KR20190093454A - Positive electrode active material for secondary battery, method for preparing the same and lithium secondary battery comprising the same - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a positive electrode active material for a secondary battery, which comprises a first positive electrode active material and a second positive electrode active material. The first positive electrode active material and the second positive electrode active material are lithium composite transition metal oxides including at least two transition metals selected from a group consisting of nickel (Ni), cobalt (Co), and manganese (Mn). An average particle diameter (D50) of the first positive electrode active material is 1.5 times or more of an average particle diameter (D50) of the second positive electrode active material. In the first positive electrode active material, at least one of nickel (Ni), cobalt (Co), and manganese (Mn) contained in the lithium composite transition metal oxide has a concentration gradient difference of 5 mol% at the center and a surface of the lithium composite transition metal oxide particle. The second positive electrode active material has a crystallite size of 200 nm or more.

Description

이차전지용 양극 활물질, 그 제조방법 및 이를 포함하는 리튬 이차전지{POSITIVE ELECTRODE ACTIVE MATERIAL FOR SECONDARY BATTERY, METHOD FOR PREPARING THE SAME AND LITHIUM SECONDARY BATTERY COMPRISING THE SAME}A cathode active material for a secondary battery, a method of manufacturing the same, and a lithium secondary battery including the same {POSITIVE ELECTRODE ACTIVE MATERIAL FOR SECONDARY BATTERY, METHOD FOR PREPARING THE SAME AND LITHIUM SECONDARY BATTERY COMPRISING THE SAME}

본 발명은 이차전지용 양극 활물질, 그 제조방법 및 이를 포함하는 리튬 이차전지에 관한 것이다.The present invention relates to a cathode active material for a secondary battery, a manufacturing method thereof, and a lithium secondary battery including the same.

최근 휴대전화, 노트북 컴퓨터, 전기 자동차 등 전지를 사용하는 전자기구의 급속한 보급에 수반하여 소형 경량이면서도 상대적으로 고용량인 이차전지의 수요가 급속히 증대되고 있다. 특히, 리튬 이차전지는 경량이고 고에너지 밀도를 가지고 있어 휴대 기기의 구동 전원으로서 각광을 받고 있다. 이에 따라, 리튬 이차전지의 성능향상을 위한 연구개발 노력이 활발하게 진행되고 있다.Recently, with the rapid spread of electronic devices using batteries such as mobile phones, notebook computers, and electric vehicles, the demand for small, lightweight, and relatively high capacity secondary batteries is rapidly increasing. In particular, the lithium secondary battery has attracted attention as a driving power source for portable devices because of its light weight and high energy density. Accordingly, research and development efforts for improving the performance of lithium secondary batteries have been actively conducted.

리튬 이차전지는 리튬 이온의 삽입(intercalations) 및 탈리(deintercalation)가 가능한 활물질로 이루어진 양극과 음극 사이에 유기 전해액 또는 폴리머 전해액을 충전시킨 상태에서 리튬 이온이 양극 및 음극에서 삽입/탈리 될 때의 산화와 환원 반응에 의해 전기 에너지가 생산된다.The lithium secondary battery is oxidized when lithium ions are inserted / desorbed from the positive electrode and the negative electrode in a state in which an organic electrolyte or a polymer electrolyte is charged between a positive electrode and a negative electrode made of an active material capable of intercalations and deintercalation of lithium ions. Electrical energy is produced by the reduction reaction.

리튬 이차전지의 양극 활물질로는 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2), 리튬 망간 산화물(LiMnO2 또는 LiMn2O4 등), 리튬 인산철 화합물(LiFePO4) 등이 사용되었다. 또한, LiNiO2의 우수한 가역 용량은 유지하면서도 낮은 열 안정성을 개선하기 위한 방법으로서, 니켈(Ni)의 일부를 코발트(Co)나 망간(Mn)/알루미늄(Al)으로 치환한 리튬 복합금속 산화물(이하 간단히 'NCM계 리튬 복합 전이금속 산화물' 또는 'NCA계 리튬 복합 전이금속 산화물'이라 함)이 개발되었다. Lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ), lithium nickel oxide (LiNiO 2 ), lithium manganese oxide (LiMnO 2 or LiMn 2 O 4, etc.), lithium iron phosphate compound (LiFePO 4 ), and the like were used as a cathode active material of a lithium secondary battery. . In addition, as a method for improving low thermal stability while maintaining excellent reversible capacity of LiNiO 2 , a lithium composite metal oxide in which a part of nickel (Ni) is replaced with cobalt (Co) or manganese (Mn) / aluminum (Al) ( Hereinafter, simply referred to as 'NCM-based lithium composite transition metal oxide' or 'NCA-based lithium composite transition metal oxide'.

이러한 리튬 복합 전이금속 산화물의 단위 부피당 용량을 증가시키고, 안정성을 향상시키기 위해 금속 조성의 농도구배를 형성하거나, 니켈의 함량을 증가시키는 등의 연구가 이루어지고 있다. 또한, 전극의 단위 부피당 용량을 증가시키기 위해 대립자 및 소립자를 블렌딩(blending)하여 바이모달(bimodal)로 양극 활물질 층을 제조함으로써 압연 밀도를 증가시키는 연구가 이루어지고 있다. 그러나, 아직까지 고용량이면서도 우수한 열 안정성을 동시에 만족하는 양극 활물질에 대한 개발이 여전히 필요한 실정이다.In order to increase the capacity per unit volume of the lithium composite transition metal oxide and to improve stability, studies have been made such as forming a concentration gradient of the metal composition or increasing the content of nickel. In addition, studies have been made to increase the rolling density by blending alleles and small particles in order to increase the capacity per unit volume of the electrode to produce a cathode active material layer by bimodal. However, there is still a need for the development of a cathode active material that satisfies both high capacity and excellent thermal stability at the same time.

한국등록특허 제10-1510940호Korean Patent Registration No. 10-1510940

본 발명은 대립자 및 소립자의 양극 활물질을 사용하여 에너지 밀도를 향상시키고, 고용량이면서도 열 안정성을 개선한 이차전지용 양극 활물질을 제공하고자 하는 것이다.The present invention is to provide a positive electrode active material for secondary batteries with improved energy density, high capacity and thermal stability using the positive electrode active material of the large particles and small particles.

또한, 본 발명은 압연에 의한 양극 활물질의 크랙(crack) 발생 및 깨짐을 방지하며, 고온 수명 특성을 향상시키고, 고온 저장 시 가스 발생량을 저하시키는 등 안정성을 개선한 이차전지용 양극 활물질을 제공하고자 하는 것이다.In addition, the present invention is to provide a cathode active material for secondary batteries with improved stability, such as preventing the crack (crack) and cracking of the positive electrode active material by rolling, improve the high temperature life characteristics, lower the amount of gas generated during high temperature storage will be.

본 발명은 제1 양극 활물질 및 제2 양극 활물질을 포함하며, 상기 제1 양극 활물질 및 제2 양극 활물질은 니켈(Ni), 코발트(Co) 및 망간(Mn)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 2 이상의 전이금속을 포함하는 리튬 복합 전이금속 산화물이며, 상기 제1 양극 활물질의 평균 입경(D50)은 상기 제2 양극 활물질의 평균 입경(D50)의 1.5배 이상이고, 상기 제1 양극 활물질은, 리튬 복합 전이금속 산화물에 함유된 니켈(Ni), 코발트(Co) 및 망간(Mn) 중 적어도 하나가 리튬 복합 전이금속 산화물 입자의 중심과 표면에서의 농도 차가 5몰% 이상인 농도구배를 가지며, 상기 제2 양극 활물질은 결정 사이즈(Crystalite size)가 200nm 이상인 이차전지용 양극 활물질을 제공한다.The present invention includes a first positive electrode active material and a second positive electrode active material, wherein the first positive electrode active material and the second positive electrode active material are at least two or more transitions selected from the group consisting of nickel (Ni), cobalt (Co) and manganese (Mn) a lithium composite transition metal oxide comprising a metal, wherein the average particle diameter (D 50) of the first cathode active material is 1.5 and the fold, the first cathode active material having an average particle size (D 50) of the second cathode active material, lithium At least one of nickel (Ni), cobalt (Co) and manganese (Mn) contained in the composite transition metal oxide has a concentration gradient having a concentration difference of 5 mol% or more at the center and the surface of the lithium composite transition metal oxide particle. 2 positive electrode active material provides a positive electrode active material for secondary batteries having a crystal size of 200nm or more.

또한, 본 발명은 니켈(Ni), 코발트(Co) 및 망간(Mn)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 2 이상의 전이금속을 포함하는 리튬 복합 전이금속 산화물의 제1 양극 활물질 및 제2 양극 활물질을 마련한 후, 상기 제1 양극 활물질 및 제2 양극 활물질을 혼합하는 단계를 포함하며, 상기 제1 양극 활물질의 평균 입경(D50)은 상기 제2 양극 활물질의 평균 입경(D50)의 1.5배 이상이고, 상기 제1 양극 활물질은, 리튬 복합 전이금속 산화물에 함유된 니켈(Ni), 코발트(Co) 및 망간(Mn) 중 적어도 하나가 리튬 복합 전이금속 산화물 입자의 중심과 표면에서의 농도 차가 5몰% 이상인 농도구배를 가지며, 상기 제2 양극 활물질은 결정 사이즈(Crystalite size)가 200nm 이상이 되도록 과소성하여 제조된 이차전지용 양극 활물질의 제조방법을 제공한다.In addition, the present invention after preparing a first positive electrode active material and a second positive electrode active material of a lithium composite transition metal oxide containing at least two or more transition metals selected from the group consisting of nickel (Ni), cobalt (Co) and manganese (Mn) And mixing the first positive electrode active material and the second positive electrode active material, wherein the average particle diameter (D 50 ) of the first positive electrode active material is 1.5 times or more of the average particle diameter (D 50 ) of the second positive electrode active material, In the first positive electrode active material, at least one of nickel (Ni), cobalt (Co), and manganese (Mn) contained in the lithium composite transition metal oxide has a concentration difference of 5 mol% at the center and the surface of the lithium composite transition metal oxide particle. It has a concentration gradient that is above, the second positive electrode active material provides a method for producing a positive electrode active material for secondary batteries prepared by over-firing so that the crystal size (Crystalite size) is 200nm or more.

또한, 본 발명은 상기 양극 활물질을 포함하는 양극 및 리튬 이차전지를 제공한다.In addition, the present invention provides a cathode and a lithium secondary battery including the cathode active material.

본 발명에 따르면, 대립자 및 소립자를 블렌딩(blending)하여 바이모달(bimodal)의 양극 활물질을 제조함으로써 에너지 밀도를 향상시킬 수 있으며, 이때, 농도구배를 갖는 대립자와, 과소성하여 결정 사이즈(Crystalite size)가 200nm 이상인 소립자를 사용함으로써 고용량을 구현하면서도 열 안정성을 향상시킬 수 있다. 또한, 압연에 의한 양극 활물질의 크랙(crack) 발생 및 깨짐을 방지할 수 있으며, 고온 수명 특성을 향상시키고, 고온 저장 시 가스 발생량을 저하시키는 등 안정성을 개선할 수 있다. According to the present invention, the energy density can be improved by blending alleles and small particles to produce a bimodal positive electrode active material, wherein the alleles having a concentration gradient and oversintering the crystal size ( By using small particles with a crystal size of 200 nm or more, thermal stability can be improved while achieving high capacity. In addition, it is possible to prevent cracking and cracking of the positive electrode active material due to rolling, and to improve stability, such as improving the high temperature life characteristics and reducing the amount of gas generated during high temperature storage.

도 1은 실시예 및 비교예에 따른 양극 활물질의 압연 밀도를 나타낸 그래프이다.
도 2는 실시예 및 비교예에 따른 양극 활물질의 시차주사열계량법(differential scanning calorimetry, DSC)에 의한 열 안정성을 나타낸 그래프이다.
도 3은 실시예 및 비교예에 따른 양극 활물질의 고온 저장 시 가스 발생량을 나타낸 그래프이다.
1 is a graph showing the rolling density of a positive electrode active material according to Examples and Comparative Examples.
FIG. 2 is a graph showing thermal stability by differential scanning calorimetry (DSC) of positive electrode active materials according to Examples and Comparative Examples. FIG.
3 is a graph showing the amount of gas generated during high temperature storage of the positive electrode active material according to Examples and Comparative Examples.

이하, 본 발명에 대한 이해를 돕기 위해 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 이때, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail to aid in understanding the present invention. At this time, the terms or words used in the present specification and claims should not be construed as being limited to the ordinary or dictionary meanings, and the inventors appropriately define the concept of terms in order to explain their invention in the best way. It should be interpreted as meaning and concept corresponding to the technical idea of the present invention based on the principle that it can.

<양극 활물질><Anode active material>

본 발명의 이차전지용 양극 활물질은 제1 양극 활물질 및 제2 양극 활물질을 포함하며, 상기 제1 양극 활물질 및 제2 양극 활물질은 니켈(Ni), 코발트(Co) 및 망간(Mn)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 2 이상의 전이금속을 포함하는 리튬 복합 전이금속 산화물이며, 상기 제1 양극 활물질의 평균 입경(D50)은 상기 제2 양극 활물질의 평균 입경(D50)의 1.5배 이상이고, 상기 제1 양극 활물질은, 리튬 복합 전이금속 산화물에 함유된 니켈(Ni), 코발트(Co) 및 망간(Mn) 중 적어도 하나가 리튬 복합 전이금속 산화물 입자의 중심과 표면에서의 농도 차가 5몰% 이상인 농도구배를 가지며, 상기 제2 양극 활물질은 결정 사이즈(Crystalite size)가 200nm 이상이다.The positive electrode active material for a secondary battery of the present invention includes a first positive electrode active material and a second positive electrode active material, and the first positive electrode active material and the second positive electrode active material are selected from the group consisting of nickel (Ni), cobalt (Co), and manganese (Mn). A lithium composite transition metal oxide including at least two transition metals selected, wherein the average particle diameter (D 50 ) of the first positive electrode active material is 1.5 times or more than the average particle diameter (D 50 ) of the second positive electrode active material, and the first The positive electrode active material has a concentration gradient in which at least one of nickel (Ni), cobalt (Co), and manganese (Mn) contained in the lithium composite transition metal oxide has a concentration difference of 5 mol% or more at the center and the surface of the lithium composite transition metal oxide particle. The second positive electrode active material has a crystal size of 200 nm or more.

본 발명의 이차전지용 양극 활물질은 대립자인 제1 양극 활물질과 소립자인 제2 양극 활물질을 포함한다. The positive electrode active material for secondary batteries of the present invention includes a first positive electrode active material which is an allele and a second positive electrode active material which is a small particle.

이차전지용 양극의 부피당 용량을 향상시키기 위해서는 양극 활물질 층의 밀도를 증가시킬 필요가 있는데, 양극 활물질 층의 밀도를 증가시키는 방법으로 양극 활물질 입자 사이의 공극을 줄여 압연 밀도(또는 전극 밀도)를 높이는 방법이 사용된다. 본 발명과 같이 대립자 및 소립자의 양극 활물질을 혼합한 바이모달(bimodal)의 양극 활물질의 경우, 대립자 양극 활물질의 입자들 사이의 빈 공간을 소립자 양극 활물질로 채울 수 있으므로, 보다 조밀한 충진이 가능하고, 양극의 에너지 밀도를 증가시킬 수 있다.In order to improve the capacity per volume of the secondary battery positive electrode, it is necessary to increase the density of the positive electrode active material layer.A method of increasing the density of the positive electrode active material layer increases the rolling density (or electrode density) by reducing the voids between the positive electrode active material particles. This is used. In the case of the bimodal positive electrode active material in which the positive active material of the large particles and the small particles are mixed as in the present invention, since the empty space between the particles of the large particle positive active material can be filled with the small particle positive electrode active material, more compact filling is achieved. It is possible to increase the energy density of the anode.

상기 제1 양극 활물질의 평균 입경(D50)은 상기 제2 양극 활물질의 평균 입경(D50)의 1.5배 이상이다.The average particle diameter (D 50 ) of the first positive electrode active material is 1.5 times or more of the average particle diameter (D 50 ) of the second positive electrode active material.

본 발명에 있어서, 평균 입경(D50)은 입경 분포 곡선에서 체적 누적량의 50%에 해당하는 입경으로 정의할 수 있다. 상기 평균 입경(D50)은 예를 들어, 레이저 회절법(laser diffraction method)을 이용하여 측정할 수 있다. 예를 들어, 상기 양극 활물질의 평균 입경(D50)의 측정 방법은, 양극 활물질의 입자를 분산매 중에 분산시킨 후, 시판되는 레이저 회절 입도 측정 장치(예를 들어, Microtrac MT 3000)에 도입하여 약 28kHz의 초음파를 출력 60W로 조사한 후, 측정 장치에 있어서의 체적 누적량의 50%에 해당하는 평균 입경(D50)을 산출할 수 있다.In the present invention, the average particle diameter (D 50 ) may be defined as a particle size corresponding to 50% of the cumulative volume in the particle size distribution curve. The average particle diameter D 50 may be measured using, for example, a laser diffraction method. For example, the measuring method of the average particle diameter (D 50 ) of the positive electrode active material is dispersed in the dispersion medium particles in a dispersion medium, and then introduced into a commercially available laser diffraction particle size measuring apparatus (for example, Microtrac MT 3000) to After irradiating an ultrasonic wave of 28 kHz with an output of 60 W, the average particle diameter D 50 corresponding to 50% of the volume accumulation amount in the measuring device can be calculated.

보다 구체적으로는, 상기 제1 양극 활물질 및 제2 양극 활물질의 평균 입경(D50)은 2:1 내지 5:1일 수 있고, 더욱 바람직하게는 제1 양극 활물질 및 제2 양극 활물질의 평균 입경(D50)은 2:1 내지 3.5:1일 수 있다. 제1 양극 활물질 및 제2 양극 활물질의 평균 입경(D50) 비가 상기 범위 내를 만족함으로써, 양극 활물질 입자들 사이의 공극을 보다 효과적으로 줄이고, 충진 밀도를 높이며, 양극 밀도를 향상시켜 양극 부피당 용량을 효과적으로 향상시킬 수 있다.More specifically, the average particle diameter (D 50 ) of the first positive electrode active material and the second positive electrode active material may be 2: 1 to 5: 1, and more preferably, the average particle diameter of the first positive electrode active material and the second positive electrode active material. (D 50 ) may be from 2: 1 to 3.5: 1. The average particle diameter (D 50 ) ratio of the first positive electrode active material and the second positive electrode active material satisfies the above range, thereby effectively reducing the voids between the positive electrode active material particles, increasing the packing density, and improving the positive electrode density to increase the capacity per positive electrode volume. Can be effectively improved.

구체적으로, 상기 제1 양극 활물질의 평균 입경(D50)은 10 내지 30㎛일 수 있으며, 보다 바람직하게는 13 내지 25㎛, 더욱 바람직하게는 15 내지 22㎛일 수 있다.Specifically, the average particle diameter (D 50 ) of the first positive electrode active material may be 10 to 30㎛, more preferably 13 to 25㎛, more preferably 15 to 22㎛.

상기 제2 양극 활물질의 평균 입경(D50)은 9㎛ 이하일 수 있으며, 보다 바람직하게는 1 내지 8㎛, 더욱 바람직하게는 2 내지 6㎛일 수 있다.The average particle diameter (D 50 ) of the second positive electrode active material may be 9 μm or less, more preferably 1 to 8 μm, still more preferably 2 to 6 μm.

본 발명의 상기 제1 양극 활물질 및 제2 양극 활물질은 니켈(Ni), 코발트(Co) 및 망간(Mn)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 2 이상의 전이금속을 포함하는 리튬 복합 전이금속 산화물이다. 이때, 대립자인 상기 제1 양극 활물질은 농도구배를 갖는 리튬 복합 전이금속 산화물이며, 소립자인 상기 제2 양극 활물질은 농도구배를 갖지 않으며, 과소성되어 결정 사이즈(Crystalite size)가 200nm 이상인 리튬 복합 전이금속 산화물이다. 이와 같이, 농도구배를 갖는 대립자와 농도구배를 갖지 않으며, 과소성된 소립자를 혼합 사용함으로써, 보다 더 고용량이면서도 열적 안정성을 확보할 수 있고, 고온 수명 특성 및 고온 저장 안정성을 향상시킬 수 있다. The first positive electrode active material and the second positive electrode active material of the present invention are lithium composite transition metal oxides including at least two or more transition metals selected from the group consisting of nickel (Ni), cobalt (Co), and manganese (Mn). In this case, the first positive electrode active material, which is an allele, is a lithium composite transition metal oxide having a concentration gradient, and the second positive electrode active material, which is a small particle, does not have a concentration gradient, and is excessively calcined and has a lithium composite transition having a crystal size of 200 nm or more. Metal oxides. In this way, by using a mixture of alleles having a concentration gradient and no concentration gradient, undersintered small particles, a higher capacity and thermal stability can be ensured, and high temperature life characteristics and high temperature storage stability can be improved.

상대적으로 대립자인 상기 제1 양극 활물질은 금속 조성의 농도구배를 갖는 리튬 복합 전이금속 산화물로서, 리튬 복합 전이금속 산화물에 함유된 니켈(Ni), 코발트(Co) 및 망간(Mn) 중 적어도 하나가 리튬 복합 전이금속 산화물 입자의 중심과 표면에서의 농도 차가 5몰% 이상을 나타낸다. 보다 바람직하게는 리튬 복합 전이금속 산화물에 함유된 니켈(Ni)이 리튬 복합 전이금속 산화물 입자의 중심과 표면에서의 농도 차가 8몰% 이상, 더욱 바람직하게는 10몰% 이상일 수 있다.The relatively positive first positive electrode active material is a lithium composite transition metal oxide having a concentration gradient of a metal composition, and at least one of nickel (Ni), cobalt (Co), and manganese (Mn) contained in the lithium composite transition metal oxide The difference in concentration between the center and the surface of the lithium composite transition metal oxide particles is 5 mol% or more. More preferably, the nickel (Ni) contained in the lithium composite transition metal oxide may have a concentration difference of 8 mol% or more, more preferably 10 mol% or more at the center and the surface of the lithium composite transition metal oxide particles.

본 발명에 있어서, 양극 활물질 입자 내에서의 전이금속의 농도구배 조성 및 농도는 전자선 마이크로 애널라이저(Electron Probe Micro Analyzer, EPMA), 유도결합 플라스마-원자 방출 분광법(Inductively Coupled Plasma - Atomic Emission Spectrometer, ICP-AES), 비행 시간형 2차 이온 질량분석기(Time of Flight Secondary Ion Mass Spectrometry, ToF-SIMS), 또는 X선 광전자 분광법(XPS) 등의 방법을 이용하여 확인할 수 있으며, 구체적으로는 EPMA를 이용하여 양극 활물질의 중심에서부터 표면으로 이동하면서 각 금속의 원소비(atomic ratio)를 측정하거나, XPS를 통하여 양극 활물질의 표면에서부터 중심으로 에칭하면서 각 금속의 원소비(atomic ratio)를 측정할 수 있다.In the present invention, the concentration gradient composition and concentration of the transition metal in the positive electrode active material particles may be determined by using an Electron Probe Micro Analyzer (EPMA), Inductively Coupled Plasma-Atomic Emission Spectrometer (ICP-). AES), Time of Flight Secondary Ion Mass Spectrometry (ToF-SIMS), or X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The atomic ratio of each metal may be measured while moving from the center of the cathode active material to the surface, or the atomic ratio of each metal may be measured while etching from the surface of the cathode active material to the center through XPS.

본 발명의 일 실시예의 경우, 상기 제1 양극 활물질은, 코어부 및 상기 코어부를 둘러싸며 형성된 쉘부로 이루어지며, 상기 코어부는 전이금속의 농도가 일정하고, 상기 쉘부는 니켈(Ni), 코발트(Co) 및 망간(Mn) 중 적어도 하나가 점진적으로 증가하거나 감소하는 농도구배를 나타낼 수 있다. 보다 바람직하게는 상기 제1 양극 활물질의 쉘부는, 니켈(Ni)의 농도가 입자 표면 측으로 갈수록 점진적으로 감소하는 농도구배를 나타낼 수 있다. 상기 쉘부 중 입자 중심 측에서는 니켈(Ni)의 농도가 고농도를 유지하고, 쉘부 중 입자 표면 측으로 갈수록 니켈(Ni)의 농도가 감소하기 때문에 열 안정성을 나타내면서도 용량의 감소를 방지할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the first positive electrode active material is composed of a core portion and a shell portion surrounding the core portion, wherein the core portion has a constant transition metal concentration, and the shell portion is nickel (Ni), cobalt ( At least one of Co) and manganese (Mn) may exhibit a concentration gradient that gradually increases or decreases. More preferably, the shell portion of the first positive electrode active material may exhibit a concentration gradient in which the concentration of nickel (Ni) gradually decreases toward the particle surface side. Since the concentration of nickel (Ni) is maintained at the particle center side of the shell portion and the concentration of nickel (Ni) decreases toward the particle surface side of the shell portion, it is possible to prevent a decrease in capacity while showing thermal stability.

한편, 상기 쉘부는, 망간(Mn) 및 코발트(Co) 중 적어도 하나가 입자 표면 측으로 갈수록 점진적으로 증가하는 농도구배를 가질 수 있다. 이 경우, 상기 쉘부 중 입자 중심 측에서는 망간(Mn)의 농도가 저농도를 유지하고, 쉘부 중 입자 표면 측으로 갈수록 망간(Mn)의 농도가 증가하기 때문에 우수한 열 안정성을 얻을 수 있으며, 쉘부 중 입자 중심 측에서는 코발트(Co)의 농도가 저농도를 유지하고, 쉘부 중 입자 표면 측으로 갈수록 코발트(Co)의 농도를 증가시킴으로써 코발트(Co)의 사용량을 감소시키면서도 용량의 감소를 방지할 수 있다.On the other hand, the shell portion, at least one of the manganese (Mn) and cobalt (Co) may have a concentration gradient gradually increases toward the particle surface side. In this case, since the concentration of manganese (Mn) is maintained at the particle center side of the shell portion and the concentration of manganese (Mn) increases toward the particle surface side of the shell portion, excellent thermal stability can be obtained, and at the particle center side of the shell portion Cobalt (Co) maintains a low concentration, and by increasing the concentration of cobalt (Co) toward the particle surface side of the shell portion, it is possible to prevent a decrease in capacity while reducing the amount of cobalt (Co) used.

상기 양극 활물질의 쉘부는, 쉘부 내 포함된 니켈(Ni)의 농도가 입자 표면 측으로 갈수록 연속적인 농도구배를 가지면서 감소하고, 망간(Mn) 및 코발트(Co) 중 적어도 하나는 입자 표면 측으로 갈수록 상기 니켈(Ni)의 농도구배와 상보적으로 연속적인 농도구배를 가지면서 증가할 수 있다. The shell portion of the cathode active material decreases with a concentration gradient of nickel (Ni) contained in the shell portion toward the particle surface side, and at least one of manganese (Mn) and cobalt (Co) toward the particle surface side. It can increase with a concentration gradient that is complementary to the concentration gradient of nickel (Ni).

본 발명에 있어서, "전이금속의 농도가 점진적으로 변화(증가 또는 감소)하는 농도구배를 나타낸다"란, 전이금속의 농도가 점진적으로 변화하는 농도 분포로 존재한다는 것을 의미한다. 구체적으로, 상기 농도 분포는 입자 내에서 1㎛당 전이금속 농도의 변화가, 양극 활물질 내 포함되는 해당 금속의 총 몰 수를 기준으로, 각각 0.1 내지 5몰%, 보다 구체적으로는 0.1 내지 3몰%, 보다 더 구체적으로는 1 내지 2몰%의 차이가 있는 것일 수 있다. In the present invention, "representing a concentration gradient in which the concentration of the transition metal gradually changes (increases or decreases)" means that the concentration of the transition metal exists in a concentration distribution that gradually changes. Specifically, the concentration distribution is 0.1 to 5 mol%, more specifically 0.1 to 3 mol, based on the total number of moles of the metal included in the positive electrode active material, the change in the transition metal concentration per 1 μm in the particles %, More specifically, may be a difference of 1 to 2 mol%.

본 발명의 다른 실시예의 경우, 상기 제1 양극 활물질은, 리튬 복합 전이금속 산화물에 함유된 니켈(Ni), 코발트(Co) 및 망간(Mn) 중 적어도 하나가 리튬 복합 전이금속 산화물 입자의 중심에서부터 표면까지 점진적으로 변하는(증가하거나 감소하는) 농도구배를 가질 수 있다. In another embodiment of the present invention, the first positive electrode active material, at least one of nickel (Ni), cobalt (Co) and manganese (Mn) contained in the lithium composite transition metal oxide from the center of the lithium composite transition metal oxide particles It may have a concentration gradient that gradually changes (increases or decreases) to the surface.

보다 바람직하게는, 상기 제1 양극 활물질은, 니켈(Ni)이 리튬 복합 전이금속 산화물 입자의 중심에서부터 표면까지 점진적으로 감소하는 농도구배를 가질 수 있다. 제1 양극 활물질의 입자 중심에서 니켈(Ni)의 농도가 고농도를 유지하고, 표면으로 갈수록 니켈(Ni)의 농도가 감소하기 때문에 열 안정성을 나타내면서도 용량의 감소를 방지할 수 있다.More preferably, the first cathode active material may have a concentration gradient in which nickel (Ni) gradually decreases from the center of the lithium composite transition metal oxide particle to the surface. Since the concentration of nickel (Ni) is maintained at the center of the particle of the first positive electrode active material, and the concentration of nickel (Ni) decreases toward the surface, it is possible to prevent a decrease in capacity while showing thermal stability.

또는, 망간(Mn) 및 코발트(Co) 중 적어도 하나가 리튬 복합 전이금속 산화물 입자의 중심에서부터 표면까지 점진적으로 증가하는 농도구배를 가질 수 있다. 이 경우, 제1 양극 활물질의 입자 중심에서 망간(Mn)의 농도가 저농도를 유지하고, 입자 표면으로 갈수록 망간(Mn)의 농도가 증가하기 때문에 용량 감소 없이 우수한 열 안정성을 얻을 수 있으며, 제1 양극 활물질의 입자 중심에서 코발트(Co)의 농도가 저농도를 유지하고, 입자 표면으로 갈수록 코발트(Co)의 농도를 증가시킴으로써 코발트(Co)의 사용량을 감소시키면서도 용량의 감소를 방지할 수 있다.Alternatively, at least one of manganese (Mn) and cobalt (Co) may have a concentration gradient that gradually increases from the center of the lithium composite transition metal oxide particle to the surface. In this case, since the concentration of manganese (Mn) is maintained at the center of the particle of the first positive electrode active material and the concentration of manganese (Mn) increases toward the particle surface, it is possible to obtain excellent thermal stability without reducing the capacity. The concentration of cobalt (Co) at the center of the particle of the positive electrode active material maintains a low concentration, and by increasing the concentration of cobalt (Co) toward the particle surface, it is possible to prevent a decrease in capacity while reducing the amount of cobalt (Co) used.

본 발명의 일 실시예에 따른 제1 양극 활물질은, 제1 양극 활물질 내 포함된 니켈(Ni)의 농도는 입자의 중심에서부터 입자 표면층으로 갈수록 연속적인 농도구배를 가지면서 감소하고, 망간(Mn) 및 코발트(Co) 중 적어도 하나는 입자의 중심에서부터 입자 표면으로 갈수록 상기 니켈(Ni)의 농도구배와 상보적으로 연속적인 농도구배를 가지면서 증가할 수 있다. 이와 같이, 제1 양극 활물질 내에서 입자의 중심에서부터 입자 표면으로 갈수록 니켈(Ni)의 농도는 점진적으로 감소하고, 망간(Mn) 및/또는 코발트(Co)의 농도는 점진적으로 증가하는 조합의 농도구배를 가짐으로써, 용량 특성을 유지하면서도 열 안전성을 나타낼 수 있다.In the first positive electrode active material according to an embodiment of the present invention, the concentration of nickel (Ni) contained in the first positive electrode active material decreases with a continuous concentration gradient from the center of the particle to the particle surface layer, and manganese (Mn) And at least one of cobalt (Co) may increase with a concentration gradient complementary to that of the nickel (Ni) from the center of the particle to the particle surface. As such, the concentration of nickel (Ni) gradually decreases from the center of the particle to the particle surface in the first positive electrode active material, and the concentration of manganese (Mn) and / or cobalt (Co) gradually increases. By having a gradient, thermal stability can be exhibited while maintaining capacity characteristics.

본 발명의 또 다른 실시예의 경우, 상기 제1 양극 활물질은, 코어부, 상기 코어부를 둘러싸며 형성된 농도구배부 및 상기 농도구배부를 둘러싸며 형성된 표면부로 이루어지며, 상기 코어부 및 표면부는 서로 독립적으로 전이금속의 농도가 일정하고, 상기 농도구배부는 상기 코어부 조성으로부터 상기 표면부 조성까지 니켈(Ni), 코발트(Co) 및 망간(Mn) 중 적어도 하나가 점진적으로 변화하는 농도구배를 가질 수 있다. 보다 바람직하게는 상기 코어부는 니켈(Ni)의 농도가 상기 표면부보다 고농도이며, 상기 제1 양극 활물질의 농도구배부는, 니켈(Ni)의 농도가 코어부 측으로부터 표면부 측으로 갈수록 점진적으로 감소하는 농도구배를 나타낼 수 있다. 상기 농도구배부 중 코어부 측에서는 니켈(Ni)의 농도가 고농도를 유지하고, 표면부 측으로 갈수록 니켈(Ni)의 농도가 감소하기 때문에 열 안정성을 나타내면서도 용량의 감소를 방지할 수 있다. In another embodiment of the present invention, the first positive electrode active material includes a core portion, a concentration gradient portion formed surrounding the core portion, and a surface portion formed surrounding the concentration gradient portion, and the core portion and the surface portion independently of each other. The concentration of the transition metal is constant, and the concentration gradient may have a concentration gradient in which at least one of nickel (Ni), cobalt (Co), and manganese (Mn) gradually changes from the core portion composition to the surface portion composition. . More preferably, the core portion has a higher concentration of nickel (Ni) than the surface portion, and the concentration gradient portion of the first positive electrode active material decreases gradually as the concentration of nickel (Ni) increases from the core portion side to the surface portion side. The concentration gradient can be indicated. In the core portion of the concentration gradient portion, the concentration of nickel (Ni) is maintained at a high concentration, and the concentration of nickel (Ni) decreases toward the surface portion, thereby exhibiting thermal stability and preventing a decrease in capacity.

한편, 상기 농도구배부는, 망간(Mn) 및 코발트(Co) 중 적어도 하나가 표면부 측으로 갈수록 점진적으로 증가하는 농도구배를 가질 수 있다. 이 경우, 상기 농도구배부 중 코어부 측에서는 망간(Mn)의 농도가 저농도를 유지하고, 농도구배부 중 표면부 측으로 갈수록 망간(Mn)의 농도가 증가하기 때문에 우수한 열 안정성을 얻을 수 있으며, 농도구배부 중 코어부 측에서는 코발트(Co)의 농도가 저농도를 유지하고, 농도구배부 중 표면부 측으로 갈수록 코발트(Co)의 농도를 증가시킴으로써 코발트(Co)의 사용량을 감소시키면서도 용량의 감소를 방지할 수 있다.On the other hand, the concentration gradient, the manganese (Mn) and cobalt (Co) may have a concentration gradient that gradually increases toward the surface portion. In this case, since the concentration of manganese (Mn) is maintained at the core side of the concentration gradient portion, and the concentration of manganese (Mn) increases toward the surface portion side of the concentration gradient portion, excellent thermal stability can be obtained. The concentration of cobalt (Co) is kept low at the core side of the gradient, and the concentration of cobalt (Co) increases toward the surface side of the gradient, thereby reducing the amount of cobalt (Co) while preventing a decrease in capacity. Can be.

상기 양극 활물질의 농도구배부는, 농도구배부 내 포함된 니켈(Ni)의 농도가 표면부 측으로 갈수록 연속적인 농도구배를 가지면서 감소하고, 망간(Mn) 및 코발트(Co) 중 적어도 하나는 표면부 측으로 갈수록 상기 니켈(Ni)의 농도구배와 상보적으로 연속적인 농도구배를 가지면서 증가할 수 있다. The concentration gradient of the cathode active material decreases as the concentration of nickel (Ni) included in the concentration gradient increases toward the surface portion and has a continuous concentration gradient, and at least one of manganese (Mn) and cobalt (Co) is a surface portion. Towards the side may increase with a concentration gradient complementary to the concentration gradient of the nickel (Ni).

상기와 같이 대립자인 제1 양극 활물질을 입자 내 위치에 따라 전이금속 원소의 농도를 달리하여 농도구배를 갖도록 함으로써, 해당 전이금속의 특성을 용이하게 활용하여 양극 활물질의 전지 성능 개선 효과를 더욱 향상시킬 수 있다. As described above, the first positive electrode active material, which is an allele, has a concentration gradient by varying the concentration of the transition metal element according to the position in the particle, thereby easily utilizing the characteristics of the transition metal to further improve the battery performance improvement effect of the positive electrode active material. Can be.

상대적으로 소립자인 상기 제2 활물질은 과소성되어 결정 사이즈(Crystalite size)가 200nm 이상이다. 상기 제2 양극 활물질의 결정 사이즈(Crystalite size)가 200nm 미만인 경우 고온 수명 특성 및 고온 저장 시 안정성이 저하될 수 있으며, 압연에 의해 양극 활물질의 크랙(crack) 및 깨짐이 발생할 수 있다. 상기 제2 양극 활물질을 과소성하는 방법은 결정 사이즈(Crystalite size)를 200nm 이상으로 증가시킬 수 있는 방법이라면 특별히 제한되지 않으나, 예를 들면, 소성하는 과정에서 일반적인 양극 활물질 소성 온도보다 약 50℃ 가량 증가시킨 온도로 과소성할 수 있다. 보다 바람직하게는 상기 제2 양극 활물질은 결정 사이즈(Crystalite size)가 200 내지 500nm, 더욱 바람직하게는 220 내지 400nm일 수 있다. The second active material, which is relatively small particles, is over-fired and has a crystal size of 200 nm or more. When the crystal size of the second cathode active material is less than 200 nm, high temperature life characteristics and stability at high temperatures may be deteriorated, and cracking and cracking of the cathode active material may occur by rolling. The method of overfiring the second positive electrode active material is not particularly limited as long as it can increase the crystal size to 200 nm or more. May overcalcin with increased temperature. More preferably, the second cathode active material may have a crystal size of 200 to 500 nm, and more preferably 220 to 400 nm.

본 발명에 있어서, '입자'는 마이크로 단위의 알갱이를 지칭하며, 이를 확대하여 관측하면 수십 나노 단위의 결정 형태를 가진 '그레인(grain)'으로 구분할 수 있다. 이를 더욱 확대하면 원자들이 일정한 방향의 격자구조를 이루는 형태의 구분된 영역을 확인할 수 있으며, 이를 '결정립(crystallite)'이라고 하며, XRD에서 관측하는 입자의 크기는 결정립(Crystallite)의 크기로 정의된다. 결정 사이즈(Crystalite size)를 측정하는 방법은 XRD data의 peak broadening을 이용하여 crystallite size를 가늠할 수 있으며. scherrer equation을 통해 정량적으로 계산할 수 있다.In the present invention, the 'particle' refers to a grain of micro units, and when magnified, it can be classified into a 'grain' having a crystal form of several tens of nano units. Further magnification can identify the distinct regions of the form of atoms in a lattice structure in a certain direction, which is called 'crystallite', and the size of the particles observed in the XRD is defined as the size of the crystallite. . The crystallite size can be measured using the peak broadening of the XRD data to determine the crystallite size. This can be calculated quantitatively using the scherrer equation.

상기 제1 양극 활물질 및 제2 양극 활물질은 1차 입자가 응집되어 이루어진 2차 입자일 수 있다. 이때, 상대적으로 소립자인 상기 제2 양극 활물질은 과소성되어 1차 입자의 평균 입경(D50)이 1㎛ 이상일 수 있다. 상기 제2 양극 활물질의 1차 입자의 평균 입경(D50)이 1㎛ 미만인 경우 고온 수명 특성 및 고온 저장 시 가스 발생량이 증가하는 등 안정성이 저하될 수 있으며, 압연에 의해 양극 활물질의 크랙(crack) 및 깨짐이 발생할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제2 양극 활물질은 1차 입자의 평균 입경(D50)이 1 내지 8㎛일 수 있고, 더욱 구체적으로, 상기 제2 양극 활물질은 1차 입자의 평균 입경(D50)이 1 내지 6㎛일 수 있다. 상대적으로 소립자인 제2 양극 활물질의 비표면적 감소를 통해 전해액과의 부반응 저감 효과를 나타낼 수 있으며, 이를 통해 열 안정성 향상 및 가스 발생 감소 효과를 보일 수 있다. 한편, 상대적으로 대립자인 상기 제1 양극 활물질의 1차 입자의 평균 입경(D50)은 100nm 내지 2㎛일 수 있다.The first positive electrode active material and the second positive electrode active material may be secondary particles formed by aggregation of primary particles. In this case, the second cathode active material, which is relatively small particles, may be over-fired so that an average particle diameter (D 50 ) of the primary particles may be 1 μm or more. When the average particle diameter (D 50 ) of the primary particles of the second positive electrode active material is less than 1 μm, stability may be deteriorated, such as high temperature life characteristics and an increase in gas generation during high temperature storage, and cracking of the positive electrode active material by rolling. ) And cracking may occur. More specifically, the second positive electrode active material may have an average particle diameter (D 50 ) of the primary particles of 1 to 8 μm, and more specifically, the second positive electrode active material may have an average particle diameter (D 50 ) of the primary particles. 1 to 6 μm. By reducing the specific surface area of the second cathode active material, which is a relatively small particle, it is possible to exhibit an effect of reducing side reactions with the electrolyte, thereby improving thermal stability and reducing gas generation. Meanwhile, the average particle diameter (D 50 ) of the primary particles of the first positive electrode active material, which are relatively alleles, may be 100 nm to 2 μm.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 양극 활물질 및 제2 양극 활물질 중 적어도 하나는, 니켈(Ni), 코발트(Co) 및 망간(Mn)을 포함하는 NCM계 양극 활물질일 수 있고, 또는 니켈(Ni), 코발트(Co) 및 알루미늄(Al)을 포함하는 NCA계 양극 활물질일 수 있으며, 니켈(Ni), 코발트(Co), 망간(Mn) 및 알루미늄(Al)의 4성분을 필수로 포함하는 4성분계 양극 활물질일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, at least one of the first positive electrode active material and the second positive electrode active material may be an NCM-based positive electrode active material including nickel (Ni), cobalt (Co) and manganese (Mn), or It may be an NCA-based positive electrode active material including nickel (Ni), cobalt (Co), and aluminum (Al), and requires four components of nickel (Ni), cobalt (Co), manganese (Mn), and aluminum (Al). It may be a four-component positive electrode active material comprising.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 제1 양극 활물질 및 제2 양극 활물질 중 적어도 하나는, 리튬 복합 전이금속 산화물에 함유된 전체 금속 원소 중 니켈(Ni)의 함량이 60몰% 이상인 고함량 니켈(High-Ni)의 양극 활물질일 수 있다. 보다 바람직하게는 전체 금속 원소 중 니켈(Ni)의 함량이 80몰% 이상일 수 있다. 본 발명과 같이 전체 금속 원소 중 니켈(Ni)의 함량이 60몰% 이상인 고함량 니켈(High-Ni)의 제1 양극 활물질 및 제2 양극 활물질을 사용하면 보다 더 고용량 확보가 가능할 수 있다. 농도구배를 갖는 제1 양극 활물질의 경우 입자 전체의 평균 농도에 있어서 니켈(Ni)의 함량이 60몰% 이상, 보다 바람직하게는 80몰% 이상인 고함량 니켈(High-Ni)의 양극 활물질일 수 있다.In addition, at least one of the first positive electrode active material and the second positive electrode active material according to an embodiment of the present invention has a high content of nickel (Ni) of at least 60 mol% of all metal elements contained in the lithium composite transition metal oxide. It may be a cathode active material of nickel (High-Ni). More preferably, the content of nickel (Ni) in the total metal elements may be 80 mol% or more. As described in the present invention, the use of the first positive electrode active material and the second positive electrode active material of high content nickel (High-Ni) having a content of nickel (Ni) in the total metal element of 60 mol% or more may enable higher capacity. The first positive electrode active material having a concentration gradient may be a high-nickel positive electrode active material having a content of nickel (Ni) of 60 mol% or more, more preferably 80 mol% or more in the average concentration of the whole particle. have.

한편, 상기 제1 양극 활물질 및 제2 양극 활물질은 서로 동일한 조성의 리튬 복합 전이금속 산화물일 수도 있고, 또는 상이한 조성의 리튬 복합 전이금속 산화물일 수 있다. Meanwhile, the first positive electrode active material and the second positive electrode active material may be lithium composite transition metal oxides having the same composition or lithium composite transition metal oxides having different compositions.

보다 구체적으로, 상기 제1 양극 활물질 및 제2 양극 활물질은 하기 화학식 1로 표시되는 리튬 복합 전이금속 산화물일 수 있다. 농도구배를 갖는 제1 양극 활물질의 경우 입자 전체의 평균 조성이 하기 화학식 1을 만족할 수 있다.More specifically, the first positive electrode active material and the second positive electrode active material may be a lithium composite transition metal oxide represented by Formula 1 below. In the case of the first positive electrode active material having a concentration gradient, the average composition of the whole particle may satisfy the following Formula 1.

[화학식 1][Formula 1]

LipNi1 -(x1+y1+z1)Cox1Ma y1Mb z1Mc q1O2 Li p Ni 1- (x1 + y1 + z1) Co x1 M a y1 M b z1 M c q1 O 2

상기 식에서, Ma은 Mn 및 Al로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상의 원소이고, Mb는 Ba, Ca, Zr, Ti, Mg, Ta, Nb 및 Mo로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상의 원소이며, Mc는 Al, Zr, Ti, Mg, Ta, Nb, Mo 및 Cr로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나 이상의 원소이며, 0.9≤p≤1.5, 0<x1≤0.4, 0<y1≤0.4, 0≤z1≤0.1, 0≤q1≤0.1 이고, 0<x1+y1+z1≤0.4이다.In the above formula, M a is at least one element selected from the group consisting of Mn and Al, M b is at least one element selected from the group consisting of Ba, Ca, Zr, Ti, Mg, Ta, Nb and Mo, M c is at least one element selected from the group consisting of Al, Zr, Ti, Mg, Ta, Nb, Mo and Cr, 0.9≤p≤1.5, 0 <x1≤0.4, 0 <y1≤0.4, 0≤z1 ≤ 0.1, 0 ≤ q1 ≤ 0.1, and 0 <x1 + y1 + z1 ≤ 0.4.

상기 화학식 1의 리튬 복합 전이금속 산화물에 있어서, Li은 p에 해당하는 함량, 즉 0.9≤p≤1.5로 포함될 수 있다. p가 0.9 미만이면 용량이 저하될 우려가 있고, 1.5를 초과하면 소성 공정에서 입자가 소결되어 버려, 양극 활물질 제조가 어려울 수 있다. Li 함량 제어에 따른 양극 활물질의 용량 특성 개선 효과의 현저함 및 활물질 제조시의 소결성이 발란스를 고려할 때, 상기 Li는 보다 바람직하게는 1.0≤p≤1.15의 함량으로 포함될 수 있다.In the lithium composite transition metal oxide of Chemical Formula 1, Li may be included in an amount corresponding to p, that is, 0.9 ≦ p ≦ 1.5. If p is less than 0.9, the capacity may be lowered. If it is more than 1.5, the particles may be sintered in the firing process, and the production of the positive electrode active material may be difficult. Considering the remarkable effect of improving the capacity characteristics of the positive electrode active material according to the control of the Li content and the balance of the sintering property at the time of manufacturing the active material, the Li may be more preferably included in a content of 1.0≤p≤1.15.

상기 화학식 1의 리튬 복합 전이금속 산화물에 있어서, Ni은 1-(x1+y1+z1)에 해당하는 함량, 예를 들어, 0.6≤1-(x1+y1+z1)<1로 포함될 수 있다. 상기 화학식 1의 리튬 복합 전이금속 산화물 내 Ni의 함량이 0.6 이상의 조성이 되면 충방전에 기여하기에 충분한 Ni량이 확보되어 고용량화를 도모할 수 있다. 보다 바람직하게는 Ni은 0.8≤1-(x1+y1+z1)≤0.99로 포함될 수 있다. In the lithium composite transition metal oxide of Formula 1, Ni may be included as an amount corresponding to 1- (x1 + y1 + z1), for example, 0.6 ≦ 1- (x1 + y1 + z1) <1. When the Ni content in the lithium composite transition metal oxide of Formula 1 is 0.6 or more, the amount of Ni sufficient to contribute to charging and discharging may be secured, thereby achieving high capacity. More preferably, Ni may be included as 0.8 ≦ 1- (x1 + y1 + z1) ≦ 0.99.

상기 화학식 1의 리튬 복합 전이금속 산화물에 있어서, Co는 x1에 해당하는 함량, 즉 0<x1≤0.4으로 포함될 수 있다. 상기 화학식 1의 리튬 복합 전이금속 산화물 내 Co의 함량이 0.4를 초과할 경우 비용 증가의 우려가 있다. Co 포함에 따른 용량 특성 개선 효과의 현저함을 고려할 때, 상기 Co는 보다 구체적으로 0.05≤x1≤0.2의 함량으로 포함될 수 있다.In the lithium composite transition metal oxide of Chemical Formula 1, Co may be included in an amount corresponding to x1, that is, 0 <x1 ≦ 0.4. When the content of Co in the lithium composite transition metal oxide of Formula 1 exceeds 0.4, there is a fear of increase in cost. Considering the remarkable effect of improving the capacity characteristics according to the inclusion of Co, Co may be included in a content of 0.05≤x1≤0.2 more specifically.

상기 화학식 1의 리튬 복합 전이금속 산화물에 있어서, Ma은 Mn 또는 Al이거나, Mn 및 Al일 수 있고, 이러한 금속 원소는 활물질의 안정성을 향상시키고, 결과로서 전지의 안정성을 개선시킬 수 있다. 수명 특성 개선 효과를 고려할 때, 상기 Ma은 y1에 해당하는 함량, 즉 0<y1≤0.4의 함량으로 포함될 수 있다. 상기 화학식 1의 리튬 복합 전이금속 산화물 내 y1가 0.4를 초과하면 오히려 전지의 출력 특성 및 용량 특성이 저하될 우려가 있으며, 상기 Ma은 보다 구체적으로 0.05≤y1≤0.2의 함량으로 포함될 수 있다.In the lithium composite transition metal oxide of Chemical Formula 1, M a may be Mn or Al, or Mn and Al, and these metal elements may improve the stability of the active material, and as a result, may improve the stability of the battery. In consideration of the improvement of lifespan characteristics, M a may be included in an amount corresponding to y1, that is, 0 <y1 ≦ 0.4. When y1 in the lithium composite transition metal oxide of Formula 1 exceeds 0.4, the output characteristics and capacity characteristics of the battery may be deteriorated, and M a may be included in an amount of 0.05 ≦ y1 ≦ 0.2.

상기 화학식 1의 리튬 복합 전이금속 산화물에 있어서, Mb는 리튬 복합 전이금속 산화물의 결정 구조 내 포함된 도핑원소일 수 있으며, Mb는 z1에 해당하는 함량, 즉 0≤z1≤0.1로 포함될 수 있다.In the lithium composite transition metal oxide of Chemical Formula 1, M b may be a doping element included in the crystal structure of the lithium composite transition metal oxide, and M b may be included in an amount corresponding to z1, that is, 0 ≦ z1 ≦ 0.1. have.

상기 화학식 1의 리튬 복합 전이금속 산화물에 있어서, Mc의 금속 원소는 리튬 복합 전이금속 산화물 구조 내에 포함되지 않을 수 있고, 전구체와 리튬 소스를 혼합하고 소성할 때 Mc 소스를 함께 혼합하여 소성하거나, 리튬 복합 전이금속 산화물을 형성한 후 별도로 Mc 소스를 투입하고 소성하는 방법을 통해 상기 Mc가 리튬 복합 전이금속 산화물의 표면에 도핑된 리튬 복합 전이금속 산화물을 제조할 수 있다. 상기 Mc는 q1에 해당하는 함량, 즉 0≤q1≤0.1의 범위 내에서 양극 활물질의 특성을 저하하지 않는 함량으로 포함될 수 있다.In the lithium composite transition metal oxide of the above formula 1, M c of the metal element is a lithium composite transition may not be contained in the metal oxide structure, when mixing the precursor and a lithium source and baking M c is mixed with a source firing or After forming the lithium composite transition metal oxide, a lithium composite transition metal oxide may be prepared in which the M c is doped onto the surface of the lithium composite transition metal oxide by adding and firing an M c source separately. The M c may be included in an amount corresponding to q1, that is, a content which does not deteriorate the characteristics of the positive electrode active material within a range of 0 ≦ q1 ≦ 0.1.

본 발명의 일 실시예는 상기 제1 양극 활물질 및 제2 양극 활물질이 9:1 내지 1:9의 중량비로 혼합될 수 있으며, 보다 바람직하게는 8:2 내지 3:7의 중량비, 가장 바람직하게는 8:2 내지 5:5의 중량비로 혼합될 수 있다. 대립자이며 농도구배를 갖는 제1 양극 활물질과, 소립자이며 결정 사이즈(Crystalite size)가 200nm 이상인 제2 양극 활물질을 상기 범위 내로 혼합 사용함으로써 양극의 에너지 밀도를 높이고, 고용량 및 우수한 열 안정성을 확보할 수 있으며, 전해액과의 부반응을 억제할 수 있다. 이에 따라, 상기와 같은 양극 활물질을 사용하여 제조된 리튬 이차전지는 높은 용량을 구현하고, 가스 발생을 저하시키며, 고온 수명 특성 등의 전지 특성이 향상될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the first positive electrode active material and the second positive electrode active material may be mixed in a weight ratio of 9: 1 to 1: 9, more preferably in a weight ratio of 8: 2 to 3: 7, most preferably May be mixed in a weight ratio of 8: 2 to 5: 5. By mixing and using the first positive electrode active material having an allele and a concentration gradient and the second positive electrode active material having a small particle and the crystal size of 200 nm or more within the above range, the energy density of the positive electrode can be increased, and high capacity and excellent thermal stability can be secured. It is possible to suppress side reactions with the electrolyte. Accordingly, the lithium secondary battery manufactured using the cathode active material as described above may implement high capacity, reduce gas generation, and improve battery characteristics such as high temperature life characteristics.

<양극 활물질의 제조방법><Method of Manufacturing Anode Active Material>

다음으로, 본 발명의 양극 활물질의 제조방법을 설명한다.Next, the manufacturing method of the positive electrode active material of this invention is demonstrated.

본 발명의 양극 활물질은 니켈(Ni), 코발트(Co) 및 망간(Mn)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 2 이상의 전이금속을 포함하는 리튬 복합 전이금속 산화물의 제1 양극 활물질 및 제2 양극 활물질을 마련한 후, 상기 제1 양극 활물질 및 제2 양극 활물질을 혼합하는 단계를 포함하며, 상기 제1 양극 활물질의 평균 입경(D50)은 상기 제2 양극 활물질의 평균 입경(D50)의 1.5배 이상이고, 상기 제1 양극 활물질은, 리튬 복합 전이금속 산화물에 함유된 니켈(Ni), 코발트(Co) 및 망간(Mn) 중 적어도 하나가 리튬 복합 전이금속 산화물 입자의 중심과 표면에서의 농도 차가 5몰% 이상인 농도구배를 가지며, 상기 제2 양극 활물질은 결정 사이즈(Crystalite size)가 200nm 이상이 되도록 과소성하여 제조된다.The cathode active material of the present invention includes a first cathode active material and a second cathode active material of a lithium composite transition metal oxide including at least two or more transition metals selected from the group consisting of nickel (Ni), cobalt (Co), and manganese (Mn). Thereafter, the step of mixing the first positive electrode active material and the second positive electrode active material, the average particle diameter (D 50 ) of the first positive electrode active material is at least 1.5 times the average particle diameter (D 50 ) of the second positive electrode active material In the first positive electrode active material, at least one of nickel (Ni), cobalt (Co), and manganese (Mn) contained in the lithium composite transition metal oxide has a concentration difference of 5 mol between the center and the surface of the lithium composite transition metal oxide particle. It has a concentration gradient that is greater than or equal to%, and the second cathode active material is manufactured by underfiring such that a crystal size is 200 nm or more.

상기 제1 양극 활물질은 평균 입경(D50)이 10 내지 30㎛인 대립자를 사용할 수 있으며, 보다 바람직하게는 13 내지 25㎛, 더욱 바람직하게는 15 내지 22㎛일 수 있다.The first positive electrode active material may use an allele having an average particle diameter (D 50 ) of 10 to 30 μm, more preferably 13 to 25 μm, and more preferably 15 to 22 μm.

상기 제2 양극 활물질은 평균 입경(D50)이 9㎛ 이하인 소립자를 사용할 수 있으며, 보다 바람직하게는 1 내지 8㎛, 더욱 바람직하게는 2 내지 6㎛일 수 있다.The second cathode active material may use small particles having an average particle diameter (D 50 ) of 9 μm or less, more preferably 1 to 8 μm, and more preferably 2 to 6 μm.

이때, 상대적으로 대립자인 상기 제1 양극 활물질은 입자 내 위치에 따라 전이금속 원소의 농도를 달리하여 농도구배를 갖는 리튬 복합 전이금속 산화물을 사용한다. 상기 제1 양극 활물질의 전이금속 농도구배 조성은 앞서 양극 활물질에 대한 설명과 중복되므로 생략하도록 한다.At this time, the relatively positive allele of the first positive electrode active material uses a lithium composite transition metal oxide having a concentration gradient by varying the concentration of the transition metal element according to the position in the particle. The transition metal concentration gradient composition of the first positive electrode active material is omitted because it overlaps with the description of the positive electrode active material.

이때, 상대적으로 소립자인 상기 제2 양극 활물질은 과소성하여 제조되어 결정 사이즈(Crystalite size)가 200nm 이상이다. 과소성 방법은 특별히 제한되지는 않으나, 예를 들면, 일반적인 양극 활물질의 소성 온도인 약 800 내지 1000℃ 범위보다 약 50~150℃ 가량 증가시킨 온도로 과소성할 수 있다. 보다 바람직하게는 상기 제2 양극 활물질은 결정 사이즈(Crystalite size)가 200 내지 500nm, 더욱 바람직하게는 220 내지 400nm가 되도록 과소성하여 제조될 수 있다.In this case, the second cathode active material, which is relatively small particles, is manufactured by underfiring, and has a crystal size of 200 nm or more. The overfiring method is not particularly limited, but may be overfired at a temperature increased by about 50 to 150 ° C., for example, from about 800 to 1000 ° C., which is a firing temperature of a general cathode active material. More preferably, the second cathode active material may be manufactured by underfiring such that the crystal size is 200 to 500 nm, more preferably 220 to 400 nm.

또한, 상대적으로 소립자인 상기 제2 양극 활물질은 1차 입자의 평균 입경(D50)이 1㎛ 이상이 되도록 과소성하여 제조될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제2 양극 활물질은 1차 입자의 평균 입경(D50)이 1 내지 8㎛, 더욱 구체적으로, 상기 제2 양극 활물질은 1차 입자의 평균 입경(D50)이 1 내지 6㎛가 되도록 과소성하여 제조될 수 있다. 한편, 상대적으로 대립자인 상기 제1 양극 활물질의 1차 입자의 평균 입경(D50)은 100nm 내지 3㎛일 수 있다.In addition, the second cathode active material, which is relatively small particles, may be manufactured by underfiring such that the average particle diameter (D 50 ) of the primary particles is 1 μm or more. More specifically, the second positive electrode active material has an average particle diameter (D 50 ) of the primary particles of 1 to 8 μm, and more specifically, the second positive electrode active material has an average particle diameter (D 50 ) of the primary particles of 1 to 6 μm. It may be prepared by overfiring to a thickness. On the other hand, the average particle diameter (D 50 ) of the primary particles of the first positive electrode active material that is a relatively large particle may be 100nm to 3㎛.

이외에 상기 제1 양극 활물질 및 제2 양극 활물질의 조성 및 혼합비 등은 앞서 양극 활물질에 대한 설명과 중복되므로 생략하도록 한다.In addition, since the composition and the mixing ratio of the first positive electrode active material and the second positive electrode active material are overlapped with the description of the positive electrode active material, it will be omitted.

<양극 및 이차전지><Anode and Secondary Battery>

본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면 상기 양극 활물질을 포함하는 리튬 이차전지용 양극 및 리튬 이차전지를 제공한다.According to another embodiment of the present invention provides a lithium secondary battery positive electrode and a lithium secondary battery comprising the positive electrode active material.

구체적으로, 상기 양극은 양극 집전체 및 상기 양극 집전체 위에 형성되며, 상기 양극 활물질을 포함하는 양극 활물질 층을 포함한다.Specifically, the positive electrode is formed on the positive electrode current collector and the positive electrode current collector, and includes a positive electrode active material layer including the positive electrode active material.

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

또, 상기 양극 활물질 층은 앞서 설명한 양극 활물질과 함께, 도전재 및 바인더를 포함할 수 있다.In addition, the cathode active material layer may include a conductive material and a binder together with the cathode active material described above.

이때, 상기 도전재는 전극에 도전성을 부여하기 위해 사용되는 것으로서, 구성되는 전지에 있어서, 화학변화를 야기하지 않고 전자 전도성을 갖는 것이면 특별한 제한없이 사용가능하다. 구체적인 예로는 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본 블랙, 아세틸렌블랙, 케첸블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙, 탄소섬유 등의 탄소계 물질; 구리, 니켈, 알루미늄, 은 등의 금속 분말 또는 금속 섬유; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 또는 폴리페닐렌 유도체 등의 전도성 고분자 등을 들 수 있으며, 이들 중 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다. 상기 도전재는 통상적으로 양극 활물질 층 총 중량에 대하여 1 내지 30 중량%로 포함될 수 있다.In this case, the conductive material is used to impart conductivity to the electrode. In the battery constituted, the conductive material may be used without particular limitation as long as it has electronic conductivity without causing chemical change. Specific examples thereof include graphite such as natural graphite and artificial graphite; Carbon-based materials such as carbon black, acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, summer black and carbon fiber; Metal powder or metal fibers such as copper, nickel, aluminum, and silver; Conductive whiskeys such as zinc oxide and potassium titanate; Conductive metal oxides such as titanium oxide; Or conductive polymers such as polyphenylene derivatives, and the like, or a mixture of two or more kinds thereof may be used. The conductive material may typically be included in an amount of 1 to 30% by weight based on the total weight of the positive electrode active material layer.

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

상기 양극은 상기한 양극 활물질을 이용하는 것을 제외하고는 통상의 양극 제조방법에 따라 제조될 수 있다. 구체적으로, 상기한 양극 활물질 및 선택적으로, 바인더 및 도전재를 포함하는 양극 활물질 층 형성용 조성물을 양극 집전체 상에 도포한 후, 건조 및 압연함으로써 제조될 수 있다. 이때 상기 양극 활물질, 바인더, 도전재의 종류 및 함량은 앞서 설명한 바와 같다.The positive electrode may be manufactured according to a conventional positive electrode manufacturing method except for using the positive electrode active material described above. Specifically, the composition for forming a cathode active material layer including the cathode active material and optionally, a binder and a conductive material may be coated on a cathode current collector, followed by drying and rolling. In this case, the type and content of the cathode active material, the binder, and the conductive material are as described above.

상기 용매로는 당해 기술분야에서 일반적으로 사용되는 용매일 수 있으며, 디메틸셀폭사이드(dimethyl sulfoxide, DMSO), 이소프로필 알코올(isopropyl alcohol), N-메틸피롤리돈(NMP), 아세톤(acetone) 또는 물 등을 들 수 있으며, 이들 중 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다. 상기 용매의 사용량은 슬러리의 도포 두께, 제조 수율을 고려하여 상기 양극 활물질, 도전재 및 바인더를 용해 또는 분산시키고, 이후 양극제조를 위한 도포시 우수한 두께 균일도를 나타낼 수 있는 점도를 갖도록 하는 정도면 충분하다.The solvent may be a solvent generally used in the art, and may include dimethyl sulfoxide (DMSO), isopropyl alcohol, N-methylpyrrolidone (NMP), acetone or acetone. Water, and the like, one of these alone or a mixture of two or more thereof may be used. The amount of the solvent is sufficient to dissolve or disperse the positive electrode active material, the conductive material, and the binder in consideration of the coating thickness of the slurry and the production yield, and to have a viscosity that can exhibit excellent thickness uniformity during application for the production of the positive electrode. Do.

또, 다른 방법으로, 상기 양극은 상기 양극 활물질 층 형성용 조성물을 별도의 지지체 상에 캐스팅한 다음, 이 지지체로부터 박리하여 얻은 필름을 양극 집전체 상에 라미네이션함으로써 제조될 수도 있다.Alternatively, the positive electrode may be manufactured by casting the composition for forming the positive electrode active material layer on a separate support, and then laminating the film obtained by peeling from the support onto a positive electrode current collector.

본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 상기 양극을 포함하는 전기화학소자가 제공된다. 상기 전기화학소자는 구체적으로 전지 또는 커패시터 등일 수 있으며, 보다 구체적으로는 리튬 이차전지일 수 있다.According to another embodiment of the present invention, an electrochemical device including the anode is provided. The electrochemical device may be specifically a battery or a capacitor, and more specifically, may be a lithium secondary battery.

상기 리튬 이차전지는 구체적으로 양극, 상기 양극과 대향하여 위치하는 음극, 상기 양극과 음극 사이에 개재되는 세퍼레이터 및 전해질을 포함하며, 상기 양극은 앞서 설명한 바와 같다. 또, 상기 리튬 이차전지는 상기 양극, 음극, 세퍼레이터의 전극 조립체를 수납하는 전지용기, 및 상기 전지용기를 밀봉하는 밀봉 부재를 선택적으로 더 포함할 수 있다. The lithium secondary battery specifically includes a positive electrode, a negative electrode positioned to face the positive electrode, a separator and an electrolyte interposed between the positive electrode and the negative electrode, and the positive electrode is as described above. The lithium secondary battery may further include a battery container for accommodating the electrode assembly of the positive electrode, the negative electrode, and the separator, and a sealing member for sealing the battery container.

상기 리튬 이차전지에 있어서, 상기 음극은 음극 집전체 및 상기 음극 집전체 상에 위치하는 음극 활물질 층을 포함한다.In the lithium secondary battery, the negative electrode includes a negative electrode current collector and a negative electrode active material layer positioned on the negative electrode current collector.

상기 음극 집전체는 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인레스 스틸의 표면에 탄소, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 또, 상기 음극 집전체는 통상적으로 3 내지 500㎛의 두께를 가질 수 있으며, 양극 집전체와 마찬가지로, 상기 집전체 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있다. 예를 들어, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.The negative electrode current collector is not particularly limited as long as it has high conductivity without causing chemical change in the battery. For example, the negative electrode current collector may be formed on a surface of copper, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, calcined carbon, copper, or stainless steel. Surface-treated with carbon, nickel, titanium, silver, and the like, aluminum-cadmium alloy and the like can be used. In addition, the negative electrode current collector may have a thickness of about 3 to 500 μm, and like the positive electrode current collector, fine concavities and convexities may be formed on the surface of the current collector to enhance the bonding force of the negative electrode active material. For example, it can be used in various forms, such as a film, a sheet, a foil, a net, a porous body, a foam, a nonwoven body.

상기 음극 활물질 층은 음극 활물질과 함께 선택적으로 바인더 및 도전재를 포함한다. 상기 음극 활물질 층은 일례로서 음극 집전체 상에 음극 활물질, 및 선택적으로 바인더 및 도전재를 포함하는 음극 형성용 조성물을 도포하고 건조하거나, 또는 상기 음극 형성용 조성물을 별도의 지지체 상에 캐스팅한 다음, 이 지지체로부터 박리하여 얻은 필름을 음극 집전체 상에 라미네이션함으로써 제조될 수도 있다.The negative electrode active material layer optionally includes a binder and a conductive material together with the negative electrode active material. For example, the negative electrode active material layer may be coated with a negative electrode active material and a negative electrode active material, and optionally a composition for forming a negative electrode including a binder and a conductive material and dried, or the negative electrode active material may be cast on a separate support. It can also be produced by laminating a film obtained by peeling from this support onto a negative electrode current collector.

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

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

한편, 상기 리튬 이차전지에 있어서, 세퍼레이터는 음극과 양극을 분리하고 리튬 이온의 이동 통로를 제공하는 것으로, 통상 리튬 이차전지에서 세퍼레이터로 사용되는 것이라면 특별한 제한 없이 사용가능하며, 특히 전해질의 이온 이동에 대하여 저저항이면서 전해액 함습 능력이 우수한 것이 바람직하다. 구체적으로는 다공성 고분자 필름, 예를 들어 에틸렌 단독중합체, 프로필렌 단독중합체, 에틸렌/부텐 공중합체, 에틸렌/헥센 공중합체 및 에틸렌/메타크릴레이트 공중합체 등과 같은 폴리올레핀계 고분자로 제조한 다공성 고분자 필름 또는 이들의 2층 이상의 적층 구조체가 사용될 수 있다. 또 통상적인 다공성 부직포, 예를 들어 고융점의 유리 섬유, 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유 등으로 된 부직포가 사용될 수도 있다. 또, 내열성 또는 기계적 강도 확보를 위해 세라믹 성분 또는 고분자 물질이 포함된 코팅된 세퍼레이터가 사용될 수도 있으며, 선택적으로 단층 또는 다층 구조로 사용될 수 있다.On the other hand, in the lithium secondary battery, the separator is to separate the negative electrode and the positive electrode and to provide a passage for the movement of lithium ions, if it is usually used as a separator in a lithium secondary battery can be used without particular limitation, in particular for ion transfer of the electrolyte It is desirable to have a low resistance against the electrolyte and excellent electrolytic solution-moisture capability. Specifically, a porous polymer film, for example, a porous polymer film made of a polyolefin-based polymer such as ethylene homopolymer, propylene homopolymer, ethylene / butene copolymer, ethylene / hexene copolymer and ethylene / methacrylate copolymer or the like Laminate structures of two or more layers may be used. In addition, conventional porous nonwoven fabrics such as nonwoven fabrics made of high melting point glass fibers, polyethylene terephthalate fibers and the like may be used. In addition, a coated separator containing a ceramic component or a polymer material may be used to secure heat resistance or mechanical strength, and may be optionally used as a single layer or a multilayer structure.

또, 본 발명에서 사용되는 전해질로는 리튬 이차전지 제조시 사용 가능한 유기계 액체 전해질, 무기계 액체 전해질, 고체 고분자 전해질, 겔형 고분자 전해질, 고체 무기 전해질, 용융형 무기 전해질 등을 들 수 있으며, 이들로 한정되는 것은 아니다. In addition, examples of the electrolyte used in the present invention include an organic liquid electrolyte, an inorganic liquid electrolyte, a solid polymer electrolyte, a gel polymer electrolyte, a solid inorganic electrolyte, a molten inorganic electrolyte, and the like, which can be used in manufacturing a lithium secondary battery. It doesn't happen.

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

상기 유기 용매로는 전지의 전기 화학적 반응에 관여하는 이온들이 이동할 수 있는 매질 역할을 할 수 있는 것이라면 특별한 제한없이 사용될 수 있다. 구체적으로 상기 유기 용매로는, 메틸 아세테이트(methyl acetate), 에틸 아세테이트(ethyl acetate), γ-부티로락톤(γ-butyrolactone), ε-카프로락톤(ε-caprolactone) 등의 에스테르계 용매; 디부틸 에테르(dibutyl ether) 또는 테트라히드로퓨란(tetrahydrofuran) 등의 에테르계 용매; 시클로헥사논(cyclohexanone) 등의 케톤계 용매; 벤젠(benzene), 플루오로벤젠(fluorobenzene) 등의 방향족 탄화수소계 용매; 디메틸카보네이트(dimethylcarbonate, DMC), 디에틸카보네이트(diethylcarbonate, DEC), 메틸에틸카보네이트(methylethylcarbonate, MEC), 에틸메틸카보네이트(ethylmethylcarbonate, EMC), 에틸렌카보네이트(ethylene carbonate, EC), 프로필렌카보네이트(propylene carbonate, PC) 등의 카보네이트계 용매; 에틸알코올, 이소프로필 알코올 등의 알코올계 용매; R-CN(R은 C2 내지 C20의 직쇄상, 분지상 또는 환 구조의 탄화수소기이며, 이중결합 방향 환 또는 에테르 결합을 포함할 수 있다) 등의 니트릴류; 디메틸포름아미드 등의 아미드류; 1,3-디옥솔란 등의 디옥솔란류; 또는 설포란(sulfolane)류 등이 사용될 수 있다. 이중에서도 카보네이트계 용매가 바람직하고, 전지의 충방전 성능을 높일 수 있는 높은 이온전도도 및 고유전율을 갖는 환형 카보네이트(예를 들면, 에틸렌카보네이트 또는 프로필렌카보네이트 등)와, 저점도의 선형 카보네이트계 화합물(예를 들면, 에틸메틸카보네이트, 디메틸카보네이트 또는 디에틸카보네이트 등)의 혼합물이 보다 바람직하다. 이 경우 환형 카보네이트와 사슬형 카보네이트는 약 1:1 내지 약 1:9의 부피비로 혼합하여 사용하는 것이 전해액의 성능이 우수하게 나타날 수 있다. The organic solvent may be used without particular limitation as long as it can serve as a medium through which ions involved in the electrochemical reaction of the battery can move. Specifically, the organic solvent may be an ester solvent such as methyl acetate, ethyl acetate, γ-butyrolactone or ε-caprolactone; Ether solvents such as dibutyl ether or tetrahydrofuran; Ketone solvents such as cyclohexanone; Aromatic hydrocarbon solvents such as benzene and fluorobenzene; Dimethylcarbonate (DMC), diethylcarbonate (DEC), methylethylcarbonate (MEC), ethylmethylcarbonate (EMC), ethylene carbonate (EC), propylene carbonate, Carbonate solvents such as PC); Alcohol solvents such as ethyl alcohol and isopropyl alcohol; Nitriles such as R-CN (R is a C2 to C20 linear, branched or cyclic hydrocarbon group, which may include a double bond aromatic ring or an ether bond); Amides such as dimethylformamide; Dioxolanes such as 1,3-dioxolane; Or sulfolanes may be used. Of these, carbonate-based solvents are preferable, and cyclic carbonates having high ionic conductivity and high dielectric constant (for example, ethylene carbonate or propylene carbonate) that can improve the charge and discharge performance of a battery, and low viscosity linear carbonate compounds ( For example, a mixture of ethyl methyl carbonate, dimethyl carbonate or diethyl carbonate and the like is more preferable. In this case, the cyclic carbonate and the chain carbonate may be mixed and used in a volume ratio of about 1: 1 to about 1: 9, so that the performance of the electrolyte may be excellent.

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

상기 전해질에는 상기 전해질 구성 성분들 외에도 전지의 수명특성 향상, 전지 용량 감소 억제, 전지의 방전 용량 향상 등을 목적으로 예를 들어, 디플루오로 에틸렌카보네이트 등과 같은 할로알킬렌카보네이트계 화합물, 피리딘, 트리에틸포스파이트, 트리에탄올아민, 환상 에테르, 에틸렌 디아민, n-글라임(glyme), 헥사인산 트리아미드, 니트로벤젠 유도체, 유황, 퀴논 이민 염료, N-치환 옥사졸리디논, N,N-치환 이미다졸리딘, 에틸렌 글리콜 디알킬 에테르, 암모늄염, 피롤, 2-메톡시 에탄올 또는 삼염화 알루미늄 등의 첨가제가 1종 이상 더 포함될 수도 있다. 이때 상기 첨가제는 전해질 총 중량에 대하여 0.1 내지 5 중량%로 포함될 수 있다. In addition to the electrolyte components, the electrolyte includes, for example, haloalkylene carbonate-based compounds such as difluoro ethylene carbonate, pyridine, tri, etc. for the purpose of improving battery life characteristics, reducing battery capacity, and improving discharge capacity of the battery. Ethyl phosphite, triethanolamine, cyclic ether, ethylene diamine, n-glyme, hexaphosphate triamide, nitrobenzene derivative, sulfur, quinone imine dye, N-substituted oxazolidinone, N, N-substituted imida One or more additives such as zolidine, ethylene glycol dialkyl ether, ammonium salt, pyrrole, 2-methoxy ethanol or aluminum trichloride may be included. In this case, the additive may be included in 0.1 to 5% by weight based on the total weight of the electrolyte.

상기와 같이 본 발명에 따른 양극 활물질을 포함하는 리튬 이차전지는 우수한 방전 용량, 출력 특성 및 용량 유지율을 안정적으로 나타내기 때문에, 휴대전화, 노트북 컴퓨터, 디지털 카메라 등의 휴대용 기기, 및 하이브리드 전기자동차(hybrid electric vehicle, HEV) 등의 전기 자동차 분야 등에 유용하다. As described above, since the lithium secondary battery including the cathode active material according to the present invention stably exhibits excellent discharge capacity, output characteristics, and capacity retention rate, portable devices such as mobile phones, notebook computers, digital cameras, and hybrid electric vehicles ( It is useful for electric vehicle fields such as hybrid electric vehicle (HEV).

이에 따라, 본 발명의 다른 일 구현예에 따르면, 상기 리튬 이차전지를 단위 셀로 포함하는 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩이 제공된다. Accordingly, according to another embodiment of the present invention, a battery module including the lithium secondary battery as a unit cell and a battery pack including the same are provided.

상기 전지모듈 또는 전지팩은 파워 툴(Power Tool); 전기자동차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기자동차, 및 플러그인 하이브리드 전기자동차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV)를 포함하는 전기차; 또는 전력 저장용 시스템 중 어느 하나 이상의 중대형 디바이스 전원으로 이용될 수 있다.The battery module or the battery pack is a power tool (Power Tool); Electric vehicles including electric vehicles (EVs), hybrid electric vehicles, and plug-in hybrid electric vehicles (PHEVs); Or it can be used as a power source for any one or more of the system for power storage.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily practice the present invention. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention.

실시예 1 Example 1

제1 양극 활물질로서 평균 입경(D50)이 11㎛이며, 입자 중심은 LiNi0.83Co0.07Mn0.08Al0.02O2이고, 입자 표면은 LiNi0 . 74Co0 . 13Mn0 . 13O2이며, 입자 중심에서부터 표면까지 니켈(Ni), 코발트(Co), 망간(Mn)의 농도가 점진적으로 변화하는 리튬 복합 전이금속 산화물을 준비하였다. 제2 양극 활물질로서 LiNi0 . 70Co0 . 15Mn0 . 15O2의 입자(D50= 6㎛)를 준비하였다. 이때, 상기 제2 양극 활물질은 과소성되어 결정 사이즈(Crystalite size)가 230nm, 1차 입자의 평균 입경(D50)이 2㎛인 것을 사용하였다. 상기 제1 양극 활물질 및 제2 양극 활물질을 7:3의 중량비로 혼합하여 양극 활물질을 제조하였다.As the first positive electrode active material, the average particle diameter (D 50 ) is 11 µm, the particle center is LiNi 0.83 Co 0.07 Mn 0.08 Al 0.02 O 2 , and the particle surface is LiNi 0 . 74 Co 0 . 13 Mn 0 . A lithium composite transition metal oxide having 13 O 2 and gradually changing concentrations of nickel (Ni), cobalt (Co), and manganese (Mn) from the particle center to the surface was prepared. LiNi 0 as the second positive electrode active material . 70 Co 0 . 15 Mn 0 . 15 O 2 particles (D 50 = 6 μm) were prepared. At this time, the second positive electrode active material was over-baked, and the crystal size was 230 nm, and the average particle diameter (D 50 ) of the primary particles was 2 μm. The first positive electrode active material and the second positive electrode active material were mixed at a weight ratio of 7: 3 to prepare a positive electrode active material.

실시예Example 2 2

제1 양극 활물질로서 평균 입경(D50)이 11㎛이며, 코어부는 LiNi0.83Co0.07Mn0.08Al0.02O2로 전이금속 농도가 일정하며, 쉘부는 입자 중심측의 LiNi0.83Co0.07Mn0.08Al0.02O2로부터 입자 표면측에서의 LiNi0 . 71Co0 . 13Mn0 . 15Al0 . 01O2까지 점진적인 농도구배를 갖는 리튬 복합 전이금속 산화물을 사용하고, 제2 양극 활물질로서 LiNi0 . 70Co0 . 15Mn0 . 15O2의 입자(D50= 6㎛)이며, 과소성되어 결정 사이즈(Crystalite size)가 230nm, 1차 입자의 평균 입경(D50)이 2㎛인 것을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 양극 활물질을 제조하였다.As the first positive electrode active material, the average particle diameter (D 50 ) is 11㎛, and the core portion LiNi 0.83 Co 0.07 Mn 0.08 Al 0.02 O 2 concentration of the transition metal, and a constant, the shell portion of the particle core side LiNi 0.83 Co 0.07 Mn 0.08 Al 0.02 O 2 LiNi 0 from the side of the particle surface. 71 Co 0 . 13 Mn 0 . 15 Al 0 . A lithium composite transition metal oxide having a gradual concentration gradient up to 01 O 2 was used, and LiNi 0 . 70 Co 0 . 15 Mn 0 . Example 1 except that 15 O 2 particles (D 50 = 6 μm), which were over-baked to have a crystal size of 230 nm and an average particle diameter (D 50 ) of the primary particles of 2 μm. In the same manner to prepare a positive electrode active material.

비교예Comparative example 1 One

제1 양극 활물질로서 LiNi0 . 80Co0 . 10Mn0 . 08Al0 . 02O2의 입자(D50= 11㎛), 제2 양극 활물질로서 LiNi0 . 70Co0 . 15Mn0 . 15O2의 입자(D50= 4㎛)를 준비하였다. 이때, 상기 제1 양극 활물질은 농도구배를 갖지 않으며, 상기 제2 양극 활물질은 결정 사이즈(Crystalite size)가 117nm, 1차 입자의 평균 입경(D50)이 0.8㎛인 것을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 양극 활물질을 제조하였다.LiNi 0 as the first positive electrode active material . 80 Co 0 . 10 Mn 0 . 08 Al 0 . 02 O 2 particles (D 50 = 11 μm), LiNi 0. As the second positive electrode active material . 70 Co 0 . 15 Mn 0 . 15 O 2 particles (D 50 = 4 μm) were prepared. In this case, the first positive electrode active material does not have a concentration gradient, and the second positive electrode active material is implemented except that the crystal size is 117 nm and the average particle diameter (D 50 ) of the primary particles is 0.8 μm. A positive electrode active material was prepared in the same manner as in Example 1.

비교예Comparative example 2 2

제1 양극 활물질은 실시예 1과 동일한 리튬 복합 전이금속 산화물을 사용하되, 제2 양극 활물질을 결정 사이즈(Crystalite size)가 117nm, 1차 입자의 평균 입경(D50)이 0.8㎛인 것을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 양극 활물질을 제조하였다.The first positive electrode active material uses the same lithium composite transition metal oxide as in Example 1, except that the crystallite size is 117 nm and the average particle diameter (D 50 ) of the primary particles is 0.8 μm. Except that was carried out in the same manner as in Example 1 to prepare a positive electrode active material.

비교예Comparative example 3 3

양극 활물질로서 LiNi0 . 80Co0 . 10Mn0 . 08Al0 . 02O2의 입자(D50= 12㎛)인 모노모달(monomodal)로 사용하여 양극 활물질을 제조하였다.LiNi 0 as a positive electrode active material . 80 Co 0 . 10 Mn 0 . 08 Al 0 . A cathode active material was prepared using monomodal, which is a particle of 02O 2 (D 50 = 12 μm).

[[ 실험예Experimental Example 1: 압연 밀도 평가] 1: rolling density evaluation]

실시예 1~2 및 비교예 1~3에서 제조된 양극 활물질의 압연 밀도를 평가하였으며, 그 결과를 표 1 및 도 1에 나타내었다.Rolling densities of the positive electrode active materials prepared in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 3 were evaluated, and the results are shown in Table 1 and FIG. 1.

압연 밀도는, 실시예 1~2 및 비교예 1~3에서 제조된 각각의 양극 활물질 5g을 소분하여 원통형의 홀더에 빈틈없이 채운 후, 400kgf부터 400kgf씩 증가시켜 2000kgf까지의 압력을 가하였을 때 분체의 밀도를 측정하였다.The rolling density was divided into 5 g of the positive electrode active materials prepared in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 3 to fill the cylindrical holders tightly, and then increased from 400 kgf to 400 kgf to apply a pressure of up to 2000 kgf. The density of was measured.

실시예1Example 1 실시예2Example 2 비교예1Comparative Example 1 비교예2Comparative Example 2 비교예3Comparative Example 3 압연밀도(g/cc) (@400kgf)Rolling density (g / cc) (@ 400kgf) 2.842.84 3.03.0 2.682.68 2.692.69 2.62.6 압연밀도(g/cc) (@2000kgf)Rolling density (g / cc) (@ 2000kgf) 3.303.30 3.373.37 3.063.06 3.123.12 2.942.94

상기 표 1 및 도 1을 참조하면, 실시예 1~2의 양극 활물질이 비교예 1~3에 비하여 압연 밀도가 향상되었다. 구체적으로, 모노모달(monomodal)의 양극 활물질을 사용한 비교예 3에 비하여 실시예 1~2의 양극 활물질의 압연 밀도가 현저히 향상되었으며, 바이모달(bimodal)이지만 과소성하지 않아 결정 사이즈가 200nm 미만인 소립자를 사용한 비교예 1~2에 비해서도 실시예 1~2의 양극 활물질의 압연 밀도가 향상된 것을 확인할 수 있다.Referring to Table 1 and FIG. 1, the rolling density of the cathode active materials of Examples 1 to 2 was improved as compared with Comparative Examples 1 to 3. Specifically, compared to Comparative Example 3 using a monomodal positive electrode active material, the rolling density of the positive electrode active materials of Examples 1 and 2 was remarkably improved, and the small particle having a crystal size of less than 200 nm was bimodal but not under plastic. It can be confirmed that the rolling density of the positive electrode active material of Examples 1 to 2 is improved as compared with Comparative Examples 1 to 2 using.

[[ 실험예Experimental Example 2: 열 안정성 평가] 2: thermal stability evaluation]

실시예 1~2 및 비교예 1~3에 의해 제조된 각각의 양극 활물질, 카본블랙 도전재 및 PVdF 바인더를 N-메틸피롤리돈 용매 중에서 중량비로 96.5:1.5:2의 비율로 혼합하여 양극 합재(점도: 5000mPa·s)을 제조하고, 이를 알루미늄 집전체의 일면에 도포한 후, 130℃에서 건조 후, 압연하여 양극을 제조하였다. Each positive electrode active material, carbon black conductive material, and PVdF binder prepared in Examples 1 to 2 and Comparative Examples 1 to 3 were mixed in an N-methylpyrrolidone solvent at a weight ratio of 96.5: 1.5: 2 to mix the positive electrode. (Viscosity: 5000 mPa · s) was prepared, which was applied to one surface of an aluminum current collector, dried at 130 ° C., and rolled to prepare a positive electrode.

음극은 리튬 메탈을 사용하였다.The negative electrode used lithium metal.

상기와 같이 제조된 양극과 음극 사이에 다공성 폴리에틸렌의 세퍼레이터를 개재하여 전극 조립체를 제조하고, 상기 전극 조립체를 케이스 내부에 위치시킨 후, 케이스 내부로 전해액을 주입하여 리튬 이차 전지를 제조하였다. 이때 전해액은 에틸렌카보네이트/디메틸카보네이트/에틸메틸카보네이트(EC/DMC/EMC의 혼합 부피비=3/4/3)로 이루어진 유기 용매에 1.0M 농도의 리튬헥사플루오로포스페이트(LiPF6)를 용해시켜 제조하였다. An electrode assembly was manufactured between the positive electrode and the negative electrode prepared as described above through a separator of porous polyethylene, the electrode assembly was placed in a case, and an electrolyte solution was injected into the case to prepare a lithium secondary battery. At this time, the electrolyte is prepared by dissolving 1.0M concentration of lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) in an organic solvent consisting of ethylene carbonate / dimethyl carbonate / ethyl methyl carbonate (mixing volume ratio of EC / DMC / EMC = 3/4/3). It was.

실시예 1~2 및 비교예 1~3에 의해 제조된 각각의 양극 활물질을 사용하여 제조된 각 리튬 이차전지 하프 셀(half cell)에 대해, 0.2C의 전류로 충전하여 SOC 100%인 충전 상태에서 분해하고, DSC 측정용 셀에 양극과 새로운 전해액을 투입하고 분당 10℃씩 상온에서 400℃까지 승온하면서 시차주사열계량법(differential scanning calorimetry, DSC)에 의해 열 안정성을 측정하였다. 그 결과로서, 열류량이 최대인 최대 피크(Main peak)가 나타나는 온도를 하기 표 2및 도 2에 나타내었다.Each lithium secondary battery half cell manufactured by using the respective positive electrode active materials prepared by Examples 1 to 2 and Comparative Examples 1 to 3 was charged with a current of 0.2 C, and a state of charge of 100% SOC. The thermal stability was measured by differential scanning calorimetry (DSC) while dissolving at, and adding a positive electrode and a new electrolyte solution to the DSC measuring cell and raising the temperature from 400 ° C. to 10 ° C. per minute. As a result, the temperature at which the maximum heat peak (Main peak) appears is shown in Table 2 and FIG.

DSC Main peak(℃)DSC Main peak (℃) 실시예1Example 1 235.7235.7 실시예2Example 2 240.5240.5 비교예1Comparative Example 1 227.6227.6 비교예2Comparative Example 2 228.3228.3 비교예3Comparative Example 3 223.5223.5

상기 표 2 및 도 2를 참조하면, 실시예 1~2의 경우 DSC 측정시 열류량 최대 피크(Main peak)가 235℃ 이상의 고온에서 나타났다. 반면에, 비교예 1~3의 경우 열류량 최대 피크(Main peak)가 230℃ 미만에서 나타났다. 이를 통해, 실시예 1~2의 양극 활물질이 비교예 1~3의 양극 활물질에 비하여 열 안정성이 현저히 향상된 것을 확인할 수 있다.Referring to Table 2 and FIG. 2, in Examples 1 and 2, a maximum heat flow peak was observed at a high temperature of 235 ° C. or higher during DSC measurement. On the other hand, in Comparative Examples 1 to 3, the maximum heat flow peak (Main peak) was found at less than 230 ° C. Through this, it can be seen that the positive electrode active material of Examples 1 to 2 is significantly improved thermal stability compared to the positive electrode active material of Comparative Examples 1 to 3.

[[ 실험예Experimental Example 3: 고온 수명 특성 평가] 3: high temperature life characteristics evaluation]

실시예 1~2 및 비교예 1~3에 의해 제조된 각각의 양극 활물질을 사용하여 실험예 2에서와 같이 제조된 각 리튬 이차전지 하프 셀(half cell)에 대해, 45℃에서 CCCV 모드로 1.0C, 4.25V가 될 때까지 충전(종료 전류 1/20C)하고, 1.0C의 정전류로 2.5V가 될 때까지 방전하여 100회 충방전 실험을 진행하였을 시의 용량 유지율을 측정하여 고온 수명 특성 평가를 진행하였다. 그 결과를 표 3에 나타내었다.For each lithium secondary battery half cell prepared as in Example 2 using the respective positive electrode active materials prepared in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 3, 1.0 in CCCV mode at 45 ° C. Evaluation of high temperature life characteristics by measuring the capacity retention rate during 100 charge / discharge experiments by charging until C, 4.25V (end current 1 / 20C), and discharge until 2.5V with a constant current of 1.0C. Proceeded. The results are shown in Table 3.

초기 방전 용량(mAh/g)Initial discharge capacity (mAh / g) 용량유지율(%)
(@100회 cycle)
Capacity maintenance rate (%)
(@ 100 cycles)
실시예1Example 1 189189 8888 실시예2Example 2 190190 9090 비교예1Comparative Example 1 185185 8080 비교예2Comparative Example 2 186186 8282 비교예3Comparative Example 3 182182 7171

상기 표 3을 참조하면, 실시예 1~2의 경우, 농도구배를 갖지 않는 대립자와 결정 사이즈(Crystalite size)가 200nm 미만인 소립자를 사용한 비교예 1에 비하여 고온 수명 특성이 현저히 향상된 것을 확인할 수 있다. 또한, 실시예 1~2의 경우, 농도구배를 갖는 대립자와 결정 사이즈(Crystalite size)가 200nm 미만인 소립자를 사용한 비교예 2에 비해서도 고온 수명 특성이 향상되었으며, 모노모달(monomodal)의 양극 활물질을 사용한 비교예 3에 비해서도 고온 수명 특성 및 초기 용량이 현저히 증가하였다.Referring to Table 3, it can be seen that in Examples 1 and 2, the high temperature life characteristics were significantly improved as compared with Comparative Example 1, which uses a large particle having no concentration gradient and a small particle having a crystal size of less than 200 nm. . In addition, in Examples 1 to 2, the high temperature life characteristics were improved compared to Comparative Example 2 using an allele having a concentration gradient and a small particle having a crystalite size of less than 200 nm, and a monomodal cathode active material was used. Compared with the comparative example 3 used, the high temperature life characteristic and the initial capacity were remarkably increased.

[[ 실험예Experimental Example 4: 고온 저장 특성 평가] 4: high temperature storage characteristics evaluation]

실시예 1~2 및 비교예 1~3에 의해 제조된 각각의 양극 활물질을 사용하여 실험예 2에서와 같이 제조된 각 리튬 이차전지 하프 셀(half cell)에 대해, 45℃에서 1.0C/1.0C 조건으로 100회 사이클 후 방전 셀에 대해 GC-MS(gas chromatograph-mass spectrometer)을 이용하여 가스 발생량을 측정하였으며, 그 결과를 표 4 및 도 3에 나타내었다.For each lithium secondary battery half cell prepared in the same manner as in Experiment 2 using the respective positive electrode active materials prepared in Examples 1 to 2 and Comparative Examples 1 to 3, 1.0C / 1.0 at 45 ° C. After 100 cycles under C conditions, the gas generation amount was measured using a gas chromatograph-mass spectrometer (GC-MS) for the discharge cells, and the results are shown in Table 4 and FIG. 3.

실시예1Example 1 실시예2Example 2 비교예1Comparative Example 1 비교예2Comparative Example 2 비교예3Comparative Example 3 H2 (㎕)H 2 (μl) 0.10.1 0.10.1 0.10.1 0.10.1 0.10.1 CO (㎕)CO (μl) 12.912.9 10.310.3 11.111.1 29.229.2 11.411.4 CO2 (㎕)CO 2 (μl) 29.229.2 19.619.6 60.860.8 43.843.8 77.877.8 CH4 (㎕)CH 4 (μl) 2.42.4 2.62.6 3.23.2 2.12.1 4.14.1 C2H2 (㎕)C 2 H 2 (μl) 0.10.1 0.10.1 0.10.1 0.10.1 0.10.1 C2H4 (㎕)C 2 H 4 (μl) 3.63.6 7.67.6 8.48.4 4.04.0 9.59.5 C2H6 (㎕)C 2 H 6 (μl) 0.60.6 1.01.0 1.21.2 0.10.1 2.02.0 C3H6 (㎕)C 3 H 6 (Μl) 0.10.1 0.10.1 0.10.1 1.61.6 0.10.1 C3H8 (㎕)C 3 H 8 (μl) 0.60.6 0.10.1 0.10.1 0.10.1 0.10.1 총 가스 발생량(㎕)Total gas generation amount (μl) 49.649.6 41.541.5 85.185.1 81.181.1 105.2105.2

상기 표 4 및 도 3을 참조하면, 실시예 1~2의 경우, 농도구배를 갖지 않는 대립자와 결정 사이즈(Crystalite size)가 200nm 미만인 소립자를 사용한 비교예 1에 비하여 고온 저장시 가스 발생량이 현저히 감소된 것을 확인할 수 있다. 또한, 실시예 1~2의 경우, 농도구배를 갖는 대립자와 결정 사이즈(Crystalite size)가 200nm 미만인 소립자를 사용한 비교예 2 및 모노모달(monomodal)의 양극 활물질을 사용한 비교예 2에 비해서도 고온 저장시 가스 발생량이 감소하였다. Referring to Tables 4 and 3 above, in Examples 1 and 2, the amount of gas generated during high temperature storage was significantly higher than that of Comparative Example 1 using an allele having no concentration gradient and a small particle having a crystalite size of less than 200 nm. It can be seen that the decrease. In addition, in Examples 1 and 2, high-temperature storage was also compared with Comparative Example 2 using a particle having a concentration gradient and small particles having a crystalite size of less than 200 nm and Comparative Example 2 using a monomodal cathode active material. The amount of gas produced was reduced.

Claims (22)

제1 양극 활물질 및 제2 양극 활물질을 포함하며,
상기 제1 양극 활물질 및 제2 양극 활물질은 니켈(Ni), 코발트(Co) 및 망간(Mn)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 2 이상의 전이금속을 포함하는 리튬 복합 전이금속 산화물이며,
상기 제1 양극 활물질의 평균 입경(D50)은 상기 제2 양극 활물질의 평균 입경(D50)의 1.5배 이상이고,
상기 제1 양극 활물질은, 리튬 복합 전이금속 산화물에 함유된 니켈(Ni), 코발트(Co) 및 망간(Mn) 중 적어도 하나가 리튬 복합 전이금속 산화물 입자의 중심과 표면에서의 농도 차가 5몰% 이상인 농도구배를 가지며,
상기 제2 양극 활물질은 결정 사이즈(Crystalite size)가 200nm 이상인 이차전지용 양극 활물질.
A first positive electrode active material and a second positive electrode active material,
The first positive electrode active material and the second positive electrode active material are lithium composite transition metal oxides including at least two or more transition metals selected from the group consisting of nickel (Ni), cobalt (Co), and manganese (Mn),
The average particle diameter (D 50 ) of the first positive electrode active material is 1.5 times or more of the average particle diameter (D 50 ) of the second positive electrode active material,
In the first positive electrode active material, at least one of nickel (Ni), cobalt (Co), and manganese (Mn) contained in the lithium composite transition metal oxide has a concentration difference of 5 mol% at the center and the surface of the lithium composite transition metal oxide particle. Have a concentration gradient that is greater than
The second cathode active material is a cathode active material for secondary batteries having a crystal size of 200 nm or more.
제1항에 있어서,
상기 제2 양극 활물질은 1차 입자가 응집되어 이루어진 2차 입자이며, 상기 제2 양극 활물질의 1차 입자 평균 입경(D50)이 1㎛ 이상인 이차전지용 양극 활물질.
The method of claim 1,
The second positive electrode active material is secondary particles formed by agglomeration of primary particles, and the primary particle average particle diameter (D 50 ) of the second positive electrode active material is a secondary battery positive electrode active material.
제1항에 있어서,
상기 제2 양극 활물질의 평균 입경(D50)은 9㎛ 이하인 이차전지용 양극 활물질.
The method of claim 1,
The average particle diameter (D 50 ) of the second positive electrode active material is a secondary battery positive electrode active material.
제1항에 있어서,
상기 제1 양극 활물질의 평균 입경(D50)은 10 내지 30㎛인 이차전지용 양극 활물질.
The method of claim 1,
The average particle diameter (D 50 ) of the first positive electrode active material is a secondary battery positive electrode active material.
제1항에 있어서,
상기 제1 양극 활물질은 코어부 및 상기 코어부를 둘러싸며 형성된 쉘부로 이루어지며,
상기 코어부는 전이금속의 농도가 일정하고, 상기 쉘부는 니켈(Ni), 코발트(Co) 및 망간(Mn) 중 적어도 하나가 점진적으로 증가하거나 감소하는 농도구배를 나타내는 이차전지용 양극 활물질.
The method of claim 1,
The first positive electrode active material is composed of a core portion and a shell portion surrounding the core portion,
The core part has a constant transition metal concentration, and the shell part has a concentration gradient in which at least one of nickel (Ni), cobalt (Co), and manganese (Mn) gradually increases or decreases.
제5항에 있어서,
상기 제1 양극 활물질의 쉘부는, 니켈(Ni)의 농도가 입자 표면 측으로 갈수록 점진적으로 감소하는 농도구배를 나타내는 이차전지용 양극 활물질.
The method of claim 5,
The shell portion of the first positive electrode active material, the secondary battery positive electrode active material having a concentration gradient gradually decreases as the concentration of nickel (Ni) toward the particle surface side.
제1항에 있어서,
상기 제1 양극 활물질은 니켈(Ni), 코발트(Co) 및 망간(Mn) 중 적어도 하나가 입자의 중심에서부터 표면까지 점진적으로 증가하거나 감소하는 농도구배를 가지는 이차전지용 양극 활물질.
The method of claim 1,
The first positive electrode active material has a concentration gradient in which at least one of nickel (Ni), cobalt (Co), and manganese (Mn) gradually increases or decreases from the center of the particle to the surface thereof.
제7항에 있어서,
상기 제1 양극 활물질은, 니켈(Ni)이 입자의 중심에서부터 표면까지 점진적으로 감소하는 농도구배를 가지는 이차전지용 양극 활물질.
The method of claim 7, wherein
The first cathode active material has a concentration gradient in which nickel (Ni) gradually decreases from the center of the particles to the surface thereof.
제1항에 있어서,
상기 제1 양극 활물질은, 코어부, 상기 코어부를 둘러싸며 형성된 농도구배부 및 상기 농도구배부를 둘러싸며 형성된 표면부로 이루어지며,
상기 코어부 및 표면부는 서로 독립적으로 전이금속의 농도가 일정하고,
상기 농도구배부는 상기 코어부 조성으로부터 상기 표면부 조성까지 니켈(Ni), 코발트(Co) 및 망간(Mn) 중 적어도 하나가 점진적으로 변화하는 농도구배를 가지는 이차전지용 양극 활물질.
The method of claim 1,
The first positive electrode active material includes a core portion, a concentration gradient portion formed to surround the core portion, and a surface portion formed to surround the concentration gradient portion.
The core portion and the surface portion have a constant concentration of transition metal independently of each other,
The concentration gradient unit has a concentration gradient in which at least one of nickel (Ni), cobalt (Co), and manganese (Mn) gradually changes from the core portion composition to the surface portion composition.
제1항에 있어서,
상기 제1 양극 활물질 및 제2 양극 활물질 중 적어도 하나는, 리튬 복합 전이금속 산화물에 함유된 전체 금속 원소 중 니켈(Ni)의 평균 함량이 80몰% 이상인 이차전지용 양극 활물질.
The method of claim 1,
At least one of the first positive electrode active material and the second positive electrode active material has a mean content of nickel (Ni) in the total metal elements contained in the lithium composite transition metal oxide, the positive electrode active material for secondary batteries.
제1항에 있어서,
상기 제1 양극 활물질 및 제2 양극 활물질 중 적어도 하나는, 니켈(Ni), 코발트(Co), 망간(Mn) 및 알루미늄(Al)을 포함하는 리튬 복합 전이금속 산화물인 이차전지용 양극 활물질.
The method of claim 1,
At least one of the first positive electrode active material and the second positive electrode active material is a lithium composite transition metal oxide containing nickel (Ni), cobalt (Co), manganese (Mn), and aluminum (Al).
제1항에 있어서,
상기 제1 양극 활물질 및 제2 양극 활물질은 하기 화학식 1로 표시되는 이차전지용 양극 활물질.
[화학식 1]
LipNi1-(x1+y1+z1)Cox1Ma y1Mb z1Mc q1O2
상기 식에서, Ma은 Mn 및 Al로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상의 원소이고, Mb는 Ba, Ca, Zr, Ti, Mg, Ta, Nb 및 Mo로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상의 원소이며, Mc는 Al, Zr, Ti, Mg, Ta, Nb, Mo 및 Cr로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나 이상의 원소이며, 0.9≤p≤1.5, 0<x1≤0.4, 0<y1≤0.4, 0≤z1≤0.1, 0≤q1≤0.1이고, 0<x1+y1+z1≤0.4이다.
The method of claim 1,
The first positive electrode active material and the second positive electrode active material are positive electrode active materials for secondary batteries represented by the following Chemical Formula 1.
[Formula 1]
Li p Ni 1- (x1 + y1 + z1) Co x1 M a y1 M b z1 M c q1 O 2
In the above formula, M a is at least one element selected from the group consisting of Mn and Al, M b is at least one element selected from the group consisting of Ba, Ca, Zr, Ti, Mg, Ta, Nb and Mo, M c is at least one element selected from the group consisting of Al, Zr, Ti, Mg, Ta, Nb, Mo and Cr, 0.9≤p≤1.5, 0 <x1≤0.4, 0 <y1≤0.4, 0≤z1 ≤ 0.1, 0 ≤ q1 ≤ 0.1, and 0 <x1 + y1 + z1 ≤ 0.4.
제1항에 있어서,
상기 제1 양극 활물질 및 제2 양극 활물질은 9:1 내지 1:9의 중량비로 혼합된 이차전지용 양극 활물질.
The method of claim 1,
The first positive electrode active material and the second positive electrode active material are positive electrode active materials for secondary batteries mixed in a weight ratio of 9: 1 to 1: 9.
니켈(Ni), 코발트(Co) 및 망간(Mn)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 2 이상의 전이금속을 포함하는 리튬 복합 전이금속 산화물의 제1 양극 활물질 및 제2 양극 활물질을 마련한 후, 상기 제1 양극 활물질 및 제2 양극 활물질을 혼합하는 단계를 포함하며,
상기 제1 양극 활물질의 평균 입경(D50)은 상기 제2 양극 활물질의 평균 입경(D50)의 1.5배 이상이고, 상기 제1 양극 활물질은, 리튬 복합 전이금속 산화물에 함유된 니켈(Ni), 코발트(Co) 및 망간(Mn) 중 적어도 하나가 리튬 복합 전이금속 산화물 입자의 중심과 표면에서의 농도 차가 5몰% 이상인 농도구배를 가지며, 상기 제2 양극 활물질은 결정 사이즈(Crystalite size)가 200nm 이상이 되도록 과소성하여 제조된 이차전지용 양극 활물질의 제조방법.
After preparing a first positive electrode active material and a second positive electrode active material of a lithium composite transition metal oxide containing at least two or more transition metals selected from the group consisting of nickel (Ni), cobalt (Co) and manganese (Mn), the first positive electrode Mixing the active material and the second positive electrode active material,
Wherein the average particle diameter (D 50) of the first cathode active material is at least 1.5 times the average particle diameter (D 50) of the second positive electrode active material, the first cathode active material is a lithium composite transition of nickel contained in the metal oxide (Ni) , At least one of cobalt (Co) and manganese (Mn) has a concentration gradient having a concentration difference of 5 mol% or more at the center and the surface of the lithium composite transition metal oxide particle, and the second cathode active material has a crystal size. Method of producing a positive electrode active material for secondary batteries prepared by oversintering to 200 nm or more.
제14항에 있어서,
상기 제2 양극 활물질은 1차 입자가 응집되어 이루어진 2차 입자이며, 상기 제2 양극 활물질의 1차 입자 평균 입경(D50)이 1㎛ 이상인 이차전지용 양극 활물질의 제조방법.
The method of claim 14,
The second positive electrode active material is a secondary particle formed by agglomeration of primary particles, and the primary particle average particle diameter (D 50 ) of the second positive electrode active material is a method of manufacturing a positive electrode active material for secondary batteries.
제14항에 있어서,
상기 제2 양극 활물질의 평균 입경(D50)은 9㎛ 이하인 이차전지용 양극 활물질의 제조방법.
The method of claim 14,
The average particle diameter (D 50 ) of the second positive electrode active material is a method for producing a positive electrode active material for secondary batteries.
제14항에 있어서,
상기 제1 양극 활물질의 평균 입경(D50)은 10 내지 30㎛인 이차전지용 양극 활물질의 제조방법.
The method of claim 14,
The average particle diameter (D 50 ) of the first positive electrode active material is a method for producing a positive electrode active material for secondary batteries.
제14항에 있어서,
상기 제1 양극 활물질은 코어부 및 상기 코어부를 둘러싸며 형성된 쉘부로 이루어지며,
상기 코어부는 전이금속의 농도가 일정하고, 상기 쉘부는 니켈(Ni), 코발트(Co) 및 망간(Mn) 중 적어도 하나가 점진적으로 증가하거나 감소하는 농도구배를 나타내는 이차전지용 양극 활물질의 제조방법.
The method of claim 14,
The first positive electrode active material is composed of a core portion and a shell portion surrounding the core portion,
The core part has a constant transition metal concentration, and the shell part has a concentration gradient in which at least one of nickel (Ni), cobalt (Co), and manganese (Mn) gradually increases or decreases.
제14항에 있어서,
상기 제1 양극 활물질은 니켈(Ni), 코발트(Co) 및 망간(Mn) 중 적어도 하나가 입자의 중심에서부터 표면까지 점진적으로 증가하거나 감소하는 농도구배를 가지는 이차전지용 양극 활물질의 제조방법.
The method of claim 14,
The first cathode active material has a concentration gradient in which at least one of nickel (Ni), cobalt (Co) and manganese (Mn) gradually increases or decreases from the center of the particle to the surface thereof.
제14항에 있어서,
상기 제1 양극 활물질 및 제2 양극 활물질은 9:1 내지 1:9의 중량비로 혼합하는 이차전지용 양극 활물질의 제조방법.
The method of claim 14,
The first positive electrode active material and the second positive electrode active material is a method of manufacturing a positive electrode active material for secondary batteries which is mixed in a weight ratio of 9: 1 to 1: 9.
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 양극 활물질을 포함하는 이차전지용 양극.
A secondary battery positive electrode comprising the positive electrode active material according to any one of claims 1 to 13.
제21항에 따른 양극을 포함하는 리튬 이차전지.A lithium secondary battery comprising the positive electrode according to claim 21.
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