KR20240048709A - Method for preparing positive electrode active material and positive electrode active material - Google Patents

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Abstract

본 발명은 양극 활물질 제조방법에 관한 것으로, 특정 원소의 도핑을 통해 리튬 망간 리치 양극 활물질의 초기 효율 및 안정성을 확보하면서도, 페치니 방법에 의한 리튬 망간 리치 양극 활물질 제조 시 발생할 수 있는 건조 상 문제를 분무 건조를 통해 해결하고, 또한, 분무 건조 시 발생할 수 있는 문제를 해결한 양극 활물질 제조방법 및 이로부터 제조된 양극 활물질에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a positive electrode active material, which secures the initial efficiency and stability of the lithium manganese rich positive electrode active material through doping of a specific element, while preventing drying problems that may occur when manufacturing the lithium manganese rich positive electrode active material by the Pezzini method. It relates to a method for manufacturing a positive electrode active material that solves problems that may occur during spray drying through spray drying, and to a positive electrode active material manufactured therefrom.

Description

양극 활물질 제조방법 및 양극 활물질{METHOD FOR PREPARING POSITIVE ELECTRODE ACTIVE MATERIAL AND POSITIVE ELECTRODE ACTIVE MATERIAL}Cathode active material manufacturing method and cathode active material {METHOD FOR PREPARING POSITIVE ELECTRODE ACTIVE MATERIAL AND POSITIVE ELECTRODE ACTIVE MATERIAL}

본 발명은 양극 활물질 제조방법 및 이로부터 제조된 양극 활물질에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a positive electrode active material and a positive electrode active material manufactured therefrom.

최근 전기 자동차 등의 기술 발전에 따라 고용량 이차 전지에 대한 수요가 증가하고 있으며, 이에 따라 용량 특성이 우수한 하이 니켈(High Ni) 양극 활물질을 이용한 양극에 대한 연구가 활발하게 진행되어 왔다. 그러나, 하이 니켈 양극 활물질의 경우, 코발트의 사용 및 과량의 니켈로 인해 제조 시 비용이 증가하는 문제가 있다.Recently, the demand for high-capacity secondary batteries has increased due to technological developments such as electric vehicles, and accordingly, research on cathodes using high-nickel (High Ni) cathode active materials with excellent capacity characteristics has been actively conducted. However, in the case of high nickel positive electrode active materials, there is a problem of increased manufacturing costs due to the use of cobalt and excessive nickel.

이에, 차세대 양극재로 망간 함량이 니켈 함량 보다 높은 층상 구조의 리튬 망간 리치(Li Mn rich) 양극재가 각광을 받고 있다. 이는 기존의 하이 니켈 양극 활물질에 비해 가격이 저렴할 뿐만 아니라, 250 mAh/g 이상의 높은 방전 용량을 가지고 있고, 고전압에서 구동이 가능하다는 장점이 있다. 이러한 리튬 망간 리치 양극재는 산화 환원 활성 전이금속(redox active transition metal)인 망간 및 니켈로 구성되어 있고, 두가지 상(phase)인 Li2MnO3와 LiMnO2로 이루어져 있으며, 고전압 활성화(formation) 구동을 통해 활성화되고, 이 때, Li+ 이온이 추출되고, 산소 발생(O2 evolution)이 일어나며, LiO2 또는 전기 전도성이 우수한 LixMnO2가 생성되면서 높은 용량을 가지게 된다. 또한, 리튬 망간 리치 양극재는 높은 온도에서 안정적인 구동이 가능하고, 분해(decomposition)가 상대적으로 적다.Accordingly, lithium manganese-rich cathode materials with a layered structure in which the manganese content is higher than the nickel content are receiving attention as next-generation cathode materials. This has the advantage of not only being cheaper than existing high nickel positive electrode active materials, but also having a high discharge capacity of over 250 mAh/g and being able to operate at high voltage. This lithium manganese rich cathode material is composed of manganese and nickel, which are redox active transition metals, and consists of two phases, Li 2 MnO 3 and LiMnO 2 , and is driven by high voltage formation. It is activated through, and at this time, Li + ions are extracted, oxygen evolution (O 2 evolution) occurs, and LiO 2 or Li x MnO 2 with excellent electrical conductivity is generated, resulting in high capacity. In addition, lithium manganese rich cathode materials can operate stably at high temperatures and have relatively little decomposition.

그러나, 리튬 망간 리치 양극재는 층상 구조라는 구조적 특성으로 인해, 싸이클이 진행되는 동안 전압 쇠퇴(voltage fade), 가스 발생 및 스피넬 구조로의 구조 변화뿐만 아니라, 첫번째 싸이클에서의 용량 손실(capacity loss) 및 싸이클 수명이 제한적인 문제가 있다.However, due to the structural characteristics of the lithium manganese rich cathode material, which is a layered structure, it not only causes voltage fade, gas generation, and structural change to a spinel structure during the cycle, but also causes capacity loss in the first cycle and There is a problem with limited cycle life.

본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 리튬 망간 리치 양극 활물질을 제조함에 있어서, 특정 원소의 도핑을 통해 리튬 망간 리치 양극 활물질의 초기 효율 및 안정성을 확보하고, 리튬 망간 리치 양극 활물질 제조 시, 각 공정에서 발생할 수 있는 문제점을 모두 해결하는 것이다.The problem to be solved by the present invention is to secure the initial efficiency and stability of the lithium manganese rich cathode active material through doping of a specific element in manufacturing the lithium manganese rich cathode active material, and to eliminate the problems that occur in each process when manufacturing the lithium manganese rich cathode active material. The goal is to solve all possible problems.

즉, 본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 특정 원소의 도핑을 통해 리튬 망간 리치 양극 활물질의 초기 효율 및 안정성을 확보하면서도, 페치니 방법에 의한 리튬 망간 리치 양극 활물질 제조 시 발생할 수 있는 건조 상 문제를 분무 건조를 통해 해결하고, 또한, 분무 건조 시 발생할 수 있는 문제를 해결한 양극 활물질 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.In other words, the present invention was developed to solve the problems of the prior art, and while securing the initial efficiency and stability of the lithium manganese rich positive electrode active material through doping of a specific element, when manufacturing the lithium manganese rich positive electrode active material by the Pezzini method, The purpose is to provide a method for manufacturing a positive electrode active material that solves drying problems that may occur through spray drying and also solves problems that may occur during spray drying.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 양극 활물질 제조방법 및 이로부터 제조된 양극 활물질을 제공한다.In order to solve the above problems, the present invention provides a method for producing a positive electrode active material and a positive electrode active material manufactured therefrom.

(1) 본 발명은 리튬 원료 물질, 니켈 원료 물질, 망간 원료 물질, 포타슘 도핑 원료 물질 및 지르코늄 도핑 원료 물질을 혼합하여 합성 용액을 제조하는 단계(S10); 상기 (S10) 단계에서 제조된 합성 용액을 분무 건조(spray drying)하여 건조품을 제조하는 단계(S20); 상기 (S20) 단계에서 제조된 건조품을 1차 소성하여 가소성품을 제조하는 단계(S30); 및 상기 (S30) 단계에서 제조된 가소성품을 리튬 클로라이드 존재 하에 2차 소성하여 소성품을 제조하는 단계(S40)를 포함하는 양극 활물질 제조방법을 제공한다.(1) The present invention includes the step of preparing a synthetic solution by mixing lithium raw material, nickel raw material, manganese raw material, potassium doped raw material, and zirconium doped raw material (S10); Producing a dried product by spray drying the synthetic solution prepared in the step (S10) (S20); A step (S30) of producing a plastic product by first firing the dried product manufactured in the step (S20); and a step (S40) of producing a fired product by secondary firing the fired product prepared in the step (S30) in the presence of lithium chloride.

(2) 본 발명은 상기 (1)에 있어서, 상기 (S10) 단계의 혼합은 페치니 방법에 의해 실시되는 것인 양극 활물질 제조방법을 제공한다.(2) The present invention provides a method for producing a positive electrode active material in (1) above, wherein the mixing in step (S10) is performed by the Pezzini method.

(3) 본 발명은 상기 (1) 또는 (2)에 있어서, 상기 (S20) 단계의 분무 건조는 150 ℃ 이상 200 ℃ 이하의 온도에서 실시되는 것인 양극 활물질 제조방법을 제공한다.(3) The present invention provides a method for producing a positive electrode active material according to (1) or (2) above, wherein the spray drying in the step (S20) is performed at a temperature of 150 ℃ or more and 200 ℃ or less.

(4) 본 발명은 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 하나에 있어서, 상기 (S30) 단계의 1차 소성은 400 ℃ 내지 500 ℃에서 3 시간 내지 6 시간 동안 실시되는 것인 양극 활물질 제조방법을 제공한다.(4) The present invention is a method for producing a positive electrode active material according to any one of (1) to (3) above, wherein the first calcination in the step (S30) is performed at 400 ℃ to 500 ℃ for 3 hours to 6 hours. provides.

(5) 본 발명은 상기 (1) 내지 (4) 중 어느 하나에 있어서, 상기 (S40) 단계는 가소성품 및 리튬 클로라이드를 혼합한 상태에서 2차 소성을 실시하는 것인 양극 활물질 제조방법을 제공한다.(5) The present invention provides a method for producing a positive electrode active material according to any one of (1) to (4) above, wherein the step (S40) is performed by performing secondary firing in a mixed state of the calcined product and lithium chloride. do.

(6) 본 발명은 상기 (1) 내지 (5) 중 어느 하나에 있어서, 상기 (S40) 단계에서 상기 리튬 클로라이드는 상기 (S10) 단계에서 혼합된 전체 원료 물질 100 중량부 대비 0.1 중량부 내지 2.0 중량부의 함량으로 투입되는 것인 양극 활물질 제조방법을 제공한다.(6) In the present invention, in any one of (1) to (5) above, in the step (S40), the lithium chloride is used in an amount of 0.1 to 2.0 parts by weight based on 100 parts by weight of the total raw materials mixed in the step (S10). A method for manufacturing a positive electrode active material is provided in which the positive electrode active material is added in an amount of parts by weight.

(7) 본 발명은 상기 (1) 내지 (6) 중 어느 하나에 있어서, 상기 (S40) 단계의 2차 소성은 800 ℃ 내지 1,000 ℃에서 10 시간 내지 12 시간 동안 실시되는 것인 양극 활물질 제조방법을 제공한다.(7) The present invention is a method for producing a positive electrode active material according to any one of (1) to (6) above, wherein the secondary calcination in step (S40) is performed at 800 ℃ to 1,000 ℃ for 10 to 12 hours. provides.

(8) 본 발명은 리튬, 니켈, 망간, 포타슘, 지르코늄 및 염소를 포함하는 리튬 전이금속 복합 산화물을 포함하는 양극 활물질을 제공한다.(8) The present invention provides a positive electrode active material containing a lithium transition metal complex oxide containing lithium, nickel, manganese, potassium, zirconium, and chlorine.

(9) 본 발명은 상기 (8)에 있어서, 상기 리튬 전이금속 복합 산화물은 층상 구조를 갖는 것인 양극 활물질을 제공한다.(9) The present invention provides the positive electrode active material according to (8) above, wherein the lithium transition metal complex oxide has a layered structure.

(10) 본 발명은 상기 (8) 또는 (9)에 있어서, 상기 리튬 전이금속 복합 산화물은 하기 화학식 1로 표시되는 평균 조성을 갖는 것인 양극 활물질을 제공한다.(10) The present invention provides the positive electrode active material according to (8) or (9) above, wherein the lithium transition metal complex oxide has an average composition represented by the following formula (1).

[화학식 1][Formula 1]

LiaKbNicMndZreO2-fClf Li a K b Ni c Mn d Zr e O 2-f Cl f

상기 화학식 1에서,In Formula 1,

1.10<a<1.30, 0.005<b<0.03, 0.20<c<0.30, 0.50<d<0.65, 0.001<e<0.05 및 0.001<f<0.3, a+b+c+d+e=2이다.1.10<a<1.30, 0.005<b<0.03, 0.20<c<0.30, 0.50<d<0.65, 0.001<e<0.05 and 0.001<f<0.3, a+b+c+d+e=2.

(11) 본 발명은 상기 (8) 내지 (10) 중 어느 하나에 있어서, 상기 리튬 전이금속 복합 산화물은 XRD에서 2 θ가 40 ° 내지 50 °에서 나타나는 피크 중 가장 강한 피크 강도를 나타내는 피크의 피크 분할(peak splitting)이 없는 것인 양극 활물질을 제공한다.(11) The present invention according to any one of (8) to (10) above, wherein the lithium transition metal composite oxide has a peak with the strongest peak intensity among the peaks in which 2θ appears at 40° to 50° in XRD. A positive electrode active material without peak splitting is provided.

(12) 본 발명은 상기 (8) 내지 (11) 중 어느 하나에 따른 양극 활물질을 포함하는 양극을 제공한다.(12) The present invention provides a positive electrode containing the positive electrode active material according to any one of (8) to (11) above.

(13) 본 발명은 상기 (12)에 따른 양극을 포함하는 리튬이차전지를 제공한다.(13) The present invention provides a lithium secondary battery including the positive electrode according to (12) above.

본 발명의 양극 활물질 제조방법에 따르면 초기 효율 및 안정성이 우수하고, 2차상이 발생하지 않은 리튬 망간 리치 양극 활물질을 제조하는 것이 가능하다.According to the method for producing a positive electrode active material of the present invention, it is possible to produce a lithium manganese-rich positive electrode active material that has excellent initial efficiency and stability and does not generate secondary phases.

도 1은 본 발명의 실시예 1 내지 4와 비교예 1에서 제조된 양극 활물질에 대한 XRD 데이터이고, 도 2는 도 1에 도시된 XRD 데이터 중 35 ° 내지 50 °의 2

Figure pat00001
범위를 확대 및 스피넬 구조의 피크를 표시하여 나타낸 XRD 데이터이다.Figure 1 shows XRD data for the positive electrode active material prepared in Examples 1 to 4 and Comparative Example 1 of the present invention, and Figure 2 shows XRD data from 35° to 50° 2 of the XRD data shown in Figure 1.
Figure pat00001
This is XRD data shown by expanding the range and displaying the peak of the spinel structure.

이하, 본 발명에 대한 이해를 돕기 위하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail to facilitate understanding of the present invention.

본 발명의 설명 및 청구범위에서 사용된 용어나 단어는, 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Terms or words used in the description and claims of the present invention should not be construed as limited to their usual or dictionary meanings, and the inventor must appropriately use the concepts of terms to explain his invention in the best way. Based on the principle of definability, it must be interpreted with meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.

본 발명에서 용어 '리튬 망간 리치상(lithium manganese rich phase)'는 Li2MnO3 상을 기초로 한 층상 암염 구조의 상을 의미하고, '2차상(secondary phase)'은 LiMn2O4 상을 기초로 한 스피넬 구조의 상을 의미한다.In the present invention, the term 'lithium manganese rich phase' refers to a phase with a layered rock salt structure based on the Li 2 MnO 3 phase, and the 'secondary phase' refers to the LiMn 2 O 4 phase. It refers to a phase based on a spinel structure.

양극 활물질 제조방법Cathode active material manufacturing method

본 발명은 양극 활물질 제조방법을 제공한다. 상기 양극 활물질은 리튬 망간 리치 양극 활물질일 수 있다. 리튬 망간 리치 양극 활물질은 일예로 페치니 방법에 의해 원료 물질을 한번에 혼합한 용액으로부터 제조될 수 있다. 그러나, 페치니 방법에 의해 합성된 합성 용액은 건조 시 물 등의 용매가 증발하면서, 건조품의 부피가 팽창하여, 스케일 업을 통한 양산 시 부피 대비 수율이 급격히 저하되는 문제가 있다. 상기 합성 용액의 건조 시 발생하는 건조 문제는 분무와 동시에 물 등의 용매를 증발시키는 분무 건조를 통해 해결될 수 있다. 그러나, 분무 건조를 실시하는 경우, 구 형태의 액적으로부터 건조가 실시되기 때문에, 건조품의 표면적이 증가하게 된다. 따라서, 동일한 소성 온도를 기준으로 분무 건조에 의한 건조품은 증가된 표면적으로 인해 리튬의 휘발이 심화되는 문제가 있고, 이에 따라 제조된 양극 활물질에 2차상이 발생하는 문제가 있다. 이에, 본 발명은 초기 효율 및 안정성이 우수하면서도, 페치니 방법에 의해 합성된 합성 용액으로부터 리튬 망간 리치 양극 활물질 제조 시, 건조 상의 문제를 분무 건조를 통해 해결함은 물론, 분무 건조에 따른 2차상이 발생하는 문제를 해결한 양극 활물질 제조방법을 제공한다.The present invention provides a method for manufacturing a positive electrode active material. The positive electrode active material may be a lithium manganese rich positive electrode active material. For example, the lithium manganese rich positive electrode active material can be manufactured from a solution in which raw materials are mixed all at once by the Pezzini method. However, the synthetic solution synthesized by the Pezzini method has a problem in that the volume of the dried product expands as solvents such as water evaporate during drying, resulting in a rapid decrease in yield to volume during mass production through scale-up. The drying problem that occurs when drying the synthetic solution can be solved through spray drying, which evaporates solvents such as water at the same time as spraying. However, when spray drying is performed, drying is performed from spherical droplets, so the surface area of the dried product increases. Therefore, products dried by spray drying based on the same sintering temperature have the problem of intensified volatilization of lithium due to the increased surface area, and as a result, there is a problem of secondary phases occurring in the manufactured positive electrode active material. Accordingly, the present invention not only has excellent initial efficiency and stability, but also solves the drying problem through spray drying when manufacturing a lithium manganese rich positive electrode active material from a synthetic solution synthesized by the Pezzini method, and also solves the secondary phase problem through spray drying. A method for manufacturing a positive electrode active material that solves this problem is provided.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 양극 활물질 제조방법은 리튬 원료 물질, 니켈 원료 물질, 망간 원료 물질, 포타슘 도핑 원료 물질 및 지르코늄 도핑 원료 물질을 혼합하여 합성 용액을 제조하는 단계(S10); 상기 (S10) 단계에서 제조된 합성 용액을 분무 건조(spray drying)하여 건조품을 제조하는 단계(S20); 상기 (S20) 단계에서 제조된 건조품을 1차 소성하여 가소성품을 제조하는 단계(S30); 및 상기 (S30) 단계에서 제조된 가소성품을 리튬 클로라이드 존재 하에 2차 소성하여 소성품을 제조하는 단계(S40)를 포함하는 것일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the method for producing a positive electrode active material includes preparing a synthetic solution by mixing lithium raw material, nickel raw material, manganese raw material, potassium doped raw material, and zirconium doped raw material (S10); Producing a dried product by spray drying the synthetic solution prepared in the step (S10) (S20); A step (S30) of producing a plastic product by first firing the dried product manufactured in the step (S20); And it may include a step (S40) of producing a fired product by secondary firing the fired product prepared in the step (S30) in the presence of lithium chloride.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 (S10) 단계는 리튬 원료 물질을 포함한 모든 원료 물질을 한번에 혼합하는 단계로서, 상기 (S10) 단계의 혼합은 페치니 방법에 의해 실시될 수 있다. 페치니 방법은 물 등의 용매에 모든 용질을 한번에 용해한 후, 건조를 통해 물질을 합성하기 위한 방법으로, 공침법과는 다르게 물 등의 용매에 용질이 용해된다면 동시에 합성이 가능한 방법에 해당한다. 따라서, 본 발명에 따른 양극 활물질은 공침법과는 다르게 리튬 원료 물질도, 전이금속 원료 물질 및 도핑 원료 물질 등과 함께 한번에 합성하는 것이 가능하여 공정을 단축할 수 있는 장점이 있다. 또한, 본 발명과 같이 페치니 방법에 의하는 경우, 리튬 원료 물질을 한번에 합성하는 점에서, 고상 합성법과 유사하기는 하나, 고상 합성법과는 다르게 물 등의 용매를 이용하여, 고상 합성법과는 달리 큰 에너지를 가해 혼합을 실시하지 않더라도, 각 원료 물질 간의 균일한 혼합을 통한 합성이 가능하다는 장점이 있다.According to one embodiment of the present invention, step (S10) is a step of mixing all raw materials including lithium raw materials at once, and mixing in step (S10) may be performed by the Pezzini method. The Pezzini method is a method for synthesizing substances through drying after dissolving all solutes in a solvent such as water at once. Unlike the coprecipitation method, it is a method that allows simultaneous synthesis if the solutes are dissolved in a solvent such as water. Therefore, unlike the coprecipitation method, the positive electrode active material according to the present invention can be synthesized at once with lithium raw materials, transition metal raw materials, and doping raw materials, which has the advantage of shortening the process. In addition, in the case of the Pezzini method as in the present invention, it is similar to the solid-phase synthesis method in that lithium raw materials are synthesized at once, but unlike the solid-phase synthesis method, a solvent such as water is used, and unlike the solid-phase synthesis method, There is an advantage that synthesis is possible through uniform mixing between each raw material, even without mixing by applying a large amount of energy.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 리튬 원료 물질은 리튬 함유 황산염, 질산염, 아세트산염, 탄산염, 옥살산염, 시트르산염, 할라이드, 수산화물 또는 옥시수산화물 등이 사용될 수 있으며, 예를 들면, Li2CO3, LiNO3, LiNO2, LiOH, LiOH·H2O, LiH, LiF, LiCl, LiBr, LiI, CH3COOLi, Li2O, Li2SO4, CH3COOLi, Li3C6H5O7 또는 이들의 혼합물이 사용될 수 있고, 구체적인 예로, 리튬 아세테이트일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the lithium raw material may be lithium-containing sulfate, nitrate, acetate, carbonate, oxalate, citrate, halide, hydroxide, or oxyhydroxide, for example, Li 2 CO 3 , LiNO 3 , LiNO 2 , LiOH, LiOH·H 2 O, LiH, LiF, LiCl, LiBr, LiI, CH 3 COOLi, Li 2 O, Li 2 SO 4 , CH 3 COOLi, Li 3 C 6 H 5 O 7 or mixtures thereof may be used, and a specific example may be lithium acetate.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 니켈 원료 물질 및 망간 원료 물질은 각 전이금속들의 아세트산염, 질산염, 황산염, 할라이드, 황화물, 수산화물, 산화물 또는 옥시수산화물 등을 포함할 수 있다. 구체적인 예로, 상기 니켈 원료 물질은 Ni(OH)2, NiO, NiOOH, NiCO3·2Ni(OH)2·4H2O, NiC2O2·2H2O, Ni(NO3)2·6H2O, NiSO4, NiSO4·6H2O, 지방산 니켈염 또는 니켈 할로겐화물 등일 수 있고, 이들 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물이 사용될 수 있으며, 더욱 구체적인 예로, 니켈(II) 아세테이트일 수 있다. 또한, 상기 망간 원료 물질은 Mn2O3, MnO2 및 Mn3O4 등의 망간산화물; MnCO3, Mn(NO3)2, MnSO4, 아세트산 망간, 디카르복실산 망간염, 시트르산 망간 및 지방산 망간염과 같은 망간염; 옥시 수산화물 또는 염화 망간 등일 수 있고, 이들 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물이 사용될 수 있으며, 더욱 구체적인 예로, 망간(II) 아세테이트 일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the nickel raw material and the manganese raw material may include acetate, nitrate, sulfate, halide, sulfide, hydroxide, oxide, or oxyhydroxide of each transition metal. As a specific example, the nickel raw material is Ni(OH) 2 , NiO, NiOOH, NiCO 3 ·2Ni(OH) 2 ·4H 2 O, NiC 2 O 2 ·2H 2 O, Ni(NO 3 ) 2 ·6H 2 O , NiSO 4 , NiSO 4 ·6H 2 O, fatty acid nickel salt, or nickel halide, and any one or a mixture of two or more of these may be used. A more specific example may be nickel(II) acetate. Additionally, the manganese raw materials include manganese oxides such as Mn 2 O 3 , MnO 2 and Mn 3 O 4 ; Manganese salts such as MnCO 3 , Mn(NO 3 ) 2 , MnSO 4 , manganese acetate, dicarboxylic acid manganese salt, manganese citrate and fatty acid manganese salt; It may be oxyhydroxide or manganese chloride, and any one or a mixture of two or more of these may be used. A more specific example may be manganese(II) acetate.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 포타슘 도핑 원료 물질 및 지르코늄 도핑 원료 물질은 각각 포타슘 및 지르코늄의 아세트산염, 질산염, 황산염, 할라이드, 황화물, 수산화물, 산화물 또는 옥시수산화물 등일 수 있고, 구체적인 예로, 포타슘 아세테이트 및 지르코늄 아세테이트일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the potassium doping raw material and the zirconium doping raw material may be acetate, nitrate, sulfate, halide, sulfide, hydroxide, oxide, or oxyhydroxide of potassium and zirconium, respectively. Specific examples include potassium Acetate and zirconium acetate.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 포타슘 도핑 원료 물질은 리튬 사이트에 포타슘을 치환하여 도핑시키기 위한 것으로서, 본 발명과 같이 포타슘을 도핑하는 경우, 포타슘의 이온 반경이 리튬의 이온 반경 보다 크기 때문에, 2차상이 발생하는 것을 억제할 수 있고, 이에 따라 구조적 안정성을 유지하면서 초기 효율과 디레이팅이 증가될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the potassium doping raw material is for doping lithium sites by substituting potassium. When doping potassium as in the present invention, the ionic radius of potassium is larger than the ionic radius of lithium, The occurrence of secondary phases can be suppressed, and thus initial efficiency and derating can be increased while maintaining structural stability.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 지르코늄 도핑 원료 물질은 전이금속 사이트에 지르코늄을 치환하여 도핑시키기 위한 것으로서, 지르코늄 이외에 리튬 망간 리치 양극 활물질에 대해 초기 효율을 향상시킬 수 있는 도핑 원료 물질은 제한적이고, 초기 효율을 향상시킬 수 있는 전이금속으로 Sn 등도 고려해볼 수 있으나, Sn의 경우 초기 효율 향상을 나타낼 수 있을만큼 도핑 농도를 높이는 경우, 2차상이 발생하는 문제가 있다.According to one embodiment of the present invention, the zirconium doping raw material is used to dope the transition metal site by substituting zirconium. In addition to zirconium, the doping raw material that can improve the initial efficiency of the lithium manganese rich positive electrode active material is limited, Sn may also be considered as a transition metal that can improve initial efficiency, but in the case of Sn, there is a problem of secondary phases occurring when the doping concentration is increased enough to improve initial efficiency.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 (S20) 단계는 상기 (S10) 단계에 따라 제조된 합성 용액, 즉, 페치니 방법에 따라 합성된 합성 용액을 건조시켜 건조품을 제조하기 위한 단계로서, 합성 용액의 건조 시 건조품의 부피 팽창을 방지하기 위해 분무 건조에 의해 실시될 수 있고, 상기 (S20) 단계의 분무 건조는 150 ℃ 이상 200 ℃ 이하의 온도에서 실시될 수 있다. 구체적인 예로, (S20) 단계의 분무 건조는 150 ℃ 이상, 160 ℃ 이상, 170 ℃ 이상, 또는 180 ℃ 이상의 온도에서 실시될 수 있고, 또한, 200 ℃ 이하, 190 ℃ 이하, 또는 180 ℃ 이하의 온도에서 실시될 수 있으며, 이 범위 내에서 건조품의 부피 팽창을 방지하면서도, 건조 효율을 최대화시킬 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the step (S20) is a step for producing a dried product by drying the synthetic solution prepared according to the step (S10), that is, the synthetic solution synthesized according to the Pezzini method. In order to prevent volume expansion of the dried product during drying of the solution, spray drying may be used, and the spray drying in step (S20) may be performed at a temperature of 150°C or more and 200°C or less. As a specific example, the spray drying in step (S20) may be carried out at a temperature of 150 ℃ or higher, 160 ℃ or higher, 170 ℃ or higher, or 180 ℃ or higher, and may also be performed at a temperature of 200 ℃ or lower, 190 ℃ or lower, or 180 ℃ or lower. It can be carried out within this range, while preventing volume expansion of the dried product and maximizing drying efficiency.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 (S30) 단계는 건조품을 열처리하여 가소성품을 제조하기 위한 단계로서, 상기 (S30) 단계의 1차 소성은 400 ℃ 내지 500 ℃에서 3 시간 내지 6 시간 동안 실시될 수 있다. 구체적인 예로, 상기 (S30) 단계의 1차 소성은 400 ℃ 이상, 410 ℃ 이상, 420 ℃ 이상, 430 ℃ 이상, 440 ℃ 이상, 또는 450 ℃ 이상의 온도에서 실시될 수 있고, 500 ℃ 이하, 490 ℃ 이하, 480 ℃ 이하, 470 ℃ 이하, 460 ℃ 이하, 또는 450 ℃ 이하의 온도에서 실시될 수 있다. 또한, 상기 (S30) 단계의 1차 소성은 3 시간 이상, 4 시간 이상, 또는 5 시간 이상 실시될 수 있고, 6 시간 이하, 또는 5 시간 이하로 실시될 수 있으며, 상기 온도 및 시간 범위 내에서 2차상 발생을 억제하면서 구조적 안정성을 향상시킬 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the (S30) step is a step for producing a plastic product by heat treating the dried product, and the first firing in the (S30) step is at 400 ℃ to 500 ℃ for 3 to 6 hours. It can be implemented. As a specific example, the first calcination in the step (S30) may be carried out at a temperature of 400 ℃ or higher, 410 ℃ or higher, 420 ℃ or higher, 430 ℃ or higher, 440 ℃ or higher, or 450 ℃ or higher, and 500 ℃ or lower, 490 ℃ or higher. Hereinafter, it may be carried out at a temperature of 480 ℃ or lower, 470 ℃ or lower, 460 ℃ or lower, or 450 ℃ or lower. In addition, the first firing in the step (S30) may be performed for 3 hours or more, 4 hours or more, or 5 hours or less, and may be performed for 6 hours or less, or 5 hours or less, within the temperature and time range. Structural stability can be improved while suppressing the occurrence of secondary phases.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 (S40) 단계는 가소성품을 열처리하여 소성품을 제조하기 위한 단계로서, 2차 소성에 의한 2차상 발생을 방지하기 위해, 리튬 클로라이드의 존재 하에 실시될 수 있다. 구체적인 예로, 상기 (S40) 단계는 가소성품 및 리튬 클로라이드를 혼합한 상태에서 2차 소성을 실시할 수 있다. 상기 가소성품은 상기 (S20) 단계의 분무 건조에 의한 건조품으로부터 제조된 것으로, 건조 시 부피 팽창으로 인해 표면적이 증가된 상태이다. 따라서, 상기 가소성품에 대해 높은 온도로 2차 소성을 실시하는 경우, 리튬의 휘발이 심화되게 되고, 이에 따라 2차상이 발생하게 된다. 그러나, 상기 (S40) 단계와 같이, 가소성품에 대한 2차 소성을 리튬 클로라이드의 존재하에 실시하는 경우, 리튬 클로라이드에 의한 플럭스 효과로 인해, 리튬의 휘발에 따라 2차상이 발생하는 것을 방지할 수 있는 것은 물론, 입자 크기도 향상시킬 수 있다. 한편, 상기 리튬 클로라이드 외에, 다른 종류의 리튬 할라이드를 투입하는 것도 고려하여볼 수는 있으나, 리튬 클로라이드 이외의 리튬 할라이드는 플럭스 효과가 나타나지 않아 리튬 클로라이드만큼의 2차상 발생 방지와 셀 성능 향상 효과를 기대하기 어렵다.According to one embodiment of the present invention, the step (S40) is a step for producing a fired product by heat treating the fired product, and may be performed in the presence of lithium chloride to prevent the generation of a secondary phase due to secondary firing. there is. As a specific example, the step (S40) may be performed by secondary calcination in a state where the calcined product and lithium chloride are mixed. The plastic product is manufactured from the dried product by spray drying in step (S20), and has an increased surface area due to volume expansion during drying. Therefore, when secondary firing is performed on the calcined product at a high temperature, volatilization of lithium intensifies, and secondary phases are generated accordingly. However, when the secondary calcination of the calcined product is performed in the presence of lithium chloride, as in the step (S40) above, it is possible to prevent secondary phases from occurring due to volatilization of lithium due to the flux effect caused by lithium chloride. Of course, the particle size can also be improved. Meanwhile, in addition to the above lithium chloride, it is also possible to consider adding other types of lithium halide. However, lithium halide other than lithium chloride does not show a flux effect, so it is expected to prevent secondary phase generation and improve cell performance as much as lithium chloride. It's difficult to do.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 (S40) 단계에서 상기 리튬 클로라이드는 상기 (S10) 단계에서 혼합된 전체 원료 물질 100 중량부 대비 0.1 중량부 내지 2.0 중량부의 함량으로 투입될 수 있다. 구체적인 예로, 상기 리튬 클로라이드는 상기 (S10) 단계에서 혼합된 전체 원료 물질 100 중량부에 대하여, 0.1 중량부 이상, 0.2 중량부 이상, 0.3 중량부 이상, 0.4 중량부 이상, 0.5 중량부 이상, 0.6 중량부 이상, 또는 0.7 중량부 이상의 함량으로 투입될 수 있고, 또한, 2.0 중량부 이하, 1.9 중량부 이하, 1.8 중량부 이하, 1.7 중량부 이하, 1.6 중량부 이하, 1.5 중량부 이하, 또는 1.45 중량부 이하의 함량으로 투입될 수 있으며, 이 범위 내에서 2차 소성에 따른 2차상 발생을 방지하면서도, 초기 용량을 더욱 향상시킬 수 있다.According to one embodiment of the present invention, in the step (S40), the lithium chloride may be added in an amount of 0.1 to 2.0 parts by weight based on 100 parts by weight of the total raw materials mixed in the step (S10). As a specific example, the lithium chloride is 0.1 part by weight, 0.2 part by weight, 0.3 part by weight, 0.4 part by weight, 0.5 part by weight, 0.6 part by weight, based on 100 parts by weight of the total raw materials mixed in step (S10). It may be added in an amount of more than 0.7 parts by weight, or less than 2.0 parts by weight, less than 1.9 parts by weight, less than 1.8 parts by weight, less than 1.7 parts by weight, less than 1.6 parts by weight, less than 1.5 parts by weight, or less than 1.45 parts by weight. It can be added in an amount of parts by weight or less, and within this range, the initial capacity can be further improved while preventing the occurrence of secondary phases due to secondary firing.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 (S40) 단계의 2차 소성은 800 ℃ 내지 1,000 ℃에서 10 시간 내지 12 시간 동안 실시될 수 있다. 구체적인 예로, 상기 (S40) 단계의 2차 소성은 800 ℃ 이상, 810 ℃ 이상, 820 ℃ 이상, 830 ℃ 이상, 840 ℃ 이상, 또는 850 ℃ 이상의 온도에서 실시될 수 있고, 1,000 ℃ 이하, 990 ℃ 이하, 980 ℃ 이하, 970 ℃ 이하, 960 ℃ 이하, 또는 950 ℃ 이하의 온도에서 실시될 수 있다. 또한, 상기 (S40) 단계의 2차 소성은 10 시간 이상, 10.5 시간 이상, 또는 11 시간 이상 실시될 수 있고, 또한, 12 시간 이하로 실시될 수 있으며, 상기 온도 및 시간 범위 내에서 2차상 발생을 억제하면서 구조적 안정성을 향상시킬 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the secondary calcination in step (S40) may be performed at 800°C to 1,000°C for 10 to 12 hours. As a specific example, the secondary firing in step (S40) may be carried out at a temperature of 800 ℃ or higher, 810 ℃ or higher, 820 ℃ or higher, 830 ℃ or higher, 840 ℃ or higher, or 850 ℃ or higher, and 1,000 ℃ or lower, 990 ℃. Hereinafter, it may be carried out at a temperature of 980 ℃ or lower, 970 ℃ or lower, 960 ℃ or lower, or 950 ℃ or lower. In addition, the secondary calcination in step (S40) may be performed for 10 hours or more, 10.5 hours or more, or 11 hours or more, and may also be performed for 12 hours or less, and the secondary phase is generated within the temperature and time range. Structural stability can be improved while suppressing .

양극 활물질positive electrode active material

본 발명은 양극 활물질을 제공한다. 상기 양극 활물질은 상기 양극 활물질 제조방법에 따라 제조된 것일 수 있다.The present invention provides a positive electrode active material. The positive electrode active material may be manufactured according to the positive electrode active material manufacturing method.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 양극 활물질은 리튬, 니켈, 망간, 포타슘, 지르코늄 및 염소를 포함하는 리튬 전이금속 복합 산화물을 포함하는 것일 수 있다. 여기서, 상기 양극 활물질은 리튬 망간 리치 양극 활물질일 수 있다. 구체적인 예로, 상기 리튬 전이금속 복합 산화물은 층상 구조를 갖는 것일 수 있고, 더욱 구체적인 예로, 리튬 망간 리치 양극 활물질로서 Li2MnO3를 기초로 한 층상 암염 구조를 갖는 것일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the positive electrode active material may include a lithium transition metal complex oxide containing lithium, nickel, manganese, potassium, zirconium, and chlorine. Here, the positive electrode active material may be a lithium manganese rich positive electrode active material. As a specific example, the lithium transition metal complex oxide may have a layered structure, and as a more specific example, the lithium manganese rich positive electrode active material may have a layered rock salt structure based on Li 2 MnO 3 .

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 리튬 전이금속 복합 산화물은 하기 화학식 1로 표시되는 평균 조성을 갖는 것일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the lithium transition metal complex oxide may have an average composition represented by the following Chemical Formula 1.

[화학식 1][Formula 1]

LiaKbNicMndZreO2-fClf Li a K b Ni c Mn d Zr e O 2-f Cl f

상기 화학식 1에서, 1.10<a<1.30, 0.005<b<0.03, 0.20<c<0.30, 0.50<d<0.65, 0.001<e<0.05 및 0.001<f<0.3, a+b+c+d+e=2이다.In Formula 1, 1.10<a<1.30, 0.005<b<0.03, 0.20<c<0.30, 0.50<d<0.65, 0.001<e<0.05 and 0.001<f<0.3, a+b+c+d+e =2.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 화학식 1에서, a는 리튬 전이금속 복합 산화물 내 리튬의 몰비로서, 1.10 이상, 1.11 이상, 1.12 이상, 1.13 이상, 1.14 이상, 또는 1.15 이상일 수 있고, 또한, 1.30 이하, 1.25 이하, 또는 1.20 이하일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, in Formula 1, a is the molar ratio of lithium in the lithium transition metal complex oxide, and may be 1.10 or more, 1.11 or more, 1.12 or more, 1.13 or more, 1.14 or more, or 1.15 or more, and, It may be 1.30 or less, 1.25 or less, or 1.20 or less.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 화학식 1에서, b는 리튬 전이금속 복합 산화물 내 도핑된 포타슘의 몰비로서, 0.005 초과, 0.006 이상, 0.007 이상, 0.008 이상, 0.009 이상, 또는 0.01 이상일 수 있고, 또한, 0.03 미만, 0.025 이하, 0.02 이하, 또는 0.015 이하일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, in Formula 1, b is the molar ratio of doped potassium in the lithium transition metal complex oxide, and may be greater than 0.005, greater than 0.006, greater than 0.007, greater than 0.008, greater than 0.009, or greater than 0.01, Additionally, it may be less than 0.03, less than 0.025, less than 0.02, or less than 0.015.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 화학식 1에서, c, d 및 e는 각각 리튬 전이금속 복합 산화물 내 니켈(Ni), 망간(Mn) 및 도핑 원소인 지르코늄의 몰비일 수 있다. 구체적인 예로, 상기 c는 니켈(Ni)의 몰비로서 0.2 초과, 0.21 이상, 또는 0.22 이상일 수 있고, 또한, 0.3 미만, 0.29 이하, 0.28 이하, 또는 0.27 이하일 수 있다. 상기 d는 망간(Mn)의 몰비로서 0.50 초과, 0.51 이상, 0.52 이상, 0.53 이상, 0.54 이상, 또는 0.55 이상일 수 있고, 또한, 0.65 미만, 0.64 이하, 0.63 이하, 0.62 이하, 0.60 이하, 0.59 이하, 0.58 이하, 또는 0.67 이하일 수 있다. 상기 e는 지르코늄의 몰비로서 0.001 초과, 0.005 이상, 0.01 이상, 0.02 이상, 또는 0.03 이상일 수 있고, 또한, 0.05 미만, 0.045 이하, 또는 0.04 이하일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, in Formula 1, c, d, and e may be the molar ratio of nickel (Ni), manganese (Mn), and zirconium, a doping element, in the lithium transition metal complex oxide, respectively. As a specific example, c may be greater than 0.2, greater than 0.21, or greater than 0.22 as the molar ratio of nickel (Ni), and may also be less than 0.3, less than 0.29, less than 0.28, or less than 0.27. The d may be greater than 0.50, greater than 0.51, greater than 0.52, greater than 0.53, greater than 0.54, or greater than 0.55 as the molar ratio of manganese (Mn), and may be less than 0.65, less than 0.64, less than 0.63, less than 0.62, less than 0.60, less than 0.59. , may be 0.58 or less, or 0.67 or less. The e, as the molar ratio of zirconium, may be greater than 0.001, greater than 0.005, greater than 0.01, greater than 0.02, or greater than 0.03, and may also be less than 0.05, less than 0.045, or less than 0.04.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 화학식 1에서, f는 리튬 전이금속 복합 산화물 내 염소의 몰비일 수 있다. 구체적인 예로, 상기 f는 0.001 초과, 0.0015 이상, 또는 0.0025 이상일 수 있고, 또한, 0.3 미만, 0.25 이하, 0.2 이하, 0.15 이하, 0.1 이하, 0.5 이하, 0.1 이하, 0.05 이하, 또는 0.01 이하일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, in Chemical Formula 1, f may be the molar ratio of chlorine in the lithium transition metal complex oxide. As a specific example, f may be greater than 0.001, greater than 0.0015, or greater than 0.0025, and may also be less than 0.3, less than 0.25, less than 0.2, less than 0.15, less than 0.1, less than 0.5, less than 0.1, less than 0.05, or less than 0.01.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 리튬 전이금속 복합 산화물은 상기 화학식 1로 표시되는 것과 같이 리튬의 비율이 높은 과리튬화된 양극 활물질일 수 있고, 또한, 전이금속 중 망간의 비율이 높은 과리튬화된 망간 리치 양극 활물질일 수 있으며, 코발트를 포함하지 않으면서도 에너지 밀도가 향상되고, 용량 특성이 우수하다.According to one embodiment of the present invention, the lithium transition metal complex oxide may be a perlithiated positive electrode active material with a high proportion of lithium, as represented by Chemical Formula 1, and may also be a perlithiated positive electrode active material with a high proportion of manganese among the transition metals. It can be a lithiated manganese-rich positive electrode active material, and has improved energy density and excellent capacity characteristics without containing cobalt.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 리튬 전이금속 복합 산화물은 2차상을 포함하지 않는 것일 수 있다. 2차상은 리튬 전이금속 복합 산화물에 대한 XRD 측정으로부터 확인할 수 있다. 구체적인 예로, 상기 XRD 측정은 양극 활물질 분말에서 양극 활물질 입자 2 g 내지 3 g을 채취하여, Cu-Kα선(파장 1.54 Å)을 이용하여 가속전압 40 kV/40 mA에서 0.2 °/sec의 스캔 속도로 15 ° 내지 90 °의 2θ 범위에서 실시될 수 있다. 상기 양극 활물질의 리튬 전이금속 복합 산화물에 대하여, XRD를 측정하였을 때, 2차상을 포함하는 경우, 2 θ가 40 ° 내지 50 °에서 나타나는 피크 중 가장 강한 피크 강도를 나타내는 피크가 피크 분할(peak splitting)을 나타내게 되는데, 상기 양극 활물질은 2차상을 포함하지 않기 때문에, XRD에서 2 θ가 40 ° 내지 50 °에서 나타나는 피크 중 가장 강한 피크 강도를 나타내는 피크의 피크 분할(peak splitting)이 나타나지 않는다.According to one embodiment of the present invention, the lithium transition metal complex oxide may not include a secondary phase. The secondary phase can be confirmed from XRD measurements on lithium transition metal complex oxide. As a specific example, the XRD measurement was performed by collecting 2 g to 3 g of positive electrode active material particles from the positive active material powder and using Cu-Kα rays (wavelength 1.54 Å) at an acceleration voltage of 40 kV/40 mA and a scan speed of 0.2 °/sec. It can be carried out in a 2θ range of 15 ° to 90 °. When measuring XRD for the lithium transition metal complex oxide of the positive electrode active material, when it contains a secondary phase, the peak showing the strongest peak intensity among the peaks with 2θ appearing at 40 ° to 50 ° is peak splitting. ), and since the positive electrode active material does not contain a secondary phase, peak splitting of the peak showing the strongest peak intensity among the peaks where 2θ appears at 40 ° to 50 ° in XRD does not appear.

양극anode

본 발명은 상기 양극 활물질을 포함하는 양극을 제공한다.The present invention provides a positive electrode containing the above positive electrode active material.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 양극은 양극 집전체, 상기 양극 집전체 상에 형성된 양극 활물질층을 포함하는 것일 수 있고, 상기 양극 활물질층은 상기 양극 활물질을 포함하는 것일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the positive electrode may include a positive electrode current collector and a positive electrode active material layer formed on the positive electrode current collector, and the positive electrode active material layer may include the positive electrode active material.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 양극 집전체는 전도성이 높은 금속을 포함할 수 있으며, 양극 활물질층이 용이하게 접착하되, 전지의 전압 범위에서 반응성이 없는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니다. 상기 양극 집전체는 예를 들어 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소 또는 알루미늄이나 스테인레스 스틸 표면에 탄소, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것 등이 사용될 수 있다. 또한, 상기 양극 집전체는 통상적으로 3 ㎛ 내지 500 ㎛의 두께를 가질 수 있으며, 상기 집전체 표면 상에 미세한 요철을 형성하여 양극 활물질의 접착력을 높일 수도 있다. 예를 들어 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the positive electrode current collector may include a highly conductive metal, and the positive electrode active material layer is easily adhered, but is not particularly limited as long as it is not reactive within the voltage range of the battery. The positive electrode current collector may be, for example, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, calcined carbon, or an aluminum or stainless steel surface treated with carbon, nickel, titanium, silver, etc. Additionally, 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 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.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 양극 활물질층은 상기 양극 활물질과 함께, 필요에 따라 선택적으로 도전재, 및 바인더를 포함할 수 있다. 이때 상기 양극 활물질은 양극 활물질층 총 중량에 대하여 80 중량% 내지 99 중량%, 보다 구체적으로는 85 중량% 내지 98.5중량%의 ?t량으로 포함될 수 있으며, 이 범위 내에서 우수한 용량 특성을 나타낼 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the positive electrode active material layer may optionally include a conductive material and a binder along with the positive electrode active material. At this time, the positive electrode active material may be included in an amount of 80% to 99% by weight, more specifically 85% to 98.5% by weight, based on the total weight of the positive electrode active material layer, and can exhibit excellent capacity characteristics within this range. there is.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 도전재는 전극에 도전성을 부여하기 위해 사용되는 것으로서, 구성되는 전지에 있어서, 화학변화를 야기하지 않고 전자 전도성을 갖는 것이면 특별한 제한 없이 사용 가능하다. 구체적인 예로는 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본 블랙, 아세틸렌블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서멀 블랙, 탄소섬유 등의 탄소계 물질; 구리, 니켈, 알루미늄, 은 등의 금속 분말 또는 금속 섬유; 탄소나노튜브 등의 도전성 튜브; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 휘스커; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 또는 폴리페닐렌 유도체 등의 전도성 고분자 등을 들 수 있으며, 이들 중 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다. 상기 도전재는 양극 활물질층 총 중량에 대하여 0.1 중량% 내지 15 중량%로 포함될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, 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, thermal black, and carbon fiber; Metal powders or metal fibers such as copper, nickel, aluminum, and silver; Conductive tubes such as carbon nanotubes; Conductive whiskers 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 be included in an amount of 0.1% to 15% by weight based on the total weight of the positive electrode active material layer.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 바인더는 양극 활물질 입자들 간의 부착 및 양극 활물질과 집전체와의 접착력을 향상시키는 역할을 한다. 구체적인 예로는 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 코폴리머(PVDF-co-HFP), 폴리비닐알코올(polyvinylalcohol), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethymethaxrylate), 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 폴리머(EPDM), 술폰화-EPDM, 스티렌 부타디엔 고무(SBR), 불소 고무, 폴리아크릴산(poly acrylic acid), 및 이들의 수소를 Li, Na, 또는 Ca로 치환된 고분자, 또는 이들의 다양한 공중합체 등을 들 수 있으며, 이들 중 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다. 상기 바인더는 양극 활물질층 총 중량에 대하여 0.1 중량% 내지 15 중량%로 포함될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the binder serves to improve adhesion between positive electrode active material particles and adhesion between the positive active material and the current collector. Specific examples include polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer (PVDF-co-HFP), polyvinylalcohol, polyacrylonitrile, and polymethylmethane. Crylate (polymethymethaxrylate), carboxymethylcellulose (CMC), starch, hydroxypropylcellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, polytetrafluoroethylene, polyethylene, polypropylene, ethylene-propylene- Diene polymer (EPDM), sulfonated-EPDM, styrene butadiene rubber (SBR), fluororubber, polyacrylic acid, and polymers in which hydrogen thereof is substituted with Li, Na, or Ca, or various copolymers thereof Combinations, etc. may be mentioned, 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 0.1% by weight to 15% by weight based on the total weight of the positive electrode active material layer.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 양극은 상기한 양극 활물질을 이용하는 것을 제외하고는 통상의 양극 제조방법에 따라 제조될 수 있다. 구체적으로, 상기 양극은, 상기한 양극 활물질 및 필요에 따라 선택적으로 바인더, 도전재, 및 분산제를 용매 중에 용해 또는 분산시켜 제조한 양극 활물질층 형성용 조성물을 양극 집전체 상에 도포한 후, 건조 및 압연함으로써 제조하거나, 상기 양극 활물질층 형성용 조성물을 별도의 지지체 상에 캐스팅한 다음, 이 지지체로부터 박리하여 얻은 필름을 양극 집전체 상에 라미네이션함으로써 제조할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, 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, the positive electrode is prepared by dissolving or dispersing the positive electrode active material and optionally a binder, a conductive material, and a dispersant in a solvent, and the composition for forming a positive active material layer is applied to the positive electrode current collector and then dried. and rolling, or by casting the composition for forming the positive electrode active material layer on a separate support and then peeling from this support and laminating the film obtained on the positive electrode current collector.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 용매로는 당해 기술분야에서 일반적으로 사용되는 용매일 수 있으며, 디메틸셀폭사이드(dimethyl sulfoxide, DMSO), 이소프로필 알코올(isopropyl alcohol), N-메틸피롤리돈(NMP), 디메틸포름아미드(dimethylformamide, DMF), 아세톤(acetone) 또는 물 등을 들 수 있으며, 이들 중 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다. 상기 용매의 사용량은 슬러리의 도포 두께, 제조 수율을 고려하여 상기 양극 활물질, 도전재, 바인더, 및 분산제를 용해 또는 분산시키고, 이후 양극 제조를 위한 도포시 우수한 두께 균일도를 나타낼 수 있는 점도를 갖도록 하는 정도면 충분하다.According to an embodiment of the present invention, the solvent may be a solvent commonly used in the art, such as dimethyl sulfoxide (DMSO), isopropyl alcohol, and N-methylpyrrolidone. (NMP), dimethylformamide (DMF), acetone, or water, among which one type alone or a mixture of two or more types may be used. The amount of the solvent used is to dissolve or disperse the positive electrode active material, conductive material, binder, and dispersant in consideration of the application thickness and manufacturing yield of the slurry, and to have a viscosity capable of exhibiting excellent thickness uniformity when applied for subsequent positive electrode production. That's enough.

리튬이차전지Lithium secondary battery

본 발명은 상기 양극을 포함하는 리튬이차전지를 제공한다.The present invention provides a lithium secondary battery including the positive electrode.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 리튬이차전지는 상기 양극; 음극; 상기 양극과 음극 사이에 개재된 분리막 및 전해질을 포함하는 것일 수 있다. 또한, 상기 리튬이차전지는 상기 양극, 음극, 분리막의 전극 조립체를 수납하는 전지용기, 및 상기 전지용기를 밀봉하는 밀봉 부재를 선택적으로 더 포함할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the lithium secondary battery includes the positive electrode; cathode; It may include a separator and an electrolyte interposed between the anode and the cathode. Additionally, 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.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 음극은 음극 집전체 및 상기 음극 집전체 상에 위치하는 음극 활물질층을 포함하는 것일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the negative electrode may include a negative electrode current collector and a negative electrode active material layer located on the negative electrode current collector.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 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 음극 집전체는 통상적으로 3 ㎛ 내지 500 ㎛의 두께를 가질 수 있으며, 양극 집전체와 마찬가지로, 상기 집전체 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있다. 예를 들어, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, 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, copper, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, plastic. Surface treatment of carbon, copper or stainless steel 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, nets, porous materials, foams, and non-woven materials.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 음극 활물질층은 음극 활물질과 함께 선택적으로 바인더 및 도전재를 포함하는 것일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the negative electrode active material layer may optionally include a binder and a conductive material along with the negative electrode active material.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 음극 활물질로는 리튬의 가역적인 인터칼레이션 및 디인터칼레이션이 가능한 화합물이 사용될 수 있다. 구체적인 예로는 인조흑연, 천연흑연, 흑연화 탄소섬유, 비정질탄소 등의 탄소질 재료; Si, Al, Sn, Pb, Zn, Bi, In, Mg, Ga, Cd, Si합금, Sn합금 또는 Al합금 등 리튬과 합금화가 가능한 금속질 화합물; SiOβ(0<β<2), SnO2, 바나듐 산화물, 리튬 바나듐 산화물과 같이 리튬을 도프 및 탈도프할 수 있는 금속산화물; 또는 Si-C 복합체 또는 Sn-C 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. 또한, 탄소재료는 저결정성 탄소 및 고결정성 탄소 등이 모두 사용될 수 있다. 저결정성 탄소로는 연화탄소 (soft carbon) 및 경화탄소 (hard carbon)가 대표적이며, 고결정성 탄소로는 무정형, 판상, 인편상, 구형 또는 섬유형의 천연 흑연 또는 인조 흑연, 키시 흑연 (Kish graphite), 열분해 탄소 (pyrolytic carbon), 액정 피치계 탄소섬유 (mesophase pitch based carbonfiber), 탄소 미소구체 (meso-carbon microbeads), 액정피치 (Mesophase pitches) 및 석유와 석탄계 코크스 (petroleum or coal tar pitch derived cokes) 등의 고온 소성탄소가 대표적이다. 상기 음극 활물질은 음극 활물질층의 전체 중량을 기준으로 80 중량% 내지 99 중량%로 포함될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, a compound capable of reversible intercalation and deintercalation of lithium may be used as the negative electrode active material. 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 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, the carbon material may include both low-crystalline carbon and high-crystalline carbon. 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 carbonfiber, meso-carbon microbeads, mesophase pitches, and petroleum or coal tar pitch derived High-temperature calcined carbon such as cokes is a representative example. The negative electrode active material may be included in an amount of 80% to 99% by weight based on the total weight of the negative electrode active material layer.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 음극 활물질층의 바인더는 도전재, 활물질 및 집전체 간의 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 음극 활물질층의 전체 중량을 기준으로 0.1 중량% 내지 10 중량%로 첨가된다. 이러한 바인더의 예로는, 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 폴리머(EPDM), 술폰화-EPDM, 스티렌-부타디엔 고무, 니트릴-부타디엔 고무, 불소 고무, 이들의 다양한 공중합체 등을 들 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the binder of the negative electrode active material layer is a component that assists the bonding between the conductive material, the active material, and the current collector, and is typically contained in the amount of 0.1% by weight to 10% by weight based on the total weight of the negative electrode active material layer. is added. Examples of such binders include polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinyl alcohol, carboxymethylcellulose (CMC), starch, hydroxypropylcellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, and polytetra. Examples include fluoroethylene, polyethylene, polypropylene, ethylene-propylene-diene polymer (EPDM), sulfonated-EPDM, styrene-butadiene rubber, nitrile-butadiene rubber, fluorine rubber, and various copolymers thereof.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 음극 활물질층의 도전재는 음극활물질의 도전성을 더욱 향상시키기 위한 성분으로서, 음극 활물질층의 전체 중량을 기준으로 10 중량% 이하, 바람직하게는 5 중량% 이하로 첨가될 수 있다. 이러한 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서멀 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본; 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 휘스커; 산화티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the conductive material of the negative electrode active material layer is a component to further improve the conductivity of the negative electrode active material, and is contained in an amount of 10% by weight or less, preferably 5% by weight or less, based on the total weight of the negative electrode active material layer. may be added. These conductive materials are not particularly limited as long as they have conductivity without causing chemical changes in the battery, and examples include graphite such as natural graphite or artificial graphite; Carbon black such as acetylene black, Ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and thermal black; Conductive fibers such as carbon fiber and metal fiber; fluorinated carbon; Metal powders such as aluminum and nickel powder; Conductive whiskers such as zinc oxide and potassium titanate; Conductive metal oxides such as titanium oxide; Conductive materials such as polyphenylene derivatives may be used.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 음극은 음극 집전체 상에 음극 활물질, 및 선택적으로 바인더 및 도전재를 용매 중에 용해 또는 분산시켜 제조한 음극 활물질층 형성용 조성물을 도포하고 건조함으로써 제조되거나, 또는 상기 음극 활물질층 형성용 조성물을 별도의 지지체 상에 캐스팅한 다음, 이 지지체로부터 박리하여 얻은 필름을 음극 집전체 상에 라미네이션함으로써 제조될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the negative electrode is manufactured by applying and drying a composition for forming a negative electrode active material layer prepared by dissolving or dispersing the negative electrode active material and optionally the binder and the conductive material in a solvent on the negative electrode current collector, or Alternatively, it can be manufactured by casting the composition for forming the negative electrode active material layer on a separate support, and then lamination of the film obtained by peeling from this support onto the negative electrode current collector.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 분리막은 음극과 양극을 분리하고 리튬 이온의 이동 통로를 제공하는 것으로, 통상 리튬 이차 전지에서 분리막으로 사용되는 것이라면 특별한 제한 없이 사용가능하며, 특히 전해질의 이온 이동에 대하여 저저항이면서 전해액 함습 능력이 우수한 것이 바람직하다. 구체적으로는 다공성 고분자 필름, 예를 들어 에틸렌 단독중합체, 프로필렌 단독중합체, 에틸렌/부텐 공중합체, 에틸렌/헥센 공중합체 및 에틸렌/메타크릴레이트 공중합체 등과 같은 폴리올레핀계 고분자로 제조한 다공성 고분자 필름 또는 이들의 2층 이상의 적층 구조체가 사용될 수 있다. 또한 통상적인 다공성 부직포, 예를 들어 고융점의 유리 섬유, 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유 등으로 된 부직포가 사용될 수도 있다. 또한, 내열성 또는 기계적 강도 확보를 위해 세라믹 성분 또는 고분자 물질이 포함된 코팅된 분리막이 사용될 수도 있으며, 선택적으로 단층 또는 다층 구조로 사용될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the separator separates the negative electrode and the positive electrode and provides a passage for lithium ions to move. It can be used without particular restrictions as long as it is normally used as a separator in a lithium secondary battery, and in particular, it can be used for ion movement in the electrolyte. It is desirable to have low resistance and excellent electrolyte moisturizing ability. Specifically, porous polymer films, for example, porous polymer films made of polyolefin polymers such as ethylene homopolymer, propylene homopolymer, ethylene/butene copolymer, ethylene/hexene copolymer, and ethylene/methacrylate copolymer, or these. A laminated structure of two or more layers may be used. In addition, conventional porous nonwoven fabrics, for example, nonwoven fabrics made of high melting point glass fibers, polyethylene terephthalate fibers, etc., may be used. Additionally, a coated separator containing ceramic components or polymer materials may be used to ensure heat resistance or mechanical strength, and may optionally be used in a single-layer or multi-layer structure.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 전해질로는 리튬 이차 전지 제조시 사용 가능한 유기계 액체 전해질, 무기계 액체 전해질, 고체 고분자 전해질, 겔형 고분자 전해질, 고체 무기 전해질, 용융형 무기 전해질 등을 들 수 있으며, 이들로 한정되는 것은 아니다. 구체적인 예로, 상기 전해질은 유기 용매 및 리튬염을 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the electrolyte may include an organic liquid electrolyte, an inorganic liquid electrolyte, a solid polymer electrolyte, a gel-type polymer electrolyte, a solid inorganic electrolyte, and a molten inorganic electrolyte that can be used when manufacturing a lithium secondary battery. It is not limited to these. As a specific example, the electrolyte may include an organic solvent and a lithium salt.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 유기 용매로는 전지의 전기 화학적 반응에 관여하는 이온들이 이동할 수 있는 매질 역할을 할 수 있는 것이라면 특별한 제한 없이 사용될 수 있다. 구체적으로 상기 유기 용매로는, 메틸 아세테이트(methyl acetate), 에틸 아세테이트(ethyl acetate), γ-부티로락톤(γ-butyrolactone), ε-카프로락톤(ε-caprolactone) 등의 에스테르계 용매; 디부틸 에테르(dibutyl ether) 또는 테트라히드로퓨란(tetrahydrofuran) 등의 에테르계 용매; 시클로헥사논(cyclohexanone) 등의 케톤계 용매; 벤젠(benzene), 플루오로벤젠(fluorobenzene) 등의 방향족 탄화수소계 용매; 디메틸카보네이트(dimethylcarbonate, DMC), 디에틸카보네이트(diethylcarbonate, DEC), 메틸에틸카보네이트(methylethylcarbonate, MEC), 에틸메틸카보네이트(ethylmethylcarbonate, EMC), 에틸렌카보네이트(ethylenecarbonate, EC), 프로필렌카보네이트(propylene carbonate, PC) 등의 카보네이트계 용매; 에틸알코올, 이소프로필 알코올 등의 알코올계 용매; R-CN(R은 탄소수 2 내지 20의 직쇄상, 분지상 또는 환 구조의 탄화수소기이며, 이중결합 방향 환 또는 에테르 결합을 포함할 수 있다) 등의 니트릴류; 디메틸포름아미드 등의 아미드류; 1,3-디옥솔란 등의 디옥솔란류; 또는 설포란(sulfolane)류 등이 사용될 수 있다. 이중에서도 카보네이트계 용매가 바람직하고, 전지의 충방전 성능을 높일 수 있는 높은 이온전도도 및 고유전율을 갖는 환형 카보네이트(예를 들면, 에틸렌카보네이트 또는 프로필렌카보네이트 등)와, 저점도의 선형 카보네이트계 화합물(예를 들면, 에틸메틸카보네이트, 디메틸카보네이트 또는 디에틸카보네이트 등)의 혼합물이 보다 바람직하다.According to one embodiment of the present invention, 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 solvents such as benzene and fluorobenzene; Dimethylcarbonate (DMC), diethylcarbonate (DEC), methylethylcarbonate (MEC), ethylmethylcarbonate (EMC), ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC) ), carbonate-based solvents such as; Alcohol-based solvents such as ethyl alcohol and isopropyl alcohol; nitriles such as R-CN (R is a straight-chain, branched or ring-structured hydrocarbon group having 2 to 20 carbon atoms 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. Among these, carbonate-based solvents are preferable, and cyclic carbonates (e.g., ethylene carbonate or propylene carbonate, etc.) with high ionic conductivity and high dielectric constant that can improve the charging and discharging performance of the battery, and low-viscosity linear carbonate-based compounds ( For example, ethylmethyl carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, etc.) are more preferable.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 리튬염은 리튬 이차 전지에서 사용되는 리튬 이온을 제공할 수 있는 화합물이라면 특별한 제한 없이 사용될 수 있다. 구체적으로 상기 리튬염의 음이온으로는 F-, Cl-, Br-, I-, NO3 -, N(CN)2 -, BF4 -, CF3CF2SO3 -, (CF3SO2)2N-, (FSO2)2N-, CF3CF2(CF3)2CO-, (CF3SO2)2CH-, (SF5)3C-, (CF3SO2)3C-, CF3(CF2)7SO3 -, CF3CO2 -, CH3CO2 -, SCN- 및 (CF3CF2SO2)2N-로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나 이상일 수 있고, 상기 리튬염은, LiPF6, LiClO4, LiAsF6, LiBF4, LiSbF6, LiAl04, LiAlCl4, LiCF3SO3, LiC4F9SO3, LiN(C2F5SO3)2, LiN(C2F5SO2)2, LiN(CF3SO2)2, LiCl, LiI, 또는 LiB(C2O4)2 등이 사용될 수 있다. 상기 리튬염의 농도는 0.1 M 내지 2.0 M 범위 내에서 사용하는 것이 좋다. 리튬염의 농도가 상기 범위에 포함되면, 전해질이 적절한 전도도 및 점도를 가지므로 우수한 전해질 성능을 나타낼 수 있고, 리튬 이온이 효과적으로 이동할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the lithium salt can be used without particular limitation as long as it is a compound that can provide lithium ions used in lithium secondary batteries. Specifically, the anions of the lithium salt include F - , Cl - , Br - , I - , NO 3 - , N(CN) 2 - , BF 4 - , CF 3 CF 2 SO 3 - , (CF 3 SO 2 ) 2 N - , (FSO 2 ) 2 N - , CF 3 CF 2 (CF 3 ) 2 CO - , (CF 3 SO 2 ) 2 CH - , (SF 5 ) 3 C - , (CF 3 SO 2 ) 3 C - , CF 3 (CF 2 ) 7 SO 3 - , CF 3 CO 2 - , CH 3 CO 2 - , SCN - , and (CF 3 CF 2 SO 2 ) 2 N - It may be at least one selected from the group consisting of, The lithium salt is LiPF 6 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiBF 4 , LiSbF 6 , LiAl0 4 , LiAlCl 4 , LiCF 3 SO 3 , LiC 4 F 9 SO 3 , LiN(C 2 F 5 SO 3 ) 2 , LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 , LiN(CF 3 SO 2 ) 2 , LiCl, LiI, or LiB(C 2 O 4 ) 2 may be used. The concentration of the lithium salt is preferably used within the range of 0.1 M to 2.0 M. 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.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 전해질에는 상기 전해질 구성 성분들 외에도 전지의 수명특성 향상, 전지 용량 감소 억제, 전지의 방전 용량 향상 등을 목적으로 예를 들어, 디플루오로 에틸렌카보네이트 등과 같은 할로알킬렌카보네이트계 화합물, 피리딘, 트리에틸포스파이트, 트리에탄올아민, 환상 에테르, 에틸렌 디아민, n-글라임(glyme), 헥사인산 트리아미드, 니트로벤젠 유도체, 유황, 퀴논 이민 염료, N-치환 옥사졸리디논, N,N-치환 이미다졸리딘, 에틸렌 글리콜 디알킬 에테르, 암모늄염, 피롤, 2-메톡시 에탄올 또는 삼염화 알루미늄 등의 첨가제가 1종 이상 더 포함될 수도 있다. 이때 상기 첨가제는 전해질 총 중량에 대하여 0.1 중량% 내지 5 중량%로 포함될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, in addition to the electrolyte components, the electrolyte contains halo such as difluoroethylene carbonate for the purpose of improving battery life characteristics, suppressing battery capacity reduction, and improving battery discharge capacity. Alkylene carbonate compounds, pyridine, triethylphosphite, triethanolamine, cyclic ether, ethylene diamine, n-glyme, hexanoic acid triamide, nitrobenzene derivatives, sulfur, quinone imine dye, N-substituted oxazoli One or more additives such as dinon, N,N-substituted 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.

본 발명에 따른 양극 활물질을 포함하는 리튬이차전지는 우수한 용량 특성, 출력 특성 및 수명 특성을 안정적으로 나타내기 때문에, 휴대전화, 노트북 컴퓨터, 디지털 카메라 등의 휴대용 기기, 하이브리드 전기자동차(hybrid electric vehicle, HEV), 전기자동차(electric vehicle, EV) 등의 전기 자동차 분야 등에 유용하다.Since the lithium secondary battery containing the positive electrode active material according to the present invention stably exhibits excellent capacity characteristics, output characteristics, and lifespan characteristics, it is used in portable devices such as mobile phones, laptop computers, and digital cameras, and hybrid electric vehicles. It is useful in the field of electric vehicles such as HEV) and electric vehicles (EV).

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

본 발명에 따른 리튬이차전지는 소형 디바이스의 전원으로 사용되는 전지셀에 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 다수의 전지셀들을 포함하는 중대형 전지모듈에 단위전지로도 바람직하게 사용될 수 있다.The lithium secondary battery according to the present invention can not only be used in battery cells used as a power source for small devices, but can also be preferably used as a unit cell in medium to large-sized battery modules containing multiple battery cells.

이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 리튬이차전지를 단위 셀로 포함하는 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩이 제공된다.Accordingly, according to one embodiment of the present invention, a battery module including the lithium secondary battery as a unit cell and a battery pack including the same are provided.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 전지모듈 또는 전지팩은 파워 툴(Power Tool); 전기자동차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기자동차, 및 플러그인 하이브리드 전기자동차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV)를 포함하는 전기차; 또는 전력 저장용 시스템 중 어느 하나 이상의 중대형 디바이스 전원으로 이용될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the battery module or battery pack includes a power tool; Electric vehicles, including electric vehicles (EV), hybrid electric vehicles, and plug-in hybrid electric vehicles (PHEV); Alternatively, it can be used as a power source for any one or more mid- to large-sized devices among power storage systems.

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

실시예Example

실시예 1Example 1

80 ml의 이온교환수에 킬레이트제로 시트르산 9.894 g을 용해시켰다. 이 후, 해당 용액에 리튬 아세테이트 30.529 g, 니켈(II) 아세테이트 14.930 g, 망간(II) 아세테이트 36.580 g, 포타슘 아세테이트 0.491 g 및 지르코늄 아세테이트 0.210 g을 투입하고, 80 ℃에서 용해시켜 합성 용액을 제조하였다. 합성 용액에 각 원료 물질이 완전히 용해된 후, 180 ℃에서 분무 건조하여 건조품을 제조하고, 수득된 건조품을 450 ℃에서 5 시간 동안 1차 소성하여 가소성품을 제조하였다. 이어서, 가소성품과 리튬 클로라이드 0.3 g을 혼합하고, 900 ℃에서 12 시간 동안 2차 소성하여 소성품을 제조하고, 체질(sieving)을 실시하여 포타슘, 지르코늄 및 염소가 도핑된 리튬 니켈 망간 복합 산화물 분말을 수득하였다.9.894 g of citric acid as a chelating agent was dissolved in 80 ml of ion-exchanged water. Afterwards, 30.529 g of lithium acetate, 14.930 g of nickel (II) acetate, 36.580 g of manganese (II) acetate, 0.491 g of potassium acetate, and 0.210 g of zirconium acetate were added to the solution and dissolved at 80 ° C to prepare a synthetic solution. . After each raw material was completely dissolved in the synthetic solution, a dried product was prepared by spray drying at 180°C, and the obtained dried product was first fired at 450°C for 5 hours to prepare a plastic product. Next, the calcined product was mixed with 0.3 g of lithium chloride, the calcined product was prepared by secondary firing at 900°C for 12 hours, and sieving was performed to produce lithium nickel manganese composite oxide powder doped with potassium, zirconium, and chlorine. was obtained.

실시예 2Example 2

상기 실시예 1에서, 리튬 클로라이드를 0.3 g 대신 0.6 g으로 혼합한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여, 포타슘, 지르코늄 및 염소가 도핑된 리튬 니켈 망간 복합 산화물 분말을 수득하였다.In Example 1, the same method as Example 1 was performed except that 0.6 g of lithium chloride was mixed instead of 0.3 g, and lithium nickel manganese composite oxide powder doped with potassium, zirconium, and chlorine was obtained.

실시예 3Example 3

상기 실시예 1에서, 리튬 클로라이드를 0.3 g 대신 0.9 g으로 혼합한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여, 포타슘, 지르코늄 및 염소가 도핑된 리튬 니켈 망간 복합 산화물 분말을 수득하였다.In Example 1, the same method as Example 1 was performed except that 0.9 g of lithium chloride was mixed instead of 0.3 g, and lithium nickel manganese composite oxide powder doped with potassium, zirconium, and chlorine was obtained.

실시예 4Example 4

상기 실시예 1에서, 리튬 클로라이드를 0.3 g 대신 1.2 g으로 혼합한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여, 포타슘, 지르코늄 및 염소가 도핑된 리튬 니켈 망간 복합 산화물 분말을 수득하였다.In Example 1, the same method as Example 1 was performed except that 1.2 g of lithium chloride was mixed instead of 0.3 g, and lithium nickel manganese composite oxide powder doped with potassium, zirconium, and chlorine was obtained.

비교예 1Comparative Example 1

80 ml의 이온교환수에 킬레이트제로 시트르산 9.894 g을 용해시켰다. 이 후, 해당 용액에 리튬 아세테이트 30.529 g, 니켈(II) 아세테이트 14.930 g 및 망간(II) 아세테이트 36.580 g을 투입하고, 80 ℃에서 용해시켜 합성 용액을 제조하였다. 합성 용액에 각 원료 물질이 완전히 용해된 후, 180 ℃에서 분무 건조하여 건조품을 제조하고, 수득된 건조품을 450 ℃에서 5 시간 동안 1차 소성하여 가소성품을 제조하였다. 이어서, 가소성품을 900 ℃에서 12 시간 동안 2차 소성하여 소성품을 제조하고, 체질(sieving)을 실시하여 리튬 니켈 망간 복합 산화물 분말을 수득하였다.9.894 g of citric acid as a chelating agent was dissolved in 80 ml of ion-exchanged water. Afterwards, 30.529 g of lithium acetate, 14.930 g of nickel (II) acetate, and 36.580 g of manganese (II) acetate were added to the solution and dissolved at 80°C to prepare a synthetic solution. After each raw material was completely dissolved in the synthetic solution, a dried product was prepared by spray drying at 180°C, and the obtained dried product was first fired at 450°C for 5 hours to prepare a plastic product. Next, the calcined product was subjected to secondary firing at 900° C. for 12 hours to prepare a calcined product, and sieving was performed to obtain lithium nickel manganese composite oxide powder.

비교예 2Comparative Example 2

80 ml의 이온교환수에 킬레이트제로 시트르산 9.894 g을 용해시켰다. 이 후, 해당 용액에 리튬 아세테이트 30.529 g, 니켈(II) 아세테이트 14.930 g, 망간(II) 아세테이트 36.580 g 및 포타슘 아세테이트 0.491 g을 투입하고, 80 ℃에서 용해시켜 합성 용액을 제조하였다. 합성 용액에 각 원료 물질이 완전히 용해된 후, 180 ℃에서 분무 건조하여 건조품을 제조하고, 수득된 건조품을 450 ℃에서 5 시간 동안 1차 소성하여 가소성품을 제조하였다. 이어서, 가소성품과 리튬 클로라이드 0.3 g을 혼합하고, 900 ℃에서 12 시간 동안 2차 소성하여 소성품을 제조하고, 체질(sieving)을 실시하여 포타슘 및 염소가 도핑된 리튬 니켈 망간 복합 산화물 분말을 수득하였다.9.894 g of citric acid as a chelating agent was dissolved in 80 ml of ion-exchanged water. Afterwards, 30.529 g of lithium acetate, 14.930 g of nickel (II) acetate, 36.580 g of manganese (II) acetate, and 0.491 g of potassium acetate were added to the solution and dissolved at 80°C to prepare a synthetic solution. After each raw material was completely dissolved in the synthetic solution, a dried product was prepared by spray drying at 180°C, and the obtained dried product was first fired at 450°C for 5 hours to prepare a plastic product. Next, the calcined product was mixed with 0.3 g of lithium chloride, the calcined product was prepared by secondary calcination at 900°C for 12 hours, and sieving was performed to obtain lithium nickel manganese composite oxide powder doped with potassium and chlorine. did.

실험예Experiment example

실험예 1: XRD 분석Experimental Example 1: XRD analysis

상기 실시예 및 비교예에서 제조된 각각의 양극 활물질에 대해, XRD 측정 후, 각 XRD 데이터를 도 1 및 2에 나타내었다.For each positive electrode active material prepared in the above examples and comparative examples, after XRD measurement, each XRD data is shown in Figures 1 and 2.

이 때, 상기 XRD는 상기 실시예 및 비교예에서 제조된 각각의 양극 활물질 분말에서 양극 활물질 입자 2 g 내지 3 g을 채취하여, Cu-Kα선(파장 1.54 Å)을 이용하여 가속전압 40 kV/40 mA에서 0.2 °/sec의 스캔 속도로 15 ° 내지 90 °의 2θ 범위에서 X선 회절 분석방법으로 측정하였다.At this time, the XRD was performed by collecting 2 g to 3 g of positive electrode active material particles from each of the positive electrode active material powders prepared in the examples and comparative examples, and using Cu-Kα line (wavelength 1.54 Å) at an acceleration voltage of 40 kV/ Measurements were made using X-ray diffraction analysis in a 2θ range of 15° to 90° at a scan speed of 0.2°/sec at 40 mA.

XRD로 측정된 데이터는 상대적인 값으로 측정 장치 및 조건에 따라 변동될 수 있으나, 피크 강도 사이의 비율은 절대적인 값으로 측정 장치 및 조건에 따라 변동되지 않는다.Data measured by XRD are relative values and may vary depending on the measuring device and conditions, but the ratio between peak intensities is an absolute value and does not change depending on the measuring device and conditions.

도 1 및 2에 나타낸 바와 같이, 비교예 1에서 제조된 양극 활물질인 리튬 니켈 망간 복합 산화물은 2 θ가 40 ° 내지 50 °에서 나타나는 피크 중 가장 강한 피크 강도를 나타내는 피크의 피크 분할이 나타나, 2차상이 발생한 것을 확인할 수 있었다. 반면, 본 발명의 실시예 1 내지 4에서 제조된 양극 활물질인 포타슘, 지르코늄 및 염소가 도핑된 리튬 니켈 망간 복합 산화물은 리튬 망간 리치상인 Li2MnO3 상을 기초로 한 층상 암염 구조의 상이 형성되었고, 2 θ가 40 ° 내지 50 °에서 나타나는 피크 중 가장 강한 피크 강도를 나타내는 피크의 피크 분할(peak splitting)이 나타나지 않아, LiMn2O4 상을 기초로 한 스피넬 구조의 2차상이 발생하지 않은 것을 확인할 수 있었다. 이는 양극 활물질 제조 시, 분무 건조 공정을 실시하더라도, 가소성품에 대한 2차 소성 시 리튬 클로라이드를 함께 혼합하여 소성을 실시함으로써, 리튬 망간 리치 양극 활물질의 구조적 안정성이 향상된 것으로부터 기인한 것이다.As shown in Figures 1 and 2, the lithium nickel manganese composite oxide, which is the positive electrode active material prepared in Comparative Example 1, shows peak splitting of the peak showing the strongest peak intensity among the peaks where 2θ appears at 40 ° to 50 °, 2 It was confirmed that a car injury had occurred. On the other hand, the lithium nickel manganese composite oxide doped with potassium, zirconium and chlorine, which is the positive electrode active material prepared in Examples 1 to 4 of the present invention, had a layered rock salt structure based on the Li 2 MnO 3 phase, which is a lithium manganese rich phase. , peak splitting of the peak showing the strongest peak intensity among the peaks where 2θ appears at 40 ° to 50 ° did not appear, indicating that the secondary phase of the spinel structure based on the LiMn 2 O 4 phase did not occur. I was able to confirm. This is because the structural stability of the lithium manganese-rich positive electrode active material is improved by mixing lithium chloride during the secondary firing of the calcined product, even if the spray drying process is performed when manufacturing the positive electrode active material.

실험예 2: ICP 분석Experimental Example 2: ICP analysis

상기 실시예 및 비교예에서 제조된 각각의 양극 활물질을 0.1 g씩 취한 후, 0.1 M 염산 1.5 ml를 가하고, 80 ℃로 가열하여 양극 활물질을 용해시켰다. 이 후, 과산화수소수를 소량 첨가하여 양극 활물질을 완전히 용해시켜 용액을 제조하였다. 이어서, 이온 교환수로 상기 용액의 총 부피가 30 ml가 되도록 희석하고, 이를 다시 10 배 희석하여 분석 시료를 준비하였다. ICP 장치를 이용하여, 상기 분석 시료에 존재하는 구성 원소의 비율을 측정하고, 리튬, 포타슘, 니켈, 망간, 지르코늄 및 염소 원소의 비율을 하기 표 2에 나타내었다.After taking 0.1 g of each positive electrode active material prepared in the above Examples and Comparative Examples, 1.5 ml of 0.1 M hydrochloric acid was added and heated to 80° C. to dissolve the positive electrode active material. Afterwards, a small amount of hydrogen peroxide was added to completely dissolve the positive electrode active material to prepare a solution. Subsequently, the solution was diluted with ion-exchanged water so that the total volume was 30 ml, and this was diluted again 10 times to prepare an analysis sample. Using an ICP device, the ratio of constituent elements present in the analysis sample was measured, and the ratios of lithium, potassium, nickel, manganese, zirconium, and chlorine elements are shown in Table 2 below.

구분division LiLi NiNi MnMn KK ZrZr ClCl 실시예 1Example 1 1.16851.1685 0.22720.2272 0.55850.5585 0.01050.0105 0.03700.0370 0.00100.0010 실시예 2Example 2 1.17981.1798 0.22130.2213 0.55010.5501 0.00910.0091 0.03740.0374 0.00230.0023 실시예 3Example 3 1.16661.1666 0.22670.2267 0.55880.5588 0.00880.0088 0.03680.0368 0.00230.0023 실시예 4Example 4 1.18891.1889 0.26140.2614 0.54450.5445 0.00890.0089 0.03810.0381 0.00320.0032 비교예 1Comparative Example 1 1.19201.1920 0.24100.2410 0.56700.5670 -- -- --

상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예 1 내지 4에서 제조된 양극 활물질은 리튬 망간 리치 양극 활물질로서, 리튬 및 망간을 과량으로 포함하고, 포타슘, 지르코늄 및 염소가 도핑된 것을 확인할 수 있었다.As shown in Table 1, it was confirmed that the positive electrode active material prepared in Examples 1 to 4 of the present invention was a lithium manganese rich positive electrode active material, contained an excessive amount of lithium and manganese, and was doped with potassium, zirconium, and chlorine. .

또한, 비교예 1에서 제조된 양극 활물질은 어떠한 도핑 원료 물질로 투입하지 않아, 리튬, 니켈 및 망간만을 포함하는 것을 확인할 수 있었다.In addition, it was confirmed that the positive electrode active material prepared in Comparative Example 1 did not contain any doping raw materials and contained only lithium, nickel, and manganese.

실험예 3: 코인형 반쪽전지 제조 및 용량 특성 평가 Experimental Example 3: Coin-type half-cell manufacturing and capacity characteristic evaluation

상기 실시예 및 비교예에서 제조된 양극 활물질 92.5 중량%, 도전재로 Super P 3.0 중량% 및 바인더로 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF) 4.5 중량%를 N-메틸피롤리돈(NMP) 용매 중에서 혼합하여 양극 슬러리를 제조하였다. 상기 제조된 양극 슬러리를 알루미늄 집전체의 일면에 도포한 후, 130 ℃에서 건조 후, 압연하여 양극을 제조하였다.92.5% by weight of the positive electrode active material prepared in the above examples and comparative examples, 3.0% by weight of Super P as a conductive material, and 4.5% by weight of polyvinylidene fluoride (PVDF) as a binder were mixed in N-methylpyrrolidone (NMP) solvent. A positive electrode slurry was prepared. The prepared positive electrode slurry was applied to one side of an aluminum current collector, dried at 130°C, and rolled to prepare a positive electrode.

음극으로 리튬 금속 전극을 사용하고, 양극과 음극 사이에 다공성 폴리에틸렌 분리막을 개재하여 전극 조립체를 제조하였다. 이를 전지 케이스 내부에 위치시키고 에틸렌카보네이트(EC):에틸메틸카보네이트(EMC):디에틸카보네이트(DEC)를 3:4:3의 부피비로 혼합한 유기 용매에 1M의 LiPF6를 용해시킨 전해액을 주액하여 코인형 반쪽전지를 제조하였다.An electrode assembly was manufactured using a lithium metal electrode as a negative electrode and a porous polyethylene separator between the positive and negative electrodes. Place it inside the battery case and inject an electrolyte solution in which 1 M LiPF 6 is dissolved in an organic solvent mixed with ethylene carbonate (EC): ethyl methyl carbonate (EMC): diethyl carbonate (DEC) in a volume ratio of 3:4:3. A coin-type half cell was manufactured.

상기 제조된 실시예 및 비교예의 양극 활물질을 포함하는 코인형 반쪽전지를 이용하여, 45 ℃에서 0.1 C 정전류로 4.65 V까지 충전한 후, 0.1 C로 2.0 V까지 방전하여, 활성화 공정(formation)을 실시하고, 이 때의 충전 및 방전 용량을 측정하였다.Using the coin-type half-cell containing the positive electrode active material of the examples and comparative examples prepared above, charging to 4.65 V at 0.1 C constant current at 45 ° C, and then discharging to 2.0 V at 0.1 C, performed an activation process (formation). This was carried out, and the charging and discharging capacities at this time were measured.

이어서, 25 ℃에서 0.1 C 정전류로 4.4 V까지 충전한 후, 0.1 C로 2.5 V까지 방전하여, 초기 충전 및 방전 용량을 측정하였다.Subsequently, the battery was charged to 4.4 V at 0.1 C constant current at 25°C, and then discharged to 2.5 V at 0.1 C to measure the initial charge and discharge capacity.

각 단계에서 측정된 충전 및 방전 용량을 하기 표 2에 나타내었다.The charging and discharging capacities measured at each stage are shown in Table 2 below.

구분division 활성화 공정activation process 초기 충전 및 방전Initial charge and discharge 충전 용량
(mAh/g)
charging capacity
(mAh/g)
방전 용량
(mAh/g)
discharge capacity
(mAh/g)
효율
(%)
efficiency
(%)
충전 용량
(mAh/g)
charging capacity
(mAh/g)
방전 용량
(mAh/g)
discharge capacity
(mAh/g)
효율
(%)
efficiency
(%)
실시예 1Example 1 321.78321.78 266.77266.77 82.9082.90 206.01206.01 187.06187.06 90.8090.80 실시예 2Example 2 324.99324.99 275.90275.90 84.8984.89 214.95214.95 195.40195.40 90.9090.90 실시예 3Example 3 324.89324.89 276.65276.65 85.1585.15 216.22216.22 196.92196.92 91.0791.07 실시예 4Example 4 324.26324.26 278.14278.14 85.7885.78 218.15218.15 199.17199.17 91.3091.30 비교예 1Comparative Example 1 295.39295.39 274.74274.74 83.8783.87 193.63193.63 176.23176.23 91.0191.01 비교예 2Comparative Example 2 305.32305.32 263.41263.41 86.2886.28 205.93205.93 186.34186.34 90.4990.49

상기 표 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예 1 내지 4에서 제조된 양극 활물질은 충전 용량, 방전 용량 및 초기 효율이 모두 우수한 것을 확인할 수 있었다. 반면, 비교예 1에서 제조된 양극 활물질은 도핑 원소를 포함하지 않아, 초기 충전 용량 및 방전 용량이 열악한 것을 확인할 수 있었다. 또한, 비교예 2에서 제조된 양극 활물질은 비교예 1 대비 충전 용량, 방전 용량 및 효율이 다소 증가하기는 하였으나, 도핑 원소 중 지르코늄을 포함하지 않아, 실시예 1 내지 4 대비 충분히 향상되지 않은 것을 확인할 수 있었다.As shown in Table 2, it was confirmed that the positive electrode active materials prepared in Examples 1 to 4 of the present invention were all excellent in charge capacity, discharge capacity, and initial efficiency. On the other hand, it was confirmed that the positive electrode active material prepared in Comparative Example 1 did not contain a doping element and had poor initial charge capacity and discharge capacity. In addition, the positive electrode active material prepared in Comparative Example 2 had slightly increased charging capacity, discharging capacity, and efficiency compared to Comparative Example 1, but did not contain zirconium among the doping elements, confirming that it was not sufficiently improved compared to Examples 1 to 4. I was able to.

Claims (11)

리튬 원료 물질, 니켈 원료 물질, 망간 원료 물질, 포타슘 도핑 원료 물질 및 지르코늄 도핑 원료 물질을 혼합하여 합성 용액을 제조하는 단계(S10);
상기 (S10) 단계에서 제조된 합성 용액을 분무 건조(spray drying)하여 건조품을 제조하는 단계(S20);
상기 (S20) 단계에서 제조된 건조품을 1차 소성하여 가소성품을 제조하는 단계(S30); 및
상기 (S30) 단계에서 제조된 가소성품을 리튬 클로라이드 존재 하에 2차 소성하여 소성품을 제조하는 단계(S40)를 포함하는 양극 활물질 제조방법.
Preparing a synthetic solution by mixing lithium raw material, nickel raw material, manganese raw material, potassium doped raw material, and zirconium doped raw material (S10);
Producing a dried product by spray drying the synthetic solution prepared in the step (S10) (S20);
A step (S30) of producing a plastic product by first firing the dried product manufactured in the step (S20); and
A method for producing a positive electrode active material comprising a step (S40) of producing a fired product by secondary firing the fired product prepared in the step (S30) in the presence of lithium chloride.
제1항에 있어서,
상기 (S10) 단계의 혼합은 페치니 방법에 의해 실시되는 것인 양극 활물질 제조방법.
According to paragraph 1,
A method for producing a positive electrode active material, wherein the mixing in step (S10) is performed by the Pezzini method.
제1항에 있어서,
상기 (S20) 단계의 분무 건조는 150 ℃ 이상 200 ℃ 이하의 온도에서 실시되는 것인 양극 활물질 제조방법.
According to paragraph 1,
A method for producing a positive electrode active material, wherein the spray drying in step (S20) is carried out at a temperature of 150 ℃ or more and 200 ℃ or less.
제1항에 있어서,
상기 (S30) 단계의 1차 소성은 400 ℃ 내지 500 ℃에서 3 시간 내지 6 시간 동안 실시되는 것인 양극 활물질 제조방법.
According to paragraph 1,
A method for producing a positive electrode active material, wherein the first calcination in the step (S30) is performed at 400 ℃ to 500 ℃ for 3 to 6 hours.
제1항에 있어서,
상기 (S40) 단계는 가소성품 및 리튬 클로라이드를 혼합한 상태에서 2차 소성을 실시하는 것인 양극 활물질 제조방법.
According to paragraph 1,
The (S40) step is a method of producing a positive electrode active material in which secondary firing is performed in a mixed state of the calcined product and lithium chloride.
제1항에 있어서,
상기 (S40) 단계에서 상기 리튬 클로라이드는 상기 (S10) 단계에서 혼합된 전체 원료 물질 100 중량부 대비 0.1 중량부 내지 2.0 중량부의 함량으로 투입되는 것인 양극 활물질 제조방법.
According to paragraph 1,
In the step (S40), the lithium chloride is added in an amount of 0.1 to 2.0 parts by weight based on 100 parts by weight of the total raw materials mixed in the step (S10).
제1항에 있어서,
상기 (S40) 단계의 2차 소성은 800 ℃ 내지 1,000 ℃에서 10 시간 내지 12 시간 동안 실시되는 것인 양극 활물질 제조방법.
According to paragraph 1,
A method for producing a positive electrode active material, wherein the secondary calcination in step (S40) is performed at 800 ℃ to 1,000 ℃ for 10 to 12 hours.
리튬, 니켈, 망간, 포타슘, 지르코늄 및 염소를 포함하는 리튬 전이금속 복합 산화물을 포함하는 양극 활물질.A positive electrode active material containing a lithium transition metal complex oxide containing lithium, nickel, manganese, potassium, zirconium, and chlorine. 제8항에 있어서,
상기 리튬 전이금속 복합 산화물은 층상 구조를 갖는 것인 양극 활물질.
According to clause 8,
A positive electrode active material in which the lithium transition metal complex oxide has a layered structure.
제8항에 있어서,
상기 리튬 전이금속 복합 산화물은 하기 화학식 1로 표시되는 평균 조성을 갖는 것인 양극 활물질:
[화학식 1]
LiaKbNicMndZreO2-fClf
상기 화학식 1에서,
1.10<a<1.30, 0.005<b<0.03, 0.20<c<0.30, 0.50<d<0.65, 0.001<e<0.05 및 0.001<f<0.3, a+b+c+d+e=2이다.
According to clause 8,
The lithium transition metal complex oxide is a positive electrode active material having an average composition represented by the following formula (1):
[Formula 1]
Li a K b Ni c Mn d Zr e O 2-f Cl f
In Formula 1,
1.10<a<1.30, 0.005<b<0.03, 0.20<c<0.30, 0.50<d<0.65, 0.001<e<0.05 and 0.001<f<0.3, a+b+c+d+e=2.
제8항에 있어서,
상기 리튬 전이금속 복합 산화물은 XRD에서 2 θ가 40 ° 내지 50 °에서 나타나는 피크 중 가장 강한 피크 강도를 나타내는 피크의 피크 분할(peak splitting)이 없는 것인 양극 활물질.
According to clause 8,
The lithium transition metal complex oxide is a positive electrode active material in which there is no peak splitting of the peak showing the strongest peak intensity among the peaks that appear at 2θ at 40 ° to 50 ° in XRD.
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