KR20190081609A - Positive electrode active material for rechargable lithium battery, method of preparing the same, and rechargable lithium battery including the same - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a positive electrode active material for a lithium secondary battery, a method for manufacturing the same, and a lithium secondary battery comprising the positive electrode active material. The positive electrode active material for a lithium secondary battery can be provided, which is a secondary particle in which lithium metal oxide primary particles are aggregated. The lithium metal oxide particles have a layered structure. The powder resistance of the secondary particles is 80-300 ohm-cm, and the grain size is 50 nm or less. A positive electrode active material with enhanced initial discharge capacity, output characteristics, and cycle characteristics can be provided.

Description

리튬 이차 전지용 양극 활물질, 이의 제조 방법, 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지{POSITIVE ELECTRODE ACTIVE MATERIAL FOR RECHARGABLE LITHIUM BATTERY, METHOD OF PREPARING THE SAME, AND RECHARGABLE LITHIUM BATTERY INCLUDING THE SAME}TECHNICAL FIELD The present invention relates to a positive electrode active material for a lithium secondary battery, a method for producing the same, and a lithium secondary battery including the same. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a positive active material for a lithium secondary battery,

리튬 이차 전지용 양극 활물질, 이의 제조 방법, 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지에 관한 것이다. A cathode active material for a lithium secondary battery, a production method thereof, and a lithium secondary battery comprising the same.

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 made for the global environment, and thus there is a growing demand for lithium ion secondary batteries having excellent storage characteristics. 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 주목받고 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.

그러나 이 재료는 충방전 사이클 내구성이 떨어지기 때문에, 한층 더 특성 개선이 요구되고 있다. However, this material is inferior in durability in charging and discharging cycles, and further improvement in characteristics is required.

최근 Mn이 제외된 NiCo 2원계에서는 Ni의 함량을 극대화시켜 용량증가효과를 기대하고 있으나, NiO 의 형성, Cation mixing 의 발생 등으로 추가적인 도펀트의 활용이 필요하게 된다. Recently, in the NiCo binary system excluding Mn, the capacity increase effect is expected by maximizing the content of Ni. However, it is necessary to use additional dopant due to the formation of NiO and the mixing of cations.

이 때, 입자의 형상이나 내부 치밀도를 고려하여 B(Boron)의 활용이 알려져 있으나, B의 경우 용량감소에 대한 민감도가 다른 원소보다 높아 내부 치밀화 효과 발현을 위한 첨가 시 상당한 용량의 감소를 필수적으로 수반하게 된다.In this case, the use of B (boron) is known in consideration of the shape and internal density of the particles, but the sensitivity of the B is higher than that of other elements, so that a significant decrease in the capacity is necessary when the internal densification effect is added .

이에 B을 대체하여 용량감소를 최소하면서도 입자 내부 치밀도를 증가시키는 도펀트의 조합을 찾는 것이 NiCo 2원계에 있어서 현재까지 과제로 남아 있다. Therefore, finding a combination of dopants that increase the internal density of the particles while minimizing the capacity reduction by replacing B remains a challenge for the NiCo 2 source system.

고출력 특성을 확보한 리튬 이차 전지용 양극 활물질을 제공하고자 한다. And to provide a positive electrode active material for a lithium secondary battery securing a high output characteristic.

본 발명의 일 구현예에서는, 리튬 금속 산화물 1차 입자가 집합된 2차 입자이며, 상기 리튬 금속 산화물 입자는 층상 구조이며, 상기 2차 입자의 분체 저항은 80 내지 300 ohm-cm이고, 결정립 크기(grain size)가 50nm 이하인 리튬 이차 전지용 양극 활물질을 제공한다. In one embodiment of the present invention, the lithium metal oxide particles are a secondary particle in which lithium metal oxide primary particles are aggregated, the lithium metal oxide particles have a layered structure, the powder resistance of the secondary particles is 80 to 300 ohm-cm, wherein the cathode active material has a grain size of 50 nm or less.

상기 2차 입자는 중공 형태일 수 있다. The secondary particles may be in a hollow form.

상기 화합물은 Ni2 + 함유량이 리트벨트 측정 시 2.5 % 이하일 수 있다. The Ni 2 + content of the compound may be 2.5% or less when the Rietveld is measured.

상기 2차 입자는 하기 화학식 1로 표시될 수 있다. The secondary particles may be represented by the following formula (1).

[화학식 1][Chemical Formula 1]

Liα[(NixCoyMnz)1-βAβ]O2 Li ? [(Ni x Co y Mn z ) 1 -? A ? ] O 2

상기 화학식 1에서, 0.98 ≤ α ≤ 1.02, 0.001 ≤ β ≤ 0.015, 0.80 ≤ x ≤ 0.85, 및 0.09 ≤ y ≤ 0.12, 0.06 ≤ z ≤ 0.08이고, A는 Zr, Ti, Al, 및 Mg 중 선택된 적어도 어느 하나이다. Wherein A is at least one selected from the group consisting of Zr, Ti, Al and Mg, 0.98 ≦ α ≦ 1.02, 0.001 ≦ β ≦ 0.015, 0.80 ≦ x ≦ 0.85, and 0.09 ≦ y ≦ 0.12, and 0.06 ≦ z ≦ 0.08. It is either.

상기 양극 활물질의 c/a 축비율은 4.9415-4.9420 일 수 있다. The c / a axis ratio of the cathode active material may be 4.9415-4.9420.

본 발명의 다른 일 구현예에서는, Ni, Co, 및 Mn을 포함하는 전구체를 준비하는 단계; 및 상기 전구체에 Zr, Ti, Al, 및 Mg 중 선택된 적어도 어느 하나의 도핑 원료 물질; 및 리튬 원료 물질을 건식 혼합 후 소성하는 단계;를 포함하고, 상기 전구체에 Zr, Ti, Al, 및 Mg 중 선택된 적어도 어느 하나의 도핑 원료 물질; 및 리튬 원료 물질을 건식 혼합 후 소성하는 단계;에서, 상기 소성 온도는 승온 구간, 유지 구간, 및 냉각 구간을 포함하고, 상기 유지 구간의 온도 조건은, 최초 유지 기간 온도 범위가 710-750℃이고, 최종 유지 기간 온도 범위가 770-790℃인 것인 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법을 제공한다. In another embodiment of the present invention, there is provided a method of preparing a precursor comprising: preparing a precursor comprising Ni, Co, and Mn; And at least one doping raw material selected from Zr, Ti, Al, and Mg to the precursor; And a step of dry-mixing and calcining the lithium source material, wherein at least one doping raw material selected from Zr, Ti, Al, and Mg is added to the precursor; Wherein the firing temperature includes a temperature rising period, a holding period, and a cooling period, and the temperature condition of the holding period is 710-750 ° C. in the initial holding period And a final sustain period temperature range of 770-790 DEG C. The present invention also provides a method for producing a cathode active material for a lithium secondary battery.

상기 전구체에 Zr, Ti, Al, 및 Mg 중 선택된 적어도 어느 하나의 도핑 원료 물질; 및 리튬 원료 물질을 건식 혼합 후 소성하는 단계;에서, 전체 소성 시간은 10-50 시간일 수 있다. At least one doping raw material selected from Zr, Ti, Al, and Mg is added to the precursor; And a step of firing the lithium raw material after dry mixing, the total firing time may be 10-50 hours.

상기 유지 구간은 15-20시간 동안 수행될 수 있다. The maintenance interval may be performed for 15-20 hours.

상기 승온 구간의 최종 온도는 730-740℃이고, 상기 유지 구간의 최종 온도는 770-780℃일 수 있다. The final temperature of the heating section may be 730-740 ° C, and the final temperature of the heating section may be 770-780 ° C.

본 발명의 또 다른 일 구현예에서는, 본 전술한 본 발명의 일 구현예에 따른 양극 활물질을 포함하는 양극; 음극 활물질을 포함하는 음극; 및 상기 양극 및 음극 사이에 위치하는 전해질;을 포함하는 리튬 이차 전지를 제공한다. According to another embodiment of the present invention, there is provided a positive electrode comprising a positive electrode active material according to an embodiment of the present invention; A negative electrode comprising a negative electrode active material; And an electrolyte positioned between the positive electrode and the negative electrode.

초기 방전 용량, 출력 특성 및 사이클 특성을 향상 시킨 양극 활물질을 제공할 수 있다. It is possible to provide a positive electrode active material having improved initial discharge capacity, output characteristics and cycle characteristics.

도 1은 분체 저항 측정 결과이다.
도 2는 3b 사이트에서의 Ni2 +의 함량 분석 결과이다.
도 3는 c/a 축 값 분석 결과이다.
도 4은 전기화학적 특성 평가 결과이다.
도 5 및 도 6은 소성 온도 유지 구간의 프로파일이다.
Fig. 1 shows the result of measurement of the powder resistance.
Fig. 2 shows the result of analyzing the content of Ni 2 + in the 3b site.
Figure 3 shows the c / a axis value analysis result.
Fig. 4 shows results of electrochemical property evaluation.
5 and 6 are profiles of the firing temperature holding period.

이하, 본 발명의 구현 예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. However, the present invention is not limited thereto, and the present invention is only defined by the scope of the following claims.

양극 활물질Cathode active material

본 발명의 일 구현예에서는, 리튬 금속 산화물 1차 입자가 집합된 2차 입자이며, 상기 리튬 금속 산화물 입자는 층상 구조이며, 상기 2차 입자의 분체 저항은 80이상 300 ohm-cm 이하 이고, 결정립 크기(grain size)가 50nm 이하인 리튬 이차 전지용 양극 활물질을 제공한다. In one embodiment of the present invention, the lithium metal oxide particles are a secondary particle in which lithium metal oxide primary particles are aggregated, the lithium metal oxide particles have a layered structure, the powder resistance of the secondary particles is 80 to 300 ohm-cm, A cathode active material for a lithium secondary battery having a grain size of 50 nm or less.

상기 분체 저항은 80이상 300 ohm-cm 이하 일 수 있다. The powder resistance may be 80 to 300 ohm-cm.

분체 저항은 활물질 3.5g을 계량하여 분체저항 측정기 (MCP-PD51)를 이용해 Start range -3ohm, 10V 조건에서 4-pin probe로 4,8,12,16,20 KN 압력으로 측정할 수 있다. Powder resistance can be measured by using a powder resistance meter (MCP-PD51) measuring 3.5 g of active material and measuring 4, 8, 12, 16 and 20 KN pressure with 4-pin probe under the condition of start range -3ohm and 10V.

이러한 분체 저항 범위를 만족하는 경우, 초기용량 및 효율 증가하고 출력 특성이 향상되는 효과가 있다. When such a powder resistance range is satisfied, there is an effect that the initial capacity and efficiency increase and the output characteristics are improved.

상기 2차 입자는 중공 형태일 수 있다. 중공 형태란, 2차 입자 내부에 중공부를 포함하는 것을 의미한다. 이들 중공부는 2차 입자 외부에 연통될 수 있다. 이러한 중공 형태의 2차 입자의 경우, 효율이 증가하고 고출력 특성이 향상되는 효과가 있다. The secondary particles may be in a hollow form. The hollow form means that a hollow portion is contained in the secondary particle. These hollow portions can communicate with the outside of the secondary particle. In the case of such a hollow secondary particle, the efficiency is increased and the high output characteristic is improved.

상기 화합물은 Ni2 + 함유량이 리트벨트 측정 시 2.5 % 이하일 수 있다. 보다 구체적으로, 1.5% 이상 및 2 %이하일 수 있다. 이러한 범위를 만족하는 경우, Cation mixing 현상이 감소하여 비가역적 용량이 감소하고 Rate 특성이 향상되는 효과가 있다. The Ni 2 + content of the compound may be 2.5% or less when the Rietveld is measured. More specifically, it may be 1.5% or more and 2% or less. When this range is satisfied, there is an effect that the cation mixing phenomenon is reduced, the irreversible capacity is decreased, and the rate characteristic is improved.

상기 양극 활물질의 c/a 축비율은 4.9415 - 4.9420일 수 있다. 이 범위를 만족하는 경우, 층상구조 내 2차원 평면구조가 발달하였음을 확인할 수 있으며, 6c-site의 interlayer 증가로 인해 리튬의 확산성이 향상될 수 있다.The c / a axis ratio of the cathode active material may be 4.9415 - 4.9420. When this range is satisfied, it can be confirmed that the two-dimensional planar structure in the layered structure is developed, and the diffusion of lithium can be improved due to the increase of the interlayer of 6c-site.

상기 2차 입자는 하기 화학식 1로 표시될 수 있다. The secondary particles may be represented by the following formula (1).

[화학식 1][Chemical Formula 1]

Liα[(NixCoyMnz)1-βAβ]O2 Li ? [(Ni x Co y Mn z ) 1 -? A ? ] O 2

상기 화학식 1에서, In Formula 1,

0.98 ≤ α ≤ 1.02, 0.001 ≤ β ≤ 0.015, 0.80 ≤ x ≤ 0.85, 및 0.09 ≤ y ≤ 0.12, 0.06 ≤ z ≤ 0.08이고, A는 Zr, Ti, Al, 및 Mg 중 선택된 적어도 어느 하나이다. 0.98??? 1.02, 0.001??? 0.015, 0.80? X? 0.85, and 0.09? Y? 0.12 and 0.06? Z? 0.08, and A is at least one selected from Zr, Ti, Al and Mg.

이러한 몰비를 만족하는 경우, 상온 및 고온 조건에서의 사이클 특성을 동시에 개선할 수 있다. 추가적으로, 초기 용량 감소를 최소화할 수 있다. When such a molar ratio is satisfied, the cycle characteristics at ordinary temperature and high temperature can be simultaneously improved. Additionally, the initial capacity reduction can be minimized.

또한 상기 조합을 통해 초기 용량 감소를 최소화할 수 있으며, 상온 및 고온 환경에서 장기간 사이클 진행 시, 용량 유지율 및 수명 특성을 개선할 수 있다.In addition, the initial capacity decrease can be minimized through the above combination, and the capacity retention rate and life characteristics can be improved when the battery is cycled for a long period of time at room temperature and high temperature.

양극 활물질의 제조 방법Method for producing cathode active material

본 발명의 다른 일 구현예에서는, 상기 전구체에 Zr, Ti, Al, 및 Mg 중 선택된 적어도 어느 하나의 도핑 원료 물질; 및 리튬 원료 물질을 건식 혼합 후 소성하는 단계;에서, 상기 소성 온도는 승온 구간, 유지 구간, 및 냉각 구간을 포함하고, 상기 유지 구간의 온도 조건은, 최초 유지 기간 온도 범위가 710-750℃이고, 최종 유지 기간 온도 범위가 770-790℃인 것인 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법을 제공한다. In another embodiment of the present invention, at least one doping raw material selected from Zr, Ti, Al, and Mg is added to the precursor; Wherein the firing temperature includes a temperature rising period, a holding period, and a cooling period, and the temperature condition of the holding period is 710-750 ° C. in the initial holding period And a final sustain period temperature range of 770-790 DEG C. The present invention also provides a method for producing a cathode active material for a lithium secondary battery.

보다 구체적으로, 전체 소성 시간은 10-50 시간일 수 있다. 이중 상기 유지 구간은 15-20시간 동안 수행될 수 있다. More specifically, the total firing time can be 10-50 hours. The maintenance interval may be performed for 15-20 hours.

또한, 상기 승온 구간의 최종 온도는 730-740℃이고, 상기 유지 구간의 최종 온도는 770-780℃일 수 있다. The final temperature of the heating section may be 730-740 ° C, and the final temperature of the heating section may be 770-780 ° C.

이 때 최종 소성 온도 범위를 전술한 범위로 설정하는 것이 중요하다. 상기 온도 범위를 만족하는 경우, 분체저항이 증가하고 Cation mixing 현상이 감소하여 비가역 용량이 감소되어 초기용량 및 효율이 증가하고 출력특성이 향상되는 효과가 있다. At this time, it is important to set the final firing temperature range to the above-mentioned range. When the temperature range is satisfied, the powder resistance increases and the cation mixing phenomenon decreases, thereby reducing the irreversible capacity, thereby increasing the initial capacity and efficiency and improving the output characteristics.

활물질 소성 시 리튬이 구조 내로 다 들어가지 못한 상황에서 급하게 최종 소성 온도까지 온도가 올라 갈 경우 결정 구조에서 Cubic상이 더욱 잘 성장할 수 있는 조건이 된다. In the case where lithium does not enter into the structure during the sintering of the active material, the Cubic phase grows more rapidly in the crystal structure when the temperature rises rapidly to the final firing temperature.

이에 저온에서 비교적 길게 소성하여 리튬이 구조 내로 충분히 잘 들어갈 시간을 늘려주고 Layered 구조의 생성비율이 많아지게 해야 된다. Therefore, it is necessary to increase the time for the lithium to enter the structure sufficiently and to increase the rate of formation of the layered structure by relatively long firing at a low temperature.

그 후 온도를 소성 온도보다 조금 더 올려서 초기 승온 과정에서 부족했던 소성 열량을 보상하며 결정을 성장시킬 수 있다. The temperature can then be increased slightly above the firing temperature to compensate for the amount of fired heat that was lacking during the initial heating process and to grow the crystal.

이에 대한 조건은 후술하는 실시예에서 보다 자세히 설명하도록 한다. Conditions for this will be described in more detail in the following embodiments.

사용하는 전구체의 조성 및 도핑 원소에 대한 설명은 전술한 양극 활물질과 동일하기 때문에 그 설명을 생략하도록 한다. The composition of the precursor used and the description of the doping element are the same as those of the above-mentioned cathode active material, so that the description thereof will be omitted.

리튬 이차 전지Lithium secondary battery

본 발명의 다른 일 구현예에서는 전술한 양극 활물질을 포함하는 양극, 음극, 및 전해액을 포함하는 리튬 이차 전지를 제공한다.Another embodiment of the present invention provides a lithium secondary battery comprising a cathode, a cathode, and an electrolyte solution containing the cathode active material.

상기 양극은 양극 집전체 및 상기 양극 집전체 위에 형성되는 양극 활물질 층을 포함한다. 상기 양극 활물질 층은 전술한 양극 활물질, 그리고 선택적으로 바인더, 도전재, 또는 이들의 조합을 포함한다.The positive electrode includes a positive electrode collector and a positive electrode active material layer formed on the positive electrode collector. The cathode active material layer includes the above-described cathode active material, and optionally, a binder, a conductive material, or a combination thereof.

이하에서는, 전술한 양극 활물질에 대한 중복되는 설명은 생략하고, 리튬 이차 전지에 포함된 나머지 구성을 설명한다.Hereinafter, a redundant description of the above-mentioned positive electrode active material will be omitted, and the remaining constitution of the lithium secondary battery will be described.

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

상기 바인더는 예를 들어 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 등일 수 있다. The binder may be selected from, for example, polyvinyl alcohol, carboxymethylcellulose, hydroxypropylcellulose, diacetylcellulose, polyvinyl chloride, carboxylated polyvinyl chloride, polyvinyl fluoride, polymers comprising ethylene oxide, Styrene-butadiene rubber, acrylated styrene-butadiene rubber, epoxy resin, nylon, and the like can be used.

상기 도전재는 전극에 도전성을 부여하기 위해 사용되는 것으로, 전지에서 화학변화를 야기하지 않고 전자 전도성 재료이면 어떠한 것도 사용 가능하다. 도전재의 예로 천연 흑연, 인조 흑연, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸블랙, 탄소섬유, 구리, 니켈, 알루미늄, 은 등의 금속 분말, 금속 섬유 등을 사용할 수 있고, 또한 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 재료를 1종 또는 1종 이상을 혼합하여 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 metal powders such as natural graphite, artificial graphite, carbon black, acetylene black, ketjen black, carbon fiber, copper, nickel, aluminum and silver, metal fibers and the like, and conductive materials such as polyphenylene derivatives May be used alone or in combination.

상기 음극은 집전체 및 상기 집전체 위에 형성된 음극 활물질 층을 포함한다. The negative electrode includes a current collector and a negative electrode active material layer formed on the current collector.

상기 집전체로는 구리 박, 니켈 박, 스테인레스강 박, 티타늄 박, 니켈 발포체(foam), 구리 발포체, 전도성 금속이 코팅된 폴리머 기재, 또는 이들의 조합을 사용할 수 있다.The current collector may be a copper foil, a nickel foil, a stainless steel foil, a titanium foil, a nickel foil, a copper foil, a polymer substrate coated with a conductive metal, or a combination thereof.

상기 음극 활물질 층은 음극 활물질, 바인더 조성물, 및/또는 도전재를 포함한다.The negative electrode active material layer includes a negative electrode active material, a binder composition, and / or a conductive 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 음극 활물질과 바인더 조성물, 도전재에 대한 설명은 생략한다.Descriptions of the negative electrode active material, the binder composition and the conductive material will be omitted.

상기 전해질은 비수성 유기 용매와 리튬염을 포함한다. 상기 비수성 유기 용매와 리튬염은 상용되는 것이라면 제한 없이 적용될 수 있으므로 자세한 설명은 생략한다.The electrolyte includes a non-aqueous organic solvent and a lithium salt. The non-aqueous organic solvent and the lithium salt can be used as long as they are compatible with each other, so that detailed explanation is omitted.

이하 본 발명의 실시예, 이에 대비되는 비교예, 그리고 이들의 평가예를 기재한다. 하기 실시예는 본 발명의 일 실시예일뿐이므로 본 발명이 하기한 실시예에 한정되는 것은 아니다.Examples of the present invention, comparative examples thereof, and evaluation examples thereof will be described below. The following examples are only illustrative of the present invention and are not intended to limit the scope of the present invention.

실시예Example 1 One

(1) 양극 활물질의 제조(1) Preparation of cathode active material

목적하는 Li1 . 0138Ni0 . 8171Co0 . 1044Mn0 . 0685Zr0 . 0014Ti0 . 0027Mg0 . 006O2의 화학양론적 몰비가 되게, 니켈계 금속 수산화물 전구체인 Ni0 . 82Co0 . 11Mn0 .07(OH)2, 리튬의 원료 물질인 LiOH, Zr 원료 물질인 ZrO2, Ti 원료 물질인 TiO2 및 Mg 원료 물질인 Mg(OH)2를, 건식으로 혼합하였다. The desired Li 1 . 0138 Ni 0. 8171 Co 0 . 1044 Mn 0 . 0685 Zr 0 . 0014 Ti 0. 0027 Mg 0. To be a stoichiometric molar ratio of 006 O 2 , the nickel-based metal hydroxide precursor Ni 0 . 82 Co 0 . 11, the Mn 0 .07 (OH) 2, the lithium source material LiOH, ZrO 2, of Zr raw material Ti raw material is TiO 2 and Mg raw material of Mg (OH) 2, were mixed in a dry process.

건식 혼합물 총 650g의 혼합물을 물라이트(mullite) 재질의 내화갑(saggar)에 충진시키고, 산소(O2)분위기의 소결로에서, 소성 유지구간 온도 735->780 조건으로, 승온 및 냉각 구간을 포함하여 총 30시간 동안 소성하였다. A mixture of 650 g of the dry mixture was filled in a mullite saggar and sintered in an oxygen (O 2 ) atmosphere at a sintering temperature range of 735 to 780, And baked for a total of 30 hours.

이에 따라 얻어진 물질을 물질을 분쇄 분급하여, 평균 입경이 5.7㎛이 되도록 하였고, 실시예 1의 양극 활물질로 수득하였다.The material thus obtained was pulverized and classified to obtain an average particle diameter of 5.7 占 퐉 and obtained as the cathode active material of Example 1.

구체적인 소성 조건은 도 5, 도 6, 및 하기 표 2에 나타내었다. Specific firing conditions are shown in Figs. 5, 6, and Table 2 below.

(2) 리튬 이차 전지(Half-cell)의 제조(2) Production of lithium secondary battery (Half-cell)

실시예 1의 양극 활물질과 도전재(Super-P), 바인더(PVDF)의 질량비가 90:5:5 (활물질: 도전재: 바인더)가 되도록 N-메틸-2피롤리돈(NMP) 용매에서 균일하게 혼합하였다. (NMP) solvent such that the mass ratio of the positive electrode active material to the conductive material (Super-P) and the binder (PVDF) of Example 1 was 90: 5: 5 (active material: conductive material: And uniformly mixed.

상기의 혼합물을 알루미늄 호일에 고르게 도포한 후 열풍건조를 통해 NMP를 증발 시켰고, 롤프레스에서 압착하고 100 내지 120 진공오븐에서 12시간 진공 건조하여 양극을 제조하였다. 상대 전극으로 Li-metal을 사용하고, 전해액으로 에틸렌카보네이트(EC):디메틸카보네이트(DMC) = 1:1인 혼합용매에 1.2몰의 LiBF4 용액을 액체 전해액으로 사용하여 통상적인 제조방법에 따라 CR2032 코인 타입의 반쪽 전지(half coin cell)를 제조하였다.The mixture was spread evenly on an aluminum foil and then NMP was evaporated by hot air drying. The mixture was squeezed by a roll press and vacuum-dried for 12 hours in a 100-120 vacuum oven to prepare a positive electrode. Li-metal was used as a counter electrode, and 1.2 mol of LiBF 4 solution was used as a liquid electrolyte in a mixed solvent of ethylene carbonate (EC): dimethyl carbonate (DMC) = 1: 1 as an electrolytic solution. A coin-type half-coin cell was prepared.

실시예Example 2 2

목적하는 Li1 . 0138Ni0 . 8167Co0 . 1043Mn0 . 0684Zr0 . 0014Ti0 . 0027Mg0 . 006Al0 . 006O2의 화학양론적 몰비가 되게, 니켈계 금속 수산화물 전구체인 Ni0 . 82Co0 . 11Mn0 .07(OH)2, 리튬의 원료 물질인 LiOH, Zr 원료 물질인 ZrO2, Ti 원료 물질인 TiO2 및 Mg 원료 물질인 Mg(OH)2를, Al 원료 물질인 Al(OH)3 물질을 건식으로 혼합하였다.The desired Li 1 . 0138 Ni 0. 8167 Co 0 . 1043 Mn 0 . 0684 Zr 0 . 0014 Ti 0. 0027 Mg 0. 006 A1 0 . To be a stoichiometric molar ratio of 006 O 2 , the nickel-based metal hydroxide precursor Ni 0 . 82 Co 0 . 11 Mn 0 .07 (OH) 2 , in which the Mg (OH) of the lithium raw material LiOH, Zr raw material ZrO 2, TiO 2 Ti raw material, and Mg raw material 2, Al source material Al (OH) 3 materials were dry mixed.

이후의 공정은 실시예 1과 같으며, 이후 평균 입경 5.8㎛의 실시예 2의 양극 활물질로 수득하였다.The subsequent steps were the same as in Example 1, and were obtained as the cathode active material of Example 2 with an average particle diameter of 5.8 mu m thereafter.

비교예Comparative Example 1 One

Li1 . 0138Ni0 . 8171Co0 . 1044Mn0 . 0685Zr0 . 0014Ti0 . 0027Mg0 . 006O2로 목적하여 원료를 건식 혼합하고, 소성유지 구간 온도가 755 조건이고, 나머지는 실시예 1과 동일한 공정으로 활물질을 제조하고, 이를 포함하는 반쪽 전지를 제조하였다. Li 1 . 0138 Ni 0. 8171 Co 0 . 1044 Mn 0 . 0685 Zr 0 . 0014 Ti 0. 0027 Mg 0. 006 O object 2 by dry mixing the raw materials, and a firing holding temperature is 755 interval condition, and the remainder was prepared for half-cell for producing an active material by the same process as in Example 1, containing the same.

비교예Comparative Example 2 2

Li1 . 0138Ni0 . 8171Co0 . 1044Mn0 . 0685Zr0 . 0014Ti0 . 0027Mg0 . 006O2로 목적하여 원료를 건식 혼합하고, 소성 유지 구간 온도가 700 -> 790 조건이고, 나머지는 실시예 1과 동일한 공정으로 활물질을 제조하고, 이를 포함하는 반쪽 전지를 제조하였다. Li 1 . 0138 Ni 0. 8171 Co 0 . 1044 Mn 0 . 0685 Zr 0 . 0014 Ti 0. 0027 Mg 0. 006 O object 2 by dry mixing the raw materials and the sintering temperature maintenance section 700 and> 790, condition, and the remainder was prepared for half-cell for producing an active material by the same process as in Example 1, containing the same.

[표 1][Table 1]

Figure pat00001
Figure pat00001

[표 2][Table 2]

Figure pat00002
Figure pat00002

상기 표 2의 소성 온도 프로파일의 구체적인 그래프는 도 5 및 도 6을 참조하면 된다. A specific graph of the firing temperature profile shown in Table 2 can be referred to FIG. 5 and FIG. 6.

평가예Evaluation example 1 ( One ( 분체Powder 저항, 결정 구조 측정) Resistance, crystal structure measurement)

분체 저항 80이상 300 ohm-cm 이하일 수 있다. 분체 저항은 활물질 3.5g을 계량하여 분체저항 측정기 (MCP-PD51)를 이용해 Start range -3ohm, 10V 조건에서 4-pin probe로 4,8,12,16,20 KN 압력으로 측정할 수 있다. 이러한 분체 저항 범위를 만족하는 경우, 초기용량 및 효율 증가하고 출력 특성이 향상되는 효과가 있다. Powder resistance can be 80 or more and 300 ohm-cm or less. Powder resistance can be measured by using a powder resistance meter (MCP-PD51) measuring 3.5 g of active material and measuring 4, 8, 12, 16 and 20 KN pressure with 4-pin probe under the condition of start range -3ohm and 10V. When such a powder resistance range is satisfied, there is an effect that the initial capacity and efficiency increase and the output characteristics are improved.

결정 구조의 XRD 패턴을 얻기 위해 Rigaku-Ultima IV X-ray diffractometer (Cu Kα)가 사용되었으며, 1 deg/min, 10°-90° (2theta/deg) 조건으로 측정 되었다. 이때 얻어진 XRD 패턴은 Full Prof 프로그램에서 ICP 분석값과 함께 Win plotr 을 이용해서 리트펠트 방법(Rietveld refinement)을 통해 분석되었다.A Rigaku-Ultima IV X-ray diffractometer (Cu Kα) was used to obtain the XRD pattern of the crystal structure and was measured at 1 deg / min and 10 ° -90 ° (2theta / deg). The XRD pattern obtained was analyzed by Rietveld refinement using Win plot with ICP analysis in Full Prof program.

이의 결과는 상기 표 1과 같다.The results are shown in Table 1 above.

도 1은 분체 저항 측정 결과이다. 도 1에서, 흑색은 비교예 1이고, 붉은색은 비교예 2이고, 푸른색은 실시예 1의 결과이다. Fig. 1 shows the result of measurement of the powder resistance. In Fig. 1, black is Comparative Example 1, red is Comparative Example 2, and blue is the result of Example 1.

실시예에 따른 양극 활물질이 가장 높은 분체 저항 측정값을 가지고 있어 상온 및 고온 환경에서 장기간 사이클 진행 시, 용량 유지율 및 수명 특성이 개선된 것을 확인 할 수 있었다. The positive electrode active material according to the Example had the highest powder resistance measurement value, and it was confirmed that the capacity retention rate and the life characteristics were improved when the battery was continuously cycled in the room temperature and high temperature environment.

도 2는 3b 사이트에서의 Ni2 +의 함량 분석 결과이다. 도 2에서, 흑색은 비교예 1이고, 붉은색은 비교예 2이고, 푸른색은 실시예 1의 결과이다. Fig. 2 shows the result of analyzing the content of Ni 2 + in the 3b site. In Fig. 2, black is Comparative Example 1, red is Comparative Example 2, and blue is the result of Example 1.

비교예 1 및 2는 실시예 1 보다 높은 Ni2 + 함유량을 가지고 있어서 Cation mixing 현상이 나타나서 비가역적 용량을 증가시키고 출력 특성이 저하되었다. 실시예 1 이 가장 낮은 Ni2 + 함유량을 가지고 있어서 Cation mixing 현상이 감소하여 상온 및 고온 환경에서 장기간 사이클 진행 시, 용량 유지율 및 수명 특성이 개선된 것을 확인 할 수 있었다. Comparative Examples 1 and 2 had higher Ni 2 + contents than those of Example 1, so that cation mixing phenomenon appeared to increase irreversible capacity and deteriorate output characteristics. Example 1 has the lowest content of Ni 2 + , so that the cation mixing phenomenon is reduced, and it is confirmed that the capacity retention rate and the life characteristics are improved when the battery is cycled for a long time at room temperature and high temperature environment.

평가예Evaluation example 3 ( 3 ( 코인셀Coin cell 평가 결과) Evaluation results)

수분이 제어된 드라이룸에서 CR2032 코인 타입 반쪽전지(코인셀)를 조립하였으며, 셀 조립 후 전해액 함침 및 전기화학적 평형상태를 만들기 위해 12시간 동안 상온에서 에이징(Aging)하였다.A CR2032 coin type half cell (coin cell) was assembled in a controlled humidity drier and aged at room temperature for 12 hours to assure electrolytic solution impregnation and electrochemical equilibrium after cell assembly.

코인셀은 TOSCAT-3100 충방전기(Battery tester)를 이용하여 평가되었다. 먼저 화성(Formation)은 상온(25℃) 3.0V - 4.2V 전압범위에서 0.1C의 전류밀도를 인가하여 2사이클 동안 충방전을 반복하였으며, 이후 동일 전압범위에서 1.0C 전류밀도를 인가하여 충방전을 각각 25℃ 500사이클, 45℃ 350사이클 진행하였다. 화성단계에서의 초기용량과 쿨롱효율, 사이클 평가가 진행되는 동안의 용량 유지율을 표에 나타내었다.The coin cell was evaluated using a TOSCAT-3100 battery tester. First, charging and discharging were repeated for 2 cycles by applying a current density of 0.1 C at a room temperature (25 ° C) voltage range of 3.0 V - 4.2 V, and then 1.0 C current density was applied in the same voltage range, Respectively, at 25 DEG C for 500 cycles and at 45 DEG C for 350 cycles. The initial capacity and coulombic efficiency at the Mars stage and the capacity retention rate during the cycle evaluation are shown in the table.

그 결과는 상기 표 1과 같다. The results are shown in Table 1 above.

도 4는 전기화학적 특성 평가 결과이다. 도 4에서, 흑색은 비교예 1이고, 붉은색은 비교예 2이고, 푸른색은 실시예 1의 결과이다. 실시예1은 비교예1과 비교예2 보다 사이클 평가가 진행되는 동안의 용량 유지율이 높게 평가 됐다. 또한, 비교예2는 비교예1에 비해 용량 유지율이 높게 평가 됐다. 소성 프로파일 변경에 의해 Layered 구조가 더욱 안정화 됐으며 사이클 수명이 향상됐다.Fig. 4 shows the results of the electrochemical property evaluation. In FIG. 4, black is Comparative Example 1, red is Comparative Example 2, and blue is the result of Example 1. Example 1 was evaluated to have a higher capacity retention rate during cycle evaluation than Comparative Example 1 and Comparative Example 2. In Comparative Example 2, the capacity retention ratio was evaluated to be higher than that in Comparative Example 1. [ Layered structure is further stabilized by the change of plastic profile and cycle life is improved.

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

Claims (10)

리튬 금속 산화물 1차 입자가 집합된 2차 입자이며,
상기 리튬 금속 산화물 입자는 층상 구조이며,
상기 2차 입자의 분체 저항은 80 내지 300 ohm-cm이고,
결정립 크기(grain size)가 50nm 이하인 리튬 이차 전지용 양극 활물질.
Secondary particles in which lithium metal oxide primary particles are aggregated,
The lithium metal oxide particles have a layered structure,
The powder resistance of the secondary particles is 80 to 300 ohm-cm,
A cathode active material for a lithium secondary battery having a grain size of 50 nm or less.
제1항에 있어서,
상기 2차 입자는 중공 형태인 것인 리튬 이차 전지용 양극 활물질.
The method according to claim 1,
Wherein the secondary particles are in a hollow form.
제1항에 있어서,
상기 화합물은 Ni2 + 함유량이 리트벨트 측정 시 2.5 % 이하인 것인 리튬 이차 전지용 양극 활물질.
The method according to claim 1,
Wherein the compound has a Ni 2 + content of 2.5% or less as measured by Rietveld.
제1항에 있어서,
상기 2차 입자는 하기 화학식 1로 표시되는 것인 리튬 이차 전지용 양극 활물질:
[화학식 1]
Liα[(NixCoyMnz)1-βAβ]O2
상기 화학식 1에서,
0.98 ≤ α ≤ 1.02, 0.001 ≤ β ≤ 0.015, 0.80 ≤ x ≤ 0.85, 및 0.09 ≤ y ≤ 0.12, 0.06 ≤ z ≤ 0.08이고,
A는 Zr, Ti, Al, 및 Mg 중 선택된 적어도 어느 하나이다.
The method according to claim 1,
Wherein the secondary particles are represented by the following Formula 1:
[Chemical Formula 1]
Li ? [(Ni x Co y Mn z ) 1 -? A ? ] O 2
In Formula 1,
0.98??? 1.02, 0.001??? 0.015, 0.80? X? 0.85, and 0.09? Y? 0.12, 0.06? Z? 0.08,
A is at least one selected from Zr, Ti, Al, and Mg.
제1항에 있어서,
상기 양극 활물질의 c/a 축비율은 4.9415-4.9420인 것인 리튬 이차 전지용 양극 활물질.
The method according to claim 1,
Wherein the c / a axis ratio of the positive electrode active material is 4.9415 to 4.9420.
Ni, Co, 및 Mn을 포함하는 전구체를 준비하는 단계; 및
상기 전구체에 Zr, Ti, Al, 및 Mg 중 선택된 적어도 어느 하나의 도핑 원료 물질; 및 리튬 원료 물질을 건식 혼합 후 소성하는 단계;를 포함하고,
상기 전구체에 Zr, Ti, Al, 및 Mg 중 선택된 적어도 어느 하나의 도핑 원료 물질; 및 리튬 원료 물질을 건식 혼합 후 소성하는 단계;에서,
상기 소성 온도는 승온 구간, 유지 구간, 및 냉각 구간을 포함하고,
상기 유지 구간의 온도 조건은, 최초 유지 기간 온도 범위가 710-750℃이고, 최종 유지 기간 온도 범위가 770-790℃인 것인 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법.
Preparing a precursor comprising Ni, Co, and Mn; And
At least one doping raw material selected from Zr, Ti, Al, and Mg is added to the precursor; And a step of dry-mixing and firing the lithium raw material,
At least one doping raw material selected from Zr, Ti, Al, and Mg is added to the precursor; And calcining the lithium raw material after dry mixing,
The firing temperature includes a temperature rising section, a holding section, and a cooling section,
Wherein a temperature range of the first sustain period is 710-750 占 폚 and a final sustain period temperature range is 770-790 占 폚. The method of manufacturing a cathode active material for a lithium secondary battery according to claim 1,
제6항에 있어서,
상기 전구체에 Zr, Ti, Al, 및 Mg 중 선택된 적어도 어느 하나의 도핑 원료 물질; 및 리튬 원료 물질을 건식 혼합 후 소성하는 단계;에서,
전체 소성 시간은 10-50 시간인 것인 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법.
The method according to claim 6,
At least one doping raw material selected from Zr, Ti, Al, and Mg is added to the precursor; And calcining the lithium raw material after dry mixing,
Wherein the total firing time is 10 to 50 hours.
제6항에 있어서,
상기 유지 구간은 15-20시간 동안 수행되는 것인 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법.
The method according to claim 6,
Wherein the maintaining period is performed for 15-20 hours.
제6항에 있어서,
상기 승온 구간의 최종 온도는 730-740℃이고, 상기 유지 구간의 최종 온도는 770-780℃인 것인 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법.
The method according to claim 6,
Wherein the final temperature of the heating section is 730-740 ° C and the final temperature of the holding section is 770-780 ° C.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 양극 활물질을 포함하는 양극;
음극 활물질을 포함하는 음극; 및
상기 양극 및 음극 사이에 위치하는 전해질;
을 포함하는 리튬 이차 전지.

A cathode comprising the cathode active material according to any one of claims 1 to 5;
A negative electrode comprising a negative electrode active material; And
An electrolyte positioned between the anode and the cathode;
≪ / RTI >

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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