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KR20190078100A - Manufacturing method of a positive electrode active material for rechargeable battery, and rechargeable battery including positive electrode active material for rechargeable battery manufacture using the same - Google Patents

Manufacturing method of a positive electrode active material for rechargeable battery, and rechargeable battery including positive electrode active material for rechargeable battery manufacture using the same Download PDF

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KR20190078100A
KR20190078100A KR1020170179833A KR20170179833A KR20190078100A KR 20190078100 A KR20190078100 A KR 20190078100A KR 1020170179833 A KR1020170179833 A KR 1020170179833A KR 20170179833 A KR20170179833 A KR 20170179833A KR 20190078100 A KR20190078100 A KR 20190078100A
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남상철
최권영
박종일
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주식회사 포스코
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Abstract

The present invention relates to a manufacturing method of a positive electrode active material for lithium secondary battery. The positive electrode active material manufacturing method includes: a step of preparing lithium composite oxide represented by chemical formula 1, Li_xNi_aCo_bMn_cM1_dO_2; and a step of washing the lithium composite oxide. The washing liquid of the washing step includes lithium hydroxide, tungsten oxide, and a solvent. In chemical formula 1, M1 is at least one of Zr, Ti, Mg, Al, Ni, Mn, Zn, Fe, Cr, Mo, and W; x satisfies the inequation, 0.90 <= x <= 1.07; a satisfies the inequation, 0.83 <= a < 1; b satisfies the inequation, 0 < b <= 0.3; c satisfies the inequation, 0 < c <= 0.3; d satisfies the inequation, 0 < d < 0.01; and a+b+c+d = 1. The present invention is able to achieve high capacity and structural stabilization at the same time.

Description

리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법 및 이를 이용하여 제조된 양극 활물질을 포함하는 리튬 이차 전지{MANUFACTURING METHOD OF A POSITIVE ELECTRODE ACTIVE MATERIAL FOR RECHARGEABLE BATTERY, AND RECHARGEABLE BATTERY INCLUDING POSITIVE ELECTRODE ACTIVE MATERIAL FOR RECHARGEABLE BATTERY MANUFACTURE USING THE SAME}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a lithium secondary battery comprising a lithium secondary battery and a lithium secondary battery including the lithium secondary battery and a lithium secondary battery including the lithium secondary battery. 2. Description of the Related Art [0002] }

본 발명의 구현예는 양극 활물질의 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 양극 활물질을 포함하는 리튬 이차 전지에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 수세 공정에서 코팅 원소를 포함하는 수세액을 이용함으로써 제조 공정성이 향상됨과 동시에 우수한 특성을 갖는 양극 활물질을 제조할 수 있는 방법에 관한 것이다. An embodiment of the present invention relates to a method for producing a cathode active material and a lithium secondary battery comprising the cathode active material produced using the method. More specifically, the manufacturing processability is improved by using a wash liquid containing a coating element in a washing process And a method for producing a cathode active material having excellent characteristics at the same time.

리튬 이차 전지의 구성 요소 중 하나인 양극 활물질은, 전지의 에너지 밀도를 발현하는 데 직접 기여하는 요인이 된다. The cathode active material, which is one of the constituent elements of the lithium secondary battery, contributes directly to the expression of the energy density of the battery.

이와 관련하여, 니켈을 포함하는 양극 활물질의 경우, 니켈(Ni)의 함량이 증가할수록 고용량의 전지를 구현할 수 있기 때문에 최근 이에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.In this regard, in the case of a positive electrode active material containing nickel, since a high capacity battery can be realized as the content of nickel (Ni) increases, recent studies have been actively conducted.

그러나, 니켈을 포함하는 양극 활물질의 경우, 니켈(Ni)의 함량이 높아질수록 구조적으로 불안정해지고, 고온 환경에서 안정성 및 수명 특성이 더욱 악화되는 문제점이 있다. However, in the case of the positive electrode active material containing nickel, the higher the content of nickel (Ni) becomes, the more unstable the structure becomes, and the stability and the life characteristic become worse in a high temperature environment.

따라서, 높은 니켈 함량을 가지면서도 고온 환경에서 저항 특성이 우수하고 구조적인 안정성이 뛰어난 양극 활물질의 개발이 시급하다. Therefore, it is urgent to develop a cathode active material having a high nickel content and excellent resistance characteristics in a high temperature environment and excellent structural stability.

실시예들은 공정성이 우수하면서도 고온 환경에서도 저항 특성이 우수하고 고용량화 및 구조 안정화를 동시에 구현할 수 있는 양극 활물질의 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 양극 활물질을 포함하는 리튬 이차 전지를 제공하기 위한 것이다. The embodiments are to provide a method for producing a cathode active material which is excellent in processability and excellent in resistance characteristics even in a high temperature environment, and can simultaneously realize high capacity and structural stability, and a lithium secondary battery comprising the cathode active material produced using the method.

일 실시예에 따른 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조방법은, 하기 화학식 1로 표시되는 리튬 복합 산화물을 준비하는 단계, 및 상기 리튬 복합 산화물을 수세하는 단계를 포함하고, 상기 수세하는 단계의 수세액은, 수산화 리튬, 산화 텅스텐 및 용매를 포함할 수 있다. A method for preparing a cathode active material for a lithium secondary battery according to an exemplary embodiment of the present invention includes preparing a lithium composite oxide represented by Formula 1 below and washing the lithium composite oxide with water, , Lithium hydroxide, tungsten oxide, and a solvent.

[화학식 1][Chemical Formula 1]

LixNiaCobMncM1dO2 Li x Ni a Co b Mn c M d d O 2

상기 화학식 1에서, M1은 Zr, Ti, Mg, Al, Ni, Mn, Zn, Fe, Cr, Mo 및 W 중 적어도 하나이고, x는 0.90 ≤ x ≤ 1.07, a는 0.83 ≤ a < 1, b는 0 < b ≤ 0.3, c는 0 < c ≤ 0.3, d는 0 < d < 0.01이고, a + b + c + d = 1이다. In the formula 1, M1 is at least one of Zr, Ti, Mg, Al, Ni, Mn, Zn, Fe, Cr, Mo and W, x is 0.90? X? 1.07, a is 0.83? A < 0 <b? 0.3, c is 0 <c? 0.3, d is 0 <d <0.01, and a + b + c + d = 1.

일 실시예에 따른 리튬 이차 전지는, 양극, 음극 및 전해질을 포함하고, 상기 양극은, 본 개시의 일 실시예에 따른 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조방법에 의해 제조된 양극 활물질을 포함할 수 있다.The lithium secondary battery according to an embodiment may include a cathode, a cathode, and an electrolyte, and the cathode may include a cathode active material prepared by a method for producing a cathode active material for a lithium secondary battery according to an embodiment of the present disclosure .

실시예들에 따라 제조된 리튬 이차 전지용 양극 활물질은, 고온 환경에서도 우수한 저항 특성을 가지며, 충방전 사이클 진행 후에도 저항 증가율을 최소화할 수 있다.The cathode active material for a lithium secondary battery manufactured according to the embodiments has excellent resistance characteristics even in a high temperature environment and can minimize the rate of increase in resistance even after a charge / discharge cycle.

또한, 실시예들에 따라 양극 활물질을 제조하는 경우 활물질 제조의 공정성이 우수하면서도 수명 특성이 향상된 양극 활물질을 제조할 수 있다. In addition, when the cathode active material is manufactured according to the embodiments, the cathode active material having improved processability and improved lifetime characteristics can be manufactured.

도 1은 실시예 2 내지 3, 비교예 1 및 참고예 1에 따라 제조된 리튬 이차 전지에 적용된 양극 활물질의 구조 안정성을 확인하기 위한 측정 결과이다. FIG. 1 shows measurement results for confirming the structural stability of a cathode active material applied to a lithium secondary battery produced according to Examples 2 to 3, Comparative Example 1 and Reference Example 1. FIG.

이하, 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.Below, The present invention may be embodied in other specific forms without departing from the spirit or essential characteristics thereof. The present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein.

또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Also, throughout the specification, when an element is referred to as "including" an element, it is understood that the element may include other elements as well, without departing from the other elements unless specifically stated otherwise.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 양극 활물질의 제조 방법을 설명하기로 한다.Hereinafter, a method of manufacturing a cathode active material according to an embodiment of the present invention will be described.

일 실시예에 따른 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법은, 리튬 복합 산화물을 준비하는 단계 및 상기 리튬 복합 산화물을 수세하는 단계를 포함할 수 있다.The method for preparing a cathode active material for a lithium secondary battery according to an exemplary embodiment may include preparing a lithium composite oxide and washing the lithium composite oxide.

먼저, 리튬 복합 산화물을 준비하는 단계를 설명한다. First, a step of preparing a lithium composite oxide will be described.

본 실시예에서, 상기 리튬 복합 산화물은, 하기 화학식 1로 표시될 수 있다.In the present embodiment, the lithium composite oxide may be represented by the following general formula (1).

[화학식 1][Chemical Formula 1]

LixNiaCobMncM1dO2 Li x Ni a Co b Mn c M d d O 2

상기 화학식 1에서, M1은 Zr, Ti, Mg, Al, Ni, Mn, Zn, Fe, Cr, Mo 및 W 중 적어도 하나이고, x는 0.90 ≤ x ≤ 1.07, a는 0.83 ≤ a < 1, b는 0 < b ≤ 0.3, c는 0 < c ≤ 0.3, d는 0 < d < 0.01이고, a + b + c + d = 1이다.In the formula 1, M1 is at least one of Zr, Ti, Mg, Al, Ni, Mn, Zn, Fe, Cr, Mo and W, x is 0.90? X? 1.07, a is 0.83? A < 0 <b? 0.3, c is 0 <c? 0.3, d is 0 <d <0.01, and a + b + c + d = 1.

이때, 상기 a는 0.85 ≤ a < 1 보다 구체적으로, 0.90 ≤ a < 1일 수 있다.In this case, a may be 0.90? A <1, more specifically 0.85? A <1.

또한, 상기 b는 0 < b ≤ 0.2 또는 0 < b ≤ 0.1 일수 있고, c는 0 < c ≤ 0.2 또는 0 < c ≤ 0.1일 수 있다. B may be 0 <b? 0.2 or 0 <b? 0.1, and c may be 0 <c? 0.2 or 0 <c? 0.1.

화학식 1에서 a가 0.83 미만인 경우 수분에 양극 활물질이 수분에 취약해 지며, 표면의 잔류 리튬 함량이 급격히 높아지는 문제점이 있다. 또한, 이러한 양극 활물질을 전지에 채용하는 경우 상온에서 초기 저항이 급격히 높아진다.When a is less than 0.83 in formula (1), the cathode active material becomes susceptible to moisture in the water, and the residual lithium content on the surface rapidly increases. Further, when such a cathode active material is employed in a battery, the initial resistance rapidly increases at room temperature.

따라서, 본 실시예와 같이 화학식 1에서 Ni의 몰비인 a의 범위는 상기 범위를 만족하는 것이 바람직하다. 이러한 조성을 갖는 본 실시예의 양극 활물질은 부피당 에너지 밀도가 높아지므로 이를 적용하는 전지의 용량을 향상시킬 수 있으며, 600km 이상 주행거리의 전기 자동차 용으로 사용하기에도 적합하다.Therefore, as in this embodiment, it is preferable that the range of a, which is the molar ratio of Ni in Chemical Formula 1, satisfies the above range. Since the cathode active material of this embodiment having such a composition has a high energy density per volume, it is possible to improve the capacity of a battery to which the cathode active material is applied and is also suitable for use in an electric vehicle having a traveling distance of 600 km or more.

또한, 상기 니켈계 리튬 금속 산화물은, 니켈의 몰 함량이 일정한 영역인 코어부, 및 상기 코어부의의 외면을 둘러싸고, 상기 코어부와의 경계면으로부터 최외곽에 이르는 방향으로, 니켈의 몰 함량이 점진적으로 감소하는 농도 구배(gradient)가 존재하는 쉘부로 이루어진 입자일 수 있다. The nickel-based lithium metal oxide preferably has a core portion which is a region where a molar amount of nickel is constant and a nickel portion which surrounds the outer surface of the core portion and has a molar content of nickel gradually from the interface with the core portion to the outermost portion Lt; RTI ID = 0.0 &gt; a &lt; / RTI &gt; concentration gradient.

앞서 언급한 바와 같이, 니켈계 리튬 금속 산화물은, 니켈(Ni)의 함량이 높아질수록 구조적으로 불안정해지는 문제가 있다. 그러나, 본 실시예에서는 리튬 복합 산화물로 CSG 형태를 가지는 니켈계 리튬 금속 산화물 입자를 이용하는 바, 구조를 안정화하는 데 유리하다.As mentioned above, there is a problem that the nickel-based lithium metal oxide becomes structurally unstable as the content of nickel (Ni) increases. However, in this embodiment, nickel-based lithium metal oxide particles having a CSG form as the lithium composite oxide are used, which is advantageous for stabilizing the structure.

구체적으로, 상기 CSG 형태는, 코어부에서 니켈의 고농도가 일정하게 유지되고, 쉘부에서 니켈의 농도가 급강하되는 코어-쉘 농도구배(Core-Shell Gradient, CSG)가 존재하는 것이다. 따라서, 코어부 내 니켈의 몰 함량은 높게 유지하여 고용량화 하면서도, 쉘부 내 니켈의 몰 함량은 감소시키되 이종 금속(예를 들어, Mn, Co, Al 등)의 몰 함량을 증가시켜 구조를 안정화할 수 있다.Specifically, the CSG type has a core-shell gradient (CSG) in which a high concentration of nickel is constantly maintained in the core portion and a concentration of nickel is reduced in the shell portion. Therefore, while the molar content of nickel in the core portion is kept high, the molar content of nickel in the shell portion is decreased while the molar content of the different metals (e.g., Mn, Co, Al, etc.) is increased while stabilizing the structure have.

전술한 것과 같은 리튬 복합 산화물을 준비한 후, 상기 리튬 복합 산화물을 수세하는 단계를 수행한다. After preparing the lithium composite oxide as described above, the step of washing the lithium composite oxide is performed.

상기 수세하는 단계의 수세액은, 수산화 리튬(LiOH), 산화 텅스텐(WO3) 및 용매를 포함할 수 있다. The washing liquid in the washing step may include lithium hydroxide (LiOH), tungsten oxide (WO 3 ) and a solvent.

상기 수세액에서 수산화 리튬은 양성자 교환(Proton exchange)을 막아 주기 때문에 양극 활물질의 표면을 보호하는 역할을 한다. 따라서, 본 실시예와 같은 방법으로 제조되어 코팅층이 형성된 양극 활물질을 채용한 전지의 초기 용량 및 수명 특성을 향상시킬 수 있다. Lithium hydroxide in the wash liquor protects the surface of the cathode active material because it prevents proton exchange. Accordingly, it is possible to improve the initial capacity and lifetime characteristics of a battery employing a cathode active material manufactured by the same method as the present embodiment and having a coating layer formed thereon.

상기 수세액 내 상기 수산화 리튬의 함량은, 예를 들면, 상기 리튬 복합 산화물 100 중량부를 기준으로, 0.05 중량부 내지 0.2 중량부, 보다 구체적으로, 0.07 중량부 내지 0.15 중량부일 수 있다. 수세액 내 수산화 리튬의 함량이 0.05 중량부 미만이면, 수산화 리튬을 이용하여 수세 공정을 진행하는 것에 따른 이점이 없다. 또한, 수세액 내 수산화 리튬의 함량이 0.2 중량부를 초과하면, 제조된 양극 활물질 표면의 잔류리튬 제거 효과가 미미하여 초기저항 수치가 커지는 문제점이 있다.The content of lithium hydroxide in the washing liquid may be, for example, from 0.05 to 0.2 parts by weight, more specifically from 0.07 to 0.15 parts by weight, based on 100 parts by weight of the lithium composite oxide. If the content of lithium hydroxide in the washing liquid is less than 0.05 parts by weight, there is no advantage in that the washing process is carried out using lithium hydroxide. If the content of lithium hydroxide in the washing liquid exceeds 0.2 parts by weight, the residual lithium removal effect on the surface of the produced positive electrode active material is insignificant and the initial resistance value becomes large.

상기 수세액 내 상기 수산화 리튬 및 상기 산화 텅스텐의 중량비는 1:4 내지 1:30, 보다 구체적으로 1:5 내지 1:18 범위일 수 있다. 수산화 리튬 및 산화 텅스텐의 중량비가 상기 범위를 만족하는 경우, 수세액 제조시 텅스텐이 완전히 용해되어 텅스텐산리튬으로 변화되지 않는다. 즉, 상기와 같은 중량비로 수산화 리튬 및 산화 텅스텐을 혼합하여 수세액을 제조한 후 양극 활물질의 수세 공정을 진행하는 경우, 이를 적용한 리튬 이차 전지의 초기 저항을 현저하게 저감시킬 수 있는 장점이 있다. 즉, 상기 산화 텅스텐은 양극 활물질의 초기저항을 낮춰주는 역할을 한다. 이와 같이 산화 텅스텐을 포함하는 수세액을 이용하여 양극 활물질을 제조하는 경우, 양극 활물은 표면에 텅스텐을 포함하는 코팅층이 형성된 양극 활물질을 얻을 수 있다. The weight ratio of lithium hydroxide and tungsten oxide in the wash liquor may range from 1: 4 to 1:30, more specifically from 1: 5 to 1:18. When the weight ratio of lithium hydroxide and tungsten oxide satisfies the above range, tungsten is completely dissolved in the preparation of the wash liquor and is not changed to lithium tungstate. That is, when lithium hydroxide and tungsten oxide are mixed at the same weight ratio to prepare a washing solution and the washing process of the cathode active material is performed, the initial resistance of the lithium secondary battery can be remarkably reduced. That is, the tungsten oxide serves to lower the initial resistance of the cathode active material. When the positive electrode active material is prepared by using the washing liquid containing tungsten oxide as described above, the positive electrode active material can obtain a positive electrode active material having a coating layer containing tungsten on its surface.

또한, 상기 수세액 내 상기 용매의 함량은, 상기 리튬 복합 산화물 100 중량부를 기준으로, 50 중량부 내지 200 중량부, 보다 구체적으로 75 중량부 내지 120 중량부일 수 있다. 수세액 내 용매의 함량이 50 중량부 미만이면, 잔류리튬 제거 효과가 미미하다. 또한, 수세액 내 수산화 리튬의 함량이 200 중량부를 초과하면, 양성자 교환(Proton exchange)이 급격히 일어나 양극 활물질의 초기 용량 및 수명 특성을 저하시키는 문제가 있다. The content of the solvent in the washing solution may be 50 parts by weight to 200 parts by weight, more specifically 75 parts by weight to 120 parts by weight, based on 100 parts by weight of the lithium composite oxide. If the content of the solvent in the washing liquid is less than 50 parts by weight, the residual lithium removal effect is insignificant. Further, when the content of lithium hydroxide in the washing liquid exceeds 200 parts by weight, proton exchange rapidly occurs, which lowers the initial capacity and lifetime characteristics of the cathode active material.

상기 용매로는 예를 들면, 증류수, 에탄올 및 메탄올 중 적어도 하나를 사용할 수 있다. As the solvent, for example, at least one of distilled water, ethanol and methanol may be used.

일반적으로, Ni, Co, 및 Mn을 포함하는 리튬 복합 산화물의 표면에는 주로 반응에 참여하지 못하는 탄산리튬(Li2CO3) 및 수산화 리튬(LiOH) 형태의 리튬이 불가피하게 존재하며, 이를 잔류 리튬으로 칭한다. In general, lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) and lithium hydroxide (LiOH) lithium inevitably exist in the surface of the lithium composite oxide containing Ni, Co, and Mn inevitably, .

이처럼 잔류 리튬이 표면에 존재하는 리튬 복합 산화물을 양극 활물질로써 양극에 적용한 전지는, 충방전 중 잔류 리튬에 의한 기체(Gas) 발생이 야기되어, 초기 용량 감소, 초기 충방전 효율 감소 등의 문제가 있다. The battery in which the lithium composite oxide having the residual lithium on the surface is applied to the positive electrode as the positive electrode active material causes generation of gas by the residual lithium during charging and discharging, and problems such as the initial capacity decrease and the initial charge- have.

따라서, 본 실시예에서는 전술한 것과 같은 용매를 포함하는 수세액을 이용한 수세 공정을 수행함으로써 양극 활물질 표면의 잔류 리튬을 효과적으로 제거할 수 있다. Therefore, in this embodiment, the residual lithium on the surface of the positive electrode active material can be effectively removed by performing the washing step using the washing liquid containing the solvent as described above.

본 실시예에서, 상기 리튬 복합 산화물을 수세하는 단계는, 상기 수세액에 상기 리튬 복합 산화물을 투입한 후 교반하여 슬러리를 제조하는 단계 및 상기 슬러리를 여과하여 수세된 리튬 복합 산화물을 수득하는 단계를 포함할 수 있다. In the present embodiment, the step of washing the lithium composite oxide comprises a step of adding the lithium composite oxide to the washing solution and stirring to produce a slurry, and a step of filtering the slurry to obtain a washed lithium composite oxide .

이때, 상기 수세액에 상기 리튬 복합 산화물을 투입한 후 교반하여 슬러리를 제조하는 단계는, 5℃ 내지 25 ℃의 온도 범위에서, 1분 내지 60분 동안, 50 rpm 내지 200 rpm의 교반 속도로 수행될 수 있다. 이는 양극 활물질 표면의 잔류 리튬을 제거하면서도 그 내부의 리튬 손실을 방지하기에 충분한 수행 시간과 교반 속도이지만, 이에 한정되는 것은 아니다. At this time, the step of adding the lithium composite oxide to the washing liquid and stirring to prepare a slurry is carried out at a temperature range of 5 ° C to 25 ° C for 1 minute to 60 minutes at a stirring rate of 50 rpm to 200 rpm . This is a sufficient time for carrying out the removal of residual lithium on the surface of the positive electrode active material while preventing lithium loss therein, and the stirring speed is not limited thereto.

다음으로, 상기 슬러리를 여과하여, 수세된 리튬 복합 산화물을 수득하는 단계 이후에, 상기 수세된 리튬 복합 산화물을 건조하는 단계를 더 포함할 수 잇다.Next, the step of filtering the slurry to obtain a washed lithium complex oxide may further include a step of drying the washed lithium complex oxide.

상기 수세된 리튬 복합 산화물을 건조하는 단계는, 80℃ 내지 300℃의 온도 범위에서, 1 시간 내지 30 시간 동안 수행될 수 있다. 이는 상기 수세액으로 처리된 양극 활물질의 표면에 남아있는 수분 등을 제거하기에 충분한 온도 및 시간 범위이지만, 이에 한정되는 것은 아니다.The step of drying the washed lithium composite oxide may be performed at a temperature ranging from 80 캜 to 300 캜 for 1 hour to 30 hours. This is a temperature and a time range sufficient to remove moisture and the like remaining on the surface of the cathode active material treated with the washing liquid, but is not limited thereto.

본 실시예에서는, 상기 리튬 복합 산화물을 수세하는 단계 이후에, 상기 수세된 리튬 복합 산화물을 열처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.In this embodiment, the method may further include a step of heat-treating the washed lithium composite oxide after the step of washing the lithium composite oxide.

이때, 상기 수세된 리튬 복합 산화물을 열처리하는 단계는, 예를 들면, 200℃ 내지 800℃의 온도 범위에서, 1 시간 내지 10 시간 동안, 공기(Air), 산소(O2) 또는 질소(N2) 분위기에서 수행될 수 있다. 이는, 수세 공정을 거친 양극 활물질을 열처리함으로써 그 성능을 더욱 개선하기에 충분한 온도 및 시간 범위이지만, 이에 한정되는 것은 아니다.At this time, the step of heat-treating the washed lithium composite oxide may be performed by heating air, oxygen (O 2 ), or nitrogen (N 2 , for example) at a temperature of 200 ° C. to 800 ° C. for 1 hour to 10 hours ) Atmosphere. This is a temperature and a time range sufficient to further improve the performance of the cathode active material subjected to the washing step, but the present invention is not limited thereto.

본 실시예에서는 리튬 복합 산화물을 준비한 후, 수산화 리튬, 산화 텅스텐 및 용매를 포함하는 수세액을 이용하여 수세 공정을 수행한다. In this embodiment, after the lithium composite oxide is prepared, the water washing step is performed using a wash solution containing lithium hydroxide, tungsten oxide and a solvent.

전술한 방법으로 제조된 양극 활물질은 리튬 이차 전지의 양극에 유용하게 사용될 수 있다. 즉, 일 실시예에 따른 리튬 이차 전지는 음극과 함께 전술한 방법으로 제조된 양극 활물질을 포함하는 양극 및 전해질을 포함한다.The cathode active material prepared by the above-described method can be usefully used for the anode of a lithium secondary battery. That is, the lithium secondary battery according to one embodiment includes a cathode and an electrolyte including a cathode active material prepared by the above-described method together with a cathode.

일 실시예에 따른 리튬 이차 전지는, 양극, 음극, 그리고 상기 양극 및 음극 사이에 배치된 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체를 포함할 수 있다. 이러한 전극 조립체는 와인딩되거나 접혀서 케이스에 수용됨으로써 리튬 이차 전지를 구성한다.The lithium secondary battery according to an embodiment may include an electrode assembly including an anode, a cathode, and a separator disposed between the anode and the cathode. Such an electrode assembly is wound or folded and accommodated in a case to constitute a lithium secondary battery.

이때, 케이스는 원통형, 각형, 박막형 등의 형태를 가질 수 있으며, 적용하고자 하는 장치의 종류에 따라 적절하게 변형할 수 있다. At this time, the case may have a cylindrical shape, a square shape, a thin film shape, or the like, and may be appropriately modified according to the type of apparatus to be applied.

상기 음극은, 음극 활물질, 바인더 및 선택적으로 도전재를 혼합하여 음극 활물질층 형성용 조성물을 제조한 후, 이를 구리 등의 음극 집전체에 도포하여 제조될 수 있다.The negative electrode may be prepared by preparing a composition for forming a negative electrode active material layer by mixing a negative electrode active material, a binder and a conductive material, and then applying the composition to an anode current collector such as copper.

상기 음극 활물질로는, 리튬을 인터칼레이션/디인터칼레이션할 수 있는 재료가 사용되고, 예를 들면, 리튬 금속이나 리튬 합금, 코크스, 인조 흑연, 천연 흑연, 유기 고분자 화합물 연소체, 탄소 섬유 등을 사용한다.As the negative electrode active material, a material capable of intercalating / deintercalating lithium is used. Examples of the negative active material include lithium metal, lithium alloy, coke, artificial graphite, natural graphite, Lt; / RTI &gt;

상기 바인더로는 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로오스/스티렌-부타디엔러버, 히드록시프로필렌셀룰로오스, 디아세틸렌셀룰로오스, 폴리비닐클로라이드, 폴리비닐피롤리돈, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 바인더는 상기 음극 활물질층 형성용 조성물의 총량에 대하여 1 중량% 내지 30 중량%로 혼합될 수 있다.Examples of the binder include polyvinyl alcohol, carboxymethylcellulose / styrene-butadiene rubber, hydroxypropylene cellulose, diacetylene cellulose, polyvinyl chloride, polyvinylpyrrolidone, polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, polyethylene Polypropylene and the like can be used, but the present invention is not limited thereto. The binder may be mixed in an amount of 1% by weight to 30% by weight based on the total amount of the composition for forming the anode active material layer.

상기 도전재로는 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 구체적으로는 천연 흑연, 인조 흑연 등의 흑연; 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본 블랙; 탄소 섬유, 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다. 상기 도전재는 상기 음극 활물질층 형성용 조성물의 총량에 대하여 0.1 중량% 내지 30 중량%로 혼합될 수 있다.The conductive material is not particularly limited as long as it has electrical conductivity without causing chemical changes in the battery, and specifically includes graphite such as natural graphite and artificial graphite; Carbon black such as acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and summer black; Conductive fibers such as carbon fiber and metal fiber; Metal powders such as carbon fluoride, aluminum, and nickel powder; Conductive whiskey such as zinc oxide and potassium titanate; Conductive metal oxides such as titanium oxide; Conductive materials such as polyphenylene derivatives and the like can be used. The conductive material may be mixed in an amount of 0.1% by weight to 30% by weight based on the total amount of the composition for forming the negative electrode active material layer.

상기 양극은, 일 실시예에 따라 제조된 리튬 이차 전지용 양극 활물질을 포함할 수 있다.The anode may include a cathode active material for a lithium secondary battery manufactured according to an embodiment.

즉, 전술한 방법으로 제조된 양극 활물질, 바인더 및 선택적으로 도전재를 혼합하여 양극 활물질층 형성용 조성물을 제조한 후, 이 조성물을 알루미늄 등의 양극 집전체에 도포하여 제조할 수 있다. 또한, 도전재, 결합제 및 용매는 전술한 음극의 경우와 동일하게 사용된다.That is, the cathode active material prepared by the above-described method, a binder and optionally a conductive material are mixed to prepare a composition for forming a cathode active material layer, and the composition is applied to a cathode current collector such as aluminum. The conductive material, the binder and the solvent are used in the same manner as in the case of the above-mentioned negative electrode.

상기 리튬 이차 전지에 충진되는 전해질로는 비수성 전해질 또는 공지된 고체 전해질 등을 사용할 수 있으며, 리튬염이 용해된 것을 사용할 수 있다.As the electrolyte to be filled in the lithium secondary battery, a non-aqueous electrolyte or a known solid electrolyte may be used, and a lithium salt dissolved therein may be used.

상기 리튬염은, 예를 들면, LiPF6, LiBF4, LiSbF6, LiAsF6, LiClO4, LiCF3SO3, Li(CF3SO2)2N, LiC4F9SO3, LiSbF6, LiAlO4, LiAlCl4, LiCl, 및 LiI로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다. The lithium salt may be, for example, LiPF 6 , LiBF 4 , LiSbF 6 , LiAsF 6 , LiClO 4 , LiCF 3 SO 3 , Li (CF 3 SO 2 ) 2 N, LiC 4 F 9 SO 3 , LiSbF 6 , LiAlO 4 , LiAlCl 4 , LiCl, and LiI may be used.

상기 비수성 전해질의 용매로는, 예를 들면, 에틸렌카보네이트, 프로필렌카보네이트, 부틸렌카보네이트, 비닐렌카보네이트 등의 환상 카보네이트; 디메틸카보네이트, 메틸에틸카보네이트, 디에틸카보네이트 등의 쇄상 카보네이트; 아세트산메틸, 아세트산에틸, 아세트산프로필, 프로피온산메틸, 프로피온산에틸, γ-부티로락톤 등의 에스테르류; 1,2-디메톡시에탄, 1,2-디에톡시에탄, 테트라히드로푸란, 1,2-디옥산, 2-메틸테트라히드로푸란 등의 에테르류; 아세토니트릴 등의 니트릴류; 디메틸포름아미드 등의 아미드류 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이들을 단독 또는 복수 개를 조합하여 사용할 수 있다. 특히, 환상 카보네이트와 쇄상 카보네이트와의 혼합 용매를 바람직하게 사용할 수 있다.Examples of the solvent of the non-aqueous electrolyte include cyclic carbonates such as ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, and vinylene carbonate; Chain carbonates such as dimethyl carbonate, methyl ethyl carbonate and diethyl carbonate; Esters such as methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate and? -Butyrolactone; Ethers such as 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, tetrahydrofuran, 1,2-dioxane and 2-methyltetrahydrofuran; Nitriles such as acetonitrile; Amides such as dimethylformamide, and the like can be used, but the present invention is not limited thereto. These may be used singly or in combination. Particularly, a mixed solvent of cyclic carbonate and chain carbonate can be preferably used.

또한 전해질로서, 폴리에틸렌옥시드, 폴리아크릴로니트릴 등의 중합체 전해질에 전해액을 함침한 겔상 중합체 전해질이나, LiI, Li3N 등의 무기 고체 전해질이 가능하다.As the electrolyte, a gelated polymer electrolyte in which an electrolyte solution is impregnated with a polymer electrolyte such as polyethylene oxide or polyacrylonitrile, or an inorganic solid electrolyte such as LiI or Li 3 N can be used.

상기 세퍼레이터는 내화학성 및 소수성의 폴리프로필렌 등의 올레핀계 폴리머; 유리섬유, 폴리에틸렌 등으로 만들어진 시트나 부직포 등이 사용될 수 있다. 전해액으로 폴리머 등의 고체 전해액이 사용되는 경우 고체 전해액이 분리막을 겸할 수도 있다.The separator may be an olefin-based polymer such as polypropylene, which is chemically resistant and hydrophobic; A sheet or a nonwoven fabric made of glass fiber, polyethylene or the like can be used. When a solid electrolyte such as a polymer is used as the electrolytic solution, the solid electrolytic solution may also serve as a separation membrane.

이하에서는 실험예를 통하여 본 발명을 좀더 상세하게 설명한다. 이러한 실험예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to experimental examples. These experimental examples are only for illustrating the present invention, and the present invention is not limited thereto.

실시예Example 1  One

(1) 양극 활물질의 제조(1) Preparation of cathode active material

Ni, Co, 및 Mn 농도가 서로 다른 제1 및 제2 금속염 수용액을 제조하였다.The first and second metal salt aqueous solutions having different concentrations of Ni, Co, and Mn were prepared.

코어부 형성을 위한 제1 금속염 수용액은, 증류수 내에서 (Ni0 . 98Co0 . 02)(OH)2의 화학양론적 몰비를 만족하도록 상기 각 원소의 원료 물질을 혼합하였다. 이와 독립적으로, 쉘부 형성을 위한 제2 금속염 수용액은, 증류수 내에서 (Ni0.7Co0.2Mn0.1)(OH)2의 화학양론적 몰비를 만족하도록 상기 각 원소의 원료 물질을 혼합하였다. First aqueous metal salt solution for the core portion is formed, the raw materials of the respective elements were mixed in distilled water (Ni 0. 98 Co 0. 02) (OH) so as to satisfy the stoichiometric molar ratio of 2. Independently, the second metal salt aqueous solution for forming the shell part was mixed with the raw materials of the respective elements so as to satisfy the stoichiometric molar ratio of (Ni 0.7 Co 0.2 Mn 0.1 ) (OH) 2 in the distilled water.

다음, 공침 반응기에 제1 금속염 수용액을 서서히 투입하여 적정량이 투입되면, 제2 금속염 수용액을 서서히 투입하여 공침 화합물을 제조한 후 침전물을 여과 및 세척하여 양극 활물질 전구체를 제조하였다. Next, when the first metal salt aqueous solution was slowly added to the coprecipitation reactor and a proper amount of the first metal salt aqueous solution was added, the second metal salt aqueous solution was slowly added to prepare a coprecipitated compound, and the precipitate was filtered and washed to prepare a cathode active material precursor.

이때, 침전제인 수산화나트륨(NaOH) 및 수산화암모늄(NH4OH)을 1.9:1 내지 2.2:1의 몰비로 혼합된 용액을 제조한 후 제1 금속염 수용액 및 제2 금속염 수용액이 각각 투입될 때 함께 투입한다.At this time, a mixed solution of sodium hydroxide (NaOH) and ammonium hydroxide (NH 4 OH) as precipitants at a molar ratio of 1.9: 1 to 2.2: 1 is prepared, and then the first metal salt aqueous solution and the second metal salt aqueous solution .

상기 양극 활물질 전구체에 리튬염인 LiOH·H2O(삼전화학, battery grade)를 전구체: 리튬염의 몰비가 1:1.05이 되도록 각각 혼합한 후 소성하여 전체 조성이 Li(Ni0.9Co0.07Mn0.03)O2 인 코어-쉘 구조의 리튬 복합 산화물 입자를 제조하였다.LiOH.H 2 O (battery grade), which is a lithium salt, was mixed with the precursor of the cathode active material precursor so that the molar ratio of the precursor: lithium salt was 1: 1.05 and then fired to form Li (Ni 0.9 Co 0.07 Mn 0.03 ) O 2 core-shell structure.

이때, 상기 소성체는, 코어부의 경계면으로부터 쉘부 최외곽에 이르는 방향으로 Ni 몰 함량이 점진적으로 감소하는 농도 구배가 있는 것이며, 상기 코어부의 Ni의 농도를 100 몰%로 볼 때, 상기 쉘부 최외곽의 Ni 농도는 70 몰%까지 서서히 감소하도록 제조하였다. At this time, the sintered body has a concentration gradient in which the Ni mole content gradually decreases in a direction from the interface of the core portion to the outermost portion of the shell portion. When the Ni concentration in the core portion is taken as 100 mol% Of Ni concentration was gradually decreased to 70 mol%.

수세 공정을 위해, LiOH, WO3을 증류수(D.I. water)에 넣고 3분간 용해 시켜 수세액을 제조하였다. 이때, LiOH, WO3을 증류수(D.I. water)의 함량은 하기 표 1에 기재된 것과 같다.For the washing process, LiOH and WO 3 were dissolved in distilled water (DI water) for 3 minutes to prepare a washing solution. At this time, the contents of LiOH, WO 3 and distilled water (DI water) are as shown in Table 1 below.

상기 수세액에 상기 전체 조성이 Li(Ni0.9Co0.07Mn0.03)O2 인 코어-쉘 구조의 리튬 복합 산화물 입자 1300g을 넣고 10 분 동안 교반하여 슬러리를 제조하였다. 이후, 상기 슬러리를 여과한 다음, 130 ℃의 진공 건조기에서 4시간 동안 건조시킨 후 300℃ 에서 5시간 열처리하여 최종적으로 수세 처리가 완료된 양극 활물질을 얻었다.The total composition of the washing liquid is Li (Ni 0.9 Co 0.07 Mn 0.03 ) O 2 1300 g of lithium complex oxide particles having an in-core-shell structure were added and stirred for 10 minutes to prepare a slurry. Thereafter, the slurry was filtered, dried in a vacuum dryer at 130 ° C for 4 hours, and then heat-treated at 300 ° C for 5 hours to obtain a cathode active material which was finally washed.

(2) 리튬 이차 전지의 제조(2) Production of lithium secondary battery

전지화학 평가를 위하여 상기 (1)에서 제조된 양극 활물질과, 바인더(PVDF) 및 도전재(Denka black)를 양극 활물질:바인더:도전재의 중량비가 96.5:1.5:2가 되도록 준비한 후, N-메틸-2-피롤리돈 용매에서 균일하게 혼합하여 슬러리로 제조하였다.The cathode active material prepared in the above (1), the binder (PVDF) and the conductive material (Denka black) were prepared so that the weight ratio of the cathode active material: binder: conductive material was 96.5: 1.5: 2, -2-pyrrolidone solvent to prepare a slurry.

이 슬러리를 알루미늄 호일에 고르게 도포한 후 롤프레스에서 압착하고 100 진공오븐에서 12시간 진공 건조하여 양극을 제조하였다. This slurry was evenly applied to an aluminum foil, followed by compression in a roll press and vacuum drying in a 100 vacuum oven for 12 hours to prepare a positive electrode.

상대 전극으로 Li-metal을 사용하고, 전해액으로 EC:EMC = 1:2인 혼합용매에 1몰의 LiPF6용액을 액체 전해액으로 사용하여 통상적인 제조방법에 따라 2032 반쪽 전지(half coin cell) 형태로 리튬 이차 전지를 제조하였다.Li-metal was used as a counter electrode, and 1 mole of LiPF 6 solution was used as a liquid electrolyte in a mixed solvent of EC: EMC = 1: 2 as an electrolytic solution, and the resultant was formed into a 2032 half coin cell To prepare a lithium secondary battery.

실시예Example 1 내지 6 및  1 to 6 and 비교예Comparative Example 1 내지 11 1 to 11

실시예 1의 (1)과 동일한 방법으로 하되 원료 물질의 화학양론적 비를 조절하여 하기 표 1에 기재된 것과 같은 전체 조성을 갖는 리튬 복합 산화물 입자를 제조하였다. 다음, 하기 표 1에 기재된 것과 같이 LiOH 및 WO3의 함량을 조절하여 수세액을 제조하고 상기 수세액을 이용하여 수세 공정을 진행한 것을 제외하고는 실시예 1의 (1)과 동일한 방법으로 양극 활물질을 제조한 후 실시예 1의 (2)와 동일한 방법으로 리튬 이차 전지를 제조하였다. The lithium composite oxide particles having the total composition as shown in Table 1 below were prepared by the same method as in (1) of Example 1 except that the stoichiometric ratio of the starting materials was controlled. Next, the same procedure as in (1) of Example 1 was carried out except that the wash water solution was prepared by adjusting the contents of LiOH and WO 3 as described in the following Table 1, A lithium secondary battery was prepared in the same manner as in (2) of Example 1, except that an active material was prepared.

단, 참고예 1의 경우 하기와 같은 방법으로 양극 활물질 및 리튬 이차 전지를 제조하였다.However, in the case of Reference Example 1, a cathode active material and a lithium secondary battery were prepared as follows.

참고예Reference example 1 One

실시예 1의 (1)과 동일한 방법으로 전체 조성이 Li(Ni0.9Co0.07Mn0.03)O2인 코어-쉘 구조의 리튬 복합 산화물 입자를 제조하였다.A lithium composite oxide particle having a core-shell structure having a total composition of Li (Ni 0.9 Co 0.07 Mn 0.03 ) O 2 was prepared in the same manner as in (1) of Example 1.

다음으로, 수산화리튬 1수화물(LiOH·H2O)과 산화텅스텐(WO3)을 몰비로 2:1이 되도록 혼합하여 반응시켰다. 반응 완료 후, 대기 분위기 중에 있어서 80℃에서 건조시켜, 텅스텐산리튬 분말을 얻었다. 상기 리튬 복합 산화물 입자 1300g을 증류수 1300g에 침지하고, 상기 텅스텐산리튬 분말 3.6104g을 첨가한 후 교반하여 슬러리를 제조하였다. 이후 상기 슬러리를 여과한 다음 소성하여 W 및 Li를 포함하는 양극 활물질을 제조하였다.Next, lithium hydroxide monohydrate (LiOH.H 2 O) and tungsten oxide (WO 3 ) were mixed at a molar ratio of 2: 1 and reacted. After completion of the reaction, the resultant was dried at 80 DEG C in an air atmosphere to obtain lithium tungstate powder. 1300 g of the lithium composite oxide particles were immersed in 1,300 g of distilled water, and 3.6104 g of the lithium tungstate powder was added and stirred to prepare a slurry. Then, the slurry was filtered and then fired to prepare a cathode active material containing W and Li.

이후 실시예 1의 (2)와 동일한 방법으로 리튬 이차 전지를 제조하였다. Thereafter, a lithium secondary battery was produced in the same manner as in (2) of Example 1.

구분division 리튬 복합 산화물 입자의 전체 조성The total composition of the lithium composite oxide particles 리튬 복합 산화물
[g]
Lithium composite oxide
[g]
LiOH
[g]
LiOH
[g]
WO3
[g]
WO 3
[g]
DI water
[g]
DI water
[g]
비교예 1Comparative Example 1 Li(Ni0.9Co0.07Mn0.03)O2 Li (Ni 0.9 Co 0.07 Mn 0.03 ) O 2 1300 g1300 g 0 g0 g 0 g0 g 1300 g1300 g 비교예 2Comparative Example 2 Li(Ni0.9Co0.07Mn0.03)O2 Li (Ni 0.9 Co 0.07 Mn 0.03 ) O 2 1300 g1300 g 1.0909 g1.0909 g 0 g0 g 1300 g1300 g 비교예 3Comparative Example 3 Li(Ni0.9Co0.07Mn0.03)O2 Li (Ni 0.9 Co 0.07 Mn 0.03 ) O 2 1300 g1300 g 0 g0 g 9.9459 g9.9459 g 1300 g1300 g 실시예 1Example 1 Li(Ni0.9Co0.07Mn0.03)O2 Li (Ni 0.9 Co 0.07 Mn 0.03 ) O 2 1300 g1300 g 1.0909 g1.0909 g 4.9729 g4.9729 g 1300 g1300 g 실시예 2Example 2 Li(Ni0.9Co0.07Mn0.03)O2 Li (Ni 0.9 Co 0.07 Mn 0.03 ) O 2 1300 g1300 g 1.0909 g1.0909 g 9.9459 g9.9459 g 1300 g1300 g 실시예 3Example 3 Li(Ni0.9Co0.07Mn0.03)O2 Li (Ni 0.9 Co 0.07 Mn 0.03 ) O 2 1300 g1300 g 1.0909 g1.0909 g 14.7681g14.7681 g 1300 g1300 g 실시예 4Example 4 Li(Ni0.9Co0.07Mn0.03)O2 Li (Ni 0.9 Co 0.07 Mn 0.03 ) O 2 1300 g1300 g 1.6363 g1.6363 g 9.9459 g9.9459 g 1300 g1300 g 참고예 1Reference Example 1 Li(Ni0.9Co0.07Mn0.03)O2 Li (Ni 0.9 Co 0.07 Mn 0.03 ) O 2 1300 g1300 g Li2WO4 (3.6104 g)Li 2 WO 4 (3.6104 g) 1300 g1300 g 비교예 4Comparative Example 4 Li(Ni0.85Co0.12Mn0.05)O2 Li (Ni 0.85 Co 0.12 Mn 0.05 ) O 2 1300 g1300 g 0 g0 g 0 g0 g 1300 g1300 g 비교예 5Comparative Example 5 Li(Ni0.85Co0.12Mn0.05)O2 Li (Ni 0.85 Co 0.12 Mn 0.05 ) O 2 1300 g1300 g 1.0909 g1.0909 g 0 g0 g 1300 g1300 g 비교예 6Comparative Example 6 Li(Ni0.85Co0.12Mn0.05)O2 Li (Ni 0.85 Co 0.12 Mn 0.05 ) O 2 1300 g1300 g 0 g0 g 9.9459 g9.9459 g 1300 g1300 g 실시예 5Example 5 Li(Ni0.85Co0.12Mn0.05)O2 Li (Ni 0.85 Co 0.12 Mn 0.05 ) O 2 1300 g1300 g 1.0909 g1.0909 g 9.9459 g9.9459 g 1300 g1300 g 실시예 6Example 6 Li(Ni0.85Co0.12Mn0.05)O2 Li (Ni 0.85 Co 0.12 Mn 0.05 ) O 2 1300 g1300 g 1.0909 g1.0909 g 14.7681g14.7681 g 1300 g1300 g 비교예 7Comparative Example 7 Li(Ni0.8Co0.14Mn0.06)O2 Li (Ni 0.8 Co 0.14 Mn 0.06 ) O 2 1300 g1300 g 0 g0 g 0 g0 g 1300 g1300 g 비교예 8Comparative Example 8 Li(Ni0.8Co0.14Mn0.06)O2 Li (Ni 0.8 Co 0.14 Mn 0.06 ) O 2 1300 g1300 g 1.0909 g1.0909 g 0 g0 g 1300 g1300 g 비교예 9Comparative Example 9 Li(Ni0.8Co0.14Mn0.06)O2 Li (Ni 0.8 Co 0.14 Mn 0.06 ) O 2 1300 g1300 g 0 g0 g 9.9459 g9.9459 g 1300 g1300 g 비교예 10Comparative Example 10 Li(Ni0.8Co0.14Mn0.06)O2 Li (Ni 0.8 Co 0.14 Mn 0.06 ) O 2 1300 g1300 g 1.0909 g1.0909 g 9.9459 g9.9459 g 1300 g1300 g 비교예 11Comparative Example 11 Li(Ni0.8Co0.14Mn0.06)O2 Li (Ni 0.8 Co 0.14 Mn 0.06 ) O 2 1300 g1300 g 1.0909 g1.0909 g 14.7681g14.7681 g 1300 g1300 g

실험예Experimental Example 1 - 초기 용량 및 고온 수명 특성 평가 1 - Evaluation of initial capacity and high temperature lifetime characteristics

실시예 1 내지 6, 비교예 1 내지 11 및 참고예 1에 따라 제조된 리튬 이차 전지에 대하여, 0.2C충전/0.2C방전을 수행하여 초기 방전용량을 측정하였다. 결과는 하기 표 2에 나타내었다. The lithium secondary batteries produced in Examples 1 to 6, Comparative Examples 1 to 11 and Reference Example 1 were subjected to 0.2 C charging / 0.2 C discharge to measure the initial discharge capacity. The results are shown in Table 2 below.

다음, 실시예 1 내지 6, 비교예 1 내지 12 및 참고예 1의 리튬 이차 전지에 대하여, 고온(45℃)에서 정전류-정전압으로 0.3C, 4.25V, 0.005C 컷-오프 조건으로 충전하고, 정전류 0.3C, 2.7V 컷-오프 조건으로 방전하는 방법으로 충방전을 30회 실시하여, 방전 용량을 측정하였다. 이때, 1회 방전 용량에 대한 30회째 방전 용량의 비율을 계산하여 용량 유지율을 구하고, 이를 고온 수명 특성으로 하였다. 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.Next, the lithium secondary batteries of Examples 1 to 6, Comparative Examples 1 to 12, and Reference Example 1 were charged at a high temperature (45 ° C) under a constant current-constant voltage of 0.3C, 4.25V, and 0.005C cut- Charge and discharge were carried out 30 times with a method of discharging under the conditions of a constant current of 0.3 C and a voltage of 2.7 V cut-off, and the discharge capacity was measured. At this time, the ratio of the 30th discharging capacity to the one discharging capacity was calculated, and the capacity retention rate was obtained, and this was taken as the high temperature lifetime characteristic. The results are shown in Table 2 below.

구분division 상온초기 방전용량[25℃,mAh/g, 0.2C]Initial discharge capacity at room temperature [25 ° C, mAh / g, 0.2C] 고온 수명 특성[%]
(45℃, 30th/1st)
High temperature life characteristics [%]
(45 [deg.] C, 30 th / 1 st )
비교예 1Comparative Example 1 211.1211.1 90.990.9 비교예 2Comparative Example 2 213.3213.3 91.591.5 비교예 3Comparative Example 3 208.8208.8 88.788.7 실시예 1Example 1 213.8213.8 92.192.1 실시예 2Example 2 215.0215.0 92.792.7 실시예 3Example 3 215.9215.9 93.493.4 실시예 4Example 4 215.2215.2 92.492.4 참고예 1Reference Example 1 207.6207.6 86.586.5 비교예 4Comparative Example 4 204.5204.5 92.392.3 비교예 5Comparative Example 5 206.7206.7 92.592.5 비교예 6Comparative Example 6 202.1202.1 91.891.8 실시예 5Example 5 207.2207.2 93.893.8 실시예 6Example 6 208.1208.1 95.195.1 비교예 7Comparative Example 7 197.6197.6 94.594.5 비교예 8Comparative Example 8 198.1198.1 94.794.7 비교예 9Comparative Example 9 195.2195.2 92.292.2 비교예 10Comparative Example 10 198.7198.7 95.195.1 비교예 11Comparative Example 11 198.5198.5 95.295.2

표 2를 참고하면, 본 실시예와 같은 조건으로 리튬 복합 산화물을 준비한 후 수세 공정을 수행하여 제조된 양극 활물질을 채용한 실시예 1 내지 6의 리튬 이차 전지는 초기 방전 용량이 높고 동시에 고온 수명 특성 역시 우수한 것을 확인할 수 있다. As shown in Table 2, the lithium secondary batteries of Examples 1 to 6, in which the cathode active material prepared by preparing the lithium composite oxide under the same conditions as those of the present example and used for the washing process, had a high initial discharge capacity, I can confirm that it is also excellent.

이에 반해, 비교예 1 내지 12 및 참고예 1에 따라 제조된 리튬 이차 전지는 초기 용량 또는 고온 수명 특성 중 적어도 하나가 저하되거나 둘 다 좋지 않은 결과를 나타내었다. On the other hand, the lithium secondary batteries prepared in accordance with Comparative Examples 1 to 12 and Reference Example 1 showed at least one of the initial capacity and the high-temperature lifetime characteristics deteriorated or both were not good.

따라서, 본 실시예와 같은 방법으로 제조된 양극 활물질을 채용하는 경우, 전지의 초기 용량이 우수함과 동시에 고온 수명 특성이 향상된 리튬 이차 전지를 구현할 수 있다. Therefore, when a cathode active material manufactured by the same method as the present embodiment is employed, a lithium secondary battery having excellent initial capacity and improved high-temperature lifetime characteristics can be realized.

실험예Experimental Example 2 - 양극 활물질 표면의 잔류 리튬 측정 2 - Residual lithium measurement on the surface of cathode active material

실시예 1 내지 6, 비교예 1 내지 3 및 참고예 1 에 따라 제조된 양극 활물질에 대하여, 0.1 mol% HCl 용액을 이용한 산-염기 적정법으로 표면의 잔류 리튬 함량을 측정하여 하기 표 3에 나타내었다.The residual lithium content of the surface of the cathode active material prepared according to Examples 1 to 6, Comparative Examples 1 to 3, and Reference Example 1 was measured by acid-base titration using a 0.1 mol% HCl solution, .

구분division 잔류 LiOH [ppm]Residual LiOH [ppm] 잔류 Li2CO3 [ppm]Residual Li 2 CO 3 [ppm] 비교예 1Comparative Example 1 3,2033,203 3,0243,024 비교예 2Comparative Example 2 3,4203,420 3,1523,152 비교예 3Comparative Example 3 3,1763,176 2,9352,935 실시예 1Example 1 3,0123,012 2,6732,673 실시예 2Example 2 2,6752,675 2,3152,315 실시예 3Example 3 2,0182,018 1,9751,975 실시예 4Example 4 2,8422,842 2,5122,512 참고예 1Reference Example 1 3,3213,321 3,0513,051 실시예 5Example 5 2,4052,405 2,3152,315 실시예 6Example 6 2,2162,216 2,1742,174

표 3을 참고하면, 본 실시예와 같은 조건으로 리튬 복합 산화물을 준비한 후 수세 공정을 수행하여 제조된 실시에 1 내지 6의 양극 활물질은 수산화 리튬과 탄산 리튬이 전반적으로 감소한 것을 확인할 수 있다. Referring to Table 3, it can be seen that lithium hydroxide and lithium carbonate were decreased in the cathode active materials 1 to 6 prepared by performing the washing process after preparing the lithium composite oxide under the same conditions as in the present example.

이에 반해 수세 공정에서 수산화 리튬 및/또는 산화텅스텐을 사용하지 않은 비교예 1 내지 3과 이들을 둘 다 사용하더라도 텅스텐산리튬 분말을 제조한 후 이를 증류수에 녹여 수세한 참고예 1의 양극 활물질의 경우 잔류 리튬 함량이 실시예들과 비교할 때 전반적으로 높게 측정되었다. On the contrary, in Comparative Examples 1 to 3 in which lithium hydroxide and / or tungsten oxide were not used in the washing process and in both of them, in the case of the positive electrode active material of Reference Example 1 in which lithium tungstate powder was dissolved in distilled water, The lithium content was generally higher when compared to the examples.

따라서, 본 발명의 실시예들과 같이 양극 활물질을 제조하는 경우, 표면 잔류 리튬 함량이 감소된 양극 활물질을 얻을 수 있으며, 이를 리튬 이차 전지에 적용하는 경우, 전극의 슬러리화를 방지하여 전극의 스웰링 특성에 우수하다. 또한, 리튬 이차 전지의 충방전에 따라 일산화탄소 또는 이산화탄소 등의 가스 발생이 줄어들어 전지의 부피팽창을 감소시켜 수명특성을 향상시킬 수 있다.Therefore, when the cathode active material is manufactured as in the embodiments of the present invention, a cathode active material with reduced surface residual lithium content can be obtained. In the case of applying the cathode active material to a lithium secondary battery, slurrying of the electrode is prevented, Excellent in ring characteristics. In addition, the generation of gas such as carbon monoxide or carbon dioxide is reduced by charging / discharging of the lithium secondary battery, thereby reducing the volume expansion of the battery and improving the lifetime characteristics.

실험예Experimental Example 3 -직류 내부 저항(Direct Current, Internal resistance: DC-IR) 측정 3 - Direct current internal resistance (DC-IR) measurement

실시예 1 내지 6, 비교예 1 내지 3 및 참고예 1 에 따라 제조된 리튬 이차 전지에 대하여, 고온(45℃)에서 실험예 2와 같은 조건으로 충방전 사이클을 진행하며, 4.25V 충전 100%에서 방전 전류를 인가한 지 60초 후의 전압을 측정하였다.Charge and discharge cycles were carried out at a high temperature (45 ° C) under the same conditions as in Experimental Example 2, and the lithium secondary batteries prepared in Examples 1 to 6, Comparative Examples 1 to 3, and Reference Example 1 were charged at 4.25 V, The voltage was measured 60 seconds after the discharge current was applied.

1회 충방전 후 DC-IR값과 30회 충방전 진행 후 DC-IR값을 표시하고, 증가율을 백분율로 환산하여 하기 표 4에 나타내었다.The DC-IR value after one charge / discharge and the DC-IR value after 30 charge / discharge cycles are shown, and the rate of increase is expressed in percentage in Table 4 below.

구분division 상온 1st DC-IR[Ω]Room temperature 1 st DC-IR [Ω] 고온 1st DC-IR[Ω]High temperature 1 st DC-IR [Ω] 고온 30th DC-IR[Ω]High temperature 30 th DC-IR [Ω] 고온 저항 증가율
(30th/1st, %)
High temperature resistance increase rate
(30 th / 1 hr ,%)
비교예 1Comparative Example 1 29.829.8 19.819.8 73.173.1 269.2269.2 비교예 2Comparative Example 2 29.029.0 19.619.6 68.468.4 249.0249.0 비교예 3Comparative Example 3 27.027.0 18.518.5 49.449.4 167.0167.0 실시예 1Example 1 25.925.9 17.617.6 37.537.5 113.1113.1 실시예 2Example 2 24.124.1 16.316.3 31.831.8 95.195.1 실시예 3Example 3 22.222.2 15.915.9 25.125.1 57.957.9 실시예 4Example 4 24.324.3 16.216.2 32.132.1 98.198.1 참고예 1Reference Example 1 27.627.6 18.718.7 59.259.2 216.6216.6 실시예 5Example 5 21.621.6 15.415.4 27.927.9 81.281.2 실시예 6Example 6 19.819.8 14.714.7 24.224.2 64.664.6

표 4를 참고하면, 본 실시예와 같은 조건으로 리튬 복합 산화물을 준비한 후 수세 공정을 수행하여 제조된 양극 활물질을 채용한 실시예 1 내지 6의 리튬 이차 전지는, 초기 DC-IR 값도 낮고, 30회 충방전 수행 후의 DC-IR 값도 전체적으로 낮은 것을 알 수 있다. 아울러 저항 증가율 역시 저감되었음을 확인할 수 있다.Referring to Table 4, the lithium secondary batteries of Examples 1 to 6, in which the cathode active material prepared by preparing the lithium composite oxide under the same conditions as those of the present example and then washed, had low initial DC-IR values, It can be seen that the DC-IR value after the 30 charge / discharge cycles is low as a whole. In addition, the resistance increase rate is also reduced.

이에 반해, 수세 공정에서 수산화 리튬 및/또는 산화텅스텐을 사용하지 않은 비교예 1 내지 3과 이들을 둘 다 사용하더라도 텅스텐산리튬 분말을 제조한 후 이를 증류수에 녹여 수세한 참고예 1의 양극 활물질의 경우 상온 초기 저항, 고온 초기 저항, 고온 저항 증가율이 모두 실시예에 비해 큰 값을 갖는 것을 확인할 수 있다.On the other hand, in Comparative Examples 1 to 3 in which lithium hydroxide and / or tungsten oxide were not used in the washing step and in the case of the positive electrode active material of Reference Example 1 in which lithium tungstate powder was prepared by dissolving lithium tungstate powder in distilled water, The initial resistance at room temperature, the initial resistance at high temperature, and the rate of increase in high temperature resistance all have larger values than those in the embodiment.

따라서, 본 실시예에 따라 제조된 양극 활물질을 적용하는 경우, 상온 및 고온 환경하에서도 저항 특성이 우수한 리튬 이차 전지를 구현할 수 있다. Therefore, when the cathode active material manufactured according to this embodiment is applied, a lithium secondary battery having excellent resistance characteristics even at room temperature and high temperature environment can be realized.

실험예Experimental Example 4 -구조 안정성 테스트 4 - Structural stability test

실시예 2, 3, 비교예 1 및 참고예 1에 따라 제조된 리튬 이차 전지에 대하여, 구조 안정성 테스트를 하였다.Structural stability tests were conducted on the lithium secondary batteries produced in Examples 2 and 3, Comparative Example 1 and Reference Example 1. [

구체적으로, 고온(50℃)에서 정전류-정전압으로 0.2C, 4.25V, 0.005C 컷-오프 조건으로 충전하고, 정전류 0.2C, 2.7V 컷-오프 조건으로 방전하는 방법으로 충방전을 1회 실시한 후 정전류-정전압으로 0.2C, 4.7V, 60hr 컷-오프 조건으로 충전하여 구조 안정성 테스트를 수행하였다. 그 결과를 도 1에 나타내었다. Specifically, charging and discharging were performed once by charging the battery at 0.2C, 4.25V, and 0.005C cut-off conditions at a constant temperature (50 DEG C) at a constant current to a constant voltage and discharging at a constant current of 0.2C and 2.7V cut- The structure stability test was performed by filling the cells at 0.2C, 4.7V, and 60hr cut-off conditions with a constant current and a constant voltage. The results are shown in Fig.

도 1을 참고하면, 본 실시예와 같은 조건으로 리튬 복합 산화물을 준비한 후 수세 공정을 수행하여 제조된 양극 활물질을 채용한 실시예 2 내지 3의 리튬 이차전지는 고전압인 4.7V에서의 유지 전류가 낮아 구조적인 안정성이 우수한 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 1, the lithium secondary batteries of Examples 2 to 3 employing the cathode active material prepared by preparing the lithium composite oxide under the same conditions as those of the present example were subjected to a washing treatment at a high voltage of 4.7 V And the structural stability is excellent.

그러나, 비교예 1 및 참고예 1의 리튬 이차 전지는 40시간 경과 후에는 유지 전류가 실시예들에 비해 현저하게 높아지는 것을 알 수 있다. However, in the lithium secondary batteries of Comparative Example 1 and Reference Example 1, the holding current remarkably becomes higher after 40 hours than in the Examples.

따라서, 본 실시예들에 따라 양극 활물질을 제조하는 경우 구조적인 안정성이 뛰어난 양극 활물질을 구현할 수 있다. Therefore, when the cathode active material is manufactured according to the present embodiments, a cathode active material having excellent structural stability can be realized.

본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the present invention as defined by the following claims. As will be understood by those skilled in the art. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive.

Claims (13)

하기 화학식 1로 표시되는 리튬 복합 산화물을 준비하는 단계; 및
상기 리튬 복합 산화물을 수세하는 단계
를 포함하고,
상기 수세하는 단계의 수세액은,
수산화 리튬, 산화 텅스텐 및 용매를 포함하는 양극 활물질의 제조방법.
[화학식 1]
LixNiaCobMncM1dO2
(상기 화학식 1에서, M1은 Zr, Ti, Mg, Al, Ni, Mn, Zn, Fe, Cr, Mo 및 W 중 적어도 하나이고, x는 0.90 ≤ x ≤ 1.07, a는 0.83 ≤ a < 1, b는 0 < b ≤ 0.3, c는 0 < c ≤ 0.3, d는 0 < d < 0.01이고, a + b + c + d = 1임)
Preparing a lithium composite oxide represented by Formula 1 below; And
Washing the lithium composite oxide with water
Lt; / RTI &gt;
The washing liquid in the washing step may be,
Lithium hydroxide, tungsten oxide, and a solvent.
[Chemical Formula 1]
Li x Ni a Co b Mn c M d d O 2
(Wherein M1 is at least one of Zr, Ti, Mg, Al, Ni, Mn, Zn, Fe, Cr, Mo and W, x is 0.90? X? 1.07, a is 0.83? A < b is 0 <b? 0.3, c is 0 <c? 0.3, d is 0 <d <0.01 and a + b + c + d =
제1항에 있어서,
상기 화학식 1에서 a는 0.85 ≤ a < 1인 양극 활물질의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein a in Formula 1 is 0.85? A <1.
제1항에 있어서,
상기 리튬 복합 산화물은,
니켈의 몰 함량이 일정한 영역인 코어부, 및
상기 코어부의 외면을 둘러싸고, 상기 코어부와의 경계면으로부터 최외곽에 이르는 방향으로, 니켈의 몰 함량이 점진적으로 감소하는 농도 구배(gradient)가 존재하는 쉘부로 구성된 양극 활물질의 제조방법.
The method according to claim 1,
In the lithium composite oxide,
A core portion in which a molar amount of nickel is constant, and
And a shell portion surrounding the outer surface of the core portion and having a concentration gradient in which the molar content of nickel gradually decreases in a direction from the interface with the core portion to the outermost portion.
제1항에 있어서,
상기 수세액 내 상기 수산화 리튬의 함량은,
상기 리튬 복합 산화물 100 중량부를 기준으로, 0.05 중량부 내지 0.2 중량부인 양극 활물질의 제조방법.
The method according to claim 1,
The content of the lithium hydroxide in the washing liquid is,
And 0.05 part by weight to 0.2 part by weight based on 100 parts by weight of the lithium composite oxide.
제1항에 있어서,
상기 수세액 내 상기 수산화 리튬 및 상기 산화 텅스텐의 중량비는 1:4 내지 1:30인 양극 활물질의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the weight ratio of lithium hydroxide and tungsten oxide in the washing liquid is from 1: 4 to 1:30.
제1항에 있어서,
상기 수세액 내 상기 용매의 함량은,
상기 리튬 복합 산화물 100 중량부를 기준으로, 50 중량부 내지 200 중량부인 양극 활물질의 제조방법.
The method according to claim 1,
The content of the solvent in the washing liquid may be,
And 50 parts by weight to 200 parts by weight based on 100 parts by weight of the lithium composite oxide.
제1항에 있어서,
상기 리튬 복합 산화물을 수세하는 단계는,
상기 수세액에 상기 리튬 복합 산화물을 투입한 후 교반하여 슬러리를 제조하는 단계;
상기 슬러리를 여과하여 수세된 리튬 복합 산화물을 수득하는 단계
를 포함하는 양극 활물질의 제조방법.
The method according to claim 1,
The step of washing the lithium composite oxide comprises:
Adding the lithium composite oxide to the washing liquid and stirring the slurry to prepare a slurry;
Filtering the slurry to obtain a washed lithium composite oxide
And the cathode active material.
제7항에 있어서,
상기 수세액에 상기 리튬 복합 산화물을 투입한 후 교반하여 슬러리를 제조하는 단계는,
5℃ 내지 25 ℃의 온도 범위에서, 1분 내지 60분 동안, 50 rpm 내지 200 rpm의 교반 속도로 수행되는 것인 양극 활물질의 제조방법.
8. The method of claim 7,
The step of adding the lithium composite oxide to the washing liquid and stirring the slurry to prepare the slurry,
Is carried out at a stirring rate of 50 rpm to 200 rpm for 1 minute to 60 minutes at a temperature range of 5 to 25 캜.
제7항에 있어서,
상기 슬러리를 여과하여, 수세된 리튬 복합 산화물을 수득하는 단계 이후에, 상기 수세된 리튬 복합 산화물을 건조하는 단계를 더 포함하는 양극 활물질의 제조방법.
8. The method of claim 7,
Further comprising the step of filtering the slurry to obtain a washed lithium composite oxide, followed by drying the washed lithium composite oxide.
제9항에 있어서,
상기 수세된 리튬 복합 산화물을 건조하는 단계는,
80℃ 내지 300℃의 온도 범위에서, 1 시간 내지 30 시간 동안 수행되는 양극 활물질의 제조방법.
10. The method of claim 9,
The step of drying the washed lithium composite oxide comprises:
At a temperature in the range of 80 占 폚 to 300 占 폚 for 1 hour to 30 hours.
제1항에 있어서,
상기 리튬 복합 산화물을 수세하는 단계 이후에,
상기 수세된 리튬 복합 산화물을 열처리하는 단계를 더 포함하는 양극 활물질의 제조방법.
The method according to claim 1,
After the step of washing the lithium composite oxide,
Further comprising the step of heat-treating the washed lithium composite oxide.
제11항에 있어서,
상기 수세된 리튬 복합 산화물을 열처리하는 단계는,
200℃ 내지 800℃의 온도 범위에서, 1 시간 내지 10 시간 동안, 공기(Air), 산소(O2) 또는 질소(N2) 분위기에서 수행되는 양극 활물질의 제조방법.
12. The method of claim 11,
The step of heat-treating the washed lithium composite oxide comprises:
(O 2 ) or nitrogen (N 2 ) atmosphere in a temperature range of 200 ° C. to 800 ° C. for 1 hour to 10 hours.
양극;
음극; 및
전해질을 포함하고,
상기 양극은 제1항 내지 제12항 중 한 항에 따른 방법에 의해 제조된 양극 활물질을 포함하는 리튬 이차 전지.
anode;
cathode; And
Comprising an electrolyte,
Wherein the anode comprises the cathode active material produced by the method according to any one of claims 1 to 12.
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