sulfide, a hydroxide, an oxide or oxy-hydroxide, specifically, the Co (OH) 2, CoOOH, Co (OCOCH 3) 2 and 4H 2 O, Co (NO 3 ) 2揃 6H 2 O, Co (SO 4 ) 2揃 7H 2 O, or combinations thereof. Of these, Co (OH) 2 is particularly preferable.

상기 코발트 함유 원료 물질은 리튬 복합 금속 산화물 100중량부에 대하여 0.8 내지 1.2 중량부, 바람직하게는 0.8 내지 1중량부로 혼합될 수 있다. 코발트 함유 원료 물질의 함량이 상기 범위를 만족하는 경우, 우수한 리튬 부산물 생성 억제 효과 및 전기적 특성을 얻을 수 있다. The cobalt-containing raw material may be mixed in an amount of 0.8 to 1.2 parts by weight, preferably 0.8 to 1 part by weight based on 100 parts by weight of the lithium composite metal oxide. When the content of the cobalt-containing raw material satisfies the above range, excellent lithium byproduct formation inhibiting effect and electrical characteristics can be obtained.

한편, 상기 열처리는 300℃ 초과 400℃ 미만의 온도범위, 바람직하게는 320℃ 내지 380℃의 온도범위에서 수행된다. 열처리 온도가 상기 범위를 벗어날 경우, 양극 활물질의 용량 특성이 저하되거나, 코발트-리튬 복합체 입자를 포함하는 표면처리층을 형성할 수 없게 된다. On the other hand, the heat treatment is performed in a temperature range of more than 300 ° C to less than 400 ° C, preferably in a temperature range of 320 ° C to 380 ° C. If the heat treatment temperature is out of the above range, the capacity characteristics of the cathode active material may deteriorate or the surface treatment layer containing cobalt-lithium composite particles may not be formed.

종래에는 리튬 복합 금속 산화물 표면에 표면처리층 형성 시에 500℃ 이상의 고온 처리를 하는 것이 일반적이었으나, 본 발명의 경우 리튬 함량이 높은 리튬 복합 금속 산화물을 사용하기 때문에, 비교적 낮은 열처리 온도에서도 리튬과 코발트의 반응이 원활하게 이루어질 수 있다. 한편, 본 발명의 표면 처리에 사용되는 코발트 함유 원료 물질의 경우, 고온에서 쉽게 분해, 산화되어 산화물로 전환되기 때문에 열처리 온도가 너무 높을 경우 리튬-코발트 복합체 입자가 형성되지 않고, 코발트 산화물 형태로 존재하게 되어 양극 활물질의 용량 감소가 발생할 수 있다. Conventionally, it has been common to carry out a high-temperature treatment at a temperature of 500 ° C or higher in forming a surface treatment layer on the surface of a lithium composite metal oxide. However, since lithium complex metal oxide having a high lithium content is used in the present invention, Reaction can be smoothly performed. On the other hand, in the case of the cobalt-containing raw material used in the surface treatment of the present invention, lithium-cobalt composite particles are not formed when the heat treatment temperature is too high and are present in the form of cobalt oxide So that capacity reduction of the cathode active material may occur.

한편, 상기 열처리는 바람직하게는 5시간 내지 10시간 동안 수행될 수 있으며, 대기 분위기에서 수행될 수 있다. 상기 열처리는 비교적 낮은 온도 범위에서 수행되기 때문에, 대기 분위기하에서 수행하여도 코발트 산화가 제어될 수 있다. Meanwhile, the heat treatment may preferably be performed for 5 hours to 10 hours, and may be performed in an atmospheric environment. Since the heat treatment is performed at a relatively low temperature range, cobalt oxidation can be controlled even in an atmospheric environment.

한편, 본 발명에 따른 양극 활물질의 제조 방법은 수세 공정을 수행하지 않는다. 일반적으로 니켈 원자분율이 0.6 이상으로 높은 리튬 복합 금속 산화물의 경우, 제조 공정에서 리튬 복합 금속 산화물 표면에 LiOH, Li2CO3와 같은 리튬 부산물이 다량으로 잔류하게 되는데, 이와 같은 리튬 부산물은 전지 작동 시에 전해액 등과 반응하여 가스 발생 및 스웰링 등을 야기시킨다는 문제점이 있다. 따라서, 종래에서는 고농도 니켈을 함유하는 리튬 복합 금속 산화물을 양극 활물질로 사용하기 위해서 리튬 복합 금속 산화물 표면의 리튬 부산물을 제거하기 위한 수세 공정이 필수적으로 요구되었다. 그러나, 본 발명의 경우, 리튬 복합 금속 산화물에 잔류하는 리튬 부산물이 열처리 과정에서 리튬-코발트 복합체를 형성을 위한 원료 물질로 사용되어 제거되기 때문에 별도의 수세 공정을 수행하지 않아도 무방하다. 이와 같이 본 발명은 수세 공정을 수행하지 않기 때문에 종래에 비해 생상 공정을 단축할 수 있으며, 이로 인해 생산성이 향상되는 효과를 얻을 수 있다. Meanwhile, the method for producing a cathode active material according to the present invention does not perform a washing process. Generally, in the case of a lithium composite metal oxide having a nickel atom fraction of 0.6 or more, a large amount of lithium by-products such as LiOH and Li 2 CO 3 remain on the surface of the lithium composite metal oxide in the manufacturing process. There is a problem in that it causes gas generation and swelling by reacting with an electrolyte solution or the like. Therefore, in order to use a lithium composite metal oxide containing a high-concentration nickel as a cathode active material in the prior art, a water washing step for removing lithium by-products on the surface of the lithium composite metal oxide has been essentially required. However, in the case of the present invention, since the lithium by-product remaining in the lithium composite metal oxide is removed as a raw material for forming the lithium-cobalt complex in the heat treatment process, a separate washing process may not be performed. As described above, since the washing process is not performed in the present invention, the production process can be shortened compared to the conventional process, and productivity can be improved.

이차 전지용 양극 활물질Cathode active material for secondary battery

다음으로, 본 발명에 따른 이차 전지용 양극 활물질에 대해 설명한다. Next, the cathode active material for a secondary battery according to the present invention will be described.

상기와 같은 방법에 따라 제조된 본 발명의 이차 전지용 양극 활물질은 하기 화학식 3으로 표시되는 리튬 복합 금속 산화물 및 상기 리튬 복합 금속 산화물 표면에 부착된 코발트-리튬 복합체 입자를 포함하는 표면처리층을 포함한다.The cathode active material for a secondary battery according to the present invention comprises a lithium composite metal oxide represented by Chemical Formula 3 and a surface treatment layer comprising cobalt-lithium composite particles attached to the surface of the lithium composite metal oxide .

[화학식 3](3)

Lix'[NiaCobMnc]O2 Li x ' [Ni a Co b Mn c ] O 2

상기 화학식 3에서, 0.6≤a<1, 0<b≤0.3, 0<c≤0.3, a+b+c=1, 0.95≤x'≤1.05이며, 바람직하게는, 0.65≤a<1이다. 리튬 복합 금속 산화물의 조성이 상기 범위를 만족할 때, 4.3V 이상의 고전압 하에서도 높은 용량 특성 및 수명 특성을 얻을 수 있다. In the above formula (3), 0.6? A <1, 0 <b? 0.3, 0 <c? 0.3, a + b + c = 1 and 0.95? X? When the composition of the lithium composite metal oxide satisfies the above range, high capacity characteristics and life characteristics can be obtained even at a high voltage of 4.3 V or more.

상기 a, b, c는 각각 리튬을 제외한 금속 원소들(즉, 전이금속 원소들) 중 Ni, Co 및 Mn의 원자분율을 나타내는 것으로, 0.6≤a<1, 0<b≤0.3, 0<c≤0.3, a+b+c=1이다. B, and c represent the atomic fractions of Ni, Co, and Mn in the metal elements other than lithium (that is, transition metal elements), and satisfy the relationships 0.6 ≦ a ≦ 1, 0 ≦ b ≦ 0.3, and 0 <c Lt; = 0.3, and a + b + c = 1.

구체적으로는, 상기 a는 전이금속 원소들 중 니켈의 원자 분율을 나타내는 것으로, 상기 a는 0.6 이상 1 미만, 바람직하게는 0.65 이상 1 미만, 더 바람직하게는 0.65 내지 0.95일 수 있다. Specifically, a represents an atomic fraction of nickel in the transition metal elements, and a may be 0.6 or more and less than 1, preferably 0.65 or more and less than 1, more preferably 0.65 to 0.95.

상기 b는 전이금속 원소들 중 코발트의 원자 분율을 나타내는 것으로, 상기 b는 0 초과 0.3 이하, 바람직하게는 0.001 내지 0.25, 더 바람직하게는 0.01 내지 0.25일 수 있다. B represents the atomic fraction of cobalt among the transition metal elements, and b may be more than 0 and not more than 0.3, preferably 0.001 to 0.25, more preferably 0.01 to 0.25.

상기 c는 전이금속 원소들 중 망간의 원자 분율을 나타내는 것으로, 상기 c는 0 초과 0.3 이하, 바람직하게는 0.001 내지 0.25, 더 바람직하게는 0.01 내지 0.25일 수 있다. C represents the atomic fraction of manganese in the transition metal elements, and c may be more than 0 and not more than 0.3, preferably 0.001 to 0.25, more preferably 0.01 to 0.25.

한편, 상기 x'는 리튬 복합 금속 산화물 내 리튬의 원자 분율을 나타내는 것으로, 상기 x'는 0.95 내지 1.05이다. 화학식 1로 표시되는 리튬 복합 금속 산화물의 리튬이 코발트 함유 원료와 반응하기 때문에 최종적으로 생성된 양극 활물질에 포함된 리튬 복합 금속 산화물에서는 리튬 함량이 화학식 3과 같이 감소하게 된다. X 'represents an atomic fraction of lithium in the lithium composite metal oxide, and x' is 0.95 to 1.05. Lithium in the lithium composite metal oxide represented by Chemical Formula 1 reacts with the cobalt-containing raw material, so that the lithium content of the lithium composite metal oxide contained in the finally produced cathode active material decreases as shown in Formula 3. [Formula 3]

상기 표면 처리층은 리튬 복합 금속 산화물의 구조적 안정성을 향상시키기 위한 것으로, 코발트-리튬 복합체 입자를 포함한다. 상기 코발트-리튬 복합체 입자는 리튬 복합 금속 산화물의 표면에 부착되어 리튬 복합 금속 산화물에서 산소가 탈리되는 것을 방지함으로써 구조적 안정성을 향상시키는 역할을 수행한다. 또한, 코발트-리튬 복합체에 포함된 리튬에 의해 양극 활물질 표면에 리튬 농도가 증가하게 되어 우수한 전기적 특성을 구현할 수 있다. The surface treatment layer is for improving the structural stability of the lithium composite metal oxide and includes cobalt-lithium composite particles. The cobalt-lithium composite particles are attached to the surface of the lithium composite metal oxide to prevent the separation of oxygen from the lithium composite metal oxide, thereby improving the structural stability. Further, lithium contained in the cobalt-lithium composite increases the lithium concentration on the surface of the cathode active material, thereby realizing excellent electrical characteristics.

한편, 상기 표면처리층 내의 코발트 함량은 8000ppm 내지 12000ppm, 바람직하게는 8500ppm 내지 10000ppm일 수 있다. 표면처리층 내의 코발트 함량이 상기 범위를 만족할 경우, 리튬 복합 금속 산화물 표면에 존재하는 리튬 부산물의 함량이 효과적으로 감소되어 별도의 수세 없이도 4.3V 이상에서 우수한 전기적 성능을 갖는 영극 활물질을 제조할 수 있다. On the other hand, the cobalt content in the surface treatment layer may be 8000 ppm to 12000 ppm, preferably 8500 ppm to 10000 ppm. When the content of cobalt in the surface treatment layer satisfies the above range, the content of lithium by-products present on the surface of the lithium composite metal oxide is effectively reduced, so that a cathode active material having an excellent electrical performance at 4.3 V or more without any water washing can be produced.

종래의 NMC계 리튬 복합 금속 산화물의 경우, 전이금속 대비 리튬의 비율이 1.05 이하인 것이 일반적이었으나, 이와 같은 리튬 복합 금속 산화물들의 경우, 4.3V 이상의 고전압 하에서 용량 특성 및 안정성이 떨어진다는 문제점이 있었다. 그러나, 본 발명의 양극 활물질은 종래에 비해 높은 리튬 함유량을 가져 고전압, 예를 들면, 4.3V 이상의 전압 하에서도 높은 용량 특성을 구현할 수 있으며, 상기한 바와 같이 리튬 복합 금속 산화물의 표면에 리튬-코발트 복합체 입자가 부착되어 있어 구조적으로도 안정하다.In the case of the conventional NMC-based lithium composite metal oxide, the ratio of lithium to the transition metal is generally 1.05 or less. However, such lithium composite metal oxides have a problem in that their capacity characteristics and stability are poor under a high voltage of 4.3 V or more. However, the cathode active material of the present invention has a higher lithium content than conventional ones and can realize high capacity characteristics even at a high voltage, for example, a voltage of 4.3 V or higher. As described above, lithium-cobalt It is structurally stable because the composite particles are attached.

양극 및 이차 전지Anode and secondary battery

본 발명에 따른 이차 전지용 양극 활물질은 이차 전지용 양극 제조에 유용하게 사용될 수 있다. The cathode active material for a secondary battery according to the present invention can be usefully used for manufacturing a cathode for a secondary battery.

구체적으로는, 본 발명에 따른 이차 전지용 양극은 양극집전체 및 상기 양극집전체 위에 형성되는 양극활물질층을 포함하며, 이때, 상기 양극활물질층은 본 발명에 따른 양극활물질을 포함한다.Specifically, the cathode for a secondary battery according to the present invention includes a cathode current collector and a cathode active material layer formed on the cathode current collector, wherein the cathode active material layer includes the cathode active material according to the present invention.

상기 양극은 본 발명에 따른 양극활물질을 사용하는 것을 제외하고는 통상의 양극 제조방법에 따라 제조될 수 있다. 예를 들면, 상기 양극은 양극활물질층을 구성하는 성분들, 즉, 양극활물질과, 도전재 및/또는 바인더 등을 용매에 용해 또는 분산시켜 양극 합재를 제조하고, 상기 양극 합재를 양극집전체의 적어도 일면에 도포한 후, 건조, 압연시키는 방법으로 제조하거나, 또는 상기 양극 합재를 별도의 지지체 상에 캐스팅한 다음, 이 지지체로부터 박리하여 얻은 필름을 양극집전체 상에 라미네이션함으로써 제조될 수 있다.The positive electrode may be produced according to a conventional positive electrode manufacturing method, except that the positive electrode active material according to the present invention is used. For example, the positive electrode may be prepared by dissolving or dispersing the components constituting the positive electrode active material layer, that is, the positive electrode active material, the conductive material and / or the binder, in a solvent to prepare a positive electrode composite material, Or by a method in which the film is coated on at least one side and then dried and rolled or by casting the positive electrode material on a separate support and then peeling off the support from the support to laminate the positive electrode current collector.

이때, 상기 양극집전체는 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소 또는 알루미늄이나 스테인레스 스틸 표면에 탄소, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것 등이 사용될 수 있다. 또, 상기 양극 집전체는 통상적으로 3㎛ 내지 500㎛의 두께를 가질 수 있으며, 상기 집전체 표면 상에 미세한 요철을 형성하여 양극활물질의 접착력을 높일 수도 있다. 예를 들어 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.The positive electrode current collector is not particularly limited as long as it has electrical conductivity without causing chemical changes in the battery. For example, the positive electrode current collector may be made of a metal such as stainless steel, aluminum, nickel, titanium, sintered carbon, aluminum or stainless steel, , Titanium, silver, or the like may be used. In addition, the cathode current collector may have a thickness of 3 to 500 탆, and fine unevenness may be formed on the surface of the current collector to increase the adhesive force of the cathode active material. For example, it can be used in various forms such as a film, a sheet, a foil, a net, a porous body, a foam, and a nonwoven fabric.

상기 집전체의 적어도 일면에 본 발명에 따른 양극활물질을 포함하며, 필요에 따라 도전재 및 바인더 중 적어도 1종을 선택적으로 더 포함하는 양극활물질층이 위치한다.The current collector includes the cathode active material according to the present invention on at least one surface thereof and optionally includes at least one of a conductive material and a binder.

상기 양극 활물질은, 상기 본 발명에 따른 양극 활물질, 즉, 상기 화학식 1로 표시되는 리튬 복합 금속 산화물 및 상기 상기 리튬 복합 금속 산화물 표면에 부착된 코발트-리튬 복합체 입자를 포함하는 표면처리층을 포함한다. 본 발명에 따른 양극활물질의 구체적인 내용은 상술한 바와 동일하므로, 구체적인 설명은 생략한다. The cathode active material includes a surface treatment layer comprising the cathode active material according to the present invention, that is, the lithium composite metal oxide represented by Formula 1 and the cobalt-lithium composite particles adhered to the surface of the lithium composite metal oxide . Since the specific contents of the cathode active material according to the present invention are the same as those described above, detailed description thereof will be omitted.

상기 양극활물질은 양극활물질층 총 중량에 대하여 80 내지 99중량%, 보다 구체적으로는 85 내지 98중량%의 함량으로 포함될 수 있다. 상기한 함량범위로 포함될 때 우수한 용량 특성을 나타낼 수 있다.The positive electrode active material may be contained in an amount of 80 to 99% by weight, more specifically 85 to 98% by weight based on the total weight of the positive electrode active material layer. When included in the above content range, excellent capacity characteristics can be exhibited.

상기 도전재는 전극에 도전성을 부여하기 위해 사용되는 것으로서, 구성되는 전지에 있어서, 화학변화를 야기하지 않고 전자 전도성을 갖는 것이면 특별한 제한없이 사용가능하다. 구체적인 예로는 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본 블랙, 아세틸렌블랙, 케첸블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서멀 블랙, 탄소섬유 등의 탄소계 물질; 구리, 니켈, 알루미늄, 은 등의 금속 분말 또는 금속 섬유; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 휘스커; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 또는 폴리페닐렌 유도체 등의 전도성 고분자 등을 들 수 있으며, 이들 중 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다. 상기 도전재는 양극활물질층 총 중량에 대하여 1중량% 내지 30중량%로 포함될 수 있다.The conductive material is used for imparting conductivity to the electrode. The conductive material is not particularly limited as long as it has electron conductivity without causing chemical change. Specific examples thereof include graphite such as natural graphite and artificial graphite; Carbonaceous materials such as carbon black, acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, thermal black and carbon fiber; Metal powder or metal fibers such as copper, nickel, aluminum and silver; Conductive whiskers such as zinc oxide and potassium titanate; Conductive metal oxides such as titanium oxide; And polyphenylene derivatives. These may be used alone or in admixture of two or more. The conductive material may be included in an amount of 1% by weight to 30% by weight based on the total weight of the cathode active material layer.

또, 상기 바인더는 양극활물질 입자들 간의 부착 및 양극활물질과 집전체와의 접착력을 향상시키는 역할을 한다. 구체적인 예로는 폴리비닐리덴플로라이드(PVDF), 비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 코폴리머(PVDF-co-HFP), 폴리비닐알코올, 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 폴리머(EPDM), 술폰화-EPDM, 스티렌 부타디엔 고무(SBR), 불소 고무, 또는 이들의 다양한 공중합체 등을 들 수 있으며, 이들 중 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다. 상기 바인더는 양극활물질층 총 중량에 대하여 1중량% 내지 30중량%로 포함될 수 있다.In addition, the binder serves to improve the adhesion between the positive electrode active material particles and the adhesion between the positive electrode active material and the current collector. Specific examples include polyvinylidene fluoride (PVDF), vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer (PVDF-co-HFP), polyvinyl alcohol, polyacrylonitrile, carboxymethylcellulose ), Starch, hydroxypropylcellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene, polyethylene, polypropylene, ethylene-propylene-diene polymer (EPDM), sulfonated-EPDM, styrene butadiene rubber (SBR), fluororubber, and various copolymers thereof. One kind or a mixture of two or more kinds of them may be used. The binder may be included in an amount of 1% by weight to 30% by weight based on the total weight of the cathode active material layer.

한편, 양극 합재 제조에 사용되는 용매는 당해 기술분야에서 일반적으로 사용되는 용매일 수 있으며, 예를 들면, 디메틸셀폭사이드(dimethyl sulfoxide, DMSO), 이소프로필 알코올(isopropyl alcohol), N-메틸피롤리돈(NMP), 아세톤(acetone) 또는 물 등을 단독 또는 이들을 혼합하여 사용할 수 있다. 상기 용매의 사용량은 슬러리의 도포 두께, 제조 수율, 점도 등을 고려하여 적절하게 조절될 수 있다.On the other hand, the solvent used in the preparation of the positive electrode material may be a solvent commonly used in the art, for example, dimethyl sulfoxide (DMSO), isopropyl alcohol, (NMP), acetone or water may be used alone or in combination. The amount of the solvent to be used can be appropriately adjusted in consideration of the application thickness of the slurry, the production yield, the viscosity, and the like.

다음으로, 본 발명에 따른 이차 전지에 대해 설명한다. Next, a secondary battery according to the present invention will be described.

본 발명에 따른 이차 전지는 양극, 상기 양극과 대향하여 위치하는 음극, 상기 양극과 음극 사이에 개재되는 세퍼레이터 및 전해질을 포함하며, 이때, 상기 양극은 상술한 본 발명에 따른 양극이다. The secondary battery according to the present invention includes a positive electrode, a negative electrode disposed opposite to the positive electrode, a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode, and an electrolyte, wherein the positive electrode is the positive electrode according to the present invention.

한편, 상기 이차전지는 상기 양극, 음극, 세퍼레이터의 전극 조립체를 수납하는 전지용기, 및 상기 전지용기를 밀봉하는 밀봉 부재를 선택적으로 더 포함할 수 있다. The secondary battery may further include a battery container for storing the positive electrode, the negative electrode and the electrode assembly of the separator, and a sealing member for sealing the battery container.

상기 이차전지에 있어서, 상기 음극은 음극집전체 및 상기 음극집전체의 적어도 일면에 위치하는 음극활물질층을 포함한다.In the secondary battery, the negative electrode includes a negative electrode current collector and a negative electrode active material layer disposed on at least one surface of the negative electrode current collector.

상기 음극은 당해 기술 분야에 일반적으로 알려져 있는 통상의 음극 제조방법에 따라 제조될 수 있다. 예를 들면, 상기 음극은 음극활물질층을 구성하는 성분들, 즉, 음극활물질과, 도전재 및/또는 바인더 등을 용매에 용해 또는 분산시켜 음극 합재를 제조하고, 상기 음극 합재를 음극집전체의 적어도 일면에 도포한 후, 건조, 압연시키는 방법으로 제조하거나, 또는 상기 음극 합재를 별도의 지지체 상에 캐스팅한 다음, 이 지지체로부터 박리하여 얻은 필름을 음극집전체 상에 라미네이션함으로써 제조될 수 있다.The negative electrode may be manufactured according to a conventional negative electrode manufacturing method generally known in the art. For example, the negative electrode may be produced by dissolving or dispersing the components constituting the negative electrode active material layer, that is, the negative electrode active material, the conductive material and / or the binder in a solvent to form a negative electrode mixture, Or a method in which the negative electrode material is coated on at least one surface and then dried or rolled or casting the negative electrode material onto a separate support and then peeling the support from the support to laminate the negative electrode current collector.

상기 음극집전체는 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인레스 스틸의 표면에 탄소, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 또, 상기 음극 집전체는 통상적으로 3㎛ 내지 500㎛의 두께를 가질 수 있으며, 양극 집전체와 마찬가지로, 상기 집전체 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있다. 예를 들어, 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 high conductivity without causing chemical changes 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, aluminum-cadmium alloy, or the like may be used. In addition, the negative electrode collector may have a thickness of 3 to 500 탆, and similarly to the positive electrode collector, fine unevenness may be formed on the surface of the collector to enhance the binding force of the negative electrode active material. For example, it can be used in various forms such as a film, a sheet, a foil, a net, a porous body, a foam, and a nonwoven fabric.

상기 음극활물질로는 리튬의 가역적인 인터칼레이션 및 디인터칼레이션이 가능한 화합물이 사용될 수 있다. 구체적인 예로는 인조흑연, 천연흑연, 흑연화 탄소섬유, 비정질탄소 등의 탄소질 재료; Si, Al, Sn, Pb, Zn, Bi, In, Mg, Ga, Cd, Si합금, Sn합금 또는 Al합금 등 리튬과 합금화가 가능한 금속질 화합물; SiOv(0<v<2), SnO2, 바나듐 산화물, 리튬 바나듐 산화물과 같이 리튬을 도프 및 탈도프할 수 있는 금속산화물; 또는 Si-C 복합체 또는 Sn-C 복합체과 같이 상기 금속질 화합물과 탄소질 재료를 포함하는 복합물 등을 들 수 있으며, 이들 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물이 사용될 수 있다. 또한, 상기 음극활물질로서 금속 리튬 박막이 사용될 수도 있다. 또, 탄소재료는 저결정 탄소 및 고결정성 탄소 등이 모두 사용될 수 있다. 저결정성 탄소로는 연화탄소 (soft carbon) 및 경화탄소 (hard carbon)가 대표적이며, 고결정성 탄소로는 무정형, 판상, 인편상, 구형 또는 섬유형의 천연 흑연 또는 인조 흑연, 키시흑연 (Kish graphite), 열분해 탄소 (pyrolytic carbon), 액정피치계 탄소섬유 (mesophase pitch based carbon fiber), 탄소 미소구체 (meso-carbon microbeads), 액정피치 (Mesophase pitches) 및 석유와 석탄계 코크스 (petroleum or coal tar pitch derived cokes) 등의 고온 소성탄소가 대표적이다.As the negative electrode active material, a compound capable of reversible intercalation and deintercalation of lithium may be used. Specific examples thereof include carbonaceous materials such as artificial graphite, natural graphite, graphitized carbon fiber and amorphous carbon; Metal compounds capable of alloying with lithium such as Si, Al, Sn, Pb, Zn, Bi, In, Mg, Ga, Cd, Si alloys, Sn alloys or Al alloys; Metal oxides such as SiO v (0 <v <2), SnO 2 , vanadium oxide, and lithium vanadium oxide, which can dope and dedoped lithium; Or a composite containing the metallic compound and the carbonaceous material such as Si-C composite or Sn-C composite, and any one or a mixture of two or more thereof may be used. Also, a metal lithium thin film may be used as the negative electrode active material. The carbon material may be both low-crystalline carbon and high-crystallinity carbon. Examples of the low-crystalline carbon include soft carbon and hard carbon. Examples of the highly crystalline carbon include natural graphite, artificial graphite, artificial graphite or artificial graphite, Kish graphite graphite, pyrolytic carbon, mesophase pitch based carbon fiber, meso-carbon microbeads, mesophase pitches and petroleum or coal tar coke derived cokes).

또, 상기 바인더 및 도전재는 앞서 양극에서 설명한 바와 동일한 것일 수 있다.In addition, the binder and the conductive material may be the same as those described above for the anode.

한편, 상기 이차전지에 있어서, 세퍼레이터는 음극과 양극을 분리하고 리튬 이온의 이동 통로를 제공하는 것으로, 통상 이차전지에서 세퍼레이터로 사용되는 것이라면 특별한 제한없이 사용가능하며, 특히 전해질의 이온 이동에 대하여 저저항이면서 전해액 함습 능력이 우수한 것이 바람직하다. 구체적으로는 다공성 고분자 필름, 예를 들어 에틸렌 단독중합체, 프로필렌 단독중합체, 에틸렌/부텐 공중합체, 에틸렌/헥센 공중합체 및 에틸렌/메타크릴레이트 공중합체 등과 같은 폴리올레핀계 고분자로 제조한 다공성 고분자 필름 또는 이들의 2층 이상의 적층 구조체가 사용될 수 있다. 또 통상적인 다공성 부직포, 예를 들어 고융점의 유리 섬유, 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유 등으로 된 부직포가 사용될 수도 있다. 또, 내열성 또는 기계적 강도 확보를 위해 세라믹 성분 또는 고분자 물질이 포함된 코팅된 세퍼레이터가 사용될 수도 있으며, 선택적으로 단층 또는 다층 구조로 사용될 수 있다.Meanwhile, in the secondary battery, the separator separates the negative electrode and the positive electrode and provides a moving path of lithium ion. The separator can be used without any particular limitation as long as it is used as a separator in a secondary battery. Particularly, It is preferable that it is a resistance and excellent in an ability to impregnate the electrolyte. Specifically, porous polymer films such as porous polymer films made of polyolefin-based polymers such as ethylene homopolymers, propylene homopolymers, ethylene / butene copolymers, ethylene / hexene copolymers and ethylene / methacrylate copolymers, May be used. Further, a nonwoven fabric made of a conventional porous nonwoven fabric, for example, glass fiber of high melting point, polyethylene terephthalate fiber, or the like may be used. In order to secure heat resistance or mechanical strength, a coated separator containing a ceramic component or a polymer material may be used, and may be optionally used as a single layer or a multilayer structure.

한편, 상기 전해질로는 이차전지 제조시 사용 가능한 유기계 액체 전해질, 무기계 액체 전해질, 고체 고분자 전해질, 겔형 고분자 전해질, 고체 무기 전해질, 용융형 무기 전해질 등을 사용될 수 있으나, 이들로 한정되는 것은 아니다. The electrolyte may be an organic liquid electrolyte, an inorganic liquid electrolyte, a solid polymer electrolyte, a gel-type polymer electrolyte, a solid inorganic electrolyte, a melt-type inorganic electrolyte, and the like, which are usable in the production of a secondary battery.

구체적으로, 상기 전해질은 유기 용매 및 리튬염을 포함할 수 있다. Specifically, the electrolyte may include an organic solvent and a lithium salt.

상기 유기 용매로는 전지의 전기 화학적 반응에 관여하는 이온들이 이동할 수 있는 매질 역할을 할 수 있는 것이라면 특별한 제한없이 사용될 수 있다. 구체적으로 상기 유기 용매로는, 메틸 아세테이트(methyl acetate), 에틸 아세테이트(ethyl acetate), γ-부티로락톤(γ-butyrolactone), ε-카프로락톤(ε-caprolactone) 등의 에스테르계 용매; 디부틸 에테르(dibutyl ether) 또는 테트라히드로퓨란(tetrahydrofuran) 등의 에테르계 용매; 시클로헥사논(cyclohexanone) 등의 케톤계 용매; 벤젠(benzene), 플루오로벤젠(fluorobenzene) 등의 방향족 탄화수소계 용매; 디메틸카보네이트(dimethylcarbonate, DMC), 디에틸카보네이트(diethylcarbonate, DEC), 메틸에틸카보네이트(methylethylcarbonate, MEC), 에틸메틸카보네이트(ethylmethylcarbonate, EMC), 에틸렌카보네이트(ethylene carbonate, EC), 프로필렌카보네이트(propylene carbonate, PC) 등의 카보네이트계 용매; 에틸알코올, 이소프로필 알코올 등의 알코올계 용매; Ra-CN(Ra는 탄소수 2 내지 20의 직쇄상, 분지상 또는 환 구조의 탄화수소기이며, 이중결합 방향 환 또는 에테르 결합을 포함할 수 있다) 등의 니트릴류; 디메틸포름아미드 등의 아미드류; 1,3-디옥솔란 등의 디옥솔란류; 또는 설포란(sulfolane)류 등이 사용될 수 있다. 이중에서도 카보네이트계 용매가 바람직하고, 전지의 충방전 성능을 높일 수 있는 높은 이온전도도 및 고유전율을 갖는 환형 카보네이트(예를 들면, 에틸렌카보네이트 또는 프로필렌카보네이트 등)와, 저점도의 선형 카보네이트계 화합물(예를 들면, 에틸메틸카보네이트, 디메틸카보네이트 또는 디에틸카보네이트 등)의 혼합물이 보다 바람직하다. 이 경우 환형 카보네이트와 사슬형 카보네이트는 약 1 : 1 내지 9의 부피비로 혼합하여 사용하는 것이 전해액의 성능이 우수하게 나타날 수 있다. The organic solvent may be used without limitation as long as it can act as a medium through which ions involved in the electrochemical reaction of the battery can move. Specifically, examples of the organic solvent include ester solvents such as methyl acetate, ethyl acetate,? -Butyrolactone and? -Caprolactone; Ether solvents such as dibutyl ether or tetrahydrofuran; Ketone solvents such as cyclohexanone; Aromatic hydrocarbon solvents such as benzene and fluorobenzene; Dimethyl carbonate (DMC), diethylcarbonate (DEC), methylethylcarbonate (MEC), ethylmethylcarbonate (EMC), ethylene carbonate (EC), propylene carbonate PC) and the like; Alcohol solvents such as ethyl alcohol and isopropyl alcohol; Ra-CN (Ra is a linear, branched or cyclic hydrocarbon group having 2 to 20 carbon atoms, which may contain a double bond aromatic ring or ether bond); Amides such as dimethylformamide; Dioxolanes such as 1,3-dioxolane; Or sulfolane may be used. Among these, a carbonate-based solvent is preferable, and a cyclic carbonate (for example, ethylene carbonate or propylene carbonate) having a high ionic conductivity and a high dielectric constant, for example, such as ethylene carbonate or propylene carbonate, For example, ethyl methyl carbonate, dimethyl carbonate or diethyl carbonate) is more preferable. In this case, when the cyclic carbonate and the chain carbonate are mixed in a volume ratio of about 1: 1 to 9, the performance of the electrolytic solution may be excellent.

상기 리튬염은 리튬 이차전지에서 사용되는 리튬 이온을 제공할 수 있는 화합물이라면 특별한 제한없이 사용될 수 있다. 구체적으로 상기 리튬염은, LiPF6, LiClO4, LiAsF6, LiBF4, LiSbF6, LiAl04, LiAlCl4, LiCF3SO3, LiC4F9SO3, LiN(C2F5SO3)2, LiN(C2F5SO2)2, LiN(CF3SO2)2. LiCl, LiI, 또는 LiB(C2O4)2 등이 사용될 수 있다. 상기 리튬염의 농도는 0.1M 내지 2.0M 범위 내에서 사용하는 것이 좋다. 리튬염의 농도가 상기 범위에 포함되면, 전해질이 적절한 전도도 및 점도를 가지므로 우수한 전해질 성능을 나타낼 수 있고, 리튬 이온이 효과적으로 이동할 수 있다.The lithium salt can be used without particular limitation as long as it is a compound capable of providing lithium ions used in a lithium secondary battery. Specifically, the lithium salt, LiPF 6, LiClO 4, LiAsF 6, LiBF 4, LiSbF 6, LiAl0 4, LiAlCl 4, LiCF 3 SO 3, LiC 4 F 9 SO 3, LiN (C 2 F 5 SO 3) 2 , LiN (C 2 F 5 SO 2) 2, LiN (CF 3 SO 2) 2. LiCl, LiI, or LiB (C 2 O 4 ) 2 may be used. The concentration of the lithium salt is preferably within the range of 0.1M to 2.0M. When the concentration of the lithium salt is within the above range, the electrolyte has an appropriate conductivity and viscosity, so that it can exhibit excellent electrolyte performance and the lithium ion can effectively move.

상기 전해질에는 상기 전해질 구성 성분들 외에도 전지의 수명특성 향상, 전지 용량 감소 억제, 전지의 방전 용량 향상 등을 목적으로 예를 들어, 디플루오로에틸렌 카보네이트 등과 같은 할로알킬렌 카보네이트계 화합물; 또는 피리딘, 트리에틸포스파이트, 트리에탄올아민, 환상 에테르, 에틸렌 디아민, n-글라임(glyme), 헥사인산 트리아미드, 니트로벤젠 유도체, 유황, 퀴논 이민 염료, N-치환 옥사졸리디논, N,N-치환 이미다졸리딘, 에틸렌글리콜 디알킬에테르, 암모늄염, 피롤, 2-메톡시에탄올 또는 삼염화 알루미늄 등의 첨가제가 1종 이상 더 포함될 수도 있다. 이때 상기 첨가제는 전해질 총 중량에 대하여 0.1중량% 내지 5중량%로 포함될 수 있다. The electrolyte may contain, for example, a haloalkylene carbonate-based compound such as difluoroethylene carbonate or the like for the purpose of improving the lifetime characteristics of the battery, suppressing the reduction of the battery capacity, and improving the discharge capacity of the battery. N, N &lt; RTI ID = 0.0 &gt; (N, &lt; / RTI &gt; N, N'-tetramethyluronium hexafluorophosphate), pyridine, triethylphosphite, triethanolamine, cyclic ether, ethylenediamine, glyme, And at least one additive such as substituted imidazolidine, ethylene glycol dialkyl ether, ammonium salt, pyrrole, 2-methoxyethanol or aluminum trichloride may be further included. The additive may be included in an amount of 0.1 wt% to 5 wt% based on the total weight of the electrolyte.

상기와 같이 본 발명에 따른 양극활물질을 포함하는 이차전지는 고 전압하에서도 우수한 용량 특성 및 안정성을 가져, 휴대전화, 노트북 컴퓨터, 디지털 카메라 등의 휴대용 기기, 및 하이브리드 전기자동차(hybrid electric vehicle, HEV) 등의 전기 자동차 분야 등에 유용하게 적용될 수 있다. As described above, the secondary battery including the cathode active material according to the present invention has excellent capacity characteristics and stability even under a high voltage and can be used as a portable device such as a mobile phone, a notebook computer, a digital camera, and a hybrid electric vehicle (HEV ), And the like.

또한, 본 발명에 따른 이차전지는 전지모듈의 단위셀로 사용될 수 있으며, 상기 전지모듈은 전지팩에 적용될 수 있다. 상기 전지모듈 또는 전지팩은 파워 툴(Power Tool); 전기자동차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기자동차, 및 플러그인 하이브리드 전기자동차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV)를 포함하는 전기차; 또는 전력 저장용 시스템 중 어느 하나 이상의 중대형 디바이스 전원으로 이용될 수 있다.In addition, the secondary battery according to the present invention can be used as a unit cell of a battery module, and the battery module can be applied to a battery pack. The battery module or the battery pack may include a power tool; An electric vehicle including an electric vehicle (EV), a hybrid electric vehicle, and a plug-in hybrid electric vehicle (PHEV); Or a power storage system, as shown in FIG.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein.

실시예 Example

Ni0 . 65Co0 . 2Mn0 .15(OH)2와 Li2CO3를 Li : 총 전이금속의 원자 비율이 1.07 : 1 이 되도록 알루미나 도가니에 넣은 후, 산소 분위기에서 750℃로 5시간 동안 유지하고, 850℃로 10시간 동안 소성하여 리튬 복합금속 산화물 LiNi0 . 65Co0 . 2Mn1 . 5O2을 제조하였다. 제조된 리튬 복합 금속 산화물을 유발을 이용하여 분쇄한 다음, 리튬 복합금속 산화물 100중량부에 Co(OH)2를 1중량부를 첨가하여 혼합한다. 혼합된 분말을 대기 분위기에서 350℃로 7시간 동안 열처리하였다. 그런 다음, 상기 열처리된 분말을 유발 분쇄한 후 325mesh 를 이용하여 분급하여 최종 양극 활물질을 제조하였다.Ni 0 . 65 Co 0 . Was placed in an alumina crucible so that the first, held for 5 hours at 750 ℃ in an oxygen atmosphere, and 850 ℃: 2 Mn 0 .15 ( OH) 2 and Li 2 CO 3 to Li: total transition metal atom ratio of 1.07 Followed by firing for 10 hours to obtain a lithium composite metal oxide LiNi 0 . 65 Co 0 . 2 Mn 1 . 5 O 2 . The prepared lithium composite metal oxide is pulverized using induction, and then 1 part by weight of Co (OH) 2 is added to 100 parts by weight of the lithium composite metal oxide and mixed. The mixed powders were heat-treated at 350 캜 for 7 hours in the air atmosphere. Then, the heat-treated powder was pulverized and classified using 325 mesh to prepare a final cathode active material.

상기와 같이 제조된 양극 활물질, 카본블랙 도전재 및 PVdF 바인더를 N-메틸피롤리돈 용매 중에서 중량비로 95:2.5:2.5의 비율로 혼합하여 양극 합재(점도: 5000mPa·s)을 제조하고, 이를 알루미늄 집전체의 일면에 도포한 후, 130℃에서 건조 후, 압연하여 양극을 제조하였다. 그런 다음, 상기 양극을 이용하여 코인 하프 셀 전지를 제조하였다. The cathode active material, the carbon black conductive material and the PVdF binder thus prepared were mixed in a N-methylpyrrolidone solvent in a weight ratio of 95: 2.5: 2.5 to prepare a positive electrode mixture (viscosity: 5000 mPa · s) Coated on one side of the aluminum current collector, dried at 130 캜 and rolled to prepare a positive electrode. Then, a coin half cell was prepared using the positive electrode.

비교예 1Comparative Example 1

Ni0 . 65Co0 . 2Mn0 .15(OH)2와 Li2CO3를 Li : 총 전이금속의 원자 비율이 1.05 : 1이 되도록 혼합한 점을 제외하고는, 실시예와 동일한 방법으로 양극 활물질, 양극 및 코인 하프셀 전지를 제조하였다.Ni 0 . 65 Co 0 . 2 Mn 0 .15 (OH) 2 and Li 2 CO 3 to Li: total of the transition metal atom ratio of 1.05: 1, the positive electrode in the same manner as in Example, except for a mixing point so that the active material, the positive electrode, and the coin-half Cell battery.

비교예 2Comparative Example 2

열처리 온도가 300℃인 점을 제외하고는, 실시예와 동일한 방법으로 양극 활물질, 양극 및 코인 하프셀 전지를 제조하였다.A positive electrode active material, a positive electrode and a coin half cell were produced in the same manner as in Example except that the heat treatment temperature was 300 캜.

비교예 3Comparative Example 3

열처리 온도가 400℃인 점을 제외하고는, 실시예와 동일한 방법으로 양극 활물질, 양극 및 코인 하프셀 전지를 제조하였다.A positive electrode active material, a positive electrode and a coin half cell were produced in the same manner as in Example except that the heat treatment temperature was 400 占 폚.

비교예 4Comparative Example 4

Co(OH)2 대신 H3BO3를 사용한 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 양극 활물질, 양극 및 코인 하프셀 전지를 제조하였다. A positive electrode active material, a positive electrode and a coin half cell were prepared in the same manner as in Example 1, except that H 3 BO 3 was used instead of Co (OH) 2 .

실험예 1 Experimental Example 1

실시예 및 비교예 4에 의해 제조된 양극 활물질을 SEM 사진으로 촬영하였다. 도 1에는 실시예의 양극 활물질의 사진이, 도 2에는 비교예 4의 양극 활물질의 사진이 도시되어 있다.The cathode active material prepared in Examples and Comparative Example 4 was photographed by SEM. FIG. 1 is a photograph of the positive electrode active material of the embodiment, and FIG. 2 is a photograph of the positive electrode active material of Comparative Example 4.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제조 방법에 따라 제조된 실시예의 양극 활물질의 경우, 리튬 복합 금속 산화물의 표면에 입자 형태의 복합체들이 부착되어 있음을 확인할 수 있다. As shown in FIG. 1, in the case of the positive electrode active material prepared according to the production method of the present invention, it can be confirmed that particles-like composites are attached to the surface of the lithium composite metal oxide.

이에 비해, 도 2에 도시된 바와 같이, 보론 코팅된 비교예 4의 양극 활물질의 표면에는 입자 형태의 복합체가 존재하지 않는다. On the other hand, as shown in FIG. 2, there is no particle-shaped composite on the surface of the cathode active material of Comparative Example 4 which is boron-coated.

실험예 2 - 충방전 특성 평가Experimental Example 2 - Evaluation of charge / discharge characteristics

실시예 및 비교예 1 ~ 4에 의해 제조된 코인 하프셀 전지를 25℃에서 3.0V에서 4.3V까지 0.1C/0.1C 조건으로 충방전하여 충방전 특성을 측정하였다. 측정 결과는 도 3 내지 도 5에 도시하였다. Charge and discharge characteristics were measured by charging and discharging the coin half cell manufactured by the examples and comparative examples 1 to 4 at 25 ° C under a condition of 0.1C / 0.1C from 3.0V to 4.3V. The measurement results are shown in Figs. 3 to 5.

도 3은 실시예 및 비교예 1에 따라 제조된 전지의 충방전 특성을 비교한 그래프이며, 도 4는 실시예, 비교예 2 및 3에 따라 제조된 전지의 충방전 특성을 비교한 그래프이고, 도 5는 실시예 및 비교예 4에 따라 제조된 전지의 충방전 특성을 비교한 그래프이다.FIG. 3 is a graph comparing the charge-discharge characteristics of a battery manufactured according to the example and the comparative example 1, FIG. 4 is a graph comparing charge-discharge characteristics of the battery manufactured according to the example, 5 is a graph comparing charge-discharge characteristics of a battery manufactured according to Example and Comparative Example 4. Fig.

도 3 내지 도 5를 통해, 본 발명의 방법에 따라 제조된 양극 활물질을 사용한 전지의 경우, 비교예 1 ~ 4에 의해 제조된 전지들에 비해 고전압 하에서 더 높은 출력 특성을 가짐을 확인할 수 있다.3 to 5, it can be seen that the battery using the cathode active material produced according to the method of the present invention has higher output characteristics at higher voltage than the batteries manufactured by Comparative Examples 1 to 4.

실험예 3 - 사이클 특성 평가Experimental Example 3 - Evaluation of cycle characteristics

실시예 및 비교예 1 ~ 3에 의해 제조된 코인 하프셀 전지를 25℃에서 충전 종지 전압 4.3V, 방전 종지 전압 3V, 0.5C/1.0C 조건으로 50사이클 충방전을 실시하면서 방전 용량(mAh/g)을 측정하였다 측정 결과는 도 6 및 7에 도시하였다. The coin half cell prepared in Examples and Comparative Examples 1 to 3 was charged and discharged at 25 DEG C for 50 cycles under the conditions of a charging end voltage of 4.3 V, a discharge end voltage of 3 V, and a voltage of 0.5 C / g). The measurement results are shown in FIGS. 6 and 7. FIG.

도 6은 실시예 및 비교예 1에 따라 제조된 전지의 사이클 수에 따른 방전 용량을 비교한 그래프이며, 도 7은 실시예 및 비교예 2, 3에 따라 제조된 전지의 사이클 수에 따른 방전 용량을 비교한 그래프이다.FIG. 6 is a graph comparing the discharge capacities according to the number of cycles of the batteries manufactured according to the example and the comparative example 1. FIG. 7 is a graph showing the discharge capacity FIG.

도 6 및 도 7을 통해, 본 발명의 방법에 따라 제조된 실시예의 전지의 경우, 전 사이클에서 비교예 1 ~ 3의 전지에 비해 높은 방전 용량을 나타냄을 확인할 수 있다. 6 and 7, it can be confirmed that the battery of the example made according to the method of the present invention exhibits a higher discharge capacity than the batteries of Comparative Examples 1 to 3 in the entire cycle.

Claims (12)

하기 화학식 1로 표시되는 리튬 복합 금속 산화물을 준비하는 단계; 및
[화학식 1]
Lix[NiaCobMnc]O2
(상기 화학식 1에서, 0.6≤a<1, 0<b≤0.3, 0<c≤0.3, a+b+c=1, 1.07≤x≤1.09임.)
상기 리튬 복합 금속 산화물과 코발트 함유 원료 물질을 혼합한 후 300℃ 초과 400℃ 미만의 온도로 열처리하는 단계를 포함하는 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법.
Preparing a lithium composite metal oxide represented by Formula 1 below; And
[Chemical Formula 1]
Li x [Ni a Co b Mn c ] O 2
0.3, a + b + c = 1, and 1.07? X? 1.09 in the formula (1).
Mixing the lithium composite metal oxide with a cobalt-containing starting material, and then heat-treating the lithium composite metal oxide at a temperature of more than 300 ° C but less than 400 ° C.
제1항에 있어서,
상기 화학식 1로 표시되는 리튬 복합 금속 산화물을 준비하는 단계는, 니켈, 코발트, 망간을 포함하는 전이금속 전구체와 리튬 함유 원료 물질을 리튬 : 전이금속의 원자비가 1:1.07 내지 1: 1.09이 되도록 혼합하고 600℃ 내지 900℃에서 소성하는 방법으로 수행되는 것인 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법.
The method according to claim 1,
The preparation of the lithium composite metal oxide represented by Formula 1 may be performed by mixing a transition metal precursor including nickel, cobalt, and manganese and a lithium-containing source material in such a manner that the atomic ratio of lithium to transition metal is 1: 1.07 to 1: 1.09 And calcining the resultant at 600 to 900 캜.
제2항에 있어서,
상기 전이금속 전구체는 하기 화학식 2로 표시되는 것인 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법.
[화학식 2]
NidCoeMnf(OH)2
상기 화학식 2에서 0.6≤d<1, 0<e≤0.3, 0<f≤0.3, d+e+f=1임.
3. The method of claim 2,
Wherein the transition metal precursor is represented by the following formula (2).
(2)
Ni d Co e Mn f (OH) 2
In the formula (2) 0? E? 0.3, 0? F? 0.3, d + e + f = 1.
제2항에 있어서,
상기 소성은 산소 분위기 하에서 수행되는 것인 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법.
3. The method of claim 2,
Wherein the firing is performed in an oxygen atmosphere.
제2항에 있어서,
상기 소성은 700℃ 내지 800℃에서 수행되는 1차 소성 단계 및 800℃ 내지 900℃에서 수행되는 2차 소성 단계를 포함하는 것인 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법.
3. The method of claim 2,
Wherein the firing includes a first firing step performed at 700 ° C to 800 ° C and a second firing step performed at 800 ° C to 900 ° C.
제1항에 있어서,
상기 열처리 단계에서, 상기 코발트 함유 원료 물질은 리튬 복합 금속 산화물 100중량부에 대하여 0.8 내지 1.2중량부로 혼합되는 것인 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the cobalt-containing raw material is mixed in an amount of 0.8 to 1.2 parts by weight based on 100 parts by weight of the lithium composite metal oxide in the heat treatment step.
제1항에 있어서,
상기 열처리하는 단계는 대기 분위기 하에서 5시간 내지 10시간동안 수행되는 것인 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the heat treatment is performed in an atmospheric environment for 5 hours to 10 hours.
하기 화학식 3으로 표시되는 리튬 복합 금속 산화물; 및
상기 리튬 복합 금속 산화물 표면에 부착된 코발트-리튬 복합체 입자를 포함하는 표면처리층을 포함하는 이차 전지용 양극 활물질.
[화학식 3]
Lix'[NiaCobMnc]O2
(상기 화학식 3에서, 0.6≤a<1, 0<b≤0.3, 0<c≤0.3, a+b+c=1, 0.95≤x'≤1.05임.)
A lithium composite metal oxide represented by the following formula (3); And
And a surface treatment layer comprising cobalt-lithium composite particles adhered to the surface of the lithium composite metal oxide.
(3)
Li x ' [Ni a Co b Mn c ] O 2
(In the formula 3, 0.6? A <1, 0 <b? 0.3, 0 <c? 0.3, a + b + c = 1, 0.95? X?
제8항에 있어서,
상기 화학식 3에서, 0.65≤a<1인 이차 전지용 양극 활물질.
9. The method of claim 8,
Wherein, in the formula (3), 0.65? A <1.
제8항에 있어서,
상기 표면처리층 내 코발트 함량이 8000ppm 내지 12000ppm인 이차 전지용 양극 활물질.
9. The method of claim 8,
Wherein the cobalt content in the surface treatment layer is 8000 ppm to 12000 ppm.
제8항 내지 제10항 중 어느 한 항의 이차 전지용 양극 활물질을 포함하는 이차 전지용 양극.The positive electrode for a secondary battery according to any one of claims 8 to 10, comprising a positive electrode active material for a secondary battery. 제11항의 이차 전지용 양극을 포함하는 이차 전지.12. A secondary battery comprising a positive electrode for a secondary battery according to claim 11.
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