KR20230065075A - Electrode active material having pores, preparation method thereof, and electrode and secondary battery comprising the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기공 함유 전극 활물질, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 전극 및 이차전지에 관한 것이다.The present invention relates to a pore-containing electrode active material, a method for preparing the same, and an electrode and a secondary battery including the same.

Description

기공 함유 전극 활물질, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 전극 및 이차전지{Electrode active material having pores, preparation method thereof, and electrode and secondary battery comprising the same}Electrode active material having pores, preparation method thereof, and electrode and secondary battery comprising the same}

본 발명은 기공 함유 전극 활물질, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 전극 및 이차전지에 관한 것이다.The present invention relates to a pore-containing electrode active material, a method for preparing the same, and an electrode and a secondary battery including the same.

휴대전화, 노트북 컴퓨터, 및 캠코더 등의 휴대용 기기의 소형화 및 박형화 추세에 따라 이들 기기의 에너지원으로 사용되는 일반 이차전지나 리튬 이차전지 등에 대한 수요가 높아지는 동시에 이들 이차전지의 고용량화가 요구되고 있다.With the trend of miniaturization and thinning of portable devices such as mobile phones, notebook computers, and camcorders, demand for general secondary batteries or lithium secondary batteries used as energy sources for these devices is increasing, and at the same time, high capacity of these secondary batteries is required.

현재 상용화되고 있는 일반적인 리튬 이차전지는 양극 활물질(cathode active materials)로 리튬-코발트계 금속 산화물이 사용되고, 음극 활물질(anode active materials)로 탄소가 사용되고 있다. 상기 리튬-코발트계 금속 산화물은 합성이 비교적 용이하고, 안정성 및 사이클 특성이 우수하지만, 전지의 고용량화 기술에 적용되기에는 한계가 있다.In a typical lithium secondary battery that is currently being commercialized, a lithium-cobalt-based metal oxide is used as a cathode active material and carbon is used as an anode active material. The lithium-cobalt-based metal oxide is relatively easy to synthesize and has excellent stability and cycle characteristics, but has limitations in application to high-capacity battery technologies.

한편, 전고체전지(All-Solid-State Battery)는 양극, 전해질 및 음극을 포함하는 전지 구성요소 가운데 액체 전해질을 고체전해질로 대체한 것을 말한다. 전고체 이차전지는 액체 전해질에 비해 전지의 폭발이나 화재의 위험성이 없고, 제조 공정이 단순화되며 고에너지 밀도화 가능성에서 차세대 이차전지로 주목받고 있다. 즉, 전고체 전지는 종래의 가연성의 유기용매를 사용하는 리튬전지에 비해 안전성이 높은 장점이 있다.Meanwhile, an all-solid-state battery refers to a battery in which a liquid electrolyte is replaced with a solid electrolyte among battery components including a positive electrode, an electrolyte, and a negative electrode. All-solid-state secondary batteries are attracting attention as next-generation secondary batteries because they do not have the risk of battery explosion or fire compared to liquid electrolytes, simplify the manufacturing process, and have high energy density. That is, the all-solid-state battery has the advantage of higher safety compared to conventional lithium batteries using flammable organic solvents.

그러나, 전고체 이차전지는 양극 및 음극뿐만 아니라 전해질 등 모든 구성성분들이 고체상태이기 때문에, 액체 전해질에 비하여 이온의 이동시에 전극들과의 저항이 크고, 이로 인한 열화현상으로 접촉된 부분이 탈리되는 문제점 등에 의하여 전해질과 전극 간의 결속력이 약화되고, 전도성이 나빠지는 경향이 있다. 특히, 기존의 전고체 전지 개발을 위해 제작된 고체전해질에 있어서 전극과의 적층시, 각 파트간의 결속력이 크지 않아 전지로 제작 후에 경계에서의 저항이 상당히 크게 나타나기 때문에 합제된 고체전해질의 성능을 100% 발휘하지 못하는 경향을 나타내었다. 또한 전지의 전극에 해당하는 집전체와 전해질의 경계에서 생기는 저항에 의하여 전지의 성능저하가 급격하게 일어난다. 집전체의 전자전도도가 높을지라도 전해질과 전극 활물질과의 계면에서 전자 전도도가 낮으면 전체적인 전도도의 역량이 낮아질 수 있으며, 이는 전고체전해질을 사용할 경우 고체전해질에서 집전체 전극으로 전도되는 이온 및 전자의 접촉면적에 제한을 받아 저항이 증가하게 되어 전도성이 낮아지는 문제점이 있다. 이에 따라, 전고체 전지의 성능은 고체전해질의 이온전도도 및 전해질과 전극활물질의 계면 특성에 의해서 좌우된다.However, since all components of the solid-state secondary battery, such as the positive and negative electrodes as well as the electrolyte, are in a solid state, the resistance between the electrodes is greater during the movement of ions than the liquid electrolyte, and the contacted portion is detached due to the deterioration. Due to problems, etc., the binding force between the electrolyte and the electrode is weakened, and the conductivity tends to deteriorate. In particular, in the solid electrolyte manufactured for the development of the existing all-solid-state battery, when stacking with the electrode, the binding force between each part is not large, so the resistance at the boundary appears quite large after fabrication of the battery, so the performance of the mixed solid electrolyte is 100 It showed a tendency not to exert %. In addition, the performance of the battery rapidly deteriorates due to the resistance generated at the boundary between the current collector corresponding to the electrode of the battery and the electrolyte. Even if the electronic conductivity of the current collector is high, if the electronic conductivity is low at the interface between the electrolyte and the electrode active material, the overall conductivity capacity may be lowered. There is a problem in that the resistance increases due to the limited contact area and the conductivity decreases. Accordingly, the performance of an all-solid-state battery is influenced by the ionic conductivity of the solid electrolyte and the interface characteristics between the electrolyte and the electrode active material.

본 발명은 중심에 빈 공간을 가지며, 외부표면은 물론 내부표면까지 리튬확산층이 코팅된 마이크로입자를 양극 활물질로 사용하여 충방전에 의해 입자가 깨지더라도 고체전해질과의 접촉을 충분히 이룰 수 있는 개선된 성능의 양극 활물질 및 이를 포함하는 리튬 이차전지, 예컨대, 전고체 이차전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has an empty space in the center and uses microparticles coated with a lithium diffusion layer on the outer surface as well as the inner surface as a cathode active material to achieve an improved contact with a solid electrolyte even if the particles are broken by charging and discharging. An object of the present invention is to provide a high-performance positive electrode active material and a lithium secondary battery including the same, for example, an all-solid-state secondary battery.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 니켈을 70 내지 98몰%로, 선택적으로 코발트 및 망간을 각각 0 내지 15몰% 및 0 내지 15몰% 비율로 포함하는, 평균 직경 6 내지 10 μm의 층상구조를 가지며, 중심에 1 내지 3 μm 직경의 빈 공간을 포함하고, 일차 입자 사이 및 이차 입자 표면부에 리튬확산층이 코팅된 입자인, 전극 활물질이 제공된다.According to one embodiment of the present invention, a layer structure having an average diameter of 6 to 10 μm containing 70 to 98 mol% of nickel and optionally 0 to 15 mol% and 0 to 15 mol% of cobalt and manganese, respectively. An electrode active material is provided, which is a particle having an empty space having a diameter of 1 to 3 μm in the center and coated with a lithium diffusion layer between primary particles and on the surface of the secondary particles.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 리튬확산층은 LiNbO3, Li0.5La0.5TiO3(lithium lanthanum titanate; LLTO), Li4Ti5O12, Li2ZrO3, Li3PO4, LiTa2O8, 또는 이들의 조합으로 된 것인, 전극 활물질이 제공된다.According to one embodiment of the present invention, the lithium diffusion layer is LiNbO 3 , Li 0.5 La 0.5 TiO 3 (lithium lanthanum titanate; LLTO), Li 4 Ti 5 O 12 , Li 2 ZrO 3 , Li 3 PO 4 , LiTa 2 O 8 , or a combination thereof, an electrode active material is provided.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 전극 활물질은 리튬 이차전지용 양극 활물질인 것인, 전극 활물질이 제공된다.According to one embodiment of the present invention, the electrode active material is a positive electrode active material for a lithium secondary battery, an electrode active material is provided.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 전극 활물질은 전고체전지용(all solid state battery) 양극 활물질인 것인, 전극 활물질이 제공된다.According to one embodiment of the present invention, the electrode active material is an electrode active material that is a positive electrode active material for an all solid state battery.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 니켈을 70 내지 98몰%로, 선택적으로 코발트 및 망간을 각각 0 내지 15몰% 및 0 내지 15몰%의 비율로 포함하는, 내부 밀도가 낮으며, 탭 밀도가 1.4 내지 1.9 g/cm3이며, 합성 초기 1시간 성장 후 전구체 크기가 4 내지 6 μm이며, 성장 시간이 10시간 이상 25시간 이하인 전구체를 700 내지 800℃의 온도에서 처리하여 비표면적이 0.8 내지 1.5 m2/g이고, 내부에 기공을 갖는 양극활물질 중간체를 합성하는 제1단계; 및 상기 양극활물질 중간체에 리튬 및 리튬확산층을 형성할 수 있는 원료물질을 혼합하여 400℃ 내지 800℃에서 처리하여 리튬확산층을 코팅하는 제2단계를 포함하는, 전극 활물질의 제조방법이 제공된다.According to one embodiment of the present invention, the internal density is low and the tap density is low, including nickel at 70 to 98 mol%, and optionally cobalt and manganese at 0 to 15 mol% and 0 to 15 mol%, respectively. is 1.4 to 1.9 g/cm 3 , the precursor size is 4 to 6 μm after growth for 1 hour at the beginning of synthesis, and the growth time is 10 hours or more and 25 hours or less by treating the precursor at a temperature of 700 to 800 ° C. to obtain a specific surface area of 0.8 to 6 μm 1.5 m 2 /g, a first step of synthesizing a cathode active material intermediate having pores therein; and a second step of coating the lithium diffusion layer by mixing lithium and a raw material capable of forming a lithium diffusion layer with the cathode active material intermediate and treating it at 400° C. to 800° C. There is provided.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 니켈을 70 내지 98몰%로, 선택적으로 코발트 및 망간을 각각 0 내지 15몰% 및 0 내지 15몰%의 비율로 포함하는 평균 직경 6 내지 10 μm의 층상구조를 가지며, 중심에 1 내지 3 μm 직경의 빈 공간을 포함하고, 입자의 표면으로부터 내부 표면까지 리튬확산층이 코팅된 입자인 전극 활물질, 도전재 및 결합제를 함유하는 이차전지 전극이 제공된다.According to one embodiment of the present invention, a layered structure having an average diameter of 6 to 10 μm containing 70 to 98 mol% of nickel and, optionally, 0 to 15 mol% and 0 to 15 mol% of cobalt and manganese, respectively. A secondary battery electrode containing an electrode active material, a conductive material, and a binder is provided, which is a particle having an empty space with a diameter of 1 to 3 μm in the center and coated with a lithium diffusion layer from the surface to the inner surface of the particle.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 전극은 집전체 상에 결착된 것인, 이차전지 전극이 제공된다.According to one embodiment of the present invention, a secondary battery electrode is provided in which the electrode is bound on a current collector.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 니켈을 70 내지 98몰%로, 선택적으로 코발트 및 망간을 각각 0 내지 15몰% 및 0 내지 15몰%의 비율로 포함하는 평균 직경 6 내지 10 μm의 층상구조를 가지며, 중심에 1 내지 3 μm 직경의 빈 공간을 포함하고, 입자의 표면으로부터 내부 표면까지 리튬확산층이 코팅된 입자인 양극 활물질을 포함하여 형성된 양극, 이와 대면하여 위치하는 음극, 및 상기 양극과 음극 사이에 위치하는 고체전해질을 포함하는 단위 셀을 하나 이상 포함하는 전고체 이차전지가 제공된다.According to one embodiment of the present invention, a layered structure having an average diameter of 6 to 10 μm containing 70 to 98 mol% of nickel and, optionally, 0 to 15 mol% and 0 to 15 mol% of cobalt and manganese, respectively. A positive electrode formed by including a positive electrode active material, which is a particle having an empty space with a diameter of 1 to 3 μm in the center and coated with a lithium diffusion layer from the surface to the inner surface of the particle, a negative electrode positioned facing the positive electrode, and the positive electrode An all-solid-state secondary battery including one or more unit cells including a solid electrolyte positioned between cathodes is provided.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 하나 이상의 단위 셀이 직렬로 연결된 것인, 이차전지가 제공된다.According to one embodiment of the present invention, a secondary battery is provided in which one or more unit cells are connected in series.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 25℃에서 100회 반복하여 충방전시 초기 용량을 기준으로 85% 이상의 용량을 유지하는 것인, 이차전지가 제공된다.According to one embodiment of the present invention, there is provided a secondary battery that maintains capacity of 85% or more based on the initial capacity during charging and discharging at 25° C. 100 times.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 중심에 빈 공간을 가지며, 외부표면은 물론 내부표면까지 리튬확산층이 코팅된 마이크로입자를 양극 활물질을 사용함으로써 충방전에 의해 입자가 깨지더라도 고체전해질과의 접촉을 충분히 이룰 수 있어, 안정성이 우수하며 에너지 밀도가 높은 전고체 이차전지에의 활용이 가능하다.According to an embodiment of the present invention, microparticles having an empty space in the center and coated with a lithium diffusion layer on the outer surface as well as the inner surface are used as the cathode active material, thereby preventing contact with the solid electrolyte even if the particles are broken by charging and discharging. This can be achieved sufficiently, so that it can be used for all-solid-state secondary batteries with excellent stability and high energy density.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 양극 활물질 조성물의 구성을 나타낸 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 양극 활물질을 포함하여 구성한 전고체 전지의 율별 용량특성을 나타낸 도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 양극 활물질을 포함하여 구성한 전고체 전지의 25℃에서의 수명을 나타낸 그래프이다.
1 is a schematic diagram showing the configuration of a positive electrode active material composition according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram showing capacity characteristics by rate of an all-solid-state battery configured including a cathode active material according to an embodiment of the present invention.
3 is a graph showing the lifespan at 25° C. of an all-solid-state battery including a cathode active material according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Since the present invention may have various changes and various forms, specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the text. However, it should be understood that this is not intended to limit the present invention to the specific disclosed form, and includes all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.In this application, the terms "include" or "have" are intended to designate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, but one or more other features It should be understood that it does not preclude the possibility of the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

본 발명의 제1양태는 니켈을 70 내지 98몰%로, 선택적으로 코발트 및 망간을 각각 0 내지 15몰% 및 0 내지 15몰% 비율로 포함하는, 평균 직경 6 내지 10 μm의 층상구조를 가지며, 중심에 1 내지 3 μm 직경의 빈 공간을 포함하고, 일차 입자 사이 및 이차 입자 표면부에 리튬확산층이 코팅된 입자인, 전극 활물질을 제공한다.The first aspect of the present invention has a layered structure containing 70 to 98 mol% of nickel and optionally 0 to 15 mol% and 0 to 15 mol% of cobalt and manganese, respectively, and having an average diameter of 6 to 10 μm. , Provided is an electrode active material comprising an empty space having a diameter of 1 to 3 μm in the center and coated with a lithium diffusion layer between primary particles and on the surface of the secondary particles.

상기 이차 입자는 통상 활물질 입자라 불리는 다결정 입자로서, 이를 구성하는 단결정을 일차 입자라 지칭할 수 있다. 이때, 단결정 형태의 일차 입자는 약 100 내지 500 nm 정도의 크기를 갖는 입자이며, 이들 일차 입자가 모여 활물질 입자인 이차 입자를 형성할 수 있다.The secondary particle is a polycrystalline particle commonly called an active material particle, and a single crystal constituting the secondary particle may be referred to as a primary particle. At this time, the primary particles in the form of a single crystal are particles having a size of about 100 to 500 nm, and these primary particles may gather to form secondary particles that are active material particles.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 중심에 빈 공간을 가지며, 외부표면은 물론 내부표면까지 리튬확산층이 코팅된 마이크로입자를 양극 활물질을 사용함으로써 6 μm 이상의 크기를 갖는 입자를 사용함에도 고체전해질과 우수한 접촉율을 나타내어 향상된 출력특성을 나타내며, 내부 리튬확산층을 통해 수명특성도 우수할 뿐만 아니라 고율충전특성이 확보되어 전고체 전지에 적용시 그 성능을 크게 향상시킬 수 있다.According to an embodiment of the present invention, microparticles having an empty space in the center and coated with a lithium diffusion layer on the outer surface as well as the inner surface are used as the cathode active material, so that even though particles having a size of 6 μm or more are used, a solid electrolyte and excellent It exhibits improved output characteristics by showing a contact rate, and not only has excellent life characteristics through the internal lithium diffusion layer, but also has high rate charging characteristics, so that its performance can be greatly improved when applied to an all-solid-state battery.

상기와 같이 형성된 이차 입자는 상대적으로 큰 크기를 가짐에도 외부표면은 물론 내부표면까지 리튬확산층으로 코팅되어 충방전시 입자가 파괴되더라도 전해질과의 접촉을 유지할 수 있어 향상된 출력 특성을 발휘할 수 있다. Although the secondary particles formed as described above have a relatively large size, they are coated with a lithium diffusion layer on the outer surface as well as the inner surface, so that even if the particles are destroyed during charging and discharging, they can maintain contact with the electrolyte, thereby exhibiting improved output characteristics. there is

예컨대, 상기 리튬확산층은 표면에 균일하게 코팅되는 것이 바람직하며, 그 소재로는 고체전해질과 부반응이 적고, 전기전도성을 가지며, 리튬확산계수가 우수한 물질을 선택할 수 있다. 예컨대, 상기 리튬확산층 소재는 LiNbO3, Li0.5La0.5TiO3(lithium lanthanum titanate; LLTO), Li4Ti5O12, Li2ZrO3, Li3PO4, LiTa2O8, 또는 이들의 조합일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.For example, it is preferable that the lithium diffusion layer is uniformly coated on the surface, and a material that has little side reaction with a solid electrolyte, has electrical conductivity, and has an excellent lithium diffusion coefficient can be selected as the material. For example, the lithium diffusion layer material is LiNbO 3 , Li 0.5 La 0.5 TiO 3 (lithium lanthanum titanate; LLTO), Li 4 Ti 5 O 12 , Li 2 ZrO 3 , Li 3 PO 4 , LiTa 2 O 8 , or a combination thereof. It may be, but is not limited thereto.

예컨대, 본 발명의 전극 활물질은 리튬 이차전지용 양극 활물질일 수 있다.For example, the electrode active material of the present invention may be a cathode active material for a lithium secondary battery.

본 발명의 용어, "이차전지"는 이전에 축전지(accumulator)라 불리기도 했으며, 영어로는 secondary cell, storage battery 또는 rechargeable battery라는 명칭을 가지며, 외부의 전기 에너지를 화학 에너지의 형태로 바꾸어 저장해 두었다가 필요할 때에 전기를 만들어 내는 장치를 지칭한다. 방전 후 충전하여 여러번 재사용할 수 있으므로 충전식 전지라고도 불린다. 이차전지의 예로는 납 축전지, 니켈-카드뮴 전지(NiCd), 니켈-메탈 수소 전지(Ni-MH), 리튬 이온 전지(Li-ion), 리튬 이온 폴리머 전지(Li-ion polymer)가 있다.The term "secondary battery" of the present invention has previously been called an accumulator, and has a name of secondary cell, storage battery, or rechargeable battery in English, and converts external electrical energy into a form of chemical energy and stores it. A device that generates electricity when needed. It is also called a rechargeable battery because it can be reused many times by charging after discharging. Examples of secondary batteries include lead acid batteries, nickel-cadmium batteries (NiCd), nickel-metal hydride batteries (Ni-MH), lithium ion batteries (Li-ion), and lithium ion polymer batteries (Li-ion polymer).

본 발명의 용어, "리튬 이차전지"는 이온 상태로 존재하는 리튬 이온이 방전 시에는 양극에서 음극으로 이동하고, 충전시에는 음극에서 양극으로 이동하면서 전기를 생성하는 전지이다. 리튬 이차 전지의 성능은 양극 재료의 리튬 이온 활성화 능력 및 음극 재료에서 리튬 이온을 삽입할 수 있는 충분한 공간의 존재에 의해 좌우된다. 특히, 리튬은 양극 활물질에 포함되어 있기 때문에, 양극 활물질이 리튬 이차 전지의 성능을 실질적으로 좌우한다.As used herein, the term "lithium secondary battery" refers to a battery in which lithium ions existing in an ionic state move from the positive electrode to the negative electrode during discharging and from the negative electrode to the positive electrode during charging to generate electricity. The performance of a lithium secondary battery depends on the ability of a positive electrode material to activate lithium ions and the presence of sufficient space in the negative electrode material to insert lithium ions. In particular, since lithium is included in the cathode active material, the cathode active material substantially influences the performance of the lithium secondary battery.

이때, 양극 활물질은 일반적으로 전이금속산화물로 구성되는데, 이는 리튬 탈삽입시 전하 중성상태를 만족하기 위한 산화수의 변화가 필수적이기 때문이다. 양극 활물질로 요구되는 특성은 높은 작동전압, 충전 및 방전 중 작은 분극, 높은 용량 및 효율, 수명 특성, 전해액과의 안정성이 고려되어야 한다.At this time, the cathode active material is generally composed of a transition metal oxide, because a change in oxidation number to satisfy a charge neutral state is essential during lithium deintercalation. Characteristics required of a cathode active material include high operating voltage, small polarization during charging and discharging, high capacity and efficiency, life characteristics, and stability with an electrolyte solution.

예컨대, 상기 전극 활물질은 전고체전지용 양극 활물질일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.For example, the electrode active material may be a cathode active material for an all-solid-state battery, but is not limited thereto.

전술한 바와 같이, 본 발명의 전극 활물질은 상대적으로 큰 입자 크기를 가짐에도 외부표면으로부터 내부표면까지 리튬확산층이 코팅되어 고체전해질과의 접촉에 유리하며 충방전시 입자가 깨지더라도 전해질과의 접촉을 유지하여 개선된 출력특성을 나타낼 수 있으므로 안정성이 우수하며 에너지밀도가 높은 전고체 전지에 양극 활물질로 활용될 수 있다.As described above, even though the electrode active material of the present invention has a relatively large particle size, the lithium diffusion layer is coated from the outer surface to the inner surface, which is advantageous in contact with the solid electrolyte, and even if the particles are broken during charging and discharging, contact with the electrolyte is prevented. Since it can show improved output characteristics by maintaining it, it can be used as a positive electrode active material in an all-solid-state battery with excellent stability and high energy density.

본 발명의 용어, "전고체전지(all solid state battery)"는 양극, 음극, 분리막, 및 액체 상태의 전해질로 구성되는 통상의 리튬 전지와 달리 고체 상태의 전해질을 포함하는 전지를 의미한다. 따라서, 전고체전지는 고체 전해질이 분리막의 기능을 대신할 수 있어 이를 제거할 수 있다. 기존의 리튬 전지의 경우 액체의 전해질을 사용하는 이유로 온도 등 환경 변화에 따른 배터리의 팽창이나 외부 충격에 의한 누액 등 전지 손상시 위험성이 존재하므로 안정성을 확보하기 위해 추가적인 부품이나 장치를 필요로 한다. 이와 달리 전고체전지는 고체전해질을 사용하므로 구조적으로 단단하고 안정적이며 전해질이 훼손되더라도 형태를 유지할 수 있어 보다 안전하다. 뿐만 아니라 전고체전지는, 전술한 바와 같이 폭발이나 화재의 위험성이 없어 안전성과 관련된 부품을 줄이고 그 공간에 배터리 용량을 늘릴 수 있는 활물질을 더 채울 수 있으므로, 기존의 리튬전지에 비해 에너지 밀도가 높으므로 전기차에 요구되는 고용량의 배터리를 구현할 수 있다.As used herein, the term "all solid state battery" refers to a battery including a solid state electrolyte, unlike conventional lithium batteries composed of a positive electrode, a negative electrode, a separator, and a liquid electrolyte. Therefore, in the all-solid-state battery, the solid electrolyte can replace the function of the separator and thus can be eliminated. In the case of conventional lithium batteries, there is a risk of damage to the battery, such as expansion of the battery due to environmental changes such as temperature or leakage due to external shock, because a liquid electrolyte is used, so additional parts or devices are required to secure stability. In contrast, all-solid-state batteries use a solid electrolyte, so they are structurally solid and stable, and are safer because they can maintain their shape even if the electrolyte is damaged. In addition, all-solid-state batteries, as described above, have no risk of explosion or fire, reduce safety-related parts, and fill the space with more active materials that can increase battery capacity, so they have higher energy density than conventional lithium batteries. High-capacity batteries required for electric vehicles can be realized.

본 발명의 제2양태는 니켈을 70 내지 98몰%로, 선택적으로 코발트 및 망간을 각각 0 내지 15몰% 및 0 내지 15몰%의 비율로 포함하는, 내부 밀도가 낮으며, 탭 밀도가 1.4 내지 1.9 g/cm3이며, 합성 초기 1시간 성장 후 전구체 크기가 4 내지 6 μm이며, 성장 시간이 10시간 이상 25시간 이하인 전구체를 700 내지 800℃의 온도에서 처리하여 비표면적이 0.8 내지 1.5 m2/g이고, 내부에 기공을 갖는 양극활물질 중간체를 합성하는 제1단계; 및 상기 양극활물질 중간체에 리튬 및 리튬확산층을 형성할 수 있는 원료물질을 혼합하여 400℃ 내지 800℃에서 처리하여 리튬확산층을 코팅하는 제2단계를 포함하는, 전극 활물질의 제조방법을 제공한다.The second aspect of the present invention contains 70 to 98 mol% of nickel and optionally 0 to 15 mol% and 0 to 15 mol% of cobalt and manganese, respectively, and has a low internal density and a tap density of 1.4 to 1.9 g/cm 3 , the precursor size is 4 to 6 μm after growth for 1 hour at the beginning of synthesis, and the growth time is 10 hours or more and 25 hours or less, and the specific surface area is 0.8 to 1.5 m 2 /g, a first step of synthesizing a cathode active material intermediate having pores therein; And a second step of mixing lithium and a raw material capable of forming a lithium diffusion layer with the cathode active material intermediate and treating it at 400 ° C to 800 ° C to coat the lithium diffusion layer. It provides a method for producing an electrode active material.

이때, 상기 리튬확산층을 형성할 수 있는 원료물질은 니오븀, 인, 티타늄, 지르코늄, 탄탈륨 등의 원소를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 상기 원료물질들은 800℃ 이하의 온도에서도 리튬과 쉽게 결합하며, 활물질 결정 내부로 도핑되지 않고 일차입자의 표면에 존재하며, 물질 형성시 활물질 보다 우수한 리튬 확산 특성을 나타낼 수 있다.In this case, the raw material capable of forming the lithium diffusion layer may include elements such as niobium, phosphorus, titanium, zirconium, and tantalum, but is not limited thereto. The raw materials easily combine with lithium even at a temperature of 800° C. or lower, are present on the surface of primary particles without being doped into the active material crystal, and can exhibit better lithium diffusion characteristics than the active material when forming the material.

예컨대, 상기 제2단계를 통해 입자의 표면 및 입자 간에 고르게 코팅된 리튬확산층을 형상할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.For example, through the second step, a lithium diffusion layer uniformly coated on the surface of the particle and between the particles may be formed, but is not limited thereto.

구체적으로, 상기 제2단계를 통해 리튬확산층을 형성할 때, 내부에 리튬확산층이 잘 코팅되도록 하기 위해서는 상기 제1단계의 열처리시 입자 내부쪽으로 기공이 열려있을 필요가 있으며, 코팅 원료의 크기는 작은 것이 보다 바람직할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 나아가, 추가적으로 전술한 바와 같이, 리튬을 함께 혼합하여 처리함으로써 코팅 원료가 입계면을 따라 내부로 잘 확산할 수 있다. 이러한 기공의 열림 정도는 비표면적으로 나타날 수 있다.Specifically, when forming the lithium diffusion layer through the second step, in order for the lithium diffusion layer to be well coated inside, the pores need to be open toward the inside of the particles during the heat treatment in the first step, and the size of the coating material is small. It may be more preferable, but is not limited thereto. Furthermore, as additionally described above, the coating raw material can be well diffused into the interior along the grain boundary by mixing and treating lithium together. The degree of opening of these pores may appear as a specific surface.

예컨대, 전구체의 낮은 내부 밀도 및 내부 기공은 이를 준비하는 공정 조건을 조절하여 달성할 수 있다. 구체적으로, 초기 성장속도는 빠르게 하고 후반 성장은 느리게 하여 내부에 기공을 부여할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.For example, low internal density and internal porosity of the precursor can be achieved by controlling process conditions for preparing the precursor. Specifically, the initial growth rate may be increased and the later growth may be slowed to impart internal pores, but is not limited thereto.

예컨대, 상기 제2단계의 열처리를 통해 내부 일차 입자의 경계를 따라 리튬확산층이 형성되므로, 보다 원활한 리튬확산층의 코팅을 위해서는 제1단계의 열처리 시 입자 내부로 기공이 열려있는 것이 바람직하며, 코팅 원료의 크기가 작을수록 유리하며, 이에 추가적으로 리튬을 혼합하여 열처리시 내부로의 코팅이 보다 원활하게 이루어질 수 있다.For example, since the lithium diffusion layer is formed along the boundary of the internal primary particles through the heat treatment of the second step, it is preferable that the pores are opened inside the particles during the heat treatment of the first step in order to more smoothly coat the lithium diffusion layer. The smaller the size of is, the more advantageous it is, and in addition to this, coating to the inside can be made more smoothly during heat treatment by mixing lithium.

본 발명의 제3양태는 니켈을 70 내지 98몰%로, 선택적으로 코발트 및 망간을 각각 0 내지 15몰% 및 0 내지 15몰%의 비율로 포함하는 평균 직경 6 내지 10 μm의 층상구조를 가지며, 중심에 1 내지 3 μm 직경의 빈 공간을 포함하고, 입자의 표면으로부터 내부 표면까지 리튬확산층이 코팅된 입자인 전극 활물질, 도전재 및 결합제를 함유하는 이차전지 전극을 제공한다.The third aspect of the present invention has a layered structure containing 70 to 98 mol% of nickel and optionally 0 to 15 mol% and 0 to 15 mol% of cobalt and manganese, respectively, and having an average diameter of 6 to 10 μm. , Provided is a secondary battery electrode containing an electrode active material, a conductive material, and a binder, which is a particle having an empty space having a diameter of 1 to 3 μm in the center and coated with a lithium diffusion layer from the surface to the inner surface of the particle.

예컨대, 상기 전극은 집전체 상에 결착된 상태로 제공될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 구체적으로, 상기 집전체는 알루미늄, 니켈, 또는 이들의 조합에 의해 제조되는 호일(foil)일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.For example, the electrode may be provided in a state bound to a current collector, but is not limited thereto. Specifically, the current collector may be a foil made of aluminum, nickel, or a combination thereof, but is not limited thereto.

예컨대, 상기 도전재는 아세틸렌 블랙 또는 카본 블랙류일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 이때, 전극에서 사용하는 도전재의 함량은 양극의 경우 0.5 내지 10중량%, 음극인 경우 10중량% 이하일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.For example, the conductive material may be acetylene black or carbon black, but is not limited thereto. In this case, the content of the conductive material used in the electrode may be 0.5 to 10% by weight in the case of the positive electrode and 10% by weight or less in the case of the negative electrode, but is not limited thereto.

예컨대, 상기 결합제는 폴리테트라 플루오르 에틸렌, 폴리 불화 비닐리덴, 폴리불화비닐, 폴리 아크릴로니트릴, 니트릴고무, 폴리부타디엔, 폴리스틸렌, 스티렌 부타디엔 고무, 다황화 고무, 부틸고무, 수첨 스티렌부타디엔 고무, 니트로 셀룰로오스, 및 카복시메틸셀룰로오스로 이루어진 군으로부터 1 종 이상 선택될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 이때, 상기 결합제는 0.1 내지 15 중량%의 함량으로 포함될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.For example, the binder is polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, polyvinyl fluoride, polyacrylonitrile, nitrile rubber, polybutadiene, polystyrene, styrene butadiene rubber, polysulfide rubber, butyl rubber, hydrogenated styrene butadiene rubber, nitrocellulose , And one or more species may be selected from the group consisting of carboxymethyl cellulose, but is not limited thereto. In this case, the binder may be included in an amount of 0.1 to 15% by weight, but is not limited thereto.

본 발명의 제4양태는 니켈을 70 내지 98몰%로, 선택적으로 코발트 및 망간을 각각 0 내지 15몰% 및 0 내지 15몰%의 비율로 포함하는 평균 직경 6 내지 10 μm의 층상구조를 가지며, 중심에 1 내지 3 μm 직경의 빈 공간을 포함하고, 입자의 표면으로부터 내부 표면까지 리튬확산층이 코팅된 입자인 양극 활물질을 포함하여 형성된 양극, 이와 대면하여 위치하는 음극, 및 상기 양극과 음극 사이에 위치하는 고체전해질을 포함하는 단위 셀을 하나 이상 포함하는 전고체 이차전지를 제공한다.The fourth aspect of the present invention has a layered structure containing 70 to 98 mol% of nickel and optionally 0 to 15 mol% and 0 to 15 mol% of cobalt and manganese, respectively, and having an average diameter of 6 to 10 μm. , A positive electrode formed by including a positive electrode active material, which is a particle having an empty space having a diameter of 1 to 3 μm in the center and coated with a lithium diffusion layer from the surface to the inner surface of the particle, a negative electrode positioned facing the positive electrode, and between the positive electrode and the negative electrode Provided is an all-solid-state secondary battery including one or more unit cells containing a solid electrolyte located in the.

예컨대, 본 발명의 이차전지는 복수의 단위 셀이 직렬로 연결되어 형성된 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.For example, the secondary battery of the present invention may be formed by connecting a plurality of unit cells in series, but is not limited thereto.

예컨대, 본 발명의 이차전지는 25℃에서 100회 반복하여 충방전시 초기 용량을 기준으로 85% 이상의 용량을 유지하는 용량 저하가 감소되고 수명이 연장된 전지일 수 있다.For example, the secondary battery of the present invention may be a battery with reduced capacity degradation and extended lifespan, maintaining capacity of 85% or more based on the initial capacity when charging and discharging is repeated 100 times at 25°C.

예컨대, 본 발명에 따른 전극 활물질은 리튬 이차전지에서 양극 활물질로서 우수한 효과를 발휘할 수 있다.For example, the electrode active material according to the present invention can exhibit excellent effects as a positive electrode active material in a lithium secondary battery.

예컨대, 본 발명의 이차전지에 포함되는 음극은 음극 활물질을 포함할 수 있다. 음극 활물질의 예로는 리튬 금속, 리튬 합금, 탄소(carbon), 석유코크(petroleum coke), 활성화 탄소(activated carbon), 흑연(graphite), 또는 기타 여러 가지 탄소류 등과 같은 리튬 흡착 물질이 있으나, 이에 제한되지 않는다. 또한 상기 음극 활물질은 음극 집전체, 예컨대, 구리, 금, 니켈, 구리 합금 또는 이들의 조합에 의해 제조되는 호일과 결착시킨 형태로 제공될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.For example, an anode included in the secondary battery of the present invention may include an anode active material. Examples of the negative electrode active material include lithium adsorption materials such as lithium metal, lithium alloy, carbon, petroleum coke, activated carbon, graphite, or various other carbons. Not limited. In addition, the negative electrode active material may be provided in a form bound to a negative electrode current collector, for example, a foil made of copper, gold, nickel, copper alloy, or a combination thereof, but is not limited thereto.

예컨대, 상기 고체전해질은 건식 고분자 전해질을 포함하는 유기계 전해질; 황화물계, 산화물계 및 인산계 전해질을 포함하는 무기계 전해질; 나노입자필러와 고분자를 포함하는 복합계 전해질; 또는 이들의 조합일 수 있다. 황화물계 전해질의 예로는 Li10GeP2S12(LGPS)가, 가넷(garnet)형 산화물계 전해질의 예로는 Li7La3Zr2O12(Lithium lanthanum zirconium oxide; LLZO)가, 인산계 전해질의 예로는 Li1.4Al0.4Ti1.6(PO4)3(LATP)가 있으나, 이에 제한되지 않는다.For example, the solid electrolyte may include an organic electrolyte including a dry polymer electrolyte; inorganic electrolytes including sulfide-based, oxide-based, and phosphoric acid-based electrolytes; A composite electrolyte containing a nanoparticle filler and a polymer; or a combination thereof. An example of a sulfide-based electrolyte is Li 10 GeP 2 S 12 (LGPS), an example of a garnet-type oxide-based electrolyte is Li 7 La 3 Zr 2 O 12 (Lithium lanthanum zirconium oxide; LLZO), and a phosphoric acid-based electrolyte Examples include, but are not limited to, Li 1.4 Al 0.4 Ti 1.6 (PO 4 ) 3 (LATP).

이하, 실시예 및 실험예에 의하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하고자 한다. 단, 하기 실시예 및 실험예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐 본 발명의 범위가 이들만으로 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail by examples and experimental examples. However, the following examples and experimental examples are only for exemplifying the present invention, and the scope of the present invention is not limited only to these.

실험예Experimental example

Ni 83몰%, Co 12몰%, Mn 5몰%의 조성을 갖는, 탭 밀도 1.8 g/cm3이고, 합성시 1시간에 5 μm씩 자라도록 전구체 성장속도를 조절하여 총 20시간 동안 성장시킨, 내부 밀도가 낮은 7 μm 크기의 전구체를 사용하고, 상기 전이금속 대비 1.02몰비율의 리튬 원료를 혼합한 후 760℃에서 열처리를 진행하여 비표면적인 0.9 m2/g이며, 내부에 기공을 함유하는 입자를 합성하였다. 저온에서 열처리하여 내부에 기공이 함유된 입자를 합성하였다. 이후 니오브산 암모늄 옥살산염 수화물(ammonium niobate oxalate hydrate, C4H4NNbO9·H2O)과 수산화리튬 수화물(LiOH·H2O)을 증류수에 용해시킨 후 상기 전이금속 대비 1몰% 비율로 상기 활물질 입자, 즉, 이차 입자와 혼합하였다. 이후 780℃에서 열처리하여 상기 이차 입자를 구성하는 단결정인 일차 입자 사이 및 표면에 리튬확산층이 코팅된 양극 활물질을 제작하였다. 이때, 형성된 양극 활물질은 내부에 2.5 μm 크기의 기공을 포함하는 총 직경 7 μm의 입자로 제조되었다. 이상과 같이 합성한 양극 활물질과 평균 직경 1 μm 크기의 고체전해질을 사용하여 전고체 셀을 구성하였다.It has a composition of 83 mol% Ni, 12 mol% Co, and 5 mol% Mn, a tap density of 1.8 g / cm 3 , and the growth rate of the precursor was adjusted to grow 5 μm per hour during synthesis, and grown for a total of 20 hours, After using a 7 μm-sized precursor with a low internal density, mixing a lithium raw material at a molar ratio of 1.02 to the transition metal, heat treatment at 760 ° C. Particles were synthesized. Particles containing pores were synthesized by heat treatment at a low temperature. Then, after dissolving ammonium niobate oxalate hydrate (C 4 H 4 NNbO 9 H 2 O) and lithium hydroxide hydrate (LiOH H 2 O) in distilled water, they were dissolved in 1 mol% ratio relative to the transition metal. It was mixed with the active material particles, that is, the secondary particles. Thereafter, heat treatment was performed at 780° C. to prepare a cathode active material coated with a lithium diffusion layer between and on the surface of the single crystal primary particles constituting the secondary particles. At this time, the formed cathode active material was made of particles having a total diameter of 7 μm including pores having a size of 2.5 μm therein. An all-solid-state cell was constructed using the cathode active material synthesized as described above and the solid electrolyte having an average diameter of 1 μm.

비교예 1Comparative Example 1

상기 실험예와 동일한 조성의, 탭 밀도 2.0 g/cm3이고, 시간당 성장 속도가 3 μm이며, 7 μm의 크기를 갖는 전구체와 전구체 중의 전이금속 대비 1.02몰비율의 리튬 원료를 혼합한 후 800℃에서 열처리를 진행하여 내부 기공이 없고, 비표면적이 0.5 m2/g인 7 μm 크기의 입자를 합성하였다. 이어, 상기 실험예와 동일한 방법으로 리튬 및 Nb 원료를 습식 혼합하고 400℃에서 열처리하여 표면에 LiNbO3가 코팅된 양극 활물질을 제작하였다. 이상과 같이 합성한 양극 활물질과 평균 직경 1 μm 크기의 고체전해질을 사용하여 전고체 셀을 구성하였다.After mixing a precursor having the same composition as the experimental example, a tap density of 2.0 g/cm 3 , a growth rate per hour of 3 μm, and a size of 7 μm, and a lithium raw material at a molar ratio of 1.02 to the transition metal in the precursor, 800 ° C. Heat treatment was performed to synthesize 7 μm-sized particles having no internal pores and a specific surface area of 0.5 m 2 /g. Subsequently, in the same manner as in the experimental example, lithium and Nb raw materials were wet-mixed and heat-treated at 400° C. to prepare a positive electrode active material coated with LiNbO 3 on the surface. An all-solid-state cell was constructed using the cathode active material synthesized as described above and the solid electrolyte having an average diameter of 1 μm.

비교예 2Comparative Example 2

상기 실험예와 동일한 조성의, 내부 기공이 없는 3 μm 크기의 전구체를 사용하여 3 μm 크기의 활물질 입자를 합성하고, 비교예 1과 동일한 방법으로 LiNbO3를 코팅하여, 양극 활물질을 제작하였다. 이상과 같이 합성한 양극 활물질과 평균 직경 1 μm 크기의 고체전해질을 사용하여 전고체 셀을 구성하였다.Active material particles having a size of 3 μm were synthesized using a 3 μm-sized precursor having no internal pores having the same composition as the experimental example, and coated with LiNbO 3 in the same manner as in Comparative Example 1 to prepare a positive electrode active material. An all-solid-state cell was constructed using the cathode active material synthesized as described above and the solid electrolyte having an average diameter of 1 μm.

실험예 3Experimental Example 3

상기 실험예, 및 비교예 1과 2의 셀에 대해 율별 용량특성을 측정하여 도 2에, 고온 수명을 측정하여 도 3에 나타내었다. 나아가, 급속충전환경인 2C 충전속도에서 CC 유지율 및 90% 용량 충전에 걸리는 시간을 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.For the cells of the Experimental Example and Comparative Examples 1 and 2, the capacity characteristics by rate were measured in FIG. 2, and the high-temperature lifespan was measured and shown in FIG. 3. Furthermore, the CC retention rate and the time required for 90% capacity charging were measured at a 2C charging rate, which is a rapid charging environment, and are shown in Table 1 below.

구체적으로, 황화물계 고체전해질, Li6PS5Cl 입자를 활물질 대비 7:3의 질량비로 혼합한 후, 5 μm 크기의 황화물 고체전해질층 및 리튬/인듐 합금층과 적층한 후, 300 MPa의 압력을 가하여 전고체 셀을 제작하였다. 도 2에 개시한 방전률 평가를 위한 충방전은 45℃, 2.0 내지 4.25 V 전압 범위에서 진행하였으며, 도 3에 개시한 수명테스트는 25℃, 2.0 내지 3.9 V 전압 조건, 0.2C CCCV(0.05C 컷오프) 충전 및 0.2C 방전 조건에서 진행하였다.Specifically, after mixing the sulfide-based solid electrolyte and Li 6 PS 5 Cl particles at a mass ratio of 7:3 with respect to the active material, layering the sulfide solid electrolyte layer and the lithium/indium alloy layer with a size of 5 μm, and then applying a pressure of 300 MPa was added to fabricate an all-solid-state cell. The charge/discharge for evaluation of the discharge rate disclosed in FIG. 2 was performed at 45° C. in the voltage range of 2.0 to 4.25 V, and the life test disclosed in FIG. cutoff) was performed under charging and discharging conditions of 0.2C.

도 2에 나타난 바와 같이, 율별 용량특성에 있어서 실험예의 셀은 비교예 1 및 2의 셀에 비해 높은 초기 용량 및 우수한 출력특성을 나타내었다. 반면, 내부에 기공을 불포함하는 같은 크기와 조성의 양극 활물질을 구비한 비교예 1의 셀은 고율특성이 크게 감소하였으며, 크기가 작은 양극 활물질을 구비한 비교예 2의 셀은 고체전해질과의 접촉이 원활하지 않아 초기 용량이 크게 감소하였다.As shown in FIG. 2, in terms of capacity characteristics by rate, the cell of Experimental Example exhibited high initial capacity and excellent output characteristics compared to the cells of Comparative Examples 1 and 2. On the other hand, the cell of Comparative Example 1 having a positive electrode active material of the same size and composition without pores inside had a significantly reduced high-rate characteristic, and the cell of Comparative Example 2 having a small-sized positive electrode active material had contact with a solid electrolyte. This was not smooth, so the initial capacity was greatly reduced.

또한, 도 3에 나타난 바와 같이, 실험예의 셀은 비교예 1 및 2의 셀에 비해 현저히 우수한 수명 유지율을 나타내었다.In addition, as shown in FIG. 3 , the cell of Experimental Example exhibited a remarkably superior lifespan retention rate compared to the cells of Comparative Examples 1 and 2.

표 1에 나타난 바와 같이, 실험예의 셀은 급속충전환경에서 우수한 CC 유지율을 나타내었으며, 충전시간 역시 단축되었다.As shown in Table 1, the cell of the experimental example showed an excellent CC retention rate in a rapid charging environment, and the charging time was also shortened.

CC(%)CC (%) 90% 용량의 충전시간(분)Charging time to 90% capacity (minutes) 실험예Experimental example 81.581.5 3535 비교예 1Comparative Example 1 32.332.3 5858 비교예 2Comparative Example 2 77.377.3 4141

*2C 충전, 0.05C 컷오프, 45℃*2C charge, 0.05C cutoff, 45℃

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면, 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to preferred embodiments of the present invention, those skilled in the art or those having ordinary knowledge in the art do not deviate from the spirit and technical scope of the present invention described in the claims to be described later. It will be understood that the present invention can be variously modified and changed within the scope not specified.

따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.Therefore, the technical scope of the present invention is not limited to the contents described in the detailed description of the specification, but should be defined by the claims.

Claims (10)

니켈을 70 내지 98몰%로, 선택적으로 코발트 및 망간을 각각 0 내지 15몰% 및 0 내지 15몰% 비율로 포함하는, 평균 직경 6 내지 10 μm의 층상구조를 가지며, 중심에 1 내지 3 μm 직경의 빈 공간을 포함하고, 일차 입자 사이 및 이차 입자 표면부에 리튬확산층이 코팅된 입자인, 전극 활물질.
It has a layered structure containing 70 to 98 mol% of nickel and, optionally, 0 to 15 mol% and 0 to 15 mol% of cobalt and manganese, respectively, with an average diameter of 6 to 10 μm and a center of 1 to 3 μm. An electrode active material comprising an empty space of a diameter and coated with a lithium diffusion layer between primary particles and on the surface of secondary particles.
제1항에 있어서,
상기 리튬확산층은 LiNbO3, Li0.5La0.5TiO3(lithium lanthanum titanate; LLTO), Li4Ti5O12, Li2ZrO3, Li3PO4, LiTa2O8 또는 이들의 조합으로 된 것인, 전극 활물질.
According to claim 1,
The lithium diffusion layer is made of LiNbO 3 , Li 0.5 La 0.5 TiO 3 (lithium lanthanum titanate; LLTO), Li 4 Ti 5 O 12 , Li 2 ZrO 3 , Li 3 PO 4 , LiTa 2 O 8 or a combination thereof. , electrode active material.
제1항에 있어서,
상기 전극 활물질은 리튬 이차전지용 양극 활물질인 것인, 전극 활물질.
According to claim 1,
The electrode active material is a positive electrode active material for a lithium secondary battery, an electrode active material.
제1항에 있어서,
상기 전극 활물질은 전고체전지용(all solid state battery) 양극 활물질인 것인, 전극 활물질.
According to claim 1,
The electrode active material is an electrode active material that is an all solid state battery positive electrode active material.
니켈을 70 내지 98몰%로, 선택적으로 코발트 및 망간을 각각 0 내지 15몰% 및 0 내지 15몰%의 비율로 포함하는, 내부 밀도가 낮으며, 탭 밀도가 1.4 내지 1.9 g/cm3이며, 합성 초기 1시간 성장 후 전구체 크기가 4 내지 6 μm이며, 성장 시간이 10시간 이상 25시간 이하인 전구체를 700 내지 800℃의 온도에서 처리하여 비표면적이 0.8 내지 1.5 m2/g이고, 내부에 기공을 갖는 양극활물질 중간체를 합성하는 제1단계; 및
상기 양극활물질 중간체에 리튬 및 리튬확산층을 형성할 수 있는 원료물질을 혼합하여 400℃ 내지 800℃에서 처리하여 리튬확산층을 코팅하는 제2단계를 포함하는, 전극 활물질의 제조방법.
70 to 98 mol% nickel, optionally cobalt and manganese in 0 to 15 mol% and 0 to 15 mol%, respectively, low internal density, tap density 1.4 to 1.4 1.9 g/cm 3 , the precursor size is 4 to 6 μm after 1 hour of initial growth, and the growth time is 10 hours or more and 25 hours or less, and the specific surface area is 0.8 to 1.5 m 2 by treating the precursor at a temperature of 700 to 800 ° C. / g, a first step of synthesizing a cathode active material intermediate having pores therein; and
A method for producing an electrode active material comprising a second step of mixing lithium and a raw material capable of forming a lithium diffusion layer with the cathode active material intermediate and treating it at 400 ° C to 800 ° C to coat the lithium diffusion layer.
니켈을 70 내지 98몰%로, 선택적으로 코발트 및 망간을 각각 0 내지 15몰% 및 0 내지 15몰%의 비율로 포함하는 평균 직경 6 내지 10 μm의 층상구조를 가지며, 중심에 1 내지 3 μm 직경의 빈 공간을 포함하고, 입자의 표면으로부터 내부 표면까지 리튬확산층이 코팅된 입자인 전극 활물질, 도전재 및 결합제를 함유하는 이차전지 전극.
It has a layered structure containing 70 to 98 mol% of nickel and, optionally, 0 to 15 mol% and 0 to 15 mol% of cobalt and manganese, respectively, with an average diameter of 6 to 10 μm and a center of 1 to 3 μm. A secondary battery electrode containing an electrode active material, a conductive material, and a binder, which is a particle including an empty space in diameter and coated with a lithium diffusion layer from the surface to the inner surface of the particle.
제6항에 있어서,
상기 전극은 집전체 상에 결착된 것인, 이차전지 전극.
According to claim 6,
The electrode is a secondary battery electrode that is bound on a current collector.
니켈을 70 내지 98몰%로, 선택적으로 코발트 및 망간을 각각 0 내지 15몰% 및 0 내지 15몰%의 비율로 포함하는 평균 직경 6 내지 10 μm의 층상구조를 가지며, 중심에 1 내지 3 μm 직경의 빈 공간을 포함하고, 입자의 표면으로부터 내부 표면까지 리튬확산층이 코팅된 입자인 양극 활물질을 포함하여 형성된 양극, 이와 대면하여 위치하는 음극, 및 상기 양극과 음극 사이에 위치하는 고체전해질을 포함하는 단위 셀을 하나 이상 포함하는 전고체 이차전지.
It has a layered structure containing 70 to 98 mol% of nickel and, optionally, 0 to 15 mol% and 0 to 15 mol% of cobalt and manganese, respectively, with an average diameter of 6 to 10 μm and a center of 1 to 3 μm. A positive electrode formed by including a positive electrode active material, which is a particle having an empty space of a diameter and coated with a lithium diffusion layer from the surface to the inner surface of the particle, a negative electrode facing the positive electrode, and a solid electrolyte disposed between the positive electrode and the negative electrode. An all-solid-state secondary battery comprising one or more unit cells that
제8항에 있어서,
하나 이상의 단위 셀이 직렬로 연결된 것인, 이차전지.
According to claim 8,
A secondary battery in which one or more unit cells are connected in series.
제8항에 있어서,
25℃에서 100회 반복하여 충방전시 초기 용량을 기준으로 85% 이상의 용량을 유지하는 것인, 이차전지.
According to claim 8,
A secondary battery that maintains a capacity of 85% or more based on the initial capacity during charging and discharging by repeating 100 times at 25 ° C.
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