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KR102203636B1 - A cathode active material comprising lithium transition metal oxide, a method for manufacturing the same, and a lithium secondary battery including the same - Google Patents

A cathode active material comprising lithium transition metal oxide, a method for manufacturing the same, and a lithium secondary battery including the same Download PDF

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KR102203636B1
KR102203636B1 KR1020160161910A KR20160161910A KR102203636B1 KR 102203636 B1 KR102203636 B1 KR 102203636B1 KR 1020160161910 A KR1020160161910 A KR 1020160161910A KR 20160161910 A KR20160161910 A KR 20160161910A KR 102203636 B1 KR102203636 B1 KR 102203636B1
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오중석
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Abstract

본 발명은 리튬 전이금속 산화물 입자를 포함하는 양극 활물질, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지에 대한 것이다. 본 발명에 따른 양극 활물질은 도전층에 도입된 친수성 관능기에 의해 전해액 함침성이 우수하여 양극 내 이온 확산이 빠르고, 고율 충방전이 가능하다. 따라서, 이를 전지에 적용하는 경우 전지의 레이트 특성이 향상되는 효과가 있다. 또한, 양극 활물질의 퇴화가 지연되므로 수명 특성이 향상되는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 양극 활물질은 용매에 대한 분산성 및 친화성이 높아 양극 슬러리 제조시 용매에 균일하게 분산되어 양극 활물질이 편재되는 일이 방지되는 효과가 있다.
The present invention relates to a positive electrode active material including lithium transition metal oxide particles, a method of manufacturing the same, and a lithium secondary battery including the same. The positive electrode active material according to the present invention has excellent electrolyte impregnation property due to the hydrophilic functional group introduced into the conductive layer, so that ion diffusion in the positive electrode is fast, and high rate charging and discharging is possible. Therefore, when this is applied to a battery, there is an effect of improving the rate characteristics of the battery. In addition, since deterioration of the positive electrode active material is delayed, there is an effect of improving life characteristics.
In addition, the positive electrode active material according to the present invention has high dispersibility and affinity for a solvent, so that it is uniformly dispersed in the solvent when preparing the positive electrode slurry, thereby preventing the positive electrode active material from being unevenly distributed.

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Figure 112016117682893-pat00002

Description

리튬 전이금속 산화물 입자를 포함하는 양극 활물질, 이의 제조 방법, 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지{A cathode active material comprising lithium transition metal oxide, a method for manufacturing the same, and a lithium secondary battery including the same} A cathode active material comprising lithium transition metal oxide, a method for manufacturing the same, and a lithium secondary battery including the same}

본 발명은 리튬 전이금속 산화물 입자를 포함하는 양극 활물질, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지에 대한 것이다. The present invention relates to a positive electrode active material including lithium transition metal oxide particles, a method of manufacturing the same, and a lithium secondary battery including the same.

모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그러한 이차전지 중 높은 에너지 밀도와 전압을 가지고, 사이클 수명이 길며, 자기방전율이 낮은 리튬 이차전지가 상용화되어 널리 사용되고 있다.As technology development and demand for mobile devices increase, the demand for secondary batteries as an energy source is rapidly increasing, and among such secondary batteries, lithium secondary batteries with high energy density and voltage, long cycle life, and low self-discharge rate are It is commercialized and widely used.

이러한 리튬 이차전지의 음극 활물질로는 탄소재료가 주로 사용되고 있고, 리튬 금속, 황 화합물, 규소 화합물, 주석 화합물 등의 사용도 고려되고 있다. 또한, 양극 활물질로는 주로 리튬 함유 코발트 산화물(LiCoO2)이 사용되고 있고, 그 외에 층상 결정구조의 LiMnO2, 스피넬 결정구조의 LiMn2O4 등의 리튬 함유 망간 산화물과, 리튬함유 니켈 산화물(LiNiO2)의 사용도 고려되고 있다. LiCoO2은 우수한 사이클 특성 등 제반 물성이 우수하여 현재 많이 사용되고 있지만, 안전성이 낮으며, 원료로서 코발트의 자원적 한계로 인해 고가이고 전기자동차 등과 같은 분야의 동력원으로 다량 사용함에는 한계가 있다.Carbon materials are mainly used as negative active materials of such lithium secondary batteries, and use of lithium metal, sulfur compounds, silicon compounds, and tin compounds is also considered. In addition, lithium-containing cobalt oxide (LiCoO 2 ) is mainly used as the positive electrode active material. In addition, lithium-containing manganese oxides such as LiMnO 2 in a layered crystal structure and LiMn 2 O 4 in a spinel crystal structure, and lithium-containing nickel oxide (LiNiO The use of 2 ) is also being considered. LiCoO 2 is currently widely used because of its excellent physical properties such as excellent cycle characteristics, but it is low in safety, and is expensive due to the resource limitation of cobalt as a raw material, and there is a limit to using it in large quantities as a power source in fields such as electric vehicles.

LiNiO2은 그것의 제조방법에 따른 특성상, 합리적인 비용으로 실제 양산공정에 적용하기에 어려움이 있고, LiMnO2, LiMn2O4 등의 리튬 망간 산화물은 사이클 특성 등이 나쁘다는 단점을 가지고 있다.LiNiO 2 is difficult to apply to the actual mass production process at a reasonable cost due to the characteristics of its manufacturing method, and lithium manganese oxides such as LiMnO 2 and LiMn 2 O 4 have a disadvantage of poor cycle characteristics.

이에, 최근 리튬 전이금속 인산화물을 양극 활물질로서 이용하는 방법이 연구되고 있다. 리튬 전이금속 인산화물은 크게 나시콘(Nasicon) 구조인 LixM 2(PO4)3와 올리빈(Olivine) 구조의 LiMPO4로 구분되고, 기존의 LiCoO2에 비해서 고온 안전성이 우수한 물질로서 연구되고 있다. 현재 나시콘 구조의 화합물 중에서는 Li3V2(PO4)3가 알려져 있고, 올리빈 구조의 화합물 중에서는 LiFePO4 와 Li(Mn, Fe)PO4이 가장 널리 연구되고 있다.Accordingly, recently, a method of using lithium transition metal phosphate as a positive electrode active material has been studied. Lithium transition metal phosphate is largely divided into Nasicon structure Li x M 2 (PO 4 ) 3 and Olivine structure LiMPO 4 , and is researched as a material with superior high temperature safety compared to existing LiCoO 2 Has become. Currently, Li 3 V 2 (PO 4 ) 3 is known among the nasicon-structured compounds, and LiFePO 4 and Li(Mn, Fe)PO 4 are the most widely studied among the olivine-structured compounds.

상기 올리빈 구조의 화합물 중 특히 LiFePO4 는 리튬 대비 ~3.5 V 전압과 3.6 g/cm3의 높은 용적 밀도를 갖고 이론용량 170 mAh/g의 물질로서, 코발트(Co)에 비해서 고온 안정성이 우수하고, 저가의 Fe를 원료로 하기 때문에 향후 리튬 이차전지용 양극 활물질로의 적용 가능성이 높다.Among the compounds of the olivine structure, LiFePO 4 in particular has a voltage of ~3.5 V and a high volume density of 3.6 g/cm 3 compared to lithium, and is a material having a theoretical capacity of 170 mAh/g, and has excellent high temperature stability compared to cobalt (Co). However, since Fe is used as a raw material, it is highly likely to be applied as a cathode active material for lithium secondary batteries in the future.

그러나, LiFePO4는 전기 전도성이 낮아서 LiFePO4 를 양극 활물질로서 사용하는 경우 전지의 내부 저항이 증가되는 문제가 있다. 이로 인해 전지 회로 폐쇄시에 분극 전위가 증가됨으로써 전지 용량을 감소시킨다. 이러한 단점을 보완하고 LiFePO4의 율속 특성을 향상시키기 위해 이온 전도성 향상을 위한 입자 크기의 조절과 함께 전자 전도성을 높이기 위한 방법으로 입자에 얇은 탄소막을 코팅하는 방법들이 개발되고 있다. However, LiFePO 4 is low, the case of using LiFePO 4 as a positive electrode active material is electrically conductive, there is a problem that the internal resistance of the battery increases. This increases the polarization potential when the battery circuit is closed, thereby reducing the battery capacity. In order to compensate for these shortcomings and improve the rate-limiting characteristics of LiFePO 4 , methods of coating a thin carbon film on the particles have been developed as a method for increasing electronic conductivity along with controlling the particle size for improving ion conductivity.

이러한 문제를 해결하기 위해, 일본 특허출원공개 제2001-110414호 등 일부 선행기술들에서는 도전성의 향상을 위해 올리빈형 금속 인산염에 도전성 물질을 첨가하는 기술을 제시하고 있다. In order to solve this problem, some prior art techniques such as Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-110414 propose a technique of adding a conductive material to an olivine-type metal phosphate to improve conductivity.

그러나, LiFePO4 의 표면이 탄소(C) 처리된 경우 입자 표면이 소수성을 띄게 되어 슬러리 제조시 용매에 대한 분산성이 떨어지는 문제가 발생된다. 이러한 문제를 해결하기 위해 용매의 양을 증가시켜야 하는데, 용매의 양이 많아지면, 건조 과정에서 용매가 증발하면서 생긴 공극에 균열을 유발하고, 전극의 불균일, 전도도 저하 등의 문제를 일으킨다. 이러한 혼합의 문제는 전지 제작의 최초 공정에 해당하는 것으로 모든 전지 공정 및 전지의 특성에 지대한 영향을 미치게 된다. However, when the surface of LiFePO 4 is treated with carbon (C), the surface of the particles becomes hydrophobic, causing a problem in that dispersibility in the solvent is inferior when preparing a slurry. In order to solve this problem, it is necessary to increase the amount of the solvent. When the amount of the solvent is increased, cracks are caused in the pores generated by the evaporation of the solvent during the drying process, and problems such as non-uniformity of the electrode and a decrease in conductivity occur. This mixing problem corresponds to the initial process of battery manufacturing and has a profound effect on all battery processes and characteristics of the battery.

또한, 입자 표면의 소수성이 증가되는 경우 전해액에 대한 함침성이 낮아져 이온의 확산이 저하되고 전극 활물질의 퇴화가 가속화되는 등 전지 특성이 저하되는 문제가 있다. In addition, when the hydrophobicity of the particle surface is increased, impregnation into the electrolyte solution is lowered, so that the diffusion of ions is reduced, and the deterioration of the electrode active material is accelerated.

따라서, 본 발명은 전술한 문제들을 해결하는 것을 목적으로 한다. Accordingly, the present invention aims to solve the above-described problems.

본 발명은 리튬 전이금속 인산화물을 포함하는 양극 활물질의 전도성을 개선시킴으로써 상기 양극 활물질을 포함하는 리튬 이차 전지의 성능 특성을 향상시키는 것을 제1 목적으로 한다. A first object of the present invention is to improve the performance characteristics of a lithium secondary battery containing the positive electrode active material by improving the conductivity of a positive electrode active material containing lithium transition metal phosphate.

또한, 본 발명은 리튬 전이금속 인산화물을 포함하는 양극의 전해액 함침성을 개선하는 것을 제2 목적으로 한다. In addition, the second object of the present invention is to improve the impregnation property of a positive electrode containing a lithium transition metal phosphate.

아울러 용매에 대한 양극 활물질의 분산성 및 친화성을 향상시켜 양극 슬러리 제조시 용매에 균일하게 분산될 수 있도록 하는 것을 제3 목적으로 한다. 이 외의 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.In addition, it is a third object to improve the dispersibility and affinity of the positive electrode active material with respect to the solvent so that the positive electrode slurry can be uniformly dispersed in the solvent. It will be easily understood that other objects and advantages of the present invention can be realized by the means shown in the claims and combinations thereof.

본 발명은 상기 기술적 과제를 해결하기 위한 양극 활물질, 상기 양극 활물질을 제조하는 방법 및 상기 양극 활물질을 포함하는 전기화학소자용 양극에 대한 것이다. The present invention relates to a positive electrode active material for solving the above technical problem, a method of manufacturing the positive electrode active material, and a positive electrode for an electrochemical device including the positive electrode active material.

본 발명의 제1 측면은, 하기 화학식 1로 표시되는 리튬 전이금속 산화물을 포함하며, 상기 리튬 전이금속 산화물은 일차 입자의 형태 또는 둘 이상의 일차 입자가 응집된 이차 입자의 형태 또는 이 둘 모두를 포함하고, 상기 일차 입자 및/또는 이차 입자는 표면의 적어도 일부가 도전층으로 피복되어 있으며, 상기 도전층은 탄소 재료를 포함하고, 여기에서 상기 도전층은 친수성 관능기가 도입된 것을 특징으로 하는 것인, 양극 활물질인 것이다:A first aspect of the present invention includes a lithium transition metal oxide represented by the following Formula 1, wherein the lithium transition metal oxide includes a form of a primary particle or a form of a secondary particle in which two or more primary particles are aggregated, or both. And, in the primary particle and/or secondary particle, at least a part of the surface is covered with a conductive layer, the conductive layer comprises a carbon material, wherein the conductive layer is characterized in that a hydrophilic functional group is introduced. , Is the positive active material:

[화학식 1][Formula 1]

Li1 + aM11 - xM2x(PO4-b)D b Li 1 + a M1 1 - x M2 x (PO 4-b )D b

상기 식 1에서 In Equation 1 above

M1은 Fe, Mn, Co, Ni, Cu, Zn 및 Mg 중 선택된 1종 이상의 원소이고, M2는 2족 내지 15족 중 어느 하나에서 선택되는 것으로서 원소 M1을 제외한 1종 이상의 원소이고, D는 F, S 및 N으로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 이상이며, -0.5≤a≤+0.5, 0≤x≤0.5, 0≤b≤1이다. M1 is at least one element selected from Fe, Mn, Co, Ni, Cu, Zn and Mg, M2 is one or more elements selected from any one of groups 2 to 15, excluding element M1, and D is F , At least one selected from the group consisting of S and N, and -0.5≦a≦+0.5, 0≦x≦0.5, and 0≦b≦1.

본 발명의 제2 측면은, 제1 측면에 있어서, 상기 양극 활물질은 상기 이차 입자 내부에 중공 코어부를 더 포함하는 것이다. In a second aspect of the present invention, in the first aspect, the positive electrode active material further includes a hollow core portion inside the secondary particle.

또한, 본 발명의 제3 측면은, 제2 측면에 있어서, 상기 중공 코어부의 직경이 4㎛ 내지 10㎛인 것이다. In addition, in the third aspect of the present invention, in the second aspect, the diameter of the hollow core portion is 4 μm to 10 μm.

본 발명의 제4 측면은, 제1 내지 제3 측면에 있어서, 상기 친수성 관능기가 탄소 재료와 화학적으로 결합되어 있으며, -COOH, -OH 및 -COO-M+(M은 금속)으로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 이상인 것이다. In the fourth aspect of the present invention, in the first to third aspects, the hydrophilic functional group is chemically bonded to a carbon material, and in the group consisting of -COOH, -OH and -COO - M + (M is a metal) It is one or more selected.

본 발명의 제5 측면은, 제4 측면에 있어서, 상기 M이 Li, B, Al 로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 이상인 것이다. In the fifth aspect of the present invention, in the fourth aspect, the M is at least one selected from the group consisting of Li, B, and Al.

본 발명의 제6 측면은 제1 내지 제5 측면 중 어느 하나에 있어서, 상기 일차 입자의 평균 입경이 10nm 내지 500nm 범위인 것이다. A sixth aspect of the present invention is that in any one of the first to fifth aspects, the average particle diameter of the primary particles is in the range of 10 nm to 500 nm.

본 발명의 제7 측면은 제1 내지 제6 측면 중 어느 하나에 있어서, 상기 이차 입자의 평균 입경이 15㎛ 내지 20㎛ 범위인 것이다. A seventh aspect of the present invention is that in any one of the first to sixth aspects, the average particle diameter of the secondary particles is in the range of 15 μm to 20 μm.

본 발명의 제8 측면은 제1 내지 제7 측면 중 어느 하나에 있어서, 상기 도전층의 두께가 5nm 내지 100nm인 것이다. An eighth aspect of the present invention is that in any one of the first to seventh aspects, the thickness of the conductive layer is 5 nm to 100 nm.

본 발명에 제9 측면은 제1 내지 제8 측면 중 어느 하나에 있어서, 상기 도전층이 상기 일차 입자의 표면적의 70% 이상을 피복한 것이다. In the ninth aspect of the present invention, according to any of the first to eighth aspects, the conductive layer covers 70% or more of the surface area of the primary particles.

본 발명의 제10 측면은 제1 내지 제9 측면 중 어느 하나에 있어서, M1은 Fe이고, M2는 Al, Mg, Co, Mn, Ti, Ga, Cu, V, Nb, Zr, Ce, In, Zn 및 Y로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 이상인 것이다. In any one of the first to ninth aspects of the present invention, M1 is Fe, and M2 is Al, Mg, Co, Mn, Ti, Ga, Cu, V, Nb, Zr, Ce, In, It is one or more selected from the group consisting of Zn and Y.

본 발명의 제11 측면은 제1 내지 제10 측면 중 어느 하나에 있어서, 상기 리튬 철인산화물이 LiFePO4을 포함하는 것이다. An eleventh aspect of the present invention is that in any one of the first to tenth aspects, the lithium iron phosphate includes LiFePO 4 .

또한, 본 발명은 본 발명에 따른 양극 활물질을 제조하는 방법에 대한 것이다. In addition, the present invention relates to a method of manufacturing the positive electrode active material according to the present invention.

본 발명의 제12 측면에 있어서, 상기 양극 활물질을 제조하는 방법은 올리빈 결정 구조를 갖는 리튬 전이금속 인산화물 일차 입자를 제조하는 단계(S10); 상기 (S10) 단계에서 수득한 일차 입자 및 용매를 혼합하여 제1 혼합물을 준비하는 단계(S20); 상기 제1 혼합물을 분무 건조하는 단계(S30); 상기 (S30)의 결과물을 소성하여 상기 일차 입자가 응집되어 형성된 이차 입자를 수득하는 단계(S40); 상기 (S40)에서 수득된 이차 입자, 탄소 전구체, 친수성 관능기 제공원 및 용매를 혼합하여 제2 혼합물을 준비하는 단계(S50); 및 상기 제2 혼합물을 열처리 하는 단계(S60) 를 포함한다. In a twelfth aspect of the present invention, the method of preparing the positive electrode active material comprises the steps of preparing lithium transition metal phosphate primary particles having an olivine crystal structure (S10); Preparing a first mixture by mixing the primary particles and the solvent obtained in the step (S10) (S20); Spray drying the first mixture (S30); Firing the resultant product of (S30) to obtain secondary particles formed by agglomeration of the primary particles (S40); Preparing a second mixture by mixing the secondary particles obtained in (S40), the carbon precursor, the hydrophilic functional group providing source, and the solvent (S50); And heat-treating the second mixture (S60).

본 발명의 제13 측면은 제12 측면에 있어서, 상기 (S10)이 하기 단계를 통해 수행되는 것이다:In the thirteenth aspect of the present invention, in the twelfth aspect, the (S10) is performed through the following steps:

(S10a) 원료 물질 및 알칼리화제를 포함하는 슬러리를 제조하는 단계; 및 (S10a) preparing a slurry including a raw material and an alkalizing agent; And

(S10b) 상기 슬러리를 초임계 또는 아임계 조건하에서 반응시켜 리튬 전이금속 인산화물 일차 입자를 합성하는 단계;를 포함하며, 상기 원료 물질은 리튬 함유 전구체 및 전이금속 함유 전구체를 포함한다.(S10b) reacting the slurry under supercritical or subcritical conditions to synthesize lithium transition metal phosphate primary particles, wherein the raw material includes a lithium-containing precursor and a transition metal-containing precursor.

본 발명의 제14 측면은, 제12 또는 제13 측면에 있어서, 상기 탄소 전구체가 당류인 것이다.In a fourteenth aspect of the present invention, in the twelfth or thirteenth aspect, the carbon precursor is a saccharide.

본 발명의 제15 측면은, 제14 측면에 있어서, 상기 당류가 탄소수 3 내지 6인 CnH2n인 사이클로알칸(cyclo alkane) 고리를 포함하는 화합물인 것이다. In a fifteenth aspect of the present invention, in the fourteenth aspect, the saccharide is a compound containing a C n H 2n cycloalkane ring having 3 to 6 carbon atoms.

본 발명의 제16 측면은 제12 내지 제15 측면 중 어느 하나에 있어서, 상기 제1 및 제2 혼합물 중 적어도 하나 이상은 셀룰로오스계 분산제를 더 포함하는 것이다. In any one of the 12th to 15th aspects of the present invention, at least one of the first and second mixtures further comprises a cellulose-based dispersant.

본 발명의 제17 측면은 제12 내지 제16 측면 중 어느 하나에 있어서, 상기 (S30) 단계에서 분무 건조가 20℃ 내지 350℃에서 수행되는 것이다. A seventeenth aspect of the present invention is that in any one of the 12th to 16th aspects, spray drying is performed at 20°C to 350°C in the step (S30).

본 발명의 제18 측면은 제12 내지 제17 측면 중 어느 하나에 있어서, 상기 (S40) 단계에서 소성이 700℃ 내지 800℃에서 수행되는 것이다. In an eighteenth aspect of the present invention, in any one of the 12th to 17th aspects, the firing in the step (S40) is performed at 700°C to 800°C.

본 발명의 제19 측면은 제12 내지 제18 측면 중 어느 하나에 있어서, 상기 (S60) 단계에서 열처리는 250℃ 내지 500℃에서 수행되는 것이다. In any one of the twelfth to eighteenth aspects of the present invention, the heat treatment in step (S60) is performed at 250°C to 500°C.

또한, 본 발명의 제20 측면은 제1 내지 제11 측면 중 어느 한 측면에 따른 양극 활물질을 포함하는 전기화학소자용 양극인 것이다. In addition, a twentieth aspect of the present invention is a positive electrode for an electrochemical device including the positive electrode active material according to any one of the first to eleventh aspects.

본 발명에 따른 양극 활물질은 도전층에 도입된 친수성 관능기에 의해 전해액 함침성이 우수하여 양극 내 이온 확산이 빠르고, 고율 충방전이 가능하다. 따라서, 이를 전지에 적용하는 경우 전지의 레이트 특성이 향상되는 효과가 있다. 또한, 양극 활물질의 퇴화가 지연되므로 수명 특성이 향상되는 효과가 있다. The positive electrode active material according to the present invention has excellent electrolyte impregnation property due to the hydrophilic functional group introduced into the conductive layer, so that ion diffusion in the positive electrode is fast, and high rate charging and discharging is possible. Therefore, when this is applied to a battery, there is an effect of improving the rate characteristics of the battery. In addition, since deterioration of the positive electrode active material is delayed, there is an effect of improving life characteristics.

또한, 본 발명에 따른 양극 활물질은 용매에 대한 분산성 및 친화성이 높아 양극 슬러리 제조시 용매에 균일하게 분산되어 양극 활물질이 편재되는 일이 방지되는 효과가 있다. In addition, the positive electrode active material according to the present invention has high dispersibility and affinity for a solvent, so that it is uniformly dispersed in the solvent when preparing the positive electrode slurry, thereby preventing the positive electrode active material from being unevenly distributed.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 일 실시양태에 따른 리튬 전이금속 산화물의 일차 입자의 단면을 도식화하여 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시양태에 따른 양극 활물질을 제조하는 방법을 개략적으로 나타낸 공정 흐름도이다.
도 3은 실시예 2와 비교예 2의 전지에 대해 C-rate에 따른 용량 저하를 확인하여 비교한 것이다.
도 4는 실시예 2 및 비교예 2의 전지에 대해 충방전 특성을 확인하여 나타낸 것이다.
도 5는 실시예 3 및 비교예 3의 전지에 대해 저항 증가율 및 용량 유지율을 확인하여 나타낸 것이다.
The following drawings attached to the present specification illustrate preferred embodiments of the present invention, and serve to further understand the technical idea of the present invention together with the detailed description of the present invention to be described later. It is limited only to and should not be interpreted.
1 is a schematic cross-sectional view of a primary particle of a lithium transition metal oxide according to an embodiment of the present invention.
2 is a process flow diagram schematically showing a method of manufacturing a positive active material according to an embodiment of the present invention.
3 is a comparison of the batteries of Example 2 and Comparative Example 2 by confirming the capacity decrease according to the C-rate.
4 is a diagram illustrating charging and discharging characteristics of the batteries of Example 2 and Comparative Example 2.
5 is a diagram showing the resistance increase rate and capacity retention rate for the cells of Example 3 and Comparative Example 3.

이하, 본 발명에 대한 이해를 돕기 위해 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어 또는 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail to aid in understanding the present invention. The terms or words used in this specification and claims should not be construed as being limited to their usual or dictionary meanings, and the inventor shall appropriately define the concept of terms in order to describe his own invention in the best way. It should be interpreted as a meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the principle that it can be. Accordingly, the embodiments described in the present specification and the configurations shown in the drawings are only the most preferred embodiments of the present invention, and do not represent all the technical ideas of the present invention, so that they can be replaced at the time of application It should be understood that there may be various equivalents and variations.

본 발명은 리튬 전이금속 인산화물을 포함하는 양극 활물질에 대한 것이다. The present invention relates to a positive electrode active material containing a lithium transition metal phosphate.

본 발명의 일 실시양태에 따른 양극 활물질은 하기 화학식 1로 표시되는 리튬 전이금속 인산화물을 포함하며, 상기 리튬 전이금속 인산화물은 일차 입자의 형태 또는 상기 일차 입자가 응집되어 형성된 이차 입자의 형태 또는 이 둘 모두의 형태를 포함한다. The positive electrode active material according to an embodiment of the present invention includes a lithium transition metal phosphate represented by the following Formula 1, wherein the lithium transition metal phosphate is in the form of primary particles or secondary particles formed by agglomeration of the primary particles or It includes both forms.

[화학식 1][Formula 1]

Li1 + aM11 - xM2x(PO4-b)D b Li 1 + a M1 1 - x M2 x (PO 4-b )D b

상기 식에서, M1은 Fe, Mn, Co, Ni, Cu, Zn 및 Mg으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 원소이고, In the above formula, M1 is at least one element selected from the group consisting of Fe, Mn, Co, Ni, Cu, Zn and Mg,

M2는 2족 내지 15족에 속하는 원소 중 선택되는 1종 이상의 원소이며 M1이 아닌 것이고, M2 is one or more elements selected from elements belonging to groups 2 to 15, and is not M1,

D는 F, S 및 N 중에서 선택된 1종 이상이고, D is at least one selected from F, S and N,

-0.5≤a≤+0.5, 0≤x≤0.5, 0≤b≤0.1이다. -0.5≤a≤+0.5, 0≤x≤0.5, 0≤b≤0.1.

일반적으로, 리튬 전이금속 인산화물, 특히 LiFePO4 는 전기 전도성이 낮기 때문에 이를 양극 활물질로서 사용하는 경우 전지의 내부 저항이 증가되는 문제가 있다. 이로 인해 전지 회로 폐쇄시에 분극 전위가 증가됨으로써 전지용량이 감소될 수 있다.In general, since lithium transition metal phosphate, particularly LiFePO 4, has low electrical conductivity, when it is used as a positive electrode active material, the internal resistance of the battery increases. Accordingly, when the battery circuit is closed, the polarization potential is increased, thereby reducing the battery capacity.

이에, 본 발명은 상기 문제를 해결하기 위해 고안된 것이다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 양극 활물질은, 상기 리튬 전이금속 인산화물을 포함하며, 상기 리튬 전이금속 인산화물은 일차 입자의 형태이거나, 또는 이들 둘 이상의 일차 입자가 응집되어 형성된 이차 입자 또는 이둘 모두이다. 또한, 본 발명에 있어서, 상기 리튬 전이금속 인산화물은 친수성 관능기가 도입된 도전층으로 표면의 적어도 일부가 피복되어 있는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 구체적인 일 실시양태에 따르면 상기 리튬 전이금속 인산화물 일차 입자는 표면의 적어도 일부가 도전층으로 피복된 것이다. 도 1은 본 발명의 구체적인 일 실시양태에 따른 리튬 전이금속 인산화물인 리튬철인산화물 1차 입자를 도시한 것으로서, 리튬철인산화물가 친수성 관능기가 도입된 도전층으로 표면이 피복되어 있는 것을 도식화하여 나타낸 것이다. 도 1에서 기호 M은 금속을 나타낸다. Thus, the present invention is devised to solve the above problem. That is, the positive electrode active material according to an embodiment of the present invention includes the lithium transition metal phosphate, and the lithium transition metal phosphate is in the form of primary particles, or secondary particles formed by agglomeration of two or more primary particles or Both of these. Further, in the present invention, the lithium transition metal phosphate is characterized in that at least a part of its surface is covered with a conductive layer into which a hydrophilic functional group is introduced. According to a specific embodiment of the present invention, the lithium transition metal phosphate primary particle has at least a part of its surface covered with a conductive layer. 1 is a diagram showing primary particles of lithium iron phosphate, which is a lithium transition metal phosphate according to a specific embodiment of the present invention, schematically showing that the surface of lithium iron phosphate is covered with a conductive layer into which a hydrophilic functional group is introduced. . In Fig. 1, the symbol M represents a metal.

본 발명에 있어서, 상기 도전층은 탄소 재료를 포함하는 것으로서, 상기 탄소 재료는 카본 블랙, 탄소 섬유 또는 금속 섬유, 금속 분말, 도전성 위스커, 도전성 금속, 활성 카본(activated carbon) 폴리페닐렌 유도체, 천연 흑연, 인조 흑연, 슈퍼 피(Super-P), 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 피네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙, 덴카 블랙, 알루미늄 분말, 니켈 분말, 산화아연, 티탄산 갈륨 및 산화 티탄으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물일 수 있다. In the present invention, the conductive layer includes a carbon material, and the carbon material is carbon black, carbon fiber or metal fiber, metal powder, conductive whisker, conductive metal, activated carbon polyphenylene derivative, natural Graphite, artificial graphite, Super-P, Acetylene Black, Ketjen Black, Channel Black, Finace Black, Lamp Black, Thermo Black, Denka Black, Aluminum Powder, Nickel Powder, Zinc Oxide, Gallium Titanate and Titanium Oxide It may be any one selected from the group consisting of, or a mixture of two or more of them.

또는, 상기 도전층은 당류와 같은 탄소 전구체의 탄소화에 의해 형성된 것일 수 있다. 본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 상기 당류는 탄소수 3 내지 6인 CnH2n인 사이클로알칸(cyclo alkane) 고리를 포함하는 화합물일 수 있다. Alternatively, the conductive layer may be formed by carbonization of a carbon precursor such as sugar. In a specific embodiment of the present invention, the saccharide may be a compound including a C n H 2n cycloalkane ring having 3 to 6 carbon atoms.

상기 당류의 구체적인 예로는 글루코오스, 프럭토오스, 갈락토오스, 수크로오스, 말토오스 및 락토오스 등을 포함한다. 상기 당류는 이들 중 선택된 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물일 수 있다. Specific examples of the saccharides include glucose, fructose, galactose, sucrose, maltose, and lactose. The saccharide may be any one or a mixture of two or more selected from these.

본 발명의 구체적인 일 실시양태에 따르면 상기 도전층은 상기 일차 입자 표면적의 70% 이상 또는 80% 이상, 또는 90% 이상을 피복할 수 있다. According to a specific embodiment of the present invention, the conductive layer may cover 70% or more, 80% or more, or 90% or more of the surface area of the primary particles.

본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 상기 도전층의 두께는 5nm 내지 100nm, 또는 5nm 내지 50nm 일 수 있다. 상기 범위를 만족하는 경우 리튬 이온의 이동에 장애가 되지 않으며, 전기 전도도의 상승효과가 뛰어나다. In a specific embodiment of the present invention, the thickness of the conductive layer may be 5nm to 100nm, or 5nm to 50nm. If the above range is satisfied, there is no obstacle to the movement of lithium ions, and the synergistic effect of electrical conductivity is excellent.

본 발명에 있어서, 상기 도전층은 친수성 관능기가 도입된 것을 특징으로 한다. In the present invention, the conductive layer is characterized in that a hydrophilic functional group is introduced.

본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 상기 친수성화 표면 처리에 의해 친수성 관능기가 도입될 수 있다. 친수성화 표면 처리는 표면에 친수성기가 도입되도록 하는 것이면 어느 것이든 제한은 없지만, 예를 들어, 카르복실기, 카르보닐기 또는 알코올기 등 산소 함유 관능기를 도입하는 산화 처리를 들 수 있다. 상기 산화처리 방법은 무기물의 표면처리 방법으로 타 분야에서 공지되어 있는 방법들 중에서 필요에 따라 취사 선택하여 사용할 수 있다. 또한, 본 발명의 구체적인 일 실시양태에 따르면 상기 관능기는 금속 이온이 이온결합으로 결합된 금속염의 형태일 수 있다. 상기 금속 이온은 Li+, B+ 또는 Al+ 등이 있으나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다. In a specific embodiment of the present invention, a hydrophilic functional group may be introduced by the hydrophilization surface treatment. The hydrophilization surface treatment is not limited in any way as long as it is to introduce a hydrophilic group to the surface, and for example, an oxidation treatment in which an oxygen-containing functional group such as a carboxyl group, a carbonyl group, or an alcohol group is introduced may be mentioned. The oxidation treatment method is a surface treatment method of an inorganic material, and may be selected and used as necessary from among methods known in other fields. Further, according to a specific embodiment of the present invention, the functional group may be in the form of a metal salt in which a metal ion is ionic bonded. The metal ion may be Li + , B + or Al + , but is not particularly limited thereto.

상기 친수성 관능기의 도입에 의해 전해액 함침성이 증가되어 리튬 전이금속 인산화물의 이온 확산성을 개선할 수 있으며, 활물질 입자의 퇴화가 지연되어 사이클 특성이 향상된다. By introducing the hydrophilic functional group, impregnation of the electrolyte solution is increased, so that ion diffusivity of the lithium transition metal phosphate can be improved, and deterioration of the active material particles is delayed, thereby improving cycle characteristics.

아울러 양극 활물질층 형성용 슬러리 제조시 용매에 대한 분산성이 개선되어 양극 활물질 입자가 응집되거나 편재화되는 경향이 경감되는 효과가 있다. In addition, when preparing the slurry for forming the positive electrode active material layer, dispersibility in the solvent is improved, thereby reducing the tendency of the positive electrode active material particles to be aggregated or localized.

본 발명의 구체적인 일 실시양태에 따르면 양극 활물질은 리튬 전이금속 인산화물의 이차 입자 내부에 중공 코어부를 더 포함할 수 있다. According to a specific embodiment of the present invention, the positive electrode active material may further include a hollow core portion inside the secondary particles of lithium transition metal phosphate.

상기 리튬 전이금속 인산화물이 이차 입자의 형태를 갖는 경우, 입자 내측에 중공 코어가 없다면 이를 이용한 양극 제조시 스프링백(spring back) 현상이 발생할 수 있다. When the lithium transition metal phosphate has the form of secondary particles, if there is no hollow core inside the particles, a spring back phenomenon may occur when manufacturing a positive electrode using the lithium transition metal phosphate.

본 명세서에 있어서, 스프링백(spring back) 현상이란, 물체에 압력을 가하여 변형시킨 후 압력을 제거하면 원상으로 회복되려는 탄력 현상을 의미한다. In the present specification, a spring back phenomenon refers to an elastic phenomenon that attempts to recover to its original state when the pressure is removed after deforming by applying pressure to an object.

집전체 상에 본 발명에 따른 양극 활물질을 코팅 및 압연하여 양극을 제조하는 경우, 상기 리튬 전이금속 인산화물의 이차 입자가 조밀한 경우, 원래 형태의 구형의 이차 입자 현상으로 회복되려는 스프링백 현상이 나타날 수 있고, 이로 인해 입자와 입자 사이의 공극(틈)이 발생할 수 있다. 공극 발생으로 인해 양극 활물질은 집전체와의 접착력이 감소되어 활물질 입자의 탈리가 초래될 수 있고, 형성된 공극이 저항으로 작용하여 전자 전도성이 약화될 수 있다. When manufacturing a positive electrode by coating and rolling the positive electrode active material according to the present invention on a current collector, when the secondary particles of the lithium transition metal phosphate are dense, the springback phenomenon to recover to the spherical secondary particle phenomenon of the original shape May appear, which may result in voids (gaps) between the particles and the particles. Due to the generation of voids, the adhesion of the positive electrode active material to the current collector may be reduced, leading to desorption of active material particles, and the formed voids may act as resistance, thereby reducing electronic conductivity.

결착력 저하와 같은 상기 문제를 해결하기 위해 바인더의 사용량을 늘리는 방법을 고려할 수 있으나 바인더 함량이 증가하는 경우 저항이 증가하고 전압이 감소하는 문제가 발생할 수 있다. In order to solve the above problem, such as a decrease in binding force, a method of increasing the amount of the binder may be considered, but when the amount of the binder increases, the resistance increases and the voltage decreases.

따라서, 본 발명의 일 실시양태에 따른 리튬 전이금속 인산화물 이차 입자는 입자 내부에 중공(hollow)이 형성되도록 하여 의도적으로 기계적 강도를 약화시킴으로서 압연 공정 중 이차 입자가 붕괴되어 일차 입자화 될 수 있다. 이에 상기 스프링백 현상이 감소되므로 이로 인해 접착력 및 공정 효율을 높일 수 있다. Therefore, the lithium transition metal phosphate secondary particles according to an embodiment of the present invention intentionally weaken the mechanical strength by forming a hollow inside the particles, so that the secondary particles may collapse during the rolling process and become primary particles. . Accordingly, since the springback phenomenon is reduced, adhesion and process efficiency can be improved.

본 발명의 일 실시양태에 따른 양극 활물질에 있어서 상기 중공 코어부의 직경은 4㎛ 내지 10㎛, 바람직하게는 6㎛ 내지 10㎛인 것이다. In the positive electrode active material according to an embodiment of the present invention, the diameter of the hollow core portion is 4 μm to 10 μm, preferably 6 μm to 10 μm.

본 발명에 있어서 중공 코어부의 직경이 상기 범위를 만족하는 경우 스프링백 현상이 과도하게 발생하지 않고 이차 입자의 붕괴율이 낮아져서 공정성 및 생산성을 저하시키지 않는다. In the present invention, when the diameter of the hollow core portion satisfies the above range, the springback phenomenon does not occur excessively and the disintegration rate of the secondary particles is lowered, so that the processability and productivity are not lowered.

본 발명에 있어서, 상기 중공 코어부의 직경의 측정은 특별히 제한되는 것은 아니지만, 예를 들어 전자현미경사진(SEM)으로 측정할 수 있다. In the present invention, the measurement of the diameter of the hollow core portion is not particularly limited, but may be measured, for example, by electron microscopy (SEM).

또한, 본 발명의 구체적인 일 실시양태에 따르면 상기 양극 활물질 입자의 비표면적(BET)은 30m2/g 이하, 바람직하게는 10 m2/g 내지 30 m2/g인 것이 바람직하다. 상기 범위를 벗어나는 경우 접착력 저하가 우려된다. In addition, according to a specific embodiment of the present invention, the specific surface area (BET) of the positive electrode active material particles is preferably 30 m 2 /g or less, preferably 10 m 2 /g to 30 m 2 /g. If it is out of the above range, there is a concern about a decrease in adhesion.

한편, 본 발명에 있어서, 양극의 제조시 이차 입자가 붕괴되어 일차 입자로 복귀된 경우에도 우수한 전기 전도도, 결정 구조의 안정성 및 높은 부피 밀도(bulk density)를 발휘하기 위해서는 결정화된 상태의 일차 입자를 사용하여 이차 입자를 형성하는 것이 바람직하다. 즉, 일차 입자들은 각각 독립적으로 올리빈형 결정 구조를 갖는 것이 바람직하다. On the other hand, in the present invention, in order to exhibit excellent electrical conductivity, stability of crystal structure, and high bulk density even when secondary particles collapse and return to primary particles during manufacture of the positive electrode, primary particles in a crystallized state are used. It is preferred to use to form secondary particles. That is, it is preferable that the primary particles each independently have an olivine-type crystal structure.

또한, 상기 이차 입자가 붕괴되면서 일차 입자로의 복귀를 용이하게 할 수 있도록, 상기 일차 입자들은 공유 결합이나 이온 결합 등의 화학적 결합이 아닌 반데르 발스 인력 등의 물리적 결합에 의해 응집되어 이차 입자를 형성하는 것이 바람직하다. In addition, in order to facilitate return to the primary particles while the secondary particles are collapsed, the primary particles are aggregated by physical bonds such as Van der Waals attraction rather than chemical bonds such as covalent bonds or ionic bonds, thereby forming secondary particles. It is desirable to form.

본 발명의 구체적인 일 실시양태에 따르면 상기 리튬 전이금속 산화물은 M1이 Fe 이고, M2가 Al, Mg, Co, Mn, Ti, Ga, Cu, V, Nb, Zr, Ce, In, Zn 및 Y로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 이상일 수 있다. 구체적으로 상기 리튬 전이금속 인산화물은 리튬철인산화물(LiFePO4)일 수 있다. According to a specific embodiment of the present invention, in the lithium transition metal oxide, M1 is Fe, and M2 is Al, Mg, Co, Mn, Ti, Ga, Cu, V, Nb, Zr, Ce, In, Zn, and Y. It may be one or more selected from the group consisting of. Specifically, the lithium transition metal phosphate may be lithium iron phosphate (LiFePO 4 ).

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 이차 입자의 평균 입경(D50)은 15㎛ 내지 20㎛ 범위인 것이 바람직하다. 상기 이차 입자의 평균 입경이 20㎛를 초과하는 경우 양극 활물질의 비표면적의 증가로 인하여 원하는 전극 접착력을 유지하기 위한 바인더의 양이 증가하고, 이로 인하여 전극 전도도의 저하와 같은 문제가 발생할 우려가 있다. 반대로 평균 입경이 15 ㎛ 미만으로 지나치게 작으면 공정 효율성이 발휘될 수 없다. 특히 활물질층 형성용 슬러리의 균일한 혼합 및 전극 표면의 평활성을 고려할 때, 15㎛ 내지 20㎛의 평균 입경을 갖는 것이 바람직하다.In an embodiment of the present invention, the average particle diameter (D 50 ) of the secondary particles is preferably in the range of 15 μm to 20 μm. When the average particle diameter of the secondary particles exceeds 20 μm, the amount of the binder for maintaining the desired electrode adhesion increases due to the increase in the specific surface area of the positive electrode active material, which may cause problems such as a decrease in electrode conductivity. . Conversely, if the average particle diameter is too small, such as less than 15 μm, process efficiency cannot be exhibited. In particular, in consideration of uniform mixing of the slurry for forming an active material layer and smoothness of the electrode surface, it is preferable to have an average particle diameter of 15 µm to 20 µm.

또한, 상기 리튬 전이금속 산화물의 일차 입자의 평균 입경(D50)은 10 nm 내지 500 nm 범위, 바람직하게는 100 nm 내지 400 nm인 것이 바람직하다.In addition, the average particle diameter (D 50 ) of the primary particles of the lithium transition metal oxide is in the range of 10 nm to 500 nm, preferably 100 nm to 400 nm.

상기 일차 입자의 평균 입경이 10 nm 미만으로 지나치게 작으면 제조가 용이하지 않아 공정 효율성을 발휘할 수 없고, 500 nm 초과인 경우에는 리튬 전이금속 산화물 입자의 성형성이 저하되고, 조립화를 제어하기가 곤란한 문제가 발생할 수 있다.If the average particle diameter of the primary particles is too small, such as less than 10 nm, manufacturing is not easy and process efficiency cannot be exhibited. If the average particle diameter of the primary particles exceeds 500 nm, the formability of the lithium transition metal oxide particles decreases, and it is difficult to control granulation. Difficult problems can arise.

본 발명에 있어서, 입자의 평균 입경(D50)은 입경 분포의 50% 기준에서의 입경으로 정의할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 입자의 평균 입경(D 50 )은 예를 들어, 레이저 회절법(laser diffraction method)을 이용하여 측정할 수 있다. 상기 레이저 회절법은 일반적으로 서브미크론(submicron) 영역에서부터 수 mm 정도의 입경의 측정이 가능하며, 고 재현성 및 고 분해성의 결과를 얻을 수 있다.In the present invention, the average particle diameter (D 50 ) of the particles can be defined as the particle diameter based on 50% of the particle diameter distribution. The average particle diameter (D 50) of the particles according to an embodiment of the present invention can be measured using, for example, a laser diffraction method. In general, the laser diffraction method can measure a particle diameter of about several mm from a submicron region, and high reproducibility and high resolution results can be obtained.

다음으로 본 발명에 따른 양극 활물질을 제조하는 방법에 대해 설명한다. Next, a method of manufacturing the positive electrode active material according to the present invention will be described.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 양극 활물질에 있어서, 리튬 전이금속 인산화물 입자의 이차 입자는 일차 입자를 제조한 후에 별도의 조립화 공정에 의하여 형성될 수 있다. 또는, 일차 입자를 생성함과 동시에 상기 일차 입자를 응집시키는 방법에 의하여 제조될 수 있다. 이하 전자의 방법에 따른 양극 활물질의 제조 방법을 설명한다. According to an embodiment of the present invention, in the positive electrode active material, secondary particles of lithium transition metal phosphate particles may be formed by a separate granulation process after manufacturing the primary particles. Alternatively, it may be produced by a method of agglomerating the primary particles while generating the primary particles. Hereinafter, a method of manufacturing a positive electrode active material according to the former method will be described.

본 발명의 일 실시양태에 따르면, 상기 양극 활물질은 하기 단계(S10) 내지 (S40)을 포함하는 제조 방법을 통해 수득될 수 있다: According to an embodiment of the present invention, the positive active material may be obtained through a manufacturing method including the following steps (S10) to (S40):

(S10) 올리빈 결정 구조를 갖는 리튬 전이금속 인산화물 일차 입자를 제조하는 단계;(S10) preparing lithium transition metal phosphate primary particles having an olivine crystal structure;

(S20) 상기 (S10) 단계에서 수득한 일차 입자 및 용매를 혼합하여 제1 혼합물을 준비하는 단계;(S20) preparing a first mixture by mixing the primary particles obtained in step (S10) and a solvent;

(S30) 상기 제1 혼합물을 분무 건조하는 단계; (S30) spray drying the first mixture;

(S40) 상기 (S30)의 결과물을 소성하여 상기 일차 입자가 응집되어 형성된 이차 입자를 수득하는 단계;(S40) firing the resultant product of (S30) to obtain secondary particles formed by agglomeration of the primary particles;

(S50) 상기 (S40)에서 수득된 이차 입자, 탄소 전구체, 친수성 관능기 제공원 및 용매를 혼합하여 제2 혼합물을 준비하는 단계; 및 (S50) preparing a second mixture by mixing the secondary particles obtained in (S40), a carbon precursor, a hydrophilic functional group providing source, and a solvent; And

(S60) 상기 제2 혼합물을 열처리 하는 단계.(S60) heat-treating the second mixture.

상기 (S10) 단계에서 얻어지는 일차 입자는 각각 독립적으로 올리빈 결정 구조를 갖는 것이 바람직하다. 상기 일차 입자를 제조 하는 방법은 그 종류에 제한이 없고, 예를 들어, 고상법, 공침법, 수열법, 초임계 수열합성법 등을 사용할 수 있다. 본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 상기 단계(S10)은 초임계 수열 합성의 방법으로 수행될 수 있다. It is preferable that the primary particles obtained in step (S10) each independently have an olivine crystal structure. The method of preparing the primary particles is not limited in its kind, and for example, a solid phase method, a coprecipitation method, a hydrothermal method, a supercritical hydrothermal synthesis method, or the like may be used. In a specific embodiment of the present invention, the step (S10) may be performed by a method of supercritical hydrothermal synthesis.

본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 상기 초임계 수열 합성법에 의한 일차 입자의 제조는 하기의 방법으로 수행될 수 있다. In a specific embodiment of the present invention, the preparation of the primary particles by the supercritical hydrothermal synthesis method may be performed by the following method.

우선, 원료 물질 및 알칼리화제 등을 혼합하여 슬러리를 준비한다(S10a). 경우에 따라서 상기 슬러리는 산화 방지제 등 적절한 첨가제가 더 포함될 수 있다. First, a slurry is prepared by mixing a raw material and an alkalizing agent (S10a). In some cases, the slurry may further contain an appropriate additive such as an antioxidant.

본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 상기 단계 (S10)에서 원료 물질로서 리튬 함유 전구체 및 전이금속 함유 전구체가 포함된다. In a specific embodiment of the present invention, a lithium-containing precursor and a transition metal-containing precursor are included as raw materials in the step (S10).

상기 리튬 함유 전구체는 Li2CO3 , Li(OH), Li(OH)·H2O, LiNO3 등을 이용할 수 있다. 본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 리튬 함유 전구체로서 수산화 리튬을 사용하는 경우 이것은 리튬 공급원 역할 뿐만 아니라 알칼리성을 증대시키는 역할을 할 수 있다. The lithium-containing precursor may be Li 2 CO 3 , Li(OH), Li(OH)·H 2 O, LiNO 3 , and the like. In a specific embodiment of the present invention, when lithium hydroxide is used as a lithium-containing precursor, it may serve to increase alkalinity as well as a lithium source.

상기 전이금속 함유 전구체는 전이금속을 함유하는 통상적으로 사용되는 전구체를 사용할 수 있으며, 본 발명의 구체적인 일 실시양태에 따라 리튬철인산화물(LiFePO4)을 제조하는 경우, 철(Fe) 함유 전구체 및 인(P) 함유 전구체를 포함한다. The transition metal-containing precursor may be a commonly used precursor containing a transition metal, and in the case of preparing lithium iron phosphate (LiFePO 4 ) according to a specific embodiment of the present invention, iron (Fe)-containing precursor and phosphorus (P) It contains a containing precursor.

본 발명의 구체적인 일 실시양태에 따라 리튬 전이금속 인산화물이 LiFePO4인 경우에는, 철(Fe) 함유 전구체는 철의 가수가 2가인 화합물로서 FeSO4, FeC2O4·2H2O, FeCl2, 또는 이중 둘 이상의 혼합물 등을 이용할 수 있다. 또한, 상기 인(P) 함유 전구체는 암모늄염으로서, H3PO4, NH4H2PO4, (NH4)2HPO4, P2O5, 또는 이중 둘 이상의 혼합물 등을 들 수 있다. According to a specific embodiment of the present invention, when the lithium transition metal phosphate is LiFePO 4 , the iron (Fe)-containing precursor is a compound having a divalent valence of iron, which is FeSO 4 , FeC 2 O 4 ·2H 2 O, FeCl 2 , Or a mixture of two or more of them may be used. In addition, the phosphorus (P)-containing precursor is an ammonium salt, such as H 3 PO 4 , NH 4 H 2 PO 4 , (NH 4 ) 2 HPO 4 , P 2 O 5 , or a mixture of two or more of them.

본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 상기 알칼리화제는 알칼리금속 수산화물(NaOH, KOH 등), 알칼리토금속수산화물(Ca(OH)2, Mg(OH)2 등), 암모니아 화합물(암모니아수, 질산암모늄 등) 또는 이들의 혼합물 등일 수 있다. In a specific embodiment of the present invention, the alkalinizing agent is an alkali metal hydroxide (NaOH, KOH, etc.), alkaline earth metal hydroxide (Ca(OH) 2 , Mg(OH) 2, etc.), ammonia compounds (ammonia water, ammonium nitrate, etc.) ) Or a mixture thereof.

본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 상기 리튬 함유 전구체, 전이금속 함유 전구체, 및/또는 알칼리화제는 수용액의 상태로 첨가될 수 있다. In a specific embodiment of the present invention, the lithium-containing precursor, the transition metal-containing precursor, and/or the alkalizing agent may be added in the form of an aqueous solution.

다음으로 상기에서 준비된 슬러리를 초임계 또는 아임계 조건하에서 반응시켜 일차 입자를 합성한다. 구체적인 일 실시양태에 따르면 상기 (S10b)는 슬러리를 연속 공정 초임계 반응기에 투입하고 초임계 또는 아임계 반응을 수행함으로써 리튬 전이금속 인산화물 일차 입자를 수득한다. Next, the slurry prepared above is reacted under supercritical or subcritical conditions to synthesize primary particles. According to a specific embodiment, in (S10b), lithium transition metal phosphate primary particles are obtained by injecting the slurry into a continuous process supercritical reactor and performing a supercritical or subcritical reaction.

본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 상기 초임계 반응기의 반응은 180bar 내지 550 bar의 압력 및 200℃ 내지 700℃ 의 온도의 조건에서 수행될 수 있다. In a specific embodiment of the present invention, the reaction of the supercritical reactor may be carried out under conditions of a pressure of 180 bar to 550 bar and a temperature of 200° C. to 700° C.

경우에 따라서는, 상기 단계(S10)을 완료한 후, 단계(S20) 이전에 수득된 일차 입자에 잔존할 수 있는 불순물 염(예를 들어, NH4NO3 등), 이온성 불순물(예를 들어, 금속 전구체로부터 분해된 NO3 -, SO4 2- 등) 등을 제거하기 위한 세척 과정을 거칠 수 있다.In some cases, after completing the step (S10), impurity salts that may remain in the primary particles obtained before step (S20) (e.g., NH 4 NO 3 ), ionic impurities (e.g. For example, it may be subjected to a washing process to remove the decomposed NO 3 - , SO 4 2-, etc.) from the metal precursor.

상기 (S10)을 통해 리튬전이금속 인산화물 일차 입자가 수득되면 다음으로 상기 일차 입자를 용매에 투입하고 혼합하여 제1 혼합물을 준비한다(S20).When the lithium transition metal phosphate primary particles are obtained through the (S10), the primary particles are then added to a solvent and mixed to prepare a first mixture (S20).

상기 과정에서 사용될 수 있는 용매는 극성 용매 및 비극성 용매 중 선택된 적어도 1종 이상의 용매를 사용할 수 있다. 상기 극성 용매는 예를 들어 물 및 에탄올을 들 수 있다. 또한, 비극성 용매는 예를 들어 벤젠, 메틸렌 클로라이드 등을 들 수 있다. 안전성의 측면을 고려했을 때 물을 사용하는 것이 유리하다. As the solvent that can be used in the above process, at least one or more solvents selected from a polar solvent and a non-polar solvent may be used. Examples of the polar solvent include water and ethanol. Moreover, as a non-polar solvent, benzene, methylene chloride, etc. are mentioned, for example. Considering the safety aspect, it is advantageous to use water.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 혼합물에서 총 고형분 함량(TSC: Total Solid Content)은 10 % 내지 40 %인 것이다. 여기에서 고형분의 함량비를 조절함으로써 이차 입자의 내부 공극률을 조절할 수 있다. 상기 이차 입자 내부에 중공을 형성시키기 위해서는 총 고형분 함량(TSC: Total Solid Content)은 바람직하게는 10 % 내지 30% 또는 10 내지 20 %일 수 있다.In an embodiment of the present invention, the total solid content (TSC) in the first mixture is 10% to 40%. Here, by adjusting the content ratio of the solid content, the internal porosity of the secondary particles can be adjusted. In order to form a hollow inside the secondary particles, the total solid content (TSC) may preferably be 10% to 30% or 10 to 20%.

본 발명에 있어서, "고형분 함량(TSC)"이란, 상기 제1 혼합물의 총 중량에 있어서, 용매를 증발시켜 남게 되는 고형 물질을 백분율로 환산한 값을 의미한다.In the present invention, "solid content (TSC)" refers to a value obtained by converting a solid substance remaining by evaporating a solvent into a percentage based on the total weight of the first mixture.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 양극 활물질의 제조방법에 있어서, 상기 혼합물은 분산성을 증대시키기 위해, 셀룰로오스계 분산제를 더 포함할 수 있다. 상기 셀룰로오스계 분산제는 당 분야에 통상적으로 사용되는 셀룰로오스게 분산제를 사용할 수 있으며, 예를 들어 카르복시 메틸 셀룰로오스, 카르복시 에틸 셀룰로오스, 아미노 에틸 셀룰로오스 및 옥시 에틸 셀룰로오스로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물을 포함할 수 있다.In addition, in the method of manufacturing a positive electrode active material according to an embodiment of the present invention, the mixture may further include a cellulose-based dispersant to increase dispersibility. The cellulose-based dispersant may be a cellulose crab dispersant commonly used in the art, for example, any one selected from the group consisting of carboxy methyl cellulose, carboxy ethyl cellulose, amino ethyl cellulose, and oxyethyl cellulose, or two of them. It may contain a mixture of more than one species.

상기 분산제는 리튬 전이금속 인산화물 일차 입자 100 중량부에 대해 1 중량부 내지 10 중량부로 사용할 수 있다. The dispersant may be used in an amount of 1 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the lithium transition metal phosphate primary particles.

필요에 따라서는 상기 (S10)단계를 수행한 후 (S20) 단계 수행 전에 합성된 리튬 전이금속 인산화물 일차 입자를 600℃ 내지 1200℃의 온도 조건 하에서 하소하는 공정(S11)을 더 수행할 수 있다. 상기 하소 공정을 통해 리튬 전이금속 인산화물 입자의 결정을 성장시키면서 결정간의 밀착도를 향상시킬 수 있다. If necessary, after performing the step (S10) and before performing the step (S20), a process (S11) of calcining the synthesized lithium transition metal phosphate primary particles under a temperature condition of 600°C to 1200°C may be further performed. . The adhesion between the crystals may be improved while growing crystals of the lithium transition metal phosphate particles through the calcination process.

다음으로 상기 (S20)에서 수득된 제1 혼합물을 건조하고 입자를 복합화한다(S30). 이 단계를 통해 입자가 건조되며, 동시에 일차 입자가 응집하여 이루어진 이차 입자가 수득된다. 상기 단계(S30)는 분무 건조법, 유동층 건조법, 진동 건조법 등 당업계에 알려진 다양한 방법에 의해 수행될 수 있으며, 상기 방법 중 특히, 회전 분무 건조법과 같은 분무 건조법은 이차 입자를 구형으로 제조할 수 있고 부피 밀도를 증가시킬 수 있기 때문에 바람직하다. Next, the first mixture obtained in (S20) is dried and the particles are compounded (S30). The particles are dried through this step, and at the same time, secondary particles formed by agglomeration of the primary particles are obtained. The step (S30) may be performed by various methods known in the art, such as spray drying, fluidized bed drying, and vibration drying, among the above methods, in particular, spray drying such as rotational spray drying may produce secondary particles in a spherical shape. It is preferable because it can increase the bulk density.

상기 단계 (S30)이 분무 건조의 방법에 의해 수행되는 경우를 예를 들면, 상기 (S20)의 제1 혼합물(분무액)을 분무 챔버 내로 공급한 후 상기 분무액을 챔버 내에서 분무 건조하게 된다. 본 발명의 구체적인 일 실시양태에 따르면, 상기 분무액은 챔버 내에서 고속으로 회전하는 디스크를 통하여 분무되며, 이때 분무와 건조는 동일 챔버 내에서 이루어질 수 있다. When the step (S30) is performed by the method of spray drying, for example, after supplying the first mixture (spray liquid) of (S20) into the spray chamber, the spray liquid is spray dried in the chamber. . According to a specific embodiment of the present invention, the spray liquid is sprayed through a disk rotating at high speed in the chamber, and at this time, spraying and drying may be performed in the same chamber.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 챔버 내로의 상기 분무액의 공급 속도는 20 kg/시간 내지 50 kg/시간 일 수 있다. 또한, 상기 분무 건조는 110~140℃의 온도 조건, -30mbar 내지 10 mbar, 유속 35ml/분 내지 60ml/분의 조건일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the supply rate of the spray liquid into the chamber may be 20 kg/hour to 50 kg/hour. In addition, the spray drying may be a temperature condition of 110 to 140°C, -30 mbar to 10 mbar, and a flow rate of 35 ml/min to 60 ml/min.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 이차 입자의 중공의 크기를 제어하기 위해 상기 분무 건조온도가 중요할 수 있다. 본 발 명의 일 실시예에 따르면, 상기 분무 건조는 약 4분 내지 20분 정도로 수행 가능하다. In one embodiment of the present invention, the spray drying temperature may be important to control the size of the hollow of the secondary particles. According to an embodiment of the present invention, the spray drying can be performed in about 4 to 20 minutes.

다음으로 상기 (S30)을 통해 수득한 리튬 인산화물 이차 입자를 소성한다(S40). 상기 소성은 600℃ 내지 800℃의 온도에서 수행될 수 있다. 또한, 상기 소성 공정은 바람직하게는 Ar 또는 N2 등의 불활성 가스 분위기에서 수행될 수 있다.Next, the lithium phosphate secondary particles obtained through (S30) are calcined (S40). The sintering may be performed at a temperature of 600°C to 800°C. In addition, the firing process may be preferably performed in an inert gas atmosphere such as Ar or N 2 .

다음으로 (S40)에서 소성된 이차 입자와 탄소 전구체 및 친수성 관능기 제공원을 용매에 혼합하여 제2 혼합물을 제조한다(S50). Next, a second mixture is prepared by mixing the secondary particles calcined in (S40), a carbon precursor, and a source for providing a hydrophilic functional group in a solvent (S50).

상기 (S50)에서 사용되는 용매는 상기 (S20) 과정에서 사용되는 용매의 종류를 참조할 수 있으며, 이와 동일하거나 다른 것을 사용할 수 있다. The solvent used in (S50) may refer to the type of solvent used in the (S20) process, and the same or different solvents may be used.

본 단계에서 사용될 수 있는 탄소 전구체의 예로는 극성 용매에 용해될 수 있는 당류를 포함하며, 추가적으로 PVDF, PE 계열의 고분자, 코크스 등이 더 포함될 수 있다. 또한, 본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 상기 당류는 글루코스, 프락토스, 갈락토오스, 수크로스, 말토오스 및 락토오스로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있다.Examples of carbon precursors that can be used in this step include saccharides that can be dissolved in a polar solvent, and additionally PVDF, PE-based polymers, coke, and the like may be further included. In addition, in a specific embodiment of the present invention, the saccharide may be any one selected from the group consisting of glucose, fructose, galactose, sucrose, maltose, and lactose, or a mixture of two or more of them.

본 발명의 구제체적인 일 실시양태에 있어서, 상기 친수성 관능기 제공원은 금속 작용기가 포함된 금속염인 것으로 구체적으로는 Li+, B+ 및 Al+ 와 같은 금속 이온의 염으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것이다. 예를 들어 상기 금속염은 Mg2B2O5 , CaAlB3O7 , Li6B4O9와 같은 보레이트(borate), 보론 나이트레이트(BN), 리튬 보레이트, 리튬 알루미네이트, 리튬 하이드록사이드, 알루미늄 카보네이트 및 알루미늄 하이드록사이드 중 선택된 1종, 또는 2종 이상의 혼합물인 것이다. In a specific embodiment of the present invention, the hydrophilic functional group providing source is a metal salt containing a metal functional group, and specifically, one selected from the group consisting of salts of metal ions such as Li + , B + and Al + That's it. For example, the metal salt is Mg 2 B 2 O 5 , CaAlB 3 O 7 , Borate such as Li 6 B 4 O 9 , boron nitrate (BN), lithium borate, lithium aluminate, lithium hydroxide, It is one selected from aluminum carbonate and aluminum hydroxide, or a mixture of two or more.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 양극 활물질의 제조방법에 있어서, 상기 제2 혼합물은 분산성을 증대시키기 위해, 셀룰로오스계 분산제를 더 포함할 수 있다. 상기 셀룰로오스계 분산제는 당 분야에 통상적으로 사용되는 셀룰로오스게 분산제를 사용할 수 있으며, 예를 들어 카르복시 메틸 셀룰로오스, 카르복시 에틸 셀룰로오스, 아미노 에틸 셀룰로오스 및 옥시 에틸 셀룰로오스로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물을 포함할 수 있다.In addition, in the method of manufacturing a positive electrode active material according to an embodiment of the present invention, the second mixture may further include a cellulose-based dispersant to increase dispersibility. The cellulose-based dispersant may be a cellulose crab dispersant commonly used in the art, for example, any one selected from the group consisting of carboxy methyl cellulose, carboxy ethyl cellulose, amino ethyl cellulose, and oxyethyl cellulose, or two of them. It may contain a mixture of more than one species.

상기 분산제는 리튬 전이금속 인산화물 이차 입자 100 중량부에 대해 1 중량부 내지 10 중량부로 사용할 수 있다. The dispersant may be used in an amount of 1 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the lithium transition metal phosphate secondary particles.

다음으로 상기 제2 혼합물을 열처리한다(S60). 본 발명의 일 실시양태에 있어서 상기 열처리는 약 250℃ 내지 500℃에서 수행될 수 있다. 또한, 상기 열처리는 아르곤이나 헬륨과 같은 불활성 기체 분위기 하에서 또는 질소 기체 분위기 하에서 수행될 수 있다. 상기 열처리를 통해 금속염의 금속이 환원되는 것이 방지되어 순도가 높은 이차 입자를 수득할 수 있다. Next, the second mixture is heat-treated (S60). In one embodiment of the present invention, the heat treatment may be performed at about 250°C to 500°C. In addition, the heat treatment may be performed under an inert gas atmosphere such as argon or helium or under a nitrogen gas atmosphere. The reduction of the metal of the metal salt is prevented through the heat treatment, so that secondary particles with high purity can be obtained.

설명한 바와 같이 전술한 방법에 의해 본원 발명에 따른 양극 활물질을 수득할 수 있으며, 수득된 양극 활물질은 리튬 전이금속 산화물로 일차 입자 및 이차 입자 중 적어도 하나 이상의 입자의 표면의 적어도 일부가 친수성 관능기가 도입된 도전층으로 피복된 것이다. As described above, the positive electrode active material according to the present invention can be obtained by the method described above, and the obtained positive electrode active material is a lithium transition metal oxide, and at least a part of the surface of at least one of the primary particles and the secondary particles is introduced with a hydrophilic functional group. It is covered with a conductive layer.

한편, 본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 상기 탄소 전구체 및 친수성 관능기 제공원은 (S20)의 제1 혼합물에 일차 입자와 함께 투입될 수 있다(대안 1). 이 경우에는 상기 제1 혼합물을 분무 건조하여 이차 입자를 형성하고 이후 결과물을 600℃ 내지 800℃의 온도에서 소성하여 양극 활물질을 수득할 수 있다. 상기 소성은 바람직하게는 Ar 또는 N2 등의 불활성 가스 분위기에서 수행될 수 있다. 대안 1의 경우 소성과 함께 열처리가 동시에 진행되는 효과가 있어 전술한 (S60)의 열처리 단계를 진행하지 않아도 좋다. On the other hand, in a specific embodiment of the present invention, the carbon precursor and the hydrophilic functional group providing source may be added together with the primary particles to the first mixture of (S20) (alternative 1). In this case, the first mixture may be spray-dried to form secondary particles, and then the resultant may be fired at a temperature of 600°C to 800°C to obtain a positive electrode active material. The firing may be preferably carried out in an inert gas atmosphere such as Ar or N 2 . In the case of alternative 1, since the heat treatment is performed simultaneously with firing, it is not necessary to proceed with the heat treatment step of (S60).

또한, 본 발명은 상기 리튬 전이금속 인산화물을 포함하는 양극을 제공한다. In addition, the present invention provides a positive electrode comprising the lithium transition metal phosphate.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 양극은 양극 집전체 상에 양극 활물질, 바인더 및 도전재를 혼합한 양극 슬러리를 도포 및 건조하여 양극 합제층을 형성하는 단계; 및 상기 양극 합제층을 압연하는 단계를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the positive electrode may include forming a positive electrode mixture layer by applying and drying a positive electrode slurry in which a positive electrode active material, a binder, and a conductive material are mixed on a positive electrode current collector; And rolling the positive electrode mixture layer.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 압연은 예를 들어, 롤 프레스(press)와 같은 당 기술 분야에서 사용되는 통상의 방법으로 수행될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the rolling may be performed by a conventional method used in the art, such as, for example, a roll press.

상기 양극 활물질은 전술한 리튬 전이금속 인산화물 입자를 포함하는 것으로서, 바람직하게는 리튬철인산화물 입자를 포함하는 것이며, 더욱 바람직하게는 리튬 철 인산화물 이차 입자를 포함한다. The positive electrode active material includes the lithium transition metal phosphate particles described above, preferably includes lithium iron phosphate particles, and more preferably lithium iron phosphate secondary particles.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 양극 활물질은 양극에 적용시 압연 과정에서 롤 프레스에 의해, 이차 입자가 부스러질 수 있기 때문에 이차 입자의 형상이 없어지고 일차 입자화 될 수 있다. According to an embodiment of the present invention, when the positive electrode active material is applied to the positive electrode, the secondary particles may be crushed by roll pressing during the rolling process, so that the shape of the secondary particles may disappear and become primary particles.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 압연 전과 압연 후의 양극 합제층의 두께가 서로 상이할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 압연 후의 양극 합제층의 두께는 압연 전의 양극 합제층의 두께보다 얇을 수 있다. 예를 들면, 상기 압연 전의 양극 합제층의 두께는 80 ㎛ 내지 200 ㎛ 일 수 있고, 상기 압연 후의 양극 합제층의 20 ㎛ 내지 80 ㎛ 일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the thickness of the positive electrode mixture layer before and after the rolling may be different from each other. According to an embodiment of the present invention, the thickness of the positive electrode mixture layer after rolling may be thinner than the thickness of the positive electrode mixture layer before rolling. For example, the thickness of the positive electrode mixture layer before rolling may be 80 μm to 200 μm, and the thickness of the positive electrode mixture layer after rolling may be 20 μm to 80 μm.

또한, 압연 후의 양극 합제층의 두께는 압연 전의 양극 합제층의 두께에 비해 바람직하게는 45㎛ 내지 70 ㎛ 범위로 얇을 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.In addition, the thickness of the positive electrode mixture layer after rolling may be as thin as 45 μm to 70 μm than the thickness of the positive electrode mixture layer before rolling, but is not limited thereto.

한편, 상기 바인더는 활물질과 도전재 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 양극 슬러리 총량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가될 수 있다. 이러한 바인더의 예로는 비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 코폴리머(PVDF-co-HFP), 폴리비닐리덴플루오라이드(polyvinylidenefluoride), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate), 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로오스(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로오스, 재생 셀룰로오스, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리아크릴산, 에틸렌-프로필렌-디엔 모노머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 부타디엔 고무(SBR) 및 불소 고무로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물일 수 있다.Meanwhile, the binder is a component that assists in bonding of an active material and a conductive material and bonding to a current collector, and may be generally added in an amount of 1 to 30% by weight based on the total amount of the positive electrode slurry. Examples of such a binder include vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer (PVDF-co-HFP), polyvinylidenefluoride, polyacrylonitrile, polymethylmethacrylate, Polyvinyl alcohol, carboxymethylcellulose (CMC), starch, hydroxypropylcellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene, polyethylene, polypropylene, polyacrylic acid, ethylene-propylene-diene monomer (EPDM), It may be any one selected from the group consisting of sulfonated EPDM, styrene butadiene rubber (SBR), and fluorine rubber, or a mixture of two or more of them.

상기 도전재는 통상적으로 양극 슬러리 총 중량을 기준으로 0.05 내지 5 중량%로 첨가될 수 있다. 이러한 도전재는 전지의 기타 요소들과 부반응을 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것을 아니다. 예를 들면, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본 블랙(super-p), 아세틸렌 블랙; 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본 블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스커; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.The conductive material may be typically added in an amount of 0.05 to 5% by weight based on the total weight of the positive electrode slurry. Such a conductive material is not particularly limited as long as it has conductivity without causing side reactions with other elements of the battery. Graphite such as natural graphite or artificial graphite; Carbon black (super-p), acetylene black; Carbon blacks such as Ketjen Black, Channel Black, Furnace Black, Lamp Black, and Summer Black; Conductive fibers such as carbon fibers and metal fibers; Metal powders such as carbon fluoride, aluminum, and nickel powder; Conductive whiskers such as zinc oxide and potassium titanate; Conductive metal oxides such as titanium oxide; Conductive materials such as polyphenylene derivatives may be used.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따르는 리튬 이차전지는 상기 양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함한다.Meanwhile, a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention includes the positive electrode, the negative electrode, and a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode.

상기 음극에 있어서, 음극 활물질로서 통상적으로 리튬 이온이 흡장 및 방출될 수 있는 탄소재, 리튬 금속, 규소 또는 주석 등을 사용할 수 있다. 바람직하게는 탄소재를 사용할 수 있는데, 탄소재로는 저결정 탄소 및 고결정성 탄소 등이 모두 사용될 수 있다. 저결정성 탄소로는 연화탄소 (soft carbon) 및 경화탄소 (hard carbon)가 대표적이며, 고결정성 탄소로는 천연 흑연, 키시흑연 (Kish graphite), 열분해 탄소 (pyrolytic carbon), 액정피치계 탄소섬유 (mesophase pitch based carbon fiber), 탄소 미소구체 (meso-carbon microbeads), 액정 피치 (Mesophase pitches) 및 석유와 석탄계 코크스 (petroleum or coal tar pitch derived cokes) 등의 고온 소성탄소가 대표적이다.In the negative electrode, as a negative electrode active material, a carbon material, lithium metal, silicon, tin, or the like, through which lithium ions can be inserted and released, may be used. Preferably, a carbon material may be used, and both low crystalline carbon and high crystalline carbon may be used as the carbon material. As low crystalline carbon, soft carbon and hard carbon are typical, and high crystalline carbon is natural graphite, kish graphite, pyrolytic carbon, liquid crystal pitch-based carbon fiber High-temperature calcined carbons such as (mesophase pitch based carbon fiber), meso-carbon microbeads, mesophase pitches, and petroleum or coal tar pitch derived cokes are typical.

음극에 사용되는 바인더는 양극과 마찬가지로 당 분야에 통상적으로 사용될 수 있는 것을 사용할 수 있다. 음극은 음극 활물질 및 상기 첨가제들을 혼합 및 교반하여 음극 활물질 조성물을 제조한 후, 이를 집전체에 도포하고 압축하여 음극을 제조할 수 있다.The binder used for the negative electrode may be one that can be commonly used in the art like the positive electrode. The negative electrode may be prepared by mixing and stirring the negative electrode active material and the additives to prepare a negative electrode active material composition, and then coating and compressing the negative electrode active material composition on a current collector to prepare a negative electrode.

또한, 세퍼레이터로는 종래에 세퍼레이터로 사용된 통상적인 다공성 고분자 필름, 예를 들어 에틸렌 단독중합체, 프로필렌 단독중합체, 에틸렌/부텐 공중합체, 에틸렌/헥센 공중합체 및 에틸렌/메타크릴레이트 공중합체 등과 같은 폴리올레핀계 고분자로 제조한 다공성 고분자 필름을 단독으로 또는 이들을 적층하여 사용할 수 있으며, 또는 통상적인 다공성 부직포, 예를 들어 고융점의 유리 섬유, 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유 등으로 된 부직포를 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.In addition, the separator is a conventional porous polymer film used as a separator, for example, polyolefin such as ethylene homopolymer, propylene homopolymer, ethylene/butene copolymer, ethylene/hexene copolymer, and ethylene/methacrylate copolymer. A porous polymer film made of a polymer-based polymer may be used alone or by stacking them, or a conventional porous nonwoven fabric, for example, a nonwoven fabric made of a high melting point glass fiber, polyethylene terephthalate fiber, etc. may be used, but is limited thereto. It is not.

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

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

실시예Example 1 One

황산철(FeSO4ㆍ7H2O) 0.5 몰, 인산(P2O5) 0.55 몰과 산화 방지제를 포함한 황산철 수용액, 및 리튬 수용액(LiOHㆍH2O) 1.5 몰의 혼합물에 pH가 5.5 내지7이 되도록 암모니아수를 첨가하여 슬러리를 준비하였다. 연속 공정 초임계 반응기의 온도를 약 375 내지 450℃로 조절하고 압력을 250 내지 300 bar의 압력으로 제어하며 상기 슬러리를 일정한 속도로 투입하여, 수초의 반응 시간을 통해 리튬 철인산화물인 LiFePO4 용액을 제조하였다. 수득된 LiFePO4 용액을 여과하여 리튬 철인산화물 일차 입자를 수득하였다. 수득된 결과물에 대해 XRD 분석을 통한 순도 분석 및 SEM을 통한 일차 입자 분석을 수행하였다. 그 결과 50 내지 300 nm의 평균 입경을 갖는 리튬 철인산화물 일차 입자를 얻었다.In a mixture of 0.5 mol of iron sulfate (FeSO 4 ㆍ7H 2 O), 0.55 mol of phosphoric acid (P 2 O 5 ) and an aqueous iron sulfate solution containing an antioxidant, and 1.5 mol of an aqueous lithium solution (LiOH · H 2 O), the pH was 5.5 to Ammonia water was added so as to be 7 to prepare a slurry. The temperature of the continuous process supercritical reactor is adjusted to about 375 to 450°C, the pressure is controlled to a pressure of 250 to 300 bar, and the slurry is introduced at a constant rate, and a lithium iron phosphate LiFePO 4 solution is prepared through a reaction time of several seconds. Was prepared. The obtained LiFePO 4 solution was filtered to obtain lithium iron phosphate primary particles. Purity analysis through XRD analysis and primary particle analysis through SEM were performed on the obtained result. As a result, lithium iron phosphate primary particles having an average particle diameter of 50 to 300 nm were obtained.

상기에서 수득된 일차 입자를 증류수에 투입하여 제1 혼합물(분무액)를 준비하였다. 준비된 제1 혼합물을 분무 건조장비의 챔버 내로 공급하고, 챔버 내에서 분무하여 건조하였다. 이때, 상기 분무 건조의 조건은 건조온도 130℃ 내부압력 -20 mbar, 유속 45ml/분으로 조절하였다. 상기 분무 건조의 결과, 리튬철 인산화물 이차 입자를 수득하였다. 상기 이차 입자는 일차 입자가 응집되 형성되었다. 다음으로 수득된 일차 입자(리튬철인산화물)를 700℃/10hr 환원성 분위기(N2)하에서 소성을 하였다. The primary particles obtained above were added to distilled water to prepare a first mixture (spray liquid). The prepared first mixture was supplied into a chamber of a spray drying equipment, and dried by spraying in the chamber. At this time, the spray drying conditions were adjusted to a drying temperature of 130° C., an internal pressure of -20 mbar, and a flow rate of 45 ml/min. As a result of the spray drying, lithium iron phosphate secondary particles were obtained. The secondary particles were formed by aggregation of primary particles. Next, the obtained primary particles (lithium iron phosphate) were calcined in a reducing atmosphere (N 2 ) of 700° C./10 hr.

다음으로 상기 공정에서 수득된 이차 입자, 보레이트(Mg2B2O5) 및 수크로스를 각각 리튬철 인산화물 이차 입자 100중량부에 대해 10중량부의 양으로 첨가하여 제2 혼합물을 준비하고 이를 350℃에서 열처리하였다. 상기 열처리는 질소 기체(N2) 분위기에서 수행되었다. 상기 열처리는 약 2hr 동안 진행되었다. Next, a second mixture was prepared by adding the secondary particles, borate (Mg 2 B 2 O 5 ) and sucrose obtained in the above process in an amount of 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the lithium iron phosphate secondary particles, respectively. It was heat-treated at °C. The heat treatment was performed in a nitrogen gas (N 2 ) atmosphere. The heat treatment was performed for about 2 hours.

상기 공정을 통해 리튬철 인산화물 이차 입자를 수득하였다. 상기 리튬철 인산화물 이차 입자는 일차 입자 및 이차 입자의 표면의 적어도 일부를 도전층이 피복하는 형태로 구성되어 있으며, 상기 도전층은 친수성 관능기가 도입된 것이다. Lithium iron phosphate secondary particles were obtained through the above process. The lithium iron phosphate secondary particles are configured in a form in which a conductive layer covers at least a part of the surfaces of the primary particles and the secondary particles, and the conductive layer is a hydrophilic functional group introduced therein.

실시예Example 2 2

양극 활물질로서 상기 실시예 1에서 수득한 리튬철인산화물 이차 입자를 사용하였다. 상기 이차 입자, 도전재(카본 블랙), 바인더(SBR/CMC, 70:30 중량비)를 각각 90: 5: 5의 중량비로 DI water에 투입하고 믹싱하여 양극 합제를 제조하고, 제조된 양극 합제를 양극 전류 집전체로서 20 ㎛ 두께의 알루미늄 호일에 60㎛ 두께로 코팅한 후 건조하여 양극을 제조하였다. 음극으로는 리튬 금속 박막 (두께 160㎛)을 사용하였다. 상기 음극과 양극 사이에 분리막(폴리에틸렌 소재 분리막, 두께: 20 ㎛)을 개재하여 전극조립체를 제조한 후, LiPF6 1M 농도 및 VC(Vinyl Carbonate, 첨가제)가 3wt%로 포함된 유기용매(Ethylene carbonate: Methyl ethyl carbonate= 2:1 부피비)를 전해액으로 하여 코인셀을 제조하였다. Lithium iron phosphate secondary particles obtained in Example 1 were used as a positive electrode active material. The secondary particles, conductive material (carbon black), and binder (SBR/CMC, 70:30 weight ratio) were added to DI water at a weight ratio of 90: 5: 5, respectively, and mixed to prepare a positive electrode mixture, and the prepared positive electrode mixture was As a positive electrode current collector, a 20 μm thick aluminum foil was coated with a thickness of 60 μm and dried to prepare a positive electrode. As the negative electrode, a lithium metal thin film (thickness 160 μm) was used. After manufacturing an electrode assembly by interposing a separator (a separator made of polyethylene, thickness: 20 μm) between the negative electrode and the positive electrode, an organic solvent containing 3 wt% of LiPF 6 1M and VC (Vinyl Carbonate, additive) : Methyl ethyl carbonate = 2:1 volume ratio) as an electrolyte to prepare a coin cell.

실시예Example 3 3

양극 활물질로서 상기 실시예 1에서 수득한 리튬철인산화물 이차 입자를 사용하였다. 상기 이차 입자, 도전재(카본 블랙), 바인더(SBR/CMC, 70:30 중량비)를 각각 90: 5: 5의 중량비로 DI water에 투입하고 믹싱하여 양극 합제를 제조하고, 제조된 양극 합제를 양극 전류 집전체로서 20 ㎛ 두께의 알루미늄 호일에 60㎛ 두께로 코팅한 후 건조하여 양극을 제조하였다. Lithium iron phosphate secondary particles obtained in Example 1 were used as a positive electrode active material. The secondary particles, conductive material (carbon black), and binder (SBR/CMC, 70:30 weight ratio) were added to DI water at a weight ratio of 90: 5: 5, respectively, and mixed to prepare a positive electrode mixture, and the prepared positive electrode mixture was As a positive electrode current collector, a 20 μm thick aluminum foil was coated with a thickness of 60 μm and dried to prepare a positive electrode.

다음으로 인조 흑연, 카본 블랙, 카르복시메틸셀룰로오즈, 메틸아크릴레이트를 95.8:1:1.2:2의 중량비로 물과 혼합하여 음극 슬러리를 제조하였다. 상기 음극 슬러리를 14㎛의 두께로 구리 호일(Cu-foil) 위에 코팅하여 얇은 극판의 형태로 만든 후 135 에서 3시간 이상 건조시킨 후 압연(pressing)하여 음극을 제조하였다.Next, artificial graphite, carbon black, carboxymethylcellulose, and methyl acrylate were mixed with water in a weight ratio of 95.8:1:1.2:2 to prepare a negative electrode slurry. The negative electrode slurry was coated on a copper foil (Cu-foil) with a thickness of 14 μm to form a thin electrode plate, dried at 135 for 3 hours or more, and then pressed to prepare a negative electrode.

상기 음극과 양극 사이에 분리막(폴리에틸렌 소재 분리막, 두께: 20 ㎛)을 개재하여 전극조립체를 제조한 후, 상기 전극조립체를 전지케이스에 수납하고, LiPF6 1M 농도 및 VC(Vinyl Carbonate, 첨가제)가 3wt%로 포함된 유기용매(Ethylene carbonate: Methyl ethyl carbonate= 2:1 부피비)를 전해액으로 하여 풀셀을 제조하였다. After manufacturing an electrode assembly by interposing a separator (a separator made of polyethylene, thickness: 20 μm) between the negative electrode and the positive electrode, the electrode assembly was accommodated in a battery case, and a concentration of LiPF 6 1M and a VC (Vinyl Carbonate, additive) were added. A full cell was prepared using an organic solvent (Ethylene carbonate: Methyl ethyl carbonate = 2:1 volume ratio) contained in 3wt% as an electrolyte.

비교예Comparative example 1 One

황산철(FeSO4ㆍ7H2O) 0.5 몰, 인산(P2O5) 0.55 몰과 산화 방지제를 포함한 황산철 수용액, 및 리튬 수용액(LiOHㆍH2O) 1.5 몰의 혼합물에 pH가 5.5 내지 7이 되도록 암모니아수를 첨가하여 슬러리를 준비하였다. 연속 공정 초임계 반응기의 온도를 약 375 내지 450℃로 조절하고 압력을 250 내지 300 bar의 압력으로 제어하며 상기 슬러리를 일정한 속도로 투입하여, 수초의 반응 시간을 통해 리튬 철인산화물인 LiFePO4 용액을 제조하였다. 수득된 LiFePO4 용액을 여과하여 리튬 철인산화물 일차 입자를 수득하였다. 수득된 결과물에 대해 XRD 분석을 통한 순도 분석 및 SEM을 통한 일차 입자 분석을 수행하였다. 그 결과 50 내지 300 nm의 평균 입경을 갖는 리튬 철인산화물 일차 입자를 얻었다.In a mixture of 0.5 mol of iron sulfate (FeSO 4 ㆍ7H 2 O), 0.55 mol of phosphoric acid (P 2 O 5 ) and an aqueous iron sulfate solution containing an antioxidant, and 1.5 mol of an aqueous lithium solution (LiOH · H 2 O), the pH was 5.5 to Ammonia water was added so as to be 7 to prepare a slurry. The temperature of the continuous process supercritical reactor is adjusted to about 375 to 450°C, the pressure is controlled to a pressure of 250 to 300 bar, and the slurry is introduced at a constant rate, and a lithium iron phosphate LiFePO 4 solution is prepared through a reaction time of several seconds. Was prepared. The obtained LiFePO 4 solution was filtered to obtain lithium iron phosphate primary particles. Purity analysis through XRD analysis and primary particle analysis through SEM were performed on the obtained result. As a result, lithium iron phosphate primary particles having an average particle diameter of 50 to 300 nm were obtained.

상기에서 수득된 일차 입자를 증류수에 투입하여 제1 혼합물(분무액)를 준비하였다. 준비된 제1 혼합물을 분무 건조장비의 챔버 내로 공급하고, 챔버 내에서 분무하여 건조하였다. 이때, 상기 분무 건조의 조건은 건조온도 130℃ 내부압력 -20 mbar, 유속 45ml/분으로 조절하였다. 상기 분무 건조의 결과, 리튬철 인산화물 이차 입자를 수득하였다. 상기 이차 입자는 일차 입자가 응집되 형성되었다. 다음으로 수득된 일차 입자(리튬철인산화물)를 700℃/10hr 환원성 분위기(N2)하에서 소성을 하였다. The primary particles obtained above were added to distilled water to prepare a first mixture (spray liquid). The prepared first mixture was supplied into a chamber of a spray drying equipment, and dried by spraying in the chamber. At this time, the spray drying conditions were adjusted to a drying temperature of 130° C., an internal pressure of -20 mbar, and a flow rate of 45 ml/min. As a result of the spray drying, lithium iron phosphate secondary particles were obtained. The secondary particles were formed by aggregation of primary particles. Next, the obtained primary particles (lithium iron phosphate) were calcined in a reducing atmosphere (N 2 ) of 700° C./10 hr.

비교예Comparative example 2 2

양극 활물질로서 상기 비교예 1에서 수득한 리튬철인산화물 이차 입자를 사용하였다. 상기 이차 입자, 도전재(카본 블랙), 바인더(SBR/CMC, 70:30 중량비)를 각각 90: 5: 5의 중량비로 DI water에 투입하고 믹싱하여 양극 합제를 제조하고, 제조된 양극 합제를 양극 전류 집전체로서 20 ㎛ 두께의 알루미늄 호일에 60㎛ 두께로 코팅한 후 건조하여 양극을 제조하였다. 음극으로는 리튬 금속 박막 (두께 160㎛)을 사용하였다. 상기 음극과 양극 사이에 분리막(폴리에틸렌 소재 분리막, 두께: 20 ㎛)을 개재하여 전극조립체를 제조한 후, LiPF6 1M 농도 및 VC(Vinyl Carbonate, 첨가제)가 3wt%로 포함된 유기용매(Ethylene carbonate: Methyl ethyl carbonate= 2:1 부피비)를 전해액으로 하여 코인셀을 제조하였다. Lithium iron phosphate secondary particles obtained in Comparative Example 1 were used as a positive electrode active material. The secondary particles, conductive material (carbon black), and binder (SBR/CMC, 70:30 weight ratio) were added to DI water at a weight ratio of 90: 5: 5, respectively, and mixed to prepare a positive electrode mixture, and the prepared positive electrode mixture was As a positive electrode current collector, a 20 μm thick aluminum foil was coated with a thickness of 60 μm and dried to prepare a positive electrode. As the negative electrode, a lithium metal thin film (thickness 160 μm) was used. After manufacturing an electrode assembly by interposing a separator (a separator made of polyethylene, thickness: 20 μm) between the negative electrode and the positive electrode, an organic solvent containing 3 wt% of LiPF 6 1M and VC (Vinyl Carbonate, additive) : Methyl ethyl carbonate = 2:1 volume ratio) as an electrolyte to prepare a coin cell.

비교예Comparative example 3 3

양극 활물질로서 상기 비교예 1에서 수득한 리튬철인산화물 이차 입자를 사용하였다. 상기 이차 입자, 도전재(카본 블랙), 바인더(SBR/CMC, 70:30 중량비)를 각각 90: 5: 5의 중량비로 DI water에 투입하고 믹싱하여 양극 합제를 제조하고, 제조된 양극 합제를 양극 전류 집전체로서 20 ㎛ 두께의 알루미늄 호일에 60㎛ 두께로 코팅한 후 건조하여 양극을 제조하였다. Lithium iron phosphate secondary particles obtained in Comparative Example 1 were used as a positive electrode active material. The secondary particles, conductive material (carbon black), and binder (SBR/CMC, 70:30 weight ratio) were added to DI water at a weight ratio of 90: 5: 5, respectively, and mixed to prepare a positive electrode mixture, and the prepared positive electrode mixture was As a positive electrode current collector, a 20 μm thick aluminum foil was coated with a thickness of 60 μm and dried to prepare a positive electrode.

다음으로 인조 흑연, 카본 블랙, 카르복시메틸셀룰로오즈, 메틸아크릴레이트를 95.8:1:1.2:2의 중량비로 물과 혼합하여 음극 슬러리를 제조하였다. 상기 음극 슬러리를 14㎛의 두께로 구리 호일(Cu-foil) 위에 코팅하여 얇은 극판의 형태로 만든 후 135 에서 3시간 이상 건조시킨 후 압연(pressing)하여 음극을 제조하였다.Next, artificial graphite, carbon black, carboxymethylcellulose, and methyl acrylate were mixed with water in a weight ratio of 95.8:1:1.2:2 to prepare a negative electrode slurry. The negative electrode slurry was coated on a copper foil (Cu-foil) with a thickness of 14 μm to form a thin electrode plate, dried at 135 for 3 hours or more, and then pressed to prepare a negative electrode.

상기 음극과 양극 사이에 분리막(폴리에틸렌 소재 분리막, 두께: 20 ㎛)을 개재하여 전극조립체를 제조한 후, 상기 전극조립체를 전지케이스에 수납하고, LiPF6 1M 농도 및 VC(Vinyl Carbonate, 첨가제)가 3wt%로 포함된 유기용매(Ethylene carbonate: Methyl ethyl carbonate= 2:1 부피비)를 전해액으로 하여 풀셀을 제조하였다. After manufacturing an electrode assembly by interposing a separator (a separator made of polyethylene, thickness: 20 μm) between the negative electrode and the positive electrode, the electrode assembly was accommodated in a battery case, and a concentration of LiPF 6 1M and a VC (Vinyl Carbonate, additive) were added. A full cell was prepared using an organic solvent (Ethylene carbonate: Methyl ethyl carbonate = 2:1 volume ratio) contained in 3wt% as an electrolyte.

전해액 Electrolyte 함침Impregnation 특성 평가 Property evaluation

실시예 2 및 비교예 2에서 제조된 양극을 각각 두 개씩 준비한 후 폴리카보네이트를 1방울 적하한 후 완전히 흡습될 때까지의 시간을 측정하였다. 이의 결과를 하기 표 1과 같이 정리하였다.Two positive electrodes prepared in Example 2 and Comparative Example 2 were prepared, and then one drop of polycarbonate was added thereto, and then the time until completely absorbed by moisture was measured. The results are summarized in Table 1 below.

흡습 시간(sec)Moisture absorption time (sec) 실시예 2-1Example 2-1 450450 실시예 2-2Example 2-2 460460 비교예 2-1Comparative Example 2-1 540540 비교예 2-2Comparative Example 2-2 640640

실시예 2-1 및 2-2의 양극의 경우에는 적하된 폴리카보네이트가 완전히 흡수되기까지 걸린 시간이 500초를 미만이나 비교예 2-1 및 2-2의 양극은 흡수에 걸린 시간이 500초를 초과하였다. In the case of the anodes of Examples 2-1 and 2-2, the time taken to completely absorb the dropped polycarbonate was less than 500 seconds, but the anodes of Comparative Examples 2-1 and 2-2 took 500 seconds to absorb Exceeded.

전지 특성 평가Battery characteristic evaluation

방전율 특성Discharge rate characteristics

실시예 2 및 비교예 2의 전지에 대해 정전류를 0.1에서 5까지 변화시키며 충방전을 수행하였다. 그 결과를 도 3에 도시하였다. 도 3에서 흑색선은 실시예 2의 전지에 대한 것이고, 적색선은 비교예 2의 전지에 대한 것이다. 이에 따르면 실시예 2의 전지가 비교예 2의 전지에 비해 동일 흡습 시간(24hr@coin half cell: 전지의 wetting 시간)에 따른 방전율이 우수함을 확인하였다. Charging and discharging were performed for the batteries of Example 2 and Comparative Example 2 while changing a constant current from 0.1 to 5. The results are shown in FIG. 3. In FIG. 3, the black line is for the battery of Example 2, and the red line is for the battery of Comparative Example 2. According to this, it was confirmed that the battery of Example 2 has superior discharge rate according to the same moisture absorption time (24hr@coin half cell: wetting time of the battery) compared to the battery of Comparative Example 2.

용량 특성Capacity characteristics

실시예 2 및 비교예 2의 전지에 대해 0.1C로 4.2V까지 정전류로 충전하고 다시 0.1C로 2.5V까지 정전류로 방전하여 충방전 특성을 확인하였다. 이의 결과를 도 4에 도시하였다. 도 4에서 흑색선은 실시예 2의 전지에 대한 것이고, 적색선은 비교예 2의 전지에 대한 것이다. 이에 따르면 실시예 2의 전지의 경우 비교예 2의 전지에 비해 용량 특성이 우수한 것으로 확인되었다. The batteries of Example 2 and Comparative Example 2 were charged with a constant current at 0.1C to 4.2V and then discharged at 0.1C to 2.5V with a constant current to confirm charge/discharge characteristics. The results are shown in FIG. 4. In FIG. 4, the black line is for the battery of Example 2, and the red line is for the battery of Comparative Example 2. Accordingly, it was confirmed that the battery of Example 2 has superior capacity characteristics compared to the battery of Comparative Example 2.

상온 수명 특성Room temperature life characteristics

실시예 3 및 비교예 3의 전지에 대해 1.0C로 4.2V까지 정전류로 충전하고 다시 1.0C로 2.5V까지 정전류로 충전과 방전을 반복하였으며, 최초 용량 대비 방전량의 비율과 저항 증가율을 측정하여 도 5에 도시하였다. 도 5에서 흑색선은 실시예 3의 전지에 대한 것이고, 적색선은 비교예 3의 전지에 대한 것이다. 이에 따르면 실시예 3의 전지의 경우 비교예 3의 전지에 비해 저항 증가율이 낮고, 용량 유지율이 높아 결과적으로 상온 수명 특성이 우수한 것으로 확인되었다. The cells of Example 3 and Comparative Example 3 were charged with a constant current at 1.0C to 4.2V, and then charged and discharged at 1.0C at a constant current to 2.5V, and the ratio of the amount of discharge to the initial capacity and the rate of increase in resistance were measured. It is shown in Figure 5. In FIG. 5, the black line is for the battery of Example 3, and the red line is for the battery of Comparative Example 3. Accordingly, it was confirmed that the battery of Example 3 had a lower resistance increase rate and higher capacity retention compared to the battery of Comparative Example 3, resulting in excellent room temperature lifespan characteristics.

Claims (20)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete (S10) 올리빈 결정 구조를 갖는 리튬 전이금속 인산화물 일차 입자를 제조하는 단계;
(S20) 상기 (S10) 단계에서 수득한 일차 입자및 용매를 혼합하여 제1 혼합물을 준비하는 단계;
(S30) 상기 제1 혼합물을 분무 건조하는 단계;
(S40) 상기 (S30)의 결과물을 소성하여 상기 일차 입자가 응집되어 형성된 이차 입자를 수득하는 단계;
(S50) 상기 (S40)에서 수득된 이차 입자, 탄소 전구체, 친수성 관능기 제공원 및 용매를 혼합하여 제2 혼합물을 준비하는 단계; 및
(S60) 상기 제2 혼합물을 열처리 하는 단계;를 포함하며
상기 (S40)의 친수성 관능기 제공원은 Mg2B2O5, CaAlB3O7, Li6B4O9, 보론 나이트레이트(BN), 리튬 보레이트, 리튬 알루미네이트, 리튬 하이드록사이드, 알루미늄 카보네이트 및 알루미늄 하이드록사이드 중 선택된 1종, 또는 2종 이상의 혼합물이며,
상기 (S10)의 리튬 전이금속 인산화물은 아래 화학식 1로 표시되는 것인 이차 전지용 양극 활물질을 제조하는 방법:
[화학식 1]
Li1+aM11-xM2x(PO4-b)D b
상기 화학식 1에서
M1은 Fe, Mn, Co, Ni, Cu, Zn 및 Mg 중 선택된 1종 이상의 원소이고, M2는 2족 내지 15족 중 어느 하나에서 선택되는 것으로서 원소 M1을 제외한 1종 이상의 원소이고, D는 F, S 및 N으로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 이상이며, -0.5≤a≤+0.5, 0≤x≤0.5, 0≤b≤1이다.
(S10) preparing lithium transition metal phosphate primary particles having an olivine crystal structure;
(S20) preparing a first mixture by mixing the primary particles obtained in step (S10) and a solvent;
(S30) spray drying the first mixture;
(S40) firing the resultant product of (S30) to obtain secondary particles formed by agglomeration of the primary particles;
(S50) preparing a second mixture by mixing the secondary particles obtained in (S40), a carbon precursor, a hydrophilic functional group providing source, and a solvent; And
(S60) heat-treating the second mixture; and
The source of the hydrophilic functional group of (S40) is Mg 2 B 2 O 5 , CaAlB 3 O 7, Li 6 B 4 O 9 , boron nitrate (BN), lithium borate, lithium aluminate, lithium hydroxide, aluminum carbonate And one selected from among aluminum hydroxide, or a mixture of two or more,
The lithium transition metal phosphate of (S10) is a method for producing a positive electrode active material for a secondary battery is represented by the following formula:
[Formula 1]
Li 1+a M1 1-x M2 x (PO 4-b )D b
In Formula 1
M1 is at least one element selected from Fe, Mn, Co, Ni, Cu, Zn and Mg, M2 is one or more elements selected from any one of groups 2 to 15, excluding element M1, and D is F , At least one selected from the group consisting of S and N, and -0.5≦a≦+0.5, 0≦x≦0.5, and 0≦b≦1.
제12항에 있어서,
상기 (S10)은 (S10a) 원료 물질 및 알칼리화제를 포함하는 제1 슬러리를 제조하는 단계; 및 (S10b) 상기 제1 슬러리를 초임계 또는 아임계 조건하에서 반응시켜 리튬 전이금속 인산화물 일차 입자를 합성하는 단계;를 통해 수행되며,
상기 (S10a) 단계에서 상기 원료 물질은 리튬 함유 전구체 및 전이금속 함유 전구체를 포함하는 것인 이차 전지용 양극 활물질을 제조하는 방법.
The method of claim 12,
The step (S10) is (S10a) preparing a first slurry comprising a raw material and an alkalizing agent; And (S10b) reacting the first slurry under supercritical or subcritical conditions to synthesize primary particles of lithium transition metal phosphate,
In the step (S10a), the raw material is a method of manufacturing a cathode active material for a secondary battery that includes a lithium-containing precursor and a transition metal-containing precursor.
제12항에 있어서,
상기 탄소 전구체는 당류인 것을 특징으로 하는 이차 전지용 양극 활물질을 제조하는 방법.
The method of claim 12,
The carbon precursor is a method of manufacturing a positive electrode active material for a secondary battery, characterized in that the sugar.
제14항에 있어서,
상기 당류는 탄소수 3 내지 6인 CnH2n인 사이클로알칸(cyclo alkane) 고리를 포함하는 화합물인 것인 이차 전지용 양극 활물질을 제조하는 방법.
The method of claim 14,
The saccharide is a method for producing a positive electrode active material for a secondary battery that is a compound containing a C n H 2n cycloalkane ring having 3 to 6 carbon atoms.
제12항에 있어서,
상기 제1 혼합물 및 제2 혼합물 중 적어도 하나 이상은 셀룰로오스계 분산제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 것인 이차 전지용 양극 활물질을 제조하는 방법.
The method of claim 12,
At least one of the first mixture and the second mixture further comprises a cellulose-based dispersant. The method of manufacturing a positive electrode active material for a secondary battery.
제12항에 있어서,
상기 (S30) 단계에서 분무 건조는 20℃ 내지 350℃에서 수행되는 것을 특징으로 하는 이차 전지용 양극 활물질을 제조하는 방법.
The method of claim 12,
Spray drying in the step (S30) is a method of producing a positive electrode active material for a secondary battery, characterized in that performed at 20 ℃ to 350 ℃.
제12항에 있어서,
상기 (S40) 단계에서 소성은 700℃ 내지 800℃에서 수행되는 것을 특징으로 하는 이차 전지용 양극 활물질을 제조하는 방법.
The method of claim 12,
The method for producing a positive electrode active material for a secondary battery, characterized in that the firing in the step (S40) is carried out at 700 ℃ to 800 ℃.
제12항에 있어서,
상기 (S60) 단계에서 열처리는 250℃ 내지 500℃에서 수행되는 것을 특징으로 하는 이차 전지용 양극 활물질을 제조하는 방법.
The method of claim 12,
The method of manufacturing a positive electrode active material for a secondary battery, characterized in that the heat treatment in step (S60) is performed at 250 ℃ to 500 ℃.
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