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KR20240158692A - Method for preparing cathode active material, cathode active material prepared using the same and lithium secondary battery comprising the same - Google Patents

Method for preparing cathode active material, cathode active material prepared using the same and lithium secondary battery comprising the same Download PDF

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Publication number
KR20240158692A
KR20240158692A KR1020230055727A KR20230055727A KR20240158692A KR 20240158692 A KR20240158692 A KR 20240158692A KR 1020230055727 A KR1020230055727 A KR 1020230055727A KR 20230055727 A KR20230055727 A KR 20230055727A KR 20240158692 A KR20240158692 A KR 20240158692A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
active material
secondary battery
lithium secondary
cathode active
lithium
Prior art date
Application number
KR1020230055727A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
박정현
임석재
서성화
이명섭
김성인
김재한
최권영
Original Assignee
(주)포스코퓨처엠
Filing date
Publication date
Application filed by (주)포스코퓨처엠 filed Critical (주)포스코퓨처엠
Publication of KR20240158692A publication Critical patent/KR20240158692A/en

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Abstract

본 발명은 니켈 함유 전이금속 전구체를 준비하는 단계; 상기 전이금속 전구체 및 리튬 원료물질을 포함하는 혼합물을 형성 후 1차 소성하여 1차 소성물을 형성하는 단계; 상기 1차 소성물을 해쇄하는 단계; 및 상기 해쇄된 1차 소성물을 2차 소성하여 단입자 형태의 리튬 전이금속 산화물을 형성하는 단계를 포함하되, 상기 1차 소성 온도 및 상기 2차 소성 온도 간 차이의 절대값은 30℃ 이하이며, 상기 2차 소성 시간은 상기 1차 소성 시간보다 긴, 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a cathode active material for a lithium secondary battery, comprising the steps of: preparing a nickel-containing transition metal precursor; forming a mixture including the transition metal precursor and a lithium raw material and then first firing the mixture to form a first sintered product; crushing the first sintered product; and second firing the crushed first sintered product to form a lithium transition metal oxide in the form of single particles, wherein an absolute value of a difference between the first sintering temperature and the second sintering temperature is 30° C. or less, and the second sintering time is longer than the first sintering time.

Description

리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조방법, 이로부터 제조된 양극 활물질 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지{METHOD FOR PREPARING CATHODE ACTIVE MATERIAL, CATHODE ACTIVE MATERIAL PREPARED USING THE SAME AND LITHIUM SECONDARY BATTERY COMPRISING THE SAME}Method for preparing cathode active material for lithium secondary battery, cathode active material prepared thereby, and lithium secondary battery comprising same {METHOD FOR PREPARING CATHODE ACTIVE MATERIAL, CATHODE ACTIVE MATERIAL PREPARED USING THE SAME AND LITHIUM SECONDARY BATTERY COMPRISING THE SAME}

본 발명은 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조방법, 이로부터 제조된 양극 활물질 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 단입자 형태의 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조방법, 이로부터 제조된 양극 활물질 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지에 관한 것이다. The present invention relates to a method for producing a cathode active material for a lithium secondary battery, a cathode active material produced thereby, and a lithium secondary battery comprising the same, and more specifically, to a method for producing a cathode active material for a lithium secondary battery in the form of a single particle, a cathode active material produced thereby, and a lithium secondary battery comprising the same.

리튬 이차전지는 리튬 이온의 삽입(intercalations) 및 탈리(deintercalation)가 가능한 활물질로 이루어진 양극과 음극 사이에 유기 전해액 또는 폴리머 전해액을 충전시킨 상태에서 리튬 이온이 양극 및 음극에서 삽입/탈리 될 때의 산화와 환원 반응에 의해 전기 에너지가 생산된다.Lithium secondary batteries produce electrical energy through oxidation and reduction reactions when lithium ions are inserted/deintercalated between the positive and negative electrodes, while charging an organic electrolyte or polymer electrolyte between the positive and negative electrodes, which are made of active materials capable of intercalating and deintercalating lithium ions.

리튬 이차전지의 양극 활물질로는 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2), 리튬 망간 산화물(LiMnO2 또는 LiMn2O4등), 리튬 인산철 화합물(LiFePO4) 등이 사용되었다. 이 중에서도 리튬 코발트 산화물(LiCoO2)은 작동 전압이 높고 용량 특성이 우수한 장점이 있어, 널리 사용되고 있으며, 고전압용 양극 활물질로 적용되고 있다. 그러나, 코발트(Co)의 가격 상승 및 공급 불안정 때문에 전기 자동차 등과 같은 분야의 동력원으로 대량 사용하기에 한계가 있어, 이를 대체할 수 있는 양극 활물질 개발의 필요성이 대두되었다.Lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ), lithium nickel oxide (LiNiO 2 ), lithium manganese oxide (LiMnO 2 or LiMn 2 O 4 , etc.), and lithium iron phosphate compound (LiFePO 4 ) have been used as cathode active materials for lithium secondary batteries. Among these, lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ) has the advantages of high operating voltage and excellent capacity characteristics, so it is widely used and applied as a high-voltage cathode active material. However, due to the rising price of cobalt (Co) and unstable supply, there are limits to its mass use as a power source in fields such as electric vehicles, and the need for the development of a cathode active material that can replace it has arisen.

이에 따라, 코발트(Co)의 일부를 니켈(Ni)과 망간(Mn)으로 치환한 니켈코발트망간계 리튬 복합 전이금속 산화물(이하 간단히 'NCM계 리튬 복합 전이금속 산화물'이라 함)이 개발되었다. 그러나, 종래 개발된 NCM계 리튬 복합 전이금속 산화물은 일반적으로 1차 입자가 응집된 2차 입자 형태로서, 비표면적이 크고, 입자 강도가 낮으며, 리튬 부산물의 함량이 높기 때문에 셀 구동시 가스 발생량이 많고, 수명 및 안정성이 떨어지는 문제가 있었다. Accordingly, nickel-cobalt-manganese lithium composite transition metal oxides (hereinafter simply referred to as "NCM-based lithium composite transition metal oxides") have been developed, in which some of the cobalt (Co) is replaced with nickel (Ni) and manganese (Mn). However, the NCM-based lithium composite transition metal oxides developed so far are generally in the form of secondary particles in which primary particles are aggregated, and thus have a large specific surface area, low particle strength, and high lithium byproduct content, which results in a large amount of gas generation during cell operation and problems with low lifespan and stability.

이에, 기존의 2차 입자 형태가 아닌 단입자 형태의 양극 활물질에 대한 개발이 전개되고 있다. 일반적으로 단입자 형태의 양극 활물질은 상기 언급한 2차 입자 형태 양극 활물질의 문제점을 많은 부분 해결할 수 있다. 다만, 단입자는 제조시 소성 공정 조건을 어떻게 제어하느냐에 따라 입자 강도가 우수하거나 열화되는 issue가 있어, 소성 공정 조건 최적화가 필요한 실정이다.Accordingly, development of single particle type cathode active materials, rather than the existing secondary particle type, is underway. In general, single particle type cathode active materials can solve many of the problems of the above-mentioned secondary particle type cathode active materials. However, single particles have an issue in which particle strength is excellent or deteriorated depending on how the sintering process conditions are controlled during manufacturing, so optimization of the sintering process conditions is necessary.

이에, 본 발명의 일 과제는 단입자로서, 입자 강도가 우수한 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조방법, 이에 따라 제조된 양극 활물질 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지를 제공하는 것이다. Accordingly, one object of the present invention is to provide a method for producing a cathode active material for a lithium secondary battery having excellent particle strength as a single particle, a cathode active material produced thereby, and a lithium secondary battery including the same.

본 발명의 일 구현예는, 니켈 함유 전이금속 전구체를 준비하는 단계; 상기 전이금속 전구체 및 리튬 원료물질을 포함하는 혼합물을 형성 후 1차 소성하여 1차 소성물을 형성하는 단계; 상기 1차 소성물을 해쇄하는 단계; 및 상기 해쇄된 1차 소성물을 2차 소성하여 단입자 형태의 리튬 전이금속 산화물을 형성하는 단계를 포함하되, 상기 1차 소성 온도 및 상기 2차 소성 온도 간 차이의 절대값은 30℃ 이하이며, 상기 2차 소성 시간은 상기 1차 소성 시간보다 긴, 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조방법을 제공한다. One embodiment of the present invention provides a method for producing a cathode active material for a lithium secondary battery, comprising the steps of: preparing a nickel-containing transition metal precursor; forming a mixture including the transition metal precursor and a lithium raw material and then first firing the mixture to form a first fired product; crushing the first fired product; and second firing the crushed first fired product to form a lithium transition metal oxide in the form of single particles, wherein an absolute value of a difference between the first firing temperature and the second firing temperature is 30° C. or less, and the second firing time is longer than the first firing time.

상기 1차 소성 온도는 상기 2차 소성 온도보다 높거나 같을 수 있다.The above first firing temperature may be higher than or equal to the above second firing temperature.

상기 1차 소성 온도 및 상기 2차 소성 온도는 각각 독립적으로 900 내지 950℃일 수 있다.The above first firing temperature and the above second firing temperature can each independently be 900 to 950°C.

상기 온도 범위 내에서 수행되는 1차 소성 및 2차 소성 수행 시간의 합은 13시간 이상일 수 있다.The sum of the times for performing the first firing and the second firing within the above temperature range may be 13 hours or more.

상기 온도 범위 내에서 수행되는 1차 소성 및 2차 소성 수행 시간의 합은 13 내지 17시간일 수 있다.The sum of the first firing and second firing times performed within the above temperature range can be 13 to 17 hours.

상기 1차 소성 시간은 3 내지 6시간일 수 있다.The above first firing time can be 3 to 6 hours.

상기 전이금속 전구체 내 니켈의 함량은 전이금속 전체 몰수 기준 50 내지 70 mol%일 수 있다.The content of nickel in the above transition metal precursor may be 50 to 70 mol% based on the total mole number of transition metals.

상기 전이금속 전구체 내 코발트의 함량은 전이금속 전체 몰수 기준 5 내지 20 mol%일 수 있다.The content of cobalt in the above transition metal precursor may be 5 to 20 mol% based on the total mole number of transition metals.

상기 리튬 원료물질은 Li2CO3일 수 있다.The above lithium raw material may be Li 2 CO 3 .

본 발명의 다른 일 구현예는, 전술한 제조방법에 따라 제조된 리튬 이차 전지용 양극 활물질을 제공한다.Another embodiment of the present invention provides a positive electrode active material for a lithium secondary battery manufactured according to the manufacturing method described above.

상기 양극 활물질은 9ton의 압력을 가한 후 1 μm 이하 입경의 미분 비율이 1.2% 이하일 수 있다.The above cathode active material may have a fine particle ratio of 1 μm or less of 1.2% or less after applying a pressure of 9 tons.

상기 양극 활물질은 결정립 크기(Crystalite size)가 200 nm 이상일 수 있다.The above cathode active material may have a crystallite size of 200 nm or more.

상기 양극 활물질은 평균 입경(D50)이 3 μm 이상일 수 있다.The above positive electrode active material may have an average particle diameter (D50) of 3 μm or more.

상기 양극 활물질은 최대 입경(Dmax)이 12 μm 이상일 수 있다. The above positive electrode active material may have a maximum particle size (Dmax) of 12 μm or more.

상기 양극 활물질은 하기 화학식 1로 표시될 수 있다.The above positive electrode active material can be represented by the following chemical formula 1.

[화학식 1][Chemical Formula 1]

Lia[NixCoyMnzMw]O2 Li a [Ni x Co y Mn z M w ]O 2

상기 화학식 1에서, 0.8≤a≤1.2, 0.5≤x≤0.7, 0.05≤y≤0.2, 0≤z≤0.4, 0≤w≤0.2이고, x+y+z+w=1이고, M은 Zr, Al, B, Y, Mg, Ti, Nb, W, Sc, Si, V, Fe, Y, Mo, Ce, Hf, Ta, La, Sr 또는 이들의 조합이다. In the chemical formula 1, 0.8≤a≤1.2, 0.5≤x≤0.7, 0.05≤y≤0.2, 0≤z≤0.4, 0≤w≤0.2, x+y+z+w=1, and M is Zr, Al, B, Y, Mg, Ti, Nb, W, Sc, Si, V, Fe, Y, Mo, Ce, Hf, Ta, La, Sr or a combination thereof.

본 발명의 또 다른 일 구현예는, 상기 양극 활물질을 포함하는 리튬 이차 전지용 양극을 제공한다.Another embodiment of the present invention provides a positive electrode for a lithium secondary battery comprising the positive electrode active material.

본 발명의 또 다른 일 구현예는, 상기 양극을 포함하는 리튬 이차 전지를 제공한다. Another embodiment of the present invention provides a lithium secondary battery including the positive electrode.

본 발명의 일 구현예에 따른 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조방법은 소성 공정 조건을 제어함으로써 단입자로서, 입자 강도가 우수한 양극 활물질을 제조할 수 있어, 전지의 수명 특성 및 안전성을 향상시킬 수 있다.A method for manufacturing a cathode active material for a lithium secondary battery according to one embodiment of the present invention can manufacture a cathode active material having excellent particle strength as a single particle by controlling the sintering process conditions, thereby improving the life characteristics and safety of the battery.

도 1은 실시예 1에 따라 제조된 양극 활물질의 SEM 이미지이다.
도 2는 비교예 1에 따라 제조된 양극 활물질의 SEM 이미지이다.
Figure 1 is a SEM image of a positive electrode active material manufactured according to Example 1.
Figure 2 is a SEM image of a positive electrode active material manufactured according to Comparative Example 1.

제1, 제2 및 제3 등의 용어들은 다양한 부분, 성분, 영역, 층 및/또는 섹션들을 설명하기 위해 사용되나 이들에 한정되지 않는다. 이들 용어들은 어느 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션을 다른 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션과 구별하기 위해서만 사용된다. 따라서, 이하에서 서술하는 제1 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 제2 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션으로 언급될 수 있다.The terms first, second, and third, etc. are used to describe, but are not limited to, various parts, components, regions, layers, and/or sections. These terms are only used to distinguish one part, component, region, layer, or section from another part, component, region, layer, or section. Thus, a first part, component, region, layer, or section described below may be referred to as a second part, component, region, layer, or section without departing from the scope of the present invention.

여기서 사용되는 전문 용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to limit the invention. As used herein, the singular forms include the plural forms as well, unless the context clearly dictates otherwise. The word "comprising," as used herein, specifies particular features, regions, integers, steps, operations, elements, and/or components, but does not exclude the presence or addition of other features, regions, integers, steps, operations, elements, and/or components.

어느 부분이 다른 부분의 "위에" 또는 "상에" 있다고 언급하는 경우, 이는 바로 다른 부분의 위에 또는 상에 있을 수 있거나 그 사이에 다른 부분이 수반될 수 있다. 대조적으로 어느 부분이 다른 부분의 "바로 위에" 있다고 언급하는 경우, 그 사이에 다른 부분이 개재되지 않는다.When a part is referred to as being "on" or "on" another part, it may be directly on or above the other part, or there may be other parts intervening. In contrast, when a part is referred to as being "directly on" another part, there are no other parts intervening.

다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms, including technical and scientific terms, used herein have the same meaning as commonly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. Terms defined in commonly used dictionaries are additionally interpreted as having a meaning consistent with the relevant technical literature and the presently disclosed content, and are not interpreted in an ideal or very formal sense unless defined.

또한, 특별히 언급하지 않는 한 %는 중량%를 의미하며, 1ppm 은 0.0001중량%이다.Also, unless otherwise specified, % means weight%, and 1 ppm is 0.0001 weight%.

본 명세서에서, 마쿠시 형식의 표현에 서술된 "이들의 조합(들)"의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.In this specification, the term "combination(s) thereof" described in the expression in the Makushi format means one or more mixtures or combinations selected from the group consisting of the components described in the expression in the Makushi format, and means including at least one selected from the group consisting of said components.

이하, 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 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 with ordinary skill in the art can easily implement the present invention. However, the present invention may be implemented in various different forms and is not limited to the embodiments described herein.

본 발명의 일 구현예는, 니켈 함유 전이금속 전구체를 준비하는 단계; 상기 전이금속 전구체 및 리튬 원료물질을 포함하는 혼합물을 형성 후 1차 소성하여 1차 소성물을 형성하는 단계; 상기 1차 소성물을 해쇄하는 단계; 및 상기 해쇄된 1차 소성물을 2차 소성하여 단입자 형태의 리튬 전이금속 산화물을 형성하는 단계를 포함하되, 상기 1차 소성 온도 및 상기 2차 소성 온도 간 차이의 절대값은 30℃ 이하이며, 상기 2차 소성 시간은 상기 1차 소성 시간보다 긴, 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조방법을 제공한다. One embodiment of the present invention provides a method for producing a cathode active material for a lithium secondary battery, comprising the steps of: preparing a nickel-containing transition metal precursor; forming a mixture including the transition metal precursor and a lithium raw material and then first firing the mixture to form a first fired product; crushing the first fired product; and second firing the crushed first fired product to form a lithium transition metal oxide in the form of single particles, wherein an absolute value of a difference between the first firing temperature and the second firing temperature is 30° C. or less, and the second firing time is longer than the first firing time.

본 발명의 일 구현예에 따른 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조방법은 단입자 형태의 리튬 전이금속 산화물을 형성하는 방법에 관한 것이다.A method for manufacturing a cathode active material for a lithium secondary battery according to one embodiment of the present invention relates to a method for forming a lithium transition metal oxide in the form of a single particle.

단입자 형태의 활물질은 기존의 일반적인 2차 입자에 비해 비표면적이 작아 전해액과의 부반응에 의한 가스 발생량이 감소되고, 입자 강도가 커 압연시 입자 깨짐을 억제할 수 있으며, 충전 및 방전을 거듭함에 따른 크랙 발생을 줄일 수 있다. 이에 따라, 2차 입자 대비 수명 및 안전성이 우수하며, 전극의 고에너지 밀도를 구현할 수 있는 이점이 있다. The single particle-type active material has a smaller specific surface area than conventional secondary particles, which reduces the amount of gas generated by side reactions with the electrolyte, and has a large particle strength, which can suppress particle breakage during rolling, and reduce the occurrence of cracks due to repeated charging and discharging. Accordingly, it has the advantage of superior life and safety compared to secondary particles, and can realize high energy density of the electrode.

그러나, 같은 단입자 양극 활물질이라도 소성 공정 조건에 따라 입자 강도에 현저한 차이가 있을 수 있다. However, even for the same single particle cathode active material, there may be significant differences in particle strength depending on the sintering process conditions.

본 발명의 일 구현예에 따른 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조방법은 상기와 같이 소성을 1차 소성 및 2차 소성으로 나누어 진행하되, 1차 소성 온도 및 2차 소성 온도 간 온도 차이를 작게 하고, 2차 소성 시간을 1차 소성 시간보다 길게 제어한다. 이에 따라, 입자의 균일 성장을 유도하여 단입자의 입자 강도를 개선시키고, 궁극적으로 전지의 수명 특성을 향상시킬 수 있다. According to one embodiment of the present invention, a method for manufacturing a cathode active material for a lithium secondary battery is performed by dividing the sintering into first sintering and second sintering as described above, but the temperature difference between the first sintering temperature and the second sintering temperature is made small, and the second sintering time is controlled to be longer than the first sintering time. Accordingly, uniform growth of particles is induced, thereby improving the particle strength of single particles, and ultimately improving the life characteristics of the battery.

본 명세서에서, “단입자”는 종래 일반적으로 사용되었던 수십 내지 수백개의 1차 입자들이 응집하여 형성된 2차 입자 형태의 양극 활물질 입자와 구별하기 위해 사용되는 용어로, 1개의 1차 입자로 이루어진 단일 입자와, 30개 이하의 1차 입자의 응집체 입자를 포함하는 개념이다. 상기 “2차 입자”는 1차 입자에 대한 의도적인 응집 또는 조립 공정 없이도 1차 입자 간의 물리적 또는 화학적 결합에 의해 수십 내지 수백개의 1차 입자들끼리 응집된 응집체, 즉 2차 구조체를 의미한다.In this specification, the term “single particle” is used to distinguish it from the cathode active material particle in the form of a secondary particle formed by the agglomeration of tens to hundreds of primary particles, which have been generally used in the past, and is a concept that includes a single particle composed of one primary particle and an aggregate particle of 30 or fewer primary particles. The “secondary particle” refers to an aggregate, i.e., a secondary structure, formed by the physical or chemical bonding between tens to hundreds of primary particles without an intentional agglomeration or assembly process for the primary particles.

이하, 본 발명의 일 구현예에 따른 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조방법을 단계별로 상세히 설명한다.Hereinafter, a method for manufacturing a positive electrode active material for a lithium secondary battery according to one embodiment of the present invention will be described in detail step by step.

먼저, 니켈 함유 전이금속 전구체를 준비한다. First, a nickel-containing transition metal precursor is prepared.

상기 니켈 함유 전이금속 전구체는 전이금속 수산화물일 수 있다. The above nickel-containing transition metal precursor may be a transition metal hydroxide.

상기 전이금속 수산화물은 예를 들면, 니켈 원료물질 및 선택적으로 코발트 원료물질 또는 망간 원료물질을 포함하는 전이금속 함유 용액에 착화제 함유 용액과 pH 조절제 함유 용액을 첨가하여 공침 반응시켜 제조되는 것일 수 있다. The above transition metal hydroxide may be produced by a coprecipitation reaction by adding a solution containing a complexing agent and a solution containing a pH regulator to a transition metal-containing solution including, for example, a nickel raw material and optionally a cobalt raw material or a manganese raw material.

상기 니켈 원료물질은 당업계에서 양극 활물질 전구체 제조시 사용되는 것이라면 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 상기 니켈 원료물질은 니켈 함유 황산염, 아세트산염, 질산염, 할라이드, 황화물, 수산화물, 산화물 또는 옥시수산화물 등일 수 있으며, 구체적으로는 NiSO4, NiSO4·6H2O, Ni(OH)2, NiO, NiOOH, NiCO3·2Ni(OH)2·4H2O, NiC2O2·2H2O, Ni(NO3)2·6H2O, 지방산 니켈염, 니켈 할로겐화물 또는 이들의 조합일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. The above nickel raw material is not particularly limited as long as it is used in the art for manufacturing a positive electrode active material precursor. For example, the nickel raw material may be a nickel-containing sulfate, acetate, nitrate, halide, sulfide, hydroxide, oxide or oxyhydroxide, and specifically, may be, but is not limited to, NiSO 4 , NiSO 4 .6H 2 O, 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, fatty acid nickel salts, nickel halides or combinations thereof.

상기 코발트 원료물질은 당업계에서 양극 활물질 전구체 제조시 사용되는 것이라면 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 상기 코발트 원료물질은 코발트 함유 황산염, 아세트산염, 질산염, 할라이드, 황화물, 수산화물, 산화물 또는 옥시수산화물 등일 수 있으며, 구체적으로는 CoSO4, CoSO4ㆍ7H2O, Co(OH)2, CoOOH, Co(OCOCH3)2ㆍ4H2O, Co(NO3)2ㆍ6H2O 또는 이들의 조합일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. The above cobalt raw material is not particularly limited as long as it is used in the art for manufacturing a positive electrode active material precursor. For example, the cobalt raw material may be a cobalt-containing sulfate, acetate, nitrate, halide, sulfide, hydroxide, oxide or oxyhydroxide, and specifically, may be CoSO 4 , CoSO 4 ㆍ7H 2 O, Co(OH) 2 , CoOOH, Co(OCOCH 3 ) 2 ㆍ4H 2 O, Co(NO 3 ) 2 ㆍ6H 2 O or a combination thereof, but is not limited thereto.

상기 망간 원료물질은 당업계에서 양극 활물질 전구체 제조시 사용되는 것이라면 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 상기 망간 원료물질은 망간 함유 황산염, 아세트산염, 질산염, 할라이드, 황화물, 수산화물, 산화물, 옥시수산화물 또는 이들의 조합일 수 있으며, 구체적으로는 MnSO4, MnCO3, Mn(NO3)2, 아세트산 망간, 디카르복실산 망간염, 시트르산 망간 및 지방산 망간염과 같은 망간염, Mn2O3, MnO2, 및 Mn3O4 등의 망간산화물, 옥시 수산화물, 염화 망간 또는 이들의 조합일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. The above manganese raw material is not particularly limited as long as it is used in the art for manufacturing a positive electrode active material precursor. For example, the manganese raw material may be a manganese-containing sulfate, acetate, nitrate, halide, sulfide, hydroxide, oxide, oxyhydroxide or a combination thereof, and specifically, may be a manganese salt such as MnSO 4 , MnCO 3 , Mn(NO 3 ) 2 , manganese acetate, manganese dicarboxylic acid salt, manganese citrate and manganese fatty acid salt, manganese oxide such as Mn 2 O 3 , MnO 2 , and Mn 3 O 4 , oxyhydroxide, manganese chloride or a combination thereof, but is not limited thereto.

상기 전이금속 함유 용액은 니켈 원료물질 및 선택적으로 코발트 원료물질 또는 망간 원료물질을 용매, 구체적으로는 물, 또는 물과 균일하게 혼합될 수 있는 유기 용매(예를 들면, 알코올 등)와 물의 혼합물에 첨가하여 제조된 것일 수 있다.The above transition metal-containing solution may be prepared by adding a nickel raw material and optionally a cobalt raw material or a manganese raw material to a solvent, specifically, water, or a mixture of water and an organic solvent (e.g., alcohol, etc.) that can be uniformly mixed with water.

상기 착화제 함유 용액은 착물 형성 역할을 수행하며, 착화제로서 예를 들면 NH3, NH4OH, (NH4)2SO4, NH4NO3, NH4Cl, CH3COONH4, NH4CO3 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 한편, 상기 착화제 함유 용액은 수용액의 형태로 사용될 수 있으며, 이때 용매로는 물, 또는 물과 균일하게 혼합 가능한 유기용매(예를 들면, 알코올 등)와 물의 혼합물이 사용될 수 있다. The above complexing agent-containing solution performs a complex-forming function and may include, but is not limited to, complexing agents such as NH 3 , NH 4 OH, (NH 4 ) 2 SO 4 , NH 4 NO 3 , NH 4 Cl, CH 3 COONH 4 , NH 4 CO 3 or a combination thereof. Meanwhile, the complexing agent-containing solution may be used in the form of an aqueous solution, and at this time, water or a mixture of water and an organic solvent (e.g., alcohol, etc.) that can be uniformly mixed with water may be used as a solvent.

이때, 상기 전이금속 전구체 내 니켈의 함량은 전이금속 전체 몰수 기준 50 내지 70 mol%일 수 있다. 최근, 전지의 고용량화를 위해 니켈의 몰함량이 80 mol% 이상의 하이니켈 활물질이 많이 사용되고 있으나, 니켈의 함량이 너무 많으면 thermal propagation issue, 즉 열 안전성의 문제가 있을 수 있고, 원가가 상승할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 전이금속 전구체는 니켈 함량이 70 mol% 이하일 수 있다. 다만, 니켈 함량이 너무 적으면 용량이 너무 낮아질 수 있다. At this time, the content of nickel in the transition metal precursor may be 50 to 70 mol% based on the total mole number of transition metals. Recently, high-nickel active materials having a nickel molar content of 80 mol% or more have been widely used for high-capacity batteries. However, if the nickel content is too high, there may be a thermal propagation issue, that is, a problem with thermal safety, and the cost may increase. Therefore, the transition metal precursor according to the present invention may have a nickel content of 70 mol% or less. However, if the nickel content is too low, the capacity may become too low.

또한, 상기 전이금속 전구체 내 코발트의 함량은 전이금속 전체 몰수 기준 5 내지 20 mol%일 수 있다. Additionally, the content of cobalt in the transition metal precursor may be 5 to 20 mol% based on the total mole number of transition metals.

다음으로, 상기 전이금속 전구체 및 리튬 원료물질을 포함하는 혼합물을 형성 후 1차 소성하여 1차 소성물을 형성한다.Next, a mixture containing the above transition metal precursor and lithium raw material is formed and then subjected to a first calcination to form a first calcined product.

상기 리튬 원료물질은 당업계에서 일반적으로 사용되는 것이라면 특별히 제한되지 않으나, 보다 구체적으로는 Li2CO3일 수 있다. 리튬 원료물질로서 흔히 사용되는 LiOH 대신 가격이 저렴한 Li2CO3를 사용함에 따라, 원가 절감 효과가 있을 수 있다. The above lithium raw material is not particularly limited as long as it is commonly used in the art, but more specifically, it may be Li 2 CO 3. By using Li 2 CO 3 , which is inexpensive, instead of LiOH, which is commonly used as a lithium raw material, there may be a cost reduction effect.

상기 1차 소성을 통해 입자 표면에 잔존하는 잔류 리튬(LiOH 또는 Li2CO3)의 대부분을 제거할 수 있다. Most of the residual lithium (LiOH or Li 2 CO 3 ) remaining on the particle surface can be removed through the above first calcination.

상기 1차 소성시 분위기는 특별히 제한이 되지 않는다. 예를 들어, 상기 1차 소성은 산소 또는 공기 분위기 하에서 수행될 수 있다. There is no particular limitation on the atmosphere during the above first firing. For example, the above first firing can be performed under an oxygen or air atmosphere.

다음으로, 상기 1차 소성물을 해쇄한다.Next, the above primary calcined material is crushed.

상기 해쇄를 통해, 후술하는 2차 소성 공정에서 1차 소성물 및 리튬 원료물질의 균일 혼합을 유도할 수 있다. 이에 따라, 2차 소성 반응이 더욱 효율적으로 진행되어 입자의 균일 성장을 유도할 수 있고, 결과적으로 활물질의 입자 강도가 향상될 수 있다. Through the above-mentioned disintegration, uniform mixing of the first calcined material and the lithium raw material can be induced in the second calcination process described later. Accordingly, the second calcination reaction can proceed more efficiently, inducing uniform growth of particles, and as a result, the particle strength of the active material can be improved.

상기 해쇄는 당업계에서 통상적으로 수행되는 방법으로 수행될 수 있다. The above disintegration can be performed by a method commonly performed in the art.

상기 해쇄는 예를 들어 로터밀, 볼밀, 핀밀, 제트밀, 비드밀, 롤밀 장비를 이용하여 수행할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. The above-mentioned disintegration can be performed using, for example, a rotor mill, a ball mill, a pin mill, a jet mill, a bead mill, or a roll mill, but is not limited thereto.

다음으로, 상기 해쇄된 1차 소성물을 2차 소성하여 단입자 형태의 리튬 전이금속 산화물을 형성한다.Next, the above-mentioned crushed primary calcined material is subjected to a second calcination to form a lithium transition metal oxide in the form of single particles.

상기 2차 소성을 통해 입자 강도가 향상된 단입자 형태의 리튬 전이금속 산화물을 형성할 수 있다. Through the above secondary calcination, a lithium transition metal oxide in the form of a single particle with improved particle strength can be formed.

특히 이때, 상기 1차 소성 온도 및 상기 2차 소성 온도 간 차이의 절대값은 30℃ 이하이고, 보다 구체적으로는 20℃ 또는 10℃ 이하일 수 있다. 1차 소성 온도 및 2차 소성 온도간 온도 차이가 너무 크면 결정립이 충분히 성장하지 못하여 단입자의 입자 강도가 열화될 수 있고, 이에 따라 전지의 수명 특성이 열화될 수 있다. In particular, at this time, the absolute value of the difference between the first sintering temperature and the second sintering temperature is 30°C or less, and more specifically, may be 20°C or 10°C or less. If the temperature difference between the first sintering temperature and the second sintering temperature is too large, the crystal grains may not grow sufficiently, which may deteriorate the particle strength of the single particle, and thus the life characteristics of the battery may deteriorate.

또한, 상기 1차 소성 온도는 상기 2차 소성 온도보다 높거나 같을 수 있다. 1차 소성 온도가 2차 소성 온도보다 낮으면 결정립이 충분히 성장하지 못하여 단입자의 입자 강도가 열화될 수 있고, 전지의 수명 특성이 열화될 수 있다.In addition, the first sintering temperature may be higher than or equal to the second sintering temperature. If the first sintering temperature is lower than the second sintering temperature, the crystal grains may not grow sufficiently, which may deteriorate the particle strength of the single particle and deteriorate the life characteristics of the battery.

한편, 상기 1차 소성 온도 및 상기 2차 소성 온도는 각각 독립적으로 900 내지 950℃일 수 있다. 1차 소성 온도 및 2차 소성 온도가 너무 낮으면 단입자 내 결정립 사이즈가 충분히 자라지 않아 입자 강도가 열화될 수 있고, 단입자의 입경이 충분히 자라지 않아 압연 밀도가 낮아져 전극 에너지 밀도가 열화될 수 있다. 1차 소성 온도 및 2차 소성 온도가 너무 높으면 과소성이 일어나 용량, 출력 등 전기화학 특성이 떨어질 수 있다.Meanwhile, the first sintering temperature and the second sintering temperature may each independently be 900 to 950°C. If the first sintering temperature and the second sintering temperature are too low, the crystal grain size within the single particle may not grow sufficiently, which may deteriorate the particle strength, and the particle diameter of the single particle may not grow sufficiently, which may lower the rolling density and deteriorate the electrode energy density. If the first sintering temperature and the second sintering temperature are too high, oversintering may occur, which may deteriorate the electrochemical characteristics such as capacity and output.

상기 온도 범위 내에서 수행되는 1차 소성 및 2차 소성 수행 시간의 합은 13시간 이상일 수 있고, 보다 구체적으로는 13 내지 17시간일 수 있다. 상기 온도 범위 내 소성 구간의 시간이 너무 짧으면 단입자 내 결정립 사이즈가 충분히 자라지 않아 입자 강도가 열화될 수 있고, 단입자의 입경이 충분히 자라지 않아 압연 밀도가 낮아져 전극 에너지 밀도가 열화될 수 있다. 다만, 상기 온도 범위 내 소성 구간의 시간이 너무 길면 과소성이 일어나 용량, 출력 등 전기화학 특성이 떨어질 수 있다.The sum of the first firing and second firing times performed within the above temperature range may be 13 hours or more, and more specifically, 13 to 17 hours. If the time of the firing section within the above temperature range is too short, the crystal grain size within the single particle may not grow sufficiently, which may deteriorate the particle strength, and the particle diameter of the single particle may not grow sufficiently, which may lower the rolling density and deteriorate the electrode energy density. However, if the time of the firing section within the above temperature range is too long, over-firing may occur, which may deteriorate the electrochemical characteristics such as capacity and output.

또한, 상기 2차 소성 시간은 상기 1차 소성 시간보다 길다. 보다 구체적으로, 1차 소성 진행시, 시간이 경과함에 따라 점차 잔류 리튬이 제거되어 1차 소성 종료 시점에는 대부분의 잔류 리튬이 제거된다. 이때, 1차 소성 시간이 2차 소성 시간보다 길어지게 되면, 이미 잔류 리튬이 제거된 소성물에 과도한 1차 소성을 추가적으로 진행하게 됨에 따라, 이미 안정화된 표면을 지닌 채 2차 소성 시 결정립이 충분히 성장하지 못하는 문제가 있을 수 있다. 이에 따라 입자 강도 및 전지 수명 특성이 열화될 수 있다. In addition, the second firing time is longer than the first firing time. More specifically, as time passes during the first firing, residual lithium is gradually removed, and most of the residual lithium is removed by the end of the first firing. At this time, if the first firing time becomes longer than the second firing time, excessive first firing is additionally performed on the fired product from which residual lithium has already been removed, and thus there may be a problem in that the crystal grains do not grow sufficiently during the second firing while having an already stabilized surface. Accordingly, the particle strength and battery life characteristics may deteriorate.

보다 구체적으로, 상기 1차 소성 시간은 3 내지 6시간 또는 3 내지 5시간일 수 있다. 또한, 상기 2차 소성 시간은 7 내지 14시간 또는 8 내지 12시간일 수 있다. More specifically, the first firing time may be 3 to 6 hours or 3 to 5 hours. Additionally, the second firing time may be 7 to 14 hours or 8 to 12 hours.

상기 제조방법에 따라 양극 활물질은 9ton의 압력을 가한 후 1 μm 이하 입경의 미분 비율이 1.2% 이하일 수 있다. 즉, 본 발명의 일 구현예에 따른 제조방법에 따라 제조된 양극 활물질은 외부 압력에 대한 입자 강도가 현저히 향상될 수 있고, 전지의 수명 특성 및 안전성을 향상시킬 수 있다. According to the above manufacturing method, the positive electrode active material may have a fine particle ratio of 1 μm or less of 1.2% or less after applying a pressure of 9 tons. That is, the positive electrode active material manufactured according to the manufacturing method according to one embodiment of the present invention may have significantly improved particle strength against external pressure, and may improve the life characteristics and safety of the battery.

상기 제조된 양극 활물질은 결정립 크기(Crystalite size)가 200nm 이상일 수 있고, 보다 구체적으로는 220nm, 240nm, 260nm 또는 280nm 이상일 수 있다. 양극 활물질의 결정립 크기가 이와 같이 충분히 큼으로써, 입자 강도가 향상되어 전지의 수명 특성 및 안전성을 향상시킬 수 있다. 본 명세서에서, “결정립”이란 1차 입자 내 원자들이 일정한 방향의 격자 구조를 이루는 형태의 구분되는 영역을 의미하며, “결정립 크기”는 XRD data의 peak broadening을 이용하여 가늠할 수 있으며, scherr equation을 통해 정량적으로 계산할 수 있다. The above-mentioned manufactured positive electrode active material may have a crystallite size of 200 nm or more, and more specifically, 220 nm, 240 nm, 260 nm or 280 nm or more. When the crystallite size of the positive electrode active material is sufficiently large, particle strength is improved, thereby improving the life characteristics and safety of the battery. In this specification, “crystallite” means a distinct region in which atoms in a primary particle form a lattice structure with a certain direction, and the “crystallite size” can be estimated using peak broadening of XRD data, and can be quantitatively calculated using the Scherr equation.

상기 제조된 양극 활물질은 평균 입경(D50)이 3 μm 이상일 수 있고, 보다 구체적으로는 3.5 μm 또는 3.8 μm 이상일 수 있다. 양극 활물질의 평균 입경이 이와 같이 충분히 큼으로써, 압연 밀도가 향상되어 전극 에너지 밀도를 향상시킬 수 있다. 본 명세서에서, 평균 입경(D50)이란, 입자의 입경 분포 곡선에 있어서, 체적 누적량의 50%에 해당하는 입경으로 정의할 수 있다. 상기 평균 입경(D50)은 예를 들어, 레이저 회절법(laser diffraction method)을 이용하여 측정할 수 있다. The above-mentioned manufactured positive electrode active material may have an average particle diameter (D50) of 3 μm or more, and more specifically, may have an average particle diameter of 3.5 μm or 3.8 μm or more. When the average particle diameter of the positive electrode active material is sufficiently large as such, the rolling density is improved, thereby improving the electrode energy density. In the present specification, the average particle diameter (D50) may be defined as a particle diameter corresponding to 50% of the volume accumulation amount in a particle diameter distribution curve of particles. The average particle diameter (D50) may be measured using, for example, a laser diffraction method.

상기 제조된 양극 활물질은 최대 입경(Dmax)이 12 μm 이상일 수 있고, 보다 구체적으로는 12.5 μm 또는 13.0 μm 이상일 수 있다. 양극 활물질의 최대 입경이 이와 같이 충분히 큼으로써, 전극 제작 시 packing 밀도를 높여주어 전극 에너지 밀도를 향상시킬 수 있다. 이와 같이 양극 활물질의 최대 입경이 큰 이유는 본 발명에 따른 소성 공정을 수행함에 따라 단입자 성장이 양호하게 일어남에 따른 결과라고 해석할 수 있다. 본 명세서에서, 최대 입경(Dmax)이란, 입자의 입경 분포 곡선에 있어서, 체적 누적량의 100%에 해당하는 입경으로 정의할 수 있다. 상기 최대 입경(Dmax)은 예를 들어, 레이저 회절법(laser diffraction method)을 이용하여 측정할 수 있다. The above-mentioned manufactured positive electrode active material may have a maximum particle size (Dmax) of 12 μm or more, and more specifically, may have a maximum particle size of 12.5 μm or 13.0 μm or more. Since the maximum particle size of the positive electrode active material is sufficiently large, the packing density can be increased during electrode manufacture, thereby improving the electrode energy density. The reason why the maximum particle size of the positive electrode active material is large can be interpreted as a result of good single particle growth occurring as the sintering process according to the present invention is performed. In this specification, the maximum particle size (Dmax) can be defined as a particle size corresponding to 100% of the volume accumulation amount in the particle size distribution curve of the particle. The above-mentioned maximum particle size (Dmax) can be measured using, for example, a laser diffraction method.

상기 리튬 전이금속 산화물은 보다 구체적으로 하기 화학식 1로 표시될 수 있다.The above lithium transition metal oxide can be more specifically represented by the following chemical formula 1.

[화학식 1][Chemical Formula 1]

Lia[NixCoyMnzMw]O2 Li a [Ni x Co y Mn z M w ]O 2

상기 화학식 1에서, 0.8≤a≤1.2, 0.5≤x≤0.7, 0.05≤y≤0.2, 0≤z≤0.4, 0≤w≤0.2이고, x+y+z+w=1이고, M은 Zr, Al, B, Y, Mg, Ti, Nb, W, Sc, Si, V, Fe, Y, Mo, Ce, Hf, Ta, La, Sr 또는 이들의 조합이다. In the chemical formula 1, 0.8≤a≤1.2, 0.5≤x≤0.7, 0.05≤y≤0.2, 0≤z≤0.4, 0≤w≤0.2, x+y+z+w=1, and M is Zr, Al, B, Y, Mg, Ti, Nb, W, Sc, Si, V, Fe, Y, Mo, Ce, Hf, Ta, La, Sr or a combination thereof.

상기 화학식 1의 리튬 전이금속 산화물에 있어서, 리튬은 a에 해당하는 함량, 즉 0.8≤a≤1.2로 포함될 수 있다. a가 너무 작으면 용량이 저하될 수 있고, a가 너무 크면 소성한 양극 활물질의 강도가 높아져 분쇄가 어려울 수 있으며, 리튬 부산물 증가로 가스 발생량이 증가할 수 있다. 리튬 함량 제어에 따른 양극 활물질의 용량 특성 개선 효과 및 활물질 제조시의 소결성 발란스를 고려할 때, 상기 리튬은 보다 바람직하게는 0.9≤a≤1.1의 함량으로 포함될 수 있다. In the lithium transition metal oxide of the above chemical formula 1, lithium may be included in a content corresponding to a, that is, 0.8≤a≤1.2. If a is too small, the capacity may be reduced, and if a is too large, the strength of the sintered positive electrode active material may be increased, making pulverization difficult, and the amount of gas generated may increase due to an increase in lithium byproducts. Considering the effect of improving the capacity characteristics of the positive electrode active material according to the lithium content control and the sinterability balance during the manufacture of the active material, the lithium may be included in a content of 0.9≤a≤1.1 more preferably.

상기 화학식 1의 리튬 전이금속 산화물에 있어서, 니켈은 x에 해당하는 함량, 즉 0.5≤x≤0.7로 포함될 수 있다. 니켈 함량이 너무 적으면 전지의 고용량화 도모가 어려울 수 있고, 니켈 함량이 너무 많으면 활물질 구조 안정성 저하에 따라 전지 수명 및 열 안전성이 떨어질 수 있고, 제조 원가가 상승할 수 있다. In the lithium transition metal oxide of the above chemical formula 1, nickel may be included in an amount corresponding to x, that is, 0.5≤x≤0.7. If the nickel content is too low, it may be difficult to achieve high capacity of the battery, and if the nickel content is too high, the battery life and thermal safety may be reduced due to a decrease in the structural stability of the active material, and the manufacturing cost may increase.

상기 화학식 1의 리튬 전이금속 산화물에 있어서, 코발트는 y에 해당하는 함량, 즉, 0.05≤y≤0.2 로 포함될 수 있다. 코발트 함량이 너무 적으면, 충분한 율특성과 활물질의 높은 분말 밀도를 동시에 달성하기 어려울 수 있다. 코발트 함량이 너무 많으면, 원료 물질의 비용이 전체적으로 증가하고 가역 용량이 감소할 수 있다.In the lithium transition metal oxide of the above chemical formula 1, cobalt may be included in a content corresponding to y, that is, 0.05≤y≤0.2. If the cobalt content is too low, it may be difficult to simultaneously achieve sufficient rate characteristics and high powder density of the active material. If the cobalt content is too high, the overall cost of the raw material may increase and the reversible capacity may decrease.

상기 화학식 1의 리튬 전이금속 산화물에 있어서, 망간은 z에 해당하는 함량, 즉, 0≤z≤0.4로 포함될 수 있다. 망간 함량이 너무 적으면, 생산 단가가 높아질 수 있고, 활물질 안정성이 떨어질 수 있다. 망간 함량이 너무 많으면, 전지의 용량 및 출력 특성이 떨어질 수 있다.In the lithium transition metal oxide of the above chemical formula 1, manganese may be included in a content corresponding to z, that is, 0≤z≤0.4. If the manganese content is too low, the production cost may increase and the stability of the active material may deteriorate. If the manganese content is too high, the capacity and output characteristics of the battery may deteriorate.

상기 화학식 1의 리튬 전이금속 산화물에 있어서, M은 w에 해당하는 함량, 즉, 0≤w1≤0.2로 포함될 수 있다. 이때, M은 도핑 원소로서, Zr, Al, B, Y, Mg, Ti, Nb, W, Sc, Si, V, Fe, Y, Mo, Ce, Hf, Ta, La, Sr 또는 이들의 조합일 수 있다.In the lithium transition metal oxide of the above chemical formula 1, M may be included in a content corresponding to w, that is, 0≤w1≤0.2. At this time, M is a doping element and may be Zr, Al, B, Y, Mg, Ti, Nb, W, Sc, Si, V, Fe, Y, Mo, Ce, Hf, Ta, La, Sr or a combination thereof.

본 발명의 다른 일 구현예는, 전술한 제조방법에 따라 제조된 리튬 이차 전지용 양극 활물질을 제공한다.Another embodiment of the present invention provides a positive electrode active material for a lithium secondary battery manufactured according to the manufacturing method described above.

상기 양극 활물질은 전술한 제조방법에 따라 제조됨으로써, 입자 강도가 우수하고, 단일 입자화의 정도가 우수할 수 있다. The above-mentioned positive electrode active material is manufactured according to the manufacturing method described above, so that it can have excellent particle strength and a high degree of single particle formation.

본 발명의 또 다른 일 구현예는, 상기 양극 활물질을 포함하는 리튬 이차 전지용 양극을 제공한다.Another embodiment of the present invention provides a positive electrode for a lithium secondary battery comprising the positive electrode active material.

구체적으로, 상기 양극은 양극 집전체 및 상기 양극 집전체 상에 배치되며, 전술한 양극 활물질을 포함하는 양극 활물질층을 포함할 수 있다. Specifically, the positive electrode may include a positive electrode current collector and a positive electrode active material layer disposed on the positive electrode current collector, and including the positive electrode active material described above.

상기 양극 집전체는 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소 또는 알루미늄이나 스테인레스 스틸 표면에 탄소, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것 등이 사용될 수 있다. 또, 상기 양극 집전체는 통상적으로 3 내지 500㎛의 두께를 가질 수 있으며, 상기 양극 집전체 표면 상에 미세한 요철을 형성하여 양극 활물질의 접착력을 높일 수도 있다. 예를 들어 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.The positive electrode current collector is not particularly limited as long as it is conductive and does not cause a chemical change in the battery, and for example, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, sintered carbon, or aluminum or stainless steel surface-treated with carbon, nickel, titanium, silver, etc. may be used. In addition, the positive electrode current collector may typically have a thickness of 3 to 500 ㎛, and fine unevenness may be formed on the surface of the positive electrode current collector to increase the adhesion of the positive electrode active material. For example, the positive electrode current collector may be used in various forms such as a film, a sheet, a foil, a net, a porous body, a foam, a non-woven fabric, etc.

상기 양극 활물질층은 전술한 양극 활물질과 함께, 바인더 및/또는 도전재를 포함할 수 있다.The above-described positive electrode active material layer may include a binder and/or a conductive material together with the above-described positive electrode active material.

이 때, 상기 바인더는 양극 활물질 입자들 간의 부착 및 양극 활물질과 양극 집전체와의 접착력을 향상시키는 역할을 한다. 구체적인 예로는 폴리비닐리덴플로라이드(PVDF), 비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 코폴리머(PVDF-co-HFP), 폴리비닐알코올, 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 모노머 고무(EPDM rubber), 술폰화-EPDM, 스티렌 부타디엔 고무(SBR), 불소 고무, 또는 이들의 다양한 공중합체 등을 들 수 있으며, 이들 중 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 바인더는 양극 활물질층 총 중량에 대하여 1 내지 30 중량%로 포함될 수 있다.At this time, the binder serves to improve the adhesion between the positive electrode active material particles and the adhesive strength between the positive electrode active material and the positive electrode current collector. Specific examples include polyvinylidene fluoride (PVDF), vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer (PVDF-co-HFP), polyvinyl alcohol, polyacrylonitrile, carboxymethyl cellulose (CMC), starch, hydroxypropyl cellulose, regenerated cellulose, polyvinyl pyrrolidone, polytetrafluoroethylene, polyethylene, polypropylene, ethylene-propylene-diene monomer rubber (EPDM rubber), sulfonated-EPDM, styrene butadiene rubber (SBR), fluororubber, or various copolymers thereof, and one kind alone or a mixture of two or more kinds thereof may be used, but is not limited thereto. The binder may be included in an amount of 1 to 30 wt% with respect to the total weight of the positive electrode active material layer.

그리고, 상기 도전재는 전극에 도전성을 부여하기 위해 사용되는 것으로서, 구성되는 전지에 있어서, 화학변화를 야기하지 않고 전자 전도성을 갖는 것이면 특별한 제한없이 사용가능하다. 구체적인 예로는 천연 흑연이나 인조흑연 등의 흑연; 카본 블랙, 아세틸렌블랙, 케첸블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙, 탄소 섬유 등의 탄소계 물질; 구리, 니켈, 알루미늄, 은 등의 금속 분말 또는 금속 섬유; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 휘스커; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 또는 폴리페닐렌 유도체 등의 전도성 고분자 등을 들수 있으며, 이들 중 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 도전재는 통상적으로 양극 활물질층 총 중량에 대하여 1 내지 30 중량%로 포함될 수 있다.And, the conductive material is used to provide conductivity to the electrode, and in the battery to be formed, as long as it does not cause a chemical change and has electronic conductivity, it can be used without special restrictions. Specific examples include graphite such as natural graphite or artificial graphite; carbon-based materials such as carbon black, acetylene black, Ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, summer black, and carbon fiber; metal powder or metal fiber such as copper, nickel, aluminum, and silver; conductive whiskers such as zinc oxide or potassium titanate; conductive metal oxides such as titanium oxide; or conductive polymers such as polyphenylene derivatives, and the like, and one of these may be used alone or a mixture of two or more thereof, but is not limited thereto. The conductive material may typically be included in an amount of 1 to 30 wt% with respect to the total weight of the positive electrode active material layer.

상기 양극은 상기한 양극 활물질을 이용하는 것을 제외하고는 통상의 양극 제조방법에 따라 제조될 수 있다. The above positive electrode can be manufactured according to a conventional positive electrode manufacturing method, except that the above positive electrode active material is used.

구체적으로, 상기 양극은 전술한 양극 활물질 및 필요에 따라 선택적으로 바인더, 도전재 또는 용매를 포함하는 양극 활물질층 형성용 조성물을 양극 집전체 상에 도포한 후, 건조 및 압연함으로써 제조될 수 있다. 이 때, 양극 활물질, 바인더, 도전재의 종류 및 함량은 앞서 설명한 바와 같다.Specifically, the positive electrode can be manufactured by applying a composition for forming a positive electrode active material layer, including the positive electrode active material described above and optionally a binder, a conductive agent or a solvent, on a positive electrode current collector, and then drying and rolling. At this time, the types and contents of the positive electrode active material, the binder and the conductive agent are as described above.

상기 용매로는 당해 기술분야에서 일반적으로 사용되는 용매일 수 있으며, 디메틸셀폭사이드(dimethylsulfoxide, DMSO), 이소프로필 알코올(isopropyl alcohol), N-메틸피롤리돈(NMP), 아세톤(acetone) 또는 물 등을 들 수 있으며, 이들 중 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다. 상기 용매의 사용량은 슬러리의 도포 두께, 제조 수율을 고려하여 상기 양극 활물질, 도전재 및 바인더를 용해 또는 분산시키고, 이후 양극 제조를 위한 도포시 우수한 두께 균일도를 나타낼 수 있는 점도를 갖도록 하는 정도면 충분하다.The solvent may be a solvent generally used in the relevant technical field, and may include dimethylsulfoxide (DMSO), isopropyl alcohol, N-methylpyrrolidone (NMP), acetone, or water. One of these may be used alone or a mixture of two or more thereof may be used. The amount of the solvent used is sufficient to dissolve or disperse the positive electrode active material, conductive material, and binder, taking into account the coating thickness and manufacturing yield of the slurry, and to have a viscosity that can exhibit excellent thickness uniformity during subsequent coating for manufacturing the positive electrode.

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

본 발명의 또 다른 일 구현예는, 상기 양극을 포함하는 리튬 이차 전지를 제공한다. Another embodiment of the present invention provides a lithium secondary battery including the positive electrode.

상기 리튬 이차 전지는 보다 구체적으로, 양극; 음극; 세퍼레이터; 및 전해질을 포함할 수 있다.The above lithium secondary battery may more specifically include a positive electrode; a negative electrode; a separator; and an electrolyte.

상기 리튬 이차 전지는 상기 양극, 음극, 세퍼레이터의 전극 조립체를 수납하는 전지용기, 및 상기 전지용기를 밀봉하는 밀봉 부재를 선택적으로 더 포함할 수 있다.The above lithium secondary battery may optionally further include a battery container that accommodates an electrode assembly of the positive electrode, the negative electrode, and the separator, and a sealing member that seals the battery container.

상기 음극은 음극 집전체 및 상기 음극 집전체 상에 위치하는 음극 활물질층을 포함할 수 있다. The above negative electrode may include a negative electrode current collector and a negative electrode active material layer positioned on the negative electrode current collector.

상기 음극 집전체는 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인레스 스틸의 표면에 탄소, 니켈, 티탄, 은 등으로 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.The above negative electrode current collector is not particularly limited as long as it has high conductivity without causing a chemical change in the battery, and for example, copper, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, calcined carbon, copper or stainless steel surface-treated with carbon, nickel, titanium, silver, etc., an aluminum-cadmium alloy, etc. can be used. In addition, the negative electrode current collector can typically have a thickness of 3 to 500 ㎛, and, like the positive electrode current collector, fine unevenness can be formed on the surface of the current collector to strengthen the bonding strength of the negative electrode active material. For example, it can be used in various forms such as a film, a sheet, a foil, a net, a porous body, a foam, and a non-woven fabric.

상기 음극 활물질층은 음극 활물질과 함께 선택적으로 바인더 및 도전재를 포함할 수 있다. 상기 음극 활물질층은 일례로서 음극 집전체 상에 음극 활물질, 및 선택적으로 바인더 및 도전재를 포함하는 음극 활물질층 형성용 조성물을 도포하고 건조하거나, 또는 상기 음극 형성용 조성물을 별도의 지지체 상에 캐스팅한 다음, 이 지지체로부터 박리하여 얻은 필름을 음극 집전체 상에 라미네이션함으로써 제조될 수도 있다.The negative electrode active material layer may optionally include a binder and a conductive material together with the negative electrode active material. The negative electrode active material layer may be manufactured by, for example, applying a composition for forming a negative electrode active material layer comprising the negative electrode active material, and optionally a binder and a conductive material, onto a negative electrode current collector and drying the composition, or by casting the negative electrode forming composition onto a separate support and then peeling the film from the support and laminating the resulting film onto a negative electrode current collector.

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. 또, 탄소재료는 저결정 탄소 및 고결정성 탄소 등이 모두 사용될 수 있다. 저결정성 탄소로는 연화탄소 (soft carbon) 및 경화탄소 (hard carbon)가 대표적이며, 고결정성 탄소로는 무정형, 판상, 인편상, 구형 또는 섬유형의 천연 흑연 또는 인조 흑연, 키시흑연 (Kish graphite), 열분해 탄소 (pyrolytic carbon), 액정피치계 탄소섬유 (mesophase pitch based carbon fiber), 탄소 미소구체 (meso-carbon microbeads), 액정피치(Mesophase pitches) 및 석유와 석탄계 코크스 (petroleum or coal tar pitch derived cokes) 등의 고온 소성 탄소가 대표적이다.As the negative electrode active material, a compound capable of reversible intercalation and deintercalation of lithium can be used. Specific examples thereof include carbonaceous materials such as artificial graphite, natural graphite, graphitized carbon fiber, and amorphous carbon; metallic compounds capable of alloying with lithium, such as Si, Al, Sn, Pb, Zn, Bi, In, Mg, Ga, Cd, Si alloy, Sn alloy, and Al alloy; metallic oxides capable of doping and dedoping lithium, such as SiOβ (0 < β < 2), SnO2, vanadium oxide, and lithium vanadium oxide; or composites containing the metallic compounds and carbonaceous materials, such as Si-C composites or Sn-C composites, and any one or a mixture of two or more of these can be used. In addition, a metallic lithium thin film can be used as the negative electrode active material. In addition, both low-crystalline carbon and high-crystalline carbon can be used as the carbon material. Representative examples of low-crystallization carbon include soft carbon and hard carbon, and representative examples of high-crystallization carbon include amorphous, plate-like, flaky, spherical or fibrous natural or artificial graphite, Kish graphite, pyrolytic carbon, mesophase pitch-based carbon fiber, mesophase pitch microbeads, mesophase pitches, and high-temperature calcined carbon such as petroleum or coal tar pitch derived cokes.

상기 바인더 및 도전재는 앞서 양극에서 설명한 바와 동일한 것일 수 있다. The above binder and the conductive material may be the same as those described above for the anode.

상기 세퍼레이터는 음극과 양극을 분리하고 리튬 이온의 이동 통로를 제공하는 것으로, 통상 리튬 이차전지에서 세퍼레이터로 사용되는 것이라면 특별한 제한 없이 사용가능하며, 특히 전해질의 이온 이동에 대하여 저저항이면서 전해액 함습 능력이 우수한 것이 바람직하다. 구체적으로는 다공성 고분자 필름, 예를 들어 에틸렌 단독중합체, 프로필렌 단독중합체, 에틸렌/부텐 공중합체, 에틸렌/헥센 공중합체 및 에틸렌/메타크릴레이트 공중합체 등과 같은 폴리올레핀계 고분자로 제조한 다공성 고분자 필름 또는 이들의 2층 이상의 적층 구조체가 사용될 수 있다. 또 통상적인 다공성 부직포, 예를 들어 고융점의 유리 섬유, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 섬유 등으로 된 부직포가 사용될 수도 있다. 또, 내열성 또는 기계적 강도 확보를 위해 세라믹 성분 또는 고분자 물질이 포함된 코팅된 세퍼레이터가 사용될 수도 있으며, 선택적으로 단층 또는 다층 구조로 사용될 수 있다.The above separator separates the negative electrode and the positive electrode and provides a passage for lithium ions to move. If it is a separator that is usually used as a separator in a lithium secondary battery, it can be used without any special restrictions, and in particular, it is preferable that it has low resistance to ion movement of the electrolyte and excellent electrolyte moisture retention capacity. Specifically, a porous polymer film, for example, a porous polymer film made of a polyolefin polymer such as an ethylene homopolymer, a propylene homopolymer, an ethylene/butene copolymer, an ethylene/hexene copolymer, and an ethylene/methacrylate copolymer, or a laminated structure of two or more layers thereof, can be used. In addition, a typical porous nonwoven fabric, for example, a nonwoven fabric made of high-melting-point glass fibers, polyethylene terephthalate fibers, etc. can be used. In addition, a coated separator containing a ceramic component or a polymer material can be used to secure heat resistance or mechanical strength, and can be selectively used in a single-layer or multi-layer structure.

상기 전해질은 리튬 이차전지 제조시 사용 가능한 유기계 액체 전해질, 무기계 액체 전해질, 고체 고분자 전해질, 겔형 고분자 전해질, 고체 무기 전해질, 용융형 무기 전해질 등을 들 수 있으며, 이들로 한정되는 것은 아니다.The above electrolyte may include, but is not limited to, an organic liquid electrolyte, an inorganic liquid electrolyte, a solid polymer electrolyte, a gel-type polymer electrolyte, a solid inorganic electrolyte, a molten inorganic electrolyte, etc. that can be used in the manufacture of a lithium secondary battery.

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

상기 유기 용매로는 전지의 전기 화학적 반응에 관여하는 이온들이 이동할 수 있는 매질 역할을 할 수 있는 것이라면 특별한 제한없이 사용될 수 있다. 구체적으로 상기 유기 용매로는, 메틸 아세테이트(methyl acetate), 에틸 아세테이트(ethyl acetate), γ-부티로락톤(γ-butyrolactone), ε-카프로락톤(ε-caprolactone) 등의 에스테르계 용매; 디부틸 에테르(dibutyl ether) 또는 테트라히드로퓨란(tetrahydrofuran) 등의 에테르계 용매; 시클로헥사논(cyclohexanone) 등의 케톤계 용매; 벤젠(benzene), 플루오로벤젠(fluorobenzene) 등의 방향족 탄화수소계 용매; 디메틸카보네이트(dimethylcarbonate, DMC), 디에틸카보네이트(diethylcarbonate, DEC), 메틸에틸카보네이트(methylethylcarbonate, MEC), 에틸메틸카보네이트(ethylmethylcarbonate, EMC), 에틸렌카보네이트(ethylene carbonate, EC), 프로필렌카보네이트(propylene carbonate, PC) 등의 카보네이트계 용매; 에틸알코올, 이소프로필 알코올 등의 알코올계 용매; R-CN(R은 C2 내지 C20의 직쇄상, 분지상 또는 환 구조의 탄화수소기이며, 이중결합 방향 환 또는 에테르 결합을 포함할 수 있다) 등의 니트릴류; 디메틸포름아미드 등의 아미드류; 1,3-디옥솔란 등의 디옥솔란류; 또는 설포란(sulfolane)류 등이 사용될 수 있다. 이중에서도 카보네이트계 용매가 바람직하고, 전지의 충방전 성능을 높일 수 있는 높은 이온전도도 및 고유전율을 갖는 환형 카보네이트(예를 들면, 에틸렌카보네이트 또는 프로필렌카보네이트 등)와, 저점도의 선형 카보네이트계 화합물(예를 들면, 에틸메틸카보네이트, 디메틸카보네이트 또는 디에틸카보네이트 등)의 혼합물이 보다 바람직하다. 이 경우 환형 카보네이트와 사슬형 카보네이트는 약 1:1 내지 약 1:9의 부피비로 혼합하여 사용하는 것이 전해액의 성능이 우수하게 나타날 수 있다.As the organic solvent, any solvent that can act as a medium through which ions involved in the electrochemical reaction of the battery can move may be used without particular limitation. Specifically, the organic solvent may include ester solvents such as methyl acetate, ethyl acetate, γ-butyrolactone, and ε-caprolactone; ether solvents such as dibutyl ether or tetrahydrofuran; ketone solvents such as cyclohexanone; aromatic hydrocarbon solvents such as benzene and fluorobenzene; Examples of solvents that can be used include carbonate solvents, such as dimethylcarbonate (DMC), diethylcarbonate (DEC), methylethylcarbonate (MEC), ethylmethylcarbonate (EMC), ethylene carbonate (EC), and propylene carbonate (PC); alcohol solvents, such as ethyl alcohol and isopropyl alcohol; nitriles, such as R-CN (wherein R represents a C2 to C20 linear, branched, or cyclic hydrocarbon group, which may include a double-bonded aromatic ring or an ether bond); amides, such as dimethylformamide; dioxolanes, such as 1,3-dioxolane; and sulfolanes. Among these, a carbonate solvent is preferable, and a mixture of a cyclic carbonate (e.g., ethylene carbonate or propylene carbonate, etc.) having high ionic conductivity and high dielectric constant capable of improving the charge/discharge performance of the battery and a low-viscosity linear carbonate compound (e.g., ethyl methyl carbonate, dimethyl carbonate, or diethyl carbonate, etc.) is more preferable. In this case, the cyclic carbonate and the chain carbonate can be mixed and used in a volume ratio of about 1:1 to about 1:9 to exhibit excellent electrolyte performance.

상기 리튬염은 리튬 이차전지에서 사용되는 리튬 이온을 제공할 수 있는 화합물이라면 특별한 제한 없이 사용될 수 있다. 구체적으로 상기 리튬염은, LiPF6, LiClO4, LiAsF6, LiBF4, LiSbF6, LiAl04, LiAlCl4, LiCF3SO3, LiC4F9SO3, LiN(C2F5SO3)2, LiN(C2F5SO2)2, LiN(CF3SO2)2. LiCl, LiI, 또는 LiB(C2O4)2 등이 사용될 수 있다. 상기 리튬염의 농도는 0.1 내지 2.0M 범위 내에서 사용하는 것이 좋다. 리튬염의 농도가 상기 범위에 포함되면, 전해질이 적절한 전도도 및 점도를 가지므로 우수한 전해질 성능을 나타낼 수 있고, 리튬 이온이 효과적으로 이동할 수 있다.The above lithium salt can be used without any particular limitation as long as it is a compound capable of providing lithium ions used in a lithium secondary battery. Specifically, the lithium salt may be 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 . It is preferable to use the concentration of the lithium salt within the range of 0.1 to 2.0 M. When the concentration of the lithium salt is within the above range, the electrolyte has appropriate conductivity and viscosity, so that it can exhibit excellent electrolyte performance, and lithium ions can move effectively.

상기 전해질에는 상기 전해질 구성 성분들 외에도 전지의 수명특성 향상, 전지 용량 감소 억제, 전지의 방전 용량 향상 등을 목적으로 예를 들어, 디플루오로 에틸렌카보네이트 등과 같은 할로알킬렌카보네이트계 화합물, 피리딘, 트리에틸포스파이트, 트리에탄올아민, 환상 에테르, 에틸렌 디아민, n-글라임(glyme), 헥사메틸인산 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 내지 5 중량%로 포함될 수 있다.In addition to the electrolyte components, the electrolyte may further contain one or more additives, such as, for example, haloalkylene carbonate compounds such as difluoroethylene carbonate, pyridine, triethylphosphite, triethanolamine, cyclic ethers, ethylene diamine, n-glyme, hexamethylphosphoric acid triamide, nitrobenzene derivatives, sulfur, quinone imine dyes, N-substituted oxazolidinones, N,N-substituted imidazolidines, ethylene glycol dialkyl ethers, ammonium salts, pyrrole, 2-methoxy ethanol, or aluminum trichloride, for the purpose of improving the life characteristics of the battery, suppressing battery capacity decrease, and improving the discharge capacity of the battery. In this case, the additives may be contained in an amount of 0.1 to 5 wt% with respect to the total weight of the electrolyte.

상기와 같이 본 발명에 따른 양극 활물질을 포함하는 리튬 이차전지는 우수한 방전 용량, 출력 특성 및 용량 유지율을 안정적으로 나타내기 때문에, 휴대전화, 노트북 컴퓨터, 디지털 카메라 등의 휴대용 기기, 및 하이브리드 전기자동차(hybrid electric vehicle, HEV) 등의 전기 자동차 분야 등에 유용하다.As described above, a lithium secondary battery including a cathode active material according to the present invention stably exhibits excellent discharge capacity, output characteristics, and capacity retention, and is therefore useful in portable devices such as mobile phones, laptop computers, and digital cameras, and electric vehicles such as hybrid electric vehicles (HEVs).

이에 따라, 본 발명의 또 다른 일 구현예는, 상기 리튬 이차전지를 단위 셀로 포함하는 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩을 제공한다. Accordingly, another embodiment of the present invention provides a battery module including the lithium secondary battery as a unit cell and a battery pack including the same.

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

이하, 실시예를 통해서 본 발명의 구현예를 보다 상세하게 설명한다. 다만, 하기의 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일 뿐, 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail through examples. However, the following examples are only preferred embodiments of the present invention, and the present invention is not limited to the following examples.

실시예 1 Example 1

(1) 양극 활물질 제조(1) Manufacturing of positive electrode active material

(혼합) Ni0.6Co0.1Mn0.3(OH)2 조성의 전구체와 상기 전구체의 전이금속에 대한 리튬의 몰비(Li/M)가 1.04 내지 1.08이 되도록 LiOH·H2O를 mixer에 투입하여 기계적으로 혼합하여 혼합물을 형성하였다. (Mixed) A precursor having a composition of Ni 0.6 Co 0.1 Mn 0.3 (OH) 2 and LiOH H 2 O were introduced into a mixer and mechanically mixed so that the molar ratio of lithium to the transition metal of the precursor (Li/M) was 1.04 to 1.08 to form a mixture.

(1차 소성) 이후, 상기 혼합물을 공기(air) 분위기 하에서 열처리를 통해 930℃까지 승온시킨 후, 930℃의 일정 온도로 4시간 동안 소성하여 1차 소성물을 형성하였다.(1st firing) After that, the mixture was heated to 930°C through heat treatment in an air atmosphere, and then fired at a constant temperature of 930°C for 4 hours to form a 1st fired product.

(해쇄) 이후, 상기 1차 소성물을 로터밀을 사용하여 해쇄하였다. (After crushing), the above primary calcined material was crushed using a rotor mill.

(2차 소성) 이후, 상기 해쇄된 1차 소성물을 산소 분위기 하, 930℃의 일정 온도로 10시간 동안 2차 소성하여 단입자 형태의 리튬 전이금속 산화물을 형성하였다. (Secondary calcination) Afterwards, the above-mentioned crushed primary calcined material was subjected to secondary calcination at a constant temperature of 930℃ for 10 hours in an oxygen atmosphere to form a lithium transition metal oxide in the form of single particles.

(2) 리튬 이차 전지 제조(2) Lithium secondary battery manufacturing

극판 제조용 슬러리는 상기 제조된 양극 활물질:도전재(카본블랙, denka black):바인더(PVDF, KF9700) = 95.0 : 2.0 : 3.0 wt%로 혼합하였고, NMP(N-Methyl-2-pyrrolidone)을 첨가하여 고형분이 약 60%가 되도록 점도를 조절하였다. 제조된 슬러리는 20㎛ 두께의 Al 포일상에 Doctor blade를 이용하여 코팅 후, 건조 압연하였다. 전극 로딩량은 16.0 mg/cm2이었으며, 압연밀도(25 ℃, 20kN)는 3.5 g/cm3이었다.The slurry for manufacturing the electrode plate was mixed with the above-mentioned positive electrode active material: conductive material (carbon black, denka black): binder (PVDF, KF9700) = 95.0 : 2.0 : 3.0 wt%, and the viscosity was adjusted so that the solid content was approximately 60% by adding NMP (N-Methyl-2-pyrrolidone). The manufactured slurry was coated on a 20 ㎛ thick Al foil using a doctor blade, and then dry rolled. The electrode loading was 16.0 mg/cm 2 , and the rolling density (25 ℃, 20 kN) was 3.5 g/cm 3 .

전해액은 1M LiPF6 in EC:DMC:DEC=1:2:1(vol%)에, 전해액 총량에 대하여 2.0vol%의 VC를 첨가한 것을 사용하였고, PP 분리막과 리튬 음극(400㎛, Niba metal)을 사용하여 코인 셀을 제조하였다. The electrolyte was 1 M LiPF 6 in EC:DMC:DEC = 1:2:1 (vol%), with 2.0 vol% VC added to the total amount of the electrolyte. Coin cells were manufactured using a PP separator and a lithium anode (400 μm, Niba metal).

비교예 1Comparative Example 1

양극 활물질 제조시, 1차 소성 단계에서 930℃의 일정 온도로 14시간 동안 소성하여 단입자의 리튬 전이금속 산화물을 형성하고, 후속 공정인 해쇄 및 2차 소성을 진행하지 않은 것을 제외하고, 실시예 1과 동일하게 실시하여 양극 활물질을 제조하였다. 이후, 실시예 1과 동일하게 실시하여 리튬 이차 전지를 제조하였다.In the manufacture of a cathode active material, a lithium transition metal oxide particle was formed by firing at a constant temperature of 930°C for 14 hours in the first firing step, and the subsequent processes of disintegration and second firing were not performed, except that the cathode active material was manufactured in the same manner as in Example 1. Thereafter, a lithium secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 1.

아래 표 1은 실시예 1 및 비교예 1의 소성 공정 조건을 정리한 표이다. Table 1 below summarizes the sintering process conditions of Example 1 and Comparative Example 1.

1차 소성 온도
(℃)
1st firing temperature
(℃)
1차 소성 시간
(h)
1st firing time
(h)
2차 소성 온도
(℃)
Second firing temperature
(℃)
2차 소성 시간
(h)
Second firing time
(h)
1차 소성 및 2차 소성 온도 차이(℃)Difference between 1st and 2nd firing temperatures (℃)
실시예 1Example 1 930930 44 930930 1010 00 비교예 1Comparative Example 1 930930 1414 -- -- --

실험예 1: SEM 이미지 관찰Experimental Example 1: Observation of SEM images

실시예 및 비교예에 따라 제조된 양극 활물질의 SEM(주사전자현미경) 이미지를 관찰하였고, 이를 도 1 및 도 2에 나타내었다.SEM (scanning electron microscope) images of the positive electrode active materials manufactured according to the examples and comparative examples were observed, and are shown in FIGS. 1 and 2.

도 1 및 도 2를 참조하면, 실시예 1 및 비교예 1의 양극 활물질은 단입자 형태인 것을 확인할 수 있었다. 또한, 실시예 1의 양극 활물질은 직경이 4 um에 가까운 입자들이 많이 존재하는 반면, 비교예 1의 양극 활물질은 직경이 4 um에 가까운 입자들이 적은 것을 확인할 수 있었다. 이를 통해, 실시예 1이 비교예 1에 비해 단입자 크기 성장이 양호히 이루어진 것을 확인할 수 있었다. Referring to FIGS. 1 and 2, it was confirmed that the positive electrode active materials of Example 1 and Comparative Example 1 were in the form of single particles. In addition, it was confirmed that the positive electrode active material of Example 1 had many particles with a diameter of close to 4 um, whereas the positive electrode active material of Comparative Example 1 had few particles with a diameter of close to 4 um. Through this, it was confirmed that the single particle size growth of Example 1 was better than that of Comparative Example 1.

실험예 2: 활물질 물성 평가Experimental Example 2: Evaluation of Active Material Properties

실시예 및 비교예에 따라 제조된 양극 활물질의 물성을 평가하였고, 이를 아래 표 2에 나타내었다. The properties of the positive electrode active materials manufactured according to the examples and comparative examples were evaluated and are shown in Table 2 below.

(1) 입경 평가(1) Entry evaluation

활물질 분체에 대하여, 레이저 회절법(laser diffraction method)을 최소 입경(Dmin), 평균 입경(D50), 최대 입경(Dmax)을 측정하였다.For the active material powder, the minimum particle diameter (Dmin), average particle diameter (D50), and maximum particle diameter (Dmax) were measured using the laser diffraction method.

(2) 결정립 크기(Crystalite size) 평가(2) Evaluation of crystal grain size

실시예 및 비교예에 따라 제조된 양극 활물질에 대해, XRD data의 peak broadening을 이용하여 가늠할 수 있으며, scherr equation을 통해 정량적으로 계산하여 결정립 크기를 측정하였다. For the positive electrode active materials manufactured according to the examples and comparative examples, the crystal grain size was measured by quantitative calculation using the Scherr equation, which can be estimated using the peak broadening of XRD data.

(3) 9ton 압력 하 1 μm 이하 입경의 미분 비율 평가(3) Evaluation of the fine particle ratio of particle size less than 1 μm under 9 ton pressure

실시예 및 비교예에 따라 제조된 양극 활물질에 대해, 9ton의 압력을 가한 후 1μm 이하 입경의 미분 비율을 평가하였다. For the positive electrode active materials manufactured according to the examples and comparative examples, the fine particle ratio of particle diameters of 1 μm or less was evaluated after applying a pressure of 9 tons.

Dmin
(μm)
Dmin
(μm)
D50
(μm)
D50
(μm)
Dmax
(μm)
Dmax
(μm)
결정립 크기
(nm)
Grain size
(nm)
9ton 압력 하 미분 비율(%) Differential ratio under 9ton pressure (%)
실시예 1Example 1 1.51.5 4.04.0 13.113.1 288288 0.50.5 비교예 1Comparative Example 1 1.51.5 4.04.0 11.011.0 288288 1.81.8

표 2를 참조하면, 1차 및 2차 소성으로 진행하되, 1차 소성 시간이 2차 소성 시간에 비해 짧고, 1차 소성 온도 및 2차 소성 온도간 차이가 작은 실시예 1의 경우, 9ton 압력 하 미분 비율이 적어 입자 강도가 우수한 것을 확인할 수 있었다. 또한, 활물질의 Dmax가 커 단입자의 크기 성장이 양호히 일어난 것을 확인할 수 있었고, 이에 따라 전극 에너지 밀도 향상이 예견되었다.Referring to Table 2, in the case of Example 1, where the first and second firings were performed, but the first firing time was shorter than the second firing time and the difference between the first and second firing temperatures was small, it was confirmed that the fine powder ratio under 9 ton pressure was small and thus the particle strength was excellent. In addition, it was confirmed that the Dmax of the active material was large, so that the size growth of the single particles occurred well, and accordingly, an improvement in the electrode energy density was expected.

반면, 1차 소성만으로 진행된 비교예 1의 경우, 9ton 압력 하 미분 비율이 상대적으로 커 실시예 1에 비해 입자 강도가 열위해지는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 활물질의 Dmax가 실시예 1에 비해 작아 단입자의 크기 성장이 덜 일어난 것을 확인할 수 있었다. On the other hand, in the case of Comparative Example 1, which was conducted only with primary firing, it was confirmed that the particle strength was inferior compared to Example 1 because the differential ratio under 9 ton pressure was relatively large. In addition, it was confirmed that the Dmax of the active material was smaller than in Example 1, so that the size growth of single particles was less.

실험예 3: 리튬 이차 전지 수명 특성 평가Experimental Example 3: Evaluation of Lithium Secondary Battery Life Characteristics

실시예 및 비교예에 따라 제조된 리튬 이차 전지에 대해 수명 특성을 평가하였고, 그 결과를 아래 표 3에 나타내었다. The life characteristics of lithium secondary batteries manufactured according to the examples and comparative examples were evaluated, and the results are shown in Table 3 below.

구체적으로, 수명 특성은 45℃에서, 0.5C 충전 후 1.0C 방전 조건으로 50회 충방전을 수행하였고, 이때 첫번째 사이클 대비 50번째 사이클의 용량 유지율을 측정하였다. Specifically, the life characteristics were measured by performing 50 charge/discharge cycles at 45°C under the conditions of 0.5C charge and 1.0C discharge, and the capacity retention rate of the 50th cycle was measured compared to the first cycle.

수명 특성 (45℃ 50cycle, %)Life characteristics (45℃ 50cycle, %) 실시예 1Example 1 94.494.4 비교예 1Comparative Example 1 93.993.9

표 3을 참조하면, 9ton 압력 하 미분 비율이 적은 실시예 1의 경우, 비교예 1에 비해 전지의 수명 특성이 우수한 것을 확인할 수 있었다. Referring to Table 3, it was confirmed that in the case of Example 1 with a small differential ratio under 9 ton pressure, the battery life characteristics were superior to those of Comparative Example 1.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허 청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다. Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited thereto, and various modifications may be made within the scope of the patent claims, the detailed description of the invention, and the attached drawings, which also fall within the scope of the present invention.

따라서, 본 발명의 실질적인 권리범위는 첨부된 특허 청구범위와 그의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다. Accordingly, the substantial scope of the present invention is defined by the appended claims and their equivalents.

Claims (17)

니켈 함유 전이금속 전구체를 준비하는 단계;
상기 전이금속 전구체 및 리튬 원료물질을 포함하는 혼합물을 형성 후 1차 소성하여 1차 소성물을 형성하는 단계;
상기 1차 소성물을 해쇄하는 단계; 및
상기 해쇄된 1차 소성물을 2차 소성하여 단입자 형태의 리튬 전이금속 산화물을 형성하는 단계를 포함하되,
상기 1차 소성 온도 및 상기 2차 소성 온도 간 차이의 절대값은 30℃ 이하이며, 상기 2차 소성 시간은 상기 1차 소성 시간보다 긴, 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조방법.
A step of preparing a nickel-containing transition metal precursor;
A step of forming a mixture including the above transition metal precursor and lithium raw material and then performing a first firing to form a first fired product;
A step of crushing the above primary sintered material; and
Comprising a step of forming a lithium transition metal oxide in the form of single particles by secondary calcining the above-mentioned crushed primary calcined material,
A method for producing a positive electrode active material for a lithium secondary battery, wherein the absolute value of the difference between the first sintering temperature and the second sintering temperature is 30°C or less, and the second sintering time is longer than the first sintering time.
제1항에 있어서,
상기 1차 소성 온도는 상기 2차 소성 온도보다 높거나 같은 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조방법.
In the first paragraph,
A method for manufacturing a positive electrode active material for a lithium secondary battery, wherein the first sintering temperature is higher than or equal to the second sintering temperature.
제1항에 있어서,
상기 1차 소성 온도 및 상기 2차 소성 온도는 각각 독립적으로 900 내지 950℃인 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조방법.
In the first paragraph,
A method for producing a positive electrode active material for a lithium secondary battery, wherein the first sintering temperature and the second sintering temperature are each independently 900 to 950°C.
제3항에 있어서,
상기 온도 범위 내에서 수행되는 1차 소성 및 2차 소성 수행 시간의 합은 13시간 이상인 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조방법.
In the third paragraph,
A method for manufacturing a cathode active material for a lithium secondary battery, wherein the sum of the first firing and second firing times performed within the above temperature range is 13 hours or longer.
제3항에 있어서,
상기 온도 범위 내에서 수행되는 1차 소성 및 2차 소성 수행 시간의 합은 13 내지 17시간인 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조방법.
In the third paragraph,
A method for manufacturing a cathode active material for a lithium secondary battery, wherein the sum of the first firing and second firing times performed within the above temperature range is 13 to 17 hours.
제1항에 있어서,
상기 1차 소성 시간은 3 내지 6시간인 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조방법.
In the first paragraph,
A method for manufacturing a positive electrode active material for a lithium secondary battery, wherein the first firing time is 3 to 6 hours.
제1항에 있어서,
상기 전이금속 전구체 내 니켈의 함량은 전이금속 전체 몰수 기준 50 내지 70 mol%인 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조방법.
In the first paragraph,
A method for producing a cathode active material for a lithium secondary battery, wherein the content of nickel in the above transition metal precursor is 50 to 70 mol% based on the total mole number of transition metals.
제1항에 있어서,
상기 전이금속 전구체 내 코발트의 함량은 전이금속 전체 몰수 기준 5 내지 20 mol%인 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조방법.
In the first paragraph,
A method for producing a cathode active material for a lithium secondary battery, wherein the content of cobalt in the above transition metal precursor is 5 to 20 mol% based on the total mole number of transition metals.
제1항에 있어서,
상기 리튬 원료물질은 Li2CO3인 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조방법.
In the first paragraph,
The above lithium raw material is a method for manufacturing a cathode active material for a lithium secondary battery, wherein the cathode active material is Li 2 CO 3 .
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항의 제조방법에 따라 제조된 리튬 이차 전지용 양극 활물질.A cathode active material for a lithium secondary battery manufactured according to any one of the manufacturing methods of claims 1 to 9. 제10항에 있어서,
9ton의 압력을 가한 후 1 μm 이하 입경의 미분 비율이 1.2% 이하인 리튬 이차 전지용 양극 활물질.
In Article 10,
A cathode active material for a lithium secondary battery having a fine particle size of 1 μm or less of 1.2% or less after applying a pressure of 9 tons.
제10항에 있어서,
결정립 크기(Crystalite size)가 200 nm 이상인 리튬 이차 전지용 양극 활물질.
In Article 10,
A cathode active material for a lithium secondary battery having a crystallite size of 200 nm or more.
제10항에 있어서,
평균 입경(D50)이 3 μm 이상인 리튬 이차 전지용 양극 활물질.
In Article 10,
A cathode active material for a lithium secondary battery having an average particle size (D50) of 3 μm or more.
제10항에 있어서,
최대 입경(Dmax)이 12 μm 이상인 리튬 이차 전지용 양극 활물질.
In Article 10,
A cathode active material for a lithium secondary battery having a maximum particle size (Dmax) of 12 μm or more.
제10항에 있어서,
하기 화학식 1로 표시되는 리튬 이차 전지용 양극 활물질:
[화학식 1]
Lia[NixCoyMnzMw]O2
상기 화학식 1에서, 0.8≤a≤1.2, 0.5≤x≤0.7, 0.05≤y≤0.2, 0≤z≤0.4, 0≤w≤0.2이고, x+y+z+w=1이고, M은 Zr, Al, B, Y, Mg, Ti, Nb, W, Sc, Si, V, Fe, Y, Mo, Ce, Hf, Ta, La, Sr 또는 이들의 조합이다.
In Article 10,
A cathode active material for a lithium secondary battery represented by the following chemical formula 1:
[Chemical Formula 1]
Li a [Ni x Co y Mn z M w ]O 2
In the chemical formula 1, 0.8≤a≤1.2, 0.5≤x≤0.7, 0.05≤y≤0.2, 0≤z≤0.4, 0≤w≤0.2, x+y+z+w=1, and M is Zr, Al, B, Y, Mg, Ti, Nb, W, Sc, Si, V, Fe, Y, Mo, Ce, Hf, Ta, La, Sr or a combination thereof.
제10항의 양극 활물질을 포함하는 리튬 이차 전지용 양극.A cathode for a lithium secondary battery comprising the cathode active material of claim 10. 제16항의 리튬 이차 전지용 양극을 포함하는 리튬 이차 전지.

A lithium secondary battery comprising the positive electrode for a lithium secondary battery of claim 16.

KR1020230055727A 2023-04-27 Method for preparing cathode active material, cathode active material prepared using the same and lithium secondary battery comprising the same KR20240158692A (en)

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