KR20200022320A - Lithium composite oxide, positive electrode active material and lithium secondary battery comprising the same - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a lithium composite oxide, a positive electrode active material for a lithium secondary battery comprising the lithium composite oxide, and a lithium secondary battery using a positive electrode comprising the positive electrode active material. To this end, the lithium composite oxide comprises primary particles and secondary particles formed by aggregation of the primary particles, and the structural stability of a lithium alloy oxide can be improved.

Description

리튬 복합 산화물, 리튬 이차전지용 양극 활물질 및 이를 포함하는 리튬 이차전지{LITHIUM COMPOSITE OXIDE, POSITIVE ELECTRODE ACTIVE MATERIAL AND LITHIUM SECONDARY BATTERY COMPRISING THE SAME}Lithium composite oxide, positive electrode active material for lithium secondary battery, and lithium secondary battery including the same {LITHIUM COMPOSITE OXIDE, POSITIVE ELECTRODE ACTIVE MATERIAL AND LITHIUM SECONDARY BATTERY COMPRISING THE SAME}

본 발명은 리튬 복합 산화물, 상기 리튬 복합 산화물을 포함하는 리튬 이차전지용 양극 활물질 및 상기 양극 활물질을 포함하는 양극을 사용하는 리튬 이차전지에 관한 것이다.The present invention relates to a lithium secondary battery using a lithium composite oxide, a cathode active material for a lithium secondary battery including the lithium composite oxide, and a cathode including the cathode active material.

전지는 양극과 음극에 전기 화학 반응이 가능한 물질을 사용함으로써 전력을 저장하는 것이다. 이러한 전지 중 대표적인 예로는 양극 및 음극에서 리튬 이온이 인터칼레이션/디인터칼레이션될 때의 화학전위(chemical potential)의 차이에 의하여 전기 에너지를 저장하는 리튬 이차 전지가 있다.A battery stores power by using a material capable of electrochemical reactions at the positive and negative electrodes. A typical example of such a battery is a lithium secondary battery that stores electrical energy due to a difference in chemical potential when lithium ions are intercalated / deintercalated at a positive electrode and a negative electrode.

상기 리튬 이차 전지는 리튬 이온의 가역적인 인터칼레이션/디인터칼레이션이 가능한 물질을 양극과 음극 활물질로 사용하고, 상기 양극과 음극 사이에 유기 전해액 또는 폴리머 전해액을 충전시켜 제조한다.The lithium secondary battery is manufactured by using a material capable of reversible intercalation / deintercalation of lithium ions as a positive electrode and a negative electrode active material, and filling an organic electrolyte or a polymer electrolyte between the positive electrode and the negative electrode.

리튬 이차 전지의 양극 활물질로는 리튬 복합 산화물이 사용되고 있으며, 그 예로 LiCoO2, LiMn2O4, LiNiO2, LiMnO2 등의 복합 산화물들이 연구되고 있다.A lithium composite oxide is used as a cathode active material of a lithium secondary battery, and composite oxides such as LiCoO 2 , LiMn 2 O 4 , LiNiO 2 , and LiMnO 2 have been studied.

상기 양극 활물질들 중에 LiCoO2은 수명 특성 및 충방전 효율이 우수하여 가장 많이 사용되고 있지만, 원료로서 사용되는 코발트의 자원적 한계로 인해 고가이므로 가격 경쟁력에 한계가 있다는 단점을 가지고 있다.Among the cathode active materials, LiCoO 2 is most used because of its excellent life characteristics and charge / discharge efficiency. However, LiCoO 2 has a disadvantage in that its price competitiveness is limited because it is expensive due to resource limitations of cobalt used as a raw material.

LiMnO2, LiMn2O4 등의 리튬 망간 산화물은 열적 안전성이 우수하고 가격이 저렴하다는 장점이 있지만, 용량이 작고, 고온 특성이 열악하다는 문제점이 있다. 또한, LiNiO2계 양극 활물질은 높은 방전용량의 전지 특성을 나타내고 있으나, Li과 전이금속 간의 양이온 혼합(cation mixing) 문제로 인해 합성이 어려우며, 그에 따라 레이트(rate) 특성에 큰 문제점이 있다.Lithium manganese oxides such as LiMnO 2 and LiMn 2 O 4 have the advantages of excellent thermal safety and low price, but have a problem of small capacity and poor high temperature characteristics. In addition, the LiNiO 2 -based positive electrode active material exhibits high discharge capacity of battery characteristics, but is difficult to synthesize due to cation mixing problem between Li and the transition metal, and thus has a large problem in rate characteristics.

또한, 이러한 양이온 혼합의 심화 정도에 따라 다량의 Li 부산물이 발생하게 되고, 이들 Li 부산물의 대부분은 LiOH 및 Li2CO3의 화합물로 이루어져 있어서, 양극 페이스트 제조시 겔(gel)화되는 문제점과 전극 제조 후 충방전 진행에 따른 가스 발생의 원인이 된다. 잔류 Li2CO3는 셀의 스웰링 현상을 증가시켜 사이클을 감소시킬 뿐만 아니라 배터리가 부풀어 오르는 원인이 된다.In addition, a large amount of Li by-products are generated according to the depth of the cation mixing, and most of these Li by-products are composed of a compound of LiOH and Li 2 CO 3 , which causes gelation and production of an anode paste. After manufacture, it causes gas generation due to charging / discharging progress. Residual Li 2 CO 3 not only reduces the cycle by increasing the swelling of the cell, but also causes the battery to swell.

한국공개특허공보 제10-2015-0069334호Korean Patent Publication No. 10-2015-0069334

본 발명의 목적은 기존 리튬 이차전지용 양극 활물질용 리튬 복합 산화물의 문제점을 해결하기 위해 구조적 안정성이 향상된 리튬 복합 산화물을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a lithium composite oxide with improved structural stability in order to solve the problem of the conventional lithium composite oxide for a cathode active material for lithium secondary batteries.

또한, 본 발명의 다른 목적은 본원에서 정의된 리튬 복합 산화물과 리튬 합금 산화물을 동시에 포함함으로써 고온 저장 안정성 및 수명 특성을 향상된 양극 활물질을 제공하는 것이다.In addition, another object of the present invention is to provide a cathode active material having improved high temperature storage stability and lifespan by simultaneously including the lithium composite oxide and lithium alloy oxide defined herein.

아울러, 본 발명의 또 다른 목적은 본원에서 정의된 양극 활물질을 포함하는 양극을 사용하는 리튬 이차전지를 제공하는 것이다.In addition, another object of the present invention to provide a lithium secondary battery using a positive electrode comprising a positive electrode active material defined herein.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.The objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects and advantages of the present invention which are not mentioned above may be understood by the following description and more clearly understood by the embodiments of the present invention. It will also be readily apparent that the objects and advantages of the invention may be realized by the means and combinations thereof indicated in the claims.

본 발명의 일 측면에 따르면, 하기의 화학식 1로 표시되는 1차 입자 및 상기 1차 입자가 응집하여 형성된 2차 입자를 포함하는 리튬 복합 산화물이 제공될 수 있다.According to an aspect of the present invention, a lithium composite oxide including primary particles represented by Formula 1 below and secondary particles formed by aggregation of the primary particles may be provided.

[화학식 1][Formula 1]

LiaNi1-(b+c+d+e)CobM1cM2dWeO2 Li a Ni 1- (b + c + d + e) Co b M1 c M2 d W e O 2

(여기서,(here,

M1은 Mn 및 Al로부터 선택되는 적어도 하나이고,M1 is at least one selected from Mn and Al,

M2는 Ti, Zr, Mg, V, B, Mo, Zn, Nb, Ba, Ca, Ta, Fe, Cr, Sn, Hf, Ce, Nd 및 Gd로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하며,M2 comprises at least one selected from Ti, Zr, Mg, V, B, Mo, Zn, Nb, Ba, Ca, Ta, Fe, Cr, Sn, Hf, Ce, Nd and Gd,

0.5≤a≤1.5, 0.01≤b≤0.50, 0.01≤c≤0.20, 0≤d≤0.20, 0.001≤e≤0.20이다)0.5≤a≤1.5, 0.01≤b≤0.50, 0.01≤c≤0.20, 0≤d≤0.20, 0.001≤e≤0.20)

일 실시예에 있어서, 상기 2차 입자의 표면부에 존재하는 상기 1차 입자 내 포함된 M2 원소 및 W의 함량(at%)의 합은 Ni의 함량(at%)보다 클 수 있다.In one embodiment, the sum of the content (at%) of the M2 elements and W contained in the primary particles present in the surface portion of the secondary particles may be greater than the content (at%) of Ni.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 본원에 정의된 리튬 복합 산화물 및 상기 리튬 복합 산화물을 형성하는 1차 입자 사이의 계면 및 2차 입자의 표면 중 적어도 일부에 존재하는 리튬 합금 산화물을 포함하는 양극 활물질이 제공될 수 있다.According to another aspect of the present invention, a positive electrode active material including a lithium composite oxide as defined herein and a lithium alloy oxide present on at least some of the interface between the primary particles forming the lithium composite oxide and the surface of the secondary particles Can be provided.

일 실시예에 있어서, 상기 리튬 합금 산화물은 상기 2차 입자의 표면부로부터 상기 2차 입자의 중심부를 향해 감소하는 농도 구배를 나타낼 수 있다. 이에 따라, 리튬 합금 산화물에 의해 전기화학반응 중 양극 활물질의 전체적인 구조 붕괴를 방지할 수 있다.In one embodiment, the lithium alloy oxide may exhibit a concentration gradient decreasing from the surface portion of the secondary particles toward the center of the secondary particles. Accordingly, it is possible to prevent the overall structural collapse of the positive electrode active material during the electrochemical reaction by the lithium alloy oxide.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 본원에 정의된 양극 활물질을 포함하는 양극을 사용하는 리튬 이차전지가 제공될 수 있다.According to another aspect of the present invention, a lithium secondary battery using a positive electrode including the positive electrode active material defined herein may be provided.

본 발명의 다양한 실시예에 따른 리튬 복합 산화물은 이를 구성하는 2차 입자 의 표면부에 존재하는 1차 입자 내 포함된 도핑 금속의 함량의 합이 Ni의 함량보다 큼으로써 리튬 합금 산화물의 구조적 안정성을 향상시킬 수 있다.Lithium composite oxide according to various embodiments of the present invention is the sum of the content of the doping metal contained in the primary particles present in the surface portion of the secondary particles constituting it is greater than the content of Ni to improve the structural stability of the lithium alloy oxide Can be improved.

또한, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 양극 활물질은 상기 리튬 복합 산화물을 구성하는 1차 입자 사이의 계면 및 상기 1차 입자가 응집하여 형성된 2차 입자의 표면 중 적어도 일부에 존재하는 리튬 합금 산화물을 포함함으로써 구조적 안정성을 향상시킬 수 있으며, 이에 따라, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 양극 활물질을 포함하는 양극을 리튬 이차전지의 양극으로서 사용할 경우 고온 저장 안정성 및 수명 특성을 더욱 향상시킬 수 있다.In addition, the cathode active material according to various embodiments of the present disclosure may include a lithium alloy oxide present on at least part of an interface between primary particles constituting the lithium composite oxide and a surface of the secondary particles formed by aggregation of the primary particles. By including the structural stability can be improved, accordingly, when using a positive electrode including a positive electrode active material according to various embodiments of the present invention as a positive electrode of a lithium secondary battery it can further improve the high temperature storage stability and life characteristics.

상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.In addition to the effects described above, the specific effects of the present invention will be described together with the following description of specifics for carrying out the invention.

도 1 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 양극 활물질에 대한 투과전자현미경(TEM) 분석 및 TEM/EDS Mapping 결과를 나타낸 것이다.
도 6는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 양극 활물질에 대한 TEM/EDS Mapping 결과에 따라 측정된 금속 원소(Ni, Co, Al, W)의 함량을 나타낸 그래프(line sum spectrum)이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 양극 활물질에 대한 전자투과현미경(TEM) 분석 결과를 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 양극 활물질 중 Li 3a 사이트에 삽입된 Ni 중 일부가 W로 치환된 결정 구조를 나타낸 모식도이다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따라 제조된 양극 활물질 중 도핑 금속에 대한 TEM/EDS Mapping 결과를 나타낸 것이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 제조된 양극 활물질에 대한 TEM/EDS Mapping 결과에 따라 측정된 도핑 금속 원소(Zr, Ti, W)의 함량을 나타낸 그래프(line sum spectrum)이다.
도 12 내지 도 15는 비교예에 따라 제조된 양극 활물질에 대한 투과전자현미경(TEM) 분석 및 TEM/EDS Mapping 결과를 나타낸 것이다.
도 16 내지 도 18은 본 발명의 다양한 실시예에 따라 제조된 양극 활물질에 대한 XRD 분석 결과를 나타낸 그래프이다.
1 to 5 show transmission electron microscope (TEM) analysis and TEM / EDS mapping results for a cathode active material prepared according to an embodiment of the present invention.
6 is a graph showing the content of metal elements (Ni, Co, Al, W) measured according to the TEM / EDS Mapping results for the positive electrode active material prepared according to the embodiment of the present invention.
Figure 7 shows the results of the electron transmission microscope (TEM) analysis for the positive electrode active material prepared according to an embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a schematic diagram showing a crystal structure in which a part of Ni inserted into a Li 3a site of a cathode active material prepared according to an embodiment of the present invention is substituted with W. FIG.
9 and 10 illustrate TEM / EDS mapping results of the doped metal in the cathode active material prepared according to another embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a line sum spectrum showing the content of the doped metal elements (Zr, Ti, W) measured according to the TEM / EDS Mapping results for the cathode active material prepared according to another embodiment of the present invention.
12 to 15 show transmission electron microscope (TEM) analysis and TEM / EDS mapping results for a cathode active material prepared according to a comparative example.
16 to 18 are graphs showing the results of XRD analysis on the cathode active material prepared according to various embodiments of the present disclosure.

본 발명을 더 쉽게 이해하기 위해 편의상 특정 용어를 본원에 정의한다. 본원에서 달리 정의하지 않는 한, 본 발명에 사용된 과학 용어 및 기술 용어들은 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미를 가질 것이다. 또한, 문맥상 특별히 지정하지 않는 한, 단수 형태의 용어는 그것의 복수 형태도 포함하는 것이며, 복수 형태의 용어는 그것의 단수 형태도 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Certain terms are defined herein for convenience of understanding the invention. Unless defined otherwise herein, scientific and technical terms used herein have the meanings that are commonly understood by one of ordinary skill in the art. Also, unless specifically indicated in the context, the singular forms "a", "an", and "the" are intended to include their plural forms as well.

이하, 본 발명에 따른 리튬 복합 산화물, 상기 리튬 복합 산화물을 포함하는 리튬 이차전지용 양극 활물질 및 상기 양극 활물질을 포함하는 양극을 사용하는 리튬 이차전지에 대하여 보다 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, a lithium secondary battery using a lithium composite oxide, a lithium secondary battery positive electrode active material including the lithium composite oxide, and a positive electrode including the positive electrode active material according to the present invention will be described in more detail.

리튬 복합 산화물Lithium composite oxide

본 발명의 일 측면에 따르면, 하기의 화학식 1로 표시되는 1차 입자 및 상기 1차 입자가 응집하여 형성된 2차 입자를 포함하는 리튬 복합 산화물이 제공될 수 있다.According to an aspect of the present invention, a lithium composite oxide including primary particles represented by Formula 1 below and secondary particles formed by aggregation of the primary particles may be provided.

[화학식 1][Formula 1]

LiaNi1-(b+c+d+e)CobM1cM2dWeO2 Li a Ni 1- (b + c + d + e) Co b M1 c M2 d W e O 2

(여기서, M1은 Mn 및 Al로부터 선택되는 적어도 하나이고, M2는 Ti, Zr, Mg, V, B, Mo, Zn, Nb, Ba, Ca, Ta, Fe, Cr, Sn, Hf, Ce, Nd 및 Gd로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하며, 0.5≤a≤1.5, 0.01≤b≤0.50, 0.01≤c≤0.20, 0≤d≤0.20, 0.001≤e≤0.20이다)(Wherein M1 is at least one selected from Mn and Al, and M2 is Ti, Zr, Mg, V, B, Mo, Zn, Nb, Ba, Ca, Ta, Fe, Cr, Sn, Hf, Ce, Nd And at least one selected from Gd, wherein 0.5 ≦ a ≦ 1.5, 0.01 ≦ b ≦ 0.50, 0.01 ≦ c ≦ 0.20, 0 ≦ d ≦ 0.20, and 0.001 ≦ e ≦ 0.20).

본원에서 리튬 복합 산화물은 상기 1차 입자 및 상기 1차 입자 복수 개가 서로 응집(물리적으로 결합)된 응집체를 포함하는 입자로서 정의될 수 있다. 상기 1차 입자는 막대 형상, 타원 형상 및/또는 부정형 형상을 가질 수 있다.Herein, the lithium composite oxide may be defined as particles including aggregates in which the primary particles and the plurality of primary particles are aggregated (physically bonded) to each other. The primary particles may have a rod shape, ellipse shape and / or indefinite shape.

상기 1차 입자는 이웃한 1차 입자와 서로 접하여 1차 입자 사이의 계면 또는 결정립계(grain boundary)를 형성할 수 있다. 또한, 상기 1차 입자는 상기 2차 입자의 내부에서 이웃한 1차 입자와 이격되어 내부 공극을 형성할 수도 있다.The primary particles may be in contact with neighboring primary particles to form an interface or grain boundary between the primary particles. In addition, the primary particles may be spaced apart from neighboring primary particles in the secondary particles to form internal voids.

여기서, 상기 1차 입자의 평균 직경은 0.1 μm 내지 6.0 μm 일 수 있으며, 상기 2차 입자의 평균 직경은 6.0 μm 내지 20.0 μm 일 수 있다.이 때, 상기 1차 입자는 이웃한 1차 입자와 서로 접하여 결정립계를 형성하지 않고 내부 공극과 접함으로써 상기 2차 입자 내부에 존재하는 표면을 형성할 수 있다. 한편, 상기 2차 입자의 최표면에 존재하는 상기 1차 입자가 외기(外氣)에 노출된 면은 상기 2차 입자의 표면을 형성하게 된다.Herein, the average diameter of the primary particles may be 0.1 μm to 6.0 μm, and the average diameter of the secondary particles may be 6.0 μm to 20.0 μm. The surfaces present inside the secondary particles can be formed by contacting the internal pores without forming grain boundaries in contact with each other. On the other hand, the surface of the primary particles existing on the outermost surface of the secondary particles exposed to the outside air forms the surface of the secondary particles.

또한, 상기 2차 입자의 표면부에 존재하는 상기 1차 입자 내 포함된 M2 원소 및 W로부터 선택된 적어도 하나는 상기 2차 입자의 중심부를 향해 감소하는 농도 구배를 나타낼 수 있다. 즉, 상기 1차 입자 내 형성된 M2 원소 및 W의 농도 구배의 방향은 상기 2차 입자의 표면부로부터 상기 2차 입자의 중심부를 향하는 방향일 수 있다.In addition, at least one selected from the elements M2 and W contained in the primary particles present in the surface portion of the secondary particles may exhibit a concentration gradient decreasing toward the center of the secondary particles. That is, the direction of the concentration gradient of the M2 element and W formed in the primary particles may be a direction from the surface portion of the secondary particles toward the center of the secondary particles.

이에 따라, 상기 1차 입자 내에는 상기 2차 입자의 중심부를 향해 배열된 리튬 이온의 이동 경로(리튬 이온의 확산 경로)가 형성될 수 있으며(도 7 참조), 이를 통해 리튬 복합 산화물 나아가 양극 활물질에 의한 리튬 이온 전도성을 향상시키는 것이 가능하다.Accordingly, a movement path of lithium ions (diffusion path of lithium ions) formed in the primary particles toward the center of the secondary particles may be formed (see FIG. 7), thereby forming a lithium composite oxide and a cathode active material. It is possible to improve the lithium ion conductivity by.

보다 구체적으로, 상기 1차 입자 내 포함된 M2 원소 및 W의 농도 구배는 상기 1차 입자의 중심부를 기준으로 상기 2차 입자의 중심부측보다 상기 2차의 표면부측에서 클 수 있다.More specifically, the concentration gradient of the M2 element and W contained in the primary particles may be greater on the surface portion side of the secondary than the central side of the secondary particles based on the central portion of the primary particles.

이 경우, 상기 2차 입자는 M2 원소의 농도가 서로 상이한 제1 영역 및 제2 영역을 포함할 수 있다. 이 때, 상기 제1 영역 및 제2 영역은 W 원소의 농도가 서로 상이한 영역으로 정의될 수도 있다.In this case, the secondary particles may include a first region and a second region having different concentrations of M2 elements. In this case, the first region and the second region may be defined as regions having different concentrations of W elements.

여기서, 상기 1차 입자 내 포함된 M2 원소 및 W로부터 선택된 적어도 하나가 상기 2차 입자의 중심부를 향해 감소하는 농도 구배를 나타내는 영역은 제1 영역일 수 있다. 즉, 본원에서 정의된 M2 원소 및/또는 W의 농도 구배는 단일의 1차 입자를 기준으로 나타나는 농도 구배를 의미하는 것이다.Here, the region in which at least one selected from the elements M2 and W included in the primary particles exhibits a concentration gradient that decreases toward the center of the secondary particles may be a first region. In other words, the concentration gradient of M2 element and / or W as defined herein means a concentration gradient which appears on the basis of a single primary particle.

예를 들어, 상기 리튬 복합 산화물을 형성하는 상기 2차 입자의 최표면으로부터 상기 2차 입자의 중심까지의 거리를 R이라 할 때, 상기 2차 입자의 최표면으로부터의 거리(R')가 0 내지 0.02R인 영역을 제1 영역이라 정의하면 상기 제1 영역 내 존재하는 M2 원소 및/또는 W는 상기 1차 입자 내에서 상기 2차 입자의 중심부를 향해 감소하는 농도 구배를 나타낼 수 있다.For example, when the distance from the outermost surface of the secondary particles forming the lithium composite oxide to the center of the secondary particles is R, the distance R 'from the outermost surface of the secondary particles is 0. If the region of about 0.02R is defined as the first region, the M2 element and / or W present in the first region may exhibit a concentration gradient decreasing toward the center of the secondary particle in the primary particle.

반면에, 상기 제1 영역 내 존재하는 Ni은 M2 원소 및/또는 W와 반대로 상기 1차 입자 내에서 상기 2차 입자의 중심부를 향해 증가하는 농도 구배를 나타낼 수 있다. 여기서, 상기 2차 입자의 중심부는 상기 2차 입자의 정중심을 지칭할 수 있다.On the other hand, Ni present in the first region may exhibit a concentration gradient increasing toward the center of the secondary particles in the primary particles as opposed to the M2 element and / or W. Here, the center of the secondary particles may refer to the center of gravity of the secondary particles.

이 때, 상기 2차 입자의 상기 제1 영역에 존재하는 상기 1차 입자 내 포함된 W의 함량(at%)은 Ni의 함량(at%)보다 클 수 있다. 또한, 상기 1차 입자 내 M2 원소가 포함될 경우, 상기 2차 입자의 상기 제1 영역에 존재하는 상기 1차 입자 내 포함된 M2 원소 및 W의 함량(at%)의 합은 Ni의 함량(at%)보다 클 수 있다.At this time, the content (at%) of W contained in the primary particles present in the first region of the secondary particles may be greater than the content (at%) of Ni. In addition, when the M2 element in the primary particle is included, the sum of the content (at%) of the M2 element and W included in the primary particle present in the first region of the secondary particle is the content of Ni (at May be greater than%).

여기서, M2 원소 및/또는 W는 X선 회절 패턴의 리트벨트 분석에 의한 상기 1차 입자 중 Li 3a 사이트 및 3b 사이트 중 적어도 하나에 삽입된 Ni과 치환된 상태로 존재할 수 있다.Here, the M2 element and / or W may be present in a state substituted with Ni inserted in at least one of Li 3a site and 3b site in the primary particles by Rietveld analysis of the X-ray diffraction pattern.

이 때, 상기 2차 입자의 상기 제1 영역에 존재하는 상기 1차 입자는 X선 회절 패턴의 리트벨트 분석에 의한 Li 3a 사이트에 삽입된 W의 비율(Wocc)은 Li 3a 사이트에 삽입된 Ni의 비율(Niocc)보다 클 수도 있다. 또한, 상기 1차 입자 내 M2 원소가 포함될 경우, 상기 2차 입자의 상기 제1 영역에 존재하는 상기 1차 입자는 X선 회절 패턴의 리트벨트 분석에 의한 Li 3a 사이트에 삽입된 W의 비율(Wocc) 및 M2 원소의 비율(M2occ)은 Li 3a 사이트에 삽입된 Ni의 비율(Niocc)보다 클 수도 있다.At this time, the primary particles present in the first region of the secondary particles, the ratio (W occ ) of the W inserted in the Li 3a site by Rietveld analysis of the X-ray diffraction pattern is inserted in the Li 3a site It may be larger than the ratio of Ni (Ni occ ). In addition, when the M2 element is included in the primary particles, the primary particles present in the first region of the secondary particles may have a ratio of W inserted into Li 3a sites by Rietveld analysis of an X-ray diffraction pattern ( W occ ) and the ratio of the M2 element (M2 occ ) may be greater than the ratio of Ni inserted in the Li 3a site (Ni occ ).

상술한 바와 같이, 상기 2차 입자의 상기 제1 영역에 존재하는 M2 원소 및/또는 W의 함량(또는 함량의 합)은 단순히 Ni의 함량보다 큰 것이 아니라, X선 회절 패턴의 리트벨트 분석에 의한 Li 3a 사이트에 삽입된 비율이 크기 때문에 상기 1차 입자, 나아가 상기 1차 입자가 응집되어 형성된 상기 2차 입자의 구조적 안정성을 향상시키고, 이를 통해 제조된 양극 활물질의 전기적 특성 및 신뢰성을 높일 수 있다.As described above, the content (or sum of the contents) of the M2 elements and / or W present in the first region of the secondary particles is not simply greater than the content of Ni, but is used for Rietveld analysis of the X-ray diffraction pattern. Due to the large insertion rate at the Li 3a site, the structural stability of the primary particles, and the secondary particles formed by the aggregation of the primary particles can be improved, thereby increasing the electrical properties and reliability of the prepared cathode active material. have.

상술한 M2 원소 및/또는 W와 Ni의 상반된 농도 구배 양태는 상기 제1 영역 내 존재하는 상기 1차 입자 내 포함된 M2 원소 및/또는 W가 상기 리튬 복합 산화물 중 Li 3a 사이트 및 3b 사이트 중 적어도 하나에 삽입된 Ni과 치환됨에 따라 나타날 수 있다.The above-described contrast concentration gradient between M2 element and / or W and Ni is such that M2 element and / or W contained in the primary particles present in the first region is at least one of Li 3a site and 3b site in the lithium composite oxide. It may appear as it is substituted with Ni inserted in one.

이 때, 상기 제1 영역 내 존재하는 상기 1차 입자 내 포함된 M2 원소 및/또는 W의 농도 변화율은 50% 이상, 바람직하게는 60% 이상일 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.At this time, the concentration change rate of the M2 element and / or W contained in the primary particles present in the first region may be 50% or more, preferably 60% or more, but is not necessarily limited thereto.

또한, 상기 제1 영역을 제외한 나머지 영역이 제2 영역으로 정의될 수 있으며, 상기 2차 입자의 최표면으로부터의 거리(R')가 0 내지 0.02R인 영역을 제1 영역이라 정의하면, 상기 2차 입자의 최표면으로부터의 거리(R')가 0.02R 초과 1.0R인 영역을 제2 영역이라 정의할 수 있다. 여기서, 상기 제2 영역 내 존재하는 상기 1차 입자 내 포함된 M2 원소 및/또는 W는 상기 1차 입자 내에서 일정 방향으로 농도가 증가 또는 감소하는 형태의 농도 구배를 가지지 않을 수 있다.In addition, the remaining region except the first region may be defined as the second region, and if the region R 'from the outermost surface of the secondary particle is 0 to 0.02R, the region is defined as the first region. The area | region whose distance R 'from the outermost surface of a secondary particle is more than 0.02R and 1.0R can be defined as a 2nd area | region. Here, the M2 element and / or W contained in the primary particles present in the second region may not have a concentration gradient in the form of increasing or decreasing concentration in a predetermined direction in the primary particles.

다른 실시예에 있어서, 상기 제2 영역 내 존재하는 상기 1차 입자 내 M2 원소 및/또는 W의 농도 변화율은 49% 이하, 바람직하게는 30% 이하, 보다 바람직하게는 15% 이하일 수 있다.In another embodiment, the rate of change of the concentration of M2 element and / or W in the primary particles present in the second region may be 49% or less, preferably 30% or less, and more preferably 15% or less.

또한, 이 경우, 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역에 존재하는 상기 1차 입자 내 포함된 M1 원소 및 Co의 농도 변화율은 49% 이하, 바람직하게는 30% 이하, 보다 바람직하게는 15% 이하일 수 있다.In this case, the concentration change rate of M 1 element and Co contained in the primary particles present in the first region and the second region is 49% or less, preferably 30% or less, and more preferably 15% or less. Can be.

상술한 바와 같이, 상기 리튬 복합 산화물을 구성하는 상기 2차 입자가 M2 원소 및/또는 W의 농도가 서로 상이한 제1 영역 및 제2 영역으로 구획되며, M2 원소 및/또는 W는 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역 내에서 다른 양태의 농도 구배를 나타냄으로써 상기 리튬 복합 산화물의 구조적 안정성을 향상시킬 수 있다.As described above, the secondary particles constituting the lithium composite oxide are partitioned into first and second regions having different concentrations of M2 element and / or W, and M2 element and / or W are the first region. And showing a concentration gradient of another embodiment in the second region, thereby improving structural stability of the lithium composite oxide.

리튬 이차전지용 양극 활물질Cathode Active Material for Lithium Secondary Battery

본 발명의 다른 측면에 따르면, 본원에 정의된 리튬 복합 산화물 및 상기 리튬 복합 산화물을 형성하는 1차 입자 사이의 계면 및 2차 입자의 표면 중 적어도 일부에 존재하는 리튬 합금 산화물을 포함하는 양극 활물질이 제공될 수 있다. 여기서, 상기 리튬 복합 산화물은 앞서 설명한 바와 동일하므로, 편의상 구체적인 설명을 생락하고, 이하에서는 나머지 전술되지 아니한 구성에 대해서만 설명하기로 한다.According to another aspect of the present invention, a positive electrode active material including a lithium composite oxide as defined herein and a lithium alloy oxide present on at least some of the interface between the primary particles forming the lithium composite oxide and the surface of the secondary particles Can be provided. Here, since the lithium composite oxide is the same as described above, a detailed description thereof will be omitted for convenience, and only the rest of the configuration which has not been described above will be described below.

상기 리튬 합금 산화물은 상기 리튬 복합 산화물을 형성하는 상기 1차 입자 및/또는 상기 2차 입자와 물리적 및/또는 화학적으로 결합된 상태일 수 있다. The lithium alloy oxide may be in a state physically and / or chemically bonded to the primary particles and / or the secondary particles forming the lithium composite oxide.

이 때, 상기 리튬 합금 산화물은 상기 리튬 복합 산화물을 형성하는 상기 1차 입자 사이의 계면 및 상기 2차 입자의 표면을 전체적으로 코팅하거나 상기 리튬 복합 산화물을 형성하는 상기 1차 입자 사이의 계면 및 상기 2차 입자의 표면 중 적어도 일부를 코팅할 수 있으며, 경우에 따라 상기 리튬 복합 산화물을 형성하는 상기 1차 입자 사이의 계면 및 상기 2차 입자의 표면 전체 또는 적어도 일부에 입자상으로 분포될 수 있다.In this case, the lithium alloy oxide is the interface between the primary particles forming the lithium composite oxide and the interface between the primary particles forming the lithium composite oxide or coating the surface of the secondary particles as a whole and the second At least a portion of the surface of the primary particles may be coated, and in some cases, the interface between the primary particles forming the lithium composite oxide and the entire surface or at least a portion of the surface of the secondary particles may be distributed in a particulate form.

이에 따라, 본 실시예에 따른 양극 활물질은 상술한 리튬 합금 산화물을 포함함으로써 구조적인 안정성이 높아질 수 있으며, 이러한 양극 활물질을 리튬 이차전지에 사용할 경우, 양극 활물질의 고온 저장 안정성 및 수명 특성이 향상될 수 있다. 또한, 상기 리튬 합금 산화물은 상기 양극 활물질 내 리튬 이온의 이동 경로(pathway)로서 작용함으로써 리튬 이차전지의 효율 특성을 향상시키는데 영향을 줄 수 있다.Accordingly, the positive electrode active material according to the present embodiment may increase structural stability by including the above-described lithium alloy oxide, and when the positive electrode active material is used in a lithium secondary battery, high temperature storage stability and life characteristics of the positive electrode active material may be improved. Can be. In addition, the lithium alloy oxide may affect the efficiency characteristics of the lithium secondary battery by acting as a path of lithium ions in the cathode active material.

또한, 경우에 따라, 상기 리튬 합금 산화물은 상기 리튬 복합 산화물을 형성하는 상기 1차 입자 사이의 계면 및 상기 2차 입자의 표면 중 적어도 일부뿐만 아니라, 상기 2차 입자의 내부에 형성된 내부 공극에도 존재할 수 있다. In some cases, the lithium alloy oxide may be present in not only at least a portion of the interface between the primary particles forming the lithium composite oxide and the surface of the secondary particles, but also in internal voids formed inside the secondary particles. Can be.

여기서, 상기 리튬 합금 산화물은 하기의 화학식 2로 표시될 수 있다.Here, the lithium alloy oxide may be represented by the following formula (2).

[화학식 2][Formula 2]

LifM3gOh Li f M3 g O h

(여기서, M3은 Ti, Zr, Mg, V, B, Mo, Zn, Nb, Ba, Ca, Ta, Fe, Cr, Sn, Hf, Ce, W, Nd 및 Gd로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하며, 0≤f≤6, 0<g≤6, 0≤h≤10이다)Wherein M 3 comprises at least one selected from Ti, Zr, Mg, V, B, Mo, Zn, Nb, Ba, Ca, Ta, Fe, Cr, Sn, Hf, Ce, W, Nd and Gd , 0≤f≤6, 0 <g≤6, 0≤h≤10)

상기의 화학식 2를 통해 나타낸 바와 같이, 상기 리튬 합금 산화물은 리튬과 M3으로 표시되는 금속 원소가 복합화된 산화물로서, 상기 리튬 합금 산화물은 예를 들어, Li(W)O, Li(Zr)O, Li(Ti)O, Li(B)O, WOx, ZrOx, TiOx 등일 수 있으나, 상술한 예는 이해를 돕기 위해 편의상 기재한 것에 불과할 뿐 본원에서 정의된 상기 리튬 합금 산화물은 상술한 예에 제한되지 않는다. 따라서, 후술할 실험예에서는 편의상 화학식 1로 표시될 수 있는 대표적인 리튬 합금 산화물의 몇몇 예시에 대한 실험 결과를 기재하기로 한다.As shown in Formula 2, the lithium alloy oxide is an oxide in which a metal element represented by lithium and M 3 is complexed, and the lithium alloy oxide is, for example, Li (W) O, Li (Zr) O, Li (Ti) O, Li (B) O, WO x , ZrO x , TiO x, etc., but the above examples are merely described for convenience of understanding, and the lithium alloy oxides defined herein are examples described above. It is not limited to. Therefore, in the experimental examples to be described later, the experimental results for some examples of the representative lithium alloy oxide, which may be represented by Chemical Formula 1, will be described.

다른 실시예에 있어서, 상기 리튬 합금 산화물은 리튬과 M3으로 표시되는 적어도 2종의 금속 원소가 복합화된 산화물이거나, 리튬과 M3으로 표시되는 적어도 2종의 금속 원소가 복합화된 산화물을 더 포함할 수 있다. 리튬과 M3으로 표시되는 적어도 2종의 금속 원소가 복합화된 리튬 합금 산화물은 예를 들어, Li(W/Ti)O, Li(W/Zr)O, Li(W/Ti/Zr)O, Li(W/Ti/B)O 등일 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.In another embodiment, the lithium alloy oxide may further include an oxide in which at least two metal elements represented by lithium and M 3 are combined, or an oxide in which at least two metal elements represented by lithium and M 3 are combined. have. Lithium alloy oxides in which at least two metal elements represented by lithium and M3 are combined include, for example, Li (W / Ti) O, Li (W / Zr) O, Li (W / Ti / Zr) O, Li (W / Ti / B) O and the like, but is not necessarily limited thereto.

또한, 이 경우, 리튬 텅스텐 산화물 내 적어도 1종의 금속 원소가 도핑된 격자 구조를 가질 수 있다. 즉, 상기의 리튬 합금 산화물은 리튬 텅스텐 산화물(예를 들어, Li2WO4, Li2W2O7, Li4WO5, Li6WO6 또는 Li6W2O9)이 형성하는 격자 구조 내 텅스텐 중 일부가 금속 원소로 치환된 격자 구조를 가지게 된다. 여기서, 격자 구조 내 텅스텐을 치환하는 금속 원소로는 Ti, Zr, Mg, V, B, Mo, Zn, Nb, Ba, Ca, Ta, Fe, Cr, Sn, Hf, Ce, Nd 및 Gd로부터 선택되는 적어도 하나가 사용될 수 있다.In this case, the lithium tungsten oxide may have a lattice structure doped with at least one metal element. That is, the lithium alloy oxide is a lattice structure formed by lithium tungsten oxide (for example, Li 2 WO 4 , Li 2 W 2 O 7 , Li 4 WO 5 , Li 6 WO 6, or Li 6 W 2 O 9 ). Some of the tungsten in the structure will have a lattice structure substituted with a metal element. Here, the metal element to substitute tungsten in the lattice structure is selected from Ti, Zr, Mg, V, B, Mo, Zn, Nb, Ba, Ca, Ta, Fe, Cr, Sn, Hf, Ce, Nd and Gd At least one of which may be used.

일 실시예에 있어서, 상기 리튬 합금 산화물은 상기 리튬 복합 산화물을 형성하는 상기 2차 입자의 표면부로부터 상기 2차 입자의 중심부를 향해 감소하는 농도 구배를 나타낼 수 있다. 이에 따라, 상기 리튬 합금 산화물의 농도는 상기 2차 입자의 최표면으로부터 상기 2차 입자의 중심부를 향해 감소할 수 있다.In one embodiment, the lithium alloy oxide may exhibit a concentration gradient that decreases toward the center of the secondary particles from the surface portion of the secondary particles forming the lithium composite oxide. Accordingly, the concentration of the lithium alloy oxide may decrease from the outermost surface of the secondary particles toward the center of the secondary particles.

상술한 바와 같이, 상기 리튬 합금 산화물이 상기 리튬 복합 산화물을 형성하는 상기 2차 입자의 표면부로부터 상기 2차 입자의 중심부를 향해 감소하는 농도 구배를 나타냄으로써 상기 양극 활물질의 표면에 존재하는 잔류 리튬을 효과적으로 감소시켜 미반응 잔류 리튬에 의한 부반응을 미연에 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 리튬 합금 산화물에 의해 상기 양극 활물질의 표면 내측 영역에서의 결정성이 낮아지는 것을 방지할 수 있다. 또한, 리튬 합금 산화물에 의해 전기화학반응 중 양극 활물질의 전체적인 구조 붕괴를 방지할 수 있다As described above, the residual lithium present on the surface of the positive electrode active material by exhibiting a concentration gradient decreasing from the surface portion of the secondary particles forming the lithium composite oxide toward the center of the secondary particles. In addition, it is possible to effectively reduce the side reaction by the unreacted residual lithium in advance, as well as to prevent the crystallinity in the inner region of the surface of the positive electrode active material is lowered by the lithium alloy oxide. In addition, it is possible to prevent the overall structural collapse of the positive electrode active material during the electrochemical reaction by the lithium alloy oxide.

다른 실시예에 있어서, 상기 리튬 합금 산화물은 하기의 화학식 3으로 표시되는 제1 리튬 합금 산화물 및 하기의 화학식 4로 표시되는 제2 리튬 합금 산화물을 포함할 수 있다.In another embodiment, the lithium alloy oxide may include a first lithium alloy oxide represented by Formula 3 below and a second lithium alloy oxide represented by Formula 4 below.

[화학식 3][Formula 3]

LiiWjOk Li i W j O k

(여기서, 0≤i≤6, 0<j≤6, 0<k≤10이다)(Where 0 ≦ i ≦ 6, 0 <j ≦ 6, 0 <k ≦ 10)

[화학식 4][Formula 4]

LilM4mOn Li l M4 m O n

(여기서, M4는 Ti, Zr, Mg, V, B, Mo, Zn, Nb, Ba, Ca, Ta, Fe, Cr, Sn, Hf, Ce, Nd 및 Gd로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하며, 0≤l≤6, 0<m≤6, 0<n≤10이다)(Wherein M4 includes at least one selected from Ti, Zr, Mg, V, B, Mo, Zn, Nb, Ba, Ca, Ta, Fe, Cr, Sn, Hf, Ce, Nd and Gd, 0 ≤ l ≤ 6, 0 <m ≤ 6, 0 <n ≤ 10)

이 때, 상기 제1 리튬 합금 산화물 및 상기 제2 리튬 합금 산화물은 상기 리튬 복합 산화물을 형성하는 상기 2차 입자의 표면부로부터 상기 2차 입자의 중심부를 향해 감소하는 농도 구배를 나타낼 수 있다. 이에 따라, 상기 리튬 합금 산화물의 농도는 상기 2차 입자의 최표면으로부터 상기 2차 입자의 중심부를 향해 감소할 수 있다.In this case, the first lithium alloy oxide and the second lithium alloy oxide may exhibit a concentration gradient that decreases toward the center of the secondary particles from the surface portion of the secondary particles forming the lithium composite oxide. Accordingly, the concentration of the lithium alloy oxide may decrease from the outermost surface of the secondary particles toward the center of the secondary particles.

이 때, 상기 제2 리튬 합금 산화물의 농도 감소율은 상기 제1 리튬 합금 산화물의 농도 감소율보다 큰 것이 바람직하며, 상기 제2 리튬 합금 산화물의 농도 감소율이 상기 제1 리튬 합금 산화물의 농도 감소율보다 큼으로써 리튬 합금 산화물을 포함하는 양극 활물질의 구조적 안정성이 유지될 수 있다. 또한, 상기 양극 활물질 내 효율적인 리튬 이온의 이동 경로(pathway)를 형성함으로써 리튬 이차전지의 효율 특성을 향상시키는데 긍정적으로 작용할 수 있다.In this case, the concentration reduction rate of the second lithium alloy oxide is preferably greater than the concentration reduction rate of the first lithium alloy oxide, and the concentration reduction rate of the second lithium alloy oxide is greater than the concentration reduction rate of the first lithium alloy oxide. Structural stability of the positive electrode active material including the lithium alloy oxide may be maintained. In addition, by forming an efficient path of lithium ions in the positive electrode active material may act positively to improve the efficiency characteristics of the lithium secondary battery.

이에 따라, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 양극 활물질을 포함하는 양극을 리튬 이차전지의 양극으로서 사용할 경우 고온 저장 안정성 및 수명 특성을 더욱 향상시킬 수 있다.Accordingly, when the cathode including the cathode active material according to various embodiments of the present disclosure is used as a cathode of a lithium secondary battery, high temperature storage stability and lifespan characteristics may be further improved.

추가적인 실시예에 있어서, 상기 제2 리튬 합금 산화물은 하기의 하기의 화학식 5로 표시되는 리튬 지르코늄 산화물 및 하기의 화학식 6으로 표시되는 리튬 티탄 산화물을 포함할 수 있다.In a further embodiment, the second lithium alloy oxide may include lithium zirconium oxide represented by the following Formula 5 and lithium titanium oxide represented by the following Formula 6.

[화학식 5][Formula 5]

LioZrpOq Li o Zr p O q

(여기서, 0≤o≤6, 0<p≤6, 0<q≤10이다)(Where 0 ≦ o ≦ 6, 0 <p ≦ 6, 0 <q ≦ 10)

[화학식 6][Formula 6]

LirTisOt Li r Ti s O t

(여기서, 0≤r≤6, 0<s≤6, 0<t≤10이다)(Where 0 ≦ r ≦ 6, 0 <s ≦ 6, 0 <t ≦ 10)

상기의 화학식 5로 표시되는 리튬 지르코늄 산화물과 상기의 화학식 6으로 표시되는 리튬 티탄 산화물은 상기의 화학식 3으로 표시되는 리튬 텅스텐 산화물과 함께 상기 양극 활물질의 구조적인 안정성이 높이는데 기여할 수 있으며, 상기 양극 활물질 내 효율적인 리튬 이온의 이동 경로(pathway)를 형성할 수 있다.The lithium zirconium oxide represented by Chemical Formula 5 and the lithium titanium oxide represented by Chemical Formula 6 may contribute to enhancing the structural stability of the positive electrode active material together with the lithium tungsten oxide represented by Chemical Formula 3, and the positive electrode It is possible to form an efficient route of lithium ions in the active material.

이 때, 상기 리튬 지르코늄 산화물 및 상기 리튬 티탄 산화물은 상기 리튬 텅스텐 산화물과 마찬가지로 상기 리튬 복합 산화물을 형성하는 상기 2차 입자의 표면부로부터 상기 2차 입자의 중심부를 향해 감소하는 농도 구배를 나타낼 수 있다. 이에 따라, 상기 리튬 지르코늄 산화물 및 상기 리튬 티탄 산화물의 농도는 상기 2차 입자의 최표면으로부터 상기 2차 입자의 중심부를 향해 감소할 수 있다.In this case, the lithium zirconium oxide and the lithium titanium oxide may exhibit a concentration gradient decreasing from the surface portion of the secondary particles forming the lithium composite oxide toward the center of the secondary particles, similarly to the lithium tungsten oxide. . Accordingly, the concentrations of the lithium zirconium oxide and the lithium titanium oxide may decrease from the outermost surface of the secondary particles toward the center of the secondary particles.

이 때, 상기 리튬 텅스텐 산화물과 함께 상기 리튬 지르코늄 산화물 및 상기 리튬 티탄 산화물을 동시에 포함하는 양극 활물질의 구조적 안정성 및 결정성 유지 등을 위해 상기 리튬 지르코늄 산화물의 농도 감소율은 상기 리튬 티탄 산화물의 농도 감소율보다 큰 것이 바람직하다.At this time, in order to maintain structural stability and crystallinity of the positive electrode active material including the lithium zirconium oxide and the lithium titanium oxide simultaneously with the lithium tungsten oxide, the concentration reduction rate of the lithium zirconium oxide is less than the concentration reduction rate of the lithium titanium oxide. It is desirable to be large.

리튬 이차전지Lithium secondary battery

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 양극 집전체 및 상기 양극 집전체 상에 형성된 양극 활물질층을 포함하는 양극이 제공될 수 있다. 여기서, 상기 양극 활물질층은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 양극 활물질을 포함할 수 있다. 따라서, 양극 활물질은 앞서 설명한 바와 동일하므로, 편의상 구체적인 설명을 생락하고, 이하에서는 나머지 전술되지 아니한 구성에 대해서만 설명하기로 한다.According to another aspect of the present invention, a cathode including a cathode current collector and a cathode active material layer formed on the cathode current collector may be provided. Here, the cathode active material layer may include a cathode active material according to various embodiments of the present disclosure. Therefore, since the cathode active material is the same as described above, a detailed description thereof will be omitted for convenience, and only the rest of the configuration that has not been described above will be described below.

상기 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. 또한, 상기 양극 집전체는 통상적으로 3 내지 500㎛의 두께를 가질 수 있으며, 상기 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.The positive electrode current collector is not particularly limited as long as it has conductivity without causing chemical changes in the battery. Surface treated with silver, silver or the like can 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 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.

상기 양극 활물질층은 상기 양극 활물질과 함께 도전재 및 필요에 따라 선택적으로 바인더를 포함할 수 있다.The positive electrode active material layer may optionally include a conductive material and optionally a binder together with the positive electrode active material.

이 때, 상기 양극 활물질은 양극 활물질층 총 중량에 대하여 80 내지 99 wt%, 보다 구체적으로는 85 내지 98.5 wt%의 함량으로 포함될 수 있다. 상기한 함량범위로 포함될 때 우수한 용량 특성을 나타낼 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.In this case, the cathode active material may be included in an amount of 80 to 99 wt%, more specifically 85 to 98.5 wt%, based on the total weight of the cathode active material layer. When included in the above content range may exhibit excellent capacity characteristics, but is not necessarily limited thereto.

상기 도전재는 전극에 도전성을 부여하기 위해 사용되는 것으로서, 구성되는 전지에 있어서, 화학변화를 야기하지 않고 전자 전도성을 갖는 것이면 특별한 제한 없이 사용 가능하다. 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 양극 활물질층 총 중량에 대하여 0.1 내지 15 wt%로 포함될 수 있다.The conductive material is used to impart conductivity to the electrode, and in the battery constituted, any conductive material may be used 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 be included in an amount of 0.1 to 15 wt% based on the total weight of the cathode active material layer.

상기 바인더는 양극 활물질 입자들 간의 부착 및 양극 활물질과 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 활물질층 총 중량에 대하여 0.1 내지 15 wt%로 포함될 수 있다.The binder serves to improve adhesion between the positive electrode active material particles and the adhesion between the positive electrode active material and the current collector. Specific examples include polyvinylidene fluoride (PVDF), vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer (PVDF-co-HFP), polyvinyl alcohol, polyacrylonitrile, 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 more of these may be used. The binder may be included in an amount of 0.1 to 15 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 용매 중에 용해 또는 분산시켜 제조한 양극 활물질층 형성용 조성물을 양극 집전체 상에 도포한 후, 건조 및 압연함으로써 제조할 수 있다.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 positive electrode active material and optionally, a composition for forming a positive electrode active material layer prepared by dissolving or dispersing a binder and a conductive material in a solvent may be applied onto a positive electrode current collector, followed by drying and rolling.

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.

또한, 다른 실시예에 있어서, 상기 양극은 상기 양극 활물질층 형성용 조성물을 별도의 지지체 상에 캐스팅한 다음, 이 지지체로부터 박리하여 얻은 필름을 양극 집전체 상에 라미네이션함으로써 제조될 수도 있다.In another embodiment, 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.

아울러, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상술한 양극을 포함하는 전기화학소자가 제공될 수 있다. 상기 전기화학소자는 구체적으로 전지, 커패시터 등일 수 있으며, 보다 구체적으로는 리튬 이차전지일 수 있다.In addition, according to another aspect of the present invention, an electrochemical device including the above-described anode may be provided. Specifically, the electrochemical device may be a battery, a capacitor, or the like, and more specifically, a lithium secondary battery.

상기 리튬 이차전지는 구체적으로, 양극, 상기 양극과 대향하여 위치하는 음극, 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 개재되는 분리막 및 전해질을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 양극은 앞서 설명한 바와 동일하므로, 편의상 구체적인 설명을 생략하고, 이하에서는 전술되지 아니한 나머지 구성에 대해서만 구체적으로 설명한다.The lithium secondary battery may specifically include a positive electrode, a negative electrode positioned to face the positive electrode, and a separator and an electrolyte interposed between the positive electrode and the negative electrode. Here, the positive electrode is the same as described above, and for convenience, a detailed description thereof will be omitted, and hereinafter, only the remaining components which are not described above will be described in detail.

상기 리튬 이차전지는 상기 양극, 상기 음극 및 상기 분리막의 전극 조립체를 수납하는 전지용기 및 상기 전지용기를 밀봉하는 밀봉 부재를 선택적으로 더 포함할 수 있다.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 음극은 음극 집전체 및 상기 음극 집전체 상에 위치하는 음극 활물질층을 포함할 수 있다.The negative electrode may include 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. 또한, 상기 음극 집전체는 통상적으로 3 μm 내지 500 μm의 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 the 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 μm to 500 μm, and like the positive electrode current collector, minute unevenness 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 활물질층은 음극 활물질과 함께 선택적으로 바인더 및 도전재를 포함한다.The negative electrode active material layer optionally includes a binder and a conductive material together with the negative electrode active material.

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 음극 활물질로서 금속 리튬 박막이 사용될 수도 있다. 또한, 탄소재료는 저결정 탄소 및 고결정성 탄소 등이 모두 사용될 수 있다. 저결정성 탄소로는 연화탄소 (soft carbon) 및 경화탄소 (hard carbon)가 대표적이며, 고결정성 탄소로는 무정형, 판상, 인편상, 구형 또는 섬유형의 천연 흑연 또는 인조 흑연, 키시흑연 (Kish graphite), 열분해 탄소 (pyrolytic carbon), 액정피치계 탄소섬유 (mesophase pitch based carbon fiber), 탄소 미소구체 (meso-carbon microbeads), 액정피치 (Mesophase pitches) 및 석유와 석탄계 코크스 (petroleum or coal tar pitch derived cokes) 등의 고온 소성탄소가 대표적이다.As the negative electrode active material, a compound capable of reversible intercalation and deintercalation of lithium may be used. Specific examples thereof include carbonaceous materials such as artificial graphite, natural graphite, graphitized carbon 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 may 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.

상기 음극 활물질은 음극 활물질층의 전체 중량을 기준으로 80 내지 99 wt%로 포함될 수 있다.The negative active material may be included in an amount of 80 to 99 wt% based on the total weight of the negative electrode active material layer.

상기 바인더는 도전재, 활물질 및 집전체 간의 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 음극 활물질층의 전체 중량을 기준으로 0.1 내지 10 wt%로 첨가될 수 있다. 이러한 바인더의 예로는, 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 폴리머(EPDM), 술폰화-EPDM, 스티렌-부타디엔 고무, 니트릴-부타디엔 고무, 불소 고무, 이들의 다양한 공중합체 등을 들 수 있다.The binder is a component that assists in the bonding between the conductive material, the active material, and the current collector, and may be typically added in an amount of 0.1 to 10 wt% based on the total weight of the negative electrode active material layer. Examples of such binders include polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinyl alcohol, carboxymethyl cellulose (CMC), starch, hydroxypropyl cellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluor Low ethylene, polyethylene, polypropylene, ethylene-propylene-diene polymer (EPDM), sulfonated-EPDM, styrene-butadiene rubber, nitrile-butadiene rubber, fluorine rubber, various copolymers thereof, and the like.

상기 도전재는 음극 활물질의 도전성을 더욱 향상시키기 위한 성분으로서, 음극 활물질층의 전체 중량을 기준으로 10 wt% 이하, 바람직하게는 5 wt% 이하로 첨가될 수 있다. 이러한 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서멀 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.The conductive material is a component for further improving the conductivity of the negative electrode active material, and may be added in an amount of 10 wt% or less, preferably 5 wt% or less, based on the total weight of the anode active material layer. The conductive material is not particularly limited as long as it has conductivity without causing chemical change in the battery. Examples of the conductive material include graphite such as natural graphite and artificial graphite; Carbon blacks such as acetylene black, Ketjen black, channel black, furnace black, lamp black and thermal black; Conductive fibers such as carbon fibers and metal fibers; Metal powders such as carbon fluoride powder, aluminum powder and nickel powder; Conductive whiskeys such as zinc oxide and potassium titanate; Conductive metal oxides such as titanium oxide; Conductive materials such as polyphenylene derivatives and the like can be used.

일 실시예에 있어서, 상기 음극 활물질층은 음극 집전체 상에 음극 활물질, 및 선택적으로 바인더 및 도전재를 용매 중에 용해 또는 분산시켜 제조한 음극 활물질층 형성용 조성물을 도포하고 건조함으로써 제조되거나, 또는 상기 음극 활물질층 형성용 조성물을 별도의 지지체 상에 캐스팅한 다음, 이 지지체로부터 박리하여 얻은 필름을 음극 집전체 상에 라미네이션함으로써 제조될 수 있다.In one embodiment, the negative electrode active material layer is prepared by applying and drying the negative electrode active material layer and the composition for forming a negative electrode active material layer prepared by dissolving or dispersing a binder and a conductive material in a solvent selectively on a negative electrode current collector, or The composition for forming the negative electrode active material layer may be cast on a separate support, and then the film obtained by peeling from the support may be laminated on a negative electrode current collector.

또한, 다른 실시예에 있어서, 상기 음극 활물질층은 음극 집전체 상에 음극 활물질, 및 선택적으로 바인더 및 도전재를 용매 중에 용해 또는 분산시켜 제조한 음극 활물질층 형성용 조성물을 도포하고 건조하거나, 또는 상기 음극 활물질층 형성용 조성물을 별도의 지지체 상에 캐스팅한 다음, 이 지지체로부터 박리하여 얻은 필름을 음극 집전체 상에 라미네이션함으로써 제조될 수도 있다.In another embodiment, the negative electrode active material layer may be coated with a negative electrode active material, and optionally a composition for forming a negative electrode active material layer prepared by dissolving or dispersing a binder and a conductive material in a solvent, or drying, or The negative electrode active material layer-forming composition may be cast on a separate support, and then the film obtained by peeling from the support may be manufactured by laminating on a negative electrode current collector.

한편, 상기 리튬 이차전지에 있어서, 분리막은 음극과 양극을 분리하고 리튬 이온의 이동 통로를 제공하는 것으로, 통상 리튬 이차전지에서 분리막으로 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. 또한, 내열성 또는 기계적 강도 확보를 위해 세라믹 성분 또는 고분자 물질이 포함된 코팅된 분리막이 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 in the ion transfer of the electrolyte It is desirable to have a low resistance against the electrolyte solution and excellent in electrolytic solution moisture content. 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, a conventional porous nonwoven fabric, for example, a non-woven fabric made of high melting glass fibers, polyethylene terephthalate fibers, or the like may be used. In addition, a coated separator including 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.

또한, 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 탄소수 2 내지 20의 직쇄상, 분지상 또는 환 구조의 탄화수소기이며, 이중결합 방향 환 또는 에테르 결합을 포함할 수 있다) 등의 니트릴류; 디메틸포름아미드 등의 아미드류; 1,3-디옥솔란 등의 디옥솔란류; 또는 설포란(sulfolane)류 등이 사용될 수 있다. 이중에서도 카보네이트계 용매가 바람직하고, 전지의 충방전 성능을 높일 수 있는 높은 이온전도도 및 고유전율을 갖는 환형 카보네이트(예를 들면, 에틸렌카보네이트 또는 프로필렌카보네이트 등)와, 저점도의 선형 카보네이트계 화합물(예를 들면, 에틸메틸카보네이트, 디메틸카보네이트 또는 디에틸카보네이트 등)의 혼합물이 보다 바람직하다. 이 경우 환형 카보네이트와 사슬형 카보네이트는 약 1:1 내지 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-C20 linear, branched or cyclic hydrocarbon group, and 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 / discharge performance of a battery, and low viscosity linear carbonate-based compounds ( For example, a mixture of ethyl methyl carbonate, dimethyl carbonate or diethyl carbonate and the like is more preferable. In this case, when the cyclic carbonate and the chain carbonate are mixed and used in a volume ratio of about 1: 1 to about 1: 9, 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 2.0 M 범위 내에서 사용하는 것이 바람직하다. 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, LiB (C 2 O 4 ) 2, or the like may be used. The concentration of the lithium salt is preferably used within the range of 0.1 to 2.0 M. 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 wt%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 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 wt% based on the total weight of the electrolyte.

상기와 같이 본 발명에 따른 양극 활물질을 포함하는 리튬 이차전지는 우수한 방전 용량, 출력 특성 및 수명 특성을 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, the lithium secondary battery including the positive electrode active material according to the present invention stably exhibits excellent discharge capacity, output characteristics, and lifespan characteristics. It is useful for electric vehicle fields such as hybrid electric vehicle (HEV).

본 발명에 따른 리튬 이차전지의 외형은 특별한 제한이 없으나, 캔을 사용한 원통형, 각형, 파우치(pouch)형 또는 코인(coin)형 등이 될 수 있다. 또한, 리튬 이차전지는 소형 디바이스의 전원으로 사용되는 전지셀에 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 다수의 전지셀들을 포함하는 중대형 전지모듈에 단위전지로도 바람직하게 사용될 수 있다.The external shape of the lithium secondary battery according to the present invention is not particularly limited, but may be cylindrical, square, pouch type or coin type using a can. In addition, the lithium secondary battery may not only be used in a battery cell used as a power source for a small device, but also preferably used as a unit battery in a medium-large battery module including a plurality of battery cells.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 리튬 이차전지를 단위 셀로 포함하는 전지 모듈 및/또는 이를 포함하는 전지팩이 제공될 수 있다.According to another aspect of the present invention, a battery module including the lithium secondary battery as a unit cell and / or a battery pack including the same can be provided.

상기 전지모듈 또는 상기 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.

이하에서는 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 다만, 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명의 범주위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지 않는다 할 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. However, these examples are only for illustrating the present invention, the scope of the present invention will not be construed as limited by these examples.

실험예 1.Experimental Example 1.

(1) 양극 활물질의 제조(1) Preparation of Positive Electrode Active Material

(실시예 1)(Example 1)

공침법(co-precipitation method)에 의해 구형의 Ni0.92Co0.08(OH)2 수산화물 전구체를 합성하였다. 90L 급의 반응기에서 NiSO4·7H2O 및 CoSO4·7H2O 를 92:8의 몰비로 혼합한 1.5 M의 복합 전이금속 황산 수용액에 25 wt%의 NaOH와 30 wt%의 NH4OH를 투입하였다. 반응기 내의 pH는 11.5를 유지시켰고 이때의 반응기 온도는 60 ℃로 유지하였으며, 불활성 가스인 N2를 반응기에 투입하여, 제조된 전구체가 산화되지 않도록 하였다. 합성 교반 완료 후, Filter press (F/P) 장비를 이용하여 세척 및 탈수를 진행하여, Ni0.92Co0.08(OH)2 수산화물 전구체를 수득하였다.A spherical Ni 0.92 Co 0.08 (OH) 2 hydroxide precursor was synthesized by a co-precipitation method. In a 90 M reactor, 25 wt% NaOH and 30 wt% NH 4 OH were added to a 1.5 M aqueous solution of a complex transition metal sulfuric acid containing NiSO 4 · 7H 2 O and CoSO 4 · 7H 2 O at a molar ratio of 92: 8. Input. The pH in the reactor was maintained at 11.5 and the reactor temperature was maintained at 60 ° C., and an inert gas, N 2 , was added to the reactor to prevent the prepared precursor from being oxidized. After completion of the synthesis stirring, washing and dehydration were performed using a Filter press (F / P) equipment to obtain a Ni 0.92 Co 0.08 (OH) 2 hydroxide precursor.

수산화물 전구체를 Li 함유 원료 물질인 LiOH 및 Al 함유 원료물질인 Al2O3와 함께 믹서를 사용하여 혼합하였고 소성로에서 O2 분위기를 유지하며 분당 1 ℃로 승온하여 열처리 온도 650 ℃에서 10시간 유지한 후 자연 냉각하였다. 얻어진 양극 활물질을 W 함유 원료 물질(WO3)과 함께 믹서를 사용하여 혼합하였다. 동일한 소성로에서 O2 분위기를 유지하며, 분당 2℃로 승온하여 열처리 온도 600 ℃에서 5시간 유지한 후 자연 냉각하였다. 이어서, 상기와 동일한 조건 하에서 열처리 및 냉각을 1회 추가적으로 수행하였다. 실시예 1에서 제조된 양극 활물질이 Li1.05Ni0.9060Co0.0790Al0.0140W0.0010O2 조성식을 가지는 것으로 확인되었다.With a hydroxide precursor and the Li-containing raw material LiOH and Al-containing source material of Al 2 O 3 were mixed using a mixer keeping the O 2 atmosphere in the firing furnace and the temperature was raised to per 1 ℃ kept 10 hours at the heat treatment temperature 650 ℃ After natural cooling. The obtained positive electrode active material was mixed with the W-containing raw material (WO 3 ) using a mixer. The O 2 atmosphere was maintained in the same kiln, and the temperature was raised to 2 ° C. per minute and maintained at 600 ° C. for 5 hours, followed by natural cooling. Subsequently, heat treatment and cooling were further performed once under the same conditions as above. It was confirmed that the cathode active material prepared in Example 1 had a Li 1.05 Ni 0.9060 Co 0.0790 Al 0.0140 W 0.0010 O 2 compositional formula.

(실시예 2)(Example 2)

실시예 2에서 얻어진 양극 활물질이 Li1.04Ni0.9020Co0.0790Al0.0140W0.0050O2 조성식을 갖도록 양극 활물질을 W 함유 원료 물질(WO3)와 혼합한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 양극 활물질을 제조하였다.The positive electrode active material was mixed in the same manner as in Example 1 except that the positive electrode active material was mixed with the W-containing raw material (WO 3 ) so that the positive electrode active material obtained in Example 2 had a Li 1.04 Ni 0.9020 Co 0.0790 Al 0.0140 W 0.0050 O 2 composition formula. Was prepared.

(실시예 3)(Example 3)

실시예 3에서 얻어진 양극 활물질이 Li1.03Ni0.8970Co0.0790Al0.0140W0.010O2 조성식을 갖도록 양극 활물질을 W 함유 원료 물질(WO3)와 혼합한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 양극 활물질을 제조하였다.The positive electrode active material was mixed in the same manner as in Example 1 except that the positive electrode active material was mixed with the W-containing raw material (WO 3 ) so that the positive electrode active material obtained in Example 3 had a Li 1.03 Ni 0.8970 Co 0.0790 Al 0.0140 W 0.010 O 2 composition formula. Was prepared.

(실시예 4)(Example 4)

실시예 4에서 얻어진 양극 활물질이 Li1.04Ni0.9037Co0.0786Al0.0138W0.0029B0.001O2 조성식을 갖도록 양극 활물질을 W 함유 원료 물질(WO3) 및 B 함유 원료 물질(B2O3)과 혼합한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 양극 활물질을 제조하였다.Embodiment in this example four positive electrode active material obtained in the Li 1.04 Ni 0.9037 Co 0.0786 Al 0.0138 W 0.0029 B 0.001 O a positive electrode active material to have a second composition formula W-containing raw materials (WO 3) and a B-containing raw material (B 2 O 3) and mixed Except that, a positive electrode active material was prepared in the same manner as in Example 1.

(실시예 5)(Example 5)

실시예 5에서 제조된 양극 활물질이 Li1.06Ni0.9029Co0.0788Al0.0142W0.0031Nb0.001O2 조성식을 갖도록 B 함유 원료 물질(B2O3) 대신 Nb 함유 원료 물질(Nb2O5)을 사용한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 양극 활물질을 제조하였다.The positive electrode active material prepared in Example 5 was Li 1.06 Ni 0.9029 Co 0.0788 Al 0.0142 W 0.0031 Nb 0.001 O 2 A positive electrode active material was manufactured in the same manner as in Example 1, except that Nb-containing raw material (Nb 2 O 5 ) was used instead of B-containing raw material (B 2 O 3 ) to have a composition formula.

(실시예 6)(Example 6)

실시예 6에서 제조된 양극 활물질이 Li1.04Ni0.9034Co0.0787Al0.0138W0.003Ce0.0011O2 조성식을 갖도록 B 함유 원료 물질(B2O3) 대신 Ce 함유 원료 물질(CeO2)을 사용한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 양극 활물질을 제조하였다.The exemplary cathode active material prepared in Example 6 Li 1.04 Ni 0.9034 Co 0.0787 Al 0.0138 W 0.003 Ce 0.0011 O 2 A positive electrode active material was manufactured in the same manner as in Example 1, except that Ce-containing raw material (CeO 2 ) was used instead of B-containing raw material (B 2 O 3 ) to have a composition formula.

(실시예 7)(Example 7)

실시예 7에서 제조된 양극 활물질이 Li1.03Ni0.9030Co0.0789Al0.0143W0.0028Ti0.001O2 조성식을 갖도록 B 함유 원료 물질(B2O3) 대신 Ti 함유 원료 물질(TiO2)을 사용한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 양극 활물질을 제조하였다.Except for using the Ti-containing raw material (TiO 2 ) instead of B-containing raw material (B 2 O 3 ) so that the positive electrode active material prepared in Example 7 has a Li 1.03 Ni 0.9030 Co 0.0789 Al 0.0143 W 0.0028 Ti 0.001 O 2 composition formula , The positive electrode active material was prepared in the same manner as in Example 1.

(실시예 8)(Example 8)

실시예 8에서 제조된 양극 활물질이 Li1.06Ni0.9032Co0.0787Al0.0141W0.003Zr0.001O2 조성식을 갖도록 B 함유 원료 물질(B2O3) 대신 Zr 함유 원료 물질(ZrO2)을 사용한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 양극 활물질을 제조하였다.Except for using the Zr-containing raw material (ZrO 2 ) instead of the B-containing raw material (B 2 O 3 ) so that the positive electrode active material prepared in Example 8 has a Li 1.06 Ni 0.9032 Co 0.0787 Al 0.0141 W 0.003 Zr 0.001 O 2 composition formula , The positive electrode active material was prepared in the same manner as in Example 1.

(실시예 9)(Example 9)

실시예 9에서 제조된 양극 활물질이 Li1.06Ni0.9027Co0.0787Al0.0141W0.0031Ti0.0009Zr0.0005O2 조성식을 갖도록 B 함유 원료 물질(B2O3) 대신 Zr 함유 원료 물질(ZrO2) 및 Ti 함유 원료 물질(TiO2)을 사용한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 양극 활물질을 제조하였다.The positive electrode active material prepared in Example 9 was Li 1.06 Ni 0.9027 Co 0.0787 Al 0.0141 W 0.0031 Ti 0.0009 Zr 0.0005 O 2 A cathode active material was manufactured in the same manner as in Example 1, except that Zr-containing raw material (ZrO 2 ) and Ti-containing raw material (TiO 2 ) were used instead of the B-containing raw material (B 2 O 3 ) to have a composition formula.

(실시예 10)(Example 10)

실시예 1에서 양극 활물질을 W 함유 원료 물질(WO3)과 혼합한 후 600℃에서 1회만 열처리한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 양극 활물질을 제조하였다.A positive electrode active material was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the positive electrode active material was mixed with W-containing raw material (WO 3 ) in Example 1 and then heat treated only once at 600 ° C.

(비교예 1)(Comparative Example 1)

실시예 1에서 양극 활물질과 W 함유 원료 물질(WO3)을 혼합한 후 700 ℃에서 열처리한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 양극 활물질을 제조하였다.A positive electrode active material was prepared in the same manner as in Example 1 except that the positive electrode active material and the W-containing raw material (WO 3 ) were mixed in Example 1 and then heat-treated at 700 ° C.

(비교예 2)(Comparative Example 2)

실시예 1에서 양극 활물질과 W 함유 원료 물질(WO3)을 혼합한 후 700 ℃에서 1회만 열처리한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 양극 활물질을 제조하였다.A positive electrode active material was prepared in the same manner as in Example 1 except that the positive electrode active material and the W-containing raw material (WO 3 ) were mixed in Example 1 and then heat treated only once at 700 ° C.

(비교예 3)(Comparative Example 3)

실시예 7에서 양극 활물질과 W 함유 원료 물질(WO3) 및 Ti 함유 원료 물질(TiO2)을 혼합한 후 700 ℃에서 1회만 열처리한 것을 제외하고 실시예 7과 동일한 방법으로 양극 활물질을 제조하였다.A positive electrode active material was manufactured in the same manner as in Example 7, except that the positive electrode active material, the W-containing raw material (WO 3 ), and the Ti-containing raw material (TiO 2 ) were mixed in Example 7 and then heat treated only once at 700 ° C. .

(비교예 4)(Comparative Example 4)

실시예 8에서 양극 활물질과 W 함유 원료 물질(WO3) 및 Zr 함유 원료 물질(ZrO2)을 혼합한 후 700 ℃에서 1회만 열처리한 것을 제외하고 실시예 8과 동일한 방법으로 양극 활물질을 제조하였다.A positive electrode active material was manufactured in the same manner as in Example 8, except that the positive electrode active material, the W-containing raw material (WO 3 ), and the Zr-containing raw material (ZrO 2 ) were mixed in Example 8 and then heat treated only once at 700 ° C. .

(2) 양극 활물질의 SEM 및 TEM 분석(2) SEM and TEM analysis of the positive electrode active material

도 1 내지 도 5는 실시예 1에 따라 제조된 양극 활물질을 구성하는 1차 입자에 대한 투과전자현미경(TEM) 분석 및 TEM/EDS Mapping 결과를 나타낸 것이며, 도 6은 TEM/EDS Mapping 결과에 따라 측정된 금속 원소(Ni, Co, Al, W)의 함량을 나타낸 그래프(line sum spectrum)이다.1 to 5 show transmission electron microscope (TEM) analysis and TEM / EDS mapping results of primary particles constituting the cathode active material prepared according to Example 1, and FIG. 6 shows TEM / EDS mapping results. It is a graph showing the content of the measured metal elements (Ni, Co, Al, W) (line sum spectrum).

도 1은 실시예 1에서 제조된 양극 활물질을 구성하는 1차 입자의 최표면으로부터 일부분을 나타내고 있으며, 도 2 내지 도 5는 각각 도 1에 나타낸 1차 입자에 존재하는 Ni, Co, Al 및 W의 분포를 나타내고 있다.FIG. 1 shows a part from the outermost surface of the primary particles constituting the positive electrode active material prepared in Example 1, and FIGS. 2 to 5 respectively show Ni, Co, Al, and W present in the primary particles shown in FIG. The distribution of is shown.

도 2 내지 도 6을 참조하면, 실시예 1에서 제조된 양극 활물질의 표면부에 위치하는 1차 입자 내 포함된 W는 2차 입자의 표면부(우측)로부터 2차 입자의 중심부(좌측)를 향해 감소하는 농도 구배를 나타내고 있는 반면, Ni은 2차 입자의 표면부로부터 2차 입자의 중심부를 향해 증가하는 농도 구배를 나타내고 있음을 확인할 수 있다. 한편, 실시예 1에서 제조된 양극 활물질 중 Co 및 Al은 Ni 및 W와 달리 2차 입자 내에서 농도 변화의 편차가 크지 않거나 농도 구배가 나타나지 않음을 확인할 수 있다.2 to 6, W contained in the primary particles positioned in the surface portion of the positive electrode active material prepared in Example 1 is determined from the surface portion (right side) of the secondary particles to the center portion (left side) of the secondary particles. While showing a decreasing concentration gradient toward the Ni, it can be seen that Ni shows a concentration gradient increasing toward the center of the secondary particles from the surface portion of the secondary particles. On the other hand, Co and Al of the positive electrode active material prepared in Example 1, unlike Ni and W it can be seen that the variation of the concentration change in the secondary particles is not large or the concentration gradient does not appear.

도 7은 실시예 1에 따라 제조된 양극 활물질에 대한 전자투과현미경(TEM) 분석 결과를 나타낸 것이며, 도 8은 양극 활물질 중 Li 3a 사이트에 삽입된 Ni 중 일부가 W로 치환된 결정 구조를 나타낸 모식도이다.FIG. 7 illustrates an electron transmission microscope (TEM) analysis result of the cathode active material prepared according to Example 1, and FIG. 8 illustrates a crystal structure in which a part of Ni inserted at a Li 3a site in the cathode active material is replaced with W. FIG. It is a schematic diagram.

도 7을 참조하면, 실시예 1에 따라 제조된 양극 활물질의 1차 입자 표면에 Ni-O층(cation mixing layer)이 형성된 것을 확인할 수 있으며, 이는 도 8에 개략적으로 나타낸 바와 같이 Ni2+가 Li+의 3a 사이트를 점유함을 의미한다. Referring to FIG. 7, it can be seen that a Ni-O layer (cation mixing layer) is formed on the surface of the primary particles of the cathode active material prepared according to Example 1, which is represented by Ni 2+ as schematically shown in FIG. 8. Occupies 3a site of Li + .

또한, 도 7을 참조하면, 실시예 1에 따라 제조된 양극 활물질 내 형성된 리튬 이온 확산 경로가 모두 장축 방향으로 등방향인 것을 확인할 수 있다. 즉, 양극 활물질 내 리튬 이온이 다방향으로 확산되지 않고 일 방향으로 집중되어 확산되는 것이 가능하므로, 양극 활물질에 의한 리튬 이온의 전도성을 향상시키는 것이 가능하다.In addition, referring to FIG. 7, it can be seen that all of the lithium ion diffusion paths formed in the cathode active material prepared according to Example 1 are equilateral in the long axis direction. That is, since the lithium ions in the positive electrode active material can be concentrated and diffused in one direction without being diffused in multiple directions, it is possible to improve the conductivity of lithium ions by the positive electrode active material.

또한, 구체적인 실험 결과와 함께 후술하겠으나, 실시예 1 내지 실시예 9에 따라 제조된 양극 활물질을 구성하는 1차 입자는 도 8에 도시된 바와 같이, Li 3a 사이트에 삽입된 Ni 중 일부가 W 및 W 이외의 도핑 금속으로 치환된 결정 구조를 가질 수 있다. 경우에 따라, 양극 활물질의 표면부에 위치하는 1차 입자의 Li 3a 사이트에 삽입된 W 및 W 이외의 도핑 금속의 비율의 합은 Ni의 비율보다 클 수도 있다.In addition, as will be described later together with the specific experimental results, as shown in FIG. 8, the primary particles constituting the positive electrode active material prepared according to Examples 1 to 9 have a portion of Ni inserted into the Li 3a site. It may have a crystal structure substituted with a doping metal other than W. In some cases, the sum of the proportions of the doped metals other than W and W inserted in the Li 3a site of the primary particles located at the surface portion of the positive electrode active material may be greater than the ratio of Ni.

도 9는 실시예 7에 따라 제조된 양극 활물질을 구성하는 1차 입자 중 도핑 금속인 Ti에 대한 TEM/EDS Mapping 결과를 나타낸 것이며, 도 10은 실시예 8에 따라 제조된 양극 활물질을 구성하는 1차 입자 중 도핑 금속인 Zr에 대한 TEM/EDS Mapping 결과를 나타낸 것이다.FIG. 9 illustrates TEM / EDS mapping results of Ti, which is a doping metal, of primary particles constituting the positive electrode active material prepared according to Example 7. FIG. 10 illustrates 1 of the positive electrode active material prepared according to Example 8. TEM / EDS Mapping results for Zr, a doping metal, is shown in the primary particles.

도 9 및 도 10을 참조하면, 양극 활물질의 표면부에 위치하는 1차 입자 내 포함된 Ti 및 Zr 역시 도 5에 나타낸 W와 마찬가지로 2차 입자의 표면부(좌측)로부터 2차 입자의 중심부(우측)를 향해 감소하는 농도 구배를 나타냄을 확인할 수 있다.9 and 10, Ti and Zr contained in the primary particles positioned on the surface portion of the positive electrode active material are also similar to W shown in FIG. 5, and the center portion of the secondary particles from the surface portion (left side) of the secondary particles (left). It can be seen that the concentration gradient decreases toward the right).

도 11은 실시예 9에 따라 제조된 양극 활물질을 구성하는 1차 입자에 대한 TEM/EDS Mapping 결과에 따라 측정된 도핑 금속 원소(Zr, Ti, W)의 함량을 나타낸 그래프(line sum spectrum)이다.FIG. 11 is a line sum spectrum showing the content of doped metal elements (Zr, Ti, W) measured according to the TEM / EDS Mapping results for the primary particles constituting the cathode active material prepared in Example 9. FIG. .

도 11을 참조하면, 실시예 9에서 제조된 양극 활물질의 표면부에 위치하는 1차 입자 내 포함된 Zr, Ti 및 W는 2차 입자의 표면부로부터 2차 입자의 중심부를 향해 감소하는 농도 구배를 나타내고 있으며, 이 때 Ti 및 Zr의 경우, 2차 입자의 표면부에서 위치하는 1차 입자에서의 농도 감소율이 W 보다 크며, 2차 입자의 표면부에서 위치하는 1차 입자에서의 Zr의 농도 감소율은 Ti 농도 감소율보다 큰 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 11, Zr, Ti, and W contained in the primary particles located in the surface portion of the cathode active material prepared in Example 9 decrease in concentration from the surface portion of the secondary particles toward the center of the secondary particles. In this case, in the case of Ti and Zr, the concentration reduction rate in the primary particles located at the surface portion of the secondary particles is greater than W, and the concentration of Zr in the primary particles located at the surface portion of the secondary particles is shown. It can be seen that the reduction rate is greater than the Ti concentration decrease rate.

도 11에 도시된 결과는, 리튬 복합 산화물을 형성하는 상기 1차 입자 내 W, Ti 및 Zr의 농도 구배뿐만 아니라 리튬 복합 산화물을 형성하는 1차 입자 사이의 계면 및 상기 1차 입자가 응집하여 형성된 2차 입자의 표면 중 적어도 일부에 존재하는 리튬 합금 산화물의 농도 구배에 의한 영향일 것으로 예측할 수 있다.The results shown in FIG. 11 indicate that the concentration gradients of W, Ti and Zr in the primary particles forming the lithium composite oxide, as well as the interface between the primary particles forming the lithium composite oxide and the primary particles are aggregated It can be expected that the effect is due to the concentration gradient of the lithium alloy oxide present on at least part of the surface of the secondary particles.

도 12 내지 도 15는 비교예 1에 따라 제조된 양극 활물질에 대한 투과전자현미경(TEM) 분석 및 TEM/EDS Mapping 결과를 나타낸 것이다.12 to 15 show transmission electron microscope (TEM) analysis and TEM / EDS mapping results for the positive electrode active material prepared according to Comparative Example 1. FIG.

도 12는 비교예 1에서 제조된 양극 활물질을 구성하는 1차 입자의 최표면으로부터 일부분을 나타내고 있으며, 도 13은 도 12에 나타낸 1차 입자에 존재하는 W의 분포를 나타내고 있다.FIG. 12 shows a part from the outermost surface of the primary particles constituting the positive electrode active material prepared in Comparative Example 1, and FIG. 13 shows the distribution of W present in the primary particles shown in FIG.

도 13을 참조하면, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 양극 활물질과 달리 1차 입자 중 W가 2차 입자의 표면부(우하단)로부터 2차 입자의 중심부(좌상단)를 향해 감소하는 농도 구배를 나타내고 있지 않음을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 13, unlike the cathode active material according to various embodiments of the present disclosure, a concentration gradient in which W decreases from the surface portion (lower end) of the secondary particles toward the center portion (upper left) of the secondary particles is shown. It can confirm that it is not shown.

도 14는 비교예 2에 따라 제조된 양극 활물질의 표면부에 위치하는 1차 입자 내 포함된 도핑 금속인 Ti에 대한 TEM/EDS Mapping 결과를 나타낸 것이며, 도 15는 비교예 3에 따라 제조된 양극 활물질의 표면부에 위치하는 1차 입자 내 포함된 중 도핑 금속인 Zr에 대한 TEM/EDS Mapping 결과를 나타낸 것이다.FIG. 14 illustrates TEM / EDS Mapping results for Ti, a doping metal included in primary particles positioned on a surface of a cathode active material prepared according to Comparative Example 2. FIG. 15 illustrates a cathode prepared according to Comparative Example 3. TEM / EDS mapping results for Zr, which is a heavy doping metal contained in the primary particles located on the surface of the active material, are shown.

도 14 및 도 15를 참조하면, Ti 및 Zr 역시 도 11에 나타낸 W와 마찬가지로 2차 입자의 표면부(우하단)로부터 2차 입자의 중심부(좌상단)를 향해 감소하는 농도 구배를 나타내지 않음을 확인할 수 있다.Referring to FIGS. 14 and 15, it is confirmed that Ti and Zr also do not show a decreasing concentration gradient from the surface portion (lower end) of the secondary particles toward the center portion (upper left) of the secondary particles, as in W shown in FIG. 11. Can be.

또한, 추가적으로, 실시예 1 내지 실시예 10 및 비교예 1 내지 비교예 4에 따라 제조된 양극 활물질의 표면부(2차 입자의 최표면으로부터 0.05 μm까지의 영역)에 대한 TEM/EDS Mapping 결과 측정된 Ni 및 도핑 금속의 평균 함량을 하기의 표 1에 나타내었다.Further, additionally, TEM / EDS mapping results were measured for the surface portions (regions from the outermost surface of the secondary particles to 0.05 μm) of the positive electrode active materials prepared according to Examples 1 to 10 and Comparative Examples 1 to 4. The average content of Ni and doped metals is shown in Table 1 below.

구분division Ni
(at%)
Ni
(at%)
dopantdopant
W
(at%)
W
(at%)
B
(at%)
B
(at%)
Nb
(at%)
Nb
(at%)
Ce
(at%)
Ce
(at%)
Ti
(at%)
Ti
(at%)
Zr
(at%)
Zr
(at%)
Sum
(at%)
Sum
(at%)
실시예 1Example 1 29.529.5 41.441.4 -- -- -- -- -- 41.441.4 실시예 2Example 2 28.828.8 43.643.6 -- -- -- -- -- 43.643.6 실시예 3Example 3 26.726.7 46.846.8 -- -- -- -- -- 46.846.8 실시예 4Example 4 30.130.1 42.542.5 10.310.3 -- -- -- -- 52.852.8 실시예 5Example 5 27.427.4 43.143.1 -- 10.210.2 -- -- -- 53.153.1 실시예 6Example 6 29.629.6 42.142.1 -- -- 9.79.7 -- -- 51.851.8 실시예 7Example 7 28.728.7 42.842.8 -- -- -- 18.518.5 -- 61.361.3 실시예 8Example 8 29.329.3 41.941.9 -- -- -- -- 19.219.2 61.161.1 실시예 9Example 9 29.629.6 42.242.2 -- -- -- 17.317.3 18.518.5 78.078.0 실시예 10Example 10 30.330.3 39.339.3 -- -- -- -- -- 39.339.3 비교예 1Comparative Example 1 32.432.4 25.325.3 -- -- -- -- -- 25.325.3 비교예 2Comparative Example 2 33.533.5 24.924.9 -- -- -- -- -- 24.924.9 비교예 3Comparative Example 3 33.933.9 24.124.1 -- -- -- 7.17.1 -- 31.231.2 비교예 4Comparative Example 4 34.634.6 25.325.3 -- -- -- -- 7.97.9 33.233.2

상기 표 1의 결과를 참조하면, 실시예 1 내지 실시예 10에 따라 제조된 양극 활물질의 경우, 양극 활물질의 표면부(2차 입자의 최표면으로부터 0.05 μm까지의 영역) 영역 내 존재하는 1차 입자 내 포함된 도핑 금속의 평균 함량의 합은 Ni의 평균 함량보다 큰 것을 확인할 수 있다.Referring to the results of Table 1, in the case of the positive electrode active material prepared according to Examples 1 to 10, the primary present in the surface portion (region from the outermost surface of the secondary particles to 0.05 μm) region of the positive electrode active material It can be seen that the sum of the average contents of the doped metals included in the particles is greater than the average contents of Ni.

반면, 비교예 1 내지 비교예 4에 따라 제조된 양극 활물질의 경우, 양극 활물질의 표면부(2차 입자의 최표면으로부터 0.05 μm까지의 영역) 영역 내 존재하는 1차 입자 내 포함된 도핑 금속의 평균 함량의 합은 Ni의 평균 함량보다 낮은 것을 확인할 수 있다.On the other hand, in the case of the positive electrode active material prepared according to Comparative Examples 1 to 4, the doping metal contained in the primary particles present in the surface portion (region from the outermost surface of the secondary particles to 0.05 μm) region of the positive electrode active material It can be seen that the sum of the average contents is lower than the average contents of Ni.

(3) 양극 활물질의 XRD 분석(3) XRD analysis of the positive electrode active material

X선 회절 패턴의 리트벨트 분석을 통해 실시예 1 내지 실시예 10 및 비교예 1 내지 비교예 4에 따라 제조된 양극 활물질의 Li 3a 사이트에 삽입된 Ni 금속의 점유율(또는 함량; occupancy)을 측정하였다. 측정 결과는 하기의 표 2에 나타내었다. X선 회절 패턴의 리트벨트 분석은 실시예 1 내지 실시예 9 및 비교예 1 내지 비교예 4에 따라 제조된 양극 활물질의 표면부(2차 입자의 최표면으로부터 0.05 μm까지의 영역)에 대하여 수행되었다.The occupancy (or content; occupancy) of the Ni metal inserted in the Li 3a site of the positive electrode active materials prepared according to Examples 1 to 10 and Comparative Examples 1 to 4 was determined by Rietvelt analysis of the X-ray diffraction pattern. It was. The measurement results are shown in Table 2 below. Rietveld analysis of the X-ray diffraction pattern was performed on the surface portions (regions from the outermost surface of the secondary particles to 0.05 μm) of the positive electrode active materials prepared according to Examples 1 to 9 and Comparative Examples 1 to 4. It became.

구분division W 함량
(mol%)
W content
(mol%)
Niocc
in 3a site (%)
Ni occ
in 3a site (%)
d(003) (Å)d (003) (Å)
실시예 1Example 1 0.10.1 1.341.34 4.72934.7293 실시예 2Example 2 0.50.5 1.311.31 4.73004.7300 실시예 3Example 3 1.01.0 1.281.28 4.73024.7302 실시예 4Example 4 0.290.29 1.321.32 4.72964.7296 실시예 5Example 5 0.310.31 1.311.31 4.72964.7296 실시예 6Example 6 0.30.3 1.321.32 4.72984.7298 실시예 7Example 7 0.280.28 1.331.33 4.72974.7297 실시예 8Example 8 0.30.3 1.321.32 4.73014.7301 실시예 9Example 9 0.30.3 1.311.31 4.72994.7299 실시예 10Example 10 0.10.1 1.351.35 4.72944.7294 비교예 1Comparative Example 1 0.10.1 1.381.38 4.72924.7292 비교예 2Comparative Example 2 0.10.1 1.401.40 4.72914.7291 비교예 3Comparative Example 3 0.280.28 1.391.39 4.72914.7291 비교예 4Comparative Example 4 0.30.3 1.381.38 4.72924.7292

상기 표 2의 결과를 참고하면, 실시예 1 내지 실시예 10에 따라 제조된 양극 활물질의 경우, 양극 활물질의 표면부(2차 입자의 최표면으로부터 0.05 μm까지의 영역) 영역 내 존재하는 1차 입자의 Li 3a 사이트에 삽입된 Ni의 점유율은 비교예 1 내지 비교예 4에 따라 제조된 양극 활물질의 표면부(2차 입자의 최표면으로부터 0.05 μm까지의 영역) 영역 내 존재하는 1차 입자의 Li 3a 사이트에 삽입된 Ni의 점유율보다 낮은 것을 확인할 수 있다.Referring to the results of Table 2, in the case of the positive electrode active material prepared according to Examples 1 to 10, the primary present in the surface portion (region from the outermost surface of the secondary particles to 0.05 μm) region of the positive electrode active material The occupancy ratio of Ni inserted into the Li 3a site of the particles is determined by the presence of the primary particles in the region of the surface portion (region from the outermost surface of the secondary particles to 0.05 μm) of the positive electrode active material prepared according to Comparative Examples 1 to 4. It can be seen that the occupancy of the Ni inserted in the Li 3a site is lower.

즉, 표 2의 결과를 통해 실시예 1과 비교예 1을 비교하면, 양극 활물질에 존재하는 W 함량이 동일 또는 유사할지라도 양극 활물질 중 W가 존재하는 영역이 상이함을 확인할 수 있다. 양극 활물질의 표면부에 존재하는 W 중 일부는 Li 3a 사이트에 삽입된 Ni과 치환된 상태로 존재할 수 있으며, 이는 Li 3a 사이트에 삽입된 Ni의 점유율이 감소하는 것으로 확인할 수 있다. 이는 도 8에 개략적으로 나타낸 바와 같이, 특히 양극 활물질의 표면부에 존재하는 W 중 일부가 Li 3a 사이트에 삽입된 Ni과 치환됨에 따른 결과일 수 있다. 또한, 표 2의 결과에 비추어 볼 때, 실시예들에 따른 양극 활물질이 비교예들에 따른 양극 활물질보다 Li 3a 사이트 및/또는 3b 사이트에 삽입된 W 함량이 큰 것으로 예상할 수 있다.That is, when comparing Example 1 and Comparative Example 1 through the results of Table 2, even if the W content in the positive electrode active material is the same or similar, it can be confirmed that the W region of the positive electrode active material is different. Some of the W present in the surface portion of the positive electrode active material may exist in a substituted state with Ni inserted in the Li 3a site, which can be confirmed that the occupancy rate of Ni inserted in the Li 3a site decreases. This may be a result, as schematically shown in Figure 8, in particular a portion of the W present in the surface portion of the positive electrode active material is substituted with Ni inserted in the Li 3a site. In addition, in view of the results of Table 2, it can be expected that the positive electrode active material according to the embodiments has a higher W content inserted into the Li 3a site and / or 3b site than the positive electrode active material according to the comparative examples.

추가적으로, 실시예 7 내지 실시예 9에 따라 제조된 양극 활물질에 대하여 X선 회절(XRD) 분석을 수행하여 양극 활물질 중 리튬 합금 산화물 및 합금 산화물이 존재하는지 여부를 확인하였다. XRD 분석은 Cu Kαradiation(1.540598Å)을 이용한 Bruker D8 Advance 회절계(diffractometer)를 이용하여 수행하였다.In addition, X-ray diffraction (XRD) analysis was performed on the cathode active materials prepared according to Examples 7 to 9 to determine whether lithium alloy oxide and alloy oxide were present in the cathode active material. XRD analysis was performed using a Bruker D8 Advance diffractometer using Cu Kαradiation (1.540598 μs).

도 16 내지 도 18은 실시예 7 내지 실시예 9에 따라 제조된 양극 활물질에 대한 XRD 분석 결과를 나타낸 그래프이다.16 to 18 are graphs showing the results of XRD analysis on the positive electrode active material prepared according to Examples 7 to 9.

도 16을 참조하면, 양극 활물질 중 리튬 합금 산화물인 Li4WO5에 상응하는 특성 피크가 확인되며, 특히, (220) 피크는 쉬프트(shift)되지 않았으나, (111) 및 (200) 피크가 특이적으로 저각(low angle)측 쉬프트(shift)됨에 따라 Li4WO5가 형성하는 격자 구조 내 텅스텐 중 일부가 Ti로 치환된 이종의 리튬 합금 산화물이 존재하는 것을 확인하였다.Referring to FIG. 16, a characteristic peak corresponding to Li 4 WO 5 , which is a lithium alloy oxide of the positive electrode active material, is identified. In particular, the (220) peak is not shifted, but the (111) and (200) peaks are specific. As a result of shifting to the low angle side, it was confirmed that a heterogeneous lithium alloy oxide in which some of tungsten was substituted with Ti in the lattice structure formed by Li 4 WO 5 was formed.

또한, 도 17을 참조하면, 양극 활물질 중 리튬 합금 산화물인 Li4WO5에 상응하는 특성 피크가 확인되며, 특히, (111), (200) 및 (220) 피크가 특이적으로 저각(low angle)측 쉬프트(shift)됨에 따라 Li4WO5가 형성하는 격자 구조 내 텅스텐 중 일부가 Zr로 치환된 이종의 리튬 합금 산화물이 존재하는 것을 확인하였다.In addition, referring to FIG. 17, a characteristic peak corresponding to Li 4 WO 5 , which is a lithium alloy oxide of the positive electrode active material, is identified, and in particular, the (111), (200), and (220) peaks specifically have a low angle. As a result of shifting), it was confirmed that a heterogeneous lithium alloy oxide in which some of tungsten was substituted with Zr in the lattice structure formed by Li 4 WO 5 was formed.

도 18을 참조하면, NCA 조성의 양극 활물질이 형성된 것을 확인할 수 있으며, 이와 동시에 양극 활물질 내 Li4WO5, Li6WO6, LiTiO2, Li4TiO4 및 Li4ZrO4에 해당하는 피크가 존재함을 확인하였다.Referring to FIG. 18, it can be seen that a positive electrode active material having an NCA composition is formed, and at the same time, peaks corresponding to Li 4 WO 5 , Li 6 WO 6 , LiTiO 2 , Li 4 TiO 4, and Li 4 ZrO 4 in the positive electrode active material are formed. It was confirmed to exist.

(4) 양극 활물질의 미반응 리튬 측정(4) Unreacted lithium measurement of the positive electrode active material

실시예 1 내지 실시예 10 및 비교예 1 내지 비교예 4에 따라 제조된 양극 활물질에 대한 미반응 리튬 측정은 pH 적정(pH titration)에 의해 pH 4가 될 때까지 사용된 0.1M HCl의 양으로 측정하였다. 먼저, 실시예 1 내지 실시예 6 및 비교예 1에 따라 제조된 양극 활물질 각각 5 g을 DIW 100 ml에 넣고 15 분간 교반한 뒤 필터링하고, 필터링된 용액 50 ml를 취한 후 여기에 0.1 M HCl을 가하여 pH 변화에 따른 HCl 소모량을 측정하여 Q1 및 Q2를 결정하고, 이를 통해 미반응 LiOH 및 Li2CO3을 계산하였다.Unreacted lithium measurements on the positive electrode active materials prepared according to Examples 1-10 and Comparative Examples 1-4 were carried out in an amount of 0.1M HCl used until pH 4 by pH titration. Measured. First, 5 g of each of the cathode active materials prepared according to Examples 1 to 6 and Comparative Example 1 was put into 100 ml of DIW, stirred for 15 minutes, filtered, and 50 ml of the filtered solution was taken, and 0.1 M HCl was added thereto. To determine the Q1 and Q2 by measuring the HCl consumption according to the pH change, through which the unreacted LiOH and Li 2 CO 3 was calculated.

M1 = 23.95 (LiOH Molecular weight)M1 = 23.95 (LiOH Molecular weight)

M2 = 73.89 (Li2CO3 Molecular weight)M2 = 73.89 (Li 2 CO 3 Molecular weight)

SPL Size = (Sample weight Х Solution Weight) / Water WeightSPL Size = (Sample weight Х Solution Weight) / Water Weight

LiOH (wt%) = [(Q1-Q2)ХCХM1Х100]/(SPL Size Х1000)LiOH (wt%) = [(Q1-Q2) ХCХM1Х100] / (SPL Size Х1000)

Li2CO3 (wt%) = [2ХQ2ХCХM2/2Х100]/(SPL SizeХ1000)Li 2 CO 3 (wt%) = [2ХQ2ХCХM2 / 2Х100] / (SPL SizeХ1000)

상기 계산식을 통해 측정된 미반응 리튬의 측정 결과는 하기의 표 3에 나타내었다.Measurement results of the unreacted lithium measured through the above formula are shown in Table 3 below.

구분division LiOH (ppm)LiOH (ppm) Li2CO3 (ppm)Li 2 CO 3 (ppm) 실시예 1Example 1 3,943 3,943 6,257 6,257 실시예 2Example 2 3,0113,011 5,8295,829 실시예 3Example 3 2,0112,011 5,6245,624 실시예 4Example 4 5,306 5,306 6,982 6,982 실시예 5Example 5 5,137 5,137 7,050 7,050 실시예 6Example 6 4,985 4,985 7,438 7,438 실시예 7Example 7 5,573 5,573 6,781 6,781 실시예 8Example 8 4,635 4,635 6,411 6,411 실시예 9Example 9 2,7622,762 5,3095,309 실시예 10Example 10 3,7183,718 6.1296.129 비교예 1Comparative Example 1 6,7586,758 6,4286,428 비교예 2Comparative Example 2 7,100 7,100 6,324 6,324 비교예 3Comparative Example 3 10,59010,590 6,8946,894 비교예 4Comparative Example 4 9,8929,892 6,3576,357

상기 표 3의 결과를 참고하면, 실시예 1 내지 실시예 10에 따라 제조된 양극 활물질은 비교예 1 내지 비교예 4에 따라 제조된 양극 활물질 대비 잔류 리튬의 양이 크게 감소한 것을 확인할 수 있다.Referring to the results of Table 3, it can be seen that the positive electrode active material prepared according to Examples 1 to 10 significantly reduced the amount of residual lithium compared to the positive electrode active material prepared according to Comparative Examples 1 to 4.

실험예 2.Experimental Example 2.

(1) 리튬 이차전지의 제조(1) Manufacture of Lithium Secondary Battery

실시예 1 내지 실시예 10 및 비교예 1 내지 비교예 4에 따라 제조된 양극 활물질 각각 94 wt%, 카본 블랙 (carbon black) 3 wt%, PVDF 바인더 3 wt%를 N-메틸-2 피롤리돈(NMP) 30 g에 분산시켜 양극 슬러리를 제조하였다. 상기 양극 슬러리를 두께 15 μm의 양극 집전체인 알루미늄(Al) 박막에 도포 및 건조하고 롤 프레스(roll press)를 실시하여 양극을 제조하였다. 양극의 로딩 레벨은 10 mg/cm2이고, 전극 밀도는 3.2 g/cm3이었다.N-methyl-2 pyrrolidone was added to 94 wt% of the cathode active materials prepared according to Examples 1 to 10 and Comparative Examples 1 to 4, 3 wt% of carbon black, and 3 wt% of PVDF binder, respectively. Dispersion was carried out in 30 g (NMP) to prepare a positive electrode slurry. The positive electrode slurry was coated on a thin film of aluminum (Al), which is a positive electrode current collector having a thickness of 15 μm, and dried, followed by roll press, to prepare a positive electrode. The loading level of the positive electrode was 10 mg / cm 2 and the electrode density was 3.2 g / cm 3 .

상기 양극에 대하여 금속 리튬을 대극(counter electrode)으로 하였으며, 전해액으로는 에틸렌카보네이트(EC), 에틸메틸 카보네이트(EMC) 및 디메틸카보네이트(DMC)를 2:4:4의 부피비로 혼합한 용매에 1.15M LiPF6를 첨가하여 제조하였다.Metal lithium was used as a counter electrode for the positive electrode, and as an electrolyte, 1.15 in a solvent in which ethylene carbonate (EC), ethyl methyl carbonate (EMC), and dimethyl carbonate (DMC) were mixed at a volume ratio of 2: 4: 4. Prepared by the addition of M LiPF 6 .

상기 양극 및 음극 사이에 다공질 폴리에틸렌(PE) 필름으로 이루어진 세퍼레이터를 개재하여 전지 조립체를 형성하고, 상기 전해액을 주입하여 리튬 이차 전지(코인 셀)를 제조하였다.A battery assembly was formed between the positive electrode and the negative electrode through a separator made of a porous polyethylene (PE) film, and the electrolyte was injected to prepare a lithium secondary battery (coin cell).

(2) 리튬 이차전지 용량 특성 평가(2) Lithium secondary battery capacity characteristics evaluation

상기에서 제조된 리튬 이차전지(코인 셀)에 대하여 25 ℃에서 0.15 C의 정전류(CC)로 4.25 V가 될 때까지 충전하고, 이후 4.25 V의 정전압(CV)으로 충전하여 충전전류가 0.05 mAh가 될 때까지 1회째 충전을 행하였다. 이후 20 분간 방치한 다음 0.1 C의 정전류로 3.0 V가 될 때까지 방전하여 1사이클째의 방전 용량을 측정하였다. 제1 충방전시의 충전용량, 방전용량 및 충방전 효율을 하기의 표 4에 나타내었다.The lithium secondary battery (coin cell) prepared above was charged at 25 ° C. with a constant current (CC) of 0.15 C until 4.25 V, and then charged with a constant voltage (CV) of 4.25 V to charge current of 0.05 mAh. The first charge was performed until Thereafter, the sample was left for 20 minutes, and then discharged until a constant current of 0.1 C reached 3.0 V, and the discharge capacity of the first cycle was measured. The charge capacity, discharge capacity and charge / discharge efficiency at the time of the first charge and discharge are shown in Table 4 below.

구분division 충전용량(mAh/g)Charge capacity (mAh / g) 방전용량(mAh/g)Discharge Capacity (mAh / g) 충방전 효율(%)Charge / discharge efficiency (%) 실시예 1Example 1 234.2234.2 208.9208.9 89.2%89.2% 실시예 2Example 2 233.1233.1 210.3210.3 90.2%90.2% 실시예 3Example 3 230.1230.1 205.0205.0 89.1%89.1% 실시예 4Example 4 233.9233.9 211.4211.4 90.4%90.4% 실시예 5Example 5 233.5233.5 207.5207.5 88.9%88.9% 실시예 6Example 6 233.9233.9 211.6211.6 90.5%90.5% 실시예 7Example 7 233.8233.8 211.1211.1 90.3%90.3% 실시예 8Example 8 233.8233.8 211.0211.0 90.3%90.3% 실시예 9Example 9 233.7233.7 211.5211.5 90.5%90.5% 실시예 10Example 10 233.8233.8 211.2211.2 90.4%90.4% 비교예 1Comparative Example 1 233.5233.5 204.2204.2 87.4%87.4% 비교예 2Comparative Example 2 233.6233.6 204.5204.5 87.5%87.5% 비교예 3Comparative Example 3 233.9233.9 203.9203.9 87.2%87.2% 비교예 4Comparative Example 4 233.2233.2 204.1204.1 87.5%87.5%

상기 표 4의 결과를 참고하면, 실시예 1 내지 실시예 10에 따라 제조된 양극 활물질을 사용한 리튬 이차전지가 비교예 1 내지 비교예 4에 따라 제조된 양극 활물질을 사용한 리튬 이차전지 대비 충방전 효율 및 용량 특성 측면에서 개선된 것을 확인할 수 있다.Referring to the results of Table 4, the charge and discharge efficiency of the lithium secondary battery using the positive electrode active material prepared according to Examples 1 to 10 compared to the lithium secondary battery using the positive electrode active material prepared according to Comparative Examples 1 to 4 And it can be seen that improved in terms of capacity characteristics.

(3) 리튬 이차전지 안정성 평가(3) Lithium secondary battery stability evaluation

상기에서 제조된 리튬 이차전지(코인 셀)에 대하여 25 ℃에서 1 C의 정전류(CC)로 3.0 내지 4.25 V 구동 전압 범위 내에서 충/방전을 100회 실시하였다. 이에 따라, 상온에서의 충방전 100회 실시 후 초기 용량에 대한 100 사이클째의 방전 용량의 비율인 사이클 용량 유지율(capacity retention)을 측정하였다.The lithium secondary battery (coin cell) prepared above was charged / discharged 100 times at a constant current (CC) of 1 C at 25 ° C. within a range of 3.0 to 4.25 V driving voltage. Accordingly, the cycle capacity retention, which is the ratio of the discharge capacity at the 100th cycle to the initial capacity after 100 charge / discharge cycles at room temperature, was measured.

또한, 리튬 이차전지의 고온 저장 특성을 확인하기 위해 25 ℃에서 충방전한 전지를 SOC 100%를 기준으로 충전하여 저항을 측정한 후 60 ℃에서 7일 동안 저장 후 저항을 측정하여 저항의 변화 폭을 확인하였다.In addition, in order to confirm the high temperature storage characteristics of the lithium secondary battery, the battery charged and discharged at 25 ° C. was charged based on 100% SOC, and the resistance thereof was measured. It was confirmed.

상기 측정 결과는 하기의 표 5에 나타내었다.The measurement results are shown in Table 5 below.

구분division 용량 유지율(%)Capacity retention rate (%) 고온 저장 전 저항(Ω)Resistance before high temperature storage 고온 저장 후 저항(Ω)Resistance after high temperature storage 실시예 1Example 1 87.4%87.4% 5.15.1 24.724.7 실시예 2Example 2 92.1%92.1% 4.04.0 14.114.1 실시예 3Example 3 92.7%92.7% 4.34.3 13.913.9 실시예 4Example 4 87.8%87.8% 4.34.3 27.527.5 실시예 5Example 5 88.6%88.6% 4.24.2 33.833.8 실시예 6Example 6 90.0%90.0% 2.92.9 19.919.9 실시예 7Example 7 90.1%90.1% 3.03.0 16.816.8 실시예 8Example 8 91.8%91.8% 3.03.0 11.711.7 실시예 9Example 9 92.1%92.1% 2.82.8 10.310.3 실시예 10Example 10 87.3%87.3% 4.94.9 25.025.0 비교예 1Comparative Example 1 81.5%81.5% 3.13.1 88.888.8 비교예 2Comparative Example 2 81.8%81.8% 2.22.2 90.090.0 비교예 3Comparative Example 3 82.7%82.7% 2.52.5 87.487.4 비교예 4Comparative Example 4 82.4%82.4% 2.82.8 88.988.9

상기 표 5의 결과를 참고하면, 실시예 1 내지 실시예 10에 따라 제조된 양극 활물질을 사용한 리튬 이차전지가 비교예 1 내지 비교예 4에 따라 제조된 양극 활물질을 사용한 리튬 이차전지 대비 용량 유지율이 우수할 뿐만 아니라 고온 저장 전후 저항 변화 폭이 작은 것을 확인할 수 있다.Referring to the results of Table 5, the capacity retention ratio of the lithium secondary battery using the positive electrode active material prepared according to Examples 1 to 10 compared to the lithium secondary battery using the positive electrode active material prepared according to Comparative Examples 1 to 4 Not only is it excellent, it can be seen that the change in resistance before and after high temperature storage is small.

이상, 본 발명의 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.As mentioned above, although embodiment of this invention was described, those of ordinary skill in the art should add, change, delete, add, etc. the component within the range which does not deviate from the idea of this invention described in the claim. The present invention may be modified and changed in various ways, which will also be included within the scope of the present invention.

Claims (13)

하기의 화학식 1로 표시되는 1차 입자 및 상기 1차 입자가 응집하여 형성된 2차 입자를 포함하는 리튬 복합 산화물로서,
[화학식 1]
LiaNi1-(b+c+d+e)CobM1cM2dWeO2
(여기서,
M1은 Mn 및 Al로부터 선택되는 적어도 하나이고,
M2는 Ti, Zr, Mg, V, B, Mo, Zn, Nb, Ba, Ca, Ta, Fe, Cr, Sn, Hf, Ce, Nd 및 Gd로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하며,
0.5≤a≤1.5, 0.01≤b≤0.50, 0.01≤c≤0.20, 0≤d≤0.20, 0.001≤e≤0.20이다)
상기 2차 입자의 표면부에 존재하는 상기 1차 입자 내 포함된 M2 원소 및 W의 함량(at%)의 합은 Ni의 함량(at%)보다 큰,
리튬 복합 산화물.
A lithium composite oxide comprising primary particles represented by the following Chemical Formula 1 and secondary particles formed by aggregation of the primary particles,
[Formula 1]
Li a Ni 1- (b + c + d + e) Co b M1 c M2 d W e O 2
(here,
M1 is at least one selected from Mn and Al,
M2 comprises at least one selected from Ti, Zr, Mg, V, B, Mo, Zn, Nb, Ba, Ca, Ta, Fe, Cr, Sn, Hf, Ce, Nd and Gd,
0.5≤a≤1.5, 0.01≤b≤0.50, 0.01≤c≤0.20, 0≤d≤0.20, 0.001≤e≤0.20)
The sum of the content (at%) of the M2 element and W contained in the primary particles present in the surface portion of the secondary particles is greater than the content of Ni (at%),
Lithium composite oxide.
제1항에 있어서,
상기 2차 입자의 표면부에 존재하는 상기 1차 입자 내 포함된 W의 함량(at%) 은 Ni의 함량(at%)보다 큰,
리튬 복합 산화물.
The method of claim 1,
The content (at%) of W contained in the primary particles present in the surface portion of the secondary particles is greater than the content (at%) of Ni,
Lithium composite oxide.
제1항에 있어서,
상기 2차 입자의 표면부에 존재하는 상기 1차 입자 내 Ni은 상기 2차 입자의 중심부를 향해 증가하는 농도 구배를 나타내는,
리튬 복합 산화물.
The method of claim 1,
Ni in the primary particles present in the surface portion of the secondary particles exhibit a concentration gradient increasing toward the center of the secondary particles,
Lithium composite oxide.
제1항에 있어서,
상기 2차 입자의 표면부에 존재하는 상기 1차 입자 내 포함된 M2 원소 및 W로부터 선택된 적어도 하나는 상기 2차 입자의 중심부를 향해 감소하는 농도 구배를 나타내는,
리튬 복합 산화물.
The method of claim 1,
At least one selected from M2 elements and W contained in the primary particles present in the surface portion of the secondary particles exhibit a concentration gradient decreasing toward the center of the secondary particles,
Lithium composite oxide.
제1항에 있어서,
상기의 화학식 1로 표시되는 1차 입자 중 M2 원소 및 W로부터 선택된 적어도 하나는 X선 회절 패턴의 리트벨트 분석에 의한 상기 리튬 복합 산화물 중 Li 3a 사이트 및 3b 사이트 중 적어도 하나에 삽입된 Ni과 치환된,
리튬 복합 산화물.
The method of claim 1,
At least one selected from the element M2 and W among the primary particles represented by Chemical Formula 1 is substituted with Ni inserted in at least one of Li 3a site and 3b site in the lithium composite oxide by Rietveld analysis of the X-ray diffraction pattern. Done,
Lithium composite oxide.
제1항에 있어서,
상기 2차 입자는 M2 원소의 농도가 서로 상이한 제1 영역 및 제2 영역을 포함하며,
상기 제1 영역 내 존재하는 상기 1차 입자 내 포함된 M2 원소 및 W로부터 선택된 적어도 하나는 상기 2차 입자의 중심부를 향해 감소하는 농도 구배를 나타내는,
리튬 복합 산화물.
The method of claim 1,
The secondary particles include a first region and a second region having different concentrations of M2 elements,
At least one selected from the elements M2 and W contained in the primary particles present in the first region exhibits a concentration gradient decreasing towards the center of the secondary particles,
Lithium composite oxide.
제6항에 있어서,
상기 제1 영역 내 존재하는 상기 1차 입자 내 포함된 M2 원소 및 W로부터 선택된 적어도 하나의 농도 변화율은 50 % 이상인,
리튬 복합 산화물.
The method of claim 6,
At least one concentration change rate selected from the M2 elements and W contained in the primary particles present in the first region is 50% or more,
Lithium composite oxide.
제6항에 있어서,
상기 제2 영역 내 존재하는 상기 1차 입자 내 포함된 M2 원소 및 W로부터 선택된 적어도 하나의 농도 변화율은 49 % 이하인,
리튬 복합 산화물.
The method of claim 6,
At least one concentration change rate selected from the M2 elements and W contained in the primary particles present in the second region is 49% or less,
Lithium composite oxide.
제1항에 있어서,
상기 1차 입자 내 포함된 M2 원소의 농도 구배는 상기 1차 입자의 종방향을 기준으로 상기 2차 입자의 중심부측보다 상기 2차 입자의 표면부측에서 큰,
리튬 복합 산화물.
The method of claim 1,
The concentration gradient of the M2 element contained in the primary particles is greater at the surface side of the secondary particles than the central side of the secondary particles based on the longitudinal direction of the primary particles.
Lithium composite oxide.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 리튬 복합 산화물; 및
상기 리튬 복합 산화물을 형성하는 1차 입자 사이의 계면 및 2차 입자의 표면 중 적어도 일부에 존재하는 리튬 합금 산화물;
을 포함하며,
상기 리튬 합금 산화물은 상기 2차 입자의 표면부로부터 상기 2차 입자의 중심부를 향해 감소하는 농도 구배를 나타내는,
리튬 이차전지용 양극 활물질.
A lithium composite oxide according to any one of claims 1 to 9; And
Lithium alloy oxides present on at least some of the interface between the primary particles forming the lithium composite oxide and the surface of the secondary particles;
Including;
The lithium alloy oxide exhibits a concentration gradient decreasing from the surface portion of the secondary particles toward the center of the secondary particles,
Cathode active material for lithium secondary battery.
제10항에 있어서,
상기 리튬 합금 산화물은 하기의 화학식 2로 표시되는,
리튬 이차전지용 양극 활물질:
[화학식 2]
LifM3gOh
(여기서,
M3은 Ti, Zr, Mg, V, B, Mo, Zn, Nb, Ba, Ca, Ta, Fe, Cr, Sn, Hf, Ce, W, Nd 및 Gd로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하며,
0≤f≤6, 0<g≤6, 0<h≤10이다)
The method of claim 10,
The lithium alloy oxide is represented by the following formula (2),
Cathode active material for lithium secondary battery:
[Formula 2]
Li f M3 g O h
(here,
M3 comprises at least one selected from Ti, Zr, Mg, V, B, Mo, Zn, Nb, Ba, Ca, Ta, Fe, Cr, Sn, Hf, Ce, W, Nd and Gd,
0≤f≤6, 0 <g≤6, 0 <h≤10)
제10항에 있어서,
상기 리튬 합금 산화물은,
하기의 화학식 3으로 표시되는 제1 리튬 합금 산화물; 및
하기의 화학식 4로 표시되는 제2 리튬 합금 산화물;
을 포함하는,
리튬 이차전지용 양극 활물질:
[화학식 3]
LiiWjOk
(여기서, 0≤i≤6, 0<j≤6, 0<k≤10이다)
[화학식 4]
LilM4mOn
(여기서,
M4는 Ti, Zr, Mg, V, B, Mo, Zn, Nb, Ba, Ca, Ta, Fe, Cr, Sn, Hf, Ce, Nd 및 Gd로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하며,
0≤l≤6, 0<m≤6, 0<n≤10이다)
The method of claim 10,
The lithium alloy oxide,
A first lithium alloy oxide represented by Formula 3 below; And
A second lithium alloy oxide represented by Formula 4 below;
Including,
Cathode active material for lithium secondary battery:
[Formula 3]
Li i W j O k
(Where 0 ≦ i ≦ 6, 0 <j ≦ 6, 0 <k ≦ 10)
[Formula 4]
Li l M4 m O n
(here,
M4 comprises at least one selected from Ti, Zr, Mg, V, B, Mo, Zn, Nb, Ba, Ca, Ta, Fe, Cr, Sn, Hf, Ce, Nd and Gd,
0≤l≤6, 0 <m≤6, 0 <n≤10)
제10항에 따른 양극 활물질을 포함하는 양극을 사용하는 리튬 이차전지.A lithium secondary battery using a positive electrode comprising the positive electrode active material according to claim 10.
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