KR20220070728A - Positive active material for rechareable lithium battery, preparing method thereof, and rechareable lithium battery comprising positive electrode including positive active material - Google Patents

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Abstract

The present invention provides a positive electrode active material for a lithium secondary battery, a manufacturing method thereof, and a lithium secondary battery including a positive electrode including the same, wherein the positive electrode active material for a lithium secondary battery includes: a first positive electrode active material including secondary particles which are formed by aggregating at least two primary particles and in which at least a part of the primary particles has a radial arrangement structure; and a second positive electrode active material having a monolithic structure, the first positive electrode active material and the second positive electrode active material are both nickel-based positive electrode active materials, and the surface of the second positive electrode active material is coated with a boron-containing compound.

Description

리튬이차전지용 양극활물질, 그 제조방법 및 이를 포함하는 양극을 포함한 리튬이차전지 {POSITIVE ACTIVE MATERIAL FOR RECHAREABLE LITHIUM BATTERY, PREPARING METHOD THEREOF, AND RECHAREABLE LITHIUM BATTERY COMPRISING POSITIVE ELECTRODE INCLUDING POSITIVE ACTIVE MATERIAL}A cathode active material for a lithium secondary battery, a manufacturing method thereof, and a lithium secondary battery including a cathode comprising the same

리튬이차전지용 양극활물질, 그 제조방법 및 이를 포함하는 양극을 포함한 리튬이차전지에 관한 것이다.It relates to a lithium secondary battery including a positive electrode active material for a lithium secondary battery, a method for manufacturing the same, and a positive electrode comprising the same.

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

리튬이차전지의 양극활물질로는 리튬니켈망간코발트 복합 산화물, 리튬 코발트 산화물 등이 사용된다. 이러한 양극 활물질을 이용하는 경우 충방전이 반복됨에 따라 양극활물질에 발생되는 크랙으로 인하여 리튬이차전지의 장기 수명이 저하되고 저항이 증가하고 용량 특성이 만족스러운 수준에 도달하지 못하여 이에 대한 개선이 요구된다.As a cathode active material of a lithium secondary battery, lithium nickel manganese cobalt composite oxide, lithium cobalt oxide, and the like are used. In the case of using such a positive electrode active material, the long-term lifespan of the lithium secondary battery is reduced due to cracks generated in the positive electrode active material as charging and discharging are repeated, resistance increases, and the capacity characteristics do not reach a satisfactory level, so improvement is required.

충방전의 반복에 따른 양극활물질의 구조 붕괴와 깨짐 현상이 적고, 양극활물질과 전해액의 부반응이 억제된 리튬이차전지용 양극활물질과 그 제조방법을 제공하고, 용량이 높으면서 용량 유지율과 수명 특성 등이 우수한 리튬이차전지를 제공한다. To provide a positive electrode active material for a lithium secondary battery in which the structural collapse and cracking of the positive electrode active material due to repeated charging and discharging is small and the side reaction between the positive electrode active material and the electrolyte is suppressed, and a method for manufacturing the same A lithium secondary battery is provided.

일 구현예에 따르면, 적어도 2개 이상의 일차 입자들이 응집되어 이루어지고, 상기 일차 입자 들의 적어도 일부분이 방사형 배열 구조를 갖는 이차 입자를 포함하는 제1 양극활물질; 및 모노리스(monolith) 구조를 갖는 제2 양극활물질을 포함하고, 상기 제1 양극 활물질 및 상기 제2 양극활물질은 모두 니켈계 양극활물질이며, 상기 제2 양극활물질의 표면은 보론 함유 화합물로 코팅되어 있는 것인 리튬이차전지용 양극활물질이 제공된다.According to one embodiment, at least two or more primary particles are formed by aggregation, at least a portion of the primary particles are a first positive electrode active material including secondary particles having a radially arranged structure; and a second positive electrode active material having a monolith structure, wherein the first positive electrode active material and the second positive electrode active material are both nickel-based positive electrode active materials, and the surface of the second positive electrode active material is coated with a boron-containing compound A cathode active material for a lithium secondary battery is provided.

다른 일 구현예에 따르면, 제1 전구체를 산화성 가스 분위기하에서 제1 열처리하여 제1 니켈계 산화물을 얻고, 제2 전구체를 산화성 가스 분위기하에서 제2 열처리하여 제2 니켈계 산화물을 얻고, 상기 제2 니켈계 산화물과 보론 함유 전구체를 혼합하고 열처리하여 보론 함유 화합물이 코팅된 제2 니켈계 산화물을 얻고, 상기 제1 니켈계 산화물과 상기 보론 함유 화합물이 코팅된 제2 니켈계 산화물을 혼합하여, 제1 양극활물질 및 보론 함유 화합물이 코팅된 제2 양극활물질을 포함하는 양극활물질을 얻는 것을 포함하되, 상기 제2 니켈계 산화물은 모노리스 구조의 입자를 포함하는 리튬이차전지용 양극활물질 제조 방법이 제공된다. According to another embodiment, a first heat treatment is performed on the first precursor in an oxidizing gas atmosphere to obtain a first nickel-based oxide, a second heat treatment is performed on the second precursor in an oxidizing gas atmosphere to obtain a second nickel-based oxide, and the second nickel-based oxide is obtained. A second nickel-based oxide coated with a boron-containing compound is obtained by mixing a nickel-based oxide and a boron-containing precursor and heat treatment, and the first nickel-based oxide and a second nickel-based oxide coated with the boron-containing compound are mixed, 1 A method for manufacturing a positive electrode active material for a lithium secondary battery comprising obtaining a positive electrode active material comprising a positive electrode active material and a second positive electrode active material coated with a boron-containing compound, wherein the second nickel-based oxide includes particles having a monolith structure.

또 다른 일 구현예에 따르면, 전술한 리튬이차전지용 양극활물질을 포함하는 양극과, 음극, 그리고 상기 양극과 상기 음극 사이에 개재되어 있는 전해질을 포함하는 리튬이차전지가 제공된다.According to another embodiment, there is provided a lithium secondary battery including a positive electrode including the above-described positive electrode active material for a lithium secondary battery, a negative electrode, and an electrolyte interposed between the positive electrode and the negative electrode.

일 구현예에 따른 리튬이차전지용 양극활물질은 충방전의 반복에 따른 구조 붕괴와 깨짐 현상이 적고, 전해액과의 부반응이 억제된다. 또한 용량 감소가 없는 모노리스 구조의 소재를 제공함으로써 이를 포함하는 리튬이차전지는 용량이 높으면서 용량 유지율과 수명 특성 등이 매우 우수하다.The positive electrode active material for a lithium secondary battery according to an embodiment has less structural collapse and cracking due to repeated charging and discharging, and suppresses side reactions with the electrolyte. In addition, by providing a material of a monolithic structure that does not reduce capacity, a lithium secondary battery including the same has a high capacity and is very excellent in capacity retention and lifespan characteristics.

도 1은 일 구현예에 따른 일차 입자의 형상을 나타낸 모식도이고,
도 2는 일 구현예에 따른 이차 입자에서 방사형의 정의를 설명하기 위한 도면이고,
도 3은 일 구현예에 따른 이차 입자의 단면 구조를 나타낸 모식도이고,
도 4는 일 구현예에 따른 리튬이차전지용 양극활물질을 포함한 양극을 구비한 리튬이차전지의 구조를 개략적으로 나타낸 것이다.
1 is a schematic diagram showing the shape of a primary particle according to an embodiment;
2 is a diagram for explaining the definition of a radial in secondary particles according to an embodiment;
3 is a schematic diagram showing a cross-sectional structure of a secondary particle according to an embodiment;
4 schematically shows the structure of a lithium secondary battery having a positive electrode including a positive electrode active material for a lithium secondary battery according to an embodiment.

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

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

일 구현예에서 각종 입자들의 크기, 입경, 길이 등에 관해서는, 계측법에 의해 수치화하여 집단의 평균 크기를 표현하는 방법이 있지만, 범용적으로 사용되는 것으로 분포의 최대값을 나타내는 모드 직경, 적분 분포 곡선의 중앙값에 상당하는 메디안 직경, 각종 평균 직경(수평균, 길이 평균, 면적 평균, 질량 평균, 체적 평균 등)등이 있다. 본 발명에 있어서는 특별히 언급하지 않는 한 평균 크기, 평균 입경, 평균 길이란 체적평균 값일 수 있고, 또는 D50(분포율이 50% 되는 지점의 입경)을 측정한 것을 의미할 수도 있다. 이는 회절에 따른 입자의 크기를 분석하는 입자 크기 분석기를 통해 측정한 것을 의미할 수 있고, 또는 주사전자현미경 사진 등을 통해 측정한 것을 의미할 수 있다.In one embodiment, regarding the size, particle diameter, length, etc. of various particles, there is a method of expressing the average size of a group by quantifying it by a metrology method, but it is universally used and the mode diameter and integral distribution curve showing the maximum value of the distribution There are median diameters corresponding to the median of , and various average diameters (number average, length average, area average, mass average, volume average, etc.). In the present invention, unless otherwise specified, the average size, average particle diameter, and average length may be a volume average value, or may mean a measurement of D50 (particle diameter at a point where the distribution ratio is 50%). This may mean measured through a particle size analyzer that analyzes the size of particles according to diffraction, or may mean measured through a scanning electron micrograph or the like.

일 구현예에서 모노리스(monolith) 구조라 함은, 모폴로지(morphology) 상 각각의 입자가 서로 구별되는 독립된 상(phase)으로 서로 분리 및/또는 분산되어 존재하는 구조를 의미한다.In one embodiment, the term "monolith" structure refers to a structure in which each particle of a morphology phase is separated and/or dispersed from each other as independent phases that are distinguished from each other.

이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여 일 구현예에 따른 리튬이차전지용 양극활물질을 설명한다.Hereinafter, a cathode active material for a lithium secondary battery according to an embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 3 .

일 구현예에 따른 리튬 이차전지용 양극활물질은 적어도 2개 이상의 일차 입자들이 응집되어 이루어진 이차 입자를 포함하는 제1 양극활물질과, 모노리스(monolith) 구조를 갖는 제2 양극활물질을 포함한다. 상기 이차 입자의 적어도 일 부분은 방사형 배열 구조를 가지고 있으며, 제1 양극활물질과 제2 양극활물질 모두 니켈계 양극 활물질이다. 상기 제2 양극활물질의 표면은 보론 함유 화합물로 코팅되어있다. The positive electrode active material for a lithium secondary battery according to an embodiment includes a first positive electrode active material including secondary particles formed by aggregation of at least two or more primary particles, and a second positive electrode active material having a monolith structure. At least a portion of the secondary particles has a radially arranged structure, and both the first positive electrode active material and the second positive electrode active material are nickel-based positive electrode active materials. The surface of the second positive electrode active material is coated with a boron-containing compound.

이하, 본 구현에 따른 제1 양극활물질에 대해 설명한다.Hereinafter, the first positive electrode active material according to the present embodiment will be described.

상기 제1 양극활물질은 적어도 2개 이상의 일차 입자가 응집된 이차 입자를 포함한다. 상기 일차 입자 중 적어도 일부는 플레이트 형상을 가질 수 있다. 일차 입자는 두께가 장축 길이(면방향)보다 작게 형성될 수 있다. 여기서, 장축 길이는 일차 입자의 가장 넓은 면을 기준으로 하여 최대 길이를 의미할 수 있다. 즉, 일차 입자는 한쪽 축 방향(즉 두께 방향)의 길이(t)가 다른 방향(즉 면방향)의 장축 길이(a)에 비하여 작게 형성되어 있는 구조를 가질 수 있다.The first positive electrode active material includes secondary particles in which at least two or more primary particles are aggregated. At least some of the primary particles may have a plate shape. The primary particle may be formed to have a thickness smaller than the major axis length (planar direction). Here, the long axis length may mean a maximum length based on the widest surface of the primary particle. That is, the primary particles may have a structure in which the length t in one axial direction (ie, the thickness direction) is smaller than the long axis length (a) in the other direction (ie, the plane direction).

도 1은 일 구현예에 따른 일차 입자의 형상을 나타낸 모식도이다.1 is a schematic diagram showing the shape of a primary particle according to an embodiment.

도 1을 참고하면, 일 구현예에 따른 일차 입자는 (A) 육각형 등의 다각형 나노판 형상, (B) 나노 디스크 형상, (C) 직육면체 형상 등, 기본적으로 플레이트형 구조를 가지면서도 다양한 세부 형상을 가질 수 있다. 도 1에서 "a"는 일차 입자의 장축의 길이를 의미하고, "b"는 단축의 길이를 의미하며, "t"는 두께를 의미한다. Referring to FIG. 1 , the primary particles according to one embodiment have a basic plate-like structure, such as (A) a polygonal nanoplate shape such as a hexagon, (B) a nanodisk shape, and (C) a rectangular parallelepiped shape, while having various detailed shapes can have In FIG. 1, "a" means the length of the major axis of the primary particle, "b" means the length of the minor axis, and "t" means the thickness.

한편, 일차 입자의 두께 t는 면방향의 길이 a, b에 비하여 작게 형성되어 있을 수 있다. 면방향의 길이 a는 b에 비하여 길거나 또는 동일할 수 있다. 일 구현예에서는 일차 입자에서 두께 t가 정의된 방향을 두께 방향이라고 정의하고 길이 a, b가 함유된 방향을 면 방향이라고 정의한다.On the other hand, the thickness t of the primary particles may be formed smaller than the lengths a and b in the plane direction. The length a in the plane direction may be longer or the same as that of b. In one embodiment, the direction in which the thickness t is defined in the primary particle is defined as the thickness direction, and the direction containing the lengths a and b is defined as the plane direction.

일 구현예에 따른 제1 양극활물질은 이차 입자 내부와 외부에 각각 불규칙 다공성 기공을 가질 수 있다. "불규칙 다공성 구조"는 기공 크기 및 형태가 규칙적이지 않고 균일성이 없는 기공을 갖는 구조를 의미한다. 불규칙 다공성 구조를 포함한 내부는 외부와 마찬가지로 일차 입자를 포함한다. 내부에 배치되는 일차 입자는 외부에 배치되는 일차 입자와는 달리 규칙성 없이 배열되어 있을 수 있다. The first positive electrode active material according to an embodiment may have irregular porous pores inside and outside the secondary particles, respectively. "Irregular porous structure" means a structure having pores that are not regular in pore size and shape and have no uniformity. The interior containing the irregular porous structure contains primary particles as well as the exterior. The primary particles disposed inside may be arranged without regularity, unlike primary particles disposed outside.

여기서 "외부"라 함은, 이차 입자의 중심으로부터 표면까지의 총거리 중, 최표면으로부터 30 길이% 내지 50길이%, 예를 들어 40 길이%의 영역 또는 이차 입자의 최외각에서 2 ㎛ 이내의 영역을 말한다. 또한 "내부"라 함은, 이차 입자의 중심으로부터 표면까지의 총거리 중, 중심으로부터 50 길이% 내지 70 길이%, 예를 들어 60 길이%의 영역 또는 이차 입자에서 최외각에서 2 ㎛ 이내, 또는 4 ㎛ 이내, 또는 6 ㎛이내의 영역을 제외한 나머지 영역을 말한다. Herein, the term "outside" refers to an area of 30% to 50% in length, for example, 40% in length from the outermost surface of the total distance from the center of the secondary particle to the surface, or within 2 μm from the outermost surface of the secondary particle. say area. In addition, "inside" refers to an area of 50 length % to 70 length %, for example 60 length %, from the center of the total distance from the center of the secondary particle to the surface, or within 2 μm from the outermost surface of the secondary particle, or It refers to the remaining area excluding the area within 4 μm or within 6 μm.

한편, 일 구현예에 따른 제1 양극활물질의 이차 입자는 내부의 중심부쪽으로 150 nm 미만, 예를 들어 10 nm 내지 148 nm의 크기를 갖는 열린 기공(open pore)을 가질 수 있다. 열린 기공은 전해액이 드나들 수 있는 노출된 기공이다. 일구현예에 의하면, 열린 기공은 이차 입자의 표면으로부터 평균적으로 150 nm의 이하, 예를 들어 0.001 nm 내지 100nm, 예를 들어 1 nm 내지 50nm의 깊이까지 형성될 수 있다.Meanwhile, the secondary particles of the first positive electrode active material according to an exemplary embodiment may have open pores having a size of less than 150 nm, for example, 10 nm to 148 nm toward the inner center. An open pore is an exposed pore through which the electrolyte can enter and exit. According to one embodiment, the open pores may be formed from the surface of the secondary particles to a depth of 150 nm or less on average, for example, 0.001 nm to 100 nm, for example 1 nm to 50 nm.

일구현예에 따른 제1 양극활물질은 적어도 일부의 일차 입자의 장축이 방사형 방향으로 배열되어 형성된 이차 입자를 포함할 수 있다. 상기 일차 입자의 적어도 일부는 방사형 배열 구조를 가질 수 있다. 도 2는 일 구현예에 따른 이차 입자에서 방사형의 정의를 설명하기 위한 도면이다.The first positive electrode active material according to an embodiment may include secondary particles formed by arranging at least some of the long axes of the primary particles in a radial direction. At least a portion of the primary particles may have a radially arranged structure. 2 is a diagram for explaining the definition of a radial in secondary particles according to an embodiment.

일 구현예에서 “방사형” 배열 구조라 함은, 도 2에 나타난 바와 같이 일차 입자의 두께 (t) 방향이 이차 입자에서 중심으로 향하는 방향(R)과 수직 또는 수직 방향과 ±5°의 각을 이루도록 배열되는 것을 의미한다.In one embodiment, the "radial" arrangement structure means that the thickness (t) direction of the primary particles is perpendicular to the direction (R) from the secondary particles to the center or forms an angle of ±5° with the direction perpendicular to the direction as shown in FIG. 2 means to be arranged.

한편, 상기 이차 입자를 구성하는 일차 입자의 평균 길이는 0.01㎛ 내지 5㎛일 수 있다. 예를 들어, 0.01㎛ 내지 2㎛, 0.01㎛ 내지 1㎛, 보다 구체적으로 0.02㎛ 내지 1㎛, 0.05㎛ 내지 0.5㎛일 수 있다. 여기서 "평균 길이"는 일차 입자의 면 방향에서 평균 장축길이와 평균 단축길이의 평균 길이, 또는 일차 입자가 구형일 경우 평균 입경을 의미한다.Meanwhile, the average length of the primary particles constituting the secondary particles may be 0.01 μm to 5 μm. For example, it may be 0.01 μm to 2 μm, 0.01 μm to 1 μm, more specifically 0.02 μm to 1 μm, and 0.05 μm to 0.5 μm. Here, "average length" means an average length of an average major axis length and an average minor axis length in the plane direction of the primary particles, or an average particle diameter when the primary particles are spherical.

상기 이차 입자를 구성하는 일차 입자의 평균 두께는 예를 들어 50 nm 이상, 예를 들어 100 nm 이상, 예를 들어 200 nm 이상, 예를 들어 300 nm 이상, 예를 들어 400 nm 이상, 예를 들어 500 nm 이상, 예를 들어 600 nm 이상, 예를 들어 700 nm, 예를 들어 800 nm 이상, 예를 들어 900 nm 이상, 예를 들어 1 ㎛ 이상, 예를 들어 1.2 ㎛ 이상, 예를 들어 1.4 ㎛ 이상일 수 있고, 예를 들어 13 ㎛ 이하, 예를 들어 12 ㎛ 이하, 예를 들어 11 ㎛ 이하, 예를 들어 10 ㎛ 이하, 예를 들어 9 ㎛ 이하, 예를 들어 8 ㎛ 이하, 예를 들어 7 ㎛ 이하, 예를 들어 6 ㎛ 이하, 예를 들어 5 ㎛ 이하, 예를 들어 4 ㎛ 이하, 예를 들어 3 ㎛ 이하, 예를 들어 2 ㎛ 이하일 수 있다. 그리고 상기 평균 두께와 상기 평균 길이의 비는 1:1 내지 1:10, 예를 들어 1:1 내지 1:8, 예를 들어 1:1 내지 1:6이다.The average thickness of the primary particles constituting the secondary particles is, for example, 50 nm or more, for example 100 nm or more, for example 200 nm or more, for example 300 nm or more, for example 400 nm or more, for example 500 nm or greater, such as 600 nm or greater, such as 700 nm or greater, such as 800 nm or greater, such as 900 nm or greater, such as 1 μm or greater, such as 1.2 μm or greater, such as 1.4 μm or greater. or more, for example 13 μm or less, such as 12 μm or less, such as 11 μm or less, such as 10 μm or less, such as 9 μm or less, such as 8 μm or less, such as 7 μm or less, such as 6 μm or less, such as 5 μm or less, such as 4 μm or less, such as 3 μm or less, such as 2 μm or less. And the ratio of the average thickness to the average length is 1:1 to 1:10, for example 1:1 to 1:8, for example 1:1 to 1:6.

이와 같이 일차 입자의 평균 길이, 평균 두께 및 평균 두께와 평균 길이의 비가 상술한 비(ratio)를 만족하고, 일차 입자의 크기가 작으면서 외부에서 일차 입자들이 방사형으로 배열되어 있을 때, 표면쪽에 상대적으로 많은 입계 사이의 리튬 확산 통로와 외부에 리튬 전달이 가능한 결정면이 많이 노출되어 리튬 확산도가 향상되어 높은 초기효율 및 용량의 확보가 가능하다. 또한 일차 입자들이 방사형으로 배열되어 있을 때 그 사이에 표면으로부터 노출된 기공도 중심방향을 향하게 되어 표면으로부터의 리튬 확산을 촉진시킨다. 방사형으로 배열된 일차 입자들에 의해 리튬의 탈리 및/또는 삽입시 균일한 수축, 팽창이 가능하고, 리튬 탈리시 입자가 팽창하는 방향인 (001) 방향 쪽에 기공이 존재하여 완충작용을 해 주고, 플레이트형 일차 입자의 크기가 작기 때문에 수축 팽창시 크랙이 일어날 확률이 낮아지며, 내부의 기공이 추가로 부피변화를 완화시켜주어 충방전시 일차 입자간에 발생되는 크랙이 감소되어 수명 특성이 향상되고 저항 증가가 줄어들 수 있다.As such, the average length of the primary particles, the average thickness, and the ratio of the average thickness to the average length satisfies the above-mentioned ratio, and when the primary particles are small and the primary particles are radially arranged from the outside, relative to the surface side As a result, lithium diffusion pathways between many grain boundaries and a large number of crystal planes capable of transferring lithium to the outside are exposed, which improves lithium diffusion, enabling high initial efficiency and capacity to be secured. In addition, when the primary particles are arranged radially, the pores exposed from the surface in between are also directed toward the center, thereby promoting lithium diffusion from the surface. By means of the radially arranged primary particles, uniform contraction and expansion are possible during lithium desorption and/or insertion, and pores exist in the (001) direction, which is the direction in which the particles expand during lithium desorption, to provide a buffering action, Because the size of the plate-type primary particles is small, the probability of cracks occurring during contraction and expansion is lowered, and the internal pores further relieve volume changes to reduce cracks occurring between primary particles during charging and discharging, improving lifespan characteristics and increasing resistance can be reduced

이차 입자 내부에는 닫힌 기공이 존재하고 외부에는 닫힌 기공 및/또는 열린 기공이 존재할 수 있다. 닫힌 기공은 전해질 등이 포함되기 어려운 데 반하여 열린 기공은 기공 내부에 전해질 등을 함유할 수 있다. 본 명세서에서 닫힌 기공은 기공의 벽면이 모두 닫힌 구조로 형성되어 다른 기공과 연결되지 않은 독립 기공이고 열린 기공은 기공의 벽면 중 적어도 일부가 열린 구조로 형성되어 입자 외부와 연결된 연속 기공이라고 할 수 있다.Closed pores may exist inside the secondary particle and closed pores and/or open pores may exist outside the secondary particle. Closed pores are difficult to contain electrolytes, etc., whereas open pores may contain electrolytes or the like in the pores. In the present specification, closed pores are independent pores that are not connected to other pores because all of the walls of the pores are formed in a closed structure, and open pores are continuous pores connected to the outside of the particle because at least some of the walls of the pores are formed in an open structure. .

일구현예에 따른 리튬이차전지용 양극활물질은 상기와 같은 제1 양극활물질을 포함하여 크랙이 발생되더라도 크랙이 발생한 면과 전해액과의 직접적인 접촉을 최소화하여, 표면저항 증가가 억제된다.The positive electrode active material for a lithium secondary battery according to an embodiment minimizes direct contact between the cracked surface and the electrolyte solution even when cracks occur by including the first positive electrode active material as described above, thereby suppressing an increase in surface resistance.

도 3은 일 구현예에 따른 이차 입자의 단면 구조를 나타낸 모식도이다.3 is a schematic diagram showing a cross-sectional structure of a secondary particle according to an embodiment.

도 3을 참고하면, 이차 입자(11)는 플레이트 형상을 갖는 일차 입자 (13)가 방사형 방향으로 배열된 구조를 갖는 외부(14)와, 일차 입자(13)가 불규칙적으로 배열된 내부(12)를 함유한다. Referring to FIG. 3, the secondary particles 11 have an outer 14 having a structure in which the primary particles 13 having a plate shape are arranged in a radial direction, and an inner 12 in which the primary particles 13 are irregularly arranged. contains

내부 (12)에는 일차 입자 사이의 빈 공간이 외부에 비하여 더 존재할 수 있다. 그리고 내부에서의 기공 크기 및 기공도는 외부에서의 기공 크기 및 기공도에 비하여 크며 불규칙적이다. 도 3에서 화살표는 리튬 이온의 이동 방향을 나타낸 것이다.The interior 12 may have more empty spaces between the primary particles than the exterior. In addition, the pore size and porosity inside are large and irregular compared to the pore size and porosity outside. In FIG. 3, arrows indicate the movement direction of lithium ions.

본 발명의 일 구현예에 따른 이차 입자는 내부가 다공성 구조를 가져서 내부까지의 리튬 이온의 확산거리가 줄어드는 효과가 있고 외부는 표면쪽으로 방사형 방향으로 배열되어 표면으로 리튬 이온이 삽입되기가 용이해진다. 그리고 리튬이차전지용 양극활물질 일차 입자의 크기가 작아 결정립 사이의 리튬 전달경로를 확보하기가 쉬워진다. 그리고 일차 입자의 크기가 작고 일차 입자 사이의 기공이 충방전시에 일어나는 부피변화를 완화시켜 주어 충방전시 부피 변화시에 받는 스트레스가 최소화된다.The secondary particle according to an embodiment of the present invention has a porous structure inside, so that the diffusion distance of lithium ions to the inside is reduced, and the outside is arranged in a radial direction toward the surface to facilitate insertion of lithium ions into the surface. In addition, the size of the primary particles of the cathode active material for a lithium secondary battery is small, so that it is easy to secure a lithium transfer path between the crystal grains. In addition, since the size of the primary particles is small and the pores between the primary particles alleviate the volume change that occurs during charging and discharging, the stress received during the volume change during charging and discharging is minimized.

본 발명의 일 구현예에 따른 이차 입자의 평균 입경은 1 ㎛ 내지 20 ㎛일 수 있다. 예를 들어, 1 ㎛ 내지 18 ㎛, 또는 1 ㎛ 내지 16 ㎛, 또는 1 ㎛ 내지 15 ㎛, 또는 1 ㎛ 내지 10 ㎛, 또는 5 ㎛ 내지 20 ㎛, 또는 5 ㎛ 내지 18 ㎛, 또는 5 ㎛ 내지 15 ㎛일 수 있다. 일 예로, 1 ㎛ 내지 5 ㎛ 또는 10 ㎛ 내지 20 ㎛일 수 있다.The secondary particles according to an embodiment of the present invention may have an average particle diameter of 1 μm to 20 μm. For example, 1 μm to 18 μm, or 1 μm to 16 μm, or 1 μm to 15 μm, or 1 μm to 10 μm, or 5 μm to 20 μm, or 5 μm to 18 μm, or 5 μm to 15 μm. For example, it may be 1 μm to 5 μm or 10 μm to 20 μm.

일구현예에 따른 이차 입자는 방사형 일차 입자와 비방사형 일차 입자를 포함할 수 있다. 비방사형 일차 입자의 함량은 방사형 일차 입자와 비방사형 일차 입자의 총중량 100 중량부를 기준으로 하여 20 중량% 이하, 예를 들어 0.01 중량% 내지 10 중량%, 구체적으로 0.1 중량% 내지 5 중량% 포함할 수 있다. 이차 입자에서 방사형 일차 입자 이외에 비방사형 일차 입자를 상술한 함량 범위로 포함할 경우, 리튬의 확산이 용이하여 수명 특성이 개선된 리튬이차전지를 제조할 수 있다.The secondary particles according to an embodiment may include radial primary particles and non-radiative primary particles. The content of the non-radiative primary particles is 20% by weight or less, for example, 0.01% to 10% by weight, specifically 0.1% to 5% by weight based on 100 parts by weight of the total weight of the radial primary particles and the non-radiative primary particles. can When the non-radiative primary particles in the secondary particles are included in the above-described content range in addition to the radial primary particles, lithium secondary batteries having improved lifespan characteristics can be manufactured by facilitating the diffusion of lithium.

이하, 본 구현에 따른 제2 양극활물질에 대해 설명한다.Hereinafter, the second positive electrode active material according to the present embodiment will be described.

일 구현예에 따른 제2 양극활물질은 모노리스 구조를 갖는다. 즉, 제2 양극활물질은 다수의 결정 입자들이 응집된 형태가 아닌 입자별로 각각 독립된 및/또는 구분된 상(phase)을 이루도록 서로 분리 및/또는 분산되어 있는 형태이나, 2개 또는 3개의 입자가 서로 부착된 형태 등도 포함할 수도 있다.The second positive electrode active material according to an embodiment has a monolith structure. That is, the second positive electrode active material has a form in which a plurality of crystal particles are separated and/or dispersed from each other to form an independent and/or separated phase for each particle rather than an agglomerated form, but two or three particles are It may also include a form attached to each other.

제2 양극활물질의 형상은 특별히 제한되지 않고, 구형, 타원형, 플레이트형, 막대형, 등등 랜덤(random)한 형상을 가질 수 있다.The shape of the second cathode active material is not particularly limited, and may have a random shape, such as a spherical shape, an oval shape, a plate shape, a rod shape, or the like.

상기 제2 양극활물질의 표면은 보론 함유 화합물로 코팅되어 있다. 상기 보론 함유 화합물은 예를 들어 산화 붕소 (boron oxide), 붕산 리튬 (lithium borate), 또는 이들의 조합일 수 있고, 예를 들어 B2O3, LiBO2, Li3B7O12, Li6B4O9, Li3B11O18, Li2B4O7, Li3BO3, 또는 이들의 조합일 수 있다. The surface of the second positive electrode active material is coated with a boron-containing compound. The boron-containing compound may be, for example, boron oxide, lithium borate, or a combination thereof, for example, B 2 O 3 , LiBO 2 , Li 3 B 7 O 12 , Li 6 B 4 O 9 , Li 3 B 11 O 18 , Li 2 B 4 O 7 , Li 3 BO 3 , or a combination thereof.

일반적으로 양극활물질은 충방전의 반복으로 인해 구조가 붕괴될 수 있고, 특히 니켈계 양극활물질은 표면에 NiO가 형성되면서 구조 붕괴가 발생할 수 있다. 양극활물질의 구조가 붕괴되면 양이온 혼합 (cation mixing) 현상이 발생하고 이에 따라 가스가 발생하거나 수명 특성이 나빠지는 문제가 생길 수 있다. 또한 충방전의 반복에 따라 양극활물질이 깨지는 현상이 발생할 수 있는데, 이로 인해 양극활물질과 전해액의 부반응이 증가하며, 이에 따라 전지의 용량이 하락하고 수명 특성이 나빠진다. 그러나 보론 함유 화합물로 코팅된 제2 양극활물질은 양극활물질 표면에서 산소 원자의 이탈이 방지되고 구조 붕괴가 억제되며, 충방전의 반복에 따른 깨짐 현상이 억제되다. 또한 양극활물질이 깨지더라도 전해액과의 부반응이 억제될 수 있다. 또한 제2 양극활물질의 표면에 존재하는 보론 함유 화합물에 의해 전해액에 존재하는 리튬 이온을 입자 내부로 쉽게 받아 들일 수 있어 방전 용량을 개선 할 수 있다. 이에 따라 보론 함유 화합물로 코팅된 제2 양극활물질을 도입한 일 구현예에 따른 리튬이차전지는 용량이 높으면서 뛰어난 용량유지율과 수명 특성 등을 나타낼 수 있다. In general, the structure of a positive electrode active material may collapse due to repeated charging and discharging, and in particular, a nickel-based positive electrode active material may cause structural collapse as NiO is formed on the surface. When the structure of the positive electrode active material is collapsed, cation mixing may occur, which may cause gas generation or deterioration of lifespan characteristics. In addition, the cathode active material may be cracked due to repeated charging and discharging, which leads to an increase in side reactions between the cathode active material and the electrolyte, which leads to a decrease in battery capacity and poor lifespan characteristics. However, in the second positive electrode active material coated with the boron-containing compound, separation of oxygen atoms from the surface of the positive electrode active material is prevented, structural collapse is suppressed, and cracking caused by repeated charging and discharging is suppressed. In addition, even if the cathode active material is broken, a side reaction with the electrolyte may be suppressed. In addition, by the boron-containing compound present on the surface of the second positive electrode active material, lithium ions present in the electrolyte can be easily received into the particles, thereby improving the discharge capacity. Accordingly, the lithium secondary battery according to the embodiment in which the second positive electrode active material coated with the boron-containing compound is introduced may exhibit excellent capacity retention and lifespan characteristics while having a high capacity.

상기 보론 함유 화합물은 상기 제2 양극활물질의 전체 표면에 연속적으로 코팅된 것일 수 있고, 또는 아일랜드 형태로 코팅된 것일 수도 있다.The boron-containing compound may be continuously coated on the entire surface of the second positive electrode active material, or may be coated in an island form.

상기 제2 양극활물질 전체 중량에 대한 보론의 함량은 0.3 몰% 이하일 수 있으며, 예를 들어 0.01 몰% 내지 0.3 몰%일 수 있고, 또는 0.1 몰% 내지 0.3 몰%일 수 있다. 모노리스 구조의 제2 양극활물질을 포함하는 경우 충전과 방전을 반복하면서 나타나는 양극활물질의 구조 붕괴와 깨짐 현상을 효과적으로 억제할 수 있으며, 양극활물질과 전해액의 부반응을 방지할 수 있고, 이에 따라 리튬이차전지의 용량을 높이면서 용량유지율, 수명 특성 등을 향상시킬 수 있다. 한편 모노리스 구조는 입자 내부로의 리튬의 확산이 어려운데, 표면에 보론 함유 화합물을 코팅함으로써 리튬의 확산을 용이하게 하고, 양극활물질 표면의 산소 원자의 이탈을 효과적으로 방지할 수 있다. 보론의 함량이 상기 범위일 경우 이러한 효과를 극대화할 수 있다. 한편, 보론의 함량이 0.3 몰%보다 높으면 전지의 고온 수명 특성이 나빠질 수 있다.The content of boron with respect to the total weight of the second positive electrode active material may be 0.3 mol% or less, for example, 0.01 mol% to 0.3 mol%, or 0.1 mol% to 0.3 mol%. In the case of including the second positive electrode active material having a monolithic structure, it is possible to effectively suppress structural collapse and cracking of the positive electrode active material that occurs while charging and discharging are repeated, and it is possible to prevent side reactions between the positive electrode active material and the electrolyte, and thus lithium secondary battery It is possible to improve the capacity retention rate and lifespan characteristics while increasing the capacity of the On the other hand, the monolith structure makes it difficult to diffuse lithium into the particle. By coating the surface with a boron-containing compound, the diffusion of lithium can be facilitated and the release of oxygen atoms from the surface of the positive electrode active material can be effectively prevented. When the content of boron is within the above range, this effect can be maximized. On the other hand, when the content of boron is higher than 0.3 mol%, high-temperature lifespan characteristics of the battery may deteriorate.

일 구현예에 따른 제2 양극활물질은 상기 리튬이차전지용 양극활물질 총 중량을 기준으로, 10 중량% 내지 50 중량%로 포함할 수 있다. 예를 들어 10 중량% 이상, 15 중량% 이상, 20 중량% 이상, 25 중량% 이상 함유되어 있을 수 있고, 예를 들어 50 중량% 이하, 45 중량% 이하, 40 중량% 이하, 35 중량% 이하 함유되어 있을 수 있다. The second cathode active material according to an embodiment may be included in an amount of 10 wt% to 50 wt%, based on the total weight of the cathode active material for a lithium secondary battery. For example, 10% by weight or more, 15% by weight or more, 20% by weight or more, 25% by weight or more may be contained, for example, 50% by weight or less, 45% by weight or less, 40% by weight or less, 35% by weight or less may contain.

일 구현예에서 상기 제1 양극활물질 내의 일차 입자와 제2 양극활물질은 서로 구별되는 크기를 가지고 있다. 제2 양극활물질의 평균 입경은 0.05㎛ 내지 10㎛일 수 있다. 예를 들어 0.1㎛ 내지 10㎛, 또는 0.1㎛ 내지 8㎛, 또는 0.1㎛ 내지 7㎛, 또는 0.1㎛ 내지 6㎛, 또는 0.1㎛ 내지 5㎛, 또는 1㎛ 내지 4㎛일 수 있다. 이와 같이 상술한 제1 양극활물질의 일차 입자와 제2 양극활물질이 서로 구별되는 크기를 가짐으로써, 일 구현예에 따른 리튬이차전지용 양극활물질의 밀도를 더욱 높일 수 있다. In one embodiment, the primary particles and the second positive electrode active material in the first positive electrode active material have different sizes. The average particle diameter of the second positive electrode active material may be 0.05 μm to 10 μm. for example from 0.1 μm to 10 μm, or from 0.1 μm to 8 μm, or from 0.1 μm to 7 μm, or from 0.1 μm to 6 μm, or from 0.1 μm to 5 μm, or from 1 μm to 4 μm. As described above, since the primary particles of the first positive electrode active material and the second positive electrode active material have different sizes, the density of the positive electrode active material for a lithium secondary battery according to an embodiment can be further increased.

한편, 일 구현예에 따른 제1 양극활물질 및 제2 양극활물질은 각각 하기 화학식 1로 표시되는 니켈계 양극활물질이다.On the other hand, the first positive electrode active material and the second positive electrode active material according to an embodiment are each a nickel-based positive electrode active material represented by the following formula (1).

[화학식 1][Formula 1]

Lia(Ni1-x-y-zCoxMnyMz)O2 Li a (Ni 1-xyz Co x Mn y M z )O 2

상기 화학식 1 중, M은 보론(B), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 바륨(Ba), 티타늄(Ti), 바나듐(V), 크롬(Cr), 철(Fe), 구리(Cu), 지르코늄(Zr) 및 알루미늄(Al)으로 이루어진 그룹에서 선택되는 원소이고, In Formula 1, M is boron (B), magnesium (Mg), calcium (Ca), strontium (Sr), barium (Ba), titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), iron (Fe) ), copper (Cu), zirconium (Zr), and an element selected from the group consisting of aluminum (Al),

0.95≤a≤1.3, x≤(1-x-y-z), y≤(1-x-y-z), 0 <x<1, 0≤y<1, 0≤z<1이다. 이와 같이 화학식 1과 같은 니켈계 양극활물질에서는 니켈의 함량이 코발트의 함량에 비하여 크고, 니켈의 함량이 망간의 함량에 비하여 크며, 니켈의 함량이 상기 M에 해당하는 원소의 함량에 비하여 크다.0.95≤a≤1.3, x≤(1-x-y-z), y≤(1-x-y-z), 0 <x<1, 0≤y<1, 0≤z<1. As such, in the nickel-based positive electrode active material of Formula 1, the content of nickel is greater than the content of cobalt, the content of nickel is greater than the content of manganese, and the content of nickel is greater than the content of the element corresponding to M.

화학식 1에서 0.95≤a≤1.3, 예를 들어 1.0≤a≤1.1, 0<x≤0.33, 예를 들어 0.1≤x≤0.33일 수 있고, 0≤y≤0.5, 예를 들어 0.05≤y≤0.3, 0≤z≤0.05, 0.33≤(1-x-y-z) ≤0.95일 수 있으며, 0.33≤(1-x-y-z) ≤0.95일 수 있다. In Formula 1, 0.95≤a≤1.3, for example, 1.0≤a≤1.1, 0<x≤0.33, for example, may be 0.1≤x≤0.33, 0≤y≤0.5, for example 0.05≤y≤0.3 , 0≤z≤0.05, 0.33≤(1-x-y-z) ≤0.95, and 0.33≤(1-x-y-z) ≤0.95.

예를 들면, 상기 화학식 1에서 0≤z≤0.05이고, 0<x≤ 0.33이고, 0≤y≤0.33일 수 있다.For example, in Formula 1, 0≤z≤0.05, 0<x≤0.33, and 0≤y≤0.33.

예를 들면, 상기 화학식 1에서 (1-x-y-z)≥0.4, 예를 (1-x-y-z)≥0.5, 예를 들어 (1-x-y-z)≥0.6일 수 있다. For example, in Formula 1, (1-x-y-z)≥0.4, for example, (1-x-y-z)≥0.5, for example, (1-x-y-z)≥0.6.

상기 니켈계 양극활물질에서 니켈의 함량은 전이금속 (Ni, Co, 또는 Mn 등)의 총함량을 기준으로 하여 50 몰% 이상, 예를 들어 55 몰% 이상, 예를 들어 60 몰% 이상일 수 있고, 예를 들어 95 몰% 이하, 예를 들어 90 몰% 이하, 예를 들어 80 몰% 이하, 예를 들어 70 몰% 이하, 예를 들어 60 몰% 이하, 예를 들어 63 몰% 이하일 수 있으며, 예를 들어 50 몰% 내지 95 몰%, 예를 들어 70 몰% 내지 95 몰%, 예를 들어 80 몰% 내지 95 몰%일 수 있다. 니켈계 양극활물질에서, 니켈은 알루미늄 또는 망간 등의 함량 및 코발트의 함량에 비하여 높은 함량을 갖는다.The content of nickel in the nickel-based positive electrode active material may be 50 mol% or more, for example 55 mol% or more, for example 60 mol% or more, based on the total content of transition metals (Ni, Co, or Mn, etc.) , for example 95 mol% or less, such as 90 mol% or less, such as 80 mol% or less, such as 70 mol% or less, such as 60 mol% or less, such as 63 mol% or less, and , for example from 50 mol% to 95 mol%, for example from 70 mol% to 95 mol%, for example from 80 mol% to 95 mol%. In the nickel-based positive electrode active material, nickel has a higher content than the content of aluminum or manganese and the content of cobalt.

상기 니켈계 양극활물질에서 니켈의 함량은 전이금속 총 1 몰을 기준으로 다른 각각의 전이금속에 비하여 크다. 이와 같이 제1 양극활물질과 제2 양극활물질로 각각 니켈의 함량이 큰 니켈계 양극활물질을 이용할 경우, 이를 포함한 양극을 채용한 리튬이차전지를 이용할 때 리튬 확산도가 높으며, 전도도가 좋고, 동일전압에서 더 높은 용량을 얻을 수 있다. The content of nickel in the nickel-based positive electrode active material is greater than that of each other transition metal based on 1 mole of the total transition metal. As described above, when a nickel-based positive electrode active material having a large nickel content is used as the first positive electrode active material and the second positive electrode active material, when a lithium secondary battery employing a positive electrode including the same is used, lithium diffusion is high, conductivity is good, and at the same voltage Higher doses can be obtained.

일 구현예에 따르면, 전술한 제1 양극활물질과 제2 양극활물질을 포함하는 리튬이차전지용 양극활물질의 압축 밀도(press density)는, 예를 들어 3.3 g/cc 이상, 3.35 g/cc 이상, 3.4 g/cc 이상, 3.45 g/cc 이상, 3.5 g/cc 이상일 수 있다. 일 구현예에서 리튬이차전지용 양극활물질의 압축 밀도는 3 g의 리튬이차전지용 양극활물질을 압축 밀도 측정기에 삽입 후, 3 톤의 힘으로 30 초간 압축하는 방법에 의해 얻어질 수 있다. 이에 따라 일 구현예에 따른 리튬이차전지용 양극활물질이 크기가 서로 다른 제1 양극활물질과 제2 양극활물질을 포함하더라도, 우수한 수준의 극판 밀도를 갖는 양극을 확보할 수 있다. According to one embodiment, the press density of the positive electrode active material for a lithium secondary battery including the above-described first positive electrode active material and the second positive electrode active material is, for example, 3.3 g/cc or more, 3.35 g/cc or more, 3.4 g/cc or more, 3.45 g/cc or more, or 3.5 g/cc or more. In one embodiment, the compressed density of the positive electrode active material for a lithium secondary battery may be obtained by inserting 3 g of the positive electrode active material for a lithium secondary battery into a compressed density meter, and then compressing the positive electrode active material with a force of 3 tons for 30 seconds. Accordingly, even if the positive electrode active material for a lithium secondary battery according to an embodiment includes the first positive electrode active material and the second positive electrode active material having different sizes, it is possible to secure a positive electrode having an excellent level of electrode plate density.

이하, 본 발명의 다른 구현예에 따른 리튬이차전지용 양극활물질에 대해 설명한다. Hereinafter, a cathode active material for a lithium secondary battery according to another embodiment of the present invention will be described.

본 실시예에 따른 리튬이차전지용 양극활물질은 2개 이상의 일차 입자들이 응집되어 이루어진 이차 입자를 포함하고, 상기 일차 입자의 적어도 일부분이 방사형 배열구조를 이루는 이차 입자를 포함하는 제1 양극활물질; 및 표면에 보론 함유 화합물이 코팅된 모노리스 구조를 갖는 제2 양극활물질을 포함한다. 또한, 본 실시예의 상기 이차 입자는 모노리스 구조를 갖는 입자를 추가적으로 더 포함할 수 있다. 본 구현예의 양극 활물질은 상기 제1 양극활물질의 이차 입자가 모노리스 구조를 갖는 입자를 추가적으로 더 포함하는 것을 제외하고는 상기 본 발명의 일 구현예와 실질적으로 동일한 구성을 포함한다. 이에 이하에서는 실질적으로 동일한 구성에 대해서는 상세한 설명을 생략한다. A positive electrode active material for a lithium secondary battery according to this embodiment includes a first positive electrode active material including secondary particles formed by aggregation of two or more primary particles, and at least a portion of the primary particles including secondary particles forming a radially arranged structure; and a second positive electrode active material having a monolithic structure on which a boron-containing compound is coated. In addition, the secondary particles of the present embodiment may further include particles having a monolithic structure. The positive electrode active material of this embodiment includes substantially the same configuration as the one embodiment of the present invention, except that the secondary particles of the first positive electrode active material further include particles having a monolithic structure. Accordingly, detailed descriptions of substantially the same components will be omitted hereinafter.

구체적으로, 상기 제1 양극활물질에서, 모노리스 구조를 갖는 입자는 상기 이차 입자의 외부에 부착되거나 내부에 분산되어 있을 수 있다. 예를 들어, 상기 모노리스 구조를 갖는 입자는 상기 이차 입자와 응집(물리적 및/또는 화학적으로 결합)되어 있거나, 또는 상기 이차 입자와 물리적 및/또는 화학적 결합을 이루지 않은 채로 이차 입자에 형성된 기공을 메우고 있거나 기공벽과 접촉하고 있을 수도 있다.Specifically, in the first positive electrode active material, particles having a monolithic structure may be attached to the outside of the secondary particle or dispersed therein. For example, the particle having the monolithic structure is agglomerated (physically and/or chemically bound) with the secondary particle, or fills the pores formed in the secondary particle without forming a physical and/or chemical bond with the secondary particle, or may be in contact with the pore wall.

이하, 도 4를 참조하여 일 구현예에 따른 리튬이차전지용 양극활물질을 포함한 양극을 구비한 리튬이차전지의 구조 및 제조 방법을 설명한다.Hereinafter, the structure and manufacturing method of a lithium secondary battery having a positive electrode including a positive electrode active material for a lithium secondary battery according to an embodiment will be described with reference to FIG. 4 .

도 4는 일 구현예에 따른 리튬이차전지용 양극활물질을 포함한 양극을 구비한 리튬이차전지의 구조를 개략적으로 나타낸 것이다.4 schematically shows the structure of a lithium secondary battery having a positive electrode including a positive electrode active material for a lithium secondary battery according to an embodiment.

도 4를 참조하면, 리튬이차전지(21)는 일구현예에 따른 리튬이차전지용 양극활물질을 함유한 양극(23), 음극(22) 및 세퍼레이터(24)를 포함한다. Referring to FIG. 4 , the lithium secondary battery 21 includes a positive electrode 23 , a negative electrode 22 , and a separator 24 containing a positive electrode active material for a lithium secondary battery according to an exemplary embodiment.

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

양극활물질 형성용 조성물은 양극활물질, 도전제, 바인더 및 용매를 혼합하여 제조되는데, 양극활물질로는 상술한 화학식 1로 표시되는 니켈계 활물질을 사용한다.The composition for forming a positive electrode active material is prepared by mixing a positive electrode active material, a conductive agent, a binder and a solvent, and the nickel-based active material represented by Chemical Formula 1 described above is used as the positive electrode active material.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

이와 같이 상술한 양극(23), 음극(22) 및 세퍼레이터(24)를 와인딩하거나 접어서 전지케이스(25)에 수용한다. 이어서, 상기 전지케이스(25)에 유기전해액을 주입하고 캡(cap) 어셈블리(26)로 밀봉하여, 도 4에 나타난 바와 같은 리튬 이차 전지(21)가 완성된다. As described above, the positive electrode 23 , the negative electrode 22 , and the separator 24 are wound or folded and accommodated in the battery case 25 . Next, an organic electrolyte is injected into the battery case 25 and sealed with a cap assembly 26 , thereby completing the lithium secondary battery 21 as shown in FIG. 4 .

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

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

일 구현예에 따른 리튬이차전지는 전술한 리튬이차전지용 양극활물질을 사용하여 극판 밀도가 우수하고, 이에 따른 전기화학적 특성이 우수하다. The lithium secondary battery according to an embodiment has excellent electrode plate density by using the above-described positive electrode active material for lithium secondary battery, and thus has excellent electrochemical properties.

이하, 전술한 일 구현예에 따른 리튬이차전지용 양극활물질의 제조 방법을 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing a cathode active material for a lithium secondary battery according to the above-described embodiment will be described.

일 구현예에 따른 리튬이차전지용 양극활물질의 제조 방법은 제1 전구체를 통해 제1 니켈계 산화물을 형성하고, 제2 전구체를 이용해 제2 니켈계 산화물을 얻은 후, 상기 제2 니켈계 산화물과 보론 함유 전구체를 혼합하고 제3 열처리하여 보론 함유 화합물이 코팅된 제2 니켈계 산화물을 얻고, 제1 니켈계 산화물과 보론 함유 화합물이 코팅된 제2 니켈계 산화물을 혼합하여 제1 양극활물질 및 보론 함유 화합물이 코팅된 제2 양극활물질을 포함하는 양극활물질을 얻는 것을 포함할 수 있다. 이하 구체적으로 설명한다.In the method for manufacturing a cathode active material for a lithium secondary battery according to an embodiment, a first nickel-based oxide is formed through a first precursor, a second nickel-based oxide is obtained using a second precursor, and the second nickel-based oxide and boron The precursor containing the precursor is mixed and subjected to a third heat treatment to obtain a second nickel-based oxide coated with a boron-containing compound, and the first nickel-based oxide and the second nickel-based oxide coated with the boron-containing compound are mixed to contain the first positive electrode active material and boron It may include obtaining a positive electrode active material including a second positive electrode active material coated with the compound. Hereinafter, it will be described in detail.

우선, 제1 전구체를 산화성 가스 분위기하에서 제1 열처리하여 제1 니켈계 산화물을 얻을 수 있다.First, a first nickel-based oxide may be obtained by subjecting the first precursor to a first heat treatment in an oxidizing gas atmosphere.

구체적으로, 상기 산화성 가스 분위기는 산소 또는 공기와 같은 산화성 가스를 이용할 수 있다. 상기 제1 열처리는 예를 들어 800 ℃ 내지 900 ℃에서 실시될 수 있다. 제1 열처리 시간은 열처리 온도 등에 따라 가변적이지만 예를 들어 5 내지 15 시간 동안 실시한다. Specifically, the oxidizing gas atmosphere may use an oxidizing gas such as oxygen or air. The first heat treatment may be performed, for example, at 800 °C to 900 °C. The first heat treatment time is variable depending on the heat treatment temperature and the like, but is performed for, for example, 5 to 15 hours.

일 구현예에 따른 제1 전구체에는 Li, Ni, Co, Mn, 선택적으로 보론(B), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 바륨(Ba), 티타늄(Ti), 바나듐(V), 크롬(Cr), 철(Fe), 구리(Cu), 지르코늄(Zr) 및 알루미늄(Al)으로 이루어진 그룹에서 선택되는 원소가 각각 화학양론비를 만족하는 범위 내에서 소정의 몰비로 함유되어 있을 수 있다. The first precursor according to an embodiment includes Li, Ni, Co, Mn, optionally boron (B), magnesium (Mg), calcium (Ca), strontium (Sr), barium (Ba), titanium (Ti), and vanadium. (V), chromium (Cr), iron (Fe), copper (Cu), zirconium (Zr) and an element selected from the group consisting of aluminum (Al) in a predetermined molar ratio within a range that satisfies the stoichiometric ratio, respectively. may contain.

한편, 제1 전구체는 제1 복합 금속 수산화물을 리튬계 물질과 혼합하여 얻어진 것일 수 있다.Meanwhile, the first precursor may be obtained by mixing the first composite metal hydroxide with a lithium-based material.

제1 복합 금속 수산화물은 전술한 그룹에서 선택되는 원소 중, 적어도 니켈을 포함하는 원소들과 수산화기가 화학양론비를 만족하는 범위 내에서 결합되어 있는 것일 수 있다. 예를 들어 상기 제1 복합 금속 수산화물은 니켈계 복합 금속 수산화물일 수 있고, 일 예로 니켈-코발트-알루미늄 수산화물, 또는 니켈-코발트-망간 수산화물일 수 있다.The first composite metal hydroxide may be one in which elements including at least nickel among elements selected from the group described above and a hydroxyl group are combined within a range that satisfies a stoichiometric ratio. For example, the first composite metal hydroxide may be a nickel-based composite metal hydroxide, for example nickel-cobalt-aluminum hydroxide, or nickel-cobalt-manganese hydroxide.

상기 리튬계 물질은 일 구현예에 따른 리튬이차전지용 양극활물질이 양극 활물질로 기능하기 위한 리튬 공급원이다. 일 구현예에 따른 리튬계 물질의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어 Li2CO3, LiOH, 이들의 수화물, 또는 이들의 조합일 수 있다.The lithium-based material is a lithium source for the positive electrode active material for a lithium secondary battery according to an embodiment to function as a positive electrode active material. The type of the lithium-based material according to the exemplary embodiment is not particularly limited, and for example, Li 2 CO 3 , LiOH, a hydrate thereof, or a combination thereof may be used.

즉, 상기 제1 전구체는 니켈계 복합 금속 수산화물과 리튬계 물질의 혼합물일 수 있다. 이러한 제1 전구체를 산화성 가스 분위기하에서 제1 열처리하여 수득하는 제1 니켈계 산화물은 리튬 니켈계 복합 산화물일 수 있고, 예를 들어 리튬 니켈-코발트-알루미늄 산화물, 리튬 니켈-코발트-망간 산화물일 수 있다. That is, the first precursor may be a mixture of a nickel-based composite metal hydroxide and a lithium-based material. The first nickel-based oxide obtained by subjecting the first precursor to a first heat treatment in an oxidizing gas atmosphere may be a lithium nickel-based composite oxide, for example, lithium nickel-cobalt-aluminum oxide, lithium nickel-cobalt-manganese oxide. have.

한편, 이와 별도로 제2 전구체를 산화성 가스 분위기하에서 제2 열처리하는 과정을 거치고, 그 결과물을 분쇄함으로써, 모노리스 구조의 입자를 포함하는 제2 니켈계 산화물을 얻을 수 있다. 이를 보론이 포함된 물질과 혼합하여 제3 열처리하여, 보론 함유 화합물이 코팅된 제2 니켈계 산화물을 얻을 수 있다.Meanwhile, by separately performing a second heat treatment on the second precursor in an oxidizing gas atmosphere, and pulverizing the resultant, a second nickel-based oxide including monolithic particles can be obtained. This is mixed with a material containing boron and subjected to a third heat treatment to obtain a second nickel-based oxide coated with a boron-containing compound.

구체적으로, 상기 산화성 가스 분위기는 산소 또는 공기와 같은 산화성 가스를 이용할 수 있다. 상기 제2 열처리는 예를 들어 800 ℃ 내지 1000 ℃에서 실시될 수 있다. 제2 열처리 시간은 열처리 온도 등에 따라 가변적이지만 예를 들어 5 내지 20 시간 동안 실시한다. 상기 제2 전구체는 제2 복합 금속 수산화물을 전술한 바와 같은 리튬계 물질과 혼합하여 얻어진 것일 수 있다. Specifically, the oxidizing gas atmosphere may use an oxidizing gas such as oxygen or air. The second heat treatment may be performed, for example, at 800 °C to 1000 °C. The second heat treatment time is variable depending on the heat treatment temperature and the like, but is performed for, for example, 5 to 20 hours. The second precursor may be obtained by mixing the second composite metal hydroxide with the lithium-based material as described above.

제2 복합 금속 수산화물은, 전술한 제1 복합 수산화물과 마찬가지로, Li, Ni, Co, Mn, 선택적으로 보론(B), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 바륨(Ba), 티타늄(Ti), 바나듐(V), 크롬(Cr), 철(Fe), 구리(Cu), 지르코늄(Zr) 및 알루미늄(Al)으로 이루어진 그룹에서 선택되는 원소가 각각 화학양론비를 만족하는 범위 내에서 소정의 몰비로 함유되어 있는 것일 수 있으며, 그 중에서도 적어도 니켈을 포함하는 원소들과 수산화기가 화학양론비를 만족하는 범위 내에서 결합되어 있는 것일 수 있다. 상기 제2 복합 금속 수산화물은 예를 들어 니켈계 복합 금속 수산화물일 수 있고, 일 예로 니켈-코발트-알루미늄 수산화물, 또는 니켈-코발트-망간 수산화물일 수 있다.The second composite metal hydroxide is, like the above-described first composite hydroxide, Li, Ni, Co, Mn, optionally boron (B), magnesium (Mg), calcium (Ca), strontium (Sr), barium (Ba) , titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), iron (Fe), copper (Cu), zirconium (Zr) and an element selected from the group consisting of aluminum (Al) satisfies the stoichiometric ratio, respectively. It may be contained in a predetermined molar ratio within the range, and among them, elements including at least nickel and a hydroxyl group may be combined within a range that satisfies a stoichiometric ratio. The second composite metal hydroxide may be, for example, a nickel-based composite metal hydroxide, for example nickel-cobalt-aluminum hydroxide, or nickel-cobalt-manganese hydroxide.

상기 제2 복합 금속 수산화물은 평균 입경이 예를 들어 0.5 ㎛ 이상, 1.0 ㎛ 이상, 1.5 ㎛ 이상, 2.0 ㎛ 이상, 예를 들어 10 ㎛ 이하, 8 ㎛ 이하, 6 ㎛ 이하, 5 ㎛ 이하, 4 ㎛ 이하인 것을 사용할 수 있다. The second composite metal hydroxide has an average particle diameter of, for example, 0.5 µm or more, 1.0 µm or more, 1.5 µm or more, 2.0 µm or more, for example, 10 µm or less, 8 µm or less, 6 µm or less, 5 µm or less, 4 µm or less. The following can be used.

일 구현예에서 BET 측정법에 의해 측정되는 상기 제2 복합 금속 수산화물의 비표면적은, 1 m2/g 내지 30 m2/g 일 수 있다. 예를 들어 2 m2/g 내지 25 m2/g, 구체적으로 5 m2/g 내지 25 m2/g 일 수 있다. 제2 복합 금속 수산화물의 비표면적이 상기 범위를 만족할 경우, 제2 니켈계 산화물이 후술할 분쇄 과정에서 모노리스 구조를 갖는 전술한 평균 입경 범위의 입자들로 잘게 분쇄될 수 있으며 잔류 리튬의 함량을 저감할 수 있다.In one embodiment, the specific surface area of the second composite metal hydroxide measured by the BET measurement method may be 1 m 2 /g to 30 m 2 /g. For example, it may be 2 m 2 /g to 25 m 2 /g, specifically 5 m 2 /g to 25 m 2 /g. When the specific surface area of the second composite metal hydroxide satisfies the above range, the second nickel-based oxide may be finely pulverized into particles having a monolithic structure and having a monolithic structure in the above-mentioned average particle size range in the pulverization process, and the content of residual lithium is reduced can do.

제2 전구체를 산화성 가스 분위기하에서 제2 열처리하여 수득하는 제2 니켈계 산화물은 리튬 니켈계 복합 산화물일 수 있고, 예를 들어 리튬 니켈-코발트-알루미늄 산화물, 리튬 니켈-코발트-망간 산화물일 수 있다. The second nickel-based oxide obtained by subjecting the second precursor to a second heat treatment in an oxidizing gas atmosphere may be a lithium nickel-based composite oxide, for example, lithium nickel-cobalt-aluminum oxide or lithium nickel-cobalt-manganese oxide. .

이후, 제2 열처리된 물질을 분쇄함으로써, 전술한 평균 입경 범위에 속하는 모노리스 구조의 입자들을 포함하는 제2 니켈계 산화물을 얻는다. 상기 제2 니켈계 산화물은 전술한 제1 니켈계 산화물 대비 작은 평균 입경을 가지고 있다. 분쇄 과정은 제트 밀(jet mill) 등 이미 공지된 분쇄 장치 등을 이용하여 수행될 수 있다.Thereafter, by pulverizing the second heat-treated material, a second nickel-based oxide including particles having a monolithic structure falling within the aforementioned average particle diameter range is obtained. The second nickel-based oxide has a smaller average particle diameter than the above-described first nickel-based oxide. The grinding process may be performed using a known grinding device, such as a jet mill.

얻어진 모노리스 구조의 입자들은 전술한 평균 입경 범위에 속하며, 전술한 바과 같이 입자 별로 응집되지 않고 분산되어 존재할 수 있다. 한편, 일 구현예에서는 리튬계 물질과 제2 복합 금속 수산화물의 투입량, 및/또는 혼합비는 특별히 제한되지 않으나, 모노리스 구조를 갖는 제2 양극활물질을 형성할 수 있는 조건을 만족하되, 이와 동시에 니켈계 활물질 제조 후 과도한 리튬염, 미반응된 리튬계 물질들이 잔류하는 것을 최소화할 수 있는 범위 내로 조절될 수 있다.The obtained monolithic particles fall within the above-mentioned average particle diameter range, and as described above, may exist dispersed without agglomeration for each particle. Meanwhile, in one embodiment, the input amount and/or the mixing ratio of the lithium-based material and the second composite metal hydroxide are not particularly limited, but the conditions for forming the second positive electrode active material having a monolithic structure are satisfied, and at the same time, the nickel-based material Excessive lithium salts and unreacted lithium-based materials may be adjusted within a range capable of minimizing residuals after the preparation of the active material.

일 구현예에서 제2 전구체 내 리튬을 제외한 나머지 금속 원소들(Me)에 대한 리튬(Li)의 몰비(Li/Me)는, 예를 들어 0.8 이상, 0.85 이상, 0.9 이상, 0.95 이상, 예를 들어 1.0 이상일 수 있고, 예를 들어 1.2 이하, 예를 들어 1.1 이하, 예를 들어 1.05 이하일 수 있다. In one embodiment, the molar ratio (Li/Me) of lithium (Li) to the remaining metal elements (Me) other than lithium in the second precursor is, for example, 0.8 or more, 0.85 or more, 0.9 or more, 0.95 or more, for example For example, it may be 1.0 or more, for example, 1.2 or less, for example, 1.1 or less, for example, 1.05 or less.

한편, 제1 복합 금속 수산화물과 제2 복합 금속 수산화물 내 Ni, Co, Mn 그리고 선택적인 원소들 간 몰비는 최종적으로 전술한 화학식 1로 표시되는 니켈계 양극활물질을 제조하기 위한 범위 내에서 자유롭게 선택될 수 있으나, 적어도 Ni 의 몰비가 Co, Mn 및 선택적인 다른 원소들 각각의 몰비 대비 크게 조절될 수 있다. 또는, 일 구현예에 따른 제2 전구체가 전술한 제1 전구체와 동일한 몰비를 갖도록 조절되어 있을 수도 있다.On the other hand, the molar ratio between Ni, Co, Mn, and optional elements in the first composite metal hydroxide and the second composite metal hydroxide can be freely selected within the range for finally preparing the nickel-based positive electrode active material represented by the above-mentioned formula (1). However, at least the molar ratio of Ni may be controlled to be large compared to the molar ratio of each of Co, Mn, and optional other elements. Alternatively, the second precursor according to an embodiment may be adjusted to have the same molar ratio as the above-described first precursor.

이후, 상기 모노리스 구조의 제2 니켈계 산화물과 보론 함유 전구체를 혼합하여 제3 열처리함으로써, 제2 니켈계 산화물에 보론 함유 화합물을 코팅하는 과정을 수행한다. 여기서 보론 함유 전구체는 열처리 과정을 통해 제2 니켈계 산화물의 표면에 보론 함유 화합물로서 존재할 수 있는 재료를 의미한다. 예를 들어 상기 보론 함유 전구체는 붕산(H3BO3), B2O3, C6H5B(OH)2, (C6H5O)3B, [CH3(CH2)3O]3B, C13H19BO3, C3H9B3O6, (C3H7O)3B, 또는 이들의 조합일 수 있다. Thereafter, a process of coating the boron-containing compound on the second nickel-based oxide is performed by mixing the second nickel-based oxide of the monolith structure with the boron-containing precursor and performing a third heat treatment. Here, the boron-containing precursor refers to a material that may exist as a boron-containing compound on the surface of the second nickel-based oxide through a heat treatment process. For example, the boron-containing precursor is boric acid (H 3 BO 3 ), B 2 O 3 , C 6 H 5 B(OH) 2 , (C 6 H 5 O) 3 B, [CH 3 (CH 2 ) 3 O ] 3 B, C 13 H 19 BO 3 , C 3 H 9 B 3 O 6 , (C 3 H 7 O) 3 B, or a combination thereof.

상기 제2 니켈계 산화물과 보론 함유 전구체를 혼합하여 제3 열처리를 하는 온도는 약 300℃ 내지 약 500℃일 수 있다. 제3 열처리 시간은 열처리 온도 등에 따라 가변적이지만 예를 들어 3 내지 15 시간일 수 있다. 이러한 온도 범위와 시간 범위에서 제3 열처리를 할 경우 보론 함유 화합물이 균일하게 코팅된 제2 니켈계 산화물을 얻을 수 있다. The temperature for the third heat treatment by mixing the second nickel-based oxide and the boron-containing precursor may be about 300°C to about 500°C. The third heat treatment time is variable depending on the heat treatment temperature and the like, but may be, for example, 3 to 15 hours. When the third heat treatment is performed in this temperature range and time range, a second nickel-based oxide coated with a boron-containing compound uniformly may be obtained.

상기 제2 니켈계 산화물 100 중량부에 대한 상기 보론 함유 전구체의 함량은 0.01 중량부 내지 0.35 중량부, 또는 0.1 중량부 내지 0.35 중량부, 또는 0.1 중량부 내지 0.3 중량부일 수 있다. 이러한 함량 범위로 코팅할 경우, 보론 함유 화합물이 균일하게 코팅된 제2 니켈계 산화물을 얻을 수 있다. The content of the boron-containing precursor relative to 100 parts by weight of the second nickel-based oxide may be 0.01 parts by weight to 0.35 parts by weight, or 0.1 parts by weight to 0.35 parts by weight, or 0.1 parts by weight to 0.3 parts by weight. In the case of coating in this content range, a second nickel-based oxide coated with a boron-containing compound uniformly may be obtained.

이후, 상기 제1 니켈계 산화물, 및 상기 보론 함유 화합물이 코팅된 제2 니켈계 산화물을 혼합하는 과정을 수행한다. 일 구현예에서, 상기 제1 니켈계 산화물과 보론 함유 화합물이 코팅된 제2 니켈계 산화물의 혼합비는 중량비를 기준으로 예를 들어 9:1 내지 5:5, 예를 들어 8:2 내지 5:5, 예를 들어 8:2 내지 6:4, 예를 들어 7:3일 수 있다. Thereafter, a process of mixing the first nickel-based oxide and the second nickel-based oxide coated with the boron-containing compound is performed. In one embodiment, the mixing ratio of the first nickel-based oxide and the second nickel-based oxide coated with the boron-containing compound is, for example, 9:1 to 5:5, for example, 8:2 to 5: based on the weight ratio. 5, eg 8:2 to 6:4, eg 7:3.

제조된 리튬이차전지용 양극활물질은 전술한 바와 같이 일차 입자들이 응집하여 이루어진 이차 입자를 포함하는 제1 양극활물질과, 모노리스 구조를 가지면서 보론 함유 화합물이 코팅된 제2 양극활물질을 포함하되, 제1 양극활물질의 이차 입자 내에서 일차 입자 중 적어도 일부는 방사형으로 배열되어 있다. 이렇게 제조된 양극활물질과 이를 포함하는 리튬 이차 전지는 전술한 바와 같이 안정성과 전기화학적 특성이 우수하다.The prepared positive electrode active material for a lithium secondary battery includes a first positive electrode active material including secondary particles formed by aggregation of primary particles as described above, and a second positive electrode active material having a monolithic structure and coated with a boron-containing compound, the first At least some of the primary particles in the secondary particles of the positive electrode active material are radially arranged. The positive electrode active material prepared in this way and the lithium secondary battery including the same have excellent stability and electrochemical properties as described above.

이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예들을 제시한다. 다만, 하기에 기재된 실시예들은 본 발명을 구체적으로 예시하거나 설명하기 위한 것에 불과하며, 이로서 본 발명이 제한되어서는 아니된다.Hereinafter, specific embodiments of the present invention are presented. However, the examples described below are only for specifically illustrating or explaining the present invention, and the present invention is not limited thereto.

실시예 1Example 1

1. 복합 금속 수산화물 제조 공정1. Complex metal hydroxide manufacturing process

(1) 제1 복합 금속 수산화물 제조 공정(1) First composite metal hydroxide manufacturing process

우선 제1 니켈계 산화물을 제조하기 위하여 후술하는 공침법을 통해 니켈계 활물질 전구체(Ni0.945Co0.04Al0.015OH)를 합성하였다. 하기 제조과정에서 니켈계 활물질 전구체를 형성하는 금속 원료로는 황산니켈, 황산코발트 및 질산 알루미늄을 이용하였다. First, a nickel-based active material precursor (Ni 0.945 Co 0.04 Al 0.015 OH) was synthesized through a co-precipitation method to be described later in order to prepare the first nickel-based oxide. Nickel sulfate, cobalt sulfate and aluminum nitrate were used as metal raw materials for forming the nickel-based active material precursor in the following manufacturing process.

[1단계: 2.5kW/㎥, NH4OH 0.40M, pH 10.5 내지 11.5, 반응시간 6시간][Step 1: 2.5kW/㎥, NH 4 OH 0.40M, pH 10.5 to 11.5, reaction time 6 hours]

먼저, 반응기에 농도가 0.40M인 암모니아수를 넣었다. 교반동력 2.5 kW/㎥, 반응온도 50℃에서 금속원료 및 착화제를 각각 85ml/min 및 10 ml/min의 속도로 투입하면서 반응을 시작하였다.First, ammonia water having a concentration of 0.40M was put into the reactor. At a stirring power of 2.5 kW/m 3 and a reaction temperature of 50° C., the reaction was started while the metal raw material and the complexing agent were added at rates of 85 ml/min and 10 ml/min, respectively.

pH를 유지하기 위하여 NaOH를 투입하면서 6시간 동안 반응을 실시하였다. 반응 결과 얻어진 코어 입자의 평균 사이즈가 약 6.5 ㎛ 내지 7.5㎛ 범위인 것을 확인하고 2단계를 다음과 같이 실시하였다.The reaction was carried out for 6 hours while adding NaOH to maintain the pH. As a result of the reaction, it was confirmed that the average size of the obtained core particles was in the range of about 6.5 μm to 7.5 μm, and the second step was performed as follows.

[2단계: 2.0kW/㎥, NH4OH 0.45M, pH 11~12, 반응시간 18시간][Step 2: 2.0kW/㎥, NH 4 OH 0.45M, pH 11-12, reaction time 18 hours]

반응온도 50℃를 유지하면서 금속원료 및 착화제를 각각 85ml/min 및 12 ml/min의 속도로 변경하여 투입하여 착화제의 농도가 0.45M이 유지되도록 하였다. pH를 유지하기 위해 NaOH를 투입하면서 6시간 반응하였다. 이 때 교반동력은 1단계보다 낮은 2.0kW/㎥로 낮추어 반응을 진행하였다. 이러한 반응을 실시하여 얻어진 코어 및 중간층을 함유한 생성물 입자의 평균 사이즈가 13.5 ㎛ 내지 14㎛인 것을 확인하고 3단계를 다음과 같이 실시하였다.While maintaining the reaction temperature of 50 ℃, the metal raw material and the complexing agent were added at a rate of 85 ml/min and 12 ml/min, respectively, so that the concentration of the complexing agent was maintained at 0.45M. The reaction was carried out for 6 hours while adding NaOH to maintain the pH. At this time, the stirring power was lowered to 2.0kW/m3, which is lower than the first stage, and the reaction proceeded. It was confirmed that the average size of the product particles containing the core and the intermediate layer obtained by performing this reaction was 13.5 μm to 14 μm, and the third step was performed as follows.

[3단계: 1.5kW/㎥, NH4OH 0.45M, pH 10.5~11.5, 반응시간 14시간][Step 3: 1.5kW/㎥, NH 4 OH 0.45M, pH 10.5~11.5, reaction time 14 hours]

반응온도 50℃를 유지하면서 금속원료 및 착화제의 투입 속도 및 착화제의 농도는 상기 2단계와 동일하게 하였다. pH를 유지하기 위해 NaOH를 투입하면서 14시간 반응하였다. 이때 교반동력은 2단계보다 낮은 1.5kW/㎥로 낮추어 반응을 진행하였다.While maintaining the reaction temperature of 50 ℃, the input rate of the metal raw material and the complexing agent and the concentration of the complexing agent were the same as in step 2 above. The reaction was carried out for 14 hours while adding NaOH to maintain the pH. At this time, the stirring power was lowered to 1.5kW/m3, which is lower than the second stage, and the reaction was carried out.

[후공정][Post-process]

상기 결과물을 세척한 후, 세척된 결과물을 약 150℃에서 24시간 동안 열풍 건조하여, 제1 복합 금속 수산화물 (Ni0.945Co0.04Al0.015OH)을 얻었다.After washing the resultant, the washed resultant was dried with hot air at about 150° C. for 24 hours to obtain a first composite metal hydroxide (Ni 0.945 Co 0.04 Al 0.015 OH).

(2) 제2 복합 금속 수산화물 제조 공정(2) Second composite metal hydroxide manufacturing process

이와 별개로, 황산니켈(NiSO4·6H2O), 황산코발트 (CoSO4·7H2O) 및 황산망간(MnSO4·H2O)을 88:8:4 몰비가 되도록 용매인 증류수에 녹여 혼합 용액을 준비한다. 착화합물 형성을 위해 암모니아수(NH4OH) 희석액과, 침전제로서 수산화나트륨(NaOH)을 준비한다. 이후, 반응기에 금속 원료 혼합용액, 암모니아수, 수산화나트륨을 각각 반응기 내부에 투입한다. 다음으로 교반을 수행하면서 약 20 시간 동안 반응을 진행한다. 이후, 반응기 내의 슬러리 용액을 여과 및 고순도의 증류수로 세척 후 24 시간 건조하여 제2 복합 금속 수산화물(Ni0.88Co0.08Mn0.04(OH)2) 분말을 얻는다. 얻어진 제2 복합 금속 수산화물 분말은 평균 입경이 4.0 ㎛ 였고, BET 측정법에 의해 측정되는 비표면적은 15 m2/g 이다. Separately, nickel sulfate (NiSO 4 .6H 2 O), cobalt sulfate (CoSO 4 .7H 2 O) and manganese sulfate (MnSO 4 .H 2 O) were dissolved in distilled water as a solvent in a molar ratio of 88:8:4. Prepare the mixed solution. To form a complex compound, a dilute aqueous ammonia (NH 4 OH) solution and sodium hydroxide (NaOH) as a precipitating agent are prepared. Thereafter, the metal raw material mixed solution, aqueous ammonia, and sodium hydroxide are respectively introduced into the reactor. Next, the reaction proceeds for about 20 hours while stirring. Thereafter, the slurry solution in the reactor is filtered and washed with distilled water of high purity, and then dried for 24 hours to obtain a second composite metal hydroxide (Ni 0.88 Co 0.08 Mn 0.04 (OH) 2 ) powder. The obtained second composite metal hydroxide powder had an average particle diameter of 4.0 μm, and a specific surface area measured by the BET measurement method was 15 m 2 /g.

2. 양극활물질 제조 공정2. Cathode active material manufacturing process

(1) 제1 니켈계 산화물 제조 공정(1) First Nickel-Based Oxide Manufacturing Process

제1 니켈계 산화물을 제조하기 위하여 수득한 제1 복합 금속 수산화물과 LiOH를 1:1 몰비로 혼합하여 제1 전구체를 얻고, 이를 산소 분위기에서 약 700℃에서 10시간 동안 제1 열처리함으로써, 제1 니켈계 산화물(LiNi0.945Co0.04Al0.015O2)을 얻었다. A first precursor is obtained by mixing the obtained first composite metal hydroxide and LiOH in a molar ratio of 1:1 to prepare the first nickel-based oxide, and by performing a first heat treatment for this at about 700° C. for 10 hours in an oxygen atmosphere, the first A nickel-based oxide (LiNi 0.945 Co 0.04 Al 0.015 O 2 ) was obtained.

얻어진 제1 니켈계 산화물의 평균 입경은 13.8 ㎛ 였다.The average particle diameter of the obtained 1st nickel-type oxide was 13.8 micrometers.

(2) 제2 니켈계 산화물 제조 공정(2) Second Nickel-Based Oxide Manufacturing Process

이후, 얻어진 제2 복합 금속 수산화물과 LiOH를 Li/(Ni+Co+Mn) = 1.05 를 만족하도록 혼합하여 제2 전구체를 얻고, 이를 소성로에 투입하고, 산소 분위기에서 910 ℃로 8 시간 동안 제2 열처리를 실시하여 제2 니켈계 산화물(LiNi0.88Co0.08Mn0.04O2)을 얻었다. 이후, 얻어진 제2 니켈계 산화물을 약 30 분 동안 분쇄하여, 모노리스 구조를 갖는 다수의 제2 니켈계 산화물들로 분리/분산시킨다.Thereafter, the obtained second composite metal hydroxide and LiOH were mixed to satisfy Li/(Ni+Co+Mn) = 1.05 to obtain a second precursor, which was put into a kiln, and the second precursor was put in an oxygen atmosphere at 910° C. for 8 hours. Heat treatment was performed to obtain a second nickel-based oxide (LiNi 0.88 Co 0.08 Mn 0.04 O 2 ). Thereafter, the obtained second nickel-based oxide is pulverized for about 30 minutes to separate/disperse into a plurality of second nickel-based oxides having a monolithic structure.

수득한 모노리스 구조의 제2 니켈계 산화물의 평균 입경은 3.7㎛이다.The average particle diameter of the obtained second nickel-based oxide having a monolithic structure was 3.7 µm.

(3) 제2 니켈계 산화물의 보론 코팅 공정(3) Boron coating process of the second nickel-based oxide

수득한 모노리스 구조의 제2 니켈계 산화물과 붕산을 0.19중량%(또는 0.3몰%)로 건식 혼합기로 혼합한 후, 350℃에서 8시간 동안 제3 열처리하였다. 이에 의해 표면에 산화 붕소와 붕산 리튬이 코팅된 모노리스 구조의 제2 니켈계 산화물을 얻는다. The obtained second nickel-based oxide having a monolithic structure and boric acid were mixed at 0.19 wt% (or 0.3 mol%) by a dry mixer, followed by a third heat treatment at 350°C for 8 hours. As a result, a second nickel-based oxide having a monolithic structure in which boron oxide and lithium borate are coated on the surface is obtained.

(4) 제1 니켈계 산화물과 제2 니켈계 산화물 혼합 공정(4) First nickel-based oxide and second nickel-based oxide mixing step

제1 니켈계 산화물, 및 보론 함유 화합물이 코팅된 제2 니켈계 산화물을 중량비 8:2로 혼합하여, 제1 양극 활물질, 및 보론 함유 화합물이 코팅된 제2 양극 활물질을 포함하는 양극 활물질을 제조하였다.A positive active material including a first positive active material and a second positive active material coated with a boron-containing compound is prepared by mixing the first nickel-based oxide and the second nickel-based oxide coated with a boron-containing compound in a weight ratio of 8:2 did

비교예 1Comparative Example 1

실시예 1에서 제2 니켈계 산화물에 보론 함유 화합물을 코팅하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 양극활물질을 제조하였다. A positive electrode active material was prepared in the same manner as in Example 1, except that the boron-containing compound was not coated on the second nickel-based oxide in Example 1.

비교예 2Comparative Example 2

실시예 1에서 제2 니켈계 산화물의 제조 공정이 아래와 같고 보론 함유 화합물을 코팅하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 양극활물질을 제조하였다. A positive electrode active material was prepared in the same manner as in Example 1, except that in Example 1, the manufacturing process of the second nickel-based oxide was as follows, and the boron-containing compound was not coated.

(2) 제2 니켈계 산화물 제조 공정(2) Second Nickel-Based Oxide Manufacturing Process

이후, 얻어진 제2 복합 금속 수산화물과 LiOH를 Li/(Ni+Co+Mn) = 1.00을 만족하도록 혼합한 후 소성로에 투입하고, 산소 분위기에서 725℃로 20 시간 동안 제2 열처리를 실시하여 제2 니켈계 산화물(LiNi0.88Co0.08Mn0.04O2)을 얻었다. Then, after mixing the obtained second composite metal hydroxide and LiOH to satisfy Li/(Ni+Co+Mn) = 1.00, the mixture was put into a kiln, and a second heat treatment was performed at 725° C. for 20 hours in an oxygen atmosphere. A nickel-based oxide (LiNi 0.88 Co 0.08 Mn 0.04 O 2 ) was obtained.

얻어진 제1 니켈계 산화물의 평균 입경은 4.6 ㎛ 였다.The average particle diameter of the obtained 1st nickel-type oxide was 4.6 micrometers.

비교예 3Comparative Example 3

제1 니켈계 산화물의 제조 공정이 아래와 같은 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 양극활물질을 제조하였다. A positive electrode active material was prepared in the same manner as in Example 1, except that the manufacturing process of the first nickel-based oxide was as follows.

(1) 제1 니켈계 산화물 제조 공정(1) First Nickel-Based Oxide Manufacturing Process

제1 니켈계 산화물을 제조하기 위하여, 수득한 제1 복합 금속 수산화물과 LiOH를 1:1 몰비로, 붕산을 0.084중량%(또는 0.125 몰%)로 건식 혼합하여 제1 전구체를 얻고, 이를 산소 분위기에서 약 700℃에서 10시간 동안 제1 열처리함으로써, 표면에 보론 함유 화합물이 코팅된 제1 니켈계 산화물(LiNi0.945Co0.04Al0.015O2)을 얻었다. In order to prepare the first nickel-based oxide, a first precursor is obtained by dry mixing the obtained first composite metal hydroxide and LiOH in a 1:1 molar ratio and boric acid in an amount of 0.084 wt% (or 0.125 mol%), and this is used in an oxygen atmosphere. By the first heat treatment at about 700 ° C. for 10 hours, the first nickel-based oxide (LiNi 0.945 Co 0.04 Al 0.015 O 2 ) coated with a boron-containing compound on the surface was obtained.

얻어진 제1 니켈계 산화물의 평균 입경은 13.8 ㎛ 였다.The average particle diameter of the obtained 1st nickel-type oxide was 13.8 micrometers.

코인 하프 셀의 제조Manufacturing of Coin Half Cells

실시예 1, 비교예 1 및 비교예2 각각에 대하여, 다음과 같은 과정을 통해 각각의 코인하프셀을 제조한다. For each of Example 1, Comparative Example 1, and Comparative Example 2, each coin half cell was manufactured through the following process.

수득한 리튬이차전지용 양극활물질 96 g, 폴리비닐리덴플로라이드 2 g 및 용매인 N-메틸피롤리돈 137 g, 도전제인 카본블랙 2 g의 혼합물을 믹서기를 이용하여 기포를 제거하여 균일하게 분산된 양극 활물질층 형성용 슬러리를 제조한다.A mixture of 96 g of the obtained cathode active material for a lithium secondary battery, 2 g of polyvinylidene fluoride, 137 g of N-methylpyrrolidone as a solvent, and 2 g of carbon black as a conductive agent was removed by using a mixer to remove air bubbles and uniformly dispersed. A slurry for forming the positive electrode active material layer is prepared.

상기 양극 활물질층 형성용 슬러리를 알루미늄 박상에 코팅하여 얇은 극판 형태로 만든 후, 이를 135 ℃에서 3 시간 이상 건조시킨 후, 압연과 진공 건조 과정을 거쳐 양극을 제작한다.The slurry for forming the positive electrode active material layer is coated on an aluminum foil to form a thin electrode plate, dried at 135° C. for at least 3 hours, and then subjected to rolling and vacuum drying processes to manufacture a positive electrode.

상기 양극과 상대극으로서 리튬 금속 대극을 사용하여 2032 타입의 코인하프셀(coin half cell)을 제조한다. 상기 양극과 리튬 금속 대극 사이에는 다공질 폴리에틸렌(PE) 필름으로 이루어진 세퍼레이터(두께: 약 16㎛)를 개재하고, 전해액을 주입하여 2032 type 코인셀을 제작한다. 이 때, 상기 전해액은 에틸렌카보네이트(EC)와 에틸메틸카보네이트(EMC)를 3:5의 부피비로 혼합한 용매에 용해된 1.1M LiPF6가 포함된 용액을 사용한다.A 2032 type coin half cell is manufactured using the positive electrode and the lithium metal counter electrode as the counter electrode. A separator (thickness: about 16 μm) made of a porous polyethylene (PE) film is interposed between the positive electrode and the lithium metal counter electrode, and electrolyte is injected to fabricate a 2032 type coin cell. At this time, as the electrolyte, a solution containing 1.1M LiPF 6 dissolved in a solvent in which ethylene carbonate (EC) and ethylmethyl carbonate (EMC) are mixed in a volume ratio of 3:5 is used.

평가예 1: 충방전 용량, 충방전 효율 및 수명 특성Evaluation Example 1: Charging/discharging capacity, charging/discharging efficiency and lifespan characteristics

제조된 실시예 1, 비교예 1 내지 비교예 3의 코인하프셀을 45

Figure pat00001
에서 1C의 정전류로 상한전압 4.3V까지 충전한 후 방전 종지 전압 3.0V까지 1C로 방전하여 초기 방전용량을 측정하였고, 계속하여 50회 사이클까지의 방전용량을 측정하여 용량유지율을 평가하였으며 그 결과를 아래 표 1에 나타내었다.45 of the prepared Example 1 and Comparative Examples 1 to 3 coin half cells
Figure pat00001
After charging to the upper limit voltage of 4.3V with a constant current of 1C, the initial discharge capacity was measured by discharging at 1C until the final discharge voltage of 3.0V. It is shown in Table 1 below.

초기 방전 용량 (mAh/g)Initial discharge capacity (mAh/g) 50회 용량 유지율 (%)50 dose retention rate (%) 체적당 용량
(mAh/cc)
capacity per volume
(mAh/cc)
실시예 1Example 1 214.4214.4 92.792.7 755755 비교예 1Comparative Example 1 211.4211.4 90.090.0 744744 비교예 2Comparative Example 2 214.6214.6 88.688.6 734734 비교예 3Comparative Example 3 204.2204.2 -- 673673

표 1을 참고하면, 모노리스 구조의 제2 양극활물질을 사용하는 비교예 1의 경우, 모노리스 구조가 아닌, 1차 입자가 조립된 구조의 일반적인 니켈계 산화물을 사용하는 비교예 2와 비교하여 50회 용량 유지율은 개선되나 초기 방전 용량이 감소하는 것을 확인 할 수 있다. Referring to Table 1, in the case of Comparative Example 1 using the second positive electrode active material having a monolith structure, 50 times compared to Comparative Example 2 using a general nickel-based oxide having a structure in which primary particles are assembled, not a monolith structure It can be seen that the capacity retention rate is improved, but the initial discharge capacity is reduced.

그러나 보론 함유 화합물이 코팅된 모노리스 구조의 제2 양극활물질을 사용하는 실시예 1의 경우, 비교예 1과 달리, 초기 방전 용량의 감소 없이 50회 용량 유지율을 개선 할 수 있다. 또한, 모노리스 구조의 제2 니켈계 산화물을 혼합함으로써 체적당 용량을 추가로 개선 할 수 있다.However, in Example 1 in which the second positive electrode active material having a monolithic structure coated with boron-containing compound is used, unlike Comparative Example 1, the capacity retention rate of 50 times can be improved without reducing the initial discharge capacity. In addition, the capacity per volume can be further improved by mixing the second nickel-based oxide having a monolithic structure.

비교예 3은 보론 함유 화합물이 코팅된 제1 양극활물질과 보론 함유 화합물이 코팅된 모노리스 구조의 제2 양극활물질을 적용한 전지로서, 표 1을 참고하면 실시예 1에 비하여 초기 방전 용량과 체적당 용량이 현저히 낮다는 것을 알 수 있다. Comparative Example 3 is a battery to which a first cathode active material coated with a boron-containing compound and a second cathode active material having a monolith structure coated with a boron-containing compound are applied. Referring to Table 1, compared to Example 1, the initial discharge capacity and capacity per volume It can be seen that this is significantly lower.

한편, 모노리스 구조의 제2 니켈계 산화물에서 보론의 코팅 효과를 확인하기 위해, 양극활물질로서 제2 니켈계 산화물만 적용한, 실시예 2 내지 6 및 비교예 4의 전지를 다음과 같이 제조한다.Meanwhile, in order to confirm the coating effect of boron on the second nickel-based oxide having a monolithic structure, batteries of Examples 2 to 6 and Comparative Example 4 in which only the second nickel-based oxide was applied as a positive electrode active material were prepared as follows.

실시예 2 Example 2

(i) 실시예 1의 제2 니켈계 산화물의 보론 코팅 공정에서 제2 니켈계 산화물과 붕산을 0.06중량%(또는 0.1몰%)로 건식 혼합기로 혼합한 후, 325℃에서 8시간 동안 열처리한 것과 (ii) 양극활물질로서 보론 함유 화합물이 코팅된 모노리스 구조의 제2 니켈계 산화물만을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 코인 하프셀을 제조한다. (i) In the boron coating process of the second nickel-based oxide of Example 1, 0.06 wt% (or 0.1 mol%) of the second nickel-based oxide and boric acid were mixed with a dry mixer, followed by heat treatment at 325 ° C. for 8 hours and (ii) a coin half cell was prepared in the same manner as in Example 1, except that only the second nickel-based oxide having a monolith structure coated with boron-containing compound was used as a positive electrode active material.

비교예 4Comparative Example 4

양극 활물질로서 상기 비교예 1에서 제조한 보론 함유 화합물을 코팅하지 않은 모노리스 구조의 제2 니켈계 산화물만을 사용한 것을 제외하고는 비교예 1과 동일한 방법으로 코인 하프셀을 제조한다. A coin half cell was manufactured in the same manner as in Comparative Example 1, except that only the second nickel-based oxide having a monolith structure that was not coated with the boron-containing compound prepared in Comparative Example 1 was used as the positive electrode active material.

실시예 3Example 3

(i) 실시예 1의 제2 니켈계 산화물의 보론 코팅 공정에서 제2 니켈계 산화물과 붕산을 0.06중량%(또는 0.1몰%)로 건식 혼합기로 혼합한 후, 350℃에서 8시간 동안 열처리한 것과 (ii) 양극활물질로서 보론 함유 화합물이 코팅된 모노리스 구조의 제2 니켈계 산화물만을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 코인 하프셀을 제조한다.(i) In the boron coating process of the second nickel-based oxide of Example 1, 0.06 wt% (or 0.1 mol%) of the second nickel-based oxide and boric acid were mixed with a dry mixer, followed by heat treatment at 350° C. for 8 hours and (ii) a coin half cell was prepared in the same manner as in Example 1, except that only the second nickel-based oxide having a monolith structure coated with boron-containing compound was used as a positive electrode active material.

실시예 4Example 4

양극 활물질로서 상기 실시예 1에서 제조한 보론 함유 화합물이 코팅된 모노리스 구조의 제2 니켈계 산화물만을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 코인 하프셀을 제조한다.A coin half cell was manufactured in the same manner as in Example 1, except that only the second nickel-based oxide having a monolith structure coated with the boron-containing compound prepared in Example 1 was used as the cathode active material.

실시예 5Example 5

(i) 실시예 1의 제2 니켈계 산화물의 보론 코팅 공정에서 제2 니켈계 산화물과 붕산을 0.32중량%(또는 0.5몰%)로 건식 혼합기로 혼합한 후, 350℃에서 8시간 동안 열처리한 것과 (ii) 양극활물질로서 보론 함유 화합물이 코팅된 모노리스 구조의 제2 니켈계 산화물만을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 코인 하프셀을 제조한다.(i) In the boron coating process of the second nickel-based oxide of Example 1, 0.32 wt% (or 0.5 mol%) of the second nickel-based oxide and boric acid were mixed with a dry mixer, followed by heat treatment at 350° C. for 8 hours and (ii) a coin half cell was prepared in the same manner as in Example 1, except that only the second nickel-based oxide having a monolith structure coated with boron-containing compound was used as a positive electrode active material.

실시예 6Example 6

(i) 실시예 1의 제2 니켈계 산화물의 보론 코팅 공정에서 제2 니켈계 산화물과 붕산을 0.06중량%(또는 0.1몰%)로 건식 혼합기로 혼합한 후, 375℃에서 8시간 동안 열처리한 것과 (ii) 양극활물질로서 보론 함유 화합물이 코팅된 모노리스 구조의 제2 니켈계 산화물만을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 코인 하프셀을 제조한다.(i) In the boron coating process of the second nickel-based oxide of Example 1, 0.06 wt% (or 0.1 mol%) of the second nickel-based oxide and boric acid were mixed with a dry mixer, followed by heat treatment at 375° C. for 8 hours and (ii) a coin half cell was prepared in the same manner as in Example 1, except that only the second nickel-based oxide having a monolith structure coated with boron-containing compound was used as a positive electrode active material.

평가예 2: 충방전 용량, 충방전 효율 및 수명 특성Evaluation Example 2: Charging/discharging capacity, charging/discharging efficiency, and lifespan characteristics

실시예 2 내지 6과 비교예 4의 코인하프셀을 45

Figure pat00002
에서 1C의 정전류로 상한전압 4.3V까지 충전한 후 방전 종지 전압 3.0V까지 1C로 방전하여 초기 방전용량을 측정하였고, 계속하여 50회 사이클까지의 방전용량을 측정하여 용량유지율을 평가하였으며, 그 결과를 아래 표 2에 나타내었다. 45 coin half cells of Examples 2 to 6 and Comparative Example 4
Figure pat00002
After charging to the upper limit voltage of 4.3V with a constant current of 1C, the initial discharge capacity was measured by discharging at 1C until the final discharge voltage of 3.0V, and the capacity retention rate was evaluated by measuring the discharge capacity up to 50 cycles. is shown in Table 2 below.

제3 열처리 온도 (℃)Third heat treatment temperature (℃) 보론 코팅
mol%)
boron coating
mol%)
화성Mars 용량유지율Capacity retention rate
충전 (mAh/g)Charge (mAh/g) 방전
(mAh/g)
Discharge
(mAh/g)
효율(%)efficiency(%) 50회(%)50 times (%)
실시예 2Example 2 325325 0.10.1 230.9230.9 207.2207.2 89.7%89.7% 96.0%96.0% 비교예 4Comparative Example 4 350350 BareBare 230.7230.7 204.4204.4 88.6%88.6% 95.5%95.5% 실시예 3Example 3 0.10.1 232.5232.5 207.8207.8 89.4%89.4% 95.4%95.4% 실시예 4Example 4 0.30.3 232.2232.2 207.8207.8 89.5%89.5% 94.4%94.4% 실시예 5Example 5 0.50.5 234.0234.0 208.5208.5 89.1%89.1% 92.1%92.1% 실시예 6Example 6 375375 0.10.1 232.7232.7 208.3208.3 89.5%89.5% 96.6%96.6%

표 2를 참조하면 첨가하는 보론의 함량이 0.1 mol%인 경우 325℃ 내지 375℃ 열처리시, 비교예 4의 보론을 코팅하지 않고 열처리하는 것보다 방전 용량이 모두 개선되는 것을 확인 할 수 있다. 350℃에서 보론이 0.3 mol% 코팅된 실시예 4의 충방전 효율이 가장 우수하였다. 한편, 45℃에서 50회 용량 유지율은 보론이 0.3 몰% 이상 첨가되면 급격히 낮아지는 경향을 확인할 수 있다. Referring to Table 2, when the content of boron to be added is 0.1 mol%, it can be seen that all of the discharge capacity is improved during heat treatment at 325°C to 375°C, compared to heat treatment without coating the boron of Comparative Example 4. The charging and discharging efficiency of Example 4 in which 0.3 mol% of boron was coated at 350°C was the best. On the other hand, it can be seen that the capacity retention rate of 50 times at 45° C. tends to decrease rapidly when more than 0.3 mol% of boron is added.

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

21: 리튬 이차 전지 22: 음극
23: 양극 24: 세퍼레이터
25: 전지 케이스 26: 캡 어셈블리
21: lithium secondary battery 22: negative electrode
23: positive electrode 24: separator
25: battery case 26: cap assembly

Claims (20)

적어도 2개 이상의 일차 입자들이 응집되어 이루어지고, 상기 일차 입자 들의 적어도 일부분이 방사형 배열 구조를 갖는 이차 입자를 포함하는 제1 양극활물질; 및
모노리스(monolith) 구조를 갖는 제2 양극활물질을 포함하고,
상기 제1 양극 활물질 및 상기 제2 양극활물질은 모두 니켈계 양극활물질이며,
상기 제2 양극활물질의 표면은 보론 함유 화합물로 코팅되어 있는 것인 리튬이차전지용 양극활물질.
A first positive electrode active material comprising at least two or more primary particles agglomerated and including secondary particles in which at least a portion of the primary particles have a radially arranged structure; and
A second positive electrode active material having a monolith structure,
The first positive electrode active material and the second positive electrode active material are both nickel-based positive electrode active materials,
A positive electrode active material for a lithium secondary battery, wherein the surface of the second positive electrode active material is coated with a boron-containing compound.
제1항에서,
상기 제2 양극활물질에서 상기 보론 함유 화합물은 산화 붕소 (boron oxide), 붕산 리튬 (lithium borate), 또는 이들의 조합인 리튬이차전지용 양극활물질.
In claim 1,
In the second positive electrode active material, the boron-containing compound is boron oxide, lithium borate, or a combination thereof.
제1항에서,
상기 제2 양극활물질에서 상기 보론 함유 화합물은 B2O3, LiBO2, Li3B7O12, Li6B4O9, Li3B11O18, Li2B4O7, Li3BO3, 또는 이들의 조합인 리튬이차전지용 양극활물질.
In claim 1,
In the second cathode active material, the boron-containing compound is B 2 O 3 , LiBO 2 , Li 3 B 7 O 12 , Li 6 B 4 O 9 , Li 3 B 11 O 18 , Li 2 B 4 O 7 , Li 3 BO 3 , or a combination thereof, a cathode active material for a lithium secondary battery.
제1항에서,
상기 제2 양극활물질 전체 중량에 대한 보론의 함량은 0.01 몰% 내지 0.3 몰%인 리튬이차전지용 양극활물질.
In claim 1,
The content of boron with respect to the total weight of the second positive electrode active material is 0.01 mol% to 0.3 mol% of a positive electrode active material for a lithium secondary battery.
제1항에서,
상기 제2 양극활물질은 상기 리튬이차전지용 양극활물질 총 중량을 기준으로 10 중량% 내지 50 중량% 함유되어 있는, 리튬이차전지용 양극활물질.
In claim 1,
The second cathode active material is contained in an amount of 10% to 50% by weight based on the total weight of the cathode active material for a lithium secondary battery, a cathode active material for a lithium secondary battery.
제1항에서,
상기 제2 양극활물질의 평균 입경은 0.05 ㎛ 내지 10 ㎛인 리튬이차전지용 양극활물질.
In claim 1,
The second positive electrode active material has an average particle diameter of 0.05 μm to 10 μm, a positive electrode active material for a lithium secondary battery.
제1항에서,
상기 제1 양극활물질에서 상기 이차 입자는 방사형 배열 구조를 포함하거나 또는
불규칙 다공성 구조(irregular porous structure)를 포함하는 내부와 방사형 배열 구조를 포함하는 외부를 함유하는, 리튬이차전지용 양극활물질.
In claim 1,
In the first positive electrode active material, the secondary particles include a radially arranged structure, or
A positive electrode active material for a lithium secondary battery, comprising an interior including an irregular porous structure and an exterior including a radially arranged structure.
제1항에서,
상기 제1 양극활물질에서 상기 일차 입자는 플레이트 형상을 가지며,
상기 일차 입자 중 적어도 일부는 장축이 방사형 방향으로 배열된, 리튬이차전지용 양극활물질.
In claim 1,
In the first positive electrode active material, the primary particles have a plate shape,
At least some of the primary particles have a long axis arranged in a radial direction, a cathode active material for a lithium secondary battery.
제1항에서,
상기 제1 양극활물질에서 상기 일차 입자의 평균 길이는 0.01 ㎛ 내지 5 ㎛인, 리튬이차전지용 양극활물질.
In claim 1,
An average length of the primary particles in the first positive electrode active material is 0.01 μm to 5 μm, a positive electrode active material for a lithium secondary battery.
제1항에서,
상기 제1 양극활물질에서 상기 이차 입자의 평균 입경은 1 ㎛ 내지 20 ㎛인 리튬이차전지용 양극활물질.
In claim 1,
An average particle diameter of the secondary particles in the first positive electrode active material is 1 μm to 20 μm, a positive electrode active material for a lithium secondary battery.
제1항에서,
상기 제1 양극활물질은 하기 화학식 1로 표시되는 것인, 리튬이차전지용 양극활물질:
[화학식 1]
Lia(Ni1-x-y-zCoxMnyMz)O2
상기 화학식 1 중, M은 보론(B), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 바륨(Ba), 티타늄(Ti), 바나듐(V), 크롬(Cr), 철(Fe), 구리(Cu), 지르코늄 (Zr) 및 알루미늄(Al)으로 이루어진 그룹에서 선택되는 원소이고,
0.95≤a≤1.3이고, x≤(1-x-y-z), y≤(1-x-y-z), 0<x<1, 0≤y<1, 0≤z<1이다.
In claim 1,
The first positive electrode active material is a positive electrode active material for a lithium secondary battery, which is represented by the following formula (1):
[Formula 1]
Li a (Ni 1-xyz Co x Mn y M z )O 2
In Formula 1, M is boron (B), magnesium (Mg), calcium (Ca), strontium (Sr), barium (Ba), titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), iron (Fe) ), copper (Cu), zirconium (Zr), and an element selected from the group consisting of aluminum (Al),
0.95≤a≤1.3, x≤(1-xyz), y≤(1-xyz), 0<x<1, 0≤y<1, 0≤z<1.
제1항에서,
상기 제2 양극활물질은 하기 화학식 1로 표시되는 것인, 리튬이차전지용 양극활물질:
[화학식 1]
Lia(Ni1-x-y-zCoxMnyMz)O2
상기 화학식 1 중, M은 보론(B), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 바륨(Ba), 티타늄(Ti), 바나듐(V), 크롬(Cr), 철(Fe), 구리(Cu), 지르코늄 (Zr) 및 알루미늄(Al)으로 이루어진 그룹에서 선택되는 원소이고,
0.95≤a≤1.3이고, x≤(1-x-y-z), y≤(1-x-y-z), 0<x<1, 0≤y<1, 0≤z<1이다.
In claim 1,
The second positive active material is a positive electrode active material for a lithium secondary battery, which is represented by the following formula (1):
[Formula 1]
Li a (Ni 1-xyz Co x Mn y M z )O 2
In Formula 1, M is boron (B), magnesium (Mg), calcium (Ca), strontium (Sr), barium (Ba), titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), iron (Fe) ), copper (Cu), zirconium (Zr), and an element selected from the group consisting of aluminum (Al),
0.95≤a≤1.3, x≤(1-xyz), y≤(1-xyz), 0<x<1, 0≤y<1, 0≤z<1.
제1 전구체를 산화성 가스 분위기하에서 제1 열처리하여 제1 니켈계 산화물을 얻고;
제2 전구체를 산화성 가스 분위기하에서 제2 열처리하여 제2 니켈계 산화물을 얻고, 상기 제2 니켈계 산화물은 모노리스 구조를 가지며;
상기 제2 니켈계 산화물과 보론 함유 전구체를 혼합하고 제3 열처리하여, 보론 함유 화합물이 코팅된 제2 니켈계 산화물을 얻고; 그리고
상기 제1 니켈계 산화물과 상기 보론 함유 화합물이 코팅된 제2 니켈계 산화물을 혼합하여, 제1 양극활물질, 및 모노리스 구조를 가지면서 보론 함유 화합물이 코팅된 제2 양극활물질을 포함하는 양극활물질을 얻는 것을 포함하
는 리튬이차전지용 양극활물질 제조 방법.
subjecting the first precursor to a first heat treatment in an oxidizing gas atmosphere to obtain a first nickel-based oxide;
subjecting the second precursor to a second heat treatment in an oxidizing gas atmosphere to obtain a second nickel-based oxide, wherein the second nickel-based oxide has a monolithic structure;
mixing the second nickel-based oxide and the boron-containing precursor and performing a third heat treatment to obtain a second nickel-based oxide coated with a boron-containing compound; and
By mixing the first nickel-based oxide and the second nickel-based oxide coated with the boron-containing compound, the cathode active material comprising a first cathode active material and a second cathode active material coated with a boron-containing compound while having a monolith structure including getting
is a method of manufacturing a cathode active material for a lithium secondary battery.
제13항에서,
상기 보론 함유 전구체는 H3BO3, B2O3, C6H5B(OH)2, (C6H5O)3B, [CH3(CH2)3O]3B, C13H19BO3, C3H9B3O6, (C3H7O)3B, 또는 이들의 조합인 리튬이차전지용 양극활물질 제조 방법.
In claim 13,
The boron-containing precursor is H 3 BO 3 , B 2 O 3 , C 6 H 5 B(OH) 2 , (C 6 H 5 O) 3 B, [CH 3 (CH 2 ) 3 O] 3 B, C 13 H 19 BO 3 , C 3 H 9 B 3 O 6 , (C 3 H 7 O) 3 B, or a combination thereof, a method of manufacturing a cathode active material for a lithium secondary battery.
제13항에서,
상기 제2 니켈계 산화물 100 중량부에 대한 상기 보론 함유 전구체의 함량은 0.01 중량부 내지 0.35 중량부인 리튬이차전지용 양극활물질 제조 방법.
In claim 13,
The content of the boron-containing precursor relative to 100 parts by weight of the second nickel-based oxide is 0.01 parts by weight to 0.35 parts by weight of a method of manufacturing a cathode active material for a lithium secondary battery.
제13항에서,
상기 제2 니켈계 산화물과 보론 함유 전구체를 혼합하여 제3 열처리하는 온도는 300 ℃ 내지 500 ℃인 리튬이차전지용 양극활물질 제조 방법.
In claim 13,
The third heat treatment temperature by mixing the second nickel-based oxide and boron-containing precursor is 300 ℃ to 500 ℃ method for producing a cathode active material for a lithium secondary battery.
제13항에서,
상기 제2 니켈계 산화물을 얻는 것은, 상기 제2 전구체를 상기 제2 열처리하여 얻은 결과물을 분쇄하여, 모노리스 구조의 입자를 형성하는 것을 포함하는,
리튬이차전지용 양극 활물질의 제조방법.
In claim 13,
Obtaining the second nickel-based oxide includes pulverizing a resultant obtained by subjecting the second precursor to the second heat treatment to form particles having a monolithic structure,
A method of manufacturing a cathode active material for a lithium secondary battery.
제13항에서,
상기 제2 전구체는 BET 측정법에 의해 측정되는 비표면적이 1 m2/g 내지 30 m2/g인 제2 복합 금속 수산화물을 리튬계 물질과 혼합하여 얻어진 것인, 리튬이차전지용 양극활물질의 제조방법.
In claim 13,
The second precursor is obtained by mixing a second composite metal hydroxide having a specific surface area of 1 m 2 /g to 30 m 2 /g measured by a BET measurement method with a lithium-based material, a method for producing a cathode active material for a lithium secondary battery .
제13항에서,
상기 제1 니켈계 산화물과 상기 보론 함유 화합물이 코팅된 제2 니켈계 산화물의 혼합비는 중량비를 기준으로 9:1 내지 5:5 인, 리튬이차전지용 양극활물질.
In claim 13,
The mixing ratio of the first nickel-based oxide and the second nickel-based oxide coated with the boron-containing compound is 9:1 to 5:5 based on a weight ratio, a cathode active material for a lithium secondary battery.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항의 리튬이차전지용 양극활물질을 포함하는 양극;
음극; 및
상기 양극과 상기 음극 사이에 개재되어 있는 전해질을 포함하는, 리튬이차전지.
A positive electrode comprising the positive electrode active material for a lithium secondary battery of any one of claims 1 to 12;
cathode; and
A lithium secondary battery comprising an electrolyte interposed between the positive electrode and the negative electrode.
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