KR20180119336A - Manufacturing method of a positive electrode active material for rechargeable lithium battery, positive electrode active material for rechargeable lithium battery manufacture using the same, and rechargeable lithium battery including the same - Google Patents

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Abstract

A method for manufacturing a cathode active material for a rechargeable lithium battery according to an embodiment of the present invention includes a step of mixing a lithium compound, a metal hydroxide, and an organic acid to prepare a mixture and a step of firing the mixture. It is possible to reduce residual lithium carbonate while reducing manufacturing costs.

Description

리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법, 이를 이용하여 제조된 리튬 이차 전지용 양극 활물질 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지{MANUFACTURING METHOD OF A POSITIVE ELECTRODE ACTIVE MATERIAL FOR RECHARGEABLE LITHIUM BATTERY, POSITIVE ELECTRODE ACTIVE MATERIAL FOR RECHARGEABLE LITHIUM BATTERY MANUFACTURE USING THE SAME, AND RECHARGEABLE LITHIUM BATTERY INCLUDING THE SAME}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a method for producing a positive electrode active material for a lithium secondary battery, a positive electrode active material for a lithium secondary battery produced using the same, and a lithium secondary battery including the same. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a positive active material for lithium secondary batteries, THE SAME, AND RECHARGEABLE LITHIUM BATTERY INCLUDING THE SAME}

본 발명은 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법, 이를 이용하여 제조된 리튬 이차 전지용 양극 활물질 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for producing a cathode active material for a lithium secondary battery, a cathode active material for a lithium secondary battery manufactured using the same, and a lithium secondary battery comprising the cathode active material.

리튬 이차 전지는 에너지 밀도가 높으며 출력 특성이 우수하고, 경량화가 가능하여 이동통신기기, 하이브리드 전기자동차, 가전제품용 에너지 저장장치로 널리 이용되고 있다.Lithium secondary batteries are widely used as energy storage devices for mobile communication devices, hybrid electric vehicles, and household appliances because of their high energy density, excellent output characteristics, and light weight.

리튬 이차 전지의 핵심소재는 양극, 음극, 전해질, 분리막으로 구분되는데, 현재 주로 사용되는 리튬이차전지의 양극 소재로는 LiCoO2 또는 NCM(Nickel Cobalt Manganese) 계열의 양극 활물질 등을 들 수 있다. 이러한 양극 활물질은 파우더 형태의 원료 물질을 소성 용기인 내화갑(sagger)에 넣고 이를 소성로에 넣어 고온에서 소성하는 방법에 의해 제조될 수 있다.The core material of the lithium secondary battery is classified into an anode, a cathode, an electrolyte, and a separator. As the cathode material of a lithium secondary battery currently used, a cathode active material of LiCoO 2 or NCM (Nickel Cobalt Manganese) may be used. Such a cathode active material can be produced by a method in which a powdery raw material is placed in a sagger, which is a sintering vessel, and the sintered body is sintered at a high temperature in a sintering furnace.

활물질을 제조하는 공정 중 소성공정은 산소를 포함하는 공기의 분위기 하에서 소성이 수행되는데, 내화갑 내에 외부에서 공급되는 산소, 공기 등의 산소를 포함하는 소성 분위기 가스가 용이하게 유통할 수 있어야 내화갑 내에 담지된 원료 물질과 산소가 접촉하여 소성 효율을 향상시킬 수 있다.In the process of manufacturing the active material, the firing process is performed in an atmosphere of air containing oxygen. In the firing process, the firing atmosphere gas containing oxygen such as oxygen and air supplied from the outside must be easily circulated, It is possible to improve the firing efficiency by contacting oxygen with the raw material.

한편, 상기와 같은 소성 공정에 의해서는 반응 부산물인 수증기 및 이산화탄소가 발생하게 되는데, 특히, 이산화탄소는 소성 분위기 조절을 위해 사용되는 산소, 공기에 비해 무겁기 때문에, 내화갑 내에 남아있다가 강온 과정에서 양극 활물질 표면의 리튬 산화물과 반응하여 탄산리튬을 형성하게 된다.In particular, since carbon dioxide is heavier than oxygen and air used for controlling the firing atmosphere, the carbon dioxide remains in the inner chamber, and during the firing process, And reacts with the lithium oxide on the surface of the active material to form lithium carbonate.

잔류 탄산리튬 농도가 증가하면 양극 활물질의 코팅 공정에서 슬러리의 분산성이 떨어지거나 전지의 용량을 감소시키는 문제를 야기한다. 따라서, 양극활물질의 소성 공정은 내화갑 내에 공정 중에 발생하는 이산화탄소를 원활하게 배출해 줄 필요가 있다. An increase in the residual lithium carbonate concentration causes a problem that the dispersibility of the slurry in the coating process of the cathode active material is lowered or the capacity of the battery is decreased. Therefore, it is necessary that the sintering process of the cathode active material smoothly discharges carbon dioxide generated during the process in the inner shell.

소성 공정비를 줄이기 위해서는 단위 내화갑(sagger)당 분말 적재량을 높여야 하나, 분말 적재량이 증가하면 소성 공정 중 발생한 이산화탄소의 배출이 원활하지 않으므로 양극 활물질과 이산화탄소가 반응하여 잔류 탄산리튬의 농도가 증가하는 문제가 있다.In order to reduce the firing process ratio, it is necessary to increase the amount of powder per unit sagger. However, since the discharge of carbon dioxide during the firing process is not smooth when the powder load is increased, the concentration of residual lithium carbonate increases due to the reaction of the cathode active material and carbon dioxide there is a problem.

본 발명의 일 실시예는 제조 비용을 절감하면서도 잔류 탄산리튬을 줄일 수 있는 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법 및 이차 전지용 양극 활물질을 제공한다.An embodiment of the present invention provides a method for manufacturing a cathode active material for a secondary battery and a cathode active material for a secondary battery, which can reduce lithium carbonate remaining while reducing manufacturing cost.

본 발명의 일 구현예에 의한 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법은 리튬 화합물, 금속 수산화물 및 유기산을 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계 및 혼합물을 소성하는 단계를 포함한다.A method for producing a cathode active material for a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention includes mixing a lithium compound, a metal hydroxide, and an organic acid to prepare a mixture, and firing the mixture.

리튬 화합물, 금속 수산화물 및 유기산을 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계는, 리튬 화합물 및 유기산을 혼합하여 선 혼합물을 제조하는 단계 및 선 혼합물에 상기 금속 수산화물을 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계를 포함할 수 있다.The step of mixing a lithium compound, a metal hydroxide and an organic acid to prepare a mixture may include the steps of mixing a lithium compound and an organic acid to prepare a linear mixture, and mixing the linear hydroxide with the metal hydroxide to prepare a mixture .

리튬 화합물은 탄산리튬 및 수산화리튬 중 1종 이상을 포함할 수 있다.The lithium compound may include at least one of lithium carbonate and lithium hydroxide.

금속 수산화물은 하기 화학식 1 또는 하기 화학식 2로 표시될 수 있다.The metal hydroxide may be represented by the following formula (1) or (2).

[화학식 1][Chemical Formula 1]

M1 xM2 yM3 z(OH)2+δ M 1 x M 2 y M 3 z (OH) 2 + δ

(상기 화학식 1에서, M1, M2, M3는 각각 Ni, Co, Mn 및 이들의 조합으로 이루어지는 군에서 선택되며, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤z≤1, 0.0≤δ≤0.02, 0<x+y+z≤1 이다.)(Wherein M 1 , M 2 and M 3 are selected from the group consisting of Ni, Co, Mn and combinations thereof, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤z≤1, 0.0??? 0.02, 0 < x + y + z?

[화학식 2](2)

M1 xM2 yM3 z(OH)2+δ M 1 x M 2 y M 3 z (OH) 2 + δ

(상기 화학식 2에서, M1, M2, M3는 각각 Ni, Co, Al 및 이들의 조합으로 이루어지는 군에서 선택되며, 0.8≤x≤1, 0≤y≤0.2, 0≤z≤0.2, 0.0≤δ≤0.02, 0<x+y+z≤1 이다.)Wherein M 1 , M 2 , and M 3 are selected from the group consisting of Ni, Co, Al, and combinations thereof, and 0.8 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 0.2, 0 ≦ z ≦ 0.2, 0.0??? 0.02, 0 < x + y + z?

유기산은 카르복시산, 및 이미드산 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. The organic acid may include at least one selected from carboxylic acid, and imidic acid.

유기산은 아세트산(C2H4O2), 포름산(CH2O2), 젖산(C3H6O3), 옥살산(C2H2O4), 구연산(C6H8O7), 아세톤(C3H6O), 아스코르브산(C6H8O6), 벤조산(C7H6O2) 및 프로피온산 (C3H6O2) 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. The organic acids are acetic acid (C 2 H 4 O 2 ), formic acid (CH 2 O 2 ), lactic acid (C 3 H 6 O 3 ), oxalic acid (C 2 H 2 O 4 ), citric acid (C 6 H 8 O 7 ) And may include at least one selected from acetone (C 3 H 6 O), ascorbic acid (C 6 H 8 O 6 ), benzoic acid (C 7 H 6 O 2 ), and propionic acid (C 3 H 6 O 2 ).

리튬 화합물 1몰 당 유기산을 0.01 내지 0.6 몰 혼합할 수 있다. 0.01 to 0.6 mol of an organic acid may be mixed per 1 mol of the lithium compound.

혼합물을 제조하는 단계에서, 무기 첨가물을 더 혼합할 수 있다.In the step of preparing the mixture, the inorganic additive may be further mixed.

무기 첨가물은 Fe, Na, Mg, Ca, Ti, V, Cr, Cu, Zn, Ge, La, Ce, Ta, Sr, Al, Ag, Ba, Zr, Nb, Mo, Ga, B의 산화물 또는 수산화물, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 화합물을 포함할 수 있다.The inorganic additives may be oxides or hydroxides of Fe, Na, Mg, Ca, Ti, V, Cr, Cu, Zn, Ge, La, Ce, Ta, Sr, Al, Ag, Ba, Zr, Nb, Mo, , And combinations thereof. &Lt; / RTI &gt;

혼합물을 제조하는 단계 이후, 혼합물을 성형하여 성형체를 제조하는 단계를 더 포함할 수 있다.After the step of preparing the mixture, the step of molding the mixture to produce the shaped body may be further included.

혼합물을 제조하는 단계에서 바인더를 더 혼합할 수 있다.The binder may be further mixed in the step of preparing the mixture.

바인더는 물, 폴리비닐알콜(PVA), 및 폴리비닐부티랄(PVB) 중 1종 이상을 포함할 수 있다.The binder may comprise at least one of water, polyvinyl alcohol (PVA), and polyvinyl butyral (PVB).

바인더는 폴리비닐알콜(PVA), 및 폴리비닐부티랄(PVB) 중 1종 이상을 포함하고, 혼합물 전체에 대하여 바인더를 0.01 내지 1 중량% 혼합할 수 있다. The binder includes at least one of polyvinyl alcohol (PVA) and polyvinyl butyral (PVB), and the binder may be mixed with 0.01 to 1% by weight of the binder.

바인더는 물을 포함하고, 혼합물 전체에 대하여 바인더를 5 내지 15 중량% 혼합할 수 있다. The binder includes water, and the binder may be mixed in an amount of 5 to 15% by weight with respect to the entire mixture.

성형체의 밀도는 1.5g/cc 내지 3.0g/cc일 수 있다. The density of the molded body may be from 1.5 g / cc to 3.0 g / cc.

성형체의 형상은 구형, 원통형, 육면체, 도넛형, 연탄형 또는 이들의 조합일 수 있다.The shape of the molded body may be spherical, cylindrical, hexahedron, toroidal, briquetted or a combination thereof.

소성하는 단계는, 혼합물을 내화갑에 적재하고, 소성로에 내화갑을 배치하는 단계; 및 소성로에 산소를 포함하는 기체를 공급하고 소성하는 단계를 포함할 수 있다.The step of firing comprises the steps of: placing the mixture in an inner shell and disposing an inner shell on the firing furnace; And supplying and firing a gas containing oxygen to the firing furnace.

소성하는 단계 이후에, 소성물을 분쇄하는 단계를 더 포함할 수 있다.After the firing step, the firing step may further include pulverizing the fired product.

본 발명의 일 구현예에 의한 리튬 이차 전지용 양극 활물질은 크기가 1um이상인 1차 입자 표면에 직경 100nm 내지 200nm이고, 깊이 50nm 내지 100nm인 오목부를 입자당 평균 1 내지 3개 포함한다.The cathode active material for a lithium secondary battery according to one embodiment of the present invention includes on average 1 to 3 concave portions having a diameter of 100 nm to 200 nm and a depth of 50 nm to 100 nm on the surface of primary particles having a size of 1um or more.

양극 활물질의 비표면적은 0.5 내지 1.0m2/g이 될 수 있다.The specific surface area of the cathode active material may be 0.5 to 1.0 m 2 / g.

본 발명의 일 실시예에 의한 리튬 이차 전지는 양극; 음극; 및 전해질;을 포함하고, 양극은, 전술한 방법으로 제조된 리튬 이차 전지용 양극 활물질을 포함한다.A lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention includes: a positive electrode; cathode; And an electrolyte; and the positive electrode includes a positive electrode active material for a lithium secondary battery manufactured by the above-described method.

본 발명의 일 구현예에 따른 리튬 이차 전지용 양극 활물질 제조 방법은 제조 비용을 절감하면서도 잔류 탄산리튬을 줄일 수 있다. The method for manufacturing a cathode active material for a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention can reduce lithium carbonate remaining while reducing manufacturing cost.

또한, 본 발명의 일 구현예에 따른 제조 방법을 통해 제조한 리튬 이차 전지용 양극 활물질을 사용하면 방전 용량 및 초기 충방전 효율이 높다.
Also, the use of the cathode active material for a lithium secondary battery manufactured by the manufacturing method according to an embodiment of the present invention has high discharge capacity and initial charge / discharge efficiency.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차전지용 양극 활물질의 제조 과정 중 형성되는 성형체의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차전지용 양극 활물질의 개략도이다.
도 3은 내화갑에 적재한 성형체 사진이다.
도 4는 실시예에서 제조된 리튬 이차전지용 양극 활물질의 주사 전자 현미경(SEM) 사진이다.
도 5는 실시예에서 제조된 리튬 이차전지용 양극 활물질의 주사 전자 현미경(SEM) 사진이다.
도 6은 실시예에서 제조된 리튬 이차전지용 양극 활물질의 주사 전자 현미경(SEM) 사진이다.
도 7은 비교예에서 제조된 리튬 이차전지용 양극 활물질의 주사 전자 현미경(SEM) 사진이다.
1 is a schematic view of a molded body formed during a process of manufacturing a cathode active material for a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention.
2 is a schematic view of a cathode active material for a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention.
Fig. 3 is a photograph of a molded article mounted on an inner door.
FIG. 4 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of a cathode active material for a lithium secondary battery manufactured in Example.
5 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of the cathode active material for a lithium secondary battery manufactured in the example.
6 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of the cathode active material for a lithium secondary battery produced in the example.
7 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of the cathode active material for a lithium secondary battery manufactured in Comparative Example.

제1, 제2 및 제3 등의 용어들은 다양한 부분, 성분, 영역, 층 및/또는 섹션들을 설명하기 위해 사용되나 이들에 한정되지 않는다. 이들 용어들은 어느 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션을 다른 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션과 구별하기 위해서만 사용된다. 따라서, 이하에서 서술하는 제1 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 제2 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션으로 언급될 수 있다.The terms first, second and third, etc. are used to describe various portions, components, regions, layers and / or sections, but are not limited thereto. These terms are only used to distinguish any moiety, element, region, layer or section from another moiety, moiety, region, layer or section. Thus, a first portion, component, region, layer or section described below may be referred to as a second portion, component, region, layer or section without departing from the scope of the present invention.

여기서 사용되는 전문 용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to limit the invention. The singular forms as used herein include plural forms as long as the phrases do not expressly express the opposite meaning thereto. Means that a particular feature, region, integer, step, operation, element and / or component is specified and that the presence or absence of other features, regions, integers, steps, operations, elements, and / It does not exclude addition.

다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms including technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Commonly used predefined terms are further interpreted as having a meaning consistent with the relevant technical literature and the present disclosure, and are not to be construed as ideal or very formal meanings unless defined otherwise.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 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 with reference to the accompanying drawings 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.

본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법은 리튬 화합물, 금속 수산화물 및 유기산을 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계 및 혼합물을 소성하는 단계를 포함한다.A method for producing a cathode active material for a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention includes mixing a lithium compound, a metal hydroxide, and an organic acid to prepare a mixture, and firing the mixture.

먼저, 리튬 화합물, 금속 수산화물 및 유기산을 혼합하여 혼합물을 제조한다.First, a lithium compound, a metal hydroxide and an organic acid are mixed to prepare a mixture.

리튬 화합물은 양극 활물질의 리튬을 공급할 수 있는 화합물이라면 특별히 제한 없이 사용될 수 있다. 구체적으로 리튬 화합물은 탄산리튬 및 수산화리튬 중 1종 이상을 포함할 수 있다. 후술하듯이, 본 발명의 일 실시예에서 유기산의 혼합을 통해 잔류 탄산리튬을 획기적으로 저감할 수 있으므로, 리튬 화합물로서, 탄산리튬을 다량 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로 리튬 화합물은 탄산리튬만을 포함할 수도 있다. 리튬 화합물로서, 수산화리튬을 사용하는 경우에도, 수산화리튬 내에 탄산리튬이 불순물로서 존재할 수 있으며, 소성 과정에서 탄산리튬이 생성될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서 유기산의 혼합을 통해 잔류 탄산리튬을 획기적으로 저감할 수 있으므로, 리튬 화합물로서 수산화리튬만을 사용하는 경우에도 본 발명의 효과를 얻을 수 있다. 리튬 화합물은 리튬 화합물 및 금속 수산화물의 합량에 대해 28 내지 33중량%의 함량으로 포함될 수 있다.The lithium compound can be used without particular limitation as long as it is a compound capable of supplying lithium in the positive electrode active material. Specifically, the lithium compound may include at least one of lithium carbonate and lithium hydroxide. As will be described later, in one embodiment of the present invention, residual lithium carbonate can be remarkably reduced through the mixing of organic acids, so that lithium carbonate can be contained as a lithium compound in a large amount. More specifically, the lithium compound may include only lithium carbonate. Even when lithium hydroxide is used as the lithium compound, lithium carbonate may be present as impurities in the lithium hydroxide, and lithium carbonate may be generated during the calcination. In one embodiment of the present invention, the residual lithium carbonate can be remarkably reduced through the mixing of the organic acid, so that the effect of the present invention can be obtained even when only lithium hydroxide is used as the lithium compound. The lithium compound may be contained in an amount of 28 to 33% by weight based on the sum of the lithium compound and the metal hydroxide.

금속 수산화물은 하기 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 화합물일 수 있다.The metal hydroxide may be a compound represented by the following formula (1) or (2).

[화학식 1] [Chemical Formula 1]

M1 xM2 yM3 z(OH)2+δ M 1 x M 2 y M 3 z (OH) 2 + δ

(상기 화학식 1에서, M1, M2, M3는 각각 Ni, Co, Mn 및 이들의 조합으로 이루어지는 군에서 선택되며, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤z≤1, 0.0≤δ≤0.02, 0<x+y+z≤1 이다.)(Wherein M 1 , M 2 and M 3 are selected from the group consisting of Ni, Co, Mn and combinations thereof, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤z≤1, 0.0??? 0.02, 0 < x + y + z?

[화학식 2](2)

M1 xM2 yM3 z(OH)2+δ M 1 x M 2 y M 3 z (OH) 2 + δ

(상기 화학식 2에서, M1, M2, M3는 각각 Ni, Co, Al 및 이들의 조합으로 이루어지는 군에서 선택되며, 0.8≤x≤1, 0≤y≤0.2, 0≤z≤0.2, 0.0≤δ≤0.02, 0<x+y+z≤1 이다.)Wherein M 1 , M 2 , and M 3 are selected from the group consisting of Ni, Co, Al, and combinations thereof, and 0.8 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 0.2, 0 ≦ z ≦ 0.2, 0.0??? 0.02, 0 < x + y + z?

화학식 1로 표시되는 화합물로는 예를 들면, NixCoyMnz(OH)2+δ를 사용할 수 있고, 화학식 2로 표시되는 화합물로는 예를 들면, NixCoyAlz(OH)2+δ를 사용할 수 있다. 이러한 금속 수산화물은 당업계에 통상적으로 알려진 방법에 의해 제조할 수 있으며, 예를 들면 고상 반응법, 공침법, 졸-겔법, 수열 합성법 등을 이용할 수 있다. 금속 수산화물은 리튬 화합물 및 금속 수산화물의 합량에 대해 67중량% 내지 72중량%의 함량으로 포함될 수 있다.A compound represented by the general formula (1) include, for example, Ni x Co y Mn z (OH) may use the 2 + δ, with a compound represented by the formula (2) include, for example, Ni x Co y Al z (OH) 2 + delta can be used. These metal hydroxides can be prepared by methods known in the art, for example, solid phase reaction, coprecipitation, sol-gel process, hydrothermal synthesis and the like. The metal hydroxide may be contained in an amount of 67% by weight to 72% by weight based on the sum of the lithium compound and the metal hydroxide.

본 발명의 일 실시예에서 제조되는 양극 활물질 내에 존재하는 탄산리튬의 양을 낮추기 위해 유기산을 첨가하여 혼합한다. In an embodiment of the present invention, an organic acid is added and mixed to lower the amount of lithium carbonate present in the cathode active material.

탄산리튬의 녹는점은 723℃이므로 소성온도인 700 내지 900℃에서 탄산리튬과 금속 수산화물의 반응이 충분하지 않을 수 있다. 이에 따라 양극 활물질 제조 시 탄산리튬이 일부 잔류할 수 있다. 또한, 소성 과정에서도 양극 활물질과 이산화탄소가 반응하여 잔류 탄산리튬이 생성될 수 있다.Since the melting point of lithium carbonate is 723 deg. C, the reaction between lithium carbonate and metal hydroxide may not be sufficient at a calcination temperature of 700 to 900 deg. Accordingly, lithium carbonate may partially remain in the production of the cathode active material. Also, in the firing process, the cathode active material and the carbon dioxide react with each other to generate residual lithium carbonate.

잔류 탄산리튬이 다량 존재하면 전지 사용중 이산화탄소 발생으로 인해 전지가 폭발할 수 있으므로, 잔류 탄산리튬을 줄이는 것은 전지의 신뢰성 확보 차원에서 매우 중요하다.If the residual lithium carbonate is present in a large amount, the battery may explode due to the generation of carbon dioxide during use of the battery. Therefore, it is very important to reduce the residual lithium carbonate in order to secure the reliability of the battery.

본 발명의 일 실시예에서는 리튬 화합물 및 금속 수산화물에 더하여 유기산을 혼합함으로써, 유기산과 탄산리튬의 반응을 통해 잔류 탄산리튬의 양을 줄일 수 있다. 유기산으로는 탄산리튬과 반응하여 탄산리튬을 제거할 수 있는 유기산이면 특별히 제한되지 아니한다. 구체적으로 유기산은 카르복시산, 및 이미드산 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 유기산으로서 술폰산도 포함될 수 있으나, 술폰산의 경우, 황(sulfur)를 포함하고 있어, 소성 단계에서 완전히 연소되어 제거되지 않는 문제가 발생할 수 있다. 이미드산의 경우 질소를 포함하고 있으므로, 소성온도가 높은 경우에만 적용이 가능한 문제가 발생할 수 있다. 따라서 유기산으로서, 카르복시산을 포함하는 것이 가장 바람직할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the amount of lithium carbonate remaining can be reduced through the reaction of organic acid and lithium carbonate by mixing an organic acid in addition to a lithium compound and a metal hydroxide. The organic acid is not particularly limited as long as it is an organic acid capable of reacting with lithium carbonate to remove lithium carbonate. Specifically, the organic acid may include at least one selected from carboxylic acid, and imidic acid. Sulfuric acid may be included as an organic acid, but sulfonic acid may contain sulfur and may not be completely removed in the firing step. Since imidacic acid contains nitrogen, it can be applied only when the calcination temperature is high. Therefore, as the organic acid, it is most preferable to include a carboxylic acid.

더욱 구체적으로 유기산은 아세트산(C2H4O2), 포름산(CH2O2), 젖산(C3H6O3), 옥살산(C2H2O4), 구연산(C6H8O7), 아세톤(C3H6O), 아스코르브산(C6H8O6), 벤조산(C7H6O2) 및 프로피온산 (C3H6O2) 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.More specifically, the organic acid is acetic acid (C 2 H 4 O 2) , formic acid (CH 2 O 2), lactic acid (C 3 H 6 O 3) , oxalic acid (C 2 H 2 O 4) , citric acid (C 6 H 8 O 7 ), acetone (C 3 H 6 O), ascorbic acid (C 6 H 8 O 6 ), benzoic acid (C 7 H 6 O 2 ) and propionic acid (C 3 H 6 O 2 ) .

이하에서는 탄산리튬의 제거 메커니즘에 관하여, 유기산으로서 아세트산을 예로 들어 설명한다. 단 본 발명이 이에 의해 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, the mechanism of removing lithium carbonate will be described by taking acetic acid as an example of an organic acid. However, the present invention is not limited thereto.

탄산리튬과 아세트산을 반응시키면 하기 반응식 1과 같이 리튬아세테이트, 물, 이산화탄소가 발생한다.When lithium carbonate and acetic acid are reacted, lithium acetate, water, and carbon dioxide are generated as shown in the following reaction formula (1).

[반응식 1][Reaction Scheme 1]

Figure pat00001
Figure pat00001

리튬아세테이트의 녹는점은 286℃로서 수산화리튬의 녹는점보다 낮으며, 따라서 탄산리튬과 아세트산을 미리 반응시킨 다음 전구체와 혼합하여 소성하면 소성온도가 낮은 경우에도 적용 가능하다.The melting point of lithium acetate is 286 ° C., which is lower than the melting point of lithium hydroxide. Therefore, if lithium carbonate and acetic acid are reacted in advance and then mixed with a precursor and then calcined, the calcination temperature is low.

유기산의 혼합량은 리튬 화합물 1몰 당 0.01 내지 0.6 몰이 될 수 있다. 유기산을 너무 적게 혼합하면 탄산리튬 제거가 충분히 이루어지지 않을 수 있다. 유기산을 너무 많이 혼합하면 리튬 반응물(예컨데, 리튬아세테이트)이 녹아 흘러내려, 소성 과정에서 혼합물의 적치 위치에 따라 Li 농도가 달라질 수 있고, 이에 따라 양극 활물질의 Li/Me비가 균일하지 않으므로 용량 및 잔류리튬 농도등의 산포가 증가하는 문제가 발생할 수 있다. 또한, 녹은 리튬 반응물이 흘러내려서 리튬 화합물이 금속 수산화물과 충분히 반응이 일어나지 못하는 문제가 발생할 수 있다.The mixing amount of the organic acid may be 0.01 to 0.6 moles per 1 mole of the lithium compound. If too little organic acid is mixed, lithium carbonate removal may not be sufficiently achieved. When the organic acid is mixed too much, the lithium reactant (for example, lithium acetate) may melt and flow down, and the Li concentration may vary depending on the position of the mixture in the firing process during the firing process. Therefore, the Li / Me ratio of the cathode active material is not uniform, There arises a problem that scattering of lithium concentration or the like increases. In addition, a problem may arise in that the lithium compound reacts with the metal hydroxide because the molten lithium reactant flows down.

혼합물을 제조하는 단계에서, 무기 첨가물을 더 혼합할 수 있다. 무기 첨가물은 양극 활물질의 금속이온을 치환하여 안정성을 높여주거나 양극 활물질 표면에 산화물의 형태로 남아 전해액과의 반응을 막아주는 역할을 한다. 구체적으로 무기 첨가물은 Fe, Na, Mg, Ca, Ti, V, Cr, Cu, Zn, Ge, La, Ce, Ta, Sr, Al, Ag, Ba, Zr, Nb, Mo, Ga, B의 산화물 또는 수산화물, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 화합물을 포함할 수 있다.In the step of preparing the mixture, the inorganic additive may be further mixed. The inorganic additive enhances stability by replacing the metal ion of the cathode active material or acts as an oxide on the surface of the cathode active material to prevent the reaction with the electrolyte. Specifically, the inorganic additive is an oxide of Fe, Na, Mg, Ca, Ti, V, Cr, Cu, Zn, Ge, La, Ce, Ta, Sr, Al, Ag, Ba, Zr, Or a hydroxide thereof, and combinations thereof.

이렇게 제조된 혼합물을 바로 소성할 수 있으나, 혼합물을 성형하여 성형체를 제조한 후 소성할 수 있다. 성형체를 제조하여 소성하면 성형체 사이에 공극이 형성된다. 이 공극을 통해 내화갑 내로 분위기 가스가 공급되고, 이로 인해 내화갑 내에 적재된 양극활물질의 원료물질에 균일하게 분위기 가스가 공급될 수 있어, 보다 균일한 소성 품질을 달성할 수 있다.The mixture thus prepared can be immediately fired, but the mixture can be molded to produce a molded body and then fired. When a molded body is produced and fired, voids are formed between the molded bodies. The atmospheric gas is supplied into the inner shell through the gap, whereby the atmospheric gas can be uniformly supplied to the raw material of the cathode active material loaded in the inner shell, thereby achieving a more uniform firing quality.

반면, 성형체를 형성하지 않고 소성하는 경우에는 분위기 가스가 내화갑의 상면을 통해 유입되나, 이러한 분위기 가스는 내화갑에 적재된 원료물질 중 상층부에 위치하는 원료물질과 주로 접촉하게 되고, 내화갑의 바닥면과 같이 깊은 부위에 위치하는 원료물질과는 접촉확률이 상대적으로 적어 균일한 소성품질을 얻기가 곤란할 수 있다.On the other hand, in the case of firing without forming a molded body, the atmospheric gas flows through the upper surface of the inner shell, but the atmospheric gas mainly comes into contact with the upper shell of the raw material loaded in the inner shell, It is difficult to obtain a uniform firing quality because the contact probability is relatively small with respect to the raw material located at a deep portion such as the bottom surface.

혼합물 간의 결합력을 증대시키기 위하여, 전술한 혼합물을 제조하는 단계에서 바인더를 더 혼합할 수 있다. 바인더는 물, 폴리비닐알콜(polyvinyl alcohol, PVA), 및 폴리비닐부티랄(polyvinyl butyral, PVB) 중 1종 이상을 포함할 수 있다.In order to increase the bonding force between the mixtures, the binder may be further mixed in the step of preparing the above-mentioned mixture. The binder may comprise at least one of water, polyvinyl alcohol (PVA), and polyvinyl butyral (PVB).

바인더가 폴리비닐알콜(PVA), 및 폴리비닐부티랄(PVB) 중 1종 이상을 포함하는 경우, 혼합물 전체에 대하여 바인더를 0.01 내지 1 중량% 혼합할 수 있다. 폴리비닐알콜(PVA), 및 폴리비닐부티랄(PVB) 중 1종 이상을 너무 많이 혼합하게 되면 소성 과정에서 이산화탄소가 다량 발생하여 양극 활물질 표면의 잔류 탄산 리튬 농도가 증가할 수 있다.When the binder contains at least one of polyvinyl alcohol (PVA) and polyvinyl butyral (PVB), the binder may be mixed in an amount of 0.01 to 1% by weight with respect to the whole mixture. If too much of at least one of polyvinyl alcohol (PVA) and polyvinyl butyral (PVB) is mixed, a large amount of carbon dioxide may be generated during the firing process, and the residual lithium carbonate concentration on the surface of the cathode active material may increase.

바인더가 물을 포함하는 경우, 혼합물 전체에 대하여 바인더를 5 내지 15 중량% 혼합할 수 있다. 물이 너무 적게 포함될 경우, 금속 수산화물과 리튬 화합물 분말 표면으로의 수분 흡착량이 부족하여 결착성이 저하됨에 따라 성형이 어려워 질 수 있다. 물이 너무 많이 포함될 경우, 혼합물의 점도가 너무 낮아지는 문제가 발생할 수 있다.When the binder includes water, the binder may be mixed in an amount of 5 to 15% by weight with respect to the whole mixture. When the amount of water is too small, the amount of moisture adsorbed on the surface of the metal hydroxide and the lithium compound powder is insufficient and the binding property is lowered, so that molding may be difficult. If too much water is involved, the viscosity of the mixture may become too low.

성형체를 제조하여 소성할 경우, 밀도가 높은 성형체를 소성하므로, 정해진 부피의 내화갑 내에서 더 많은 양의 혼합물을 적재할 수 있어, 생산성이 향상될 수 있다. When a molded body is manufactured and fired, a molded body having a high density is fired, so that a larger amount of mixture can be stacked in a predetermined volume of an inner shell, and productivity can be improved.

구체적으로 성형체의 밀도는 1.5g/cc 내지 3.0g/cc일 수 있다. 성형체의 밀도가 너무 낮으면 단위 내화갑당 분말 적재량이 분말 소성의 경우와 차이가 없어 생산성이 향상 효과가 미미할 수 있다. 밀도가 너무 크면 소성 과정에서 성형체 내부에서 발생한 이산화탄소와 수증기의 배출이 원활하지 않아 제조된 양극 활물질의 단위무게당 용량이 감소할 수 있다.Specifically, the density of the molded body may be 1.5 g / cc to 3.0 g / cc. If the density of the molded body is too low, the amount of powder per unit weight in the unit is not different from that in the case of powder calcining, so the productivity improvement may be insignificant. If the density is too high, the discharge of carbon dioxide and water vapor generated inside the molded body during the firing process is not smooth, so that the capacity per unit weight of the produced cathode active material may decrease.

한편, 성형체의 크기는 5mm 내지 100mm 일 수 있다. 성형체의 크기가 너무 작은 경우 성형체 사이에 형성되는 공극의 크기가 작아서 가스의 출입이 원활하지 않을 수 있다. 성형체의 크기가 너무 큰 경우 소성과정에서 성형체의 변형이 발생하여 내화갑과 성형체의 접촉면적이 증가하고 내화갑의 수명이 감소할 수 있다. 이 때, 성형체의 크기란 단면의 직경 또는 일변의 길이를 의미한다. 전술한 크기로 성형체를 제조함으로써, 성형체 사이에 형성되는 공극의 크기를 0.1 내지 10mm로 형성할 수 있다.On the other hand, the size of the formed body may be 5 mm to 100 mm. If the size of the molded body is too small, the size of the gap formed between the molded bodies is small, so that the gas may not flow in and out smoothly. If the size of the molded body is too large, the molded body may be deformed during the firing process, thereby increasing the contact area between the inner shell and the molded body and reducing the life of the inner shell. At this time, the size of the molded body means the diameter of the cross section or the length of one side. By manufacturing the molded article in the above-mentioned size, the size of the gap formed between the molded articles can be formed to be 0.1 to 10 mm.

성형체의 형상은 특별히 한정하지 않는다. 분위기 가스를 유입하고, 반응 부산물을 배출할 수 있는 것이라면 정형 또는 부정형의 어떠한 형상이어도 무방하다. 성형체의 형상은 예컨데, 구형, 원통형, 육면체, 등일 수 있으며, 이들의 2 이상의 형상을 조합할 수도 있다. 소성시 내부에 까지 고른 열전달을 위해서 도넛형, 연탄형과 같이 내부에 구멍이 형성된 형태를 사용할 수도 있다.The shape of the molded body is not particularly limited. Any shape of a regular or irregular shape may be used as long as it can introduce atmospheric gas and discharge reaction by-products. The shape of the molded body may be, for example, a spherical shape, a cylindrical shape, a hexagonal shape, or the like, or a combination of two or more shapes thereof may be used. For the heat transfer to the inside during firing, it is also possible to use a form having a hole formed therein such as a donut type or a briquetting type.

도 1에는 구형으로 제조한 성형체의 형상을 예시적으로 나타낸 것이다. 도 1을 참고하면, 성형체(100)는 금속 수산화물 (10) 및 리튬 화합물(20)을 포함할 수 있다. Fig. 1 exemplarily shows the shape of a molded body manufactured in a spherical shape. Referring to FIG. 1, the molded body 100 may include a metal hydroxide 10 and a lithium compound 20.

다음으로, 혼합물을 소성한다. 전술한 것과 같이 혼합물을 제조한 이후, 혼합물을 성형하여 성형체를 제조한 경우, 성형체를 소성한다.Next, the mixture is baked. After the mixture is prepared as described above, if the mixture is molded to produce a molded body, the molded body is fired.

소성은 산소를 포함하는 기체 분위기 하에서 700 내지 1100℃의 온도로 10 시간 내지 30시간 동안 이루어질 수 있으며 이에 한정되는 것은 아니다. 소성의 온도 내지 시간은 원료의 종류에 따라 적절히 선택될 수 있다.The firing can be performed at a temperature of 700 to 1100 DEG C for 10 to 30 hours under a gas atmosphere containing oxygen, but is not limited thereto. The temperature and time of firing can be appropriately selected depending on the kind of raw material.

소성하는 단계는, 혼합물을 내화갑에 적재하고, 소성로에 내화갑을 배치하는 단계; 및 소성로에 산소를 포함하는 기체를 공급하고 소성하는 단계를 포함할 수 있다. 나아가, 소성로에 배치되는 내화갑은 하나일 수 있음은 물론, 2개 이상일 수 있다. 이때, 상기 내화갑은 복수의 내화갑을 단층으로 배치될 수 있으며, 2개 이상의 내화갑을 적층하여 2층 이상으로 배치하여 소성할 수도 있다.The step of firing comprises the steps of: placing the mixture in an inner shell and disposing an inner shell on the firing furnace; And supplying and firing a gas containing oxygen to the firing furnace. Furthermore, there can be one or more inner flare arranged in the firing furnace. At this time, the inner shell can be arranged as a single layer of a plurality of inner shells, or two or more inner shells can be stacked and arranged in two or more layers.

내화갑은 소성 용기로는, 예를 들면, 알루미나, 뮬라이트, 또는 이들에 코팅층이 형성된 것을 사용할 수 있으며, 원료물질에 대해 불활성이며 소성 온도 하에서 내구성을 갖는 재질이라면 제한 없이 사용 가능하다.As the firing vessel, for example, alumina, mullite, or a coating layer formed thereon can be used, and any material that is inert to the raw material and has durability under the firing temperature can be used without limitation.

소성하는 단계 이후에, 소성물을 냉각하는 단계를 더 포함할 수 있다.After the firing step, cooling the fired product may further comprise cooling the fired product.

냉각은, 예를 들면, 소성 온도부터 적어도 200까지는 1/분 내지 10/분의 냉각 속도로 수행할 수 있다.The cooling can be carried out at a cooling rate of, for example, 1 / min to 10 / min from a firing temperature to at least 200.

소성하는 단계 이후에, 소성물을 분쇄하는 단계를 더 포함할 수 있다.After the firing step, the firing step may further include pulverizing the fired product.

전술한 방법으로 제조된 리튬 이차 전지용 양극 활물질은 제조 비용을 절감하면서도 잔류 탄산리튬을 줄일 수 있다.The cathode active material for a lithium secondary battery manufactured by the above-described method can reduce lithium carbonate remaining while reducing manufacturing cost.

본 발명의 일 실시예에서 전술하였듯이, 혼합물에 유기산을 첨가하여 소성함으로써, 유기산이 리튬 화합물 또는 금속 수산화물과 반응하여, 침식함으로써, 최종 제조되는 양극 활물질의 표면에 침식흔이 남을 수 있다.As described above in one embodiment of the present invention, the organic acid is reacted with the lithium compound or the metal hydroxide and is eroded by adding the organic acid to the mixture and firing, so that erosion marks may remain on the surface of the finally prepared cathode active material.

예컨데, 육면체 형상의 혼합물을 소성한 경우, 혼합물에 유기산이 첨가되지 않는다면, 육면체 형상으로 그대로 잔존하게 된다. 그러나, 본 발명의 일 실시예에서는 혼합물에 유기산이 포함되며, 소성 과정에서 유기산이 리튬 화합물 또는 금속 수산화물과 반응하여, 침식함으로써, 표면에 오목부(30)가 생성된다.For example, in the case of baking a mixture having a hexahedron shape, if the organic acid is not added to the mixture, it remains in a hexahedron shape. However, in one embodiment of the present invention, the organic acid is included in the mixture, and the organic acid reacts with the lithium compound or the metal hydroxide in the firing process and is eroded to form the concave portion 30 on the surface.

도 2에서는 표면에 오목부(30)가 형성된 양극 활물질(200)을 개략적으로 예시하였다. 이 때, 오목부(30)는 직경 100nm 내지 200nm이고, 깊이 50nm 내지 100nm일 수 있다. 이 때, 오목부의 직경 및 깊이는 유기산에 의한 침식이 일어나지 않은 표면을 가정하여, 그 가상 표면에 형성된 오목부의 원 상당의 직경 및 그 가상 표면으로부터의 깊이를 의미한다. 이러한 오목부는 특정 직경 및 깊이로 형성되어 있으며, 종래의 양극 활물질의 제조 과정에서는 침식에 의한 오목부가 형성되지 아니하므로, 이와 구분이 된다. FIG. 2 schematically illustrates a cathode active material 200 having a concave portion 30 formed on its surface. At this time, the recess 30 may have a diameter of 100 nm to 200 nm and a depth of 50 nm to 100 nm. In this case, the diameter and the depth of the concave portion mean the diameter of the circle equivalent of the concave portion formed on the imaginary surface, and the depth from the imaginary surface, assuming a surface on which no erosion by the organic acid has occurred. Such recesses are formed with specific diameters and depths, and the recesses due to erosion are not formed in the manufacturing process of the conventional positive electrode active material, so that they are distinguished from each other.

또한, 양극 활물질(200) 크기가 1um 이상인 1차입자 당 오목부가 평균 1 내지 3개 형성될 수 있다. 전술하였듯이, 양극 활물질 제조 과정에서 리튬 화합물과 유기산의 혼합량을 적절히 조절하였기 때문에, 적절한 개수의 오목부(30)가 양극 활물질(200)에 형성되게 된다. 도 2에서는 양극 활물질(200) 입자 1개에 오목부(30)가 평균 2 개 형성된 경우를 도시한 것이다. 크기가 1㎛ 미만인 1차 입자의 경우, 입자당 오목부(30)의 생성 편차가 크게 발생할 수 있으므로, 본 발명의 일 실시예에서는 크기가 1㎛ 이상인 1차 입자를 상정하여 오목부(30)의 생성 개수를 산출하게 된다. 이 때, 양극 활물질의 크기란 입자의 입경을 의미한다.In addition, an average of 1 to 3 concave portions per primary particle having a size of the cathode active material 200 of 1 um or more can be formed. As described above, since the mixing amount of the lithium compound and the organic acid is appropriately controlled in the process of manufacturing the cathode active material, a suitable number of the concave portions 30 are formed in the cathode active material 200. FIG. 2 shows a case where two concave portions 30 are formed on one particle of the cathode active material 200. In the case of the primary particles having a size of less than 1 탆, the production deviation of the concave portions 30 per particle may occur to a large extent. Therefore, in one embodiment of the present invention, the primary particles having a size of 1 탆 or more are assumed, Is calculated. At this time, the size of the positive electrode active material means the particle diameter of the particles.

이렇게 본 발명의 일 실시예에서 양극 활물질(200) 입자에 오목부(30)가 형성되므로, 일반적으로 제조되는 양극 활물질에 비해 비표면적이 상승하게 된다. 구체적으로 양극 활물질의 비표면적은 0.5 내지 1.0m2/g이 될 수 있다.In this embodiment of the present invention, since the concave portion 30 is formed in the particles of the cathode active material 200, the specific surface area of the cathode active material is increased as compared with the cathode active material generally manufactured. Specifically, the specific surface area of the cathode active material may be 0.5 to 1.0 m 2 / g.

본 발명의 일 실시예에서 전술하였듯이, 혼합물에 유기산을 첨가하여 소성함으로써, 최종 제조된 양극 활물질 내에 잔류 탄산리튬의 함량이 현저히 저감된다.
As described above in one embodiment of the present invention, by adding an organic acid to the mixture and firing, the content of residual lithium carbonate in the finally produced cathode active material is remarkably reduced.

본 발명의 일 구현예에 따라 제조된 양극 활물질은 리튬 이차 전지의 양극에 유용하게 사용될 수 있다. 상리 리튬 이차 전지는 음극과 함께 전술한 방법으로 제조된 양극 활물질을 포함하는 양극 및 전해질을 포함한다.The cathode active material prepared according to one embodiment of the present invention can be usefully used for the anode of a lithium secondary battery. The rechargeable lithium secondary battery includes a cathode and an electrolyte including a cathode active material prepared by the above-described method together with a cathode.

구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차 전지는 양극, 음극, 그리고 상기 양극과 상기 음극 사이에 배치된 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체를 포함할 수 있다. Specifically, the lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention may include an electrode assembly including a cathode, a cathode, and a separator disposed between the anode and the cathode.

상기 음극은, 음극 활물질, 바인더 및 선택적으로 도전재를 혼합하여 음극 활물질층 형성용 조성물을 제조한 후, 이를 구리 등의 음극 집전체에 도포하여 제조될 수 있다.The negative electrode may be prepared by preparing a composition for forming a negative electrode active material layer by mixing a negative electrode active material, a binder and a conductive material, and then applying the composition to an anode current collector such as copper.

상기 음극 활물질로는, 리튬을 인터칼레이션/디인터칼레이션할 수 있는 재료가 사용되고, 예를 들면, 리튬 금속이나 리튬 합금, 코크스, 인조 흑연, 천연 흑연, 유기 고분자 화합물 연소체, 탄소 섬유 등을 사용한다.As the negative electrode active material, a material capable of intercalating / deintercalating lithium is used. Examples of the negative active material include lithium metal, lithium alloy, coke, artificial graphite, natural graphite, Lt; / RTI &gt;

상기 바인더로는 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로오스/스티렌-부타디엔러버, 히드록시프로필렌셀룰로오스, 디아세틸렌셀룰로오스, 폴리비닐클로라이드, 폴리비닐피롤리돈, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 바인더는 상기 음극 활물질층 형성용 조성물의 총량에 대하여 1 내지 30 중량%로 혼합될 수 있다.Examples of the binder include polyvinyl alcohol, carboxymethylcellulose / styrene-butadiene rubber, hydroxypropylene cellulose, diacetylene cellulose, polyvinyl chloride, polyvinylpyrrolidone, polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, polyethylene Polypropylene and the like can be used, but the present invention is not limited thereto. The binder may be mixed in an amount of 1 to 30% by weight based on the total amount of the composition for forming the negative electrode active material layer.

상기 도전재로는 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 구체적으로는 천연 흑연, 인조 흑연 등의 흑연; 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본 블랙; 탄소 섬유, 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. 상기 도전재는 상기 음극 활물질층 형성용 조성물의 총량에 대하여 0.1 내지 30 중량%로 혼합될 수 있다.The conductive material is not particularly limited as long as it has electrical conductivity without causing chemical changes in the battery, and specifically includes graphite such as natural graphite and artificial graphite; Carbon black such as 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. The conductive material may be mixed in an amount of 0.1 to 30% by weight based on the total amount of the composition for forming the anode active material layer.

상기 양극은, 일 실시예에 따른 양극 활물질 제조 방법으로 제조된 양극 활물질을 포함한다. 즉, 전술한 양극 활물질, 바인더 및 선택적으로 도전재를 혼합하여 양극 활물질층 형성용 조성물을 제조한 후, 이 조성물을 알루미늄 등의 양극 집전체에 도포하여 제조할 수 있다. 또한, 도전재, 결합제 및 용매는 전술한 양극의 경우와 동일하게 사용된다.The anode includes the cathode active material prepared by the method for producing a cathode active material according to an embodiment. That is, the cathode active material, the binder and optionally the conductive material may be mixed to prepare a composition for forming a cathode active material layer, and then the composition may be applied to a cathode current collector such as aluminum. Further, the conductive material, binder and solvent are used in the same manner as in the case of the above-mentioned anode.

상기 리튬 이차 전지에 충진되는 전해질로는 비수성 전해질 또는 공지된 고체 전해질 등을 사용할 수 있으며, 리튬염이 용해된 것을 사용할 수 있다.As the electrolyte to be filled in the lithium secondary battery, a non-aqueous electrolyte or a known solid electrolyte may be used, and a lithium salt dissolved therein may be used.

상기 리튬염은, 예를 들면, LiPF6, LiBF4, LiSbF6, LiAsF6, LiClO4, LiCF3SO3, Li(CF3SO2)2N, LiC4F9SO3, LiSbF6, LiAlO4, LiAlCl4, LiCl, 및 LiI로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다. The lithium salt may be, for example, LiPF 6 , LiBF 4 , LiSbF 6 , LiAsF 6 , LiClO 4 , LiCF 3 SO 3 , Li (CF 3 SO 2 ) 2 N, LiC 4 F 9 SO 3 , LiSbF 6 , LiAlO 4 , LiAlCl 4 , LiCl, and LiI may be used.

상기 비수성 전해질의 용매로는, 예를 들면, 에틸렌카보네이트, 프로필렌카보네이트, 부틸렌카보네이트, 비닐렌카보네이트 등의 환상 카보네이트; 디메틸카보네이트, 메틸에틸카보네이트, 디에틸카보네이트 등의 쇄상 카보네이트; 아세트산메틸, 아세트산에틸, 아세트산프로필, 프로피온산메틸, 프로피온산에틸, γ-부티로락톤 등의 에스테르류; 1,2-디메톡시에탄, 1,2-디에톡시에탄, 테트라히드로푸란, 1,2-디옥산, 2-메틸테트라히드로푸란 등의 에테르류; 아세토니트릴 등의 니트릴류; 디메틸포름아미드 등의 아미드류 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이들을 단독 또는 복수 개를 조합하여 사용할 수 있다. 특히, 환상 카보네이트와 쇄상 카보네이트와의 혼합 용매를 바람직하게 사용할 수 있다.Examples of the solvent of the non-aqueous electrolyte include cyclic carbonates such as ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, and vinylene carbonate; Chain carbonates such as dimethyl carbonate, methyl ethyl carbonate and diethyl carbonate; Esters such as methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate and? -Butyrolactone; Ethers such as 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, tetrahydrofuran, 1,2-dioxane and 2-methyltetrahydrofuran; Nitriles such as acetonitrile; Amides such as dimethylformamide, and the like can be used, but the present invention is not limited thereto. These may be used singly or in combination. Particularly, a mixed solvent of cyclic carbonate and chain carbonate can be preferably used.

또한 전해질로서, 폴리에틸렌옥시드, 폴리아크릴로니트릴 등의 중합체 전해질에 전해액을 함침한 겔상 중합체 전해질이나, LiI, Li3N 등의 무기 고체 전해질이 가능하다.As the electrolyte, a gelated polymer electrolyte in which an electrolyte solution is impregnated with a polymer electrolyte such as polyethylene oxide or polyacrylonitrile, or an inorganic solid electrolyte such as LiI or Li 3 N can be used.

상기 세퍼레이터는 내화학성 및 소수성의 폴리프로필렌 등의 올레핀계 폴리머; 유리섬유, 폴리에틸렌 등으로 만들어진 시트나 부직포 등이 사용될 수 있다. 전해액으로 폴리머 등의 고체 전해액이 사용되는 경우 고체 전해액이 분리막을 겸할 수도 있다.The separator may be an olefin-based polymer such as polypropylene, which is chemically resistant and hydrophobic; A sheet or a nonwoven fabric made of glass fiber, polyethylene or the like can be used. When a solid electrolyte such as a polymer is used as the electrolytic solution, the solid electrolytic solution may also serve as a separation membrane.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예, 이에 대비되는 비교예 및 이들의 평가예를 기재한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일뿐 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention, comparative examples thereof, and evaluation examples thereof will be described. However, the following examples are only a preferred embodiment of the present invention, and the present invention is not limited to the following examples.

실시예Example

금속 수산화물로서 Ni0 .6Co0 .2Mn0 .2(OH)2와 리튬 화합물로 Li2CO3를 사용하여 리튬 이차전지 양극 활물질을 제조하였다. Li2CO3 1mol에 벤조산 0.05mol과 금속 수산화물을 혼합 하였다. 혼합 후 직경이 20mm인 구형의 성형제를 제조하였다. 성형체의 밀도는 2.1g/cc였다. 성형체를 내화갑에 7kg을 충진한 후 소성로에서 배치하였다. 도 3은 성형체를 내화갑에 적재한 상태를 나타낸다. 소성로에 공기를 주입하면서 900℃의 온도에서 10시간 동안 소성하였다. The Ni 0 .6 Co 0 .2 Mn 0 .2 (OH) a lithium secondary battery positive electrode active material by using the Li 2 CO 3 with 2 and a lithium compound as a metal hydroxide were prepared. 0.05 mol of benzoic acid and metal hydroxide were mixed with 1 mol of Li 2 CO 3 . A spherical molding agent having a diameter of 20 mm was prepared. The density of the molded body was 2.1 g / cc. The molded body was filled with 7 kg of an inner shell and placed in a firing furnace. Fig. 3 shows a state in which the molded body is mounted on an inner shell. And fired at a temperature of 900 캜 for 10 hours while injecting air into the firing furnace.

소성 후에 내화갑을 소성로에서 꺼낸 후 냉각하여 양극 활물질을 얻었다. After firing, the inner wall was removed from the firing furnace and cooled to obtain a cathode active material.

제조된 양극 활물질에 대하여 잔류 리튬량, 오목부의 개수를 측정하고, 그 결과를 표 1에 나타내었다. 또한 제조된 양극 활물질의 미세구조를 도 4 내지 도 6에 나타내었다. The amount of residual lithium and the number of concave portions were measured with respect to the produced positive electrode active material, and the results are shown in Table 1. The microstructure of the prepared positive electrode active material is shown in FIGS. 4 to 6. FIG.

잔류 리튬양은 양극 활물질 표면의 잔류 리튬 함량을 희석된 염산(HCl)을 이용하여 산-염기 적정법으로 측정하였다. The residual lithium amount was measured by acid-base titration method using diluted hydrochloric acid (HCl) in the residual lithium content on the surface of the cathode active material.

비교예Comparative Example

벤조산을 혼합하지 않은 것을 제외하고는 실시예와 동일하게 실시하였다. 제조된 양극 활물질에 대하여 잔류 리튬량, 오목부의 개수를 측정하고, 그 결과를 표 1에 나타내었다. 또한 제조된 양극 활물질의 미세구조를 도 7에 나타내었다. Benzoic acid was not added to the solution. The amount of residual lithium and the number of concave portions were measured with respect to the produced positive electrode active material, and the results are shown in Table 1. The microstructure of the prepared positive electrode active material is shown in Fig.

도 4 내지 도 6에 나타나듯이, 실시예는 유기산에 의한 반응에 의해 입자 표면에 오목부가 형성되고, 형상이 부정형인 것을 확인할 수 있다. 반면 도 7에서 나타나듯이, 비교예는 유기산에 의한 부식 현상이 발생하지 아니하였고, 그 형상이 대략 육면체로서 일정함을 확인할 수 있다. 실시예에서 형성된 오목부의 평균 직경은 150nm 이고, 깊이는 70nm이었다.
As shown in FIG. 4 to FIG. 6, it can be confirmed that the embodiment has a concave portion formed on the particle surface due to the reaction with the organic acid, and the shape is irregular. On the other hand, as shown in FIG. 7, it can be confirmed that the comparative example does not cause corrosion by organic acid, and the shape thereof is substantially constant as a hexahedron. The average diameter of the recesses formed in the examples was 150 nm and the depth was 70 nm.

실험예Experimental Example : 리튬 이차 전지의 제조 : Preparation of lithium secondary battery

실시예 및 비교예에서 제조된 리튬 이차 전지용 양극 활물질 96 중량%, 도전재(Denka Black) 2 중량%, 바인더(PVDF) 2중량%, 증점제(CMC) 1중량%를 N-메틸-2-피롤리돈(NMP) 용매에서 균일하게 혼합하여 슬러리를 제조하였다. (2) by weight of a conductive material (Denka Black), 2% by weight of a binder (PVDF), and 1% by weight of a thickener (CMC) prepared in Examples and Comparative Examples were mixed with 96% by weight of a positive electrode active material for a lithium secondary battery, (NMP) solvent to prepare a slurry.

상기 슬러리를 알루미늄(Al) 집전체에 고르게 도포한 후, 롤프레스에서 압착한 뒤, 100℃ 진공오븐에서 12시간 진공 건조하여 양극을 제조하였다. The slurry was uniformly applied to an aluminum (Al) current collector, compressed by a roll press, and vacuum-dried in a 100 ° C vacuum oven for 12 hours to prepare a positive electrode.

상대 전극으로는 리튬 금속(Li-metal)을 사용하고, 전해액으로는 에틸렌 카보네이트(EC, Ethylene Carbonate): 디메틸 카보네이트(DMC, Dimethyl Carbonate)의 부피 비율이 1:1인 혼합 용매에 1몰의 LiPF6용액을 용해시킨 것을 사용하였다.Lithium metal (Li-metal) was used as a counter electrode, and a mixed solvent of ethylene carbonate (EC: Ethylene Carbonate): dimethyl carbonate (DMC, Dimethyl Carbonate) 6 solution was used.

상기 각 구성 요소를 사용하고, 통상적인 제조방법에 따라 2032 반쪽 전지(half coin cell)를 제작하였다.Using each of the above components, a 2032 half-coin cell was fabricated according to a conventional manufacturing method.

이렇게 제조된 반쪽 전지에 대하여 수명 특성을 평가하였다. The lifetime characteristics of the thus prepared half cells were evaluated.

먼저, 일정한 전류가 인가되는 충방전기(Maccor)를 사용하여, 25℃, 2.5V 내지 4.25V 범위 내에서 0.1C로 충전 및 방전을 실시하여 초기 방전 용량 및 초기 충방전 효율을 하기 표 1에 나타내었다. 또한, 동일한 방법으로 충방전을 50회 실시하여, 1회 방전 용량에 대한 50회 방전 용량 비율을 계산하여 용량 유지율을 구하고, 이를 사이클 수명으로 하였다.First, charging and discharging were performed at 0.1 C in a range of 2.5 V to 4.25 V at 25 캜 using a charge / discharge device (Maccor) to which a constant current was applied. The initial discharge capacity and initial charge / discharge efficiency were shown in Table 1 . The same method was repeated 50 times to calculate the discharge capacity ratio at 50 times to one discharge capacity to determine the capacity retention rate, which was defined as the cycle life.

실시예 Example 비교예 Comparative Example 잔류 LiOH (ppm)Residual LiOH (ppm) 758758 761761 잔류 Li2CO3 (ppm)Residual Li 2 CO 3 (ppm) 47204720 75577557 초기방전용량 (mAh/g, @ 0.1C)Initial discharge capacity (mAh / g, @ 0.1C) 170170 167167 오목부 개수(개/입자당)Number of recesses (per piece / particle) 2.32.3 없음none 비표면적(m2/g)Specific surface area (m 2 / g) 0.670.67 0.420.42 초기 충방전 효율(%)Initial Charge / Discharge Efficiency (%) 9292 90.890.8 사이클 수명(50th/1st @ 1C)Cycle life (50 th / 1 st @ 1C) 98.698.6 98.298.2

표 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 유기산을 추가로 혼합한 후 소성한 실시예의 경우, 유기산을 혼합하지 않은 비교예에 비하여 탄산리튬의 잔류량이 약 38% 감소함을 알 수 있다. 또한, 실시예가 비교예에 비하여 초기방전용량, 초기 충방전 효율 및 사이클 수명도 우수함을 알 수 있다.
As can be seen from Table 1, the residual amount of lithium carbonate was reduced by about 38% as compared with the comparative example in which the organic acid was not added, in the case of the example in which the organic acid was further mixed and fired. In addition, it can be seen that the embodiment is superior to the comparative example in initial discharge capacity, initial charge / discharge efficiency, and cycle life.

본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the present invention as defined by the following claims. As will be understood by those skilled in the art. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive.

10 : 금속 수산화물 20 : 리튬 화합물
30 : 오목부 100 : 성형체
200 : 양극 활물질
10: metal hydroxide 20: lithium compound
30: recess 100: molded article
200: cathode active material

Claims (21)

리튬 화합물, 금속 수산화물 및 유기산을 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계 및
상기 혼합물을 소성하는 단계
를 포함하는 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법.
Mixing a lithium compound, a metal hydroxide and an organic acid to prepare a mixture; and
Firing the mixture
Wherein the positive electrode active material is a positive electrode active material.
제1항에 있어서,
상기 리튬 화합물, 금속 수산화물 및 유기산을 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계는,
상기 리튬 화합물 및 유기산을 혼합하여 선 혼합물을 제조하는 단계 및
상기 선 혼합물에 상기 금속 수산화물을 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계를 포함하는
리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법.
The method according to claim 1,
The step of mixing the lithium compound, the metal hydroxide, and the organic acid to prepare a mixture includes:
Mixing the lithium compound and the organic acid to prepare a linear mixture; and
And mixing said metal hydroxide with said line mixture to produce a mixture
(Method for producing positive electrode active material for lithium secondary battery).
제1항에 있어서,
상기 리튬 화합물은 탄산리튬 및 수산화리튬 중 1종 이상을 포함하는 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the lithium compound comprises at least one of lithium carbonate and lithium hydroxide.
제1항에 있어서,
상기 금속 수산화물은 하기 화학식 1 또는 하기 화학식 2로 표시되는 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법.
[화학식 1]
M1 xM2 yM3 z(OH)2+δ
(상기 화학식 1에서, M1, M2, M3는 각각 Ni, Co, Mn 및 이들의 조합으로 이루어지는 군에서 선택되며, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤z≤1, 0.0≤δ≤0.02, 0<x+y+z≤1 이다.)
[화학식 2]
M1 xM2 yM3 z(OH)2+δ
(상기 화학식 2에서, M1, M2, M3는 각각 Ni, Co, Al 및 이들의 조합으로 이루어지는 군에서 선택되며, 0.8≤x≤1, 0≤y≤0.2, 0≤z≤0.2, 0.0≤δ≤0.02, 0<x+y+z≤1 이다.)
The method according to claim 1,
Wherein the metal hydroxide is represented by the following Chemical Formula 1 or Chemical Formula 2.
[Chemical Formula 1]
M 1 x M 2 y M 3 z (OH) 2 + δ
(Wherein M 1 , M 2 and M 3 are selected from the group consisting of Ni, Co, Mn and combinations thereof, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤z≤1, 0.0??? 0.02, 0 < x + y + z?
(2)
M 1 x M 2 y M 3 z (OH) 2 + δ
Wherein M 1 , M 2 , and M 3 are selected from the group consisting of Ni, Co, Al, and combinations thereof, and 0.8 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 0.2, 0 ≦ z ≦ 0.2, 0.0??? 0.02, 0 < x + y + z?
제1항에 있어서,
상기 유기산은 카르복시산 및 이미드산 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the organic acid comprises at least one selected from carboxylic acid and imidic acid.
제1항에 있어서,
상기 유기산은 아세트산(C2H4O2), 포름산(CH2O2), 젖산(C3H6O3), 옥살산(C2H2O4), 구연산(C6H8O7), 아세톤(C3H6O), 아스코르브산(C6H8O6), 벤조산(C7H6O2) 및 프로피온산 (C3H6O2) 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법.
The method according to claim 1,
The organic acid may be acetic acid (C 2 H 4 O 2 ), formic acid (CH 2 O 2 ), lactic acid (C 3 H 6 O 3 ), oxalic acid (C 2 H 2 O 4 ), citric acid (C 6 H 8 O 7 ) Containing at least one selected from acetone (C 3 H 6 O), ascorbic acid (C 6 H 8 O 6 ), benzoic acid (C 7 H 6 O 2 ) and propionic acid (C 3 H 6 O 2 ) A method for manufacturing a positive electrode active material for a battery.
제1항에 있어서,
상기 리튬 화합물 1몰 당 유기산을 0.01 내지 0.6 몰 혼합하는 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the organic acid is mixed in an amount of 0.01 to 0.6 mol per 1 mol of the lithium compound.
제1항에 있어서,
상기 혼합물을 제조하는 단계에서, 무기 첨가물을 더 혼합하는 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the inorganic additive is further mixed in the step of preparing the mixture.
제8항에 있어서,
상기 무기 첨가물은 Fe, Na, Mg, Ca, Ti, V, Cr, Cu, Zn, Ge, La, Ce, Ta, Sr, Al, Ag, Ba, Zr, Nb, Mo, Ga, B의 산화물 또는 수산화물, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 화합물을 포함하는 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법.
9. The method of claim 8,
The inorganic additive may be an oxide of Fe, Na, Mg, Ca, Ti, V, Cr, Cu, Zn, Ge, La, Ce, Ta, Sr, Al, Ag, Ba, Zr, Nb, Mo, And at least one compound selected from the group consisting of lithium hydroxide, lithium hydroxide, and combinations thereof.
제1항에 있어서,
상기 혼합물을 제조하는 단계 이후,
상기 혼합물을 성형하여 성형체를 제조하는 단계를 더 포함하는 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법.
The method according to claim 1,
After the step of preparing the mixture,
And then molding the mixture to produce a molded body.
제10항에 있어서,
상기 혼합물을 제조하는 단계에서 바인더를 더 혼합하는 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법.
11. The method of claim 10,
Wherein the binder is further mixed in the step of preparing the mixture.
제11항에 있어서,
상기 바인더는 물, 폴리비닐알콜(PVA), 및 폴리비닐부티랄(PVB) 중 1종 이상을 포함하는 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법.
12. The method of claim 11,
Wherein the binder comprises at least one of water, polyvinyl alcohol (PVA), and polyvinyl butyral (PVB).
제12항에 있어서,
상기 바인더는 폴리비닐알콜(PVA), 및 폴리비닐부티랄(PVB) 중 1종 이상을 포함하고, 상기 혼합물 전체에 대하여 상기 바인더를 0.01 내지 1 중량% 혼합하는 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법.
13. The method of claim 12,
Wherein the binder comprises at least one of polyvinyl alcohol (PVA) and polyvinyl butyral (PVB), and the binder is mixed in an amount of 0.01 to 1 wt% with respect to the entire mixture.
제12항에 있어서,
상기 바인더는 물을 포함하고, 상기 혼합물 전체에 대하여 상기 바인더를 5 내지 15 중량% 혼합하는 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법.
13. The method of claim 12,
Wherein the binder contains water and the binder is mixed in an amount of 5 to 15 wt% with respect to the entire mixture.
제10항에 있어서,
상기 성형체의 밀도는 1.5g/cc 내지 3.0g/cc인 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법.
11. The method of claim 10,
Wherein the density of the molded body is 1.5 g / cc to 3.0 g / cc.
제10항에 있어서,
상기 성형체의 형상은 구형, 원통형, 육면체, 도넛형, 연탄형 또는 이들의 조합인 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법.
11. The method of claim 10,
Wherein the shape of the molded body is a spherical shape, a cylindrical shape, a hexahedron shape, a toroidal shape, a briquetting shape, or a combination thereof.
제1항에 있어서,
상기 소성하는 단계는,
상기 혼합물을 내화갑에 적재하고, 소성로에 내화갑을 배치하는 단계 및
상기 소성로에 산소를 포함하는 기체를 공급하고 소성하는 단계
를 포함하는 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the firing comprises:
Placing the mixture in an inner shell, placing an inner shell on the firing furnace, and
Supplying a gas containing oxygen to the firing furnace and firing
Wherein the positive electrode active material is a positive electrode active material.
제1항에 있어서,
상기 소성하는 단계 이후에,
소성물을 분쇄하는 단계를 더 포함하는 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법.
The method according to claim 1,
After the firing step,
And pulverizing the fired product. The method for producing a cathode active material for a lithium secondary battery according to claim 1,
크기가 1um이상인 1차 입자 표면에 직경 100nm 내지 200nm이고, 깊이 50nm 내지 100nm인 오목부를 입자당 평균 1 내지 3개 포함하는 리튬 이차 전지용 양극 활물질.Wherein the average primary particle size of the primary particles is 1 to 100 nm and the average particle diameter is 100 to 200 nm and the depth is 50 to 100 nm. 제19항에 있어서,
비표면적이 0.5 내지 1.0m2/g인 리튬 이차 전지용 양극 활물질.
20. The method of claim 19,
And a specific surface area of 0.5 to 1.0 m 2 / g.
양극; 음극; 및 전해질;을 포함하고,
상기 양극은, 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 따른 방법으로 제조된 리튬 이차 전지용 양극 활물질을 포함하는 리튬 이차 전지.
anode; cathode; And an electrolyte,
Wherein the positive electrode comprises a positive electrode active material for a lithium secondary battery produced by the method according to any one of claims 1 to 18.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114300674A (en) * 2021-12-22 2022-04-08 广州大学 LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2Surface modification method of ternary cathode material
WO2022240067A1 (en) * 2021-05-11 2022-11-17 삼성에스디아이 주식회사 Positive electrode for lithium secondary battery and lithium secondary battery comprising same

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20140069566A (en) * 2012-11-29 2014-06-10 삼성정밀화학 주식회사 Lithium metal oxide, method for preparing the same and lithium secondary battery employing the same
KR20140102195A (en) * 2011-12-06 2014-08-21 에스케이이노베이션 주식회사 Method for manufacturing cathode active material for lithium secondary battery
KR20140132830A (en) * 2013-05-07 2014-11-19 주식회사 포스코 Manufacturing methode for cathode active material of lithium secondary cell
KR20150047052A (en) * 2013-10-23 2015-05-04 주식회사 엘지화학 Cathode active material, preparation method thereof, and lithium secondary battery comprising the same
KR20160090580A (en) * 2015-01-22 2016-08-01 삼성에스디아이 주식회사 Positive electrode active material, preparing method thereof, and lithium secondary battery employing positive electrode comprising the positive electrode active material

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20140102195A (en) * 2011-12-06 2014-08-21 에스케이이노베이션 주식회사 Method for manufacturing cathode active material for lithium secondary battery
KR20140069566A (en) * 2012-11-29 2014-06-10 삼성정밀화학 주식회사 Lithium metal oxide, method for preparing the same and lithium secondary battery employing the same
KR20140132830A (en) * 2013-05-07 2014-11-19 주식회사 포스코 Manufacturing methode for cathode active material of lithium secondary cell
KR20150047052A (en) * 2013-10-23 2015-05-04 주식회사 엘지화학 Cathode active material, preparation method thereof, and lithium secondary battery comprising the same
KR20160090580A (en) * 2015-01-22 2016-08-01 삼성에스디아이 주식회사 Positive electrode active material, preparing method thereof, and lithium secondary battery employing positive electrode comprising the positive electrode active material

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022240067A1 (en) * 2021-05-11 2022-11-17 삼성에스디아이 주식회사 Positive electrode for lithium secondary battery and lithium secondary battery comprising same
CN114300674A (en) * 2021-12-22 2022-04-08 广州大学 LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2Surface modification method of ternary cathode material
CN114300674B (en) * 2021-12-22 2023-11-21 广州大学 LiNi 0.8 Co 0.1 Mn 0.1 O 2 Surface modification method of ternary positive electrode material

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