KR20190076774A - Positive electrode active material precursor for rechargable lithium battery and manufacturing method of the same, positive electrode active material for rechargable lithium battery and manufacturing method of the same, rechargable lithium battery - Google Patents

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Abstract

Disclosed by the present invention is a cathode active material precursor for a lithium secondary battery including metal hydroxide represented by chemical formula 1, Ni_(1-w-x-y-z)Ti_wM1_xM2_yM3_z(OH)_(2-p)X_p. In the chemical formula 1, M1 and M2 are different from each other and each of the M1 and M2 is any one element selected from a group consisting of Co, Mg, Al, Ca, V, Cr, Mn, Fe, Zn, Ge, Y, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Y, Ba, La, W, Ce, Sm, Gd, Yb, Sr, and Ga; M3 is at least one element of Ni, Co, Mn, Al, and Ti; and X is any one element selected from a group consisting of F, N, S, and P, wherein each of w, x, y, z, and p satisfies inequations, 0 < w <= 0.2, 0 < x < 0.3, 0 <= y <= 0.1, 0 <= z <= 0.1, and 0 <= p <= 0.1. The present invention is provided for excellent characteristics of rate and durability.

Description

리튬 이차전지용 양극 활물질 전구체 및 그 제조방법, 리튬 이차전지용 양극 활물질 및 그 제조방법, 리튬 이차전지{POSITIVE ELECTRODE ACTIVE MATERIAL PRECURSOR FOR RECHARGABLE LITHIUM BATTERY AND MANUFACTURING METHOD OF THE SAME, POSITIVE ELECTRODE ACTIVE MATERIAL FOR RECHARGABLE LITHIUM BATTERY AND MANUFACTURING METHOD OF THE SAME, RECHARGABLE LITHIUM BATTERY}FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a positive electrode active material precursor for a lithium secondary battery and a method for producing the same, a positive electrode active material for a lithium secondary battery and a method for producing the same, a lithium secondary battery, and a lithium secondary battery. MANUFACTURING METHOD OF THE SAME, RECHARGABLE LITHIUM BATTERY}

본 개시는 율특성 및 수명특성이 우수한 리튬 이차전지용 양극 활물질 전구체, 리튬 이차전지용 양극 활물질 및 리튬 이차전지에 관한 것이다.The present disclosure relates to a positive electrode active material precursor for a lithium secondary battery, a positive electrode active material for a lithium secondary battery, and a lithium secondary battery excellent in a rate characteristic and a life characteristic.

최근, AV기기나 PC 등의 전자기기 포터블화, 무선화가 급속히 진행되고 있어 이들의 구동용 전원으로서 소형, 경량으로 고에너지 밀도를 가지는 이차전지로의 요구가 높아지고 있다. 또한, 최근 지구 환경을 위해 전기 자동차, 하이브리드 자동차의 개발 및 실용화가 이루어져 중대형으로 저장 특성이 우수한 리튬 이온 이차전지로의 요구가 높아지고 있다. 이러한 상황하에서 충방전 용량이 크고 수명 특성이 장점인 리튬 이온 이차전지가 주목되고 있다.2. Description of the Related Art In recent years, portable electronic devices such as AV devices and personal computers have been rapidly made portable and wireless, and as a driving power source therefor, there is a growing demand for secondary batteries having small and lightweight high energy densities. In recent years, development and commercialization of electric vehicles and hybrid vehicles have been carried out for the global environment, and the demand for lithium ion secondary batteries having excellent storage characteristics in a medium to large size has been increasing. Under such circumstances, a lithium ion secondary battery having a large charge / discharge capacity and an excellent life characteristic has been attracting attention.

종래, 4V급의 전압을 가지는 고에너지형 리튬 이온 이차전지에 유용한 양극 활물질로서는 스피넬형 구조의 LiMn2O4, 지그재그층형 구조의 LiMnO2, 층형 암염형 구조의 LiCoO2, LiNiO2 등이 일반적으로 알려져 있으며 그 중에서도 LiNiO2를 이용한 리튬 이온 이차전지는 높은 충방전 용량을 가지는 전지로서 주목 받고 있다. 그러나 이 재료는 충전 시의 열안정성 및 충방전 사이클 내구성이 떨어지기 때문에, 한층 더 특성 개선이 요구되고 있다.Conventionally, LiMn 2 O 4 of a spinel type structure, LiMnO 2 of a zigzag layer type structure, LiCoO 2 and LiNiO 2 of a layered rock salt type structure are generally used as a cathode active material useful for a high energy type lithium ion secondary battery having a voltage of 4 V class Among them, a lithium ion secondary battery using LiNiO 2 is attracting attention as a battery having a high charge / discharge capacity. However, this material is inferior in thermal stability and charging / discharging cycle durability at the time of charging, and further improvement in characteristics is required.

즉 LiNiO2는 리튬을 뽑아 냈을 때 Ni3 +가 Ni4 +가 되어 얀테라 변형을 일으켜 Li를 0.45몰 뽑아 낸 영역에서 Li을 추가로 뽑아 내면 단사(單斜)정에서 육방정계로 결정 구조가 변화한다.That is LiNiO 2 when pulled nd lithium Ni 3 + a Ni 4 + is the yarn determined in TB modifying the inner surface to pull additional Li in the area extracted 0.45 mol Li monoclinic (單斜) forward causing a hexagonal structure Change.

따라서 충방전 반응을 반복함으로써 결정 구조가 불안정하게 되어 사이클 특성이 나빠진다Therefore, the charge / discharge reaction is repeated to make the crystal structure unstable and the cycle characteristics to deteriorate

이 과제를 해결하기 위해, LiNiO2의 Ni의 일부에 Co 및 Al를 첨가한 재료의 연구가 이루어져 왔지만, 아직도 이러한 과제를 해결한 재료는 얻어지지 않고 있으며, 보다 결정성이 높은 Li-Ni계 복합 산화물이 요구되고 있다.In order to solve this problem, studies have been made on a material in which Co and Al are added to a part of Ni of LiNiO 2. However, materials solving these problems have not been obtained yet, and a Li- Oxides are required.

실시예들은 티탄의 함량 및 분포를 통해 율특성 및 수명특성이 우수한 리튬 이차전지용 양극 활물질 전구체, 리튬 이차전지용 양극 활물질 및 리튬 이차전지를 제공하기 위한 것이다.Embodiments are to provide a positive electrode active material precursor for a lithium secondary battery, a positive electrode active material for a lithium secondary battery, and a lithium secondary battery having excellent rate characteristics and life characteristics through the content and distribution of titanium.

본 발명의 일 실시예에 의한 리튬 이차전지용 양극 활물질 전구체는 하기 화학식 1로 표시되는 금속 수산화물을 포함한다.A precursor of a cathode active material for a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention includes a metal hydroxide represented by the following Chemical Formula 1.

[화학식 1][Chemical Formula 1]

Ni1-w-x-y-zTiwM1xM2yM3z(OH)2-pXp Ni 1-wxyz Ti w M1 x M 2 y M 3 z (OH) 2-p X p

(상기 화학식 1에서, M1 및 M2는 서로 상이하며, 각각 Co, Mg, Al, Ca, V, Cr, Mn, Fe, Zn, Ge, Y, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Y, Ba, La, W, Ce, Sm, Gd, Yb, Sr 및 Ga으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 원소이고, M3는 Ni, Co, Mn, Al, Ti 중 1종 이상의 원소이다. X는 F, N, S, 및 P으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 원소이며, w, x, y, z, 및 p 는 각각 0<w≤0.2, 0<x<0.3, 0≤y≤0.1, 0≤z≤0.1, 0≤p≤0.1이다.)In the formula 1, M1 and M2 are different from each other and each of Co, Mg, Al, Ca, V, Cr, Mn, Fe, Zn, Ge, Y, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag M3 is at least one element selected from the group consisting of Ni, Co, Mn, Al, and Ti, and at least one element selected from the group consisting of Cd, In, Sn, Y, Ba, La, W, Ce, Sm, Gd, Yb, X, y, z, and p are 0 <w? 0.2, 0 <x <0.3, 0? Y? 0.1, 0? Z? 0.1, 0? P?

상기 전구체는 하기 화학식 2로 표시되는 금속 수산화물을 포함할 수 있다.The precursor may include a metal hydroxide represented by the following formula (2).

[화학식 2](2)

Ni1-w-xCoxTiw(OH)2-pXp Ni 1-wx Co x Ti w (OH) 2-p X p

(상기 화학식 2에서, X는 F, N, S, 및 P으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 원소이며, w, x, 및 p 는 각각 0.02<w≤0.2, 0<x≤0.2, 0≤p≤0.1이다.)(Wherein X is an element selected from the group consisting of F, N, S, and P, and w, x, and p are 0.02 < w? 0.2, 0 & &Lt; / RTI &gt;

본 발명의 일 실시예에 의한 리튬 이차전지용 양극 활물질 전구체는 하기 화학식 1로 표시되는 금속 수산화물을 포함하는 리튬 이차전지용 양극 활물질 전구체이며, 상기 전구체는 코어와 상기 코어를 감싸는 외곽으로 구분되되, 상기 코어의 Ti 농도와 상기 외곽의 Ti 농도 차이가 존재한다.The precursor of a cathode active material for a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention is a precursor of a cathode active material for a lithium secondary battery comprising a metal hydroxide represented by the following Chemical Formula 1, wherein the precursor is divided into a core and an outer periphery surrounding the core, There is a difference between the Ti concentration in the outer region and the Ti concentration in the outer region.

[화학식 1][Chemical Formula 1]

Ni1-w-x-y-zTiwM1xM2yM3z(OH)2-pXp Ni 1-wxyz Ti w M1 x M 2 y M 3 z (OH) 2-p X p

(상기 화학식 1에서, M1 및 M2는 서로 상이하며, 각각 Co, Mg, Al, Ca, V, Cr, Mn, Fe, Zn, Ge, Y, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Y, Ba, La, W, Ce, Sm, Gd, Yb, Sr 및 Ga으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 원소이고, M3는 Ni, Co, Mn, Al, Ti 중 1종 이상의 원소이다. X는 F, N, S, 및 P으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 원소이며, w, x, y, z, 및 p는 각각 0<w≤0.2, 0≤x<0.3, 0≤y≤0.1, 0≤z≤0.1, 0≤p≤0.1이다.)In the formula 1, M1 and M2 are different from each other and each of Co, Mg, Al, Ca, V, Cr, Mn, Fe, Zn, Ge, Y, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag M3 is at least one element selected from the group consisting of Ni, Co, Mn, Al, and Ti, and at least one element selected from the group consisting of Cd, In, Sn, Y, Ba, La, W, Ce, Sm, Gd, Yb, X, y, z, and p are 0 <w? 0.2, 0? X <0.3, 0? Y? 0.1, 0? Z? 0.1, 0? P?

상기 코어의 Ti 농도보다 상기 외곽의 Ti 농도가 더 높을 수 있다.The outer Ti concentration may be higher than the Ti concentration of the core.

상기 코어의 Ti 농도는 전체 Ti 중량 100%를 기준으로, 50% 미만이며, 상기 외곽의 Ti 농도는 50%를 초과할 수 있다.The Ti concentration of the core may be less than 50% based on 100% of the total Ti weight, and the Ti concentration of the core may exceed 50%.

본 발명의 일 실시예에 의한 리튬 이차 전지용 양극 활물질 전구체 제조방법은 니켈 원료 물질 및 이종 원소 원료 물질을 공침 반응시켜 제1전구체를 수득하는 단계; 및 상기 제1전구체를 티탄 원료 물질과 반응시켜 코어 및 상기 코어를 감싸는 외곽으로 구분되는 제2전구체를 수득하는 단계;를 포함하고, 상기 제2전구체는 상기 코어의 Ti 농도와 상기 외곽의 Ti 농도 차이가 존재하며, 하기 화학식 1로 표시되는 금속 수산화물을 포함한다.According to an embodiment of the present invention, there is provided a method for preparing a precursor of a cathode active material for a lithium secondary battery, comprising: obtaining a first precursor by coprecipitation reaction of a nickel raw material and a heterogeneous raw material; And reacting the first precursor with a titanium raw material to obtain a second precursor separated from the core by surrounding the core and the core, wherein the second precursor has a Ti concentration of the core and a Ti concentration And a metal hydroxide represented by the following formula (1).

[화학식 1][Chemical Formula 1]

Ni1-w-x-y-zTiwM1xM2yM3z(OH)2-pXp Ni 1-wxyz Ti w M1 x M 2 y M 3 z (OH) 2-p X p

(상기 화학식 1에서, M1 및 M2는 서로 상이하며, 각각 Co, Mg, Al, Ca, V, Cr, Mn, Fe, Zn, Ge, Y, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Y, Ba, La, W, Ce, Sm, Gd, Yb, Sr 및 Ga으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 원소이고, M3는 Ni, Co, Mn, Al, Ti 중 1종 이상의 원소이다. X는 F, N, S, 및 P으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 원소이며, w, x, y, z, 및 p는 각각 0<w≤0.2, 0≤x<0.3, 0≤y≤0.1, 0≤z≤0.1, 0≤p≤0.1이다.)In the formula 1, M1 and M2 are different from each other and each of Co, Mg, Al, Ca, V, Cr, Mn, Fe, Zn, Ge, Y, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag M3 is at least one element selected from the group consisting of Ni, Co, Mn, Al, and Ti, and at least one element selected from the group consisting of Cd, In, Sn, Y, Ba, La, W, Ce, Sm, Gd, Yb, X, y, z, and p are 0 <w? 0.2, 0? X <0.3, 0? Y? 0.1, 0? Z? 0.1, 0? P?

상기 제1전구체를 수득하는 단계에서, 상기 제1전구체는 하기 화학식 3을 만족하는 금속 수산화물을 포함할 수 있다.In the step of obtaining the first precursor, the first precursor may include a metal hydroxide satisfying the following formula (3).

[화학식 3](3)

Ni1-x-y-zM1xM2yM3z(OH)2-pXp Ni 1-xyz M 1 x M 2 y M 3 z (OH) 2-p X p

(상기 화학식 3에서, M1 및 M2는 서로 상이하며, 각각 Co, Mg, Al, Ca, V, Cr, Mn, Fe, Zn, Ge, Y, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Y, Ba, La, W, Ce, Sm, Gd, Yb, Sr 및 Ga으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 원소이고, M3는 Ni, Co, Mn, Al, Ti 중 1종 이상의 원소이다. X는 F, N, S, 및 P으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 원소이며, x, y, z, 및 p는 각각 0<x<0.3, 0≤y≤0.1, 0≤z≤0.1, 0≤p≤0.1이다.)In the above formula (3), M1 and M2 are different from each other and each of Co, Mg, Al, Ca, V, Cr, Mn, Fe, Zn, Ge, Y, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag M3 is at least one element selected from the group consisting of Ni, Co, Mn, Al, and Ti, and at least one element selected from the group consisting of Cd, In, Sn, Y, Ba, La, W, Ce, Sm, Gd, Yb, X, y, z, and p are each an element selected from the group consisting of F, N, S, and P, and 0, 0, z? 0.1, 0? p? 0.1).

본 발명의 일 실시예에 의한 리튬 이차전지용 양극 활물질은 하기 화학식 4로 표시되는 금속 산화물을 포함한다.A cathode active material for a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention includes a metal oxide represented by Chemical Formula 4 below.

[화학식 4][Chemical Formula 4]

Li1+mNi1-w-x-y-zTiwM1xM2yM3zO2-pXp Li 1 + m Ni 1-wxyz Ti w M1 x M 2 y M 3 z O 2-p X p

(상기 화학식 4에서, M1 및 M2는 서로 상이하며, 각각 Co, Mg, Al, Ca, V, Cr, Mn, Fe, Zn, Ge, Y, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Y, Ba, La, W, Ce, Sm, Gd, Yb, Sr 및 Ga으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 원소이고, M3는 Ni, Co, Mn, Al, Ti 중 1종 이상의 원소이다. X는 F, N, S, 및 P으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 원소이며, w, x, y, z, 및 p 는 각각 0<w≤0.2, 0<x<0.3, 0≤y≤0.1, 0≤z≤0.1, 0≤p≤0.1, -0.1≤m≤0.2이다.)(Wherein M 1 and M 2 are different from each other and each of Co, Mg, Al, Ca, V, Cr, Mn, Fe, Zn, Ge, Y, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag M3 is at least one element selected from the group consisting of Ni, Co, Mn, Al, and Ti, and at least one element selected from the group consisting of Cd, In, Sn, Y, Ba, La, W, Ce, Sm, Gd, Yb, X, y, z, and p are 0 <w? 0.2, 0 <x <0.3, 0? Y? 0.1, 0? Z? 0.1, 0? P? 0.1, and -0.1? M?

본 발명의 일 실시예에 의한 리튬 이차전지용 양극 활물질은 하기 화학식 4로 표시되는 금속 산화물을 포함하는 리튬 이차전지용 양극 활물질이며, 상기 양극 활물질은 코어 및 상기 코어를 감싸는 외곽을 포함하되, 상기 코어의 Ti 농도와 상기 외곽의 Ti 농도 차이가 존재한다.A cathode active material for a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention is a cathode active material for a lithium secondary battery comprising a metal oxide represented by the following Chemical Formula 4, wherein the cathode active material includes a core and an outer casing surrounding the core, There is a difference between the Ti concentration and the outer Ti concentration.

[화학식 4][Chemical Formula 4]

Li1+mNi1-w-x-y-zTiwM1xM2yM3zO2-pXp Li 1 + m Ni 1-wxyz Ti w M1 x M 2 y M 3 z O 2-p X p

(상기 화학식 4에서, M1 및 M2는 서로 상이하며, 각각 Co, Mg, Al, Ca, V, Cr, Mn, Fe, Zn, Ge, Y, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Y, Ba, La, W, Ce, Sm, Gd, Yb, Sr 및 Ga으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 원소이고, M3는 Ni, Co, Mn, Al, Ti 중 1종 이상의 원소이다. X는 F, N, S, 및 P으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 원소이며, w, x, y, z, p 및 m은 각각 0<w≤0.2, 0<x<0.3, 0=y≤0.1, 0≤z≤0.1, 0≤p≤0.1, -0.1≤m≤0.2이다.)(Wherein M 1 and M 2 are different from each other and each of Co, Mg, Al, Ca, V, Cr, Mn, Fe, Zn, Ge, Y, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag M3 is at least one element selected from the group consisting of Ni, Co, Mn, Al, and Ti, and at least one element selected from the group consisting of Cd, In, Sn, Y, Ba, La, W, Ce, Sm, Gd, Yb, X, y, z, p and m are 0 <w? 0.2 and 0 <x <0.3, respectively, where w, x, y, z, p and m are each an element selected from the group consisting of F, N, , 0 = y? 0.1, 0? Z? 0.1, 0? P? 0.1, and -0.1? M? 0.2.

상기 코어의 Ti 농도보다 상기 외곽의 Ti 농도가 더 높을 수 있다.The outer Ti concentration may be higher than the Ti concentration of the core.

본 발명의 일 실시예에 의한 리튬 이차 전지용 양극 활물질 제조방법은 니켈 원료 물질 및 이종 원소 원료 물질을 공침 반응시켜 제1전구체를 수득하는 단계; 및 상기 제1전구체, 리튬 원료 물질 및 티탄 원료 물질을 혼합 후 소성하여, 하기 화학식 4로 표시되는 양극 활물질을 수득하는 단계;를 포함한다.According to an embodiment of the present invention, there is provided a method for preparing a cathode active material for a lithium secondary battery, comprising: obtaining a first precursor by coprecipitation reaction of a nickel raw material and a heterogeneous raw material; And mixing and firing the first precursor, the lithium source material, and the titanium source material to obtain a cathode active material represented by Formula 4 below.

[화학식 4][Chemical Formula 4]

Li1+mNi1-w-x-y-zTiwM1xM2yM3zO2-pXp Li 1 + m Ni 1-wxyz Ti w M1 x M 2 y M 3 z O 2-p X p

(상기 화학식 4에서, M1 및 M2는 서로 상이하며, 각각 Co, Mg, Al, Ca, V, Cr, Mn, Fe, Zn, Ge, Y, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Y, Ba, La, W, Ce, Sm, Gd, Yb, Sr 및 Ga으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 원소이고, M3는 Ni, Co, Mn, Al, Ti 중 1종 이상의 원소이다. X는 F, N, S, 및 P으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 원소이며, w, x, y, z, p 및 m은 각각 0<w≤0.2, 0<x<0.3, 0=y≤0.1, 0≤z≤0.1, 0≤p≤0.1, -0.1≤m≤0.2이다.)(Wherein M 1 and M 2 are different from each other and each of Co, Mg, Al, Ca, V, Cr, Mn, Fe, Zn, Ge, Y, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag M3 is at least one element selected from the group consisting of Ni, Co, Mn, Al, and Ti, and at least one element selected from the group consisting of Cd, In, Sn, Y, Ba, La, W, Ce, Sm, Gd, Yb, X, y, z, p and m are 0 <w? 0.2 and 0 <x <0.3, respectively, where w, x, y, z, p and m are each an element selected from the group consisting of F, N, , 0 = y? 0.1, 0? Z? 0.1, 0? P? 0.1, and -0.1? M? 0.2.

상기 제1전구체를 수득하는 단계에서, 상기 제1전구체는 하기 화학식 3을 만족하는 금속 수산화물을 포함할 수 있다.In the step of obtaining the first precursor, the first precursor may include a metal hydroxide satisfying the following formula (3).

[화학식 3](3)

Ni1-x-y-zM1xM2yM3z(OH)2-pXp Ni 1-xyz M 1 x M 2 y M 3 z (OH) 2-p X p

(상기 화학식 3에서, M1 및 M2는 서로 상이하며, 각각 Co, Mg, Al, Ca, V, Cr, Mn, Fe, Zn, Ge, Y, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Y, Ba, La, W, Ce, Sm, Gd, Yb, Sr 및 Ga으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 원소이고, M3는 Ni, Co, Mn, Al, Ti 중 한종 이상의 원소이다. X는 F, N, S, 및 P으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 원소이며, x, y, z, 및 p는 각각 0<x<0.3, 0≤y≤0.1, 0<z≤0.1, 0≤p≤0.1이다.)In the above formula (3), M1 and M2 are different from each other and each of Co, Mg, Al, Ca, V, Cr, Mn, Fe, Zn, Ge, Y, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag M3 is at least one element selected from the group consisting of Ni, Co, Mn, Al, and Ti, and at least one element selected from the group consisting of Cd, In, Sn, Y, Ba, La, W, Ce, Sm, Gd, Yb, X, y, z, and p are each an element selected from the group consisting of F, N, S, and P, 0 <x <0.3, 0? Y? 0.1, 0 <z Lt; = 0.1, 0 &lt; / = p &lt;

상기 양극 활물질을 수득하는 단계에서, 소성 온도는 700 내지 850℃일 수 있다.In the step of obtaining the positive electrode active material, the firing temperature may be 700 to 850 캜.

본 발명의 일 실시예에 의한 리튬 이차전지용 양극 활물질을 포함하는 리튬 이차전지는 양극; 음극; 및 전해질;을 포함한다.A lithium secondary battery including a cathode active material for a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention includes: a cathode; cathode; And an electrolyte.

초기 활성화 전압이 4.4 내지 4.6V일 수 있다.The initial activation voltage may be 4.4 to 4.6V.

티탄의 함량 제어를 통해 안정적인 산화조합이 가능한 전구체를 기대할 수 있다.A precursor capable of stable oxidation combination can be expected by controlling the content of titanium.

티탄의 함량 및 분포 형태 제어를 통해 고용량 및 고안정성의 다성분계 양극 활물질을 기대할 수 있다.High-capacity and high-stability multicomponent cathode active materials can be expected through controlling the content and distribution of titanium.

소성 온도 및 초기 활성화 전압의 제어를 통해 율특성 및 수명특성이 우수한 리튬 이차전지를 기대할 수 있다.A lithium secondary battery having excellent rate characteristics and life characteristics can be expected through control of the firing temperature and the initial activation voltage.

도 1은 실시예와 비교예의 차이에 따라 양극재의 표면형상에서 차이를 나타내는 SEM(scanning electron microscope) 사진이다.
도 2는 4.5V 활성화 전압 적용 시, 실시예 대비 비교예의 4.2V, 3.5V 방전구간에서의 방전전압 강하 현상 확인할 수 있는 그래프이다.
도 3은 Ti 과량 치환된 양극재의 XRD를 나타낸 도면이다.
도 4는 실시예의 초기 활성화 전압 4.5 V 적용 시, 방전용량 및 율 특성을 나타내는 그래프이다.
도 5는 실시예의 1st 활성화 전압 4.5V 적용 시, 방전용량 및 율 특성을 나타내는 그래프이다.
도 6은 실시예의 Ti 첨가량 변화에 따른 방전용량 및 율 특성을 나타내는 그래프이다.
도 7은 실시예의 Ti 첨가량 변화에 따른 전지의 수명특성을 나타내는 그래프이다.
도 8은 실시예의 Ti 첨가량 변화에 따른 SEM(scanning electron microscope) 사진이다.
도 9는 실시예의 Li/Metal ratio 변화에 따른 방전용량 및 율 특성을 나타내는 그래프이다.
도 10은 실시예의 Li/Metal ratio 변화에 따른 전지의 수명특성을 나타내는 그래프이다.
도 11은 실시예의 Li/Metal ratio 변화에 따른 SEM(scanning electron microscope) 사진이다.
도 12는 실시예의 열처리온도 변화에 따른 방전용량 및 율 특성을 나타내는 그래프이다.
도 13은 실시예의 열처리온도 변화에 따른 전지의 수명특성을 나타내는 그래프이다.
도 14는 실시예의 열처리온도 변화에 따른 SEM(scanning electron microscope) 사진이다.
도 15는 본 발명의 일구현예에 따른 리튬 전지의 대표적인 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
1 is a scanning electron microscope (SEM) photograph showing the difference in the surface shape of the cathode material according to the difference between the embodiment and the comparative example.
FIG. 2 is a graph showing a discharge voltage drop phenomenon in 4.2 V and 3.5 V discharge sections of a comparative example compared with the embodiment when applying a 4.5 V activation voltage.
3 is a view showing XRD of a Ti over-substituted cathode material.
4 is a graph showing the discharge capacity and rate characteristics when applying the initial activation voltage of 4.5 V in the embodiment.
5 is a graph showing the discharge capacity and the rate characteristic when applying the 1 st activation voltage of 4.5 V in the embodiment.
6 is a graph showing the discharge capacity and the rate characteristic according to the Ti addition amount change in the embodiment.
Fig. 7 is a graph showing lifetime characteristics of the battery according to the Ti addition amount change in the examples. Fig.
8 is a SEM (scanning electron microscope) photograph according to the Ti addition amount change in the example.
9 is a graph showing the discharge capacity and the rate characteristic according to the Li / metal ratio change in the embodiment.
10 is a graph showing lifetime characteristics of a battery according to the Li / metal ratio change of the embodiment.
11 is a SEM (scanning electron microscope) photograph according to the variation of Li / metal ratio in the embodiment.
12 is a graph showing the discharge capacity and the rate characteristic according to the heat treatment temperature change in the embodiment.
13 is a graph showing lifetime characteristics of the battery according to the heat treatment temperature change of the embodiment.
14 is a SEM (scanning electron microscope) photograph according to the heat treatment temperature change of the embodiment.
15 is a view schematically showing a typical structure of a lithium battery according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 구현예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 구현예들에 한정되지 않는다.Hereinafter, various 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 be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and the same or similar components are denoted by the same reference numerals throughout the specification.

또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.In addition, since the sizes and thicknesses of the respective components shown in the drawings are arbitrarily shown for convenience of explanation, the present invention is not necessarily limited to those shown in the drawings. In the drawings, the thickness is enlarged to clearly represent the layers and regions. In the drawings, for the convenience of explanation, the thicknesses of some layers and regions are exaggerated.

또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한, 기준이 되는 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 하는 것은 기준이 되는 부분의 위 또는 아래에 위치하는 것이고, 반드시 중력 반대 방향 쪽으로 "위에" 또는 "상에" 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.Also, when a portion such as a layer, a film, an area, a plate, etc. is referred to as being "on" or "on" another portion, this includes not only the case where the other portion is "directly on" . Conversely, when a part is "directly over" another part, it means that there is no other part in the middle. Also, to be "on" or "on" the reference portion is located above or below the reference portion and does not necessarily mean "above" or "above" toward the opposite direction of gravity .

또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Also, throughout the specification, when an element is referred to as "including" an element, it is understood that the element may include other elements as well, without departing from the other elements unless specifically stated otherwise.

리튬 이차전지용 양극 활물질 전구체Cathode active material precursor for lithium secondary battery

제1구현예First embodiment

본 발명에 의한 일 구현예로서 리튬 이차전지용 양극 활물질 전구체는 하기 화학식 1로 표시되는 금속 수산화물을 포함한다.In one embodiment of the present invention, the precursor of a cathode active material for a lithium secondary battery includes a metal hydroxide represented by the following general formula (1).

[화학식 1][Chemical Formula 1]

Ni1-w-x-y-zTiwM1xM2yM3z(OH)2-pXp Ni 1-wxyz Ti w M1 x M 2 y M 3 z (OH) 2-p X p

상기 화학식 1에서 M1 및 M2는 서로 상이하며, 각각 Co, Mg, Al, Ca, V, Cr, Mn, Fe, Zn, Ge, Y, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Y, Ba, La, W, Ce, Sm, Gd, Yb, Sr 및 Ga으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 원소이고, M3는 Ni, Co, Mn, Al, Ti 중 1종 이상의 원소이다.In Formula 1, M 1 and M 2 are different from each other, and Co, Mg, Al, Ca, V, Cr, Mn, Fe, Zn, Ge, Y, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh, Pd, M3 is any one element selected from the group consisting of In, Sn, Y, Ba, La, W, Ce, Sm, Gd, Yb, Sr and Ga. It is an element.

X는 F, N, S 및 P으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 원소이며, w, x, y, z 및 p는 0<w≤0.2, 0≤x≤0.1, 0≤y≤0.3, 0≤z≤0.1, 0≤p≤0.1로 상기 화학식 1로부터 제조되는 전구체의 Ni 몰분율은 0.8 이상이다.X is any one element selected from the group consisting of F, N, S and P, and w, x, y, z and p satisfy 0? W? 0.2, 0? X? 0.1, 0? Y? 0.3, z? 0.1, 0? p? 0.1, and the Ni mole fraction of the precursor produced from the above formula (1) is 0.8 or more.

앞서 설명했던 바와 같이, 기존의 니켈-코발트-망간을 기본으로 하는 3원계 양극 활물질 중에서 특히, 고용량 발현을 목표로 하는 니켈 80% 이상의 High 니켈계 양극 활물질의 경우, 망간이 산화에 의한 변화가 심하다는 문제에 대한 인식이 있었다.As described above, among the conventional ternary cathode active materials based on nickel-cobalt-manganese, in particular, in the case of the High nickel-based positive electrode active material having a nickel content of 80% or more aiming at high capacity expression, There was a perception of the problem.

이와 같은 문제의 해결을 위해 본 발명의 일 실시예에 의한 리튬 이차전지용 양극 활물질 전구체는 망간을 티탄으로 대체한다. 티탄은 망간과 같은 주기의 원소이고 산화가가 +4로서 망간보다 안정적인 산화가 조합이 가능하다.In order to solve such a problem, the precursor of the cathode active material for a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention replaces manganese with titanium. Titanium is an element of the same period as manganese and has an oxidation potential of +4, so that stable oxidation can be combined with manganese.

이에 따라 고용량 발현이 가능함은 물론이고, 고 율특성을 기대할 수 있다. 뿐만 아니라 우수한 수명특성과 고온 안정성이 발현될 수 있다.Accordingly, not only high-dose expression is possible, but high-rate characteristics can be expected. In addition, excellent lifetime characteristics and high temperature stability can be exhibited.

니켈은 고함량으로 포함되어 있어서 고용량의 양극 활물질의 제조에 바람직하게 사용될 수 있다. 니켈의 함량은 티탄, M1, M2 및 M3의 함량에 따라 달라진다. 니켈의 몰분율이 0.8 미만일 경우, 높은 용량을 기대하기 어려울 수 있다.Nickel is contained in a high content and can be preferably used for producing a high capacity cathode active material. The content of nickel depends on the contents of titanium, M1, M2 and M3. When the molar fraction of nickel is less than 0.8, it may be difficult to expect a high capacity.

티탄은 망간의 대체를 위한 원소로서 본 발명의 일 실시예에 의한 리튬 이차전지용 양극 활물질 전구체에 필수적으로 포함된다. 티탄의 몰분율이 0.2 이상일 경우, 고용량 및 고율특성을 기대하기 어려울 수 있으며, 포함되지 않을 경우, 우수한 수명특성과 고온 안정성이 발현되지 않을 수 있다. 티탄은 전구체에 고르게 분포될 수 있다.Titanium is an element for replacement of manganese and is essentially contained in a cathode active material precursor for a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention. When the molar fraction of titanium is 0.2 or more, it may be difficult to expect high-capacity and high-rate characteristics, and when not included, excellent lifetime characteristics and high-temperature stability may not be exhibited. Titanium can be evenly distributed in the precursor.

M1, M2는 Co, Mg, Al, Ca, V, Cr, Mn, Fe, Zn, Ge, Y, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Y, Ba, La, W, Ce, Sm, Gd, Yb, Sr 및 Ga으로 중에서 서로 상이하게 선택되며, M3는 Ni, Co, Mn, Al, Ti 중 1종 이상을 선택한다.M1 and M2 are selected from the group consisting of Co, Mg, Al, Ca, V, Cr, Mn, Fe, Zn, Ge, Y, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, In, Sn, La, W, Ce, Sm, Gd, Yb, Sr and Ga, and M3 is at least one selected from Ni, Co, Mn, Al and Ti.

X는 코팅원소로서 F, N, S 및 P으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 코팅원소가 F일 경우 불소가 대부분 리튬 금속산화물의 표면에 위치하여 고전압하 전해액 분해에 의한 가스 생성 억제 및 열적 안정성 상승효과를 기대할 수 있다.X may be selected from the group consisting of F, N, S and P as coating elements. When the coating element is F, most of the fluorine is located on the surface of the lithium metal oxide, so that it is expected to suppress the generation of gas by electrolysis decomposition under high voltage and increase the thermal stability.

본 발명의 일 실시예에 의한 리튬 이차전지용 양극 활물질 전구체는 하기 화학식 2로 표시되는 금속 수산화물을 포함할 수 있다.The precursor of the cathode active material for a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention may include a metal hydroxide represented by the following formula (2).

[화학식 2](2)

Ni1-w-xCoxTiw(OH)2-pXp Ni 1-wx Co x Ti w (OH) 2-p X p

상기 화학식 2에서 X는 F, N, S 및 P으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 원소이며 w, x 및 p 는 각각 0.02≤w≤0.2, 0≤x≤0.18, w+x≤0.2, 0≤p≤0.1이다.X is an element selected from the group consisting of F, N, S and P, and w, x and p are respectively 0.02? W? 0.2, 0? X? 0.18, w + x? 0.2, p? 0.1.

티탄은 0.02≤w≤0.2의 함량 범위를 갖는다. 0.02을 이상의 함량을 가짐으로써 고 율특성을 기대할 수 있으며 수명특성과 고온 안정성의 향상을 기대할 수 있다.Titanium has a content range of 0.02? W? 0.2. By having a content of 0.02 or more, high-rate characteristics can be expected, and lifetime characteristics and high-temperature stability can be expected to be improved.

코발트의 몰분율은 0 이상, 0.18 이하의 범위를 만족할 수 있다. w와 x가 각각 0.02≤w≤0.2, 0≤x≤0.18, w+x≤0.2를 만족함에 따라 니켈의 몰분율은 0.8 내지 0.98의 값으로 제어될 수 있다. 니켈의 몰분율이 상기 범위를 만족시킴으로써 고용량 발현 및 니켈의 산화가 안정을 통한 고 율특성 및 수명특성, 고온 안정성이 상승하는 효과를 기대할 수 있다.The molar fraction of cobalt can be in the range of 0 to 0.18. As the w and x satisfy 0.02? w? 0.2, 0? x? 0.18 and w + x? 0.2, the molar fraction of nickel can be controlled to a value of 0.8 to 0.98. When the molar fraction of nickel satisfies the above range, it is expected that high-rate characteristics, lifetime characteristics and high-temperature stability through high-capacity expression and stable oxidation of nickel are increased.

본 발명에 의한 제1구현예의 리튬 이차전지용 양극 활물질 전구체 제조방법은 니켈 원료 물질, 티탄 원료 물질 및 이종 원소 원료 물질을 공침 반응시켜 전구체를 수득하는 단계를 포함하며 상기 전구체는 상기 화학식 1로 표시되는 금속 수산화물을 포함한다.The method for preparing a precursor of a cathode active material for a lithium secondary battery according to the first embodiment of the present invention includes a step of obtaining a precursor by coprecipitation reaction of a nickel raw material, a titanium raw material and a heteroatom raw material, Metal hydroxides.

먼저, 공침 반응을 위해 니켈 원료 물질, 티탄 원료 물질 및 이종 원소 원료 물질과 용매를 혼합하되, 화학양론비를 만족하도록 혼합하여 용해한다. 이때, 착화제가 부분적으로 혼합될 수 있다.First, for the coprecipitation reaction, the nickel raw material, the titanium raw material, the heterogeneous raw material and the solvent are mixed and dissolved by mixing to satisfy the stoichiometric ratio. At this time, the complexing agent can be partially mixed.

니켈 원료물질은 양이온 및 임의의 음이온이 이온 결합된 물질로서 물에 용해되어 양이온 및 음이온으로 해리되는 물질이라면 특별히 제한되지 않는다. 구체적으로는 황산염, 질산염 및 염산염 또는 이들의 혼합물일 수 있다.The nickel raw material is not particularly limited as long as it is a substance in which cations and certain anions are ionically bonded and is dissolved in water to dissociate into cations and anions. Specifically, it may be a sulfate, a nitrate, and a hydrochloride or a mixture thereof.

또한, 티탄 원료물질은 양이온 및 임의의 음이온이 이온 결합된 물질로서 물에 용해되어 양이온 및 음이온으로 해리되는 물질이라면 특별히 제한되지 않는다. 구체적으로는 황산염, 황산염 수화물 또는 이들의 혼합물일 수 있다.Further, the titanium raw material is not particularly limited as long as it is a substance in which cations and certain anions are ionically bonded and is dissolved in water to dissociate into cations and anions. Specifically, it may be a sulfate, a sulfate hydrate, or a mixture thereof.

이종 원소 원료물질은 니켈 및 티탄을 제외한 금속 양이온(예를 들어 Co, Al, Mn, Mg, Zr, Sn, Ca, Ge, Cr, Fe 등의 양이온) 및 임의의 음이온이 이온 결합된 물질로서 물에 용해되어 양이온 및 음이온으로 해리되는 물질이라면 특별히 제한되지 않는다. 구체적으로는 황산염, 질산염 및 염산염 또는 이들의 혼합물일 수 있다.The heterogeneous elementary raw material is a substance in which a metal cation other than nickel and titanium (for example, cations such as Co, Al, Mn, Mg, Zr, Sn, Ca, Ge, Cr and Fe) And is not particularly limited as long as it is a substance dissociated into cations and anions. Specifically, it may be a sulfate, a nitrate, and a hydrochloride or a mixture thereof.

상기 화학식 1에서 M1 및 M2는 각각 이종 원소이고, M3는 Ni, Co, Mn, Al, Ti 중 1종 이상의 원소이다.In the above formula (1), M 1 and M 2 are each a different element, and M 3 is at least one element selected from the group consisting of Ni, Co, Mn, Al and Ti.

용매는 극성을 가지며, 증류수가 이용될 수 있다.The solvent has polarity, and distilled water can be used.

용매에 용해되어 원자 단위에서 균질하게 혼합된 원료 물질들이 침전제의 투입으로 조성이 균질한 입자가 침전되며, 잔존 염이 용해된 용액이 포함될 수 있다. The raw materials dissolved in the solvent and homogeneously mixed in the atomic unit may contain a solution in which the homogeneous composition is precipitated by the introduction of the precipitant and the residual salt is dissolved.

침전제는 pH 조절제로서 기능할 수 있다. 수산화나트륨(NaOH), 수산화칼륨(KOH) 및 수산화리튬(LiOH) 중에서 선택되는 수산화기를 가진 알칼리 용액이거나, 이들의 혼합물이 사용될 수 있다. 이때, NH4OH, Na2CO3, Organic acid(유기산)등의 착화제를 첨가하면 수득되는 전구체의 형상제어에 유리할 수 있다.The precipitant may function as a pH adjusting agent. An alkaline solution having a hydroxyl group selected from sodium hydroxide (NaOH), potassium hydroxide (KOH) and lithium hydroxide (LiOH), or a mixture thereof may be used. At this time, addition of a complexing agent such as NH 4 OH, Na 2 CO 3 , or organic acid (organic acid) may be advantageous for controlling the shape of the precursor obtained.

니켈 원료 물질, 티탄 원료 물질 및 이종 원소 원료 물질이 용해된 용액의 금속의 몰 농도가 2.0 내지 3.0M가 되도록 제어할 수 있다. 용액 내 금속의 몰 농도가 상기 수치 범위를 만족함으로써 전구체를 치밀하게 합성이 가능하며 이를 통해 에너지밀도 상승 효과를 기대할 수 있다.The molar concentration of the metal in the solution in which the nickel raw material, the titanium raw material and the heterogeneous raw material are dissolved may be controlled to be 2.0 to 3.0 M. The precursor can be densely synthesized by satisfying the above-mentioned molarity of the metal in the solution, and the energy density can be expected to be increased.

상기 제조방법에 의해 제조된 전구체는 구 형상일 수 있으며, 평균 직경이 5㎛ 이하 및 13㎛ 이상일 수 있다. 상기 수치 범위를 만족함으로써 서로 상이한 입도의 양극재를 Bimodal화 하여 압연밀도 상승 및 단위체적당 에너지밀도 상승 효과를 기대할 수 있다.The precursor prepared by the above production method may be spherical and may have an average diameter of 5 탆 or less and 13 탆 or more. By satisfying the above-described numerical range, the cathode material having different particle sizes can be bimodalized, thereby increasing the rolling density and increasing the energy density per unit volume.

제2구현예Second embodiment

본 발명에 의한 일 구현예로서 리튬 이차전지용 양극 활물질 전구체는 하기 화학식 1로 표시되는 금속 수산화물을 포함하는 리튬 이차전지용 양극 활물질 전구체이되, 상기 전구체 중에서 코어의 Ti 농도와 외곽의 Ti 농도 차이가 존재할 수도 있다.In one embodiment of the present invention, the precursor of the cathode active material for a lithium secondary battery is a precursor of a cathode active material for a lithium secondary battery comprising a metal hydroxide represented by the following Chemical Formula 1, wherein the difference between the Ti concentration of the core and the Ti concentration have.

[화학식 1][Chemical Formula 1]

Ni1-w-x-y-zTiwM1xM2yM3z(OH)2-pXp Ni 1-wxyz Ti w M1 x M 2 y M 3 z (OH) 2-p X p

M1 및 M2는 서로 상이하며, 각각 Co, Mg, Al, Ca, V, Cr, Mn, Fe, Zn, Ge, Y, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Y, Ba, La, W, Ce, Sm, Gd, Yb, Sr 및 Ga으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 원소이고, M3는 Ni, Co, Mn, Al, Ti 중 1종 이상의 원소이다.M1 and M2 are different from each other and each of Co, Mg, Al, Ca, V, Cr, Mn, Fe, Zn, Ge, Y, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag, And M3 is at least one element selected from the group consisting of Ni, Co, Mn, Al, and Ti, and at least one element selected from the group consisting of Y, Ba, La, W, Ce, Sm, Gd, Yb, Sr and Ga.

X는 F, N, S 및 P으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 원소이며, w, x, y, z, 및 p는 0<w≤0.2, 0≤x<0.1, 0≤y≤0.3, 0≤z≤0.1, 0≤p≤0.1로 상기 화학식 1로부터 제조되는 전구체의 Ni 몰분율은 0.8 이상이다.X is any one element selected from the group consisting of F, N, S and P, and w, x, y, z and p satisfy 0 <w? 0.2, 0? X <0.1, 0? Y? Lt; = z &lt; 0.1, 0 &lt; = p &lt; = 0.1, and the Ni mole fraction of the precursor produced from the above formula (1) is 0.8 or more.

전구체는 코어와 코어를 둘러싸는 외곽으로 구분될 수 있다. 전구체의 중심으로부터 총 체적의 50%가 코어일 수 있고 코어로부터 최외측 표면까지 외곽일 수 있다.The precursor can be divided into a core and an enclosure surrounding the core. 50% of the total volume from the center of the precursor may be the core and may be the outer perimeter from the core to the outermost surface.

구체적으로는, 상기 코어의 Ti 농도는 상기 외곽의 Ti 농도와 다를 수 있으며, 코어와 외곽을 구분하는 기준이 티탄의 농도일 수 있다. 중량%로, 50% 미만의 티탄이 코어에 존재할 수 있고, 50%를 초과하는 티탄이 외곽에 존재할 수 있다.Specifically, the Ti concentration of the core may be different from the Ti concentration of the outer region, and the criterion for distinguishing the core from the outer region may be titanium concentration. By weight, less than 50% of the titanium may be present in the core and greater than 50% of the titanium may be present in the enclosure.

코어에 고르게 분포된 티탄은 니켈의 산화가 안정을 통한 구조 안정성을 향상시키며, 외곽에 50%를 초과하여 존재하는 티탄은 코어와 상이한 조성의 안정적인 구조층을 형성하여 고온 안정성의 상승 효과를 기대할 수 있다.Titanium evenly distributed on the core improves the structural stability through oxidation stability of nickel and titanium which exists in the outer region in excess of 50% forms a stable structure layer having a composition different from that of the core, have.

본 발명에 의한 제2구현예의 리튬 이차전지용 양극 활물질 전구체 제조방법은 니켈 원료 물질 및 이종 원소 원료 물질을 공침 반응시켜 제1전구체를 수득하는 단계 및 제1전구체를 티탄 원료 물질과 반응시켜 코어와 코어를 감싸는 외곽으로 구분되는 제2전구체를 수득하는 단계를 포함한다.The method for producing a precursor of a cathode active material for a lithium secondary battery according to a second embodiment of the present invention comprises the steps of: obtaining a first precursor by coprecipitation reaction of a nickel raw material and a heterogeneous raw material, and reacting the first precursor with a titanium raw material, To obtain a second precursor which is divided into an outer envelope surrounding the first precursor.

제2전구체는 코어의 Ti 농도와 외곽의 Ti 농도 차이가 존재하며, 상기 화학식 1로 표시되는 금속 수산화물을 포함한다.The second precursor has a difference between the Ti concentration of the core and the outer Ti concentration, and includes the metal hydroxide represented by the above formula (1).

먼저, 공침 반응을 통해 니켈 원료 물질 및 이종 원소 원료 물질, 티탄원료와 용매를 혼합하되, 화학양론비를 만족하도록 혼합한다. 침전제가 더 혼합될 수 있다. 니켈 원료 물질, 이종 원소 원료 물질, 티탄원료, 용매 및 침전제에 대한 설명은 상기 기재한 설명으로 대신하기로 한다.First, the nickel raw material and the heterogeneous raw material, the titanium raw material and the solvent are mixed through the coprecipitation reaction, and the mixture is mixed so as to satisfy the stoichiometric ratio. The precipitant may be further mixed. The description of the nickel raw material, the hetero-element raw material, the titanium raw material, the solvent, and the precipitant is superseded by the above description.

공침 반응에 의한 제1전구체는 하기 화학식 3을 만족하는 금속 수산화물을 포함할 수 있다.The first precursor by the coprecipitation reaction may include a metal hydroxide satisfying the following formula (3).

[화학식 3](3)

Ni1-x-y-zM1xM2yM3z(OH)2-pXp Ni 1-xyz M 1 x M 2 y M 3 z (OH) 2-p X p

상기 화학식 3에서 M1 및 M2는 서로 상이하며, 각각 Co, Mg, Al, Ca, V, Cr, Mn, Fe, Zn, Ge, Y, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Y, Ba, La, W, Ce, Sm, Gd, Yb, Sr 및 Ga으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 원소이고, M3는 Ni, Co, Mn, Al, Ti 중 1종 이상의 원소이다.In Formula 3, M1 and M2 are different from each other, and Co, Mg, Al, Ca, V, Cr, Mn, Fe, Zn, Ge, Y, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh, Pd, M3 is any one element selected from the group consisting of In, Sn, Y, Ba, La, W, Ce, Sm, Gd, Yb, Sr and Ga. It is an element.

X는 F, N, S, 및 P으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 원소이며, x, y, z, 및 p는 각각 0<x<0.3, 0≤y≤0.1, 0≤z≤0.1, 0≤p≤0.1이다.X is any one element selected from the group consisting of F, N, S and P, x, y, z and p are 0 <x <0.3, 0? Y? 0.1, 0? Z? ? P? 0.1.

제1전구체를 티탄 원료 물질과 반응시킴으로써 코어 및 코어를 감싸는 외곽으로 구분되는 제2전구체를 수득한다.By reacting the first precursor with the titanium raw material, a second precursor is obtained that encloses the core and the core and is divided into an outline.

제1전구체를 티탄 원료 물질의 반응을 통해 제조된 제2전구체는 코어 및 코어를 감싸는 외곽으로 구분되며, 코어의 Ti 농도보다 외곽의 Ti 농도가 더 높게 형성될 수 있다.The second precursor prepared through the reaction of the first precursor with the titanium raw material is divided into a core and a periphery surrounding the core, and the Ti concentration outside the core may be higher than the Ti concentration of the core.

리튬 이차전지용 양극 활물질Cathode active material for lithium secondary battery

제3구현예Third embodiment

본 발명에 의한 일 구현예로서 리튬 이차전지용 양극 활물질은 하기 화학식 4로 표시되는 금속 산화물을 포함한다.In one embodiment of the present invention, the cathode active material for a lithium secondary battery includes a metal oxide represented by the following formula (4).

[화학식 4][Chemical Formula 4]

Li1+mNi1-w-x-y-zTiwM1xM2yM3zO2-pXp Li 1 + m Ni 1-wxyz Ti w M1 x M 2 y M 3 z O 2-p X p

상기 화학식 4에서 M1 및 M2는 서로 상이하며, 각각 Co, Mg, Al, Ca, V, Cr, Mn, Fe, Zn, Ge, Y, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Y, Ba, La, W, Ce, Sm, Gd, Yb, Sr 및 Ga으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 원소이고, M3는 Ni, Co, Mn, Al, Ti 중 1종 이상의 원소이다.In Formula 4, M 1 and M 2 are different from each other, and Co, Mg, Al, Ca, V, Cr, Mn, Fe, Zn, Ge, Y, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh, Pd, M3 is any one element selected from the group consisting of In, Sn, Y, Ba, La, W, Ce, Sm, Gd, Yb, Sr and Ga. It is an element.

X는 F, N, S, 및 P으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 원소이며, w, x, y, z, p 및 m은 각각 0.02≤w≤0.2, 0<x<0.1, 0≤y≤0.3, 0≤z≤0.1, 0≤p≤0.1, 0<m≤0.1이다.X is any one element selected from the group consisting of F, N, S and P, and w, x, y, z, p and m are each in the range of 0.02? W? 0.2, 0 <x <0.1, 0.3, 0? Z? 0.1, 0? P? 0.1, 0 <m?

상기 제1구현예에 해당하는 전구체와 리튬 원료 물질과의 혼합으로 상기 화학식 4로 표시되는 금속 산화물을 포함하는 양극 활물질을 얻을 수 있다. m은 0<m≤0.1를 만족시키는 값으로서 0 이하일 경우, Li 부족에 기인하는 구조적 불안정성으로 양극재의 성능열화 원인으로 작용할 수 있고, 0.1을 초과할 경우, 비활성 Li의 증가로 표면 잔류량 증가에 의한 표면 부반응 증대 및 방전용량 저하에 의한 에너지밀도 저하의 원인일 수 있다. 따라서 m은 0을 초과하며 0.1 이하의 범위로 제어될 수 있다.The positive electrode active material containing the metal oxide represented by Formula 4 can be obtained by mixing the precursor corresponding to the first embodiment with the lithium source material. m is a value that satisfies 0 < m &lt; = 0.1, the structural instability attributed to Li deficiency may act as a cause of deterioration of the performance of the cathode material. On the other hand, if it exceeds 0.1, m due to increase in surface Li It may be a cause of increase of surface side reaction and decrease of energy density due to reduction of discharge capacity. Therefore, m can be controlled in a range exceeding 0 and not more than 0.1.

티탄은 망간의 대체를 위한 원소로서 본 발명에 의한 리튬 이차전지용 양극 활물질에 필수적으로 포함된다. 티탄의 몰분율이 0.02 미만일 경우, 고 율특성을 기대하기 어려울 수 있으며, 우수한 수명특성과 고온 안정성이 발현되지 않을 수 있다. 티탄은 양극 활물질에 고르게 분포될 수 있다.Titanium is an element for replacement of manganese and is essentially contained in a cathode active material for a lithium secondary battery according to the present invention. When the molar fraction of titanium is less than 0.02, it may be difficult to expect high-rate characteristics, and excellent lifetime characteristics and high-temperature stability may not be exhibited. Titanium can be evenly distributed in the cathode active material.

구체적으로, 양극 활물질의 조성은 금속 전체 100몰%에 대해, Ni≥80%, Co≤20%, Ti≤10%로서, 중심입경 기준 5 내지 20㎛의 입경을 가지며 Li/Metal ratio가 1.0을 초과하며, 1.1 이하인 구성을 포함할 수 있다.Specifically, the composition of the positive electrode active material has a particle diameter of 5 to 20 mu m based on the center particle diameter, and a Li / metal ratio of 1.0% , And 1.1 or less.

본 발명에 의한 제3구현예의 리튬 이차전지용 양극 활물질 제조방법은 니켈 원료 물질, 티탄 원료 물질 및 이종 원소 원료 물질을 공침 반응시켜 전구체를 수득하는 단계 및 상기 전구체 및 리튬 원료 물질을 혼합 후 소성하여, 상기 화학식 4로 표시되는 양극 활물질을 수득하는 단계를 포함한다.The method for producing a cathode active material for a lithium secondary battery according to a third embodiment of the present invention includes the steps of: obtaining a precursor by coprecipitation reaction of a nickel raw material, a titanium raw material, and a heterogeneous raw material to form a precursor; Thereby obtaining a cathode active material represented by the above formula (4).

상기 전구체를 수득하는 단계는 제1구현예에 의한 전구체 제조방법에 대한 상기의 설명으로 대신하기로 한다.The step of obtaining the precursor is superseded by the above description of the method for producing the precursor according to the first embodiment.

전구체와 리튬 원료 물질을 혼합한다. 전구체에 대해 리튬 원료물질을 1.0:1.0 내지 1.1:1의 몰비(리튬 원료 물질: 전구체)로 혼합할 수 있다. 또한, 리튬 원료 물질로는 일반적으로 양극 활물질의 제조 시 사용되는 수산화리튬(LiOH), 탄산리튬(LiCO3) 등의 리튬 화합물 또는 혼합물이 사용될 수 있다.The precursor and the lithium raw material are mixed. The lithium source material may be mixed with the precursor at a molar ratio of 1.0: 1.0 to 1.1: 1 (lithium source material: precursor). As the lithium source material, a lithium compound such as lithium hydroxide (LiOH), lithium carbonate (LiCO 3 ) or the like which is generally used in the production of the cathode active material may be used.

혼합 후 소성함으로써 양극 활물질을 수득한다. 이때 산화분위기내에서 소성 온도는 700℃ 내지 850℃일 수 있으며 유지구간 기준 20시간 이내에서 소성할 수 있다.Followed by mixing and firing to obtain a cathode active material. In this case, the firing temperature in the oxidizing atmosphere may be 700 ° C. to 850 ° C., and the firing may be performed within 20 hours based on the maintenance interval.

제4구현예Fourth embodiment

본 발명에 의한 일 구현예로서 리튬 이차전지용 양극 활물질은 하기 화학식 4로 표시되는 금속 산화물을 포함하는 리튬 이차전지용 양극 활물질이며, 상기 양극 활물질은 코어 및 상기 코어를 감싸는 외곽을 포함하되, 상기 코어의 Ti 농도와 상기 외곽의 Ti 농도 차이가 존재한다.In one embodiment of the present invention, a cathode active material for a lithium secondary battery includes a metal oxide represented by Chemical Formula 4, and the cathode active material includes a core and an outer casing surrounding the core, There is a difference between the Ti concentration and the outer Ti concentration.

[화학식 4][Chemical Formula 4]

Li1+mNi1-w-x-y-zTiwM1xM2yM3zO2-pXp Li 1 + m Ni 1-wxyz Ti w M1 x M 2 y M 3 z O 2-p X p

상기 화학식 4에서 M1 및 M2는 서로 상이하며, 각각 Co, Mg, Al, Ca, V, Cr, Mn, Fe, Zn, Ge, Y, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Y, Ba, La, W, Ce, Sm, Gd, Yb, Sr 및 Ga으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 원소이고, M3는 Ni, Co, Mn, Al, Ti 중 1종 이상의 원소이다.In Formula 4, M 1 and M 2 are different from each other, and Co, Mg, Al, Ca, V, Cr, Mn, Fe, Zn, Ge, Y, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh, Pd, M3 is any one element selected from the group consisting of In, Sn, Y, Ba, La, W, Ce, Sm, Gd, Yb, Sr and Ga. It is an element.

X는 F, N, S, 및 P으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 원소이며, w, x, y, z, p 및 m은 각각 0<w≤0.2, 0<x<0.1, 0≤y≤0.3, 0≤z≤0.1, 0≤p≤0.1, 0<m≤0.1이다.X is any one element selected from the group consisting of F, N, S and P, and w, x, y, z, p and m are 0 <w? 0.2, 0 <x <0.1, 0? 0.3, 0? Z? 0.1, 0? P? 0.1, 0 <m?

상기 제2구현예에 해당하는 전구체와 리튬 원료 물질과의 혼합으로 상기 화학식 4로 표시되는 금속 산화물을 포함하는 양극 활물질을 얻을 수 있다.The cathode active material containing the metal oxide represented by the formula (4) can be obtained by mixing the precursor corresponding to the second embodiment with the lithium source material.

다만, 제4구현예에 의한 양극 활물질은 코어와 코어를 둘러싸는 외곽을 포함할 수 있으며, 외곽 표면의 적어도 일부에 결합하는 코팅층을 더 포함할 수 있다. 구체적으로는, 상기 코어의 Ti 농도보다 상기 외곽의 Ti 농도가 더 높을 수 있다. 코어와 외곽을 구분하는 기준이 티탄의 농도일 수 있으며, 전체 티탄 농도의 50%를 초과하여 외곽에 존재할 수 있고, 그 잔부가 코어에 존재할 수 있다.However, the cathode active material according to the fourth embodiment may further include a coating layer that may include a core and an outer periphery surrounding the core, and may be bonded to at least a part of the outer surface. Specifically, the outer Ti concentration may be higher than the Ti concentration of the core. The criterion for distinguishing between the core and the enclosure may be the titanium concentration, which may be present in the enclosure in excess of 50% of the total titanium concentration, and the remainder may be present in the core.

티탄이 외곽에 집중됨으로써 조성 및 티탄의 영향으로 구조적으로 안정한 표면층이 형성되며, 이로 인한 고온 안정성에서의 개선 효과를 기대할 수 있다.As the titanium is concentrated on the outer surface, a structurally stable surface layer is formed due to the influence of the composition and the titanium, and the effect of improving the high temperature stability can be expected.

본 발명에 의한 제4구현예의 리튬 이차전지용 양극 활물질 제조방법 중 하나로서, 니켈 원료 물질 및 이종 원소 원료 물질을 공침 반응시켜 제1전구체를 수득하는 단계, 제1전구체를 티탄 원료 물질과 반응시켜 코어 및 코어를 감싸는 외곽으로 구분되는 제2전구체를 수득하는 단계 및 제2전구체 및 리튬 원료 물질을 혼합 후 소성하여 화학식 4로 표시되는 양극 활물질을 수득하는 단계를 포함한다.As a method for producing a cathode active material for a lithium secondary battery according to a fourth embodiment of the present invention, there is a method for producing a cathode active material by reacting a nickel precursor with a titanium raw material to obtain a first precursor by coprecipitation reaction of a nickel precursor and a heterogeneous precursor raw material, And a second precursor separating the core from the first precursor; and mixing and firing the second precursor and the lithium source material to obtain a cathode active material represented by Formula (4).

제1전구체 및 제2전구체를 수득하는 단계는 제2구현예에 의한 전구체 제조방법에 대한 상기의 설명으로 대신하기로 한다.The step of obtaining the first precursor and the second precursor will be replaced by the above description of the precursor production method according to the second embodiment.

제2전구체와 리튬 원료 물질을 혼합한다. 제2전구체에 대해 리튬 원료물질을 1:1 내지 1.1:1의 몰비(리튬 원료 물질: 전구체)로 혼합할 수 있다. 혼합 후, 소성함으로써 양극 활물질을 수득한다. The second precursor is mixed with the lithium source material. The lithium precursor may be mixed with the second precursor in a molar ratio (lithium source material: precursor) of 1: 1 to 1.1: 1. After mixing and firing, a cathode active material is obtained.

이때 산화분위내에서 소성 온도는 700 내지 850℃일 수 있으며, 유지구간 기준 20시간 이내에서 소성할 수 있다.In this case, the firing temperature in the oxidized zone may be 700 to 850 ° C, and the firing may be performed within 20 hours based on the maintenance interval.

또는 본 발명에 의한 제4구현예의 리튬 이차전지용 양극 활물질 제조방법 중 또 다른 하나로서 니켈 원료 물질 및 이종 원소 원료 물질을 공침 반응시켜 제1전구체를 수득하는 단계 및 제1전구체, 리튬 원료 물질 및 티탄 원료 물질을 혼합 후 소성하여 하기 화학식 4로 표시되는 양극 활물질을 수득하는 단계를 포함한다.Alternatively, as another method of manufacturing the cathode active material for a lithium secondary battery according to the fourth embodiment of the present invention, there is provided a method for producing a lithium secondary battery, comprising the steps of: preparing a first precursor by coprecipitation reaction of a nickel raw material and a heterogeneous raw material to form a first precursor, Mixing the raw materials and then firing to obtain a cathode active material represented by the following formula (4).

상기 제1전구체를 수득하는 단계는 제2구현예에 의한 제1전구체 제조방법에 대한 상기의 설명으로 대신하기로 한다.The step of obtaining the first precursor is superseded by the above description of the first precursor manufacturing method according to the second embodiment.

제1전구체와 리튬 원료 물질을 혼합한다. 제1전구체에 대해 리튬 원료물질을 1:1 내지 1.1:1의 몰비(리튬 원료 물질: 전구체)로 혼합할 수 있다. 또한, 리튬 원료 물질로는 일반적으로 양극 활물질의 제조 시 사용되는 수산화리튬(LiOH), 탄산리튬(LiCO3) 등의 리튬 화합물이 사용될 수 있다.The first precursor and the lithium raw material are mixed. The lithium precursor may be mixed with the first precursor in a molar ratio (lithium source material: precursor) of 1: 1 to 1.1: 1. As the lithium source material, lithium compounds such as lithium hydroxide (LiOH) and lithium carbonate (LiCO 3 ) which are generally used in the production of the cathode active material can be used.

혼합 후 소성함으로써 양극 활물질을 수득한다. 이때 산화분위기 내에서 소성 온도는 700 내지 850℃일 수 있으며 유지구간 기준 20시간 이내에서 소성할 수 있다.Followed by mixing and firing to obtain a cathode active material. In this case, the firing temperature in the oxidizing atmosphere may be 700 to 850 ° C, and the firing may be performed within 20 hours based on the maintenance interval.

소성 온도가 700℃ 미만일 경우, 결정화가 제대로 진행되지 못한 미소성 상태로 방전용량 및 율특성이 좋지 못할 수 있다. 소성 온도가 850℃을 초과할 경우 결정화가 과하게 진행된 과소성 상태로 방전용량 및 율특성이 좋지 못할 수 있다. 따라서 소성 온도를 700 내지 850℃ 범위로 제어할 수 있다.When the firing temperature is less than 700 ° C, the discharge capacity and the rate characteristic may not be good due to the unfavorable state in which the crystallization does not proceed properly. If the firing temperature is higher than 850 ° C, the discharge capacity and the rate characteristic may be poor due to an undercurrent state in which crystallization is excessively advanced. Therefore, the firing temperature can be controlled in the range of 700 to 850 占 폚.

리튬 이차전지Lithium secondary battery

본 발명의 다른 일 구현예에서는, 양극, 음극 및 전해질을 포함하는 리튬 이차 전지이며, 상기 양극은 전류 집전체 및 상기 전류 집전체 상에 형성된 양극 활물질층을 포함하며, 상기 양극 활물질층은, 전술한 양극 활물질을 포함하는 리튬 이차 전지를 제공한다.According to another embodiment of the present invention, there is provided a lithium secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode and an electrolyte, wherein the positive electrode includes a current collector and a positive electrode active material layer formed on the current collector, A lithium secondary battery including a positive electrode active material is provided.

상기 양극 활물질과 관련된 설명은 전술한 바와 같기 때문에 생략하도록 한다. The description related to the positive electrode active material is omitted since it is as described above.

상기 양극 활물질층은 바인더 및 도전재를 포함할 수 있다. The cathode active material layer may include a binder and a conductive material.

상기 바인더는 양극 활물질 입자들을 서로 잘 부착시키고, 또한 양극 활물질을 전류 집전체에 잘 부착시키는 역할을 하며, 그 대표적인 예로는 폴리비닐알콜, 카르복시메틸셀룰로즈, 히드록시프로필셀룰로즈, 디아세틸셀룰로즈, 폴리비닐클로라이드, 카르복실화된 폴리비닐클로라이드, 폴리비닐플루오라이드, 에틸렌 옥사이드를 포함하는 폴리머, 폴리비닐피롤리돈, 폴리우레탄, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 스티렌-부타디엔 러버, 아크릴레이티드 스티렌-부타디엔 러버, 에폭시 수지, 나일론 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The binder serves to adhere the positive electrode active material particles to each other and to adhere the positive electrode active material to the current collector. Typical examples thereof include polyvinyl alcohol, carboxymethyl cellulose, hydroxypropyl cellulose, diacetyl cellulose, polyvinyl Polyvinylpyrrolidone, polyurethane, polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, polyethylene, polypropylene, styrene-acrylonitrile, styrene-butadiene rubber, Butadiene rubber, acrylated styrene-butadiene rubber, epoxy resin, nylon, and the like, but not limited thereto.

상기 도전재는 전극에 도전성을 부여하기 위해 사용되는 것으로서, 구성되는 전지에 있어서, 화학변화를 야기하지 않고 전자 전도성 재료이면 어떠한 것도 사용가능하며, 그 예로 천연 흑연, 인조 흑연, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸블랙, 탄소섬유 등의 탄소계 물질; 구리, 니켈, 알루미늄, 은 등의 금속 분말 또는 금속 섬유 등의 금속계 물질; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 폴리머; 또는 이들의 혼합물을 포함하는 도전성 재료를 사용할 수 있다.The conductive material is used for imparting conductivity to the electrode. Any conductive material can be used without causing any chemical change in the battery. Examples of the conductive material include natural graphite, artificial graphite, carbon black, acetylene black, Carbon-based materials such as black and carbon fiber; Metal powders such as copper, nickel, aluminum, and silver, or metal-based materials such as metal fibers; Conductive polymers such as polyphenylene derivatives; Or a mixture thereof may be used.

상기 음극은 집전체 및 상기 집전체 위에 형성된 음극 활물질층을 포함하며, 상기 음극 활물질층은 음극 활물질을 포함한다.The negative electrode includes a current collector and a negative active material layer formed on the current collector, and the negative active material layer includes a negative active material.

상기 음극 활물질로는 리튬 이온을 가역적으로 인터칼레이션/디인터칼레이션할 수 있는 물질, 리튬 금속, 리튬 금속의 합금, 리튬을 도프 및 탈도프할 수 있는 물질, 또는 전이 금속 산화물을 포함한다. The negative electrode active material includes a material capable of reversibly intercalating / deintercalating lithium ions, a lithium metal, an alloy of lithium metal, a material capable of doping and dedoping lithium, or a transition metal oxide.

상기 리튬 이온을 가역적으로 인터칼레이션/디인터칼레이션할 수 있는 물질로는 탄소 물질로서, 리튬 이온 이차 전지에서 일반적으로 사용되는 탄소계 음극 활물질은 어떠한 것도 사용할 수 있으며, 그 대표적인 예로는 결정질 탄소, 비정질 탄소 또는 이들을 함께 사용할 수 있다. 상기 결정질 탄소의 예로는 무정형, 판상, 린편상(flake), 구형 또는 섬유형의 천연 흑연 또는 인조 흑연과 같은 흑연을 들 수 있고, 상기 비정질 탄소의 예로는 소프트 카본(soft carbon: 저온 소성 탄소) 또는 하드 카본(hard carbon), 메조페이스 피치 탄화물, 소성된 코크스 등을 들 수 있다.As a material capable of reversibly intercalating / deintercalating lithium ions, any carbonaceous anode active material commonly used in lithium ion secondary batteries can be used as the carbonaceous material. Typical examples thereof include crystalline carbon , Amorphous carbon, or a combination thereof. Examples of the crystalline carbon include graphite such as natural graphite or artificial graphite in the form of amorphous, plate-like, flake, spherical or fibrous type. Examples of the amorphous carbon include soft carbon (soft carbon) Or hard carbon, mesophase pitch carbide, fired coke, and the like.

상기 리튬 금속의 합금으로는 리튬과 Na, K, Rb, Cs, Fr, Be, Mg, Ca, Sr, Si, Sb, Pb, In, Zn, Ba, Ra, Ge, Al 및 Sn으로 이루어진 군에서 선택되는 금속의 합금이 사용될 수 있다.As the lithium metal alloy, a lithium-metal alloy may be selected from the group consisting of lithium, Na, K, Rb, Cs, Fr, Be, Mg, Ca, Sr, Si, Sb, Pb, In, Zn, Ba, An alloy of a selected metal may be used.

상기 리튬을 도프 및 탈도프할 수 있는 물질로는 Si, SiOx(0 < x < 2), Si-Y 합금(상기 Y는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 13족 원소, 14족 원소, 전이금속, 희토류 원소 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 원소이며, Si은 아님), Sn, SnO2, Sn-Y(상기 Y는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 13족 원소, 14족 원소, 전이금속, 희토류 원소 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 원소이며, Sn은 아님) 등을 들 수 있고, 또한 이들 중 적어도 하나와 SiO2를 혼합하여 사용할 수도 있다. 상기 원소 Y로는 Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Sc, Y, Ti, Zr, Hf, Rf, V, Nb, Ta, Db, Cr, Mo, W, Sg, Tc, Re, Bh, Fe, Pb, Ru, Os, Hs, Rh, Ir, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, B, Al, Ga, Sn, In, Ti, Ge, P, As, Sb, Bi, S, Se, Te, Po, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.As the material capable of doping and dedoping lithium, Si, SiOx (0 <x <2), Si-Y alloy (Y is an alkali metal, an alkali earth metal, a Group 13 element, a Group 14 element, element and an element selected from the group consisting of, Si is not), Sn, SnO 2, Sn-Y (wherein Y is an alkali metal, alkaline earth metals, group 13 elements, group 14 elements, transition metals, rare earth elements And a combination thereof, but not Sn), and at least one of them may be mixed with SiO 2 . The element Y may be at least one element selected from the group consisting of Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Sc, Y, Ti, Zr, Hf, Rf, V, Nb, Ta, Db, Cr, Mo, W, Sg, Pb, Ru, Os, Hs, Rh, Ir, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, B, Al, Ga, Sn, In, Ti, Ge, P, As, Sb, Se, Te, Po, and combinations thereof.

상기 전이 금속 산화물로는 티탄 산화물, 리튬 티탄 산화물, 바나듐 산화물, 리튬 바나듐 산화물 등을 들 수 있다.Examples of the transition metal oxide include titanium oxide, lithium titanium oxide, vanadium oxide, lithium vanadium oxide, and the like.

상기 음극 활물질 층은 또한 바인더를 포함하며, 선택적으로 도전재를 더욱 포함할 수도 있다.The negative electrode active material layer also includes a binder, and may optionally further include a conductive material.

상기 바인더는 음극 활물질 입자들을 서로 잘 부착시키고, 또한 음극 활물질을 전류 집전체에 잘 부착시키는 역할을 하며, 그 대표적인 예로 폴리비닐알콜, 카르복시메틸셀룰로즈, 히드록시프로필셀룰로즈, 폴리비닐클로라이드, 카르복실화된 폴리비닐클로라이드, 폴리비닐플루오라이드, 에틸렌 옥사이드를 포함하는 폴리머, 폴리비닐피롤리돈, 폴리우레탄, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 스티렌-부타디엔 러버, 아크릴레이티드 스티렌-부타디엔 러버, 에폭시 수지, 나일론 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The binder serves to adhere the anode active material particles to each other and to adhere the anode active material to the current collector. Typical examples thereof include polyvinyl alcohol, carboxymethyl cellulose, hydroxypropyl cellulose, polyvinyl chloride, Such as polyvinyl chloride, polyvinyl fluoride, polymers comprising ethylene oxide, polyvinyl pyrrolidone, polyurethane, polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, polyethylene, polypropylene, styrene-butadiene rubber, Styrene-butadiene rubber, epoxy resin, nylon, and the like may be used, but the present invention is not limited thereto.

상기 도전재는 전극에 도전성을 부여하기 위해 사용되는 것으로서, 구성되는 전지에 있어서, 화학변화를 야기하지 않고 전자 전도성 재료이면 어떠한 것도 사용가능하며, 그 예로 천연 흑연, 인조 흑연, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸블랙, 탄소섬유 등의 탄소계 물질; 구리, 니켈, 알루미늄, 은 등의 금속 분말 또는 금속 섬유 등의 금속계 물질; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 폴리머; 또는 이들의 혼합물을 포함하는 도전성 재료를 사용할 수 있다.The conductive material is used for imparting conductivity to the electrode. Any conductive material can be used without causing any chemical change in the battery. Examples of the conductive material include natural graphite, artificial graphite, carbon black, acetylene black, Carbon-based materials such as black and carbon fiber; Metal powders such as copper, nickel, aluminum, and silver, or metal-based materials such as metal fibers; Conductive polymers such as polyphenylene derivatives; Or a mixture thereof may be used.

상기 집전체로는 구리 박, 니켈 박, 스테인레스강 박, 티타늄 박, 니켈 발포체(foam), 구리 발포체, 전도성 금속이 코팅된 폴리머 기재, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 사용할 수 있다.The collector may be selected from the group consisting of a copper foil, a nickel foil, a stainless steel foil, a titanium foil, a nickel foam, a copper foil, a polymer substrate coated with a conductive metal, and a combination thereof.

상기 전류 집전체로는 Al을 사용할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.As the current collector, Al may be used, but the present invention is not limited thereto.

상기 음극과 양극은 활물질, 도전재 및 결착제를 용매 중에서 혼합하여 활물질 조성물을 제조하고, 이 조성물을 전류 집전체에 도포하여 제조한다. 이와 같은 전극 제조 방법은 당해 분야에 널리 알려진 내용이므로 본 명세서에서 상세한 설명은 생략하기로 한다. 상기 용매로는 N-메틸피롤리돈 등을 사용할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.The negative electrode and the positive electrode are prepared by mixing an active material, a conductive material and a binder in a solvent to prepare an active material composition, and applying the composition to a current collector. The method of manufacturing the electrode is well known in the art, and therefore, a detailed description thereof will be omitted herein. As the solvent, N-methylpyrrolidone or the like can be used, but it is not limited thereto.

상기 양극과 음극은 세퍼레이터에 의해 분리될 수 있으며, 상기 세퍼레이터로는 리튬 전지에서 통상적으로 사용되는 것이라면 모두 사용될 수 있다. 특히 전해질의 이온 이동에 대하여 저저항이면서 전해액 함습 능력이 우수한 것이 적합하다. 예를 들어, 유리 섬유, 폴리에스테르, 테프론, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 그 조합물중에서 선택된 재질로서, 부직포 또는 직포 형태이여도 무방하다. 상기 세퍼레이타는 기공 직경이 0.01 내지 10㎛이고, 두께는 일반적으로 5 내지 300㎛인 것을 사용한다.The positive electrode and the negative electrode may be separated by a separator, and the separator may be any as long as it is commonly used in a lithium battery. Particularly, it is preferable to have a low resistance against the ion movement of the electrolyte and an excellent ability to impregnate the electrolyte. For example, a material selected from a glass fiber, a polyester, a Teflon, a polyethylene, a polypropylene, a polytetrafluoroethylene (PTFE), and a combination thereof may be used in the form of a nonwoven fabric or a woven fabric. The separator has a pore diameter of 0.01 to 10 mu m and a thickness of 5 to 300 mu m.

리튬염 함유 비수계 전해질은, 비수 전해액과 리튬으로 이루어져 있다. 비수 전해질로는 비수 전해액, 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용된다.The lithium salt-containing non-aqueous electrolyte is composed of a non-aqueous electrolyte and lithium. As the non-aqueous electrolyte, a non-aqueous electrolyte, a solid electrolyte, an inorganic solid electrolyte and the like are used.

상기 비수 전해액으로는, 예를 들어, N-메틸-2-피롤리디논, 프로필렌 카르보네이트, 에틸렌 카르보네이트, 부틸렌 카르보네이트, 디메틸 카르보네이트, 디에틸 카르보네이트, 감마-부티로 락톤, 1,2-디메톡시 에탄, 테트라히드록시 프랑(franc), 2-메틸 테트라하이드로푸란, 디메틸술폭시드, 1,3-디옥소런, 포름아미드, 디메틸포름아미드, 디옥소런, 아세토니트릴, 니트로메탄, 포름산 메틸, 초산메틸, 인산 트리에스테르, 트리메톡시 메탄, 디옥소런 유도체, 설포란, 메틸 설포란, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 프로필렌 카르보네이트 유도체, 테트라하이드로푸란 유도체, 에테르, 피로피온산 메틸, 프로피온산 에틸 등의 비양자성 유기용매가 사용될 수 있다.Examples of the non-aqueous electrolyte include N-methyl-2-pyrrolidinone, propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, But are not limited to, lactone, 1,2-dimethoxyethane, tetrahydroxyfuran, 2-methyltetrahydrofuran, dimethylsulfoxide, 1,3-dioxolane, formamide, dimethylformamide, Nitrile, nitromethane, methyl formate, methyl acetate, phosphoric acid triester, trimethoxymethane, dioxolane derivatives, sulfolane, methyl sulfolane, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, propylene carbonate derivatives , Tetrahydrofuran derivatives, ether, methyl pyrophosphate, ethyl propionate and the like can be used.

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

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

상기 리튬염은 리튬 전지에서 통상적으로 사용되는 것이라면 모두 다 사용가능하며, 상기 비수계 전해질에 용해되기 좋은 물질로서, 예를 들어, LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, CF3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, 리튬클로로보레이트, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4 페닐 붕산 리튬, 이미드 등의 물질을 하나 이상 사용할 수 있다.The lithium salt may be any of those conventionally used in lithium batteries and may be dissolved in the non-aqueous electrolyte, for example, LiCl, LiBr, LiI, LiClO 4 , LiBF 4 , LiB 10 Cl 10 , LiPF 6, LiCF 3 SO 3, LiCF 3 CO 2, LiAsF 6, LiSbF 6, LiAlCl 4, CH 3 SO 3 Li, CF 3 SO 3 Li, (CF 3 SO 2) 2 NLi, lithium chloro borate, lower aliphatic carboxylic Lithium borate, lithium perborate, lithium tetraborate, lithium imide, and the like.

리튬 전지는 사용하는 세퍼레이터와 전해질의 종류에 따라 리튬 이온 전지, 리튬 이온 폴리머 전지 및 리튬 폴리머 전지로 분류될 수 있고, 형태에 따라 원통형, 각형, 코인형, 파우치형 등으로 분류될 수 있으며, 사이즈에 따라 벌크 타입과 박막 타입으로 나눌 수 있다. 또한 리튬 일차 전지 및 리튬 이차 전지 모두 가능하다.The lithium battery can be classified into a lithium ion battery, a lithium ion polymer battery, and a lithium polymer battery depending on the type of the separator and the electrolyte used. The lithium battery can be classified into a cylindrical shape, a square shape, a coin shape, a pouch shape, And can be divided into a bulk type and a thin film type. Also, a lithium primary battery and a lithium secondary battery are both possible.

이들 전지의 제조방법은 이 분야에 널리 알려져 있으므로 상세한 설명은 생략한다.The manufacturing method of these batteries is well known in the art, and thus a detailed description thereof will be omitted.

도 9에 본 발명의 일구현예에 의한 리튬 전지의 대표적인 구조를 개략적으로 도시한 것이다.FIG. 9 schematically shows a typical structure of a lithium battery according to an embodiment of the present invention.

도 9를 참조하여, 상기 리튬 전지(30)는 양극(23), 음극(22) 및 상기 양극(23)와 음극(22) 사이에 배치된 세퍼레이터(24)를 포함한다. 상술한 양극(23), 음극(22) 및 세퍼레이터(24)가 와인딩되거나 접혀서 전지 용기(25)에 수용된다. 이어서, 상기 전지 용기(25)에 전해질이 주입되고 봉입 부재(26)로 밀봉되어 리튬 전지(30)가 완성될 수 있다. 상기 전지 용기(25)는 원통형, 각형, 박막형 등일 수 있다. 상기 리튬 전지는 리튬 이온 전지일 수 있다.9, the lithium battery 30 includes a positive electrode 23, a negative electrode 22, and a separator 24 disposed between the positive electrode 23 and the negative electrode 22. The positive electrode 23, the negative electrode 22 and the separator 24 described above are wound or folded and accommodated in the battery container 25. Then, an electrolyte is injected into the battery container 25 and sealed with a sealing member 26, thereby completing the lithium battery 30. The battery container 25 may have a cylindrical shape, a rectangular shape, a thin film shape, or the like. The lithium battery may be a lithium ion battery.

상기 리튬 전지는 기존의 휴대폰, 휴대용 컴퓨터 등의 용도 외에, 전기차량(Electric Vehicle)과 같은 고용량, 고출력 및 고온 구동이 요구되는 용도에도 적합하며, 기존의 내연기관, 연료전지, 수퍼커패시터 등과 결합하여 하이브리드차량(Hybrid Vehicle) 등에도 사용될 수 있다. 또한, 상기 리튬전지는 고출력, 고전압 및 고온 구동이 요구되는 기타 모든 용도에 사용될 수 있다.The lithium battery is suitable for applications requiring a high capacity, high output and high temperature driving such as an electric vehicle in addition to a conventional cellular phone, a portable computer, and the like, and can be used in combination with a conventional internal combustion engine, a fuel cell, a supercapacitor, A hybrid vehicle or the like. In addition, the lithium battery can be used for all other applications requiring high output, high voltage and high temperature driving.

본 발명에 의한 리튬 이차 전지는 초기 활성화 전압이 4.4 내지 4.6V일 수 있다.The initial activation voltage of the lithium secondary battery according to the present invention may be 4.4 to 4.6V.

초기 활성화 전압이 4.4V 미만일 경우, 구조중의 리튬원이 충분히 탈리되지 못하므로 방전용량 및 율특성이 좋지 못할 수 있다. 4.6V를 초과할 경우, 구조 중의 리튬원이 과하게 탈리되어 구조가 불안정해져 방전용량 및 율특성이 좋지 못할 수 있다. 따라서 활성화 전압을 4.4 내지 4.6V 범위로 바람직하게는 4.5V로 제어할 수 있다.When the initial activation voltage is less than 4.4V, the lithium source in the structure can not be sufficiently eliminated, so that the discharge capacity and the rate characteristic may not be good. If it exceeds 4.6 V, the lithium source in the structure is excessively desorbed and the structure becomes unstable, so that the discharge capacity and the rate characteristic may not be good. Therefore, the activation voltage can be controlled within the range of 4.4 to 4.6V, preferably 4.5V.

이하 본 발명의 구체적인 실시예를 기재한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명의 구체적인 일 실시예일뿐 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, specific examples of the present invention will be described. However, the following examples are only a concrete example of the present invention, and the present invention is not limited to the following examples.

실시예Example

실시예 1Example 1

LiaNibCocTidO2(a=1.00-1.10, b=0.88, c=0.08, d=0.04, b+c+d=1.0)인 양극활물질의 제조에 있어 Ni, Co, Ti source를 공침법을 통하여 수산화물 전구체를 합성한 후, Li source로 LiOH를 건식 혼합하여 산소분위기하에서 소성을 진행하여 양극 활물질을 수득한다. 수득한 양극 활물질을 이용하여 코인셀을 제조하였다. Ni, Co, and Ti sources in the production of a cathode active material having Li a Ni b Co c Ti d O 2 (a = 1.00-1.10, b = 0.88, c = 0.08, d = 0.04, b + c + , A hydroxide precursor is synthesized by coprecipitation, LiOH is dry mixed with a Li source, and firing is performed in an oxygen atmosphere to obtain a cathode active material. A coin cell was prepared using the obtained positive electrode active material.

전기 화학 평가를 위해, 상기에서 제조된 양극 활물질과, 바인더(Polyvinlylidene fluoride; PVDF) 및 도전재(Denka black)를 각각 94:3:3의 중량비로 하여, N-메틸-2-피롤리돈 용매에서 균일하게 혼합하여 슬러리를 제조하였다.For the electrochemical evaluation, the cathode active material, the binder (polyvinylidene fluoride; PVDF) and the conductive material (Denka black) were mixed in a weight ratio of 94: 3: 3, To prepare a slurry.

상기 제조된 슬러리를 알루미늄 호일에 고르게 도포한 후, 롤프레스에서 압착하고 진공 오븐에서 12시간 동안 진공 건조하여 양극을 제조하였다. 상대 전극으로, 리튬 금속을 사용하고, 전해액으로 에틸렌 카보네이트(EC):에틸 메틸 카보네이트(EMC)=1:2인 혼합 용매에 1몰의 LiPF6 용액을 액체 전해액으로 사용하여, 통상적인 제조 방법에 따라 CR2032 규격의 리튬 이차 전지 하프 코인 셀(half coin cell)을 제조하였다.The prepared slurry was spread evenly on an aluminum foil, compressed by a roll press, and vacuum-dried in a vacuum oven for 12 hours to prepare a positive electrode. Lithium metal was used as a counter electrode, and 1 mol of LiPF 6 solution was used as a liquid electrolyte in a mixed solvent of ethylene carbonate (EC): ethyl methyl carbonate (EMC) = 1: 2 as an electrolytic solution. A lithium secondary battery half coin cell of CR2032 standard was prepared.

실시예 2Example 2

LiaNibCocTidO2(a=1.00-1.10, b=0.88, c=0.08, d=0.04, b+c+d=1.0)인 양극활물질의 제조에 있어 Ni, Co source를 공침법을 통한 수산화물 전구체 합성한 후, 별도로 준비된 Ti 수용액을 투입하여 외곽부에 Ti가 집중된 전구체를 합성하였다. Li source로 LiOH·H2O를 건식 혼합하여 산소분위기하에서 소성을 진행하여 양극 활물질을 수득한다. 수득한 양극 활물질을 이용하여 코인 셀을 제조한다.Ni source and Co source in the production of the cathode active material Li a Ni b Co c Ti d O 2 (a = 1.00-1.10, b = 0.88, c = 0.08, d = 0.04, b + c + After the hydroxide precursor was synthesized by an immersion method, a separately prepared Ti aqueous solution was added to synthesize a Ti precursor precursor in the outer portion. LiOH 占2 2O was mixed as a Li source and calcination was performed in an oxygen atmosphere to obtain a cathode active material. A coin cell is produced using the obtained positive electrode active material.

실시예 3Example 3

LiaNibCocTidO2(a=1.00-1.10, b=0.88, c=0.08, d=0.04, b+c+d=1.0)인 양극활물질의 제조에 있어 Ni, Co source를 공침법을 통하여 수산화물 전구체를 합 성후 Li source로 LiOH·H2O, Ti source로 1마이크로 이하의 TiO2를 건식 혼합하여 산소분위기하에서 소성을 진행하여 양극 활물질을 수득한다. 수득한 양극 활물질을 이용하여 코인 셀을 제조한다.Ni source and Co source in the production of the cathode active material Li a Ni b Co c Ti d O 2 (a = 1.00-1.10, b = 0.88, c = 0.08, d = 0.04, b + c + After the hydroxide precursor is synthesized through the impregnation process, LiOH.H 2 O is used as a Li source, TiO 2 is used as a Ti source in a dry manner, and firing is performed in an oxygen atmosphere to obtain a cathode active material. A coin cell is produced using the obtained positive electrode active material.

비교예Comparative Example

실시예 1의 조성에서 Ti를 Mn으로 대체한 LiaNibCocMndO2(a=1.00-1.10, b=0.88, c=0.08, d=0.04, b+c+d=1.0) 조성의 전구체를 제조한 뒤, Li source로 LiOH·H2O를 건식 혼합하여 산소 분위기하에서 소성을 진행하여 양극 활물질을 수득한다. 수득한 양극 활물질을 이용하여 코인 셀을 제조한다.Example 1 The composition of the Ti in the composition replaced by Mn Li a Ni b Co c Mn d O2 (a = 1.00-1.10, b = 0.88, c = 0.08, d = 0.04, b + c + d = 1.0) of After the precursor is prepared, LiOH.H 2 O is dry mixed with a Li source and firing is performed in an oxygen atmosphere to obtain a cathode active material. A coin cell is produced using the obtained positive electrode active material.

양극재의 초기 활성화 전압에 따른 전기화학적 평가결과Electrochemical evaluation results according to initial activation voltage of cathode material

비교예 및 실시예를 하기의 표 1와 같이 초기 활성화 전압을 변화시켜 가면서 전지특성을 평가하였다.Comparative Examples and Examples were evaluated for battery characteristics while changing the initial activation voltage as shown in Table 1 below.

ItemItem 단위unit 1st 충전전압, V1 st charge voltage, V 비교예Comparative Example 실시예Example 4.3V4.3V 4.5V4.5V 4.3V4.3V 4.5V4.5V 활성화Activation 0.1C 충전0.1C charge mAh/gmAh / g 227.9227.9 244.2244.2 220.2220.2 246.6246.6 0.1C 방전0.1 C discharge mAh/gmAh / g 207.4207.4 222.9222.9 188.5188.5 224.6224.6 효 율efficiency %% 91.091.0 91.391.3 85.685.6 91.191.1 CycleCycle 1회1 time mAh/gmAh / g 188.9188.9 192.2192.2 169.1169.1 193.9193.9 50회50 times mAh/gmAh / g 173.6173.6 174.9174.9 176.5176.5 192.7192.7 효 율efficiency %% 91.991.9 91.091.0 104.4104.4 99.499.4

상기 표 1과 같이 실시예의 경우, 비교예보다 활성화 전압 4.5V 부여 이후, 연속 충방전 시, 용량 유지율 우수함을 확인할 수 있다.As shown in Table 1, it can be confirmed that the capacity retention ratio is excellent in the case of continuous charge / discharge after the application of the activation voltage of 4.5 V to the comparative example.

도 1과 같이 실시예와 비교예의 차이에 따라 양극재의 표면형상에서 차이를 나타냄을 알 수 있고, 도 2의 그래프와 같이 4.5V 활성화 전압 적용 시, 실시예 대비 비교예의 4.2V, 3.5V 방전구간에서의 방전전압 강하 현상 확인됨을 알 수 있다.As shown in FIG. 2, when the 4.5 V activation voltage is applied, the voltage difference between the 4.2 V and 3.5 V discharge sections of the comparative example It can be seen that the discharge voltage drop phenomenon is confirmed.

또한, 도 3과 같이 Mn이 Ti으로 과량 치환되었다 하여 구조적인 차이점은 나타나지 않았다.Also, as shown in Fig. 3, no structural difference was observed due to excessive replacement of Mn with Ti.

양극재의 초기 활성화 전압에 따른 전기화학적 평가결과Electrochemical evaluation results according to initial activation voltage of cathode material

실시예를 하기의 표 2와 같이 초기 활성화 전압을 변화시켜 가면서 전지특성을 평가하였다.The cell characteristics were evaluated while varying the initial activation voltage as shown in Table 2 below.

ItemItem 단위unit 1st 충전전압, V1 st charge voltage, V 4.3V4.3V 4.4V4.4V 4.5V4.5V 4.6V4.6V 활성화Activation 0.1C 충전0.1C charge mAh/gmAh / g 222.2222.2 240.3240.3 248.5248.5 254.5254.5 0.1C 방전0.1 C discharge mAh/gmAh / g 187.9187.9 209.5209.5 222.1222.1 230.5230.5 효 율efficiency %% 84.684.6 87.287.2 89.489.4 90.690.6 C-rate
(~4.3V)
C-rate
(~ 4.3V)
0.1C0.1 C mAh/gmAh / g 189.0189.0 206.1206.1 215.4215.4 218.5218.5
0.5C0.5 C mAh/gmAh / g 176.5176.5 192.5192.5 200.5200.5 202.2202.2 1.0C1.0 C mAh/gmAh / g 171.1171.1 186.6186.6 193.8193.8 194.2194.2 2.0C2.0C mAh/gmAh / g 164.8164.8 180.5180.5 187.1187.1 186.5186.5 4.0C4.0C mAh/gmAh / g 156.3156.3 173.6173.6 180.8180.8 178.7178.7 6.0C6.0 C mAh/gmAh / g 149.3149.3 169.1169.1 174.8174.8 172.1172.1 6.0/0.1C6.0 / 0.1C %% 79.079.0 82.182.1 81.281.2 78.878.8 CycleCycle 1회1 time mAh/gmAh / g -- 188.4188.4 193.1193.1 193.8193.8 50회50 times mAh/gmAh / g -- 191.3191.3 192.2192.2 184.6184.6 효 율efficiency %% -- 101.5101.5 99.599.5 95.395.3

상기 표 2 및 도 4와 같이 초기 활성화 전압 4.5 V 적용 시, 방전용량 및 율 특성이 가장 우수함을 확인할 수 있다. 또한, 표 2 및 도 5와 같이 1st 활성화 전압 4.5V 적용 시, 연속 충방전 시, 용량 유지율 우수함을 확인할 수 있다.As shown in Table 2 and FIG. 4, when the initial activation voltage was 4.5 V, discharge capacity and rate characteristics were the best. In addition, as shown in Table 2 and FIG. 5, it can be confirmed that when the 1 st activation voltage 4.5 V is applied, the capacity retention rate is excellent at the time of continuous charge / discharge.

양극재의 Ti 첨가량에 따른 전기화학적 평가결과Electrochemical evaluation results of Ti anode material

실시예를 하기의 표 3과 같이 Ti 첨가량을 변화시켜 가면서 전지특성을 평가하였다. Li/Metal ratio은 1.03이었다.The battery characteristics were evaluated while varying the Ti addition amount as shown in Table 3 below. The Li / Metal ratio was 1.03.

ItemItem 단위unit Ti 첨가량, mol%Ti addition amount, mol% 22 33 44 55 활성화Activation 0.1C 충전0.1C charge mAh/gmAh / g 249.1249.1 247.0247.0 249.6249.6 249.7249.7 0.1C 방전0.1 C discharge mAh/gmAh / g 227.6227.6 226.5226.5 220.4220.4 214.3214.3 효 율efficiency %% 91.491.4 91.791.7 88.388.3 85.885.8 C-rate
(~4.3V)
C-rate
(~ 4.3V)
0.1C0.1 C mAh/gmAh / g 218.7218.7 217.9217.9 211.7211.7 203.7203.7
0.5C0.5 C mAh/gmAh / g 200.5200.5 202.3202.3 197.1197.1 188.4188.4 1.0C1.0 C mAh/gmAh / g 191.3191.3 194.6194.6 190.7190.7 181.8181.8 2.0C2.0C mAh/gmAh / g 181.4181.4 187.2187.2 183.7183.7 174.8174.8 4.0C4.0C mAh/gmAh / g 169.2169.2 178.9178.9 176.4176.4 167.3167.3 6.0C6.0 C mAh/gmAh / g 159.2159.2 172.6172.6 171.6171.6 161.1161.1 6.0/0.1C6.0 / 0.1C %% 72.872.8 79.279.2 81.181.1 79.179.1 CycleCycle 1회1 time mAh/gmAh / g 183.2183.2 190.6190.6 191.1191.1 182.1182.1 50회50 times mAh/gmAh / g 140.3140.3 168.5168.5 190.1190.1 178.3178.3 효 율efficiency %% 76.676.6 88.488.4 99.499.4 97.897.8

상기 표 3 및 도 6과 같이 전지의 율특성이 우수함을 확인할 수 있다. 또한, 상기 표 3 및 도 7과 같이 전지의 수명특성이 우수함을 확인할 수 있다.As shown in Table 3 and FIG. 6, it can be confirmed that the battery characteristics are excellent. In addition, it can be confirmed that the life characteristics of the battery are excellent as shown in Table 3 and FIG.

Li/Metal ratio별 전기화학적 특성 평가결과Results of electrochemical characterization by Li / Metal ratio

실시예를 하기의 표 4와 같이 Li/Metal ratio를 변화시켜 가면서 전지특성을 평가하였다.The battery characteristics were evaluated while varying the Li / metal ratio as shown in Table 4 below.

ItemItem 단위unit Li/Metal ratioLi / Metal ratio 1.001.00 1.031.03 1.051.05 1.071.07 활성화
(~4.5V)
Activation
(~ 4.5V)
0.1C 충전0.1C charge mAh/gmAh / g 249.6249.6 248.7248.7 248.3248.3 245.2245.2
0.1C 방전0.1 C discharge mAh/gmAh / g 213.4213.4 215.9215.9 217.0217.0 213.6213.6 효 율efficiency %% 85.585.5 86.886.8 87.487.4 87.187.1 초기용량
(~4.3V)
Initial Capacity
(~ 4.3V)
0.1C 충전0.1C charge mAh/gmAh / g 199.0199.0 203.7203.7 205.9205.9 202.8202.8
0.1C 방전0.1 C discharge mAh/gmAh / g 199.2199.2 203.8203.8 206.3206.3 203.0203.0 효 율efficiency %% 100.1100.1 100.0100.0 100.2100.2 100.1100.1 C-rateC-rate 0.5C0.5 C mAh/gmAh / g 182.6182.6 188.2188.2 190.8190.8 186.7186.7 1.0C1.0 C mAh/gmAh / g 175.2175.2 181.3181.3 184.1184.1 179.9179.9 2.0C2.0C mAh/gmAh / g 166.9166.9 173.6173.6 177.0177.0 172.3172.3 4.0C4.0C mAh/gmAh / g 158.2158.2 166.0166.0 169.4169.4 165.1165.1 6.0C6.0 C mAh/gmAh / g 151.6151.6 159.5159.5 163.1163.1 160.4160.4 6.0/0.1C6.0 / 0.1C %% 76.176.1 78.378.3 79.179.1 79.079.0 CycleCycle 1회1 time mAh/gmAh / g 175.3175.3 181.6181.6 184.5184.5 180.2180.2 50회50 times mAh/gmAh / g 167.8167.8 175.8175.8 180.4180.4 176.2176.2 효 율efficiency %% 95.795.7 96.896.8 97.897.8 97.897.8

상기 표 4 및 도 9와 같이 전지의 율특성이 우수함을 확인할 수 있다. 또한, 상기 표 4 및 도 10과 같이 전지의 수명특성이 우수함을 확인할 수 있다.It can be confirmed that the battery characteristics are excellent as shown in Table 4 and FIG. Also, as shown in Table 4 and FIG. 10, it can be confirmed that the lifetime characteristics of the battery are excellent.

양극재의 열처리온도에 따른 전기화학적 평가결과Electrochemical evaluation results according to heat treatment temperature of cathode material

실시예를 하기의 표 5와 같이 소성온도를 변화시켜 가면서 전지특성을 평가하였다.The cell characteristics were evaluated while varying the firing temperature as shown in Table 5 below.

ItemItem 단위unit 소성 유지 온도, Firing holding temperature, 750750 760760 770770 780780 활성화
(~4.5V)
Activation
(~ 4.5V)
0.1C 충전0.1C charge mAh/gmAh / g 247.0247.0 245.3245.3 257.3257.3 247.9247.9
0.1C 방전0.1 C discharge mAh/gmAh / g 226.7226.7 222.3222.3 222.4222.4 212.7212.7 효 율efficiency %% 91.891.8 90.690.6 86.486.4 85.885.8 초기용량
(~4.3V)
Initial Capacity
(~ 4.3V)
0.1C 충전0.1C charge mAh/gmAh / g 219.5219.5 213.9213.9 213.9213.9 201.7201.7
0.1C 방전0.1 C discharge mAh/gmAh / g 217.9217.9 214.0214.0 214.4214.4 202.0202.0 효 율efficiency %% 99.399.3 100.0100.0 100.2100.2 100.1100.1 C-rateC-rate 0.5C0.5 C mAh/gmAh / g 202.3202.3 199.4199.4 199.5199.5 186.6186.6 1.0C1.0 C mAh/gmAh / g 194.6194.6 193.0193.0 193.0193.0 180.1180.1 2.0C2.0C mAh/gmAh / g 187.2187.2 186.6186.6 186.0186.0 173.2173.2 4.0C4.0C mAh/gmAh / g 178.9178.9 179.6179.6 178.3178.3 166.1166.1 6.0C6.0 C mAh/gmAh / g 172.6172.6 174.2174.2 173.1173.1 159.8159.8 6.0/0.1C6.0 / 0.1C %% 79.279.2 81.481.4 80.780.7 79.279.2 CycleCycle 1회1 time mAh/gmAh / g 190.6190.6 192.5192.5 193.2193.2 180.1180.1 50회50 times mAh/gmAh / g 135.7135.7 177.0177.0 190.6190.6 176.2176.2 효 율efficiency %% 71.271.2 91.991.9 98.798.7 97.897.8

상기 표 5 및 도 12와 같이 전지의 율특성이 우수함을 확인할 수 있다. 또한, 상기 표 4 및 도 13과 같이 전지의 수명특성이 우수함을 확인할 수 있다.It can be confirmed that the battery characteristics are excellent as shown in Table 5 and FIG. In addition, it can be confirmed that the lifetime characteristics of the battery are excellent as shown in Table 4 and FIG.

본 발명은 상기 구현예 및/또는 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 구현예 및/또는 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 and their equivalents. It will be understood that the invention may be embodied in other specific forms without departing from the spirit or scope of the invention. It is therefore to be understood that the embodiments and / or the examples described above are illustrative in all aspects and not restrictive.

Claims (15)

하기 화학식 1로 표시되는 금속 수산화물을 포함하는 리튬 이차전지용 양극 활물질 전구체.
[화학식 1]
Ni1-w-x-y-zTiwM1xM2yM3z(OH)2-pXp
(상기 화학식 1에서,
M1 및 M2는 서로 상이하며, 각각 Co, Mg, Al, Ca, V, Cr, Mn, Fe, Zn, Ge, Y, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Y, Ba, La, W, Ce, Sm, Gd, Yb, Sr 및 Ga으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 원소이고, M3는 Ni, Co, Mn, Al, Ti 중 1종 이상의 원소이다.
X는 F, N, S, 및 P으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 원소이며,
w, x, y, z, 및 p 는 각각 0<w≤0.2, 0<x<0.3, 0≤y≤0.1, 0≤z≤0.1, 0≤p≤0.1이다.)
1. A precursor of a cathode active material for a lithium secondary battery comprising a metal hydroxide represented by the following formula (1).
[Chemical Formula 1]
Ni 1-wxyz Ti w M1 x M 2 y M 3 z (OH) 2-p X p
(In the formula 1,
M1 and M2 are different from each other and each of Co, Mg, Al, Ca, V, Cr, Mn, Fe, Zn, Ge, Y, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag, And M3 is at least one element selected from the group consisting of Ni, Co, Mn, Al, and Ti, and at least one element selected from the group consisting of Y, Ba, La, W, Ce, Sm, Gd, Yb, Sr and Ga.
X is any one element selected from the group consisting of F, N, S, and P,
w, x, y, z and p are 0 <w? 0.2, 0 <x <0.3, 0? y? 0.1, 0? z? 0.1 and 0? p?
제1항에 있어서,
상기 전구체는 하기 화학식 2로 표시되는 금속 수산화물을 포함하는 리튬 이차 전지용 양극 활물질 전구체.
[화학식 2]
Ni1-w-xCoxTiw(OH)2-pXp
(상기 화학식 2에서,
X는 F, N, S, 및 P으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 원소이며,
w, x, 및 p 는 각각 0.02<w≤0.2, 0<x≤0.2, 0≤p≤0.1이다.)
The method according to claim 1,
Wherein the precursor comprises a metal hydroxide represented by the following general formula (2).
(2)
Ni 1-wx Co x Ti w (OH) 2-p X p
(In the formula (2)
X is any one element selected from the group consisting of F, N, S, and P,
w, x and p are 0.02 < w? 0.2, 0 < x? 0.2 and 0? p?
하기 화학식 1로 표시되는 금속 수산화물을 포함하는 리튬 이차전지용 양극 활물질 전구체이며,
상기 전구체는 코어와 상기 코어를 감싸는 외곽으로 구분되되, 상기 코어의 Ti 농도와 상기 외곽의 Ti 농도 차이가 존재하는 리튬 이차전지용 양극 활물질 전구체.
[화학식 1]
Ni1-w-x-y-zTiwM1xM2yM3z(OH)2-pXp
(상기 화학식 1에서,
M1 및 M2는 서로 상이하며, 각각 Co, Mg, Al, Ca, V, Cr, Mn, Fe, Zn, Ge, Y, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Y, Ba, La, W, Ce, Sm, Gd, Yb, Sr 및 Ga으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 원소이고, M3는 Ni, Co, Mn, Al, Ti 중 1종 이상의 원소이다.
X는 F, N, S, 및 P으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 원소이며,
w, x, y, z, 및 p는 각각 0<w≤0.2, 0≤x<0.3, 0≤y≤0.1, 0≤z≤0.1, 0≤p≤0.1이다.)
1. A precursor of a cathode active material for a lithium secondary battery comprising a metal hydroxide represented by the following formula (1)
Wherein the precursor is divided into a core and an outer periphery surrounding the core, wherein a difference between the Ti concentration of the core and the Ti concentration of the outer periphery is present.
[Chemical Formula 1]
Ni 1-wxyz Ti w M1 x M 2 y M 3 z (OH) 2-p X p
(In the formula 1,
M1 and M2 are different from each other and each of Co, Mg, Al, Ca, V, Cr, Mn, Fe, Zn, Ge, Y, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag, And M3 is at least one element selected from the group consisting of Ni, Co, Mn, Al, and Ti, and at least one element selected from the group consisting of Y, Ba, La, W, Ce, Sm, Gd, Yb, Sr and Ga.
X is any one element selected from the group consisting of F, N, S, and P,
w, x, y, z and p are 0 <w? 0.2, 0? x <0.3, 0? y? 0.1, 0? z? 0.1 and 0? p?
제3항에 있어서,
상기 코어의 Ti 농도보다 상기 외곽의 Ti 농도가 더 높은 리튬 이차전지용 양극 활물질 전구체.
The method of claim 3,
Wherein the Ti concentration of the outer periphery is higher than the Ti concentration of the core.
제3항에 있어서,
상기 코어의 Ti 농도는 전체 Ti 중량 100%를 기준으로, 50% 미만이며, 상기 외곽의 Ti 농도는 50%를 초과하는 리튬 이차전지용 양극 활물질 전구체.
The method of claim 3,
Wherein the Ti concentration of the core is less than 50% based on 100% of the total Ti weight, and the Ti concentration of the outer periphery exceeds 50%.
니켈 원료 물질 및 이종 원소 원료 물질을 공침 반응시켜 제1전구체를 수득하는 단계; 및
상기 제1전구체를 티탄 원료 물질과 반응시켜 코어 및 상기 코어를 감싸는 외곽으로 구분되는 제2전구체를 수득하는 단계;를 포함하고,
상기 제2전구체는 상기 코어의 Ti 농도와 상기 외곽의 Ti 농도 차이가 존재하며, 하기 화학식 1로 표시되는 금속 수산화물을 포함하는 리튬 이차 전지용 양극 활물질 전구체 제조방법.
[화학식 1]
Ni1-w-x-y-zTiwM1xM2yM3z(OH)2-pXp
(상기 화학식 1에서,
M1 및 M2는 서로 상이하며, 각각 Co, Mg, Al, Ca, V, Cr, Mn, Fe, Zn, Ge, Y, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Y, Ba, La, W, Ce, Sm, Gd, Yb, Sr 및 Ga으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 원소이고, M3는 Ni, Co, Mn, Al, Ti 중 1종 이상의 원소이다.
X는 F, N, S, 및 P으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 원소이며,
w, x, y, z, 및 p는 각각 0<w≤0.2, 0≤x<0.3, 0≤y≤0.1, 0≤z≤0.1, 0≤p≤0.1이다.)
Reacting the nickel raw material and the heteroatom raw material with each other to form a first precursor; And
Reacting the first precursor with a titanium raw material to obtain a core and a second precursor which is enclosed by the outer circumference,
Wherein the second precursor has a difference between a Ti concentration of the core and a Ti concentration of the outer periphery, and includes a metal hydroxide represented by the following formula (1).
[Chemical Formula 1]
Ni 1-wxyz Ti w M1 x M 2 y M 3 z (OH) 2-p X p
(In the formula 1,
M1 and M2 are different from each other and each of Co, Mg, Al, Ca, V, Cr, Mn, Fe, Zn, Ge, Y, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag, And M3 is at least one element selected from the group consisting of Ni, Co, Mn, Al, and Ti, and at least one element selected from the group consisting of Y, Ba, La, W, Ce, Sm, Gd, Yb, Sr and Ga.
X is any one element selected from the group consisting of F, N, S, and P,
w, x, y, z and p are 0 <w? 0.2, 0? x <0.3, 0? y? 0.1, 0? z? 0.1 and 0? p?
제6항에 있어서,
상기 제1전구체를 수득하는 단계에서,
상기 제1전구체는 하기 화학식 3을 만족하는 금속 수산화물을 포함하는 리튬 이차 전지용 양극 활물질 전구체 제조방법.
[화학식 3]
Ni1-x-y-zM1xM2yM3z(OH)2-pXp
(상기 화학식 3에서,
M1 및 M2는 서로 상이하며, 각각 Co, Mg, Al, Ca, V, Cr, Mn, Fe, Zn, Ge, Y, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Y, Ba, La, W, Ce, Sm, Gd, Yb, Sr 및 Ga으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 원소이고, M3는 Ni, Co, Mn, Al, Ti 중 1종 이상의 원소이다.
X는 F, N, S, 및 P으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 원소이며,
x, y, z, 및 p는 각각 0<x<0.3, 0≤y≤0.1, 0≤z≤0.1, 0≤p≤0.1이다.)
The method according to claim 6,
In the step of obtaining the first precursor,
Wherein the first precursor comprises a metal hydroxide satisfying the following formula (3).
(3)
Ni 1-xyz M 1 x M 2 y M 3 z (OH) 2-p X p
(3)
M1 and M2 are different from each other and each of Co, Mg, Al, Ca, V, Cr, Mn, Fe, Zn, Ge, Y, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag, And M3 is at least one element selected from the group consisting of Ni, Co, Mn, Al, and Ti, and at least one element selected from the group consisting of Y, Ba, La, W, Ce, Sm, Gd, Yb, Sr and Ga.
X is any one element selected from the group consisting of F, N, S, and P,
x, y, z, and p are 0 <x <0.3, 0? y? 0.1, 0? z? 0.1, and 0? p?
하기 화학식 4로 표시되는 금속 산화물을 포함하는 리튬 이차전지용 양극 활물질.
[화학식 4]
Li1+mNi1-w-x-y-zTiwM1xM2yM3zO2-pXp
(상기 화학식 4에서,
M1 및 M2는 서로 상이하며, 각각 Co, Mg, Al, Ca, V, Cr, Mn, Fe, Zn, Ge, Y, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Y, Ba, La, W, Ce, Sm, Gd, Yb, Sr 및 Ga으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 원소이고, M3는 Ni, Co, Mn, Al, Ti 중 1종 이상의 원소이다.
X는 F, N, S, 및 P으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 원소이며,
w, x, y, z, 및 p 는 각각 0<w≤0.2, 0<x<0.3, 0≤y≤0.1, 0≤z≤0.1, 0≤p≤0.1, -0.1≤m≤0.2이다.)
A positive electrode active material for a lithium secondary battery comprising a metal oxide represented by the following formula (4).
[Chemical Formula 4]
Li 1 + m Ni 1-wxyz Ti w M1 x M 2 y M 3 z O 2-p X p
(In the formula 4,
M1 and M2 are different from each other and each of Co, Mg, Al, Ca, V, Cr, Mn, Fe, Zn, Ge, Y, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag, And M3 is at least one element selected from the group consisting of Ni, Co, Mn, Al, and Ti, and at least one element selected from the group consisting of Y, Ba, La, W, Ce, Sm, Gd, Yb, Sr and Ga.
X is any one element selected from the group consisting of F, N, S, and P,
w, x, y, z and p are 0 <w? 0.2, 0 <x <0.3, 0? y? 0.1, 0? z? 0.1, 0? p? 0.1 and -0.1? )
하기 화학식 4로 표시되는 금속 산화물을 포함하는 리튬 이차전지용 양극 활물질이며,
상기 양극 활물질은 코어 및 상기 코어를 감싸는 외곽을 포함하되, 상기 코어의 Ti 농도와 상기 외곽의 Ti 농도 차이가 존재하는 리튬 이차전지용 양극 활물질.
[화학식 4]
Li1+mNi1-w-x-y-zTiwM1xM2yM3zO2-pXp
(상기 화학식 4에서,
M1 및 M2는 서로 상이하며, 각각 Co, Mg, Al, Ca, V, Cr, Mn, Fe, Zn, Ge, Y, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Y, Ba, La, W, Ce, Sm, Gd, Yb, Sr 및 Ga으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 원소이고, M3는 Ni, Co, Mn, Al, Ti 중 1종 이상의 원소이다.
X는 F, N, S, 및 P으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 원소이며,
w, x, y, z, p 및 m은 각각 0<w≤0.2, 0<x<0.3, 0≤y≤0.1, 0≤z≤0.1, 0≤p≤0.1, -0.1≤m≤0.2이다.)
A positive electrode active material for a lithium secondary battery comprising a metal oxide represented by the following formula (4)
Wherein the cathode active material includes a core and an outer periphery surrounding the core, wherein a difference between a Ti concentration of the core and a Ti concentration of the outer periphery exists.
[Chemical Formula 4]
Li 1 + m Ni 1-wxyz Ti w M1 x M 2 y M 3 z O 2-p X p
(In the formula 4,
M1 and M2 are different from each other and each of Co, Mg, Al, Ca, V, Cr, Mn, Fe, Zn, Ge, Y, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag, And M3 is at least one element selected from the group consisting of Ni, Co, Mn, Al, and Ti, and at least one element selected from the group consisting of Y, Ba, La, W, Ce, Sm, Gd, Yb, Sr and Ga.
X is any one element selected from the group consisting of F, N, S, and P,
w, x, y, z, p and m are 0 < w? 0.2, 0 <x <0.3, 0? y? 0.1, 0? z? 0.1, 0? p? 0.1 and -0.1? m? .)
제9항에 있어서,
상기 코어의 Ti 농도보다 상기 외곽의 Ti 농도가 더 높은 리튬 이차전지용 양극 활물질.
10. The method of claim 9,
Wherein the outer Ti concentration is higher than the Ti concentration of the core.
니켈 원료 물질 및 이종 원소 원료 물질을 공침 반응시켜 제1전구체를 수득하는 단계; 및
상기 제1전구체, 리튬 원료 물질 및 티탄 원료 물질을 혼합 후 소성하여, 하기 화학식 4로 표시되는 양극 활물질을 수득하는 단계;를 포함하는 리튬 이차 전지용 양극 활물질 제조방법.
[화학식 4]
Li1+mNi1-w-x-y-zTiwM1xM2yM3zO2-pXp
(상기 화학식 4에서,
M1 및 M2는 서로 상이하며, 각각 Co, Mg, Al, Ca, V, Cr, Mn, Fe, Zn, Ge, Y, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Y, Ba, La, W, Ce, Sm, Gd, Yb, Sr 및 Ga으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 원소이고, M3는 Ni, Co, Mn, Al, Ti 중 1종 이상의 원소이다.
X는 F, N, S, 및 P으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 원소이며,
w, x, y, z, p 및 m은 각각 0<w≤0.2, 0<x<0.3, 0≤y≤0.1, 0≤z≤0.1, 0≤p≤0.1, -0.1≤m≤0.2이다.)
Reacting the nickel raw material and the heteroatom raw material with each other to form a first precursor; And
And mixing and firing the first precursor, the lithium source material, and the titanium source material to obtain a cathode active material represented by Formula 4 below.
[Chemical Formula 4]
Li 1 + m Ni 1-wxyz Ti w M1 x M 2 y M 3 z O 2-p X p
(In the formula 4,
M1 and M2 are different from each other and each of Co, Mg, Al, Ca, V, Cr, Mn, Fe, Zn, Ge, Y, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag, And M3 is at least one element selected from the group consisting of Ni, Co, Mn, Al, and Ti, and at least one element selected from the group consisting of Y, Ba, La, W, Ce, Sm, Gd, Yb, Sr and Ga.
X is any one element selected from the group consisting of F, N, S, and P,
w, x, y, z, p and m are 0 < w? 0.2, 0 <x <0.3, 0? y? 0.1, 0? z? 0.1, 0? p? 0.1 and -0.1? m? .)
제11항에 있어서,
상기 제1전구체를 수득하는 단계에서,
상기 제1전구체는 하기 화학식 3을 만족하는 금속 수산화물을 포함하는 리튬 이차 전지용 양극 활물질 제조방법.
[화학식 3]
Ni1-x-y-zM1xM2yM3z(OH)2-pXp
(상기 화학식 3에서,
M1 및 M2는 서로 상이하며, 각각 Co, Mg, Al, Ca, V, Cr, Mn, Fe, Zn, Ge, Y, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Y, Ba, La, W, Ce, Sm, Gd, Yb, Sr 및 Ga으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 원소이고, M3는 Ni, Co, Mn, Al, Ti 중 한종 이상의 원소이다.
X는 F, N, S, 및 P으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 원소이며,
x, y, z, 및 p는 각각 0<x<0.3, 0≤y≤0.1, 0<z≤0.1, 0≤p≤0.1이다.)
12. The method of claim 11,
In the step of obtaining the first precursor,
Wherein the first precursor comprises a metal hydroxide satisfying the following formula (3).
(3)
Ni 1-xyz M 1 x M 2 y M 3 z (OH) 2-p X p
(3)
M1 and M2 are different from each other and each of Co, Mg, Al, Ca, V, Cr, Mn, Fe, Zn, Ge, Y, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag, And M is at least one element selected from the group consisting of Y, Ba, La, W, Ce, Sm, Gd, Yb, Sr and Ga; and M3 is at least one element selected from the group consisting of Ni, Co, Mn, Al and Ti.
X is any one element selected from the group consisting of F, N, S, and P,
x, y, z and p are 0 <x <0.3, 0? y? 0.1, 0 <z? 0.1 and 0? p?
제11항에 있어서,
상기 양극 활물질을 수득하는 단계에서,
소성 온도는 700 내지 850℃인 리튬 이차전지용 양극 활물질 제조방법.
12. The method of claim 11,
In the step of obtaining the positive electrode active material,
And the firing temperature is 700 to 850 占 폚.
양극;
음극; 및
전해질;을 포함하고,
상기 양극은 제8항 및 제9항 중 어느 하나에 의한 리튬 이차전지용 양극 활물질을 포함하는 리튬 이차전지.
anode;
cathode; And
An electrolyte;
Wherein the positive electrode comprises the positive electrode active material for a lithium secondary battery according to any one of claims 8 to 9.
제14항에 있어서,
초기 활성화 전압이 4.4 내지 4.6V인 리튬 이차전지.
15. The method of claim 14,
Wherein the initial activation voltage is 4.4 to 4.6 V.
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