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KR20210118644A - Positive electrode active material for lithium secondary battery, preparing method of the same, positive electrode and lithium secondary battery including the same - Google Patents

Positive electrode active material for lithium secondary battery, preparing method of the same, positive electrode and lithium secondary battery including the same Download PDF

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KR20210118644A
KR20210118644A KR1020200035161A KR20200035161A KR20210118644A KR 20210118644 A KR20210118644 A KR 20210118644A KR 1020200035161 A KR1020200035161 A KR 1020200035161A KR 20200035161 A KR20200035161 A KR 20200035161A KR 20210118644 A KR20210118644 A KR 20210118644A
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KR
South Korea
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transition metal
active material
metal oxide
lithium transition
lithium
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Application number
KR1020200035161A
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Korean (ko)
Inventor
이동훈
이대진
김동휘
황진태
김형일
채슬기
정왕모
Original Assignee
주식회사 엘지화학
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Publication date
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Abstract

The present invention relates to a positive electrode active material for a lithium secondary battery to increase lifespan characteristics and to a manufacturing method thereof. According to the present invention, the positive electrode active material comprises: a lithium transition metal oxide of a core-shell structure including a core portion containing a first lithium transition metal oxide and a shell portion formed on the core portion and containing a second lithium transition metal oxide having a composition different from that of the first lithium transition metal oxide; and a coating layer formed on the surface of the lithium transition metal oxide of the core-shell structure and including at least one coating element selected from a group consisting of Al, B, W, Nb, and Co. The shell portion includes a surface doping portion in which a coating element is mixed and the surface doping portion exists in a region at a distance of 30 nm or less from the outermost surface of the positive electrode active material.

Description

리튬 이차전지용 양극 활물질, 이의 제조방법, 이를 포함하는 리튬 이차전지용 양극 및 리튬 이차전지{POSITIVE ELECTRODE ACTIVE MATERIAL FOR LITHIUM SECONDARY BATTERY, PREPARING METHOD OF THE SAME, POSITIVE ELECTRODE AND LITHIUM SECONDARY BATTERY INCLUDING THE SAME}Positive electrode active material for lithium secondary battery, manufacturing method thereof, positive electrode for lithium secondary battery including same, and lithium secondary battery

본 발명은 리튬 이차전지용 양극 활물질, 상기 양극 활물질의 제조 방법, 상기 양극 활물질을 포함하는 리튬 이차전지용 양극 및 리튬 이차전지에 관한 것이다. The present invention relates to a cathode active material for a lithium secondary battery, a method for manufacturing the cathode active material, a cathode for a lithium secondary battery including the cathode active material, and a lithium secondary battery.

모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있다. 이러한 이차전지 중 높은 에너지 밀도와 전압을 가지며, 사이클 수명이 길고, 자기방전율이 낮은 리튬 이차전지가 상용화되어 널리 사용되고 있다.As technology development and demand for mobile devices increase, the demand for secondary batteries as an energy source is rapidly increasing. Among these secondary batteries, a lithium secondary battery having a high energy density and voltage, a long cycle life, and a low self-discharge rate has been commercialized and widely used.

리튬 이차전지의 양극활물질로는 리튬 전이금속 복합 산화물이 이용되고 있으며, 이중에서도 작용전압이 높고 용량 특성이 우수한 LiCoO2 등의 리튬 코발트 복합금속 산화물이 주로 사용되고 있다. 그러나, LiCoO2는 탈리튬에 따른 결정 구조의 불안정화 때문에 열적 특성이 매우 열악하다. 또한, 상기 LiCoO2는 고가이기 때문에 전기 자동차 등과 같은 분야의 동력원으로서 대량 사용하기에는 한계가 있다. A lithium transition metal composite oxide is used as a cathode active material for a lithium secondary battery, and among them, a lithium cobalt composite metal oxide such as LiCoO 2 having a high operating voltage and excellent capacity characteristics is mainly used. However, LiCoO 2 has very poor thermal properties due to the destabilization of the crystal structure due to delithiation. In addition, since the LiCoO 2 is expensive, there is a limit to its mass use as a power source in fields such as electric vehicles.

상기 LiCoO2를 대체하기 위한 재료로서, 리튬 망간 복합금속 산화물(LiMnO2 또는 LiMn2O4 등), 리튬 인산철 화합물(LiFePO4 등) 또는 리튬 니켈 복합금속 산화물(LiNiO2 등) 등이 개발되었다. 이 중에서도 약 200 mAh/g의 높은 가역용량을 가져 대용량의 전지 구현이 용이한 리튬 니켈 복합금속 산화물에 대한 연구 개발이 보다 활발히 연구되고 있다. 그러나, 상기 LiNiO2는 LiCoO2와 비교하여 열안정성이 열위하고, 충전 상태에서 외부로부터의 압력 등에 의해 내부 단락이 생기면 양극 활물질 그 자체가 분해되어 전지의 파열 및 발화를 초래하는 문제가 있었다. 이에 따라 상기 LiNiO2의 우수한 가역용량은 유지하면서도 낮은 열안정성을 개선하기 위한 방법으로서, Ni의 일부를 Mn과 Co으로 치환한 리튬 니켈코발트망간 산화물이 개발되었다.As a material for replacing the LiCoO 2 , a lithium manganese composite metal oxide (LiMnO 2 or LiMn 2 O 4, etc.), a lithium iron phosphate compound (LiFePO 4 etc.) or a lithium nickel composite metal oxide (LiNiO 2 etc.) has been developed. . Among them, research and development on lithium-nickel composite metal oxide, which has a high reversible capacity of about 200 mAh/g, and is easy to implement in a large-capacity battery, is being actively studied. However, the LiNiO 2 has inferior thermal stability compared to LiCoO 2 , and when an internal short circuit occurs due to external pressure in a charged state, the positive electrode active material itself is decomposed, resulting in rupture and ignition of the battery. Accordingly, as a method for improving low thermal stability while maintaining excellent reversible capacity of the LiNiO 2 , lithium nickel cobalt manganese oxide in which a part of Ni is substituted with Mn and Co has been developed.

최근에는 양극 활물질의 용량 증대를 위해 니켈 함유율이 높은 고-니켈 리튬 니켈코발트망간 산화물이 개발되고 있다. 그러나, 리튬 니켈코발트망간 산화물에서 니켈의 함량을 높일 경우, 높은 니켈의 함량으로 인하여 동일 전압대에서 니켈의 산화량이 많아져 리튬 이온 이동량이 많아지고, 이로 인해 양극의 안정성 저하되고, 이차전지의 용량 유지율 또한 저하되는 문제점이 있었다.Recently, high-nickel lithium nickel cobalt manganese oxide having a high nickel content has been developed in order to increase the capacity of the positive electrode active material. However, when the content of nickel in lithium nickel cobalt manganese oxide is increased, the amount of oxidation of nickel increases in the same voltage band due to the high nickel content, so that the amount of lithium ion movement increases, thereby reducing the stability of the positive electrode, and the capacity of the secondary battery There was also a problem that the retention rate was lowered.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해, 양극 활물질 내 전이금속 농도를 점진적으로 변화시켜 양극 활물질 중심부에서 표면부로 갈수록 니켈 함유량이 줄어들도록 함으로써, 양극 활물질 표면에서의 구조 안정성을 개선한 농도 구배 양극 활물질이 개발되었다. 그러나, 이와 같이 니켈의 농도를 점진적으로 변화시킨 양극 활물질의 경우, 양극 활물질 전체에 포함되는 니켈의 함유량이 줄어들어 용량이 감소한다는 문제점이 있으며, 구조적 안정성 개선 효과가 충분하지 않아 고온 사이클 특성 개선에 한계가 있었다.In order to solve the above problems, a concentration gradient positive active material with improved structural stability on the surface of the positive active material has been developed by gradually changing the concentration of the transition metal in the positive active material so that the nickel content decreases from the center of the positive active material toward the surface. became However, in the case of a positive active material in which the concentration of nickel is gradually changed as described above, there is a problem in that the content of nickel included in the entire positive active material is reduced and thus the capacity is decreased, and the effect of improving structural stability is not sufficient, so there is a limit to improving the high temperature cycle characteristics there was

따라서, 고용량 특성을 나타내면서도 수명 특성을 개선할 수 있는 양극 활물질의 개발이 요구되고 있다.Therefore, there is a demand for the development of a positive electrode active material capable of improving lifespan characteristics while exhibiting high capacity characteristics.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 제1 기술적 과제는 구조 안정성이 개선된 양극 활물질을 제공하는 것이다. In order to solve the above problems, a first technical object of the present invention is to provide a positive electrode active material with improved structural stability.

본 발명의 제2 기술적 과제는 상기 양극 활물질의 제조 방법을 제공하는 것이다.A second technical object of the present invention is to provide a method of manufacturing the positive active material.

본 발명의 제3 기술적 과제는 상기 양극 활물질을 포함하는 리튬 이차전지용 양극을 제공하는 것이다.A third technical object of the present invention is to provide a positive electrode for a lithium secondary battery including the positive electrode active material.

본 발명의 제4 기술적 과제는 상기 리튬 이차전지용 양극을 포함하는 리튬 이차전지를 제공하는 것이다. A fourth technical object of the present invention is to provide a lithium secondary battery including the positive electrode for a lithium secondary battery.

본 발명은, 제1 리튬 전이금속 산화물을 포함하는 코어부; 및 상기 코어부 상에 형성되고, 상기 제1리튬 전이금속 산화물과 상이한 조성을 갖는 제2 리튬 전이금속 산화물을 포함하는 쉘부;를 포함하는 코어-쉘 구조의 리튬 전이금속 산화물과, 상기 코어-쉘 구조의 리튬 전이금속 산화물의 표면 상에 형성되고, Al, B, W, Nb 및 Co로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 코팅 원소를 포함하는 코팅층을 포함하는 양극 활물질을 제공한다. The present invention, a core portion comprising a first lithium transition metal oxide; and a shell portion formed on the core portion and including a second lithium transition metal oxide having a composition different from that of the first lithium transition metal oxide; and a core-shell structure lithium transition metal oxide comprising a, and the core-shell structure It provides a positive electrode active material comprising a coating layer formed on the surface of the lithium transition metal oxide of Al, B, W, Nb and at least one coating element selected from the group consisting of Co.

이때, 상기 제1 리튬 전이금속 산화물 및 상기 제2리튬 전이금속 산화물은, 각각 독립적으로, 하기 [화학식 1]로 표시되는 조성을 가진다.In this case, the first lithium transition metal oxide and the second lithium transition metal oxide each independently have a composition represented by the following [Formula 1].

[화학식 1] [Formula 1]

Li1+aNixCoyM1 zM2 wO2 Li 1+a Ni x Co y M 1 z M 2 w O 2

상기 화학식 1에서, In Formula 1,

M1은 Mn 및 Al 중 적어도 어느 하나 이상이고,M 1 is at least one of Mn and Al,

M2는 Al, B, W, Nb 및 Co로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상이고,M 2 is at least one selected from the group consisting of Al, B, W, Nb and Co,

0≤a≤0.3, 0.5≤x<1, 0<y<0.5, 0<z<0.5, 0≤w≤0.1임.0≤a≤0.3, 0.5≤x<1, 0<y<0.5, 0<z<0.5, 0≤w≤0.1.

또한, 상기 쉘부는 상기 코팅 원소가 혼재되어 있는 표면 도핑부를 포함하고, 상기 표면 도핑부는 상기 양극 활물질의 최외각 표면으로부터 30nm 이하의 거리에 있는 영역 내에 존재한다.In addition, the shell part includes a surface doped part in which the coating element is mixed, and the surface doped part is present in a region at a distance of 30 nm or less from the outermost surface of the positive electrode active material.

또한, 본 발명은, 제1 리튬 전이금속 산화물을 포함하는 코어부; 및 상기 코어부 상에 형성되고, 상기 제1리튬 전이금속 산화물과 상이한 조성을 갖는 제2 리튬 전이금속 산화물을 포함하는 쉘부;를 포함하는 코어-쉘 구조의 리튬 전이금속 산화물을 준비하는 단계; 및 상기 리튬 전이금속 산화물과 Al, B, W, Nb 및 Co로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 코팅 원소를 포함하는 코팅원료 물질을 혼합하고, 열처리하는 단계를 포함하는 양극 활물질의 제조 방법을 제공한다.In addition, the present invention, a core portion comprising a first lithium transition metal oxide; and a shell portion formed on the core portion and including a second lithium transition metal oxide having a composition different from that of the first lithium transition metal oxide; and mixing the lithium transition metal oxide and a coating raw material containing at least one coating element selected from the group consisting of Al, B, W, Nb, and Co, and heat-treating it. .

이때, 상기 제1 리튬 전이금속 산화물 및 상기 제2리튬 전이금속 산화물은, 각각 독립적으로, 상기 [화학식 1]로 표시되는 조성을 가지며, 상기 열처리에 의해 코팅 원소가 쉘부 내로 확산되어 코팅 원소가 혼재되어 있는 표면 도핑부가 형성되고, 상기 표면 도핑부는 상기 양극 활물질의 최외각 표면으로부터 30nm 이하의 거리에 있는 영역 내에 존재한다. In this case, the first lithium transition metal oxide and the second lithium transition metal oxide each independently have a composition represented by the above [Formula 1], and the coating element is diffused into the shell part by the heat treatment so that the coating element is mixed. A surface doped portion is formed, and the surface doped portion is present in a region at a distance of 30 nm or less from the outermost surface of the positive electrode active material.

또한, 본 발명은 상기 양극 활물질을 포함하는 리튬 이차전지용 양극을 제공한다. In addition, the present invention provides a positive electrode for a lithium secondary battery comprising the positive active material.

또한, 본 발명은 상기 리튬 이차전지용 양극을 포함하는 리튬 이차전지를 제공한다. In addition, the present invention provides a lithium secondary battery including the positive electrode for the lithium secondary battery.

본 발명의 양극 활물질은 전이금속 농도를 점진적으로 변화시키지 않고, 코어부와 쉘부의 조성을 완전히 상이하게 형성하여 코어부와 쉘부 경계에서 조성이 급격하게 변화되도록 함으로써, 양극 활물질의 구조 안정성을 개선하면서도 양극 활물질 내의 전체의 니켈 함유량이 감소되지 않도록 하여 고용량 특성을 구현할 수 있도록 하였다. The positive electrode active material of the present invention does not gradually change the transition metal concentration, but forms the composition of the core portion and the shell portion completely different so that the composition changes rapidly at the boundary between the core portion and the shell portion, thereby improving the structural stability of the positive electrode active material while improving the positive electrode active material It was made possible to realize high capacity characteristics by preventing the overall nickel content in the active material from being reduced.

또한, 본 발명에 따른 양극 활물질은 쉘부 표면에 코팅층을 포함하여 표면을 안정화시키고, 코팅층을 형성하는 코팅 원소 중 일부가 쉘부로 삽입된 표면 도핑부를 형성할 수 있도록 함으로써, 쉘부의 니켈 함량이 높은 경우에도 우수한 구조 안정성을 구현할 수 있다.In addition, the positive active material according to the present invention includes a coating layer on the surface of the shell part to stabilize the surface, and to form a surface doping part in which some of the coating elements forming the coating layer are inserted into the shell part, so that when the nickel content of the shell part is high excellent structural stability can also be realized.

따라서, 본 발명의 양극 활물질을 사용할 경우, 고용량 특성을 유지하면서 고온에서도 우수한 수명 특성을 구현할 수 있다. Therefore, when the positive electrode active material of the present invention is used, excellent lifespan characteristics can be realized even at high temperatures while maintaining high capacity characteristics.

도 1은 실시예 1에 의해 제조된 양극 활물질의 코팅층 및 쉘부 단면을 촬영한 TEM 사진으로, (b)는 (a)를 10배 확대한 사진이다.
도 2는 실시예 1에 의해 제조된 양극 활물질의 코팅층 및 쉘부에서의 성분 분포를 보여주는 TEM 사진으로, (d)는 (c)에 표시된 박스 영역에서의 코팅 원소인 B의 분포를 보여주는 것이고, (e)는 (c)에 표시된 박스 영역에서의 Ni의 분포를 보여주는 것이다.
도 3은 실시예 1 및 비교예 1~3에서 제조한 이차전지의 용량 유지율을 나타낸 그래프이다.
1 is a TEM photograph of a cross section of a coating layer and a shell part of a cathode active material prepared in Example 1, (b) is a 10 times magnification of (a).
2 is a TEM photograph showing the component distribution in the coating layer and the shell part of the positive active material prepared in Example 1, (d) is to show the distribution of the coating element B in the box region shown in (c), ( e) shows the distribution of Ni in the box area shown in (c).
3 is a graph showing the capacity retention rate of the secondary batteries prepared in Example 1 and Comparative Examples 1 to 3;

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

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.The terms or words used in the present specification and claims should not be construed as being limited to their ordinary or dictionary meanings, and the inventor may properly define the concept of the term in order to best describe his invention. It should be interpreted as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the principle that there is.

본 발명자들은 고용량을 가지면서도 고온에서 우수한 구조 안정성을 갖는 양극 활물질을 개발하기 위해 연구를 거듭한 결과, 코어부와 쉘의 전이금속 조성을 완전히 다르게 형성하고, 코어-쉘 구조의 양극 활물질 표면에 코팅층을 형성하되, 상기 코팅층에 포함된 코팅 원소 중 일부가 쉘부의 표면에서 특정 영역까지 삽입될 수 있도록 함으로써 양극 활물질의 구조적 안정성을 획기적으로 개선할 수 있음을 알아내고 본 발명을 완성하였다.As a result of repeated research to develop a cathode active material having high capacity and excellent structural stability at high temperatures, the inventors of the present inventors formed completely different compositions of transition metals in the core and shell, and applied a coating layer to the surface of the cathode active material having a core-shell structure. However, it was found that structural stability of the positive electrode active material can be dramatically improved by allowing some of the coating elements included in the coating layer to be inserted from the surface of the shell part to a specific region, and the present invention has been completed.

양극 활물질cathode active material

먼저, 본 발명의 양극 활물질에 대해 설명한다. First, the cathode active material of the present invention will be described.

본 발명에 따른 양극 활물질은, 전이금속 조성이 상이한 코어부와 쉘부를 포함하는 코어-쉘 구조의 리튬 전이금속 산화물과, 상기 리튬 전이금속 산화물의 표면에 형성된 코팅층을 포함하고, 상기 코팅층의 코팅 원소가 상기 쉘부로 삽입되어 형성되는 표면 도핑부를 포함한다.The cathode active material according to the present invention includes a lithium transition metal oxide having a core-shell structure including a core portion and a shell portion having different transition metal compositions, and a coating layer formed on the surface of the lithium transition metal oxide, and a coating element of the coating layer includes a surface doped portion formed by being inserted into the shell portion.

구체적으로는, 상기 코어-쉘 구조의 리튬 전이금속 산화물은 코어부와 쉘부를 포함하며, 상기 코어부는 제1리튬 전이금속 산화물을 포함하고, 상기 쉘부는 상기 제1리튬 전이금속 산화물과 상이한 조성을 갖는 제2리튬 전이금속 산화물을 포함한다. 이때, '조성이 상이하다'는 것은 리튬 전이금속 산화물 내에 포함되는 전이금속의 종류가 상이하거나, 전이금속의 종류는 동일하더라도 각 전이금속 성분의 함량이 상이한 것을 의미한다. Specifically, the lithium transition metal oxide having the core-shell structure includes a core portion and a shell portion, the core portion includes a first lithium transition metal oxide, and the shell portion has a composition different from that of the first lithium transition metal oxide. and a second lithium transition metal oxide. In this case, 'composition is different' means that the types of transition metals included in the lithium transition metal oxide are different, or the content of each transition metal component is different even though the types of transition metals are the same.

한편, 본 발명에 있어서, 상기 제1리튬 전이금속 산화물과 제2리튬 전이금속 산화물은 전이금속의 농도가 일정하게 유지되고, 농도 구배를 갖지 않는 것이 바람직하다. 이와 같이, 전이금속의 농도 구배 없이 코어부와 쉘부의 조성을 상이하게 구성할 경우, 코어부와 쉘부의 경계에서 급격한 조성 변화가 발생하며, 농도 구배에 따른 니켈 함유량 감소를 억제하면서 쉘부를 상대적으로 안정성이 높은 조성으로 형성할 수 있어, 양극 활물질의 구조 안정성을 개선할 수 있다. On the other hand, in the present invention, it is preferable that the first lithium transition metal oxide and the second lithium transition metal oxide maintain a constant concentration of the transition metal and do not have a concentration gradient. As such, when the composition of the core part and the shell part are configured differently without a concentration gradient of the transition metal, a rapid composition change occurs at the boundary between the core part and the shell part, and the nickel content decrease according to the concentration gradient is suppressed while the shell part is relatively stable. It can be formed with this high composition, and the structural stability of the positive electrode active material can be improved.

구체적으로는, 상기 제1리튬 전이금속 산화물과 제2리튬 전이금속 산화물은, 각각 독립적으로, 하기 [화학식 1]로 표시되는 조성을 가질 수 있다.Specifically, the first lithium transition metal oxide and the second lithium transition metal oxide may each independently have a composition represented by the following [Formula 1].

[화학식 1] [Formula 1]

Li1+aNixCoyM1 zM2 wO2 Li 1+a Ni x Co y M 1 z M 2 w O 2

상기 화학식 1에서, M1은 Mn 및 Al 중 적어도 어느 하나 이상이고, M2는 Al, B, W, Nb 및 Co로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상일 수 있다. In Formula 1, M 1 may be at least one of Mn and Al, and M 2 may be at least one selected from the group consisting of Al, B, W, Nb, and Co.

상기 1+a는 리튬 전이금속 산화물 중 리튬의 원자 비율을 나타내는 것으로, 0≤a≤0.3, 0≤a≤0.2, 또는 0≤a≤0.15일 수 있다. 1+a represents the atomic ratio of lithium in the lithium transition metal oxide, and may be 0≤a≤0.3, 0≤a≤0.2, or 0≤a≤0.15.

상기 x는 리튬 전이금속 산화물 내 전체 전이금속 중 니켈의 원자 비율을 나타내는 것으로, 0.5≤x<1, 0.6≤x<1, 0.8≤x<1, 또는 0.85≤x<1일 수 있다. The x represents the atomic ratio of nickel among the total transition metals in the lithium transition metal oxide, and may be 0.5≤x<1, 0.6≤x<1, 0.8≤x<1, or 0.85≤x<1.

상기 y는 리튬 전이금속 산화물 내 전체 전이금속 중 코발트의 원자 비율을 나타내는 것으로, 0<y<0.5, 0<y<0.4, 0<y<0.2, 또는 0<y<0.15일 수 있다.The y represents the atomic ratio of cobalt among the total transition metals in the lithium transition metal oxide, and may be 0<y<0.5, 0<y<0.4, 0<y<0.2, or 0<y<0.15.

상기 z는 리튬 전이금속 산화물 내 전체 전이금속 중 M1의 원자비율을 나타내는 것으로, 0<z<0.5, 0<z<0.4, 0<z<0.2, 또는 0<z<0.15일 수 있다. The z represents the atomic ratio of M 1 among the total transition metals in the lithium transition metal oxide, and may be 0<z<0.5, 0<z<0.4, 0<z<0.2, or 0<z<0.15.

상기 w는 리튬 전이금속 산화물 내 전체 전이금속 중 M2의 원자비율을 나타내는 것으로, 0≤w≤0.1, 0≤w≤0.05 또는 0≤w≤0.02일 수 있다. The w represents the atomic ratio of M 2 among the total transition metals in the lithium transition metal oxide, and may be 0≤w≤0.1, 0≤w≤0.05, or 0≤w≤0.02.

일 구현예에 따르면, 상기 제1리튬 전이금속 산화물은 하기 [화학식 1-1]로 표시되는 조성을 가질 수 있다. According to one embodiment, the first lithium transition metal oxide may have a composition represented by the following [Formula 1-1].

[화학식 1-1][Formula 1-1]

Li1+a1Nix1Coy1M1 z1M2 w1O2 Li 1+a1 Ni x1 Co y1 M 1 z1 M 2 w1 O 2

상기 화학식 1-1에서, 상기 M1은 Mn 및 Al 중 적어도 하나 이상이고, M2는 Al, B, W, Nb 및 Co로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상일 수 있다.In Formula 1-1, M 1 may be at least one of Mn and Al, and M 2 may be at least one selected from the group consisting of Al, B, W, Nb, and Co.

상기 1+a1는 리튬 전이금속 산화물 중 리튬의 원자 비율을 나타내는 것으로, 0≤a1≤0.3, 0≤a1≤0.2, 또는 0≤a1≤0.15일 수 있다. 1+a1 represents the atomic ratio of lithium in the lithium transition metal oxide, and may be 0≤a1≤0.3, 0≤a1≤0.2, or 0≤a1≤0.15.

상기 x1는 리튬 전이금속 산화물 내 전체 전이금속 중 니켈의 원자 비율을 나타내는 것으로, 0.8≤x1<1, 0.85≤x1<1, 또는 0.87≤x1<1일 수 있다. 코어부에 상기와 같이 니켈의 원자 비율이 높은 조성의 리튬 전이금속 산화물을 사용할 경우, 구조 안정성 저하를 최소화하면서 높은 용량 특성을 구현할 수 있다. The x1 represents the atomic ratio of nickel among the total transition metals in the lithium transition metal oxide, and may be 0.8≤x1<1, 0.85≤x1<1, or 0.87≤x1<1. When a lithium transition metal oxide having a high nickel atomic ratio as described above is used for the core portion, high capacity characteristics can be realized while minimizing structural stability degradation.

상기 y1은 리튬 전이금속 산화물 내 전체 전이금속 중 코발트의 원자 비율을 나타내는 것으로, 0<y1<0.2, 0<y1<0.15, 또는 0<y1<0.13일 수 있다.The y1 represents the atomic ratio of cobalt among the total transition metals in the lithium transition metal oxide, and may be 0<y1<0.2, 0<y1<0.15, or 0<y1<0.13.

상기 z1는 리튬 전이금속 산화물 내 전체 전이금속 중 M1의 원자비율을 나타내는 것으로, 0<z1<0.2, 0<z1<0.15, 또는 0<z1<0.13일 수 있다. The z1 represents the atomic ratio of M 1 among the total transition metals in the lithium transition metal oxide, and may be 0<z1<0.2, 0<z1<0.15, or 0<z1<0.13.

상기 w1는 리튬 전이금속 산화물 내 전체 전이금속 중 M2의 원자비율을 나타내는 것으로, 0≤w1≤0.1, 0≤w1≤0.05 또는 0≤w1≤0.02일 수 있다. The w1 represents the atomic ratio of M 2 among the total transition metals in the lithium transition metal oxide, and may be 0≤w1≤0.1, 0≤w1≤0.05, or 0≤w1≤0.02.

다른 구현예에 따르면, 상기 제1리튬 전이금속 산화물 및/또는 제2리튬 전이금속 산화물은, 각각 독립적으로, 하기 [화학식 1-2]로 표시되는 조성을 갖는 리튬 니켈-코발트-망간-알루미늄 산화물일 수 있다. According to another embodiment, the first lithium transition metal oxide and / or the second lithium transition metal oxide is, each independently, a lithium nickel-cobalt-manganese-aluminum oxide having a composition represented by the following [Formula 1-2] can

[화학식 1-2][Formula 1-2]

Li1+a2Nix2Coy2Mnz2Alw2O2 Li 1+a2 Ni x2 Co y2 Mn z2 Al w2 O 2

상기 화학식 1-2에서, In Formula 1-2,

상기 1+a2는 상기 리튬 니켈-코발트-망간-알루미늄 산화물 중 리튬의 원자 비율을 나타내는 것으로, 0≤a2≤0.3, 0≤a2≤0.2, 또는 0≤a2≤0.15일 수 있다. 1+a2 represents an atomic ratio of lithium in the lithium nickel-cobalt-manganese-aluminum oxide, and may be 0≤a2≤0.3, 0≤a2≤0.2, or 0≤a2≤0.15.

상기 x2는 상기 리튬 니켈-코발트-망간-알루미늄 산화물 내 전체 전이금속 중 니켈의 원자 비율을 나타내는 것으로, 0.5≤x2<1, 0.6≤x2<1, 0.8≤x2<1, 또는 0.85≤x2<1일 수 있다. x2 represents the atomic ratio of nickel among the total transition metals in the lithium nickel-cobalt-manganese-aluminum oxide, 0.5≤x2<1, 0.6≤x2<1, 0.8≤x2<1, or 0.85≤x2<1 can be

상기 y2는 상기 리튬 니켈-코발트-망간-알루미늄 산화물 내 전체 전이금속 중 코발트의 원자 비율을 나타내는 것으로, 0<y2<0.5, 0<y2<0.4, 0<y2<0.2, 또는 0<y2<0.15일 수 있다.y2 represents the atomic ratio of cobalt among the total transition metals in the lithium nickel-cobalt-manganese-aluminum oxide, 0<y2<0.5, 0<y2<0.4, 0<y2<0.2, or 0<y2<0.15 can be

상기 z2는 상기 리튬 니켈-코발트-망간-알루미늄 산화물 내 전체 전이금속 중 망간의 원자비율을 나타내는 것으로, 0<z2<0.5, 0<z2<0.4, 0<z2<0.2, 또는 0<z2<0.15일 수 있다.Wherein z2 represents the atomic ratio of manganese among the total transition metals in the lithium nickel-cobalt-manganese-aluminum oxide, 0<z2<0.5, 0<z2<0.4, 0<z2<0.2, or 0<z2<0.15 can be

상기 w2는 상기 리튬 니켈-코발트-망간-알루미늄 산화물 내 전체 전이금속 중 알루미늄의 원자비율을 나타내는 것으로, 0<w2≤0.1, 0<w2≤0.05 또는 0<w2≤0.02일 수 있다. The w2 represents the atomic ratio of aluminum among the total transition metals in the lithium nickel-cobalt-manganese-aluminum oxide, and may be 0<w2≤0.1, 0<w2≤0.05, or 0<w2≤0.02.

또 다른 구현예에 따르면, 상기 코어-쉘 구조의 리튬 전이금속 산화물은 하기 [화학식 1-3]으로 표시되는 제1리튬 전이금속 산화물을 포함하는 코어부와, 하기 [화학식 1-4]로 표시되는 제2리튬 전이금속 산화물을 포함하는 쉘부를 포함할 수 있다. 코어부와 쉘부 각각의 조성이 하기 [화학식 1-3] 및 [화학식 1-4]를 만족할 경우, 고온 수명 특성이 특히 우수하게 나타난다. According to another embodiment, the lithium transition metal oxide of the core-shell structure includes a core portion including a first lithium transition metal oxide represented by the following [Formula 1-3], and the following [Formula 1-4] It may include a shell portion including a second lithium transition metal oxide. When the composition of each of the core part and the shell part satisfies the following [Formula 1-3] and [Formula 1-4], high-temperature lifespan characteristics are particularly excellent.

[화학식 1-3][Formula 1-3]

Li1+a3Nix3Coy3Mnz3O2 Li 1+a3 Ni x3 Co y3 Mn z3 O 2

상기 화학식 1-3에서, 상기 1+a3은 리튬 전이금속 산화물 중 리튬의 원자 비율을 나타내는 것으로, 0≤a3≤0.3, 0≤a3≤0.2, 또는 0≤a3≤0.15일 수 있다. In Formula 1-3, 1+a3 represents the atomic ratio of lithium in the lithium transition metal oxide, and may be 0≤a3≤0.3, 0≤a3≤0.2, or 0≤a3≤0.15.

상기 x3는 리튬 전이금속 산화물 내 전체 전이금속 중 니켈의 원자 비율을 나타내는 것으로, 0.8≤x3<1, 0.85≤x3<1, 또는 0.87≤x3<1일 수 있다. 코어부에 상기와 같이 니켈의 원자 비율이 높은 조성의 리튬 전이금속 산화물을 사용할 경우, 구조 안정성 저하를 최소화하면서 높은 용량 특성을 구현할 수 있다. The x3 represents the atomic ratio of nickel among the total transition metals in the lithium transition metal oxide, and may be 0.8≤x3<1, 0.85≤x3<1, or 0.87≤x3<1. When a lithium transition metal oxide having a high nickel atomic ratio as described above is used for the core portion, high capacity characteristics can be realized while minimizing structural stability degradation.

상기 y3은 리튬 전이금속 산화물 내 전체 전이금속 중 코발트의 원자 비율을 나타내는 것으로, 0<y3<0.2, 0<y3<0.15, 또는 0<y3<0.13일 수 있다.The y3 represents the atomic ratio of cobalt among the total transition metals in the lithium transition metal oxide, and may be 0<y3<0.2, 0<y3<0.15, or 0<y3<0.13.

상기 z3은 리튬 전이금속 산화물 내 전체 전이금속 중 망간의 원자비율을 나타내는 것으로, 0<z3<0.2, 0<z3<0.15, 또는 0<z3<0.13일 수 있다.The z3 represents the atomic ratio of manganese among the total transition metals in the lithium transition metal oxide, and may be 0<z3<0.2, 0<z3<0.15, or 0<z3<0.13.

[화학식 1-4][Formula 1-4]

Li1+a4Nix4Coy4Mnz4Alw4O2 Li 1+a4 Ni x4 Co y4 Mn z4 Al w4 O 2

상기 화학식 1-4에서, 상기 1+a4는 리튬 전이금속 산화물 중 리튬의 원자 비율을 나타내는 것으로, 0≤a4≤0.3, 0≤a4≤0.2, 또는 0≤a4≤0.15일 수 있다. In Formula 1-4, 1+a4 represents the atomic ratio of lithium in the lithium transition metal oxide, and may be 0≤a4≤0.3, 0≤a4≤0.2, or 0≤a4≤0.15.

상기 x4는 리튬 전이금속 산화물 내 전체 전이금속 중 니켈의 원자 비율을 나타내는 것으로, 0.8≤x4<1, 0.85≤x4<1, 또는 0.87≤x4<1일 수 있다. The x4 represents the atomic ratio of nickel among the total transition metals in the lithium transition metal oxide, and may be 0.8≤x4<1, 0.85≤x4<1, or 0.87≤x4<1.

상기 y4은 리튬 전이금속 산화물 내 전체 전이금속 중 코발트의 원자 비율을 나타내는 것으로, 0<y4<0.2, 0<y4<0.15, 또는 0<y4<0.13일 수 있다.The y4 represents the atomic ratio of cobalt among the total transition metals in the lithium transition metal oxide, and may be 0<y4<0.2, 0<y4<0.15, or 0<y4<0.13.

상기 z4는 리튬 전이금속 산화물 내 전체 전이금속 중 망간의 원자비율을 나타내는 것으로, 0<z4<0.2, 0<z4<0.15, 또는 0<z4<0.13일 수 있다.The z4 represents the atomic ratio of manganese among the total transition metals in the lithium transition metal oxide, and may be 0<z4<0.2, 0<z4<0.15, or 0<z4<0.13.

상기 w4는 리튬 전이금속 산화물 내 전체 전이금속 중 알루미늄의 원자비율을 나타내는 것으로, 0<w4≤0.1, 0<w4≤0.05 또는 0<w4≤0.02일 수 있다. The w4 represents the atomic ratio of aluminum among the total transition metals in the lithium transition metal oxide, and may be 0<w4≤0.1, 0<w4≤0.05, or 0<w4≤0.02.

한편, 본 발명의 양극 활물질은 상기 코어-쉘 구조의 리튬 전이금속 산화물 표면에 코팅층을 포함한다. Meanwhile, the cathode active material of the present invention includes a coating layer on the surface of the lithium transition metal oxide having the core-shell structure.

구체적으로는, 상기 코팅층은 쉘부의 표면에 형성되며, Al, B, W, Nb 및 Co로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 코팅 원소를 포함한다. 쉘부 표면에 상기와 같은 코팅 원소를 포함하는 코팅층이 형성될 경우, 상기 코팅층에 의해 양극 활물질의 표면 구조가 더욱 안정화되는 효과를 얻을 수 있다. Specifically, the coating layer is formed on the surface of the shell portion, and includes at least one coating element selected from the group consisting of Al, B, W, Nb and Co. When the coating layer including the coating element as described above is formed on the surface of the shell part, it is possible to obtain an effect that the surface structure of the positive electrode active material is further stabilized by the coating layer.

한편, 상기 코팅 원소는 상기 코어-쉘 구조의 리튬 전이금속 산화물 100중량부에 대하여 0.01 내지 2 중량부, 바람직하게는 0.01 내지 1 중량부의 양으로 포함되는 것이 바람직하다. 코팅 원소의 함량이 너무 적으면, 양극 활물질의 표면 안정화 효과가 미미하고, 코팅 원소의 함량이 너무 많으면 용량 특성이 저하될 수 있다. Meanwhile, the coating element is preferably included in an amount of 0.01 to 2 parts by weight, preferably 0.01 to 1 parts by weight, based on 100 parts by weight of the lithium transition metal oxide having the core-shell structure. When the content of the coating element is too small, the surface stabilizing effect of the positive electrode active material is insignificant, and when the content of the coating element is too large, the capacity characteristics may be deteriorated.

한편, 상기 코팅층은 상기 쉘부의 표면 전체에 형성될 수도 있고, 부분적으로 형성될 수도 있다. 구체적으로, 상기 코팅층이 상기 쉘부의 표면에 부분적으로 형성될 경우, 상기 쉘부 전체 면적 중 20% 이상 내지 100% 미만으로 형성될 수 있다. 상기 코팅층의 면적이 20% 미만일 경우, 상기 코팅층의 형성에 따른 표면 안정화 효과가 미미할 수 있다. On the other hand, the coating layer may be formed on the entire surface of the shell portion, may be formed partially. Specifically, when the coating layer is partially formed on the surface of the shell part, 20% or more to less than 100% of the total area of the shell part may be formed. When the area of the coating layer is less than 20%, the surface stabilization effect according to the formation of the coating layer may be insignificant.

상기 코팅층은 그 두께가 1 내지 30nm, 바람직하게는 1 내지 15nm, 더 바람직하게는 1 내지 10nm 정도일 수 있다. 코팅층 두께가 상기 범위를 만족할 때 표면 안정화에 따른 수명 특성 개선 효과를 얻을 수 있다. The coating layer may have a thickness of 1 to 30 nm, preferably 1 to 15 nm, and more preferably 1 to 10 nm. When the thickness of the coating layer satisfies the above range, it is possible to obtain an effect of improving the lifespan characteristics according to the surface stabilization.

또한, 본 발명에 따른 양극 활물질은 상기 쉘부에 코팅 원소가 혼재되어 있는 표면 도핑부를 포함한다. 상기 표면 도핑부는 코팅 원소가 쉘부로 확산되어 삽입되도록 함으로써 형성되는 것으로, 코팅층 형성 시에 열처리 조건(온도/시간)를 적절하게 조절함으로써 형성할 수 있다. In addition, the positive active material according to the present invention includes a surface doping portion in which a coating element is mixed in the shell portion. The surface doping part is formed by allowing the coating element to diffuse into the shell part and inserted, and may be formed by appropriately adjusting heat treatment conditions (temperature/time) when forming the coating layer.

한편, 본 발명에 있어서, 상기 표면 도핑부는 양극 활물질의 최외각 표면으로부터 30nm 이하의 거리에 있는 영역 내에 존재하도록 형성된다. 본 발명자들의 연구에 따르면, 코팅 원소가 쉘부에 삽입되지 않고 코팅층에만 존재할 경우, 양극 활물질 표면 구조 안정화 효과가 미미하고, 표면 도핑부가 양극 활물질의 최외각 표면으로부터 30nm를 초과하는 영역까지 형성될 경우에는 양극 활물질 내부 구조 안정성이 떨어져 고온 특성이 저하되고, 양극 활물질의 용량 특성도 저하된다는 문제점도 있다. 더 바람직하게는 상기 표면 양극 활물질의 최외각 표면으로부터 5nm 내지 30nm의 거리에 있는 영역에 형성되는 것이 좋다.On the other hand, in the present invention, the surface doped portion is formed to exist in a region at a distance of 30 nm or less from the outermost surface of the positive electrode active material. According to the research of the present inventors, when the coating element is present only in the coating layer without being inserted into the shell portion, the effect of stabilizing the surface structure of the positive electrode active material is insignificant, and the surface doping portion is formed from the outermost surface of the positive electrode active material to a region exceeding 30 nm. There is also a problem in that the internal structural stability of the cathode active material is deteriorated, so that high temperature characteristics are lowered, and the capacity characteristics of the cathode active material are also lowered. More preferably, it is preferably formed in a region at a distance of 5 nm to 30 nm from the outermost surface of the surface positive electrode active material.

한편, 상기 쉘부는, 상기 쉘부에 포함되는 전이금속 전체 원자수를 기준으로 상기 코팅 원소를 0.1atm% 내지 5atm%, 바람직하게는 0.5atm% 내지 4atm%, 더 바람직하게는 1atm% 내지 4atm%의 함량으로 포함할 수 있다. 쉘부에 삽입되는 코팅 원소의 함량이 상기 범위를 만족할 때, 쉘부 표면과 내부가 동시에 구조적으로 안정화되는 효과를 달성할 수 있다. On the other hand, the shell portion, based on the total number of atoms of the transition metal contained in the shell portion 0.1atm% to 5atm%, preferably 0.5atm% to 4atm%, more preferably 1atm% to 4atm% of content may be included. When the content of the coating element inserted into the shell part satisfies the above range, it is possible to achieve the effect of structurally stabilizing the surface and the inside of the shell part at the same time.

양극 활물질의 제조 방법Method for manufacturing a cathode active material

다음으로, 본 발명의 양극 활물질의 제조 방법에 대해 설명한다. Next, a method for manufacturing the positive electrode active material of the present invention will be described.

본 발명에 따른 양극 활물질의 제조 방법은, (1) 제1 리튬 전이금속 산화물을 포함하는 코어부; 및 상기 코어부 상에 형성되고, 상기 제1리튬 전이금속 산화물과 상이한 조성을 갖는 제2 리튬 전이금속 산화물을 포함하는 쉘부;를 포함하는 코어-쉘 구조의 리튬 전이금속 산화물을 준비하는 단계; 및 (2) 상기 리튬 전이금속 산화물과 Al, B, W, Nb 및 Co로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 코팅 원소를 포함하는 코팅 원료 물질을 혼합하고, 열처리하는 단계를 포함한다. A method of manufacturing a cathode active material according to the present invention comprises: (1) a core part comprising a first lithium transition metal oxide; and a shell portion formed on the core portion and including a second lithium transition metal oxide having a composition different from that of the first lithium transition metal oxide; and (2) mixing the lithium transition metal oxide and a coating raw material containing at least one coating element selected from the group consisting of Al, B, W, Nb and Co, and performing heat treatment.

이때, 상기 제1리튬 전이금속 산화물 및 제2리튬 전이금속 산화물은 상기에서 설명한 것과 동일하다. 즉, 상기 제1 리튬 전이금속 산화물 및 상기 제2리튬 전이금속 산화물은, 각각 독립적으로, 상기 [화학식 1]로 표시되는 조성을 가질 수 있다. In this case, the first lithium transition metal oxide and the second lithium transition metal oxide are the same as described above. That is, the first lithium transition metal oxide and the second lithium transition metal oxide may each independently have a composition represented by the above [Formula 1].

상기 (1) 코어-쉘 구조의 리튬 전이금속 산화물을 준비하는 단계는, 전이금속 조성이 상이한 코어와 쉘을 가지는 코어-쉘 구조의 전구체와 리튬 원료물질을 혼합한 후 소성하는 방법으로 수행될 수 있다. The step of (1) preparing the lithium transition metal oxide having a core-shell structure may be performed by mixing a precursor of a core-shell structure having a core and a shell having different transition metal compositions and a lithium raw material and then sintering. have.

이때, 상기 전이금속 조성이 상이한 코어와 쉘을 가지는 코어-쉘 구조의 전구체는, 시판되는 제품을 구입하여 사용하여도 되고, 조성이 상이한 2종의 전이금속 함유 용액을 투입 시점을 달리하여 반응기 내에 투입하여 공침반응하는 방법으로 제조할 수도 있다. In this case, the precursor having a core-shell structure having a core and a shell having a different transition metal composition may be used by purchasing a commercially available product, or two transition metal-containing solutions having different compositions may be introduced into the reactor at different input times. It can also be prepared by a method of co-precipitation reaction by adding it.

구체적으로는, 상기 코어-쉘 구조의 전구체는 (1-1) 전이금속 조성이 상이한 제 1 전이금속 함유 용액과 제 2 전이금속 함유 용액을 준비하는 단계, (1-2) 반응기에 상기 제 1 전이금속 함유 용액, 암모늄 양이온 착물 형성제, 및 염기성 화합물을 투입하고 공침 반응시켜 전구체 코어를 형성하는 단계, (1-3) 상기 전구체 코어를 포함하는 반응기 내에 상기 제2 전이금속 함유 용액, 암모늄 양이온 착물 형성제, 및 염기성 화합물을 투입하고 공침 반응시켜 상기 전구체 코어 상에 쉘을 형성하여 코어-쉘 구조의 전구체를 제조하는 단계를 거쳐 제조될 수 있다. Specifically, the precursor of the core-shell structure is (1-1) preparing a first transition metal-containing solution and a second transition metal-containing solution having different transition metal compositions, (1-2) the first transition metal-containing solution in a reactor Forming a precursor core by adding a transition metal-containing solution, an ammonium cation complex forming agent, and a basic compound and performing a co-precipitation reaction, (1-3) the second transition metal-containing solution, ammonium cations in a reactor including the precursor core A complex forming agent and a basic compound are added, and a shell is formed on the precursor core by co-precipitation to prepare a precursor having a core-shell structure.

이때, 상기 제1전이금속 함유 용액 및 제2전이금속 함유 용액은 니켈 함유 원료물질, 코발트 함유 원료물질, M1 금속(Al 및/또는 Mn) 함유 원료 물질을 물에 용해시켜 제조된 것일 수 있다. 또한, M2 원소를 포함하는 리튬 전이금속 산화물을 제조하고자 하는 경우에, 필요에 따라, 상기 제1전이금속 함유 용액 및/또는 제2전이금속 함유 용액에 M2 금속 함유 원료 물질을 더 포함할 수 있다. In this case, the first transition metal-containing solution and the second transition metal-containing solution may be prepared by dissolving a nickel-containing raw material, a cobalt-containing raw material, and an M 1 metal (Al and/or Mn)-containing raw material in water. . In addition, in the case of preparing a lithium transition metal oxide containing M 2 element, if necessary, the M 2 metal-containing raw material may be further included in the first transition metal-containing solution and/or the second transition metal-containing solution. can

상기 니켈 함유 원료 물질은 예를 들면, 니켈 함유 아세트산염, 질산염, 황산염, 할라이드, 황화물, 수산화물, 산화물 또는 옥시수산화물 등일 수 있으며, 구체적으로는, Ni(OH)2, NiO, NiOOH, NiCO3·2Ni(OH)2·4H2O, NiC2O2·2H2O, Ni(NO3)2·6H2O, NiSO4, NiSO4·6H2O, 지방산 니켈염, 니켈 할로겐화물 또는 이들의 조합일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. The nickel-containing raw material may be, for example, nickel-containing acetate, nitrate, sulfate, halide, sulfide, hydroxide, oxide or oxyhydroxide, and specifically, Ni(OH) 2 , NiO, NiOOH, NiCO 3 . 2Ni(OH) 2 ·4H 2 O, NiC 2 O 2 ·2H 2 O, Ni(NO 3 ) 2 ·6H 2 O, NiSO 4 , NiSO 4 ·6H 2 O, fatty acid nickel salt, nickel halide or these It may be a combination, but is not limited thereto.

상기 코발트 함유 원료 물질은 코발트 함유 아세트산염, 질산염, 황산염, 할라이드, 황화물, 수산화물, 산화물 또는 옥시수산화물 등일 수 있으며, 구체적으로는 Co(OH)2, CoSO4, CoOOH, Co(OCOCH3)2ㆍ4H2O, Co(NO3)2ㆍ6H2O, CoSO4ㆍ7H2O 또는 이들의 조합일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. The cobalt-containing raw material may be cobalt-containing acetate, nitrate, sulfate, halide, sulfide, hydroxide, oxide or oxyhydroxide, and specifically, Co(OH) 2 , CoSO 4 , CoOOH, Co(OCOCH 3 ) 2 ㆍ 4H 2 O, Co(NO 3 ) 2 ㆍ6H 2 O, CoSO 4 ㆍ7H 2 O, or a combination thereof, but is not limited thereto.

상기 M1 함유 원료 물질에서, M1은 알루미늄 및 망간 중 1종 이상일 수 있으며, 상기 M1 함유 원료 물질은 M1 원소를 함유하는 아세트산염, 질산염, 황산염, 할라이드, 황화물, 수산화물, 산화물 또는 옥시수산화물 등일 수 있다. 구체적으로는, 상기 M1 함유 원료 물질은 Mn2O3, MnO2, Mn3O4 등과 같은 망간산화물; MnCO3, Mn(NO3)2, MnSO4, 아세트산 망간, 디카르복실산 망간염, 시트르산 망간, 지방산 망간염과 같은 망간염; 옥시 수산화망간, 염화 망간; Al2O3, AlSO4, AlCl3, Al-이소프로폭사이드(Al-isopropoxide), AlNO3, 또는 이들의 조합일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.In the M 1 containing raw material, M 1 may be at least one of aluminum and manganese, and the M 1 containing raw material is an acetate, nitrate, sulfate, halide, sulfide, hydroxide, oxide or oxy compound containing M 1 element. hydroxide or the like. Specifically, the M 1 containing raw material may include manganese oxide such as Mn 2 O 3 , MnO 2 , Mn 3 O 4 ; manganese salts such as MnCO 3 , Mn(NO 3 ) 2 , MnSO 4 , manganese acetate, dicarboxylic acid manganese salt, manganese citrate, fatty acid manganese salt; manganese oxyhydroxide, manganese chloride; Al 2 O 3 , AlSO 4 , AlCl 3 , Al-isopropoxide (Al-isopropoxide), AlNO 3 , or a combination thereof may be, but is not limited thereto.

상기와 같은 전이금속 원료 물질을 물에 투입하여 제1전이금속 함유 용액 및 제2전이금속 함유 용액을 각각 제조하되, 상기 제1전이금속 함유 용액과 제2전이금속 함유 용액은 전이금속의 종류 및/또는 전이금속의 함량이 상이하도록 제조한다.A first transition metal-containing solution and a second transition metal-containing solution are prepared by adding the transition metal raw material as described above to water, respectively, but the first transition metal-containing solution and the second transition metal-containing solution are the types of transition metals and / or prepared so that the content of the transition metal is different.

제1전이금속 함유 용액 및 제2전이금속 함유 용액이 준비되면, 반응기에 제1전이금속 함유 용액, 암모늄 양이온 착물 형성제, 및 염기성 화합물을 투입하여 공침 반응을 진행하여 전구체 코어를 형성한다. 상기 공침 반응이 진행되면 반응기 내부에 전구체 입자(코어)들이 형성된다. 전구체 입자(코어)가 원하는 크기만큼 성장하면, 제1전이금속 함유 용액의 투입을 중단하고, 제2전이금속 함유 용액, 암모늄 양이온 착물 형성제, 및 염기성 화합물을 투입하고 공침 반응시켜 상기 전구체 코어 상에 쉘을 형성함으로써, 코어-쉘 구조의 전구체를 얻을 수 있다. When the first transition metal-containing solution and the second transition metal-containing solution are prepared, the first transition metal-containing solution, an ammonium cation complex former, and a basic compound are added to the reactor to perform a co-precipitation reaction to form a precursor core. When the co-precipitation reaction proceeds, precursor particles (cores) are formed inside the reactor. When the precursor particles (core) grow to a desired size, the input of the first transition metal-containing solution is stopped, the second transition metal-containing solution, an ammonium cation complex former, and a basic compound are added and a co-precipitation reaction is performed on the precursor core By forming the shell in the core-shell structure precursor can be obtained.

이때, 상기 암모늄 양이온 착물 형성제는, NH4OH, (NH4)2SO4, NH4NO3, NH4Cl, CH3COONH4, 및 NH4CO3로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나 이상일 수 있으며, 상기 화합물을 용매에 용해시킨 용액 형태로 반응기 내로 투입될 수 있다. 이때, 상기 용매로는, 물, 또는 물과 균일하게 혼합 가능한 유기용매(구체적으로, 알코올 등)와 물의 혼합물이 사용될 수 있다.In this case, the ammonium cation complexing agent is at least one selected from the group consisting of NH 4 OH, (NH 4 ) 2 SO 4 , NH 4 NO 3 , NH 4 Cl, CH 3 COONH 4 , and NH 4 CO 3 . and may be introduced into the reactor in the form of a solution in which the compound is dissolved in a solvent. In this case, as the solvent, water or a mixture of water and an organic solvent that can be uniformly mixed with water (specifically, alcohol, etc.) and water may be used.

상기 염기성 화합물은, NaOH, KOH, 및 Ca(OH)2로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나 이상일 수 있으며, 상기 화합물을 용매에 용해시킨 용액 형태로 반응기 내로 투입될 수 있다. 이때, 용매로는 물, 또는 물과 균일하게 혼합 가능한 유기용매(구체적으로, 알코올 등)와 물의 혼합물이 사용될 수 있다.The basic compound may be at least one selected from the group consisting of NaOH, KOH, and Ca(OH) 2 , and may be introduced into the reactor in the form of a solution in which the compound is dissolved in a solvent. In this case, as the solvent, water or a mixture of water and an organic solvent that can be uniformly mixed with water (specifically, alcohol, etc.) and water may be used.

한편, 상기 공침 반응은 질소 또는 아르곤 등의 비활성 분위기하에서, 40℃ 내지 70℃의 온도에서 수행될 수 있다. 또, 상기 반응시 반응 속도를 증가시키기 위하여 교반 공정이 선택적으로 수행될 수 있으며, 이때 교반 속도는 100rpm 내지 2000rpm일 수 있다.Meanwhile, the co-precipitation reaction may be performed at a temperature of 40° C. to 70° C. under an inert atmosphere such as nitrogen or argon. In addition, in order to increase the reaction rate during the reaction, a stirring process may be optionally performed, in which case the stirring rate may be 100 rpm to 2000 rpm.

다음으로, 상기 코어-쉘 구조의 전구체를 리튬 원료물질과 혼합한 후 소성하여 코어-쉘 구조의 양극 활물질을 제조한다. Next, the precursor of the core-shell structure is mixed with a lithium raw material and then fired to prepare a cathode active material having a core-shell structure.

상기 리튬 원료물질로는, 예를 들면, 리튬 함유 탄산염(예를 들어, 탄산리튬 등), 수화물(예를 들어 수산화리튬 수화물(LiOH·H2O) 등), 수산화물(예를 들어 수산화리튬 등), 질산염(예를 들어, 질산리튬(LiNO3) 등), 염화물(예를 들어, 염화리튬(LiCl) 등) 등을 들 수 있으며, 이들 중 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다. Examples of the lithium raw material include lithium-containing carbonates (eg, lithium carbonate), hydrates (eg, lithium hydroxide hydrate (LiOH·H 2 O), etc.), hydroxides (eg, lithium hydroxide, etc.) ), nitrates (eg, lithium nitrate (LiNO 3 ), etc.), chlorides (eg, lithium chloride (LiCl), etc.), and the like, and one type alone or a mixture of two or more types thereof may be used. .

한편, 상기 코어-쉘 구조의 전구체와 리튬 원료물질을 혼합은 제트 밀링과 같은 고상 혼합으로 이루어질 수 있으며, 상기 전구체와 리튬 원료물질의 혼합비는 최종적으로 제조되는 양극 활물질에서의 각 성분의 원자 분율을 만족하는 범위로 결정될 수 있다. 예를 들면, 상기 코어-쉘 구조의 전구체와 리튬 원료 물질은 전이금속 : Li의 몰비가 1:0.9 내지 1:1.2, 바람직하게는 1:0.98 내지 1:1.1이 되도록 하는 양으로 혼합할 수 있다. 상기 전구체 및 리튬 원료 물질이 상기 범위로 혼합될 경우, 우수한 용량 특성을 나타내는 양극 활물질을 제조할 수 있다.On the other hand, mixing the precursor of the core-shell structure and the lithium raw material may be performed by solid-phase mixing such as jet milling, and the mixing ratio of the precursor and the lithium raw material is the atomic fraction of each component in the finally manufactured positive active material. It can be determined within a satisfactory range. For example, the precursor of the core-shell structure and the lithium raw material may be mixed in an amount such that a molar ratio of transition metal:Li is 1:0.9 to 1:1.2, preferably 1:0.98 to 1:1.1. . When the precursor and the lithium raw material are mixed within the above range, a positive electrode active material exhibiting excellent capacity characteristics may be prepared.

한편, 필수적인 것은 아니나, 상기 혼합 시에 전구체 및 리튬 원료물질 이외에 양극 활물질의 전이금속 중 일부를 도핑하기 위한 원료물질들이 추가로 포함될 수 있다. 예를 들면, 상기 혼합 시에 상술한 M1 함유 원료물질 및/또는 M2 함유 원료물질을 추가로 혼합할 수 있다. Meanwhile, although not essential, raw materials for doping some of the transition metals of the positive electrode active material in addition to the precursor and the lithium raw material may be additionally included during the mixing. For example, during the mixing, the above-described M 1 containing raw material and/or M 2 containing raw material may be additionally mixed.

상기 소성은 600℃ 내지 1000℃, 바람직하게는 700 내지 900℃에서 수행될 수 있으며, 소성 시간은 5 내지 30 시간, 바람직하게는 8 내지 15시간일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The firing may be carried out at 600° C. to 1000° C., preferably at 700 to 900° C., and the firing time may be 5 to 30 hours, preferably 8 to 15 hours, but is not limited thereto.

이어서, 상기에서 제조한 리튬 전이금속 산화물과 코팅 원소 함유 원료물질을 혼합하고, 열처리하여 리튬 전이금속 산화물의 표면에 코팅층을 형성한다. Next, the lithium transition metal oxide prepared above and the raw material containing the coating element are mixed, and a coating layer is formed on the surface of the lithium transition metal oxide by heat treatment.

상기 코팅 원소 함유 원료물질은, 코팅 원소 함유 산화물, 수산화물, 옥시수산화물, 황산염, 탄산염, 할라이드, 황화물, 아세트산염, 카르복시산염 또는 이들의 조합 등일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The coating element-containing raw material may be an oxide, hydroxide, oxyhydroxide, sulfate, carbonate, halide, sulfide, acetate, carboxylate, or a combination thereof containing a coating element, but is not limited thereto.

상기 코팅층의 형성방법은 통상의 코팅층 형성방법이라면 특별한 제한 없이 사용될 수 있으며, 예를 들어, 상기 코팅층의 형성 방법은 리튬 전이금속 산화물과 코팅 원소 함유 원료물질을 고상 혼합하여 열처리하거나, 또는 코팅 원소를 용매 중에 분산시켜 코팅층 형성용 조성물을 제조하고, 상기 코팅층 형성용 조성물을 도포, 침지, 또는 분무하여 상기 리튬 전이금속 산화물의 표면을 표면처리한 후, 열처리함으로써 코팅층을 형성할 수 있다. 예를 들면, 상기 코팅층 형성용 조성물을 제조하기 위해, 코팅 원소를 분산시킬 수 있는 용매로는 물, 탄소수 1 내지 8의 알코올, 디메틸설폭사이드(DMSO), N-메틸피롤리돈, 아세톤, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다. 또한, 상기 용매는 적절한 도포성을 나타낼 수 있고, 이후 열처리시 용이하게 제거될 수 있는 양으로 포함되는 것일 수 있다.The method for forming the coating layer may be used without any particular limitation as long as it is a conventional method for forming a coating layer. For example, the method for forming the coating layer is heat-treated by solid-phase mixing of lithium transition metal oxide and a raw material containing a coating element, or a coating element. A coating layer may be formed by dispersing in a solvent to prepare a composition for forming a coating layer, and then surface-treating the surface of the lithium transition metal oxide by applying, immersing, or spraying the composition for forming a coating layer, followed by heat treatment. For example, in order to prepare the composition for forming the coating layer, a solvent capable of dispersing the coating element is water, an alcohol having 1 to 8 carbon atoms, dimethyl sulfoxide (DMSO), N-methylpyrrolidone, acetone, and One or a mixture of two or more selected from the group consisting of combinations thereof may be used. In addition, the solvent may exhibit appropriate applicability and may be included in an amount that can be easily removed during subsequent heat treatment.

한편, 상기 열처리는, 코팅 원소가 코어-쉘 구조의 리튬 전이금속 산화물의 쉘부 표면에 도핑될 수 있도록 열처리 조건을 제어하여 수행되며, 구체적으로는, 코팅 원소가 양극 활물질의 최외각 표면으로부터 30nm 이하의 거리에 있는 영역으로 확산될 수 있도록 열처리 온도 및/또는 열처리 시간을 제어하여 수행된다.On the other hand, the heat treatment is performed by controlling the heat treatment conditions so that the coating element can be doped on the surface of the shell part of the lithium transition metal oxide having a core-shell structure. Specifically, the coating element is 30 nm or less from the outermost surface of the positive electrode active material. It is performed by controlling the heat treatment temperature and/or heat treatment time so that it can diffuse into the region at a distance of .

적절한 열처리 온도는 리튬 전이금속 산화물의 조성, 코팅 원소의 종류 등에 따라 달라질 수 있으나, 예를 들면, 250℃ 내지 500℃, 바람직하게는 260℃ 내지 400℃ 정도로 수행되는 것이 바람직하다. 열처리 온도가 너무 높으면 코팅 원소가 리튬 전이금속 산화물 내부까지 확산되어 양극 활물질 내부 구조에 악영향을 미칠 수 있으며, 열처리 온도가 너무 낮으면, 코팅 원소가 리튬 전이금속 산화물 내로 확산되지 않고 코팅층에만 존재하여 표면 구조 안정성 향상 효과가 떨어질 수 있다. An appropriate heat treatment temperature may vary depending on the composition of the lithium transition metal oxide, the type of coating element, etc., but for example, it is preferably carried out at about 250°C to 500°C, preferably about 260°C to 400°C. If the heat treatment temperature is too high, the coating element diffuses into the lithium transition metal oxide and may adversely affect the internal structure of the positive electrode active material. If the heat treatment temperature is too low, the coating element does not diffuse into the lithium transition metal oxide and exists only in the coating layer. The effect of improving structural stability may be reduced.

상기 열처리에 의해 코팅 원소가 리튬 전이금속 산화물의 쉘부 내로 확산되어 코팅 원소가 혼재되어 있는 표면 도핑부가 형성되며, 상기 표면 도핑부는 상기 양극 활물질의 최외각 표면으로부터 30nm 이내의 거리에 있는 영역 내에 존재하도록 형성된다. The coating element is diffused into the shell portion of the lithium transition metal oxide by the heat treatment to form a surface doped portion in which the coating element is mixed, and the surface doped portion is present in a region within a distance of 30 nm from the outermost surface of the positive electrode active material. is formed

양극anode

또한, 본 발명에 따른 양극 활물질을 포함하는, 리튬 이차전지용 양극을 제공한다. 구체적으로, 상기 이차전지용 양극은, 양극 집전체, 상기 양극 집전체 상에 형성된 양극 활물질층을 포함하며, 상기 양극 활물질층은 본 발명에 따른 양극 활물질을 포함하는, 리튬 이차전지용 양극을 제공한다. In addition, there is provided a positive electrode for a lithium secondary battery comprising the positive electrode active material according to the present invention. Specifically, the positive electrode for a secondary battery includes a positive electrode current collector, a positive electrode active material layer formed on the positive electrode current collector, and the positive electrode active material layer includes the positive electrode active material according to the present invention. It provides a positive electrode for a lithium secondary battery.

이때, 상기 양극 활물질은 상술한 바와 동일하므로, 구체적인 설명을 생략하고, 이하 나머지 구성에 대해서만 구체적으로 설명한다.At this time, since the positive active material is the same as described above, a detailed description will be omitted, and only the remaining components will be described in detail below.

상기 양극 집전체는 전도성이 높은 금속을 포함할 수 있으며, 양극 활물질층이 용이하게 접착하되, 전지의 전압 범위에서 반응성이 없는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니다. 상기 양극 집전체는 예를 들어 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소 또는 알루미늄이나 스테인레스 스틸 표면에 탄소, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것 등이 사용될 수 있다. 또, 상기 양극 집전체는 통상적으로 3 내지 500㎛의 두께를 가질 수 있으며, 상기 집전체 표면 상에 미세한 요철을 형성하여 양극 활물질의 접착력을 높일 수도 있다. 예를 들어 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.The positive electrode current collector may include a metal having high conductivity, and the positive electrode active material layer is easily adhered, but is not particularly limited as long as it is not reactive in the voltage range of the battery. The positive electrode current collector may be, for example, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, sintered carbon, or a surface treated aluminum or stainless steel surface with carbon, nickel, titanium, silver, or the like. In addition, the positive electrode current collector may typically have a thickness of 3 to 500 μm, and may increase the adhesion of the positive electrode active material by forming fine irregularities on the surface of the current collector. For example, it may be used in various forms such as a film, a sheet, a foil, a net, a porous body, a foam, a non-woven body, and the like.

상기 양극 활물질층은 상기 양극 활물질과 함께, 필요에 따라 선택적으로 도전재, 바인더, 및 분산제를 포함할 수 있다. The positive active material layer may optionally include a conductive material, a binder, and a dispersing agent together with the positive active material, if necessary.

이때 상기 양극 활물질은 양극 활물질층 총 중량에 대하여 80 내지 99중량%, 보다 구체적으로는 85 내지 98.5중량%의 ?t량으로 포함될 수 있다. 상기한 함량범위로 포함될 때 우수한 용량 특성을 나타낼 수 있다.In this case, the positive active material may be included in an amount of 80 to 99% by weight, more specifically, 85 to 98.5% by weight based on the total weight of the positive active material layer. When included in the above content range, it can exhibit excellent capacity characteristics.

상기 도전재는 전극에 도전성을 부여하기 위해 사용되는 것으로서, 구성되는 전지에 있어서, 화학변화를 야기하지 않고 전자 전도성을 갖는 것이면 특별한 제한 없이 사용 가능하다. 구체적인 예로는 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본 블랙, 아세틸렌블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서멀 블랙, 탄소섬유 등의 탄소계 물질; 구리, 니켈, 알루미늄, 은 등의 금속 분말 또는 금속 섬유; 탄소나노튜브 등의 도전성 튜브; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 휘스커; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 또는 폴리페닐렌 유도체 등의 전도성 고분자 등을 들 수 있으며, 이들 중 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다. 상기 도전재는 양극 활물질층 총 중량에 대하여 0.1 내지 15 중량%로 포함될 수 있다.The conductive material is used to impart conductivity to the electrode, and in the configured battery, it can be used without any particular limitation as long as it has electronic conductivity without causing chemical change. Specific examples include graphite such as natural graphite and artificial graphite; carbon-based materials such as carbon black, acetylene black, Ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, thermal black, and carbon fiber; metal powders or metal fibers such as copper, nickel, aluminum, and silver; conductive tubes such as carbon nanotubes; conductive whiskers such as zinc oxide and potassium titanate; conductive metal oxides such as titanium oxide; or conductive polymers such as polyphenylene derivatives, and the like, and one type alone or a mixture of two or more types thereof may be used. The conductive material may be included in an amount of 0.1 to 15% by weight based on the total weight of the positive electrode active material layer.

상기 바인더는 양극 활물질 입자들 간의 부착 및 양극 활물질과 집전체와의 접착력을 향상시키는 역할을 한다. 구체적인 예로는 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 코폴리머(PVDF-co-HFP), 폴리비닐알코올(polyvinylalcohol), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethymethaxrylate), 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 폴리머(EPDM), 술폰화-EPDM, 스티렌 부타디엔 고무(SBR), 불소 고무, 폴리아크릴산(poly acrylic acid), 및 이들의 수소를 Li, Na, 또는 Ca로 치환된 고분자, 또는 이들의 다양한 공중합체 등을 들 수 있으며, 이들 중 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다. 상기 바인더는 양극 활물질층 총 중량에 대하여 0.1 내지 15 중량%로 포함될 수 있다.The binder serves to improve adhesion between the positive active material particles and the adhesion between the positive active material and the current collector. Specific examples include polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer (PVDF-co-HFP), polyvinylalcohol, polyacrylonitrile, polymethyl meth acrylate (polymethymethaxrylate), carboxymethylcellulose (CMC), starch, hydroxypropylcellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene, polyethylene, polypropylene, ethylene-propylene-diene Polymer (EPDM), sulfonated-EPDM, styrene butadiene rubber (SBR), fluororubber, polyacrylic acid, and polymers in which hydrogen is substituted with Li, Na, or Ca, or various copolymers thereof and the like, and any one of them or a mixture of two or more thereof may be used. The binder may be included in an amount of 0.1 to 15% by weight based on the total weight of the positive active material layer.

상기 분산제는 수계 분산제 또는 N-메틸-2-피롤리돈 등의 유기 분산제를 포함할 수 있다. The dispersant may include an aqueous dispersant or an organic dispersant such as N-methyl-2-pyrrolidone.

상기 양극은 상기한 양극 활물질을 이용하는 것을 제외하고는 통상의 양극 제조방법에 따라 제조될 수 있다. 구체적으로, 상기한 양극 활물질 및 필요에 따라 선택적으로 바인더, 도전재, 및 분산제를 용매 중에 용해 또는 분산시켜 제조한 양극 활물질층 형성용 조성물을 양극 집전체 상에 도포한 후, 건조 및 압연함으로써 제조할 수 있다. The positive electrode may be manufactured according to a conventional positive electrode manufacturing method except for using the above positive electrode active material. Specifically, the cathode active material and, if necessary, a composition for forming a cathode active material layer prepared by dissolving or dispersing a binder, a conductive material, and a dispersing agent in a solvent is coated on a cathode current collector, followed by drying and rolling. can do.

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

또한, 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.Also, as another method, the positive electrode may be prepared by casting the composition for forming the positive electrode active material layer on a separate support, and then laminating a film obtained by peeling from the support on the positive electrode current collector.

(이차전지)(secondary battery)

또한, 본 발명은 상기 양극을 포함하는 전기화학소자를 제조할 수 있다. 상기 전기화학소자는 구체적으로 전지, 커패시터 등일 수 있으며, 보다 구체적으로는 리튬 이차전지일 수 있다.In addition, the present invention can manufacture an electrochemical device including the positive electrode. The electrochemical device may specifically be a battery, a capacitor, or the like, and more specifically, a lithium secondary battery.

상기 리튬 이차전지는 구체적으로, 양극, 상기 양극과 대향하여 위치하는 음극, 및 상기 양극과 음극 사이에 개재되는 분리막 및 전해질을 포함하고, 상기 양극은 앞서 설명한 바와 동일하므로, 구체적인 설명을 생략하고, 이하 나머지 구성에 대해서만 구체적으로 설명한다. The lithium secondary battery specifically includes a positive electrode, a negative electrode positioned to face the positive electrode, and a separator and an electrolyte interposed between the positive electrode and the negative electrode, and the positive electrode is the same as described above, so detailed description is omitted, Hereinafter, only the remaining components will be described in detail.

또한, 상기 리튬 이차전지는 상기 양극, 음극, 분리막의 전극 조립체를 수납하는 전지용기, 및 상기 전지용기를 밀봉하는 밀봉 부재를 선택적으로 더 포함할 수 있다.In addition, the lithium secondary battery may optionally further include a battery container for accommodating the electrode assembly of the positive electrode, the negative electrode, and the separator, and a sealing member for sealing the battery container.

상기 리튬 이차전지에 있어서, 상기 음극은 음극 집전체 및 상기 음극 집전체 상에 위치하는 음극 활물질층을 포함한다.In the lithium secondary battery, the negative electrode includes 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 음극활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있다. 예를 들어, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.The negative electrode current collector is not particularly limited as long as it has high conductivity without causing chemical change in the battery. Carbon, nickel, titanium, silver, etc. surface-treated, aluminum-cadmium alloy, etc. may be used. In addition, the negative electrode current collector may have a thickness of typically 3 μm to 500 μm, and similarly to the positive electrode current collector, fine irregularities may be formed on the surface of the current collector to strengthen the bonding force of the negative electrode active material. For example, it may be used in various forms such as a film, a sheet, a foil, a net, a porous body, a foam body, a nonwoven body, and the like.

상기 음극 활물질층은 음극 활물질과 함께 선택적으로 바인더 및 도전재를 포함한다.The anode active material layer optionally includes a binder and a conductive material together with the anode active material.

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 저결정성 탄소 및 고결정성 탄소 등이 모두 사용될 수 있다. 저결정성 탄소로는 연화탄소 (soft carbon) 및 경화탄소 (hard carbon)가 대표적이며, 고결정성 탄소로는 무정형, 판상, 인편상, 구형 또는 섬유형의 천연 흑연 또는 인조 흑연, 키시 흑연 (Kish graphite), 열분해 탄소 (pyrolytic carbon), 액정 피치계 탄소섬유 (mesophase pitch based carbon fiber), 탄소 미소구체 (meso-carbon microbeads), 액정피치 (Mesophase pitches) 및 석유와 석탄계 코크스 (petroleum or coal tar pitch derived cokes) 등의 고온 소성탄소가 대표적이다.As the anode active material, a compound capable of reversible intercalation and deintercalation of lithium may be used. Specific examples include carbonaceous materials such as artificial graphite, natural graphite, graphitized carbon fiber, and amorphous carbon; metal compounds capable of alloying with lithium, such as Si, Al, Sn, Pb, Zn, Bi, In, Mg, Ga, Cd, Si alloy, Sn alloy, or Al alloy; metal oxides capable of doping and dedoping lithium, such as SiOβ (0 < β < 2), SnO 2 , vanadium oxide, and lithium vanadium oxide; Alternatively, a composite including the above-mentioned metallic compound and a carbonaceous material such as a Si-C composite or a Sn-C composite may be used, and any one or a mixture of two or more thereof may be used. In addition, a metal lithium thin film may be used as the negative electrode active material. In addition, as the carbon material, both low crystalline carbon and high crystalline carbon may be used. As low crystalline carbon, soft carbon and hard carbon are representative, and high crystalline carbon includes natural or artificial graphite in amorphous, plate-like, flaky, spherical or fibrous shape, and Kish graphite (Kish). graphite), pyrolytic carbon, mesophase pitch based carbon fiber, meso-carbon microbeads, liquid crystal pitches (Mesophase pitches), and petroleum and coal tar pitch (petroleum or coal tar pitch) High-temperature calcined carbon such as derived cokes) is a representative example.

상기 음극활물질은 음극 활물질층의 전체 중량을 기준으로 80 중량% 내지 99중량%로 포함될 수 있다.The anode active material may be included in an amount of 80 wt% to 99 wt% based on the total weight of the anode active material layer.

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

상기 도전재는 음극활물질의 도전성을 더욱 향상시키기 위한 성분으로서, 음극 활물질층의 전체 중량을 기준으로 10 중량% 이하, 바람직하게는 5 중량% 이하로 첨가될 수 있다. 이러한 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서멀 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 휘스커; 산화티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.The conductive material is a component for further improving the conductivity of the anode active material, and may be added in an amount of 10 wt% or less, preferably 5 wt% or less, based on the total weight of the anode active material layer. Such a conductive material is not particularly limited as long as it has conductivity without causing a chemical change in the battery. For example, graphite such as natural graphite or artificial graphite; carbon black such as acetylene black, Ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and thermal black; conductive fibers such as carbon fibers and metal fibers; metal powders such as carbon fluoride, aluminum, and nickel powder; conductive whiskers such as zinc oxide and potassium titanate; conductive metal oxides such as titanium oxide; A conductive material such as a polyphenylene derivative may be used.

예를 들면, 상기 음극 활물질층은 음극 집전체 상에 음극 활물질, 및 선택적으로 바인더 및 도전재를 용매 중에 용해 또는 분산시켜 제조한 음극 활물질층 형성용 조성물을 도포하고 건조함으로써 제조되거나, 또는 상기 음극 활물질층 형성용 조성물을 별도의 지지체 상에 캐스팅한 다음, 이 지지체로부터 박리하여 얻은 필름을 음극 집전체 상에 라미네이션함으로써 제조될 수 있다.For example, the anode active material layer is prepared by applying and drying a composition for forming an anode active material layer prepared by dissolving or dispersing a cathode active material, and optionally a binder and a conductive material in a solvent, on the anode current collector and drying, or the anode active material layer It can be prepared by casting the composition for forming an active material layer on a separate support, and then laminating a film obtained by peeling it off from the support on a negative electrode current collector.

상기 음극 활물질층은 일례로서 음극 집전체 상에 음극 활물질, 및 선택적으로 바인더 및 도전재를 용매 중에 용해 또는 분산시켜 제조한 음극 활물질층 형성용 조성물을 도포하고 건조하거나, 또는 상기 음극 활물질층 형성용 조성물을 별도의 지지체 상에 캐스팅한 다음, 이 지지체로부터 박리하여 얻은 필름을 음극 집전체 상에 라미네이션함으로써 제조될 수도 있다.The anode active material layer is, as an example, a composition for forming an anode active material layer prepared by dissolving or dispersing an anode active material, and optionally a binder and a conductive material in a solvent on an anode current collector and drying, or for forming the anode active material layer It can also be prepared by casting the composition onto a separate support and then laminating a film obtained by peeling it from the support onto a negative electrode current collector.

한편, 상기 리튬 이차전지에 있어서, 분리막은 음극과 양극을 분리하고 리튬 이온의 이동 통로를 제공하는 것으로, 통상 리튬 이차전지에서 분리막으로 사용되는 것이라면 특별한 제한 없이 사용가능하며, 특히 전해질의 이온 이동에 대하여 저저항이면서 전해액 함습 능력이 우수한 것이 바람직하다. 구체적으로는 다공성 고분자 필름, 예를 들어 에틸렌 단독중합체, 프로필렌 단독중합체, 에틸렌/부텐 공중합체, 에틸렌/헥센 공중합체 및 에틸렌/메타크릴레이트 공중합체 등과 같은 폴리올레핀계 고분자로 제조한 다공성 고분자 필름 또는 이들의 2층 이상의 적층 구조체가 사용될 수 있다. 또 통상적인 다공성 부직포, 예를 들어 고융점의 유리 섬유, 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유 등으로 된 부직포가 사용될 수도 있다. 또, 내열성 또는 기계적 강도 확보를 위해 세라믹 성분 또는 고분자 물질이 포함된 코팅된 분리막이 사용될 수도 있으며, 선택적으로 단층 또는 다층 구조로 사용될 수 있다.On the other hand, in the lithium secondary battery, the separator separates the negative electrode and the positive electrode and provides a passage for lithium ions to move, and as long as it is used as a separator in a lithium secondary battery, it can be used without any particular limitation, especially for the movement of ions in the electrolyte It is preferable to have a low resistance to and excellent electrolyte moisture content. Specifically, a porous polymer film, for example, a porous polymer film made of a polyolefin-based polymer such as an ethylene homopolymer, a propylene homopolymer, an ethylene/butene copolymer, an ethylene/hexene copolymer, and an ethylene/methacrylate copolymer, or these A laminate structure of two or more layers of may be used. In addition, a conventional porous nonwoven fabric, for example, a nonwoven fabric made of high melting point glass fiber, polyethylene terephthalate fiber, etc. may be used. In addition, in order to secure heat resistance or mechanical strength, a coated separator containing a ceramic component or a polymer material may be used, and may optionally be used in a single-layer or multi-layer structure.

또한, 본 발명에서 사용되는 전해질로는 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. In addition, examples of the electrolyte used in the present invention include organic liquid electrolytes, inorganic liquid electrolytes, solid polymer electrolytes, gel polymer electrolytes, solid inorganic electrolytes, and molten inorganic electrolytes that can be used in the manufacture of lithium secondary batteries, and are limited to these. it's not going to be

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

상기 유기 용매로는 전지의 전기 화학적 반응에 관여하는 이온들이 이동할 수 있는 매질 역할을 할 수 있는 것이라면 특별한 제한 없이 사용될 수 있다. 구체적으로 상기 유기 용매로는, 메틸 아세테이트(methyl acetate), 에틸 아세테이트(ethyl acetate), γ-부티로락톤(γ-butyrolactone), ε-카프로락톤(ε-caprolactone) 등의 에스테르계 용매; 디부틸 에테르(dibutyl ether) 또는 테트라히드로퓨란(tetrahydrofuran) 등의 에테르계 용매; 시클로헥사논(cyclohexanone) 등의 케톤계 용매; 벤젠(benzene), 플루오로벤젠(fluorobenzene) 등의 방향족 탄화수소계 용매; 디메틸카보네이트(dimethylcarbonate, DMC), 디에틸카보네이트(diethylcarbonate, DEC), 메틸에틸카보네이트(methylethylcarbonate, MEC), 에틸메틸카보네이트(ethylmethylcarbonate, EMC), 에틸렌카보네이트(ethylene carbonate, EC), 프로필렌카보네이트(propylene carbonate, PC) 등의 카보네이트계 용매; 에틸알코올, 이소프로필 알코올 등의 알코올계 용매; R-CN(R은 탄소수 2 내지 20의 직쇄상, 분지상 또는 환 구조의 탄화수소기이며, 이중결합 방향 환 또는 에테르 결합을 포함할 수 있다) 등의 니트릴류; 디메틸포름아미드 등의 아미드류; 1,3-디옥솔란 등의 디옥솔란류; 또는 설포란(sulfolane)류 등이 사용될 수 있다. 이중에서도 카보네이트계 용매가 바람직하고, 전지의 충방전 성능을 높일 수 있는 높은 이온전도도 및 고유전율을 갖는 환형 카보네이트(예를 들면, 에틸렌카보네이트 또는 프로필렌카보네이트 등)와, 저점도의 선형 카보네이트계 화합물(예를 들면, 에틸메틸카보네이트, 디메틸카보네이트 또는 디에틸카보네이트 등)의 혼합물이 보다 바람직하다. 이 경우 환형 카보네이트와 사슬형 카보네이트는 약 1:1 내지 약 1:9의 부피비로 혼합하여 사용하는 것이 전해액의 성능이 우수하게 나타날 수 있다. The organic solvent may be used without particular limitation as long as it can serve as a medium through which ions involved in the electrochemical reaction of the battery can move. Specifically, as the organic solvent, ester solvents such as methyl acetate, ethyl acetate, γ-butyrolactone, ε-caprolactone; ether-based solvents such as dibutyl ether or tetrahydrofuran; ketone solvents such as cyclohexanone; aromatic hydrocarbon-based solvents such as benzene and fluorobenzene; dimethylcarbonate (DMC), diethylcarbonate (DEC), methylethylcarbonate (MEC), ethylmethylcarbonate (EMC), ethylene carbonate (EC), propylene carbonate, carbonate-based solvents such as PC); alcohol solvents such as ethyl alcohol and isopropyl alcohol; nitriles such as R-CN (R is a linear, branched, or cyclic hydrocarbon group having 2 to 20 carbon atoms and may contain a double bond aromatic ring or ether bond); amides such as dimethylformamide; dioxolanes such as 1,3-dioxolane; Or sulfolanes and the like may be used. Among them, a carbonate-based solvent is preferable, and a cyclic carbonate (eg, ethylene carbonate or propylene carbonate, etc.) having high ionic conductivity and high dielectric constant capable of increasing the charge/discharge performance of the battery, and a low-viscosity linear carbonate-based compound ( For example, a mixture of ethyl methyl carbonate, dimethyl carbonate or diethyl carbonate) is more preferable. In this case, when the cyclic carbonate and the chain carbonate are mixed in a volume ratio of about 1:1 to about 1:9, the electrolyte may exhibit excellent performance.

상기 리튬염은 리튬 이차전지에서 사용되는 리튬 이온을 제공할 수 있는 화합물이라면 특별한 제한 없이 사용될 수 있다. 구체적으로 상기 리튬염의 음이온으로는 F-, Cl-, Br-, I-, NO3 -, N(CN)2 -, BF4 -, CF3CF2SO3 -, (CF3SO2)2N-, (FSO2)2N-, CF3CF2(CF3)2CO-, (CF3SO2)2CH-, (SF5)3C-, (CF3SO2)3C-, CF3(CF2)7SO3 -, CF3CO2 -, CH3CO2 -, SCN- 및 (CF3CF2SO2)2N-로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나 이상일 수 있고, 상기 리튬염은, LiPF6, LiClO4, LiAsF6, LiBF4, LiSbF6, LiAl04, LiAlCl4, LiCF3SO3, LiC4F9SO3, LiN(C2F5SO3)2, LiN(C2F5SO2)2, LiN(CF3SO2)2. LiCl, LiI, 또는 LiB(C2O4)2 등이 사용될 수 있다. 상기 리튬염의 농도는 0.1 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 lithium salt may be used without particular limitation as long as it is a compound capable of providing lithium ions used in a lithium secondary battery. Specifically, as an anion of the lithium salt , F - , Cl - , Br - , I - , NO 3 - , N(CN) 2 - , BF 4 - , CF 3 CF 2 SO 3 - , (CF 3 SO 2 ) 2 N - , (FSO 2 ) 2 N - , CF 3 CF 2 (CF 3 ) 2 CO - , (CF 3 SO 2 ) 2 CH - , (SF 5 ) 3 C - , (CF 3 SO 2 ) 3 C - , CF 3 (CF 2 ) 7 SO 3 - , CF 3 CO 2 - , CH 3 CO 2 - , SCN - and (CF 3 CF 2 SO 2 ) 2 N - may be at least one selected from the group consisting of, The lithium salt is, LiPF 6 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiBF 4 , LiSbF 6 , LiAl0 4 , LiAlCl 4 , LiCF 3 SO 3 , LiC 4 F 9 SO 3 , LiN(C 2 F 5 SO 3 ) 2 , LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 , LiN(CF 3 SO 2 ) 2. LiCl, LiI, or LiB(C 2 O 4 ) 2 , etc. may be used. The concentration of the lithium salt is preferably used within the range of 0.1 to 2.0M. When the concentration of the lithium salt is included in the above range, the electrolyte may exhibit excellent electrolyte performance because it has appropriate conductivity and viscosity, and lithium ions may 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), 헥사인산 트리아미드, 니트로벤젠 유도체, 유황, 퀴논 이민 염료, N-치환 옥사졸리디논, N,N-치환 이미다졸리딘, 에틸렌 글리콜 디알킬 에테르, 암모늄염, 피롤, 2-메톡시 에탄올 또는 삼염화 알루미늄 등의 첨가제가 1종 이상 더 포함될 수도 있다. 이때 상기 첨가제는 전해질 총 중량에 대하여 0.1 내지 5 중량%로 포함될 수 있다.In addition to the electrolyte components, the electrolyte includes, for example, haloalkylene carbonate-based compounds such as difluoroethylene carbonate, pyridine, tri Ethyl phosphite, triethanolamine, cyclic ether, ethylene diamine, n-glyme, hexaphosphoric acid triamide, nitrobenzene derivative, sulfur, quinone imine dye, N-substituted oxazolidinone, N,N-substituted imida One or more additives such as jolidine, ethylene glycol dialkyl ether, ammonium salt, pyrrole, 2-methoxy ethanol or aluminum trichloride may be further included. In this case, the additive may be included in an amount of 0.1 to 5% by weight based on the total weight of the electrolyte.

상기와 같이 본 발명에 따른 양극 활물질을 포함하는 리튬 이차전지는 우수한 방전 용량, 출력 특성 및 수명 특성을 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, since the lithium secondary battery including the positive electrode active material according to the present invention stably exhibits excellent discharge capacity, output characteristics and lifespan characteristics, portable devices such as mobile phones, notebook computers, digital cameras, and hybrid electric vehicles ( It is useful in the field of electric vehicles such as hybrid electric vehicle, HEV).

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

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 battery module or battery pack is a power tool (Power Tool); electric vehicles, including electric vehicles (EVs), hybrid electric vehicles, and plug-in hybrid electric vehicles (PHEVs); Alternatively, it may be used as a power source for any one or more medium and large-sized devices in a system for power storage.

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

본 발명에 따른 리튬 이차전지는 소형 디바이스의 전원으로 사용되는 전지셀에 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 다수의 전지셀들을 포함하는 중대형 전지모듈에 단위전지로도 바람직하게 사용될 수 있다. The lithium secondary battery according to the present invention may not only be used in a battery cell used as a power source for a small device, but may also be preferably used as a unit cell in a medium or large-sized battery module including a plurality of battery cells.

상기 중대형 디바이스의 예로는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차 및 전력 저장용 시스템 등을 들 수 있으나, 이들로 한정되는 것은 아니다.Examples of the medium-large device include, but are not limited to, an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, a plug-in hybrid electric vehicle, and a power storage system.

이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.Hereinafter, examples will be given to specifically describe the present invention. However, the embodiments according to the present invention may be modified in various other forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described below. The embodiments of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those of ordinary skill in the art.

실시예Example

실시예 1Example 1

NiSO4, CoSO4, 및 MnSO4를 니켈:코발트:망간의 몰비가 90 : 5: 5가 되도록 하는 양으로 증류수 중에서 혼합하여 1.5M 농도의 제1 전이금속 함유 용액을 준비하였다.NiSO 4 , CoSO 4 , and MnSO 4 were mixed in distilled water in an amount such that a molar ratio of nickel:cobalt:manganese was 90:5:5 to prepare a solution containing a first transition metal having a concentration of 1.5M.

또한, NiSO4, CoSO4, MnSO4 Al2O3를 니켈:코발트:망간:알루미늄의 몰비가 88 : 5: 5: 2가 되도록 하는 양으로 증류수 중에서 혼합하여 1.5M 농도의 제2 전이금속 함유 용액을 준비하였다.In addition, NiSO 4 , CoSO 4 , MnSO 4 and Al 2 O 3 was mixed in distilled water in an amount such that a molar ratio of nickel:cobalt:manganese:aluminum was 88: 5: 5: 2 to prepare a solution containing a second transition metal having a concentration of 1.5M.

상기 제1 전이금속 함유 용액이 담겨있는 용기와 제2 전이금속 함유 용액이 담겨있는 용기를 45℃로 설정된 150L의 반응기에 각각 연결하였다. 추가로 3.0M NaOH 용액과 28% 농도의 NH4OH 수용액을 준비하여 각각 상기 반응기에 연결하였다.The container containing the first transition metal-containing solution and the container containing the second transition metal-containing solution were respectively connected to a 150L reactor set at 45°C. In addition, 3.0M NaOH solution and 28% NH 4 OH aqueous solution were prepared and connected to the reactor, respectively.

이어서, 상기 반응기에 탈이온수를 넣은 뒤 질소가스를 반응기에 0.05L/분의 속도로 퍼징하여 물 속의 용존 산소를 제거하고 반응기 내를 비산화 분위기로 조성하였다. 이후 3.0M NaOH를 투입한 후, 500rpm의 교반 속도로 교반하며, 반응기 내의 pH가 pH 12를 유지하도록 하였다.Then, after adding deionized water to the reactor, nitrogen gas was purged into the reactor at a rate of 0.05 L/min to remove dissolved oxygen in the water and to create a non-oxidizing atmosphere in the reactor. After 3.0M NaOH was added, the mixture was stirred at a stirring speed of 500 rpm, and the pH in the reactor was maintained at pH 12.

이후, 상기 제1 전이금속 함유 용액을 상기 반응기 내로 180mL/hr의 속도로 투입하고, NaOH 수용액을 360mL/hr, NH4OH 수용액을 30mL/hr의 속도로 각각 투입하여 15시간 동안 공침반응시켜 Ni0.9Co0.05Mn0.05(OH)2로 표시되는 코어부를 형성하였다.Thereafter, the first transition metal-containing solution was introduced into the reactor at a rate of 180 mL/hr, and an aqueous NaOH solution was added at a rate of 360 mL/hr and an NH 4 OH aqueous solution was added at a rate of 30 mL/hr, respectively, and the co-precipitation reaction was performed for 15 hours. A core portion represented by 0.9 Co 0.05 Mn 0.05 (OH) 2 was formed.

이후, 제1 전이금속 함유 용액의 투입을 중단하고, 제2 전이금속 함유 용액을 180mL/hr의 속도로 투입하고, NaOH 수용액을 360mL/hr, NH4OH 수용액을 30mL/hr의 속도로 각각 투입하여 0.5시간 동안 공침반응시켜, 코어부의 표면에 Ni0.88Co0.05Mn0.05Al0.02(OH)2로 표시되는 화합물을 성장시킴으로써 코어-쉘 구조의 양극 활물질 전구체를 제조하였다.Thereafter, the input of the first transition metal-containing solution is stopped, the second transition metal-containing solution is added at a rate of 180 mL/hr, and NaOH aqueous solution is added at a rate of 360 mL/hr and NH 4 OH aqueous solution is added at a rate of 30 mL/hr, respectively. A cathode active material precursor having a core-shell structure was prepared by growing a compound represented by Ni 0.88 Co 0.05 Mn 0.05 Al 0.02 (OH) 2 on the surface of the core part by co-precipitation reaction for 0.5 hours.

상기 양극 활물질 전구체와 LiOH를 Li : 전이금속의 몰비가 1.05:1이 되도록 혼합하고, O2 분위기 하에서 700℃로 10시간 동안 소성하여, 코어-쉘 구조의 리튬 전이금속 산화물을 제조하였다.The cathode active material precursor and LiOH were mixed so that the molar ratio of Li:transition metal was 1.05:1, and calcined at 700° C. for 10 hours in an O 2 atmosphere to prepare a lithium transition metal oxide having a core-shell structure.

이어서, 상기 코어-쉘 구조의 리튬 전이금속 산화물 100 중량부에 대하여 코팅 원료 물질인 붕산이 0.5 중량부가 되도록 혼합한 후, 이를 280℃에서 5시간 동안 열처리하여, 표면에 코팅층이 형성된 코어-쉘 구조의 양극 활물질을 제조하였다. Then, 0.5 parts by weight of boric acid, a coating raw material, is mixed with respect to 100 parts by weight of the lithium transition metal oxide having the core-shell structure, and then heat-treated at 280° C. for 5 hours to form a core-shell structure with a coating layer on the surface of the positive electrode active material was prepared.

실시예 2Example 2

상기 코어-쉘 구조의 양극 활물질과 코팅 원료 물질인 붕산을 혼합한 후, 350℃에서 5시간 동안 열처리한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일하게 양극 활물질을 제조하였다.A cathode active material was prepared in the same manner as in Example 1, except that the core-shell structured cathode active material was mixed with boric acid, a coating raw material, and then heat-treated at 350° C. for 5 hours.

비교예 1Comparative Example 1

상기 실시예 1에서 제조한 코어-쉘 구조의 양극 활물질의 표면에 별도의 코팅층을 형성하지 않는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 양극 활물질을 제조하였다. A cathode active material was prepared in the same manner as in Example 1, except that a separate coating layer was not formed on the surface of the cathode active material having a core-shell structure prepared in Example 1.

비교예 2 Comparative Example 2

상기 코어-쉘 구조의 양극 활물질과 코팅 원료 물질인 붕산을 혼합한 후, 200℃에서 5시간 동안 열처리한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일하게 양극 활물질을 제조하였다.A cathode active material was prepared in the same manner as in Example 1, except that the core-shell structured cathode active material was mixed with boric acid, a coating raw material, and then heat-treated at 200° C. for 5 hours.

비교예 3 Comparative Example 3

상기 코어-쉘 구조의 양극 활물질과 코팅 원료 물질인 붕산을 혼합한 후, 430℃에서 5시간 동안 열처리한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일하게 양극 활물질을 제조하였다.A cathode active material was prepared in the same manner as in Example 1, except that the core-shell structured cathode active material was mixed with boric acid, which is a coating raw material, and then heat-treated at 430° C. for 5 hours.

실험예 1: 양극 활물질 쉘 부 내 코팅 원소 함량 분석Experimental Example 1: Analysis of the content of coating elements in the shell of the cathode active material

양극 활물질의 X-선 광전자 분광분석(X-ray photoelectron spectroscopy, XPS)(Thermo Scientific 社)을 이용한 깊이 프로파일(depth profile)을 통해 상기 실시예 1~2 및 비교예 2~3에서 제조한 양극 활물질의 쉘 부 내 코팅 원소의 도핑 함량을 확인하였고, 이를 하기 표 1에 나타내었다. The positive active material prepared in Examples 1-2 and Comparative Examples 2-3 through a depth profile using X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) (Thermo Scientific) of the positive active material The doping content of the coating element in the shell part of the was confirmed, and it is shown in Table 1 below.

구체적으로는, 진공 상태의 챔버에 상기 실시예 1~2 및 비교예 2~3에서 제조한 양극 활물질 입자를 투입한 후, Ar 빔을 이용하여 상기 양극 활물질 입자를 에칭하면서 에칭 시간에 따른 상기 양극 활물질의 쉘부에 도핑된 코팅 원소 B의 함량을 확인하였고, 이를 하기 표 1에 나타내었다. 이때, 에칭시간 10초 당 양극 활물질 입자의 표면은 1nm씩 에칭되었다.Specifically, after introducing the positive active material particles prepared in Examples 1 to 2 and Comparative Examples 2 to 3 into the chamber in a vacuum state, the positive electrode active material particles are etched using an Ar beam, and the positive electrode according to the etching time The content of the coating element B doped to the shell part of the active material was confirmed, and it is shown in Table 1 below. At this time, the surface of the cathode active material particles was etched by 1 nm per 10 seconds of etching time.

에칭시간 (s)Etching time (s) 코팅 원소 함량(at%)Coating element content (at%) 실시예 1Example 1 실시예 2Example 2 비교예 2Comparative Example 2 비교예 3Comparative Example 3 00 4.14.1 3.73.7 4.84.8 2.22.2 5050 2.52.5 2.82.8 1.11.1 1.81.8 100100 1.41.4 2.22.2 00 2.72.7 300300 0.20.2 1.61.6 00 2.22.2 500500 00 00 00 1.51.5 700700 00 00 00 00 900900 00 00 00 00 1,0001,000 00 00 00 00

[표 1]을 통해, 실시예 1 및 2의 경우, 양극 활물질의 최외각 표면부터 30nm 이내의 깊이까지 코팅 원소가 존재함을 확인할 수 있다. 한편, 비교예 2는 코팅층에 해당하는 양극 활물질의 최외각 표면으로부터 5nm 정도까지만 코팅 원소가 존재하고, 리튬 전이금속 산화물 내에서는 코팅 원소가 검출되지 않았으며, 비교예 3의 경우에는 최외각 표면으로부터 30nm 이상의 깊이에서도 코팅 원소가 검출되었다. From [Table 1], in the case of Examples 1 and 2, it can be confirmed that the coating element is present from the outermost surface of the positive electrode active material to a depth within 30 nm. On the other hand, in Comparative Example 2, the coating element was present only from the outermost surface of the cathode active material corresponding to the coating layer to about 5 nm, and the coating element was not detected in the lithium transition metal oxide, and in Comparative Example 3, from the outermost surface Coating elements were detected even at depths greater than 30 nm.

실험예 2: 양극 활물질의 표면 분석Experimental Example 2: Surface analysis of positive electrode active material

실시예 1에 의해 제조된 양극 활물질의 단면을 절단하여 TEM(FE-STEM, TITAN G2 80-100 ChemiSTEM)을 이용하여 단면 형상을 관찰하였으며, 저각 회절 패턴(small angle diffraction pattern, SADP)을 통해 양극 활물질 단면에서의 결정상을 확인하였다. The cross-section of the positive active material prepared in Example 1 was cut and the cross-sectional shape was observed using TEM (FE-STEM, TITAN G2 80-100 ChemiSTEM), and the positive electrode through a small angle diffraction pattern (SADP) A crystalline phase was confirmed in the cross section of the active material.

도 1 및 도 2에는 실시예 1의 양극 활물질의 단면 TEM 사진이 도시되어 있다. 구체적으로는, 도 1은 실시예 1에 의해 제조된 양극 활물질의 코팅층 및 쉘부 단면을 촬영한 TEM 사진으로, (b)는 (a)를 10배 확대한 사진이며, 도 2는 실시예 1에 의해 제조된 양극 활물질의 코팅층 및 쉘부에서의 성분 분포를 보여주는 TEM 사진으로, (d)는 (c)에 표시된 박스 영역에서의 코팅 원소인 B의 분포를 보여주는 것이고, (e)는 (c)에 표시된 박스 영역에서의 Ni의 분포를 보여주는 것이다. 1 and 2 are cross-sectional TEM images of the positive active material of Example 1 is shown. Specifically, FIG. 1 is a TEM photograph of a cross section of the coating layer and the shell part of the cathode active material prepared in Example 1, (b) is a 10 times magnification of (a), and FIG. 2 is Example 1 As a TEM photograph showing the component distribution in the coating layer and the shell part of the cathode active material prepared by It shows the distribution of Ni in the indicated box area.

도 1에 도시된 바와 같이, 실시예 1의 양극 활물질은 표면에 4 ~ 5nm 두께의 코팅층이 형성되어 있었으며, 코팅 원소 B 중 일부가 리튬 전이금속 산화물의 내부로 도핑되어 있음을 확인할 수 있다.As shown in FIG. 1 , it can be seen that the cathode active material of Example 1 had a coating layer having a thickness of 4 to 5 nm formed on the surface, and some of the coating element B was doped into the lithium transition metal oxide.

또한, 도 2 (d)를 통해 코팅 원소 B가 양극 활물질의 최외각 표면으로부터 20 ~ 25nm 깊이까지 도핑되어 있음을 확인할 수 있으며, 상기 코팅 원소 B와 니켈 원소가 혼재되어 있는 표면 도핑부가 양극 활물질의 최외각 표면으로부터 30nm 이하의 거리에 있는 영역에 형성되어 있음을 확인할 수 있다. In addition, it can be confirmed that the coating element B is doped to a depth of 20 to 25 nm from the outermost surface of the positive electrode active material through FIG. It can be confirmed that it is formed in a region at a distance of 30 nm or less from the outermost surface.

실험예 3: 수명 특성 평가Experimental Example 3: Evaluation of lifespan characteristics

상기 실시예 1~2 및 비교예 1~3에서 각각 제조한 양극 활물질과, 도전재 및 바인더를 95 : 2: 3의 중량비로 N-메틸-2-피롤리돈(NMP) 용매 중에서 혼합하여 양극 슬러리를 제조하였다. 상기 양극 슬러리를 알루미늄 집전체의 일면에 도포하고, 건조한 후 압연하여 양극을 제조하였다. The positive electrode active material prepared in Examples 1 to 2 and Comparative Examples 1 to 3, respectively, and a conductive material and a binder were mixed in a N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) solvent in a weight ratio of 95: 2: 3 to obtain a positive electrode. A slurry was prepared. The positive electrode slurry was applied to one surface of an aluminum current collector, dried and rolled to prepare a positive electrode.

그런 다음, 음극 활물질(그라파이트), 도전재 및 바인더를 95 : 1 : 4의 중량비로 물(H2O) 중에서 혼합하여 음극 슬러리를 제조하였다. 상기 음극 슬러리를 구리 집전체의 일면에 도포하고, 건조한 후 압연하여 음극을 제조하였다.Then, the negative electrode active material (graphite), the conductive material and the binder were mixed in water (H 2 O) in a weight ratio of 95:1:4 to prepare a negative electrode slurry. The negative electrode slurry was applied to one surface of a copper current collector, dried and rolled to prepare a negative electrode.

상기 양극과 음극 사이에 분리막을 개재하여 전극 조립체를 제조한 다음, 전지 케이스 내부에 위치시킨 후, 전해액을 주입하여 리튬 이차 전지를 제조하였다. 이때, 전해액으로는, 에틸렌 카보네이트: 에틸메틸카보네이트 : 디에틸카보네이트를 3:3:4의 부피비로 혼합한 유기 용매에 2중량%의 비닐렌 카보네이트(VC) 및 1M의 LiPF6를 용해시킨 전해액을 사용하였다.An electrode assembly was prepared by interposing a separator between the positive electrode and the negative electrode, and then placed inside a battery case, and then an electrolyte was injected to prepare a lithium secondary battery. At this time, as the electrolyte, an electrolyte in which 2 wt% of vinylene carbonate (VC) and 1M of LiPF 6 were dissolved in an organic solvent in which ethylene carbonate: ethylmethyl carbonate: diethyl carbonate was mixed in a volume ratio of 3:3:4 was used.

그런 다음, 상기 이차전지를 각각 45℃에서 0.3C 정전류로 4.2V까지 충전을 실시하였다. 이후, 0.3C 정전류로 2.5V까지 방전을 실시하였다. 상기 충전 및 방전 거동을 1 사이클로 하여, 이러한 사이클을 100회 반복 실시한 후, 상기 실시예 1~2 및 비교예 1~3에 따른 리튬 이차전지의 수명 특성을 측정하였고, 이를 하기 표 2 및 도 3에 나타내었다.Then, each of the secondary batteries was charged to 4.2V at a constant current of 0.3C at 45°C. Then, discharge was performed to 2.5V with a constant current of 0.3C. After the charging and discharging behavior was 1 cycle, this cycle was repeated 100 times, and then the lifespan characteristics of the lithium secondary batteries according to Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 3 were measured. shown in

용량 유지율(%)Capacity retention rate (%) 실시예 1Example 1 9292 실시예 2Example 2 9090 비교예 1Comparative Example 1 4949 비교예 2Comparative Example 2 7777 비교예 3Comparative Example 3 8787

상기 표 2 및 도 3에 나타난 바와 같이, 실시예 1~2의 양극 활물질을 포함하는 이차전지는, 비교예 1~3의 이차전지에 비하여 고온에서 우수한 수명 특성을 가진다.As shown in Tables 2 and 3, the secondary batteries including the positive electrode active materials of Examples 1 and 2 have excellent lifespan characteristics at high temperatures compared to the secondary batteries of Comparative Examples 1 to 3.

Claims (12)

제1 리튬 전이금속 산화물을 포함하는 코어부; 및 상기 코어부 상에 형성되고, 상기 제1리튬 전이금속 산화물과 상이한 조성을 갖는 제2 리튬 전이금속 산화물을 포함하는 쉘부;를 포함하는 코어-쉘 구조의 리튬 전이금속 산화물과,
상기 코어-쉘 구조의 리튬 전이금속 산화물의 표면 상에 형성되고, Al, B, W, Nb 및 Co로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 코팅 원소를 포함하는 코팅층을 포함하는 양극 활물질이며,
상기 제1 리튬 전이금속 산화물 및 상기 제2리튬 전이금속 산화물은, 각각 독립적으로, 하기 [화학식 1]로 표시되는 조성을 가지며,
상기 쉘부는 상기 코팅 원소가 혼재되어 있는 표면 도핑부를 포함하고,
상기 표면 도핑부는 상기 양극 활물질의 최외각 표면으로부터 30nm 이하의 거리에 있는 영역 내에 존재하는 것인 양극 활물질.
[화학식 1]
Li1+aNixCoyM1 zM2 wO2
상기 화학식 1에서,
M1은 Mn 및 Al 중 적어도 어느 하나 이상이고,
M2는 Al, B, W, Nb 및 Co로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상이고,
0≤a≤0.3, 0.5≤x<1, 0<y<0.5, 0<z<0.5, 0≤w≤0.1임.
A core portion comprising a first lithium transition metal oxide; And a core-shell structure lithium transition metal oxide comprising a; and a shell portion formed on the core portion and comprising a second lithium transition metal oxide having a composition different from that of the first lithium transition metal oxide;
A cathode active material comprising a coating layer formed on the surface of the lithium transition metal oxide having the core-shell structure and comprising at least one coating element selected from the group consisting of Al, B, W, Nb and Co,
The first lithium transition metal oxide and the second lithium transition metal oxide each independently have a composition represented by the following [Formula 1],
The shell part includes a surface doping part in which the coating element is mixed,
The positive electrode active material that the surface doping portion is present in a region at a distance of 30 nm or less from the outermost surface of the positive electrode active material.
[Formula 1]
Li 1+a Ni x Co y M 1 z M 2 w O 2
In Formula 1,
M 1 is at least one of Mn and Al,
M 2 is at least one selected from the group consisting of Al, B, W, Nb and Co,
0≤a≤0.3, 0.5≤x<1, 0<y<0.5, 0<z<0.5, 0≤w≤0.1.
제1항에 있어서,
상기 제1 리튬 전이금속 산화물은 하기 [화학식 1-1]로 표시되는 조성을 갖는 것인 양극 활물질.
[화학식 1-1]
Li1+a1Nix1Coy1M1 z1M2 w1O2
상기 화학식 1-1에서,
상기 M1은 Mn 및 Al 중 적어도 하나 이상이고,
M2는 Al, B, W, Nb 및 Co로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상이며,
0≤a1≤0.3, 0.8≤x1<1, 0<y1<0.2, 0<z1<0.2, 0≤w1≤0.1임.
According to claim 1,
The first lithium transition metal oxide is a cathode active material having a composition represented by the following [Formula 1-1].
[Formula 1-1]
Li 1+a1 Ni x1 Co y1 M 1 z1 M 2 w1 O 2
In Formula 1-1,
Wherein M 1 is at least one of Mn and Al,
M 2 is at least one selected from the group consisting of Al, B, W, Nb and Co,
0≤a1≤0.3, 0.8≤x1<1, 0<y1<0.2, 0<z1<0.2, 0≤w1≤0.1.
제1항에 있어서,
상기 제1 리튬 전이금속 산화물 및 제2 리튬 전이금속 산화물 중 적어도 하나 이상이 하기 [화학식 1-2]로 표시되는 조성을 갖는 것인 양극 활물질.
[화학식 1-2]
Li1+a2Nix2Coy2Mnz2Alw2O2
상기 화학식 1-2에서,
0≤a2≤0.3, 0.5≤x2<1, 0<y2<0.5, 0<z2<0.5, 0<w2≤0.1임.
According to claim 1,
At least one of the first lithium transition metal oxide and the second lithium transition metal oxide is a cathode active material having a composition represented by the following [Formula 1-2].
[Formula 1-2]
Li 1+a2 Ni x2 Co y2 Mn z2 Al w2 O 2
In Formula 1-2,
0≤a2≤0.3, 0.5≤x2<1, 0<y2<0.5, 0<z2<0.5, 0<w2≤0.1.
제1항에 있어서,
상기 제1리튬 전이금속 산화물은 하기 [화학식 1-3]로 표시되는 조성을 가지며,
상기 제2리튬 전이금속 산화물은 하기 [화학식 1-4]로 표시되는 조성을 갖는 것인 양극 활물질.
[화학식 1-3]
Li1+a3Nix3Coy3Mnz3O2
상기 화학식 1-3에서,
0≤a3≤0.3, 0.8≤x3<1, 0<y3<0.2, 0<z3<0.2임.

[화학식 1-4]
Li1+a4Nix4Coy4Mnz4Alw4O2
상기 화학식 1-4에서,
0≤a4≤0.3, 0.8≤x4<1, 0<y4<0.2, 0<z4<0.2, 0<w4≤0.1임.
According to claim 1,
The first lithium transition metal oxide has a composition represented by the following [Formula 1-3],
The second lithium transition metal oxide is a cathode active material having a composition represented by the following [Formula 1-4].
[Formula 1-3]
Li 1+a3 Ni x3 Co y3 Mn z3 O 2
In Formula 1-3,
0≤a3≤0.3, 0.8≤x3<1, 0<y3<0.2, 0<z3<0.2.

[Formula 1-4]
Li 1+a4 Ni x4 Co y4 Mn z4 Al w4 O 2
In Formula 1-4,
0≤a4≤0.3, 0.8≤x4<1, 0<y4<0.2, 0<z4<0.2, 0<w4≤0.1.
제1항에 있어서,
상기 코팅 원소는 상기 코어-쉘 구조의 리튬 전이금속 산화물 100 중량부에 대하여 0.01 내지 2중량부로 포함되는 것인 양극 활물질.
According to claim 1,
The coating element is a cathode active material that is included in an amount of 0.01 to 2 parts by weight based on 100 parts by weight of the lithium transition metal oxide having the core-shell structure.
제1항에 있어서,
상기 코팅층의 두께는 1nm 내지 30nm 인 양극 활물질.
According to claim 1,
The thickness of the coating layer is 1 nm to 30 nm of the cathode active material.
제1항에 있어서,
상기 쉘부는, 상기 코팅 원소를 상기 쉘부에 포함되는 전이금속 전체 원자수를 기준으로 0.1atm% 내지 5atm%의 함량으로 포함하는 것인 양극 활물질.
According to claim 1,
The shell portion, the cathode active material comprising the coating element in an amount of 0.1 atm% to 5 atm% based on the total number of transition metal atoms included in the shell portion.
제1 리튬 전이금속 산화물을 포함하는 코어부; 및 상기 코어부 상에 형성되고, 상기 제1리튬 전이금속 산화물과 상이한 조성을 갖는 제2 리튬 전이금속 산화물을 포함하는 쉘부;를 포함하는 코어-쉘 구조의 리튬 전이금속 산화물을 준비하는 단계; 및
상기 리튬 전이금속 산화물과 Al, B, W, Nb 및 Co로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 코팅 원소를 포함하는 코팅 원료 물질을 혼합하고, 열처리하는 단계를 포함하는 양극 활물질의 제조 방법이며,
상기 제1 리튬 전이금속 산화물 및 상기 제2리튬 전이금속 산화물은, 각각 독립적으로, 하기 [화학식 1]로 표시되는 조성을 가지고,
상기 열처리에 의해 코팅 원소가 쉘부 내로 확산되어 코팅 원소가 혼재되어 있는 표면 도핑부가 형성되고, 상기 표면 도핑부는 상기 양극 활물질의 최외각 표면으로부터 30nm 이하의 거리에 있는 영역 내에 존재하는 것인 양극 활물질의 제조 방법.
[화학식 1]
Li1+aNixCoyM1 zM2 wO2
상기 화학식 1에서,
M1은 Mn 및 Al 중 적어도 어느 하나 이상이고,
M2는 Al, B, W, Nb 및 Co로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상이고,
0≤a≤0.3, 0.5≤x<1, 0<y<0.5, 0<z<0.5, 0≤w≤0.1임.
A core portion comprising a first lithium transition metal oxide; and a shell portion formed on the core portion and including a second lithium transition metal oxide having a composition different from that of the first lithium transition metal oxide; and
Mixing the lithium transition metal oxide and a coating raw material containing at least one coating element selected from the group consisting of Al, B, W, Nb and Co, and heat-treating a method for producing a cathode active material,
The first lithium transition metal oxide and the second lithium transition metal oxide each independently have a composition represented by the following [Formula 1],
The coating element is diffused into the shell portion by the heat treatment to form a surface doped portion in which the coating element is mixed, and the surface doped portion is present in a region at a distance of 30 nm or less from the outermost surface of the positive electrode active material. manufacturing method.
[Formula 1]
Li 1+a Ni x Co y M 1 z M 2 w O 2
In Formula 1,
M 1 is at least one of Mn and Al,
M 2 is at least one selected from the group consisting of Al, B, W, Nb and Co,
0≤a≤0.3, 0.5≤x<1, 0<y<0.5, 0<z<0.5, 0≤w≤0.1.
제8항에 있어서,
상기 코어-쉘 구조의 리튬 전이금속 산화물을 준비하는 단계는,
전이금속 조성이 상이한 제 1 전이금속 함유 용액과 제 2 전이금속 함유 용액을 준비하는 단계;
반응기에 상기 제 1 전이금속 함유 용액, 암모늄 양이온 착물 형성제, 및 염기성 화합물을 투입하고 공침 반응시켜 전구체 코어를 형성하는 단계;
상기 전구체 코어를 포함하는 반응기 내에 상기 제2 전이금속 함유 용액, 암모늄 양이온 착물 형성제, 및 염기성 화합물을 투입하고 공침 반응시켜 상기 전구체 코어 상에 쉘을 형성하여 코어-쉘 구조의 전구체를 제조하는 단계; 및
상기 코어-쉘 구조의 전구체와 리튬 원료물질을 혼합한 후 소성하는 단계를 포함하는 것인 양극 활물질의 제조 방법.
9. The method of claim 8,
Preparing the lithium transition metal oxide of the core-shell structure,
preparing a first transition metal-containing solution and a second transition metal-containing solution having different transition metal compositions;
forming a precursor core by adding the first transition metal-containing solution, an ammonium cation complex forming agent, and a basic compound to a reactor and performing a co-precipitation reaction;
Preparing a core-shell structure precursor by introducing the second transition metal-containing solution, an ammonium cation complex forming agent, and a basic compound into a reactor including the precursor core and performing a co-precipitation reaction to form a shell on the precursor core ; and
The method of manufacturing a cathode active material comprising the step of mixing the precursor of the core-shell structure and the lithium raw material and then sintering.
제8항에 있어서,
상기 열처리는 260℃ 내지 400℃의 온도로 수행되는 것인 양극 활물질의 제조 방법.
9. The method of claim 8,
The heat treatment is a method of manufacturing a cathode active material that is performed at a temperature of 260 °C to 400 °C.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 양극 활물질을 포함하는 리튬 이차전지용 양극.
A positive electrode for a lithium secondary battery comprising the positive active material according to any one of claims 1 to 7.
제11항에 따른 리튬 이차전지용 양극을 포함하는 리튬 이차전지. A lithium secondary battery comprising the positive electrode for a lithium secondary battery according to claim 11 .
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115863602A (en) * 2022-12-29 2023-03-28 巴斯夫杉杉电池材料有限公司 Multi-element coated and modified single crystal nickel cobalt lithium manganate positive electrode material, preparation method thereof and lithium ion battery
WO2023121079A1 (en) * 2021-12-21 2023-06-29 포스코홀딩스 주식회사 Positive active material for rechargeable lithium battery, method of preparing same, and rechargeable lithium battery including same
WO2023174050A1 (en) * 2022-03-18 2023-09-21 宁德时代新能源科技股份有限公司 Ternary positive electrode material and manufacturing method therefor, and secondary battery using ternary positive electrode material
CN117080416A (en) * 2023-10-16 2023-11-17 宁波容百新能源科技股份有限公司 Positive electrode material, preparation method thereof and lithium ion battery
WO2024080470A1 (en) * 2022-10-14 2024-04-18 주식회사 에코프로비엠 Cathode active material and lithium secondary battery comprising same

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023121079A1 (en) * 2021-12-21 2023-06-29 포스코홀딩스 주식회사 Positive active material for rechargeable lithium battery, method of preparing same, and rechargeable lithium battery including same
WO2023174050A1 (en) * 2022-03-18 2023-09-21 宁德时代新能源科技股份有限公司 Ternary positive electrode material and manufacturing method therefor, and secondary battery using ternary positive electrode material
WO2024080470A1 (en) * 2022-10-14 2024-04-18 주식회사 에코프로비엠 Cathode active material and lithium secondary battery comprising same
CN115863602A (en) * 2022-12-29 2023-03-28 巴斯夫杉杉电池材料有限公司 Multi-element coated and modified single crystal nickel cobalt lithium manganate positive electrode material, preparation method thereof and lithium ion battery
CN117080416A (en) * 2023-10-16 2023-11-17 宁波容百新能源科技股份有限公司 Positive electrode material, preparation method thereof and lithium ion battery
CN117080416B (en) * 2023-10-16 2024-02-20 宁波容百新能源科技股份有限公司 Positive electrode material, preparation method thereof and lithium ion battery

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