KR20240059476A - Positive electrode active material, manufacturing method of the same and lithium secondary battery comprising the same - Google Patents

Positive electrode active material, manufacturing method of the same and lithium secondary battery comprising the same Download PDF

Info

Publication number
KR20240059476A
KR20240059476A KR1020220140767A KR20220140767A KR20240059476A KR 20240059476 A KR20240059476 A KR 20240059476A KR 1020220140767 A KR1020220140767 A KR 1020220140767A KR 20220140767 A KR20220140767 A KR 20220140767A KR 20240059476 A KR20240059476 A KR 20240059476A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
positive electrode
active material
electrode active
lithium
containing raw
Prior art date
Application number
KR1020220140767A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
장호역
여수정
김대성
곽호영
김도연
김준규
정상훈
황태진
오명환
Original Assignee
주식회사 엘지화학
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엘지화학 filed Critical 주식회사 엘지화학
Priority to KR1020220140767A priority Critical patent/KR20240059476A/en
Publication of KR20240059476A publication Critical patent/KR20240059476A/en

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/52Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron
    • H01M4/525Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron of mixed oxides or hydroxides containing iron, cobalt or nickel for inserting or intercalating light metals, e.g. LiNiO2, LiCoO2 or LiCoOxFy
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01GCOMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G53/00Compounds of nickel
    • C01G53/40Nickelates
    • C01G53/42Nickelates containing alkali metals, e.g. LiNiO2
    • C01G53/44Nickelates containing alkali metals, e.g. LiNiO2 containing manganese
    • C01G53/50Nickelates containing alkali metals, e.g. LiNiO2 containing manganese of the type [MnO2]n-, e.g. Li(NixMn1-x)O2, Li(MyNixMn1-x-y)O2
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052Li-accumulators
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/131Electrodes based on mixed oxides or hydroxides, or on mixtures of oxides or hydroxides, e.g. LiCoOx
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/50Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of manganese
    • H01M4/505Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of manganese of mixed oxides or hydroxides containing manganese for inserting or intercalating light metals, e.g. LiMn2O4 or LiMn2OxFy
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00Particle morphology
    • C01P2004/01Particle morphology depicted by an image
    • C01P2004/03Particle morphology depicted by an image obtained by SEM
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00Particle morphology
    • C01P2004/60Particles characterised by their size
    • C01P2004/61Micrometer sized, i.e. from 1-100 micrometer
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/026Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
    • H01M2004/028Positive electrodes

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

본 발명은 양극 활물질에 관한 것으로, 평균 입경(D50)이 5㎛ 내지 8㎛인 단입자 형태의 리튬 복합 전이금속 산화물을 포함하고, 스팬 값((D90-D10)/D50)이 0.8 이상이며, 펠렛 밀도가 3.60g/cm3 이상인 양극 활물질, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 리튬 이차전지에 관한 것이다.The present invention relates to a positive electrode active material, which includes a lithium composite transition metal oxide in the form of a single particle with an average particle diameter (D 50 ) of 5㎛ to 8㎛, and a span value ((D 90 -D 10 )/D 50 ). It relates to a positive electrode active material having a pellet density of 0.8 or more and a pellet density of 3.60 g/cm 3 or more, a method of manufacturing the same, and a lithium secondary battery containing the same.

Description

양극 활물질, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 리튬 이차전지{POSITIVE ELECTRODE ACTIVE MATERIAL, MANUFACTURING METHOD OF THE SAME AND LITHIUM SECONDARY BATTERY COMPRISING THE SAME}Cathode active material, manufacturing method thereof, and lithium secondary battery comprising the same {POSITIVE ELECTRODE ACTIVE MATERIAL, MANUFACTURING METHOD OF THE SAME AND LITHIUM SECONDARY BATTERY COMPRISING THE SAME}

본 발명은 리튬 이차전지의 에너지 밀도를 향상시킬 수 있는 양극 활물질, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 리튬 이차전지에 관한 것이다.The present invention relates to a positive electrode active material capable of improving the energy density of a lithium secondary battery, a method of manufacturing the same, and a lithium secondary battery containing the same.

최근 전기 자동차 등의 기술 발전에 따라 에너지 밀도가 높은 이차 전지에 대한 수요가 증가하고 있으며, 이에 따라 용량 특성이 우수한 하이-니켈(High-Ni)계 양극 활물질에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다.Recently, with technological developments such as electric vehicles, the demand for secondary batteries with high energy density is increasing, and accordingly, research on high-nickel (High-Ni)-based cathode active materials with excellent capacity characteristics is being actively conducted.

그러나, 양극 활물질의 니켈 함량을 계속 높이는 것은 한계가 있고, 니켈 함량이 높은 경우, 전지 사이클이 진행됨에 따라 전지의 성능이 급격하게 저하되는 문제가 있다. 한편, 1차 입자가 수십~수백개 응집되어 형성된 2차 입자 형태의 양극 활물질은 압연 강도 또는 전지 사이클 진행에 따른 크랙 발생으로 인하여 부반응이 일어나는 문제가 있고, 이에 따라 단입자 형태의 하이-니켈(High-Ni)계 양극 활물질에 대한 연구가 진행되고 있다.However, there is a limit to continuously increasing the nickel content of the positive electrode active material, and when the nickel content is high, there is a problem that battery performance rapidly deteriorates as the battery cycle progresses. On the other hand, the positive electrode active material in the form of secondary particles formed by agglomerating tens to hundreds of primary particles has a problem of side reactions occurring due to cracks occurring due to rolling strength or battery cycle progress, and as a result, single particle high-nickel ( Research on high-Ni cathode active materials is in progress.

그러나, 일반적으로 알려진 방법인, 공침법을 통해 제조된 복합 전이금속 수산화물과 리튬 함유 원료물질을 혼합한 후, 2차 입자 형태의 양극 활물질을 제조할 때보다 높은 온도에서 단입자 형태의 양극 활물질을 제조하는 방법으로 제조된 양극 활물질의 경우에는 평균 입경이 작아 에너지 밀도가 작은 문제가 있다.However, after mixing the composite transition metal hydroxide prepared through coprecipitation, which is a generally known method, and lithium-containing raw materials, the positive electrode active material in the form of single particles is produced at a higher temperature than when producing the positive active material in the form of secondary particles. In the case of the positive electrode active material manufactured by the manufacturing method, there is a problem of low energy density due to the small average particle diameter.

본 발명은 상기 문제점들을 해결하기 위한 발명으로, 양극 활물질이 평균 입경(D50)이 5㎛ 내지 8㎛으로 큰 중입자 단입자 형태를 가질 뿐만 아니라, 스팬 값((D90-D10)/D50)이 0.8 이상으로 크며, 펠렛 밀도가 3.60g/cm3 이상으로 큰 양극 활물질을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention is an invention to solve the above problems, and the positive electrode active material not only has a large average particle diameter (D 50 ) in the form of a large particle of 5㎛ to 8㎛, but also has a span value ((D 90 -D 10 )/D 50 ) is greater than 0.8, and the pellet density is greater than 3.60 g/cm 3 The purpose is to provide a positive electrode active material.

또한, 본 발명은 니켈, 코발트, 망간, 알루미늄 등이 각각 함유된 원료물질과 리튬 함유 원료물질을 건식 혼합한 후 1차 소성하고, 분쇄한 후, 리튬 함유 원료물질을 추가 투입한 후 2차 소성하여 상술한 양극 활물질 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, the present invention involves dry mixing raw materials containing nickel, cobalt, manganese, aluminum, etc. with lithium-containing raw materials, performing primary calcination, pulverizing, additionally adding lithium-containing raw materials, and then performing secondary calcination. The purpose is to provide a method for manufacturing the above-described positive electrode active material.

또한, 본 발명은 상기 양극 활물질을 포함하여, 에너지 밀도가 증가된 리튬 이차전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.Additionally, the present invention aims to provide a lithium secondary battery with increased energy density, including the positive electrode active material.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 양극 활물질, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 양극 및 리튬 이차전지를 제공한다.In order to solve the above problems, the present invention provides a positive electrode active material, a method for manufacturing the same, and a positive electrode and lithium secondary battery including the same.

(1) 본 발명은 평균 입경(D50)이 5㎛ 내지 8㎛인 단입자 형태의 리튬 복합 전이금속 산화물을 포함하고, 스팬 값((D90-D10)/D50)이 0.8 이상이며, 펠렛 밀도가 3.60g/cm3 이상인 양극 활물질을 제공한다.(1) The present invention includes a lithium composite transition metal oxide in the form of a single particle with an average particle diameter (D 50 ) of 5㎛ to 8㎛, and a span value ((D 90 -D 10 )/D 50 ) of 0.8 or more. , providing a positive electrode active material having a pellet density of 3.60 g/cm 3 or more.

(2) 본 발명은 상기 (1)에 있어서, 상기 단입자 형태의 리튬 복합 전이금속 산화물은 리튬을 제외한 금속의 총 몰수에 대하여 니켈을 60몰% 이상 포함하는 것인 양극 활물질을 제공한다.(2) The present invention provides the positive electrode active material according to (1) above, wherein the single particle lithium composite transition metal oxide contains 60 mol% or more of nickel based on the total number of moles of metals excluding lithium.

(3) 본 발명은 상기 (1) 또는 (2)에 있어서, 상기 단입자 형태의 리튬 복합 전이금속 산화물은 하기 화학식 1로 표시되는 조성을 갖는 것인 양극 활물질을 제공한다.(3) The present invention provides the positive electrode active material according to (1) or (2) above, wherein the single particle lithium composite transition metal oxide has a composition represented by the following formula (1).

[화학식 1][Formula 1]

Lix[NiaCobMncM1d]O2-yAy Li x [Ni a Co b Mn c M1 d ]O 2-y A y

상기 화학식 1에 있어서,In Formula 1,

M1은 Y, Zr, Al, B, Ti, W, Nb, Sr, Mo 및 Mg 중에서 선택되는 1종 이상이고,M1 is one or more selected from Y, Zr, Al, B, Ti, W, Nb, Sr, Mo and Mg,

A는 F, Cl, Br, I 및 S 중에서 선택되는 1종 이상이며,A is one or more selected from F, Cl, Br, I and S,

0.9≤x≤1.2, 0.6≤a<1, 0≤b≤0.4, 0≤c≤0.4, 0≤d≤0.2, a+b+c+d=1, 0≤y≤0.2이다.0.9≤x≤1.2, 0.6≤a<1, 0≤b≤0.4, 0≤c≤0.4, 0≤d≤0.2, a+b+c+d=1, 0≤y≤0.2.

(4) 본 발명의 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 하나에 있어서, 상기 단입자 형태는 단일 입자 형태이거나 SEM 이미지로부터 도출된 평균 입경이 2㎛ 내지 5㎛인 1차 입자가 2개 내지 10개 응집된 형태인 양극 활물질을 제공한다.(4) In any one of (1) to (3) above of the present invention, the single particle form is a single particle form or has two to two primary particles having an average particle diameter of 2 μm to 5 μm derived from an SEM image. A positive electrode active material in the form of 10 aggregates is provided.

(5) 또한, 본 발명은 (A) (i) 니켈 함유 원료물질, (ii) 코발트 함유 원료물질, 망간 함유 원료물질 및 M1 함유 원료물질(M1은 Y, Zr, Al, B, Ti, W, Nb, Sr, Mo 및 Mg 중에서 선택되는 1종 이상) 중에서 선택되는 1종 이상과 (iii) 제1 리튬 함유 원료물질을 건식 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계; (B) 상기 혼합물을 760℃ 내지 850℃의 온도에서 1차 소성하여 1차 소성품을 제조하는 단계; 및 (C) 상기 1차 소성품을 분쇄하는 단계; 및 (D) 상기 (C) 단계를 거친 1차 소성품과 제2 리튬 함유 원료물질을 혼합하고, 700℃ 내지 900℃의 온도에서 2차 소성하여 리튬 복합 전이금속 산화물을 제조하는 단계;를 포함하는 상기 (1) 내지 (4) 중 어느 하나에 따른 양극 활물질의 제조방법을 제공한다.(5) In addition, the present invention (A) (i) nickel-containing raw materials, (ii) cobalt-containing raw materials, manganese-containing raw materials, and M1-containing raw materials (M1 is Y, Zr, Al, B, Ti, W , Nb, Sr, Mo and Mg) and (iii) dry mixing a first lithium-containing raw material to prepare a mixture; (B) producing a first fired product by first firing the mixture at a temperature of 760°C to 850°C; and (C) pulverizing the first fired product; and (D) mixing the first sintered product obtained in step (C) above with a second lithium-containing raw material and performing a second sintering at a temperature of 700°C to 900°C to produce a lithium composite transition metal oxide. A method for producing a positive electrode active material according to any one of (1) to (4) above is provided.

(6) 본 발명은 상기 (5)에 있어서, 상기 니켈 함유 원료물질은 수산화니켈, 산화니켈, 탄산니켈, 황화니켈 및 질산니켈 중에서 선택되는 1종 이상인 양극 활물질의 제조방법을 제공한다.(6) The present invention provides a method for producing a positive electrode active material according to (5) above, wherein the nickel-containing raw material is at least one selected from nickel hydroxide, nickel oxide, nickel carbonate, nickel sulfide, and nickel nitrate.

(7) 본 발명은 상기 (5) 또는 (6)에 있어서, 상기 코발트 함유 원료물질은 수산화코발트, 산화코발트, 탄산코발트, 황화코발트 및 질산코발트 중에서 선택되는 1종 이상인 양극 활물질의 제조방법을 제공한다.(7) The present invention provides a method for producing a positive electrode active material according to (5) or (6) above, wherein the cobalt-containing raw material is at least one selected from cobalt hydroxide, cobalt oxide, cobalt carbonate, cobalt sulfide, and cobalt nitrate. do.

(8) 본 발명은 상기 (5) 내지 (7) 중 어느 하나에 있어서, 상기 망간 함유 원료물질은 산화망간, 탄산망간, 질산망간 및 황화망간 중에서 선택되는 1종 이상인 양극 활물질의 제조방법을 제공한다.(8) The present invention provides a method for producing a positive electrode active material according to any one of (5) to (7) above, wherein the manganese-containing raw material is at least one selected from manganese oxide, manganese carbonate, manganese nitrate, and manganese sulfide. do.

(9) 본 발명은 상기 (5) 내지 (8) 중 어느 하나에 있어서, 상기 1차 소성은 산소 분위기 하에서 수행되는 것인 양극 활물질의 제조방법을 제공한다.(9) The present invention provides a method for producing a positive electrode active material according to any one of (5) to (8) above, wherein the first calcination is performed in an oxygen atmosphere.

(10) 본 발명은 상기 (5) 내지 (9) 중 어느 하나에 있어서, 상기 1차 소성은 5시간 내지 20시간 동안 수행되는 것인 양극 활물질의 제조방법을 제공한다.(10) The present invention provides a method for producing a positive electrode active material according to any one of (5) to (9) above, wherein the first firing is performed for 5 to 20 hours.

(11) 본 발명은 상기 (5) 내지 (10) 중 어느 하나에 있어서, 상기 2차 소성은 산소 분위기 하에서 수행되는 것인 양극 활물질의 제조방법을 제공한다.(11) The present invention provides a method for producing a positive electrode active material according to any one of (5) to (10) above, wherein the secondary firing is performed in an oxygen atmosphere.

(12) 본 발명은 상기 (5) 내지 (11) 중 어느 하나에 있어서, 상기 2차 소성은 5시간 내지 15시간 동안 수행되는 것인 양극 활물질의 제조방법을 제공한다.(12) The present invention provides a method for producing a positive electrode active material according to any one of (5) to (11) above, wherein the secondary firing is performed for 5 to 15 hours.

(13) 또한, 본 발명은 상기 (1) 내지 (4) 중 어느 하나에 따른 양극 활물질을 포함하는 양극을 제공한다.(13) Additionally, the present invention provides a positive electrode containing the positive electrode active material according to any one of (1) to (4) above.

(14) 또한, 본 발명은 상기 (13)에 따른 양극; 음극; 상기 양극과 상기 음극 사이에 개재된 분리막; 및 전해질;을 포함하는 리튬 이차전지를 제공한다.(14) Additionally, the present invention provides an anode according to (13) above; cathode; a separator disposed between the anode and the cathode; It provides a lithium secondary battery including; and an electrolyte.

본 발명의 양극 활물질은 평균 입경(D50)이 5㎛ 내지 8㎛로 큰 중입자 단입자 형태를 가질 뿐만 아니라, 스팬 값((D90-D10)/D50)이 0.8 이상으로 크며, 펠렛 밀도가 3.60g/cm3 이상으로 커, 리튬 이차전지의 압연 밀도 및 에너지 밀도를 향상시킬 수 있다.The positive electrode active material of the present invention not only has a single baryonic particle form with a large average particle diameter (D 50 ) of 5㎛ to 8㎛, but also has a large span value ((D 90 -D 10 )/D 50 ) of 0.8 or more, and is a pellet The density is greater than 3.60 g/cm 3 , which can improve the rolling density and energy density of lithium secondary batteries.

또한, 본 발명의 양극 활물질 제조방법에 따르면 상술한 양극 활물질을 효과적으로 제조할 수 있다.In addition, according to the method for producing a positive electrode active material of the present invention, the above-described positive active material can be effectively produced.

도 1은 실시예 1의 양극 활물질의 SEM(Scanning Electron Microscope) 이미지이다.
도 2는 비교예 1의 양극 활물질의 SEM 이미지이다.
1 is a scanning electron microscope (SEM) image of the positive electrode active material of Example 1.
Figure 2 is an SEM image of the positive electrode active material of Comparative Example 1.

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 명세서 및 청구범위에 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 해석되어야 한다.Terms or words used in this specification and claims should not be construed as limited to their common or dictionary meanings, and the inventor may appropriately define the concept of terms in order to explain his or her invention in the best way. It should be interpreted with meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the principle that it is.

본 명세서에서 '포함하다', '구비하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 구성 요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 구성 요소, 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.In this specification, terms such as 'comprise', 'provide', or 'have' are intended to designate the presence of implemented features, numbers, steps, components, or a combination thereof, but are not 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, components, or combinations thereof.

본 명세서에서 '상에'라는 용어는 어떤 구성이 다른 구성의 바로 상면에 형성되는 경우뿐만 아니라 이들 구성들 사이에 제3의 구성이 개재되는 경우까지 포함하는 것을 의미한다.In this specification, the term 'on' means not only the case where a certain component is formed directly on top of another component, but also the case where a third component is interposed between these components.

본 명세서에서, '단입자 형태의 양극 활물질'은 종래의 방법으로 제조된 수십 ~ 수백 개의 1차 입자들이 응집되어 형성되는 구형의 2차 입자 형태의 양극 활물질과 대비되는 개념으로, 10개 이하의 1차 입자로 이루어진 양극 활물질을 의미한다. 구체적으로는 본 발명에서 단입자 형태의 양극 활물질은 1개의 1차 입자로 이루어진 단일 입자일 수도 있고, 수개의 1차 입자들이 응집된 2차 입자 형태일 수도 있다.In this specification, 'single particle type positive electrode active material' is a concept in contrast to the positive electrode active material in the form of spherical secondary particles formed by agglomerating tens to hundreds of primary particles manufactured by conventional methods, and is composed of 10 or less particles. It refers to a positive electrode active material composed of primary particles. Specifically, in the present invention, the positive electrode active material in the form of a single particle may be a single particle composed of one primary particle, or may be a secondary particle in which several primary particles are aggregated.

'1차 입자'는 주사전자현미경을 통해 양극 활물질을 관측하였을 때 인식되는 입자의 최소 단위를 의미하며, '2차 입자'는 복수 개의 1차 입자들이 응집되어 형성된 2차 구조체를 의미한다.'Primary particle' refers to the minimum unit of particle recognized when observing a positive electrode active material through a scanning electron microscope, and 'secondary particle' refers to a secondary structure formed by aggregating a plurality of primary particles.

본 명세서에서 양극 활물질의 '입경 Dn'은, 입경에 따른 체적 누적 분포의 n% 지점에서의 입경을 의미한다. 즉, D50은 입경에 따른 체적 누적 분포의 50% 지점에서의 입경이며, D90은 입경에 따른 체적 누적 분포의 90% 지점에서의 입경을, D10은 입경에 따른 체적 누적 분포의 10% 지점에서의 입경을 의미한다. 그리고, Dmin은 양극 활물질의 입경의 최소 값을, Dmax는 양극 활물질의 입경의 최대 값을 의미한다. 한편, 상기 Dn은 측정 대상 분말을 분산매 중에 분산시킨 후, 시판되는 레이저 회절 입도 측정 장치(예를 들어 Microtrac社의 S3500)에 도입하여 입자들이 레이저 빔을 통과할 때 입자 크기에 따른 회절패턴 차이를 측정하여 입도 분포를 산출하고, 측정 장치에 있어서의 입경에 따른 체적 누적 분포의 10%, 50% 및 90%가 되는 지점에서의 입자 직경을 산출함으로써, D10, D50 및 D90을 측정할 수 있다.In this specification, the 'particle size D n ' of the positive electrode active material means the particle size at the n% point of the volume cumulative distribution according to the particle size. That is, D 50 is the particle size at 50% of the volume cumulative distribution according to particle size, D 90 is the particle size at 90% of the volume cumulative distribution according to particle size, and D 10 is 10% of the volume cumulative distribution according to particle size. It means the entrance diameter at the point. And, D min refers to the minimum particle size of the positive electrode active material, and D max refers to the maximum value of the particle size of the positive electrode active material. On the other hand, D n is calculated by dispersing the powder to be measured in a dispersion medium and then introducing it into a commercially available laser diffraction particle size measurement device (for example, Microtrac's S3500) to determine the difference in diffraction patterns depending on the particle size when the particles pass through the laser beam. Measure and calculate the particle size distribution, and measure D 10 , D 50 and D 90 by calculating the particle diameters at points that are 10%, 50% and 90% of the volume cumulative distribution according to the particle size in the measuring device. can do.

본 명세서에서, '펠렛 밀도(Dp)'는 양극 활물질을 6784kgf/cm2의 압력으로 가압한 후 측정한 밀도이다. 구체적으로, 상기 펠렛 밀도(Dp)는 양극 활물질 3g을 직경 13mm의 pelletizer 원형 몰드 내에 투입하고, 9000kgf로 3초 동안 가압하여 펠렛을 만든 후, 펠렛의 높이를 측정하고, 하기 관계식을 통해 계산한 값이다.In this specification, 'pellet density (D p )' is the density measured after pressing the positive electrode active material at a pressure of 6784 kgf/cm 2 . Specifically, the pellet density (D p ) was calculated by putting 3 g of the positive electrode active material into a pelletizer circular mold with a diameter of 13 mm, pressing it at 9000 kgf for 3 seconds to make a pellet, measuring the height of the pellet, and using the following relationship: It is a value.

Dp(g/cm3) = W / [(π×(D/2)2)×H/1000]D p (g/cm 3 ) = W / [(π×(D/2) 2 )×H/1000]

(W는 양극 활물질의 투입량(g)이며, D는 pelletizer 원형 몰드의 직경(mm)이고, H는 펠렛의 높이(mm)이다.)(W is the input amount of positive electrode active material (g), D is the diameter of the pelletizer circular mold (mm), and H is the height of the pellet (mm).)

양극 활물질positive electrode active material

본 발명은 평균 입경(D50)이 5㎛ 내지 8㎛인 단입자 형태의 리튬 복합 전이금속 산화물을 포함하고, 스팬 값((D90-D10)/D50)이 0.8 이상이며, 펠렛 밀도가 3.60g/cm3 이상인 양극 활물질을 제공한다.The present invention includes a lithium composite transition metal oxide in the form of a single particle having an average particle diameter (D 50 ) of 5㎛ to 8㎛, a span value ((D 90 -D 10 )/D 50 ) of 0.8 or more, and a pellet density of A positive electrode active material having a value of 3.60 g/cm 3 or more is provided.

본 발명자들은 양극 활물질이 평균 입경(D50)이 5㎛ 내지 8㎛인 중입자 단입자 형태를 가질 뿐만 아니라, 스팬 값((D90-D10)/D50)이 0.8 이상으로 크며, 펠렛 밀도가 3.60g/cm3 이상으로 큰 경우, 리튬 이차전지의 압연 밀도 및 에너지 밀도가 크게 향상되는 것을 알아내고 본 발명을 완성하였다. 구체적으로, 단입자 형태의 양극 활물지의 입자 크기 분포를 넓게하여 펠렛 밀도 증가를 통해 전지의 에너지 밀도를 향상시킬 수 있는 것을 알아내고 본 발명을 완성하였다.The present inventors found that the positive electrode active material not only has a baryonic single particle form with an average particle diameter (D 50 ) of 5㎛ to 8㎛, but also has a span value ((D 90 -D 10 )/D 50 ) of 0.8 or more, and a pellet density. When is greater than 3.60 g/cm 3 , it was found that the rolling density and energy density of the lithium secondary battery were greatly improved, and the present invention was completed. Specifically, the present invention was completed by finding that the energy density of the battery could be improved by increasing the pellet density by broadening the particle size distribution of the single-particle type positive active material paper.

본 발명의 양극 활물질에 포함되는 단입자 형태의 리튬 복합 전이금속 산화물은 평균 입경(D50)이 5㎛ 이상, 6㎛ 이하, 7㎛ 이하, 8㎛ 이하일 수 있다. 단입자 형태의 리튬 복합 전이금속 산화물의 평균 입경(D50)이 5㎛ 미만인 경우에는 압연 밀도가 낮아 용량이 저하되는 문제가 있으며, 8㎛ 초과인 경우에는 단입자 형태가 잘 형성되지 않아, 전지에 적용 시 기체가 발생하는 문제가 있다.The single particle lithium composite transition metal oxide included in the positive electrode active material of the present invention may have an average particle diameter (D 50 ) of 5 ㎛ or more, 6 ㎛ or less, 7 ㎛ or less, and 8 ㎛ or less. If the average particle diameter (D 50 ) of the lithium composite transition metal oxide in the form of a single particle is less than 5㎛, there is a problem of reduced capacity due to low rolling density, and if it is more than 8㎛, the single particle form is not formed well, so the battery There is a problem with gas generation when applied to .

본 발명에 따른 양극 활물질은 스팬 값((D90-D10)/D50)이 0.80 이상, 0.90 이상, 1.00 이상 일 수 있다. 양극 활물질의 스팬 값((D90-D10)/D50)이 0.8 미만인 경우에는 압연 밀도가 낮아 용량이 저하되는 문제가 있다.The positive electrode active material according to the present invention may have a span value ((D 90 -D 10 )/D 50 ) of 0.80 or more, 0.90 or more, or 1.00 or more. If the span value ((D 90 -D 10 )/D 50 ) of the positive electrode active material is less than 0.8, there is a problem of reduced capacity due to low rolling density.

본 발명에 따른 양극 활물질은 펠렛 밀도가 3.60g/cm3 이상, 3.61g/cm3 이상, 3.62g/cm3 이상, 3.63g/cm3 이상일 수 있다. 양극 활물질의 펠렛 밀도가 3.60g/cm3 미만인 경우에는 압연 밀도가 낮아 용량이 저하되는 문제가 있다.The positive electrode active material according to the present invention may have a pellet density of 3.60 g/cm 3 or more, 3.61 g/cm 3 or more, 3.62 g/cm 3 or more, and 3.63 g/cm 3 or more. If the pellet density of the positive electrode active material is less than 3.60 g/cm 3 , there is a problem of reduced capacity due to low rolling density.

본 발명에 따르면, 상기 양극 활물질은 표면적 증가에 따른 부반응을 억제하고, 거분에 따른 전지의 성능 저하를 방지하기 위한 측면에서, Dmin이 1㎛ 이상이고, Dmax가 22㎛ 이하일 수 있다. 이 경우, 크랙 형성이 방지되어 양극 활물질 자체의 구조적 안성성이 개선되며, 양극 제조를 위한 압연 시 깨짐으로 인하여 미분이 발생하는 것을 방지할 수 있다. According to the present invention, the positive electrode active material may have D min of 1 ㎛ or more and D max of 22 ㎛ or less in order to suppress side reactions caused by an increase in surface area and prevent degradation of battery performance due to air pollution. In this case, the formation of cracks is prevented, improving the structural stability of the positive electrode active material itself, and the generation of fine powder due to cracking during rolling for manufacturing the positive electrode can be prevented.

본 발명에 따르면, 상기 단입자 형태의 리튬 복합 전이금속 산화물은 리튬을 제외한 금속의 총 몰수에 대하여 니켈을 60몰% 이상, 구체적으로, 80몰% 이상, 더욱 구체적으로 85몰% 이상 포함하는 것일 수 있다. 즉, 상기 단입자 형태의 리튬 복합 전이금속 산화물은 하이-니켈(High Ni)계 리튬 복합 전이금속 산화물일 수 있다. 이 경우, 리튬 이차전지의 에너지 밀도를 보다 향상시킬 수 있다.According to the present invention, the single particle lithium composite transition metal oxide contains 60 mol% or more, specifically, 80 mol% or more, and more specifically, 85 mol% or more of nickel relative to the total number of moles of metals excluding lithium. You can. That is, the single particle lithium composite transition metal oxide may be a high-nickel (High Ni)-based lithium composite transition metal oxide. In this case, the energy density of the lithium secondary battery can be further improved.

본 발명에 따르면, 상기 단입자 형태의 리튬 복합 전이금속 산화물은 하기 화학식 1로 표시되는 조성을 가지는 것일 수 있다.According to the present invention, the single particle lithium composite transition metal oxide may have a composition represented by the following formula (1).

[화학식 1][Formula 1]

Lix[NiaCobMncM1d]O2-yAy Li x [Ni a Co b Mn c M1 d ]O 2-y A y

상기 화학식 1에 있어서,In Formula 1,

M1은 Y, Zr, Al, B, Ti, W, Nb, Sr, Mo 및 Mg 중에서 선택되는 1종 이상이고,M1 is one or more selected from Y, Zr, Al, B, Ti, W, Nb, Sr, Mo and Mg,

A는 F, Cl, Br, I 및 S 중에서 선택되는 1종 이상이며,A is one or more selected from F, Cl, Br, I and S,

0.9≤x≤1.2, 0.6≤a<1, 0≤b≤0.4, 0≤c≤0.4, 0≤d≤0.2, a+b+c+d=1, 0≤y≤0.2이다.0.9≤x≤1.2, 0.6≤a<1, 0≤b≤0.4, 0≤c≤0.4, 0≤d≤0.2, a+b+c+d=1, 0≤y≤0.2.

상기 M1은 구체적으로는 Y, Zr 및 Al 중에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.Specifically, M1 may be one or more selected from Y, Zr, and Al.

상기 a는 상기 리튬 복합 전이금속 산화물 내 금속 원소 중 니켈의 원자 분율을 의미하는 것으로, 0.6≤a<1, 0.8≤a≤0.98, 또는 0.85≤a≤0.95일 수 있다.The a refers to the atomic fraction of nickel among the metal elements in the lithium composite transition metal oxide, and may be 0.6≤a<1, 0.8≤a≤0.98, or 0.85≤a≤0.95.

상기 b는 상기 리튬 복합 전이금속 산화물 내 금속 원소 중 코발트의 원자 분율을 의미하는 것으로, 0≤b≤0.4, 0.01≤b≤0.2 또는 0.01≤b≤0.15일 수 있다. The b refers to the atomic fraction of cobalt among the metal elements in the lithium composite transition metal oxide, and may be 0≤b≤0.4, 0.01≤b≤0.2, or 0.01≤b≤0.15.

상기 c는 상기 리튬 복합 전이금속 산화물 내 금속 원소 중 망간의 원자 분율을 의미하는 것으로, 0≤b≤0.4, 0.01≤b≤0.2 또는 0.01≤b≤0.15일 수 있다.The c refers to the atomic fraction of manganese among the metal elements in the lithium composite transition metal oxide, and may be 0≤b≤0.4, 0.01≤b≤0.2, or 0.01≤b≤0.15.

상기 d는 상기 리튬 복합 전이금속 산화물 내 금속 원소 중 M1 원소의 원자 분율을 의미하는 것으로, 0≤d≤0.2, 0≤d≤0.1 또는 0≤d≤0.05일 수 있다.The d refers to the atomic fraction of the M1 element among the metal elements in the lithium composite transition metal oxide, and may be 0≤d≤0.2, 0≤d≤0.1, or 0≤d≤0.05.

본 발명에 따르면, 상기 단입자 형태는 단일 입자 형태이거나 SEM 이미지로부터 도출된 평균 입경이 2㎛ 내지 5㎛인 1차 입자가 2개 내지 10개 응집된 형태인 것일 수 있다. 이 경우, 표면적 증가에 따른 부반응이 억제될 수 있다. SEM 이미지로부터 도출된 1차 입자의 평균 입경은 SEM(Scanning Electron Microscope)을 이용하여 촬영한 양극 활물질의 SEM 이미지에 존재하는 수십~수백개의 1차 입자의 입경을 스케일 바를 이용하여 측정한 후, 이들의 평균을 낸 값이다.According to the present invention, the single particle form may be a single particle form or an agglomerated form of 2 to 10 primary particles having an average particle diameter of 2 ㎛ to 5 ㎛ derived from SEM images. In this case, side reactions due to increased surface area can be suppressed. The average particle size of the primary particles derived from the SEM image is measured using a scale bar to measure the particle size of tens to hundreds of primary particles present in the SEM image of the positive electrode active material taken using a SEM (Scanning Electron Microscope). This is the average value.

양극 활물질 제조방법Cathode active material manufacturing method

본 발명은 (A) (i) 니켈 함유 원료물질, (ii) 코발트 함유 원료물질, 망간 함유 원료물질 및 M1 함유 원료물질(M1은 Y, Zr, Al, B, Ti, W, Nb, Sr, Mo 및 Mg 중에서 선택되는 1종 이상) 중에서 선택되는 1종 이상과 (iii) 제1 리튬 함유 원료물질을 건식 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계; (B) 상기 혼합물을 760℃ 내지 850℃의 온도에서 1차 소성하여 1차 소성품을 제조하는 단계; (C) 상기 1차 소성품을 분쇄하는 단계; 및 (D) 상기 (C) 단계를 거친 1차 소성품과 제2 리튬 함유 원료물질을 혼합하고, 700℃ 내지 900℃의 온도에서 2차 소성하여 리튬 복합 전이금속 산화물을 제조하는 단계;를 포함하는 상술한 본 발명에 따른 양극 활물질의 제조방법을 제공한다. 즉, 상술한 본 발명에 따른 양극 활물질은 본 발명에 따른 양극 활물질의 제조방법에 의해 제조되는 것이다.The present invention relates to (A) (i) nickel-containing raw materials, (ii) cobalt-containing raw materials, manganese-containing raw materials, and M1-containing raw materials (M1 is Y, Zr, Al, B, Ti, W, Nb, Sr, preparing a mixture by dry mixing at least one selected from Mo and Mg) with (iii) a first lithium-containing raw material; (B) producing a first fired product by first firing the mixture at a temperature of 760°C to 850°C; (C) pulverizing the first fired product; and (D) mixing the first sintered product obtained in step (C) above with a second lithium-containing raw material and performing a second sintering at a temperature of 700°C to 900°C to produce a lithium composite transition metal oxide. A method for manufacturing a positive electrode active material according to the present invention described above is provided. That is, the positive electrode active material according to the present invention described above is manufactured by the method for manufacturing the positive electrode active material according to the present invention.

본 발명과 같이, 니켈, 코발트, 망간, 알루미늄 등이 각각 함유된 원료물질과 리튬 함유 원료물질을 건식 혼합한 혼합물을 사용하는 경우, 혼합되는 물질들의 비표면적이 넓으므로, 공침법을 통해 제조된 복합 전이금속 수산화물 전구체를 이용하여 과소성을 진행하는 방식에 비해 소성 온도가 낮고, 단입자 형태의 양극 활물질 제조에 유리한 이점이 있다. 참고로, 일반적으로 알려진 방법인, 공침법을 통해 제조된 복합 전이금속 수산화물과 리튬 함유 원료물질을 혼합한 혼합물을 사용하는 경우에는 리튬 불순물의 함량이 높아 수세를 필수적으로 진행해야하는 문제가 있고, 공침법을 통해 양극 활물질을 제조하기 때문에 제조 과정이 복잡하다는 문제가 있다.As in the present invention, when a dry mixture of raw materials containing nickel, cobalt, manganese, aluminum, etc. and lithium-containing raw materials is used, the specific surface area of the mixed materials is large, so the product manufactured through coprecipitation method Compared to the method of overheating using a complex transition metal hydroxide precursor, the sintering temperature is lower and it has the advantage of producing a single particle positive electrode active material. For reference, when using a mixture of composite transition metal hydroxide prepared through coprecipitation, which is a generally known method, and lithium-containing raw materials, there is a problem that washing with water is essential due to the high content of lithium impurities. There is a problem that the manufacturing process is complicated because the positive electrode active material is manufactured through a needle method.

본 발명에 따르면, 상기 니켈 함유 원료물질은 수산화니켈, 산화니켈, 탄산니켈, 황화니켈 및 질산니켈 중에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.According to the present invention, the nickel-containing raw material may be one or more selected from nickel hydroxide, nickel oxide, nickel carbonate, nickel sulfide, and nickel nitrate.

본 발명에 따르면, 상기 코발트 함유 원료물질은 수산화코발트, 산화코발트, 탄산코발트, 황화코발트 및 질산코발트 중에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.According to the present invention, the cobalt-containing raw material may be one or more selected from cobalt hydroxide, cobalt oxide, cobalt carbonate, cobalt sulfide, and cobalt nitrate.

본 발명에 따르면, 상기 망간 함유 원료물질은 산화망간, 탄산망간, 질산망간 및 황화망간 중에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.According to the present invention, the manganese-containing raw material may be one or more selected from manganese oxide, manganese carbonate, manganese nitrate, and manganese sulfide.

상기 M1 함유 원료물질(M1은 Y, Zr, Al, B, Ti, W, Nb, Sr, Mo 및 Mg 중에서 선택되는 1종 이상)은 M1 함유 수산화물, 산화물 등일 수 있고, 예를 들어, M1이 Al인 경우에는 Al(OH)3, Zr인 경우에는 ZrO2, Y인 경우에는 Y2O3, W인 경우에는 WO4, Ti인 경우에는 TiO2, B인 경우에는 B(OH)3 일 수 있다.The M1-containing raw material (M1 is one or more selected from Y, Zr, Al, B, Ti, W, Nb, Sr, Mo, and Mg) may be an M1-containing hydroxide, oxide, etc., for example, M1 is Al(OH) 3 in the case of Al, ZrO 2 in the case of Zr, Y 2 O 3 in the case of Y, WO 4 in the case of W, TiO 2 in the case of Ti, and B(OH) 3 in the case of B. You can.

상기 제1 리튬 함유 원료물질과 상기 제2 리튬 함유 원료물질로는 리튬 함유 황산염, 질산염, 아세트산염, 탄산염, 옥살산염, 시트르산염, 할라이드, 수산화물 또는 옥시수산화물 등이 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 리튬 함유 원료물질과 상기 제2 리튬 함유 원료물질은 각각 독립적으로, Li2CO3, LiNO3, LiNO2, LiOH, LiOHㆍH2O, LiH, LiF, LiCl, LiBr, LiI, CH3COOLi, Li2O, Li2SO4, CH3COOLi, Li3C6H5O7 또는 이들의 혼합물일 수 있다.The first lithium-containing raw material and the second lithium-containing raw material may include lithium-containing sulfate, nitrate, acetate, carbonate, oxalate, citrate, halide, hydroxide, or oxyhydroxide. For example, the first lithium-containing raw material and the second lithium-containing raw material are each independently 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 a mixture thereof.

(i) 니켈 함유 원료물질, (ii) 코발트 함유 원료물질, 망간 함유 원료물질 및 M1 함유 원료물질(M1은 Y, Zr, Al, B, Ti, W, Nb, Sr, Mo 및 Mg 중에서 선택되는 1종 이상) 중에서 선택되는 1종 이상과 (iii) 제1 리튬 함유 원료물질은 상기 (i) 및 (ii)에 포함되는 Ni, Co, Mn, M1의 몰수의 총 합과 제1 리튬 함유 원료물질에 포함되는 리튬의 몰비가 1:0.97 내지 1:1.02, 구체적으로 1:0.97 이상 1:1.00 미만이 되도록 혼합하는 것일 수 있다.(i) nickel-containing raw materials, (ii) cobalt-containing raw materials, manganese-containing raw materials and M1-containing raw materials (M1 is selected from Y, Zr, Al, B, Ti, W, Nb, Sr, Mo and Mg) and (iii) the first lithium-containing raw material is the total number of moles of Ni, Co, Mn, and M1 included in (i) and (ii) above and the first lithium-containing raw material. It may be mixed so that the molar ratio of lithium contained in the material is 1:0.97 to 1:1.02, specifically 1:0.97 or more and less than 1:1.00.

그리고, 상기 제2 리튬 함유 원료물질은 상기 1차 소성품에 포함된 리튬을 제외한 Ni, Co, Mn, M1의 몰수의 총 합과, 제2 리튬 함유 원료물질에 포함된 리튬의 몰비가 1:0.03 내지 1:0.07이 되도록 혼합하는 것일 수 있다.In addition, the second lithium-containing raw material has a molar ratio of the total number of moles of Ni, Co, Mn, and M1 excluding lithium contained in the first fired product to the lithium contained in the second lithium-containing raw material of 1: It may be mixed to 0.03 to 1:0.07.

본 발명과 같이, 소성을 1차 소성 및 2차 소성 두 단계로 진행하고, 리튬 함유 원료물질을 두 번에 나누어 투입하는 경우에는 공정 상 발생하는 미분(미립자)을 제거하는데 용이하다는 이점이 있다. 이에 비하여, 소성을 한 단계로 진행하는 경우에는 입자 성장이 덜 진행되어 성능 저하가 발생하며, 리튬 함유 원료물질을 분할 투입하지 않고, 한 번에 투입하는 경우에는 미분에 따른 부반응이 발생하는 문제가 있다.As in the present invention, when the calcination is carried out in two stages, primary calcination and secondary calcination, and the lithium-containing raw material is added in two steps, there is an advantage that it is easy to remove fine powder (fine particles) generated during the process. In contrast, when firing is carried out in one step, particle growth progresses less and performance deteriorates, and when lithium-containing raw materials are added at once rather than dividedly, there is a problem of side reactions due to fine powder. there is.

본 발명과 같이, 1차 소성을 760℃ 내지 850℃의 온도에서 진행하는 경우에는 니켈, 코발트, 망간, 알루미늄 등이 각각 함유된 원료물질과 리튬 함유 원료물질이 반응하면서 양극 활물질의 성장이 잘 진행될 수 있으며, 2차 소성을 700℃ 내지 900℃의 온도에서 진행하는 경우에는 공정 상 발생하는 미분(미립자)이 반응에 참여하여 양극 활물질이 추가로 성장하면서 단입자 형태로 입형이 잘 성장하는 이점이 있다.As in the present invention, when the first firing is performed at a temperature of 760°C to 850°C, the growth of the positive electrode active material proceeds well as the raw material containing nickel, cobalt, manganese, aluminum, etc. reacts with the lithium-containing raw material. When the secondary calcination is carried out at a temperature of 700℃ to 900℃, the fine powder generated during the process participates in the reaction, causing the positive active material to grow additionally, which has the advantage of growing well in the form of single particles. there is.

상기 1차 소성은 단입자 형성을 위해 바람직하게는 760℃ 내지 850℃, 보다 바람직하게는 790℃ 내지 830℃의 온도에서 수행되는 것일 수 있다.The first calcination may be performed at a temperature of preferably 760°C to 850°C, more preferably 790°C to 830°C, to form single particles.

본 발명에 따르면, 상기 1차 소성은 원활한 반응을 위해 산소 분위기 하에서 수행되는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 산소 분위기는 산소 농도가 90부피% 이상인 분위기일 수 있다.According to the present invention, the first calcination may be performed under an oxygen atmosphere for a smooth reaction. Specifically, the oxygen atmosphere may be an atmosphere in which the oxygen concentration is 90% by volume or more.

본 발명에 따르면, 상기 1차 소성은 5시간 내지 20시간, 구체적으로는 5시간 내지 15시간 동안 수행되는 것일 수 있다. According to the present invention, the first firing may be performed for 5 to 20 hours, specifically 5 to 15 hours.

상기 (C) 단계는 상기 1차 소성품을 분쇄하는 단계로, 입자간 네킹을 해쇄하고 입자 크기가 본 발명의 범위를 만족하도록 수행되는 것일 수 있다.The step (C) is a step of pulverizing the primary fired product, and may be performed to crush necking between particles and ensure that the particle size satisfies the scope of the present invention.

상기 분쇄는 1차 소성품의 평균 입경(D50)이 5㎛ 내지 8㎛이면서, 스팬 값((D90-D10)/D50)이 0.8 이상이 되도록 하는 조건에서 수행되는 것일 수 있고, 바람직하게는 상기 분쇄는 결과적으로 제조되는 양극 활물질의 평균 입경(D50)이 5㎛ 내지 8㎛이면서, 스팬 값((D90-D10)/D50)이 0.8 이상이 되도록 하는 조건에서 수행되는 것일 수 있다. 구체적으로 상기 분쇄는 결과적으로 제조되는 양극 활물질의 평균 입경(D50)이 5㎛ 내지 8㎛이 되도록 Jet-mill 장비를 이용하여 3bar의 압력 하에서 수행되는 것일 수 있고, 상기 1차 소성품을 3.5kg/h 이상 4.5kg/h 이하의 공급 속도(feeding rate)로 공급하면서 수행되는 것일 수 있다.The pulverization may be performed under conditions such that the average particle diameter (D 50 ) of the primary fired product is 5㎛ to 8㎛ and the span value ((D 90 -D 10 )/D 50 ) is 0.8 or more, Preferably, the grinding is performed under conditions such that the average particle diameter (D 50 ) of the resulting positive electrode active material is 5㎛ to 8㎛ and the span value ((D 90 -D 10 )/D 50 ) is 0.8 or more. It may be possible. Specifically, the grinding may be performed under a pressure of 3 bar using Jet-mill equipment so that the average particle diameter (D 50 ) of the resulting positive electrode active material is 5㎛ to 8㎛, and the primary fired product is 3.5 It may be performed while supplying at a feeding rate of more than kg/h and less than 4.5 kg/h.

상기 2차 소성은 단입자 성장을 위해 바람직하게는 700℃ 내지 900℃, 보다 바람직하게는 750℃ 내지 800℃의 온도에서 수행되는 것일 수 있다.The secondary calcination may be performed at a temperature of preferably 700°C to 900°C, more preferably 750°C to 800°C for single particle growth.

본 발명에 따르면, 상기 2차 소성은 원활한 반응을 위해 산소 분위기 하에서 수행되는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 산소 분위기는 산소 농도가 90부피% 이상인 분위기일 수 있다.According to the present invention, the secondary calcination may be performed under an oxygen atmosphere for a smooth reaction. Specifically, the oxygen atmosphere may be an atmosphere in which the oxygen concentration is 90% by volume or more.

본 발명에 따르면, 상기 2차 소성은 5시간 내지 15시간, 구체적으로는 5시간 내지 10시간 동안 수행되는 것일 수 있다. According to the present invention, the secondary firing may be performed for 5 to 15 hours, specifically 5 to 10 hours.

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 ?량으로 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. .

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.

리튬 이차전지Lithium secondary battery

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

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 리튬 이차전지는 상기 양극; 음극; 상기 양극과 음극 사이에 개재된 분리막 및 전해질을 포함하는 것일 수 있다. 또한, 상기 리튬 이차전지는 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 SiO β (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 fired carbon such as cokes is a representative example. The negative electrode active material may be included in an amount of 80% by weight 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 카본 블랙; 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 an 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 charge/discharge 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 리튬 이차전지는 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 리튬 이차전지의 외형은 특별한 제한이 없으나, 캔을 사용한 원통형, 각형, 파우치(pouch)형 또는 코인(coin)형 등이 될 수 있다.The external shape of the lithium secondary battery of the present invention is not particularly limited, but may be cylindrical, prismatic, pouch-shaped, or coin-shaped using a can.

본 발명에 따른 리튬 이차전지는 소형 디바이스의 전원으로 사용되는 전지셀에 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 다수의 전지셀들을 포함하는 중대형 전지모듈에 단위전지로도 바람직하게 사용될 수 있다.The lithium secondary battery according to the present invention 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 a plurality of battery cells.

이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 리튬 이차전지를 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 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.

실시예 및 비교예Examples and Comparative Examples

실시예 1Example 1

Ni(OH)2, Co3O4, MnO2, Al(OH)3, LiOH·H2O를 Ni:Co:Mn:Al:Li의 몰비가 93:5:1:1:0.97이 되도록 하는 양으로 건식 혼합하여 혼합물을 제조하였다.Ni(OH) 2 , Co 3 O 4 , MnO 2 , Al(OH) 3 , LiOH·H 2 O so that the molar ratio of Ni:Co:Mn:Al:Li is 93:5:1:1:0.97. The mixture was prepared by dry mixing.

상기 혼합물을 산소 분위기(산소 농도: 90부피% 이상) 하 820℃의 온도에서 15시간 동안 1차 소성하여 1차 소성품을 제조하였다. 입자 간 네킹(necking)을 깨기 위해 Jet Mill을 이용하여 상기 1차 소성품을 4.0kg/h의 공급 속도(feeding rate)로 공급하면서 3bar의 압력 하에서 분쇄하였다.The mixture was first fired at a temperature of 820°C for 15 hours in an oxygen atmosphere (oxygen concentration: 90% by volume or more) to prepare a first fired product. In order to break necking between particles, the first fired product was ground under a pressure of 3 bar while being supplied at a feeding rate of 4.0 kg/h using a jet mill.

이후, 분쇄된 상기 1차 소성품과 제2 리튬 함유 원료물질을 1차 소성품에 포함된 리튬을 제외한 전이금속(Ni, Co, Mn, Al)의 몰수의 총 합과 제2 리튬 함유 원료물질에 포함된 리튬의 몰비가 1:0.03이 되도록 혼합하고, 산소 분위기(산소 농도: 90부피% 이상) 하 700℃ 내지 900℃의 온도에서 10시간 동안 2차 소성하여 리튬 복합 전이금속 산화물(양극 활물질)(조성: Li(Ni0.93Co0.05Mn0.01Al0.01)O2)을 제조하였다.Thereafter, the pulverized first sintered product and the second lithium-containing raw material are mixed with the total number of moles of transition metals (Ni, Co, Mn, Al) excluding lithium contained in the first sintered product and the second lithium-containing raw material. was mixed so that the molar ratio of lithium contained in was 1:0.03, and secondary calcination was performed for 10 hours at a temperature of 700°C to 900°C under an oxygen atmosphere (oxygen concentration: 90% by volume or more) to produce lithium composite transition metal oxide (positive electrode active material). ) (Composition: Li(Ni 0.93 Co 0.05 Mn 0.01 Al 0.01 )O 2 ) was prepared.

비교예 1Comparative Example 1

실시예 1에서 1차 소성품을 분쇄할 때, 공급 속도(feeding rate)를 3.0kg/h로 진행한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 리튬 복합 전이금속 산화물(양극 활물질)(조성: Li(Ni0.93Co0.05Mn0.01Al0.01)O2)을 제조하였다.When pulverizing the first fired product in Example 1, lithium complex transition metal oxide (anode active material) (composition) was prepared in the same manner as Example 1, except that the feeding rate was 3.0 kg/h. : Li(Ni 0.93 Co 0.05 Mn 0.01 Al 0.01 )O 2 ) was prepared.

비교예 2Comparative Example 2

Ni(OH)2, Co3O4, MnO2, Al(OH)3 대신 Ni0.93Co0.05Mn0.01Al0.01(OH)2를 사용한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 리튬 복합 전이금속 산화물(양극 활물질)(조성: Li(Ni0.93Co0.05Mn0.01Al0.01)O2)을 제조하였다.Lithium complex transition metal oxide was prepared in the same manner as in Example 1, except that Ni 0.93 Co 0.05 Mn 0.01 Al 0.01 (OH) 2 was used instead of Ni(OH) 2 , Co 3 O 4 , MnO 2 , and Al(OH) 3 . (Cathode active material) (composition: Li(Ni 0.93 Co 0.05 Mn 0.01 Al 0.01 )O 2 ) was prepared.

실험예Experiment example

실험예 1: 양극 활물질 입경 분석Experimental Example 1: Analysis of positive electrode active material particle size

실시예 1 및 비교예 1 내지 2에서 제조한 양극 활물질을 0.02g씩 취한 후, 각각을 초순수 5ml 및 분산제 5ml가 들어있는 바이알에 넣고 소니케이터로 양극 활물질을 2분 동안 분산시킨 후, 입경 분석기(PSA)(Microtrac社, S3500)에 넣어, 실시예 1 및 비교예 1 내지 2에서 제조한 각각의 양극 활물질의 Dmin, D10, D50, D90, Dmax 값을 수득하고, Dmin, D50, Dmax 값과 스팬 값((D90-D10)/D50)을 하기 표 1에 나타내었다.After taking 0.02 g of the positive electrode active material prepared in Example 1 and Comparative Examples 1 to 2, each was placed in a vial containing 5 ml of ultrapure water and 5 ml of dispersant, and the positive active material was dispersed with a sonicator for 2 minutes, and then analyzed with a particle size analyzer. (PSA) (Microtrac, S3500) to obtain the D min , D 10 , D 50 , D 90 , and D max values of each positive electrode active material prepared in Example 1 and Comparative Examples 1 to 2, and D min , D 50 , D max values and span values ((D 90 -D 10 )/D 50 ) are shown in Table 1 below.

실험예 2: 양극 활물질 펠렛 밀도 평가Experimental Example 2: Evaluation of positive electrode active material pellet density

실시예 1 및 비교예 1 내지 2에서 제조한 양극 활물질을 3g씩 취한 후, 각각을 직경 13mm의 pelletizer 원형 몰드 내에 투입하고, 900kgf로 3초 동안 가압하여 펠렛을 만든 후, 펠렛의 높이를 측정하였다. 그리고, 하기 관계식을 통해 펠렛 밀도(Dp)를 계산하고, 이를 하기 표 1에 나타내었다.After taking 3g each of the positive electrode active materials prepared in Example 1 and Comparative Examples 1 to 2, each was put into a circular pelletizer mold with a diameter of 13mm, and pressed at 900kgf for 3 seconds to make pellets, and then the height of the pellets was measured. . Then, the pellet density (D p ) was calculated using the following relationship, and it is shown in Table 1 below.

Dp(g/cm3) = W / [(π×(D/2)2)×H/1000]D p (g/cm 3 ) = W / [(π×(D/2) 2 )×H/1000]

(W는 양극 활물질의 투입량(g)이며, D는 pelletizer 원형 몰드의 직경(mm)이고, H는 펠렛의 높이(mm)이다.)(W is the input amount of positive electrode active material (g), D is the diameter of the pelletizer circular mold (mm), and H is the height of the pellet (mm).)

Dmin (㎛)D min (㎛) D50 (㎛)D 50 (㎛) Dmax (㎛)D max (㎛) 스팬 값span value 펠렛 밀도pellet density 실시예 1Example 1 2.02.0 5.75.7 21.821.8 1.041.04 3.633.63 비교예 1Comparative Example 1 2.82.8 6.06.0 15.515.5 0.700.70 3.583.58 비교예 2Comparative Example 2 -- -- 8.08.0 0.710.71 3.353.35

실험예 3: 양극 활물질의 SEM 이미지 확인Experimental Example 3: Confirmation of SEM image of positive electrode active material

실시예 1 및 비교예 1 내지 2에서 제조한 양극 활물질을 각각 SEM(Scanning Electron Microscope)을 이용하여 촬영하였고, 실시예 1의 양극 활물질의 SEM 이미지를 도 1, 비교예 1의 양극 활물질의 SEM 이미지를 도 1에 나타내었다.The positive electrode active materials prepared in Example 1 and Comparative Examples 1 to 2 were each photographed using a Scanning Electron Microscope (SEM), and the SEM image of the positive electrode active material of Example 1 is shown in Figure 1 and the SEM image of the positive active material of Comparative Example 1 is shown in Figure 1. is shown in Figure 1.

실험예 4: 전지 특성 평가Experimental Example 4: Battery characteristic evaluation

실시예 1 및 비교예 1 내지 2에서 제조한 각각의 양극 활물질, 카본 블랙 도전재, 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF) 바인더를 N-메틸피롤리돈(NMP) 용매 중에서 95:2:3의 비율로 혼합하여 양극 슬러리를 제조하였다. 상기 양극 슬러리를 알루미늄 집전체의 일면에 도포한 후, 150℃에서 건조하고 압연하여 양극을 제조하였다.Each of the positive electrode active materials, carbon black conductive material, and polyvinylidene fluoride (PVDF) binder prepared in Example 1 and Comparative Examples 1 to 2 were mixed in N-methylpyrrolidone (NMP) solvent at a ratio of 95:2:3. A positive electrode slurry was prepared by mixing. The positive electrode slurry was applied to one side of an aluminum current collector, dried at 150°C, and rolled to prepare a positive electrode.

음극으로는 리튬 금속 전극을 사용하였고, 상기 양극과 음극 사이에 다공성 폴리에틸렌 분리막을 개재하여 전극 조립체를 제조하고, 상기 전극 조립체를 전지 케이스 내부에 위치시킨 후, 케이스 내부로 전해액을 주입하여 반쪽 전지(half-cell)를 제조하였다. 이 때, 상기 전해액은 에틸렌카보네이트(EC):디메틸카보네이트(DMC):디에틸카보네이트(DEC)를 2:1:2의 부피비로 혼합한 유기 용매에 1.0M의 LiPF6를 용해시켜 제조하였다.A lithium metal electrode was used as the negative electrode, an electrode assembly was manufactured with a porous polyethylene separator between the positive electrode and the negative electrode, the electrode assembly was placed inside the battery case, and the electrolyte solution was injected into the case to form a half battery ( half-cell) was prepared. At this time, the electrolyte solution was prepared by dissolving 1.0M LiPF 6 in an organic solvent mixed with ethylene carbonate (EC): dimethyl carbonate (DMC): diethyl carbonate (DEC) in a volume ratio of 2:1:2.

이와 같이 제조한 각 반쪽 전지에 대해, 25℃에서 CC-CV 모드로 0.1C로 4.3V가 될 때까지 충전하고, 0.1C의 정전류로 3.0V까지 방전하면서, 초기 충전 용량, 초기 방전 용량을 측정하고, 직류내부저항(DCIR)을 계산하여 하기 표 2에 나타내었다. 참고로, DCIR 값은 0.1C의 정전류로 방전하면서 60초가 될 때의 전압과 초기 전압의 차이를, 인가한 전류로 나누어 계산한 값이다.For each half cell manufactured in this way, the initial charge capacity and initial discharge capacity were measured while charging at 0.1C until 4.3V in CC-CV mode at 25°C and discharging to 3.0V at a constant current of 0.1C. And the direct current internal resistance (DCIR) was calculated and shown in Table 2 below. For reference, the DCIR value is a value calculated by dividing the difference between the voltage at 60 seconds and the initial voltage while discharging with a constant current of 0.1C by the applied current.

초기 충전 용량 (mAh/g)Initial charge capacity (mAh/g) 초기 방전 용량 (mAh/g)Initial discharge capacity (mAh/g) 실시예 1Example 1 245.3245.3 217.4217.4 비교예 1Comparative Example 1 244.9244.9 216.3216.3 비교예 2Comparative Example 2 228.7228.7 210.6210.6

표 1 및 도 1 내지 2를 참조하면, 실시예 1 의 양극 활물질은 양극 활물질이 평균 입경(D50)이 5㎛ 내지 8㎛로 큰 중입자 단입자 형태를 가질 뿐만 아니라, 스팬 값((D90-D10)/D50)이 0.8 이상으로 크며, 펠렛 밀도가 3.60g/cm3 이상으로 큰 것을 확인할 수 있다. 이에 비해, 비교예 1 및 2의 양극 활물질은 평균 입경(D50)이 6.0㎛, 8㎛이기는 하나, 스팬 값이 작고, 펠렛 밀도가 작은 것을 확인할 수 있다. Referring to Table 1 and Figures 1 to 2, the positive electrode active material of Example 1 not only has a baryon single particle form with a large average particle diameter (D 50 ) of 5 μm to 8 μm, but also has a span value ((D 90 It can be seen that -D 10 )/D 50 ) is greater than 0.8, and the pellet density is greater than 3.60 g/cm 3 . In comparison, the positive electrode active materials of Comparative Examples 1 and 2 had an average particle diameter (D 50 ) of 6.0 ㎛ and 8 ㎛, but it could be confirmed that the span value was small and the pellet density was low.

또한, 표 2를 참조하면, 실시예 1의 양극 활물질을 사용한 전지는 비교예 1 및 2의 양극 활물질을 사용한 전지에 비해 초기 충전 용량 및 초기 방전 용량이 우수한 것을 확인할 수 있다. 이는 실시예 1의 양극 활물질이 비교예 1의 양극 활물질에 비해 압연 밀도가 높기 때문이다. Additionally, referring to Table 2, it can be seen that the battery using the positive electrode active material of Example 1 had superior initial charge capacity and initial discharge capacity compared to the battery using the positive electrode active material of Comparative Examples 1 and 2. This is because the positive electrode active material of Example 1 has a higher rolling density than the positive active material of Comparative Example 1.

결과적으로, 본 발명에 따른 양극 활물질은 평균 입경(D50)이 5㎛ 내지 8㎛로 큰 중입자 단입자 형태를 가질 뿐만 아니라, 스팬 값((D90-D10)/D50)이 0.8 이상으로 크며, 펠렛 밀도가 3.60g/cm3 이상으로 높아서, 에너지 밀도가 높다는 것을 알 수 있다.As a result, the positive electrode active material according to the present invention not only has a large average particle diameter (D 50 ) of 5㎛ to 8㎛, but also has a span value ((D 90 -D 10 )/D 50 ) of 0.8 or more. It is large, and the pellet density is high at more than 3.60 g/cm 3 , indicating that the energy density is high.

Claims (14)

평균 입경(D50)이 5㎛ 내지 8㎛인 단입자 형태의 리튬 복합 전이금속 산화물을 포함하고,
스팬 값((D90-D10)/D50)이 0.8 이상이며,
펠렛 밀도가 3.60g/cm3 이상인 양극 활물질.
Contains a lithium complex transition metal oxide in the form of a single particle having an average particle diameter (D 50 ) of 5㎛ to 8㎛,
The span value ((D 90 -D 10 )/D 50 ) is greater than 0.8,
A positive electrode active material with a pellet density of 3.60 g/cm 3 or more.
청구항 1에 있어서,
상기 단입자 형태의 리튬 복합 전이금속 산화물은 리튬을 제외한 금속의 총 몰수에 대하여 니켈을 60몰% 이상 포함하는 것인 양극 활물질.
In claim 1,
The single particle lithium composite transition metal oxide is a positive electrode active material containing 60 mol% or more of nickel based on the total number of moles of metals excluding lithium.
청구항 1에 있어서,
상기 단입자 형태의 리튬 복합 전이금속 산화물은 하기 화학식 1로 표시되는 조성을 갖는 것인 양극 활물질:
[화학식 1]
Lix[NiaCobMncM1d]O2-yAy
상기 화학식 1에 있어서,
M1은 Y, Zr, Al, B, Ti, W, Nb, Sr, Mo 및 Mg 중에서 선택되는 1종 이상이고,
A는 F, Cl, Br, I 및 S 중에서 선택되는 1종 이상이며,
0.9≤x≤1.2, 0.6≤a<1, 0≤b≤0.4, 0≤c≤0.4, 0≤d≤0.2, a+b+c+d=1, 0≤y≤0.2이다.
In claim 1,
The single particle lithium composite transition metal oxide is a positive electrode active material having a composition represented by the following formula (1):
[Formula 1]
Li x [Ni a Co b Mn c M1 d ]O 2-y A y
In Formula 1,
M1 is one or more selected from Y, Zr, Al, B, Ti, W, Nb, Sr, Mo and Mg,
A is one or more selected from F, Cl, Br, I and S,
0.9≤x≤1.2, 0.6≤a<1, 0≤b≤0.4, 0≤c≤0.4, 0≤d≤0.2, a+b+c+d=1, 0≤y≤0.2.
청구항 1에 있어서,
상기 단입자 형태는 단일 입자 형태이거나 SEM 이미지로부터 도출된 평균 입경이 2㎛ 내지 5㎛인 1차 입자가 2개 내지 10개 응집된 형태인 양극 활물질.
In claim 1,
The single particle form is a positive electrode active material in the form of a single particle or an agglomeration of 2 to 10 primary particles with an average particle diameter of 2㎛ to 5㎛ derived from SEM images.
(A) (i) 니켈 함유 원료물질, (ii) 코발트 함유 원료물질, 망간 함유 원료물질 및 M1 함유 원료물질(M1은 Y, Zr, Al, B, Ti, W, Nb, Sr, Mo 및 Mg 중에서 선택되는 1종 이상) 중에서 선택되는 1종 이상과 (iii) 제1 리튬 함유 원료물질을 건식 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계;
(B) 상기 혼합물을 760℃ 내지 850℃의 온도에서 1차 소성하여 1차 소성품을 제조하는 단계;
(C) 상기 1차 소성품을 분쇄하는 단계; 및
(D) 상기 (C) 단계를 거친 1차 소성품과 제2 리튬 함유 원료물질을 혼합하고, 700℃ 내지 900℃의 온도에서 2차 소성하여 리튬 복합 전이금속 산화물을 제조하는 단계;를 포함하는 청구항 1에 따른 양극 활물질의 제조방법.
(A) (i) nickel-containing raw materials, (ii) cobalt-containing raw materials, manganese-containing raw materials and M1-containing raw materials (M1 is Y, Zr, Al, B, Ti, W, Nb, Sr, Mo and Mg) preparing a mixture by dry mixing at least one selected from among) and (iii) a first lithium-containing raw material;
(B) producing a first fired product by first firing the mixture at a temperature of 760°C to 850°C;
(C) pulverizing the first fired product; and
(D) mixing the first sintered product that has undergone step (C) above with the second lithium-containing raw material and performing secondary sintering at a temperature of 700°C to 900°C to produce a lithium composite transition metal oxide; comprising Method for producing a positive electrode active material according to claim 1.
청구항 5에 있어서,
상기 니켈 함유 원료물질은 수산화니켈, 산화니켈, 탄산니켈, 황화니켈 및 질산니켈 중에서 선택되는 1종 이상인 양극 활물질의 제조방법.
In claim 5,
A method of producing a positive electrode active material, wherein the nickel-containing raw material is at least one selected from nickel hydroxide, nickel oxide, nickel carbonate, nickel sulfide, and nickel nitrate.
청구항 5에 있어서,
상기 코발트 함유 원료물질은 수산화코발트, 산화코발트, 탄산코발트, 황화코발트 및 질산코발트 중에서 선택되는 1종 이상인 양극 활물질의 제조방법.
In claim 5,
A method of producing a positive electrode active material, wherein the cobalt-containing raw material is at least one selected from cobalt hydroxide, cobalt oxide, cobalt carbonate, cobalt sulfide, and cobalt nitrate.
청구항 5에 있어서,
상기 망간 함유 원료물질은 산화망간, 탄산망간, 질산망간 및 황화망간 중에서 선택되는 1종 이상인 양극 활물질의 제조방법.
In claim 5,
A method for producing a positive electrode active material, wherein the manganese-containing raw material is at least one selected from manganese oxide, manganese carbonate, manganese nitrate, and manganese sulfide.
청구항 5에 있어서,
상기 1차 소성은 산소 분위기 하에서 수행되는 것인 양극 활물질의 제조방법.
In claim 5,
A method for producing a positive electrode active material, wherein the first firing is performed under an oxygen atmosphere.
청구항 5에 있어서,
상기 1차 소성은 5시간 내지 20시간 동안 수행되는 것인 양극 활물질의 제조방법.
In claim 5,
A method of producing a positive electrode active material, wherein the first firing is performed for 5 to 20 hours.
청구항 5에 있어서,
상기 2차 소성은 산소 분위기 하에서 수행되는 것인 양극 활물질의 제조방법.
In claim 5,
A method for producing a positive electrode active material, wherein the secondary firing is performed under an oxygen atmosphere.
청구항 5에 있어서,
상기 2차 소성은 5시간 내지 15시간 동안 수행되는 것인 양극 활물질의 제조방법.
In claim 5,
A method of producing a positive electrode active material, wherein the secondary firing is performed for 5 to 15 hours.
청구항 1 내지 청구항 4 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 4. 청구항 13에 따른 양극;
음극;
상기 양극과 상기 음극 사이에 개재된 분리막; 및
전해질;을 포함하는 리튬 이차전지.
An anode according to claim 13;
cathode;
a separator disposed between the anode and the cathode; and
A lithium secondary battery containing an electrolyte.
KR1020220140767A 2022-10-27 2022-10-27 Positive electrode active material, manufacturing method of the same and lithium secondary battery comprising the same KR20240059476A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220140767A KR20240059476A (en) 2022-10-27 2022-10-27 Positive electrode active material, manufacturing method of the same and lithium secondary battery comprising the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220140767A KR20240059476A (en) 2022-10-27 2022-10-27 Positive electrode active material, manufacturing method of the same and lithium secondary battery comprising the same

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20240059476A true KR20240059476A (en) 2024-05-07

Family

ID=91078097

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020220140767A KR20240059476A (en) 2022-10-27 2022-10-27 Positive electrode active material, manufacturing method of the same and lithium secondary battery comprising the same

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20240059476A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112204769B (en) Lithium cobalt-based positive electrode active material, method for preparing same, and positive electrode and secondary battery comprising same
KR102615321B1 (en) Method for preparing positive electrode active material for lithium secondary battery and positive electrode active material prepared thereby
KR20210070933A (en) Positive electrode active material for lithium secondary battery and preparing method of the same
KR20240046148A (en) Positive electrode active material for secondary battery and lithium secondary battery comprising the same
KR20210047755A (en) Method for preparing positive electrode active material for secondary battery
KR102644802B1 (en) Method for preparing positive electrode active material for secondary battery
KR102581269B1 (en) Positive electrode active material, positive electrode and lithium secondary battery compring the same
KR20220121219A (en) Positive electrode active material, positive electrode and secondary battery comprising the same
KR102563025B1 (en) Positive electrode active material and manufacturing method of the same
KR20240059476A (en) Positive electrode active material, manufacturing method of the same and lithium secondary battery comprising the same
KR102669346B1 (en) Preparing method of positive electrode active material for lithium secondary battery and positive electrode active material thereby
KR20240059560A (en) Positive electrode active material, manufacturing method of the same and lithium secondary battery comprising the same
KR20240032661A (en) Precursor for positive electrode active material, manufacturing method of the same, manufacturing method of positivie electrode active material using the same and positive electrode active material
KR20240035001A (en) Positive electrode active material, positive electrode and lithium secondary battery comprising the active material
KR20240108791A (en) Positive electrode active material, positive electrode and lithium secondary battery comprising the same
KR20230142377A (en) Positive electrode active material, method for preparing the active material and lithium secondary battery comprising the active material
KR20240002815A (en) Positive electrode active material, manufacturing method of the same, and positive electrode and lithium secondary battery comprising the same
KR20240083059A (en) Positive electrode active material, method for preparing the same, positive electrode and lithium secondary battery comprising the same
KR20240003646A (en) Positive electrode and method for prepraring positive electrode
KR20240151032A (en) Positive electrode active material, manufacturing method of the same, and positive electrode and lithium secondary battery comprising the same
KR20240155516A (en) Positive electrode active material, manufacturing method of the same, and positive electrode and lithium secondary battery comprising the same
KR20240116401A (en) Positive electrode active material, positive electrode and lithium secondary battery comprising the same
KR20230162569A (en) Positive electrode active material precursor, manufacturing method of positivie electrode active material using the same, and positive electrode active material
KR20230054296A (en) Positive electrode active material for lithium secondary battery, preparing method of the same
KR20230069663A (en) Manufacturing method of positive electrode active material

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
A302 Request for accelerated examination
E902 Notification of reason for refusal