KR20220089311A - Positive active material precursor, preparing method thereof and positive active material for rechargeable lithium battery - Google Patents

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Abstract

화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 양극 활물질 전구체로서, 상기 양극 활물질 전구체는 복수의 1차 입자가 응집해서 형성된 2차 입자로 구성되고, 상기 2차 입자의 평균 입경은 1 ㎛ 내지 9 ㎛이고, 상기 양극 활물질 전구체는 엑스선 회절 분석에서 P-3m1 공간군을 가지며 (001) 면에서의 반치폭이 0.5 이상인 리튬 이차 전지용 양극 활물질 전구체, 및 이의 제조 방법과 이로부터 제조된 리튬 과잉 층상형 양극 활물질에 관한 것이다.
[화학식 1]
NixMnyM1 z(OH)2
상기 화학식 1에서, x+y+z=1, 0<x<0.5, 0.5<y<1, 0≤z<0.5이고, 상기 M1은 Co, Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, W에서 선택되는 1종 이상의 원소이다.
A cathode active material precursor comprising a compound represented by Formula 1, wherein the cathode active material precursor is composed of secondary particles formed by aggregation of a plurality of primary particles, and the average particle diameter of the secondary particles is 1 μm to 9 μm, The cathode active material precursor has a P-3m1 space group in X-ray diffraction analysis and has a half width at half maximum in the (001) plane of 0.5 or more, a cathode active material precursor for a lithium secondary battery, a method for preparing the same, and a lithium-excess layered cathode active material prepared therefrom will be.
[Formula 1]
Ni x Mn y M 1 z (OH) 2
In Formula 1, x+y+z=1, 0<x<0.5, 0.5<y<1, 0≤z<0.5, wherein M 1 is Co, Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, It is at least one element selected from Zr, Nb, Mo, and W.

Description

리튬 이차 전지용 양극 활물질 전구체, 이의 제조 방법 및 양극 활물질 {POSITIVE ACTIVE MATERIAL PRECURSOR, PREPARING METHOD THEREOF AND POSITIVE ACTIVE MATERIAL FOR RECHARGEABLE LITHIUM BATTERY}A cathode active material precursor for a lithium secondary battery, a manufacturing method thereof, and a cathode active material

리튬 이차 전지용 양극 활물질 전구체와 이의 제조 방법, 그리고 이로부터 제조된 양극 활물질에 관한 것이다.A cathode active material precursor for a lithium secondary battery, a method for manufacturing the same, and a cathode active material prepared therefrom.

최근 전기 자동차 및 대용량 에너지 저장 시스템 기술이 급속히 발전함에 따라, 저가격이면서도 중량 및 부피 에너지 밀도가 높은 리튬 이차 전지의 개발이 매우 중요해 지고 있다. 특히 전기 자동차에 적용되는 에너지 용량은 수십 kwh 급으로, 전기 자동차의 마일리지는 전지의 에너지 밀도에 의해 좌우되기 때문에 리튬 이차 전지 무게의 상당 부분을 차지하는 양극 활물질의 고용량화가 필수적이고, 또한 가솔린 엔진 자동차와 가격 면에서 경쟁하기 위해 전기 자동차에 적용되는 리튬 전지의 저가격화가 필수적이다.With the rapid development of electric vehicles and large-capacity energy storage system technologies in recent years, the development of a lithium secondary battery having a high weight and volume energy density at a low price has become very important. In particular, the energy capacity applied to electric vehicles is tens of kwh, and the mileage of electric vehicles depends on the energy density of the battery. In order to compete in terms of price, it is essential to lower the price of lithium batteries applied to electric vehicles.

지금까지 연구되어 온 양극 활물질은 주로 층상 구조를 가지는 LiCoO2 (리튬 코발트 산화물, LCO) 계열의 활물질이 있고, 층상 구조의 LiMnO2, 전이금속으로 망간을 사용하는 스피넬 구조의 LiMn2O4 등, 그리고 전이금속으로 니켈을 사용하는 층상계 LiNiO2에 대한 연구도 진행되고 있다. The cathode active materials that have been studied so far are mainly LiCoO 2 (lithium cobalt oxide, LCO)-based active materials having a layered structure, LiMnO 2 having a layered structure, LiMn 2 O 4 of a spinel structure using manganese as a transition metal, etc., In addition, research on layered LiNiO 2 using nickel as a transition metal is also being conducted.

상기 양극 활물질 중 LiCoO2는 수명 및 출력 특성이 우수하여 모바일 용으로 많이 사용되고 있지만, 고전압에서 구조 안정성이 나쁘고, 사용되는 코발트의 매장량 한계로 인해 고가이므로 가격 경쟁력에 한계가 있다는 단점이 있어 전기 자동차와 같은 중/대용량 동력원으로 적용하기에는 한계가 있다. LiMnO2, LiMn2O4 등의 리튬 망간 산화물은 저가격이고, 열적 안전성이 우수하지만, 용량이 작고, 수명 특성 및 고온에서 구조 변화에 의한 망간 용출 문제가 있다. LiNiO2계 양극 활물질은 비교적 저가이고, 높은 방전용량을 나타내지만, 충방전에 따른 체적 변화가 심해 고전압에서 결정구조의 급격한 상전이가 나타나는 문제점이 있다. 따라서, 현재는 니켈을 80% 이상 함유한 LiNiCoMnO2의 리튬 전이금속 산화물을 통해 200 mAh/g 이상의 용량을 가지는 고용량 양극재에 대한 개발이 급속히 진행되고 있지만, 양이온의 산화/환원 반응을 통한 용량 증대에는 한계가 있다.Among the cathode active materials, LiCoO 2 is widely used for mobile applications due to its excellent lifespan and output characteristics, but has poor structural stability at high voltage and is expensive due to the limited amount of cobalt used, so there is a limitation in price competitiveness. There is a limit to applying it to the same medium/large capacity power source. LiMnO 2 , LiMn 2 O 4 Lithium manganese oxide, such as, is inexpensive and has excellent thermal stability, but has a small capacity, life characteristics, and manganese elution problems due to structural change at high temperatures. Although LiNiO 2 -based positive electrode active material is relatively inexpensive and exhibits high discharge capacity, there is a problem in that a rapid phase transition of the crystal structure appears at high voltage due to severe volume change due to charging and discharging. Therefore, the development of a high-capacity positive electrode material having a capacity of 200 mAh/g or more through lithium transition metal oxide of LiNiCoMnO 2 containing 80% or more of nickel is rapidly progressing, but capacity increase through oxidation/reduction reaction of cations has limitations.

이에, 망간이 고함량으로 포함된 리튬 전이금속 산화물에서 리튬의 함량을 전이금속의 함량보다 높게 하여, 4.5V 이상의 고전압 하에서 270 mAh/g 이상의 고용량을 발휘하는 리튬 과잉(excess) 조성의 층상계 산화물에 대한 연구가 지속적으로 시도되고 있다.Accordingly, in the lithium transition metal oxide containing high manganese content, the lithium content is higher than that of the transition metal, and the lithium excess composition layered oxide exhibits a high capacity of 270 mAh/g or more under a high voltage of 4.5V or more. Research on this is continuously being attempted.

이러한 리튬 과잉 층상계 산화물은 LiNixCoyMn1-x-yO2와 Li2MnO3 두 종류의 상이 나노 단위 복합체로 구성되어 있는데, Li2MnO3 상은 리튬 전달 속도가 느리고 전자 전도성이 좋지 않아, 양극 활물질 입자의 크기를 나노 크기로 줄여야 높은 용량을 얻을 수 있다. 그러나 나노 입자로 이루어진 리튬 과잉 층상계 양극 활물질은 실제 전극에 적용할 경우, 낮은 전극 밀도에 기인하여 부피 에너지 밀도를 높이는데 한계가 있고, 전자 전도를 위해 과량의 도전재를 사용해야 하는 문제점이 있다. 이에, 니켈 망간 수산화물 전구체를 제조하여, 나노 크기의 일차 입자의 응집에 의한 수 ㎛ 크기의 이차 입자 형상을 한 양극 활물질을 제조 함으로써 이러한 문제를 해결하려는 연구가 진행되고 있다. LiNi x Co y Mn 1-xy O 2 and Li 2 MnO 3 two types of layered oxides with excess lithium are composed of nano-unit composites, and the Li 2 MnO 3 phase has a slow lithium transfer rate and poor electronic conductivity, A high capacity can be obtained only when the size of the cathode active material particles is reduced to a nano size. However, when the lithium-excess layered positive electrode active material made of nanoparticles is applied to an actual electrode, there is a limitation in increasing the bulk energy density due to the low electrode density, and there is a problem in that an excessive amount of a conductive material must be used for electron conduction. Accordingly, research is being conducted to solve this problem by preparing a nickel-manganese hydroxide precursor and preparing a cathode active material having a shape of secondary particles having a size of several μm by aggregation of nano-sized primary particles.

탭밀도가 높으면서 낮은 도전재 함량에서도 충분한 용량이 발현되는, 고용량을 구현하는 리튬 과잉 층상계 양극 활물질을 제공하고, 이러한 양극 활물질을 제조하기 위한 전구체와 전구체의 제조 방법을 제공한다. To provide a lithium-excess layered positive electrode active material that has a high tap density and exhibits sufficient capacity even at a low conductive material content, realizing a high capacity, and provides a precursor and a method for preparing a precursor for manufacturing such a positive electrode active material.

일 구현예에서는 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 양극 활물질 전구체로서, 상기 양극 활물질 전구체는 복수의 1차 입자가 응집해서 형성된 2차 입자로 구성되고, 상기 2차 입자의 평균 입경은 1 ㎛ 내지 9 ㎛이고, 상기 양극 활물질 전구체는 엑스선 회절 분석에서 P-3m1 공간군을 가지며 (001) 면에서의 반치폭이 0.5 이상인 리튬 이차 전지용 양극 활물질 전구체를 제공한다.In one embodiment, a positive electrode active material precursor comprising a compound represented by Formula 1, wherein the positive electrode active material precursor is composed of secondary particles formed by aggregation of a plurality of primary particles, and the average particle diameter of the secondary particles is 1 μm to 9 μm, the cathode active material precursor has a P-3m1 space group in X-ray diffraction analysis, and provides a cathode active material precursor for a lithium secondary battery having a half width at half maximum in the (001) plane.

[화학식 1][Formula 1]

NixMnyM1 z(OH)2 Ni x Mn y M 1 z (OH) 2

상기 화학식 1에서, x+y+z=1, 0<x<0.5, 0.5<y<1, 0≤z<0.5이고, 상기 M1은 Co, Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, W에서 선택되는 1종 이상의 원소이다.In Formula 1, x+y+z=1, 0<x<0.5, 0.5<y<1, 0≤z<0.5, wherein M 1 is Co, Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, It is at least one element selected from Zr, Nb, Mo, and W.

다른 일 구현예에서는 공침 반응기에 증류수와 암모니아 수용액을 넣고, 상기 공침 반응기에 공기를 공급하고, 상기 공침 반응기에 니켈염 및 망간염을 포함하는 금속염 수용액, 및 pH 조절용 알칼리 수용액을 연속적으로 투입하여 혼합하여 전술한 양극 활물질 전구체를 수득하는 것을 포함하는 리튬 이차 전지용 양극 활물질 전구체의 제조 방법을 제공한다. In another embodiment, distilled water and an aqueous ammonia solution are put into the co-precipitation reactor, air is supplied to the co-precipitation reactor, and an aqueous metal salt solution containing nickel salt and manganese salt, and an aqueous alkali solution for pH adjustment are continuously added and mixed into the co-precipitation reactor. to provide a method for producing a positive electrode active material precursor for a lithium secondary battery comprising obtaining the above-described positive electrode active material precursor.

또 다른 일 구현예에서는 화학식 2로 표시되는 화합물을 포함하는 리튬 과잉 층상계 양극 활물질로서, 상기 양극 활물질은 복수의 1차 입자가 응집해서 형성된 2차 입자로 구성되고, 상기 1차 입자는 판상형이 아니며, 상기 1차 입자의 평균 입경은 10 nm 내지 950 nm이고, 상기 2차 입자의 평균 입경은 1 ㎛ 내지 9 ㎛이고, 상기 양극 활물질의 탭밀도는 1.7 g/cc 이상인 리튬 이차 전지용 리튬 과잉 층상계 양극 활물질을 제공한다. In another embodiment, a lithium-excess layered positive electrode active material comprising a compound represented by Formula 2, wherein the positive active material is composed of secondary particles formed by aggregation of a plurality of primary particles, and the primary particles are plate-shaped No, the primary particles have an average particle diameter of 10 nm to 950 nm, the secondary particles have an average particle diameter of 1 μm to 9 μm, and the positive electrode active material has a tap density of 1.7 g/cc or more of a lithium excess layer for a lithium secondary battery An upper-level positive electrode active material is provided.

[화학식 2][Formula 2]

LiaNix2Mny2M2 z2O2 Li a Ni x2 Mn y2 M 2 z2 O 2

상기 화학식 1에서, 1.1≤a≤1.5 x2+y2+z2=1, 0<x2<0.5, 0.5<y2<1, 0≤z2<0.5이고, 상기 M2은 Co, Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, W에서 선택되는 1종 이상의 원소이다. In Formula 1, 1.1≤a≤1.5 x2+y2+z2=1, 0<x2<0.5, 0.5<y2<1, 0≤z2<0.5, wherein M 2 is Co, Mg, Ca, Al, Ti , V, Cr, Zr, Nb, Mo, and at least one element selected from W.

일 구현예에 따른 리튬 이차 전지용 양극 활물질 전구체와 이로부터 제조된 리튬 과잉 층상계 양극 활물질은 1차 입자가 치밀하게 형성된 2차 입자 형상으로서 탭밀도가 높고 고용량을 구현하며, 낮은 도전재 함량에서도 충분한 용량을 발현할 수 있으며, 우수한 전지 특성을 나타낼 수 있다. The positive electrode active material precursor for a lithium secondary battery according to an embodiment and the lithium-excess layered positive electrode active material prepared therefrom have a secondary particle shape in which primary particles are densely formed, high tap density, high capacity, and sufficient even at low conductive material content Capacity can be expressed, and excellent battery characteristics can be exhibited.

도 1은 실시예 1에서 제조한 양극 활물질 전구체에 대한 주사 전자 현미경 사진이다.
도 2는 실시예 1에서 제조한 양극 활물질 전구체에 대한 엑스선 회절 분석 그래프이다.
도 3은 실시예 1에서 제조한 양극 활물질에 대한 주사 전자 현미경 사진이다.
도 4는 실시예 1에서 제조한 양극 활물질에 대한 엑스선 회절 분석 그래프이다.
도 5는 비교예 1에서 제조한 양극 활물질 전구체에 대한 주사 전자 현미경 사진이다.
도 6은 비교예 1에서 제조한 양극 활물질 전구체에 대한 엑스선 회절 분석 그래프이다.
도 7은 비교예 1에서 제조한 양극 활물질에 대한 주사 전자 현미경 사진이다.
도 8는 비교예 1에서 제조한 양극 활물질에 대한 엑스선 회절 분석 그래프이다.
도 9는 실시예 1과 비교예 1에서 제조한 전지의 충방전 용량 평가 그래프이다.
1 is a scanning electron microscope photograph of the cathode active material precursor prepared in Example 1. Referring to FIG.
2 is an X-ray diffraction analysis graph of the positive active material precursor prepared in Example 1. Referring to FIG.
3 is a scanning electron microscope photograph of the positive active material prepared in Example 1. Referring to FIG.
4 is an X-ray diffraction analysis graph of the positive active material prepared in Example 1. FIG.
5 is a scanning electron microscope photograph of the cathode active material precursor prepared in Comparative Example 1. Referring to FIG.
6 is an X-ray diffraction analysis graph of the cathode active material precursor prepared in Comparative Example 1. Referring to FIG.
7 is a scanning electron microscope photograph of the positive active material prepared in Comparative Example 1. Referring to FIG.
8 is an X-ray diffraction analysis graph of the positive active material prepared in Comparative Example 1. Referring to FIG.
9 is a graph showing the charge/discharge capacity evaluation of the batteries prepared in Example 1 and Comparative Example 1. Referring to FIG.

이하, 구체적인 구현예에 대하여 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 구현예에 한정되지 않는다.Hereinafter, specific embodiments will be described in detail so that those of ordinary skill in the art can easily implement them. However, the present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein.

여기서 사용되는 용어는 단지 예시적인 구현예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도는 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.The terminology used herein is used to describe exemplary embodiments only, and is not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise.

여기서 "이들의 조합"이란, 구성물의 혼합물, 적층물, 복합체, 공중합체, 합금, 블렌드, 반응 생성물 등을 의미한다. As used herein, "combination of these" means mixtures, laminates, composites, copolymers, alloys, blends, reaction products, and the like of constituents.

여기서 "포함하다", "구비하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 구성 요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 구성 요소, 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Herein, terms such as “comprise”, “comprising” or “have” are intended to designate the presence of an embodied feature, number, step, element, or a combination thereof, but one or more other features, number, or step It should be understood that it does not preclude the possibility of the presence or addition of , components, or combinations thereof.

도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. In order to clearly express the various layers and regions in the drawings, the thickness is enlarged and the same reference numerals are given to similar parts throughout the specification. When a part of a layer, film, region, plate, etc. is said to be “on” or “on” another part, it includes not only cases where it is “directly on” another part, but also cases where another part is in between. Conversely, when we say that a part is "just above" another part, we mean that there is no other part in the middle.

또한 여기서 "층"은 평면도로 관찰했을 때 전체 면에 형성되어 있는 형상뿐만 아니라 일부 면에 형성되어 있는 형상도 포함한다.In addition, the "layer" herein includes not only a shape formed on the entire surface when viewed from a plan view, but also a shape formed on a partial surface.

일 구현예에서는 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 양극 활물질 전구체로서, 상기 양극 활물질 전구체는 복수의 1차 입자가 응집해서 형성된 2차 입자로 구성되고, 상기 2차 입자의 평균 입경은 1 ㎛ 내지 9 ㎛이고, 상기 양극 활물질 전구체는 엑스선 회절 분석에서 P-3m1 공간군을 가지며 (001) 면에서의 회절 피크 반치폭이 0.5 이상인 리튬 이차 전지용 양극 활물질 전구체를 제공한다.In one embodiment, a positive electrode active material precursor comprising a compound represented by Formula 1, wherein the positive electrode active material precursor is composed of secondary particles formed by aggregation of a plurality of primary particles, and the average particle diameter of the secondary particles is 1 μm to 9 μm, the cathode active material precursor has a P-3m1 space group in X-ray diffraction analysis, and the diffraction peak half width at (001) plane provides a cathode active material precursor for a lithium secondary battery of 0.5 or more.

[화학식 1][Formula 1]

NixMnyM1 z(OH)2 Ni x Mn y M 1 z (OH) 2

상기 화학식 1에서, x+y+z=1, 0<x<0.5, 0.5<y<1, 0≤z<0.5이고, 상기 M1은 Co, Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, W에서 선택되는 1종 이상의 원소이다.In Formula 1, x+y+z=1, 0<x<0.5, 0.5<y<1, 0≤z<0.5, wherein M 1 is Co, Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, It is at least one element selected from Zr, Nb, Mo, and W.

통상적으로 나노 크기의 1차 입자로 이루어진 2차 입자 형상의 양극 활물질의 합성하기 위해, 니켈, 망간, 코발트 등의 전이금속 수산화물인 전구체를 공침법으로 제조한 후, Li2CO3 또는 LiOH 등 리튬 원료와 혼합하여 800℃ 이상의 고온에서 소성하는 합성법이 주로 사용되고 있다. 그런데 리튬 과잉 층상계 산화물 양극 활물질의 경우 니켈 대비 과량의 망간이 필요하기 때문에, 통상적으로 질소 분위기 하에서 전이금속 수산화물을 공침법으로 제조하게 된다. 그러나 이 경우 1차 입자의 형상이 두꺼운 판상형인 전구체가 합성되고, 또한 Mn3O4 등의 불순물 상이 존재하게 된다. 이러한 전구체로 양극 활물질을 합성할 경우, 판상형 입자 배열의 불균일성에 의해 2차 입자 내부에 큰 공극을 가지는 리튬 과잉 양극 활물질이 주로 합성되어 양극 활물질의 탭밀도가 낮아지고, 과량의 도전재를 사용해야 충분한 전자 전도를 나타낼 수 있으며 용량 특성도 저하되는 문제가 있다.Typically, in order to synthesize a secondary particle-shaped positive electrode active material composed of nano-sized primary particles, a precursor that is a transition metal hydroxide such as nickel, manganese, and cobalt is prepared by a co-precipitation method, and then lithium such as Li 2 CO 3 or LiOH A synthesis method of mixing with raw materials and firing at a high temperature of 800°C or higher is mainly used. However, in the case of a lithium-excess layered oxide positive electrode active material, an excess of manganese is required compared to nickel, so a transition metal hydroxide is usually prepared by a co-precipitation method under a nitrogen atmosphere. However, in this case, a precursor having a thick plate-like primary particle shape is synthesized, and an impurity phase such as Mn 3 O 4 is present. When synthesizing the positive electrode active material with these precursors, the lithium excess positive electrode active material having large pores inside the secondary particles is mainly synthesized due to the non-uniformity of the plate-shaped particle arrangement, so that the tap density of the positive electrode active material is lowered, and it is sufficient to use an excessive amount of conductive material. Electron conduction can be exhibited, and there is a problem in that the capacitance characteristic is also deteriorated.

반면, 일 구현예에 따른 리튬 이차 전지용 양극 활물질 전구체는 리튬 과잉 층상형 양극 활물지를 제조하기 위한 전구체로서, 니켈 대비 과량의 망간을 함유하는 전이금속 수산화물이면서, 1차 입자가 얇고 작은 판상형을 띠며 치밀하게 밀집되어 수 ㎛ 크기의 작은 2차 입자를 이루고 있는 형상을 하고 있으며, 결정성이 낮고, Mn3O4 상을 가지고 있지 않다. 이러한 전구체로부터 합성된 리튬 과잉 층상계 양극 활물질은 나노 크기의 1차 입자들이 치밀하게 밀집된 수 ㎛ 크기의 작은 2차 입자 형상을 띠며 탭밀도가 매우 높고, 전극 제조시 도전재의 함량이 5 중량% 이하인 수준에서도 충분히 높은 용량을 발현할 수 있다. On the other hand, the positive electrode active material precursor for a lithium secondary battery according to an embodiment is a precursor for producing an excess lithium layered positive electrode active material, a transition metal hydroxide containing an excess of manganese compared to nickel, and the primary particles are thin and small plate-shaped and dense It is densely packed to form small secondary particles of several μm in size, has low crystallinity, and does not have a Mn 3 O 4 phase. The lithium-excess layered positive electrode active material synthesized from these precursors has the shape of small secondary particles of several μm in size in which nano-sized primary particles are densely packed, has a very high tap density, and has a conductive material content of 5 wt% or less during electrode manufacturing. It is also possible to express a sufficiently high dose at this level.

상기 양극 활물질 전구체의 1차 입자는 얇고 작은 판상형일 수 있고, 평균 장경이 대략 10 nm 내지 950 nm일 수 있고, 예를 들어 50 nm 내지 900 nm, 또는 100 nm 내지 850 nm일 수 있다. 이러한 1차 입자로 이루어진 2차 입자는 구형일 수 있고, 상기 2차 입자의 평균 입경은 1 ㎛ 내지 9 ㎛이고, 예를 들어 1 ㎛ 내지 8 ㎛, 1 ㎛ 내지 7 ㎛, 1 ㎛ 내지 6 ㎛, 2 ㎛ 내지 5 ㎛ 또는 3 ㎛ 내지 5 ㎛일 수 있다. 상기 양극 활물질 전구체의 1차 입자의 장경과 2차 입자의 입경이 상기 범위를 만족할 경우, 이로부터 제조된 양극 활물질은 나노 크기의 1차 입자가 치밀하게 밀집된 2차 입자 형상을 띨 수 있고 탭밀도가 높으며, 고용량을 구현하면서, 낮은 도전재 함량에서도 충분한 용량을 발현할 수 있다. The primary particles of the cathode active material precursor may have a thin and small plate shape, and may have an average long diameter of approximately 10 nm to 950 nm, for example, 50 nm to 900 nm, or 100 nm to 850 nm. The secondary particles composed of these primary particles may be spherical, and the average particle diameter of the secondary particles is 1 μm to 9 μm, for example, 1 μm to 8 μm, 1 μm to 7 μm, 1 μm to 6 μm. , 2 μm to 5 μm or 3 μm to 5 μm. When the long diameter of the primary particles and the particle diameter of the secondary particles of the positive electrode active material precursor satisfy the above ranges, the positive electrode active material prepared therefrom may have a secondary particle shape in which nano-sized primary particles are densely packed, and tap density is high, and while realizing a high capacity, it is possible to express sufficient capacity even with a low content of conductive material.

여기서 평균 입경 또는 평균 장경 등은 회절에 따른 입자의 크기를 분석하는 입자 크기 분석기를 통해 측정한 것을 의미할 수 있고, 또는 주사 전자 현미경 사진 등을 통해 측정한 것을 의미할 수 있다.Here, the average particle diameter or the average long diameter may refer to a measurement through a particle size analyzer that analyzes the size of particles according to diffraction, or may mean a measurement through a scanning electron micrograph or the like.

상기 양극 활물질 전구체는 엑스선 회절 분석에서 P-3m1 공간군을 가지며 (001) 면에서의 회절 피크의 반치폭(full width at half maximum; FWHM)이 0.5 이상이고, 예를 들어 0.7 이상, 0.9 이상, 1.0 이상, 1.2 이상, 1.4 이상, 1.5 이상, 1.6 이상, 1.7 이상, 또는 1.8 이상일 수 있고, 3 이하, 2.5 이하, 또는 2 이하일 수 있다. 상기 양극 활물질 전구체의 (001) 면에서의 엑스선 회절 피크의 반치폭이 상기 범위를 만족할 경우, 결정성이 충분히 낮고, 이로부터 제조된 양극 활물질은 탭밀도가 낮고 고용량을 구현하며 낮은 도전재 함량에서도 충분한 용량을 발현할 수 있다. 상기 (001)면이란 밀러 지수 (001)에 해당하는 격자 면를 의미한다.The cathode active material precursor has a P-3m1 space group in X-ray diffraction analysis, and a full width at half maximum (FWHM) of a diffraction peak in the (001) plane is 0.5 or more, for example, 0.7 or more, 0.9 or more, 1.0 or more, 1.2 or more, 1.4 or more, 1.5 or more, 1.6 or more, 1.7 or more, or 1.8 or more, and may be 3 or less, 2.5 or less, or 2 or less. When the half width of the X-ray diffraction peak at the (001) plane of the positive electrode active material precursor satisfies the above range, crystallinity is sufficiently low, and the positive active material prepared therefrom has a low tap density, high capacity, and sufficient even at low conductive material content. capacity can be expressed. The (001) plane means a lattice plane corresponding to the Miller index (001).

상기 양극 활물질 전구체는 Mn3O4를 포함하지 않는다. 일반적으로 니켈과 망간을 함유하는 전이금속의 수산화물을 공침법으로 제조할 경우 Mn3O4가 함께 생성되고, 이에 따라 양극 활물질은 리튬 니켈 망간 산화물 이외에 Li2MnO3를 포함하게 되는데, Li2MnO3는 리튬 전달 속도가 느리고 전자 전도성이 좋지 못하다. 반면 일 구현예에 따른 양극 활물질 전구체는 후술할 방법으로 제조됨으로써, Mn3O4 상을 가지지 않는다. 이로부터 제조된 양극 활물질은 Li2MnO3 상을 가지지 않고, 이에 따라 낮은 도전재 함량에서도 충분한 용량을 나타낼 수 있고, 고용량과 우수한 전지 특성을 구현할 수 있다. The cathode active material precursor does not include Mn 3 O 4 . In general, when a hydroxide of a transition metal containing nickel and manganese is prepared by a co-precipitation method, Mn 3 O 4 is generated together, and accordingly, the cathode active material contains Li 2 MnO 3 in addition to lithium nickel manganese oxide, Li 2 MnO 3 has a slow lithium transfer rate and poor electronic conductivity. On the other hand, the cathode active material precursor according to an embodiment is prepared by a method to be described later, and thus does not have a Mn 3 O 4 phase. The positive active material prepared therefrom does not have a Li 2 MnO 3 phase, and thus may exhibit sufficient capacity even at a low conductive material content, and may realize high capacity and excellent battery characteristics.

상기 양극 활물질 전구체는 니켈에 비하여 망간의 함량이 더 높은, 망간 과잉 전이금속 수산화물을 포함할 수 있고, 구체적으로 상기 화학식 1로 표현되는 화합물을 포함할 수 있다. 상기 화학식 1에서, 일 예로 0<x<0.4, 0.6<y<1, 및 0≤z<0.4일 수 있고, 0<x<0.3, 0.7<y<1, 및 0≤z<0.3일 수 있으며, 또는 0<x<0.25, 0.75<y<1, 및 0≤z<0.25, 또는 0<x<0.2, 0.8<y<1, 및 0≤z<0.2일 수 있다. 예를 들어 상기 화학식 1에서 x=0.4, y=0.6, 및 z=0일 수 있고, 또는 x=0.3, y=0.7, 및 z=0, 또는 x=0.25, y=0.75, 및 z=0일 수 있다. 화학식 1에서 x, y, z가 상기 범위를 만족할 경우, 이로부터 형성된 양극 활물질은 고전압에서도 초고용량을 구현할 수 있다. The cathode active material precursor may include a manganese excess transition metal hydroxide having a higher manganese content than nickel, and specifically may include a compound represented by Formula 1 above. In Formula 1, for example, 0<x<0.4, 0.6<y<1, and 0≤z<0.4, may be 0<x<0.3, 0.7<y<1, and 0≤z<0.3, , or 0<x<0.25, 0.75<y<1, and 0≤z<0.25, or 0<x<0.2, 0.8<y<1, and 0≤z<0.2. For example, in Formula 1, x=0.4, y=0.6, and z=0, or x=0.3, y=0.7, and z=0, or x=0.25, y=0.75, and z=0 can be When x, y, and z in Formula 1 satisfy the above ranges, the positive active material formed therefrom may realize ultra-high capacity even at high voltage.

다른 일 구현예에서는 리튬 이차 전지용 양극 활물질 전구체의 제조 방법을 제공한다. 상기 제조 방법은 공침 반응기에 증류수와 암모니아 수용액을 넣고, 상기 공침 반응기에 공기를 공급하고, 상기 공침 반응기에 니켈염 및 망간염을 포함하는 금속염 수용액, 및 pH 조절용 알칼리 수용액을 연속적으로 투입하고 혼합하여, 전술한 양극 활물질 전구체를 수득하는 것을 포함한다.Another embodiment provides a method of manufacturing a cathode active material precursor for a lithium secondary battery. In the manufacturing method, distilled water and an aqueous ammonia solution are put into the co-precipitation reactor, air is supplied to the co-precipitation reactor, and an aqueous metal salt solution containing nickel salt and manganese salt, and an aqueous alkali solution for pH adjustment are continuously added and mixed to the co-precipitation reactor. , including obtaining the above-described positive electrode active material precursor.

통상적으로 니켈 대비 망간의 함량이 많은, 망간 과잉 전이금속 수산화물 전구체를 공침법으로 제조하는 경우, 공침반응기에 질소를 지속적으로 공급하면서 금속염 수용액과 pH 조절용 알칼리 수용액 등을 연속적으로 정량 투입하는 방법을 사용한다. 반면 일 구현예에서는 공급 가스를 질소에서 공기로 바꿔 줌으로써, 입자의 성장이 적절하게 억제되고, 얇고 작은 1차 입자들이 응집된 작은 2차 입자 형상을 띠면서 결정성이 낮고, Mn3O4가 형성되지 않은 전이금속 수산화물 전구체를 제조하는 데 성공하였다. In general, when a manganese-excess transition metal hydroxide precursor with a high manganese content compared to nickel is prepared by the co-precipitation method, a method of continuously quantitatively inputting an aqueous metal salt solution and an aqueous alkali solution for pH adjustment while continuously supplying nitrogen to the co-precipitation reactor is used. do. On the other hand, in one embodiment, by changing the supply gas from nitrogen to air, the growth of the particles is appropriately suppressed, and the thin and small primary particles take the form of small secondary particles agglomerated and the crystallinity is low, and Mn 3 O 4 is We succeeded in preparing an unformed transition metal hydroxide precursor.

상기 제조 방법에서, 공침 반응기에 증류수와 암모니아 수용액을 넣는 것은 예를 들어 증류수, 암모니아 수용액 및 수산화나트륨을 넣는 것일 수 있다. In the manufacturing method, the addition of distilled water and aqueous ammonia solution into the coprecipitation reactor may include, for example, distilled water, aqueous ammonia solution and sodium hydroxide.

또한 상기 니켈염은 예를 들어 황산니켈, 질산니켈, 염화니켈, 불화니켈 또는 이들의 조합일 수 있다. 상기 망간염은 예를 들어 황산망간, 질산망간, 염화망간, 불화망간 또는 이들의 조합일 수 있다. 상기 금속염 수용액에서, 상기 금속염 수용액에 포함되는 금속염의 전체 금속 함량에 대한 망간의 함량은 50 몰% 초과일 수 있고, 예를 들어 60 몰% 이상, 65 몰% 이상, 70 몰% 이상, 75 몰% 이상, 또는 80 몰% 이상일 수 있다. 이 경우 망간 과잉 전이금속 수산화물 전구체를 형성할 수 있고, 이에 따라 고용량의 리튬 과잉 층상형 양극 활물질을 제조할 수 있다. In addition, the nickel salt may be, for example, nickel sulfate, nickel nitrate, nickel chloride, nickel fluoride, or a combination thereof. The manganese salt may be, for example, manganese sulfate, manganese nitrate, manganese chloride, manganese fluoride, or a combination thereof. In the metal salt aqueous solution, the manganese content with respect to the total metal content of the metal salt included in the metal salt aqueous solution may be greater than 50 mol%, for example, 60 mol% or more, 65 mol% or more, 70 mol% or more, 75 mol% or more % or more, or 80 mol% or more. In this case, a manganese-excess transition metal hydroxide precursor can be formed, and thus a high-capacity lithium-excess layered positive electrode active material can be prepared.

상기 pH 조절용 알칼리 수용액은 예를 들어 증류수, 암모니아 수용액 및 수산화나트륨을 포함할 수 있다. The aqueous alkali solution for adjusting the pH may include, for example, distilled water, an aqueous ammonia solution, and sodium hydroxide.

상기 공침 반응기에 금속염 수용액 및 pH 조절용 알칼리 수용액을 연속적으로 투입하고 혼합하는 과정은 공기를 지속적으로 공급하는 상태에서 수행되는 것일 수 있다. The process of continuously adding and mixing the aqueous metal salt solution and the aqueous alkali solution for pH adjustment to the coprecipitation reactor may be performed in a state in which air is continuously supplied.

또한 상기 양극 활물질 전구체의 제조 방법은 상기 공침 반응기에 질소를 공급하는 것은 포함하지 않는다. 주입 가스로서 질소 대신에 공기를 사용함으로써 목적하는 양극 활물질 전구체를 합성할 수 있다. In addition, the method of preparing the cathode active material precursor does not include supplying nitrogen to the coprecipitation reactor. By using air instead of nitrogen as an injection gas, a desired cathode active material precursor can be synthesized.

또 다른 일 구현예에서는 리튬 이차 전지용 리튬 과잉 층상형 양극 활물질의 제조 방법을 제공한다. 상기 양극 활물질의 제조 방법은 전술한 양극 활물질 전구체와 리튬 원료를 혼합하고 열처리하는 것을 포함한다. Another embodiment provides a method for preparing a lithium-excess layered positive electrode active material for a lithium secondary battery. The method of manufacturing the positive active material includes mixing the above-described positive electrode active material precursor and a lithium raw material and performing heat treatment.

상기 리튬 원료는 Li2CO3, LiOH, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. The lithium raw material may include Li 2 CO 3 , LiOH, or a combination thereof.

상기 양극 활물질 전구체와 리튬 원료의 몰 비는 1:1.1 내지 1:3일 수 있고, 예를 들어 1:1.1 내지 1:2.5, 1:1.1 내지 1:2, 또는 1:1.2 내지 1:1.8일 수 있다. 이 경우 고전압에서도 초고용량을 구현할 수 있는 리튬 과잉 층상형 양극 활물질을 형성할 수 있다. The molar ratio of the cathode active material precursor and the lithium raw material may be 1:1.1 to 1:3, for example, 1:1.1 to 1:2.5, 1:1.1 to 1:2, or 1:1.2 to 1:1.8. can In this case, it is possible to form an excess lithium layered positive electrode active material capable of realizing an ultra-high capacity even at a high voltage.

상기 열처리는 예를 들어 800 ℃ 내지 1000 ℃ 또는 850 ℃ 내지 950 ℃에서 수행될 수 있고, 4 시간 내지 24시간 동안, 예를 들어 5 시간 내지 15시간 동안 수행될 수 있다.The heat treatment may be performed, for example, at 800 °C to 1000 °C or 850 °C to 950 °C, and for 4 hours to 24 hours, for example, 5 hours to 15 hours.

또 다른 일 구현예에서는 상기 전술한 양극 활물질 전구체로부터 제조된 리튬 이차 전지용 리튬 과잉 층상형 양극 활물질을 제공한다. 일 구현예에 따른 양극 활물질은 화학식 2로 표시되는 화합물을 포함하고, 상기 양극 활물질은 복수의 1차 입자가 응집해서 형성된 2차 입자로 구성되고, 상기 1차 입자는 판상형이 아니며, 상기 1차 입자의 평균 입경은 10 nm 내지 950 nm이고, 상기 2차 입자의 평균 입경은 1 ㎛ 내지 9 ㎛이고, 상기 양극 활물질의 탭밀도는 1.7 g/cc 이상이다.In another embodiment, there is provided an excess lithium layered positive electrode active material for a lithium secondary battery prepared from the above-described positive electrode active material precursor. A positive active material according to an embodiment includes a compound represented by Formula 2, wherein the positive active material is composed of secondary particles formed by aggregation of a plurality of primary particles, wherein the primary particles are not plate-shaped, and the primary The average particle diameter of the particles is 10 nm to 950 nm, the average particle diameter of the secondary particles is 1 μm to 9 μm, and the tap density of the positive electrode active material is 1.7 g/cc or more.

[화학식 2][Formula 2]

LiaNix2Mny2M2 z2O2 Li a Ni x2 Mn y2 M 2 z2 O 2

상기 화학식 1에서, 1.1≤a≤1.5 x2+y2+z2=1, 0<x2<0.5, 0.5<y2<1, 0≤z2<0.5이고, 상기 M2은 Co, Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, W에서 선택되는 1종 이상의 원소이다. In Formula 1, 1.1≤a≤1.5 x2+y2+z2=1, 0<x2<0.5, 0.5<y2<1, 0≤z2<0.5, wherein M 2 is Co, Mg, Ca, Al, Ti , V, Cr, Zr, Nb, Mo, and at least one element selected from W.

일반적으로 리튬 과잉 층상형 양극 활물질의 경우 1차 입자가 불규칙적이고 크기가 큰 판상형을 띠고 있고 이들이 응집된 2차 입자는 내부에 큰 공극을 가진다. 이에 따라 활물질의 탭밀도가 낮으며 전극 밀도가 낮고 부피 에너지 밀도를 높이는데 한계가 있다. 또한 이러한 양극 활물질은 리튬 전이금속 산화물 이외에 Li2MnO3 를 포함하는데 이에 따라 리튬 전도도와 전자 전도도가 낮아 과량의 도전재를 사용해야 충분한 용량을 구현할 수 있다. In general, in the case of an excess lithium layered positive electrode active material, the primary particles are irregular and have a large plate shape, and the secondary particles agglomerated therein have large pores. Accordingly, the tap density of the active material is low, the electrode density is low, and there is a limit in increasing the bulk energy density. In addition, such a positive active material contains Li 2 MnO 3 in addition to lithium transition metal oxide. Accordingly, lithium conductivity and electronic conductivity are low, so that sufficient capacity can be realized only by using an excess of a conductive material.

반면, 일 구현예에 따른 양극 활물질은 리튬 과잉 층상형 양극 활물질이면서, 1차 입자가 판상형이 아닌 나노 사이즈의 비정형 (일정한 형태를 가지지 않음)을 띠고 있고, 이들이 치밀하게 밀집되어 수 ㎛의 2차 입자를 이루고 있는 형상을 가진다. 이에 따라 상기 양극 활물질은 1.7 g/cc 이상의 높은 탭밀도를 나타낼 수 있다. 또한 전구체에 Mn3O4 상이 형성되지 않았기 때문에 활물질도 Li2MnO3를 포함하지 않으며, 이에 따라 높은 리튬 이온 전도도와 전자 전도도를 나타낼 수 있으며, 전극 제조 시 도전재의 함량이 8 중량% 이하, 또는 5 중량% 이하인 수준에서도 충분히 높은 용량을 나타낼 수 있다. On the other hand, the positive electrode active material according to the exemplary embodiment is a layered positive electrode active material with excess lithium, and the primary particles are not plate-shaped, but nano-sized amorphous (does not have a fixed shape), and they are densely packed to form secondary particles of several μm. It has a particle-like shape. Accordingly, the positive active material may exhibit a high tap density of 1.7 g/cc or more. In addition, since the Mn 3 O 4 phase is not formed in the precursor, the active material also does not contain Li 2 MnO 3 , and thus may exhibit high lithium ion conductivity and electronic conductivity, and the content of the conductive material during electrode manufacturing is 8 wt% or less, or A sufficiently high capacity can be exhibited even at a level of 5% by weight or less.

상기 양극 활물질의 1차 입자의 평균 입경은 10 nm 내지 950 nm이고, 예를 들어 10 nm 내지 900 nm, 50 nm 내지 850 nm, 또는 100 nm 내지 800 nm일 수 있다. 상기 양극 활물질의 2차 입자는 구형일 수 있으며, 상기 2차 입자의 평균 입경은 1 ㎛ 내지 9 ㎛이고, 예를 들어 2 ㎛ 내지 8 ㎛, 3 ㎛ 내지 7 ㎛, 또는 3 ㎛ 내지 6 ㎛일 수 있다. 상기 양극 활물질의 1차 입자의 평균 입경과 2차 입자의 평균 입경이 상기 범위를 만족할 경우, 고전압에서 초고용량을 구현하면서 동시에 높은 탭밀도를 나타내어 높은 에너지 밀도를 구현할 수 있다.The average particle diameter of the primary particles of the positive active material may be 10 nm to 950 nm, for example, 10 nm to 900 nm, 50 nm to 850 nm, or 100 nm to 800 nm. The secondary particles of the positive active material may be spherical, and the secondary particles have an average particle diameter of 1 μm to 9 μm, for example, 2 μm to 8 μm, 3 μm to 7 μm, or 3 μm to 6 μm. can When the average particle diameter of the primary particles and the average particle diameter of the secondary particles of the positive active material satisfy the above ranges, it is possible to realize ultra-high capacity at high voltage and high tap density at the same time to realize high energy density.

여기서 평균 입경은 회절에 따른 입자의 크기를 분석하는 입자 크기 분석기를 통해 측정한 것을 의미할 수 있고, 또는 주사 전자 현미경 사진 등을 통해 측정한 것을 의미할 수 있다.Here, the average particle diameter 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.

상기 양극 활물질의 탭밀도는 1.7 g/cc 이상이고, 예를 들어 1.71 g/cc 이상, 1.72 g/cc 이상, 또는 3 g/cc 이하, 2.5 g/cc 이하, 또는 2.0 g/cc 이하일 수 있다. 상기 양극 활물질의 탭밀도가 상기 범위를 만족할 경우, 고전압에서 초고용량을 구현하면서 동시에 높은 탭밀도로 인해 높은 전극 밀도와 높은 전지 에너지 밀도를 구현할 수 있다. The positive active material may have a tap density of 1.7 g/cc or more, for example, 1.71 g/cc or more, 1.72 g/cc or more, or 3 g/cc or less, 2.5 g/cc or less, or 2.0 g/cc or less. . When the tap density of the positive electrode active material satisfies the above range, it is possible to realize ultra-high capacity at high voltage and at the same time realize high electrode density and high battery energy density due to the high tap density.

또 다른 일 구현예는, 양극; 음극; 및 비수 전해질을 포함하고, 상기 양극은 전술한 일 구현예에 따른 양극 활물질을 포함하는 것인 리튬 이차 전지를 제공한다. Another embodiment, the positive electrode; cathode; and a non-aqueous electrolyte, wherein the positive electrode provides a lithium secondary battery comprising the positive electrode active material according to the above-described embodiment.

상기 양극은 집전체 및 상기 집전체 상에 위치하는 양극 활물질층을 포함한다. 상기 양극 활물질층은 양극 활물질을 포함하며, 상기 양극 활물질은 전술한 일 구현예에 따른 리튬 이차 전지용 양극 활물질을 포함할 수 있다.The positive electrode includes a current collector and a positive electrode active material layer disposed on the current collector. The positive active material layer may include a positive active material, and the positive active material may include the positive active material for a lithium secondary battery according to the embodiment described above.

상기 양극 활물질 층에서, 상기 양극 활물질의 함량은 양극 활물질 층 전체 중량에 대하여 90 중량% 내지 99 중량%일 수 있다.In the cathode active material layer, the content of the cathode active material may be 90 wt% to 99 wt% based on the total weight of the cathode active material layer.

상기 양극 활물질층은 바인더 및/또는 도전재를 더욱 포함할 수 있다. 이때, 상기 바인더와 도전재의 함량은 양극 활물질 층 전체 중량에 대하여 각각 1 중량% 내지 5 중량%일 수 있다.The positive active material layer may further include a binder and/or a conductive material. In this case, the content of the binder and the conductive material may be 1 wt% to 5 wt%, respectively, based on the total weight of the positive electrode active material layer.

상기 바인더는 양극 활물질 입자들을 서로 잘 부착시키고, 또한 양극 활물질을 전류 집전체에 잘 부착시키는 역할을 한다. 바인더의 대표적인 예로는 폴리비닐알콜, 카르복시메틸셀룰로즈, 히드록시프로필셀룰로즈, 디아세틸셀룰로즈, 폴리비닐클로라이드, 카르복실화된 폴리비닐클로라이드, 폴리비닐플루오라이드, 에틸렌 옥사이드를 포함하는 폴리머, 폴리비닐피롤리돈, 폴리우레탄, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 스티렌-부타디엔 러버, 아크릴레이티드 스티렌-부타디엔 러버, 에폭시 수지, 나일론 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The binder serves to well adhere the positive active material particles to each other and also to adhere the positive active material to the current collector. Representative examples of the binder include polyvinyl alcohol, carboxymethyl cellulose, hydroxypropyl cellulose, diacetyl cellulose, polyvinyl chloride, carboxylated polyvinyl chloride, polyvinyl fluoride, a polymer including ethylene oxide, polyvinyl pyrrol Don, polyurethane, polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, polyethylene, polypropylene, styrene-butadiene rubber, acrylated styrene-butadiene rubber, epoxy resin, nylon, etc. may be used, but the present invention is not limited thereto. .

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

상기 양극 집전체로는 알루미늄 박, 니켈 박 또는 이들의 조합을 사용할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.The positive electrode current collector may be an aluminum foil, a nickel foil, or a combination thereof, but is not limited thereto.

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

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

상기 리튬 이온을 가역적으로 인터칼레이션/디인터칼레이션할 수 있는 물질로는 탄소 물질로서, 리튬 이온 이차 전지에서 일반적으로 사용되는 탄소계 음극 활물질은 어떠한 것도 사용할 수 있으며, 그 대표적인 예로는 결정질 탄소, 비정질 탄소 또는 이들을 함께 사용할 수 있다. The material capable of reversibly intercalating/deintercalating lithium ions is a carbon material, and any carbon-based negative active material generally used in lithium ion secondary batteries may be used, and a representative example thereof is crystalline carbon. , amorphous carbon or these may be used together.

상기 리튬 금속의 합금으로는 리튬과 Na, K, Rb, Cs, Fr, Be, Mg, Ca, Sr, Si, Sb, Pb, In, Zn, Ba, Ra, Ge, Al 및 Sn으로 이루어진 군에서 선택되는 금속의 합금이 사용될 수 있다.The lithium metal alloy includes lithium and Na, K, Rb, Cs, Fr, Be, Mg, Ca, Sr, Si, Sb, Pb, In, Zn, Ba, Ra, Ge, Al and Sn from the group consisting of Alloys of metals of choice may be used.

상기 리튬을 도프 및 탈도프할 수 있는 물질로는 Si, SiOx(0 < x < 2), Si-Y 합금(상기 Y는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 13족 원소, 14족 원소, 전이금속, 희토류 원소 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 원소이며, Si은 아님), Sn, SnO2, Sn-Y(상기 Y는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 13족 원소, 14족 원소, 전이금속, 희토류 원소 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 원소이며, Sn은 아님) 등을 들 수 있다. Materials capable of doping and dedoping lithium include Si, SiO x (0 < x < 2), Si-Y alloy (where Y is an alkali metal, alkaline earth metal, group 13 element, group 14 element, transition metal, An element selected from the group consisting of rare earth elements and combinations thereof, but not Si), Sn, SnO 2 , Sn-Y (wherein Y is an alkali metal, an alkaline earth metal, a group 13 element, a group 14 element, a transition metal, a rare earth) It is an element selected from the group consisting of elements and combinations thereof, and is not Sn) and the like.

상기 전이 금속 산화물로는 바나듐 산화물, 리튬 바나듐 산화물 등을 들 수 있다. 상기 음극 활물질 층은 또한 바인더를 포함하며, 선택적으로 도전재를 더욱 포함할 수도 있다.Examples of the transition metal oxide include vanadium oxide and lithium vanadium oxide. The negative active material layer also includes a binder, and may optionally further include a conductive material.

상기 바인더는 음극 활물질 입자들을 서로 잘 부착시키고, 또한 음극 활물질을 전류 집전체에 잘 부착시키는 역할을 한다. The binder serves to well adhere the negative active material particles to each other and also to adhere the negative active material to the current collector.

상기 도전재는 전극에 도전성을 부여하기 위해 사용되는 것으로서, 구성되는 전지에 있어서, 화학변화를 야기하지 않고 전자 전도성 재료이면 어떠한 것도 사용 가능하다. The conductive material is used to impart conductivity to the electrode, and in the configured battery, any electronically conductive material may be used without causing a chemical change.

상기 집전체로는 구리 박, 니켈 박, 스테인레스강 박, 티타늄 박, 니켈 발포체(foam), 구리 발포체, 전도성 금속이 코팅된 폴리머 기재, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 사용할 수 있다.As the current collector, one selected from the group consisting of copper foil, nickel foil, stainless steel foil, titanium foil, nickel foam, copper foam, a polymer substrate coated with conductive metal, and combinations thereof may be used.

상기 음극과 상기 양극은 활물질, 도전재 및 결착제를 용매 중에서 혼합하여 활물질 조성물을 제조하고, 이 조성물을 전류 집전체에 도포하여 제조한다. 이와 같은 전극 제조 방법은 당해 분야에 널리 알려진 내용이므로 본 명세서에서 상세한 설명은 생략하기로 한다. 상기 용매로는 N-메틸피롤리돈 등을 사용할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.The negative electrode and the positive electrode are prepared by mixing an active material, a conductive material, and a binder in a solvent to prepare an active material composition, and applying the composition to a current collector. Since such an electrode manufacturing method is widely known in the art, a detailed description thereof will be omitted herein. The solvent may include, but is not limited to, N-methylpyrrolidone.

상기 전해질은 비수성 유기 용매와 리튬염을 포함한다. The electrolyte includes a non-aqueous organic solvent and a lithium salt.

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

상기 리튬염은 유기 용매에 용해되어, 전지 내에서 리튬 이온의 공급원으로 작용하여 기본적인 리튬 이차 전지의 작동을 가능하게 하고, 양극과 음극 사이의 리튬 이온의 이동을 촉진하는 역할을 하는 물질이다. The lithium salt is dissolved in an organic solvent, serves as a source of lithium ions in the battery, enables basic lithium secondary battery operation, and promotes movement of lithium ions between the positive electrode and the negative electrode.

리튬 이차 전지의 종류에 따라 양극과 음극 사이에 세퍼레이터가 존재할 수 도 있다. 이러한 세퍼레이터로는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드 또는 이들의 2층 이상의 다층막이 사용될 수 있으며, 폴리에틸렌/폴리프로필렌 2층 세퍼레이터, 폴리에틸렌/폴리프로필렌/폴리에틸렌 3층 세퍼레이터, 폴리프로필렌/폴리에틸렌/폴리프로필렌 3층 세퍼레이터 등과 같은 혼합 다층막이 사용될 수 있음은 물론이다.Depending on the type of lithium secondary battery, a separator may exist between the positive electrode and the negative electrode. As such a separator, polyethylene, polypropylene, polyvinylidene fluoride, or a multilayer film of two or more layers thereof may be used. A polyethylene/polypropylene two-layer separator, a polyethylene/polypropylene/polyethylene three-layer separator, and polypropylene/polyethylene/poly It goes without saying that a mixed multilayer film such as a propylene three-layer separator or the like can be used.

리튬 이차 전지는 사용하는 세퍼레이터와 전해질의 종류에 따라 리튬 이온 전지, 리튬 이온 폴리머 전지 및 리튬 폴리머 전지로 분류될 수 있고, 형태에 따라 원통형, 각형, 코인형, 파우치형 등으로 분류될 수 있으며, 사이즈에 따라 벌크 타입과 박막 타입으로 나눌 수 있다. 이들 전지의 구조와 제조방법은 이 분야에 널리 알려져 있으므로 상세한 설명은 생략한다.Lithium secondary batteries can be classified into lithium ion batteries, lithium ion polymer batteries, and lithium polymer batteries according to the type of separator and electrolyte used, and can be classified into cylindrical, prismatic, coin-type, pouch-type, etc. according to the shape, According to the size, it can be divided into a bulk type and a thin film type. Since the structure and manufacturing method of these batteries are well known in the art, a detailed description thereof will be omitted.

이하 본 발명의 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러한 하기한 실시예는 본 발명의 일 실시예일뿐 본 발명이 하기한 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, Examples and Comparative Examples of the present invention will be described. The following examples are only examples of the present invention, and the present invention is not limited to the following examples.

실시예 1Example 1

(1) 양극 활물질 전구체의 제조(1) Preparation of a cathode active material precursor

20L 공침 반응기를 활용하여 니켈 망간 공침 수산화물을 제조한다. 첫 번째, NiSO46H2O 1508g, MnSO4H2O 2852g, 초순수 7879g을 사용하여 2.5 M의 금속염 수용액을 준비한다. 두 번째, NaOH(2093g, 분말), NH4OH(627g, 24% 농도 수용액), 초순수 6279g을 혼합하여 pH 조절용 알칼리 수용액을 준비한다. 세 번째, 준비된 금속염 수용액 및 pH 조절용 알칼리 수용액을 탱크 1, 탱크 2에 각각 투입 후 탱크 1은 45℃, 탱크 2는 10℃를 유지한다. A 20L co-precipitation reactor is used to prepare nickel-manganese co-precipitation hydroxide. First, using 1508 g of NiSO 4 6H 2 O, 2852 g of MnSO 4H 2 O, and 7879 g of ultrapure water, a 2.5 M aqueous metal salt solution is prepared. Second, NaOH (2093 g, powder), NH 4 OH (627 g, 24% aqueous solution), and ultrapure water 6279 g are mixed to prepare an aqueous alkali solution for pH adjustment. Third, after the prepared aqueous metal salt solution and the aqueous alkali solution for pH adjustment are put into tank 1 and tank 2, respectively, tank 1 is maintained at 45 ℃ and tank 2 is 10 ℃.

네 번째, 반응기 내부에 초순수 2.5L, 초기 NH4OH 44g, 초기 NaOH 3g을 투입하여, 베이스 용액을 제조한 후, 주입 기체로서 공기를 투입하여, 10분 교반한다. 다섯 번째, 공기를 투입하면서, 탱크 1의 금속염 수용액을 680g/hr로, 탱크 2의 pH 조절용 알칼리 수용액을 432g/hr로 정량 투입하여 공침 반응을 시작한다. Fourth, 2.5L of ultrapure water, 44g of initial NH 4 OH, and 3g of initial NaOH were added into the reactor to prepare a base solution, and then air was added as an injection gas, followed by stirring for 10 minutes. Fifth, while introducing air, the metal salt aqueous solution in tank 1 is quantitatively added at 680 g/hr and the alkali aqueous solution for pH adjustment in tank 2 at 432 g/hr to start the co-precipitation reaction.

여섯 번째, 초기 1시간까지는 10분 단위, 1시간 이후에는 1시간 단위로 공침 입자의 크기를 측정하여 기록하고, 최종 입자 크기가 3㎛ 내지 5㎛인 니켈 망간 수산화물을 제조한다. 제조된 전구체의 형상을 나타낸 주사 전자 현미경 사진을 도 1에 나타내었고, 전구체에 대한 엑스선 회절 분석 그래프를 도 2에 나타내었다. 제조된 전구체는 Ni0.25Mn0.75(OH)2 및 Ni0.25Mn0.75(OOH)의 복합상이며, Ni0.25Mn0.75(OH)2의 P-3m1 구조의 (001) 면에서의 엑스선 회절 피크의 반가폭(Full Width Half Maximum)은 1.85로 측정되었다.Sixth, the size of the co-precipitated particles is measured and recorded in units of 10 minutes up to the initial 1 hour and 1 hour after 1 hour, and nickel manganese hydroxide having a final particle size of 3 μm to 5 μm is prepared. A scanning electron microscope photograph showing the shape of the prepared precursor is shown in FIG. 1 , and an X-ray diffraction analysis graph for the precursor is shown in FIG. 2 . The prepared precursor is a composite phase of Ni 0.25 Mn 0.75 (OH) 2 and Ni 0.25 Mn 0.75 (OOH), and the half value of the X-ray diffraction peak at the (001) plane of the P-3m1 structure of Ni 0.25 Mn 0.75 (OH) 2 The width (Full Width Half Maximum) was measured to be 1.85.

(2) 양극 활물질의 제조(2) Preparation of positive electrode active material

제조된 니켈 망간 수산화물과 리튬 원료인 Li2CO3를 0.8:1.2의 몰비로 계량한 후 혼합하고, 공기를 넣어 주면서 900℃에서 10시간동안 소성한다. 전구체 1차 입자의 성장이 진행되어, 불규칙적인 모양과 크기의 일차 입자로 구성된 약 5㎛의 구형 2차 입자 형상을 가지는 리튬 과잉 층상계 양극 활물질을 제조한다. 합성된 양극 활물질의 형상을 나타낸 주사 전자 현미경 사진을 도 3에 나타내었고, 양극 활물질에 대한 엑스선 회절 분석 그래프를 도 4에 나타내었다. The prepared nickel manganese hydroxide and lithium raw material Li 2 CO 3 were weighed in a molar ratio of 0.8:1.2, mixed, and calcined at 900° C. for 10 hours while adding air. The growth of the precursor primary particles proceeds to prepare a lithium-excess layered positive electrode active material having a spherical secondary particle shape of about 5 μm composed of primary particles of irregular shape and size. A scanning electron microscope photograph showing the shape of the synthesized positive active material is shown in FIG. 3 , and an X-ray diffraction analysis graph for the positive active material is shown in FIG. 4 .

(3) 전지의 제조(3) Preparation of battery

제조된 양극 활물질 92%, 도전재로 Super P 4%, 바인더로 PVDF 4%를 NMP 용액에 넣고, 믹싱하여 슬러리를 제조한 후, 알루미늄 집전체 위에 도포하여, 두께 50 ㎛의 양극을 제조한 후, 리튬 메탈을 음극으로 하는 코인 하프셀을 제작한다.92% of the prepared positive electrode active material, 4% of Super P as a conductive material, and 4% of PVDF as a binder were put in an NMP solution, mixed to prepare a slurry, and then coated on an aluminum current collector to prepare a positive electrode having a thickness of 50 μm , to fabricate a coin half cell using lithium metal as a negative electrode.

비교예 1Comparative Example 1

실시예 1의 양극 활물질 전구체의 제조에서, 공침 반응 시 공기 대신에 질소를 투입한 것을 제외하고는 동일한 방법으로 양극 활물질 전구체, 양극 활물질, 및 전지(하프셀)을 제조한다. In the preparation of the cathode active material precursor of Example 1, a cathode active material precursor, a cathode active material, and a battery (half cell) were prepared in the same manner except that nitrogen was added instead of air during the coprecipitation reaction.

비교예 1에서 제조한 니켈 망간 수산화물 전구체 (Ni0.25Mn0.75(OH)2)는 입경이 약 3㎛ 내지 5㎛이었다. 비교예 1에서 제조된 전구체의 형상을 주사 전자 현미경으로 촬영하여 도 5에 나타내었고, 전구체에 대한 엑스선 회절 분석 그래프를 도 6에 나타내었다. 제조된 전구체는 Ni0.25Mn0.75(OH)2 및 Ni0.25Mn0.75(OOH)의 복합상이 주로 존재하고, Mn3O4 불순물 상이 존재하였다. Ni0.25Mn0.75(OH)2의 P-3m1 구조의 (001) 면의 엑스선 회절 피크 반가폭은 0.28로 측정되었다. The nickel manganese hydroxide precursor (Ni 0.25 Mn 0.75 (OH) 2 ) prepared in Comparative Example 1 had a particle diameter of about 3 μm to 5 μm. The shape of the precursor prepared in Comparative Example 1 was photographed with a scanning electron microscope and shown in FIG. 5 , and an X-ray diffraction analysis graph for the precursor is shown in FIG. 6 . In the prepared precursor, a composite phase of Ni 0.25 Mn 0.75 (OH) 2 and Ni 0.25 Mn 0.75 (OOH) was mainly present, and an Mn 3 O 4 impurity phase was present. The X-ray diffraction peak half width of the (001) plane of the P-3m1 structure of Ni 0.25 Mn 0.75 (OH) 2 was measured to be 0.28.

비교예 1에서 제조한 양극 활물질의 형상을 주사 전자 현미경으로 촬영하여 도 7에 나타내었고, 양극 활물질에 대한 엑스선 회절 분석 그래프를 도 8에 나타내었다. 비교예 1의 양극 활물질의 평균 입경은 약 5 ㎛이었다.The shape of the positive active material prepared in Comparative Example 1 was photographed with a scanning electron microscope and shown in FIG. 7 , and an X-ray diffraction analysis graph for the positive active material is shown in FIG. 8 . The average particle diameter of the positive active material of Comparative Example 1 was about 5 μm.

평가예 1: 전구체의 엑선 회절 분석Evaluation Example 1: X-ray diffraction analysis of precursors

실시예 1에서 제조한 전구체 (니켈 망간 수산화물)와 비교예 1에서 제조한 전구체에 대한 엑스선 회절 분석을 수행하여, 그 결과를 각각 도 2 및 도 4에 나타내었고, P-3m1 구조의 (001) 면의 엑스선 회절 피크 반가폭을 측정하여 아래 표 1에 나타내었다. X-ray diffraction analysis was performed on the precursor (nickel manganese hydroxide) prepared in Example 1 and the precursor prepared in Comparative Example 1, and the results are shown in FIGS. 2 and 4, respectively, and (001) of the P-3m1 structure The X-ray diffraction peak half width of the surface was measured and shown in Table 1 below.

(001) 면에서의 피크 반가폭Peak full width at (001) plane 실시예 1Example 1 1.851.85 비교예 1Comparative Example 1 0.280.28

표 1을 참고하면, 실시예 1의 반가폭은 1.85로 0.5를 초과하는 값을 나타낸다는 것을 확인할 수 있다. Referring to Table 1, it can be seen that the half width of Example 1 is 1.85, indicating a value exceeding 0.5.

평가예 2: 양극 활물질의 탭 밀도 분석Evaluation Example 2: Tap Density Analysis of Positive Active Material

실시예 1에서 제조한 양극 활물질과 비교예 1에서 제조한 양극 활물질의 탭밀도를 측정하여 그 결과를 아래 표 2에 나타내었다. 탭밀도는 콴타크롬(Quantachrome)사의 탭밀도 미터(Autotap)을 이용하여, 합성된 양극 활물질을 100ml 눈금 실린더에 90ml씩 넣고, 0.1g 단위까지 질량을 측정한 후, 스트로크 길이를 3.2mm로, 회전속도를 250rpm으로하여 3000회 탭핑한 후, 부피를 1ml 눈금까지 측정한 다음 시료 무게를 부피로 나누어 주는 산출식을 이용하여 얻는다.The tap densities of the positive active material prepared in Example 1 and the positive active material prepared in Comparative Example 1 were measured, and the results are shown in Table 2 below. For tap density, using a tap density meter (Autotap) of Quantachrome, put 90ml of the synthesized positive active material into a 100ml graduated cylinder, measure the mass up to 0.1g, set the stroke length to 3.2mm, and rotate After tapping 3000 times at a speed of 250 rpm, the volume is measured up to the 1 ml scale, and then the sample weight is divided by the volume.

탭밀도 (g/cc)Tap Density (g/cc) 실시예 1Example 1 1.721.72 비교예 1Comparative Example 1 1.561.56

표 2를 참고하면, 실시예 1에서 제조한 양극 활물질의 탭밀도는 1.72 g/cc로 비교예 1에 비하여 높다는 것을 확인할 수 있다. Referring to Table 2, it can be seen that the tap density of the positive active material prepared in Example 1 is 1.72 g/cc, which is higher than in Comparative Example 1.

평가예 3: 전지의 충방전 특성 평가Evaluation Example 3: Evaluation of battery charge/discharge characteristics

실시예 1과 비교예 1에서 제조한 하프셀에 대하여, 1/20C 충전 및 1/20C 방전 (1C=250mAh/g)으로 초기 사이클을 진행하였으며, 충전 컷 오프 전압은 4.7V, 방전 컷 오프 전압은 2.5V로 하였고, 코인셀 평가용 챔버의 온도는 25℃로 하여 충방전 특성을 평가하였고, 그 결과를 표 3 및 도 9에 나타내었다. For the half cells prepared in Example 1 and Comparative Example 1, an initial cycle was performed with 1/20C charge and 1/20C discharge (1C=250mAh/g), the charge cut-off voltage was 4.7V, and the discharge cut-off voltage was 4.7V. was set to 2.5V, and the temperature of the coin cell evaluation chamber was set to 25°C to evaluate the charge/discharge characteristics, and the results are shown in Table 3 and FIG. 9 .

첫 번째 충전 용량 (mAh/g)First Charge Capacity (mAh/g) 첫 번째 방전 용량 (mAh/g)First discharge capacity (mAh/g) 실시예 1Example 1 313.1313.1 226.8226.8 비교예 1Comparative Example 1 231.5231.5 166.2166.2

표 3과 도 9를 참고하면, 실시예 1의 전지는 리튬 과잉 층상계 양극 활물질을 적용하면서, 활물질 92%, 바인더 4%, 도전재 4%의 양극 조성에서도 높은 방전 용량을 구현한다는 것을 확인할 수 있다. Referring to Table 3 and FIG. 9, it can be seen that the battery of Example 1 implements a high discharge capacity even in a positive electrode composition of 92% active material, 4% binder, and 4% conductive material while applying an excess lithium layered positive electrode active material. have.

이상 바람직한 실시예들에 대해 상세하게 설명하였지만, 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것이 아니고, 다음의 청구 범위에서 정의하고 있는 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.Although preferred embodiments have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements by those skilled in the art using the basic concept defined in the following claims are also within the scope of the present invention. will belong

Claims (11)

하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 양극 활물질 전구체로서,
상기 양극 활물질 전구체는 복수의 1차 입자가 응집해서 형성된 2차 입자로 구성되고,
상기 2차 입자의 평균 입경은 1 ㎛ 내지 9 ㎛이고,
상기 양극 활물질 전구체는 엑스선 회절 분석에서 P-3m1 공간군을 가지며 (001) 면에서의 회절 피크 반치폭이 0.5 이상인 리튬 이차 전지용 양극 활물질 전구체:
[화학식 1]
NixMnyM1 z(OH)2
상기 화학식 1에서, x+y+z=1, 0<x<0.5, 0.5<y<1, 0≤z<0.5이고, 상기 M1은 Co, Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, W에서 선택되는 1종 이상의 원소이다.
As a positive electrode active material precursor comprising a compound represented by the following formula (1),
The cathode active material precursor is composed of secondary particles formed by aggregation of a plurality of primary particles,
The secondary particles have an average particle diameter of 1 μm to 9 μm,
The cathode active material precursor has a P-3m1 space group in X-ray diffraction analysis and has a diffraction peak full width at half maximum in the (001) plane of 0.5 or more cathode active material precursor for a lithium secondary battery:
[Formula 1]
Ni x Mn y M 1 z (OH) 2
In Formula 1, x+y+z=1, 0<x<0.5, 0.5<y<1, 0≤z<0.5, wherein M 1 is Co, Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, It is at least one element selected from Zr, Nb, Mo, and W.
제1항에서,
상기 양극 활물질 전구체는 Mn3O4를 포함하지 않는 리튬 이차 전지용 양극 활물질 전구체.
In claim 1,
The cathode active material precursor is a cathode active material precursor for a lithium secondary battery that does not contain Mn 3 O 4 .
제1항에서,
상기 2차 입자의 평균 입경은 1 ㎛ 내지 6 ㎛인 리튬 이차 전지용 양극 활물질 전구체.
In claim 1,
The secondary particles have an average particle diameter of 1 μm to 6 μm, a cathode active material precursor for a lithium secondary battery.
제1항에서,
상기 1차 입자는 판상형인 리튬 이차 전지용 양극 활물질 전구체.
In claim 1,
The primary particle is a plate-shaped positive electrode active material precursor for a lithium secondary battery.
제1항에서,
상기 화학식 1에서 0<x<0.3, 0.7<y<1, 및 0≤z<0.3인 리튬 이차 전지용 양극 활물질 전구체.
In claim 1,
A cathode active material precursor for a lithium secondary battery, wherein 0<x<0.3, 0.7<y<1, and 0≤z<0.3 in Formula 1 above.
공침 반응기에 증류수와 암모니아 수용액을 넣고,
상기 공침 반응기에 공기를 공급하고,
상기 공침 반응기에 니켈염 및 망간염을 포함하는 금속염 수용액, 및 pH 조절용 알칼리 수용액을 연속적으로 투입하여 혼합하고, 그리고
청구항 1 내지 5 중 어느 한 항에 따른 양극 활물질 전구체를 수득하는 것을 포함하는 리튬 이차 전지용 양극 활물질 전구체의 제조 방법.
Distilled water and ammonia aqueous solution were put into the coprecipitation reactor,
supplying air to the coprecipitation reactor;
An aqueous solution of a metal salt including a nickel salt and a manganese salt, and an aqueous alkali solution for pH adjustment are continuously added to the co-precipitation reactor and mixed, and
A method for producing a cathode active material precursor for a lithium secondary battery comprising obtaining the cathode active material precursor according to any one of claims 1 to 5.
제6항에서,
상기 니켈염은 황산니켈, 질산니켈, 염화니켈, 불화니켈 또는 이들의 조합이고,
상기 망간염은 황산망간, 질산망간, 염화망간, 불화망간 또는 이들의 조합인 리튬 이차 전지용 양극 활물질 전구체의 제조 방법.
In claim 6,
The nickel salt is nickel sulfate, nickel nitrate, nickel chloride, nickel fluoride, or a combination thereof,
The manganese salt is manganese sulfate, manganese nitrate, manganese chloride, manganese fluoride, or a combination thereof.
제6항에서,
상기 금속염 수용액에서, 상기 금속염 수용액에 포함되는 금속염의 전체 금속 함량에 대한 망간의 함량은 50 몰% 초과인 리튬 이차 전지용 양극 활물질 전구체의 제조 방법.
In claim 6,
In the metal salt aqueous solution, the content of manganese with respect to the total metal content of the metal salt included in the metal salt aqueous solution is more than 50 mol% of the method of manufacturing a positive electrode active material precursor for a lithium secondary battery.
화학식 2로 표시되는 화합물을 포함하는 리튬 과잉 층상계 양극 활물질로서,
상기 양극 활물질은 복수의 1차 입자가 응집해서 형성된 2차 입자로 구성되고,
상기 1차 입자는 판상형이 아니며,
상기 1차 입자의 평균 입경은 10 nm 내지 950 nm이고,
상기 2차 입자의 평균 입경은 1 ㎛ 내지 9 ㎛이고,
상기 양극 활물질의 탭밀도는 1.7 g/cc 이상인 리튬 이차 전지용 리튬 과잉 층상계 양극 활물질:
[화학식 2]
LiaNix2Mny2M2 z2O2
상기 화학식 1에서, 1.1≤a≤1.5 x2+y2+z2=1, 0<x2<0.5, 0.5<y2<1, 0≤z2<0.5이고, 상기 M2은 Co, Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, W에서 선택되는 1종 이상의 원소이다.
As a lithium excess layered positive electrode active material comprising a compound represented by Formula 2,
The positive active material is composed of secondary particles formed by aggregation of a plurality of primary particles,
The primary particles are not plate-shaped,
The primary particles have an average particle diameter of 10 nm to 950 nm,
The secondary particles have an average particle diameter of 1 μm to 9 μm,
The tap density of the positive electrode active material is 1.7 g / cc or more lithium excess layered positive electrode active material for a lithium secondary battery:
[Formula 2]
Li a Ni x2 Mn y2 M 2 z2 O 2
In Formula 1, 1.1≤a≤1.5 x2+y2+z2=1, 0<x2<0.5, 0.5 < y2<1, 0≤z2<0.5, wherein M 2 is Co, Mg, Ca, Al, Ti , V, Cr, Zr, Nb, Mo, and at least one element selected from W.
제9항에서,
상기 1차 입자는 비정형인 리튬 이차 전지용 리튬 과잉 층상계 양극 활물질.
In claim 9,
The primary particle is an amorphous lithium-excess layered positive electrode active material for a lithium secondary battery.
제9항 또는 제10항 중 어느 한 항에 따른 리튬 과잉 층상계 양극 활물질을 포함하는 양극;
음극; 및
전해질을 포함하는 리튬 이차 전지.
A positive electrode comprising an excess lithium layered positive electrode active material according to any one of claims 9 or 10;
cathode; and
A lithium secondary battery comprising an electrolyte.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024039207A1 (en) * 2022-08-17 2024-02-22 주식회사 엘지화학 Positive electrode active material precursor, method for manufacturing same, positive electrode active material, and method for manufacturing positive electrode active material

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130124610A (en) * 2012-05-07 2013-11-15 일진엘이디(주) Cathode material for lithium secondary battery and method of manufacturing the same
KR20150069337A (en) * 2013-12-13 2015-06-23 삼성정밀화학 주식회사 Cathode active material and lithium secondary batteries comprising the same
KR20150115531A (en) * 2014-04-04 2015-10-14 삼성에스디아이 주식회사 Composite cathode active material preparation method, composite cathode active material, cathode and lithium battery containing the material
KR20160032032A (en) * 2013-07-18 2016-03-23 도소 가부시키가이샤 Nickel-manganese-based composite oxyhydroxide, production method therefor, and use therefor
KR20190035716A (en) * 2016-07-29 2019-04-03 스미토모 긴조쿠 고잔 가부시키가이샤 Nickel manganese complex hydroxide and its preparation method, positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary battery, production method thereof, and non-aqueous electrolyte secondary battery
KR20190035718A (en) * 2016-07-29 2019-04-03 스미토모 긴조쿠 고잔 가부시키가이샤 Nickel manganese complex hydroxide and its preparation method, positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary battery, production method thereof, and non-aqueous electrolyte secondary battery
KR20200022313A (en) * 2018-08-22 2020-03-03 주식회사 에코프로비엠 Lithium composite oxide, positive electrode active material and lithium secondary battery comprising the same
JP2020102327A (en) * 2018-12-20 2020-07-02 住友化学株式会社 Cathode active material precursor for lithium secondary battery, manufacturing method of cathode active material precursor for lithium secondary battery, and manufacturing method of cathode active material for lithium secondary battery

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130124610A (en) * 2012-05-07 2013-11-15 일진엘이디(주) Cathode material for lithium secondary battery and method of manufacturing the same
KR20160032032A (en) * 2013-07-18 2016-03-23 도소 가부시키가이샤 Nickel-manganese-based composite oxyhydroxide, production method therefor, and use therefor
KR20150069337A (en) * 2013-12-13 2015-06-23 삼성정밀화학 주식회사 Cathode active material and lithium secondary batteries comprising the same
KR20150115531A (en) * 2014-04-04 2015-10-14 삼성에스디아이 주식회사 Composite cathode active material preparation method, composite cathode active material, cathode and lithium battery containing the material
KR20190035716A (en) * 2016-07-29 2019-04-03 스미토모 긴조쿠 고잔 가부시키가이샤 Nickel manganese complex hydroxide and its preparation method, positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary battery, production method thereof, and non-aqueous electrolyte secondary battery
KR20190035718A (en) * 2016-07-29 2019-04-03 스미토모 긴조쿠 고잔 가부시키가이샤 Nickel manganese complex hydroxide and its preparation method, positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary battery, production method thereof, and non-aqueous electrolyte secondary battery
KR20200022313A (en) * 2018-08-22 2020-03-03 주식회사 에코프로비엠 Lithium composite oxide, positive electrode active material and lithium secondary battery comprising the same
JP2020102327A (en) * 2018-12-20 2020-07-02 住友化学株式会社 Cathode active material precursor for lithium secondary battery, manufacturing method of cathode active material precursor for lithium secondary battery, and manufacturing method of cathode active material for lithium secondary battery

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024039207A1 (en) * 2022-08-17 2024-02-22 주식회사 엘지화학 Positive electrode active material precursor, method for manufacturing same, positive electrode active material, and method for manufacturing positive electrode active material

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