KR20210100526A - Positive electrode active material for lithium secondary battery, positive electrode including same, and lithium secondary battery including same - Google Patents

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Abstract

화학식 1로 표시되는 리튬 복합 금속 산화물, 및 리튬 복합 금속 산화물 표면에 형성되며 에어로젤을 포함하는 표면층을 포함하는 리튬 이차 전지용 양극 활물질과, 이를 포함한 양극과 리튬 이차 전지가 제공된다. 화학식 1은 상세한 설명에 기재되어 있다.A cathode active material for a lithium secondary battery including a lithium composite metal oxide represented by Formula 1, and a surface layer formed on the surface of the lithium composite metal oxide and including an airgel, and a cathode and a lithium secondary battery including the same are provided. Formula 1 is described in the detailed description.

Description

리튬 이차 전지용 양극 활물질, 이를 포함하는 양극 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지Positive electrode active material for lithium secondary battery, positive electrode including same, and lithium secondary battery including same

리튬 이차 전지용 양극 활물질, 및 이를 포함하는 양극과 리튬 이차 전지에 관한 것이다.A cathode active material for a lithium secondary battery, and a cathode and a lithium secondary battery including the same.

휴대용 전자기기, 통신기기 등이 발전함에 따라 고에너지 밀도의 리튬 이차 전지에 대한 개발의 필요성이 높다. With the development of portable electronic devices and communication devices, there is a high need for the development of a lithium secondary battery having a high energy density.

리튬 이차 전지의 양극 활물질로는 리튬 코발트 산화물, 리튬 니켈 코발트 알루미늄 복합 산화물, 리튬 니켈 망간 코발트 복합 산화물 등이 사용된다. As a cathode active material of a lithium secondary battery, lithium cobalt oxide, lithium nickel cobalt aluminum composite oxide, lithium nickel manganese cobalt composite oxide, and the like are used.

단, 양극 활물질이 고온에서 전해액이나 수분, 이산화탄소 등의 외부 물질들과 접촉함에 따라 산소 등의 가스 또는 전기화학적 비활성 물질인 리튬 수산화물, 리튬염 등 부반응 물질을 생성할 우려가 있다. 상기 부반응 물질은 양극 활물질의 수명 특성과 열안정성을 저하시키므로, 충방전 중 전해액이나 외부 물질들이 양극 활물질과 직접적으로 접촉하는 것을 차단할 필요가 있다.However, as the positive electrode active material comes into contact with external substances such as electrolyte, moisture, and carbon dioxide at a high temperature, there is a risk of generating a gas such as oxygen or a side reaction material such as lithium hydroxide and lithium salt, which are electrochemically inactive materials. Since the side reaction material reduces the lifespan characteristics and thermal stability of the positive electrode active material, it is necessary to block direct contact of the electrolyte or external materials with the positive electrode active material during charging and discharging.

수명 특성과 셀 저항 특성이 우수한 리튬 이차 전지용 양극 활물질, 및 이를 포함하는 양극을 제공하고자 한다.An object of the present invention is to provide a positive electrode active material for a lithium secondary battery having excellent lifespan characteristics and cell resistance characteristics, and a positive electrode including the same.

또한 전술한 양극 활물질을 포함한 양극을 구비하여 수명 특성과 셀 저항 특성이 모두 우수한 리튬 이차 전지를 제공하고자 한다.In addition, an object of the present invention is to provide a lithium secondary battery excellent in both lifespan characteristics and cell resistance characteristics by having a positive electrode including the above-described positive electrode active material.

일 구현예에 따르면 화학식 1로 표현되는 리튬 복합 금속 산화물, 및 상기 리튬 복합 금속 산화물 표면에 형성되며 에어로젤을 포함하는 표면층을 포함하는 리튬 이차 전지용 양극 활물질이 제공된다.According to one embodiment, there is provided a cathode active material for a lithium secondary battery comprising a lithium composite metal oxide represented by Chemical Formula 1, and a surface layer formed on the surface of the lithium composite metal oxide and including an airgel.

[화학식 1][Formula 1]

Lia(NixM'yM"z)O2 Li a (Ni x M' y M" z )O 2

상기 화학식 1에서, M'은 Co, Mn, Ni, Al, Mg 및 Ti로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소이고, M"은 Ca, Mg, Al, Ti, Sr, Fe, Co, Mn, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, 및 B로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소이며, 0.8 < a ≤ 1.3, 0.6 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 0.4, 0 ≤ z ≤ 0.4 및 x+y+z = 1의 범위를 가질 수 있다. In Formula 1, M' is at least one element selected from the group consisting of Co, Mn, Ni, Al, Mg and Ti, and M" is Ca, Mg, Al, Ti, Sr, Fe, Co, Mn , Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, and at least one element selected from the group consisting of B, 0.8 < a ≤ 1.3, 0.6 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 0.4, 0 ≤ z ≤ 0.4 and x+y+z=1.

다른 일 구현예에 따르면, 에어로젤 입자를 건조하는 단계, 및 리튬 복합 금속 산화물 표면에 상기 건조된 에어로젤 입자를 포함하는 표면층을 형성하는 것을 포함하는 리튬 이차 전지용 양극 활물질 제조 방법이 제공된다.According to another embodiment, there is provided a method of manufacturing a cathode active material for a lithium secondary battery comprising drying the airgel particles, and forming a surface layer including the dried airgel particles on the surface of the lithium composite metal oxide.

또 다른 일 구현예에 따르면 전술한 리튬 이차 전지용 양극 활물질을 포함하는 양극과, 이를 포함하는 리튬 이차 전지가 제공된다.According to another embodiment, a positive electrode including the above-described positive electrode active material for a lithium secondary battery, and a lithium secondary battery including the same are provided.

수명 특성과 셀 저항 특성이 우수한 리튬 이차 전지용 양극 활물질, 및 이를 포함하는 양극을 제공할 수 있다.It is possible to provide a positive electrode active material for a lithium secondary battery having excellent lifespan characteristics and cell resistance characteristics, and a positive electrode including the same.

또한 전술한 양극 활물질을 포함한 양극을 구비하여 수명 특성과 셀 저항 특성이 모두 우수한 리튬 이차 전지를 제공할 수 있다.In addition, it is possible to provide a lithium secondary battery excellent in both lifespan characteristics and cell resistance characteristics by providing a positive electrode including the above-described positive electrode active material.

도 1은 일 구현예에 따른 리튬 이차 전지용 양극 활물질을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2는 일 구현예에 따른 양극 활물질을 포함한 양극을 구비한 리튬 이차 전지의 구조를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 3은 일 구현예에 따른 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 투과전자현미경(Transmission election microscope, TEM) 이미지를 나타낸 것이다.
도 4는 실시예 1과 비교예에 따른 리튬 이차전지용 양극 활물질의 X선 회절 분석 결과를 나타낸 것이다.
도 5는 실시예 1(실선)과 비교예(점선)에 따른 리튬 이차전지용 양극 활물질을 포함한 코인 하프셀의 수명 특성을 각각 나타낸 그래프이다.
도 6은 실시예 1과 비교예에 따른 리튬 이차전지용 양극 활물질을 포함한 코인 하프셀에 대한 셀 저항 특성을 나타낸 그래프이다.
1 schematically shows a cathode active material for a lithium secondary battery according to an embodiment.
2 schematically shows the structure of a lithium secondary battery having a positive electrode including a positive electrode active material according to an exemplary embodiment.
3 shows a transmission election microscope (TEM) image of a cathode active material for a lithium secondary battery according to an exemplary embodiment.
4 shows the results of X-ray diffraction analysis of the positive active material for a lithium secondary battery according to Example 1 and Comparative Example.
5 is a graph showing the lifespan characteristics of a coin half cell including a positive active material for a lithium secondary battery according to Example 1 (solid line) and Comparative Example (dotted line), respectively.
6 is a graph showing the cell resistance characteristics of the coin half cell including the positive active material for a lithium secondary battery according to Example 1 and Comparative Example.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, the embodiments of the present invention will be described in detail so that those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can easily implement them. The present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein. In order to clearly explain the present invention in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and the same reference numerals are assigned to the same or similar components throughout the specification.

여러 실시예들에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적으로 일 실시예에서 설명하고, 그 외의 실시예에서는 일 실시예와 다른 구성에 대해서만 설명하기로 한다.In various embodiments, components having the same configuration will be typically described in one embodiment using the same reference numerals, and only configurations different from the one embodiment will be described in other embodiments.

일 구현예에서 각종 입자들의 크기, 입경에 관해서는, 계측법에 의해 수치화하여 집단의 평균 크기를 표현하는 방법이 있지만, 범용적으로 사용되는 것으로 분포의 최대값을 나타내는 모드 직경, 적분 분포 곡선의 중앙값에 상당하는 메디안 직경, 각종 평균 직경(수평균, 길이 평균, 면적 평균, 질량 평균, 체적 평균 등)등이 있고 본 발명에 있어서는 특별히 언급하지 않는 한 평균 크기, 평균 입경이란 수평균 크기, 직경이고, D50(분포율이 50% 되는 지점의 입경)을 측정한 것을 의미한다.In one embodiment, with respect to the size and particle diameter of various particles, there is a method of expressing the average size of a group by quantifying it by a metrology method, but it is universally used and the mode diameter indicating the maximum value of the distribution, the median value of the integral distribution curve There are median diameters and various average diameters (number average, length average, area average, mass average, volume average, etc.) corresponding to , means that D50 (particle diameter at the point where the distribution rate is 50%) was measured.

이하, 일 구현예에 따른 리튬 이차 전지용 양극 활물질에 대해 설명한다.Hereinafter, a positive active material for a lithium secondary battery according to an embodiment will be described.

도 1은 일 구현예에 따른 리튬 이차 전지용 양극 활물질을 개략적으로 나타낸 것이다. 도 1을 참고하면, 일 구현예에 따른 리튬 이차 전지용 양극 활물질(11)은 리튬 복합 금속 산화물(12)과, 상기 리튬 복합 금속 산화물(12) 상에 형성된 표면층(13)을 포함할 수 있다. 1 schematically shows a cathode active material for a lithium secondary battery according to an embodiment. Referring to FIG. 1 , a positive active material 11 for a lithium secondary battery according to an exemplary embodiment may include a lithium composite metal oxide 12 and a surface layer 13 formed on the lithium composite metal oxide 12 .

상기 리튬 복합 금속 산화물(12)은 리튬 니켈계 산화물을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 리튬 복합 금속 산화물(12)은 하기 화학식 1로 표시될 수 있다.The lithium composite metal oxide 12 may include a lithium nickel-based oxide. Specifically, the lithium composite metal oxide 12 may be represented by Formula 1 below.

[화학식 1][Formula 1]

Lia(NixM'yM"z)O2 Li a (Ni x M' y M" z )O 2

상기 화학식 1에서, M'은 Co, Mn, Ni, Al, Mg 및 Ti로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소이고, M"은 Ca, Mg, Ba, Al, Ti, Sr, Fe, Co, Mn, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, 및 B로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소이며, 0.8 < a ≤ 1.3, 0.6 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 0.4, 0 ≤ z ≤ 0.4 및 x+y+z = 1의 범위를 가질 수 있다. 상기 화학식 1로 표시되는 리튬 복합 금속 산화물(12), 구체적으로, 니켈 함량이 60 몰% 이상인 리튬 니켈계 산화물을 양극 활물질(11)로 사용하는 경우, 고용량을 가질 뿐 아니라 율 특성 등의 전기화학적 특성이 우수한 리튬 이차 전지를 구현할 수 있다. In Formula 1, M' is at least one element selected from the group consisting of Co, Mn, Ni, Al, Mg and Ti, and M" is Ca, Mg, Ba, Al, Ti, Sr, Fe, Co , Mn, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, and at least one element selected from the group consisting of B, 0.8 < a ≤ 1.3, 0.6 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 0.4, 0 ≤ It may have a range of z ≤ 0.4 and x + y + z = 1. The lithium composite metal oxide 12 represented by Formula 1, specifically, a lithium nickel-based oxide having a nickel content of 60 mol% or more is used as a positive electrode active material ( 11), it is possible to realize a lithium secondary battery having a high capacity and excellent electrochemical properties such as rate characteristics.

예를 들어, 상기 리튬 복합 금속 산화물(12)은 하기 화학식 2로 표시되는 리튬 니켈계 산화물일 수 있다.For example, the lithium composite metal oxide 12 may be a lithium nickel-based oxide represented by Formula 2 below.

[화학식 2][Formula 2]

Lia(NixCoyM"z)O2 Li a (Ni x Co y M" z )O 2

상기 화학식 2에서, M"은 Al, Mg, Ba, Ti, Zr, Y, 및 Mn로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1종의 원소이고, 0.8 < a ≤ 1.3, 0.6 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 0.4, 0 ≤ z ≤ 0.4 및 x+y+z = 1이다. 한편, 상기 화학식 2에서, M"은 Al일 수 있고, 0.8 < a ≤ 1.3, 0 ≤ y ≤ 0.2, 0 ≤ z ≤ 0.2 및 x+y+z = 1일 수도 있다.In Formula 2, M" is at least one element selected from the group consisting of Al, Mg, Ba, Ti, Zr, Y, and Mn, and 0.8 < a ≤ 1.3, 0.6 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 0.4, 0 ≤ z ≤ 0.4, and x+y+z = 1. Meanwhile, in Formula 2, M″ may be Al, 0.8 < a ≤ 1.3, 0 ≤ y ≤ 0.2, 0 ≤ z ≤ 0.2 and x+y+z=1.

상기 화학식 2로 표시되는 3성분계 리튬 니켈 코발트 알루미늄계 산화물 또는 리튬 니켈 코발트 망간계 산화물은 리튬 니켈 산화물의 고용량성, 리튬 알루미늄 (망간) 산화물의 열적 안정성과 경제성, 및 리튬 코발트 산화물의 안정한 전기화학적 특성과 같은 장점들을 결합하여 우수한 전지 특성을 나타낼 수 있다.The three-component lithium nickel cobalt aluminum oxide or lithium nickel cobalt manganese oxide represented by Formula 2 has high capacity of lithium nickel oxide, thermal stability and economy of lithium aluminum (manganese) oxide, and stable electrochemical properties of lithium cobalt oxide By combining the above advantages, excellent battery characteristics can be exhibited.

상기 표면층(13)은 에어로젤(aerogel)을 포함할 수 있다. 본 실시예에 따른 양극 활물질(11)은 에어로젤로 표면층(13)을 형성하므로 표면층(13) 형성시 활물질에 가해지는 손상이 적을 뿐 아니라, 전해액과의 부반응을 억제하고 셀 저항이 개선되어 전지의 수명특성을 향상시킬 수 있다. The surface layer 13 may include an airgel. Since the positive electrode active material 11 according to this embodiment forms the surface layer 13 with airgel, the damage applied to the active material when the surface layer 13 is formed is small, and the side reaction with the electrolyte is suppressed and the cell resistance is improved. Life characteristics can be improved.

일 구현예에서, 상기 표면층(13)에 포함되는 에어로젤은 소수성 에어로젤일 수 있다. 예를 들어, 일 구현예에서 에어로젤은 소수성 에어로젤을 포함할 수 있다. 상기 표면층(13)은 리튬 복합 금속 산화물(12) 100 중량%을 기준으로 예를 들어 0.05 중량% 내지 3 중량%, 예를 들어 0.1 중량% 내지 3 중량% 함유되어 있을 수 있다. 양극 활물질(11) 내 표면층(13)이 상기 범위 내로 함유되는 경우, 리튬 복합 금속 산화물(12)의 충방전 반응을 방해하지 않으면서 리튬 복합 금속 산화물(12)을 전해액이나 수분, 이산화탄소 등 외부 물질들로부터 효과적으로 보호할 수 있다.In one embodiment, the airgel included in the surface layer 13 may be a hydrophobic airgel. For example, in one embodiment, the airgel may include a hydrophobic airgel. The surface layer 13 may contain, for example, 0.05 wt% to 3 wt%, for example 0.1 wt% to 3 wt%, based on 100 wt% of the lithium composite metal oxide 12. When the surface layer 13 in the positive electrode active material 11 is contained within the above range, the lithium composite metal oxide 12 is treated with an electrolyte solution, moisture, carbon dioxide, etc. without interfering with the charge/discharge reaction of the lithium composite metal oxide 12 . can be effectively protected from

상기 표면층(13)에서 에어로젤이 차지하는 비율은 예를 들어 50 중량% 이상, 60 중량% 이상, 70 중량% 이상, 80 중량% 이상, 90 중량% 이상일 수 있고, 심지어 100 중량%일 수도 있다. 표면층(13) 내 에어로젤의 비율이 상기와 같을 경우, 리튬 복합 금속 산화물의 충방전 반응을 방해하지 않으면서 리튬 복합 금속 산화물을 전해액이나 수분, 이산화탄소 등 외부 물질들로부터 효과적으로 보호할 수 있다.The proportion of airgel in the surface layer 13 may be, for example, 50% by weight or more, 60% by weight or more, 70% by weight or more, 80% by weight or more, 90% by weight or more, and even 100% by weight. When the ratio of the airgel in the surface layer 13 is the same as above, it is possible to effectively protect the lithium composite metal oxide from external substances such as electrolyte, moisture, and carbon dioxide without interfering with the charge/discharge reaction of the lithium composite metal oxide.

일 구현예에서, 표면층(13)은 소수성을 가질 수 있다. 상기 표면층(13)의 소수성은 소수성 에어로젤에 기인한 것일 수 있다. 일 구현예에서, 상기 표면층(13)의 소수성은 상기 소수성 에어로젤에 기인한 것일 수도 있다. 소수성 표면으로 인해 수분으로 인한 양극 활물질의 구조 붕괴 등을 억제할 수 있다. In one embodiment, the surface layer 13 may be hydrophobic. The hydrophobicity of the surface layer 13 may be due to hydrophobic airgel. In one embodiment, the hydrophobicity of the surface layer 13 may be due to the hydrophobic airgel. Due to the hydrophobic surface, it is possible to suppress structural collapse of the positive electrode active material due to moisture.

일 구현예에서, 표면층(13)은 리튬 복합 금속 산화물(12) 표면을 적어도 일부 덮고 있을 수도 있고, 전부 덮고 있을 수도 있다. 표면층(13)이 리튬 복합 금속 산화물(12) 표면을 전부 덮고 있을 경우, 리튬 복합 금속 산화물(12)을 전해액이나 수분, 이산화탄소 등 외부 물질들로부터 효과적으로 보호할 수 있다. 또한, 상기 표면층(13)은 리튬 복합 금속 산화물(12)의 전부 또는 일부를 덮는 막(film) 형태 또는 섬(island)형태로 형성될 수 있다. In one embodiment, the surface layer 13 may cover at least a part of the surface of the lithium composite metal oxide 12, or may cover the entire surface. When the surface layer 13 covers the entire surface of the lithium composite metal oxide 12 , the lithium composite metal oxide 12 can be effectively protected from external substances such as electrolyte, moisture, and carbon dioxide. In addition, the surface layer 13 may be formed in the form of a film or an island covering all or a part of the lithium composite metal oxide 12 .

일 구현예에서, 표면층(13)의 두께는 리튬 복합 금속 산화물(12)의 크기, 소재, 에어로젤의 소재, 에어로젤의 소수화도 등에 따라 달라질 수 있으나, 예를 들어 20 nm 내지 70 nm, 예를 들어 30 nm 내지 70 nm, 예를 들어 약 50 nm 일 수 있다. 표면층(13)의 두께가 상기 범위 내인 경우, 리튬 복합 금속 산화물(12)의 충방전 반응을 방해하지 않으면서 리튬 복합 금속 산화물(12)을 전해액이나 수분, 이산화탄소 등 외부 물질들로부터 효과적으로 보호할 수 있다.In one embodiment, the thickness of the surface layer 13 may vary depending on the size, material, material of the airgel, the degree of hydrophobicity of the airgel, etc. of the lithium composite metal oxide 12, for example, from 20 nm to 70 nm, for example 30 nm to 70 nm, for example about 50 nm. When the thickness of the surface layer 13 is within the above range, the lithium composite metal oxide 12 can be effectively protected from external substances such as electrolyte, moisture, and carbon dioxide without interfering with the charge/discharge reaction of the lithium composite metal oxide 12. there is.

일 구현예에서, 상기 에어로젤의 비표면적은 에어로젤의 소재, 사용된 에어로젤 입자의 크기 등에 따라 달라질 수 있으나, 예를 들어 80 m2/g 내지 300 m2/g, 예를 들어 100 m2/g 내지 300 m2/g, 예를 들어 150 m2/g 내지 250 m2/g, 예를 들어 약 200 m2/g 일 수 있다. 에어로젤의 비표면적이 전술한 범위를 만족하는 경우, 일 구현예에 따른 리튬 이차 전지용 양극 활물질(11)이 우수한 리튬 이온 전도성을 나타낼 수 있다. 상기 에어로젤의 비표면적은 공지된 BET(Brunauer-Emmett-Teller) 비표면적 측정 장치를 이용하여 측정할 수 있다.In one embodiment, the specific surface area of the airgel may vary depending on the material of the airgel, the size of the airgel particles used, etc., but for example, 80 m 2 /g to 300 m 2 /g, for example 100 m 2 /g to 300 m 2 /g, for example 150 m 2 /g to 250 m 2 /g, for example about 200 m 2 /g. When the specific surface area of the airgel satisfies the aforementioned range, the positive active material 11 for a lithium secondary battery according to an embodiment may exhibit excellent lithium ion conductivity. The specific surface area of the airgel may be measured using a known Brunauer-Emmett-Teller (BET) specific surface area measuring device.

일 구현예에서, 상기 에어로젤 입자의 평균 입경은 표면층(13)의 두께, 에어로젤의 소재, 에어로젤의 소수화도 등에 따라 달라질 수 있으나, 예를 들어 5 nm 내지 50 nm, 예를 들어 20 nm 내지 40 nm, 예를 들어 약 30 nm 일 수 있다.In one embodiment, the average particle diameter of the airgel particles may vary depending on the thickness of the surface layer 13, the material of the airgel, the degree of hydrophobicity of the airgel, etc., but for example, 5 nm to 50 nm, for example 20 nm to 40 nm , for example about 30 nm.

일 구현예에서, 에어로젤은 실리카(SiO2) 에어로젤을 포함할 수 있다. 예를 들어, 에어로젤은 실리카 에어로젤일 수 있다. 실리카 에어로젤을 사용하여 표면층(13)을 형성할 경우, 전지의 수명 특성 및 셀 저항을 개선할 수 있다. 실리카 에어로젤은 실리카 습윤겔을 세척/건조하여 제조하는 등의 방법을 이용하여 제조할 수 있다. 또는 실리카 에어로젤을 소수화 처리하여 소수화도가 높은 실리카 에어로젤을 제조할 수도 있다. 실리카 에어로젤은 비교적 용이하게 입수할 수 있는 소재이며, 소수성을 갖도록 처리된 실리카 에어로젤을 이용하면 비교적 저비용으로 높은 소수성을 갖는 표면층(13)을 형성할 수 있다. 다만, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니며, 일 구현예에 따른 소수성 에어로젤은 소수성을 갖도록 가공된 다양한 소재로 이루어진 에어로젤, 예를 들어, 소수화 처리된 탄소 에어로젤 등을 포함할 수 있다. In one embodiment, the airgel may include silica (SiO 2 ) airgel. For example, the airgel may be a silica airgel. When the surface layer 13 is formed using silica airgel, the lifespan characteristics and cell resistance of the battery can be improved. Silica airgel can be prepared using a method such as washing/drying silica wet gel. Alternatively, a silica airgel having a high degree of hydrophobization may be prepared by hydrophobizing the silica airgel. Silica airgel is a relatively easily available material, and if the silica airgel treated to have hydrophobicity is used, the surface layer 13 having high hydrophobicity can be formed at a relatively low cost. However, the scope of the present invention is not limited thereto , and the hydrophobic airgel according to an embodiment may include an airgel made of various materials processed to have hydrophobicity, for example, hydrophobicized carbon airgel, and the like.

전술한 바와 같이 일 구현예에 따른 양극 활물질(11)은 리튬 복합 금속 산화물(12) 표면에 소수성을 갖는 표면층(13)을 형성함으로써 전해액이나 수분, 이산화탄소 등 외부 물질로부터 리튬 복합 금속 산화물(12)을 보호할 수 있다. 그 결과, 리튬 복합 금속 산화물(12)로부터 부반응의 발생이 최소화되어 수명 특성과 셀 저항 특성이 우수한 양극 활물질(11)을 제조할 수 있다.As described above, the positive electrode active material 11 according to the exemplary embodiment forms a hydrophobic surface layer 13 on the surface of the lithium composite metal oxide 12, thereby preventing the lithium composite metal oxide 12 from external materials such as electrolyte, moisture, and carbon dioxide. can protect As a result, the occurrence of side reactions from the lithium composite metal oxide 12 is minimized, so that the positive electrode active material 11 having excellent lifespan characteristics and cell resistance characteristics can be manufactured.

이하, 일 구현예에 따른 양극 활물질의 제조 방법에 대해 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing a cathode active material according to an exemplary embodiment will be described.

본 구현예에 따른 양극 활물질의 제조방법은 에어로젤 입자를 건조하고, 리튬 복합 금속 산화물(12) 표면에 상기 건조된 에어로젤 입자를 포함하는 표면층(13)을 형성하는 것을 포함한다.The method of manufacturing the positive active material according to the present embodiment includes drying the airgel particles, and forming a surface layer 13 including the dried airgel particles on the surface of the lithium composite metal oxide 12 .

우선 에어로젤 입자는 전술한 바와 같은 방법을 통해 제조되거나, 상업적으로 입수 가능하다. 사용 가능한 에어로젤 입자로 실리카 에어로젤 입자를 들 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 상기 에어로젤 입자는 별도의 소수화 처리를 하거나 소수화 처리가 된 에어로젤 입자를 사용할 수 있다. 소수화 처리는 당업계에 공지된 통상의 방법으로 수행할 수 있으며, 상기 건조 이전에 수행될 수 있다.First, the airgel particles are prepared by the method as described above, or are commercially available. Examples of usable airgel particles include, but are not limited to, silica airgel particles. In addition, the airgel particles may be subjected to a separate hydrophobization treatment or airgel particles subjected to hydrophobization treatment may be used. The hydrophobization treatment may be performed by a conventional method known in the art, and may be performed prior to the drying.

우선, 준비된 에어로젤 입자에 대하여 건조를 수행한다. 건조를 통해 에어로젤 입자 내부의 잔존 수분을 제거할 수 있으며, 후속 코팅 공정에서 에어로젤 입자 내부 잔존 수분이 리튬 복합 금속 산화물(12)과 직접 접촉하는 것을 방지할 수 있다.First, drying is performed on the prepared airgel particles. Residual moisture inside the airgel particles can be removed through drying, and direct contact of the residual moisture inside the airgel particles with the lithium composite metal oxide 12 in a subsequent coating process can be prevented.

일 구현예에서, 건조 온도는 에어로젤 입자의 소재, 크기, 잔존 수분량 등에 따라 다양할 수 있으나 예를 들어 50 ℃ 이상, 60 ℃ 이상, 70 ℃ 이상으로 수행할 수 있고, 예를 들어 120 ℃ 이하, 110 ℃ 이하, 100 ℃ 이하, 90 ℃ 이하로 수행할 수 있으며, 예를 들어 50 ℃ 내지 120 ℃, 예를 들어 60 ℃ 내지 120 ℃, 예를 들어 80 ℃로 수행할 수 있다. In one embodiment, the drying temperature may vary depending on the material, size, residual moisture, etc. of the airgel particles, but may be performed at, for example, 50 ℃ or more, 60 ℃ or more, 70 ℃ or more, for example, 120 ℃ or less, It may be carried out at 110 °C or less, 100 °C or less, 90 °C or less, for example, at 50 °C to 120 °C, for example at 60 °C to 120 °C, for example at 80 °C.

일 구현예에서 건조 시간은 에어로젤 입자의 소재, 크기, 잔존 수분량, 건조 온도 등에 따라 다양할 수 있으나 예를 들어 1시간 이상, 2시간 이상, 3시간 이상 수행할 수 있고, 예를 들어 8시간 이하, 7시간 이하 수행할 수 있으며, 예를 들어 1시간 내지 8시간, 예를 들어 3시간 내지 7시간, 예를 들어 5시간 가량 수행할 수 있다.In one embodiment, the drying time may vary depending on the material, size, residual moisture content, drying temperature, etc. of the airgel particles, but may be performed for, for example, 1 hour or more, 2 hours or more, 3 hours or more, for example, 8 hours or less , can be carried out for less than 7 hours, for example, 1 hour to 8 hours, for example, 3 hours to 7 hours, for example, it can be carried out for about 5 hours.

이후, 리튬 복합 금속 산화물(12) 상에 건조된 에어로젤 입자를 포함하는 표면층(13)을 형성한다. 구체적으로, 건조된 에어로젤 입자와 리튬 복합 금속산화물(12)을 소정의 비율로 혼합하여 리튬 복합 금속산화물(12) 표면의 전부 또는 적어도 일부에 상기 건조된 에어로젤 입자가 위치할 수 있도록 한다. 리튬 복합 금속 산화물(12)로는 전술한 바와 같은 리튬 니켈계 산화물을 사용할 수 있으며, 구체적으로는 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 사용할 수 있으며, 예컨대 상기 화학식 2로 표시되는 화합물을 사용할 수 있다. 상기 리튬 니켈계 산화물(12)은 당 분야에 알려져 있는 방법으로 합성할 수 있으며, 이에 따라 합성 방법에 대한 내용은 생략하기로 한다. 한편, 혼합 공정에서 에어로젤 입자와 리튬 복합 금속 산화물(12)의 혼합비는 중량비를 기준으로 0.001:1 내지 0.02:1 일 수 있다. 이를 통해 에어로젤 입자를 이용하여 리튬 복합 금속 산화물(12) 표면의 적어도 일부를 덮는 표면층(13)을 형성할 수 있다. 혼합 공정에서 혼합 속도는 예를 들어 1000 rpm 내지 5000 rpm, 예를 들어 약 3000 rpm 정도로 조절될 수 있다. Thereafter, a surface layer 13 including dried airgel particles is formed on the lithium composite metal oxide 12 . Specifically, the dried airgel particles and the lithium composite metal oxide 12 are mixed in a predetermined ratio so that the dried airgel particles can be located on all or at least a part of the surface of the lithium composite metal oxide 12 . As the lithium composite metal oxide 12, the lithium nickel-based oxide as described above may be used, and specifically, the compound represented by Formula 1 may be used, for example, the compound represented by Formula 2 may be used. The lithium nickel-based oxide 12 may be synthesized by a method known in the art, and accordingly, a description of the synthesis method will be omitted. Meanwhile, in the mixing process, the mixing ratio of the airgel particles and the lithium composite metal oxide 12 may be 0.001:1 to 0.02:1 based on the weight ratio. Through this, the surface layer 13 covering at least a portion of the surface of the lithium composite metal oxide 12 may be formed using the airgel particles. In the mixing process, the mixing speed may be adjusted, for example, from 1000 rpm to 5000 rpm, for example, about 3000 rpm.

상기 혼합 속도가 1000 rpm 미만일 경우, 리튬 복합 금속 산화물(12) 표면에 에어로젤 입자들이 균일하게 부착되지 않아 표면층이 균일하게 형성되지 못할 우려가 있고, 5000 rpm을 초과할 경우 리튬 복합 금속 산화물(12)이 혼합 중 깨질 우려가 있다.When the mixing speed is less than 1000 rpm, there is a risk that the airgel particles are not uniformly attached to the surface of the lithium composite metal oxide 12, so that the surface layer may not be formed uniformly, and when it exceeds 5000 rpm, the lithium composite metal oxide 12 There is a risk of cracking during this mixing.

일 구현예에서, 에어로젤 입자와 리튬 복합 금속 산화물(12)의 혼합 공정은 건조 분위기에서 수행된다. 이를 통해 혼합 공정 중 리튬 복합 금속 산화물(12)에 수분이 직접 접촉하는 것을 방지할 수 있고, 비수계 조건으로 진행되므로 후열처리 공정을 생략할 수 있다. 일 구현예에서, 에어로젤 입자와 리튬 복합 금속 산화물(12)의 혼합 공정은 상온에서 수행할 수 있다. 이에 따라 전반적인 혼합 공정을 용이하게 제어할 수 있다.In one embodiment, the mixing process of the airgel particles and the lithium composite metal oxide 12 is performed in a dry atmosphere. Through this, it is possible to prevent direct contact of moisture with the lithium composite metal oxide 12 during the mixing process, and since it proceeds in a non-aqueous condition, the post-heat treatment process can be omitted. In one embodiment, the mixing process of the airgel particles and the lithium composite metal oxide 12 may be performed at room temperature. Accordingly, the overall mixing process can be easily controlled.

한편, 에어로젤 입자와 리튬 복합 금속 산화물(12)의 혼합 공정에서는 다른 첨가제 없이 에어로젤 입자와 리튬 복합 금속 산화물(12)만 혼합하여도 표면층(13) 형성이 가능하다. 이를 통해 전반적인 혼합 공정을 비수계 조건으로 유지할 수 있고, 혼합 공정 이후 미반응 물질, 부반응 물질 등을 제거할 필요가 없다. 따라서 세정 공정을 생략할 수 있다.On the other hand, in the mixing process of the airgel particles and the lithium composite metal oxide 12, it is possible to form the surface layer 13 even by mixing only the airgel particles and the lithium composite metal oxide 12 without other additives. Through this, the overall mixing process can be maintained in a non-aqueous condition, and there is no need to remove unreacted substances and side-reacted substances after the mixing process. Therefore, the cleaning process can be omitted.

전술한 바와 같이, 일 구현예에 따른 양극 활물질 제조 방법은 에어로젤 입자와 리튬 금속 산화물(12)을 상온에서 별도의 첨가물 없이 혼합하는 공정으로도 양극 활물질(11)의 제조가 가능하므로, 전체 공정 제어가 비교적 간편하고 공정 재현성이 우수하다.As described above, in the method for manufacturing the positive active material according to one embodiment, the positive active material 11 can be manufactured even by a process of mixing airgel particles and lithium metal oxide 12 at room temperature without a separate additive, so the overall process control is relatively simple and the process reproducibility is excellent.

한편, 일 구현예에 따른 양극 활물질 제조 방법은 전 공정이 상온 비수계 공정을 유지하므로, 공정 중 수분에 의한 리튬 복합 금속 산화물(12)의 성능 저하를 방지할 수 있다. 또한, 후열처리 공정이 필요하지 않으므로, 완성된 양극 활물질(11) 표면에서 발생할 수 있는 부반응을 방지할 수 있다. On the other hand, in the positive active material manufacturing method according to the exemplary embodiment, since the entire process maintains the non-aqueous process at room temperature, it is possible to prevent deterioration of the performance of the lithium composite metal oxide 12 due to moisture during the process. In addition, since a post-heat treatment process is not required, side reactions that may occur on the surface of the completed positive electrode active material 11 can be prevented.

또한, 일 구현예에 따른 양극 활물질 제조 방법을 이용하여 제조되는 양극 활물질(11)은 전술한 바와 같이 우수한 수명 특성과 셀 저항 특성을 나타낼 수 있다.In addition, the positive active material 11 manufactured by using the method for manufacturing the positive active material according to the exemplary embodiment may exhibit excellent lifespan characteristics and cell resistance characteristics as described above.

이하, 일 구현예에 따른 양극 활물질을 포함한 양극을 구비한 리튬 이차 전지의 구조 및 제조 방법을 설명한다.Hereinafter, the structure and manufacturing method of a lithium secondary battery having a positive electrode including a positive electrode active material according to an embodiment will be described.

도 2는 일 구현예에 따른 양극 활물질을 포함한 양극을 구비한 리튬 이차 전지의 구조를 개략적으로 나타낸 것이다.2 schematically shows the structure of a lithium secondary battery having a positive electrode including a positive electrode active material according to an exemplary embodiment.

도 2에 따른 리튬 이차 전지(21)는 일구현예에 따른 양극 활물질을 함유한 양극(23), 음극(22) 및 세퍼레이터(24)를 포함한다. The lithium secondary battery 21 of FIG. 2 includes a positive electrode 23 , a negative electrode 22 , and a separator 24 containing a positive electrode active material according to an exemplary embodiment.

양극(23) 및 음극(22)은 집전체상에 양극 활물질층 형성용 조성물 및 음극 활물질층 형성용 조성물을 각각 도포 및 건조하여 제작된다.The positive electrode 23 and the negative electrode 22 are manufactured by respectively coating and drying a composition for forming a positive electrode active material layer and a composition for forming a negative electrode active material layer on a current collector.

양극 활물질층 형성용 조성물은 양극 활물질, 도전제, 바인더 및 용매를 혼합하여 제조되는데, 양극 활물질로는 전술한 일 구현예에 따른 양극 활물질(11)을 사용한다.The composition for forming a cathode active material layer is prepared by mixing a cathode active material, a conductive agent, a binder, and a solvent, and the cathode active material 11 according to the above-described embodiment is used as the cathode active material.

상기 바인더는, 활물질과 도전제 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 양극 활물질의 총중량 100중량부를 기준으로 1 내지 50 중량부로 첨가된다. 이러한 바인더의 비제한적인 예로는, 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 부타디엔 고무, 불소 고무, 다양한 공중합체 등을 들 수 있다. 그 함량은 양극 활물질의 총중량 100 중량부를 기준으로 하여 2 내지 5 중량부를 사용한다. 바인더의 함량이 상기 범위일 때 집전체에 대한 활물질층의 결착력이 양호하다.The binder is a component that assists in bonding of the active material and the conductive agent and bonding to the current collector, and is added in an amount of 1 to 50 parts by weight based on 100 parts by weight of the total weight of the positive electrode active material. Non-limiting examples of such binders include polyvinylidene fluoride, polyvinyl alcohol, carboxymethylcellulose (CMC), starch, hydroxypropylcellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoro ethylene, polyethylene, polypropylene, ethylene-propylene-diene ter polymer (EPDM), sulfonated EPDM, styrene butadiene rubber, fluororubber, various copolymers, and the like. The content is used in an amount of 2 to 5 parts by weight based on 100 parts by weight of the total weight of the positive electrode active material. When the content of the binder is within the above range, the binding force of the active material layer to the current collector is good.

상기 도전제로는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본계 물질; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본; 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다. The conductive agent is not particularly limited as long as it has conductivity without causing a chemical change in the battery. For example, graphite such as natural graphite or artificial graphite; carbon-based substances such as carbon black, acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and summer black; conductive fibers such as carbon fibers and metal fibers; carbon fluoride; metal powders such as aluminum and nickel powder; conductive whiskeys such as zinc oxide and potassium titanate; conductive metal oxides such as titanium oxide; A conductive material such as a polyphenylene derivative may be used.

상기 도전제의 함량은 양극 활물질의 총중량 100 중량부를 기준으로 하여 2 내지 5 중량부를 사용한다. 도전제의 함량이 상기 범위일 때 최종적으로 얻어진 전극의 전도도 특성이 우수하다.The amount of the conductive agent is used in an amount of 2 to 5 parts by weight based on 100 parts by weight of the total weight of the positive electrode active material. When the content of the conductive agent is within the above range, the conductivity characteristics of the finally obtained electrode are excellent.

상기 용매의 비제한적 예로서, N-메틸피롤리돈 등을 사용한다.As a non-limiting example of the solvent, N-methylpyrrolidone and the like are used.

상기 용매의 함량은 양극 활물질 100 중량부를 기준으로 하여 1 중량부 내지 10 중량부를 사용한다. 용매의 함량이 상기 범위일 때 활물질층을 형성하기 위한 작업이 용이하다.The amount of the solvent is 1 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the positive electrode active material. When the content of the solvent is within the above range, the operation for forming the active material layer is easy.

상기 양극 집전체는 3 ㎛ 내지 500 ㎛의 두께로서, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 열처리 탄소, 또는 알루미늄이나 스테리인레스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것 등이 사용될 수 있다. 집전체는 그것의 표면에 미세한 요철을 형성하여 양극 활물질의 접착력을 높일 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태가 가능하다.The positive electrode current collector has a thickness of 3 μm to 500 μm, and is not particularly limited as long as it has high conductivity without causing chemical change in the battery. For example, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, heat-treated carbon , or a surface treated with carbon, nickel, titanium, silver, etc. on the surface of aluminum or stainless steel may be used. The current collector may increase the adhesion of the positive electrode active material by forming fine irregularities on the surface thereof, and various forms such as a film, a sheet, a foil, a net, a porous body, a foam body, and a nonwoven body are possible.

이와 별도로 음극 활물질, 바인더, 도전제, 용매를 혼합하여 음극 활물질층 형성용 조성물을 준비한다.Separately, a composition for forming an anode active material layer is prepared by mixing the anode active material, a binder, a conductive agent, and a solvent.

상기 음극 활물질은 리튬 이온을 흡장 및 방출할 수 있는 물질이 사용된다. 상기 음극 활물질의 비제한적인 예로서, 흑연, 탄소와 같은 탄소계 재료, 리튬 금속, 그 합금, 실리콘 옥사이드계 물질 등을 사용할 수 있다. 본 발명의 일구현예에 따르면 실리콘 옥사이드를 사용한다. As the negative active material, a material capable of occluding and releasing lithium ions is used. Non-limiting examples of the negative active material include graphite, carbon-based materials such as carbon, lithium metal, alloys thereof, silicon oxide-based materials, and the like. According to an embodiment of the present invention, silicon oxide is used.

상기 바인더는 음극 활물질의 총중량 100 중량부를 기준으로 1 중량부 내지 50 중량부로 첨가된다. 이러한 바인더의 비제한적인 예는 양극과 동일한 종류를 사용할 수 있다.The binder is added in an amount of 1 to 50 parts by weight based on 100 parts by weight of the total weight of the negative active material. As a non-limiting example of such a binder, the same type as the positive electrode may be used.

도전제는 음극 활물질의 총중량 100 중량부를 기준으로 하여 1 중량부 내지 5 중량부를 사용한다. 도전제의 함량이 상기 범위일 때 최종적으로 얻어진 전극의 전도도 특성이 우수하다.The conductive agent is used in an amount of 1 to 5 parts by weight based on 100 parts by weight of the total weight of the negative active material. When the content of the conductive agent is within the above range, the conductivity characteristics of the finally obtained electrode are excellent.

상기 용매의 함량은 음극 활물질의 총중량 100 중량부를 기준으로 하여 1 중량부 내지 10 중량부를 사용한다. 용매의 함량이 상기 범위일 때 음극 활물질층을 형성하기 위한 작업이 용이하다.The content of the solvent is 1 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the total weight of the negative active material. When the content of the solvent is within the above range, the operation for forming the anode active material layer is easy.

*상기 도전제 및 용매는 양극 제조시와 동일한 종류의 물질을 사용할 수 있다.* The conductive agent and the solvent may be the same type of material as those used in manufacturing the positive electrode.

상기 음극 집전체로는, 일반적으로 3 ㎛ 내지 500 ㎛의 두께로 만들어진다. 이러한 음극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 열처리 탄소, 구리나 스테인레스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 또한, 양극 집전체와 마찬가지로, 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.As the negative electrode current collector, it is generally made to have a thickness of 3 μm to 500 μm. Such a negative current collector is not particularly limited as long as it has conductivity without causing chemical change in the battery, and for example, copper, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, heat-treated carbon, or a surface of copper or stainless steel. Carbon, nickel, titanium, silver, etc. surface-treated, aluminum-cadmium alloy, etc. may be used. In addition, like the positive electrode current collector, the bonding force of the negative electrode active material may be strengthened by forming fine irregularities on the surface, and may be used in various forms such as a film, a sheet, a foil, a net, a porous body, a foam, and a non-woven body.

상기 공정에 따라 제작된 양극과 음극 사이에 세퍼레이터를 개재한다.A separator is interposed between the positive electrode and the negative electrode manufactured according to the above process.

상기 세퍼레이터는 기공 직경이 0.01 ㎛ ~ 10 ㎛이고, 두께는 일반적으로 5 ㎛ ~ 300 ㎛인 것을 사용한다. 구체적인 예로서, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 등의 올레핀계 폴리머; 또는 유리섬유로 만들어진 시트나 부직포 등이 사용된다. 전해질로서 폴리머 등의 고체 전해질이 사용되는 경우에는 고체 전해질이 세퍼레이터를 겸할 수도 있다.The separator has a pore diameter of 0.01 μm to 10 μm and a thickness of generally 5 μm to 300 μm. Specific examples include olefinic polymers such as polypropylene and polyethylene; Alternatively, a sheet or non-woven fabric made of glass fiber is used. When a solid electrolyte such as a polymer is used as the electrolyte, the solid electrolyte may also serve as a separator.

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

상기 비수 전해액으로는, 비제한적인 예를 들어, N-메틸-2-피롤리디논, 프로필렌 카보네이트, 에틸렌 카보네이트, 부틸렌 카보네이트, 디메틸 카보네이트, 디에틸 카보네이트, 감마-부티로 락톤, 1,2-디메톡시에탄, 2-메틸 테트라하이드로푸란, 디메틸술폭시드, 1,3-디옥소란, 포름아미드, N,N-디메틸포름아미드, 디옥소란, 아세토니트릴, 니트로메탄, 포름산 메틸, 초산메틸, 인산 트리에스테르, 트리메톡시 메탄, 디옥소란 유도체, 설포란, 메틸 설포란, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 프로필렌 카르보네이트 유도체, 테트라하이드로푸란 유도체, 에테르, 프로피온산 메틸, 프로피온산 에틸 등의 비양자성 유기용매가 사용될 수 있다.Examples of the non-aqueous electrolyte include, but are not limited to, N-methyl-2-pyrrolidinone, propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, gamma-butyrolactone, 1,2- Dimethoxyethane, 2-methyl tetrahydrofuran, dimethyl sulfoxide, 1,3-dioxolane, formamide, N,N-dimethylformamide, dioxolane, acetonitrile, nitromethane, methyl formate, methyl acetate, Phosphoric acid triester, trimethoxymethane, dioxolane derivative, sulfolane, methyl sulfolane, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, propylene carbonate derivative, tetrahydrofuran derivative, ether, methyl propionate, An aprotic organic solvent such as ethyl propionate may be used.

상기 유기 고체 전해질로는, 비제한적인 예를 들어, 폴리에틸렌 유도체, 폴리에틸렌 옥사이드 유도체, 폴리프로필렌 옥사이드 유도체, 인산 에스테르 폴리머, 폴리에스테르 술파이드, 폴리비닐 알코올, 폴리 불화 비닐리덴 등이 사용될 수 있다.Examples of the organic solid electrolyte include, but are not limited to, polyethylene derivatives, polyethylene oxide derivatives, polypropylene oxide derivatives, phosphoric acid ester polymers, polyester sulfide, polyvinyl alcohol, polyvinylidene fluoride, and the like.

상기 무기 고체 전해질로는, 비제한적인 예를 들어, Li3N, LiI, Li5NI2, Li3N-LiI-LiOH, LiSiO4, LiSiO4-LiI-LiOH, Li2SiS3, Li4SiO4, Li4SiO4-LiI-LiOH, Li3PO4-Li2S-SiS2 등이 사용될 수 있다.Examples of the inorganic solid electrolyte include, but are not limited to, Li 3 N, LiI, Li 5 NI 2 , Li 3 N-LiI-LiOH, LiSiO 4 , LiSiO 4 -LiI-LiOH, Li 2 SiS 3 , Li 4 SiO 4 , Li 4 SiO 4 -LiI-LiOH, Li 3 PO 4 -Li 2 S-SiS 2 and the like may be used.

상기 리튬염은 상기 비수계 전해질에 용해되기 좋은 물질로서, 비제한적인 예를 들어, LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, CF3SO3Li, (CF3SO2) 2NLi, 리튬클로로보레이트, 저급 지방족 카르복실산 리튬, 테트라페닐 붕산 리튬, 이미드 등이 사용될 수 있다.The lithium salt is a material easily soluble in the non-aqueous electrolyte, and includes, but is not limited to, LiCl, LiBr, LiI, LiClO 4 , LiBF 4 , LiB 10 Cl 10 , LiPF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiCF 3 CO 2, LiAsF 6, LiSbF 6, LiAlCl 4, CH 3 SO 3 Li, CF 3 SO 3 Li, (CF 3 SO 2) 2 NLi, lithium chloroborate, lithium lower aliphatic carboxylate, lithium tetraphenyl borate, imide and the like can be used.

이와 같이 상술한 양극(23), 음극(22) 및 세퍼레이터(24)를 와인딩하거나 접어서 전지 케이스(25)에 수용한다. 이어서, 상기 전지 케이스(25)에 유기전해액을 주입하고 캡(cap) 어셈블리(26)로 밀봉하여, 도 2에 나타난 바와 같은 리튬 이차 전지(21)가 완성된다. As described above, the positive electrode 23 , the negative electrode 22 , and the separator 24 are wound or folded and accommodated in the battery case 25 . Next, an organic electrolyte is injected into the battery case 25 and sealed with a cap assembly 26 , thereby completing the lithium secondary battery 21 as shown in FIG. 2 .

상기 전지 케이스(25)는 원통형, 각형, 박막형 등일 수 있다. 예를 들어, 상기 리튬 이차 전지(20)는 대형 박막형 전지일 수 있다. 상기 리튬 이차 전지는 리튬 이온 전지일 수 있다. 상기 양극 및 음극 사이에 세퍼레이터가 배치되어 전지구조체가 형성될 수 있다. 상기 전지구조체가 바이셀 구조로 적층된 다음, 유기 전해액에 함침되고, 얻어진 결과물이 파우치에 수용되어 밀봉되면 리튬 이온 폴리머 전지가 완성된다. 또한, 상기 전지구조체는 복수개 적층되어 전지 팩을 형성하고, 이러한 전지팩이 고용 량 및 고출력이 요구되는 모든 기기에 사용될 수 있다. 예를 들어, 노트북, 스마트 폰, 전기차량 등에 사용될 수 있다.The battery case 25 may have a cylindrical shape, a square shape, a thin film shape, or the like. For example, the lithium secondary battery 20 may be a large-sized thin film type battery. The lithium secondary battery may be a lithium ion battery. A separator may be disposed between the positive electrode and the negative electrode to form a battery structure. After the battery structure is stacked in a bi-cell structure, impregnated with an organic electrolyte, and the obtained result is accommodated in a pouch and sealed, a lithium ion polymer battery is completed. In addition, a plurality of the battery structure is stacked to form a battery pack, and the battery pack can be used in any device requiring high capacity and high output. For example, it can be used in a laptop, a smart phone, an electric vehicle, and the like.

또한, 상기 리튬 이차 전지는 고온에서 저장 안정성, 수명특성 및 고율특성이 우수하므로 전기차량(electric vehicle, EV)에 사용될 수 있다. 예를 들어, 플러그인하이브리드차량(plug-in hybrid electric vehicle, PHEV) 등의 하이브리드 차량에 사용될 수 있다.In addition, since the lithium secondary battery has excellent storage stability, lifespan characteristics, and high rate characteristics at high temperatures, it can be used in electric vehicles (EVs). For example, it may be used in a hybrid vehicle such as a plug-in hybrid electric vehicle (PHEV).

일 구현예에 따른 리튬 이차 전지는 전술한 리튬 이차 전지용 양극 활물질을 양극 활물질로 사용하므로 우수한 수명 특성과 셀 저항 특성을 나타낼 수 있다.Since the lithium secondary battery according to an embodiment uses the above-described positive electrode active material for a lithium secondary battery as a positive electrode active material, it may exhibit excellent lifespan characteristics and cell resistance characteristics.

또한, 일 구현예에 따른 리튬 이차 전지는 예를 들어 리튬 복합 금속 산화물로 리튬니켈코발트알루미늄 산화물 사용 시 공기 중 수분, 이산화탄소 등과 반응하여 NiO와 산소를 발생하거나 LiOH, LiCO3 등의 비활성 물질을 생성하는 경우를 최소화할 수 있다. 따라서, 다양한 조성을 갖는 양극 활물질에 대하여 전기 화학적 특성과 안정성이 모두 우수한 양극 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지 형성이 가능하다.In addition, the lithium secondary battery according to an embodiment reacts with moisture in the air, carbon dioxide, etc. when using lithium nickel cobalt aluminum oxide as a lithium composite metal oxide, for example, to generate NiO and oxygen, or to generate an inert material such as LiOH and LiCO 3 cases can be minimized. Accordingly, it is possible to form a positive electrode having both excellent electrochemical properties and stability with respect to a positive electrode active material having various compositions and a lithium secondary battery including the same.

이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예들을 제시한다.  다만, 하기에 기재된 실시예들은 본 발명을 구체적으로 예시하거나 설명하기 위한 것에 불과하며, 이로서 본 발명이 제한되어서는 아니된다. 또한, 여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략한다.Hereinafter, specific embodiments of the present invention are presented. However, the examples described below are only for specifically illustrating or explaining the present invention, and the present invention is not limited thereto. In addition, since the content not described here can be sufficiently technically inferred by a person skilled in the art, the description thereof will be omitted.

(양극 활물질의 제조)(Production of positive electrode active material)

실시예Example 1 One

평균 입경 30 nm 의 소수성 실리카 에어로젤 입자 (Aladin 社, 비표면적 150 m2/g 내지 200 m2/g) 를 준비한다. 준비된 소수성 실리카 에어로젤 입자를 80 ℃, -0.1 MPa 환경의 오븐에 넣고 약 5 시간 가량 진공 상태에서 건조하였다. Prepare hydrophobic silica airgel particles (Aladin Corporation, specific surface area 150 m 2 /g to 200 m 2 /g) having an average particle diameter of 30 nm. The prepared hydrophobic silica airgel particles were placed in an oven at 80 °C and -0.1 MPa and dried in a vacuum for about 5 hours.

한편, Ni, Co, 및 Al가 0.915:0.075:0.01의 몰비를 이루는 니켈 코발트 알루미늄 금속복합 수산화물과 리튬 수산화물(LiOH)을 Li/(Ni+Co+Al) = 1.03 내지 1.05 의 몰비가 되도록 혼합한다. 혼합된 물질을 도가니에 넣은 다음, 산소(O2) 분위기에서 680 ℃ 내지 730 ℃, 예를 들어 710 ℃ 의 온도로 10 시간 내지 20 시간 소성하여 소성물인 NCA 물질을 얻는다. NCA 물질은 LiNi0 . 915Co0 . 075Al0 . 01O2의 조성을 갖는다. Meanwhile, nickel cobalt aluminum metal composite hydroxide and lithium hydroxide (LiOH) in which Ni, Co, and Al have a molar ratio of 0.915:0.075:0.01 are mixed so as to have a molar ratio of Li/(Ni+Co+Al)=1.03 to 1.05. . The mixed material is placed in a crucible and then calcined in an oxygen (O 2 ) atmosphere at a temperature of 680 ° C. to 730 ° C., for example, 710 ° C. for 10 to 20 hours to obtain a calcined NCA material. The NCA material is LiNi 0 . 915 Co 0 . 075 Al 0 . It has a composition of 01 O 2 .

이후, 진공 건조된 소수성 실리카 에어로젤 입자와 NCA 물질을 글로브 박스(glove box)에 투입하여, 혼합물 내 진공 건조된 소수성 실리카 에어로젤 입자와 NCA 물질의 중량비가 0.002:1을 만족하도록 칭량한다. 칭량된 혼합물을 상온(25 ℃), 건조 분위기의 볼밀(ball-mill)기에 투입한 후, 3000 rpm의 속도로 약 2 시간 가량 혼합을 수행하여, 양극 활물질을 제조하였다. Thereafter, the vacuum-dried hydrophobic silica airgel particles and the NCA material are put into a glove box, and the weight ratio of the vacuum-dried hydrophobic silica airgel particles and the NCA material in the mixture satisfies 0.002:1. The weighed mixture was put into a ball-mill in a dry atmosphere at room temperature (25° C.), and then mixed at a speed of 3000 rpm for about 2 hours to prepare a cathode active material.

실시예Example 2 2

진공 건조된 소수성 실리카 에어로젤 입자와 NCA 물질의 중량비가 0.001:1을 만족하는 혼합물을 사용한 것을 제외하고는 전술한 실시예 1과 동일한 과정을 거쳐 양극 활물질을 제조하였다.A positive active material was prepared through the same process as in Example 1, except that a mixture in which the vacuum-dried hydrophobic silica airgel particles and the NCA material had a weight ratio of 0.001:1 was used.

실시예Example 3 3

진공 건조된 소수성 실리카 에어로젤 입자와 NCA 물질의 중량비가 0.005:1을 만족하는 혼합물을 사용한 것을 제외하고는 전술한 실시예 1과 동일한 과정을 거쳐 양극 활물질을 제조하였다.A positive electrode active material was prepared in the same manner as in Example 1, except that a mixture in which the vacuum-dried hydrophobic silica airgel particles and the NCA material had a weight ratio of 0.005:1 was used.

실시예Example 4 4

진공 건조된 소수성 실리카 에어로젤 입자와 NCA 물질의 중량비가 0.01:1을 만족하는 혼합물을 사용한 것을 제외하고는 전술한 실시예 1과 동일한 과정을 거쳐 양극 활물질을 제조하였다.A positive electrode active material was prepared in the same manner as in Example 1, except that a mixture in which the vacuum-dried hydrophobic silica airgel particles and the NCA material had a weight ratio of 0.01:1 was used.

비교예comparative example

전술한 실시예 1에서 합성된 NCA 물질인 LiNi0 . 915Co0 . 075Al0 . 01O2을 양극 활물질로 사용하였다. LiNi 0 , which is an NCA material synthesized in Example 1 above . 915 Co 0 . 075 Al 0 . 01 O 2 was used as a positive electrode active material.

(리튬 이차 전지 제작)(Lithium secondary battery production)

실시예 1 내지 4와 비교예에서 얻어진 양극 활물질을 각각 N-메틸-2-피롤리돈에 용해한 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF) 및 덴카 블랙(Denka black)과 92:4:4의 질량비로 혼합한 후, 원심 믹서(Thinkytm mixer)에 넣고 2000 r/min 의 속도로 15 분 가량 분산시켜 슬러리를 얻었다. 얻어딘 슬러리를 Al 박막 기재에 균일한 두께로 도포한 후, 진공 건조챔버에서 110 ℃의 온도로 10 시간 동안 건조하여, 로딩(loading) 무게가 8 mg/cm2 내지 10 mg/cm2 인 양극 극판 기재를 얻는다. 얻어진 양극 극판 기재를 펀칭기로 천공하여 지름 10 mm의 원형 양극 극판 기재로 가공한 후, 이를 다시 4 MPa의 압력으로 압연한 다음 110 ℃의 온도로 10 시간 동안 건조한 후, 신속하게 글로브 박스로 옮겨 양극 극판을 얻는다.The positive active materials obtained in Examples 1 to 4 and Comparative Examples were mixed with polyvinylidene fluoride (PVDF) and Denka black dissolved in N-methyl-2-pyrrolidone, respectively, in a mass ratio of 92:4:4. After that, it was put in a centrifugal mixer (Thinky tm mixer) and dispersed at a speed of 2000 r/min for about 15 minutes to obtain a slurry. The obtained slurry was applied to an Al thin film substrate in a uniform thickness, and then dried in a vacuum drying chamber at a temperature of 110° C. for 10 hours, and a positive electrode having a loading weight of 8 mg/cm 2 to 10 mg/cm 2 to obtain an electrode plate substrate. After the obtained positive electrode plate substrate was punched with a punching machine and processed into a circular positive electrode plate substrate having a diameter of 10 mm, it was rolled again at a pressure of 4 MPa, dried at a temperature of 110 ° C. get a pole

얻어진 양극 극판을 양극으로 하고, 상기 양극의 대극(counter electrode)으로는 금속 리튬을 사용하여 코인 타입의 반쪽 전지를 제작하였다 (CR2032 타입). 이때 에틸렌카보네이트(EC), 에틸메틸카보네이트(EMC) 및 디메틸카보네이트(DMC)(EC:EMC:DMC=1:2:2 부피비)의 용매에 1.15 M LiPF6 이 용해된 전해액을 사용하였고, 폴리에틸렌(PE)을 세퍼레이터로 사용하였다.A coin-type half battery was manufactured using the obtained positive electrode plate as a positive electrode, and metallic lithium as a counter electrode of the positive electrode (CR2032 type). At this time, an electrolyte solution in which 1.15 M LiPF6 was dissolved in a solvent of ethylene carbonate (EC), ethylmethyl carbonate (EMC) and dimethyl carbonate (DMC) (EC:EMC:DMC=1:2:2 volume ratio) was used, and polyethylene (PE) was used. ) was used as a separator.

평가 1: 양극 활물질의 Evaluation 1: of the cathode active material TEMTEM 분석 analysis

실시예 1의 투과전자현미경(Transmission election microscope, TEM) 이미지를 관찰하여 도 3에 나타내었다. 도 3을 참고하면, NCA 물질 상에 실리카 에어로젤로 이루어진 표면층이 형성되어 있는 것을 확인할 수 있다. A transmission election microscope (TEM) image of Example 1 was observed and shown in FIG. 3 . Referring to FIG. 3 , it can be seen that a surface layer made of silica airgel is formed on the NCA material.

모두 도시하지는 않았으나 제조된 실시예 1 내지 4에 따른 양극 활물질은 도 1에 나타난 바와 같이 소수성 실리카 에어로젤을 포함하는 표면층이 NCA 물질 표면을 덮고 있었다.Although not all shown, in the positive active materials according to Examples 1 to 4 prepared, a surface layer including hydrophobic silica airgel covered the surface of the NCA material as shown in FIG. 1 .

평가 2: 양극 활물질의 X선 회절 분석Evaluation 2: X-ray diffraction analysis of the positive active material

실시예 1과 비교예에서 제조된 양극 활물질에 대한 X선 회절 분석 결과를 도 4에 나타내었다.The results of X-ray diffraction analysis of the positive active materials prepared in Example 1 and Comparative Example are shown in FIG. 4 .

도 4를 참고하면, 실시예 1은 비교예 대비 소수성 실리카 에어로젤로 이루어진 표면층을 더 포함하고 있음에도 불구하고 비교예와 동일한 피크 위치 및 피크 강도를 나타내는 것을 확인할 수 있다. 이를 통해 실시예에 따른 소수성 실리카 에어로젤을 코팅하더라도 NCA 물질의 구조 변화는 발생하지 않는 것을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 4 , it can be confirmed that Example 1 exhibits the same peak positions and peak intensity as those of Comparative Example despite further comprising a surface layer made of hydrophobic silica airgel compared to Comparative Example. Through this, even if the hydrophobic silica airgel according to the embodiment is coated, it can be confirmed that the structural change of the NCA material does not occur.

또한 도 3과 도 4를 함께 참고하면, 실시예 1은 NCA 물질의 구조를 변화시키지 않고 NCA 물질 표면에 소수성 실리카 에어로젤로 이루어진 표면층이 형성된 것임을 확인할 수 있다.Also, referring to FIGS. 3 and 4 together, in Example 1, it can be confirmed that a surface layer made of hydrophobic silica airgel is formed on the surface of the NCA material without changing the structure of the NCA material.

평가 3: 리튬 이차 전지의 수명특성Evaluation 3: Lifespan characteristics of lithium secondary batteries

실시예 1 과 비교예에서 제작된 리튬 이차 전지에 대해 60 ℃ 에서 1 C rate의 정전류로 전압이 4.3 V에 이를 때까지 정전류 충전하고, 4.3 V를 유지하면서 전류가 0.005 C (1/200 C)가 될 때까지 정전압 충전하였다. 이어서, 방전 시에 전압이 3.0 V에 이를 때까지 1 C의 정전류로 방전하는 사이클을 50 회까지 반복하였다. 하기 조건으로 수명 특성을 평가하여, 그 결과를 도 5에 나타내었다. 도 5에서, 실시예 1에 따른 리튬 이차전지의 수명 특성은 실선으로, 비교예에 따른 리튬 이차전지의 수명 특성은 점선으로 각각 구분되어 있다. The lithium secondary battery prepared in Example 1 and Comparative Example was charged with a constant current at 60 ° C. at a constant current of 1 C rate until the voltage reached 4.3 V, and the current was 0.005 C (1/200 C) while maintaining 4.3 V was charged at a constant voltage until Then, a cycle of discharging at a constant current of 1 C until the voltage reached 3.0 V during discharging was repeated up to 50 times. Life characteristics were evaluated under the following conditions, and the results are shown in FIG. 5 . In FIG. 5 , the lifespan characteristics of the lithium secondary battery according to Example 1 are indicated by solid lines, and the lifespan characteristics of the lithium secondary battery according to Comparative Example are indicated by dotted lines, respectively.

도 5를 참고하면, 표면에 소수성 실리카 에어로젤로 이루어진 표면층이 형성된 NCA 물질을 양극 활물질로 사용한 실시예 1의 경우가 비교예 대비 우수한 수명특성을 나타내는 것을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 5 , it can be seen that Example 1 in which an NCA material having a surface layer made of hydrophobic silica airgel formed on the surface thereof is used as a positive electrode active material exhibits superior lifespan characteristics compared to the comparative example.

평가 4: 리튬 이차 전지의 셀 저항 특성Evaluation 4: Cell resistance characteristics of lithium secondary batteries

실시예 1 과 비교예에서 제작된 리튬 이차 전지에 대해 60 ℃ 에서 주파수 0.1 Hz 내지 100 kHz 조건 하에 전기화학 임피던스 분광법 (Electrical Impedance Spectroscopy, EIS)을 이용하여 각 셀의 복소 임피던스(complex impedence)를 평가하여, 그 결과를 도 6에 나타내었다. 도 6에서 x축은 복소 임피던스 중 "실수부(Z)"를, y축은 "음수 처리된 허수부(-Z')"로 나타내었다.For the lithium secondary batteries prepared in Example 1 and Comparative Example, using an electrochemical impedance spectroscopy (EIS) under a frequency of 0.1 Hz to 100 kHz at 60 ° C. Assessing the complex impedance of each cell Thus, the results are shown in FIG. 6 . In FIG. 6 , the x-axis denotes a "real part (Z)" of the complex impedance, and the y-axis denotes a "negative imaginary part (-Z')" of the complex impedance.

도 6을 참고하면, 표면에 소수성 실리카 에어로젤로 이루어진 표면층이 형성된 NCA 물질을 양극 활물질로 사용한 실시예 1의 경우가 비교예 대비 개선된 셀 저항 특성을 나타내는 것을 확인할 수 있다. 이는 표면층의 형성으로 인해 NCA 물질의 부반응이 억제되고, 이에 따라 계면 저항이 감소되었기 때문인 것으로 파악된다.Referring to FIG. 6 , it can be seen that the case of Example 1, in which an NCA material having a surface layer made of hydrophobic silica airgel formed on the surface thereof, as a positive electrode active material, exhibits improved cell resistance compared to the comparative example. This is considered to be because the side reaction of the NCA material is suppressed due to the formation of the surface layer, and thus the interfacial resistance is reduced.

이상에서 본 발명을 앞서 기재한 바에 따라 바람직한 실시예를 통해 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 다음에 기재하는 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한, 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에 종사하는 자들은 쉽게 이해할 것이다.In the above, the present invention has been described through preferred embodiments as described above, but the present invention is not limited thereto, and various modifications and variations are possible without departing from the concept and scope of the following claims. Those of ordinary skill in the art to which the invention pertains will readily understand.

11: 양극 활물질 12: 리튬 복합 금속 산화물
13: 표면층 21: 리튬 이차 전지
22: 음극 23: 양극
24: 세퍼레이터 25: 전지 케이스
26: 캡 어셈블리
11: cathode active material 12: lithium composite metal oxide
13: surface layer 21: lithium secondary battery
22: negative electrode 23: positive electrode
24: separator 25: battery case
26: cap assembly

Claims (10)

하기 화학식 1로 표시되는 리튬 복합 금속산화물, 및
상기 리튬 복합 금속산화물 상에 형성된 에어로젤(aerogel)을 포함하는 표면층
을 포함하는 리튬 이차 전지용 양극 활물질:
[화학식 1]
Lia(NixM'yM"z)O2
상기 화학식 1에서, M'은 Co, Mn, Ni, Al, Mg 및 Ti로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소이고, M"은 Ca, Mg, Ba, Al, Ti, Sr, Fe, Co, Mn, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, 및 B로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소이며, 0.8 < a ≤ 1.3, 0.6 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 0.4, 0 ≤ z ≤ 0.4 및 x+y+z = 1의 범위를 가질 수 있다.
A lithium composite metal oxide represented by the following formula (1), and
A surface layer comprising an airgel formed on the lithium composite metal oxide
A cathode active material for a lithium secondary battery comprising:
[Formula 1]
Li a (Ni x M' y M" z )O 2
In Formula 1, M' is at least one element selected from the group consisting of Co, Mn, Ni, Al, Mg and Ti, and M" is Ca, Mg, Ba, Al, Ti, Sr, Fe, Co , Mn, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, and at least one element selected from the group consisting of B, 0.8 < a ≤ 1.3, 0.6 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 0.4, 0 ≤ z ≤ 0.4 and x+y+z = 1.
제1항에서,
상기 표면층의 두께는 30 nm 내지 100 nm 인 리튬 이차 전지용 양극 활물질.
In claim 1,
The thickness of the surface layer is 30 nm to 100 nm of a cathode active material for a lithium secondary battery.
제1항에서,
상기 에어로젤의 비표면적은 100 m2/g 내지 300 m2/g인 리튬 이차 전지용 양극 활물질.
In claim 1,
The airgel has a specific surface area of 100 m 2 /g to 300 m 2 /g of a cathode active material for a lithium secondary battery.
제1항에서,
상기 에어로젤은 소수성 에어로젤인 리튬 이차 전지용 양극 활물질.
In claim 1,
The airgel is a positive active material for a lithium secondary battery, which is a hydrophobic airgel.
제1항에서,
상기 에어로젤은 소수성 에어로젤 입자를 포함하며,
상기 소수성 에어로젤 입자의 평균입경은 10 nm 내지 50 nm인 리튬 이차 전지용 양극 활물질.
In claim 1,
The airgel includes hydrophobic airgel particles,
The average particle diameter of the hydrophobic airgel particles is a positive active material for a lithium secondary battery of 10 nm to 50 nm.
제1항에서,
상기 에어로젤은 실리카 에어로젤을 포함하는 리튬 이차 전지용 양극 활물질.
In claim 1,
The airgel is a cathode active material for a lithium secondary battery comprising a silica airgel.
에어로젤 입자를 건조하는 단계,
리튬 복합 금속 산화물 표면에 상기 건조된 에어로젤 입자를 포함하는 표면층을 형성하는 것을 포함하는 리튬 이차 전지용 양극 활물질 제조 방법.
drying the airgel particles;
A method of manufacturing a cathode active material for a lithium secondary battery, comprising forming a surface layer comprising the dried airgel particles on the surface of the lithium composite metal oxide.
제7항에서,
상기 에어로젤 입자는 소수성 에어로젤 입자를 포함하는 리튬 이차 전지용 양극 활물질 제조 방법.
In claim 7,
The airgel particles are a method of manufacturing a cathode active material for a lithium secondary battery comprising hydrophobic airgel particles.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 리튬 이차 전지용 양극 활물질을 포함하는 양극.A positive electrode comprising the positive active material for a lithium secondary battery of any one of claims 1 to 6. 제9항에 따른 양극;
음극; 및
상기 양극과 상기 음극 사이에 개재되어 있는 전해질을 포함하는, 리튬 이차 전지.
The positive electrode according to claim 9;
cathode; and
A lithium secondary battery comprising an electrolyte interposed between the positive electrode and the negative electrode.
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