KR20200022904A - Method for manufacturing positive electrode active material for lithium rechargeable battery, and lithium rechargeable battery including the positive electrode active material manufactured by the method - Google Patents

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Abstract

According to an embodiment of the present invention, provided is a method for modifying a surface of lithium cobalt-based oxide particles with a specific material and a specific method. Specifically, according to an embodiment of the present invention, provided is a method for manufacturing a positive electrode active material for a lithium secondary battery, comprising the following steps: dry-mixing core particles containing lithium cobalt-based oxide, nickel cobalt manganese-based hydroxide particles, and lithium raw material; and firing the dry mixture to form a coating layer comprising lithium nickel cobalt manganese-based oxide on the surface of the core particle containing the lithium cobalt oxide.

Description

리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법 및 그 제조 방법에 따른 양극 활물질을 포함하는 리튬 이차 전지 {METHOD FOR MANUFACTURING POSITIVE ELECTRODE ACTIVE MATERIAL FOR LITHIUM RECHARGEABLE BATTERY, AND LITHIUM RECHARGEABLE BATTERY INCLUDING THE POSITIVE ELECTRODE ACTIVE MATERIAL MANUFACTURED BY THE METHOD}METHOD FOR MANUFACTURING POSITIVE ELECTRODE ACTIVE MATERIAL FOR LITHIUM RECHARGEABLE BATTERY INCLUDING THE POSITIVE ELECTRODE ACTIVE MATERIAL MANUFACTURE

리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법 및 그 제조 방법에 따른 양극 활물질을 포함하는 리튬 이차 전지에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a positive electrode active material for a lithium secondary battery and a lithium secondary battery including the positive electrode active material according to the production method.

최근 소형 전자 기기뿐만 아니라, 대용량 전력 저장 장치에 대한 요구가 크게 증가하고 있다. 이러한 요구에 따라, 고용량 및 고출력 특성을 발현하는 전기 화학 소자에 대한 관심이 높아지고 있다.Recently, the demand for large-capacity power storage devices, as well as small electronic devices, has increased significantly. In response to these demands, there is a growing interest in electrochemical devices that exhibit high capacity and high power characteristics.

이와 관련하여, 상용 리튬 이차 전지의 충방전 영역은 대개 3.0 내지 4.2V 범위에 해당되는데, 그 충전 전압을 그보다 높임으로써 용량을 확장하고자 하는 시도가 이어지고 있다.In this regard, the charge / discharge region of a commercial lithium secondary battery is generally in the range of 3.0 to 4.2V, and attempts to expand the capacity by increasing the charge voltage thereof have continued.

구체적으로, 리튬 이차 전지의 용량을 구현하는 구성 요소는 양극 활물질이며, 상용 리튬 이차 전지에는 리튬 코발트 산화물(LiCoO2, 이른바 LCO)가 양극 활물질로 적용되고 있다.Specifically, a component that implements the capacity of the lithium secondary battery is a positive electrode active material, and lithium cobalt oxide (LiCoO 2 , so-called LCO) is used as a positive electrode active material in commercial lithium secondary batteries.

LiCoO2는 결정 구조가 층상(Layered) 구조인 화합물로, 압연 밀도가 높고, 사이클 특성 등 전기화학적 특성이 비교적 우수하다. 다만, LiCoO2는 충방전 전류량이 약 150 mAh/g 정도로 낮은 화합물이기 때문에, 이를 적용한 전지에 대하여 4.2V를 초과하는 충전 전압을 적용할 경우, LiCoO2의 결정 구조가 불안정해지고, 그 내부의 Co3+ 이온이 용출되며, 이에 따라 용출된 Co3+ 이온은 LiCoO2의 표면에서 전해액과 부반응을 일으켜, 결국 전지의 수명 특성을 저하시키는 원인이 된다.LiCoO 2 is a compound having a crystal structure of a layered structure, and has a high rolling density and relatively excellent electrochemical properties such as cycle characteristics. However, since LiCoO 2 is a compound having a low charge / discharge current of about 150 mAh / g, when a charging voltage exceeding 4.2 V is applied to a battery to which it is applied, the crystal structure of LiCoO 2 becomes unstable, and Co in 3+ ions are eluted, and thus the Co 3+ ions eluted cause side reactions with the electrolyte on the surface of LiCoO 2 , resulting in deterioration of battery life characteristics.

따라서, 고용량 및 고출력 특성을 발현하면서도 안정성이 확보된 리튬 이차 전지를 구현하기 위해서는, 양극 활물질의 개선이 선결되어야 한다.Therefore, in order to implement a lithium secondary battery having high stability and stability while expressing high capacity and high output characteristics, improvement of a positive electrode active material should be made in advance.

본 발명의 구현예들에서는, 앞서 지적된 문제를 해결하기 위하여, 리튬 코발트계 산화물 입자의 표면을 특정한 방법 및 특정 물질로 개질하는 방법을 제시한다.In an embodiment of the present invention, in order to solve the above-mentioned problem, a method of modifying the surface of lithium cobalt-based oxide particles with a specific material and a specific material is provided.

구체적으로, 본 발명의 일 구현예에서는, 리튬 코발트계 산화물을 포함하는 코어 입자, 니켈 코발트 망간계 수산화물 입자 및 리튬 원료 물질을 건식 혼합하는 단계; 및 상기 건식 혼합물을 소성하여, 상기 리튬 코발트 산화물을 포함하는 코어 입자 표면에 리튬 니켈 코발트 망간계 산화물을 포함하는 코팅층을 형성하는 단계;를 포함하는, 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법을 제공한다.Specifically, in one embodiment of the present invention, dry mixing the core particles, nickel cobalt manganese hydroxide particles and lithium raw material containing a lithium cobalt-based oxide; And calcining the dry mixture to form a coating layer including lithium nickel cobalt manganese oxide on a surface of the core particle including the lithium cobalt oxide.

또한, 본 발명의 다른 구현예들에서는, 상기 일 구현예의 방법으로 제조된 양극 활물질을 적용하는 다양한 예시(양극, 리튬 이차 전지, 전지 모듈, 전지 팩 등)를 제공한다. In addition, other embodiments of the present invention provides various examples of applying the positive electrode active material prepared by the method of the embodiment (anode, lithium secondary battery, battery module, battery pack, etc.).

이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. However, this is presented as an example, by which the present invention is not limited and the present invention is defined only by the scope of the claims to be described later.

아울러, 본 명세서에서 입자 크기 D0.9란, 0.1, 0.2, 0.3.... 3, 5, 7.... 10, 20, 30㎛ 이렇게 다양한 입자 크기가 분포되어 있는 활물질 입자를 부피비로 0.9%까지 입자를 누적시켰을 때의 입자 크기를 의미하며, D10은 부피비로 10%까지 입자를 누적시켰을 때의 입자 크기, D50 입경은 부피비로 50%까지 입자를 누적시켰을 때의 입자 크기, D6 입경은 부피비로 6%까지 입자를 누적시켰을 때의 입자 크기, D95는 부피비로 95%까지 입자를 누적시켰을 때의 입자 크기를 의미한다.In addition, the particle size D0.9 in the present specification, 0.1, 0.2, 0.3 .... 3, 5, 7 .... 10, 20, 30㎛ 0.9 by volume ratio of the active material particles having various particle sizes are distributed D10 means particle size when particles are accumulated up to%, D10 is particle size when particles are accumulated up to 10% by volume, D50 particle size is particle size when particles are accumulated up to 50% by volume, D6 is Particle size when particles are accumulated up to 6% by volume ratio, D95 means particle size when particles are accumulated up to 95% by volume ratio.

이하, 본 발명의 구현예들을 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. However, this is presented as an example, by which the present invention is not limited and the present invention is defined only by the scope of the claims to be described later.

양극 활물질의 제조 방법Manufacturing method of the positive electrode active material

본 발명의 일 구현예에서는, 리튬 코발트계 산화물 입자의 표면을 특정한 방법 및 특정 물질로 개질하는 방법을 제시한다.In one embodiment of the present invention, a method of modifying the surface of lithium cobalt-based oxide particles with a specific material and a specific material is provided.

상용 LiCoOCommercial LiCoO 22 에 내재된 문제점Inherent in

앞서 지적한 바와 같이, LiCoO2는 충방전 전류량이 약 150 mAh/g 정도로 낮은 화합물이기 때문에, 이를 적용한 전지에 대하여 4.2V를 초과하는 충전 전압을 적용할 경우, 그 내부 금속(Co)이 이온화되어 용출되며, 용출된 금속 이온이 전해액과 부반응을 일으켜 전지 내부에서 가스(gas)를 발생시키는 등, 전지의 수명을 저하시키는 원인이 된다.As pointed out above, LiCoO 2 is a compound having a low charge / discharge current of about 150 mAh / g. Therefore, when a charging voltage exceeding 4.2V is applied to a battery to which it is applied, the inner metal (Co) is ionized and eluted. As a result, the eluted metal ions cause side reactions with the electrolyte solution to generate gas in the battery, thereby reducing the life of the battery.

이러한 문제의 해소를 위하여, 상용 리튬 이차 전지에 적용되던 소입경(D50 입경으로, 약 5~10 ㎛) LiCoO2를 대입경(D50 입경으로, 약 12~25 ㎛) LiCoO2로 대체하거나, 소입경 LiCoO2와 대입경 LiCoO2를 혼합한 형태(이른바 바이모달, bi-modal) 형태로 양극 활물질을 적용할 수 있다.To solve this problem, the small particle size (D50 particle size, about 5 to 10 μm) LiCoO 2 used in commercial lithium secondary batteries is replaced with a large particle size (D50 particle size, about 12 to 25 μm) LiCoO 2 , or particle form by mixing LiCoO 2 and LiCoO 2 is substituted path can be applied to the positive electrode active material with (a so-called bimodal, bi-modal) form.

다만, 대입경 LiCoO2은 소입경 LiCoO2에 대비하여 역학적(kinetic) 특성이 열위하므로, 대입경 LiCoO2의 역학적(kinetic) 특성을 소입경 LiCoO2 수준으로 높이기 위해, 대입경 LiCoO2의 표면 일부 영역에 인위적으로 리튬 결핍 영역(Li deficient layer)를 형성할 수 있다.However, the assignment If LiCoO 2 is a small particle size in case of LiCoO 2, the mechanical (kinetic) characteristic is inferior, so, substituting light LiCoO order to increase the mechanical (kinetic) properties of the two as small particle size LiCoO 2 level, the surface of the assignment If LiCoO 2 part It is possible to artificially form a Li deficient layer in the region.

여기서, 일반적인 LiCoO2의 결정 구조는 입경을 막론하고 층상(layered) 구조이지만, 리튬 결핍 영역(Li deficient layer)의 경우 Li/Co의 몰비 변화에 따라 그 결정 구조가 LiMn2O4와 유사한 스피넬(spinel) 구조로 변화하게 된다. Herein, although the crystal structure of general LiCoO 2 is a layered structure regardless of particle size, in the case of lithium deficient layer, the spinel structure having a crystal structure similar to that of LiMn 2 O 4 depends on the change in the molar ratio of Li / Co. spinel) structure.

이러한 리튬 결핍 영역은, 대입경 LiCoO2의 표면으로부터 일정한 깊이에 이르기까지 균일하게 형성하여, 층상(layered) 구조로 이루어진 코어; 및 스피넬(spinel) 구조로 이루어진 쉘;의 형태로 형성할 수 있다. 이와 달리, 대입경 LiCoO2의 표면으로부터 일정한 깊이에 이르기까지 층상(layered) 구조 및 스피넬(spinel) 구조가 혼재되도록 형성하여, 층상(layered) 구조로 이루어진 코어; 및 층상(layered) 구조 및 스피넬(spinel) 구조가 혼재된 쉘;의 형태로 형성할 수도 있다.The lithium depleted region may be formed uniformly from the surface of the large particle size LiCoO 2 to a constant depth and formed of a layered structure; And a shell formed of a spinel structure. On the contrary, a core made of a layered structure is formed such that the layered structure and the spinel structure are mixed from the surface of the large-size particle LiCoO 2 to a constant depth; And a shell in which a layered structure and a spinel structure are mixed.

어떠한 형태로든, 대입경 LiCoO2의 표면 일부 영역에 인위적으로 리튬 결핍 영역(Li deficient layer)를 형성할 경우, 그 역학적(kinetic) 특성을 소입경 LiCoO2 수준으로 높일 수 있고, 이를 적용한 전지에 대하여 4.4 V까지 그 충전 전압을 적용하더라도, 내부 금속(Co) 용출 등의 문제는 발생하지 않을 수 있다.Any form, artificially lithium depletion region in the surface portion of assignment If LiCoO 2 the case of forming a (Li deficient layer), it is possible to increase the mechanical (kinetic) properties to particles of small particle size LiCoO 2 level, with respect to the cell applied it Even if the charging voltage is applied up to 4.4 V, problems such as internal metal (Co) elution may not occur.

다만, 그 충전 전압을 약 4.45 V 이상으로 더 높일 경우, 대입경 LiCoO2의 표면 일부 영역에 인위적으로 리튬 결핍 영역(Li deficient layer)를 형성한 상태에서도 내부 금속(Co)의 용출이 발생한다. 즉, 약 4.45 V 이상의 충전 전압에서는, 대입경 LiCoO2의 표면 일부 영역에 존재하는 스피넬(spinel) 구조 또한 불안정해져, 결국 기존 소입경 LiCoO2와 마찬가지의 문제를 야기한다.However, when the charging voltage is further increased to about 4.45 V or more, elution of the internal metal (Co) occurs even in a state in which a lithium deficient layer is artificially formed in a portion of the surface of the large particle size LiCoO 2 . That is, the charging voltage of not less than about 4.45 V, spinel (spinel) existing on the surface portion of substituting LiCoO 2 light structure also unstable and, in the end results in a small particle size conventional LiCoO 2 and a similar problem.

NCM 에 의한 표면 개질Surface Modification by NCM

따라서, 본 발명의 일 구현예에서는, 리튬 코발트계 산화물을 포함하는 코어 입자; 및 리튬 니켈 코발트 망간계 수산화물 입자를 건식 혼합한 뒤 소성함으로써, 리튬 니켈 코발트 망간계 산화물(이른바 NCM)로 표면 개질된 리튬 코발트계 산화물 입자를 양극 활물질로 제공한다. Therefore, in one embodiment of the present invention, core particles including lithium cobalt oxide; And dry mixing the lithium nickel cobalt manganese hydroxide particles and firing to provide lithium cobalt oxide particles surface-modified with lithium nickel cobalt manganese oxide (so-called NCM) as a cathode active material.

상기 NCM의 결정 구조는, 결정 구조는, 4.2V초과, 4.4 V 이상, 나아가 4.45 V 이상의 충전 전압을 적용하더라도, 그 구조의 안정성이 유지될 수 있다. 또한, 상기 NCM은 그 자체로 코어와 마찬가지로 전지의 용량을 구현할 수 있는 물질이다.The crystal structure of the NCM, even if the crystal structure is applied to a charging voltage exceeding 4.2V, 4.4V or more, and 4.45V or more, the stability of the structure can be maintained. In addition, the NCM is a material that can implement the capacity of the battery as the core itself.

따라서, 상기 일 구현예에 따라 제조된 양극 활물질은, 이를 적용한 리튬 이차 전지에 대하여 4.2V초과, 4.4 V 이상, 나아가 4.45 V 이상의 충전 전압을 적용하더라도, 내부 금속(Co) 용출 등의 문제가 발생하지 않도록 하며, 전지의 용량을 향상시키는 데 기여할 수 있다.Therefore, the positive electrode active material prepared according to the embodiment, even if a charging voltage of 4.2V, 4.4V or more, and even 4.45V or more is applied to the lithium secondary battery to which the same is applied, a problem such as internal metal (Co) elution occurs. And may contribute to improving the capacity of the battery.

상기 일 구현예에 따른 표면 개질 방법의 이점Advantages of the surface modification method according to the embodiment

참고로, 리튬 코발트계 산화물의 코발트 원료 물질(예컨대, Co3O4) 표면에 리튬 니켈 코발트 망간계 수산화물을 공침시킴으로써 코어-쉘 구조의 전구 물질(즉, 코발트 원료 물질 표면에 리튬 니켈 코발트 망간계 수산화물이 코팅된 구조)을 얻은 뒤, 그 코어-쉘 구조의 전구 물질과 리튬 원료 물질(예컨대, LiOH, Li2CO3, 이들의 수화물, 이들의 혼합물 등)을 혼합하여 소성하는 경우(이하, 경우에 따라서는, "전구체 표면 개질법"이라 함)에도, 상기 일 구현예(이하, "상기 일 구현예의 활물질 표면 개질법"이라 함)와 동일한 구조의 양극 활물질이 수득될 수 있다.For reference, a lithium nickel cobalt manganese system on a surface of a core-shell structure precursor (ie, cobalt raw material material) is co-precipitated with lithium nickel cobalt manganese hydroxide on the surface of a cobalt raw material of lithium cobalt oxide (eg, Co 3 O 4 ). When the hydroxide-coated structure is obtained, the precursor of the core-shell structure and the lithium raw material (for example, LiOH, Li 2 CO 3 , hydrates thereof, mixtures thereof, etc.) are mixed and fired (hereinafter, In some cases, also in the "precursor surface modification method"), a positive electrode active material having the same structure as the above embodiment (hereinafter, referred to as "active material surface modification method of the above embodiment)) can be obtained.

그러나, 상기 일 구현예의 활물질 표면 개질법은, 상기 전구체 표면 개질법에 대비하여 다음과 같은 이점이 있다.However, the active material surface modification method of the embodiment has the following advantages over the precursor surface modification method.

1) 우선, 상기 일 구현예의 활물질 표면 개질법에 따를 때, 상기 전구체 표면 개질법에 대비하여, 원료 비용, 공정 운용 비용, 시간 등이 절감될 수 있다. 즉, 공정 효율의 측면에서 상기 일 구현예의 활물질 표면 개질의 이점이 있다.1) First, according to the active material surface modification method of the embodiment, compared to the precursor surface modification method, raw material costs, process operating costs, time, etc. can be reduced. That is, in terms of process efficiency, there is an advantage of the active material surface modification of the embodiment.

2) 특히, 상기 전구체 표면 개질법 에 따라 실제로 수득되는 생성물의 구조는, 상기 일 구현예의 활물질 표면 개질 에 따라 실제로 수득되는 생성물의 구조와 상이할 수 있다.2) In particular, the structure of the product actually obtained according to the precursor surface modification method may be different from the structure of the product actually obtained according to the surface modification of the active material of the embodiment.

구체적으로, 상기 전구체 표면 개질법에 따른 생성물의 코어 입자에는 불가피하게 코발트 원료 물질이 혼재될 수 있지만, 상기 일 구현예의 활물질 표면 개질법에 따르면 코어 입자에 코발트 원료 물질이 전혀 포함되지 않을 수 있다.Specifically, cobalt raw material may inevitably be mixed in the core particles of the product according to the precursor surface modification method, but according to the active material surface modification method of the embodiment, the cobalt raw material may not be included in the core particles at all.

보다 구체적으로, 상기 전구체 표면 개질법에 따르면, 소성 공정에 있어서, 리튬 원료 물질이 코어-쉘 구조의 전구 물질 내부의 코어까지 확산되기 어려워, 리튬 코발트계 산화물로 전환되지 못한 채 코발트 원료 물질 상태로 남아있는 부분이 발생할 수 있는 것이다. More specifically, according to the precursor surface modification method, in the firing process, the lithium raw material is difficult to diffuse to the core inside the core material of the core-shell structure, and remains in the cobalt raw material state without being converted into lithium cobalt-based oxide. That part can happen.

그에 반면, 상기 일 구현예의 활물질 표면 개질법에 따르면, 이미 코발트 원료 물질로부터 완전히 리튬 코발트계 산화물로 전환된 코어 입자를 리튬 니켈 코발트 망간계 수산화물 입자를 건식 혼합한 뒤 소성하므로, 그 생성물의 코어 입자에 코발트 원료 물질이 전혀 포함되지 않을 수 있다. 여기서, 코발트 원료 물질은 전지의 용량을 구현할 수 없는 물질이다. 따라서, 코발트 원료 물질이 코어 입자에 불가피하게 혼재된 경우(상기 2 단계 합성법), 코어 입자에 코발트 원료 물질이 전혀 포함되지 않은 경우(상기 일 구현예의 1단계 합성법)보다, 전지 용량 구현에 불리함이 있다.On the other hand, according to the active material surface modification method of the embodiment, since the core particles, which have already been completely converted from the cobalt raw material to the lithium cobalt oxide, are dry mixed with lithium nickel cobalt manganese hydroxide particles and calcined, the core particles of the product Cobalt raw material may not be included at all. Here, the cobalt raw material is a material that can not implement the capacity of the battery. Therefore, when the cobalt raw material is inevitably mixed in the core particles (the two-step synthesis method), the cobalt raw material is more disadvantageous than the case in which no cobalt raw material is included in the core particles (one step synthesis method of the above embodiment). There is this.

이하, 상기 일 구현예의 활물질 표면 개질법에 대해, 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, the active material surface modification method of the embodiment will be described in more detail.

원료의 혼합 공정Mixing process of raw materials

상기 혼합하는 단계;에서, 상기 리튬 코발트 산화물을 포함하는 코어 입자 및 상기 니켈 코발트 망간계 수산화물 입자의 혼합물 총량에 대해, 상기 리튬 니켈 코발트 망간계 수산화물 입자가 500 내지 50000 ppm으로 포함될 수 있다.In the mixing step, the lithium nickel cobalt manganese hydroxide particles may be included in an amount of 500 to 50000 ppm based on the total amount of the mixture of the core particles including the lithium cobalt oxide and the nickel cobalt manganese hydroxide particles.

이와 달리, 500 ppm 미만으로 코팅할 경우 표면 코팅 균일성이 낮아 코팅되지 않을 수 있고, 상기 리튬 코발트 산화물을 포함하는 코어 입자 표면과 전해액의 반응으로 인하여 Co 용출이 급격하게 증가할 수 있다. 그 반대로, 50000 ppm 초과량의 코팅 적용 시, 상대적으로 코어보다 코팅층의 함량이 증가하여 이들을 포하마는 양극 활물질의 용량이 감소하는 문제가 있고, 지나치게 두꺼운 코팅층이 형성되어 표면 저항이 커지는 문제가 발생할 수 있다.On the contrary, when the coating amount is less than 500 ppm, the surface coating uniformity may not be low and the coating may not be coated. Co dissolution may increase rapidly due to the reaction between the surface of the core particle including the lithium cobalt oxide and the electrolyte solution. On the contrary, when a coating amount of more than 50000 ppm is applied, the content of the coating layer is relatively higher than that of the core, thereby reducing the capacity of the positive electrode active material, and the excessively thick coating layer is formed, resulting in a problem of increasing surface resistance. Can be.

한편, 상기 혼합하는 단계;의 혼합 시간, 속도, 온도, 기기 등의 조건은 특별히 한정되지 않지만, 당업계에서 통상적으로 양극 활물질의 표면을 개질하기 위해 코어와 코팅 물질을 혼합하는 조건, 예컨대, 혼합 장치에 상기 코발트 원료 물질 및 상기 코어 입자를 투입하고, 상온에서 800 내지 1200 rpm으로 5 분 내지 30 분간 교반할 수 있다.Meanwhile, the mixing time, speed, temperature, equipment, and the like conditions of the mixing step are not particularly limited, but in the art, conditions for mixing the core and the coating material to modify the surface of the positive electrode active material, for example, mixing The cobalt raw material and the core particles are added to the apparatus, and stirred at 800 to 1200 rpm at room temperature for 5 to 30 minutes.

여기서, 혼합 장치로는, 후술되는 실시예와 같이 페이스트 믹서(pastemixer)를 사용할 수 있지만, 이에 제한되지 않고, 당업계에 일반적으로 고상 혼합 시 사용하는 장치를 사용할 수 있다.Here, as a mixing device, a paste mixer (pastemixer) can be used as in the following embodiment, but is not limited thereto, and an apparatus generally used in solid state mixing in the art may be used.

다만, 이는 일 예시일 뿐, 이에 의해 본 발명이 제한되는 것은 아니다. However, this is merely an example, whereby the present invention is not limited.

코팅 공정Coating process

상기 코팅하는 단계;에서, 상기 니켈 코발트 망간계 수산화물 입자의 리튬 니켈 코발트 망간계 산화물 입자로의 전환; 및 상기 리튬 니켈 코발트 망간계 산화물 입자에 의한 상기 코어 입자의 코팅;이 동시에 수행될 수 있다.In the coating step, converting the nickel cobalt manganese hydroxide particles into lithium nickel cobalt manganese oxide particles; And coating the core particles with the lithium nickel cobalt manganese oxide particles.

구체적으로, 상기 니켈 코발트 망간계 수산화물 입자가 상기 리튬 원료 물질과 반응하여 리튬 니켈 코발트 망간계 산화물 입자로 전환된 후, 상기 전환된 리튬 니켈 코발트 망간계 산화물 입자가 상기 코어 입자 표면에 코팅될 수 있다. Specifically, after the nickel cobalt manganese hydroxide particles react with the lithium raw material to be converted to lithium nickel cobalt manganese oxide particles, the converted lithium nickel cobalt manganese oxide particles may be coated on the surface of the core particles. .

이와 달리, 상기 코어 입자 표면에 상기 니켈 코발트 망간계 수산화물 입자가 코팅된 상태에서, 상기 니켈 코발트 망간계 수산화물 입자가 리튬 원료 물질과 반응하여 리튬 니켈 코발트 망간계 산화물 입자로 전환될 수도 있다.Alternatively, in the state in which the nickel cobalt manganese hydroxide particles are coated on the surface of the core particle, the nickel cobalt manganese hydroxide particles may be converted into lithium nickel cobalt manganese oxide particles by reacting with a lithium raw material.

이에, 상기 코팅하는 단계;에서는, 상기 코어 입자가 가지는 결정 구조를 변화시키지 않으면서도, 상기 니켈 코발트 망간계 수산화물 입자의 리튬 니켈 코발트 망간계 산화물 입자로의 전환; 및 상기 리튬 니켈 코발트 망간계 산화물 입자에 의한 상기 코어 입자의 코팅;이 동시에 수행될 수 있는 조건을 가할 수 있다.Thus, in the coating step, converting the nickel cobalt manganese hydroxide particles into lithium nickel cobalt manganese oxide particles without changing the crystal structure of the core particles; And coating the core particles with the lithium nickel cobalt manganese oxide particles. Conditions may be applied at the same time.

예컨대, 이를 위해, 상기 코발트 원료 물질 및 상기 코어 입자의 혼합물을 800 내지 1200 ℃의 소성 온도로 2 내지 10 시간 동안 소성할 수 있다. 보다 구체적으로는, 900 내지 1000 ℃의 온도에서 출발하여 2 내지 6 시간 동안 3 내지 5 ℃/hr의 승온 속도로 승온시킨 뒤, 도달된 온도에서 3 내지 5 시간 동안 유지할 수 있다. 다만, 이는 일 예시일 뿐, 이에 의해 본 발명이 제한되는 것은 아니다.For example, for this purpose, the mixture of the cobalt raw material and the core particles may be fired at a firing temperature of 800 to 1200 ° C. for 2 to 10 hours. More specifically, starting at a temperature of 900 to 1000 ℃ can be raised to a temperature increase rate of 3 to 5 ℃ / hr for 2 to 6 hours, and then maintained at the temperature reached for 3 to 5 hours. However, this is merely an example, whereby the present invention is not limited.

코어 입자의 선택 및/또는 제조Selection and / or Preparation of Core Particles

상기 코어 입자는, 앞서 설명한 바와 같이, 대입경 LiCoO2의 표면 일부 영역에 인위적으로 리튬 결핍 영역(Li deficient layer)을 형성한 것을 사용할 수 있다.As described above, the core particle may be one in which a lithium deficient layer is artificially formed in a portion of the surface of the large particle size LiCoO 2 .

이때, 상기 코어 입자는, 리튬 코발트 산화물 결정 구조가 층상(layered) 구조인 제1 영역; 및 상기 제 1영역과의 경계면으로부터, 상기 코어 입자의 표면에 이르기까지, 리튬 코발트계 산화물의 결정 구조가 스피넬(spinel) 구조이거나, 스피넬(spinel) 구조 및 층상(layered) 구조가 혼재된 제2 영역;을 포함하는 것일 수 있다. In this case, the core particle, the lithium cobalt oxide crystal structure of the first region having a layered (layered) structure; And a second structure in which the crystal structure of the lithium cobalt oxide is a spinel structure, or a spinel structure and a layered structure are mixed, from the interface with the first region to the surface of the core particle. Region; may be to include.

여기서, 상기 제1 영역은 하기 화학식 1로 표시될 수 있고, 상기 제2 영역은 하기 화학식 2로 표시될 수 있다.Here, the first region may be represented by the following Chemical Formula 1, and the second region may be represented by the following Chemical Formula 2.

[화학식 1] LiaCo(1-x-y-z)M1xM2yM3zO2 [Formula 1] Li a Co (1-xyz) M1 x M2 y M3 z O 2

[화학식 2] Lia-mCo(1-x-y-z)M1xM2yM3zO2 [Formula 2] Li am Co (1-xyz) M1 x M2 y M3 z O 2

(M1, M2, 및 M3는 각각 독립적으로, Ti, Mg, Al, Zr, Ba, Ca, Zr, Ti, Mg, Ta, Nb, 및 Mo 를 포함하는 군에서 선택되는 1종이고; a, x, y, z, 및 m은 각각, 0.95≤a≤1.05, 0≤x≤0.02, 0≤y≤0.02, 0≤z≤0.02, 및 0 <m <0.25를 만족하는 값임) (M1, M2, and M3 are each independently one selected from the group containing Ti, Mg, Al, Zr, Ba, Ca, Zr, Ti, Mg, Ta, Nb, and Mo; a, x , y, z, and m are values satisfying 0.95 ≦ a ≦ 1.05, 0 ≦ x ≦ 0.02, 0 ≦ y ≦ 0.02, 0 ≦ z ≦ 0.02, and 0 <m <0.25, respectively)

상기 화학식 1 및 2의 차이는 Li/Co의 몰비에 있으며, 상기 화학식 1은 Li/Co의 몰비가 a/(1-x-y-z)이며, 상기 화학식2의 경우 (a-m)/(1-x-y-z)이다. 즉, 상기 화학식 1 및 2에서 나타나는 Li/Co의 몰비 차이는, 상기 제2 영역이 리튬 결핍 영역임을 드러내는 것이다.The difference between the formulas 1 and 2 is in the molar ratio of Li / Co, wherein the molar ratio of Li / Co is a / (1-xyz), (am) / (1-xyz) in the formula (2) . That is, the difference in molar ratio of Li / Co represented by Formulas 1 and 2 reveals that the second region is a lithium deficient region.

한편, 상기 화학식 1 및 2에서, M1, M2, 및 M3는 각각 리튬 코발트 산화물의 결정 (격자) 구조에 있어서 코발트 자리를 대체하는, 도펀트(dopant)에 해당된다. 또한, x, y, 및 z의 경우, M1, M2, 및 M3의 각 도핑량을 의미한다. 상기 화학식 1 및 2에서 표시된 0≤x≤0.02, 0≤y≤0.02, 0≤z≤0.02의 몰분율(기준: 상기 코어 입자 전체 1몰) 단위를 ppm(기준: 상기 코어 입자 전체 1g) 기준으로 변환하면, M1, M2, 및 M3의 원자량에 따라 일부 달라질 수 있지만, 예컨대 Al은 2000-4000 ppm, Ti 및 Mg는 각각 500-1500 ppm 수준일 수 있다.Meanwhile, in Chemical Formulas 1 and 2, M1, M2, and M3 correspond to dopants, which replace cobalt sites in the crystal (lattice) structure of lithium cobalt oxide, respectively. In addition, in the case of x, y, and z, the doping amount of M1, M2, and M3 is meant. Molar fractions of 0 ≦ x ≦ 0.02, 0 ≦ y ≦ 0.02, and 0 ≦ z ≦ 0.02 represented by Formulas 1 and 2 based on ppm (reference: 1 g of the core particles in total) In some cases, depending on the atomic weight of M1, M2, and M3 may vary, for example, Al may be 2000-4000 ppm, Ti and Mg may be 500-1500 ppm, respectively.

상기 도펀트의 도입 여부를 막론하고, 대입경 LiCoO2의 표면 일부 영역에 인위적으로 리튬 결핍 영역(Li deficient layer)을 형성한 것을 상기 코어 입자로 할 경우, 그 역학적(kinetic) 특성을 소입경 LiCoO2 수준으로 높일 수 있고, 이를 적용한 전지에 대하여 4.4 V까지 그 충전 전압을 적용하더라도, 내부 금속(Co) 용출 등의 문제는 발생하지 않을 수 있다.When the one, whether the introduction of whether the dopant to form the artificially lithium depletion region (Li deficient layer) on the surface of a part of the assigned path LiCoO 2 as the core particles, small that the mechanical (kinetic) characteristic diameter LiCoO 2 Even if the charging voltage is increased to 4.4 V and the charging voltage is applied to the battery to which the battery is applied, the problem such as internal metal (Co) dissolution may not occur.

다만, 상기 도펀트를 도입하면, 리튬 코발트 산화물의 결정 (격자) 구조를 안정화시킬 수 있고, 내부 금속(Co) 용출 등의 문제를 더욱 억제하는 데 도움이 될 수 있다.However, the introduction of the dopant may stabilize the crystal (lattice) structure of the lithium cobalt oxide, and may help to further suppress problems such as internal metal (Co) elution.

나아가, 대입경 LiCoO2의 표면 일부 영역에 인위적으로 리튬 결핍 영역(Li deficient layer)을 형성한 것을 상기 코어 입자로 하고, 그러한 코어 입자에 도펀트를 도입하고,) 상기 코어 입자의 표면을 개질 경우, 더욱 큰 시너지 효과가 발현되어, 4.2V초과, 4.4 V 이상, 나아가 4.45 V 이상의 충전 전압을 적용하더라도, 내부 금속(Co) 용출 등의 문제가 더욱 억제되어, 고용량 및 고출력 특성을 발현하면서도 안정성이 확보된 리튬 이차 전지를 구현할 수 있다.Furthermore, when the core particle is formed by artificially forming a lithium deficient layer on a part of the surface of the large particle size LiCoO 2 , and a dopant is introduced into the core particle, the surface of the core particle is modified. Even greater synergistic effects are developed and problems such as internal metal (Co) elution are further suppressed even when applying a charging voltage exceeding 4.2 V, 4.4 V or more, and 4.45 V or more, thereby ensuring stability while expressing high capacity and high power characteristics. The lithium secondary battery can be implemented.

상기 코어 입자는, 시판되는 물질을 구입하여 사용할 수 있지만, 이를 직접 제조하여 사용할 수도 있다.The core particles may be purchased by using a commercially available material, but may be prepared and used directly.

후자의 경우, 상기 혼합하는 단계; 이전에 상기 리튬 코발트계 산화물을 포함하는 코어 입자를 제조하는 단계;를 더 포함할 수 있다. In the latter case, the mixing step; The method may further include preparing core particles including the lithium cobalt-based oxide before.

구체적으로, 상기 리튬 코발트계 산화물을 포함하는 코어 입자를 제조하는 단계;는, 리튬 원료 물질 및 코발트 원료 물질이 0.95:1 내지 1.05:1의 몰비로 혼합된 제1 혼합물을 열처리하여, 리튬 코발트 산화물 결정 구조가 층상(layered) 구조인 입자를 형성하는 단계; 및 리튬 원료 물질 및 코발트 원료 물질이 0.65:1 내지 0.85:1의 몰비로 혼합된 제2 혼합물을 상기 리튬 코발트 산화물 결정 구조가 층상(layered) 구조인 입자와 혼합하여 열처리하는 단계;를 포함하는 것일 수 있다.Specifically, preparing a core particle including the lithium cobalt-based oxide; the heat treatment of the first mixture of the lithium raw material and the cobalt raw material mixed in a molar ratio of 0.95: 1 to 1.05: 1, lithium cobalt oxide Forming particles in which the crystal structure is a layered structure; And mixing the second mixture of the lithium raw material and the cobalt raw material in a molar ratio of 0.65: 1 to 0.85: 1 with heat treatment by mixing the lithium cobalt oxide crystal structure with particles having a layered structure. Can be.

상기 제1 혼합물을 열처리하는 공정에서 상기 제1 영역이 형성되고, 이후 상기 제2 혼합물과 혼합하여 열처리하는 공정에서 상기 제2 영역이 형성될 수 있다.The first region may be formed in the heat treatment of the first mixture, and then the second region may be formed in the heat treatment process by mixing with the second mixture.

코팅 전구체의 선택 및/또는 제조 공정Selection and / or Manufacturing Process of Coating Precursors

상기 니켈 코발트 망간계 수산화물 입자의 경우, 니켈 함량이 30 내지 50 몰%인 것을 사용할 수 있는데, 이른바 NCM 111 내지 523의 조성으로 시판되는 것을 구입하여 사용할 수도 있고, 이를 직접 제조하여 사용할 수도 있다.In the case of the nickel cobalt manganese hydroxide particles, the nickel content may be used in the range of 30 to 50 mol%, so-called commercially available in the composition of NCM 111 to 523 may be purchased, or may be prepared and used directly.

후자의 경우, 당업계에 일반적으로 알려진 공침법을 이용하여 상기 니켈 코발트 망간계 수산화물 입자를 제조할 수 있다. 예컨대, pH가 일정하게 유지되며 킬레이팅제가 유입되는 반응기에, 니켈 원료 물질, 코발트 원료 물질, 망간 원료 물질, 경우에 따라서는 도핑 원료 물질이 혼합된 수용액을 일정한 속도로 유입시켜, 공침시킬 수 있다. 이에 따른 공침 생성물은, 당업계에 일반적으로 알려진 수세 및 건조 공정을 거쳐 수득하고, 상기 원료의 혼합 공정에 투입할 수 있다. 다만, 이는 예시일 뿐, 이에 의해 상기 일 구현예가 제한되는 것은 아니다.In the latter case, the nickel cobalt manganese hydroxide particles may be prepared using coprecipitation methods generally known in the art. For example, in a reactor in which the pH is kept constant and the chelating agent is introduced, an aqueous solution mixed with nickel raw material, cobalt raw material, manganese raw material, and sometimes doping raw material may be introduced at a constant rate and coprecipitated. . The coprecipitation product thus obtained is obtained through a washing and drying step generally known in the art, and can be added to the mixing step of the raw materials. However, this is merely an example, whereby the embodiment is not limited.

Co용출 억제 특성 (패러미터)Co Elution Suppression Characteristics (Parameters)

한편, 상기 양극 활물질은 실제로, 50 내지 80 ℃ 범위의 온도에서 1주(week) 동안 저장 후, 4.4 V 내지 4.5 V 의 전압에서 방전 시, 상기 양극 활물질 1g 당 Co용출량이 100 내지 3000 ppm/g, 구체적으로 300 내지 2700 ppm/g 일 수 있다.On the other hand, the positive electrode active material is actually stored for 1 week at a temperature in the range of 50 to 80 ℃, when discharged at a voltage of 4.4 V to 4.5 V, Co dissolution amount per 100 g of the positive electrode active material 100 to 3000 ppm / g For example, it may be 300 to 2700 ppm / g.

이는, 상기 NCM으로 개질하지 않은 코어 입자 그 자체(bare)와 대비하여, Co용출량이 현저하게 감소된 것이며, 이러한 사실은 후술되는 실험예로부터 뒷받침된다. This is a significant decrease in Co elution compared to the core particle itself (bare) not modified with the NCM, which is supported by the experimental example described later.

여기서, Co 용출량은, 예를 들어, 다음과 같이 측정한 것일 수 있다: 측정 오차를 줄이기 위하여, 일반적인 전극 제조 시 로딩량보다 늘려, 전극 한면의 면적 당 양극 합제 로딩량을 60 내지 80mg/cm2 로 하고, 4.4 V 내지 4.5 V 의 범위 내에서 충전한 전극을 각각 준비하여 4ml 전해액과 함께 날젠 보틀에 넣는다. 전해액이 증발되는 것을 방지하게 위해 파라필름과 알루미늄 파우치로 완전하게 실링한다. 완전히 실링된 보틀을 60 ℃ 챔버에 1주일 보관한다. 1주일 후 전해액만 추출하기 위해 실링지 필터를 이용해 전해액 내에 부유물로 존재할 수 있는 양극 활물질을 완전히 제거한다. 전해액을 증발시켜 ICP를 통해 전해액 내 존재하는 즉 용출된 Co의 양을 정량한다. 정량이 확인된 Co를 처음 전해액에 넣었던 충전 전극의 LiCoO2 양극 할물질 무게로 나누어 Co 용출을 산정한다. 다만, 이는 일 예시일 뿐, 이에 의해 본 발명이 제한되는 것은 아니다.Here, the Co leaching amount may be measured, for example, as follows: In order to reduce the measurement error, the loading amount of the positive electrode mixture per area of one side of the electrode is increased to 60 to 80 mg / cm 2 by increasing the loading amount in general during manufacturing of the electrode. The electrodes charged within the range of 4.4 V to 4.5 V were prepared, respectively, and placed in a raw bottle with 4 ml of electrolyte. Seal completely with parafilm and aluminum pouch to prevent the electrolyte from evaporating. The fully sealed bottle is stored for one week in a 60 ° C chamber. After one week, to extract only the electrolyte, a sealing filter is used to completely remove the cathode active material that may be present as a suspended solid in the electrolyte. The electrolyte is evaporated to quantify the amount of Co present in the electrolyte, that is, eluted out through the ICP. Co elution is calculated by dividing Co, which has been confirmed for quantification, by the weight of LiCoO 2 cathode splitter of the charging electrode that was initially put in the electrolyte. However, this is merely an example, whereby the present invention is not limited.

리튬 이차 전지, 전지 모듈, 전지Lithium Secondary Battery, Battery Module, Battery

본 발명의 다른 구현예들에서는, 상기 일 구현예에 따라 양극 활물질을 적용하는 다양한 예시(양극, 리튬 이차 전지, 전지 모듈, 전지 팩 등)를 제공한다. In other embodiments of the present invention, various examples of applying a cathode active material according to the embodiment (anode, lithium secondary battery, battery module, battery pack, etc.) are provided.

상기 일 구현예에 따른 리튬 이차 전지는 양극, 양극과 대향하는 음극, 양극과 음극 사이에 배치되어 있는 세퍼레이터, 그리고 양극, 음극 및 세퍼레이터를 함침하는 전해액을 포함하는 전극 조립체와, 상기 전극 조립체를 담고 있는 전지 용기 및 상기 전지 용기를 밀봉하는 밀봉 부재를 포함한다.The lithium secondary battery according to the embodiment includes an electrode assembly including a positive electrode, a negative electrode facing the positive electrode, a separator disposed between the positive electrode and the negative electrode, and an electrolyte solution impregnated with the positive electrode, the negative electrode and the separator, and the electrode assembly And a sealing member for sealing the battery container.

상기 양극은 양극 집전체 및 상기 양극 집전체 위에 형성된 양극 활물질층을 포함하며, 상기 양극 활물질층은 전술한 양극 활물질을 포함한다. 이에 따라, 상기 전기 화학 소자는 고용량 및 고출력 특성을 발현하면서도 열적 안정성, 수명 특성 등이 우수하게 발현될 수 있다.The positive electrode includes a positive electrode current collector and a positive electrode active material layer formed on the positive electrode current collector, and the positive electrode active material layer includes the positive electrode active material described above. Accordingly, the electrochemical device can express excellent thermal stability and lifespan while expressing high capacity and high power characteristics.

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

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

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

상기 리튬 금속의 합금으로는 리튬과 Na, K, Rb, Cs, Fr, Be, Mg, Ca, Sr, Si, Sb, Pb, In, Zn, Ba, Ra, Ge, Al 또는 Sn의 금속과의 합금이 사용될 수 있다.Examples of the alloy of the lithium metal include lithium and metals of Na, K, Rb, Cs, Fr, Be, Mg, Ca, Sr, Si, Sb, Pb, In, Zn, Ba, Ra, Ge, Al, or Sn. Alloys can be used.

상기 리튬을 도프 및 탈도프할 수 있는 물질로는 Si, SiOx(0 < x < 2), Si-C 복합체, Si-Q 합금(상기 Q는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 13족 내지 16족 원소, 전이금속, 희토류 원소 또는 이들의 조합이며, Si은 아님), Sn, SnO2, Sn-C 복합체, Sn-R(상기 R은 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 13족 내지 16족 원소, 전이금속, 희토류 원소 또는 이들의 조합이며, Sn은 아님) 등을 들 수 있다. 상기 Q 및 R의 구체적인 원소로는, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Sc, Y, Ti, Zr, Hf, Rf, V, Nb, Ta, Db, Cr, Mo, W, Sg, Tc, Re, Bh, Fe, Pb, Ru, Os, Hs, Rh, Ir, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, B, Al, Ga, Sn, In, Ti, Ge, P, As, Sb, Bi, S, Se, Te, Po 또는 이들의 조합을 들 수 있다.Examples of materials capable of doping and undoping lithium include Si, SiO x (0 <x <2), Si-C composites, and Si-Q alloys (wherein Q is an alkali metal, an alkaline earth metal, and a group 13 to 16 element). , A transition metal, a rare earth element or a combination thereof, not Si), Sn, SnO 2 , Sn-C composite, Sn-R (wherein R is an alkali metal, an alkaline earth metal, an element of Group 13-16, a transition metal, Rare earth elements or a combination thereof, and not Sn). Specific elements of Q and R include Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Sc, Y, Ti, Zr, Hf, Rf, V, Nb, Ta, Db, Cr, Mo, W, Sg, Tc, Re, Bh, Fe, Pb, Ru, Os, Hs, Rh, Ir, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, B, Al, Ga, Sn, In, Ti, Ge, P, As, Sb, Bi, S, Se, Te, Po, or a combination thereof is mentioned.

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

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

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

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

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

상기 전해액은 비수성 유기 용매와 리튬염을 포함한다. The electrolyte solution contains a non-aqueous organic solvent and a lithium salt.

상기 비수성 유기 용매는 전지의 전기화학적 반응에 관여하는 이온들이 이동할 수 있는 매질 역할을 한다. The non-aqueous organic solvent serves as a medium through which ions involved in the electrochemical reaction of the battery can move.

상기 비수성 유기용매로는 카보네이트계, 에스테르계, 에테르계, 케톤계, 알코올계 또는 비양성자성 용매를 사용할 수 있다. 상기 카보네이트계 용매로는 디메틸 카보네이트(DMC), 디에틸 카보네이트(DEC), 디프로필 카보네이트(DPC), 메틸프로필 카보네이트(MPC), 에틸프로필 카보네이트(EPC), 메틸에틸 카보네이트(MEC), 에틸렌 카보네이트(EC), 프로필렌 카보네이트(PC), 부틸렌 카보네이트(BC) 등이 사용될 수 있으며, 상기 에스테르계 용매로는 메틸 아세테이트, 에틸 아세테이트, n-프로필 아세테이트, 1,1-디메틸에틸 아세테이트, 메틸프로피오네이트, 에틸프로피오네이트, γ-부티로락톤, 데카놀라이드(decanolide), 발레로락톤, 메발로노락톤(mevalonolactone), 카프로락톤(caprolactone) 등이 사용될 수 있다. 상기 에테르계 용매로는 디부틸 에테르, 테트라글라임, 디글라임, 디메톡시에탄, 2-메틸테트라히드로퓨란, 테트라히드로퓨란 등이 사용될 수 있으며, 상기 케톤계 용매로는 시클로헥사논 등이 사용될 수 있다. 또한 상기 알코올계 용매로는 에틸알코올, 이소프로필 알코올 등이 사용될 수 있으며, 상기 비양성자성 용매로는 R-CN(R은 C2 내지 C20의 직쇄상, 분지상 또는 환 구조의 탄화수소기이며, 이중결합 방향 환 또는 에테르 결합을 포함할 수 있다) 등의 니트릴류 디메틸포름아미드 등의 아미드류, 1,3-디옥솔란 등의 디옥솔란류, 설포란(sulfolane)류 등이 사용될 수 있다. The non-aqueous organic solvent may be a carbonate, ester, ether, ketone, alcohol or aprotic solvent. Examples of the carbonate solvent include dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), dipropyl carbonate (DPC), methylpropyl carbonate (MPC), ethylpropyl carbonate (EPC), methylethyl carbonate (MEC), and ethylene carbonate ( EC), propylene carbonate (PC), butylene carbonate (BC), etc. may be used, and the ester solvent may be methyl acetate, ethyl acetate, n-propyl acetate, 1,1-dimethylethyl acetate, methylpropionate. , Ethyl propionate, γ-butyrolactone, decanolide, valerolactone, mevalonolactone, caprolactone, and the like may be used. Dibutyl ether, tetraglyme, diglyme, dimethoxyethane, 2-methyltetrahydrofuran, tetrahydrofuran, etc. may be used as the ether solvent, and cyclohexanone may be used as the ketone solvent. have. In addition, ethyl alcohol, isopropyl alcohol, etc. may be used as the alcohol solvent, and as the aprotic solvent, R-CN (R is a C2 to C20 linear, branched or cyclic hydrocarbon group, Amides such as nitriles such as dimethyl formamide, dioxolanes such as 1,3-dioxolane, sulfolanes, and the like, may be used.

상기 비수성 유기 용매는 단독으로 또는 하나 이상 혼합하여 사용할 수 있으며, 하나 이상 혼합하여 사용하는 경우의 혼합 비율은 목적하는 전지 성능에 따라 적절하게 조절할 수 있고, 이는 당해 분야에 종사하는 사람들에게는 널리 이해될 수 있다.The non-aqueous organic solvent may be used alone or in combination of one or more, the mixing ratio in the case of using one or more mixed can be appropriately adjusted according to the desired battery performance, which is widely understood by those skilled in the art Can be.

또한, 상기 카보네이트계 용매의 경우 환형(cyclic) 카보네이트와 사슬형(chain) 카보네이트를 혼합하여 사용하는 것이 좋다. 이 경우 환형 카보네이트와 사슬형 카보네이트는 약 1:1 내지 약 1:9의 부피비로 혼합하여 사용하는 것이 전해액의 성능이 우수하게 나타날 수 있다. In the case of the carbonate solvent, it is preferable to use a mixture of cyclic carbonate and chain carbonate. 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 비수성 유기용매는 상기 카보네이트계 용매에 상기 방향족 탄화수소계 유기용매를 더 포함할 수도 있다. 이때 상기 카보네이트계 용매와 상기 방향족 탄화수소계 유기용매는 약 1:1 내지 약 30:1의 부피비로 혼합될 수 있다.The non-aqueous organic solvent may further include the aromatic hydrocarbon organic solvent in the carbonate solvent. In this case, the carbonate solvent and the aromatic hydrocarbon organic solvent may be mixed in a volume ratio of about 1: 1 to about 30: 1.

상기 비수성 전해질은 전지 수명을 향상시키기 위하여 비닐렌 카보네이트 또는 에틸렌 카보네이트계 화합물을 더욱 포함할 수도 있다.The non-aqueous electrolyte may further include a vinylene carbonate or ethylene carbonate-based compound to improve battery life.

상기 에틸렌 카보네이트계 화합물의 대표적인 예로는 디플루오로 에틸렌카보네이트, 클로로에틸렌 카보네이트, 디클로로에틸렌 카보네이트, 브로모에틸렌 카보네이트, 디브로모에틸렌 카보네이트, 니트로에틸렌 카보네이트, 시아노에틸렌 카보네이트, 플루오로에틸렌 카보네이트, 비닐렌 에틸렌 카보네이트 등을 들 수 있다. 상기 비닐렌 카보네이트 또는 상기 에틸렌 카보네이트계 화합물을 더욱 사용하는 경우 그 사용량을 적절하게 조절하여 수명을 향상시킬 수 있다.Representative examples of the ethylene carbonate compound include difluoro ethylene carbonate, chloroethylene carbonate, dichloroethylene carbonate, bromoethylene carbonate, dibromoethylene carbonate, nitroethylene carbonate, cyanoethylene carbonate, fluoroethylene carbonate, vinylene Ethylene carbonate etc. are mentioned. When the vinylene carbonate or the ethylene carbonate-based compound is further used, the amount thereof may be appropriately adjusted to improve life.

상기 리튬염은 상기 비수성 유기 용매에 용해되어, 전지 내에서 리튬 이온의 공급원으로 작용하여 기본적인 리튬 이차 전지의 작동을 가능하게 하고, 양극과 음극 사이의 리튬 이온의 이동을 촉진하는 역할을 하는 물질이다. 상기 리튬염의 대표적인 예로는 LiPF6, LiBF4, LiSbF6, LiAsF6, LiC4F9SO3, LiClO4, LiAlO2, LiAlCl4, LiN(CxF2x+1SO2)(CyF2y+1SO2)(여기서, x 및 y는 자연수임), LiCl, LiI, LiB(C2O4)2(리튬 비스옥살레이토 보레이트(lithium bis(oxalato) borate; LiBOB) 또는 이들의 조합을 들 수 있으며, 이들을 지지(supporting) 전해염으로 포함한다. 상기 리튬염의 농도는 0.1 내지 2.0M 범위 내에서 사용하는 것이 좋다. 리튬염의 농도가 상기 범위에 포함되면, 전해질이 적절한 전도도 및 점도를 가지므로 우수한 전해질 성능을 나타낼 수 있고, 리튬 이온이 효과적으로 이동할 수 있다.The lithium salt is dissolved in the non-aqueous organic solvent, acts as a source of lithium ions in the battery to enable the operation of the basic lithium secondary battery, and serves to promote the movement of lithium ions between the positive electrode and the negative electrode to be. Representative examples of the lithium salt are LiPF 6 , LiBF 4 , LiSbF 6 , LiAsF 6 , LiC 4 F 9 SO 3 , LiClO 4 , LiAlO 2 , LiAlCl 4 , LiN (C x F 2x + 1 SO 2 ) (C y F 2y +1 SO 2 ), where x and y are natural numbers, LiCl, LiI, LiB (C 2 O 4 ) 2 (lithium bis (oxalato) borate (LiBOB) or combinations thereof The lithium salt may be used within the range of 0.1 to 2.0 M. When the concentration of the lithium salt is included in the above range, the electrolyte has an appropriate conductivity and viscosity. It can exhibit excellent electrolyte performance, and lithium ions can move effectively.

상기 세퍼레이터는 음극과 양극을 분리하고 리튬 이온의 이동 통로를 제공하는 것으로 리튬 전지에서 통상적으로 사용되는 것이라면 모두 사용가능하다.  즉, 전해질의 이온 이동에 대하여 저저항이면서 전해액 함습 능력이 우수한 것이 사용될 수 있다.  예를 들어, 유리 섬유, 폴리에스테르, 테프론, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 또는 이들의 조합물 중에서 선택된 것으로서, 부직포 또는 직포 형태이어도 무방하다.  예를 들어, 리튬이온전지에는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등과 같은 폴리올레핀계 고분자 세퍼레이터가 주로 사용되고, 내열성 또는 기계적 강도 확보를 위해 세라믹 성분 또는 고분자 물질이 포함된 코팅된 세퍼레이터가 사용될 수도 있으며, 선택적으로 단층 또는 다층 구조로 사용될 수 있다.The separator may be used as long as it is commonly used in lithium batteries by separating the negative electrode from the positive electrode and providing a passage for moving lithium ions. In other words, a low resistance to the ion migration of the electrolyte and excellent in the ability to hydrate the electrolyte can be used. For example, it is selected from glass fiber, polyester, Teflon, polyethylene, polypropylene, polytetrafluoroethylene (PTFE), or a combination thereof, and may be in a nonwoven or woven form. For example, a polyolefin-based polymer separator such as polyethylene or polypropylene is mainly used for a lithium ion battery, and a coated separator containing a ceramic component or a polymer material may be used to secure heat resistance or mechanical strength, and optionally, a single layer or a multilayer. Can be used as a structure.

상기 일 구현예의 리튬 금속 전지는 소형 디바이스의 전원으로 사용되는 단위 셀에 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 다수의 전지셀들을 포함하는 중대형 전지 모듈에 단위전지로도 사용될 수 있다. 나아가, 상기 전지 모듈을 포함하는 전지 팩이 구성될 수 있다.The lithium metal battery of the above embodiment can be used not only in a unit cell used as a power source of a small device, but also can be used as a unit battery in a medium-large battery module including a plurality of battery cells. Furthermore, a battery pack including the battery module may be configured.

본 발명의 구현예들에 따르면, 고용량 및 고출력 특성을 발현하면서도 안정성이 확보된 리튬 이차 전지를 구현할 수 있다.According to the embodiments of the present invention, it is possible to implement a lithium secondary battery that ensures stability while expressing high capacity and high output characteristics.

실시예 1 및 2, 그리고 비교예 1 내지 3에 대해, 특정 조건으로 충/방전 사이클을 2회 진행한 후, 각 전지 내에 발생한 Co 용출량을 측정하여 기록한 것이다.
실시예 1 및 2, 그리고 비교예 1 내지 3에 대해, 특정 조건으로 충/방전 사이클을 2회 진행한 후, 각 전지 내에 발생한 가스 발생량을 측정하여 기록한 것이다.
실시예 1 및 2, 그리고 비교예 1 내지 3에 대해, 전지의 전기화학적 특성을 평가하여 기록한 것이다.
In Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 3, after performing two charge / discharge cycles under specific conditions, the amount of Co elution generated in each battery was measured and recorded.
In Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 3, after performing two charge / discharge cycles under specific conditions, the amount of gas generated in each battery was measured and recorded.
For Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 3, the electrochemical characteristics of the battery were evaluated and recorded.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예, 이에 대비되는 비교예, 이들을 평가하는 실험예를 기재한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일뿐 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, preferred examples of the present invention, comparative examples, and experimental examples for evaluating them are described. However, the following examples are only preferred embodiments of the present invention, and the present invention is not limited to the following examples.

실시예 1 (LCO 코어 @ NCN 111 코팅; 상기 일 구현예의 활물질 표면 개질법)Example 1 (LCO core @ NCN 111 coating; active material surface modification method of the above embodiment)

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

1) 코어 입자의 제조 1) Preparation of Core Particles

Co3O4 및 Li2CO3의 건식 혼합물을 노(Furnace)에서 1050 ℃에서 8시간 동안 소성하여, Al이 도핑된 리튬 코발트 산화물(LiCoO2) 입자를 형성하였다. 상기 건식 혼합물에 있어서, Co3O4 및 Li2CO3 에 있어서 Li : Co의 몰비가 1 : 1 되도록 하였다.The dry mixture of Co 3 O 4 and Li 2 CO 3 was calcined for 8 hours at 1050 ° C. in a furnace to form Al-doped lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ) particles. In the dry mixture, the molar ratio of Li: Co in Co 3 O 4 and Li 2 CO 3 was set to 1: 1.

이후, 리튬 코발트 산화물(LiCoO2) 입자를 제1 영역으로 하고, 그 외면에 리튬 결핍 영역을 형성하기 위해, 상기 노(furnace)에, Co3O4 및 Li2CO3을 추가로 투입하여 건식 혼합한 뒤 800 ℃에서 6시간 동안 소성하였다. 상기 제2 영역 형성 시 추가로 투입하는 물질들에 있어서, Co3O4 및 Li2CO3 에 있어서 Li : Co의 몰비가 0.3 : 1가 되도록 하였다.Subsequently, in order to form lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ) particles as a first region and to form a lithium deficient region on its outer surface, Co 3 O 4 and Li 2 CO 3 are further added to the furnace to dry. The mixture was calcined at 800 ° C. for 6 hours. In the materials added during the formation of the second region, the molar ratio of Li: Co in Co 3 O 4 and Li 2 CO 3 was set to 0.3: 1.

이에 따라, 상기 제1 영역(LiCoO2) 표면에, 20 ㎚ 두께의 제2 영역(Li0.3CoO2)이 형성된 코어 입자를 수득할 수 있었다(전체 코어 입자의 D50: 18 ㎛).As a result, a core particle having a 20 nm thick second region (Li 0.3 CoO 2 ) formed on the surface of the first region (LiCoO 2 ) was obtained (D50 of all core particles: 18 μm).

2) 코팅층의 형성 2) Formation of Coating Layer

상기 코어 입자에 대해, NCM 전구체 및 Li 원료 물질을 혼합하고, 900 ℃에서 6 시간 동안 소성하여, 상기 코어 입자 표면에 30 ㎚ 두께의 NCM 111 코팅층이 형성된 양극 활물질을 수득하였다. For the core particles, an NCM precursor and a Li raw material were mixed and calcined at 900 ° C. for 6 hours to obtain a cathode active material having a 30 nm thick NCM 111 coating layer formed on the surface of the core particles.

상기 코팅층 조성을 고려하여, 상기 NCM 전구체로는 Ni : Co : Mn 의 몰비가 1:1:1인 (NiCoMn)OOH를 사용하고, 상기 Li 원료 물질은 Li2CO3를 사용하며, Li/Me의 몰비가 1.02이 되게끔(여기서, Me=Ni, Co, 및 Mn의 전체 몰수), 상기 NCM 전구체 및 상기 Li 원료 물질의 화학양론적 몰비를 제어하였다. In consideration of the coating layer composition, (NiCoMn) OOH having a molar ratio of Ni: Co: Mn of 1: 1: 1 is used as the NCM precursor, and the Li raw material is Li 2 CO 3 , The stoichiometric molar ratio of the NCM precursor and the Li raw material was controlled so that the molar ratio was 1.02 (where the total moles of Me = Ni, Co, and Mn).

(2) 리튬 이차 전지의 제작(2) fabrication of a lithium secondary battery

실시예 1의 양극 활물질을 사용하여 양극을 제조하고, 이와 별도로 음극을 제조하여, 당업계에서 통상적으로 알려진 방법에 따라 전지로 조립하였다.A positive electrode was prepared using the positive electrode active material of Example 1, a negative electrode was prepared separately, and assembled into a battery according to a method commonly known in the art.

1) 양극의 제조1) Preparation of Anode

구체적으로, 실시예 1의 양극 활물질을 사용하고, 도전재로는 카본 블랙을 사용하고, 바인더로는 폴리비닐리덴플루오라이드(PVdF)를 사용하여, 이들을 96 : 2 : 2 의 중량비(기재 순서는, 양극 활물질:도전재:바인더)로 혼합하고, N-메틸 피롤리돈(NMP) 용매를 이용하여 양극 슬러리를 제조하였다. Specifically, the positive electrode active material of Example 1 was used, carbon black was used as the conductive material, and polyvinylidene fluoride (PVdF) was used as the binder, and these were weight ratios of 96: 2: 2. , Positive electrode active material: conductive material: binder), and a positive electrode slurry was prepared using N-methyl pyrrolidone (NMP) solvent.

20 ㎛ 두께의 알루미늄 호일 표면에, 상기 제조된 양극 슬러리를 15 g/cm2의 로딩량으로 도포하고, 130 ℃에서 2 시간 건조하여 양극을 제조한 후 롤 프레스를 실시하여, 양극으로 수득하였다. On the surface of 20 μm thick aluminum foil, the prepared positive electrode slurry was applied at a loading amount of 15 g / cm 2 , dried at 130 ° C. for 2 hours to prepare a positive electrode, and then roll-pressed to obtain a positive electrode.

2-1) 음극의 제조 (CFC, Coin Full Cell에 적용)2-1) Preparation of negative electrode (applied to CFC, Coin Full Cell)

음극 활물질로는 천연 흑연을 사용하고, 도전재로는 카본 블랙을 사용하고, 바인더로는 스티렌-부타디엔 고무(SBR)를 사용하여, 이들을 이들을 96 : 2 : 2 의 중량비 (기재 순서는, 음극 활물질:도전재:바인더)로 혼합하여 음극 슬러리를 제조하였다. Natural graphite is used as the negative electrode active material, carbon black is used as the conductive material, and styrene-butadiene rubber (SBR) is used as the binder, and these are weight ratios of 96: 2: 2 (the order of the negative electrode active material is : Conductive material: binder) to prepare a negative electrode slurry.

상기 제조된 음극 슬러리를 구리 호일에 도포하고, 60 ℃에서 12 시간 진공 건조하여 음극을 제조한 후 롤 프레스를 실시하였다.The prepared negative electrode slurry was applied to a copper foil, vacuum dried at 60 ° C. for 12 hours to prepare a negative electrode, and then roll press was performed.

2-2) 기준 전극 (CHC, Coin Half Cell 에 적용)2-2) Reference Electrode (applied to CHC, Coin Half Cell)

300 ㎛ 두께의 리튬 호일(Li metal foil)을 기준 전극으로 사용하였다.Li metal foil of 300 μm thickness was used as a reference electrode.

3-1) 전지의 조립 (CFC, Coin Full Cell)3-1) Assembly of Battery (CFC, Coin Full Cell)

상기 양극 및 상기 음극을 사용하고, 세퍼레이터로는 폴리에틸렌 세퍼레이터(제조사: 셀가드, 두께 = 12 ㎛)를 사용하고, 전해질(1몰의 리튬헥사프루오로포스페이트 (LiPF6), 에틸렌 카보네이트(EC)/ 디메틸카보네이트(DMC) = 1/ 1 부피비)을 주입하여 최종적으로 코인 풀 셀 형태의 리튬 이자 전지를 제작하였다. The positive electrode and the negative electrode were used, and as a separator, a polyethylene separator (manufacturer: Celgard, thickness = 12 μm) was used, and an electrolyte (1 mol of lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) and ethylene carbonate (EC)) was used. / Dimethyl carbonate (DMC = 1/1 volume ratio) was injected to finally produce a lithium full battery in the form of a coin full cell.

3-2) 전지의 조립 (CHC, Coin Half Cell)3-2) Battery Assembly (CHC, Coin Half Cell)

상기 제조된 양극을 작동 전극으로, 상기 300 ㎛ 두께의 리튬 호일(Li metal foil)을 기준 전극으로 사용한 점을 제외하고, 상기 3-1)과 동일한 방법으로 코인 하프 셀 형태의 리튬 이자 전지를 제작하였다.A coin half cell type lithium interest battery was manufactured by the same method as 3-1), except that the prepared anode was used as a working electrode, and the 300 μm-thick lithium foil was used as a reference electrode. It was.

단, 상기 양극의 제조, 상기 음극의 제조, 및 상기 전지의 조립에 있어서 생략된 설명은, 당업계에서 통상적으로 알려진 방법에 따른다.However, the descriptions omitted in the production of the positive electrode, the production of the negative electrode, and the assembly of the battery are in accordance with methods commonly known in the art.

실시예 2 (LCO 코어 @ NCN 523 코팅; 상기 일 구현예의 활물질 표면 개질법)Example 2 (LCO Core @ NCN 523 Coating; Active Material Surface Modification of One Embodiment)

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

실시예 1과 달리, 상기 코팅층 조성을 고려하여, 상기 NCM 전구체로는 Ni : Co : Mn 의 몰비가 5:2:3인 (Ni0.5Co0.2Mn0.3)OOH를 사용하고, 상기 Li 원료 물질은 Li2CO3를 사용하며, Li/Me의 몰비가 1.02이 되게끔(여기서, Me=Ni, Co, 및 Mn의 전체 몰수), 상기 NCM 전구체 및 상기 Li 원료 물질의 화학양론적 몰비를 제어하였다. 이 점을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 실시예 2의 양극 활물질을 제조하였다.Unlike Example 1, in consideration of the coating layer composition, (Ni 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 ) OOH having a molar ratio of 5: 2: 3 of Ni: Co: Mn is used as the NCM precursor, and the Li raw material is Li 2 CO 3 was used to control the stoichiometric molar ratio of the NCM precursor and the Li raw material such that the molar ratio of Li / Me was 1.02 (where Me = Ni, Co, and Mn total moles). Except for this point, a positive electrode active material of Example 2 was prepared in the same manner as in Example 1.

(2) 리튬 이차 전지의 제작(2) fabrication of a lithium secondary battery

실시예 2의 양극 활물질을 이용하여, 실시예 1과 동일한 방법으로 양극을 제조하고, 전지를 제작하였다.Using the positive electrode active material of Example 2, a positive electrode was produced in the same manner as in Example 1 to fabricate a battery.

비교예 1 (Bare)Comparative Example 1 (Bare)

(1) 양극 활물질의 선택(1) Selection of the positive electrode active material

시판되는 LCO (D50: 18 ㎛)를 비교예 1의 양극 활물질로 사용하였다.Commercially available LCO (D50: 18 μm) was used as the positive electrode active material of Comparative Example 1.

(2) 리튬 이차 전지의 제작(2) fabrication of a lithium secondary battery

비교예 1의 양극 활물질을 이용하여, 실시예 1과 동일한 방법으로 양극을 제조하고, 전지를 제작하였다.Using the positive electrode active material of Comparative Example 1, a positive electrode was produced in the same manner as in Example 1 to prepare a battery.

비교예 2 (LCO 코어 @ NCN 111 코팅;Comparative Example 2 (LCO Core @ NCN 111 Coating; 전구체 표면 개질법Precursor surface modification ))

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

Co3O4 입자들 50g을 Ni:Co:Mn=1:1:1의 몰비가 되도록 황산니켈(NiSO4)과 황산코발트(CoSO4)와 황산망간(MnSO4)이 혼합된 혼합 수용액 500ml에 분산시키고 수산화 나트륨을 사용하여 Co3O4 입자들에 Ni-Co-Mn계 수산화물을 공침하였다. 이러한 분산계를 여과 세정하고, 120℃에서 건조시켜. Ni-Co-Mn계 수산화물이 Co3O4 입자들 표면에 형성된 전구체 시료를 얻었다.The nickel sulphate to a mole ratio of 1 (NiSO 4) and cobalt sulfate (CoSO 4) and manganese sulfate (MnSO 4) are mixed a mixed aqueous solution 500ml: Co 3 O 4 particles, 50g of Ni: Co: Mn = 1: 1 Dispersed and co-precipitated Ni-Co-Mn based hydroxides to the Co 3 O 4 particles using sodium hydroxide. This dispersion system was filtered and washed at 120 ° C. A precursor sample was obtained in which a Ni-Co-Mn-based hydroxide was formed on the surfaces of Co 3 O 4 particles.

상기 전구체 50g에 입자내 총 원소들의 몰비가 Li:M(Ni, Co, Mn)=1:1의 몰비가 되도록 LiOH.H2O를 26.4g 첨가하여 지르코니아 볼과 함께 볼밀을 이용해 혼합한 후, 혼합물을 공기 분위기하에서 1050℃에서 15시간 고온에서 소성하여,수행하여 코어-쉘 구조의 활물질을 합성하였다.After adding 26.4 g of LiOH.H 2 O to a molar ratio of total elements in the particles to a molar ratio of Li: M (Ni, Co, Mn) = 1: 1 to 50 g of the precursor, and mixing with a zirconia ball using a ball mill, The mixture was calcined at 1050 ° C. for 15 hours at high temperature in an air atmosphere to carry out to synthesize a core-shell structured active material.

(2) 리튬 이차 전지의 제작(2) fabrication of a lithium secondary battery

비교예 2의 양극 활물질을 이용하여, 실시예 1과 동일한 방법으로 양극을 제조하고, 전지를 제작하였다.Using the positive electrode active material of Comparative Example 2, a positive electrode was produced in the same manner as in Example 1 to prepare a battery.

비교예 3 (LCO 코어 @ NCN 523 코팅;Comparative Example 3 (LCO Core @ NCN 523 Coating; 전구체 표면 개질법Precursor surface modification ))

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

Co3O4 입자들 50g을 Ni:Co:Mn=5:2:3의 몰비가 되도록 황산니켈(NiSO4)과 황산코발트(CoSO4)와 황산망간(MnSO4)이 혼합된 혼합 수용액 500ml에 분산시키고 수산화 나트륨을 사용하여 Co3O4 입자들에 Ni-Co-Mn계 수산화물을 공침하였다. 이러한 분산계를 여과 세정하고, 120℃에서 건조시켜. Ni-Co-Mn계 수산화물이 Co3O4 입자들 표면에 형성된 전구체 시료를 얻었다.The third nickel sulfate so that the molar ratio of (NiSO 4) and cobalt sulfate (CoSO 4) and manganese sulfate (MnSO 4) are mixed a mixed aqueous solution 500ml: Co 3 O 4 particles, 50g of Ni: Co: Mn = 5: 2 Dispersed and co-precipitated Ni-Co-Mn based hydroxides to the Co 3 O 4 particles using sodium hydroxide. This dispersion system was filtered and washed at 120 ° C. A precursor sample was obtained in which a Ni-Co-Mn-based hydroxide was formed on the surfaces of Co 3 O 4 particles.

상기 전구체 50g에 입자내 총 원소들의 몰비가 Li:M(Ni, Co, Mn)=1:1의 몰비가 되도록 LiOH.H2O를 26.4g 첨가하여 지르코니아 볼과 함께 볼밀을 이용해 혼합한 후, 혼합물을 공기 분위기하에서 1050℃에서 15시간 고온에서 소성하여,수행하여 코어-쉘 구조의 활물질을 합성하였다.After adding 26.4 g of LiOH.H 2 O to a molar ratio of the total elements in the particles to a molar ratio of Li: M (Ni, Co, Mn) = 1: 1, the mixture was mixed with a zirconia ball by using a ball mill. The mixture was calcined at 1050 ° C. for 15 hours at high temperature in an air atmosphere to carry out to synthesize a core-shell structured active material.

(2) 리튬 이차 전지의 제작(2) fabrication of a lithium secondary battery

비교예 3의 양극 활물질을 이용하여, 실시예 1과 동일한 방법으로 양극을 제조하고, 전지를 제작하였다.Using the positive electrode active material of Comparative Example 3, a positive electrode was produced in the same manner as in Example 1 to prepare a battery.

실험예 1: 고온 저장 후 Co 용출량 및 가스 발생량 평가Experimental Example 1: Evaluation of Co Elution and Gas Generation After High Temperature Storage

실시예 1 및 2, 그리고 비교예 1 내지 3에 대해, 각각 고온 저장 특성을 평가하였다. 고온 저장 특성 평가 항목은 Co 용출량 및 가스 발생량의 두 가지이며, 각 항목의 평가 방법은 다음과 같다.For Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 3, the high temperature storage characteristics were evaluated, respectively. There are two items for evaluating high temperature storage characteristics, Co leaching amount and gas generation amount, and the evaluation method of each item is as follows.

Co 용출량 : 앞서 설명한 바와 같이 측정하였다. 구체적으로, 전극 한면의 면적 당 양극 합제 로딩량을 80mg/cm2 로 하고, 4.55V 로 충전한 양극을 각각 준비하여 4ml 전해액[EC:DMC =3:7, VC 2wt%]과 함께 날젠 보틀에 넣었다. 전해액이 증발되는 것을 방지하게 위해, 상기 날젠 보틀을 파라필름과 알루미늄 파우치로 완전하게 실링하였다. 이처럼 완전히 실링된 보틀을 60 ℃ 챔버에 1주일 보관하였다. 1주일 후 전해액만 추출하기 위해 실링지 필터를 이용해 전해액 내에 부유물로 존재할 수 있는 양극 활물질을 완전히 제거하였다. 이후, 전해액을 증발시켜 ICP를 통해 전해액 내 존재하는 즉 용출된 Co의 양을 정량하였다. 이에 따라 정량이 확인된 Co를 처음 전해액에 넣었던 충전 양극의 양극 할물질 무게로 나누어, Co 용출을 산정하였다. Co elution : measured as described above. Specifically, a positive electrode mixture loading amount of 80 mg / cm 2 per area of one side of the electrode was prepared, and a positive electrode charged at 4.55 V was prepared, respectively, and 4 ml electrolyte [EC: DMC = 3: 7, VC 2 wt%] was added to the raw bottle. Put in. In order to prevent the electrolyte from evaporating, the raw Jen bottle was completely sealed with parafilm and aluminum pouch. This fully sealed bottle was stored for one week in a 60 ° C. chamber. After one week, the cathode active material, which may be present as a suspended solid in the electrolyte, was completely removed using a sealing paper filter to extract only the electrolyte solution. Thereafter, the electrolyte was evaporated to quantify the amount of Co that was present in the electrolyte through the ICP. As a result, Co was eluted by dividing Co, which was confirmed to be quantified, by the weight of the anode splitting material of the charged anode that was first put into the electrolyte.

이에 따른 Co 용출량 평가 결과는 도 1 및 표 1에 나타내었다.The Co leaching amount evaluation results are shown in FIG. 1 and Table 1.

가스 발생량 : 실시예 1 및 2, 그리고 비교예 1 내지 3의 각 리튬 이차 전지에 대해, 4.4~4.5V 의 구동 전압 범위, 및 0.2 C/0.2 C의 조건으로 충/방전 사이클을 2회 진행한 후, 각 전지 내에 발생한 가스 발생량을 측정하였다. Gas generation amount : For each of the lithium secondary batteries of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 3, two charge / discharge cycles were carried out under a driving voltage range of 4.4 to 4.5 V and 0.2 C / 0.2 C. Thereafter, the amount of gas generated in each battery was measured.

이에 따른 가스 발생량 평가 결과는 도 2 및 표 1에 나타내었다. The gas generation amount evaluation results are shown in FIG. 2 and Table 1. FIG.

전압Voltage 4.55 V4.55 V 샘플Sample 실시예 1Example 1 실시예 2Example 2 비교예 1Comparative Example 1 비교예 2Comparative Example 2 비교예 3Comparative Example 3 Co 용출량(ppm/g)Co leaching amount (ppm / g) 23552355 25552555 35093509 30433043 28752875 가스 발생량(㎕/g)Gas generation amount (μl / g) 43584358 50205020 75127512 61106110 66726672

표 1, 도 1 및 2 를 살펴보면, 비교예 1 내지 3에 대비하여 실시예 1 및 2의 Co 용출량 및 가스 발생량이 현저하게 낮은 것을 확인할 수 있다. Looking at Table 1, Figures 1 and 2, compared to Comparative Examples 1 to 3 it can be seen that the Co leaching amount and the gas generation amount of Examples 1 and 2 is significantly lower.

(1) 비교예 1에 대한 실시예 1 및 2의 이점(1) Advantages of Examples 1 and 2 over Comparative Example 1

특히 비교예 1(Bare)에 대비하여, 실시예 1 및 2의 Co 용출량이 낮은 것은, NCM 표면 개질에 의한 효과이다. 앞서 설명한 바와 같이, 상기 NCM의 결정 구조는, 결정 구조는, 4.2V초과, 4.4 V 이상, 나아가 4.45 V 이상의 충전 전압을 적용하더라도, 그 구조의 안정성이 유지될 수 있다. 또한, 상기 NCM은 그 자체로 코어와 마찬가지로 전지의 용량을 구현할 수 있는 물질이다.In particular, in contrast to Comparative Example 1 (Bare), the Co elution amount of Examples 1 and 2 is low, the effect of the NCM surface modification. As described above, the crystal structure of the NCM, even if the crystal structure is applied to a charging voltage exceeding 4.2V, 4.4V or more, and 4.45V or more, the stability of the structure can be maintained. In addition, the NCM is a material that can implement the capacity of the battery as the core itself.

이에 따라, 4.2V초과, 4.4 V 이상, 심지어 상기 실험예와 같이 4.45 V 이상의 충전 전압을 적용하더라도, 내부 금속(Co) 용출 및 이에 따른 가스 발생의 문제가 발생하지 않도록 할 수 있는 것이다.Accordingly, even if a charging voltage of 4.2 V or more, 4.4 V or more, or even 4.45 V or more as in the above experimental example is applied, problems of internal metal (Co) elution and consequent gas generation can be prevented from occurring.

(2) 비교예 2 및 3에 대한 실시예 1 및 2의 이점(2) Advantages of Examples 1 and 2 over Comparative Examples 2 and 3

다만, 비교예 2 및 3에서도 NCM으로 표면 개질하였지만, 실시예 1 및 2에 대비하여 Co 용출량 및 가스 발생량이 높은 것은, 앞서 설명한 "전구체 표면 개질법"을 이용하여 표면 개질하였기 때문이다. In Comparative Examples 2 and 3, however, the surface was modified by NCM. However, the Co-eluted amount and the gas generation amount were higher than those of Examples 1 and 2 because the surface was modified using the "precursor surface modification method" described above.

특히, 상기 전구체 표면 개질법에 따라 실제로 수득되는 생성물의 구조는, 상기 일 구현예의 활물질 표면 개질법에 따라 실제로 수득되는 생성물의 구조와 상이하기 때문이다. 보다 구체적으로, 상기 전구체 표면 개질법에 따르면, 소성 공정에 있어서, 리튬 원료 물질이 코어-쉘 구조의 전구 물질 내부의 코어까지 확산되기 어려워, 리튬 코발트계 산화물로 전환되지 못한 채 코발트 원료 물질 상태로 남아있는 부분이 발생할 수 있는 것이다. In particular, the structure of the product actually obtained by the precursor surface modification method is different from the structure of the product actually obtained by the active material surface modification method of the above embodiment. More specifically, according to the precursor surface modification method, in the firing process, the lithium raw material is difficult to diffuse to the core inside the core material of the core-shell structure, and remains in the cobalt raw material state without being converted into lithium cobalt-based oxide. That part can happen.

그에 반면, 상기 일 구현예의 활물질 표면 개질법에 따르면, 이미 코발트 원료 물질로부터 완전히 리튬 코발트계 산화물로 전환된 코어 입자를 리튬 니켈 코발트 망간계 수산화물 입자를 건식 혼합한 뒤 소성하므로, 그 생성물의 코어 입자에 코발트 원료 물질이 전혀 포함되지 않을 수 있다. 여기서, 코발트 원료 물질은 전지의 용량을 구현할 수 없는 물질이므로, 코발트 원료 물질이 코어 입자에 불가피하게 혼재된 경우(상기 2 단계 합성법, 즉 비교예 2 및 3), 코어 입자에 코발트 원료 물질이 전혀 포함되지 않은 경우(상기 일 구현예의 1단계 합성법, 즉 실시예 1 및 2)보다, 전지 용량 구현에 불리함이 있다는 것이, 상기 실험예로부터 입증된다.On the other hand, according to the active material surface modification method of the embodiment, since the core particles, which have already been completely converted from the cobalt raw material to the lithium cobalt oxide, are dry mixed with lithium nickel cobalt manganese hydroxide particles and calcined, the core particles of the product Cobalt raw material may not be included at all. Here, since the cobalt raw material is a material that can not realize the capacity of the battery, if the cobalt raw material is inevitably mixed in the core particles (the two-step synthesis method, that is, Comparative Examples 2 and 3), the cobalt raw material is not in the core particles at all When not included (one step synthesis method of the embodiment, that is, Examples 1 and 2), it is demonstrated from the above experimental example that there is a disadvantage in implementing the battery capacity.

공정 효율의 측면에서도, 상기 일 구현예의 활물질 표면 개질의 이점이 있음은 물론이다.In terms of process efficiency, of course, there is an advantage of the active material surface modification of the embodiment.

(3) 실시예 1 및 2의 상호 비교(3) Comparing Example 1 and 2

한편, 실시예 1 및 2를 상호 비교하였을 때, 실시예 1의 대비하여 실시예 2의 Co 용출량 및 가스 발생량이 낮은 것을 확인할 수 있다.On the other hand, compared with Example 1 and 2, compared with Example 1, it can be confirmed that the amount of Co elution and gas generated in Example 2 is low.

동일한 방법으로 실시예 1 및 2를 제조하였음에도 불구하고, 상호 효과 차이가 있는 것은, 코팅층(즉, NCM) 조성의 차이에 기인한 것이다.Although Examples 1 and 2 were prepared in the same manner, the difference in the mutual effects was due to the difference in the coating layer (ie, NCM) composition.

구체적으로, NCM 111 조성은, NCM523 조성에 대비하여 Co 용출 및 가스 발생을 억제하는 효과가 큰데, 이는, NCM523 조성에 대비하여 Ni 함량이 과량인 NCM 111 조성의 고전압 안정성이 우수하여, 활물질 표면에서 전해액과의 부반응을 억제하는 효과가 더 크기 때문이다.Specifically, the NCM 111 composition has a greater effect of suppressing Co dissolution and gas generation compared to the NCM523 composition, which is excellent in high voltage stability of the NCM 111 composition having an excessive Ni content compared to the NCM523 composition, It is because the effect which suppresses side reaction with electrolyte solution is larger.

물론, 상기 일 구현예의 활물질 표면 개질법에 의한다면, NCM 111 조성의 표면개질 및 NCM523 조성의 표면개질 모두, 활물질 표면에서 전해액과의 부반응을 억제하는 효과가 우수한 것이다.Of course, of the above embodiment According to the active material surface modification method, both the surface modification of the NCM 111 composition and the surface modification of the NCM523 composition are excellent in suppressing side reactions with the electrolyte on the surface of the active material.

실험예 2: 전지의 전기화학적 특성 평가Experimental Example 2: Evaluation of Electrochemical Characteristics of Battery

실시예 1 및 2, 그리고 비교예 1 내지 3에 대해, 전지의 전기화학적 특성을 확인하였다. 구체적으로, 각 전지의 50 사이클(Cycle)을 진행하며, 그 평가 결과를 도 3에 기록하였다. For Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 3, the electrochemical properties of the battery were confirmed. Specifically, 50 cycles of each battery were performed, and the evaluation results were recorded in FIG. 3.

Charge: 0.5C, CC/CV, 4.55 V, 1/20C cut-offCharge: 0.5C, CC / CV, 4.55 V, 1 / 20C cut-off

Discharge: 1.0C, CC, 3.0 V, cut-offDischarge: 1.0C, CC, 3.0 V, cut-off

도 3을 참고하면, 비교예 1 내지 3에 대비하여, 실시예 1 및 2의 50 사이클 후 용량 유지율이 현저하게 높은 것을 확인할 수 있다. 이는, 앞서 실험예 1에서 확인한, Co 용출량 및 가스 발생량과 연계될 수 있다. 구체적으로, 비교예 1 내지 3에 대비하여, Co 용출량 및 가스 발생량이 낮은 실시예 1 및 2 전지의 전기화학적 특성이 향상될 수 있는 것이다. Referring to Figure 3, compared to Comparative Examples 1 to 3, it can be seen that the capacity retention rate is significantly higher after 50 cycles of Examples 1 and 2. This may be associated with the Co leaching amount and the gas generation amount, which was confirmed in Experimental Example 1 above. Specifically, in comparison with Comparative Examples 1 to 3, the electrochemical characteristics of the Examples 1 and 2 batteries with low Co elution amount and gas generation amount may be improved.

즉, 실시예 1 및 2 양극 활물질은 구조적으로 안정한 NCM으로 표면개질되어, 4.45 V 이상의 고전압에서도 Co 용출 및 가스 발생이 억제되어, 전지의 전기화학적 특성을 향상시킬 수 있는 것이다.That is, the first and second positive electrode active materials are surface-modified by structurally stable NCM, and co-dissolution and gas generation are suppressed even at a high voltage of 4.45 V or higher, thereby improving the electrochemical characteristics of the battery.

특히, 비교예 1에 대비하여 실시예 1 및 2 전지의 전기화학적 특성이 월등히 향상된 것은, 실시예 1 및 2의 각 양극 활물질에 포함된 NCM 그 자체도 전지의 용량을 향상시키는 데 기여하기 때문이다. In particular, the electrochemical properties of the Examples 1 and 2 batteries are significantly improved compared to Comparative Example 1, because NCM itself contained in each of the cathode active materials of Examples 1 and 2 also contributes to improving the capacity of the batteries. .

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements of those skilled in the art using the basic concepts of the present invention defined in the following claims are also provided. It belongs to the scope of rights.

Claims (14)

리튬 코발트계 산화물을 포함하는 코어 입자, 니켈 코발트 망간계 수산화물 입자, 및 리튬 원료 물질을 건식 혼합하는 단계; 및
상기 건식 혼합물을 소성하여, 상기 리튬 코발트 산화물을 포함하는 코어 입자 표면에 리튬 니켈 코발트 망간계 산화물을 포함하는 코팅층을 형성하는 단계;를 포함하는,
리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법.
Dry mixing the core particles comprising lithium cobalt oxide, the nickel cobalt manganese hydroxide particles, and the lithium raw material; And
Firing the dry mixture to form a coating layer including lithium nickel cobalt manganese oxide on a surface of the core particle including the lithium cobalt oxide;
The manufacturing method of the positive electrode active material for lithium secondary batteries.
제1항에 있어서,
상기 혼합하는 단계;에서,
상기 리튬 코발트 산화물을 포함하는 코어 입자 및 상기 니켈 코발트 망간계 수산화물 입자의 혼합물 총량에 대해, 상기 니켈 코발트 망간계 수산화물 입자가 500 내지 50000 ppm으로 포함되는 것인,
리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법.
The method of claim 1,
In the mixing step;
Regarding the total amount of the mixture of the core particles including the lithium cobalt oxide and the nickel cobalt manganese hydroxide particles, the nickel cobalt manganese hydroxide particles are included in an amount of 500 to 50000 ppm,
The manufacturing method of the positive electrode active material for lithium secondary batteries.
제1항에 있어서,
상기 니켈 코발트 망간계 수산화물 총량 100 몰% 중, 니켈 함량이 30 내지 50 몰%인 것인,
리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법.
The method of claim 1,
In the total amount of nickel cobalt manganese hydroxide 100 mol%, the nickel content is 30 to 50 mol%,
The manufacturing method of the positive electrode active material for lithium secondary batteries.
제1항에 있어서,
상기 코팅하는 단계;에서,
상기 소성 온도는 700 내지 1100 ℃인 것인,
리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법.
The method of claim 1,
In the coating step;
The firing temperature is 700 to 1100 ℃,
The manufacturing method of the positive electrode active material for lithium secondary batteries.
제1항에 있어서,
상기 코팅하는 단계;에서,
상기 소성 시간은 5 내지 10 시간인 것인,
리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법.
The method of claim 1,
In the coating step;
The firing time is 5 to 10 hours,
The manufacturing method of the positive electrode active material for lithium secondary batteries.
제1항에 있어서,
상기 혼합하는 단계; 이전에,
상기 코어 입자를 제조하는 단계;를 더 포함하는,
리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법.
The method of claim 1,
Mixing; Before,
Producing the core particles; further comprising,
The manufacturing method of the positive electrode active material for lithium secondary batteries.
제6항에 있어서,
상기 코어 입자의 D50 입경은,
12 내지 25 ㎛인 것인,
리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법.
The method of claim 6,
D50 particle diameter of the core particles,
12 to 25 μm,
The manufacturing method of the positive electrode active material for lithium secondary batteries.
제7항에 있어서,
상기 혼합하는 단계; 이전에 상기 리튬 코발트계 산화물을 포함하는 코어 입자를 제조하는 단계;를 더 포함하고,
상기 리튬 코발트계 산화물을 포함하는 코어 입자를 제조하는 단계;는,
리튬 원료 물질 및 코발트 원료 물질이 0.95:1 내지 1.05:1의 몰비로 혼합된 제1 혼합물을 열처리하여, 리튬 코발트 산화물 결정 구조가 층상(layered) 구조인 입자를 형성하는 단계; 및
리튬 원료 물질 및 코발트 원료 물질이 0.65:1 내지 0.85:1의 몰비로 혼합된 제2 혼합물을 상기 리튬 코발트 산화물 결정 구조가 층상(layered) 구조인 입자와 혼합하여 열처리하는 단계;를 포함하는 것인,
리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법.
The method of claim 7, wherein
Mixing; Further comprising; preparing a core particle comprising the lithium cobalt-based oxide;
Preparing a core particle including the lithium cobalt oxide;
Heat treating a first mixture of a lithium raw material and a cobalt raw material in a molar ratio of 0.95: 1 to 1.05: 1 to form particles in which the lithium cobalt oxide crystal structure is a layered structure; And
And mixing the second mixture of the lithium raw material and the cobalt raw material in a molar ratio of 0.65: 1 to 0.85: 1 with heat treatment by mixing the lithium cobalt oxide crystal structure with particles having a layered structure. ,
The manufacturing method of the positive electrode active material for lithium secondary batteries.
제8항에 있어서,
상기 코어 입자는,
리튬 코발트 산화물 결정 구조가 층상(layered) 구조인 제1 영역; 및
상기 제 1영역과의 경계면으로부터, 상기 코어 입자의 표면에 이르기까지, 리튬 코발트계 산화물의 결정 구조가 스피넬(spinel) 구조이거나, 스피넬(spinel) 구조 및 층상(layered) 구조가 혼재된 제2 영역;을 포함하는 것인,
리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법.
The method of claim 8,
The core particle is,
A first region in which the lithium cobalt oxide crystal structure is a layered structure; And
From the interface with the first region to the surface of the core particle, the crystal structure of the lithium cobalt oxide is a spinel structure, or a second region in which a spinel structure and a layered structure are mixed. Containing;
The manufacturing method of the positive electrode active material for lithium secondary batteries.
제9항에 있어서,
상기 제1 영역은, 하기 화학식 1로 표시되는 것인,
리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법:
[화학식 1]
Lia1Co(1-x1-y1-z1)M1x1M2y1M3z1O2
상기 화학식 1에서,
M1, M2, 및 M3는 각각 독립적으로, Ti, Mg, Al, Zr, Ba, Ca, Zr, Ti, Mg, Ta, Nb, 및 Mo 를 포함하는 군에서 선택되는 1종이고,
a1, x1, y1, 및 z1은 각각, 0.95≤a2≤1.05, 0≤x2≤0.02, 0≤y2≤0.02, 및 0≤z2≤0.02를 만족하는 값이다.
The method of claim 9,
The first region is represented by the following formula (1),
Method for producing a positive electrode active material for a lithium secondary battery:
[Formula 1]
Li a1 Co (1-x1-y1-z1) M1 x1 M2 y1 M3 z1 O 2
In Chemical Formula 1,
M1, M2, and M3 are each independently one selected from the group containing Ti, Mg, Al, Zr, Ba, Ca, Zr, Ti, Mg, Ta, Nb, and Mo,
a1, x1, y1, and z1 are values satisfying 0.95 ≦ a2 ≦ 1.05, 0 ≦ x2 ≦ 0.02, 0 ≦ y2 ≦ 0.02, and 0 ≦ z2 ≦ 0.02, respectively.
제9항에 있어서,
상기 제2 영역은, 하기 화학식 2로 표시되는 것인,
리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법:
[화학식 2]
Lia1-m1Co(1-x1-y1-z1)M1x1M2y1M3z1O2
상기 화학식 2에서,
M1, M2, 및 M3는 각각 독립적으로, Ti, Mg, Al, Zr, Ba, Ca, Zr, Ti, Mg, Ta, Nb, 및 Mo 를 포함하는 군에서 선택되는 1종이고,
a1, x1, y1, z1, 및 m1은 각각, 0.95≤a1≤1.05, 0≤x1≤0.02, 0≤y1≤0.02, 0≤z1≤0.02, 및 0 <m1<0.25를 만족하는 값이다.
The method of claim 9,
The second region is represented by the following formula (2),
Method for producing a positive electrode active material for a lithium secondary battery:
[Formula 2]
Li a1-m1 Co (1-x1-y1-z1) M1 x1 M2 y1 M3 z1 O 2
In Chemical Formula 2,
M1, M2, and M3 are each independently one selected from the group containing Ti, Mg, Al, Zr, Ba, Ca, Zr, Ti, Mg, Ta, Nb, and Mo,
a1, x1, y1, z1, and m1 are values satisfying 0.95 ≦ a1 ≦ 1.05, 0 ≦ x1 ≦ 0.02, 0 ≦ y1 ≦ 0.02, 0 ≦ z1 ≦ 0.02, and 0 <m1 <0.25, respectively.
제1항에 따라 제조된, 리튬 이차 전지용 양극 활물질.
A cathode active material for a lithium secondary battery prepared according to claim 1.
제12항에 있어서,
상기 양극 활물질은,
50 내지 80℃ 범위의 온도에서 1주(week) 동안 저장 후, 4.4 V 내지 4.5 V 의 전압에서 방전 시,
상기 양극 활물 질1g 당 Co용출량이 100 내지 3000 ppm/g 인 것인,
리튬 이차 전지용 양극 활물질.
The method of claim 12,
The positive electrode active material,
When stored at a temperature in the range of 50 to 80 ° C. for 1 week, then discharged at a voltage of 4.4 V to 4.5 V,
Co leaching amount per 1 g of the positive electrode active material is 100 to 3000 ppm / g,
Cathode active material for lithium secondary battery.
제12항의 양극 활물질을 포함하는 양극;
전해질; 및
음극;을 포함하는,
리튬 이차 전지.
A positive electrode comprising the positive electrode active material of claim 12;
Electrolyte; And
Including, the cathode;
Lithium secondary battery.
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