KR20220061035A - Positive electrode material for lithium secondary battery, method for preparing same and lithium secondary battery comprising same - Google Patents

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KR20220061035A
KR20220061035A KR1020210150949A KR20210150949A KR20220061035A KR 20220061035 A KR20220061035 A KR 20220061035A KR 1020210150949 A KR1020210150949 A KR 1020210150949A KR 20210150949 A KR20210150949 A KR 20210150949A KR 20220061035 A KR20220061035 A KR 20220061035A
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한기범
노은솔
도중엽
박강준
곽민
박상민
이대진
이상욱
정왕모
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주식회사 엘지에너지솔루션
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Abstract

The present invention relates to a positive electrode active material including at least one secondary particle including an aggregate of primary macro particles, a manufacturing method thereof, and a lithium secondary battery including the same. According to one embodiment of the present invention, provided is a positive electrode active material including secondary particles with improved surface resistance compared to a case of applying existing single particles. According to one embodiment of the present invention, provided is a nickel-based positive electrode active material with increased rolling strength and increased energy density of the positive electrode active material.

Description

리튬 이차 전지용 양극 활물질, 그 제조방법 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지{POSITIVE ELECTRODE MATERIAL FOR LITHIUM SECONDARY BATTERY, METHOD FOR PREPARING SAME AND LITHIUM SECONDARY BATTERY COMPRISING SAME}A cathode active material for a lithium secondary battery, a manufacturing method thereof, and a lithium secondary battery comprising the same

본 발명은 1차 거대 입자를 포함하는 리튬 이차 전지용 양극 활물질 및 그 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a cathode active material for a lithium secondary battery comprising primary large particles and a method for manufacturing the same.

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

리튬 이차 전지는 리튬 이온의 삽입(intercalations) 및 탈리(deintercalation)가 가능한 활물질로 이루어진 양극과 음극 사이에 유기 전해액 또는 폴리머 전해액을 충전시킨 상태에서 리튬 이온이 양극 및 음극에서 삽입/탈리 될 때의 산화와 환원 반응에 의해 전기 에너지와 화학 에너지의 변환이 일어난다. In a lithium secondary battery, an organic electrolyte or a polymer electrolyte is charged between a positive electrode and a negative electrode made of an active material capable of intercalation and deintercalation of lithium ions, and lithium ions are intercalated/deintercalated from the positive electrode and the negative electrode. The conversion of electrical energy and chemical energy occurs by a reduction reaction with

리튬 이차 전지의 양극 활물질로는 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2), 리튬 망간 산화물(LiMnO2 또는 LiMn2O4 등), 리튬 인산철 화합물(LiFePO4) 등이 사용되었다. 이 중에서도 리튬 코발트 산화물(LiCoO2)은 작동 전압이 높고 용량 특성이 우수한 장점이 있어, 널리 사용되고 있으며, 고전압용 양극 활물질로 적용되고 있다. 그러나, 코발트(Co)의 가격 상승 및 공급 불안정 때문에 전기 자동차 등과 같은 분야의 동력원으로 대량 사용하기에 한계가 있어, 이를 대체할 수 있는 양극 활물질 개발의 필요성이 대두되었다. 이에 따라, 코발트(Co)의 일부를 니켈(Ni)과 망간(Mn)으로 치환한 니켈코발트망간계 리튬 복합 전이금속 산화물(이하 간단히 'NCM계 리튬 복합 전이금속 산화물'이라 함)이 개발되었다. As a cathode active material of a lithium secondary battery, lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ), lithium nickel oxide (LiNiO 2 ), lithium manganese oxide (LiMnO 2 or LiMn 2 O 4 , etc.), lithium iron phosphate compound (LiFePO 4 ), etc. were used. . Among them, lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ) has advantages of high operating voltage and excellent capacity characteristics, and is widely used, and is applied as a positive electrode active material for high voltage. However, there is a limit to mass use as a power source in fields such as electric vehicles due to an increase in the price of cobalt (Co) and unstable supply, and the need to develop a cathode active material that can replace it has emerged. Accordingly, a nickel-cobalt-manganese-based lithium composite transition metal oxide (hereinafter simply referred to as 'NCM-based lithium composite transition metal oxide') in which a part of cobalt (Co) is substituted with nickel (Ni) and manganese (Mn) has been developed.

한편, 양극 활물질은 출력 및 압연 밀도를 높이고자 크기가 다른 2가지의 양극 활물질을 사용하는 경우가 대부분이다. 이 때, 양극 활물질은 1차 입자가 모여서 형성된 2차 입자일 수 있다. 그러나, 기존의 1차 미세 입자가 모여서 형성된 2차 입자를 이용하여 양극을 구성하는 경우에는, 압연시 입자가 깨지거나 내부 공극이 생성되어 밀도가 감소되거나 표면 거칠기로 인해 압연 밀도를 증가시키는 데에 한계가 있었다. 이에, 양극의 에너지 밀도를 향상시키기 위해 동일 압력 조건에서 더 큰 밀도를 가지는 양극 재료 개발이 필요하다.Meanwhile, in most cases, two types of positive electrode active materials having different sizes are used to increase output and rolling density. In this case, the positive electrode active material may be secondary particles formed by gathering primary particles. However, in the case of configuring the positive electrode using secondary particles formed by collecting existing primary fine particles, the particles are broken during rolling or internal voids are generated to reduce the density or increase the rolling density due to surface roughness. There were limits. Accordingly, in order to improve the energy density of the anode, it is necessary to develop a cathode material having a higher density under the same pressure condition.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 상기 과제를 해결하기 위한 것으로, 입자 크기 및 형상을 제어하여 압연시의 입자 깨짐을 최소화할 수 있는 양극 활물질을 제공하는 것이다. An object of the present invention is to solve the above problems, and to provide a positive electrode active material capable of minimizing particle breakage during rolling by controlling particle size and shape.

이에 따라 양극 활물질의 압연 강도가 증가하고, 결과적으로 에너지 밀도가 증가된 니켈계 양극 활물질을 제공하는 것이다. Accordingly, the rolling strength of the positive electrode active material is increased, and as a result, a nickel-based positive electrode active material having an increased energy density is provided.

본 발명의 일 측면은 하기 구현예들에 따른 리튬 이차 전지용 양극 활물질을 제공한다. One aspect of the present invention provides a cathode active material for a lithium secondary battery according to the following embodiments.

제1 구현예는, A first embodiment is

대입자의 제1 양극 활물질 및 소입자의 제2 양극 활물질을 포함하는 리튬 이차 전지용 양극 활물질이며, It is a positive electrode active material for a lithium secondary battery comprising a first positive electrode active material of large particles and a second positive electrode active material of small particles,

상기 제1 양극 활물질은, 1차 미세(micro) 입자의 응집체를 포함하는 적어도 하나의 2차 대입자를 포함하며,The first positive active material includes at least one secondary large particle including an aggregate of primary micro particles,

상기 제2 양극 활물질은, 1차 거대(macro) 입자의 응집체를 포함하는 적어도 하나의 2차 소입자를 포함하며, The second positive active material includes at least one secondary small particle including an aggregate of primary macro particles,

상기 1차 거대 입자의 평균 입경(D50)은 1 ㎛ 이상이며,The average particle diameter (D50) of the primary large particles is 1 μm or more,

상기 제1 양극 활물질과 상기 제2 양극 활물질의 중량비는 75 : 25 내지 90 : 10이며, The weight ratio of the first positive active material to the second positive active material is 75: 25 to 90: 10,

상기 제2 양극 활물질의 입자 강도가 상기 제1 양극 활물질의 입자 강도보다 작은 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지용 양극 활물질에 관한 것이다. It relates to a positive active material for a lithium secondary battery, characterized in that the particle strength of the second positive active material is smaller than the particle strength of the first positive active material.

제2 구현예는, 제1 구현예에 있어서, In the second embodiment, according to the first embodiment,

압연시 상기 제2 양극 활물질이 상기 제1 양극 활물질보다 먼저 깨지는 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지용 양극 활물질에 관한 것이다. It relates to a positive active material for a lithium secondary battery, characterized in that the second positive active material is broken before the first positive active material during rolling.

제3 구현예는, 전술한 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서, A third embodiment, according to any one of the preceding embodiments,

상기 1차 거대 입자의 평균 직경(D50)은 2 ㎛ 이상이며, The average diameter (D50) of the primary large particles is 2 μm or more,

상기 1차 거대 입자의 평균 입경(D50)/상기 1차 거대 입자의 평균 결정 크기(crystal size)의 비는 3 이상인 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지용 양극 활물질에 관한 것이다. The ratio of the average particle diameter (D50) of the primary large particles to the average crystal size of the primary large particles is 3 or more.

제4 구현예는, 전술한 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,A fourth embodiment, according to any one of the preceding embodiments,

상기 제1 양극 활물질의 평균 입경(D50)은 10 ㎛ 내지 20 ㎛ 인 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지용 양극 활물질에 관한 것이다. The first positive electrode active material has an average particle diameter (D50) of 10 μm to 20 μm.

제5 구현예는, 전술한 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,A fifth embodiment, according to any one of the preceding embodiments,

상기 제2 양극 활물질의 평균 입경(D50)은 3 ㎛ 내지 6 ㎛ 인 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지용 양극 활물질에 관한 것이다. The second positive electrode active material has an average particle diameter (D50) of 3 μm to 6 μm.

제6 구현예는, 전술한 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,A sixth embodiment, according to any one of the preceding embodiments,

상기 제1 양극 활물질의 1차 미세 입자의 평균 입경(D50)은 0.1 ㎛ 내지 0.5 ㎛ 인 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지용 양극 활물질에 관한 것이다. The average particle diameter (D50) of the primary fine particles of the first positive electrode active material relates to a positive electrode active material for a lithium secondary battery, characterized in that 0.1 μm to 0.5 μm.

제7 구현예는, 전술한 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,A seventh embodiment, according to any one of the preceding embodiments,

상기 제2 양극 활물질은, 상기 2차 소입자를 압연시 상기 1차 거대 입자가 떨어져 나가며, 상기 1차 거대 입자 자체는 깨지지 않는 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지용 양극 활물질에 관한 것이다. The second positive electrode active material relates to a positive electrode active material for a lithium secondary battery, characterized in that the primary large particles fall off when the secondary small particles are rolled, and the primary large particles themselves are not broken.

제8 구현예는, 전술한 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,An eighth embodiment, according to any one of the preceding embodiments,

상기 압연은 상기 양극 활물질을 포함하는 양극의 기공도가 15 내지 30%가 되도록 수행되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지용 양극 활물질에 관한 것이다. The rolling relates to a positive electrode active material for a lithium secondary battery, characterized in that the porosity of the positive electrode including the positive electrode active material is 15 to 30%.

제9 구현예는, 전술한 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,A ninth embodiment, according to any one of the preceding embodiments,

상기 1차 거대 입자의 평균 결정 크기는 150 nm 이상인 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지용 양극 활물질에 관한 것이다. The average crystal size of the primary large particles relates to a cathode active material for a lithium secondary battery, characterized in that 150 nm or more.

제10 구현예는, 전술한 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,A tenth embodiment, according to any one of the preceding embodiments,

상기 2차 소입자의 평균 입경(D50)/상기 1차 거대 입자의 평균 입경(D50)의 비는 2 내지 4배인 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지용 양극 활물질에 관한 것이다. The ratio of the average particle diameter (D50) of the secondary small particles to the average particle diameter (D50) of the primary large particles is 2 to 4 times.

제11 구현예는, 전술한 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,An eleventh embodiment, according to any one of the preceding embodiments,

상기 제1 및 제2 양극 활물질은 니켈계 리튬 전이금속 산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지용 양극 활물질에 관한 것이다. The first and second positive electrode active materials relate to a positive electrode active material for a lithium secondary battery, characterized in that it includes a nickel-based lithium transition metal oxide.

제12 구현예는, 제11 구현예에 있어서, The twelfth embodiment, according to the eleventh embodiment,

상기 니켈계 리튬 전이금속 산화물은, Li(1+a)Ni(1-(a+x+y+w))CoxM1yM2wO2 (0≤a≤0.5, 0≤x≤0.35, 0≤y≤0.35, 0≤w≤0.1, 0≤a+x+y+w≤0.7, M1은 Mn 및 Al으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종, M2는 Ba, Ca, Zr, Ti, Mg, Ta, Nb 및 Mo으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종)을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지용 양극 활물질에 관한 것이다. The nickel-based lithium transition metal oxide is, Li (1+a) Ni (1-(a+x+y+w)) Co x M1 y M2 w O 2 (0≤a≤0.5, 0≤x≤0.35, 0≤y≤0.35, 0≤w≤0.1, 0≤a+x+y+w≤0.7, M1 is at least one selected from the group consisting of Mn and Al, and M2 is Ba, Ca, Zr, Ti, Mg , Ta, Nb, and at least one selected from the group consisting of Mo) relates to a positive electrode active material for a rechargeable lithium battery, characterized in that it contains.

제13 구현예는, 전술한 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,A thirteenth embodiment, according to any one of the preceding embodiments,

상기 양극 활물질은 안식각이 50°미만인 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지용 양극 활물질에 관한 것이다.The positive active material relates to a positive active material for a lithium secondary battery, characterized in that the angle of repose is less than 50 °.

본 발명의 일 측면은 하기 구현예에 따른 리튬 이차 전지용 양극을 제공한다. One aspect of the present invention provides a positive electrode for a lithium secondary battery according to the following embodiments.

제14 구현예는, 전술한 구현예 중 어느 한 구현예에 따른 양극 활물질을 포함하는 리튬 이차 전지용 양극을 제공한다. A fourteenth embodiment provides a positive electrode for a lithium secondary battery comprising the positive electrode active material according to any one of the above-described embodiments.

본 발명의 일 측면은 하기 구현예에 따른 리튬 이차 전지를 제공한다. One aspect of the present invention provides a lithium secondary battery according to the following embodiments.

제15 구현예는, 전술한 구현예 중 어느 한 구현예에 따른 양극 활물질을 포함하는 리튬 이차 전지를 제공한다.A fifteenth embodiment provides a lithium secondary battery including the positive electrode active material according to any one of the above embodiments.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 기존과 같이 대입경을 가지는 2차 입자 대입자, 소입경을 가지는 2차 입자 소입자를 바이모달로 사용한 경우에 비해 압연시 입자 깨짐이나 미분 발생량이 현저히 억제될 수 있다. According to an embodiment of the present invention, as compared to the case of using secondary particles having a large particle diameter and secondary particles having a small diameter in a bimodal manner, the amount of particle breakage or fine powder generation during rolling can be significantly suppressed. can

본 발명의 일 실시예에 따르면, 이에 따라 에너지 밀도가 증가된 양극 활물질을 제공할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, it is possible to provide a positive electrode active material having an increased energy density.

본 명세서에 첨부되는 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시한 것이며, 전술한 발명의 내용과 함께 본 발명의 기술 사상을 더욱 잘 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되는 것은 아니다. 한편, 본 명세서에 수록된 도면에서의 요소의 형상, 크기, 축척 또는 비율 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장될 수 있다.
도 1은 비교예 1에 따른 양극 활물질을 적용한 전극의 단면을 찍은 SEM 이미지이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1에 따른 양극 활물질을 적용한 전극의 단면을 찍은 SEM 이미지이다.
The drawings accompanying the present specification illustrate preferred embodiments of the present invention, and serve to better understand the technical spirit of the present invention together with the above-described content of the present invention, so the present invention is limited only to the matters described in such drawings is not interpreted as On the other hand, the shape, size, scale, or ratio of elements in the drawings included in this specification may be exaggerated to emphasize a clearer description.
1 is a SEM image of a cross-section of an electrode to which a positive active material according to Comparative Example 1 is applied.
FIG. 2 is an SEM image of a cross-section of an electrode to which a positive active material according to Example 1 of the present invention is applied.

이하 본 발명의 구현예를 상세히 설명한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구 범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예에 기재된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. Prior to this, the terms or words used in the present specification and claims should not be construed as being limited to their ordinary or dictionary meanings, and the inventor should properly understand the concept of the term in order to best describe his invention. Based on the principle that it can be defined, it should be interpreted as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention. Accordingly, the configuration described in the embodiments described in the present specification is only the most preferred embodiment of the present invention and does not represent all the technical spirit of the present invention, so various equivalents and It should be understood that there may be variations.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 「포함한다」고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. Throughout this specification, when a part "includes" a certain component, it means that other components may be further included, rather than excluding other components, unless otherwise stated.

본 명세서 및 청구범위에 있어서, "다수의 결정립을 포함한다" 함은 특정 범위의 평균 결정 크기를 갖는 둘 이상의 결정 입자가 모여서 이루어지는 결정체를 의미한다. 이때 상기 결정립의 결정 크기는 Cu Kα X선(X-ray)에 의한 X선 회절 분석(XRD)을 이용하여 정량적으로 분석될 수 있다. 구체적으로는 제조된 입자를 홀더에 넣어 X선을 상기 입자에 조사해 나오는 회절 격자를 분석함으로써, 결정립의 평균 결정 크기를 정량적으로 분석 할 수 있다.In the present specification and claims, "including a plurality of crystal grains" means a crystal formed by gathering two or more crystal grains having an average crystal size in a specific range. In this case, the crystal size of the crystal grains may be quantitatively analyzed using X-ray diffraction analysis (XRD) by Cu Kα X-rays. Specifically, the average crystal size of the crystal grains can be quantitatively analyzed by putting the prepared particles in a holder and analyzing the diffraction grating that irradiates X-rays to the particles.

예를 들어, 다음과 같이 분석할 수 있다. For example, it can be analyzed as follows.

먼저, 샘플링은 일반 분말용 홀더 가운데 패인 홈에 시료를 넣고 슬라이드 글라스를 이용하여 표면을 고르게, 높이를 홀더 가장자리와 같게 하여 준비한다. LynxEye XE-T position sensitive detector 가 장착된 Bruker D8 Endeavor (Cu Kα, λ= 1.54 Å)를 이용, FDS 0.5°, 2-theta 15도에서 90도 영역에 대해 step size 0.02도로 total scan time이 ~20분 되게 시료를 측정한다. 측정된 data에 대해 각 site에서의 charge (transition metal site에서의 metal들은 +3, Li site의 Ni은 +2)와 cation mixing을 고려하여 Rietveld refinement를 수행한다. Crystallite size 분석 시 instrumental broadening은 Bruker TOPAS program에 implement 되어 있는 Fundamental Parameter Approach (FPA)를 이용하여 고려하고, fitting 시 측정 범위의 전체 peak들이 사용된다. Peak shape은 TOPAS에서 사용 가능한 peak type 중 FP (First Principle)로 Lorenzian contribution 만 사용되어 fitting되었고, 이 때 strain은 고려하지 않았다. 상기 방법을 통해 구조 분석을 진행하였고, 결정립의 평균 결정 크기를 정량적으로 분석할 수 있다.First, for sampling, place a sample in a groove in the middle of a general powder holder, use a slide glass to make the surface even, and prepare the height equal to the edge of the holder. Using a Bruker D8 Endeavor (Cu Kα, λ= 1.54 Å) equipped with LynxEye XE-T position sensitive detector, FDS 0.5°, 2-theta 15° to 90° step size 0.02°, total scan time is ~20 Measure the sample in minutes. For the measured data, Rietveld refinement is performed considering charge (+3 for metals at transition metal site, +2 for Ni at Li site) and cation mixing at each site. When analyzing crystallite size, instrumental broadening is considered using the Fundamental Parameter Approach (FPA) implemented in the Bruker TOPAS program, and the entire peaks of the measurement range are used during fitting. The peak shape was fitted using only Lorenzian contribution as FP (First Principle) among the peak types available in TOPAS, and strain was not considered at this time. Structural analysis was performed through the above method, and the average crystal size of grains can be quantitatively analyzed.

명세서 및 청구범위에 있어서, D50은 입자크기 분포의 50% 기준에서의 입자크기로 정의될 수 있으며, 레이저 회절법(laser diffraction method)을 이용하여 측정될 수 있다. 예를 들어, 상기 양극 활물질의 평균 입경(D50)의 측정 방법은, 양극 활물질의 입자를 분산매 중에 분산시킨 후, 시판되는 레이저 회절 입도 측정 장치(예를 들어, Microtrac MT 3000)에 도입하여 약 28kHz의 초음파를 출력 60W로 조사한 후, 측정 장치에 있어서의 체적 누적량의 50%에 해당하는 평균 입경(D50)을 산출할 수 있다.In the specification and claims, D50 may be defined as a particle size based on 50% of a particle size distribution, and may be measured using a laser diffraction method. For example, in the method of measuring the average particle diameter (D50) of the positive active material, the particles of the positive active material are dispersed in a dispersion medium, and then introduced into a commercially available laser diffraction particle size measuring device (eg, Microtrac MT 3000) to about 28 kHz After irradiating the ultrasonic waves with an output of 60 W, the average particle diameter D50 corresponding to 50% of the volume accumulation amount in the measuring device can be calculated.

본 발명에 있어서 '1차 입자'란 주사형 전자 현미경을 이용하여 5000배 내지 20000배의 시야에서 관찰하였을 때 외관상 입계가 존재하지 않는 입자를 의미한다. 본 발명에서 1차 입자는 평균 입경(D50)에 따라 1차 미세(micro) 입자, 1차 거대(macro) 입자로 구분될 수 있다. In the present invention, the term 'primary particles' refers to particles having no apparent grain boundaries when observed in a field of view of 5000 times to 20000 times using a scanning electron microscope. In the present invention, the primary particles may be classified into primary micro particles and primary macro particles according to an average particle diameter (D50).

본 발명에서 '2차 입자'란 상기 1차 입자가 응집되어 형성된 입자이다. 본 발명에서 2차 입자는 평균 입경(D50)에 따라 2차 대입자, 2차 소입자로 구분될 수 있다. In the present invention, 'secondary particles' are particles formed by agglomeration of the primary particles. In the present invention, secondary particles may be classified into secondary large particles and secondary small particles according to an average particle diameter (D50).

한편, 상기 2차 대입자는 2차 입자 대입자로 불리울 수 있다. 여기에서, 2차 입자 대입자는, 1차 미세(micro) 입자가 수십 내지 수백 개 응집되어 형성된 입자이다. 2차 입자 대입자와 대비되는 개념으로 2차 입자 소입자가 존재한다. 여기에서, 2차 입자 소입자는, 1차 미세(micro) 입자가 수십 내지 수백개 응집되어 형성된 입자이다. 2차 입자 대입자의 평균 입경(D50)은 2차 입자 소입자의 평균 입경(D50)에 비하여 크다. Meanwhile, the secondary large particle may be referred to as a secondary large particle. Here, the secondary particle large particle is a particle formed by aggregation of tens to hundreds of primary micro particles. Secondary particles Small particles exist as a concept in contrast to large particles. Here, the secondary particle small particle is a particle formed by aggregation of several tens to hundreds of primary micro particles. The average particle diameter (D50) of the large secondary particles is larger than the average particle diameter (D50) of the small secondary particles.

반면, 본 발명에서 말하는 2차 소입자는 전술한 2차 입자 대입자 및/또는 2차 입자 소입자와는 궤를 달리하는 것이다. 즉, 본 발명의 일 측면에서 말하는 2차 소입자는 1차 거대(micro) 입자가 바람직하게는 10개 내외로 응집되어 형성된 입자이다.On the other hand, the secondary small particle referred to in the present invention is different from the above-described large secondary particle and/or secondary particle small particle. That is, the secondary small particles in one aspect of the present invention are particles formed by agglomeration of preferably about 10 primary micro particles.

1차 미세 입자가 응집되어 형성되는 2차 입자 대입자/ 2차 입자 소입자와 1차 거대 입자가 응집되어 형성되는 2차 소입자를 비교할 경우 1차 거대 입자가 응집되어 형성된 2차 입자가 더욱 매끈한 표면을 갖게 된다.Secondary particles formed by agglomeration of primary fine particles Large secondary particles/ When comparing small secondary particles and secondary small particles formed by agglomeration of primary large particles, secondary particles formed by aggregation of primary large particles are more have a smooth surface.

본 발명에서, '단입자'란 상기 2차 입자와는 독립적으로 존재하는 것으로, 외관상에 입계가 존재하지 않는 입자로서, 예를 들어, 입자 지름이 0.5 ㎛ 이상의 입자를 의미한다. In the present invention, 'single particle' is a particle that exists independently of the secondary particles and does not have a grain boundary in appearance, for example, a particle having a particle diameter of 0.5 µm or more.

본 발명에 있어서, '입자'라고 기재하는 경우에는 단입자, 2차 입자, 1차 입자 중 어느 하나 또는 모두가 포함되는 의미일 수 있다. In the present invention, when 'particle' is described, it may mean that any one or all of single particles, secondary particles, and primary particles are included.

양극 활물질cathode active material

리튬 이차 전지에 사용되는 양극 활물질은, 부피당 에너지 밀도를 향상시키기 위해 입도 분포가 다른 두 종류의 입자를 혼합하여 사용하는 경우가 대부분이다. 예를 들어, 대입자 양극 활물질과 소입자 양극 활물질을 적정 비율로 사용하게 되면 바이모달(bimodal) 효과로 인해 동일 압력 조건에서 대/소입자의 밀도값에서 산술적으로 계산한 값 대비 높은 밀도를 나타내게 된다. A cathode active material used in a lithium secondary battery is mostly used by mixing two types of particles having different particle size distributions in order to improve energy density per volume. For example, when a large particle positive active material and a small particle positive active material are used in an appropriate ratio, the bimodal effect causes a higher density than the value calculated arithmetically from the density values of large and small particles under the same pressure condition. do.

이러한 바이모달 효과는 대입자와 대입자 사이 공간에 소입자가 채워지면서 밀도 증가로 나타나게 된다. 이를 위해서는 대입자와 소입자의 혼합물에 압력이 가해질 때 빈 공간을 채워줄 수 있도록 입자간 접촉 상태에서 매끄럽게 입자들이 이동할 수 있어야 한다. 1차 미세 입자가 응집되어 형성되는 2차 입자와 1차 거대 입자가 응집되어 형성되는 2차 입자를 비교할 경우, 1차 거대 입자가 응집되어 형성된 2차 입자가 더욱 매끈한 표면을 갖게 된다. 1차 미세 입자가 응집되어 형성되는 2차 입자로만 구성된 대입자/소입자 혼합 바이모달 양극 활물질의 경우 압연시 입자 표면의 거칠기로 인해 입자간 마찰력이 높고, 이로 인해 압연시 가해지는 압력이 입자 이동이 아닌 입자 깨짐을 일으키게 된다. 입자 깨짐이 발생하게 되면 이와 동시에 입자 이동이 발생할 수 있으나 입자간의 마찰력이 여전히 높은 상태라 추가적인 압력이 가해지면 입자 깨짐이 발생하게 되는 현상이 반복되게 된다. 반면 소입자로 1차 거대 입자가 응집된 2차 소입자로 치환하게 되면 2차 입자 대입자의 표면이 거칠기는 하지만 소입자와 접촉하는 면과의 마찰력은 상대적으로 낮아지게 되어 압연시 가해지는 압력이 입자 이동을 용이하게 하고, 입자 깨짐을 감소시키며 높은 압연 밀도를 나타낼 수 있게 한다. 압연이 지속적으로 증가하여 이로 인해 소입자가 깨지게 되더라도, 깨진 면이 여전히 매끈하여 이후의 추가적인 압력은 입자 이동을 야기하여 추가적인 입자 깨짐은 방지하고 밀도는 향상시키게 된다.This bimodal effect appears as a density increase as small particles fill the space between large particles and large particles. For this, the particles must be able to move smoothly in the state of contact between the particles so that the empty space can be filled when pressure is applied to the mixture of large and small particles. When secondary particles formed by aggregation of primary fine particles are compared with secondary particles formed by agglomeration of primary large particles, secondary particles formed by agglomeration of primary large particles have a smoother surface. In the case of a large-particle/small-particle mixed bimodal positive electrode active material composed only of secondary particles formed by aggregation of primary fine particles, the frictional force between particles is high due to the roughness of the particle surface during rolling. This will cause particle breakage. When particle breakage occurs, particle movement may occur at the same time, but the frictional force between the particles is still high. On the other hand, when the primary large particles are replaced by small particles with agglomerated secondary particles, the surface of the secondary large particles is rough, but the friction force with the surface in contact with the small particles is relatively low, so that the pressure applied during rolling is reduced. It facilitates particle movement, reduces particle breakage, and makes it possible to exhibit high rolling densities. Even if the rolling is continuously increased and small particles are broken due to this, the broken surface is still smooth and the subsequent additional pressure causes particle movement, preventing additional particle breakage and improving the density.

본 발명의 일 측면에서는 기존과 다른 2차 입자 형태를 포함하는 양극 활물질을 제공한다. In one aspect of the present invention, there is provided a positive electrode active material including a secondary particle shape different from the conventional one.

구체적으로, Specifically,

대입자의 제1 양극 활물질 및 소입자의 제2 양극 활물질을 포함하는 리튬 이차 전지용 양극 활물질이며, It is a positive electrode active material for a lithium secondary battery comprising a first positive electrode active material of large particles and a second positive electrode active material of small particles,

상기 제1 양극 활물질은, 1차 미세(micro) 입자의 응집체를 포함하는 적어도 하나의 2차 대입자를 포함하며,The first positive active material includes at least one secondary large particle including an aggregate of primary micro particles,

상기 제2 양극 활물질은, 1차 거대(macro) 입자의 응집체를 포함하는 적어도 하나의 2차 소입자를 포함하며, The second positive active material includes at least one secondary small particle including an aggregate of primary macro particles,

상기 1차 거대 입자의 평균 입경(D50)은 1 ㎛ 이상이며,The average particle diameter (D50) of the primary large particles is 1 μm or more,

상기 제1 양극 활물질과 상기 제2 양극 활물질의 중량비는 75 : 25 내지 90 : 10이며, The weight ratio of the first positive active material to the second positive active material is 75: 25 to 90: 10,

상기 제2 양극 활물질의 입자 강도가 상기 제1 양극 활물질의 입자 강도보다 작은 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지용 양극 활물질인 것이다. It is a positive electrode active material for a lithium secondary battery, characterized in that the particle strength of the second positive electrode active material is smaller than the particle strength of the first positive electrode active material.

상기 양극 활물질은, 상기 특징을 가짐으로써, 압연 밀도가 개선되고 에너지 밀도가 증가된 니켈계 양극 활물질을 제공할 수 있다. 또한, 압연시 미분 생성 비율이 감소된 양극 활물질을 제공할 수 있다. The positive active material may provide a nickel-based positive active material having improved rolling density and increased energy density by having the above characteristics. In addition, it is possible to provide a positive electrode active material having a reduced rate of generation of fine powder during rolling.

이하, 상기 제1 및 제2 입자가 가지는 상기 특성을 상세히 설명한다. Hereinafter, the characteristics of the first and second particles will be described in detail.

1차 거대 입자가 응집된 2차 소입자 및 상기 2차 소입자를 포함하는 소입자 제2 양극 활물질Secondary small particles in which the primary large particles are aggregated and small particles comprising the secondary small particles Second positive active material

본 발명의 일 측면에서는 전술한 문제를 해결하기 위하여 1차 거대 입자가 응집된 2차 입자를 포함하는 것이다. 기존의 2차 입자는 1차 미세 입자가 수십 내지 수백개 응집되어 2차 입자를 형성한다. 반면, 본 발명의 일 측면에서는 1차 입자의 평균 입경(D50)이 1 ㎛ 이상인 1차 거대 입자가 바람직하게는 1 내지 10개 이내로 응집되어 2차 소입자를 구성한다. In one aspect of the present invention, in order to solve the above-described problem, the primary large particles include secondary particles agglomerated. In the existing secondary particles, tens to hundreds of primary fine particles are aggregated to form secondary particles. On the other hand, in one aspect of the present invention, the primary large particles having an average particle diameter (D50) of 1 μm or more are preferably aggregated within 1 to 10 to constitute secondary small particles.

본 발명자들은, 기존의 2차 입자 대입자와 2차 입자 소입자를 혼합하는 경우에는 압연 과정에서 2차 입자의 깨짐이 발생하고 전기화학 특성이 열위에 놓이는 문제가 있음을 발견하였다. 이 때 기존의 2차 입자 대입자와 2차 입자 소입자란, 1차 미세 입자가 수십 내지 수백개 응집되어 형성된 2차 입자이되, 평균 직경(D50)이 큰 경우를 “2차 입자 대입자”, 평균 직경(D50)이 작은 경우를 “2차 입자 소입자”라고 지칭한다. The present inventors have discovered that, in the case of mixing the existing large secondary particles and small secondary particles, cracking of the secondary particles occurs during the rolling process and there is a problem in that the electrochemical properties are inferior. At this time, the existing large secondary particles and small secondary particles are secondary particles formed by aggregation of tens to hundreds of primary fine particles, but with a large average diameter (D50), “large secondary particles” , the case where the average diameter (D50) is small is referred to as “small secondary particles”.

반면, 본 발명의 일 측면에서는 “1차 거대 입자가 응집된 2차 소입자”를 기존의 “2차 입자 대입자”와 적정 비율로 혼합함에 따라, 압연과정에서의 깨짐을 억제할 수 있다. 이는, 본 발명에 따른 2차 소입자를 기존의 2차 대입자에 혼합하는 경우, 2차 소입자의 압연 밀도(press density)가 상대적으로 높아 혼합 양극 활물질 전체에 대하여 동일 압연 밀도에서 2차 대입자에 가해지는 스트레스가 감소되기 때문인 것으로 보인다. 또한, 기존의 2차 입자 소입자에 비해 본 발명에 따른 2차 소입자의 표면이 매끄러워 2차 대입자와 혼합시 바이모달 효과를 효과적으로 나타내는 것으로 보인다. On the other hand, in one aspect of the present invention, by mixing the “secondary small particles in which the primary large particles are aggregated” with the existing “large secondary particles” in an appropriate ratio, cracking in the rolling process can be suppressed. This is because, when the secondary small particles according to the present invention are mixed with the existing secondary large particles, the press density of the secondary small particles is relatively high, so that the secondary large particles at the same rolling density for the entire mixed positive electrode active material. This appears to be due to the reduced stress on the particles. In addition, the surface of the secondary small particle according to the present invention is smoother than the conventional secondary particle small particle, and thus it seems to effectively exhibit a bimodal effect when mixed with the secondary large particle.

본 발명에서 '1차 거대 입자'란 평균 직경(D50)이 1 ㎛ 이상인 것이다. In the present invention, 'primary large particles' means those having an average diameter (D50) of 1 µm or more.

본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 상기 1차 거대 입자의 평균 입경은 1 ㎛ 이상, 1.5 ㎛ 이상, 2 ㎛ 이상, 2.5 ㎛ 이상, 3 ㎛ 이상, 또는 3.5 ㎛ 이상일 수 있으며, 5 ㎛ 이하, 4.5 ㎛ 이하, 또는 4 ㎛ 이하일 수 있다. 상기 1차 거대 입자의 평균 입경이 1 ㎛ 미만인 경우, 이를 응집한 2차 입자는 종래의 2차 소입자에 해당되어 압연시 입자 깨짐이 발생하는 문제가 있을 수 있다. In a specific embodiment of the present invention, the average particle diameter of the primary large particles may be 1 μm or more, 1.5 μm or more, 2 μm or more, 2.5 μm or more, 3 μm or more, or 3.5 μm or more, and 5 μm or less; It may be 4.5 μm or less, or 4 μm or less. When the average particle diameter of the primary large particles is less than 1 μm, the agglomerated secondary particles correspond to conventional secondary small particles, and thus there may be a problem in that particles are broken during rolling.

본 발명에서 '1차 거대 입자'는 평균 입경(D50)/ 평균 결정 크기(crystal size)의 비가 3 이상인 것을 의미하는 것이다. 즉, 상기 1차 거대 입자는 종래 2차 입자를 구성하는 1차 미세(micro) 입자와 비교할 때, 1차 입자의 평균 입경과 평균 결정 크기가 동시에 성장한 것이다. In the present invention, 'primary large particles' means a ratio of average particle diameter (D50)/average crystal size of 3 or more. That is, the primary large particles have an average particle diameter and an average crystal size of the primary particles grown at the same time as compared to the primary micro particles constituting the conventional secondary particles.

크랙(crack) 관점에서 보자면 기존의 단입자와 같이 외관상 입계가 존재하지 존재하지 않으면서도 평균 입경이 큰 것이 유리하다. 하지만 기존의 단입자는 기존의 2차 입자 형태의 입자와 혼합되어 사용되는 경우 압연시 2차 입자 형태의 양극 활물질이 먼저 깨져버리게 되는 문제가 발생할 수 있다. 또한 외관상 입계가 존재하지 않으면서도 평균 입경이 큰 형태로 만들기 위하여 기존 2차 입자 형태의 조건보다 소성 온도를 높이게 되고, 이때 1차 입자의 표면에 rock salt 가 형성되어 표면 저항이 높아지는 문제가 있는 것을 발견하였다. 이 두 가지 문제를 해결하기 위해서 기존 단입자 소성 조건 보다 조금 낮은 온도에서 소성하여 1차 거대 입자가 응집된 2차 입자 형태의 양극 활물질을 개발하였다. 즉, 본 발명에서의 1차 거대 입자는, 기존 2차 입자 형태의 양극 활물질과 비교할 때 평균 입경뿐만 아니라 평균 결정 크기도 크며, 외관상의 입계가 존재하지 않는 입자를 의미하는 것이다. From the point of view of cracks, it is advantageous that grain boundaries exist and do not exist, but have a large average particle diameter like the conventional single particles. However, when the existing single particles are mixed with the existing secondary particle type particles and used, there may be a problem in that the secondary particle type cathode active material is broken first during rolling. In addition, in order to make a shape with a large average particle diameter without apparent grain boundaries, the calcination temperature is higher than that of the existing secondary particle type. found To solve these two problems, a cathode active material in the form of secondary particles in which primary large particles are agglomerated by firing at a temperature slightly lower than the conventional single particle firing conditions was developed. That is, in the present invention, the primary large particles refer to particles having a larger average crystal size as well as an average particle diameter as compared to a positive electrode active material in the form of a conventional secondary particle, and having no apparent grain boundaries.

이와 같이, 기존 단입자 소성 조건보다 조금 낮은 온도에서 소성하여 1차 거대 입자가 응집된 2차 입자 형태의 양극 활물질을 제조하는 경우, 고온에서의 소성으로 인해 표면에 rock salt가 생겨 저항 증가가 큰 기존의 단입자에 비해, 표면 저항이 낮아지며 장수명 측면에서도 유리하다. As such, in the case of producing a cathode active material in the form of secondary particles in which primary large particles are aggregated by sintering at a temperature slightly lower than the existing single-particle sintering conditions, rock salt is formed on the surface due to sintering at high temperature, resulting in a large increase in resistance. Compared to the conventional single particles, the surface resistance is lowered and it is advantageous in terms of long life.

이 때, 상기 1차 거대 입자의 평균 결정 크기(crystal size)는 Cu Kα X선(X-ray)에 의한 X선 회절 분석(XRD)을 이용하여 정량적으로 분석될 수 있다. 구체적으로는 제조된 입자를 홀더에 넣어 X선을 상기 입자에 조사해 나오는 회절 격자를 분석함으로써, 1차 거대 입자의 평균 결정 크기를 정량적으로 분석할 수 있다. 예를 들어, 전술한 방법에 의해 분석할 수 있다. In this case, the average crystal size of the primary large particles may be quantitatively analyzed using X-ray diffraction analysis (XRD) by Cu Kα X-rays. Specifically, the average crystal size of the primary large particles can be quantitatively analyzed by putting the prepared particles in a holder and analyzing the diffraction grating that irradiates the particles with X-rays. For example, it can be analyzed by the method described above.

본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 상기 평균 입경(D50)/ 평균 결정 크기(crystal size)의 비는 2 이상, 2.5 이상, 3 이상일 수 있으며, 50 이하, 40 이하, 35 이하일 수 있다. In a specific embodiment of the present invention, the ratio of the average particle size (D50) / average crystal size (crystal size) may be 2 or more, 2.5 or more, 3 or more, and 50 or less, 40 or less, 35 or less.

또한, 상기 1차 거대 입자의 평균 결정 크기는, 150 nm 이상, 170 nm 이상, 200 nm 이상일 수 있으며, 300 nm 이하, 270 nm 이하, 또는 250 nm 이하일 수 있다. In addition, the average crystal size of the primary large particles may be 150 nm or more, 170 nm or more, 200 nm or more, and 300 nm or less, 270 nm or less, or 250 nm or less.

한편, 본 발명에서 2차 소입자란, 전술한 1차 거대 입자가 바람직하게는 1 내지 10개 응집된 형태이다. 상기 2차 소입자는, 기존의 단입자 수득방법과 다음과 같은 점에서 차이가 있다. Meanwhile, in the present invention, the secondary small particles are preferably 1 to 10 aggregated primary large particles described above. The secondary small particles are different from the conventional method for obtaining single particles in the following points.

기존의 단입자는, 기존의 2차 입자용 전구체를 그대로 사용하여 1차 소성 온도만 높여 단입자를 형성하였다. 반면, 본 발명의 일 측면에 따른 2차 소입자는, 기공도가 높은 전구체를 별도로 사용하는 것이다. 이에 따라, 소성 온도를 높이 올리지 않아도 입경 크기가 큰 1차 거대 입자가 성장될 수 있으며, 반면 2차 소입자의 평균 직경은 기존에 비해 상대적으로 덜 성장할 수 있다. As for the existing single particles, single particles were formed by increasing only the primary firing temperature by using the existing precursor for secondary particles as it is. On the other hand, in the secondary small particles according to an aspect of the present invention, a precursor having a high porosity is used separately. Accordingly, the primary large particles having a large particle size may be grown without raising the firing temperature, while the average diameter of the secondary small particles may be relatively small compared to the conventional ones.

이에 따라, 본 발명의 일 측면에 따른 2차 소입자는, 기존과 동일 또는 유사한 평균 입경(D50)을 가지면서도 1차 입자의 평균 직경(D50)이 큰 형태인 것이다. 즉, 기존에 양극 활물질이 갖는 일반적인 형태 즉 평균 입경이 작은 1차 입자들이 모여서 2차 입자를 형성하는 형태와 다르게, 1차 입자의 크기를 키운 1차 거대 입자가 응집한 2차 입자 형태를 제공한다. Accordingly, the secondary small particles according to an aspect of the present invention have a large average diameter (D50) of the primary particles while having the same or similar average particle diameter (D50) as before. In other words, unlike the conventional positive electrode active material, in which primary particles with small average particle diameters gather to form secondary particles, it provides a secondary particle form in which primary large particles with increased primary particle size are aggregated. do.

본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 상기 2차 소입자는 상기 1차 거대 입자가 1개 내지 10개 이내로 응집된 것일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 2차 소입자는 상기 1차 거대 입자가 1개 이상, 2개 이상, 3개 이상, 또는 4개 이상 응집된 것일 수 있으며, 상기 수치 범위 내에서 상기 1차 거대 입자가 10개 이하, 9개 이하, 8개 이하, 또는 7개 이하로 응집된 것일 수 있다. In a specific embodiment of the present invention, the secondary small particles may be agglomerated 1 to 10 or less of the primary large particles. More specifically, the secondary small particles may be one or more, two or more, three or more, or four or more aggregates of the primary large particles, and within the numerical range, the primary large particles are 10 It may be an aggregate of no more than 9 pieces, no more than 8 pieces, or no more than 7 pieces.

본 발명에서, 상기 2차 소입자는, 기존과 동일 또는 유사한 평균 입경(D50)을 가지면서도 1차 거대 입자의 평균 직경(D50)이 큰 형태인 것이다. 즉, 기존에 양극 활물질이 갖는 일반적인 형태 즉 평균 입경이 작은 1차 미세 입자들이 모여서 2차 입자를 형성하는 형태와 다르게, 1차 입자의 크기를 키운 1차 거대 입자가 응집한 2차 입자 형태를 제공한다. In the present invention, the secondary small particles have a large average diameter (D50) of the primary large particles while having the same or similar average particle diameter (D50) as before. In other words, unlike the conventional positive electrode active material, in which primary fine particles with small average particle diameters gather to form secondary particles, the secondary particle form in which primary large particles of increased primary particle size are aggregated to provide.

본 발명의 일 측면에 따른 2차 소입자는 평균 직경(D50)이 3 ㎛ 내지 6 ㎛인 것이다. 보다 구체적으로, 3 ㎛ 이상, 3.5 ㎛ 이상, 4 ㎛ 이상, 또는 4.5 ㎛ 이상인 것이며, 6 ㎛ 이하, 5.5 ㎛ 이하, 또는 5 ㎛ 이하인 것이다. The secondary small particles according to an aspect of the present invention have an average diameter (D50) of 3 μm to 6 μm. More specifically, it is 3 µm or more, 3.5 µm or more, 4 µm or more, or 4.5 µm or more, and is 6 µm or less, 5.5 µm or less, or 5 µm or less.

일반적으로 입자 형태를 막론하고, 동일한 조성일 때, 소성 온도가 증가할수록 입자의 크기 및 입자 내 평균 결정 크기는 증가한다. 반면, 본 발명의 일 측면에 따른 2차 소입자는, 다공성의 전구체를 이용하여, 종래에 비해 소성 온도를 높이 올리지 않아도 입경 크기가 큰 1차 거대 입자가 성장될 수 있으며, 반면 2차 소입자는 기존에 비해 상대적으로 덜 성장할 수 있다. In general, regardless of particle shape, when the composition is the same, the size of the particles and the average crystal size within the particles increase as the firing temperature increases. On the other hand, in the secondary small particles according to an aspect of the present invention, by using a porous precursor, primary large particles having a large particle size can be grown without raising the sintering temperature higher than in the prior art, whereas the secondary small particles can grow relatively less than before.

이에 따라, 본 발명의 일 측면에 따른 2차 소입자는 종래 2차 입자와 평균 직경(D50)이 동일 또는 유사하면서, 종래 1차 미세 입자에 비해 평균 직경 및 평균 결정 크기가 큰 1차 거대 입자로 이루어져 있다. Accordingly, the secondary small particles according to one aspect of the present invention have the same or similar average diameter (D50) to the conventional secondary particles, and have larger average diameter and average crystal size than the conventional primary fine particles. consists of

본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 상기 2차 소입자의 평균 입경(D50)/상기 1차 거대 입자의 평균 입경(D50)의 비는 2 내지 4배일 수 있다. In a specific embodiment of the present invention, the ratio of the average particle diameter (D50) of the secondary small particles to the average particle diameter (D50) of the primary large particles may be 2 to 4 times.

본 발명에서, 소입자의 제2 양극 활물질은 전술한 2차 소입자를 포함하는 것을 의미한다. 이 때, 상기 제2 양극 활물질은, 상기 2차 소입자를 압연시 상기 1차 거대 입자가 떨어져 나가며, 상기 1차 거대 입자 자체는 깨지지 않는 것일 수 있다. 상기 압연 조건은 양극 활물질을 전극으로 제작하여 기공도 15~30% 수준으로 압연하는 조건일 수 있다. 예를 들어, 상기 압연 조건은 9 ton 이상의 압력을 가하는 것일 수 있다. 보다 구체적으로, 9 ton 을 가압하는 것일 수 있다In the present invention, the second positive electrode active material of small particles means including the above-described secondary small particles. In this case, the second positive active material may be one in which the primary large particles fall off when the secondary small particles are rolled, and the primary large particles themselves are not broken. The rolling condition may be a condition in which the cathode active material is manufactured as an electrode and rolled to a level of 15 to 30% porosity. For example, the rolling condition may be to apply a pressure of 9 tons or more. More specifically, it may be to press 9 ton

1차 미세 입자가 응집된 2차 대입자 및 상기 2차 대입자를 포함하는 대입자 제1 양극 활물질Secondary large particles in which primary fine particles are aggregated and large-particle first positive electrode active material comprising the secondary large particles

본 발명의 일 측면에서는 전술한 2차 소입자 이외에 2차 대입자를 추가적으로 더 포함한다. In one aspect of the present invention, it further includes a secondary large particle in addition to the secondary small particle described above.

이 때, 2차 대입자는 1차 미세 입자가 응집된 형태이다. 예를 들어, 상기 1차 미세 입자가 수십 내지 수백개 응집된 형태일 수 있다. 환언하면, 본 발명에서 “2차 대입자”는 전술한 “2차 입자 대입자”와 동일한 개념이다.In this case, the secondary large particles are in the form of agglomerated primary fine particles. For example, the primary fine particles may be in the form of agglomerated tens to hundreds. In other words, in the present invention, the “secondary large particle” is the same concept as the aforementioned “secondary large particle”.

본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 상기 2차 대입자의 평균 직경(D50)은, 10 ㎛ 내지 20 ㎛인 것이다. 2차 대입자의 평균 직경(D50)이 10 ㎛ 미만일 경우 2차 대입자의 입자 깨짐 현상이 증대될 수 있다. 보다 구체적으로, 10 ㎛ 이상, 12 ㎛ 이상, 또는 14 ㎛ 이상인 것이며, 20 ㎛ 이하, 18 ㎛ 이하, 또는 16 ㎛ 이하인 것이다. In a specific embodiment of the present invention, the average diameter (D50) of the secondary large particles is 10 μm to 20 μm. When the average diameter (D50) of the secondary large particles is less than 10 μm, the particle breakage of the secondary large particles may be increased. More specifically, it is 10 μm or more, 12 μm or more, or 14 μm or more, and is 20 μm or less, 18 μm or less, or 16 μm or less.

본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 상기 1차 미세 입자의 평균 입경(D50)은 0.1 ㎛ 내지 0.5 ㎛인 것이다. 보다 구체적으로, 0.1 ㎛ 이상, 0.2 ㎛ 이상, 또는 0.3 ㎛ 이상일 수 있으며, 0.5 ㎛ 이하, 또는 0.4 ㎛ 이하일 수 있다.In a specific embodiment of the present invention, the average particle diameter (D50) of the primary fine particles is 0.1 μm to 0.5 μm. More specifically, it may be 0.1 μm or more, 0.2 μm or more, or 0.3 μm or more, and may be 0.5 μm or less, or 0.4 μm or less.

한편, 상기 제2 양극 활물질의 입자 강도는 상기 제1 양극 활물질의 입자강도보다 작은 것이다. On the other hand, the particle strength of the second positive active material is smaller than the particle strength of the first positive electrode active material.

본 발명자들은 기존의 2차 입자 대입자(2차 대입자)와 기존의 2차 입자 소입자를 혼합한 경우보다, 기존의 2차 입자 대입자(2차 대입자)와 본 발명에서 발명한 2차 소입자를 혼합한 경우 압연시 입자 깨짐이 감소하는 것을 발견하였다. The inventors of the present invention found that compared to the case of mixing the existing large secondary particles (secondary large particles) and the existing small secondary particles, the existing large secondary particles (secondary large particles) and the 2 It was found that when small tea grains were mixed, grain breakage during rolling was reduced.

기존의 1차 미세 입자가 응집되어 형성된 2차 입자로만 구성된 대입자/소입자 혼합 바이모달 양극 활물질의 경우에는, 압연시 입자 표면의 거칠기가 커 입자 간 마찰력이 높은 문제가 있었다. 이로 인하여 압연시 가해지는 압력이 입자 이동에 따른 입자 패킹이 아니라, 입자 깨짐으로 발생하였다. 입자 깨짐이 발생할 때에도 입자 이동이 발생할 수는 있으나, 여전히 입자 간의 마찰력이 높아 추가적인 압력이 가해지는 입자 깨짐이 빈번히 발생하게 된다. 이에 따라 전극의 패킹을 높이는데에 한계가 생기게 된다. In the case of the conventional large-particle/small-particle mixed bimodal positive electrode active material composed only of secondary particles formed by agglomeration of primary fine particles, there was a problem in that the surface roughness of the particles during rolling was large, so that the friction force between the particles was high. Due to this, the pressure applied during rolling was caused by particle cracking, not particle packing due to particle movement. Although particle movement may occur even when particle breakage occurs, particle breakage with additional pressure being applied frequently occurs due to still high frictional force between particles. Accordingly, there is a limit in increasing the packing of the electrode.

반면, 본 발명의 일 측면에서와 같이, 2차 대입자(2차 입자 대입자)와 2차 소입자를 혼합하는 경우, 2차 입자 대입자의 표면은 종전과 같이 거칠지만, 2차 소입자와 접촉하는 면의 마찰력은 상대적으로 감소하게 된다. 이에 따라 전극 압연시 가해지는 압력이 입자 이동을 용이하게 하고, 이에 따라 입자 깨짐이 감소되며 높은 압연 밀도를 나타낼 수 있다. 압연이 지속적으로 증가하여 추가적인 압력이 발생하더라도, 2차 소입자 자체가 깨질 뿐이며, 2차 소입자로부터 분리된 1차 거대 입자는 깨지지 않는다. 또한, 2차 소입자의 깨진 면이 여전히 매끈하여 이후의 추가적인 압력은 입자 이동만을 발생시키며 입자 깨짐은 감소된다. 이에 따라 압연 밀도가 증가될 수 있다. On the other hand, as in one aspect of the present invention, when the secondary large particles (secondary large particles) and the secondary small particles are mixed, the surface of the secondary large particles is rough as before, but with the secondary small particles The frictional force of the contacting surfaces is relatively reduced. Accordingly, the pressure applied during electrode rolling facilitates particle movement, thereby reducing particle breakage and exhibiting high rolling density. Even if the rolling is continuously increased and additional pressure is generated, only the secondary small particles themselves are broken, and the primary large particles separated from the secondary small particles are not broken. In addition, since the broken side of the secondary small particles is still smooth, the subsequent additional pressure only causes particle movement and particle breakage is reduced. Accordingly, the rolling density may be increased.

또한, 1차 입자의 양상을 살펴보면, 기존의 2차 입자 소입자를 구성하는 1차 미세 입자의 경우, 추가적으로 더 깨지는 현상이 일어날 수 있다. 반면, 본 발명에서 말하는 2차 소입자는, 1차 거대 입자로 분리된 이후에는 추가적인 미분 형성은 나타나지 않는다. 즉, 전체적으로 양극의 미분 형성을 억제한다. 이러한 효과를 나타내기 위해서는, 본 발명의 2차 소입자는 1차 거대 입자가 10개 이내로 이루어진 응집체이어야 하며, 단순히 하나의 덩어리로 이루어진 단입자이어서는 안되는 것이다. In addition, looking at the aspect of the primary particles, in the case of the primary fine particles constituting the existing secondary particles small particles, further breakage may occur. On the other hand, after the secondary small particles referred to in the present invention are separated into primary large particles, additional fine powder formation does not appear. That is, the formation of fine powder of the positive electrode is suppressed as a whole. In order to exhibit this effect, the secondary small particles of the present invention should be aggregates composed of less than 10 primary large particles, and should not be simply single particles composed of one mass.

함량 및 비율content and proportion

본 발명의 일 측면에 따른 양극 활물질에 있어서, 상기 제1 양극 활물질의 평균 입경(D50)/상기 제2 양극 활물질의 평균 입경(D50)의 비는 2 이상이며, 상기 제1 양극 활물질과 상기 제2 양극 활물질의 중량비는 75 : 25 내지 90 : 10인 것이다. 보다 구체적으로, 상기 제1 양극 활물질과 상기 제2 양극 활물질의 중량비는 75 : 25 내지 90 : 10, 예를 들어, 80 : 20 또는 85 : 15, 또는 90 : 10일 수 있다. In the positive active material according to an aspect of the present invention, the ratio of the average particle diameter (D50) of the first positive active material / the average particle diameter (D50) of the second positive active material is 2 or more, and the first positive active material and the first positive active material 2 The weight ratio of the positive active material is 75:25 to 90:10. More specifically, the weight ratio of the first positive active material to the second positive active material may be 75:25 to 90:10, for example, 80:20 or 85:15, or 90:10.

조성Furtherance

상기 2차 대입자 및/또는 2차 소입자는, 니켈계 리튬 전이금속 산화물을 포함하는 것이다. The secondary large particles and/or secondary small particles include nickel-based lithium transition metal oxide.

이 때, 상기 니켈계 리튬 전이금속 산화물은, Li(1+a)Ni(1-(a+x+y+w))CoxM1yM2wO2 (여기에서, 0≤a≤0.5, 0≤x≤0.35, 0≤y≤0.35, 0≤w≤0.1, 0≤a+x+y+w≤0.7, M1은 Mn 및 Al으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종, M2는 Ba, Ca, Zr, Ti, Mg, Ta, Nb 및 Mo으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종)을 포함할 수 있다. At this time, the nickel-based lithium transition metal oxide is, Li (1+a) Ni (1-(a+x+y+w)) Co x M1 y M2 w O 2 (here, 0≤a≤0.5, 0≤x≤0.35, 0≤y≤0.35, 0≤w≤0.1, 0≤a+x+y+w≤0.7, M1 is at least one selected from the group consisting of Mn and Al, M2 is Ba, Ca , Zr, Ti, Mg, Ta, at least one selected from the group consisting of Nb and Mo) may include.

상기 식에서, a, x, y, 및 w는 니켈계 리튬 전이금속 산화물 내 각 원소의 몰비를 나타낸다. In the above formula, a, x, y, and w represent the molar ratio of each element in the nickel-based lithium transition metal oxide.

이 때, 상기 2차 입자의 결정 격자 내 도핑된 금속 M1과 M2는 원소 M1 및/또는 원소 M2의 위치 선호도에 따라 입자의 일부 표면에만 위치할 수도 있고, 입자 표면에서부터 입자 중심 방향으로 감소하는 농도구배를 가지며 위치할 수 있으며, 또는 입자 전체에 걸쳐 균일하게 존재할 수도 있다. At this time, the doped metals M1 and M2 in the crystal lattice of the secondary particles may be located only on a part of the surface of the particle according to the position preference of the element M1 and/or the element M2, and the concentration decreases from the particle surface to the particle center It may be positioned with a gradient, or it may be uniformly present throughout the particle.

상기 2차 입자는 금속 M1과 M2에 의해 도핑, 또는 코팅 및 도핑될 경우, 특히 표면구조의 안정화로 활물질이 장수명 특성이 보다 개선될 수 있다. When the secondary particles are doped or coated and doped with metals M1 and M2, in particular, the long life characteristics of the active material may be further improved by stabilizing the surface structure.

양극 활물질 제조방법Method for manufacturing cathode active material

본 발명의 일 측면에 따른 양극 활물질은 다음과 같은 방법으로 제조될 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니다. The positive active material according to an aspect of the present invention may be manufactured by the following method. However, the present invention is not limited thereto.

구체적으로, 제1 양극 활물질과 제2 양극 활물질을 각각 제조한 후 혼합하여 형성할 수 있다. Specifically, it may be formed by preparing the first positive active material and the second positive active material, respectively, and then mixing.

예를 들어, 제1 양극 활물질과 제2 양극 활물질은 다음과 같은 방법으로 제조될 수 있다. For example, the first positive active material and the second positive active material may be manufactured by the following method.

구체적으로, 니켈(Ni), 코발트(Co) 및 망간(Mn)을 포함하는 양극 활물질 전구체와, 리튬 원료 물질을 혼합하고 1차 소성하는 단계; 및 상기 1차 소성 후 리튬 원료 물질을 혼합하여 2차 소성하는 단계;를 포함할 수 있다. Specifically, the method comprising: mixing a cathode active material precursor including nickel (Ni), cobalt (Co) and manganese (Mn) and a lithium raw material and performing primary firing; and mixing the lithium raw material after the primary firing and performing secondary firing.

상기 1차 소성 및 상기 2차 소성을 통해, 1차 입자를 포함하는 2차 입자를 제조할 수 있다. Through the primary and secondary firing, secondary particles including primary particles may be manufactured.

상기 양극 활물질의 제조방법을 단계별로 추가 설명한다. A method of manufacturing the positive active material will be further described step by step.

먼저, 니켈(Ni), 코발트(Co) 및 망간(Mn)을 포함하는 양극 활물질 전구체를 마련한다. First, a cathode active material precursor including nickel (Ni), cobalt (Co), and manganese (Mn) is prepared.

이 때, 대입자의 제1 양극 활물질 제조를 위한 전구체는 시판되는 양극 활물질 전구체를 구입하여 사용하거나, 당해 기술 분야에서 잘 알려진 양극 활물질 전구체의 제조방법에 따라 제조될 수 있다. At this time, the precursor for preparing the first positive electrode active material of large particles may be prepared by purchasing a commercially available positive electrode active material precursor or according to a method for preparing a positive electrode active material precursor well known in the art.

예를 들면, 상기 전구체는 니켈 함유 원료물질, 코발트 함유 원료물질 및 망간 함유 원료물질을 포함하는 전이 금속 용액에 암모늄 양이온 함유 착물 형성제와 염기성 화합물을 첨가하여 공침 반응시켜 제조되는 것일 수 있다.For example, the precursor may be prepared by adding an ammonium cation-containing complexing agent and a basic compound to a transition metal solution including a nickel-containing raw material, a cobalt-containing raw material, and a manganese-containing raw material, followed by a co-precipitation reaction.

상기 니켈 함유 원료물질은 예를 들면, 니켈 함유 아세트산염, 질산염, 황산염, 할라이드, 황화물, 수산화물, 산화물 또는 옥시수산화물 등일 수 있으며, 구체적으로는, Ni(OH)2, NiO, NiOOH, NiCO3ㆍ2Ni(OH)2ㆍ4H2O, NiC2O2ㆍ2H2O, Ni(NO3)2ㆍ6H2O, NiSO4, NiSO4ㆍ6H2O, 지방산 니켈염, 니켈 할로겐화물 또는 이들의 조합일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The nickel-containing raw material may be, for example, nickel-containing acetate, nitrate, sulfate, halide, sulfide, hydroxide, oxide or oxyhydroxide, specifically, Ni(OH) 2 , NiO, NiOOH, NiCO 3 ㆍ 2Ni(OH) 2 ㆍ4H 2 O, NiC 2 O 2 ㆍ2H 2 O, Ni(NO 3 ) 2 ㆍ6H 2 O, NiSO 4 , NiSO 4 ㆍ6H 2 O, fatty acid nickel salt, nickel halide or these It may be a combination, but is not limited thereto.

상기 코발트 함유 원료 물질은 코발트 함유 아세트산염, 질산염, 황산염, 할라이드, 황화물, 수산화물, 산화물 또는 옥시수산화물 등일 수 있으며, 구체적으로는 Co(OH)2, CoOOH, Co(OCOCH3)2ㆍ4H2O, Co(NO3)2ㆍ6H2O, CoSO4, Co(SO4)2ㆍ7H2O 또는 이들의 조합일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The cobalt-containing raw material may be cobalt-containing acetate, nitrate, sulfate, halide, sulfide, hydroxide, oxide or oxyhydroxide, and specifically, Co(OH) 2 , CoOOH, Co(OCOCH 3 ) 2 ∙ 4H 2 O , Co(NO 3 ) 2 ㆍ6H 2 O, CoSO 4 , Co(SO 4 ) 2 ㆍ7H 2 O, or a combination thereof, but is not limited thereto.

상기 망간 함유 원료물질은 예를 들면, 망간 함유 아세트산염, 질산염, 황산염, 할라이드, 황화물, 수산화물, 산화물, 옥시수산화물 또는 이들의 조합일 수 있으며, 구체적으로는 Mn2O3, MnO2, Mn3O4 등과 같은 망간산화물; MnCO3, Mn(NO3)2, MnSO4, 아세트산 망간, 디카르복실산 망간염, 시트르산 망간, 지방산 망간염과 같은 망간염; 옥시 수산화망간, 염화 망간 또는 이들의 조합일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The manganese-containing raw material may be, for example, manganese-containing acetate, nitrate, sulfate, halide, sulfide, hydroxide, oxide, oxyhydroxide, or a combination thereof, specifically Mn 2 O 3 , MnO 2 , Mn 3 manganese oxides such as O 4 ; manganese salts such as MnCO 3 , Mn(NO 3 ) 2 , MnSO 4 , manganese acetate, dicarboxylic acid manganese salt, manganese citrate, fatty acid manganese salt; It may be manganese oxyhydroxide, manganese chloride, or a combination thereof, but is not limited thereto.

상기 전이금속 용액은 니켈 함유 원료물질, 코발트 함유 원료물질 및 망간 함유 원료물질을 용매, 구체적으로는 물, 또는 물과 균일하게 혼합될 수 있는 유기 용매(예를 들면, 알코올 등)의 혼합 용매에 첨가하여 제조되거나, 또는 니켈 함유 원료물질의 수용액, 코발트 함유 원료물질의 수용액 및 망간 함유 원료물질을 혼합하여 제조된 것일 수 있다.The transition metal solution is prepared by mixing a nickel-containing raw material, a cobalt-containing raw material, and a manganese-containing raw material in a solvent, specifically water, or a mixed solvent of an organic solvent that can be uniformly mixed with water (eg, alcohol). It may be prepared by adding, or may be prepared by mixing an aqueous solution of a nickel-containing raw material, an aqueous solution of a cobalt-containing raw material, and a manganese-containing raw material.

상기 암모늄 양이온 함유 착물 형성제는, 예를 들면 NH4OH, (NH4)2SO4, NH4NO3, NH4Cl, CH3COONH4, NH4CO3 또는 이들의 조합일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 한편, 상기 암모늄 양이온 함유 착물 형성제는 수용액의 형태로 사용될 수도 있으며, 이때 용매로는 물, 또는 물과 균일하게 혼합 가능한 유기용매(구체적으로, 알코올 등)와 물의 혼합물이 사용될 수 있다.The ammonium cation-containing complexing agent may be, for example, NH 4 OH, (NH 4 ) 2 SO 4 , NH 4 NO 3 , NH 4 Cl, CH 3 COONH 4 , NH 4 CO 3 or a combination thereof, However, the present invention is not limited thereto. On the other hand, the ammonium cation-containing complexing agent may be used in the form of an aqueous solution, and as the solvent, water or a mixture of water and an organic solvent that can be uniformly mixed with water (specifically, alcohol, etc.) and water may be used.

상기 염기성 화합물은 NaOH, KOH 또는 Ca(OH)2 등과 같은 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속의 수산화물, 이들의 수화물 또는 이들의 조합일 수 있다. 상기 염기성 화합물 역시 수용액의 형태로 사용될 수도 있으며, 이때 용매로는 물, 또는 물과 균일하게 혼합가능한 유기용매(구체적으로, 알코올 등)와 물의 혼합물이 사용될 수 있다.The basic compound may be a hydroxide of an alkali metal or alkaline earth metal such as NaOH, KOH or Ca(OH) 2 , a hydrate thereof, or a combination thereof. The basic compound may also be used in the form of an aqueous solution, and as the solvent, water or a mixture of water and an organic solvent that is uniformly miscible with water (specifically, alcohol, etc.) and water may be used.

상기 염기성 화합물은 반응 용액의 pH를 조절하기 위해 첨가되는 것으로, 금속 용액의 pH가 11 내지 13이 되는 양으로 첨가될 수 있다.The basic compound is added to adjust the pH of the reaction solution, and may be added in an amount such that the pH of the metal solution is 11 to 13.

한편, 상기 공침 반응은 질소 또는 아르곤 등의 비활성 분위기하에서, 40℃내지 70℃의 온도에서 수행될 수 있다.Meanwhile, the co-precipitation reaction may be performed at a temperature of 40° C. to 70° C. under an inert atmosphere such as nitrogen or argon.

상기와 같은 공정에 의해 니켈-코발트-망간 수산화물의 입자가 생성되고, 반응 용액 내에 침전된다. 니켈 함유원료물질, 코발트 함유 원료물질 및 망간 함유 원료물질의 농도를 조절하여, 금속 전체 함량 중 니켈(Ni)의 함량이 60몰% 이상인 전구체를 제조할 수 있다. 침전된 니켈-코발트-망간 수산화물 입자를 통상의 방법에 따라 분리시키고, 건조시켜 니켈-코발트-망간 전구체를 얻을 수 있다. 상기 전구체는 1차 입자가 응집되어 형성된 2차 입자일 수 있다.By the above process, particles of nickel-cobalt-manganese hydroxide are generated and precipitated in the reaction solution. By controlling the concentrations of the nickel-containing raw material, the cobalt-containing raw material, and the manganese-containing raw material, it is possible to prepare a precursor having a nickel (Ni) content of 60 mol% or more in the total content of the metal. The precipitated nickel-cobalt-manganese hydroxide particles may be separated according to a conventional method and dried to obtain a nickel-cobalt-manganese precursor. The precursor may be secondary particles formed by agglomeration of primary particles.

추가적으로, 평균 입경과 결정크기가 모두 성장한 1차 거대 입자를 포함하는 2차 소입자를 포함하는 소입자의 제2 양극 활물질의 경우에는, 상기 양극 활물질 전구체로 다공성인 입자를 사용할 수 있다. Additionally, in the case of the second positive electrode active material of small particles including secondary small particles including primary large particles having both grown in average particle size and crystal size, porous particles may be used as the positive electrode active material precursor.

이 때, 상기 제2 양극 활물질 전구체 제조를 위해 pH 농도를 제어할 수 있다. 구체적으로, pH가 7 내지 9가 되는 양으로 첨가될 수 있다.In this case, the pH concentration may be controlled to prepare the second cathode active material precursor. Specifically, it may be added in an amount such that the pH is 7 to 9.

이 후, 전술한 전구체와 리튬 원료 물질을 혼합하고 1차 소성한다. After that, the above-described precursor and lithium raw material are mixed, and primary firing is performed.

상기 리튬 원료물질로는 리튬 함유 황산염, 질산염, 아세트산염, 탄산염, 옥살산염, 시트르산염, 할라이드, 수산화물 또는 옥시수산화물 등이 사용될 수 있으며, 물에 용해될 수 있는 한 특별히 한정되지 않는다. 구체적으로 상기 리튬 원료물질은 Li2CO3, LiNO3, LiNO2, LiOH, LiOHㆍH2O, LiH, LiF, LiCl, LiBr, LiI, CH3COOLi, Li2O, Li2SO4, CH3COOLi, 또는 Li3C6H5O7 등일 수 있으며, 이들 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물이 사용될 수 있다.The lithium raw material may include lithium-containing sulfate, nitrate, acetate, carbonate, oxalate, citrate, halide, hydroxide or oxyhydroxide, and is not particularly limited as long as it is soluble in water. Specifically, the lithium raw material is Li 2 CO 3 , LiNO 3 , LiNO 2 , LiOH, LiOH·H 2 O, LiH, LiF, LiCl, LiBr, LiI, CH 3 COOLi, Li 2 O, Li 2 SO 4 , CH 3 COOLi, or Li 3 C 6 H 5 O 7 and the like, and any one or a mixture of two or more thereof may be used.

상기 1차 소성은 니켈(Ni)의 함량이 60몰% 이상인 고함량 니켈(High-Ni) NCM계 리튬 복합 전이금속 산화물의 경우, 800 내지 1,000℃로 소성할 수 있으며, 보다 바람직하게는 830 내지 980℃, 더욱 바람직하게는 850 내지 950℃로 소성할 수 있다. 니켈(Ni)의 함량이 60몰% 미만인 저함량 니켈(Low-Ni) NCM계 리튬 복합 전이금속 산화물의 경우, 1차 소성은 900 내지 1,100℃로 소성할 수 있으며, 보다 바람직하게는 930 내지 1,070℃, 더욱 바람직하게는 950 내지 1,050℃로 소성할 수 있다.The primary sintering may be sintered at 800 to 1,000° C., more preferably from 830 to 1,000° C., in the case of a high-Ni NCM-based lithium composite transition metal oxide having a nickel (Ni) content of 60 mol% or more. It may be sintered at 980°C, more preferably at 850 to 950°C. In the case of a low-content nickel (Low-Ni) NCM-based lithium composite transition metal oxide having a nickel (Ni) content of less than 60 mol%, the primary firing may be performed at 900 to 1,100° C., more preferably from 930 to 1,070° C. , more preferably at 950 to 1,050 °C.

상기 1차 소성은 공기 또는 산소 분위기 하에서 진행할 수 있으며, 15 내지 35시간 동안 수행할 수 있다.The primary firing may be carried out in an air or oxygen atmosphere, and may be performed for 15 to 35 hours.

다음으로, 상기 1차 소성 후 추가적인 2차 소성을 수행할 수 있다. Next, an additional secondary firing may be performed after the first firing.

상기 2차 소성은 니켈(Ni)의 함량이 60몰% 이상인 고함량 니켈(High-Ni) NCM계 리튬 복합 전이금속 산화물의 경우, 600 내지 950℃로 소성할 수 있으며, 보다 바람직하게는 650 내지 930℃, 더욱 바람직하게는 700 내지 900℃로 소성할 수 있다. 니켈(Ni)의 함량이 60몰% 미만인 저함량 니켈(Low-Ni) NCM계 리튬 복합 전이금속 산화물의 경우, 2차 소성은 700 내지 1,050℃로 소성할 수 있으며, 보다 바람직하게는 750 내지 1,000℃, 더욱 바람직하게는 800 내지 950℃로 소성할 수 있다.The secondary sintering may be performed at 600 to 950° C., more preferably 650 to 950° C. in the case of a high-Ni NCM-based lithium composite transition metal oxide having a nickel (Ni) content of 60 mol% or more. It can be calcined at 930°C, more preferably 700 to 900°C. In the case of a low-content nickel (Low-Ni) NCM-based lithium composite transition metal oxide having a nickel (Ni) content of less than 60 mol%, the secondary firing may be performed at 700 to 1,050° C., more preferably at 750 to 1,000° C. , more preferably at 800 to 950 °C.

상기 2차 소성은 공기 또는 산소 분위기 하에서 진행할 수 있으며, 10 내지 24시간 동안 수행할 수 있다.The secondary sintering may be performed under an air or oxygen atmosphere, and may be performed for 10 to 24 hours.

양극 및 리튬 이차 전지 Positive electrode and lithium secondary battery

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

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

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

상기 양극 활물질층은 앞서 설명한 양극 활물질과 함께, 도전재 및 바인더를 포함할 수 있다.The positive active material layer may include a conductive material and a binder together with the above-described positive active material.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

상기 음극 활물질층은 음극 활물질과 함께 선택적으로 바인더 및 도전재를 포함한다. 상기 음극 활물질층은 일례로서 음극 집전체 상에 음극 활물질, 및 선택적으로 바인더 및 도전재를 포함하는 음극 형성용 조성물을 도포하고 건조하거나, 또는 상기 음극 형성용 조성물을 별도의 지지체 상에 캐스팅한 다음, 이 지지체로부터 박리하여 얻은 필름을 음극 집전체 상에 라미네이션함으로써 제조될 수도 있다.The anode active material layer optionally includes a binder and a conductive material together with the anode active material. The anode active material layer may be formed by applying a composition for forming an anode including an anode active material and, optionally, a binder and a conductive material on an anode current collector and drying, or casting the composition for forming a cathode on a separate support, and then , may be produced by laminating a film obtained by peeling from this support onto a negative electrode current collector.

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

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

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

또, 본 발명에서 사용되는 전해질로는 리튬 이차전지 제조시 사용 가능한 유기계 액체 전해질, 무기계 액체 전해질, 고체 고분자 전해질, 겔형 고분자 전해질, 고체 무기 전해질, 용융형 무기 전해질 등을 들 수 있으며, 이들로 한정되는 것은 아니다. In addition, examples of the electrolyte used in the present invention include organic liquid electrolytes, inorganic liquid electrolytes, solid polymer electrolytes, gel polymer electrolytes, solid inorganic electrolytes, molten inorganic electrolytes, and the like, which can be used in the manufacture of lithium secondary batteries, and are limited to these. it's not going to be

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

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

상기 리튬염은 리튬 이차전지에서 사용되는 리튬 이온을 제공할 수 있는 화합물이라면 특별한 제한 없이 사용될 수 있다. 구체적으로 상기 리튬염은, LiPF6, LiClO4, LiAsF6, LiBF4, LiSbF6, LiAl04, LiAlCl4, LiCF3SO3, LiC4F9SO3, LiN(C2F5SO3)2, LiN(C2F5SO2)2, LiN(CF3SO2)2. LiCl, LiI, 또는 LiB(C2O4)2 등이 사용될 수 있다. 상기 리튬염의 농도는 0.1 내지 2.0M 범위 내에서 사용하는 것이 좋다. 리튬염의 농도가 상기 범위에 포함되면, 전해질이 적절한 전도도 및 점도를 가지므로 우수한 전해질 성능을 나타낼 수 있고, 리튬 이온이 효과적으로 이동할 수 있다.The lithium salt may be used without particular limitation as long as it is a compound capable of providing lithium ions used in a lithium secondary battery. Specifically, the lithium salt is LiPF 6 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiBF 4 , LiSbF 6 , LiAl0 4 , LiAlCl 4 , LiCF 3 SO 3 , LiC 4 F 9 SO 3 , LiN(C 2 F 5 SO 3 ) 2 , LiN(C 2 F 5 SO 2 ) 2 , LiN(CF3SO 2 ) 2 . LiCl, LiI, or LiB(C 2 O 4 ) 2 , etc. may be used. The concentration of the lithium salt is preferably used within the range of 0.1 to 2.0M. When the concentration of the lithium salt is included in the above range, since the electrolyte has appropriate conductivity and viscosity, excellent electrolyte performance may be exhibited, and lithium ions may move effectively.

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

본 발명에 따른 양극 활물질을 포함하는 리튬 이차전지는 휴대전화, 노트북 컴퓨터, 디지털 카메라 등의 휴대용 기기, 및 하이브리드 전기자동차(hybrid electric vehicle, HEV) 등의 전기 자동차 분야 등에 유용하다. The lithium secondary battery including the positive electrode active material according to the present invention is useful in the field of portable devices such as mobile phones, notebook computers, digital cameras, and electric vehicles such as hybrid electric vehicles (HEVs).

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

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

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail so that those of ordinary skill in the art can easily carry out the present invention. However, the present invention may be embodied in several different forms and is not limited to the embodiments described herein.

실시예 1.Example 1.

실시예 1에서는, 평균 직경(D50)이 15 ㎛인 2차 대입자를 포함하는 제1 양극 활물질과, 평균 직경(D50)이 4 ㎛인 2차 소입자를 포함하는 제2 양극 활물질을 80 : 20 (중량비)로 혼합하여 양극 활물질로 사용하였다. 이 때 2차 소입자는 직경이 1㎛ 이상인 1차 거대 입자가 10개 이내로 응집되어 있는 2차 입자이다. In Example 1, the first positive active material including large secondary particles having an average diameter (D50) of 15 μm and the second positive active material including small secondary particles having an average diameter (D50) of 4 μm were mixed at 80:20. (weight ratio) was mixed and used as a positive electrode active material. In this case, the secondary small particles are secondary particles in which 10 or less primary large particles having a diameter of 1 μm or more are aggregated.

(대입자의 제1 양극 활물질의 제조)(Preparation of first positive electrode active material of large particles)

구체적으로, 다음과 같이 양극 활물질을 제조하였다:Specifically, a positive electrode active material was prepared as follows:

공침 반응기(용량 20L)에 증류수 4리터를 넣은 뒤 50 ℃ 온도를 유지시키며 28중량% 농도의 암모니아 수용액 100mL를 투입한 후, NiSO4, CoSO4, MnSO4를 니켈:코발트:망간의 몰비가 0.8:0.1:0.1이 되도록 혼합된 3.2mol/L 농도의 전이금속 용액을 300mL/hr, 28중량%의 암모니아 수용액을 42mL/hr로 반응기에 연속적으로 투입하였다. 임펠러의 속도는 400rpm으로 교반하였고, pH 유지를 위해 40중량%의 수산화나트륨 용액을 이용하여 pH가 11.0이 유지되도록 투입하였다. 24시간 공침 반응시켜 전구체 입자를 형성하였다. 상기 전구체 입자를 분리하여 세척 후 130 ℃ 의 오븐에서 건조하여 전구체를 제조하였다. After putting 4 liters of distilled water into the coprecipitation reactor (capacity 20L), maintaining the temperature at 50 ° C., and adding 100 mL of 28 wt% ammonia aqueous solution, NiSO 4 , CoSO 4 , MnSO 4 Molar ratio of nickel: cobalt: manganese is 0.8 : A 3.2 mol/L concentration of a transition metal solution mixed to be 0.1:0.1 was continuously added to the reactor at 300 mL/hr, and an aqueous ammonia solution of 28% by weight was added to the reactor at 42 mL/hr. The speed of the impeller was stirred at 400 rpm, and 40% by weight of sodium hydroxide solution was used to maintain the pH so that the pH was maintained at 11.0. The precursor particles were formed by co-precipitation reaction for 24 hours. The precursor particles were separated, washed, and dried in an oven at 130° C. to prepare a precursor.

공침 반응으로 합성된 Ni0.8Co0.1Mn0.1(OH)2 전구체를 Li2CO3와 Li/Me(Ni, Co, Mn) 몰비가 1.05가 되도록 혼합하고, 산소 분위기 800 ℃에서 10시간 열처리하여 LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 리튬 복합 전이금속 산화물 제1 양극 활물질을 제조하였다. The Ni 0.8 Co 0.1 Mn 0.1 (OH) 2 precursor synthesized by the coprecipitation reaction was mixed with Li 2 CO 3 and Li/Me (Ni, Co, Mn) so that the molar ratio was 1.05, followed by heat treatment at 800 ° C. in an oxygen atmosphere for 10 hours to form LiNi 0.8 Co 0.1 Mn 0.1 O 2 A lithium composite transition metal oxide first positive active material was prepared.

(소입자의 제2 양극 활물질의 제조)(Preparation of second positive electrode active material of small particles)

전구체 제조에서 공침 반응시 pH를 9로 제어하고, 공침 반응 시간을 10시간으로 변경하고, 이후 열처리 조건을 850 ℃ 로 변경한 것을 제외하고는 대입자의 제1 양극 활물질 제조와 동일한 방법으로 제2 양극 활물질을 합성하였다.The second cathode in the same manner as in the manufacture of the first cathode active material of large particles, except that the pH was controlled to 9 during the coprecipitation reaction in the preparation of the precursor, the coprecipitation reaction time was changed to 10 hours, and the heat treatment conditions were changed to 850 ° C. The active material was synthesized.

실시예 1에 따른 결과를 도 2 및 표 1 내지 5에 나타내었다.The results according to Example 1 are shown in FIG. 2 and Tables 1 to 5.

실시예 2.Example 2.

소입자의 제2 양극 활물질의 제조시 공침 반응 시간을 8시간으로 변경하여, 직경이 1㎛ 이상인 1차 거대 입자가 10개 이내로 응집되어 있으며 평균 직경(D50)이 3 ㎛인 2차 소입자를 제조하여 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.By changing the co-precipitation reaction time to 8 hours in the preparation of the second positive electrode active material of small particles, primary large particles with a diameter of 1 μm or more are aggregated within 10 and secondary small particles with an average diameter (D50) of 3 μm It was carried out in the same manner as in Example 1, except that it was prepared and used.

비교예 1. Comparative Example 1 .

비교예 1에서는, 평균 직경(D50)이 15 ㎛인 2차 대입자를 포함하는 제1 양극 활물질과, 평균 직경(D50)이 4 ㎛인 2차 소입자를 포함하는 제2 양극 활물질을 80 : 20(중량비)로 혼합하여 양극 활물질로 사용하였다. 이 때 2차 소입자는 직경이 0.5 ㎛ 이하인 1차 미세 입자가 응집되어 있는 2차 입자이다. In Comparative Example 1, the first positive electrode active material including large secondary particles having an average diameter (D50) of 15 μm and the second positive active material including secondary small particles having an average diameter (D50) of 4 μm were mixed at 80:20. (weight ratio) was mixed and used as a positive electrode active material. In this case, the secondary small particles are secondary particles in which primary fine particles having a diameter of 0.5 μm or less are aggregated.

구체적으로, 다음과 같이 양극 활물질을 제조하였다:Specifically, a positive electrode active material was prepared as follows:

제1 양극 활물질은 실시예 1.의 대입자의 제1 양극 활물질의 제조와 동일한 방법으로 제조하였다. 제2 양극 활물질은, 실시예 1의 소입자의 제2 양극 활물질의 제조에서 전구체 합성시 pH를 11로 제어하고 열처리 800 ℃ 으로 변경한 것을 제외하고는 동일한 방법으로 양극재를 합성하였다. The first positive active material was prepared in the same manner as in the preparation of the first positive active material of large particles in Example 1. The second cathode active material was synthesized in the same manner as in Example 1, except that in the preparation of the second cathode active material of small particles, the pH was controlled to 11 when the precursor was synthesized and the heat treatment was changed to 800° C.

비교예 1에 따른 결과를 도 1 및 표 1 내지 5에 나타내었다.Results according to Comparative Example 1 are shown in FIG. 1 and Tables 1 to 5.

구분division D50D50 실시예 1Example 1 실시예 2Example 2 비교예 1Comparative Example 1 2차 대입자(=2차 입자 대입자)Secondary large particle (=secondary large particle) 15㎛15㎛ 8080 8080 8080 2차 입자 소입자(1차 미세입자 응집) Secondary particle Small particle (primary fine particle agglomeration) 4㎛4㎛ -- -- 2020 2차 소입자 (1차 거대입자 응집)Secondary Small Particles (1st Large Particle Aggregation) 4㎛4㎛ 2020 -- 2차 소입자 (1차 거대입자 응집)Secondary Small Particles (1st Large Particle Aggregation) 3㎛3㎛ -- 2020 --

[실험예 1: 전극 압연에 따른 소입자 깨짐 비교]상기 실시예 1 및 비교예 1에서 제조된 양극 활물질을 각각의 양극 활물질, 카본블랙 도전재 및 PVdF 바인더를 N-메틸피롤리돈 용매 중에서 중량비로 96:2:2의 비율로 혼합하여 양극 슬러리를 제조하고, 이를 알루미늄 집전체의 일면에 도포한 후, 100 ℃ 에서 건조 후, 기공도 25%로 압연하여 양극을 제조하였다. 이 전극을 단면 처리하여 SEM으로 형상을 비교하였고 그 결과를 도 1 내지 도 2에 나타내었다. [Experimental Example 1: Comparison of small particle cracking due to electrode rolling] The positive active material prepared in Example 1 and Comparative Example 1 was mixed with each of the positive active material, carbon black conductive material, and PVdF binder in a N-methylpyrrolidone solvent in a weight ratio A positive electrode slurry was prepared by mixing in a ratio of 96:2:2, coated on one side of an aluminum current collector, dried at 100 °C, and rolled to a porosity of 25% to prepare a positive electrode. This electrode was cross-sectioned and the shape was compared by SEM, and the results are shown in FIGS. 1 to 2 .

도 1을 참조하면, 비교예 1의 경우, 압연시 2차 입자가 깨지며 응집체의 형상을 잃고 1차 미세입자 단위까지로 나누어져 미립이 발생하게 된다. 반면 도 2에서 확인할 수 있는 바와 같이, 1차 거대 입자의 응집체인 2차 소입자를 사용하는 실시예 1의 경우에는, 압연 후 1차 거대 입자는 깨지지 않고 1차 입자 단위로 형상이 유지된다. 이로부터 높은 압연 밀도를 갖는 것을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 1 , in the case of Comparative Example 1, the secondary particles are broken during rolling, lose the shape of the aggregate, and are divided into primary fine particles to generate fine particles. On the other hand, as can be seen in FIG. 2 , in the case of Example 1 in which secondary small particles, which are aggregates of primary large particles, are used, the primary large particles are not broken after rolling and their shape is maintained in units of primary particles. From this, it can be confirmed that it has a high rolling density.

[실험예 2: 압력에 따른 압연 밀도 비교][Experimental Example 2: Comparison of rolling density according to pressure]

상기 실시예 1-2 및 비교예 1에서 제조된 양극 활물질을 9 ton 조건에서 압연한 후 압연 밀도를 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.The positive active materials prepared in Examples 1-2 and Comparative Example 1 were rolled under 9 ton conditions, and then the rolling density was measured, and the results are shown in Table 2 below.

압연 밀도는 HPRM-1000을 이용하여 측정하였다. 구체적으로, 실시예 1-2, 비교예 1의 양극 활물질 5g을 각각 원기둥형의 몰드에 투입한 후, 9 ton으로 양극 활물질이 들어있는 몰드를 가압하였다. 이후, 가압된 몰드의 높이를 버니어캘리퍼스로 측정하고 압연 밀도를 구하였다.Rolling density was measured using HPRM-1000. Specifically, 5 g of the positive active material of Examples 1-2 and Comparative Example 1 was put into a cylindrical mold, respectively, and then the mold containing the positive active material was pressed by 9 tons. Then, the height of the pressed mold was measured with a vernier caliper and the rolling density was obtained.

대입자/소입자 8:2 혼합품 Large particle/small particle 8:2 mixture 비교예 1Comparative Example 1 실시예 1Example 1 실시예 2Example 2 압연 밀도 [g/cc]Rolling density [g/cc] 9 ton press9 ton press 3.333.33 3.73.7 3.63.6

상기 표 2에서 비교예 1은 종래 2차 입자 대입자와 2차 입자 소입자를 바이모달로 적용한 경우이다. 한편, 실시예 1-2은 종래 2차 입자 소입자 대신에 2차 소입자를 사용한 경우이다. 여기에서, 2차 입자 대입자는, 1차 미세(micro) 입자가 수십 내지 수백개 응집되어 형성된 입자이다. 여기에서, 2차 입자 소입자는, 1차 미세(micro) 입자가 수십 내지 수백개 응집되어 형성된 입자이다. 2차 입자 대입자의 평균 입경(D50)은 2차 입자 소입자의 평균 입경(D50)에 비하여 크다. In Table 2, Comparative Example 1 is a case in which the conventional large secondary particles and small secondary particles are applied in a bimodal manner. On the other hand, Example 1-2 is a case in which secondary small particles are used instead of conventional secondary particles. Here, the secondary particle large particle is a particle formed by aggregation of tens to hundreds of primary micro particles. Here, the secondary particle small particle is a particle formed by aggregation of several tens to hundreds of primary micro particles. The average particle diameter (D50) of the large secondary particles is larger than the average particle diameter (D50) of the small secondary particles.

반면, 본 발명에서 말하는 2차 소입자는 전술한 2차 입자 대입자 및/또는 2차 입자 소입자와는 궤를 달리하는 것이다. 즉, 본 발명의 일 측면에서 말하는 2차 소입자는 1차 거대(micro) 입자가 10개 내외로 응집되어 형성된 입자이다.On the other hand, the secondary small particle referred to in the present invention is different from the above-described large secondary particle and/or secondary particle small particle. That is, the secondary small particles in one aspect of the present invention are particles formed by aggregating about 10 primary micro particles.

1차 미세 입자가 응집되어 형성되는 2차 입자와 1차 거대 입자가 응집되어 형성되는 2차 입자를 비교할 경우 1차 거대 입자가 응집되어 형성된 2차 입자가 더욱 매끈한 표면을 갖게 된다.When secondary particles formed by aggregation of primary fine particles are compared with secondary particles formed by agglomeration of primary large particles, secondary particles formed by agglomeration of primary large particles have a smoother surface.

상기 표 2에서 알 수 있는 바와 같이, 실시예 1-2의 경우 비교예 1에 비해 압연 밀도가 높다. As can be seen from Table 2, in the case of Example 1-2, the rolling density is higher than that of Comparative Example 1.

[실험예 3: 안식각 비교][Experimental Example 3: Comparison of angle of repose]

비교예 1과 실시예 1의 안식각을 다음과 같은 방법으로 측정하였다. The angles of repose of Comparative Example 1 and Example 1 were measured in the following way.

안식각은 분체물성측정장치(Model PT-R, Hosokawa Midron Co.)를 이용하여 측정하였다. 안식각 측정용 샘플 plate(60mm

Figure pat00001
, 80mm
Figure pat00002
)를 분체물성측정장치에 안착시킨 후, 천방식 시료 공급방식의 hopper에 시료를 투입한다. hopper의 분말 원료를 상하로 진동시켜 시료가 균일한 속도로 원판 위에 낙하하게 하여 쌓여있는 시료의 쌓임각 을 측정한다.The angle of repose was measured using a powder physical property measuring device (Model PT-R, Hosokawa Midron Co.). Sample plate for angle of repose measurement (60mm)
Figure pat00001
, 80mm
Figure pat00002
) is seated in the powder physical property measuring device, and then put the sample into the cloth sample supply type hopper. Measure the stacking angle of the stacked samples by vibrating the powder raw material of the hopper up and down to make the sample fall on the disk at a uniform speed.

이에 따른 결과를 표 3에 나타내었다. The results are shown in Table 3.

대입자/소입자 8:2 혼합품 Large particle/small particle 8:2 mixture 비교예 1Comparative Example 1 실시예 1Example 1 안식각angle of repose degreedegree 5656 4747

상기 표 3에서 알 수 있는 바와 같이, 실시예 1의 경우 비교예 1에 비해 더 낮은 안식각을 나타내었다. 이로부터 실시예 1에 따른 양극 활물질의 흐름성이 더 우수한 것을 확인할 수 있다. As can be seen from Table 3, Example 1 exhibited a lower angle of repose compared to Comparative Example 1. From this, it can be confirmed that the flowability of the positive electrode active material according to Example 1 is better.

[실험예 4: 에너지 밀도 비교][Experimental Example 4: Energy Density Comparison]

상기 실시예 1-2 및 비교예 1에서 제조된 양극 활물질을 이용하여 에너지 밀도를 측정하였으며, 그 결과를 표 4에 나타내었다. Energy density was measured using the positive active materials prepared in Examples 1-2 and Comparative Example 1, and the results are shown in Table 4.

대입자/소입자 8:2 혼합품 Large particle/small particle 8:2 mixture 비교예 1Comparative Example 1 실시예 1Example 1 실시예 2Example 2 에너지 밀도energy density Wh/L Wh/L 26002600 28602860 27802780

표 4로부터, 실시예 1-2의 경우 비교예 1에 비해 보다 개선된 에너지 밀도를 갖는 것을 확인할 수 있었다. From Table 4, it was confirmed that Example 1-2 had an improved energy density compared to Comparative Example 1.

[실험예 5: 양극 활물질 함량에 따른 압연 밀도 비교][Experimental Example 5: Comparison of rolling density according to content of positive electrode active material]

상기 실시예 1 및 하기 비교예 2 내지 4에서 제조된 양극 활물질을 이용하여 실험예 1과 같은 방법으로 압연 밀도를 측정하였으며, 그 결과를 표 5에 나타내었다. The rolling density was measured in the same manner as in Experimental Example 1 using the positive active materials prepared in Example 1 and Comparative Examples 2 to 4, and the results are shown in Table 5.

비교예 2 내지 5Comparative Examples 2 to 5

제1 양극 활물질과 제2 양극 활물질의 중량비를 하기 표 5와 같이 제어한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 양극 활물질을 제조하였다. 이 때 2차 소입자는 직경이 1㎛ 이상인 1차 거대 입자가 10개 이내로 응집되어 있는 2차 입자이다. A positive active material was prepared in the same manner as in Example 1, except that the weight ratio of the first positive active material and the second positive active material was controlled as shown in Table 5 below. In this case, the secondary small particles are secondary particles in which 10 or less primary large particles having a diameter of 1 μm or more are aggregated.

비교예 2Comparative Example 2 비교예 3Comparative Example 3 실시예 1Example 1 비교예 4Comparative Example 4 비교예 5Comparative Example 5 100:0100:0 90:1090:10 80:2080:20 70:3070:30 0 : 1000 : 100 9ton press 압연 밀도 [g/cc]9ton press rolling density [g/cc] 3.33.3 3.53.5 3.73.7 3.453.45 3.403.40

2차 입자 대입자로만 구성된 비교예 2와 2차 소입자로만 구성된 비교예 5의 경우, 동일 압력하에서 나타난 압연 밀도를 소폭 증가하는 것을 확인할 수 있다. 이는, 1차 입자가 커지게 되면서 입자 내부의 치밀도가 증가하게 되어 발생하는 현상이다. 2차 입자 대입자와 2차 소입자의 혼합비를 변경하며 사용하였을 때, 비교예 3의 압연 밀도는 3.5g/cc, 실시예 1의 압연 밀도는 3.7 g/cc로 2차 소입자의 비율이 증가할수록 안연 밀도도 증가하는 경향을 보인다. 반면, 비교예 4와 같이 2차 입자 대입자와 2차 소입자의 중량비가 70 : 30인 경우에는 비교예 5와 유사한 수준인 3.45g/cc를 나타내는 것을 확인할 수 있다. 이로부터 압연 밀도를 최대로 하기 위한 중량비는 75 : 25 내지 90 : 10임을 확인할 수 있었다. In the case of Comparative Example 2 composed only of the large secondary particles and Comparative Example 5 composed only of the secondary small particles, it can be seen that the rolling density exhibited under the same pressure is slightly increased. This is a phenomenon that occurs because the density inside the particles increases as the primary particles become larger. When the secondary particles were used while changing the mixing ratio of the large particles and the secondary small particles, the rolling density of Comparative Example 3 was 3.5 g/cc, and the rolling density of Example 1 was 3.7 g/cc, and the ratio of the secondary small particles was As it increases, the eye lead density also tends to increase. On the other hand, as in Comparative Example 4, when the weight ratio of the large secondary particles to the secondary small particles was 70:30, it could be confirmed that 3.45 g/cc, which was similar to that of Comparative Example 5, was exhibited. From this, it was confirmed that the weight ratio for maximizing the rolling density was 75:25 to 90:10.

Claims (15)

대입자의 제1 양극 활물질 및 소입자의 제2 양극 활물질을 포함하는 리튬 이차 전지용 양극 활물질이며,
상기 제1 양극 활물질은, 1차 미세(micro) 입자의 응집체를 포함하는 적어도 하나의 2차 대입자를 포함하며,
상기 제2 양극 활물질은, 1차 거대(macro) 입자의 응집체를 포함하는 적어도 하나의 2차 소입자를 포함하며,
상기 1차 거대 입자의 평균 입경(D50)은 1 ㎛ 이상이며,
상기 제1 양극 활물질과 상기 제2 양극 활물질의 중량비는 75 : 25 내지 90 : 10이며,
상기 제2 양극 활물질의 입자 강도가 상기 제1 양극 활물질의 입자 강도보다 작은 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지용 양극 활물질.
It is a positive electrode active material for a lithium secondary battery comprising a first positive active material of large particles and a second positive active material of small particles,
The first positive active material includes at least one secondary large particle including an aggregate of primary micro particles,
The second positive active material includes at least one secondary small particle including an aggregate of primary macro particles,
The average particle diameter (D50) of the primary large particles is 1 μm or more,
The weight ratio of the first positive active material to the second positive active material is 75: 25 to 90: 10,
A positive active material for a lithium secondary battery, characterized in that the particle strength of the second positive active material is smaller than the particle strength of the first positive active material.
제1항에 있어서,
압연시 상기 제2 양극 활물질이 상기 제1 양극 활물질보다 먼저 깨지는 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지용 양극 활물질.
According to claim 1,
The positive active material for a lithium secondary battery, characterized in that during rolling, the second positive active material is broken before the first positive active material.
제1항에 있어서,
상기 1차 거대 입자의 평균 직경(D50)은 2 ㎛ 이상이며,
상기 1차 거대 입자의 평균 입경(D50)/상기 1차 거대 입자의 평균 결정 크기(crystal size)의 비는 3 이상인 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지용 양극 활물질.
According to claim 1,
The average diameter (D50) of the primary large particles is 2 μm or more,
The positive active material for a lithium secondary battery, characterized in that the ratio of the average particle diameter (D50) of the primary large particles to the average crystal size of the primary large particles is 3 or more.
제1항에 있어서,
상기 제1 양극 활물질의 평균 입경(D50)은 10 ㎛ 내지 20 ㎛ 인 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지용 양극 활물질.
According to claim 1,
The positive electrode active material for a lithium secondary battery, characterized in that the average particle diameter (D50) of the first positive active material is 10 μm to 20 μm.
제1항에 있어서,
상기 제2 양극 활물질의 평균 입경(D50)은 3 ㎛ 내지 6 ㎛ 인 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지용 양극 활물질.
According to claim 1,
The second positive electrode active material has an average particle diameter (D50) of 3 μm to 6 μm.
제1항에 있어서,
상기 제1 양극 활물질의 1차 미세 입자의 평균 입경(D50)은 0.1 ㎛ 내지 0.5 ㎛ 인 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지용 양극 활물질.
According to claim 1,
The positive electrode active material for a lithium secondary battery, characterized in that the average particle diameter (D50) of the primary fine particles of the first positive electrode active material is 0.1 μm to 0.5 μm.
제1항에 있어서,
상기 제2 양극 활물질은, 상기 2차 소입자를 압연시 상기 1차 거대 입자가 떨어져 나가며, 상기 1차 거대 입자 자체는 깨지지 않는 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지용 양극 활물질.
According to claim 1,
The second positive active material is a positive electrode active material for a lithium secondary battery, characterized in that the primary large particles fall off when the secondary small particles are rolled, and the primary large particles themselves are not broken.
제2항 또는 제7항에 있어서,
상기 압연은 상기 양극 활물질을 포함하는 양극의 기공도가 15 내지 30%가 되도록 수행되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지용 양극 활물질.
8. The method of claim 2 or 7,
The rolling is a positive electrode active material for a lithium secondary battery, characterized in that it is performed so that the porosity of the positive electrode including the positive electrode active material is 15 to 30%.
제1항에 있어서,
상기 1차 거대 입자의 평균 결정 크기는 150 nm 이상인 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지용 양극 활물질.
According to claim 1,
The positive active material for a lithium secondary battery, characterized in that the average crystal size of the primary large particles is 150 nm or more.
제1항에 있어서,
상기 2차 소입자의 평균 입경(D50)/상기 1차 거대 입자의 평균 입경(D50)의 비는 2 내지 4배인 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지용 양극 활물질.
According to claim 1,
A cathode active material for a lithium secondary battery, characterized in that the ratio of the average particle diameter (D50) of the secondary small particles to the average particle diameter (D50) of the primary large particles is 2 to 4 times.
제1항에 있어서,
상기 제1 및 제2 양극 활물질은 니켈계 리튬 전이금속 산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지용 양극 활물질.
According to claim 1,
The first and second positive electrode active materials are a positive electrode active material for a lithium secondary battery, characterized in that it comprises a nickel-based lithium transition metal oxide.
제11항에 있어서,
상기 니켈계 리튬 전이금속 산화물은, Li(1+a)Ni(1-(a+x+y+w))CoxM1yM2wO2 (0≤a≤0.5, 0≤x≤0.35, 0≤y≤0.35, 0≤w≤0.1, 0≤a+x+y+w≤0.7, M1은 Mn 및 Al으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종, M2는 Ba, Ca, Zr, Ti, Mg, Ta, Nb 및 Mo으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종)을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지용 양극 활물질.
12. The method of claim 11,
The nickel-based lithium transition metal oxide is, Li (1+a) Ni (1-(a+x+y+w)) Co x M1 y M2 w O 2 (0≤a≤0.5, 0≤x≤0.35, 0≤y≤0.35, 0≤w≤0.1, 0≤a+x+y+w≤0.7, M1 is at least one selected from the group consisting of Mn and Al, and M2 is Ba, Ca, Zr, Ti, Mg , Ta, at least one selected from the group consisting of Nb and Mo) a cathode active material for a lithium secondary battery comprising:
제1항에 있어서,
상기 양극 활물질은 안식각이 50°미만인 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지용 양극 활물질.
According to claim 1,
The positive active material is a positive active material for a lithium secondary battery, characterized in that the angle of repose is less than 50 °.
제1항에 따른 양극 활물질을 포함하는 리튬 이차 전지용 양극. A positive electrode for a lithium secondary battery comprising the positive active material according to claim 1 . 제1항에 따른 양극 활물질을 포함하는 리튬 이차 전지. A lithium secondary battery comprising the positive active material according to claim 1 .
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