KR20240085142A - Positive active material for rechargeable lithium battery, preparing method thereof and rechargeable lithium battery including the same - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a positive electrode active material for a lithium secondary battery, a method for producing the same, and a lithium secondary battery comprising the same, comprising a first positive electrode active material in the form of a secondary particle formed by agglomeration of a plurality of primary particles, and a second positive electrode active material in the form of a single particle, wherein the first positive electrode active material and the second positive electrode active material each comprise a lithium nickel-based composite oxide having a nickel content of 70 mol% or more with respect to all elements excluding lithium and oxygen, the first positive electrode active material comprises a coating portion present in the form of a film on the surface of the secondary particle, the second positive electrode active material comprises a coating portion present in the form of a film on the surface of the single particle, the coating portion of the first positive electrode active material and the coating portion of the second positive electrode active material each comprise lithium cobalt oxide and cobalt oxyhydroxide.

Description

리튬 이차 전지용 양극 활물질, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지 {POSITIVE ACTIVE MATERIAL FOR RECHARGEABLE LITHIUM BATTERY, PREPARING METHOD THEREOF AND RECHARGEABLE LITHIUM BATTERY INCLUDING THE SAME}Positive active material for lithium secondary battery, manufacturing method thereof, and lithium secondary battery including same {POSITIVE ACTIVE MATERIAL FOR RECHARGEABLE LITHIUM BATTERY, PREPARING METHOD THEREOF AND RECHARGEABLE LITHIUM BATTERY INCLUDING THE SAME}

리튬 이차 전지용 양극 활물질, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지에 관한 것이다.It relates to a positive electrode active material for lithium secondary batteries, a method of manufacturing the same, and a lithium secondary battery containing the same.

휴대 전화, 노트북, 스마트폰 등의 이동 정보 단말기의 구동 전원으로서 높은 에너지 밀도를 가지면서도 휴대가 용이한 리튬 이차 전지가 주로 사용되고 있다. 최근에는 에너지 밀도가 높은 리튬 이차 전지를 하이브리드 자동차나 전기 자동차의 구동용 전원 또는 전력 저장용 전원으로 사용하기 위한 연구가 활발하게 진행되고 있다. Lithium secondary batteries, which have high energy density and are easy to carry, are mainly used as a driving power source for mobile information terminals such as mobile phones, laptops, and smartphones. Recently, research is being actively conducted to use lithium secondary batteries with high energy density as a driving power source or power storage power source for hybrid vehicles or electric vehicles.

이러한 용도에 부합하는 리튬 이차 전지를 구현하기 위하여 다양한 양극 활물질이 검토되고 있다. 그 중 리튬 니켈계 산화물, 리튬 니켈 망간 코발트 복합 산화물, 리튬 니켈 코발트 알루미늄 복합 산화물, 리튬 코발트 산화물 등이 주로 양극 활물질로 사용된다. 그러나 이러한 양극 활물질은 충방전을 반복함에 따라 구조가 붕괴되거나 크랙이 발생하여, 리튬 이차 전지의 장기 수명이 저하되고 저항이 증가하여 만족스러운 용량 특성을 나타내지 못하는 문제들이 있다. 이에 고용량, 고에너지 밀도를 구현하면서도 장기 수명 특성을 확보할 수 있는 새로운 양극 활물질의 개발이 요구된다. In order to implement a lithium secondary battery suitable for these purposes, various positive electrode active materials are being reviewed. Among them, lithium nickel-based oxide, lithium nickel manganese cobalt composite oxide, lithium nickel cobalt aluminum composite oxide, and lithium cobalt oxide are mainly used as positive electrode active materials. However, as these positive electrode active materials are repeatedly charged and discharged, the structure collapses or cracks occur, which reduces the long-term lifespan of the lithium secondary battery and increases resistance, causing problems such that it does not exhibit satisfactory capacity characteristics. Accordingly, the development of new positive electrode active materials that can achieve high capacity and high energy density while securing long-life characteristics is required.

고니켈계 양극 활물질의 에너지 밀도를 높이면서 장수명 특성과 열안정성 특성을 향상시킨다. It increases the energy density of high-nickel-based positive electrode active materials and improves long life characteristics and thermal stability characteristics.

일 구현예에서는 복수의 1차 입자들이 응집되어 이루어지는 2차 입자 형태의 제1 양극 활물질, 및 단입자 형태의 제2 양극 활물질을 포함하는 리튬 이차 전지용 양극 활물질로서, 제1 양극 활물질과 제2 양극 활물질은 각각 리튬과 산소를 제외한 원소 전체에 대한 니켈의 함량이 70 몰% 이상인 리튬 니켈계 복합 산화물을 포함하고, 제1 양극 활물질은 상기 2차 입자의 표면에 막 형태로 존재하는 코팅부를 포함하고, 제2 양극 활물질은 상기 단입자의 표면에 막 형태로 존재하는 코팅부를 포함하며, 제1 양극 활물질의 상기 코팅부와 제2 양극 활물질의 상기 코팅부는 각각 리튬 코발트 산화물 및 코발트 옥시수산화물을 포함하는 리튬 이차 전지용 양극 활물질을 제공한다. In one embodiment, a positive electrode active material for a lithium secondary battery includes a first positive electrode active material in the form of secondary particles made by agglomerating a plurality of primary particles, and a second positive electrode active material in the form of single particles, the first positive electrode active material and the second positive electrode. The active material includes a lithium nickel-based composite oxide having a nickel content of 70 mol% or more based on the total elements excluding lithium and oxygen, and the first positive electrode active material includes a coating portion present in the form of a film on the surface of the secondary particle, , the second positive electrode active material includes a coating portion present in the form of a film on the surface of the single particle, and the coating portion of the first positive electrode active material and the coating portion of the second positive electrode active material each include lithium cobalt oxide and cobalt oxyhydroxide. Provides a positive electrode active material for lithium secondary batteries.

다른 일 구현예에서는 리튬과 산소를 제외한 원소 전체에 대한 니켈의 함량이 70 몰% 이상인 리튬 니켈계 복합 산화물을 함유하고 복수의 1차 입자들이 응집되어 이루어지는 2차 입자 형태의 제1 양극 활물질, 리튬과 산소를 제외한 원소 전체에 대한 니켈의 함량이 70 몰% 이상인 리튬 니켈계 복합 산화물을 함유하고 단입자 형태의 제2 양극 활물질, 황산 코발트, 및 수산화나트륨을 용매에 투입하여 혼합하고; 용매를 제거하고; 수득물에 리튬 원료를 첨가하고; 열처리하여; 전술한 양극 활물질을 수득하는 것을 포함하는 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법을 제공한다. In another embodiment, a first positive electrode active material in the form of secondary particles, lithium, which contains a lithium nickel-based composite oxide with a nickel content of 70 mol% or more relative to the total elements excluding lithium and oxygen, and which is formed by agglomerating a plurality of primary particles. A second positive electrode active material in the form of single particles, cobalt sulfate, and sodium hydroxide containing a lithium nickel-based complex oxide having a nickel content of 70 mol% or more based on all elements excluding oxygen and added to a solvent are mixed; Remove solvent; Adding lithium raw material to the obtained product; By heat treatment; Provided is a method for producing a positive electrode active material for a lithium secondary battery, including obtaining the above-mentioned positive electrode active material.

또 다른 일 구현예에서는 상기 양극 활물질을 포함하는 양극과 음극 및 전해질을 포함하는 리튬 이차 전지를 제공한다. Another embodiment provides a lithium secondary battery including a positive electrode including the positive electrode active material, a negative electrode, and an electrolyte.

일 구현예에 따른 리튬 이차 전지용 양극 활물질은 고용량 및 고에너지 밀도를 구현하면서 안정성이 강화되고, 이를 포함하는 리튬 이차 전지는 고온 장수명 특성 및 열안정성이 향상된다. According to one embodiment, a cathode active material for a lithium secondary battery has improved stability while realizing high capacity and high energy density, and a lithium secondary battery containing the same has improved high-temperature long-life characteristics and thermal stability.

도 1은 일 구현예에 따른 리튬 이차 전지를 도시한 개략도이다.
도 2는 실시예 1에서 제조한 양극 활물질과 수명 전의 양극 극판, 및 수명 후의 양극 극판에 대한 엑스선 회절(X-ray Diffraction; XRD) 분석 그래프이다.
도 3은 도 2에서 20°부근에서의 그래프를 확대한 것이다.
도 4는 도 2에서 40°근처의 그래프를 확대한 것이다.
도 5는 Co(OH)2, CoOOH, 및 Co3O4에 대한 엑스선 회절 분석 그래프이다.
도 6은 실시예 1의 제1 양극 활물질의 파단면에 대해 SEM-EDS 분석으로 코발트 원소를 하이라이트한 이미지이다.
도 7은 실시예 1의 제2 양극 활물질의 파단면에 대해 SEM-EDS 분석으로 코발트 원소를 하이라이트한 이미지이다.
도 8은 실시예 1, 비교예 1 및 비교예 2에서 제조한 코팅 하프셀에 대한 수명 특성 평가 그래프이다.
Figure 1 is a schematic diagram showing a lithium secondary battery according to one embodiment.
Figure 2 is an X-ray diffraction (XRD) analysis graph of the positive electrode active material prepared in Example 1, the positive electrode plate before life, and the positive electrode plate after life.
FIG. 3 is an enlarged view of the graph at around 20° in FIG. 2.
Figure 4 is an enlarged view of the graph near 40° in Figure 2.
Figure 5 is an X-ray diffraction analysis graph for Co(OH) 2 , CoOOH, and Co 3 O 4 .
Figure 6 is an image highlighting the cobalt element through SEM-EDS analysis of the fracture surface of the first positive electrode active material of Example 1.
Figure 7 is an image highlighting the cobalt element through SEM-EDS analysis of the fracture surface of the second positive electrode active material of Example 1.
Figure 8 is a graph of lifespan characteristics evaluation for coated half-cells manufactured in Example 1, Comparative Example 1, and Comparative Example 2.

이하, 구체적인 구현예에 대하여 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 구현예에 한정되지 않는다.Hereinafter, specific implementation examples will be described in detail so that those skilled in the art can easily implement them. However, the present invention may be implemented in many different forms and is not limited to the embodiments described herein.

여기서 사용되는 용어는 단지 예시적인 구현예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도는 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다.The terminology used herein is for the purpose of describing example implementations only and is not intended to limit the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise.

여기서 "이들의 조합"이란, 구성물의 혼합물, 적층물, 복합체, 공중합체, 합금, 블렌드, 반응 생성물 등을 의미한다. Here, “a combination thereof” means a mixture of constituents, a laminate, a composite, a copolymer, an alloy, a blend, a reaction product, etc.

여기서 "포함하다", "구비하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 구성 요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 구성 요소, 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Here, terms such as “comprise,” “comprise,” or “have” are intended to designate the presence of implemented features, numbers, steps, components, or a combination thereof, but not one or more other features, numbers, or steps. , components, or combinations thereof should be understood as not excluding in advance the existence or possibility of addition.

도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 “상에” 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. In the drawings, the thickness is enlarged to clearly express various layers and regions, and similar reference numerals are given to similar parts throughout the specification. When a part of a layer, membrane, region, plate, etc. is said to be “on” or “on” another part, this includes not only cases where it is “directly on” another part, but also cases where there is another part in between. Conversely, when a part is said to be “right on top” of another part, it means that there is no other part in between.

또한 여기서 “층”은 평면도로 관찰했을 때 전체 면에 형성되어 있는 형상뿐만 아니라 일부 면에 형성되어 있는 형상도 포함한다.Also, here, “layer” includes not only the shape formed on the entire surface when observed in plan view, but also the shape formed on some surfaces.

또한 평균 입경은 당업자에게 널리 공지된 방법으로 측정될 수 있으며, 예를 들어, 입도 분석기로 측정하거나, 또는 투과전자현미경 사진 또는 주사전자현미경 사진으로 측정할 수도 있다. 다른 방법으로는, 동적광산란법을 이용하여 측정하고 데이터 분석을 실시하여 각각의 입자 사이즈 범위에 대하여 입자수를 카운팅한 뒤 이로부터 계산하여 평균 입경 값을 얻을 수 있다. 별도의 정의가 없는 한, 평균 입경은 입도 분포에서 누적 체적이 50 부피%인 입자의 지름(D50)을 의미할 수 있다.In addition, the average particle size can be measured by a method well known to those skilled in the art, for example, by using a particle size analyzer, or by transmission electron micrograph or scanning electron micrograph. Alternatively, the average particle diameter value can be obtained by measuring using dynamic light scattering method, performing data analysis, counting the number of particles for each particle size range, and then calculating from this. Unless otherwise defined, the average particle diameter may mean the diameter (D50) of particles with a cumulative volume of 50% by volume in the particle size distribution.

여기서 “또는”은 배제적인(exclusive) 의미로 해석되지 않으며, 예를 들어 “A 또는 B”는 A, B, A+B 등을 포함하는 것으로 해석된다.Here, “or” is not interpreted in an exclusive sense; for example, “A or B” is interpreted as including A, B, A+B, etc.

양극 활물질positive electrode active material

일 구현예에서는 복수의 1차 입자들이 응집되어 이루어지는 2차 입자 형태의 제1 양극 활물질, 및 단입자 형태의 제2 양극 활물질을 포함하는 리튬 이차 전지용 양극 활물질을 제공한다. In one embodiment, a positive electrode active material for a lithium secondary battery is provided, including a first positive electrode active material in the form of secondary particles made by agglomerating a plurality of primary particles, and a second positive electrode active material in the form of single particles.

제1 양극 활물질과 제2 양극 활물질은 각각 리튬과 산소를 제외한 원소 전체에 대한 니켈의 함량이 70 몰% 이상인 리튬 니켈계 복합 산화물을 포함한다. 즉, 제1 양극 활물질과 제2 양극 활물질은 고니켈계 양극 활물질이라고 할 수 있다. The first positive electrode active material and the second positive electrode active material each include a lithium nickel-based composite oxide having a nickel content of 70 mol% or more based on the total elements excluding lithium and oxygen. That is, the first and second positive electrode active materials can be said to be high nickel-based positive electrode active materials.

또한 제1 양극 활물질은 상기 2차 입자의 표면에 막 형태로 존재하는 코팅부를 포함하고, 제2 양극 활물질은 상기 단입자의 표면에 막 형태로 존재하는 코팅부를 포함한다. 여기서, 제1 양극 활물질의 상기 코팅부와 제2 양극 활물질의 상기 코팅부는 각각 리튬 코발트 산화물(LiCoO2) 및 코발트 옥시수산화물(CoOOH)을 포함하는 것을 특징으로 한다. Additionally, the first positive electrode active material includes a coating portion that exists in the form of a film on the surface of the secondary particle, and the second positive electrode active material includes a coating portion that exists in the form of a film on the surface of the single particle. Here, the coating portion of the first positive electrode active material and the coating portion of the second positive electrode active material are characterized in that they include lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ) and cobalt oxyhydroxide (CoOOH), respectively.

상기 코팅부에서 코발트 옥시수산화물은 R-3m 결정 구조로서, 리튬 니켈계 복합 산화물과 구조적 이질화가 적어 리튬 이동을 원활하게 하고 이에 따라 리튬 이차 전지의 성능을 향상시킬 수 있다. The cobalt oxyhydroxide in the coating portion has an R-3m crystal structure, and has less structural heterogeneity with the lithium nickel-based composite oxide, thereby facilitating lithium movement and thereby improving the performance of the lithium secondary battery.

상기 코팅부는 리튬 코발트 산화물과 코발트 옥시수산화물의 복합상을 포함한다고 할 수 있다. 이러한 복합상을 통해 양극 활물질의 표면 구조를 강건화할 수 있고, 이에 따라 양극 활물질과 전해액의 부반응을 억제하고, 리튬 이차 전지의 수명 특성과 과충전 특성 및 고온 저장 특성을 개선할 수 있다. 상기 복합상을 통해 고니켈계 양극 활물질의 불안정한 구조를 극복하여 저니켈계 양극 활물질 수준의 안정적 특성을 확보할 수 있다. It can be said that the coating part includes a composite phase of lithium cobalt oxide and cobalt oxyhydroxide. Through this composite phase, the surface structure of the positive electrode active material can be strengthened, thereby suppressing side reactions between the positive electrode active material and the electrolyte solution, and improving the lifespan characteristics, overcharge characteristics, and high temperature storage characteristics of the lithium secondary battery. Through the above composite phase, it is possible to overcome the unstable structure of high-nickel-based positive electrode active materials and secure stable characteristics at the level of low-nickel-based positive electrode active materials.

상기 복합상은 양극 활물질에 대한, 혹은 양극 극판에 대한 엑스선 회절 분석을 통해 확인할 수 있다. 예를 들어, 상기 양극 활물질은 엑스선 회절 분석에서 19.5°내지 20.5°, 및 39°내지 40°에서 피크를 나타낼 수 있고, 이 피크들은 코발트 옥시수산화물의 존재를 나타낸다고 할 수 있다. The composite phase can be confirmed through X-ray diffraction analysis of the positive electrode active material or the positive electrode plate. For example, the positive electrode active material may exhibit peaks at 19.5° to 20.5° and 39° to 40° in X-ray diffraction analysis, and these peaks may indicate the presence of cobalt oxyhydroxide.

상기 코팅부는 막 형태로 존재하는 것으로서, 연속적인 코팅층 형태일 수도 있고 아일랜드 형태일 수도 있으며, 이는 입자 형태로 존재하는 것과는 구분된다. The coating part exists in the form of a film and may be in the form of a continuous coating layer or in the form of an island, which is different from that existing in the form of particles.

제1 양극 활물질의 상기 코팅부와 제2 양극 활물질의 상기 코팅부 각각의 두께는 1 nm 내지 500 nm일 수 있고, 예를 들어 1 nm 내지 400 nm, 1 nm 내지 300 nm, 1 nm 내지 200 nm, 1 nm 내지 100 nm, 5 nm 내지 50 nm, 또는 5 nm 내지 40 nm일 수 있다. 상기 코팅부는 이러한 두께 범위로 형성됨으로써 저항으로 작용하거나 전지 성능을 저하시키지 않으면서, 양극 활물질의 구조를 안정화하고 전해질과의 부반응을 억제하여 리튬 이차 전지의 성능을 개선할 수 있다. 여기서, 코팅부의 두께는 SEM, TEM, TOF-SIMS, XPS, 또는 EDS로 측정될 수 있으며, 일 예로 양극 활물질의 단면에 대한 SEM 이미지를 통해 측정될 수 있다. The thickness of each of the coating portion of the first positive electrode active material and the coating portion of the second positive electrode active material may be 1 nm to 500 nm, for example, 1 nm to 400 nm, 1 nm to 300 nm, 1 nm to 200 nm. , 1 nm to 100 nm, 5 nm to 50 nm, or 5 nm to 40 nm. By forming the coating portion in this thickness range, the performance of the lithium secondary battery can be improved by stabilizing the structure of the positive electrode active material and suppressing side reactions with the electrolyte without acting as resistance or deteriorating battery performance. Here, the thickness of the coating portion can be measured using SEM, TEM, TOF-SIMS, XPS, or EDS, and for example, can be measured through an SEM image of the cross section of the positive electrode active material.

상기 양극 활물질에서 코팅부의 코발트 함량을 약 0.5 몰% 내지 5 몰%일 수 있다. 구체적으로, 상기 양극 활물질 전체에서, 리튬 니켈계 복합 산화물에서 리튬과 산소를 제외한 원소 100 몰%에 대한 표면의 코발트의 함량은 0.5 몰% 내지 5 몰%일 수 있고, 예를 들어 0.5 몰% 내지 4 몰%, 또는 1 몰% 내지 3 몰%일 수 있다. 코발트가 상기 함량으로 코팅됨으로써, 용량을 저하시키지 않으면서 양극 활물질의 구조를 안정화하고 전지의 효율과 수명 특성을 향상시킬 수 있다. The cobalt content of the coating portion of the positive electrode active material may be about 0.5 mol% to 5 mol%. Specifically, in the entire positive electrode active material, the content of cobalt on the surface relative to 100 mol% of elements excluding lithium and oxygen in the lithium nickel-based composite oxide may be 0.5 mol% to 5 mol%, for example, 0.5 mol% to 5 mol%. It may be 4 mol%, or 1 mol% to 3 mol%. By being coated with cobalt at the above content, the structure of the positive electrode active material can be stabilized without reducing capacity and the efficiency and lifespan characteristics of the battery can be improved.

한편, 일 구현예에 따르면, 제2 양극 활물질의 코팅부에서 니켈 및 코발트 총량 대비 코발트의 함량(at%)에 대한, 제1 양극 활물질의 코팅부에서 니켈 및 코발트 총량 대비 코발트의 함량(at%)의 비율은 1.45 내지 1.60일 수 있다. 2차 입자 형태의 제1 양극 활물질과 단입자 형태의 제2 양극 활물질이 혼합된 형태의 양극 활물질에서 각각에 코팅부를 모두 형성하는 경우, 두 입자간의 코팅 불균형이 발생한다. 예를 들어 두 종류의 입자를 혼합하여 동시에 습식으로 코발트 코팅을 진행하는 경우, 비표면적이 비교적 높은 단입자에 더 많은 코팅 물질이 반응하여 코팅되는 경향이 있다. 이에 따라 2차 입자는 충분한 코팅 효과를 얻지 못하여 구조적 붕괴나 표면에서의 부반응이 진행되어 열화가 가속화되고, 표면에 코팅 입자들이 불균일하게 존재하면서 가스 발생을 유발하게 되고, 단입자에서는 과다한 코팅이 저항으로 작용하게 되어 전지 성능에 악영향을 미치게 된다. 반면, 일 구현예에 따르면, 단입자에 과다한 코팅을 억제하면서 2차 입자의 코팅을 강화하여, 즉 두 종류 입자의 코팅 함량 관계를 적절히 조절함으로써, 고온 장기 수명 특성 등 리튬 이차 전지의 성능을 개선할 수 있다. 예를 들어 제2 양극 활물질의 코발트 코팅 함량에 대한 제1 양극 활물질의 코발트 코팅 함량의 비율이 1.45 내지 1.60을 만족하는 경우, 고용량, 고에너지 밀도를 구현하면서 동시에 고온 장수명 특성을 향상시키고 고온 저장시의 가스 발생량을 억제하며 초기 충방전 효율을 개선할 수 있다. 상기 비율은 예를 들어 1.45 배 내지 1.55 배, 혹은 1.50 배 내지 1.60 배일 수 있다. Meanwhile, according to one embodiment, the content of cobalt (at%) compared to the total amount of nickel and cobalt in the coating portion of the first positive electrode active material relative to the content (at%) of cobalt relative to the total amount of nickel and cobalt in the coating portion of the second positive electrode active material. ) the ratio may be 1.45 to 1.60. When coating portions are formed on each positive electrode active material in the form of a mixture of a first positive electrode active material in the form of secondary particles and a second positive electrode active material in the form of single particles, coating imbalance occurs between the two particles. For example, when two types of particles are mixed and wet coating is performed at the same time, more coating material tends to react and coat single particles with a relatively high specific surface area. As a result, the secondary particles do not achieve sufficient coating effect, causing structural collapse or side reactions on the surface, accelerating deterioration, and the uneven presence of coating particles on the surface causes gas generation, and excessive coating on single particles causes resistance. This has a negative effect on battery performance. On the other hand, according to one embodiment, the performance of lithium secondary batteries, such as high-temperature long-term life characteristics, is improved by strengthening the coating of secondary particles while suppressing excessive coating on single particles, that is, by appropriately controlling the coating content relationship between the two types of particles. can do. For example, when the ratio of the cobalt coating content of the first positive electrode active material to the cobalt coating content of the second positive electrode active material satisfies 1.45 to 1.60, high capacity and high energy density are realized while simultaneously improving high temperature long life characteristics and high temperature storage. It can suppress gas generation and improve initial charge/discharge efficiency. The ratio may be, for example, 1.45 times to 1.55 times, or 1.50 times to 1.60 times.

제1 양극 활물질First positive electrode active material

제1 양극 활물질은 다결정(polycrystal) 형태로서, 적어도 2개 이상의 1차 입자가 응집된 2차 입자를 포함한다. 일 구현예에 따른 제1 양극 활물질은 상기 2차 입자의 표면을 따라 막 형태로 존재하는 코팅부를 포함하고, 리튬 코발트 산화물 및 코발트 옥시수산화물의 복합상을 포함한다. The first positive electrode active material is in a polycrystal form and includes secondary particles in which at least two or more primary particles are aggregated. The first positive electrode active material according to one embodiment includes a coating portion that exists in the form of a film along the surface of the secondary particle, and includes a composite phase of lithium cobalt oxide and cobalt oxyhydroxide.

제1 양극 활물질의 코발트 코팅부에서 니켈 및 코발트 총량에 대한 코발트의 함량은 55 at% 내지 70 at%일 수 있고, 예를 들어 55 at% 내지 68 at%, 55 at% 내지 65 at%, 55 at% 내지 63 at%, 57 at% 내지 70 at%, 59 at% 내지 70 at%, 60 at% 내지 70 at%, 60 at% 내지 65 at%, 혹은 61 at% 내지 63 at%일 수 있다. 제1 양극 활물질의 코발트 코팅 함량이 상기 범위를 만족하면서 제2 양극 활물질의 코발트 코팅 함량의 1.45 배 내지 1.60 배를 만족하는 경우, 입자들간의 코팅 불균일이 해소되고, 제1 양극 활물질의 표면에 균일한 코팅이 형성되어 가스 발생이 억제되며 초기 충방전 효율 및 장기 수명 특성 등이 개선될 수 있다. The content of cobalt relative to the total amount of nickel and cobalt in the cobalt coating portion of the first positive electrode active material may be 55 at% to 70 at%, for example, 55 at% to 68 at%, 55 at% to 65 at%, 55 at% to 68 at%, at% to 63 at%, 57 at% to 70 at%, 59 at% to 70 at%, 60 at% to 70 at%, 60 at% to 65 at%, or 61 at% to 63 at%. . When the cobalt coating content of the first positive electrode active material satisfies the above range and is 1.45 to 1.60 times the cobalt coating content of the second positive electrode active material, coating unevenness between particles is resolved and a uniform coating is formed on the surface of the first positive electrode active material. As a single coating is formed, gas generation is suppressed, and initial charge/discharge efficiency and long-term life characteristics can be improved.

일 구현예에 따른 제1 양극 활물질은 상기 2차 입자의 내부의 1차 입자들의 표면에 위치하는 입계 코발트 코팅부를 더 포함할 수 있다. 상기 입계 코발트 코팅부는 2차 입자의 표면이 아닌 내부에 존재하는 것으로, 2차 입자 내부의 1차 입자들의 계면을 따라 코팅되어 있다고 할 수 있으며, 이에 따라 입계에 코팅된 것으로 표현할 수 있다. 여기서 2차 입자의 내부라 함은 표면을 제외한 내부 전체를 의미하며, 예를 들어 외각 표면에서 대략 10 nm 깊이에서부터 안쪽 전체, 혹은 10 nm 깊이에서부터 약 2 ㎛의 깊이까지의 영역을 의미할 수 있다. 일 구현예에 따른 제1 양극 활물질은 입계 코발트 코팅부를 더 포함함으로써 구조적 안정성이 강화되고, 표면에 균일하고 고른 코팅이 유도되며, 표면에의 코팅 함량이 적절히 조절되어 저항 증가 없이 초기 충방전 효율과 수명 특성이 개선될 수 있다. The first positive electrode active material according to one embodiment may further include a grain boundary cobalt coating portion located on the surface of the primary particles inside the secondary particles. The grain boundary cobalt coating exists on the inside of the secondary particle rather than on the surface, and can be said to be coated along the interface of the primary particles inside the secondary particle, and thus can be expressed as being coated at the grain boundary. Here, the interior of the secondary particle refers to the entire interior excluding the surface, and for example, it may mean the area from approximately 10 nm depth to the entire inside surface, or from a depth of 10 nm to a depth of approximately 2 ㎛. . The first positive electrode active material according to one embodiment further includes a grain boundary cobalt coating portion, thereby enhancing structural stability, inducing a uniform and even coating on the surface, and adjusting the coating content on the surface appropriately to increase initial charge/discharge efficiency and increase the resistance without increasing resistance. Lifespan characteristics can be improved.

제1 양극 활물질 평균 입경, 즉 상기 2차 입자의 평균 입경은 5 ㎛ 내지 20 ㎛일 수 있다. 예를 들어, 7 ㎛ 내지 20 ㎛, 10 ㎛ 내지 20 ㎛, 또는 12 ㎛ 내지 18 ㎛일 수 있다. 제1 양극 활물질의 2차 입자의 평균 입경은 후술할 단입자의 제2 양극 활물질의 평균 입경보다 더 클 수 있다. 일 구현예에 따른 양극 활물질은 다결정이자 대립자인 제1 양극 활물질과 단입자이자 소립자인 제2 양극 활물질를 혼합한 형태일 수 있으며, 이에 따라 합제 밀도를 향상시킬 수 있고, 높은 용량과 높은 에너지 밀도를 구현할 수 있다. 여기서, 제1 양극 활물질의 평균 입경은 양극 활물질에 대한 전자 현미경 사진에서 2차 입자 형태의 활물질 20여개를 임의로 선택하여 입경을 측정하고, 그 입도 분포에서 누적 체적이 50 부피%인 입자의 지름(D50)을 평균 입경으로 취한 것일 수 있다. The average particle diameter of the first positive electrode active material, that is, the average particle diameter of the secondary particles, may be 5 ㎛ to 20 ㎛. For example, it may be 7 μm to 20 μm, 10 μm to 20 μm, or 12 μm to 18 μm. The average particle diameter of the secondary particles of the first positive electrode active material may be larger than the average particle diameter of the second positive electrode active material of single particles, which will be described later. The positive electrode active material according to one embodiment may be a mixture of a first positive electrode active material, which is a polycrystalline and opposing material, and a second positive active material, which is a single particle and elementary particles. Accordingly, the mixture density can be improved, and high capacity and high energy density can be achieved. It can be implemented. Here, the average particle diameter of the first positive electrode active material is measured by randomly selecting about 20 active materials in the form of secondary particles from electron micrographs of the positive electrode active material, and the diameter of the particles with a cumulative volume of 50% by volume from the particle size distribution ( D50) may be taken as the average particle diameter.

제1 양극 활물질은 높은 함량의 니켈을 함유하는 고니켈계 양극 활물질일 수 있다. 상기 리튬 니켈계 복합 산화물에서 니켈의 함량은 리튬과 산소를 제외한 원소 총량를 기준으로 70 몰% 이상일 수 있고, 예를 들어 75 몰% 이상, 80 몰% 이상, 85 몰% 이상, 90 몰% 이상일 수 있으며, 99.9 몰% 이하, 또는 99 몰% 이하일 수 있다. 이러한 고니켈계 제1 양극 활물질은 고용량 고성능을 구현할 수 있다. The first positive electrode active material may be a high nickel-based positive electrode active material containing a high content of nickel. The nickel content in the lithium nickel-based composite oxide may be 70 mol% or more, for example, 75 mol% or more, 80 mol% or more, 85 mol% or more, or 90 mol% or more based on the total amount of elements excluding lithium and oxygen. and may be 99.9 mol% or less, or 99 mol% or less. This high-nickel-based first positive electrode active material can achieve high capacity and high performance.

제2 양극 활물질Second positive active material

제2 양극 활물질은 단입자(single particle) 형태로서, 이는 입자 내에 입자 경계(grain boundary)를 가지지 않고 단독으로 존재하며 하나의 입자로 이루어진 것을 의미하고, 모폴로지 상으로 입자들이 상호 응집되지 않은 독립된 상(phase)으로 존재하는 단일 입자, 모노리스(monolith) 구조 또는 단일체 구조 또는 비응집 입자를 의미할 수 있으며, 일 예로 단결정일 수 있다. 일 구현예에 따른 양극 활물질은 이러한 단입자 형태의 제2 양극 활물질을 포함함으로써 고용량, 고 에너지 밀도를 구현하면서 향상된 수명 특성을 나타낼 수 있다. The second positive electrode active material is in the form of a single particle, which means that it exists alone without a grain boundary within the particle and consists of a single particle, and is an independent phase in which the particles are not agglomerated with each other in terms of morphology. It may mean a single particle that exists in a phase, a monolith structure, a monolithic structure, or a non-agglomerated particle, and for example, it may be a single crystal. The positive electrode active material according to one embodiment includes the second positive active material in the form of single particles, thereby realizing high capacity and high energy density and exhibiting improved lifespan characteristics.

일 구현예에 따른 제2 양극 활물질은 단입자 표면을 따라 형성된 막 형태의 코팅부를 포함하고, 상기 코팅부는 리튬 코발트 산화물 및 코발트 옥시수산화물의 복합상을 포함한다. The second positive electrode active material according to one embodiment includes a coating portion in the form of a film formed along the surface of a single particle, and the coating portion includes a composite phase of lithium cobalt oxide and cobalt oxyhydroxide.

제2 양극 활물질의 코팅부에서 니켈 및 코발트 총량에 대한 코발트의 함량은 39 at% 내지 45 at%일 수 있고, 예를 들어 39 at% 내지 44 at%, 39 at% 내지 43 at%, 39 at% 내지 42 at%, 40 at% 내지 45 at%, 또는 41 at% 내지 45 at%일 수 있다. 제2 양극 활물질의 코발트 코팅 함량이 상기 범위를 만족하면서, 이에 대한 제1 양극 활물질의 코발트 코팅 함량의 비율이 1.45 내지 1.60를 만족하는 경우, 입자들간의 코팅 불균일이 해소되고, 제2 양극 활물질에 과다한 코팅이 억제되고 균일한 코팅이 유도되어 저항이 감소되고 초기 충방전 효율 및 장기 수명 특성 등이 개선될 수 있다. The content of cobalt relative to the total amount of nickel and cobalt in the coating portion of the second positive electrode active material may be 39 at% to 45 at%, for example, 39 at% to 44 at%, 39 at% to 43 at%, and 39 at%. % to 42 at%, 40 at% to 45 at%, or 41 at% to 45 at%. When the cobalt coating content of the second positive electrode active material satisfies the above range and the ratio of the cobalt coating content of the first positive electrode active material to this satisfies 1.45 to 1.60, coating unevenness between particles is resolved, and the second positive electrode active material Excessive coating is suppressed and uniform coating is induced, thereby reducing resistance and improving initial charge/discharge efficiency and long-term life characteristics.

한편, 일 구현예에서 양극 활물질의 표면에서의 니켈과 코발트 총량에 대한 코발트의 함량을 측정하는 방법은 양극 활물질 표면에 대한 주사 전자 현미경-에너지 분산형 엑스선 분광 분석(SEM-EDS)을 실시하고 정량 분석을 통해 니켈, 코발트 각각의 함량을 구한 후 그 합에 대한 코발트 함량의 비율을 계산하여 얻는 것일 수 있다. 코발트 함량을 측정하는 방법으로는 SEM-EDS 이외에도 유도결합 플라즈마 질량분석법(Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry; ICP-MS), 혹은 유도결합 플라즈마 광방출 분광법(Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectroscopy; ICP-OES) 등이 사용될 수 있다.Meanwhile, in one embodiment, the method of measuring the content of cobalt relative to the total amount of nickel and cobalt on the surface of the positive electrode active material is to perform scanning electron microscopy-energy dispersive X-ray spectroscopy (SEM-EDS) on the surface of the positive electrode active material and perform quantitative analysis. It may be obtained by calculating the respective contents of nickel and cobalt through analysis and then calculating the ratio of the cobalt content to the sum. In addition to SEM-EDS, methods for measuring cobalt content include Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry (ICP-MS) or Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectroscopy (ICP-OES). This can be used.

제2 양극 활물질의 평균 입경, 즉 단입자의 평균 입경은 0.1㎛ 내지 10㎛일 수 있고, 예를 들어 0.1㎛ 내지 7㎛, 0.5㎛ 내지 6㎛, 또는 1㎛ 내지 5㎛일 수 있다. 제2 양극 활물질의 입경은 제1 양극 활물질보다 더 작을 수 있고, 이에 따라 양극 활물질의 밀도를 더욱 높일 수 있다. 여기서, 제2 양극 활물질의 평균 입경은 양극 활물질에 대한 전자 현미경 사진에서 단입자 형태의 활물질 20여개를 임의로 선택하여 입경을 측정하고, 그 입도 분포에서 누적 체적이 50 부피%인 입자의 지름(D50)을 평균 입경으로 취한 것일 수 있다.The average particle diameter of the second positive electrode active material, that is, the average particle diameter of a single particle, may be 0.1 ㎛ to 10 ㎛, for example, 0.1 ㎛ to 7 ㎛, 0.5 ㎛ to 6 ㎛, or 1 ㎛ to 5 ㎛. The particle size of the second positive electrode active material may be smaller than that of the first positive electrode active material, and thus the density of the positive electrode active material can be further increased. Here, the average particle diameter of the second positive electrode active material is measured by randomly selecting about 20 active materials in the form of single particles from electron micrographs of the positive electrode active material, and the diameter of the particles with a cumulative volume of 50% by volume from the particle size distribution (D50 ) may be taken as the average particle diameter.

제2 양극 활물질은 높은 함량의 니켈을 함유하는 고니켈계 양극 활물질일 수 있다. 상기 리튬 니켈계 복합 산화물에서 니켈의 함량은 리튬과 산소를 제외한 원소 총량를 기준으로 70 몰% 이상일 수 있고, 예를 들어 75 몰% 이상, 80 몰% 이상, 85 몰% 이상, 또는 90 몰% 이상일 수 있으며, 99.9 몰% 이하, 또는 99 몰% 이하일 수 있다. 이러한 고니켈계 제2 양극 활물질은 고용량 고성능을 구현할 수 있다.The second positive electrode active material may be a high nickel-based positive electrode active material containing a high content of nickel. The nickel content in the lithium nickel-based composite oxide may be 70 mol% or more, for example, 75 mol% or more, 80 mol% or more, 85 mol% or more, or 90 mol% or more based on the total amount of elements excluding lithium and oxygen. It may be 99.9 mol% or less, or 99 mol% or less. This high-nickel-based second positive electrode active material can achieve high capacity and high performance.

구체적으로, 제1 양극 활물질과 제2 양극 활물질은 각각 독립적으로 아래 화학식 1로 표시되는 리튬 니켈계 복합 산화물을 포함할 수 있다. Specifically, the first positive electrode active material and the second positive electrode active material may each independently include a lithium nickel-based composite oxide represented by Formula 1 below.

[화학식 1][Formula 1]

Lia1Nix1M1 y1M2 z1O2-b1Xb1 Li a1 Ni x1 M 1 y1 M 2 z1 O 2- b1

상기 화학식 1에서, 0.9≤a1≤1.8, 0.7≤x1≤1, 0≤y1≤0.3, 0≤z1≤0.2, 0.9≤x1+y1+z1≤1.1, 및 0≤b1≤0.1이고, M1 및 M2는 각각 독립적으로 Al, B, Ba, Ca, Ce, Co, Cr, Cu, Fe, Mg, Mn, Mo, Nb, Si, Sr, Ti, V, W, 및 Zr로 이루어지는 그룹에서 선택되는 하나 이상의 원소이고, X는 F, P 및 S로 이루어지는 그룹에서 선택되는 하나 이상의 원소이다.In Formula 1, 0.9≤a1≤1.8, 0.7≤x1≤1, 0≤y1≤0.3, 0≤z1≤0.2, 0.9≤x1+y1+z1≤1.1, and 0≤b1≤0.1, M 1 and M 2 is each independently selected from the group consisting of Al, B, Ba, Ca, Ce, Co, Cr, Cu, Fe, Mg, Mn, Mo, Nb, Si, Sr, Ti, V, W, and Zr. is one or more elements, and X is one or more elements selected from the group consisting of F, P and S.

상기 화학식 1에서, 0.8≤x1≤1, 0≤y1≤0.2, 및 0≤z1≤0.15이거나, 또는 0.9≤x1≤1, 0≤y1≤0.1, 및 0≤z1≤0.1일 수 있다. In Formula 1, it may be 0.8≤x1≤1, 0≤y1≤0.2, and 0≤z1≤0.15, or 0.9≤x1≤1, 0≤y1≤0.1, and 0≤z1≤0.1.

예를 들어 제1 양극 활물질과 제2 양극 활물질은 각각 독립적으로 아래 화학식 2로 표시되는 리튬 니켈계 복합 산화물을 포함할 수 있다. 화학식 2로 표시되는 화합물은 리튬 니켈 코발트계 복합 산화물이라고 할 수 있다. For example, the first positive electrode active material and the second positive electrode active material may each independently include a lithium nickel-based composite oxide represented by Formula 2 below. The compound represented by Formula 2 can be said to be a lithium nickel cobalt-based complex oxide.

[화학식 2][Formula 2]

Lia2Nix2Coy2M3 z2O2-b2Xb2 Li a2 Ni x2 Co y2 M 3 z2 O 2- b2

상기 화학식 2에서, 0.9≤a2≤1.8, 0.7≤x2<1, 0<y2≤0.3, 0≤z2≤0.2, 0.9≤x2+y2+z2≤1.1, 및 0≤b2≤0.1이고 M3은 Al, B, Ba, Ca, Ce, Cr, Fe, Mg, Mn, Mo, Nb, Si, Sr, Ti, V, W, 및 Zr로 이루어지는 그룹에서 선택되는 하나 이상의 원소이고, X는 F, P 및 S로 이루어지는 그룹에서 선택되는 하나 이상의 원소이다. In Formula 2, 0.9≤a2≤1.8, 0.7≤x2<1, 0<y2≤0.3, 0≤z2≤0.2, 0.9≤x2+y2+z2≤1.1, and 0≤b2≤0.1, and M 3 is Al. , B, Ba, Ca, Ce, Cr, Fe, Mg, Mn, Mo, Nb, Si, Sr, Ti, V, W, and Zr, and It is one or more elements selected from the group consisting of S.

상기 화학식 2에서 0.8≤x2≤0.99, 0.01≤y2≤0.2, 및 0.01≤z2≤0.15이거나, 또는 0.9≤x2≤0.99, 0.01≤y2≤0.1, 및 0.01≤z2≤0.1일 수 있다. In Formula 2, it may be 0.8≤x2≤0.99, 0.01≤y2≤0.2, and 0.01≤z2≤0.15, or 0.9≤x2≤0.99, 0.01≤y2≤0.1, and 0.01≤z2≤0.1.

일 예로 제1 양극 활물질과 제2 양극 활물질은 각각 독립적으로 아래 화학식 3으로 표시되는 리튬 니켈계 복합 산화물을 포함할 수 있다. 화학식 3의 화합물은 리튬 니켈-코발트-알루미늄 산화물, 혹은 리튬 니켈-코발트-망간 산화물이라고 할 수 있다. As an example, the first positive electrode active material and the second positive electrode active material may each independently include a lithium nickel-based composite oxide represented by Chemical Formula 3 below. The compound of Formula 3 can be called lithium nickel-cobalt-aluminum oxide or lithium nickel-cobalt-manganese oxide.

[화학식 3][Formula 3]

Lia3Nix3Coy3M4 z3M5 w3O2-b3Xb3 Li a3 Ni x3 Co y3 M 4 z3 M 5 w3 O 2- b3

상기 화학식 3에서, 0.9≤a3≤1.8, 0.7≤x3≤0.98, 0.01≤y3≤0.29, 0.01≤z3≤0.29, 0≤w3≤0.19, 0.9≤x3+y3+z3+w3≤1.1, 및 0≤b3≤0.1이고, M4는 Al, 및 Mn로 이루어지는 그룹에서 선택되는 하나 이상의 원소이고, M5는 B, Ba, Ca, Ce, Cr, Fe, Mg, Mo, Nb, Si, Sr, Ti, V, W, 및 Zr로 이루어지는 그룹에서 선택되는 하나 이상의 원소이고, X는 F, P 및 S로 이루어지는 그룹에서 선택되는 하나 이상의 원소이다. In Formula 3, 0.9≤a3≤1.8, 0.7≤x3≤0.98, 0.01≤y3≤0.29, 0.01≤z3≤0.29, 0≤w3≤0.19, 0.9≤x3+y3+z3+w3≤1.1, and 0≤ b3≤0.1, M 4 is one or more elements selected from the group consisting of Al and Mn, and M 5 is B, Ba, Ca, Ce, Cr, Fe, Mg, Mo, Nb, Si, Sr, Ti, It is one or more elements selected from the group consisting of V, W, and Zr, and X is one or more elements selected from the group consisting of F, P, and S.

상기 화학식 3에서 0.85≤x3≤0.98, 0.01≤y3≤0.14, 0.01≤z3≤0.14, 및 0≤w3≤0.14이거나, 또는 0.9≤x3≤0.98, 0.01≤y3≤0.09, 0.01≤z3≤0.09, 및 0≤w3≤0.09일 수 있다. In Formula 3, 0.85≤x3≤0.98, 0.01≤y3≤0.14, 0.01≤z3≤0.14, and 0≤w3≤0.14, or 0.9≤x3≤0.98, 0.01≤y3≤0.09, 0.01≤z3≤0.09, and It may be 0≤w3≤0.09.

일 구현예에 따른 양극 활물질에서, 제1 양극 활물질과 제2 양극 활물질의 총량에 대하여, 제1 양극 활물질은 50 중량% 내지 90 중량%로 포함되고, 제2 양극 활물질은 10 중량% 내지 50 중량%로 포함될 수 있다. 제1 양극 활물질은 예를 들어 60 중량% 내지 90 중량%, 또는 70 중량% 내지 90 중량%로 포함될 수 있고, 제2 양극 활물질은 10 중량% 내지 40 중량%, 또는 10 중량% 내지 30 중량%로 포함될 수 있다. 제1 양극 활물질과 제2 양극 활물질의 함량 비율이 이와 같은 경우, 이를 포함하는 양극 활물질은 높은 용량을 구현하고 합제 밀도가 향상되며 높은 에너지 밀도를 나타낼 수 있다. In the positive electrode active material according to one embodiment, the first positive electrode active material is included in an amount of 50% to 90% by weight, and the second positive electrode active material is included in an amount of 10% to 50% by weight, based on the total amount of the first positive electrode active material and the second positive electrode active material. It can be included as a percentage. For example, the first positive electrode active material may be included in an amount of 60% to 90% by weight, or 70% to 90% by weight, and the second positive electrode active material may be included in an amount of 10% to 40% by weight, or 10% to 30% by weight. can be included. When the content ratio of the first and second positive electrode active materials is the same, the positive electrode active material containing the same can achieve high capacity, improve mixture density, and exhibit high energy density.

양극 활물질의 제조 방법Method for producing positive electrode active material

일 구현예에서는 리튬과 산소를 제외한 원소 전체에 대한 니켈의 함량이 70 몰% 이상인 리튬 니켈계 복합 산화물을 함유하고 복수의 1차 입자들이 응집되어 이루어지는 2차 입자 형태의 제1 양극 활물질, 리튬과 산소를 제외한 원소 전체에 대한 니켈의 함량이 70 몰% 이상인 리튬 니켈계 복합 산화물을 함유하고 단입자 형태의 제2 양극 활물질, 황산 코발트(CoSO4·7H2O(OH)2), 및 수산화나트륨(NaOH)을 용매에 투입하여 혼합하고; 용매를 제거하고; 수득물에 리튬 원료를 첨가하고; 열처리하여; 전술한 양극 활물질을 수득하는 것을 포함하는 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법을 제공한다. In one embodiment, the first positive electrode active material in the form of secondary particles, lithium and A second positive electrode active material in the form of a single particle containing a lithium nickel-based composite oxide with a nickel content of 70 mol% or more relative to all elements excluding oxygen, cobalt sulfate (CoSO 4 ·7H 2 O(OH) 2 ), and sodium hydroxide (NaOH) was added to the solvent and mixed; Remove solvent; Adding lithium raw material to the obtained product; By heat treatment; A method for producing a positive electrode active material for a lithium secondary battery is provided, including obtaining the above-mentioned positive electrode active material.

상기 제조 방법을 통해, 상기 2차 입자의 표면에 막 형태로 존재하는 코팅부를 포함하는 제1 양극 활물질과, 상기 단입자의 표면에 막 형태로 존재하는 코팅부를 포함하는 제2 양극 활물질이 혼합된 양극 활물질을 수득할 수 있다. 상기 코팅부는 리튬 코발트 산화물 및 코발트 옥시수산화물의 복합상을 포함하는 것을 특징으로 한다. Through the above manufacturing method, a first positive electrode active material including a coating portion present in the form of a film on the surface of the secondary particle and a second positive electrode active material including a coating portion present in the form of a film on the surface of the single particle are mixed. A positive electrode active material can be obtained. The coating part is characterized in that it includes a composite phase of lithium cobalt oxide and cobalt oxyhydroxide.

상기 리튬 니켈계 복합 산화물에 대한 설명은 전술한 바와 같으므로 생략한다. 상기 용매는 물, 알코올계 용매 등의 수계 용매일 수 있다. The description of the lithium nickel-based composite oxide is the same as described above and is therefore omitted. The solvent may be an aqueous solvent such as water or an alcohol-based solvent.

제1 양극 활물질과 제2 양극 활물질은 9:1 내지 5:5의 중량비로 혼합될 수 있으며, 예를 들어 8:2 내지 6:4의 중량비로 혼합될 수 있다. 이 경우 고용량 및 고에너지밀도를 구현하기에 유리하다. The first positive electrode active material and the second positive electrode active material may be mixed at a weight ratio of 9:1 to 5:5, for example, 8:2 to 6:4. In this case, it is advantageous to realize high capacity and high energy density.

상기 황산 코발트는 일 구현예에 따른 양극 활물질을 제조하기 위해 투입하는 코팅 원료라고 할 수 있다. 상기 황산 코발트는 제1 양극 활물질의 리튬 니켈계 복합 산화물과 제2 양극 활물질의 리튬 니켈계 복합 산화물 전체에서 리튬과 산소를 제외한 원소에 대한 코발트의 함량이 0.5 몰부 내지 5 몰부가 되도록 혼합하는 것일 수 있으며, 예를 들어 0.5 몰부 내지 4 몰부, 혹은 1 몰부 내지 3 몰부가 되도록 혼합하는 것일 수 있다. The cobalt sulfate can be said to be a coating raw material added to manufacture the positive electrode active material according to one embodiment. The cobalt sulfate may be mixed so that the content of cobalt relative to elements other than lithium and oxygen in the entire lithium nickel-based composite oxide of the first positive electrode active material and the lithium nickel-based composite oxide of the second positive electrode active material is 0.5 mole part to 5 mole part. For example, it may be mixed to 0.5 mole part to 4 mole part, or 1 mole part to 3 mole part.

상기 수산화나트륨은 침전제 및/또는 pH 조절제의 역할을 할 수 있다. 수산화나트륨을 투입하지 않는 경우 코팅부가 효과적으로 형성되지 않거나 원하는 함량의 코발트가 코팅되지 않을 수 있으며, 최종 양극 활물질 표면의 코팅부에 CoOOH상이 나타나지 않을 수 있다. The sodium hydroxide may act as a precipitant and/or pH adjuster. If sodium hydroxide is not added, the coating may not be formed effectively or the desired content of cobalt may not be coated, and the CoOOH phase may not appear in the coating on the surface of the final positive electrode active material.

상기 수산화나트륨은 제1 양극 활물질의 리튬 니켈계 복합 산화물과 제2 양극 활물질의 리튬 니켈계 복합 산화물에서 리튬과 산소를 제외한 원소 전체 100 몰부에 대하여 나트륨의 함량이 1 몰부 내지 10 몰부가 되도록 투입될 수 있으며, 예를 들어 3 몰부 내지 9 몰부, 또는 5 몰부 내지 8 몰부가 되도록 투입될 수 있다. 투입되는 나트륨의 함량이 상기 범위를 만족하는 경우 LiCoO2 및 CoOOH를 함유하는 막 형태의 코팅부가 효과적으로 형성될 수 있다.The sodium hydroxide is added so that the sodium content is 1 to 10 mole parts based on 100 mole parts of all elements excluding lithium and oxygen in the lithium nickel-based composite oxide of the first positive electrode active material and the lithium nickel-based composite oxide of the second positive electrode active material. For example, it may be added in an amount of 3 to 9 mole parts, or 5 mole parts to 8 mole parts. When the content of sodium added satisfies the above range, a coating portion in the form of a film containing LiCoO 2 and CoOOH can be effectively formed.

또한 황산 코발트의 코발트 몰함량과 수산화나트륨의 나트륨 몰함량의 비율은 1:1.1 내지 1:5일 수 있으며, 예를 들어 1:1.5 내지 1:4, 또는 1:2 내지 1:3일 수 있다. 투입되는 코발트와 나트륨의 몰비가 상기 범위를 만족하는 경우 LiCoO2 및 CoOOH를 함유하는 막 형태의 코팅부가 형성되기에 유리하다. Additionally, the ratio of the cobalt molar content of cobalt sulfate and the sodium molar content of sodium hydroxide may be 1:1.1 to 1:5, for example, 1:1.5 to 1:4, or 1:2 to 1:3. . When the molar ratio of cobalt and sodium added satisfies the above range, it is advantageous to form a coating in the form of a film containing LiCoO 2 and CoOOH.

이후 용매를 제거한 후 수득물에 리튬 원료를 첨가하는데, 여기서 리튬 원료는 예를 들어 Li2CO3, LiOH, 이들의 수화물, 또는 이들의 조합일 수 있다. 상기 리튬 원료는 제1 양극 활물질의 리튬 니켈계 복합 산화물과 제2 양극 활물질의 리튬 니켈계 복합 산화물 전체에서 리튬과 산소를 제외한 원소에 대한 리튬의 함량이 0.1 몰부 내지 10 몰부가 되도록 투입하는 것일 수 있고, 예를 들어 0.1 몰부 내지 8 몰부, 또는 1 몰부 내지 6 몰부로 투입할 수 있다. 앞서 용매에서 양극 활물질을 수세하며 코팅하는 과정에서 리튬 니켈계 복합 산화물 입자의 표면에 손상이 발생하여 용량과 율 특성이 저하되고 고온 저장시 저항이 증가하는 문제가 발생할 수 있는데, 이와 같이 열처리 시 리튬 원료를 투입함으로써 표면의 손상을 복구하고 용량과 율 특성 등을 개선할 수 있다. After removing the solvent, lithium raw material is added to the obtained product, where the lithium raw material may be, for example, Li 2 CO 3 , LiOH, hydrates thereof, or a combination thereof. The lithium raw material may be added so that the content of lithium relative to elements other than lithium and oxygen in the entire lithium nickel-based composite oxide of the first positive electrode active material and the lithium nickel-based composite oxide of the second positive electrode active material is 0.1 mole part to 10 mole part. For example, it can be added at 0.1 mole part to 8 mole part, or 1 mole part to 6 mole part. In the process of washing and coating the positive electrode active material in a solvent, damage may occur on the surface of the lithium nickel-based composite oxide particles, resulting in a decrease in capacity and rate characteristics and an increase in resistance when stored at high temperatures. As such, lithium nickel-based composite oxide particles may be damaged during heat treatment. By adding raw materials, surface damage can be repaired and capacity and rate characteristics can be improved.

상기 열처리는 산소 또는 공기 분위기 등의 산화성 가스 분위기에서 진행될 수 있고, 650 ℃ 내지 900 ℃, 또는 650 ℃ 내지 800 ℃에서 실시될 수 있다. 상기 열처리 시간은 열처리 온도 등에 따라 가변적이지만 예를 들어 5 내지 30 시간 동안 또는 10 내지 24 시간 동안 실시할 수 있다. 상기 조건으로 열처리를 함으로써 리튬 코발트 산화물과 코발트 옥시수산화물의 복합상이 존재하는 코팅부를 형성할 수 있다. The heat treatment may be performed in an oxidizing gas atmosphere such as oxygen or air, and may be performed at 650°C to 900°C, or 650°C to 800°C. The heat treatment time varies depending on the heat treatment temperature, etc., but may be performed for, for example, 5 to 30 hours or 10 to 24 hours. By heat treatment under the above conditions, a coating portion in which a composite phase of lithium cobalt oxide and cobalt oxyhydroxide is present can be formed.

일 구현예에 따르면, 제1 양극 활물질, 제2 양극 활물질, 황산 코발트, 및 수산화나트륨을 용매에 투입하여 혼합하는 것은, 용매에 제2 양극 활물질 황산 코발트, 및 수산화나트륨을 투입하고 혼합하는 제1 공정을 수행한 다음, 여기에 제1 양극 활물질, 황산 코발트, 및 수산화나트륨을 투입하여 혼합하는 제2 공정을 순차적으로 진행하는 것일 수 있다. 이러한 방법에 의하면 단입자에 과다한 코팅이 억제되면서 2차 입자의 코팅이 강화되어, 즉 두 종류 입자의 코팅 함량 관계가 적절히 조절됨으로써, 고온 장기 수명 특성, 초기 충방전 효율, 고온 저장 성능 등 리튬 이차 전지의 성능이 개선될 수 있다. 예를 들어, 상기 순차적 공정에 따르면, 제2 양극 활물질의 코발트 코팅부에서 니켈 및 코발트 총량 대비 코발트의 함량(at%)에 대한, 제1 양극 활물질의 코발트 코팅부에서 니켈 및 코발트 총량 대비 코발트의 함량(at%)의 비율이, 1.45 내지 1.60를 만족하는 양극 활물질을 제조할 수 있다. According to one embodiment, mixing the first positive electrode active material, the second positive active material, cobalt sulfate, and sodium hydroxide in a solvent includes adding the second positive electrode active material cobalt sulfate, and sodium hydroxide to the solvent and mixing them. After performing the process, a second process of adding and mixing the first positive electrode active material, cobalt sulfate, and sodium hydroxide may be sequentially performed. According to this method, excessive coating on single particles is suppressed and the coating of secondary particles is strengthened, that is, the coating content relationship between the two types of particles is appropriately adjusted, thereby improving lithium secondary properties such as high-temperature long-term lifespan characteristics, initial charge/discharge efficiency, and high-temperature storage performance. Battery performance can be improved. For example, according to the sequential process, the content (at%) of cobalt relative to the total amount of nickel and cobalt in the cobalt coating portion of the second positive electrode active material is compared to the total amount of nickel and cobalt in the cobalt coating portion of the first positive electrode active material. A positive electrode active material having a content (at%) ratio of 1.45 to 1.60 can be manufactured.

여기서 또한 제1 공정의 소요 시간은 약 10분 내지 약 100분일 수 있고, 제2 공정의 소요 시간은 약 10분 내지 약 100분일 수 있다. 또한 제1 공정의 소요 시간(분; minute)과 제2 공정의 소요 시간(분; minute)의 비율은 50:50 내지 75:25일 수 있고, 예를 들어 65:35 내지 75:25일 수 있다. 이러한 시간 비율로 설계함으로써 제1 양극 활물질과 제2 양극 활물질 각각의 코팅 함량을 최적화할 수 있다. Here also, the time required for the first process may be from about 10 minutes to about 100 minutes, and the time required for the second process may be from about 10 minutes to about 100 minutes. Additionally, the ratio of the time required for the first process (minutes) to the time required for the second process (minutes) may be 50:50 to 75:25, for example, 65:35 to 75:25. there is. By designing at this time ratio, it is possible to optimize the coating content of each of the first and second positive electrode active materials.

양극anode

리튬 이차 전지용 양극은 집전체 및 이 집전체 상에 위치하는 양극 활물질층을 포함할 수 있다. 상기 양극 활물질 층은 양극 활물질을 포함하고, 바인더 및/또는 도전재를 더 포함할 수 있다. A positive electrode for a lithium secondary battery may include a current collector and a positive electrode active material layer located on the current collector. The positive electrode active material layer includes a positive electrode active material and may further include a binder and/or a conductive material.

상기 바인더는 양극 활물질 입자들을 서로 잘 부착시키고, 또한 양극 활물질을 전류 집전체에 잘 부착시키는 역할을 하며, 그 대표적인 예로는 폴리비닐알콜, 카르복시메틸셀룰로즈, 히드록시프로필셀룰로즈, 디아세틸셀룰로즈, 폴리비닐클로라이드, 카르복실화된 폴리비닐클로라이드, 폴리비닐플루오라이드, 에틸렌 옥사이드를 포함하는 폴리머, 폴리비닐피롤리돈, 폴리우레탄, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 스티렌-부타디엔 러버, 아크릴레이티드 스티렌-부타디엔 러버, 에폭시 수지, 나일론 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The binder serves to attach the positive electrode active material particles to each other well and also to attach the positive electrode active material to the current collector. Representative examples include polyvinyl alcohol, carboxymethyl cellulose, hydroxypropyl cellulose, diacetyl cellulose, and polyvinyl alcohol. Chloride, carboxylated polyvinylchloride, polyvinylfluoride, polymers containing ethylene oxide, polyvinylpyrrolidone, polyurethane, polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, polyethylene, polypropylene, styrene- Butadiene rubber, acrylated styrene-butadiene rubber, epoxy resin, nylon, etc. can be used, but are not limited thereto.

상기 양극 활물질층에서 바인더의 함량은 양극 활물질층 전체 중량에 대하여 대략 1 중량% 내지 5 중량%일 수 있다.The content of the binder in the positive electrode active material layer may be approximately 1% by weight to 5% by weight based on the total weight of the positive active material layer.

상기 도전재는 전극에 도전성을 부여하기 위해 사용되는 것으로서, 구성되는 전지에 있어서, 화학변화를 야기하지 않고 전자 전도성 재료이면 어떠한 것도 사용 가능하며, 그 예로 천연 흑연, 인조 흑연, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸블랙, 탄소섬유, 탄소나노섬유, 탄소나노튜브 등의 탄소계 물질; 구리, 니켈, 알루미늄, 은 등을 함유하고 금속 분말 또는 금속 섬유 형태의 금속계 물질; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 폴리머; 또는 이들의 혼합물을 포함하는 도전성 재료를 사용할 수 있다.The conductive material is used to provide conductivity to the electrode, and in the battery being constructed, any electronically conductive material can be used as long as it does not cause chemical change. Examples include natural graphite, artificial graphite, carbon black, acetylene black, and Ketjen. Carbon-based materials such as black, carbon fiber, carbon nanofiber, and carbon nanotube; Metallic substances containing copper, nickel, aluminum, silver, etc. and in the form of metal powder or metal fiber; Conductive polymers such as polyphenylene derivatives; Alternatively, a conductive material containing a mixture thereof may be used.

상기 양극 활물질층에서 도전재의 함량은 양극 활물질층 전체 중량에 대하여 1 중량% 내지 5 중량%일 수 있다.The content of the conductive material in the positive electrode active material layer may be 1% by weight to 5% by weight based on the total weight of the positive active material layer.

상기 양극 집전체로는 알루미늄 박을 사용할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.Aluminum foil may be used as the positive electrode current collector, but is not limited thereto.

음극cathode

리튬 이차 전지용 음극은 집전체, 및 이 집전체 상에 위치하는 음극 활물질층을 포함한다. 상기 음극 활물질 층은 음극 활물질을 포함하고, 바인더 및/또는 도전재를 더 포함할 수 있다. A negative electrode for a lithium secondary battery includes a current collector and a negative electrode active material layer located on the current collector. The negative electrode active material layer includes a negative electrode active material and may further include a binder and/or a conductive material.

상기 음극 활물질은 리튬 이온을 가역적으로 인터칼레이션/디인터칼레이션할 수 있는 물질, 리튬 금속, 리튬 금속의 합금, 리튬에 도프 및 탈도프 가능한 물질 또는 전이 금속 산화물을 포함한다.The negative electrode active material includes a material capable of reversibly intercalating/deintercalating lithium ions, lithium metal, an alloy of lithium metal, a material capable of doping and dedoping lithium, or a transition metal oxide.

상기 리튬 이온을 가역적으로 인터칼레이션/디인터칼레이션할 수 있는 물질로는 탄소계 음극 활물질로, 예를 들어 결정질 탄소, 비정질 탄소 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 상기 결정질 탄소의 예로는 무정형, 판상형, 린편상(flake), 구형 또는 섬유형의 천연 흑연 또는 인조 흑연과 같은 흑연을 들 수 있고, 상기 비정질 탄소의 예로는 소프트 카본 또는 하드 카본, 메조페이스 피치 탄화물, 소성된 코크스 등을 들 수 있다.The material capable of reversibly intercalating/deintercalating lithium ions is a carbon-based negative electrode active material, and may include, for example, crystalline carbon, amorphous carbon, or a combination thereof. Examples of the crystalline carbon include graphite such as amorphous, plate-shaped, flake, spherical or fibrous natural graphite or artificial graphite, and examples of the amorphous carbon include soft carbon or hard carbon, and mesophase pitch carbide. , calcined coke, etc.

상기 리튬 금속의 합금으로는 리튬과 Na, K, Rb, Cs, Fr, Be, Mg, Ca, Sr, Si, Sb, Pb, In, Zn, Ba, Ra, Ge, Al 및 Sn으로 이루어진 군에서 선택되는 금속의 합금이 사용될 수 있다.The lithium metal alloy includes lithium and Na, K, Rb, Cs, Fr, Be, Mg, Ca, Sr, Si, Sb, Pb, In, Zn, Ba, Ra, Ge, Al and Sn. Any alloy of metals of choice may be used.

상기 리튬에 도프 및 탈도프 가능한 물질로는 Si계 음극 활물질 또는 Sn계 음극 활물질을 사용할 수 있으며, 상기 Si계 음극 활물질로는 실리콘, 실리콘-탄소 복합체, SiOx(0 < x < 2), Si-Q 합금(상기 Q는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 13족 원소, 14족 원소, 15족 원소, 16족 원소, 전이금속, 희토류 원소 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 원소이며, Si은 아님), 상기 Sn계 음극 활물질로는 Sn, SnO2, Sn-R 합금(상기 R은 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 13족 원소, 14족 원소, 15족 원소, 16족 원소, 전이금속, 희토류 원소 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 원소이며, Sn은 아님) 등을 들 수 있고, 또한 이들 중 적어도 하나와 SiO2를 혼합하여 사용할 수도 있다. 상기 원소 Q 및 R로는 Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Sc, Y, Ti, Zr, Hf, Rf, V, Nb, Ta, Db, Cr, Mo, W, Sg, Tc, Re, Bh, Fe, Pb, Ru, Os, Hs, Rh, Ir, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, B, Al, Ga, Sn, In, Tl, Ge, P, As, Sb, Bi, S, Se, Te, Po, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 사용할 수 있다. As the material capable of doping and dedoping lithium, a Si-based negative electrode active material or a Sn-based negative electrode active material can be used, and the Si-based negative electrode active material includes silicon, silicon-carbon composite, SiO x (0 < x < 2), Si -Q alloy (Q is an element selected from the group consisting of alkali metals, alkaline earth metals, Group 13 elements, Group 14 elements, Group 15 elements, Group 16 elements, transition metals, rare earth elements, and combinations thereof, but not Si. ), the Sn-based negative electrode active materials include Sn, SnO 2 , and Sn-R alloy (where R is an alkali metal, an alkaline earth metal, a Group 13 element, a Group 14 element, a Group 15 element, a Group 16 element, a transition metal, a rare earth element, and elements selected from the group consisting of combinations thereof, but not Sn), and the like, and at least one of these may be mixed with SiO 2 . The elements Q and R include Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Sc, Y, Ti, Zr, Hf, Rf, V, Nb, Ta, Db, Cr, Mo, W, Sg, Tc, Re, Bh, Fe, Pb, Ru, Os, Hs, Rh, Ir, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, B, Al, Ga, Sn, In, Tl, Ge, P, As, Sb, Bi, One selected from the group consisting of S, Se, Te, Po, and combinations thereof can be used.

상기 실리콘-탄소 복합체는 예를 들어 결정질 탄소 및 실리콘 입자를 포함하는 코어 및 이 코어 표면에 위치하는 비정질 탄소 코팅층을 포함하는 실리콘-탄소 복합체일 수 있다. 상기 결정질 탄소는 인조 흑연, 천연 흑연 또는 이들의 조합일 수 있다. 상기 비정질 탄소 전구체로는 석탄계 핏치, 메조페이스 핏치, 석유계 핏치, 석탄계 오일, 석유계 중질유 또는 페놀 수지, 퓨란 수지, 폴리이미드 수지 등의 고분자 수지를 사용할 수 있다. 이때, 실리콘의 함량은 실리콘-탄소 복합체 전체 중량에 대하여 10 중량% 내지 50 중량%일 수 있다. 또한, 상기 결정질 탄소의 함량은 실리콘-탄소 복합체 전체 중량에 대하여 10 중량% 내지 70 중량%일 수 있고, 상기 비정질 탄소의 함량은 실리콘-탄소 복합체 전체 중량에 대하여 20 중량% 내지 40 중량%일 수 있다. 또한, 상기 비정질 탄소 코팅층의 두께는 5nm 내지 100nm일 수 있다. 상기 실리콘 입자의 평균 입경(D50)은 10nm 내지 20μm일 수 있다. 상기 실리콘 입자의 평균 입경(D50)은 바람직하게 10nm 내지 200nm일 수 있다. 상기 실리콘 입자는 산화된 형태로 존재할 수 있고, 이때, 산화 정도를 나타내는 실리콘 입자내 Si:O의 원자 함량 비율은 99:1 내지 33:67일 수 있다. 상기 실리콘 입자는 SiOx 입자일 수 있으며 이때 SiOx에서 x 범위는 0 초과, 2 미만일 수 있다. 본 명세서에서, 별도의 정의가 없는 한, 평균 입경(D50)은 입도 분포에서 누적 체적이 50 부피%인 입자의 지름을 의미한다.For example, the silicon-carbon composite may be a silicon-carbon composite including a core containing crystalline carbon and silicon particles and an amorphous carbon coating layer located on the surface of the core. The crystalline carbon may be artificial graphite, natural graphite, or a combination thereof. As the amorphous carbon precursor, coal-based pitch, mesophase pitch, petroleum-based pitch, coal-based oil, petroleum-based heavy oil, or polymer resin such as phenol resin, furan resin, and polyimide resin can be used. At this time, the content of silicon may be 10% by weight to 50% by weight based on the total weight of the silicon-carbon composite. In addition, the content of the crystalline carbon may be 10% by weight to 70% by weight based on the total weight of the silicon-carbon composite, and the content of the amorphous carbon may be 20% by weight to 40% by weight based on the total weight of the silicon-carbon composite. there is. Additionally, the thickness of the amorphous carbon coating layer may be 5 nm to 100 nm. The average particle diameter (D50) of the silicon particles may be 10 nm to 20 μm. The average particle diameter (D50) of the silicon particles may preferably be 10 nm to 200 nm. The silicon particles may exist in an oxidized form, and in this case, the atomic content ratio of Si:O in the silicon particles, which indicates the degree of oxidation, may be 99:1 to 33:67. The silicon particles may be SiO x particles, and in this case, the SiO x x range may be greater than 0 and less than 2. In this specification, unless otherwise defined, the average particle diameter (D50) refers to the diameter of particles with a cumulative volume of 50% by volume in the particle size distribution.

상기 Si계 음극 활물질 또는 Sn계 음극 활물질은 탄소계 음극 활물질과 혼합하여 사용될 수 있다. Si계 음극 활물질 또는 Sn계 음극 활물질과 탄소계 음극 활물질을 혼합 사용시, 그 혼합비는 중량비로 1:99 내지 90:10일 수 있다. The Si-based negative electrode active material or Sn-based negative electrode active material may be used by mixing with a carbon-based negative electrode active material. When using a mixture of Si-based negative electrode active material or Sn-based negative electrode active material and carbon-based negative electrode active material, the mixing ratio may be 1:99 to 90:10 by weight.

상기 음극 활물질층에서 음극 활물질의 함량은 음극 활물질 층 전체 중량에 대하여 95 중량% 내지 99 중량%일 수 있다.The content of the negative electrode active material in the negative electrode active material layer may be 95% by weight to 99% by weight based on the total weight of the negative electrode active material layer.

일 구현예에서 상기 음극 활물질층은 바인더를 더 포함하며, 선택적으로 도전재를 더욱 포함할 수 있다. 상기 음극 활물질층에서 바인더의 함량은 음극 활물질층 전체 중량에 대하여 1 중량% 내지 5 중량%일 수 있다. 또한 도전재를 더욱 포함하는 경우 상기 음극 활물질층은 음극 활물질을 90 중량% 내지 98 중량%, 바인더를 1 중량% 내지 5 중량%, 도전재를 1 중량% 내지 5 중량% 포함할 수 있다.In one embodiment, the negative electrode active material layer further includes a binder and, optionally, may further include a conductive material. The content of the binder in the negative electrode active material layer may be 1% to 5% by weight based on the total weight of the negative electrode active material layer. In addition, when a conductive material is further included, the negative electrode active material layer may include 90% to 98% by weight of the negative electrode active material, 1% to 5% by weight of the binder, and 1% to 5% by weight of the conductive material.

상기 바인더는 음극 활물질 입자들을 서로 잘 부착시키고, 또한 음극 활물질을 전류 집전체에 잘 부착시키는 역할을 한다. 상기 바인더로는 비수용성 바인더, 수용성 바인더 또는 이들의 조합을 사용할 수 있다.The binder serves to adhere the negative electrode active material particles to each other and also helps the negative electrode active material to adhere to the current collector. The binder may be a water-insoluble binder, a water-soluble binder, or a combination thereof.

상기 비수용성 바인더로는 폴리비닐클로라이드, 카르복실화된 폴리비닐클로라이드, 폴리비닐플루오라이드, 에틸렌 옥사이드를 포함하는 폴리머, 에틸렌 프로필렌 공중합체, 폴리스티렌, 폴리비닐피롤리돈, 폴리우레탄, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리아미드이미드, 폴리이미드 또는 이들의 조합을 들 수 있다. The water-insoluble binder includes polyvinyl chloride, carboxylated polyvinyl chloride, polyvinyl fluoride, polymers containing ethylene oxide, ethylene propylene copolymer, polystyrene, polyvinylpyrrolidone, polyurethane, and polytetrafluoride. Ethylene, polyvinylidene fluoride, polyethylene, polypropylene, polyamidoimide, polyimide, or combinations thereof may be mentioned.

상기 수용성 바인더로는 고무계 바인더 또는 고분자 수지 바인더를 들 수 있다. 상기 고무계 바인더는 스티렌-부타디엔 러버, 아크릴레이티드 스티렌-부타디엔 러버, 아크릴로나이트릴-부타디엔 러버, 아크릴 고무, 부틸고무, 불소고무, 및 이들의 조합에서 선택되는 것일 수 있다. 상기 고분자 수지 바인더는 폴리에틸렌옥시드, 폴리비닐피롤리돈, 폴리에피크로로히드린, 폴리포스파젠, 폴리아크릴로니트릴, 에틸렌프로필렌디엔공중합체, 폴리비닐피리딘, 클로로설폰화폴리에틸렌, 라텍스, 폴리에스테르수지, 아크릴수지, 페놀수지, 에폭시 수지, 폴리비닐알콜으로 및 이들의 조합에서 선택되는 것일 수 있다. Examples of the water-soluble binder include a rubber binder or a polymer resin binder. The rubber-based binder may be selected from styrene-butadiene rubber, acrylated styrene-butadiene rubber, acrylonitrile-butadiene rubber, acrylic rubber, butyl rubber, fluorine rubber, and combinations thereof. The polymer resin binder is polyethylene oxide, polyvinylpyrrolidone, polyepichlorohydrin, polyphosphazene, polyacrylonitrile, ethylene propylene diene copolymer, polyvinylpyridine, chlorosulfonated polyethylene, latex, poly It may be selected from ester resin, acrylic resin, phenol resin, epoxy resin, polyvinyl alcohol, and combinations thereof.

상기 음극 바인더로 수용성 바인더를 사용하는 경우, 점성을 부여할 수 있는 셀룰로즈 계열 화합물을 더욱 포함할 수 있다. 이 셀룰로즈 계열 화합물로는 카르복시메틸 셀룰로즈, 하이드록시프로필메틸 셀룰로즈, 메틸 셀룰로즈, 또는 이들의 알칼리 금속염 등을 1종 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 상기 알칼리 금속으로는 Na, K 또는 Li를 사용할 수 있다. 이러한 증점제 사용 함량은 음극 활물질 100 중량부에 대하여 0.1 중량부 내지 3 중량부일 수 있다. When a water-soluble binder is used as the negative electrode binder, it may further include a cellulose-based compound capable of imparting viscosity. As this cellulose-based compound, one or more types of carboxymethyl cellulose, hydroxypropylmethyl cellulose, methyl cellulose, or alkali metal salts thereof can be used. Na, K, or Li can be used as the alkali metal. The amount of the thickener used may be 0.1 to 3 parts by weight based on 100 parts by weight of the negative electrode active material.

상기 도전재는 전극에 도전성을 부여하기 위해 사용되는 것으로서, 구성되는 전지에 있어서, 화학변화를 야기하지 않고 전자 전도성 재료이면 어떠한 것도 사용 가능하며, 그 예로 천연 흑연, 인조 흑연, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸블랙, 탄소섬유, 탄소나노섬유, 탄소나노튜브 등의 탄소계 물질; 구리, 니켈, 알루미늄, 은 등을 포함하고 금속 분말 또는 금속 섬유 형태의 금속계 물질; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 폴리머; 또는 이들의 혼합물을 포함하는 도전성 재료를 사용할 수 있다.The conductive material is used to provide conductivity to the electrode, and in the battery being constructed, any electronically conductive material can be used as long as it does not cause chemical change. Examples include natural graphite, artificial graphite, carbon black, acetylene black, and Ketjen. Carbon-based materials such as black, carbon fiber, carbon nanofiber, and carbon nanotube; Metallic substances containing copper, nickel, aluminum, silver, etc. in the form of metal powder or metal fiber; Conductive polymers such as polyphenylene derivatives; Alternatively, a conductive material containing a mixture thereof may be used.

상기 음극 집전체로는 구리 박, 니켈 박, 스테인레스강 박, 티타늄 박, 니켈 발포체(foam), 구리 발포체, 전도성 금속이 코팅된 폴리머 기재, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 사용할 수 있다.The negative electrode current collector may be selected from the group consisting of copper foil, nickel foil, stainless steel foil, titanium foil, nickel foam, copper foam, a polymer substrate coated with a conductive metal, and combinations thereof. .

리튬 이차 전지lithium secondary battery

다른 일 구현예는, 양극, 음극, 상기 양극과 상기 양극 사이에 위치하는 분리막 및 전해질을 포함하는 리튬 이차 전지를 제공한다. Another embodiment provides a lithium secondary battery including a positive electrode, a negative electrode, a separator positioned between the positive electrode and the positive electrode, and an electrolyte.

도 1은 일 구현예에 따른 리튬 이차 전지를 도시한 개략도이다. 도 1을 참조하면, 일 구현예에 따른 리튬 이차 전지(100)는 양극(114), 양극(114)과 대향하여 위치하는 음극(112), 양극(114)과 음극(112) 사이에 배치되어 있는 세퍼레이터(113) 및 양극(114), 음극(112) 및 세퍼레이터(113)를 함침하는 리튬 이차 전지용 전해질을 포함하는 전지 셀과, 상기 전지 셀을 담고 있는 전지 용기(120) 및 상기 전지 용기(120)를 밀봉하는 밀봉 부재(140)를 포함한다.Figure 1 is a schematic diagram showing a lithium secondary battery according to one embodiment. Referring to FIG. 1, the lithium secondary battery 100 according to one embodiment is disposed between the positive electrode 114, the negative electrode 112 located opposite the positive electrode 114, and the positive electrode 114 and the negative electrode 112. A battery cell containing an electrolyte for a lithium secondary battery impregnating the separator 113 and the positive electrode 114, the negative electrode 112 and the separator 113, a battery container 120 containing the battery cell, and the battery container ( It includes a sealing member 140 that seals 120).

상기 전해질은 비수성 유기 용매와 리튬염을 포함한다.The electrolyte includes a non-aqueous organic solvent and a lithium salt.

상기 비수성 유기 용매는 전지의 전기화학적 반응에 관여하는 이온들이 이동할 수 있는 매질 역할을 한다. 비수성 유기용매로는 카보네이트계, 에스테르계, 에테르계, 케톤계, 알코올계, 또는 비양성자성 용매를 사용할 수 있다. 상기 카보네이트계 용매로는 디메틸 카보네이트(DMC), 디에틸 카보네이트(DEC), 디프로필 카보네이트(DPC), 메틸프로필 카보네이트(MPC), 에틸프로필 카보네이트(EPC), 메틸에틸 카보네이트(MEC), 에틸렌 카보네이트(EC), 프로필렌 카보네이트(PC), 부틸렌 카보네이트(BC) 등이 사용될 수 있다. 상기 에스테르계 용매로는 메틸 아세테이트, 에틸 아세테이트, n-프로필 아세테이트, 디메틸아세테이트, 메틸프로피오네이트, 에틸프로피오네이트, γ-부티로락톤, 데카놀라이드(decanolide), 발레로락톤, 메발로노락톤(mevalonolactone), 카프로락톤(caprolactone) 등이 사용될 수 있다. 상기 에테르계 용매로는 디부틸 에테르, 테트라글라임, 디글라임, 디메톡시에탄, 2-메틸테트라히드로퓨란, 테트라히드로퓨란 등이 사용될 수 있으며, 상기 케톤계 용매로는 시클로헥사논 등이 사용될 수 있다. 또한 상기 알코올계 용매로는 에틸알코올, 이소프로필 알코올 등이 사용될 수 있으며, 상기 비양성자성 용매로는 R-CN(여기서, R은 C2 내지 C20 직쇄상, 분지상, 또는 환 구조의 탄화수소기이며, 이중결합, 방향환, 또는 에테르 결합을 포함할 수 있다) 등의 니트릴류 디메틸포름아미드 등의 아미드류, 1,3-디옥솔란 등의 디옥솔란류 설포란(sulfolane)류 등이 사용될 수 있다.The non-aqueous organic solvent serves as a medium through which ions involved in the electrochemical reaction of the battery can move. The non-aqueous organic solvent may be carbonate-based, ester-based, ether-based, ketone-based, alcohol-based, or aprotic solvent. The carbonate-based solvents include dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), dipropyl carbonate (DPC), methylpropyl carbonate (MPC), ethylpropyl carbonate (EPC), methylethyl carbonate (MEC), and ethylene carbonate ( EC), propylene carbonate (PC), butylene carbonate (BC), etc. can be used. The ester solvents include methyl acetate, ethyl acetate, n-propyl acetate, dimethyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, γ-butyrolactone, decanolide, valerolactone, and mevalono. Lactone (mevalonolactone), caprolactone, etc. may be used. The ether-based solvent may be dibutyl ether, tetraglyme, diglyme, dimethoxyethane, 2-methyltetrahydrofuran, tetrahydrofuran, etc., and the ketone-based solvent may include cyclohexanone. there is. In addition, the alcohol-based solvent may be ethyl alcohol, isopropyl alcohol, etc., and the aprotic solvent may be R-CN (where R is a C2 to C20 straight-chain, branched, or ring-structured hydrocarbon group. , may contain a double bond, an aromatic ring, or an ether bond), nitriles such as amides such as dimethylformamide, dioxolanes such as 1,3-dioxolane, and sulfolanes may be used. .

상기 비수성 유기 용매는 단독으로 또는 하나 이상 혼합하여 사용할 수 있으며, 하나 이상 혼합하여 사용하는 경우의 혼합 비율은 목적하는 전지 성능에 따라 적절하게 조절할 수 있고, 이는 당해 분야에 종사하는 사람들에게는 널리 이해될 수 있다.The non-aqueous organic solvents can be used alone or in a mixture of one or more, and when used in a mixture of more than one, the mixing ratio can be appropriately adjusted according to the desired battery performance, which is widely understood by those working in the field. It can be.

또한, 상기 카보네이트계 용매의 경우 환형(cyclic) 카보네이트와 사슬형(chain) 카보네이트를 혼합하여 사용할 수 있다. 이 경우 환형 카보네이트와 사슬형 카보네이트는 약 1:1 내지 약 1:9의 부피비로 혼합하여 사용하는 경우 전해액의 성능이 우수하게 나타날 수 있다.Additionally, in the case of the carbonate-based solvent, a mixture of cyclic carbonate and chain carbonate can be used. In this case, when cyclic carbonate and chain carbonate are mixed and used in a volume ratio of about 1:1 to about 1:9, the electrolyte can exhibit excellent performance.

상기 비수성 유기용매는 상기 카보네이트계 용매에 방향족 탄화수소계 유기용매를 더 포함할 수도 있다. 이때 상기 카보네이트계 용매와 방향족 탄화수소계 유기용매는 약 1:1 내지 약 30:1의 부피비로 혼합될 수 있다.The non-aqueous organic solvent may further include an aromatic hydrocarbon-based organic solvent in addition to the carbonate-based solvent. At this time, the carbonate-based solvent and the aromatic hydrocarbon-based organic solvent may be mixed at a volume ratio of about 1:1 to about 30:1.

상기 방향족 탄화수소계 용매로는 하기 화학식 I의 방향족 탄화수소계 화합물이 사용될 수 있다.As the aromatic hydrocarbon-based solvent, an aromatic hydrocarbon-based compound of the following formula (I) may be used.

[화학식 I][Formula I]

상기 화학식 I에서, R4 내지 R9는 서로 동일하거나 상이하며 수소, 할로겐, 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 탄소수 1 내지 10의 할로알킬기 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것이다.In the above formula (I), R 4 to R 9 are the same or different from each other and are selected from the group consisting of hydrogen, halogen, alkyl group with 1 to 10 carbon atoms, haloalkyl group with 1 to 10 carbon atoms, and combinations thereof.

상기 방향족 탄화수소계 용매의 구체적인 예로는 벤젠, 플루오로벤젠, 1,2-디플루오로벤젠, 1,3-디플루오로벤젠, 1,4-디플루오로벤젠, 1,2,3-트리플루오로벤젠, 1,2,4-트리플루오로벤젠, 클로로벤젠, 1,2-디클로로벤젠, 1,3-디클로로벤젠, 1,4-디클로로벤젠, 1,2,3-트리클로로벤젠, 1,2,4-트리클로로벤젠, 아이오도벤젠, 1,2-디아이오도벤젠, 1,3-디아이오도벤젠, 1,4-디아이오도벤젠, 1,2,3-트리아이오도벤젠, 1,2,4-트리아이오도벤젠, 톨루엔, 플루오로톨루엔, 2,3-디플루오로톨루엔, 2,4-디플루오로톨루엔, 2,5-디플루오로톨루엔, 2,3,4-트리플루오로톨루엔, 2,3,5-트리플루오로톨루엔, 클로로톨루엔, 2,3-디클로로톨루엔, 2,4-디클로로톨루엔, 2,5-디클로로톨루엔, 2,3,4-트리클로로톨루엔, 2,3,5-트리클로로톨루엔, 아이오도톨루엔, 2,3-디아이오도톨루엔, 2,4-디아이오도톨루엔, 2,5-디아이오도톨루엔, 2,3,4-트리아이오도톨루엔, 2,3,5-트리아이오도톨루엔, 자일렌, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것이다.Specific examples of the aromatic hydrocarbon solvent include benzene, fluorobenzene, 1,2-difluorobenzene, 1,3-difluorobenzene, 1,4-difluorobenzene, and 1,2,3-trifluo. Robenzene, 1,2,4-trifluorobenzene, chlorobenzene, 1,2-dichlorobenzene, 1,3-dichlorobenzene, 1,4-dichlorobenzene, 1,2,3-trichlorobenzene, 1, 2,4-trichlorobenzene, iodobenzene, 1,2-diiodobenzene, 1,3-diiodobenzene, 1,4-diiodobenzene, 1,2,3-triiodobenzene, 1,2 ,4-triiodobenzene, toluene, fluorotoluene, 2,3-difluorotoluene, 2,4-difluorotoluene, 2,5-difluorotoluene, 2,3,4-trifluoro Toluene, 2,3,5-trifluorotoluene, chlorotoluene, 2,3-dichlorotoluene, 2,4-dichlorotoluene, 2,5-dichlorotoluene, 2,3,4-trichlorotoluene, 2,3 ,5-trichlorotoluene, iodotoluene, 2,3-diiodotoluene, 2,4-diiodotoluene, 2,5-diiodotoluene, 2,3,4-triiodotoluene, 2,3, It is selected from the group consisting of 5-triiodotoluene, xylene, and combinations thereof.

상기 전해액은 전지 수명을 향상시키기 위하여 비닐렌 카보네이트 또는 하기 화학식 II의 에틸렌 카보네이트계 화합물을 수명 향상 첨가제로 더욱 포함할 수도 있다.In order to improve battery life, the electrolyte may further include vinylene carbonate or an ethylene carbonate-based compound of the following formula (II) as a life-enhancing additive.

[화학식 II][Formula II]

상기 화학식 II에서, R10 및 R11은 서로 동일하거나 상이하며, 수소, 할로겐기, 시아노기, 니트로기 및 불소화된 탄소수 1 내지 5의 알킬기로 이루어진 군에서 선택되며, 상기 R10 및 R11 중 적어도 하나는 할로겐기, 시아노기, 니트로기 및 불소화된 탄소수 1 내지 5의 알킬기로 이루어진 군에서 선택되나, 단 R10 및 R11 모두 수소는 아니다.In Formula II, R 10 and R 11 are the same or different from each other and are selected from the group consisting of hydrogen, a halogen group, a cyano group, a nitro group, and a fluorinated alkyl group having 1 to 5 carbon atoms. Among R 10 and R 11 At least one is selected from the group consisting of a halogen group, a cyano group, a nitro group, and a fluorinated alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, provided that neither R 10 nor R 11 is hydrogen.

상기 에틸렌 카보네이트계 화합물의 대표적인 예로는 디플루오로 에틸렌카보네이트, 클로로에틸렌 카보네이트, 디클로로에틸렌 카보네이트, 브로모에틸렌 카보네이트, 디브로모에틸렌 카보네이트, 니트로에틸렌 카보네이트, 시아노에틸렌 카보네이트 또는 플루오로에틸렌 카보네이트 등을 들 수 있다. 이러한 수명 향상 첨가제를 더욱 사용하는 경우 그 사용량은 적절하게 조절할 수 있다.Representative examples of the ethylene carbonate-based compounds include difluoroethylene carbonate, chloroethylene carbonate, dichloroethylene carbonate, bromoethylene carbonate, dibromoethylene carbonate, nitroethylene carbonate, cyanoethylene carbonate, or fluoroethylene carbonate. You can. When using more of these life-enhancing additives, the amount used can be adjusted appropriately.

상기 리튬염은 비수성 유기 용매에 용해되어, 전지 내에서 리튬 이온의 공급원으로 작용하여 기본적인 리튬 이차 전지의 작동을 가능하게 하고, 양극과 음극 사이의 리튬 이온의 이동을 촉진하는 역할을 하는 물질이다. The lithium salt is a substance that dissolves in a non-aqueous organic solvent and acts as a source of lithium ions in the battery, enabling the operation of a basic lithium secondary battery and promoting the movement of lithium ions between the positive and negative electrodes. .

리튬염의 대표적인 예로는 LiPF6, LiBF4, LiSbF6, LiAsF6, LiN(SO2C2F5)2, Li(CF3SO2)2N, LiN(SO3C2F5)2, Li(FSO2)2N(리튬 비스플루오로설포닐이미드; lithium bis(fluorosulfonyl)imide; LiFSI), LiC4F9SO3, LiClO4, LiAlO2, LiAlCl4, LiPO2F2, LiN(CxF2x+1SO2)(CyF2y+1SO2)(여기서, x 및 y는 자연수이며, 예를 들면 1 내지 20의 정수임), 리튬 디플루오로비스옥살레이토 포스페이트(lithium difluoro(bisoxalato) phosphate), LiCl, LiI, LiB(C2O4)2(리튬 비스(옥살레이토) 보레이트; lithium bis(oxalato) borate; LiBOB), 및 리튬 디플로오로(옥살레이토)보레이트(LiDFOB)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 둘 이상을 들 수 있다.  Representative examples of lithium salts include LiPF 6 , LiBF 4 , LiSbF 6 , LiAsF 6 , LiN(SO 2 C 2 F 5 ) 2 , Li(CF 3 SO 2 ) 2 N, LiN(SO 3 C 2 F 5 ) 2 , Li (FSO 2 ) 2 N (lithium bis(fluorosulfonyl)imide; LiFSI), LiC 4 F 9 SO 3 , LiClO 4 , LiAlO 2 , LiAlCl 4 , LiPO 2 F 2 , LiN(C x F 2x+1 SO 2 )(C y F 2y+1 SO 2 ) (where x and y are natural numbers, for example, integers from 1 to 20), lithium difluorobisoxalatophosphate (lithium difluoro( bisoxalato) phosphate), LiCl, LiI, LiB(C 2 O 4 ) 2 (lithium bis(oxalato) borate; LiBOB), and lithium difluoro(oxalato)borate (LiDFOB) One or two or more selected from the group consisting of may be mentioned.

리튬염의 농도는 0.1M 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.It is recommended that the concentration of lithium salt be used within the range of 0.1M to 2.0M. When the concentration of lithium salt is within the above range, the electrolyte has appropriate conductivity and viscosity, so excellent electrolyte performance can be achieved and lithium ions can move effectively.

세퍼레이터(113)는 양극(114)과 음극(112)을 분리하고 리튬 이온의 이동 통로를 제공하는 것으로 리튬 이온 전지에서 통상적으로 사용되는 것이라면 모두 사용할 수 있다.  즉, 전해질의 이온 이동에 대하여 낮은 저항을 가지면서 전해액 함습 능력이 우수한 것이 사용될 수 있다.  예를 들어, 세퍼레이터(113)는 유리 섬유, 폴리에스테르, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리테트라플루오로에틸렌 또는 이들의 조합물 등을 포함할 수 있고, 부직포 또는 직포 형태일 수 있다. 예를 들어, 리튬 이온 전지에는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등과 같은 폴리올레핀계 고분자 세퍼레이터가 주로 사용되고, 내열성 또는 기계적 강도 확보를 위해 세라믹 성분 또는 고분자 물질이 포함된 코팅된 세퍼레이터가 사용될 수도 있으며, 선택적으로 단층 또는 다층 구조로 사용될 수 있다.The separator 113 separates the positive electrode 114 and the negative electrode 112 and provides a passage for lithium ions, and any type commonly used in lithium ion batteries can be used.  That is, one that has low resistance to ion movement in the electrolyte and has excellent electrolyte moisturizing ability can be used.  For example, the separator 113 may include glass fiber, polyester, polyethylene, polypropylene, polytetrafluoroethylene, or a combination thereof, and may be in the form of non-woven or woven fabric. For example, in lithium ion batteries, polyolefin-based polymer separators such as polyethylene and polypropylene are mainly used, and coated separators containing ceramic components or polymer materials may be used to ensure heat resistance or mechanical strength, and can optionally be single-layer or multi-layer. It can be used as a structure.

리튬 이차 전지는 사용하는 세퍼레이터와 전해질의 종류에 따라 리튬 이온 전지, 리튬 이온 폴리머 전지 및 리튬 폴리머 전지로 분류될 수 있고, 형태에 따라 원통형, 각형, 코인형, 파우치형 등으로 분류될 수 있으며, 사이즈에 따라 벌크 타입과 박막 타입으로 나눌 수 있다. 이들 전지의 구조와 제조 방법은 이 분야에 널리 알려 져 있으므로 상세한 설명은 생략한다.Lithium secondary batteries can be classified into lithium ion batteries, lithium ion polymer batteries, and lithium polymer batteries depending on the type of separator and electrolyte used, and can be classified into cylindrical, prismatic, coin, pouch, etc. depending on their shape. Depending on the size, it can be divided into bulk type and thin film type. The structures and manufacturing methods of these batteries are widely known in this field, so detailed descriptions are omitted.

일 구현예에 따른 리튬 이차 전지는 고용량을 구현하고, 고온에서 저장 안정성, 수명 특성 및 고율 특성 등이 우수하여 전기차량(electric vehicle, EV)에 사용될 수 있고, 플러그인 하이브리드 차량(plug-in hybrid electric vehicle, PHEV) 등의 하이브리드 차량에 사용될 수 있으며, 휴대용 전자기기 등에 사용될 수도 있다. A lithium secondary battery according to one embodiment has high capacity and has excellent storage stability, lifespan characteristics, and high rate characteristics at high temperatures, so it can be used in electric vehicles (EV) and plug-in hybrid electric vehicles. It can be used in hybrid vehicles such as vehicle, PHEV), and can also be used in portable electronic devices.

이하 본 발명의 실시예 및 비교예를 기재한다. 하기한 실시예는 본 발명의 일 예일뿐 본 발명이 하기한 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, examples and comparative examples of the present invention will be described. The following examples are only examples of the present invention, and the present invention is not limited to the following examples.

실시예 1Example 1

1. 2차 입자 형태의 제1 리튬 니켈계 복합 산화물의 제조1. Preparation of primary lithium nickel-based composite oxide in the form of secondary particles

금속 원료로서 황산니켈(NiSO4·6H2O), 황산코발트(CoSO4·7H2O) 및 황산알루미늄(Al2(SO4)3·18H2O)을 91:8:1 몰비가 되도록 용매인 증류수에 녹여 혼합 용액을 준비하였고, 착화합물 형성을 위해 암모니아수(NH4OH)와 침전제로서 수산화나트륨(NaOH)을 준비하였다.As metal raw materials, nickel sulfate (NiSO 4 ·6H 2 O), cobalt sulfate (CoSO 4 ·7H 2 O), and aluminum sulfate (Al 2 (SO 4 ) 3 ·18H 2 O) are mixed in a solvent at a molar ratio of 91:8:1. A mixed solution was prepared by dissolving it in distilled water, and ammonia water (NH 4 OH) and sodium hydroxide (NaOH) as a precipitant were prepared to form a complex.

연속식 반응기에 암모니아수 희석액을 투입한 후 금속 원료 혼합 용액을 연속적으로 투입하고, 반응기 내부의 pH를 유지하기 위해 수산화나트륨을 투입한다. 대략 80시간 동안 천천히 반응을 진행하고, 반응이 안정화되면 오버플로우되는 생성물을 수집하여 세정 및 건조 공정을 진행하여 최종 전구체를 얻는다. 이에 따라 1차 입자들이 응집된 2차 입자 형태인 제1 니켈계 수산화물(Ni0.91Co0.08Al0.01(OH)2)을 수득하여 세정 및 건조한다. After adding a diluted ammonia solution to the continuous reactor, a mixed solution of metal raw materials is continuously added, and sodium hydroxide is added to maintain the pH inside the reactor. The reaction proceeds slowly for approximately 80 hours, and when the reaction is stabilized, the overflowing product is collected and washed and dried to obtain the final precursor. Accordingly, the first nickel-based hydroxide (Ni 0.91 Co 0.08 Al 0.01 (OH) 2 ) in the form of secondary particles in which primary particles are aggregated is obtained, washed and dried.

제1 니켈계 수산화물의 금속 총량에 대한 리튬의 몰 비율이 1.04가 되도록, 제1 니켈계 수산화물과 LiOH를 혼합하고, 산소 분위기에서 약 750℃에서 15시간 동안 제1 열처리함으로써, 제1 리튬 니켈계 산화물(LiNi0.91Co0.08Al0.01O2)을 얻는다. 얻어진 제1 리튬 니켈계 산화물의 평균 입경은 대략 15 ㎛ 이고, 1차 입자들이 응집된 2차 입자 형태이다. The first nickel-based hydroxide and LiOH are mixed so that the molar ratio of lithium to the total amount of metal in the first nickel-based hydroxide is 1.04, and a first heat treatment is performed at about 750° C. for 15 hours in an oxygen atmosphere, thereby producing the first lithium nickel-based Oxide (LiNi 0.91 Co 0.08 Al 0.01 O 2 ) is obtained. The average particle diameter of the obtained first lithium nickel-based oxide is approximately 15 ㎛, and is in the form of secondary particles in which primary particles are aggregated.

2. 단입자 형태의 제2 리튬 니켈계 복합 산화물의 제조2. Preparation of secondary lithium nickel-based composite oxide in single particle form

황산니켈, 황산코발트 및 황산망간(MnSO4·H2O)을 95:4:1 몰비가 되도록 용매인 증류수에 녹여 혼합 용액을 준비한다. 착화합물 형성을 위해 암모니아수(NH4OH) 희석액과, 침전제로서 수산화나트륨(NaOH)을 준비한다. 이후, 반응기에 금속 원료 혼합용액, 암모니아수, 수산화나트륨을 각각 반응기 내부에 투입한다. 다음으로 교반을 수행하면서 약 20 시간 동안 반응을 진행한다. 이후, 반응기 내의 슬러리 용액을 여과 및 고순도의 증류수로 세척 후 24 시간 건조하여 제2 니켈계 수산화물(Ni0.95Co0.04Mn0.01(OH)2) 분말을 얻는다. 얻어진 제2 니켈계 수산화물 분말은 평균 입경이 약 4.0 ㎛이고, BET 측정법에 의해 측정되는 비표면적은 약 15 m2/g이다. Prepare a mixed solution by dissolving nickel sulfate, cobalt sulfate, and manganese sulfate (MnSO 4 ·H 2 O) in distilled water as a solvent at a molar ratio of 95:4:1. To form a complex, prepare diluted ammonia water (NH 4 OH) and sodium hydroxide (NaOH) as a precipitant. Afterwards, the metal raw material mixed solution, aqueous ammonia, and sodium hydroxide are each added into the reactor. Next, the reaction proceeds for about 20 hours while stirring. Thereafter, the slurry solution in the reactor is filtered, washed with high-purity distilled water, and dried for 24 hours to obtain a second nickel-based hydroxide (Ni 0.95 Co 0.04 Mn 0.01 (OH) 2 ) powder. The obtained second nickel-based hydroxide powder had an average particle diameter of about 4.0 ㎛, and a specific surface area measured by the BET measurement method of about 15 m 2 /g.

수득한 제2 니켈계 수산화물과, Li/(Ni+Co+Mn) = 1.05 를 만족하는 LiOH와, 도펀트로서 Al, Zr, Mg 성분을 함께 혼합하여 소성로에 투입하고, 산소 분위기에서 820 ℃로 10 시간 동안 제2 열처리를 실시한다. 이후, 수득물을 약 30 분 동안 분쇄하여, 단입자 형태를 갖는 다수의 제2 리튬 니켈계 산화물들로 분리/분산시킨다. 수득한 단입자 형태의 제2 리튬 니켈계 산화물의 평균 입경은 약 3.7㎛이다.The obtained second nickel-based hydroxide, LiOH satisfying Li/(Ni+Co+Mn) = 1.05, and Al, Zr, and Mg components as dopants were mixed together and put into a sintering furnace, and heated at 820° C. in an oxygen atmosphere for 10 days. A second heat treatment is performed for a period of time. Thereafter, the obtained product is pulverized for about 30 minutes to separate/disperse into a plurality of secondary lithium nickel-based oxides in the form of single particles. The average particle diameter of the obtained single-particle second lithium nickel-based oxide was about 3.7㎛.

3. 코발트 코팅 및 최종 양극 활물질의 제조3. Preparation of cobalt coating and final positive electrode active material

혼합기에 증류수 용매 및 황산 코발트(CoSO4·7H2O)를 투입하고, 제조한 제2 리튬 니켈계 복합 산화물을 투입하고 혼합하는 제1 공정을 진행한다. 상기 황산 코발트는, 제2 리튬 니켈계 복합 산화물에서 리튬과 산소를 제외한 원소 전체에 대한 코발트 함량이 3.0 몰부가 되도록 투입한다. 제1 공정에서, 제2 리튬 니켈계 복합 산화물을 투입한 후 침전제와 pH 조절제 역할을 하는 수산화나트륨을 함께 투입하여 혼합한다. 수산화나트륨은 제2 리튬 니켈계 복합 산화물에서 리튬과 산소를 제외한 원소 전체 100 몰부에 대한 나트륨의 함량이 6.0 몰부가 되도록 투입한다.A distilled water solvent and cobalt sulfate (CoSO 4 ·7H 2 O) are added to the mixer, and the prepared second lithium nickel-based composite oxide is added and mixed to proceed with the first process. The cobalt sulfate is added so that the cobalt content relative to all elements excluding lithium and oxygen in the second lithium nickel-based composite oxide is 3.0 molar parts. In the first process, the second lithium nickel-based complex oxide is added, and then sodium hydroxide, which acts as a precipitant and a pH adjuster, is added and mixed. Sodium hydroxide is added so that the sodium content in the second lithium nickel-based composite oxide is 6.0 mole parts based on 100 mole parts of all elements excluding lithium and oxygen.

제1 공정을 30분 진행한 후, 여기에 황산 코발트를 투입한 후 제1 리튬 니켈계 복합 산화물을 투입하고 혼합하는 제2 공정을 진행한다. 제1 리튬 니켈계 복합 산화물과 먼저 투입한 제2 리튬 니켈계 복합 산화물의 중량비가 7:3이 되도록 제1 리튬 니켈계 복합 산화물을 투입한다. 상기 황산 코발트는, 제1 리튬 니켈계 복합 산화물에서 리튬과 산소를 제외한 원소 전체에 대한 코발트 함량이 3.0 몰부가 되도록 투입한다. 제2 공정에서도 제1 리튬 니켈계 복합 산화물 투입 후 수산화나트륨을 투입하여 함께 혼합한다. 수산화나트륨은 제1 리튬 니켈계 복합 산화물에서 리튬과 산소를 제외한 원소 전체 100 몰부에 대한 나트륨의 함량이 6.0 몰부가 되도록 투입한다.After the first process is performed for 30 minutes, the second process is performed in which cobalt sulfate is added and then the first lithium nickel-based composite oxide is added and mixed. The first lithium nickel-based composite oxide is added so that the weight ratio of the first lithium nickel-based composite oxide and the previously added second lithium nickel-based composite oxide is 7:3. The cobalt sulfate is added so that the cobalt content relative to all elements excluding lithium and oxygen in the first lithium nickel-based composite oxide is 3.0 molar parts. In the second process, after adding the first lithium nickel-based complex oxide, sodium hydroxide is added and mixed together. Sodium hydroxide is added so that the sodium content in the first lithium nickel-based composite oxide is 6.0 mole parts based on 100 mole parts of all elements excluding lithium and oxygen.

제2 공정을 30분 진행한 후, 필터링하여 200 ℃에서 10시간 동안 건조한다. 이후 수득물과 수산화 리튬을 혼합하여 소성로에 투입하고 산소 분위기에서 약 700℃로 15 시간 동안 열처리한다. 이때 수산화 리튬은 수득물에서 리튬과 산소를 제외한 원소 전체에 대해 리튬의 함량이 6 몰부가 되도록 투입한다. 이후, 소성로를 실온으로 냉각하여, 제1 리튬 니켈계 복합 산화물로 이루어지는 2차 입자의 표면에 막 형태의 코팅부가 형성된 제1 양극 활물질, 및 제2 리튬 니켈계 복합 산화물로 이루어지는 단입자의 표면에 막 형태의 코팅부가 형성된 제2 양극 활물질이 혼합된 최종 양극 활물질을 수득한다. After the second process is performed for 30 minutes, it is filtered and dried at 200°C for 10 hours. Afterwards, the obtained product and lithium hydroxide are mixed, placed in a sintering furnace, and heat treated at about 700° C. for 15 hours in an oxygen atmosphere. At this time, lithium hydroxide is added so that the content of lithium is 6 mole parts based on the total elements excluding lithium and oxygen in the obtained product. Thereafter, the furnace is cooled to room temperature, and the first positive electrode active material in which a film-shaped coating is formed on the surface of the secondary particles made of the first lithium nickel-based composite oxide, and the surface of the single particles made of the second lithium nickel-based composite oxide The final positive electrode active material is obtained by mixing the second positive electrode active material with a film-shaped coating formed thereon.

4. 양극의 제조4. Preparation of anode

최종 양극 활물질 95중량%, 폴리비닐리덴 플루오라이드 바인더 3중량% 및 탄소나노튜브 도전재 2중량%를 N-메틸피롤리돈 용매 중에서 혼합하여 양극 활물질 슬러리를 제조한다. 알루미늄 집전체에 상기 양극 활물질 슬러리를 도포하고 건조한 후, 압연하여 양극을 준비한다. 95% by weight of the final positive electrode active material, 3% by weight of polyvinylidene fluoride binder, and 2% by weight of the carbon nanotube conductive material are mixed in N-methylpyrrolidone solvent to prepare a positive electrode active material slurry. The positive electrode active material slurry is applied to an aluminum current collector, dried, and rolled to prepare a positive electrode.

5. 리튬 이차 전지의 제조5. Manufacturing of lithium secondary battery

준비한 양극과 리튬 금속 대극을 사용하고, 그 사이에 폴리에틸렌 폴리프로필렌 다층 구조의 세퍼레이터를 개재하고, 에틸렌 카보네이트와 디에틸 카보네이트를 50:50 부피비로 혼합한 용매에 1.0 M의 LiPF6 리튬염을 첨가한 전해액을 주입하여 코인 하프셀을 제조한다. Using the prepared positive electrode and the lithium metal counter electrode, a separator having a polyethylene polypropylene multilayer structure was interposed between them, and 1.0 M of LiPF 6 lithium salt was added to a solvent mixed with ethylene carbonate and diethyl carbonate in a 50:50 volume ratio. A coin half cell is manufactured by injecting electrolyte.

비교예 1Comparative Example 1

실시예 1의 “3. 코발트 코팅 및 최종 양극 활물질의 제조”에서, 제1 공정 및 제2 공정에서 침전제와 pH 조절제 역할을 하는 수산화나트륨을 투입하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 양극 활물질, 양극 및 코인 하프셀을 제조한다. “3.” of Example 1. In “Manufacture of cobalt coating and final positive electrode active material,” the positive electrode active material, positive electrode, and coin half were prepared in the same manner as in Example 1, except that sodium hydroxide, which acts as a precipitant and pH adjuster, was not added in the first and second processes. Manufacture cells.

비교예 2 Comparative Example 2

실시예 1의 “3. 코발트 코팅 및 최종 양극 활물질의 제조”에서, 습식으로 코팅을 진행하지 않고 건식으로 코팅을 진행한다. 즉, 제1 리튬 니켈계 복합 산화물, 제2 리튬 니켈계 복합 산화물, 수산화 코발트, 및 수산화 리튬을 소성로에서 혼합하면서 700 ℃로 15시간 동알 열처리한다. 이때 제1 리튬 니켈계 복합산화물과 제2 리튬 니켈계 복합 산화물 전체에서 리튬과 산소를 제외한 원소 전체에 대한 코발트의 함량이 3.0 몰부가 되도록 수산화 코발트를 첨가하고, 리튬의 함량이 6.0 몰부가 되도록 수산화 리튬을 첨가한다. 그 외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 양극 활물질, 양극 및 코인 하프셀을 제조한다. “3.” of Example 1. In “Cobalt coating and production of final positive electrode active material,” coating is performed dry rather than wet. That is, the first lithium nickel-based composite oxide, the second lithium nickel-based composite oxide, cobalt hydroxide, and lithium hydroxide are mixed in a sintering furnace and heat treated at 700° C. for 15 hours. At this time, cobalt hydroxide was added so that the cobalt content relative to all elements excluding lithium and oxygen in the first lithium nickel-based composite oxide and the second lithium nickel-based composite oxide was 3.0 mole parts, and hydroxide was added so that the lithium content was 6.0 mole parts. Add lithium. Otherwise, the positive electrode active material, positive electrode, and coin half cell were manufactured in the same manner as in Example 1.

평가예 1: 엑스선 회절 분석Evaluation Example 1: X-ray diffraction analysis

(i) 실시예 1에서 제조한 최종 양극 활물질, (ii) 실시예 1의 코인 하프셀을 구동하기 직전에 전지를 분해하여 얻은 양극 극판, 그리고 (iii) 실시예 1의 코인 하프셀을 150 사이클 진행한 후 전지를 분해하여 얻는 양극 극판에 대해 엑스선 회절 분석을 실시하여, 그 결과를 도 2에 나타냈다. (i) the final positive electrode active material prepared in Example 1, (ii) the positive electrode plate obtained by disassembling the battery immediately before driving the coin half-cell of Example 1, and (iii) the coin half-cell of Example 1 for 150 cycles. After this, X-ray diffraction analysis was performed on the positive electrode plate obtained by disassembling the battery, and the results are shown in Figure 2.

상기 (iii)번에서는 실시예 1의 코인 하프셀을 정전류(0.2 C) 및 정전압(4.25 V, 0.05 C cut-off) 조건에서 초기 충전하고, 10 분간 휴지한 후 정전류(0.2 C) 조건하에서 3.0 V가 될 때까지 초기방전을 시킨 후, 45℃에서 0.5C/0.5C로 150회 충방전을 반복하였다. In (iii) above, the coin half-cell of Example 1 was initially charged under constant current (0.2 C) and constant voltage (4.25 V, 0.05 C cut-off) conditions, rested for 10 minutes, and then charged to 3.0 under constant current (0.2 C) conditions. After initial discharge was performed until V, charging and discharging were repeated 150 times at 0.5C/0.5C at 45°C.

도 3은 도 2에서 20°부근에서의 그래프를 확대한 것이고, 도 4는 도 2에서 40°근처의 그래프를 확대한 것이다. 도 5는 비교를 위한 것으로서 Co(OH)2, CoOOH, 및 Co3O4에 대한 엑스선 회절 분석 그래프이다. FIG. 3 is an enlarged view of the graph at around 20° in FIG. 2, and FIG. 4 is an enlarged view of the graph at around 40° in FIG. 2. Figure 5 is an X-ray diffraction analysis graph for Co(OH) 2 , CoOOH, and Co 3 O 4 for comparison.

도 2 내지 도 5를 참고하면, 실시예 1에 따른 양극 활물질은 19.5°내지20.5°에서 피크를 나타내고 39° 내지 40°에서 피크를 나타내는 것으로 보아 표면에 CoOOH가 존재하는 것으로 확인된다. 즉, 실시예 1의 양극 활물질은 표면 코팅부에서 LiCoO2 유사 구조와 CoOOH의 복합상이 존재하는 것을 확인할 수 있다. 이러한 복합상은 제조한 양극 활물질에서 뿐만 아니라 양극 극판으로 제조한 이후와 전지 구동 이후에도 포착된다. Referring to Figures 2 to 5, the positive electrode active material according to Example 1 shows a peak at 19.5° to 20.5° and a peak at 39° to 40°, confirming that CoOOH exists on the surface. That is, it can be confirmed that the positive electrode active material of Example 1 has a LiCoO 2 -like structure and a composite phase of CoOOH in the surface coating portion. This complex phase is captured not only in the manufactured positive electrode active material, but also after manufacturing the positive electrode plate and after battery operation.

비교예 1과 비교예 2에 대해서도 동일하게 엑스선 회절 분석을 실시하였으나, 비교예 1의 경우 정량 코팅이 되지 않았고 엑스선 회절 그래프에서 CoOOH 상은 확인되지 않았다. 비교예 2의 경우 양극 활물질의 표면에 연속적인 코팅이 이루어지지 않았고, 엑스선 회절 그래프에서 CoOOH 상은 확인되지 않았다.The same X-ray diffraction analysis was performed on Comparative Example 1 and Comparative Example 2, but in the case of Comparative Example 1, quantitative coating was not performed and the CoOOH phase was not confirmed in the X-ray diffraction graph. In Comparative Example 2, continuous coating was not performed on the surface of the positive electrode active material, and the CoOOH phase was not confirmed in the X-ray diffraction graph.

평가예 2: 양극 활물질 단면에 대한 SEM-EDS 분석Evaluation Example 2: SEM-EDS analysis of cross section of positive electrode active material

도 6은 실시예 1에서 제조한 최종 양극 활물질에서 제1 양극 활물질에 해당하는 입자의 단면에 대한 SEM-EDS 분석 이미지이다. 도 7은 실시예 1에서 제조한 최종 양극 활물질에서 제2 양극 활물질에 해당하는 입자의 단면에 대한 SEM-EDS 분석 이미지이다. 도 6과 도 7에서 하이라이트 된 부분은 코발트를 나타낸다. Figure 6 is a SEM-EDS analysis image of the cross section of particles corresponding to the first positive electrode active material in the final positive electrode active material prepared in Example 1. Figure 7 is a SEM-EDS analysis image of the cross section of particles corresponding to the second positive electrode active material in the final positive electrode active material prepared in Example 1. The highlighted portion in FIGS. 6 and 7 represents cobalt.

도 6을 참고하면, 2차 입자의 표면에 코발트를 함유하는 코팅부가 막 형태로 존재하고, 2차 입자의 내부에 존재하는 1차 입자들의 표면인 입계에도 코발트가 코팅되어 있음을 확인할 수 있다. 도 7을 참고하면, 단입자의 표면에도 코발트를 함유하는 코팅부가 막 형태로 형성되었음을 확인할 수 있다. Referring to Figure 6, it can be seen that a coating containing cobalt exists in the form of a film on the surface of the secondary particle, and that cobalt is also coated at the grain boundary, which is the surface of the primary particles present inside the secondary particle. Referring to Figure 7, it can be seen that a coating containing cobalt was formed in the form of a film on the surface of the single particle.

평가예 3: 양극 활물질의 코발트 코팅 함량 분석Evaluation Example 3: Analysis of cobalt coating content of positive electrode active material

상기 평가예 2에서 실시한 SEM-EDS 분석을 통해 제1 양극 활물질과 제2 양극 활물질 각각의 표면에서의 코발트 함량(Co/(Ni+Co), at%)을 측정하고 그 결과를 아래 표 1에 나타냈다. The cobalt content (Co/(Ni+Co), at%) on the surface of each of the first and second positive electrode active materials was measured through the SEM-EDS analysis performed in Evaluation Example 2 above, and the results are shown in Table 1 below. indicated.

제1 양극 활물질 코팅 함량(A)First positive electrode active material coating content (A) 제2 양극 활물질 코팅 함량(B)Second positive electrode active material coating content (B) A/BA/B 실시예 1Example 1 61.861.8 40.440.4 1.531.53

평가예 4: 전지 성능 평가Evaluation Example 4: Battery performance evaluation

실시예 1, 비교예 1 및 비교예 2에서 제조한 리튬 이차 전지를 각각 3개씩 샘플들을 준비하고, 정전류(0.2 C) 및 정전압(4.25 V, 0.05 C cut-off) 조건에서 초기 충전하고, 10 분간 휴지한 후 정전류(0.2 C) 조건하에서 3.0 V가 될 때까지 방전시켜 초기 충방전을 진행한다. 이후 45℃에서 0.5C/0.5C로 50회 충방전을 반복하여 수명 특성을 평가하고, 초기 방전 용량 대비 각 사이클에서의 용량 유지율을 도 8에 나타낸다. Three samples each of the lithium secondary batteries manufactured in Example 1, Comparative Example 1, and Comparative Example 2 were prepared, initially charged under constant current (0.2 C) and constant voltage (4.25 V, 0.05 C cut-off) conditions, and 10 After resting for a minute, initial charging and discharging is performed by discharging until it reaches 3.0 V under constant current (0.2 C) conditions. Afterwards, charging and discharging were repeated 50 times at 0.5C/0.5C at 45°C to evaluate lifespan characteristics, and the capacity maintenance rate in each cycle compared to the initial discharge capacity is shown in FIG. 8.

도 8을 참고하면, 실시예 1의 경우 비교예 1 및 비교예 2에 비하여 수명 특성이 더욱 우수하다는 것을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 8, it can be seen that Example 1 has superior lifespan characteristics compared to Comparative Examples 1 and 2.

이상 바람직한 실시예들에 대해 상세하게 설명하였지만, 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것이 아니고, 다음의 청구 범위에서 정의하고 있는 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.Although the preferred embodiments have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements made by those skilled in the art using the basic concept defined in the following claims are also within the scope of the present invention. It belongs.

100: 리튬 이차 전지 112: 음극
113: 분리막 114: 양극
120: 전지 용기 140: 봉입 부재
100: lithium secondary battery 112: negative electrode
113: Separator 114: Anode
120: Battery container 140: Encapsulation member

Claims (22)

복수의 1차 입자들이 응집되어 이루어지는 2차 입자 형태의 제1 양극 활물질, 및
단입자 형태의 제2 양극 활물질을 포함하는 리튬 이차 전지용 양극 활물질로서,
제1 양극 활물질과 제2 양극 활물질은 각각 리튬과 산소를 제외한 원소 전체에 대한 니켈의 함량이 70 몰% 이상인 리튬 니켈계 복합 산화물을 포함하고,
제1 양극 활물질은 상기 2차 입자의 표면에 막 형태로 존재하는 코팅부를 포함하고,
제2 양극 활물질은 상기 단입자의 표면에 막 형태로 존재하는 코팅부를 포함하며,
제1 양극 활물질의 상기 코팅부와 제2 양극 활물질의 상기 코팅부는 각각 리튬 코발트 산화물 및 코발트 옥시수산화물을 포함하는, 리튬 이차 전지용 양극 활물질.
A first positive electrode active material in the form of secondary particles made by agglomerating a plurality of primary particles, and
A positive electrode active material for a lithium secondary battery comprising a second positive electrode active material in the form of a single particle,
The first positive electrode active material and the second positive electrode active material each include a lithium nickel-based composite oxide having a nickel content of 70 mol% or more based on the total elements excluding lithium and oxygen,
The first positive electrode active material includes a coating that exists in the form of a film on the surface of the secondary particle,
The second positive electrode active material includes a coating portion present in the form of a film on the surface of the single particle,
The positive electrode active material for a lithium secondary battery, wherein the coating portion of the first positive electrode active material and the coating portion of the second positive electrode active material include lithium cobalt oxide and cobalt oxyhydroxide, respectively.
제1항에서,
제1 양극 활물질의 상기 코팅부와 제2 양극 활물질의 상기 코팅부에서, 상기 리튬 코발트 산화물과 상기 코발트 옥시수산화물은 복합상으로 존재하는 것인, 리튬 이차 전지용 양극 활물질.
In paragraph 1:
In the coating portion of the first positive electrode active material and the coating portion of the second positive electrode active material, the lithium cobalt oxide and the cobalt oxyhydroxide exist in a composite phase.
제1항에서,
상기 양극 활물질은 엑스선 회절 분석에서 19.5°내지 20.5°, 및 39°내지 40°에서 피크를 나타내는 것인, 리튬 이차 전지용 양극 활물질.
In paragraph 1:
The positive electrode active material is a positive electrode active material for a lithium secondary battery that exhibits peaks at 19.5° to 20.5° and 39° to 40° in X-ray diffraction analysis.
제1항에서,
제1 양극 활물질의 상기 코팅부와 제2 양극 활물질의 상기 코팅부 각각의 두께는 1 nm 내지 500 nm인 리튬 이차 전지용 양극 활물질.
In paragraph 1:
A cathode active material for a lithium secondary battery, wherein the coating portion of the first cathode active material and the coating portion of the second cathode active material each have a thickness of 1 nm to 500 nm.
제1항에서,
상기 양극 활물질 전체에서, 리튬 니켈계 복합 산화물에서 리튬과 산소를 제외한 원소 100 몰%에 대한 표면의 코발트의 함량은 0.5 몰% 내지 5 몰%인 리튬 이차 전지용 양극 활물질.
In paragraph 1:
A positive electrode active material for a lithium secondary battery in which, in the entire positive electrode active material, the content of cobalt on the surface is 0.5 mol% to 5 mol% based on 100 mol% of elements excluding lithium and oxygen in the lithium nickel-based composite oxide.
제1항에서,
제2 양극 활물질의 코팅부에서 니켈 및 코발트 총량 대비 코발트의 함량(at%)에 대한, 제1 양극 활물질의 코팅부에서 니켈 및 코발트 총량 대비 코발트의 함량(at%)의 비율은 1.45 내지 1.60인 리튬 이차 전지용 양극 활물질.
In paragraph 1:
The ratio of the content of cobalt (at%) relative to the total amount of nickel and cobalt in the coating portion of the second positive electrode active material to the content (at%) of cobalt relative to the total amount of nickel and cobalt in the coating portion of the first positive electrode active material is 1.45 to 1.60. Cathode active material for lithium secondary batteries.
제1항에서,
제1 양극 활물질의 코팅부에서 니켈 및 코발트 총량에 대한 코발트의 함량은 55 at% 내지 70 at%인 리튬 이차 전지용 양극 활물질.
In paragraph 1:
A cathode active material for a lithium secondary battery in which the content of cobalt relative to the total amount of nickel and cobalt in the coating portion of the first cathode active material is 55 at% to 70 at%.
제1항에서,
제2 양극 활물질의 코팅부에서 니켈 및 코발트 총량에 대한 코발트의 함량은 39 at% 내지 45 at%인 리튬 이차 전지용 양극 활물질.
In paragraph 1:
A cathode active material for a lithium secondary battery in which the content of cobalt relative to the total amount of nickel and cobalt in the coating portion of the second cathode active material is 39 at% to 45 at%.
제1항에서,
제1 양극 활물질은 상기 2차 입자의 내부의 1차 입자들의 표면에 위치하는 입계 코팅부를 더 포함하고,
상기 입계 코팅부는 리튬 코발트 산화물 및 코발트 옥시수산화물을 포함하는, 리튬 이차 전지용 양극 활물질.
In paragraph 1:
The first positive electrode active material further includes a grain boundary coating located on the surface of the primary particles inside the secondary particles,
The grain boundary coating portion is a positive electrode active material for a lithium secondary battery comprising lithium cobalt oxide and cobalt oxyhydroxide.
제1항에서,
제1 양극 활물질의 평균 입경은 5 ㎛ 내지 20 ㎛이고,
제2 양극 활물질의 평균 입경은 0.1 ㎛ 내지 10 ㎛인 리튬 이차 전지용 양극 활물질.
In paragraph 1:
The average particle diameter of the first positive electrode active material is 5 ㎛ to 20 ㎛,
A cathode active material for a lithium secondary battery wherein the second cathode active material has an average particle diameter of 0.1 ㎛ to 10 ㎛.
제1항에서,
제1 양극 활물질과 제2 양극 활물질의 총량에 대하여, 제1 양극 활물질은 50 중량% 내지 90 중량% 포함되고, 제2 양극 활물질은 10 중량% 내지 50 중량% 포함되는 리튬 이차 전지용 양극 활물질.
In paragraph 1:
A positive electrode active material for a lithium secondary battery comprising 50% to 90% by weight of the first positive electrode active material and 10% to 50% by weight of the second positive electrode active material, relative to the total amount of the first and second positive electrode active materials.
제1항에서,
제1 양극 활물질의 상기 리튬 니켈계 복합 산화물, 및 제2 양극 활물질의 상기 리튬 니켈계 복합 산화물은 각각 독립적으로 하기 화학식 1로 표시되는 것인 리튬 이차 전지용 양극 활물질:
[화학식 1]
Lia1Nix1M1 y1M2 z1O2-b1Xb1
상기 화학식 1에서, 0.9≤a1≤1.8, 0.7≤x1≤1, 0≤y1≤0.3, 0≤z1≤0.2, 0.9≤x1+y1+z1≤1.1, 및 0≤b1≤0.1이고, M1 및 M2는 각각 독립적으로 Al, B, Ba, Ca, Ce, Co, Cr, Cu, Fe, Mg, Mn, Mo, Nb, Si, Sr, Ti, V, W, 및 Zr로 이루어지는 그룹에서 선택되는 하나 이상의 원소이고, X는 F, P 및 S로 이루어지는 그룹에서 선택되는 하나 이상의 원소이다.
In paragraph 1:
The lithium nickel-based composite oxide of the first positive electrode active material and the lithium nickel-based composite oxide of the second positive electrode active material are each independently represented by the following formula (1):
[Formula 1]
Li a1 Ni x1 M 1 y1 M 2 z1 O 2- b1
In Formula 1, 0.9≤a1≤1.8, 0.7≤x1≤1, 0≤y1≤0.3, 0≤z1≤0.2, 0.9≤x1+y1+z1≤1.1, and 0≤b1≤0.1, M 1 and M 2 is each independently selected from the group consisting of Al, B, Ba, Ca, Ce, Co, Cr, Cu, Fe, Mg, Mn, Mo, Nb, Si, Sr, Ti, V, W, and Zr. is one or more elements, and X is one or more elements selected from the group consisting of F, P and S.
리튬과 산소를 제외한 원소 전체에 대한 니켈의 함량이 70 몰% 이상인 리튬 니켈계 복합 산화물을 함유하고 복수의 1차 입자들이 응집되어 이루어지는 2차 입자 형태의 제1 양극 활물질, 리튬과 산소를 제외한 원소 전체에 대한 니켈의 함량이 70 몰% 이상인 리튬 니켈계 복합 산화물을 함유하고 단입자 형태의 제2 양극 활물질, 황산 코발트, 및 수산화나트륨을 용매에 투입하여 혼합하고;
용매를 제거하고;
수득물에 리튬 원료를 첨가하고;
열처리하여;
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 양극 활물질을 수득하는 것을 포함하는 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법.
A first positive electrode active material in the form of secondary particles, which contains a lithium nickel-based complex oxide with a nickel content of 70 mol% or more relative to the total elements excluding lithium and oxygen, and is made by agglomerating a plurality of primary particles. Containing a lithium nickel-based complex oxide with a nickel content of 70 mol% or more relative to the total, a second positive electrode active material in the form of single particles, cobalt sulfate, and sodium hydroxide are added to a solvent and mixed;
Remove solvent;
Adding lithium raw material to the obtained product;
By heat treatment;
A method for producing a positive electrode active material for a lithium secondary battery, comprising obtaining the positive electrode active material according to any one of claims 1 to 12.
제13항에서,
제1 양극 활물질과 제2 양극 활물질은 9:1 내지 5:5의 중량비로 혼합되는 것인 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법.
In paragraph 13:
A method of producing a positive electrode active material for a lithium secondary battery, wherein the first positive electrode active material and the second positive electrode active material are mixed at a weight ratio of 9:1 to 5:5.
제13항에서,
상기 황산 코발트는 제1 양극 활물질의 리튬 니켈계 복합 산화물과 제2 양극 활물질의 리튬 니켈계 복합 산화물 전체에서 리튬과 산소를 제외한 원소 전체 100 몰부에 대한 코발트의 함량이 0.5 몰부 내지 5 몰부가 되도록 혼합하는 것인 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법.
In paragraph 13:
The cobalt sulfate is mixed so that the cobalt content is 0.5 mole parts to 5 mole parts with respect to 100 mole parts of all elements excluding lithium and oxygen in the lithium nickel-based composite oxide of the first positive electrode active material and the lithium nickel-based composite oxide of the second positive electrode active material. A method for producing a positive electrode active material for a lithium secondary battery.
제13항에서,
상기 수산화나트륨은 제1 양극 활물질의 리튬 니켈계 복합 산화물과 제2 양극 활물질의 리튬 니켈계 복합 산화물 전체에서 리튬과 산소를 제외한 원소 전체 100 몰부에 대한 나트륨의 함량이 1 몰부 내지 10 몰부가 되도록 혼합하는 것인 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법.
In paragraph 13:
The sodium hydroxide is mixed with the lithium nickel-based composite oxide of the first positive electrode active material and the lithium nickel-based composite oxide of the second positive electrode active material so that the sodium content is 1 mole part to 10 mole parts based on 100 mole parts of all elements excluding lithium and oxygen. A method for producing a positive electrode active material for a lithium secondary battery.
제13항에서,
상기 황산 코발트의 코발트 몰함량과 상기 수산화나트륨의 나트륨 몰함량의 비율은 1:1.1 내지 1:5인 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법.
In paragraph 13:
A method for producing a positive electrode active material for a lithium secondary battery, wherein the ratio of the molar content of cobalt in the cobalt sulfate and the molar content of sodium in the sodium hydroxide is 1:1.1 to 1:5.
제13항에서,
상기 리튬 원료는 제1 양극 활물질의 리튬 니켈계 복합 산화물과 제2 양극 활물질의 리튬 니켈계 복합 산화물 전체에서 리튬과 산소를 제외한 원소에 대한 리튬의 함량이 0.1 몰부 내지 10 몰부가 되도록 투입하는 것인 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법.
In paragraph 13:
The lithium raw material is added so that the content of lithium relative to elements other than lithium and oxygen in the entire lithium nickel-based composite oxide of the first positive electrode active material and the lithium nickel-based composite oxide of the second positive electrode active material is 0.1 mole part to 10 mole part. Method for manufacturing cathode active material for lithium secondary battery.
제13항에서,
상기 열처리는 650 ℃ 내지 900 ℃의 온도 범위에서 진행되는 것인 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법.
In paragraph 13:
A method of producing a positive electrode active material for a lithium secondary battery, wherein the heat treatment is carried out in a temperature range of 650 ℃ to 900 ℃.
제13항에서,
제1 양극 활물질, 제2 양극 활물질, 황산 코발트, 및 수산화나트륨을 용매에 투입하여 혼합하는 것은,
용매에 제2 양극 활물질, 황산 코발트, 및 수산화나트륨을 투입하고 혼합하는 제1 공정을 수행한 다음, 여기에 제1 양극 활물질, 황산 코발트, 및 수산화나트륨을 투입하여 혼합하는 제2 공정을 순차적으로 진행하는 것인 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법.
In paragraph 13:
Mixing the first positive electrode active material, the second positive active material, cobalt sulfate, and sodium hydroxide in a solvent,
A first process of adding and mixing the second positive electrode active material, cobalt sulfate, and sodium hydroxide to the solvent is performed, and then a second process of adding and mixing the first positive electrode active material, cobalt sulfate, and sodium hydroxide is sequentially performed. A method for manufacturing a positive electrode active material for a lithium secondary battery.
제20항에서,
제1 공정의 소요 시간(분)과 제2 공정의 소요 시간(분)의 비율은 50:50 내지 75:25인 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법.
In paragraph 20:
A method for producing a positive electrode active material for a lithium secondary battery, wherein the ratio of the time (minutes) required for the first process and the time (minutes) required for the second process is 50:50 to 75:25.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 양극 활물질을 포함하는 양극, 음극 및 전해질을 포함하는 리튬 이차 전지.A lithium secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte containing the positive electrode active material according to any one of claims 1 to 12.
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