KR20220109629A - Manufacturing method of positive electrode active material - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a preparation method of a cathode active material which can reduce the preparation time of a cathode active material and control the surface properties of cathode active material particles. The preparation method of a cathode active material comprises the step of: (A) mixing a transition metal precursor including a transition metal hydroxide or a transition metal oxyhydroxide with a lithium-containing raw material and then firing the same to prepare a fired article; and (B) washing the fired article with a washing solution and then drying the same to prepare a lithium transition metal oxide, wherein the drying includes vacuum hot air drying and microwave drying.

Description

양극 활물질의 제조방법 {MANUFACTURING METHOD OF POSITIVE ELECTRODE ACTIVE MATERIAL}Manufacturing method of positive electrode active material {MANUFACTURING METHOD OF POSITIVE ELECTRODE ACTIVE MATERIAL}

본 발명은 양극 활물질의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a positive electrode active material.

모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있다. 이러한 이차전지 중 높은 에너지 밀도와 전압을 가지며, 사이클 수명이 길고, 자기방전율이 낮은 리튬 이차전지가 상용화되어 널리 사용되고 있다.As technology development and demand for mobile devices increase, the demand for secondary batteries as an energy source is rapidly increasing. Among these secondary batteries, a lithium secondary battery having a high energy density and voltage, a long cycle life, and a low self-discharge rate has been commercialized and widely used.

리튬 이차전지의 양극 활물질로는 리튬 전이금속 복합 산화물이 이용되고 있으며, 이중에서도 작용전압이 높고 용량 특성이 우수한 LiCoO2의 리튬코발트 복합금속 산화물이 주로 사용되고 있다. 그러나, LiCoO2는 탈 리튬에 따른 결정 구조의 불안정화로 열적 특성이 매우 열악하고, 또 고가이기 때문에 전기 자동차 등과 같은 분야의 동력원으로 대량 사용하기에는 한계가 있다.A lithium transition metal composite oxide is used as a cathode active material for a lithium secondary battery, and among them, a lithium cobalt composite metal oxide of LiCoO 2 having a high operating voltage and excellent capacity characteristics is mainly used. However, LiCoO 2 has very poor thermal properties due to destabilization of the crystal structure due to lithium removal and is expensive, so there is a limit to its mass use as a power source in fields such as electric vehicles.

LiCoO2를 대체하기 위한 재료로서, 리튬망간 복합금속 산화물(LiMnO2 또는 LiMn2O4 등), 리튬 인산철 화합물(LiFePO4 등) 또는 리튬니켈 복합금속 산화물(LiNiO2 등) 등이 개발되었다. 이중에서도 약 200mAh/g의 높은 가역용량을 가져 대용량의 전지 구현이 용이한 리튬니켈 복합금속 산화물에 대한 연구 및 개발이 보다 활발히 연구되고 있다. 그러나, LiNiO2는 LiCoO2와 비교하여 열안정성이 나쁘고, 충전 상태에서 외부로부터의 압력 등에 의해 내부 단락이 생기면 양극 활물질 그 자체가 분해되어 전지의 파열 및 발화를 초래하는 문제가 있다.As a material for replacing LiCoO 2 , a lithium manganese composite metal oxide (LiMnO 2 or LiMn 2 O 4 etc.), a lithium iron phosphate compound (LiFePO 4 etc.), or a lithium nickel composite metal oxide (LiNiO 2 etc.) have been developed. Among them, research and development of lithium-nickel composite metal oxide, which has a high reversible capacity of about 200 mAh/g, and is easy to realize a large-capacity battery, is being actively studied. However, LiNiO 2 has poor thermal stability compared to LiCoO 2 , and when an internal short circuit occurs in a charged state due to external pressure, etc., the positive active material itself is decomposed to cause rupture and ignition of the battery.

이에 따라 LiNiO2의 우수한 가역용량은 유지하면서도 낮은 열안정성을 개선하기 위한 방법으로서, Ni의 일부를 Mn과 Co으로 치환한 니켈코발트망간계 리튬 복합 전이금속 산화물, Ni의 일부를 Mn과 Al로 치환한 니켈코발트알루미늄계 리튬 복합 전이금속 산화물 등이 개발되었다.Accordingly, as a method for improving the low thermal stability while maintaining the excellent reversible capacity of LiNiO 2 , a nickel-cobalt-manganese-based lithium composite transition metal oxide in which a part of Ni is substituted with Mn and Co, and a part of Ni is substituted with Mn and Al. A nickel-cobalt-aluminum-based lithium composite transition metal oxide has been developed.

이러한 리튬 전이금속 산화물은 일반적으로 분말 형태의 전이금속 전구체와 리튬 함유 원료물질(ex. 수산화리튬(LiOH), 탄산리튬(Li2CO3) 등)을 혼합하고 소성한 후 수세 및 건조하여 제조하며, 상기 건조 방식으로는 통상적으로 진공 건조, 열풍 건조 등의 방식이 사용되고 있다. 한편, 진공 건조는 건조 시간이 오래 걸리는 문제가 있으며, 열풍 건조는 수분을 완전히 제거하지 못하여 결과적으로 제조되는 양극 활물질의 입자 표면 특성에 악영향을 미치는 문제가 있다.These lithium transition metal oxides are generally prepared by mixing a transition metal precursor in powder form with a lithium-containing raw material (ex. lithium hydroxide (LiOH), lithium carbonate (Li 2 CO 3 ), etc.), calcining, washing with water and drying. , As the drying method, a method such as vacuum drying or hot air drying is generally used. On the other hand, vacuum drying has a problem that it takes a long drying time, and hot air drying does not completely remove moisture, and consequently, there is a problem that adversely affects the particle surface properties of the produced positive active material.

따라서, 시간을 단축할 수 있으면서 양극 활물질의 입자 표면 특성을 제어할 수 있는 양극 활물질을 제조하는 방법의 개발이 요구되고 있다.Therefore, the development of a method for manufacturing a positive electrode active material capable of reducing the time and controlling the particle surface properties of the positive electrode active material is required.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 양극 활물질 제조 시간을 단축할 수 있고, 양극 활물질의 입자 표면을 제어할 수 있는 건조 공정을 포함하는 양극 활물질의 제조방법을 제공하고자 한다.An object of the present invention is to solve the above problems, and to provide a method of manufacturing a positive active material including a drying process capable of shortening the manufacturing time of the positive active material and controlling the particle surface of the positive active material.

본 발명은 (A) 전이금속 수산화물 또는 전이금속 옥시수산화물을 포함하는 전이금속 전구체와 리튬 함유 원료 물질을 혼합한 후 소성하여 소성품을 제조하는 단계; 및 (B) 상기 소성품을 수세 용액으로 수세한 후 건조하여 리튬 전이금속 산화물을 제조하는 단계;를 포함하고, 상기 건조는 진공 열풍 건조 및 마이크로웨이브 건조를 포함하는 것인 양극 활물질의 제조방법을 제공한다.The present invention comprises the steps of: (A) mixing a transition metal precursor containing a transition metal hydroxide or a transition metal oxyhydroxide and a lithium-containing raw material, followed by firing to prepare a fired product; and (B) washing the calcined product with water and then drying it to prepare a lithium transition metal oxide; wherein the drying includes vacuum hot air drying and microwave drying. to provide.

본 발명의 양극 활물질의 제조방법에 따르면, 양극 활물질 제조 시, 수세 후 건조 공정에서 진공 열풍 건조 방식과 마이크로웨이브 건조 방식을 모두 적용함으로써, 양극 활물질의 제조 시간을 단축할 수 있고, 양극 활물질 입자의 표면 특성을 제어할 수 있다. According to the method for manufacturing the positive active material of the present invention, when both the vacuum hot air drying method and the microwave drying method are applied in the drying process after washing with water, the manufacturing time of the positive electrode active material can be shortened, and the The surface properties can be controlled.

이에 따라, 본 발명의 양극 활물질의 제조방법에 따라 제조된 양극 활물질을 포함하는 리튬 이차전지의 용량, 효율, 수명 및 출력 특성을 개선할 수 있다.Accordingly, it is possible to improve the capacity, efficiency, lifespan, and output characteristics of the lithium secondary battery including the positive electrode active material manufactured according to the method for manufacturing the positive electrode active material of the present invention.

도 1은 실시예 및 비교예에서 제조한 양극 활물질을 이용하여 제조한 반쪽 전지의 용량 유지율 특성을 나타낸 도면이다.
도 2는 실시예 및 비교예에서 제조한 양극 활물질을 이용하여 제조한 반쪽 전지의 저항 증가율 특성을 나타낸 도면이다.
1 is a view showing the capacity retention rate characteristics of half-cells prepared by using the positive active materials prepared in Examples and Comparative Examples.
2 is a view showing the resistance increase rate characteristics of half-cells manufactured using the positive active materials prepared in Examples and Comparative Examples.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.The terms or words used in the present specification and claims are not to be construed as being limited to their ordinary or dictionary meanings, and the inventor may properly define the concept of the term in order to best describe his invention. Based on the principle that there is, it should be interpreted as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.

본 명세서에서 "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.In this specification, 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 or numbers It is to be understood that it does not preclude in advance the possibility of the presence or addition of steps, components, or combinations thereof.

본 명세서에서, '평균 입경(D50)'은 입경 분포 곡선에서 체적 누적량의 50%에 해당하는 입경으로 정의할 수 있다. 상기 평균 입경(D50)은 예를 들어, 레이저 회절법(laser diffraction method)을 이용하여 측정할 수 있다. 예를 들어, 상기 양극 활물질의 평균 입경(D50)의 측정 방법은, 양극 활물질의 입자를 분산매 중에 분산시킨 후, 시판되는 레이저 회절 입도 측정 장치(예를 들어, HORIBA社 LA-960)에 도입하여 약 28kHz의 초음파를 출력 60W로 조사한 후, 측정 장치에 있어서의 체적 누적량의 50%에 해당하는 평균 입경(D50)을 산출할 수 있다.In the present specification, the 'average particle diameter (D 50 )' may be defined as a particle diameter corresponding to 50% of the cumulative volume in the particle size distribution curve. The average particle diameter (D 50 ) may be measured using, for example, a laser diffraction method. For example, in the method for measuring the average particle diameter (D 50 ) of the positive active material, the particles of the positive active material are dispersed in a dispersion medium, and then introduced into a commercially available laser diffraction particle size measuring device (eg, HORIBA LA-960). Thus, after irradiating ultrasonic waves of about 28 kHz with an output of 60 W, the average particle diameter D 50 corresponding to 50% of the volume accumulation amount in the measuring device can be calculated.

이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

양극 활물질의 제조방법Method for manufacturing positive active material

본 발명자들은 양극 활물질 제조 시, 수세 후 건조 공정에서 진공 열풍 건조 방식과 마이크로웨이브 건조 방식을 모두 적용하는 경우, 양극 활물질의 제조 시간을 단축할 수 있고, 양극 활물질 입자의 표면 특성을 제어할 수 있으며, 이에 따라 용량, 효율, 수명 및 출력 특성이 우수한 리튬 이차전지를 구현할 수 있다는 것을 알아내고 본 발명을 완성하였다.The present inventors have found that when both the vacuum hot air drying method and the microwave drying method are applied in the drying process after washing with water, the manufacturing time of the positive electrode active material can be shortened, and the surface properties of the positive electrode active material particles can be controlled. , thereby completing the present invention by finding that a lithium secondary battery having excellent capacity, efficiency, lifespan and output characteristics can be realized.

본 발명에 따른 양극 활물질의 제조방법은 (A) 전이금속 수산화물 또는 전이금속 옥시수산화물을 포함하는 전이금속 전구체와 리튬 함유 원료 물질을 혼합한 후 소성하여 소성품을 제조하는 단계; 및 (B) 상기 소성품을 수세 용액으로 수세한 후 건조하여 리튬 전이금속 산화물을 제조하는 단계;를 포함한다. 이 때, 상기 건조는 진공 열풍 건조 및 마이크로웨이브 건조를 포함하는 것이다.The method for producing a cathode active material according to the present invention comprises the steps of: (A) mixing a transition metal precursor including a transition metal hydroxide or a transition metal oxyhydroxide and a lithium-containing raw material, followed by firing to prepare a fired product; and (B) washing the fired product with a water washing solution and drying it to prepare a lithium transition metal oxide. At this time, the drying is to include vacuum hot air drying and microwave drying.

본 발명에 따른 양극 활물질의 제조방법은 상기 (B) 단계 수행 후에 필요에 따라 건조된 리튬 전이금속 산화물에 코팅원소 함유 원료 물질을 혼합하고 열처리하여 코팅층을 형성하는 단계((C) 단계)를 더 포함할 수 있다.The method for producing a cathode active material according to the present invention further comprises a step ((C) step) of mixing a raw material containing a coating element with a dried lithium transition metal oxide and heat-treating it to form a coating layer after performing the step (B). may include

이하, 양극 활물질 제조방법의 각 단계를 구체적으로 설명한다.Hereinafter, each step of the method for manufacturing the positive active material will be described in detail.

(A) 단계(A) step

상기 (A) 단계는 전이금속 수산화물 또는 전이금속 옥시수산화물을 포함하는 전이금속 전구체와 리튬 함유 원료 물질을 혼합한 후 소성하여 소성품을 제조하는 단계이다.The step (A) is a step of preparing a fired product by mixing a transition metal precursor including a transition metal hydroxide or transition metal oxyhydroxide and a lithium-containing raw material and then firing.

본 발명에 따르면, 상기 전이금속 전구체는 하기 화학식 1 또는 하기 화학식 2로 표시되는 조성을 가지는 것일 수 있다.According to the present invention, the transition metal precursor may have a composition represented by the following Chemical Formula 1 or the following Chemical Formula 2.

[화학식 1][Formula 1]

[NiaCobM1 cM2 d](OH)2 [Ni a Co b M 1 c M 2 d ](OH) 2

[화학식 2][Formula 2]

[NiaCobM1 cM2 d]O·OH[Ni a Co b M 1 c M 2 d ]O OH

상기 화학식 1 및 화학식 2에서,In Formula 1 and Formula 2,

상기 M1은 Mn 및 Al 중에서 선택되는 1종 이상이고,Wherein M 1 is at least one selected from Mn and Al,

상기 M2는 B, Mg, Ca, Ti, V, Cr, Fe, Zn, Ga, Y, Zr, Nb, Mo, Ta 및 W 중에서 선택되는 1종 이상이며,The M 2 is at least one selected from B, Mg, Ca, Ti, V, Cr, Fe, Zn, Ga, Y, Zr, Nb, Mo, Ta and W,

0.7≤a<1, 0<b<0.3, 0<c<0.3, 0≤d≤0.1, a+b+c+d=1이다.0.7≤a<1, 0<b<0.3, 0<c<0.3, 0≤d≤0.1, a+b+c+d=1.

상기 a는 전구체 내 금속 원소 중 니켈의 원자 분율을 의미하는 것으로, 0.7≤a<1, 0.8≤a<1,0.8≤a≤0.95 또는 0.82≤a≤0.95일 수 있다.The a denotes the atomic fraction of nickel among the metal elements in the precursor, and may be 0.7≤a<1, 0.8≤a<1, 0.8≤a≤0.95, or 0.82≤a≤0.95.

상기 b는 전구체 내 금속 원소 중 코발트의 원자 분율을 의미하는 것으로, 0<b<0.3, 0<b≤0.2, 0.01≤b≤0.1 또는 0.03≤b≤0.1일 수 있다. The b denotes the atomic fraction of cobalt among the metal elements in the precursor, and may be 0<b<0.3, 0<b≤0.2, 0.01≤b≤0.1, or 0.03≤b≤0.1.

상기 c는 전구체 내 금속 원소 중 M1 원소의 원자 분율을 의미하는 것으로, 0<c<0.3, 0<c≤0.2, 0.01≤c≤0.1 또는 0.02≤c≤0.08일 수 있다. The c denotes the atomic fraction of M 1 element among the metal elements in the precursor, and may be 0<c<0.3, 0<c≤0.2, 0.01≤c≤0.1, or 0.02≤c≤0.08.

상기 d는 전구체 내 금속 원소 중 M2 원소의 원자 분율을 의미하는 것으로, 0≤d≤0.1 또는 0≤d≤0.05일 수 있다.The d denotes the atomic fraction of the M 2 element among the metal elements in the precursor, and may be 0≤d≤0.1 or 0≤d≤0.05.

상기 전이금속 전구체는 평균 입경(D50)이 상이한 2종의 전구체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 전이금속 전구체는 평균 입경(D50)이 3㎛ 내지 6㎛인 소립자 전구체와 평균 입경(D50)이 10㎛ 내지 18㎛인 대립자 전구체를 포함할 수 있다. 이 때, 상기 소립자 전구체와 대립자 전구체는 1:9 내지 3:7의 중량비로 포함될 수 있다. 이 경우, 소립자 전구체가 대립자 전구체 사이에 적절히 분포하여 충진률이 우수할 수 있고, 결과적으로, 높은 에너지 밀도를 갖는 양극을 구현할 수 있다.The transition metal precursor may include two types of precursors having different average particle diameters (D 50 ). For example, the transition metal precursor may include a small particle precursor having an average particle diameter (D 50 ) of 3 μm to 6 μm and an allele precursor having an average particle diameter (D 50 ) of 10 μm to 18 μm. In this case, the small particle precursor and the allele precursor may be included in a weight ratio of 1:9 to 3:7. In this case, the small particle precursor may be appropriately distributed between the antagonistic precursors, so that the filling rate may be excellent, and as a result, an anode having a high energy density may be realized.

상기 리튬 함유 원료 물질은 리튬 함유 탄산염(예를 들어, 탄산리튬(Li2CO3 등), 수화물(예를 들어, 수산화리튬 수화물(LiOH·H2O 등), 수산화물(예를 들어, 수산화리튬 등), 질산염(예를 들어, 질산리튬(LiNO3) 등) 및 염화물(예를 들어, 염화리튬(LiCl) 등) 등일 수 있다. 상기 리튬 함유 원료물질은 구체적으로, Li2CO3 및/또는 LiOH일 수 있다. 이 경우, 전구체 내 금속 원소 중 니켈의 원자 분율이 높은 전구체와 리튬 함유 원료물질의 반응성이 개선될 수 있다. 상기 리튬 함유 원료물질은 분해되는 온도를 고려할 때, LiOH일 수 있다.The lithium-containing raw material is a lithium-containing carbonate (eg, lithium carbonate (Li 2 CO 3 , etc.), hydrate (eg, lithium hydroxide hydrate (LiOH·H 2 O, etc.)), hydroxide (eg, lithium hydroxide etc.), nitrates (eg, lithium nitrate (LiNO 3 ), etc.) and chlorides (eg, lithium chloride (LiCl), etc.) The lithium-containing raw material is specifically, Li 2 CO 3 and/or or LiOH.In this case, the reactivity of the precursor having a high atomic fraction of nickel among the metal elements in the precursor and the lithium-containing raw material may be improved. Considering the decomposition temperature, the lithium-containing raw material may be LiOH have.

상기 전이금속 전구체와 상기 리튬 함유 원료 물질은 1:0.9 내지 1:1.2, 구체적으로는 1:0.95 내지 1:1.15, 더욱 구체적으로는 1:1 내지 1:1.15의 몰비로 혼합될 수 있다. 리튬 함유 원료물질이 상기 범위 미만으로 혼합될 경우 제조되는 양극 활물질의 용량이 저하될 우려가 있으며, 리튬 함유 원료물질이 상기 범위를 초과하여 혼합될 경우, 미반응된 리튬이 다량의 부산물로 남게 되며, 용량 저하 및 소성 후 양극 활물질 입자의 분리(양극 활물질 합침 현상 유발)가 발생할 수 있다.The transition metal precursor and the lithium-containing raw material may be mixed in a molar ratio of 1:0.9 to 1:1.2, specifically, 1:0.95 to 1:1.15, and more specifically, 1:1 to 1:1.15. When the lithium-containing raw material is mixed below the above range, there is a risk that the capacity of the produced positive electrode active material may be lowered. , capacity reduction and separation of positive active material particles after firing (causing positive electrode active material impregnation phenomenon) may occur.

상기 소성은 산소 분위기 하에서 수행하는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 소성은 산소 농도 90부피% 내지 99.99부피%의 산소 분위기 하에서 수행하는 것일 수 있다. 상기 소성은 더욱 구체적으로는 산소 농도 97부피% 내지 99.99부피%의 산소 분위기 하에서 수행하는 것일 수 있다. 이 경우, 고농도의 산소 상태가 유지되면서 소성이 진행되어 리튬의 삽입이 잘 발생될 수 있다. 한편, 산소 이외의 기체는 비활성 기체인 질소, 헬륨, 아르곤 등일 수 있다. The firing may be performed in an oxygen atmosphere. Specifically, the firing may be performed in an oxygen atmosphere having an oxygen concentration of 90% by volume to 99.99% by volume. More specifically, the calcination may be performed in an oxygen atmosphere having an oxygen concentration of 97% by volume to 99.99% by volume. In this case, the sintering proceeds while maintaining a high-concentration oxygen state, so that insertion of lithium may occur well. Meanwhile, the gas other than oxygen may be an inert gas such as nitrogen, helium, or argon.

상기 소성은 650℃ 내지 800℃ 하에서 수행하는 것일 수 있다. 상기 소성 온도가 상기 범위 내인 경우, 충분한 반응으로 인해 입자 내에 원료 물질이 원활하게 삽입되어 구조적 안정성을 확보하는 동시에 최적의 전기 화학적 물성을 확보할 수 있다.The calcination may be performed under 650°C to 800°C. When the sintering temperature is within the above range, the raw material is smoothly inserted into the particles due to a sufficient reaction to secure structural stability and at the same time secure optimal electrochemical properties.

상기 소성은 5시간 내지 30시간 동안 수행하는 것일 수 있다. 소성 시간이 상기 범위 내인 경우, 소성 위치 별로 편차가 없게, 즉, 균일하게 리튬 전이금속 산화물의 결정 성장이 충분히 일어날 수 있다.The calcination may be performed for 5 to 30 hours. When the firing time is within the above range, there is no deviation for each firing position, that is, the crystal growth of the lithium transition metal oxide may sufficiently occur uniformly.

본 발명의 (A) 단계를 통해 제조된 소성품은 리튬 전이금속 산화물과 불순물(예를 들어, 리튬 부산물)을 포함할 수 있다. 한편, 상기 불순물은 수세 공정을 통해 제거될 수 있다.The fired product manufactured through step (A) of the present invention may include lithium transition metal oxide and impurities (eg, lithium by-product). Meanwhile, the impurities may be removed through a water washing process.

상기 소성품은 필요에 따라 (B) 단계 이전에 분쇄 및/또는 분급될 수 있다. 상기 분쇄는 (A) 단계의 소성에 의해 뭉쳐진 리튬 전이금속 산화물을 포함하는 소성품을 양극 활물질로 사용하기에 적합한 크기의 분말로 만드는 공정이다. 그리고, 상기 분급은 양극 활물질로 사용하기에 적합한 특정 범위 내의 크기를 가지는 분말만 분리하는 공정이다.The fired product may be pulverized and/or classified before step (B), if necessary. The pulverization is a process of making a calcined product containing lithium transition metal oxide aggregated by the calcination of step (A) into a powder having a size suitable for use as a cathode active material. And, the classification is a process of separating only the powder having a size within a specific range suitable for use as a cathode active material.

(B) 단계(B) step

상기 (B) 단계는 상기 소성품을 수세 용액으로 수세한 후 건조하여 리튬 전이금속 산화물을 제조하는 단계이고, 상기 건조는 진공 열풍 건조 및 마이크로웨이브 건조를 포함하는 것이다.Step (B) is a step of preparing a lithium transition metal oxide by washing the fired product with a water washing solution and then drying, and the drying includes vacuum hot air drying and microwave drying.

구체적으로, 상기 (B) 단계는 상기 소성품과 상기 수세 용액을 혼합하여 수세하고, 상기 수세 용액으로부터 상기 소성품을 분리한 후, 건조하는 것일 수 있다.Specifically, the step (B) may include washing the fired product by mixing the water washing solution, separating the fired product from the water washing solution, and drying the product.

상기 수세는 수세 용액으로 불순물인 잔류 리튬 등을 제거하는 공정이다.The washing is a process of removing residual lithium, etc. as impurities with a washing solution.

상기 수세 용액의 용매는 탈이온수 및/또는 증류수일 수 있다. 이 경우, 리튬의 용해가 용이하여 표면에 존재하는 잔류 리튬을 제거하는데 유리할 수 있다.The solvent of the washing solution may be deionized water and/or distilled water. In this case, it may be advantageous to remove the residual lithium present on the surface because the dissolution of lithium is easy.

상기 수세는 수세 용액을 상기 소성품 100중량부에 대해 50중량부 내지 200중량부로, 구체적으로는 60중량부 내지 150중량부, 더욱 구체적으로는 80중량부 내지 120중량부의 함량으로 첨가하여 수행하는 것일 수 있다. 수세 용액의 함량이 상기 범위 내인 경우, 양극 활물질의 손상 없이 불순물인 잔류 리튬이 충분히 씻길 수 있고, 용량 개선 및 초기 저항 개선 측면에서 유리할 수 있으며, 생산성이 향상될 수 있다.The water washing is performed by adding the washing solution in an amount of 50 parts by weight to 200 parts by weight, specifically 60 parts by weight to 150 parts by weight, and more specifically 80 parts by weight to 120 parts by weight based on 100 parts by weight of the fired product. it could be When the content of the washing solution is within the above range, residual lithium as an impurity may be sufficiently washed without damage to the positive electrode active material, may be advantageous in terms of capacity improvement and initial resistance improvement, and productivity may be improved.

상기 수세는 5℃ 내지 40℃, 구체적으로는 20℃ 내지 30℃에서 수행하는 것일 수 있다. 그리고, 상기 수세는 3분 내지 30분, 구체적으로는 3분 내지 20분, 더욱 구체적으로는 5분 내지 10분 동안 수행하는 것일 수 있다. 수세 공정의 수행 온도 및 시간이 상기 범위 내인 경우, 반응에 참가하지 못한 표면의 잔류 리튬만 제거하며, 내부로 삽입된 리튬의 용해를 최대한 억제시킬 수 있다.The water washing may be performed at 5°C to 40°C, specifically, at 20°C to 30°C. In addition, the washing with water may be performed for 3 minutes to 30 minutes, specifically 3 minutes to 20 minutes, and more specifically 5 minutes to 10 minutes. When the temperature and time of the water washing process are within the above ranges, only the residual lithium on the surface that did not participate in the reaction is removed, and dissolution of the lithium inserted therein can be suppressed as much as possible.

상기 수세 용액으로부터 상기 소성품의 분리는 여과를 통하여 수행하는 것일 수 있다. 예를 들어, 감압 필터 등을 이용하여 소성품을 분리하는 것일 수 있다.Separation of the fired product from the washing solution may be performed through filtration. For example, the fired product may be separated using a pressure reduction filter or the like.

상기 건조 공정은 수세 공정을 거쳐 수분을 포함하는 양극 활물질에서 수분을 제거하기 위한 공정이다. 본 발명에 따르면, 상기 건조는 진공 열풍 건조 및 마이크로웨이브 건조를 포함하는 것이다. 본 발명과 같이 진공 열풍 건조 방식과 마이크로웨이브 건조 방식을 모두 적용하는 경우, 총 건조 시간을 단축시킬 수 있어, 결과적으로 양극 활물질의 제조 시간을 단축할 수 있다. 또한, 가해지는 열로 인하여 발생할 수 있는 양극 활물질 입자 표면의 손상을 줄일 수 있으므로 양극 활물질 입자의 표면 특성을 제어할 수 있다. 그리고, 양극 활물질 입자 내부 및 표면의 수분을 보다 완벽히 제거할 수 있다.The drying process is a process for removing moisture from the positive electrode active material including moisture through a water washing process. According to the present invention, the drying includes vacuum hot air drying and microwave drying. When both the vacuum hot air drying method and the microwave drying method are applied as in the present invention, the total drying time can be shortened, and consequently, the manufacturing time of the positive electrode active material can be shortened. In addition, since damage to the surface of the positive active material particles that may occur due to the applied heat can be reduced, the surface properties of the positive active material particles can be controlled. In addition, moisture inside and on the surface of the positive active material particles can be more completely removed.

본 발명에 따르면, 상기 건조는 진공 열풍 건조 후, 마이크로웨이브 건조하는 것일 수 있다. 즉, 상기 건조는 진공 하에서 열풍을 이용하여 건조한 후, 마이크로웨이브를 이용하여 건조하는 것일 수 있다. 이 경우, 마이크로웨이브 건조 후, 진공 열풍 건조하는 것보다 과건조 등으로 인해 활물질의 구조 안정성이 저하되는 문제를 보다 더 개선할 수 있다.According to the present invention, the drying may be microwave drying after vacuum hot air drying. That is, the drying may be drying using hot air under vacuum and then drying using microwaves. In this case, after microwave drying, it is possible to further improve the problem that the structural stability of the active material is lowered due to overdrying, etc. than vacuum hot air drying.

본 발명에 따르면, 상기 진공 열풍 건조는 100℃ 내지 200℃, 구체적으로는 100℃ 내지 150℃의 온도 하에서 수행하는 것일 수 있다. 진공 열풍 건조 시의 온도가 상기 범위 내인 경우, 양극 활물질 입자에 존재하는 수분을 제거하는 시간을 단축할 수 있고, 과하게 건조되지 않아 양극 활물질의 표면이 손상되는 문제를 방지할 수 있다.According to the present invention, the vacuum hot air drying may be performed at a temperature of 100°C to 200°C, specifically, 100°C to 150°C. When the temperature during vacuum hot air drying is within the above range, it is possible to shorten the time to remove moisture present in the positive electrode active material particles, and to prevent damage to the surface of the positive electrode active material by not drying excessively.

본 발명에 따르면, 상기 진공 열풍 건조는 0.05MPa 내지 0.15MPa, 구체적으로는 0.06Mpa 내지 0.12MPa의 압력 하에서 수행하는 것일 수 있다. 진공 열풍 건조 시의 압력이 상기 범위 내인 경우, 건조 시간이 오래 걸리지 않고 남아있는 잔류 수분이 거의 없을 수 있으며, 과하게 건조되지 않아 양극 활물질 입자의 형태 자체가 변하지 않아 양극 활물질 입자의 구형화도가 잘 유지될 수 있다.According to the present invention, the vacuum hot air drying may be performed under a pressure of 0.05 MPa to 0.15 MPa, specifically 0.06 Mpa to 0.12 MPa. When the pressure during vacuum hot air drying is within the above range, the drying time does not take long and there may be little residual moisture remaining, and the shape of the positive active material particles does not change because it does not dry excessively, so the sphericity of the positive active material particles is well maintained can be

본 발명에 따르면, 상기 진공 열풍 건조 시간은 5시간 내지 30시간, 구체적으로는 10시간 내지 20시간, 더욱 구체적으로는 10시간 내지 17시간일 수 있다. 이 경우, 우수한 전기화학적 성능을 가지는 양극 활물질을 구현할 수 있으면서, 총 건조 시간을 단축시킬 수 있어 결과적으로 양극 활물질의 제조 시간을 단축할 수 있다. 상기 진공 열풍 건조 시간은 상기 소성품 100g을 건조시키는데 필요한 시간일 수 있다.According to the present invention, the vacuum hot air drying time may be 5 hours to 30 hours, specifically 10 hours to 20 hours, more specifically 10 hours to 17 hours. In this case, a cathode active material having excellent electrochemical performance can be realized, and a total drying time can be shortened, and consequently, a manufacturing time of the cathode active material can be shortened. The vacuum hot air drying time may be a time required to dry 100 g of the fired product.

본 발명에 따르면, 상기 마이크로웨이브 건조는 출력이 600W 내지 1,000W, 구체적으로는 600W 내지 800W, 더욱 구체적으로는 650W 내지 750W인 마이크로웨이브를 이용하여 수행하는 것일 수 있다. 마이크로웨이브 건조 시의 출력이 상기 범위 내인 경우, 총 건조 시간을 단축시킬 수 있고, 양극 활물질의 입자 상이 불균일해지는 문제를 방지할 수 있다.According to the present invention, the microwave drying may be performed using a microwave having an output of 600W to 1,000W, specifically 600W to 800W, and more specifically 650W to 750W. When the output during microwave drying is within the above range, the total drying time may be shortened, and the problem of non-uniform particle phases of the positive electrode active material may be prevented.

본 발명에 따르면, 상기 마이크로웨이브 건조 시간은 5분 내지 30분, 구체적으로는 5분 내지 15분, 더욱 구체적으로는 5분 내지 10분일 수 있다. 이 경우, 마이크로웨이브 건조로 인해 발생할 수 있는 양극 활물질 입자 표면의 손상을 방지할 수 있고, 양극 활물질 입자의 구형화도를 잘 유지시킬 수 있다. 상기 마이크로웨이브 건조 시간은 상기 소성품 100g을 건조시키는데 필요한 시간일 수 있다.According to the present invention, the microwave drying time may be 5 minutes to 30 minutes, specifically 5 minutes to 15 minutes, more specifically 5 minutes to 10 minutes. In this case, damage to the surface of the positive active material particles that may occur due to microwave drying may be prevented, and the sphericity of the positive active material particles may be well maintained. The microwave drying time may be a time required to dry 100 g of the fired product.

상기 진공 열풍 건조 온도, 압력 및 시간과 상기 마이크로웨이브 건조 출력 및 시간을 상술한 바와 같이 조절하는 경우, 결과적으로 제조되는 양극 활물질 입자에 잔류 수분이 거의 존재하지 않아, 잔류 수분이 양극 활물질과 반응하여 양극 활물질 내부의 리튬이 손실되는 문제가 발생하지 않을 수 있으며, 총 건조 시간을 단축시킬 수 있어 양극 활물질의 제조 시간을 단축시킬 수 있고, 양극 활물질 입자 표면의 손상을 줄일 수 있다.When the vacuum hot air drying temperature, pressure and time and the microwave drying output and time are adjusted as described above, there is little residual moisture in the resultantly produced positive active material particles, and the residual moisture reacts with the positive active material. The problem of loss of lithium inside the positive active material may not occur, and the total drying time may be shortened, thereby reducing the manufacturing time of the positive active material and reducing damage to the surface of the positive active material particle.

(C) 단계(C) step

상기 (C) 단계는 상기 (B) 단계 수행 후에 필요에 따라 건조된 리튬 전이금속 산화물에 코팅원소 함유 원료 물질을 혼합하고 열처리하여 코팅층을 형성하는 단계이다. 이에 따라, 상기 리튬 전이금속 산화물 표면에 코팅층이 형성된 양극 활물질을 제조할 수 있다.The step (C) is a step of forming a coating layer by mixing the raw material containing the coating element with the dried lithium transition metal oxide as necessary after performing the step (B) and performing heat treatment. Accordingly, a cathode active material having a coating layer formed on the surface of the lithium transition metal oxide may be manufactured.

상기 코팅원소 함유 원료 물질에 포함되는 금속 원소는 Zr, B, W, Mo, Cr, Nb, Mg, Hf, Ta, La, Ti, Sr, Ba, Ce, F, P, S 및 Y 등일 수 있다. 상기 코팅원소 함유 원료 물질은 상기 금속 원소를 포함하는 아세트산염, 질산염, 황산염, 할라이드, 황화물, 수산화물, 산화물 또는 옥시수산화물 등일 수 있다. 예를 들어, 상기 금속 원소가 B인 경우, 붕산(B(OH)3) 등이 사용될 수 있다.The metal element included in the raw material containing the coating element may be Zr, B, W, Mo, Cr, Nb, Mg, Hf, Ta, La, Ti, Sr, Ba, Ce, F, P, S and Y, etc. . The raw material containing the coating element may be an acetate, nitrate, sulfate, halide, sulfide, hydroxide, oxide or oxyhydroxide containing the metal element. For example, when the metal element is B, boric acid (B(OH) 3 ) and the like may be used.

상기 코팅원소 함유 원료 물질은 상기 건조된 리튬 전이금속 산화물에 대하여 200ppm 내지 2000ppm의 중량으로 포함되는 것일 수 있다. 코팅원소 함유 원료물질의 함량이 상기 범위 내인 경우, 전지의 용량이 개선될 수 있으며, 생성된 코팅층이 전해액과 리튬 전이금속 산화물과의 직접적인 반응을 억제하여 전지의 장기 성능 특성이 개선될 수 있다.The raw material containing the coating element may be included in a weight of 200 ppm to 2000 ppm based on the dried lithium transition metal oxide. When the content of the raw material containing the coating element is within the above range, the capacity of the battery can be improved, and the resulting coating layer suppresses a direct reaction between the electrolyte and the lithium transition metal oxide, so that the long-term performance characteristics of the battery can be improved.

상기 열처리는 200℃ 내지 400℃ 온도에서 수행할 수 있다. 열처리 온도가 상기 범위 내인 경우, 리튬 전이금속 산화물의 구조적 안정성을 유지시키면서 코팅층을 형성시킬 수 있다. The heat treatment may be performed at a temperature of 200 °C to 400 °C. When the heat treatment temperature is within the above range, the coating layer may be formed while maintaining the structural stability of the lithium transition metal oxide.

상기 열처리는 1시간 내지 10시간 동안 수행할 수 있다. 열처리 시간이 상기 범위 내인 경우, 적절한 코팅층이 형성될 수 있으며 생산 효율이 개선될 수 있다.The heat treatment may be performed for 1 hour to 10 hours. When the heat treatment time is within the above range, an appropriate coating layer may be formed and production efficiency may be improved.

양극 활물질cathode active material

본 발명은 상술한 양극 활물질 제조방법에 따라 제조된 양극 활물질을 제공할 수 있다.The present invention may provide a positive electrode active material manufactured according to the above-described method for preparing a positive electrode active material.

상기 양극 활물질은 하기 화학식 3으로 표시되는 조성을 가질 수 있다.The positive active material may have a composition represented by Formula 3 below.

[화학식 3][Formula 3]

Lix[Nia'Cob'M1 c'M2 d']O2 Li x [Ni a' Co b' M 1 c' M 2 d' ]O 2

상기 화학식 3에서,In Formula 3,

상기 M1은 Mn 및 Al 중에서 선택되는 1종 이상이고,Wherein M 1 is at least one selected from Mn and Al,

상기 M2는 B, Mg, Ca, Ti, V, Cr, Fe, Zn, Ga, Y, Zr, Nb, Mo, Ta 및 W 중에서 선택되는 1종 이상이며,The M 2 is at least one selected from B, Mg, Ca, Ti, V, Cr, Fe, Zn, Ga, Y, Zr, Nb, Mo, Ta and W,

0.9≤x≤1.1, 0.7≤a'<1, 0<b'<0.3, 0<c'<0.3, 0≤d'≤0.1, a'+b'+c'+d'=1이다.0.9≤x≤1.1, 0.7≤a'<1, 0<b'<0.3, 0<c'<0.3, 0≤d'≤0.1, a'+b'+c'+d'=1.

상기 a'는 활물질 내 리튬을 제외한 금속 원소 중 니켈의 원자 분율을 의미하는 것으로, 0.7≤a'<1, 0.8≤a'<1,0.8≤a'≤0.95 또는 0.82≤a'≤0.95일 수 있다.The a' refers to the atomic fraction of nickel among metal elements other than lithium in the active material, and may be 0.7≤a'<1, 0.8≤a'<1,0.8≤a'≤0.95 or 0.82≤a'≤0.95. have.

상기 b'는 활물질 내 리튬을 제외한 금속 원소 중 코발트의 원자 분율을 의미하는 것으로, 0<b'<0.3, 0<b'≤0.2, 0.01≤b'≤0.1 또는 0.03≤b'≤0.1일 수 있다. The b' refers to the atomic fraction of cobalt among metal elements other than lithium in the active material, and may be 0<b'<0.3, 0<b'≤0.2, 0.01≤b'≤0.1 or 0.03≤b'≤0.1. have.

상기 c'는 활물질 내 리튬을 제외한 금속 원소 중 M1 원소의 원자 분율을 의미하는 것으로, 0<c'<0.3, 0<c'≤0.2, 0.01≤c'≤0.1, 0.02≤c'≤0.08일 수 있다.Wherein c' means the atomic fraction of M 1 element among metal elements other than lithium in the active material, 0<c'<0.3, 0<c'≤0.2, 0.01≤c'≤0.1, 0.02≤c'≤0.08 can be

상기 d'는 활물질 내 리튬을 제외한 금속 원소 중 M2 원소의 원자 분율을 의미하는 것으로, 0≤d'≤0.1 또는 0≤d'≤0.05일 수 있다.Wherein d' refers to the atomic fraction of M 2 element among metal elements other than lithium in the active material, and may be 0≤d'≤0.1 or 0≤d'≤0.05.

상기 양극 활물질은 평균 입경(D50)이 상이한 2종의 양극 활물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 양극 활물질은 평균 입경(D50)이 3㎛ 내지 6㎛인 소립자 양극 활물질과 평균 입경(D50)이 10㎛ 내지 18㎛인 대립자 양극 활물질을 포함할 수 있다. 이 때, 상기 소립자 양극 활물질과 대립자 양극 활물질은 1:9 내지 3:7의 중량비로 포함될 수 있다. 이 경우, 소립자 양극 활물질이 대립자 양극 활물질 사이에 적절히 분포하여 충진률이 우수할 수 있고, 결과적으로, 높은 에너지 밀도를 갖는 양극을 구현할 수 있다.The positive active material may include two types of positive active materials having different average particle diameters (D 50 ). For example, the positive electrode active material may include a small particle positive active material having an average particle diameter (D 50 ) of 3 μm to 6 μm and an opposite positive electrode active material having an average particle diameter (D 50 ) of 10 μm to 18 μm. In this case, the small particle positive electrode active material and the opposite positive electrode active material may be included in a weight ratio of 1:9 to 3:7. In this case, the small particle positive electrode active material may be appropriately distributed between the opposite positive electrode active materials, and thus the filling rate may be excellent, and as a result, a positive electrode having a high energy density may be realized.

상기 양극 활물질은 결정립 크기가 100nm 내지 200nm, 구체적으로 130nm 내지 170nm일 수 있다. 이 경우, 고온 하에서 충방전을 하더라도 입자 깨짐이 발생하지 않아 고온 수명 특성이 개선될 수 있다.The positive active material may have a grain size of 100 nm to 200 nm, specifically 130 nm to 170 nm. In this case, even when charging and discharging under high temperature, particle breakage does not occur, so that high temperature lifespan characteristics can be improved.

양극anode

또한, 본 발명은 상술한 양극 활물질을 포함하는 양극을 제공할 수 있다.In addition, the present invention may provide a positive electrode including the above-described positive electrode active material.

구체적으로, 상기 양극은 양극 집전체, 및 상기 양극 집전체의 적어도 일면에 위치하며, 상기한 양극 활물질을 포함하는 양극 활물질층을 포함한다.Specifically, the positive electrode includes a positive electrode current collector, and a positive electrode active material layer disposed on at least one surface of the positive electrode current collector and including the positive electrode active material.

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

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

상기 양극 활물질은 양극 활물질층 총 중량에 대하여 80중량% 내지 99중량%, 보다 구체적으로는 85중량% 내지 98중량%의 ?t량으로 포함될 수 있다. 상기한 함량 범위로 포함될 때 우수한 용량 특성을 나타낼 수 있다.The positive active material may be included in an amount of 80% to 99% by weight, more specifically, 85% to 98% by weight based on the total weight of the positive active material layer. When included in the above content range, excellent capacity characteristics may be exhibited.

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

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

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

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

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

리튬 이차전지lithium secondary battery

또한, 본 발명은 상기 양극을 포함하는 리튬 이차전지를 제공할 수 있다.In addition, the present invention may provide a lithium secondary battery including the positive electrode.

상기 리튬 이차전지는 구체적으로, 양극, 상기 양극과 대향하여 위치하는 음극, 및 상기 양극과 음극 사이에 개재되는 분리막 및 전해질을 포함하고, 상기 양극은 앞서 설명한 바와 동일하므로, 구체적인 설명을 생략하고, 이하 나머지 구성에 대해서만 구체적으로 설명한다.The lithium secondary battery specifically includes a positive electrode, a negative electrode positioned to face the positive electrode, and a separator and an electrolyte interposed between the positive electrode and the negative electrode, and the positive electrode is the same as described above, so detailed description is omitted, Hereinafter, only the remaining components will be described in detail.

또한, 상기 리튬 이차전지는 상기 양극, 음극, 분리막의 전극 조립체를 수납하는 전지용기, 및 상기 전지용기를 밀봉하는 밀봉 부재를 선택적으로 더 포함할 수 있다.In addition, the lithium secondary battery may optionally further include a battery container for accommodating the electrode assembly of the positive electrode, the negative electrode, and the separator, and a sealing member for sealing the battery container.

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

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

상기 음극 활물질층은 음극 활물질과 함께 선택적으로 바인더 및 도전재를 포함한다.The anode active material layer optionally includes a binder and a conductive material together with the anode active material.

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

상기 음극활물질은 음극 활물질층의 총 중량에 대하여 80중량% 내지 99중량%로 포함될 수 있다.The anode active material may be included in an amount of 80 wt% to 99 wt% based on the total weight of the anode active material layer.

상기 바인더는 도전재, 활물질 및 집전체 간의 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 음극 활물질층의 총 중량에 대하여 0.1중량% 내지 10중량%로 첨가될 수 있다. 이러한 바인더의 예로는, 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 폴리머(EPDM), 술폰화-EPDM, 스티렌-부타디엔 고무, 니트릴-부타디엔 고무, 불소 고무, 이들의 다양한 공중합체 등을 들 수 있다.The binder is a component that assists in bonding between the conductive material, the active material, and the current collector, and may be typically added in an amount of 0.1 wt% to 10 wt% based on the total weight of the anode active material layer. Examples of such binders include polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinyl alcohol, carboxymethylcellulose (CMC), starch, hydroxypropylcellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoro and roethylene, polyethylene, polypropylene, ethylene-propylene-diene polymer (EPDM), sulfonated-EPDM, styrene-butadiene rubber, nitrile-butadiene rubber, fluororubber, and various copolymers thereof.

상기 도전재는 음극활물질의 도전성을 더욱 향상시키기 위한 성분으로서, 음극 활물질층의 총 중량에 대하여 10중량% 이하, 구체적으로는 5중량% 이하로 첨가될 수 있다. 이러한 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서멀 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 휘스커; 산화티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.The conductive material is a component for further improving the conductivity of the anode active material, and may be added in an amount of 10 wt% or less, specifically 5 wt% or less, based on the total weight of the anode active material layer. Such a conductive material 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 black such as acetylene black, Ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and thermal black; conductive fibers such as carbon fibers and metal fibers; metal powders such as carbon fluoride, aluminum, and nickel powder; conductive whiskers such as zinc oxide and potassium titanate; conductive metal oxides such as titanium oxide; Conductive materials such as polyphenylene derivatives may be used.

상기 음극 활물질층은 음극 집전체 상에 음극 활물질, 및 선택적으로 바인더 및 도전재를 용매 중에 용해 또는 분산시켜 제조한 음극 합재를 도포하고 건조함으로써 제조되거나, 또는 상기 음극 합재를 별도의 지지체 상에 캐스팅한 다음, 이 지지체로부터 박리하여 얻은 필름을 음극 집전체 상에 라미네이션함으로써 제조될 수 있다.The negative electrode active material layer is prepared by applying and drying a negative electrode mixture prepared by dissolving or dispersing a negative electrode active material, and optionally a binder and a conductive material in a solvent, on the negative electrode current collector, or casting the negative electrode mixture on a separate support Then, it can be prepared by laminating the film obtained by peeling from the support on the negative electrode current collector.

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

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

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

상기 유기 용매로는 전지의 전기 화학적 반응에 관여하는 이온들이 이동할 수 있는 매질 역할을 할 수 있는 것이라면 특별한 제한 없이 사용될 수 있다. 구체적으로 상기 유기 용매로는, 메틸 아세테이트(methyl acetate), 에틸 아세테이트(ethyl acetate), γ-부티로락톤(γ-butyrolactone), ε-카프로락톤(ε-caprolactone) 등의 에스테르계 용매; 디부틸 에테르(dibutyl ether) 또는 테트라히드로퓨란(tetrahydrofuran) 등의 에테르계 용매; 시클로헥사논(cyclohexanone) 등의 케톤계 용매; 벤젠(benzene), 플루오로벤젠(fluorobenzene) 등의 방향족 탄화수소계 용매; 디메틸카보네이트(dimethylcarbonate, DMC), 디에틸카보네이트(diethylcarbonate, DEC), 메틸에틸카보네이트(methylethylcarbonate, MEC), 에틸메틸카보네이트(ethylmethylcarbonate, EMC), 에틸렌카보네이트(ethylene carbonate, EC), 프로필렌카보네이트(propylene carbonate, PC) 등의 카보네이트계 용매; 에틸알코올, 이소프로필 알코올 등의 알코올계 용매; R-CN(R은 탄소수 2 내지 20의 직쇄상, 분지상 또는 환 구조의 탄화수소기이며, 이중결합 방향 환 또는 에테르 결합을 포함할 수 있다) 등의 니트릴류; 디메틸포름아미드 등의 아미드류; 1,3-디옥솔란 등의 디옥솔란류; 또는 설포란(sulfolane)류 등이 사용될 수 있다. 이중에서도 카보네이트계 용매가 바람직하고, 전지의 충방전 성능을 높일 수 있는 높은 이온전도도 및 고유전율을 갖는 환형 카보네이트(예를 들면, 에틸렌카보네이트 또는 프로필렌카보네이트 등)와, 저점도의 선형 카보네이트계 화합물(예를 들면, 에틸메틸카보네이트, 디메틸카보네이트 또는 디에틸카보네이트 등)의 혼합물이 보다 바람직하다. 이 경우 환형 카보네이트와 사슬형 카보네이트는 약 1:1 내지 약 1:9의 부피비로 혼합하여 사용하는 것이 전해액의 성능이 우수하게 나타날 수 있다. The organic solvent may be used without any particular limitation as long as it can serve as a medium through which ions involved in the electrochemical reaction of the battery can move. Specifically, as the organic solvent, ester solvents such as methyl acetate, ethyl acetate, γ-butyrolactone, ε-caprolactone; ether-based solvents such as dibutyl ether or tetrahydrofuran; ketone solvents such as cyclohexanone; aromatic hydrocarbon solvents such as benzene and fluorobenzene; dimethylcarbonate (DMC), diethylcarbonate (DEC), methylethylcarbonate (MEC), ethylmethylcarbonate (EMC), ethylene carbonate (EC), propylene carbonate, carbonate-based solvents such as PC); alcohol solvents such as ethyl alcohol and isopropyl alcohol; nitriles such as R-CN (R is a linear, branched, or cyclic hydrocarbon group having 2 to 20 carbon atoms, and may contain a double bond aromatic ring or ether bond); amides such as dimethylformamide; dioxolanes such as 1,3-dioxolane; Or sulfolane may be used. Among these, a carbonate-based solvent is preferable, and a cyclic carbonate (eg, ethylene carbonate or propylene carbonate, etc.) having high ionic conductivity and high dielectric constant capable of increasing the charge/discharge performance of the battery, and a low-viscosity linear carbonate-based compound ( For example, a mixture of ethyl methyl carbonate, dimethyl carbonate or diethyl carbonate) is more preferable. In this case, when the cyclic carbonate and the chain carbonate are mixed in a volume ratio of about 1:1 to about 1:9, the electrolyte may exhibit excellent performance.

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

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

상기와 같이 본 발명에 따른 양극 활물질을 포함하는 리튬 이차전지는 우수한 용량, 효율, 수명 및 출력 특성을 나타내기 때문에, 휴대전화, 노트북 컴퓨터, 디지털 카메라 등의 휴대용 기기, 및 하이브리드 전기자동차(hybrid electric vehicle, HEV) 등의 전기 자동차 분야 등에 유용하다.As described above, since the lithium secondary battery including the positive active material according to the present invention exhibits excellent capacity, efficiency, lifespan and output characteristics, portable devices such as mobile phones, notebook computers, digital cameras, and hybrid electric vehicles (hybrid electric vehicles) It is useful in the field of electric vehicles such as vehicle and HEV).

이에 따라, 본 발명에 따르면, 상기 리튬 이차전지를 단위 셀로 포함하는 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩이 제공될 수 있다. Accordingly, according to the present invention, a battery module including the lithium secondary battery as a unit cell and a battery pack including the same can be provided.

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

본 발명의 리튬 이차전지의 외형은 특별한 제한이 없으나, 캔을 사용한 원통형, 각형, 파우치(pouch)형 또는 코인(coin)형 등이 될 수 있다.The external shape of the lithium secondary battery of the present invention is not particularly limited, but may be a cylindrical shape using a can, a prismatic shape, a pouch type, or a coin type.

본 발명에 따른 리튬 이차전지는 소형 디바이스의 전원으로 사용되는 전지셀에 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 다수의 전지셀들을 포함하는 중대형 전지모듈에 단위전지로도 바람직하게 사용될 수 있다.The lithium secondary battery according to the present invention may be used not only in a battery cell used as a power source for a small device, but may also be preferably used as a unit cell in a medium or large battery module including a plurality of battery cells.

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

실시예 및 비교예Examples and Comparative Examples

실시예 1Example 1

Ni0.86Co0.1Mn0.02Al0.02(OH)2로 표시되는 조성을 가지는 전이금속 전구체와 LiOH를 1:1.12의 몰비로 혼합하여 혼합물을 제조하였다. 상기 혼합물을 산소 분위기, 760℃ 하에서 10시간 동안 소성하여 소성품을 제조하였다. 상기 소성품 100g과 탈이온수를 1:1의 중량비로 혼합하고, 25℃에서 5분 동안 수세한 후, 수세한 소성품을 감압 필터를 사용하여 분리하고, 0.1MPa, 130℃의 진공 오븐에서 12시간 동안 진공 열풍 건조한 후, 출력이 650W인 마이크로웨이브를 이용하여 5분 동안 마이크로웨이브 건조하여 Li1.0Ni0.86Co0.1Mn0.02Al0.02O2로 표시되는 조성을 가지는 양극 활물질을 제조하였다.A mixture was prepared by mixing a transition metal precursor having a composition represented by Ni 0.86 Co 0.1 Mn 0.02 Al 0.02 (OH) 2 and LiOH in a molar ratio of 1:1.12. The mixture was fired under an oxygen atmosphere at 760° C. for 10 hours to prepare a fired product. 100 g of the fired product and deionized water were mixed in a weight ratio of 1:1, washed with water at 25° C. for 5 minutes, and then the washed fired product was separated using a reduced pressure filter, and was heated in a vacuum oven at 0.1 MPa and 130° C. After vacuum hot air drying for a period of time, the cathode active material having a composition represented by Li 1.0 Ni 0.86 Co 0.1 Mn 0.02 Al 0.02 O 2 was prepared by microwave drying for 5 minutes using a microwave having an output of 650W.

실시예 2Example 2

마이크로웨이브 건조 시간을 10분으로 조절한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 양극 활물질을 제조하였다.A positive active material was prepared in the same manner as in Example 1, except that the microwave drying time was adjusted to 10 minutes.

실시예 3Example 3

출력이 750W인 마이크로웨이브를 이용한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 양극 활물질을 제조하였다.A cathode active material was prepared in the same manner as in Example 1, except that a microwave having an output of 750 W was used.

비교예 1Comparative Example 1

Ni0.86Co0.1Mn0.02Al0.02(OH)2로 표시되는 조성을 가지는 전이금속 전구체와 LiOH를 1:1.12의 몰비로 혼합하여 혼합물을 제조하였다. 상기 혼합물을 산소 분위기, 760℃ 하에서 10시간 동안 소성하여 소성품을 제조하였다. 상기 소성품 100g과 탈이온수를 1:1의 중량비로 혼합하고, 25℃에서 5분 동안 수세한 후, 수세한 소성품을 감압 필터를 사용하여 분리하고, 상압, 130℃의 오븐에서 12시간 동안 열풍 건조하여 Li1.0Ni0.86Co0.1Mn0.02Al0.02O2로 표시되는 조성을 가지는 양극 활물질을 제조하였다.A mixture was prepared by mixing a transition metal precursor having a composition represented by Ni 0.86 Co 0.1 Mn 0.02 Al 0.02 (OH) 2 and LiOH in a molar ratio of 1:1.12. The mixture was fired under an oxygen atmosphere at 760° C. for 10 hours to prepare a fired product. 100 g of the fired product and deionized water were mixed in a weight ratio of 1:1, washed with water at 25° C. for 5 minutes, and then the washed fired product was separated using a reduced pressure filter, and was placed in an oven at 130° C. under normal pressure for 12 hours. A positive active material having a composition represented by Li 1.0 Ni 0.86 Co 0.1 Mn 0.02 Al 0.02 O 2 was prepared by hot air drying.

비교예 2Comparative Example 2

Ni0.86Co0.1Mn0.02Al0.02(OH)2로 표시되는 조성을 가지는 전이금속 전구체와 LiOH를 1:1.12의 몰비로 혼합하여 혼합물을 제조하였다. 상기 혼합물을 산소 분위기, 760℃ 하에서 10시간 동안 소성하여 소성품을 제조하였다. 상기 소성품 100g과 탈이온수를 1:1의 중량비로 혼합하고, 25℃에서 5분 동안 수세한 후, 수세한 소성품을 감압 필터를 사용하여 분리하고, 0.1MPa, 130℃의 진공 오븐에서 12시간 동안 진공 열풍 건조하여 Li1.0Ni0.86Co0.1Mn0.02Al0.02O2로 표시되는 조성을 가지는 양극 활물질을 제조하였다.A mixture was prepared by mixing a transition metal precursor having a composition represented by Ni 0.86 Co 0.1 Mn 0.02 Al 0.02 (OH) 2 and LiOH in a molar ratio of 1:1.12. The mixture was fired under an oxygen atmosphere at 760° C. for 10 hours to prepare a fired product. 100 g of the fired product and deionized water were mixed in a weight ratio of 1:1, washed with water at 25° C. for 5 minutes, and then the washed fired product was separated using a reduced pressure filter, and was heated in a vacuum oven at 0.1 MPa and 130° C. A positive electrode active material having a composition represented by Li 1.0 Ni 0.86 Co 0.1 Mn 0.02 Al 0.02 O 2 was prepared by vacuum hot air drying for a period of time.

비교예 3Comparative Example 3

Ni0.86Co0.1Mn0.02Al0.02(OH)2로 표시되는 조성을 가지는 전이금속 전구체와 LiOH를 1:1.12의 몰비로 혼합하여 혼합물을 제조하였다. 상기 혼합물을 산소 분위기, 760℃ 하에서 10시간 동안 소성하여 소성품을 제조하였다. 상기 소성품 100g과 탈이온수를 1:1의 중량비로 혼합하고, 25℃에서 5분 동안 수세한 후, 수세한 소성품을 감압 필터를 사용하여 분리하고, 출력이 650W인 마이크로웨이브를 이용하여 10분 동안 마이크로웨이브 건조하여 Li1.0Ni0.86Co0.1Mn0.02Al0.02O2로 표시되는 조성을 가지는 양극 활물질을 제조하였다.A mixture was prepared by mixing a transition metal precursor having a composition represented by Ni 0.86 Co 0.1 Mn 0.02 Al 0.02 (OH) 2 and LiOH in a molar ratio of 1:1.12. The mixture was fired under an oxygen atmosphere at 760° C. for 10 hours to prepare a fired product. 100 g of the fired product and deionized water were mixed in a weight ratio of 1:1, washed with water at 25° C. for 5 minutes, and then the washed fired product was separated using a reduced pressure filter, and 10 using a microwave with an output of 650 W A cathode active material having a composition represented by Li 1.0 Ni 0.86 Co 0.1 Mn 0.02 Al 0.02 O 2 was prepared by microwave drying for minutes.

실험예Experimental example

실험예 1: 양극 활물질에 존재하는 리튬 부산물 평가Experimental Example 1: Evaluation of lithium by-products present in the positive electrode active material

실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 3의 양극 활물질 각각 5g을 증류수 100g에 넣고 5분 동안 혼합한 후, 필터링을 진행하였다. 필터링 후, pH 미터를 이용하여 적정법(0.1N HCl 이용)으로 증류수에 녹아있는 Li2CO3 및 LiOH의 양을 측정하였고, 이를 표 1에 나타내었다.5 g of each of the positive active materials of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3 were added to 100 g of distilled water and mixed for 5 minutes, followed by filtering. After filtering, the amounts of Li 2 CO 3 and LiOH dissolved in distilled water were measured by a titration method (using 0.1N HCl) using a pH meter, which is shown in Table 1.

LiOH (중량%)LiOH (wt%) Li2CO3 (중량%)Li 2 CO 3 (wt%) 실시예 1Example 1 0.250.25 0.30.3 실시예 2Example 2 0.160.16 0.20.2 실시예 3Example 3 0.140.14 0.150.15 비교예 1Comparative Example 1 0.40.4 0.60.6 비교예 2Comparative Example 2 0.30.3 0.40.4 비교예 3Comparative Example 3 0.280.28 0.360.36

상기 표 1을 참조하면, 실시예 1 내지 3의 양극 활물질은 진공 열풍 건조 방식 및 마이크로웨이브 건조 방식을 모두 포함하는 건조 공정을 통해 제조되어, 표면 및 내부 구조에 있는 수분을 효과적으로 제거할 수 있으므로, 비교예 1 내지 3의 양극 활물질에 비해 Li2CO3와 LiOH가 모두 소량 존재하는 것을 확인할 수 있다.Referring to Table 1, the positive electrode active materials of Examples 1 to 3 are manufactured through a drying process including both a vacuum hot air drying method and a microwave drying method, so that moisture in the surface and internal structure can be effectively removed, It can be seen that both Li 2 CO 3 and LiOH are present in small amounts compared to the cathode active materials of Comparative Examples 1 to 3.

실험예 2: 반쪽 전지 특성 평가Experimental Example 2: Evaluation of half-cell characteristics

실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 3에서 제조한 양극 활물질을 이용하여 반쪽 전지를 제조하였고, 반쪽 전지 각각에 대하여 초기 충방전 용량, 초기 효율, 수명 특성, 저항 특성, 출력 특성을 평가하였다.Half cells were prepared using the positive active materials prepared in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3, and initial charge/discharge capacity, initial efficiency, lifespan characteristics, resistance characteristics, and output characteristics were evaluated for each of the half cells.

먼저, 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 3에서 제조한 양극 활물질 각각과, 카본블랙 도전재 및 PVdF 바인더를 97.5:1.0:1.5의 중량비로 NMP 용매 중에서 혼합하여 양극 슬러리를 제조하였다. 상기 양극 슬러리를 알루미늄 집전체(두께: 12㎛)의 일면에 도포하고, 130℃에서 건조한 후, 압연하여 양극을 제조하였다. 한편, 음극으로 Li metal disk를 사용하였다. 상기에서 제조한 양극과 음극 사이에 분리막을 개재하여 전극 조립체를 제조한 다음, 이를 전지 케이스 내부에 위치시킨 후, 상기 케이스 내부로 전해액을 주입하여 리튬 이차전지를 제조하였다. 이때, 전해액으로서 EC/EMC (5/5, vol%) 유기 용매에 1M의 LiPF6를 용해시킨 전해액을 주입하여, 반쪽 전지를 제조하였다.First, each of the positive electrode active materials prepared in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3, a carbon black conductive material and a PVdF binder were mixed in an NMP solvent in a weight ratio of 97.5:1.0:1.5 to prepare a positive electrode slurry. The positive electrode slurry was applied to one surface of an aluminum current collector (thickness: 12 μm), dried at 130° C., and then rolled to prepare a positive electrode. Meanwhile, a Li metal disk was used as the anode. An electrode assembly was prepared by interposing a separator between the positive electrode and the negative electrode prepared above, and then placed inside the battery case, and then the electrolyte was injected into the case to prepare a lithium secondary battery. At this time, an electrolytic solution obtained by dissolving 1M LiPF 6 in an EC/EMC (5/5, vol%) organic solvent as an electrolytic solution was injected to prepare a half-cell.

상기와 같이 제조된 반쪽 전지를 25℃에서 0.2C의 정전류로 전압이 4.25V가 될 때까지 충전하고, 그런 다음, 전압이 2.5V에 이를 때까지 0.2C 정전류로 방전하였다. 초기 충전 용량과 초기 방전 용량 값을 하기 표 2에 나타내었고, 초기 충전 용량에 대한 초기 방전 용량의 비율을 초기 효율(@0.2C)로 하여 이를 하기 표 2 나타내었다. 충방전 시 C-rate를 1.0C, 2.0C로 조절한 것을 제외하고, 상술한 바와 동일한 방법으로 초기 효율(@1.0C) 및 초기 효율(@2.0C)을 구하여, 이를 하기 표 2에 나타내었다.The half-cell prepared as described above was charged at 25°C with a constant current of 0.2C until the voltage reached 4.25V, and then discharged at a constant current of 0.2C until the voltage reached 2.5V. The values of the initial charging capacity and the initial discharging capacity are shown in Table 2 below, and the ratio of the initial discharge capacity to the initial charging capacity is shown in Table 2 below as the initial efficiency (@0.2C). The initial efficiency (@1.0C) and the initial efficiency (@2.0C) were obtained in the same manner as described above, except that the C-rate was adjusted to 1.0C and 2.0C during charging and discharging, and it is shown in Table 2 below. .

초기 충전 용량(@0.2C)
(mAh/g)
Initial Charge Capacity (@0.2C)
(mAh/g)
초기 방전 용량(@0.2C)
(mAh/g)
Initial discharge capacity (@0.2C)
(mAh/g)
초기 효율(@0.2C)
(%)
Initial Efficiency (@0.2C)
(%)
초기 효율(@1.0C)
(%)
Initial Efficiency (@1.0C)
(%)
초기 효율(@2.0C)
(%)
Initial Efficiency (@2.0C)
(%)
실시예 1Example 1 232.8232.8 205.4205.4 88.288.2 90.490.4 85.585.5 실시예 2Example 2 232.6232.6 209.6209.6 90.190.1 92.892.8 88.188.1 실시예 3Example 3 232.9232.9 212.2212.2 91.191.1 93.693.6 89.889.8 비교예 1Comparative Example 1 226.4226.4 192.4192.4 85.085.0 85.285.2 78.678.6 비교예 2Comparative Example 2 231.6231.6 200.6200.6 86.686.6 88.188.1 83.283.2 비교예 3Comparative Example 3 231.8231.8 202.2202.2 87.287.2 89.089.0 84.184.1

또한, 45℃, 2.5~4.25V 범위에서 0.3C 정전류로 충방전 사이클을 30회 반복 실시하며 반쪽 전지의 용량을 측정하였고, 특히 1번째 사이클 용량에 대한 N번째 사이클 용량의 비율을 용량 유지율(Capacity Retention, %)로 하여 이를 도 1에 나타내었다. 그리고, 1번째 방전 사이클에서 구한 DCIR에 대한 N번째 방전 사이클에서 구한 DCIR의 비율을 저항 증가율(△DCIR, %)로 하여 이를 도 2에 나타내었다.In addition, the capacity of the half battery was measured by repeating the charge/discharge cycle 30 times with a constant current of 0.3C in the range of 45°C and 2.5 to 4.25V. Retention, %) as shown in FIG. 1 . And, the ratio of the DCIR obtained in the Nth discharge cycle to the DCIR obtained in the first discharge cycle is the resistance increase rate (ΔDCIR, %), and this is shown in FIG. 2 .

마지막으로, 상기와 같이 제조된 반쪽 전지에 대하여, -10℃(저온) 및 25℃(상온) 각각에서 △SOC 30(SOC 35%에서 SOC 20%)만큼 방전하였고, 1,350초 동안 0.4C IR drop을 통해 전압 값의 변화를 확인하여, 이를 하기 표 3에 나타내었다. Finally, for the half-cell prepared as described above, ΔSOC 30 (SOC 35% to SOC 20%) was discharged at -10 °C (low temperature) and 25 °C (room temperature), respectively, and 0.4C IR drop for 1,350 seconds to confirm the change in the voltage value, and it is shown in Table 3 below.

IR drop (△V)IR drop (ΔV) at -10℃at -10℃ at 25℃at 25℃ 실시예 1Example 1 0.290.29 0.140.14 실시예 2Example 2 0.220.22 0.110.11 실시예 3Example 3 0.170.17 0.090.09 비교예 1Comparative Example 1 0.530.53 0.30.3 비교예 2Comparative Example 2 0.420.42 0.20.2 비교예 3Comparative Example 3 0.340.34 0.180.18

상기 표 2, 3 및 도 1, 2를 참조하면, 실시예 1 내지 3의 양극 활물질은 본 발명의 양극 활물질의 제조방법에 따라 제조되어 비교예 1 내지 3의 양극 활물질과 표면에 있는 잔류 수분이 제거되어 표면 구조가 더 안정하다는 점에서 차이가 있으며, 이에 따라, 실시예 1 내지 3의 양극 활물질을 포함하는 전지의 용량, 효율, 용량 유지율, 저온 및 상온 출력 특성이 모두 우수한 것을 확인할 수 있다.Referring to Tables 2 and 3 and FIGS. 1 and 2, the positive active materials of Examples 1 to 3 were prepared according to the method for preparing the positive active material of the present invention, and the positive active materials of Comparative Examples 1 to 3 and residual moisture on the surface were There is a difference in that the surface structure is more stable because it is removed, and accordingly, it can be confirmed that the capacity, efficiency, capacity retention rate, and low temperature and room temperature output characteristics of the batteries including the positive active materials of Examples 1 to 3 are all excellent.

Claims (10)

(A) 전이금속 수산화물 또는 전이금속 옥시수산화물을 포함하는 전이금속 전구체와 리튬 함유 원료 물질을 혼합한 후 소성하여 소성품을 제조하는 단계; 및
(B) 상기 소성품을 수세 용액으로 수세한 후 건조하여 리튬 전이금속 산화물을 제조하는 단계;를 포함하고,
상기 건조는 진공 열풍 건조 및 마이크로웨이브 건조를 포함하는 것인 양극 활물질의 제조방법.
(A) mixing a transition metal precursor including a transition metal hydroxide or a transition metal oxyhydroxide and a lithium-containing raw material, followed by firing to prepare a fired product; and
(B) washing the fired product with a water washing solution and drying it to prepare a lithium transition metal oxide;
The drying is a method of manufacturing a positive electrode active material comprising vacuum hot air drying and microwave drying.
청구항 1에 있어서,
상기 전이금속 전구체는 하기 화학식 1 또는 하기 화학식 2로 표시되는 조성을 가지는 것인 양극 활물질의 제조방법:
[화학식 1]
[NiaCobM1 cM2 d](OH)2
[화학식 2]
[NiaCobM1 cM2 d]O·OH
상기 화학식 1 및 화학식 2에서,
상기 M1은 Mn 및 Al 중에서 선택되는 1종 이상이고,
상기 M2는 B, Mg, Ca, Ti, V, Cr, Fe, Zn, Ga, Y, Zr, Nb, Mo, Ta 및 W 중에서 선택되는 1종 이상이며,
0.7≤a<1, 0<b<0.3, 0<c<0.3, 0≤d≤0.1, a+b+c+d=1이다.
The method according to claim 1,
The transition metal precursor is a method for producing a cathode active material having a composition represented by the following Chemical Formula 1 or the following Chemical Formula 2:
[Formula 1]
[Ni a Co b M 1 c M 2 d ](OH) 2
[Formula 2]
[Ni a Co b M 1 c M 2 d ]O OH
In Formula 1 and Formula 2,
Wherein M 1 is at least one selected from Mn and Al,
The M 2 is at least one selected from B, Mg, Ca, Ti, V, Cr, Fe, Zn, Ga, Y, Zr, Nb, Mo, Ta and W,
0.7≤a<1, 0<b<0.3, 0<c<0.3, 0≤d≤0.1, a+b+c+d=1.
청구항 1에 있어서,
상기 건조는 진공 열풍 건조 후, 마이크로웨이브 건조하는 것인 양극 활물질의 제조방법.
The method according to claim 1,
The drying is a method of producing a positive electrode active material that is vacuum dried after hot air drying, microwave drying.
청구항 1에 있어서,
상기 진공 열풍 건조는 100℃ 내지 200℃의 온도 하에서 수행하는 것인 양극 활물질의 제조방법.
The method according to claim 1,
The vacuum hot air drying method for producing a positive electrode active material is performed under a temperature of 100 ℃ to 200 ℃.
청구항 1에 있어서,
상기 진공 열풍 건조는 0.05MPa 내지 0.15MPa의 압력 하에서 수행하는 것인 양극 활물질의 제조방법.
The method according to claim 1,
The vacuum hot air drying method for producing a positive electrode active material is performed under a pressure of 0.05 MPa to 0.15 MPa.
청구항 1에 있어서,
상기 진공 열풍 건조는 0.06MPa 내지 0.12MPa의 압력 하에서 수행하는 것인 양극 활물질의 제조방법.
The method according to claim 1,
The vacuum hot air drying method for producing a positive electrode active material is performed under a pressure of 0.06 MPa to 0.12 MPa.
청구항 1에 있어서,
상기 진공 열풍 건조 시간은 5시간 내지 30시간인 양극 활물질의 제조방법.
The method according to claim 1,
The vacuum hot air drying time is a method of manufacturing a positive electrode active material of 5 to 30 hours.
청구항 1에 있어서,
상기 마이크로웨이브 건조는 출력이 600W 내지 1,000W인 마이크로웨이브를 이용하여 수행하는 것인 양극 활물질의 제조방법.
The method according to claim 1,
The microwave drying is a method of manufacturing a cathode active material that is performed using a microwave having an output of 600W to 1,000W.
청구항 1에 있어서,
상기 마이크로웨이브 건조는 출력이 600W 내지 800W인 마이크로웨이브를 이용하여 수행하는 것인 양극 활물질의 제조방법.
The method according to claim 1,
The microwave drying is a method of manufacturing a cathode active material that is performed using a microwave having an output of 600W to 800W.
청구항 1에 있어서,
상기 마이크로웨이브 건조 시간은 5분 내지 30분인 양극 활물질의 제조방법.
The method according to claim 1,
The microwave drying time is a method of producing a positive electrode active material of 5 minutes to 30 minutes.
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