KR20230166448A - Positive electrode active material for lithium secondary battery, preparing method of the same, positive electrode and lithium secondary battery including the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 리튬이차전지용 양극 활물질, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 리튬이차전지에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 고함량 니켈계 양극 활물질은 니켈 함유 화합물을 포함하는 코어부; 및 코어부의 표면에 형성되고 인계 화합물을 포함하는 코팅부;을 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬이차전지용 양극 활물질은 활물질 내에서 발생되는 활성 산소의 방출을 효과적으로 억제하고, 전해질과의 반응을 막아 열적 안정성이 우수한 양극 활물질 및 이를 포함하는 리튬이차전지를 제공할 수 있다.The present invention relates to a positive electrode active material for lithium secondary batteries, a manufacturing method thereof, and a lithium secondary battery containing the same. The high-nickel-based positive electrode active material according to an embodiment of the present invention includes a core portion containing a nickel-containing compound; and a coating portion formed on the surface of the core portion and containing a phosphorus-based compound. The positive electrode active material for a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention effectively suppresses the release of active oxygen generated within the active material and prevents reaction with the electrolyte, thereby providing a positive electrode active material with excellent thermal stability and a lithium secondary battery containing the same. You can.

Description

리튬이차전지용 양극 활물질, 이의 제조방법, 이를 포함하는 리튬이차전지용 양극 및 리튬이차전지 {POSITIVE ELECTRODE ACTIVE MATERIAL FOR LITHIUM SECONDARY BATTERY, PREPARING METHOD OF THE SAME, POSITIVE ELECTRODE AND LITHIUM SECONDARY BATTERY INCLUDING THE SAME}Positive electrode active material for lithium secondary batteries, manufacturing method thereof, positive electrode for lithium secondary batteries containing the same, and lithium secondary batteries

본 발명은 리튬이차전지용 양극 활물질, 상기 양극 활물질의 제조 방법, 상기 양극 활물질을 포함하는 리튬이차전지용 양극, 및 이를 포함하는 리튬이차전지에 관한 것이다.The present invention relates to a positive electrode active material for a lithium secondary battery, a method of manufacturing the positive electrode active material, a positive electrode for a lithium secondary battery containing the positive electrode active material, and a lithium secondary battery containing the same.

최근 휴대전화, 노트북 컴퓨터, 전기 자동차 등 전지를 사용하는 전자기구의 급속한 보급에 수반하여 소형 경량 이면서도 상대적으로 고용량인 이차전지의 수요가 급속히 증대되고 있다. 특히, 리튬이차전지는 경량이고 고에너지 밀도를 가지고 있어 휴대 기기의 구동 전원으로서 각광을 받고 있다. 이에 따라, 리튬이차전지의 성능향 상을 위한 연구개발 노력이 활발하게 진행되고 있다.Recently, with the rapid spread of electronic devices that use batteries, such as mobile phones, laptop computers, and electric vehicles, the demand for small, lightweight, and relatively high capacity secondary batteries is rapidly increasing. In particular, lithium secondary batteries are lightweight and have high energy density, so they are attracting attention as a driving power source for portable devices. Accordingly, research and development efforts to improve the performance of lithium secondary batteries are actively underway.

리튬이차전지의 양극 활물질로는 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2), 리튬 망간 산화물 (LiMnO2 또는 LiMn2O4 등), 리튬 인산철 화합물(LiFePO4) 등이 사용되었다. 또한, LiNiO2의 우수한 가역 용량은 유지하면서도 낮은 열 안정성을 개선하기 위한 방법으로서, 니켈(Ni)의 일부를 코발트(Co)나 망간(Mn)/알루미늄 (Al)으로 치환한 리튬 복합금속 산화물(이하 간단히 'NCM계 리튬 복합 전이금속 산화물' 또는 'NCA계 리튬 복합 전이금속 산화물'이라 함)이 개발되었다. 그러나, 종래의 개발된 NCM계/NCA계 리튬 복합 전이금속 산화물은 용량 특성이 충분하지 않아 적용에 한계가 있었다.As cathode active materials for lithium secondary batteries, lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ), lithium nickel oxide (LiNiO 2 ), lithium manganese oxide (LiMnO 2 or LiMn 2 O 4 , etc.), and lithium iron phosphate compounds (LiFePO 4 ) were used. . In addition, as a method to improve the low thermal stability while maintaining the excellent reversible capacity of LiNiO 2 , a lithium composite metal oxide ( Hereinafter simply referred to as ‘NCM-based lithium composite transition metal oxide’ or ‘NCA-based lithium composite transition metal oxide’) was developed. However, the conventionally developed NCM-based/NCA-based lithium composite transition metal oxide had insufficient capacity characteristics and had limitations in application.

LiCoO2의 단점을 극복하기 위해 리튬 니켈 산화물(LiNiO2), 리튬 망간 산화물 (LiMnO2 또는 LiMn2O4 등), 리튬 인산철 화합물(LiFePO4) 등이 사용되었으며, 최근에는 LiNiO2의 우수한 가역 용량은 유지하면서도 낮은 열 안정성을 개선하기 위한 방법으로서, 니켈(Ni)의 일부를 코발트(Co)나 망간(Mn)/알루미늄 (Al)으로 치환한 리튬 복합금속 산화물(이하 간단히 'NCM계 리튬 복합 전이금속 산화물' 또는 'NCA계 리튬 복합 전이금속 산화물'이라 함)이 개발되었다. 그러나, 종래의 개발된 NCM계/NCA계 리튬 복합 전이금속 산화물은 용량 특성이 충분하지 않아 적용에 한계가 있었다.To overcome the shortcomings of LiCoO 2 , lithium nickel oxide (LiNiO 2 ), lithium manganese oxide (LiMnO 2 or LiMn 2 O 4 , etc.), lithium iron phosphate compound (LiFePO 4 ), etc. have been used, and recently, the excellent reversibility of LiNiO 2 has been used. As a method to improve low thermal stability while maintaining capacity, a lithium composite metal oxide (hereinafter simply referred to as 'NCM-based lithium composite') in which a portion of nickel (Ni) is replaced with cobalt (Co) or manganese (Mn)/aluminum (Al) ‘Transition metal oxide’ or ‘NCA-based lithium composite transition metal oxide’) has been developed. However, the conventionally developed NCM-based/NCA-based lithium composite transition metal oxide had insufficient capacity characteristics and had limitations in application.

이와 같은 문제점을 개선하기 위해, 최근에는 NCM계/NCA계 리튬 복합 전이금속 산화물에서 Ni의 함량을 증가시키려는 연구가 이루어지고 있다. 그러나, 니켈 함량이 높은 고농도 니켈 양극 활물질의 경우, 활물질의 구조적 안정성과 화학적 안정성이 떨어지고, 열 안정성이 급격히 저하된다는 문제점이 있다. 특히, 리튬이차전지의 산화/환원 반응 시, 양극 활물질로부터 리튬이 탈리될 때, 결정 구조가 불안정해지면 활성 산소(산소 라디칼)가 발생할 수 있고, 이 때 방출된 활성 산소(산소 라디칼)는 전해질을 분해하고 이산화탄소와 같은 기체를 발생시켜 리튬이차전지의 수명과 안정성을 악화시킬 수 있다. To improve this problem, research has recently been conducted to increase the Ni content in NCM-based/NCA-based lithium composite transition metal oxide. However, in the case of a high-concentration nickel positive electrode active material with a high nickel content, there is a problem in that the structural and chemical stability of the active material is poor, and the thermal stability is rapidly reduced. In particular, during the oxidation/reduction reaction of a lithium secondary battery, when lithium is released from the positive electrode active material and the crystal structure becomes unstable, active oxygen (oxygen radicals) may be generated, and the active oxygen (oxygen radicals) released at this time may cause electrolyte. It decomposes and generates gases such as carbon dioxide, which can worsen the lifespan and stability of lithium secondary batteries.

따라서, 고용량화에 부합하면서도 구조적, 화학적 안정성이 우수하고, 열적 안정성이 우수한 고농도 니켈(High Ni) 양극 활물질의 개발이 요구되고 있다.Therefore, there is a need for the development of a high-concentration nickel (High Ni) positive electrode active material that is suitable for high capacity and has excellent structural and chemical stability and excellent thermal stability.

한국공개특허 제2014-0130063호Korean Patent Publication No. 2014-0130063

본 발명의 과제는 니켈(Ni)의 농도가 높은 고함량 니켈(High-Ni)계 리튬 복합 전이금속 산화물의 양극 활물질에 있어서, 고용량이면서도 구조적 안정성 및 화학적 안정성을 향상시키고, 열적 안정성을 개선한 리튬이차전지용 양극 활물질을 제공하고자 하는 것이다.The object of the present invention is to provide a positive electrode active material of a high-content nickel (High-Ni)-based lithium composite transition metal oxide with a high concentration of nickel (Ni), and to provide lithium with high capacity, improved structural and chemical stability, and improved thermal stability. The goal is to provide a positive electrode active material for secondary batteries.

구체적으로, 본 발명은 리튬이차전지의 충방전시 양극 활물질에서 발생할 수 있는 산소 라디칼을 효과적으로 포획할 수 있는 리튬이차전지용 양극 활물질을 제공하고자 한다.Specifically, the present invention seeks to provide a positive electrode active material for a lithium secondary battery that can effectively capture oxygen radicals that may be generated from the positive electrode active material during charging and discharging of the lithium secondary battery.

또한 본 발명은 상술한 산소 라디칼을 효과적으로 포획하는 코팅부가 형성된 리튬이차전지용 양극 활물질을 제공하고자 한다.In addition, the present invention seeks to provide a positive electrode active material for a lithium secondary battery having a coating portion that effectively captures the above-described oxygen radicals.

본 발명은 상술한 산소 라디칼을 효과적으로 포획하는 코팅부가 형성된 리튬이차전지용 양극 활물질의 제조방법을 제공하고자 한다.The present invention seeks to provide a method for manufacturing a positive electrode active material for a lithium secondary battery having a coating portion that effectively captures the above-described oxygen radicals.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 청구범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.The objects of the present invention are not limited to the objects mentioned above, and other objects and advantages of the present invention that are not mentioned can be understood by the following description and will be more clearly understood by the examples of the present invention. Additionally, it will be readily apparent that the objects and advantages of the present invention can be realized by means and combinations thereof as set forth in the claims.

상기와 같은 과제를 해결하기 위해 본 발명은In order to solve the above problems, the present invention

니켈 함유 화합물을 포함하는 코어부; 및 상기 코어부의 표면에 형성되고 인계 화합물을 포함하는 코팅부;을 포함하는 리튬이차전지용 양극 활물질을 제공한다.A core portion containing a nickel-containing compound; and a coating portion formed on the surface of the core portion and containing a phosphorus compound. It provides a positive electrode active material for a lithium secondary battery including a.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 니켈 함유 화합물은 하기 화학식 1로 표시되는 리튬 복합 전이금속 산화물일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the nickel-containing compound may be a lithium complex transition metal oxide represented by the following formula (1).

[화학식 1][Formula 1]

LipNi1-(x1+y1+z1)Cox1Ma y1Mb z1Mc q1O2 Li p Ni 1-(x1+y1+z1) Co x1 M a y1 M b z1 M c q1 O 2

상기 식에서, Ma은 Mn 및 Al로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상의 원소이고, Mb 는 Zr, W, Mg, Al, Ce, Hf, Ta, La, Ti, Sr, Ba, Nb, Mo, 및 Cr로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상의 원소이며, M c는 Al, Zr, Ti, Mg, Ta, Nb, Mo 및 Cr로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나 이상의 원소이며, 0.9≤p≤1.5, 0<x1≤0.4, 0<y1≤0.4, 0≤z1≤0.1, 0≤q1≤0.1 이고, 0<x1+y1+z1≤0.4이다.In the above formula, M a is at least one element selected from the group consisting of Mn and Al, and M b is Zr, W, Mg, Al, Ce, Hf, Ta, La, Ti, Sr, Ba, Nb, Mo, and is at least one element selected from the group consisting of Cr, and M c is at least one element selected from the group consisting of Al, Zr, Ti, Mg, Ta, Nb, Mo and Cr, 0.9≤p≤1.5, 0< x1≤0.4, 0<y1≤0.4, 0≤z1≤0.1, 0≤q1≤0.1, and 0<x1+y1+z1≤0.4.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 인계 화합물은 적어도 하나 이상의 하이드록시기와 결합 가능한 작용기를 포함하는 인계 화합물 또는 방향족 고리를 포함하는 인계 화합물일 수 있다. 구체적으로, 상기 인계 화합물은 포스포노벤조산(phosphono benzoic acid) 일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the phosphorus-based compound may be a phosphorus-based compound containing a functional group capable of bonding to at least one hydroxy group or a phosphorus-based compound containing an aromatic ring. Specifically, the phosphorus-based compound may be phosphono benzoic acid.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 코팅부는 상기 코어부 전체 중량을 기준으로 0.5 중량% 내지 5 중량%의 중량 범위로 형성되는 것일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the coating portion may be formed in a weight range of 0.5% by weight to 5% by weight based on the total weight of the core portion.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 코팅부의 두께는 30 내지 100 nm 일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the thickness of the coating portion may be 30 to 100 nm.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 리튬이차전지용 양극 활물질은 평균 입경(D50)이 0.1 ㎛ 내지 20 ㎛인 것일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the positive electrode active material for a lithium secondary battery may have an average particle diameter (D 50 ) of 0.1 ㎛ to 20 ㎛.

한편, 본 발명은Meanwhile, the present invention

(a) 니켈 함유 화합물을 준비하는 단계; 및(a) preparing a nickel-containing compound; and

(b) 상기 니켈 함유 화합물을 인계 화합물과 혼합하고 반응하는 단계;를 포함하고, 상기 인계 화합물은 상기 니켈 함유 화합물의 표면에 코팅부를 형성하는 것인, 리튬이차전지용 양극 활물질 제조방법을 제공한다.(b) mixing and reacting the nickel-containing compound with a phosphorus-based compound, wherein the phosphorus-based compound forms a coating on the surface of the nickel-containing compound.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 니켈 함유 화합물은 하기 화학식 1로 표시되는 리튬 복합 전이금속 산화물인 것일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the nickel-containing compound may be a lithium complex transition metal oxide represented by the following formula (1).

리튬이차전지용 양극 활물질 제조방법.Method for manufacturing positive electrode active material for lithium secondary battery.

[화학식 1][Formula 1]

LipNi1-(x1+y1+z1)Cox1Ma y1Mb z1Mc q1O2 Li p Ni 1-(x1+y1+z1) Co x1 M a y1 M b z1 M c q1 O 2

상기 식에서, Ma은 Mn 및 Al로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상의 원소이고, Mb 는 Zr, W, Mg, Al, Ce, Hf, Ta, La, Ti, Sr, Ba, Nb, Mo, 및 Cr로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상의 원소이며, M c는 Al, Zr, Ti, Mg, Ta, Nb, Mo 및 Cr로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나 이상의 원소이며, 0.9≤p≤1.5, 0<x1≤0.4, 0<y1≤0.4, 0≤z1≤0.1, 0≤q1≤0.1 이고, 0<x1+y1+z1≤0.4이다.In the above formula, M a is at least one element selected from the group consisting of Mn and Al, and M b is Zr, W, Mg, Al, Ce, Hf, Ta, La, Ti, Sr, Ba, Nb, Mo, and is at least one element selected from the group consisting of Cr, and M c is at least one element selected from the group consisting of Al, Zr, Ti, Mg, Ta, Nb, Mo and Cr, 0.9≤p≤1.5, 0< x1≤0.4, 0<y1≤0.4, 0≤z1≤0.1, 0≤q1≤0.1, and 0<x1+y1+z1≤0.4.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 인계 화합물은 니켈 함유 화합물 전체 중량을 기준으로 0.5 중량% 내지 5 중량% 범위로 혼합하여 수행되는 것일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the phosphorus-based compound may be mixed in an amount of 0.5% by weight to 5% by weight based on the total weight of the nickel-containing compound.

본 발명의 일 실시예에 있어서, (b) 니켈 함유 화합물과 인계 화합물의 반응 단계는 산 첨가제를 첨가하여 수행되는 것일 수 있다.In one embodiment of the present invention, step (b) reaction between the nickel-containing compound and the phosphorus-based compound may be performed by adding an acid additive.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 산 첨가제는, pka 2 내지 6의 약산일 수 있고, 구체적으로, 시트르산(citric acid), 아세트산, 말산 및 포름산으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the acid additive may be a weak acid with a pka of 2 to 6, and specifically includes at least one selected from the group consisting of citric acid, acetic acid, malic acid, and formic acid. You can.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 산 첨가제는 니켈 함유 화합물 전체 중량을 기준으로 0.05 중량% 내지 0.5 중량%가 되도록 첨가되는 것일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the acid additive may be added in an amount of 0.05% to 0.5% by weight based on the total weight of the nickel-containing compound.

본 발명의 일 실시예에 있어서, (c) 니켈 함유 화합물을 인계 화합물과 혼합하고 반응하여 생성된 반응 생성물을 열처리하는 단계를 더 포함하고, 상기 열처리 단계는 100oC이상의 온도에서 수행되는 것일 수 있다.In one embodiment of the present invention, it further includes the step of (c) heat-treating the reaction product produced by mixing and reacting the nickel-containing compound with the phosphorus-based compound, and the heat treatment step may be performed at a temperature of 100 o C or higher. there is.

본 발명은 본 발명의 양극 활물질을 포함하는 양극 및 상기 양극을 포함하는 리튬이차전지를 제공할 수 있다.The present invention can provide a positive electrode containing the positive electrode active material of the present invention and a lithium secondary battery containing the positive electrode.

상기 과제의 해결 수단은, 본 발명의 특징을 모두 열거한 것은 아니다. 본 발명의 다양한 특징과 그에 따른 장점과 효과는 아래의 구체적인 실시예를 참조하여 보다 상세하게 이해될 수 있을 것이다.The means for solving the above problems do not enumerate all the features of the present invention. The various features of the present invention and its advantages and effects can be understood in more detail by referring to the specific examples below.

본 발명의 리튬이차전지용 양극 활물질에 따르면, 리튬 복합 전이금속 산화물에 있어서 니켈(Ni)의 함량을 더욱 높여 고용량을 구현하면서도, 고함량 니켈(High-Ni)계 리튬 복합 전이금속 산화물의 구조적 안정성 및 화학적 안정성을 향상시키고, 열적 안정성을 개선할 수 있다. According to the cathode active material for lithium secondary batteries of the present invention, high capacity is realized by further increasing the nickel (Ni) content in the lithium composite transition metal oxide, and structural stability and stability of the high-content nickel (High-Ni)-based lithium composite transition metal oxide are achieved. Chemical stability can be improved and thermal stability can be improved.

본 발명의 리튬이차전지용 양극 활물질에 따르면, 리튬이차전지의 충방전시 양극 활물질에서 방출될 수 있는 산소 라디칼을 효과적으로 포획할 수 있는 양극 활물질을 제공할 수 있다.According to the positive electrode active material for lithium secondary batteries of the present invention, it is possible to provide a positive electrode active material that can effectively capture oxygen radicals that can be released from the positive electrode active material during charging and discharging of a lithium secondary battery.

상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 설명하면서 함께 기술한다.In addition to the above-described effects, specific effects of the present invention are described below while explaining specific details for carrying out the invention.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 양극 활물질의 TGA 분석 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 양극 활물질의 FT-IR 분석 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 양극 활물질의 (a) STEM 이미지 및 (b) Ni의 EDS 맵핑 이미지, (c) P의 EDS 맵핑 이미지이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 양극의 DSC 분석 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 양극 활물질의 DEMS 분석 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 양극 활물질의 ESR 분석 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 양극 활물질의 전압-용량 그래프이다.
1 is a TGA analysis graph of a positive electrode active material according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a FT-IR analysis graph of a positive electrode active material according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 shows (a) a STEM image, (b) an EDS mapping image of Ni, and (c) an EDS mapping image of P of a positive electrode active material according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is a DSC analysis graph of an anode according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 is a DEMS analysis graph of a positive electrode active material according to an embodiment of the present invention.
Figure 6 is an ESR analysis graph of a positive electrode active material according to an embodiment of the present invention.
Figure 7 is a voltage-capacitance graph of a positive electrode active material according to an embodiment of the present invention.

이하 첨부된 도면과 설명을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 원리를 상세히 설명한다. 다만, 하기에 도시되는 도면과 후술되는 설명은 본 발명의 특징을 효과적으로 설명하기 위한 여러 가지 방법 중에서 바람직한 실시 방법에 대한 것이며, 본 발명이 하기의 도면과 설명만으로 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the principles of preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings and description. However, the drawings shown below and the description below are for preferred implementation methods among various methods for effectively explaining the characteristics of the present invention, and the present invention is not limited to the drawings and description below.

한편, 제1 또는 제2 등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이런 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 해석되어야 한다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.Meanwhile, terms such as first or second may be used to describe various components, but these terms should be interpreted only for the purpose of distinguishing one component from other components. For example, a first component may be named a second component, and similarly, the second component may also be named a first component.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설명된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함으로 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.Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate the presence of the described features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof, and are intended to indicate the presence of one or more other features or numbers, It should be understood that this does not exclude in advance the possibility of the presence or addition of steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by a person of ordinary skill in the art. Terms as defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having meanings consistent with the meanings they have in the context of the related technology, and unless clearly defined in this specification, should not be interpreted in an idealized or overly formal sense. No.

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

리튬이차전지용 양극 활물질Cathode active material for lithium secondary batteries

고함량 니켈(High-Ni)계 양극 활물질을 포함하는 양극의 경우 리튬이차전지의 에너지밀도를 증가시킬 수 있으나 고온에서 구조적 안정성(structual stability)이 떨어질 수 있다. 양극 활물질의 결정 구조가 불안정해지면 활성 산소(산소 라디칼)가 발생할 수 있는데, 산소 라디칼은 전해질과 반응하여 전해질을 분해(decompose)하고 수소, 이산화탄소와 같은 기체를 발생시켜 전지의 수명, 안정성 등 전지의 제반 성능을 악화시킬 수 있다. 특히, 양극과 전해질의 반응은 발열(exo-thermic) 반응으로 리튬이차전지의 폭발과 같은 화재 사고로 이어질 수 있다. In the case of a positive electrode containing a high-nickel (High-Ni)-based positive electrode active material, the energy density of a lithium secondary battery can be increased, but structural stability may be reduced at high temperatures. If the crystal structure of the positive electrode active material becomes unstable, active oxygen (oxygen radicals) may be generated. The oxygen radicals react with the electrolyte to decompose the electrolyte and generate gases such as hydrogen and carbon dioxide, thereby improving battery life, stability, etc. It may deteriorate overall performance. In particular, the reaction between the positive electrode and the electrolyte is an exo-thermic reaction, which can lead to a fire accident such as an explosion of a lithium secondary battery.

한편, 열적 안정성을 높이기 위해 고함량 니켈계 양극 활물질을 전이금속으로 도핑하는 방법이 고안되어 왔다. 전이금속 도핑을 통해 양극 활물질은 양이온 혼합(cation mixing)이 감소되고, 구조가 안정하게 유지되며, 전이금속 산화물 결합을 강화하여 활성 산소의 방출을 억제할 수 있는 장점이 있다. 그러나 고함량 니켈계 양극 활물질을 전이금속으로 도핑하는 것은 활물질 내 리튬 이온의 확산을 방해하거나, 용량을 비가역적으로 감소시킬 수 있다는 문제점이 있다.Meanwhile, a method of doping a high-content nickel-based positive electrode active material with a transition metal has been designed to increase thermal stability. Through transition metal doping, the positive electrode active material has the advantage of reducing cation mixing, maintaining a stable structure, and suppressing the release of active oxygen by strengthening the transition metal oxide bond. However, doping a high-content nickel-based positive electrode active material with a transition metal has the problem of hindering the diffusion of lithium ions in the active material or irreversibly reducing capacity.

이에, 본 발명의 발명자들은 니켈 함유 화합물을 포함하는 코어부 및 상기 코어부의 표면에 형성되는 코팅부를 포함하는 리튬이차전지용 양극 활물질을 개발하여 상기 문제점을 해결하고자 하였다.Accordingly, the inventors of the present invention attempted to solve the above problem by developing a positive electrode active material for a lithium secondary battery including a core portion containing a nickel-containing compound and a coating portion formed on the surface of the core portion.

구체적으로, 본 발명의 리튬이차전지용 양극 활물질은 니켈 함유 화합물을 포함하는 코어부 및 상기 코어부의 표면에 형성되는 코팅부로 이루어지며, 상기 니켈 함유 화합물은 니켈(Ni), 코발트(Co)를 포함하고, 망간(Mn) 및 알루미늄(Al)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상을 포함하는 리튬 복합 전이금속일 수 있다.Specifically, the positive electrode active material for a lithium secondary battery of the present invention consists of a core portion containing a nickel-containing compound and a coating portion formed on the surface of the core portion, and the nickel-containing compound includes nickel (Ni) and cobalt (Co). , it may be a lithium complex transition metal containing at least one selected from the group consisting of manganese (Mn) and aluminum (Al).

본 발명의 양극 활물질의 상기 코어부에 포함되는 니켈 함유 화합물은 전체 금속 원소 중 니켈(Ni)의 함량이 60몰% 이상인 고함량 니켈(High-Ni)계 리튬 복합 전이금속 산화물일 수 있다. 보다 더 바람직하게는 상기 니켈 함유 화합물은 전체 금속 원소 중 니켈(Ni)의 함량이 70몰% 또는 80몰% 이상인 이상인 고함량 니켈(High-Ni)계 리튬 복합 전이금속 산화물일 수 있다. 상기 니켈 함유 화합물이 니켈(Ni)의 함량이 80몰% 이상인 고함량 니켈(High-Ni)계 리튬 복합 전이금속 산화물을 포함함으로써 리튬이차전지의 고용량 확보가 가능할 수 있다.The nickel-containing compound contained in the core portion of the positive electrode active material of the present invention may be a high-nickel (High-Ni)-based lithium composite transition metal oxide having a nickel (Ni) content of 60 mol% or more among all metal elements. More preferably, the nickel-containing compound may be a high-Ni-based lithium composite transition metal oxide in which the nickel (Ni) content of all metal elements is 70 mol% or 80 mol% or more. As the nickel-containing compound includes a high-content nickel (High-Ni)-based lithium composite transition metal oxide with a nickel (Ni) content of 80 mol% or more, it may be possible to secure high capacity of a lithium secondary battery.

구체적으로, 상기 니켈 함유 화합물은 니켈(Ni), 코발트(Co) 및 망간(Mn)을 포함하는 NCM계 리튬 복합 전이금속 산화물일 수 있고, 또는 니켈(Ni), 코발트(Co) 및 알루미늄(Al)을 포함하는 NCA계 리튬 복합 전이금속 산화물일 수 있으며, 니켈 (Ni), 코발트(Co), 망간(Mn) 및 알루미늄(Al)의 4성분을 필수로 포함하는 4성분계 리튬 복합 전이금속 산화물일 수도 있다. 상기 코어부가 니켈(Ni) 및 코발트(Co)와 함께 망간(Mn) 및/또는 알루미늄(Al)을 포함함으로써, 구조적 안정성을 매우 향상시키고 수명 특성을 현저히 향상시킬 수 있다. 일반적으로 망간(Mn) 및/또는 알루미늄 (Al)을 포함하는 경우 안정성 측면에서는 효과적이나 용량 특성 및 출력 특성면에서 불리할 수 있으나, 본 발명의 양극 활물질 구조를 만족하게 되면, 용량 특성을 충분히 확보하면서도 안정성 및 수명 특성을 현저히 향상시킬 수 있다.Specifically, the nickel-containing compound may be an NCM-based lithium composite transition metal oxide containing nickel (Ni), cobalt (Co), and manganese (Mn), or nickel (Ni), cobalt (Co), and aluminum (Al). ) It may be an NCA-based lithium composite transition metal oxide containing nickel (Ni), cobalt (Co), manganese (Mn), and aluminum (Al). It may be possible. Since the core part includes manganese (Mn) and/or aluminum (Al) along with nickel (Ni) and cobalt (Co), structural stability can be greatly improved and lifespan characteristics can be significantly improved. In general, when manganese (Mn) and/or aluminum (Al) is included, it is effective in terms of stability, but may be disadvantageous in terms of capacity characteristics and output characteristics. However, if the positive electrode active material structure of the present invention is satisfied, sufficient capacity characteristics are secured. However, stability and lifespan characteristics can be significantly improved.

더 구체적으로, 상기 코어부에 포함되는 니켈 함유 화합물은 하기 화학식 1로 표현될 수 있다.More specifically, the nickel-containing compound included in the core portion may be represented by the following formula (1).

[화학식 1][Formula 1]

LipNi1-(x1+y1+z1)Cox1Ma y1Mb z1Mc q1O2 Li p Ni 1-(x1+y1+z1) Co x1 M a y1 M b z1 M c q1 O 2

상기 식에서, Ma은 Mn 및 Al로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상의 원소이고, Mb 는 Zr, W, Mg, Al, Ce, Hf, Ta, La, Ti, Sr, Ba, Nb, Mo, 및 Cr로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상의 원소이며, M c는 Al, Zr, Ti, Mg, Ta, Nb, Mo 및 Cr로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나 이상의 원소이며, 0.9≤p≤1.5, 0<x1≤0.4, 0<y1≤0.4, 0≤z1≤0.1, 0≤q1≤0.1 이고, 0<x1+y1+z1≤0.4이다.In the above formula, M a is at least one element selected from the group consisting of Mn and Al, and M b is Zr, W, Mg, Al, Ce, Hf, Ta, La, Ti, Sr, Ba, Nb, Mo, and is at least one element selected from the group consisting of Cr, and M c is at least one element selected from the group consisting of Al, Zr, Ti, Mg, Ta, Nb, Mo and Cr, 0.9≤p≤1.5, 0< x1≤0.4, 0<y1≤0.4, 0≤z1≤0.1, 0≤q1≤0.1, and 0<x1+y1+z1≤0.4.

상기 화학식 1의 니켈 함유 화합물에 있어서, Li은 p에 해당하는 함량, 즉 0.9≤p≤1.5로 포함될 수 있다. p가 0.9 미만이면 용량이 저하될 우려가 있고, 1.5를 초과하면 소성 공정에서 입자가 소결되어 버려, 양극 활물질 제조가 어려울 수 있다. Li 함량 제어에 따른 양극 활물질의 용량 특성 개선 효과의 현저함 및 활물질 제조시의 소결성이 발란스를 고려할 때, 상기 Li는 보다 바람직하게는 1.0≤p≤1.15의 함량으로 포함될 수 있다.In the nickel-containing compound of Formula 1, Li may be included in an amount corresponding to p, that is, 0.9≤p≤1.5. If p is less than 0.9, there is a risk that the capacity may decrease, and if it exceeds 1.5, the particles may be sintered during the firing process, making it difficult to manufacture the positive electrode active material. Considering the significant effect of improving the capacity characteristics of the positive electrode active material by controlling the Li content and the balance of sinterability during manufacturing the active material, Li may be more preferably included in an amount of 1.0≤p≤1.15.

상기 화학식 1의 니켈 함유 화합물에 있어서, Ni은 1-(x1+y1+z1)에 해당하는 함량, 예를 들어, 0.6≤1-(x1+y1+z1)<1로 포함될 수 있다. 상기 화학식 1의 니켈 함유 화합물 내 Ni의 함량이 0.6 이상의 조성이 되면 충방전에 기여하기에 충분한 Ni량이 확보되어 고용량화를 도모할 수 있다. 보다 바람직하게는 Ni은 0.8≤1-(x1+y1+z1)≤0.99로 포함될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 코어부의 Ni의 함량은 0.8≤1-(x1+y1+z1)≤0.99일 수 있으며, 상기 쉘부의 평균 Ni의 함량은 0.6≤1-(x1+y1+z1)≤0.9일 수 있다.In the nickel-containing compound of Formula 1, Ni may be included in an amount corresponding to 1-(x1+y1+z1), for example, 0.6≤1-(x1+y1+z1)<1. When the Ni content in the nickel-containing compound of Formula 1 is 0.6 or more, a sufficient amount of Ni is secured to contribute to charging and discharging, thereby achieving high capacity. More preferably, Ni may be included as 0.8≤1-(x1+y1+z1)≤0.99. More specifically, the Ni content of the core portion may be 0.8≤1-(x1+y1+z1)≤0.99, and the average Ni content of the shell portion may be 0.6≤1-(x1+y1+z1)≤0.9. You can.

상기 화학식 1의 니켈 함유 화합물에 있어서, Co는 x1에 해당하는 함량, 즉 0<x1≤0.4으로 포함될 수 있다. 상기 화학식 1의 니켈 함유 화합물내 Co의 함량이 0.4를 초과할 경우 비용 증가의 우려가있다. Co 포함에 따른 용량 특성 개선 효과의 현저함을 고려할 때, 상기 Co는 보다 구체적으로 0.05≤x1≤0.2의 함량으로 포함될 수 있다.In the nickel-containing compound of Formula 1, Co may be included in an amount corresponding to x1, that is, 0<x1≤0.4. If the Co content in the nickel-containing compound of Formula 1 exceeds 0.4, there is a risk of increased cost. Considering the significant effect of improving capacity characteristics due to the inclusion of Co, Co may be included in an amount of 0.05≤x1≤0.2 more specifically.

상기 화학식 1의 니켈 함유 화합물에 있어서, Ma은 Mn 또는 Al이거나, Mn 및 Al일 수 있고, 이러한 금속 원소는 활물질의 안정성을 향상시키고, 결과로서 전지의 안정성을 개선시킬 수 있다. 수명 특성 개선 효과를 고려할 때, 상기 Ma은 y1에 해당하는 함량, 즉 0<y1≤0.4의 함량으로 포함될 수 있다. 상기 화학식 1의 니켈 함유 화합물 내 y1가 0.4를 초과하면 오히려 전지의 출력 특성 및 용량 특성이 저하될 우려가 있으며, 상기 Ma은 보다 구체적으로 0.05≤y1≤0.2의 함량으로 포함될 수 있다.In the nickel-containing compound of Formula 1, M a may be Mn or Al, or Mn and Al, and these metal elements can improve the stability of the active material and, as a result, improve the stability of the battery. Considering the effect of improving lifespan characteristics, M a may be included in an amount corresponding to y1, that is, 0<y1≤0.4. If y1 in the nickel-containing compound of Formula 1 exceeds 0.4, there is a risk that the output characteristics and capacity characteristics of the battery may deteriorate. More specifically, M a may be included in an amount of 0.05≤y1≤0.2.

상기 화학식 1의 니켈 함유 화합물에 있어서, Mb는 리튬 복합 전이금속 산화물의 결정 구조 내 포함된 도핑원소일 수 있으며, Mb는 z1에 해당하는 함량, 즉 0≤z1≤0.1로 포함될 수 있다.In the nickel-containing compound of Formula 1, M b may be a doping element included in the crystal structure of the lithium composite transition metal oxide, and M b may be included in a content corresponding to z1, that is, 0≤z1≤0.1.

상기 화학식 1의 니켈 함유 화합물에 있어서, Mc 의 금속 원소는 리튬 복합 전이금속 산화물 구조 내에 포함되지 않을 수 있고, 전구체와 리튬 소스를 혼합하고 소성할 때 Mc 소스를 함께 혼합하여 소성하거나, 리튬 복합 전이금속 산화물을 형성한 후 별도로 Mc 소스를 투입하고 소성하는 방법을 통해 상기 Mc가 리튬 복합 전이 금속 산화물의 표면에 도핑된 리튬 복합 전이금속 산화물을 제조할 수 있다. 상기 Mc는 q1에 해당하는 함량, 즉 0≤q1≤0.1의 범위 내에서 양극 활물질의 특성을 저하하지 않는 함량으로 포함될 수 있다.In the nickel-containing compound of Formula 1, the metal element of M c may not be included in the lithium composite transition metal oxide structure, and when mixing and sintering the precursor and the lithium source, the M c source may be mixed and sintered, or the lithium source may be mixed and sintered. After forming the composite transition metal oxide, a M c source is separately added and fired to produce a lithium composite transition metal oxide in which M c is doped on the surface of the lithium composite transition metal oxide. The M c may be included in an amount corresponding to q1, that is, in an amount that does not deteriorate the characteristics of the positive electrode active material within the range of 0≤q1≤0.1.

한편, 본 발명의 양극 활물질의 상기 코팅부는 인계(Phosphorus) 화합물을 포함할 수 있다. 니켈(Ni), 코발트(Co)를 포함하고, 망간(Mn) 및 알루미늄(Al)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상을 포함하는 니켈 함유 화합물의 표면에 인계 화합물을 포함하는 코팅부를 맞닿아 형성함으로써 코어부로부터 방출되는 산소 라디칼을 코팅부가 용이하게 포획할 수 있고, 이에 따라 산소 라디칼의 방출이 억제되어 가스 생성이 감소되며, 고온에서 양극 활물질의 열분해를 지연시켜 열적 안정성이 개선될 수 있다.Meanwhile, the coating portion of the positive electrode active material of the present invention may include a phosphorus compound. By forming a coating containing a phosphorus compound on the surface of a nickel-containing compound containing nickel (Ni), cobalt (Co), and at least one selected from the group consisting of manganese (Mn) and aluminum (Al). The coating part can easily capture oxygen radicals released from the core part, thereby suppressing the emission of oxygen radicals, reducing gas production, and improving thermal stability by delaying thermal decomposition of the positive electrode active material at high temperatures.

상기 코팅부의 인계 화합물은 적어도 하나 이상의 하이드록시기와 결합 가능한 작용기를 포함하는 인계 화합물 또는 방향족 고리를 포함하는 인계 화합물일 수 있다. 구체적으로, 상기 인계 화합물은 포스포노벤조산(phosphono benzoic acid) 일 수 있다.The phosphorus-based compound of the coating portion may be a phosphorus-based compound containing a functional group capable of bonding to at least one hydroxy group or a phosphorus-based compound containing an aromatic ring. Specifically, the phosphorus-based compound may be phosphono benzoic acid.

상기 인계 화합물은 코어부의 표면에 코팅부를 형성할 수 있고, 코팅부는 양극 활물질에서 발생하는 활성 산소를 포획할 수 있다.The phosphorus-based compound may form a coating on the surface of the core portion, and the coating may capture active oxygen generated from the positive electrode active material.

일 실시예에 따르면, 코어부 전체 중량을 기준으로 코팅부는 0.5 중량% 내지 5 중량%의 중량 범위로 형성될 수 있다. 코어부 전체 중량을 기준으로 코팅부가 0.5 중량% 미만의 중량 범위로 형성될 경우 코팅부가 충분히 코어를 둘러싸도록 형성되지 않을 수 있고, 코팅부가 5 중량% 중량 범위를 초과하도록 형성된 경우 코팅부가 너무 두껍게 형성되어 리튬 이온의 확산이 방해될 수 있다.According to one embodiment, the coating portion may be formed in a weight range of 0.5% by weight to 5% by weight based on the total weight of the core portion. If the coating portion is formed in a weight range of less than 0.5% by weight based on the total weight of the core portion, the coating portion may not be formed to sufficiently surround the core, and if the coating portion is formed in a weight range exceeding 5% by weight, the coating portion may be formed too thick. This may hinder the diffusion of lithium ions.

본 발명의 리튬이차전지용 양극 활물질은 평균 입경(D50)이 0.1 ㎛ 내지 20 ㎛일 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 리튬이차전지용 양극 활물질의 평균 입경(D50)은 0.1 ㎛ 내지 15 ㎛, 0.1 ㎛ 내지 10 ㎛, 1 ㎛ 내지 20 ㎛, 5 ㎛ 내지 20 ㎛, 1 ㎛ 내지 15 ㎛, 1 ㎛ 내지 10 ㎛, 5 ㎛ 내지 15 ㎛, 또는 5 ㎛ 내지 10 ㎛일 수 있다. 본 발명의 양극 활물질의 평균 입경이 상기 범위에 속하는 경우 목표하는 체적당 에너지 밀도를 구현할 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 양극 활물질의 평균 입경이 20 ㎛를 초과하는 경우 충방전 용량의 급격한 저하를 가져올 수 있고, 0.1 ㎛ 이하인 경우 원하는 체적당 에너지 밀도를 얻기 어려울 수 있다.The positive electrode active material for a lithium secondary battery of the present invention may have an average particle diameter (D 50 ) of 0.1 ㎛ to 20 ㎛. Specifically, the average particle diameter (D 50 ) of the positive electrode active material for lithium secondary batteries of the present invention is 0.1 ㎛ to 15 ㎛, 0.1 ㎛ to 10 ㎛, 1 ㎛ to 20 ㎛, 5 ㎛ to 20 ㎛, 1 ㎛ to 15 ㎛, 1 It may be ㎛ to 10 ㎛, 5 ㎛ to 15 ㎛, or 5 ㎛ to 10 ㎛. When the average particle diameter of the positive electrode active material of the present invention falls within the above range, the target energy density per volume can be achieved. Specifically, if the average particle diameter of the positive electrode active material of the present invention exceeds 20 ㎛, it may lead to a rapid decrease in charge and discharge capacity, and if it is 0.1 ㎛ or less, it may be difficult to obtain the desired energy density per volume.

한편, 본 발명에 따르면, 본 발명의 코어부에 코팅된 코팅부의 두께는 30 내지 100 nm 일 수 있다. Meanwhile, according to the present invention, the thickness of the coating portion coated on the core portion of the present invention may be 30 to 100 nm.

리튬이차전지용 양극 활물질 제조방법Manufacturing method of positive electrode active material for lithium secondary battery

다음으로, 본 발명의 리튬이차전지용 양극 활물질의 제조방법을 설명한다.Next, a method for manufacturing the positive electrode active material for a lithium secondary battery of the present invention will be described.

본 발명에 따른 리튬이차전지용 양극 활물질의 제조방법은, The method for producing a positive electrode active material for lithium secondary batteries according to the present invention is,

(a) 니켈 함유 화합물을 준비하는 단계 및 (a) preparing a nickel-containing compound and

(b) 니켈 함유 화합물을 인계 화합물과 혼합하고 반응하는 단계를 포함할 수 있다. (b) may include mixing and reacting the nickel-containing compound with the phosphorus-based compound.

이 때, 상기 니켈 함유 화합물은 전체 금속 원소 중 니켈(Ni)의 함량이 60몰% 이상인 고함량 니켈(High-Ni)계 리튬 복합 전이금속 산화물일 수 있다. 보다 더 바람직하게는 상기 니켈 함유 화합물은 전체 금속 원소 중 니켈(Ni)의 함량이 70몰% 또는 80몰% 이상인 이상인 고함량 니켈(High-Ni)계 리튬 복합 전이금속 산화물일 수 있다. 상기 니켈 함유 화합물이 니켈(Ni)의 함량이 80몰% 이상인 고함량 니켈(High-Ni)계 리튬 복합 전이금속 산화물을 포함함으로써 리튬이차전지의 고용량 확보가 가능할 수 있다.At this time, the nickel-containing compound may be a high-nickel (High-Ni)-based lithium composite transition metal oxide with a nickel (Ni) content of 60 mol% or more among all metal elements. More preferably, the nickel-containing compound may be a high-Ni-based lithium composite transition metal oxide in which the nickel (Ni) content of all metal elements is 70 mol% or 80 mol% or more. As the nickel-containing compound includes a high-content nickel (High-Ni)-based lithium composite transition metal oxide with a nickel (Ni) content of 80 mol% or more, it may be possible to secure high capacity of a lithium secondary battery.

구체적으로, 상기 니켈 함유 화합물은 니켈(Ni), 코발트(Co) 및 망간(Mn)을 포함하는 NCM계 리튬 복합 전이금속 산화물일 수 있고, 또는 니켈(Ni), 코발트(Co) 및 알루미늄(Al)을 포함하는 NCA계 리튬 복합 전이금속 산화물일 수 있으며, 니켈 (Ni), 코발트(Co), 망간(Mn) 및 알루미늄(Al)의 4성분을 필수로 포함하는 4성분계 리튬 복합 전이금속 산화물일 수도 있다. 상기 코어부가 니켈(Ni) 및 코발트(Co)와 함께 망간(Mn) 및/또는 알루미늄(Al)을 포함함으로써, 구조적 안정성을 매우 향상시키고 수명 특성을 현저히 향상시킬 수 있다. 일반적으로 망간(Mn) 및/또는 알루미늄 (Al)을 포함하는 경우 안정성 측면에서는 효과적이나 용량 특성 및 출력 특성면에서 불리할 수 있으나, 본 발명의 양극 활물질 구조를 만족하게 되면, 용량 특성을 충분히 확보하면서도 안정성 및 수명 특성을 현저히 향상시킬 수 있다.Specifically, the nickel-containing compound may be an NCM-based lithium composite transition metal oxide containing nickel (Ni), cobalt (Co), and manganese (Mn), or nickel (Ni), cobalt (Co), and aluminum (Al). ) It may be an NCA-based lithium composite transition metal oxide containing nickel (Ni), cobalt (Co), manganese (Mn), and aluminum (Al). It may be possible. Since the core part includes manganese (Mn) and/or aluminum (Al) along with nickel (Ni) and cobalt (Co), structural stability can be greatly improved and lifespan characteristics can be significantly improved. In general, when manganese (Mn) and/or aluminum (Al) is included, it is effective in terms of stability, but may be disadvantageous in terms of capacity characteristics and output characteristics. However, if the positive electrode active material structure of the present invention is satisfied, sufficient capacity characteristics are secured. However, stability and lifespan characteristics can be significantly improved.

더 구체적으로, 상기 니켈 함유 화합물은 하기 화학식 1로 표현될 수 있다.More specifically, the nickel-containing compound may be represented by the following formula (1).

[화학식 1][Formula 1]

LipNi1-(x1+y1+z1)Cox1Ma y1Mb z1Mc q1O2 Li p Ni 1-(x1+y1+z1) Co x1 M a y1 M b z1 M c q1 O 2

상기 식에서, Ma은 Mn 및 Al로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상의 원소이고, Mb 는 Zr, W, Mg, Al, Ce, Hf, Ta, La, Ti, Sr, Ba, Nb, Mo, 및 Cr로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상의 원소이며, M c는 Al, Zr, Ti, Mg, Ta, Nb, Mo 및 Cr로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나 이상의 원소이며, 0.9≤p≤1.5, 0<x1≤0.4, 0<y1≤0.4, 0≤z1≤0.1, 0≤q1≤0.1 이고, 0<x1+y1+z1≤0.4이다.In the above formula, M a is at least one element selected from the group consisting of Mn and Al, and M b is Zr, W, Mg, Al, Ce, Hf, Ta, La, Ti, Sr, Ba, Nb, Mo, and is at least one element selected from the group consisting of Cr, and M c is at least one element selected from the group consisting of Al, Zr, Ti, Mg, Ta, Nb, Mo and Cr, 0.9≤p≤1.5, 0< x1≤0.4, 0<y1≤0.4, 0≤z1≤0.1, 0≤q1≤0.1, and 0<x1+y1+z1≤0.4.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 니켈 함유 화합물과 인계 화합물을 홉한하고 반응하는 단계에서, 인계 화합물은 니켈 함유 화합물 전체 중량을 기준으로 0.5 중량% 내지 5 중량% 범위로 혼합하여 수행될 수 있다. 니켈 함유 화합물 전체 중량을 기준으로 인계 화합물이 0.5 중량% 미만으로 혼합될 경우, 인계 화합물이 충분히 니켈 함유 화합물을 둘러싸도록 코팅되지 않을 수 있고, 인계 화합물이 5 중량%를 초과하여 혼합될 경우, 인계 화합물로 이루어진 코팅부가 너무 두껍게 형성되어 전지 충방전 시 리튬 이온의 확산이 방해될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, in the step of mixing and reacting the nickel-containing compound and the phosphorus-based compound, the phosphorus-based compound may be mixed in an amount of 0.5% to 5% by weight based on the total weight of the nickel-containing compound. If the phosphorus-based compound is mixed in an amount of less than 0.5% by weight based on the total weight of the nickel-containing compound, the phosphorus-based compound may not be sufficiently coated to surround the nickel-containing compound, and if the phosphorus-based compound is mixed in more than 5% by weight, the phosphorus-based compound may not be coated sufficiently to surround the nickel-containing compound. If the coating made of the compound is formed too thick, diffusion of lithium ions may be hindered during battery charging and discharging.

본 발명의 리튬이차전지용 양극 활물질의 제조방법은 니켈 함유 화합물과 인계 화합물의 반응에서, 산 첨가제를 더 혼합하는 단계를 포함할 수 있다. 이 때, 산 첨가제는, pka 2 내지 6의 약산일 수 있고, 구체적으로, 시트르산(citric acid), 아세트산, 말산 및 포름산으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다.The method for producing a cathode active material for a lithium secondary battery of the present invention may include the step of further mixing an acid additive in the reaction of a nickel-containing compound and a phosphorus-based compound. At this time, the acid additive may be a weak acid with a pka of 2 to 6, and may specifically include at least one selected from the group consisting of citric acid, acetic acid, malic acid, and formic acid.

상기 산 첨가제는 니켈 함유 화합물 전체 중량을 기준으로 0.05 중량% 내지 0.5 중량%가 되도록 첨가될 수 있다. The acid additive may be added in an amount of 0.05% to 0.5% by weight based on the total weight of the nickel-containing compound.

한편, 본 발명의 리튬이차전지용 양극 활물질의 제조방법은 (c) 니켈 함유 화합물을 인계 화합물과 혼합하고 반응하여 생성된 반응 생성물을 열처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.Meanwhile, the method for producing a positive electrode active material for a lithium secondary battery of the present invention may further include the step of (c) heat-treating the reaction product produced by mixing and reacting a nickel-containing compound with a phosphorus-based compound.

이 때, 상기 상기 (c) 반응 생성물을 열처리하는 단계는 100oC 이상의 온도에서 수행될 수 있다.At this time, the step of heat treating the reaction product (c) may be performed at a temperature of 100 o C or higher.

리튬이차전지용 양극 및 리튬이차전지Anode and lithium secondary battery for lithium secondary battery

본 발명의 다른 일 실시예에 따르면 상기와 같이 제조된 양극 활물질을 포함하는 리튬이차전지용 양극 및 리튬이차전지를 제공한다According to another embodiment of the present invention, a positive electrode for a lithium secondary battery and a lithium secondary battery containing the positive electrode active material prepared as described above are provided.

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

상기 양극에 있어서, 양극 집전체는 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소 또는 알루미늄이나 스테 인레스 스틸 표면에 탄소, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것 등이 사용될 수 있다. 또, 상기 양극 집전체 는 통상적으로 3 내지 500㎛의 두께를 가질 수 있으며, 상기 양극 집전체 표면 상에 미세한 요철을 형성하여 양 극 활물질의 접착력을 높일 수도 있다. 예를 들어 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다 양한 형태로 사용될 수 있다.In the positive electrode, the positive electrode current collector is not particularly limited as long as it is conductive without causing chemical changes in the battery, for example, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, fired carbon, or an aluminum or stainless steel surface. Surface treatment with carbon, nickel, titanium, silver, etc. can be used. In addition, the positive electrode current collector may typically have a thickness of 3 to 500㎛, and fine irregularities may be formed on the surface of the positive electrode current collector to increase the adhesion of the positive electrode active material. For example, it can be used in various forms such as films, sheets, foils, nets, porous materials, foams, and non-woven materials.

또, 상기 양극 활물질 층은 앞서 설명한 양극 활물질과 함께, 도전재 및 바인더를 포함할 수 있다.Additionally, the positive electrode active material layer may include a conductive material and a binder along with the positive electrode active material described above.

이때, 상기 도전재는 전극에 도전성을 부여하기 위해 사용되는 것으로서, 구성되는 전지에 있어서, 화학변화를 야기하지 않고 전자 전도성을 갖는 것이면 특별한 제한없이 사용가능하다. 구체적인 예로는 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본 블랙, 아세틸렌블랙, 케첸블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙, 탄소 섬유 등의 탄소계 물질; 구리, 니켈, 알루미늄, 은 등의 금속 분말 또는 금속 섬유; 산화아연, 티탄산 칼륨 등 의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 또는 폴리페닐렌 유도체 등의 전도성 고분자 등을 들 수 있으며, 이들 중 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다. 상기 도전재는 통상적으로 양극활물질 층 총 중량에 대하여 1 내지 30 중량%로 포함될 수 있다.At this time, the conductive material is used to provide conductivity to the electrode, and can be used without particular limitation as long as it does not cause chemical change and has electronic conductivity in the battery being constructed. 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 whiskeys such as zinc oxide and potassium titanate; Conductive metal oxides such as titanium oxide; Or conductive polymers such as polyphenylene derivatives, etc., of which one type alone or a mixture of two or more types may be used. The conductive material may typically be included in an amount of 1 to 30% by weight based on the total weight of the positive electrode active material layer.

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

상기 양극은 상기한 양극 활물질을 이용하는 것을 제외하고는 통상의 양극 제조방법에 따라 제조될 수 있다. 구체적으로, 상기한 양극 활물질 및 선택적으로, 바인더 및 도전재를 포함하는 양극 활물질 층 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 can be manufactured according to a conventional positive electrode manufacturing method except for using the positive electrode active material described above. Specifically, it can be manufactured by applying a composition for forming a positive electrode active material layer containing the above-described positive electrode active material and, optionally, a binder and a conductive material onto a positive electrode current collector, followed by drying and rolling. At this time, the types and contents of the positive electrode active material, binder, and conductive material are the same as described above.

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

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

상기 리튬이차전지에 있어서, 상기 음극은 음극 집전체 및 상기 음극 집전체 상에 위치하는 음극활물질 층을 포함한다.In the lithium secondary battery, the negative electrode includes a negative electrode current collector and a negative electrode active material layer located on the negative electrode current collector.

상기 음극 집전체는 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인레스 스틸의 표면에 탄소, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 또, 상기 음 극 집전체는 통상적으로 3 내지 500㎛의 두께를 가질 수 있으며, 양극 집전체와 마찬가지로, 상기 집전체 표면 에 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 changes in the battery. For example, it can be used on the surface of copper, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, fired carbon, copper or stainless steel. Surface treatment with carbon, nickel, titanium, silver, etc., aluminum-cadmium alloy, etc. can be used. In addition, the negative electrode current collector may typically have a thickness of 3 to 500㎛, and like 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 can be used in various forms such as films, sheets, foils, net porous materials, foams, and non-woven materials.

상기 음극 활물질 층은 음극 활물질과 함께 선택적으로 바인더 및 도전재를 포함한다. 상기 음극 활물질 층은 일례로서 음극 집전체 상에 음극 활물질, 및 선택적으로 바인더 및 도전재를 포함하는 음극 형성용 조성물을 도 포하고 건조하거나, 또는 상기 음극 형성용 조성물을 별도의 지지체 상에 캐스팅한 다음, 이 지지체로부터 박리 하여 얻은 필름을 음극 집전체 상에 라미네이션함으로써 제조될 수도 있다.The negative electrode active material layer optionally includes a binder and a conductive material along with the negative electrode active material. As an example, the negative electrode active material layer is formed by applying and drying a negative electrode forming composition containing a negative electrode active material and optionally a binder and a conductive material on a negative electrode current collector, or casting the negative electrode forming composition on a separate support. Next, it may be manufactured by laminating the film obtained by peeling from this support onto the negative electrode current collector.

상기 음극 활물질로는 리튬의 가역적인 인터칼레이션 및 디인터칼레이션이 가능한 화합물이 사용될 수 있다. 구 체적인 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 복 합체 또는 Sn-C 복합체과 같이 상기 금속질 화합물과 탄소질 재료를 포함하는 복합물 등을 들 수 있으며, 이들 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물이 사용될 수 있다. 또한, 상기 음극활물질로서 금속 리튬 박막이 사용될 수도 있다. 또, 탄소재료는 저결정 탄소 및 고결정성 탄소 등이 모두 사용될 수 있다. 저결정성 탄소로는 연화 탄소 (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), 액정 피치계 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 소성 탄소가 대표적이다.As the negative electrode 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; Metallic compounds that can be alloyed with lithium, such as Si, Al, Sn, Pb, Zn, Bi, In, Mg, Ga, Cd, Si alloy, Sn alloy, or Al alloy; Metal oxides that can dope and undope lithium, such as SiOβ (0 <β<2), SnO 2 , vanadium oxide, and lithium vanadium oxide; Alternatively, a composite containing the above-described 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 of these may be used. Additionally, a metallic lithium thin film may be used as the negative electrode active material. Additionally, both low-crystalline carbon and high-crystalline carbon can be used as the carbon material. Representative examples of low-crystalline carbon include soft carbon and hard carbon, and high-crystalline carbon includes amorphous, plate-shaped, flaky, spherical, or fibrous natural graphite, artificial graphite, and Kish graphite. graphite, pyrolytic carbon, mesophase pitch based carbon fiber, meso-carbon microbeads, mesophase pitches, and petroleum or coal tar pitch. Representative examples include high-temperature calcined carbon such as derived cokes.

또, 본 발명에서 사용되는 전해질로는 리튬이차전지 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, 이 들로 한정되는 것은 아니다.In addition, electrolytes used in the present invention include organic liquid electrolytes, inorganic liquid electrolytes, solid polymer electrolytes, gel-type polymer electrolytes, solid inorganic electrolytes, and molten inorganic electrolytes that can be used in the production of lithium secondary batteries. It is not limited.

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 것 이라면 특별한 제한없이 사용될 수 있다. 구체적으로 상기 유기 용매로는, 메틸 아세테이트(methyl acetate), 에틸 아세테이트(ethyl acetate), γ-부티로락톤(γ-butyrolactone), ε-카프로락톤(ε-caprolactone) 등의 에 스테르계 용매; 디부틸 에테르(dibutyl ether) 또는 테트라히드로퓨란(tetrahydrofuran) 등의 에테르계 용매; 시클로헥사논(cyclohexanone) 등의 케톤계 용매; 벤젠(benzene), 플루오로벤젠(fluorobenzene) 등의 방향족 탄 화수소계 용매; 디메틸카보네이트(dimethylcarbonate, DMC), 디에틸카보네이트(diethylcarbonate, DEC), 메틸 에틸카보네이트(methylethylcarbonate, MEC), 에틸메틸카보네이트(ethylmethylcarbonate, EMC), 에틸렌카보네 이트(ethylene carbonate, EC), 프로필렌카보네이트(propylene carbonate, PC) 등의 카보네이트계 용매; 에틸 알코올, 이소프로필 알코올 등의 알코올계 용매; R-CN(R은 C2 내지 C20의 직쇄상, 분지상 또는 환 구조의 탄화 수소기이며, 이중결합 방향 환 또는 에테르 결합을 포함할 수 있다) 등의 니트릴류; 디메틸포름아미드 등의 아 미드류; 1,3-디옥솔란 등의 디옥솔란류; 또는 설포란(sulfolane)류 등이 사용될 수 있다. The organic solvent may be used without 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, the organic solvent includes ester solvents such as methyl acetate, ethyl acetate, γ-butyrolactone, and ε-caprolactone; Ether-based solvents such as dibutyl ether or tetrahydrofuran; Ketone-based solvents such as cyclohexanone; Aromatic hydrocarbon-based solvents such as benzene and fluorobenzene; Dimethylcarbonate (DMC), diethylcarbonate (DEC), methylethylcarbonate (MEC), ethylmethylcarbonate (EMC), ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (propylene) Carbonate-based solvents such as carbonate (PC); Alcohol-based solvents such as ethyl alcohol and isopropyl alcohol; nitriles such as R-CN (R is a C2 to C20 straight-chain, branched or ring-structured hydrocarbon group and may include a double bond aromatic ring or ether bond); Amides such as dimethylformamide; Dioxolanes such as 1,3-dioxolane; Alternatively, sulfolane, etc. may be used.

상기 리튬염은 리튬이차전지에서 사용되는 리튬 이온을 제공할 수 있는 화합물이라면 특별한 제한 없이 사용될 수 있다. 구체적으로 상기 리튬염은, LiPF6, LiClO4, LiAsF6, LiBF4, LiSbF6, LiAlO4, LiAlCl4, LiCF3SO3, LiC4F9SO3, LiN(C2F5SO3)2, LiN(C2F5SO2)2, LiN(CF3SO2)2. LiCl, LiI, 또는 LiB(C2O4)2 등이 사용될 수 있다. 상기 리튬염의 농도는 0.1 내지 2.0M 범위 내에서 사용하는 것이 좋다. 리튬염의 농도가 상기 범위에 포함되면, 전해 질이 적절한 전도도 및 점도를 가지므로 우수한 전해질 성능을 나타낼 수 있고, 리튬 이온이 효과적으로 이동할 수 있다.The lithium salt can be used without particular restrictions as long as it is a compound that can provide lithium ions used in lithium secondary batteries. Specifically, the lithium salt is LiPF 6 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiBF 4 , LiSbF 6 , LiAlO 4 , LiAlCl4, 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 may be used. The concentration of the lithium salt is preferably used within the range of 0.1 to 2.0M. When the concentration of lithium salt is within the above range, the electrolyte has appropriate conductivity and viscosity, so excellent electrolyte performance can be achieved and lithium ions can 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, 피 리딘, 트리에틸포스파이트, 트리에탄올아민, 환상 에테르, 에틸렌 디아민, n-글라임(glyme), 헥사인산 트리아미 드, 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 수 도 있다. 이때 상기 첨가제는 전해질 총 중량에 대하여 0.1 내지 5 중량%로 포함될 수 있다.In addition to the electrolyte components, the electrolyte includes, for example, haloalkylene carbonate-based compounds such as difluoroethylene carbonate, pyridine, Triethylphosphite, triethanolamine, cyclic ether, ethylene diamine, n-glyme, hexanoic acid triamide, nitrobenzene derivative, sulfur, quinone imine dye, N-substituted oxazolidinone, N,N-substituted One or more additives such as imidazolidine, ethylene glycol dialkyl ether, ammonium salt, pyrrole, 2-methoxy ethanol, or aluminum trichloride may be further included. At this time, the additive may be included in an amount of 0.1 to 5% by weight based on the total weight of the electrolyte.

기와 같이 본 발명에 따른 양극 활물질을 포함하는 리튬이차전지는 우수한 방전 용량, 출력 특성 및 용량 유 지율을 안정적으로 나타내기 때문에, 휴대전화, 노트북 컴퓨터, 디지털 카메라 등의 휴대용 기기, 및 하이브리드 전기자동차(hybrid electric vehicle, HEV) 등의 전기 자동차 분야 등에 유용하다As described above, the lithium secondary battery containing the positive electrode active material according to the present invention stably exhibits excellent discharge capacity, output characteristics, and capacity maintenance rate, and is therefore widely used in portable devices such as mobile phones, laptop computers, digital cameras, and hybrid electric vehicles ( It is useful in electric vehicle fields such as hybrid electric vehicle (HEV).

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명하나, 이는 하나의 예시에 불과할 뿐, 본 발명의 권리범위가 다음 내용에 의해 제한되지 아니한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily implement the present invention. However, this is only an example, and the scope of rights of the present invention is determined by the following contents. Not limited.

제조예Manufacturing example

실시예 1Example 1

용기 내에 아세토니트릴(acetonitrile) 100 mL와 LiNi0.945Co0.04Al0.015O2 활물질 0.995 g, 포스포노벤조산(Phosphonobenzoic acid; PBA) 0.005 g 및 산 첨가제로서 시트르산을 0.0005 g을 넣고 80

Figure pat00001
에서 교반하며 2시간 동안 반응시켜 혼합물 파우더를 제조하였다. 이후 혼합물 파우더를 회수하여 진공 오븐에 넣고 120
Figure pat00002
에서 12시간 동안 열처리하여 용매를 기화시켜 본 발명의 고함량 니켈의 양극 활물질을 제조하였다.Add 100 mL of acetonitrile, 0.995 g of LiNi 0.945 Co 0.04 Al 0.015 O 2 active material, 0.005 g of Phosphonobenzoic acid (PBA), and 0.0005 g of citric acid as an acid additive into the container and add 80 g.
Figure pat00001
The mixture powder was prepared by reacting for 2 hours while stirring. Afterwards, the mixture powder was recovered and placed in a vacuum oven at 120 °C.
Figure pat00002
The high-nickel positive electrode active material of the present invention was prepared by heat treatment for 12 hours to vaporize the solvent.

실시예 2Example 2

상기 실시예 1에 있어서, NCA 활물질을 0.990 g, 포스포노벤조산을 0.01 g을 첨가하는 것을 제외하고 나머지는 동일하게 고함랑 니켈계 양극 활물질을 제조하였다.In Example 1, a high-content nickel-based positive electrode active material was prepared in the same manner as in Example 1, except that 0.990 g of NCA active material and 0.01 g of phosphonobenzoic acid were added.

비교예 1Comparative Example 1

상기 실시예 1에 있어서, 포스포노벤조산 및 시트르산을 첨가하지 않고 순수한 NCA 활물질을 포함하는 고함량 니켈계 양극 활물질을 비교예로 준비하였다.In Example 1, a high-content nickel-based positive electrode active material containing pure NCA active material without adding phosphonobenzoic acid or citric acid was prepared as a comparative example.

실험예 1Experimental Example 1

양극 활물질에 코팅된 PBA의 양을 정량적으로 측정하기 위해 실시예 1 및 비교예에 따른 양극 활물질에 대하여 TGA(thermogravimetric analysis) 분석을 수행하였다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 양극 활물질의 TGA 분석 그래프이다.In order to quantitatively measure the amount of PBA coated on the positive electrode active material, TGA (thermogravimetric analysis) analysis was performed on the positive electrode active material according to Example 1 and Comparative Example. 1 is a TGA analysis graph of a positive electrode active material according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 실시예 1에서 제조된 양극 활물질의 표면과 반응하여 화학적인 결합을 하고 있는 PBA의 정량적인 양을 확인할 수 있다. 실시예 1에 따른 양극 활물질의 경우 200

Figure pat00003
근처에서 급격한 질량 감소를 보이는 반면, 비교예 1에 따른 양극 활물질은 온도 증가에 따라 질량 변화가 거의 없다. 이는 PBA가 열분해되기 때문에 나타나는 현상으로 실시예 1의 양극 활물질의 경우 약 0.5 중량%가 감소하는 것을 확인할 수 있다.Referring to Figure 1, the quantitative amount of PBA reacting with the surface of the positive electrode active material prepared in Example 1 and forming a chemical bond can be confirmed. 200 for the positive electrode active material according to Example 1
Figure pat00003
While it shows a rapid decrease in mass nearby, the positive electrode active material according to Comparative Example 1 shows little change in mass as the temperature increases. This phenomenon occurs because PBA is thermally decomposed. In the case of the positive electrode active material of Example 1, it can be confirmed that the amount decreases by about 0.5% by weight.

실험예 2Experimental Example 2

실시예 2 및 비교예 1에 따른 양극 활물질에 대하여 FT-IR 분석을 수행하였다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 양극 활물질의 FT-IR 분석 그래프이다.FT-IR analysis was performed on the positive electrode active materials according to Example 2 and Comparative Example 1. Figure 2 is a FT-IR analysis graph of a positive electrode active material according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 실시예 2에 따른 양극 활물질의 경우, PBA의 작용기에 대응되는 984 cm-1 (P-OH 결합) 및 1072 cm-1 (P=O 결합)에서 피크가 관찰되었으며, 이를 통해 NCA 양극 활물질의 표면에 PBA가 화학적으로 결합되어 있음을 확인할 수 있다. 반면, 비교예 1에 따른 양극 활물질은 어떠한 피크도 관찰되지 않음을 확인할 수 있다.Referring to Figure 2, in the case of the positive electrode active material according to Example 2, peaks were observed at 984 cm -1 (P-OH bond) and 1072 cm -1 (P=O bond) corresponding to the functional group of PBA, which It can be confirmed that PBA is chemically bonded to the surface of the NCA positive electrode active material. On the other hand, it can be seen that no peaks are observed in the positive electrode active material according to Comparative Example 1.

실험예 3Experimental Example 3

PBA가 전 표면에 고르게 반응하여 결합되어 있는지를 확인하기 위해 STEM(Scanning Transmission Electron Microscope) 및 EDS(Energy Dispersive X-ray Spectroscopy) 분석을 수행하였다. 도 3은 본 발명의 실시예 1에 따른 양극 활물질의 (a) STEM 이미지 및 (b) Ni의 EDS 맵핑 이미지, (c) P의 EDS 맵핑 이미지이다.Scanning Transmission Electron Microscope (STEM) and Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (EDS) analyzes were performed to confirm whether PBA reacted and bonded evenly to the entire surface. Figure 3 shows (a) a STEM image, (b) an EDS mapping image of Ni, and (c) an EDS mapping image of P of the positive electrode active material according to Example 1 of the present invention.

도 3을 참조하면, 실시예 1에 따른 양극 활물질의 전 표면에 걸쳐 PBA가 고르게 코팅되어 있음을 확인할 수 있다.Referring to Figure 3, it can be seen that PBA is evenly coated over the entire surface of the positive electrode active material according to Example 1.

실시예 3Example 3

실시예 1에 따른 양극 활물질과 도전재로서 Super-P(Timcal 社) 및 바인더로서 PVdF(polyvinylidene fluoride)를 각각 8 : 1 : 1로 혼합하였다. 이후 NMP(N-methylpyrrolidone)을 첨가하여 양극 활물질 슬러리를 제조한 뒤 알루미늄 집전체 위에 도포하였다. 슬러리가 도포된 집전체를 100

Figure pat00004
에서 건조하여 양극을 준비하였다.The positive electrode active material according to Example 1, Super-P (Timcal) as a conductive material, and PVdF (polyvinylidene fluoride) as a binder were mixed in a ratio of 8:1:1, respectively. Afterwards, NMP (N-methylpyrrolidone) was added to prepare a positive electrode active material slurry and then applied on an aluminum current collector. The current collector on which the slurry is applied is 100%
Figure pat00004
The anode was prepared by drying.

상기 양극과 리튬 금속 음극을 전극으로 하고, 전해질로는 1.3 M LiPF6 (용매는 EC(ethyl carbonate) : EMC(ethyl methyl carbonate) : DMC(dimethyl carbonate) = 3 : 4 : 3)을 이용하여 리튬이차전지(2032-typte 코인 셀)을 제작하였다.The positive electrode and the lithium metal negative electrode were used as electrodes, and 1.3 M LiPF 6 was used as an electrolyte (solvent: EC (ethyl carbonate): EMC (ethyl methyl carbonate): DMC (dimethyl carbonate) = 3: 4: 3). A secondary battery (2032-type coin cell) was produced.

실시예 4Example 4

상기 실시예 3에서, 실시예 1의 양극 활물질 대신 실시예 2의 양극 활물질을 사용하는 것을 제외하고는, 나머지 조건은 동일하게 실시하여 리 리튬이차전지(2032-typte 코인 셀)를 제작하였다.In Example 3, a Li lithium secondary battery (2032-type coin cell) was manufactured under the same conditions, except that the positive electrode active material of Example 2 was used instead of the positive active material of Example 1.

비교예 2Comparative Example 2

상기 실시예 3에서, 실시예 1의 양극 활물질 대신 비교예 1의 양극 활물질을 사용하는 것을 제외하고는, 나머지 조건은 동일하게 실시하여 리튬이차전지(2032-typte 코인 셀)을 제작하였다.In Example 3, a lithium secondary battery (2032-type coin cell) was manufactured under the same conditions, except that the positive electrode active material of Comparative Example 1 was used instead of the positive electrode active material of Example 1.

실험예 4Experimental Example 4

실시예 3, 실시예 4 및 비교예 2에 따른 전지에 0.1 C-rate의 충전 및 방전 전류를 인가해 리튬 금속 대비 4.3 V까지 충전한 후, 2.7 V까지 방전한 다음, 다시 4.3 V까지 0.1 C-rate의 전류로 충전하였다. 그런 다음 충전된 전지을 분해하여 양극을 회수하고, 회수된 양극을 DMC(Dimethyl carbonate)로 30초 동안 세척하여 전극 표면에 남아있는 전해질을 제거하고 건조시켰다.A charging and discharging current of 0.1 C-rate was applied to the batteries according to Example 3, Example 4, and Comparative Example 2, charging them to 4.3 V compared to lithium metal, discharging them to 2.7 V, and then 0.1 C again to 4.3 V. It was charged with -rate current. Then, the charged battery was disassembled to recover the positive electrode, and the recovered positive electrode was washed with DMC (Dimethyl carbonate) for 30 seconds to remove the electrolyte remaining on the electrode surface and dried.

각각의 양극을 DSC(differential scanning calorimeter, 시차주사열량 분석) 장치(TA 社의 DSC25)의 팬(pan)에 2 mg 투입하고, 전해질 2.5 ㎕을 함께 투입한 후, 팬을 실링하였다. 실링한 팬을 30

Figure pat00005
에서 300
Figure pat00006
까지 분당 5
Figure pat00007
씩 승온하면서 발열량을 측정하였다.2 mg of each anode was added to the pan of a DSC (differential scanning calorimeter) device (TA's DSC25), 2.5 ㎕ of electrolyte was added, and the pan was sealed. 30 degrees ceiling fan
Figure pat00005
From 300
Figure pat00006
Up to 5 per minute
Figure pat00007
The calorific value was measured while increasing the temperature step by step.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 양극의 DSC 분석 그래프이다.Figure 4 is a DSC analysis graph of an anode according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 비교예 2의 전지에서 회수된 양극은 발열 피크의 온도가 207oC 실시예 3의 전지에서 회수된 양극은 발열 피크의 온도가 224oC 실시예 4의 전지에서 회수된 양극은 발열 피크의 온도가 231oC로 발열 피크의 온도가 인계 코팅부의 양의 증가에 따라 상승하는 것을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 4, the positive electrode recovered from the battery of Comparative Example 2 had an exothermic peak temperature of 207 o C. The positive electrode recovered from the battery of Example 3 had an exothermic peak temperature of 224 o C. The anode has an exothermic peak temperature of 231 o C, and it can be seen that the exothermic peak temperature increases as the amount of the phosphorus coating increases.

승온하는 과정에서 양극에서 발생하는 활성 산소에 의해 전해질이 연소하게 되는데, 실시예 3 및 실시예 4의 전지에서 회수된 양극은 활성 산소의 방출을 효과적으로 억제하여 발열이 시작되는 온도와 발열 피크를 상승시키고 발열량은 감소시키는 것을 확인할 수 있다. 이를 통해 PBA 코팅에 따라 양극 활물질, 양극 및 전지의 열적 안정성이 증가하는 것을 확인할 수 있다.In the process of increasing the temperature, the electrolyte is burned by active oxygen generated from the anode. The positive electrode recovered from the batteries of Examples 3 and 4 effectively suppresses the release of active oxygen, increasing the temperature at which heat generation begins and the heat generation peak. It can be confirmed that the calorific value is reduced. Through this, it can be seen that the thermal stability of the positive electrode active material, positive electrode, and battery increases depending on the PBA coating.

실험예 5Experimental Example 5

본 발명의 양극 활물질을 이루는 코팅부의 라디칼 포획 여부를 확인하기 위하여 DEMS(differential electrochemical mass spectrometry) 분석을 수행하였다. 실시예 4 및 비교예 2에서 제작하는 전지에서 전해질만 1M LiPF6 (용매는 EC:DEC=1:1)로 대체하여 DEMS용 전지(실시예 4-1, 비교예 2-1 전지)를 제작하였다. 상기 DEMS용 전지에 대해 0.1 C-rate 전류 밀도로 리튬 금속 대비 3.6 - 4.8 V의 범위에서 충전을 진행하며 가스 발생량을 확인하였다. 도 5는 양극 활물질의 가스발생량을 확인할 수 있는 DEMS 분석 그래프이다.Differential electrochemical mass spectrometry (DEMS) analysis was performed to confirm whether radicals were captured in the coating part of the positive electrode active material of the present invention. In the batteries produced in Example 4 and Comparative Example 2, only the electrolyte was replaced with 1M LiPF 6 (solvent EC:DEC=1:1) to produce a DEMS battery (Example 4-1, Comparative Example 2-1 battery). did. The DEMS battery was charged at a current density of 0.1 C-rate in the range of 3.6 - 4.8 V compared to lithium metal, and the amount of gas generated was confirmed. Figure 5 is a DEMS analysis graph that can confirm the amount of gas generated from the positive electrode active material.

도 5를 참조하면, (a) 비교예 2-1에 따른 전지의 DEMS 분석 그래프 및 (b) 실시예 4-1에 따른 전지의 DEMS 분석 그래프를 확인할 수 있다. 상기 그래프를 통해 두 전지 모두 산소 기체의 발생은 거의 나타나지 않음을 확인할 수 있다. 그러나, 비교예 2-1의 전지는 고전압 영역으로 충전이 진행됨에 따라 이산화탄소가 대량으로 발생하였으며, 실시예 4-1의 전지는 고전압 영역으로 충전히 진행되더라도 이산화탄소 발생이 크지 않은 것을 확인할 수 있다. Referring to Figure 5, (a) a DEMS analysis graph of the battery according to Comparative Example 2-1 and (b) a DEMS analysis graph of the battery according to Example 4-1 can be seen. From the above graph, it can be seen that oxygen gas is hardly generated in both batteries. However, it can be seen that the battery of Comparative Example 2-1 generated a large amount of carbon dioxide as charging progressed to the high voltage region, and that the battery of Example 4-1 did not generate a large amount of carbon dioxide even when charging progressed to the high voltage region.

이러한 결과로부터, PBA 코팅부가 방출된 활성 산소(산소 라디칼)를 포획하여 전지 구동 중에 발생되는 가스의 양을 줄이고 전지의 안정성을 개선할 수 있음을 확인할 수 있다.From these results, it can be confirmed that the PBA coating can capture released active oxygen (oxygen radicals), reduce the amount of gas generated during battery operation, and improve battery stability.

실험예 6Experimental Example 6

코팅된 양극 활물질과 전해질의 산화 반응을 통해 생성된 라디칼 중간체를 관찰하기 위해 전자스핀공명분석(ESR, electron spin resonance)을 수행하였다. 실시예 4 및 비교예 2에 따른 전지에 0.1 C-rate의 전류를 인가해 리튬 금속 대비 4.3 V까지 충전한 후, 2.7 V까지 방전한 다음, 다시 4.3 V까지 0.1 C-rate의 전류로 충전하였다. 이후 충전된 전지를 분해하여 양극을 회수하고, 회수된 양극을 DMC로 30초 동안 세척하여 전극 표면에 남아있는 전해질을 제거하고 건조시켰다.Electron spin resonance (ESR) analysis was performed to observe radical intermediates generated through the oxidation reaction of the coated positive electrode active material and the electrolyte. A current of 0.1 C-rate was applied to the battery according to Example 4 and Comparative Example 2 and charged to 4.3 V compared to lithium metal, discharged to 2.7 V, and then charged again to 4.3 V with a current of 0.1 C-rate. . Afterwards, the charged battery was disassembled to recover the positive electrode, and the recovered positive electrode was washed with DMC for 30 seconds to remove the electrolyte remaining on the electrode surface and dried.

그런 다음 건조된 전극 6 mg을 전해질 600 ㎕에 넣고 1시간 동안 보관한 뒤 ESR 분석을 수행하였다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 양극 활물질의 ESR 분석 그래프이다.Then, 6 mg of the dried electrode was added to 600 ㎕ of electrolyte, stored for 1 hour, and ESR analysis was performed. Figure 6 is an ESR analysis graph of a positive electrode active material according to an embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 비교예 2의 전지로부터 추출된 양극 활물질과 함께 저장된 전해질의 경우 라디칼의 생성으로 인해 피크가 발생하는 것을 확인할 수 있다. 그러나 실시예 4의 전지로부터 추출된 양극 활물질과 저장된 전해질은 해당 피크가 거의 나타나지 않아 PBA가 코팅된 양극 활물질의 경우 코팅부가 산소 라디칼을 포획하여 전해질로의 산소 라디칼 방출이 억제되는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 6, it can be seen that in the case of the electrolyte stored together with the positive electrode active material extracted from the battery of Comparative Example 2, a peak occurs due to the generation of radicals. However, the positive electrode active material extracted from the battery of Example 4 and the stored electrolyte almost did not show the corresponding peak, confirming that in the case of the positive electrode active material coated with PBA, the coating captured oxygen radicals and suppressed the release of oxygen radicals into the electrolyte.

실험예 7Experimental Example 7

실시예 3 및 비교예 2의 양극 활물질의 PBA 코팅이 전지의 초기 발현 용량에 미치는 영향을 측정하기 위해 0.1C-rate 전류 밀도를 인가하여 리튬이차전지의 충방전을 수행하고, 이에 따른 전압-용량 곡선을 도 7에 도시하였다. In order to measure the effect of the PBA coating of the positive electrode active material of Example 3 and Comparative Example 2 on the initial capacity of the battery, charging and discharging of the lithium secondary battery was performed by applying a 0.1 C-rate current density, and the resulting voltage-capacity was measured. The curve is shown in Figure 7.

비교예 2에서 제조된 전지는 208mAh/g의 초기 방전 용량을 발현한 반면, 실시예 3에서 제조된 전지는 204mAh/g의 초기 방전 용량을 발현하였다. 코팅부로 인해 증가된 저항으로 인해 발현 용량이 일부 감소한 것으로 생각된다. 그러나 이는 약 1.9%의 용량 감소에 해당해 코팅으로 인한 가역용량의 변화가 매우 적음을 관찰하였다. The battery manufactured in Comparative Example 2 developed an initial discharge capacity of 208 mAh/g, while the battery manufactured in Example 3 developed an initial discharge capacity of 204 mAh/g. It is thought that the expression capacity was partially reduced due to the increased resistance caused by the coating. However, it was observed that this corresponded to a capacity reduction of about 1.9% and that the change in reversible capacity due to coating was very small.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements can be made by those skilled in the art using the basic concept of the present invention defined in the following claims. It falls within the scope of invention rights.

Claims (15)

니켈 함유 화합물을 포함하는 코어부; 및
상기 코어부의 표면에 형성되고 인계 화합물을 포함하는 코팅부;을 포함하는,
리튬이차전지용 양극 활물질.
A core portion containing a nickel-containing compound; and
A coating portion formed on the surface of the core portion and containing a phosphorus-based compound,
Cathode active material for lithium secondary batteries.
제1항에 있어서,
상기 니켈 함유 화합물은 하기 화학식 1로 표시되는 리튬 복합 전이금속 산화물인 것인,
리튬이차전지용 양극 활물질.
[화학식 1]
LipNi1-(x1+y1+z1)Cox1Ma y1Mb z1Mc q1O2
상기 식에서, Ma은 Mn 및 Al로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상의 원소이고, Mb 는 Zr, W, Mg, Al, Ce, Hf, Ta, La, Ti, Sr, Ba, Nb, Mo, 및 Cr로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상의 원소이며, M c는 Al, Zr, Ti, Mg, Ta, Nb, Mo 및 Cr로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나 이상의 원소이며, 0.9≤p≤1.5, 0<x1≤0.4, 0<y1≤0.4, 0≤z1≤0.1, 0≤q1≤0.1 이고, 0<x1+y1+z1≤0.4이다.
According to paragraph 1,
The nickel-containing compound is a lithium complex transition metal oxide represented by the following formula (1):
Cathode active material for lithium secondary batteries.
[Formula 1]
Li p Ni 1-(x1+y1+z1) Co x1 M a y1 M b z1 M c q1 O 2
In the above formula, M a is at least one element selected from the group consisting of Mn and Al, and M b is Zr, W, Mg, Al, Ce, Hf, Ta, La, Ti, Sr, Ba, Nb, Mo, and is at least one element selected from the group consisting of Cr, and M c is at least one element selected from the group consisting of Al, Zr, Ti, Mg, Ta, Nb, Mo and Cr, 0.9≤p≤1.5, 0< x1≤0.4, 0<y1≤0.4, 0≤z1≤0.1, 0≤q1≤0.1, and 0<x1+y1+z1≤0.4.
제1항에 있어서,
상기 인계 화합물은 적어도 하나 이상의 하이드록시기와 결합 가능한 작용기를 포함하는 인계 화합물 또는 방향족 고리를 포함하는 인계 화합물인 것인,
리튬이차전지용 양극 활물질.
According to paragraph 1,
The phosphorus-based compound is a phosphorus-based compound containing a functional group capable of bonding to at least one hydroxy group or a phosphorus-based compound containing an aromatic ring,
Cathode active material for lithium secondary batteries.
제1항에 있어서,
상기 코팅부는 상기 코어부 전체 중량을 기준으로 0.5 중량% 내지 5 중량%의 중량 범위로 형성되는 것인,
리튬이차전지용 양극 활물질.
According to paragraph 1,
The coating portion is formed in a weight range of 0.5% by weight to 5% by weight based on the total weight of the core portion,
Cathode active material for lithium secondary batteries.
제1항에 있어서,
상기 코팅부의 두께는 30 내지 100 nm인 것인,
리튬이차전지용 양극 활물질.
According to paragraph 1,
The thickness of the coating portion is 30 to 100 nm,
Cathode active material for lithium secondary batteries.
제1항에 있어서,
상기 리튬이차전지용 양극 활물질은 평균 입경(D50)이 0.1 ㎛ 내지 20 ㎛인 것인, 리튬이차전지용 양극 활물질.
According to paragraph 1,
The positive electrode active material for a lithium secondary battery has an average particle diameter (D 50 ) of 0.1 ㎛ to 20 ㎛.
(a) 니켈 함유 화합물을 준비하는 단계; 및
(b) 상기 니켈 함유 화합물을 인계 화합물과 혼합하고 반응하는 단계;를 포함하고,
상기 인계 화합물은 상기 니켈 함유 화합물의 표면에 코팅부를 형성하는 것인,
리튬이차전지용 양극 활물질 제조방법.
(a) preparing a nickel-containing compound; and
(b) mixing and reacting the nickel-containing compound with the phosphorus-based compound;
The phosphorus-based compound forms a coating on the surface of the nickel-containing compound,
Method for manufacturing positive electrode active material for lithium secondary battery.
제7항에 있어서,
상기 니켈 함유 화합물은 하기 화학식 1로 표시되는 리튬 복합 전이금속 산화물인 것인,
리튬이차전지용 양극 활물질 제조방법.
[화학식 1]
LipNi1-(x1+y1+z1)Cox1Ma y1Mb z1Mc q1O2
상기 식에서, Ma은 Mn 및 Al로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상의 원소이고, Mb 는 Zr, W, Mg, Al, Ce, Hf, Ta, La, Ti, Sr, Ba, Nb, Mo, 및 Cr로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상의 원소이며, M c는 Al, Zr, Ti, Mg, Ta, Nb, Mo 및 Cr로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나 이상의 원소이며, 0.9≤p≤1.5, 0<x1≤0.4, 0<y1≤0.4, 0≤z1≤0.1, 0≤q1≤0.1 이고, 0<x1+y1+z1≤0.4이다.
In clause 7,
The nickel-containing compound is a lithium complex transition metal oxide represented by the following formula (1):
Method for manufacturing positive electrode active material for lithium secondary battery.
[Formula 1]
Li p Ni 1-(x1+y1+z1) Co x1 M a y1 M b z1 M c q1 O 2
In the above formula, M a is at least one element selected from the group consisting of Mn and Al, and M b is Zr, W, Mg, Al, Ce, Hf, Ta, La, Ti, Sr, Ba, Nb, Mo, and is at least one element selected from the group consisting of Cr, and M c is at least one element selected from the group consisting of Al, Zr, Ti, Mg, Ta, Nb, Mo and Cr, 0.9≤p≤1.5, 0< x1≤0.4, 0<y1≤0.4, 0≤z1≤0.1, 0≤q1≤0.1, and 0<x1+y1+z1≤0.4.
제7항에 있어서,
상기 인계 화합물은 니켈 함유 화합물 전체 중량을 기준으로 0.5 중량% 내지 5 중량% 범위로 혼합하여 수행되는 것인,
리튬이차전지용 양극 활물질 제조방법.
In clause 7,
The phosphorus-based compound is mixed in an amount of 0.5% to 5% by weight based on the total weight of the nickel-containing compound,
Method for manufacturing positive electrode active material for lithium secondary battery.
제7항에 있어서,
(b) 니켈 함유 화합물과 인계 화합물의 반응 단계는 산 첨가제를 첨가하여 수행되는 것인 것인,
리튬이차전지용 양극 활물질 제조방법.
In clause 7,
(b) the reaction step of the nickel-containing compound and the phosphorus-based compound is performed by adding an acid additive,
Method for manufacturing positive electrode active material for lithium secondary battery.
제10항에 있어서,
상기 산 첨가제는, pka 2 내지 6의 약산인 것인,
리튬이차전지용 양극 활물질 제조방법.
According to clause 10,
The acid additive is a weak acid of pka 2 to 6,
Method for manufacturing positive electrode active material for lithium secondary battery.
제11항에 있어서,
상기 산 첨가제는 니켈 함유 화합물 전체 중량을 기준으로 0.05 중량% 내지 0.5 중량%가 되도록 첨가되는 것인,
리튬이차전지용 양극 활물질 제조방법.
According to clause 11,
The acid additive is added to be 0.05% by weight to 0.5% by weight based on the total weight of the nickel-containing compound.
Method for manufacturing positive electrode active material for lithium secondary battery.
제7항에 있어서,
(c) 니켈 함유 화합물을 인계 화합물과 혼합하고 반응하여 생성된 반응 생성물을 열처리하는 단계를 더 포함하고,
상기 열처리 단계는 100oC이상의 온도에서 수행되는 것인,
리튬이차전지용 양극 활물질 제조방법.
In clause 7,
(c) mixing and reacting the nickel-containing compound with the phosphorus-based compound and heat-treating the resulting reaction product,
The heat treatment step is performed at a temperature of 100 o C or higher,
Method for manufacturing positive electrode active material for lithium secondary battery.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 양극 활물질을 포함하는 양극.
A positive electrode comprising the positive electrode active material according to any one of claims 1 to 6.
제14항의 양극을 포함하는 리튬이차전지.

A lithium secondary battery comprising the positive electrode of claim 14.

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