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KR101853836B1 - Positive electrode active material for rechargable lithium battery, method for manufacturing the same, and rechargable lithium battery including the same - Google Patents

Positive electrode active material for rechargable lithium battery, method for manufacturing the same, and rechargable lithium battery including the same Download PDF

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KR101853836B1
KR101853836B1 KR1020170091031A KR20170091031A KR101853836B1 KR 101853836 B1 KR101853836 B1 KR 101853836B1 KR 1020170091031 A KR1020170091031 A KR 1020170091031A KR 20170091031 A KR20170091031 A KR 20170091031A KR 101853836 B1 KR101853836 B1 KR 101853836B1
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lithium
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임선혜
손정수
손화영
최수안
전상훈
안지선
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주식회사 엘 앤 에프
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Abstract

Provided is a positive electrode active material for lithium secondary batteries. More specifically, the present invention relates to a positive electrode active material for lithium secondary batteries, a production method thereof, and a lithium secondary battery comprising the same. The positive electrode active material is a secondary particle in which lithium metal oxide particles are aggregated, wherein the lithium metal oxide particles have a nickel-layered structure. Ti and B in the structure are simultaneously doped. A doping ratio of the lithium metal oxide particles based on 1 mole of metal in the whole lithium metal oxide satisfies the following condition respectively, 0.0001 <=Ti<= 0.05 and 0.00005 <=B<= 0.025. The average density of the secondary particles is 0.97 or more and 1 or less, and the BET value of the secondary particles is 0.5 m2/g or less.

Description

리튬 이차 전지용 양극 활물질, 이의 제조 방법, 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지{POSITIVE ELECTRODE ACTIVE MATERIAL FOR RECHARGABLE LITHIUM BATTERY, METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME, AND RECHARGABLE LITHIUM BATTERY INCLUDING THE SAME}TECHNICAL FIELD 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 including the same. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a positive active material for a lithium secondary battery,

리튬 이차 전지용 양극 활물질, 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지에 관한 것이다. A cathode active material for a lithium secondary battery, and a lithium secondary battery comprising the same.

최근, AV기기나 PC 등의 전자기기 포터블화, 무선화가 급속히 진행되고 있어 이들의 구동용 전원으로서 소형, 경량으로 고에너지 밀도를 가지는 이차전지로의 요구가 높아지고 있다. 또한 최근 지구 환경을 위해 전기 자동차, 하이브리드 자동차의 개발 및 실용화가 이루어져 중대형으로 저장 특성이 우수한 리튬 이온 이차전지로의 요구가 높아지고 있다. 이러한 상황하에서 충방전 용량이 크고 수명 특성이 장점인 리튬 이온 이차전지가 주목되고 있다. 2. Description of the Related Art In recent years, portable electronic devices such as AV devices and personal computers have been rapidly made portable and wireless, and as a driving power source therefor, there is a growing demand for secondary batteries having small and lightweight high energy densities. In recent years, development and commercialization of electric vehicles and hybrid vehicles have been made for the global environment, and thus there is a growing demand for lithium ion secondary batteries having excellent storage characteristics. Under such circumstances, a lithium ion secondary battery having a large charge / discharge capacity and an excellent life characteristic has been attracting attention.

종래, 4V급의 전압을 가지는 고에너지형 리튬 이온 이차전지에 유용한 양극 활물질로서는 스피넬형 구조의 LiMn2O4, 지그재그층형 구조의 LiMnO2, 층형 암염형 구조의 LiCoO2, LiNiO2 등이 일반적으로 알려져 있으며 그 중에서도 LiNiO2를 이용한 리튬 이온 이차전지는 높은 충방전 용량을 가지는 전지로서 주목받고 있다.Conventionally, LiMn 2 O 4 of a spinel type structure, LiMnO 2 of a zigzag layer type structure, LiCoO 2 and LiNiO 2 of a layered rock salt type structure are generally used as a cathode active material useful for a high energy type lithium ion secondary battery having a voltage of 4 V class Among them, a lithium ion secondary battery using LiNiO2 is attracting attention as a battery having a high charge / discharge capacity.

그러나 이 재료는 충방전 사이클 내구성이 떨어지기 때문에, 한층 더 특성 개선이 요구되고 있다. However, this material is inferior in durability in charging and discharging cycles, and further improvement in characteristics is required.

앞서 지적된 문제를 해결하고자, 니켈계 레이어드 구조에 Ti 및 B가 동시 도핑된 리튬 금속 화합물 입자가 집합된 2차 입자를 양극 활물질로 제공한다.In order to solve the above-mentioned problem, a secondary particle aggregated with lithium metal compound particles simultaneously doped with Ti and B in a nickel-based layered structure is provided as a cathode active material.

또한, 상기 양극 활물질의 제조 방법과, 상기 양극 활물질이 양극에 적용된 리튬 이차 전지를 제공하는 것이다.The present invention also provides a method for producing the positive electrode active material, and a lithium secondary battery in which the positive electrode active material is applied to a positive electrode.

본 발명의 일 구현예에서는, 니켈계 레이어드 구조에 Ti 및 B가 동시 도핑된 리튬 금속 화합물 입자가 집합된 2차 입자를 양극 활물질로 제공한다.In one embodiment of the present invention, secondary particles in which lithium metal compound particles simultaneously doped with Ti and B are aggregated in a nickel-based layered structure are provided as a cathode active material.

구체적으로, 상기 리튬 금속 산화물 입자는 니켈계 레이어드 구조이며, 상기 구조 내 Ti 및 B이 동시에 도핑된 리튬 금속 산화물을 포함한다.Specifically, the lithium metal oxide particles are a nickel-based layered structure, and Ti and B in the structure include simultaneously doped lithium metal oxides.

또한, 상기 리튬 금속 산화물 입자의 도핑 비율은, 몰 비율을 기준으로 하고, 각각 독립적으로, 0.0001 ≤Ti≤ 0.05 이고, 0.00005 ≤B≤ 0.025이하인 것이다.The doping ratio of the lithium metal oxide particles is 0.0001? Ti? 0.05 and 0.00005? B? 0.025, respectively, on the basis of the molar ratio.

보다 구체적으로, 상기 리튬 금속 복합 산화물 입자는, 니켈 및 코발트를 포함하는 니켈계 레이어드 구조일 수 있다.More specifically, the lithium metal composite oxide particle may be a nickel-based layered structure including nickel and cobalt.

예를 들어, 상기 리튬 금속 산화물 입자는, 하기 화학식 1로 표시되는 것일 수 있다.For example, the lithium metal oxide particles may be represented by the following formula (1).

[화학식 1] [Chemical Formula 1]

Li1 +W(NiaCobTixByMez)1-WO2 Li 1 + W (Ni a Co b Ti x B y Me z ) 1-W 2 O 2

상기 화학식 1에서, Me는 알칼리 금속, 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 전이금속, 13족원소, 또는 14 족에서 선택되는 1 이상의 원소이고, -0.5 ≤ W ≤0.5이고, 0.5 ≤ a <1이고, 0 < b < 0.5이고, 0.0001 ≤x ≤ 0.05이고, 0.00005 ≤ y ≤ 0.025이고, 0≤z≤0.01이다. 상기 화학식 1에서, 2.0≤ x/y≤ 20.0 일 수 있고, 0.005 ≤x ≤ 0.05 일 수 있고, 0.0025 ≤y ≤ 0.05일 수 있다.Wherein Me is at least one element selected from the group consisting of an alkali metal, an alkali metal, an alkaline earth metal, a transition metal, a group 13 element, or a group 14, -0.5? W? 0.5, 0.5? A < <b <0.5, 0.0001? x? 0.05, 0.00005? y? 0.025, and 0? z? In the formula 1, 2.0? X / y? 20.0, 0.005? X? 0.05, and 0.0025? Y? 0.05.

한편, 상기 리튬 금속 산화물의 분말은 치밀도의 지표로 내부 포어(pore)의 비율은 1%이하인 입자를 포함한다.On the other hand, the lithium metal oxide powder is an index of compactness and includes particles having an internal pore ratio of 1% or less.

또한, 상기 리튬 금속 산화물의 분말은 원형도가 0.9이상인 입자를 포함한다.In addition, the lithium metal oxide powder includes particles having a circularity of 0.9 or more.

또한, 상기 리튬 금속 산화물의 BET 비표면적이 0.5m2/g 미만이다.The BET specific surface area of the lithium metal oxide is less than 0.5 m 2 / g.

본 발명의 다른 일 구현예에서는, Ti 공급 물질, B 공급 물질, 니켈계 금속 수산화물 전구체, 및 리튬 공급 물질의 건식 혼합물을 제조하는 단계; 및 상기 건식 혼합물을 소성하여, 리튬 금속 산화물 입자가 집합된 2차 입자를 형성하는 단계;를 포함하는, 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법을 제공한다.In another embodiment of the present invention, there is provided a process for preparing a dry mixture of a Ti supply material, a B supply material, a nickel-based metal hydroxide precursor, and a lithium feed material; And firing the dry mixture to form secondary particles in which lithium metal oxide particles are aggregated. The present invention also provides a method for producing a cathode active material for a lithium secondary battery.

단, 상기 리튬 금속 산화물 입자의 도핑 비율이, 몰 비율을 기준으로, 각각 독립적으로, 0.0001 ≤Ti≤ 0.05 이고, 0.00005 ≤B≤ 0.025이하가 되도록, 상기 건식 혼합물을 화학양론적 몰비를 제어한다.However, the stoichiometric molar ratio of the dry mixture is controlled so that the doping ratio of the lithium metal oxide particles is 0.0001? Ti? 0.05 and 0.00005? B? 0.025, respectively, independently on the basis of the molar ratio.

상기 니켈계 금속 수산화물 전구체로는, 니켈 및 코발트를 포함하는 수산화물을 사용할 수 있다.As the nickel-based metal hydroxide precursor, hydroxides including nickel and cobalt can be used.

상기 건식 혼합물의 소성 온도는 700 내지 1,050℃일 수 있다.The firing temperature of the dry mixture may be 700 to 1,050 ° C.

본 발명의 또 다른 일 구현예에서는, 양극 집전체, 및 상기 양극 집전체 상에 위치하는 양극 활물질 층을 포함하는 양극; 음극 활물질을 포함하는 음극; 및 전해질을 포함하되, 상기 양극 활물질 층은 양극 활물질을 포함하고, 상기 양극 활물질은 전술한 것과 동일한 것을 사용하는, 리튬 이차 전지를 제공한다.In another embodiment of the present invention, there is provided a positive electrode comprising: a positive electrode including a positive electrode collector and a positive electrode active material layer disposed on the positive electrode collector; A negative electrode comprising a negative electrode active material; And an electrolyte, wherein the cathode active material layer includes a cathode active material, and the cathode active material uses the same one as described above.

상기 리튬 이차 전지는, 25 ℃에서 Li+/Li에 대해 0.1C/0.1C 로, 4.3 내지 3.0 V의 전압 인가 시, 30 사이클 후 용량 유지율이 최초(100 %) 대비 98 % 이상, 50 사이클 후 용량 유지율이 최초(100 %) 대비 94 % 이상, 100 사이클 후 용량 유지율이 최초(100 %) 대비 100 % 이상일 수 있다.The lithium secondary battery had a capacity retention rate of 98% or more relative to the initial (100%) after 30 cycles when a voltage of 4.3 to 3.0 V was applied at 0.1 C / 0.1 C to Li + / Li at 25 캜, The maintenance rate may be 94% or more of the initial (100%), and the capacity maintenance rate after 100 cycles may be 100% or more of the initial (100%).

또한, 25 ℃에서 Li+/Li에 대해 1C/1C 로, 4.3 내지 3.0 V의 전압 인가 시, 화성(Formation) 방전 용량이 190 mAh/g 이상일 수 있다.Further, when a voltage of 4.3 to 3.0 V is applied at 1 C / 1C to Li + / Li at 25 占 폚, the formation discharge capacity may be 190 mAh / g or more.

한편, 상기 양극 활물질 층은, 도전재, 바인더, 또는 이들의 조합을 포함하는 것일 수 있다.Meanwhile, the cathode active material layer may include a conductive material, a binder, or a combination thereof.

양극 활물질에 대해, Ni이 풍부하게 포함되어 고용량을 발현할 수 있는 니켈계 레이더드 구조에, 사이클 진행 시에도 결정 구조의 변화를 억제하여 안정적인 사이클 특성을 나타낼 수 있는 최적의 도펀트 조합(Ti 및 B의 동시 도핑)을 포함하되, 과도한 도펀트 함량에 의해 초기 방전 용량이 감소되는 것을 완화할 수 있는 최적의 도핑 비율을 제시할 수 있다.The optimum dopant combination (Ti and B) capable of exhibiting a stable cycle characteristic by suppressing the change of the crystal structure even during the course of the cycle can be applied to the nickel-based radar structure which is rich in Ni and capable of exhibiting a high capacity with respect to the positive electrode active material. Of the doping concentration), but it is possible to suggest an optimal doping ratio that can mitigate the decrease in the initial discharge capacity due to the excessive dopant content.

도 1은 실시예 2을 통해 만들어진 양극활물질 입자를 나타낸 이미지이다.
도 2는 비교예 1를 통해 만들어진 양극활물질 입자를 나타낸 이미지이다.
도 3은 비교예 4를 통해 만들어진 양극활물질 입자를 나타낸 이미지이다.
도 4는 실시예1의 SEM이미지이다.
1 is an image showing a cathode active material particle prepared in Example 2. Fig.
FIG. 2 is an image showing the cathode active material particles produced in Comparative Example 1. FIG.
3 is an image showing a cathode active material particle produced through Comparative Example 4. FIG.
4 is an SEM image of Example 1. Fig.

이하, 본 발명의 구현 예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. However, the present invention is not limited thereto, and the present invention is only defined by the scope of the following claims.

양극 활물질Cathode active material

본 발명의 일 구현예에서는, 니켈계 레이어드 구조에 Ti 및 B가 동시 도핑된 리튬 금속 화합물 입자가 집합된 2차 입자를 양극 활물질로 제공한다. 구체적으로, 상기 리튬 금속 산화물 입자는 니켈계 레이어드 구조이다. In one embodiment of the present invention, secondary particles in which lithium metal compound particles simultaneously doped with Ti and B are aggregated in a nickel-based layered structure are provided as a cathode active material. Specifically, the lithium metal oxide particles are a nickel-based layered structure.

또한, 상기 구조 내 Ti 및 B이 동시에 도핑된 리튬 금속 산화물을 포함할 수 있다. 상기 리튬 금속 산화물 입자의 도핑 비율은, 몰 비율을 기준으로 하고, 각각 독립적으로, 0.0001 ≤Ti≤ 0.05 이고, 0.00005 ≤B≤ 0.025이하인 것이다,In addition, Ti and B in the structure may include simultaneously doped lithium metal oxides. The doping ratio of the lithium metal oxide particles is in the range of 0.0001? Ti? 0.05 and 0.00005? B? 0.025,

이는, 양극 활물질에 대해, Ni이 풍부하게 포함되어 고용량을 발현할 수 있는 니켈계 레이더드 구조에, 사이클 진행 시에도 결정 구조의 변화를 억제하여 안정적인 사이클 특성을 나타낼 수 있는 최적의 도펀트 조합(Ti 및 B의 동시 도핑)을 포함하되, 과도한 도펀트 함량에 의해 초기 방전 용량이 감소되는 것을 완화할 수 있는 최적의 도핑 비율(0.0001 ≤Ti≤ 0.05 이고, 0.00005 ≤B≤ 0.025)을 제시하는 것이다. This is because, in the nickel-based radar structure in which Ni is abundantly contained in the positive electrode active material to exhibit a high capacity, an optimal dopant combination (Ti And B), with an optimal doping ratio (0.0001? Ti? 0.05, 0.00005? B? 0.025) that can mitigate the decrease in initial discharge capacity due to excessive dopant content.

구체적으로, 니켈계 레이어드 구조에 Ti 및 B를 동시 도핑할 경우. Ti 또는 B만 단독 도핑하는 경우보다 결정 구조의 안정화 효과가 뛰어나게 발현된다. Concretely, when Ti and B are simultaneously doped in the nickel-based layered structure. The effect of stabilizing the crystal structure is more excellent than when only Ti or B is doped alone.

이처럼 안정적인 구조의 입자가 집합되어 2차 입자를 이룰 경우, 내부 입자 간격(공극)이 줄어들게 된다. 이에 따라, 2차 입자 내 전체적인 공극 부피가 줄어들어, 전지의 구동 중 2차 입자의 붕괴가 억제될 수 있다. When such stable particles are gathered to form secondary particles, the internal particle spacing (voids) is reduced. As a result, the total pore volume in the secondary particles is reduced, and collapse of the secondary particles during driving of the battery can be suppressed.

다만 각 원소의 도핑 비율에 따라, 전지의 사이클 수명 특성과 초기 용량 특성이 서로 다른 경향을 보인다. 구체적으로, Ti 및 B 각각의 도핑 비율이 증가할수록, 전지의 사이클 수명 특성은 향상되지만, 충전 용량 및 효율은 감소되는 경향이 있다. However, depending on the doping ratio of each element, the cycle life characteristics and the initial capacity characteristics of the battery tend to be different from each other. Specifically, as the doping ratio of Ti and B increases, the cycle life characteristics of the battery are improved, but the charging capacity and efficiency tend to decrease.

이와 관련하여, 앞서 한정한 0.0001 ≤Ti≤ 0.05 이고, 0.00005 ≤B≤ 0.025의 도핑 비율은, 전지의 사이클 수명 특성을 향상시키는 효과를 향상시키면서도, 도핑에 의한 용량 손실을 억제할 수 있는 최적의 도핑 비율인 것이다.In this connection, the doping ratio of 0.0001 &lt; = Ti = 0.05 and 0.00005 &lt; = B &lt; = 0.025, which is defined in advance, can be improved by improving the effect of improving the cycle life characteristics of the battery, Ratio.

이하, 본 발명의 일 구현예에서 제공되는 양극 활물질을 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, the cathode active material provided in one embodiment of the present invention will be described in more detail.

상기 리튬 금속 복합 산화물 입자는, 니켈 및 코발트를 포함하는 레이어드 구조이며, 예를 들어 하기 화학식 1로 표시되는 것일 수 있다.The lithium metal composite oxide particle has a layered structure including nickel and cobalt, and may be represented by, for example, the following chemical formula (1).

[화학식 1] [Chemical Formula 1]

Li1+W(NiaCobTixByMez)1-WO2 Li 1 + W (Ni a Co b Ti x B y Me z ) 1-W 2 O 2

상기 화학식 1에서, Me는 알칼리 금속, 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 전이금속, 13족원소, 14 족에서 선택되는 1 이상의 원소이고, -0.5 ≤ w ≤0.5이고, 0.5 ≤ a <1이고, 0 < b < 0.5이고, 0.0001 ≤x ≤ 0.05이고, 0.00005 ≤ y ≤ 0.025이고, 0≤z≤0.01이다.Wherein Me is at least one element selected from the group consisting of an alkali metal, an alkali metal, an alkaline earth metal, a transition metal, a Group 13 element and a Group 14, and -0.5? W? b < 0.5, 0.0001? x? 0.05, 0.00005? y? 0.025, and 0? z?

즉, 상기 리튬 금속 산화물 입자는, 니켈 및 코발트를 포함하는 레이어드 구조이며, Ni 의 몰 함량이 50 몰% 이상이며, 0.0001 ≤Ti≤ 0.05 이고, 0.00005 ≤B≤ 0.025의 비율로 Ti 및 B가 동시 도핑된 것이며, 추가적으로 Me 도핑을 포함할 수 있는 것이다. 물론, Me 도핑은 생략될 수 있다(z=0인 경우).That is, the lithium metal oxide particle is a layered structure including nickel and cobalt, and has a molar content of Ni of 50 mol% or more, 0.0001? Ti? 0.05, and 0.00005? B? Doped, and may additionally include Me doping. Of course, Me doping can be omitted (when z = 0).

상기 화학식 1에서, 2.0≤ x/y≤ 20.0 일 수 있다. Ti 및 B의 각 도핑 비율이 상기 관계식을 만족할 때, 전지의 사이클 수명 특성을 향상시키는 효과를 최적화하면서도, 도핑에 의한 용량 손실을 최소화할 수 있는 바, 후술되는 평가예에서 이러한 사실이 확인된다.In Formula 1, 2.0? X / y? 20.0. When the respective doping ratios of Ti and B satisfy the above relational expression, the capacity loss due to doping can be minimized while optimizing the effect of improving the cycle life characteristics of the battery, and this fact is confirmed in the following evaluation examples.

또한, 상기 화학식 1에서, 0.005 ≤x ≤ 0.05 일 수 있고, 0.0025 ≤y ≤ 0.025일 수 있다. 물론 이 경우에도 2.0≤ x/y≤ 20.0 일 수 있다.In the above formula (1), 0.005? X? 0.05, and 0.0025? Y? 0.025. Of course, this case also can be 2.0? X / y? 20.0.

한편, 상기 리튬 금속 산화물의 분말의 입자 평균 내부 포어(pore)의 비율은 1%이하일 수 있다. 상기 포어 비율은, 화소법으로 측정될 수 있으며 자세한 방법은 평가예 1을 통해 논한다. 내부 포어 비율이 낮을수록 치밀도가 높으며 이러한 범위를 만족하는 경우, 본 실시예 통해 확인 한 결과 사이클 특성이 우수함을 알 수 있다. On the other hand, the ratio of the average internal pore of the lithium metal oxide powder may be 1% or less. The pore ratio can be measured by a pixel method, and a detailed method is discussed in Evaluation Example 1. When the internal pore ratio is low, the density is high. When the range is satisfied, it can be seen that the cyclic characteristics are excellent as a result of confirming through this embodiment.

또한, 상기 리튬 금속 산화물의 분말의 입자 평균 원형도가 0.9이상이다.Further, the average particle circularity of the lithium metal oxide powder is 0.9 or more.

상기 평균 원형도는 입자의 형태가 얼마나 원에 가까운지를 의미하는 것이며, 본 발명에서는 2원법으로 측정될 수 있으며, 자세한 측정방법은 평가예 2를 통해 다루기로 한다. 본 발명에서 원형도가 높을수록 사이클이 높은 것을 확인 할 수 있으며 이는 1차입자가 작은 것에 기인한 것으로 1차입자가 작을수록 원형도가 높은 입자를 용이하게 이룰 수 있는 것으로 생각된다. The average circularity means how close the circle shape is to the particle shape. In the present invention, the average circularity can be measured by a binary method, and a detailed measurement method will be described in Evaluation Example 2. In the present invention, it can be seen that the higher the degree of circularity, the higher the cycle. This is because the smaller the size of the primary particle is, the smaller the particle size of the primary particle is.

또한, 상기 리튬 금속 산화물의 BET 비표면적이 0.5m2/g 이하이다. 보다 구체적으로, 0.4 m2/g 이하일 수 있다. 이러한 범위를 만족하는 경우, 입자의 보이드(Void)가 억제된 것으로 볼 수 있으며 그 만큼 치밀한 입자를 이루고 있음을 알 수 있다. The BET specific surface area of the lithium metal oxide is 0.5 m 2 / g or less. More specifically, it may be 0.4 m 2 / g or less. When these ranges are satisfied, it can be seen that the voids of the particles are suppressed, and it can be seen that they are dense particles.

이는, Ti 또는 B 단독 도핑의 경우보다 공극의 크기가 작거나 공극의 부피가 적은 것을 알 수 있다. 이에 따라, 전지의 구동 중 구조의 붕괴되거나 전극 제작시 프레스 과정에서 입자의 부서짐이 억제될 수 있다.It can be seen that the size of the pores is smaller or the volume of the pores is smaller than that of the Ti or B single doping. As a result, the structure can be collapsed during operation of the cell, or the particles can be prevented from being broken during the pressing process.

양극 활물질의 제조 방법Method for producing cathode active material

본 발명의 다른 일 구현예에서는, Ti 공급 물질, B 공급 물질, 니켈계 금속 수산화물 전구체, 및 리튬 공급 물질의 건식 혼합물을 제조하는 단계; 및 상기 건식 혼합물을 소성하여, 리튬 금속 산화물 입자가 집합된 2차 입자를 형성하는 단계;를 포함하는, 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법을 제공한다.In another embodiment of the present invention, there is provided a process for preparing a dry mixture of a Ti supply material, a B supply material, a nickel-based metal hydroxide precursor, and a lithium feed material; And firing the dry mixture to form secondary particles in which lithium metal oxide particles are aggregated. The present invention also provides a method for producing a cathode active material for a lithium secondary battery.

단, 상기 리튬 금속 산화물 입자의 도핑 비율이, 몰 비율을 기준으로, 각각 독립적으로, 0.0001 ≤Ti≤ 0.05 이고, 0.00005 ≤B≤ 0.025이하가 되도록, 상기 건식 혼합물을 화학양론적 몰비를 제어한다.However, the stoichiometric molar ratio of the dry mixture is controlled so that the doping ratio of the lithium metal oxide particles is 0.0001? Ti? 0.05 and 0.00005? B? 0.025, respectively, independently on the basis of the molar ratio.

이러한 일련의 공정에 따라, 앞서 설명한 양극 활물질이 수득될 수 있다.According to this series of processes, the above-described cathode active material can be obtained.

이하에서는, 최종적으로 수득되는 물질에 대한 설명은 생략하고, 상기 각 단계에서 사용하는 원료, 공정 등의 특징을 설명한다.Hereinafter, the description of the finally obtained material will be omitted, and the characteristics of raw materials, processes, etc. used in each of the above steps will be described.

원료의 혼합물 제조 공정Manufacturing process of raw material mixture

원료의 혼합물 제조 공정에서는, 니켈계 금속 수산화물 전구체 및 리튬 공급 물질과 함께, 도핑하고자 하는 원소들을 포함하는 물질을 혼합한다. In the process of preparing the mixture of raw materials, a material including elements to be doped is mixed together with a nickel-based metal hydroxide precursor and a lithium supplying material.

구체적으로, 니켈계 금속 수산화물 전구체 및 리튬 공급 물질과 함께, Ti 공급 물질 및 B 공급 물질을 혼합하며, 이때의 혼합 방식은 건식으로 이루어지는 모든 방식에 제한되지 않는다.Specifically, the Ti-supplying material and the B-supplying material are mixed together with the nickel-based metal hydroxide precursor and the lithium supplying material, and the mixing method at this time is not limited to all the methods of dry-making.

상기 니켈계 금속 수산화물 전구체로는, 니켈 및 코발트를 포함하는 수산화물, 예를 들어, 하기 화학식 2로 표시되는 것을 사용할 수 있다.Examples of the nickel-based metal hydroxide precursor include hydroxides including nickel and cobalt, for example, those represented by the following formula (2).

[화학식 2] NiaCobMez(OH)2 ???????? Ni a Co b Me z (OH) 2 ?????

상기 화학식 2에서, Me는 알칼리 금속, 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 전이금속, 13족원소, 14 족에서 선택되는 1이상의 원소이고, 0.5 ≤ a <1이고, 0 < b < 0.5, 0≤z≤0.01이다.Wherein Me is at least one element selected from the group consisting of an alkali metal, an alkali metal, an alkaline earth metal, a transition metal, a Group 13 element and a Group 14, 0.5? A <1, 0? B? 0.5, 0.01.

상기 전구체는 원형성이 0.9이상 일 수 있다. 이에 대한 설명은 전술한 바와 같다. The precursor may have a roundness of 0.9 or more. The description thereof is as described above.

이러한 니켈계 금속 수산화물 전구체를 사용하는 경우, 전술한 화학식 1로 표시되는 리튬 금속 산화물 입자가 집합된 2차 입자가, 최종적으로 수득될 수 있다.When such a nickel-based metal hydroxide precursor is used, secondary particles in which the lithium metal oxide particles represented by the above-mentioned formula (1) are collected can be finally obtained.

원료의 혼합물 소성 공정Mixture of raw materials

상기 건식 혼합물의 소성 온도는 700 내지 1,050℃일 수 있다. 이러한 범위 내에서 소성할 경우, 상기 니켈계 금속 수산화물 전구체 내 Li, Ti, 및 B가 고르게 분포하여 목적한 리튬 금속 산화물 입자가 집합된 2차 입자가 형성될 수 있다.The firing temperature of the dry mixture may be 700 to 1,050 ° C. When firing is performed within this range, Li, Ti, and B in the nickel-based metal hydroxide precursor are evenly distributed, so that secondary particles aggregated with desired lithium metal oxide particles can be formed.

다만, 상기 범위를 초과하는 경우 과소성되어 반응 불순물 발생, 거대입자가 생성 등 원하지 않는 현상이 초래될 수 있으며, 상기 범위 미만인 경우 반응이 완전히 이루어지지 않아 목적한 물질이 형성되지 않을 수 있다.However, if it exceeds the above range, undesirable phenomenon such as generation of reaction impurities and generation of large particles may occur, and if it is less than the above range, the reaction may not be completely performed and desired material may not be formed.

리튬 이차 전지Lithium secondary battery

본 발명의 다른 일 구현예에서는 전술한 양극 활물질을 포함하는 양극, 음극, 및 전해액을 포함하는 리튬 이차 전지를 제공한다.Another embodiment of the present invention provides a lithium secondary battery comprising a cathode, a cathode, and an electrolyte solution containing the cathode active material.

상기 양극은 양극 집전체 및 상기 양극 집전체 위에 형성되는 양극 활물질 층을 포함한다. 상기 양극 활물질 층은 전술한 양극 활물질, 그리고 선택적으로 바인더, 도전재, 또는 이들의 조합을 포함한다.The positive electrode includes a positive electrode collector and a positive electrode active material layer formed on the positive electrode collector. The cathode active material layer includes the above-described cathode active material, and optionally, a binder, a conductive material, or a combination thereof.

상기 리튬 이차 전지는, 25 ℃에서 Li+/Li에 대해 0.1C/0.1C 로, 4.3 내지 3.0 V의 전압 인가 시, 30 사이클 후 용량 유지율이 최초(100 %) 대비 98 % 이상, 50 사이클 후 용량 유지율이 최초(100 %) 대비 94 % 이상, 100 사이클 후 용량 유지율이 최초(100 %) 대비 100 % 일 수 있다.The lithium secondary battery had a capacity retention rate of 98% or more relative to the initial (100%) after 30 cycles when a voltage of 4.3 to 3.0 V was applied at 0.1 C / 0.1 C to Li + / Li at 25 캜, The retention rate may be 94% or more of the initial (100%) and 100% of the initial (100%) capacity retention rate after 100 cycles.

또한, 25 ℃에서 Li+/Li에 대해 1C/1C 로, 4.3 내지 3.0 V의 전압 인가 시, 화성(Formation) 방전 용량이 190 mAh/g 이상일 수 있다.Further, when a voltage of 4.3 to 3.0 V is applied at 1 C / 1C to Li + / Li at 25 占 폚, the formation discharge capacity may be 190 mAh / g or more.

이처럼 우수한 전지 성능은, 후술되는 평가예로부터 뒷받침된다.Such excellent cell performance is supported by the evaluation examples described later.

이하에서는, 전술한 양극 활물질에 대한 중복되는 설명은 생략하고, 리튬 이차 전지에 포함된 나머지 구성을 설명한다.Hereinafter, a redundant description of the above-mentioned positive electrode active material will be omitted, and the remaining constitution of the lithium secondary battery will be described.

상기 집전체로는 알루미늄을 사용할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.As the collector, aluminum may be used, but the present invention is not limited thereto.

상기 바인더는 예를 들어 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 등일 수 있다. The binder may be selected from, for example, polyvinyl alcohol, carboxymethylcellulose, hydroxypropylcellulose, diacetylcellulose, polyvinyl chloride, carboxylated polyvinyl chloride, polyvinyl fluoride, polymers comprising ethylene oxide, Styrene-butadiene rubber, acrylated styrene-butadiene rubber, epoxy resin, nylon, and the like can be used.

상기 도전재는 전극에 도전성을 부여하기 위해 사용되는 것으로, 전지에서 화학변화를 야기하지 않고 전자 전도성 재료이면 어떠한 것도 사용 가능하다. 도전재의 예로 천연 흑연, 인조 흑연, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸블랙, 탄소섬유, 구리, 니켈, 알루미늄, 은 등의 금속 분말, 금속 섬유 등을 사용할 수 있고, 또한 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 재료를 1종 또는 1종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.The conductive material is used for imparting conductivity to the electrode. Any conductive material can be used without causing any chemical change in the battery. Examples of the conductive material include metal powders such as natural graphite, artificial graphite, carbon black, acetylene black, ketjen black, carbon fiber, copper, nickel, aluminum and silver, metal fibers and the like, and conductive materials such as polyphenylene derivatives May be used alone or in combination.

상기 음극은 집전체 및 상기 집전체 위에 형성된 음극 활물질 층을 포함한다. The negative electrode includes a current collector and a negative electrode active material layer formed on the current collector.

상기 집전체로는 구리 박, 니켈 박, 스테인레스강 박, 티타늄 박, 니켈 발포체(foam), 구리 발포체, 전도성 금속이 코팅된 폴리머 기재, 또는 이들의 조합을 사용할 수 있다.The current collector may be a copper foil, a nickel foil, a stainless steel foil, a titanium foil, a nickel foil, a copper foil, a polymer substrate coated with a conductive metal, or a combination thereof.

상기 음극 활물질 층은 음극 활물질, 바인더 조성물, 및/또는 도전재를 포함한다.The negative electrode active material layer includes a negative electrode active material, a binder composition, and / or a conductive material.

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

상기 음극 활물질과 바인더 조성물, 도전재에 대한 설명은 생략한다.Descriptions of the negative electrode active material, the binder composition and the conductive material will be omitted.

상기 전해질은 비수성 유기 용매와 리튬염을 포함한다. 상기 비수성 유기 용매와 리튬염은 상용되는 것이라면 제한 없이 적용될 수 있으므로 자세한 설명은 생략한다.The electrolyte includes a non-aqueous organic solvent and a lithium salt. The non-aqueous organic solvent and the lithium salt can be used as long as they are compatible with each other, so that detailed explanation is omitted.

이하 본 발명의 실시예, 이에 대비되는 비교예, 그리고 이들의 평가예를 기재한다. 하기 실시예는 본 발명의 일 실시예일뿐이므로 본 발명이 하기한 실시예에 한정되는 것은 아니다.Examples of the present invention, comparative examples thereof, and evaluation examples thereof will be described below. The following examples are only illustrative of the present invention and are not intended to limit the scope of the present invention.

실시예 1Example 1

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

목적하는 LiNi0 . 8865Co0 . 0985Ti0 . 005B0 . 0025O2의 화학양론적 몰비가 되게, 니켈계 금속 수산화물 전구체인 Ni0 . 9Co0 .1(OH)2, 리튬 공급 물질인 LiOH, Ti 공급 물질인 TiO2, 및 B 원료 물질인 B2O3 를, 건식으로 혼합하였다. The desired LiNi 0 . 8865 Co 0 . 0985 Ti 0 . 005 B 0 . To be a stoichiometric molar ratio of O 2 , the Ni-based metal hydroxide precursor Ni 0 . A 9 0 .1 Co (OH) 2, lithium source material of LiOH, Ti feed material is TiO 2, and B raw materials of B 2 O 3, and mixed in a dry process.

건식 혼합물 총 4.0kg의 혼합물을 물라이트(mullite) 재질의 내화갑(saggar)에 충진시키고, 공기(air)분위기의 박스형 소결로에서, 소성 온도 790 조건으로 맞추어 총 10시간 동안 소성하였다. 이후, 실온까지 자연 냉각하였다.Dried mixture was filled in a mullite saggar and fired in a box-type sintering furnace in an air atmosphere at a firing temperature of 790 for a total of 10 hours. Thereafter, it was naturally cooled to room temperature.

이에 따라 얻어진 물질을 물질을 분쇄 분급하여, 평균 입경이 15㎛이 되도록 하여, 실시예 1의 양극 활물질로 수득하였다.The material thus obtained was pulverized and classified to obtain an average particle size of 15 占 퐉, which was obtained as the cathode active material of Example 1.

(2) 리튬 이차 전지(Half-cell)의 제조(2) Production of lithium secondary battery (Half-cell)

실시예 1의 양극 활물질과 도전재(Denka black), 바인더(PVDF)의 질량비가 94:3:3 (활물질: 도전재: 바인더)가 되도록 N-메틸-2피롤리돈 용매에서 균일하게 혼합하였다. Were uniformly mixed in an N-methyl-2-pyrrolidone solvent such that the mass ratio of the cathode active material to the conductive material (Denka black) and the binder (PVDF) of Example 1 was 94: 3: 3 (active material: conductive material: binder) .

상기의 혼합물을 알루미늄 호일에 고르게 도포한 후 롤프레스에서 압착하고 100 내지 200 진공오븐에서 12시간 진공 건조하여 양극을 제조하였다. 상대 전극으로 Li-metal을 사용하고, 전해액으로 에틸렌카보네이트(EC):에틸메틸카보네이트(EMC) = 1:2인 혼합용매에 1몰의 LiPF6 용액을 액체 전해액으로 사용하여 통상적인 제조방법에 따라 반쪽 전지(half coin cell)를 제조하였다.The above mixture was spread evenly on an aluminum foil, compressed by a roll press, and vacuum-dried in a 100-200 vacuum oven for 12 hours to prepare a positive electrode. Li-metal was used as a counter electrode, and 1 mol of LiPF 6 solution in a mixed solvent of ethylene carbonate (EC): ethyl methyl carbonate (EMC) = 1: 2 was used as a liquid electrolytic solution according to a conventional manufacturing method A half-coin cell was prepared.

실시예 2Example 2

LiNi0 . 8865Co0 . 0985Ti0 . 01B0 . 005O2로 목적하여 원료를 건식 혼합하고, 나머지는 실시예 1과 동일한 공정으로 활물질을 제조하고, 이를 포함하는 반쪽 전지를 제조하였다. LiNi 0 . 8865 Co 0 . 0985 Ti 0 . 01 B 0 . Object 005 to O 2 by dry mixing the raw materials and the remainder of the active material by the same process as in Example 1 to prepare a half-cell for making and including the same.

실시예 3Example 3

LiNi0 . 8865Co0 . 0985Ti0 . 05B0 . 0025O2로 목적하여 원료를 건식 혼합하고, 나머지는 실시예 1과 동일한 공정으로 활물질을 제조하고, 이를 포함하는 반쪽 전지를 제조하였다. LiNi 0 . 8865 Co 0 . 0985 Ti 0 . 05 B 0 . An active material was prepared by dry mixing the raw materials with the aim of O 2 and the remainder in the same manner as in Example 1 to prepare a half-cell including the same.

비교예 1Comparative Example 1

LiNi0 . 8865Co0 . 0985Ti0 . 01O2로 목적하여 원료를 건식 혼합하고, 나머지는 실시예 1과 동일한 공정으로 활물질을 제조하고, 이를 포함하는 반쪽 전지를 제조하였다. LiNi 0 . 8865 Co 0 . 0985 Ti 0 . 01 &lt; / RTI &gt; O2, and the remaining materials were prepared in the same manner as in Example 1 to prepare a half-cell.

비교예 2Comparative Example 2

LiNi0 . 8865Co0 . 0985B0 . 005O2로 목적하여 원료를 건식 혼합하고, 나머지는 실시예 1과 동일한 공정으로 활물질을 제조하고, 이를 포함하는 반쪽 전지를 제조하였다. LiNi 0 . 8865 Co 0 . 0985 B 0 . Object 005 to O 2 by dry mixing the raw materials and the remainder of the active material by the same process as in Example 1 to prepare a half-cell for making and including the same.

비교예 3Comparative Example 3

LiNi0 . 8865Co0 . 0985Ti0 . 01B0 . 01O2로 목적하여 원료를 건식 혼합하고, 나머지는 실시예 1과 동일한 공정으로 활물질을 제조하고, 이를 포함하는 반쪽 전지를 제조하였다. LiNi 0 . 8865 Co 0 . 0985 Ti 0 . 01 B 0 . 01 &lt; / RTI &gt; O2, and the remaining materials were prepared in the same manner as in Example 1 to prepare a half-cell.

비교예 4Comparative Example 4

LiNi0 . 8865Co0 . 0985O2로 목적하여 원료를 건식 혼합하고, 나머지는 실시예 1과 동일한 공정으로 활물질을 제조하고, 이를 포함하는 반쪽 전지를 제조하였다. LiNi 0 . 8865 Co 0 . 0985 O 2 , and the remainder was prepared in the same manner as in Example 1 to prepare an active material, and a half cell comprising the same was prepared.

평가예 1 (입자내부 포어 비율, 입자 치밀도)Evaluation example 1 (particle inner pore ratio, particle density)

측정은 SEM(scanning electron microscope/주사 전자 현미경)으로 실시하였다.The measurement was carried out by SEM (scanning electron microscope / scanning electron microscope).

SEM은 조사된 에너지에 의해 샘플에서 산란하는 이차전자를 검출하며, 그 검출되는 양에 따라 표시되는 색소가 달라져 명암이 발생하고 그 것이 합쳐져 이미지화 되는 원리를 이용한 것이다.The SEM detects the secondary electrons scattered in the sample by the irradiated energy, and uses the principle that the displayed dye is changed according to the amount of the detected secondary electrons, so that light and shade are generated and are combined and imaged.

이에 따라 발생한 명함차는 포토샵 등 화소 구별 프로그램으로 색에 따른 경계를 지을 수 있고, 경계면으로 형성된 영역의 면적을 구하는 방식으로 포어와 벌크의 면적을 구할 수 있다. 통상 벌크부는 전자의 산란량이 많기 때문에 밝은 색을 띠고, 포어부는 반대로 어두운 색을 띄게 된다.Thus, the name card difference can be defined by a pixel-based program such as Photoshop, and the area of the pore and the bulk can be obtained by obtaining the area of the area formed by the boundary. Normally, the bulk portion has a large amount of electrons scattered, so that the bulk portion has a bright color and the pore portion has a dark color.

포어부의 색은 입자가 아닌 입자 외부의 색과 가깝고 이는 이차입자의 산란이 이루어지지 않을 수록 검은 색에 가까운 것을 확인 할 수 있다.The color of the pore is close to the color outside the particle, not the particle, which is closer to black as the secondary particles are not scattered.

입자의 치밀도는, 입자에서 입자 내 포어 면적이 차지하는 비율로 알 수 있으며 측정 입자 색화소의 차이를 경계로 하여 면적을 구할 수 있는 프로그램이면 어떤 것이든 가능하다. 대표적으로 포토샵을 이용할 수 있으며 아래의 단계를 통해 구할 수 있다.The density of the particles can be any program that can be known by the ratio occupied by the pore area in the particle in the particle and can obtain the area with the difference of the measured particle color pixel as a boundary. Typically, Photoshop is available and can be obtained through the following steps.

1) 매직스틱 기능을 이용하여 입자내부에서 bulk 부를 클릭하여 벌크부의 색과 동일한 색의 영역대를 색소 허용범위를 ±5 지정한 후 measurement log에서 산출된 면적(A)을 확인1) Use the magic stick function to check the area (A) calculated from the measurement log after clicking the bulk part inside the particle to specify the color range of the same color as the color of the bulk part by ± 5

2) 매직스틱 기능을 이용하여 입자내부에서 포어부를 클릭하여 포어부와 동일한 색의 동일한 색의 영역대를 색소 허용범위를 ±5 지정한 후 입자 내부에 존재하는 포어부를 모두 선택하여 measurement log에서 모든 포어면에서 합산하여 산출된 면적(B)을 확인2) Using the magic stick function, click on the pore inside the particle to specify the same color area of the same color as the pore and set the pigment tolerance within ± 5, select all the pores inside the particle, Check the area (B) calculated by summing in the plane

3) A/(A+B) 의 관계식을 통해 입자 총면적에서 포어부의 비율(C)을 확인3) Determine the ratio of the fore part to the total area of the particle (C) through the relation A / (A + B)

도1은 실시예 2을 통해 만들어진 양극활물질 입자를 나타낸 이미지이다.1 is an image showing a cathode active material particle prepared in Example 2. Fig.

도2는 비교예 1를 통해 만들어진 양극활물질 입자를 나타낸 이미지이다.FIG. 2 is an image showing the cathode active material particles produced in Comparative Example 1. FIG.

도3은 비교예 4를 통해 만들어진 양극활물질 입자를 나타낸 이미지이다.3 is an image showing a cathode active material particle produced through Comparative Example 4. FIG.

도 1과 비교해 도 2 및 도 3은 양극활물질 내 빈공간의 비율이 높은 것을 확인 할 수 있다.Compared with FIG. 1, FIG. 2 and FIG. 3 show that the ratio of the void space in the cathode active material is high.

비교예 4, 비교예 1, 및 실시예 2의 각 양극 활물질의 그 단면을 전자주사 현미경으로 관찰한 것을 확인 해보면 단일 입자 내 상대적으로 밝은 부분을 벌크 부분(bulk)의 면적을 A, 상대적으로 어두운 부분을 포어(pore) 부분의 면적을 B라고 했을 때 A/(A+B) 비가 실시예 2가 가장 큰 것을 확인 할 수 있다. The cross-section of each of the cathode active materials of Comparative Example 4, Comparative Example 1 and Example 2 was observed by an electron scanning microscope. It was found that the relatively bright portion in a single particle was defined as A, the relatively dark And the area of the pore portion is B, it can be confirmed that the ratio of A / (A + B) is the largest in Example 2.

그러나, Ti만 단독 도핑된 비교예 1, 전혀 도핑되지 않은 비교예 4로 갈수록, 2차 입자 내부 공극의 크기가 커지고, 공극이 차지하는 부피가 커짐을 알 수 있다.However, it can be seen that the size of the secondary particle internal pores becomes larger and the volume occupied by the pores becomes larger as compared with Comparative Example 1 in which Ti alone is doped only and Comparative Example 4 which is not doped at all.

평가예Evaluation example 2 (입자원형도) 2 (particle circularity)

하기와 같이 원형도를 구할 수 있다.The circularity can be obtained as follows.

주사형 전자 현미경 (SEM) 혹은 투과형 전자 현미경 (TEM) 으로 입자 이미지를 촬영한 후, 측정 분말의 D40이상의 Size를 가지는 입자를 Random으로 선별하여 1개의 입자에 대해, After particle images were taken with a scanning electron microscope (SEM) or a transmission electron microscope (TEM), particles having a size of D40 or more of the powder to be measured were randomly selected,

1) 입자의 내부 면적을 최대 포함할 수 있는 제1원을 입자 내부에 그린다.1) Draw a first circle inside the particle that can contain the maximum internal area of the particle.

2) 해당입자의 최장축을 지름으로하며 제1원에 포함된 면적을 제외한 입자의 모든 면적을 포함하는 제2원을 그린다.2) Draw a second circle containing the entire area of the particle except for the area included in the first circle, with the longest axis of the particle as the diameter.

3) 제1원의 지름의 길이(α)와 제2원의 지름의 길이(β)의 비가 (α)/(β) 하여 원형도값(λ)을 구한다.3) A circularity value? Is obtained by a ratio? /? Between the length? Of the first circle and the length? Of the diameter of the second circle.

측정 분말에서 입자 Size를 D40이상으로 하는 이유는 Dmin 부터 D40미만의 소형입자의 경우 거의 모든 실험 샘플에 있어서 입자의 형상이 부정형으로 나타나는 경향이 있으므로 도펀트에 의한 입자 구형도의 차이를 명확히 확인할 수 없기 때문이다. The reason why the particle size in the measured powder is more than D40 is that in the case of small particles of Dmin to less than D40, the shape of the particles tends to be irregular in almost all of the test samples, so that the difference of the particle sphericality by the dopant can not be clearly confirmed Because.

도펀트에 의한 입자의 구형도 차이는 전구체 합성 시 반응이 완결된 D40이상의 입자에서 확인 할 수 있다. 통상, 전구체 상태에서 반응이 완결되지 못한 입자는 부정형의 입자형태를 띠므로 이들을 소성하였을 시에도 부정형의 형태를 띠게 된다. 그러므로 전구체 상태에서 반응이 완결된 D40이상의 입자에서 평균 원형도를 구하는 것이 바람직하다. The difference in sphericality of the particles due to the dopant can be confirmed from the particles of D40 or more in which the reaction is completed when the precursor is synthesized. In general, particles that are not completely reacted in the precursor state have a morphology of irregular shape, so that they have an irregular shape when they are calcined. Therefore, it is preferable to obtain the average circularity in the particles of D40 or more in which the reaction is completed in the precursor state.

또한, 이들 치밀도와 원형도는 단일 입자 단위의 파라메타이므로 분체에서 적용하기 위해서는 이러한 측정을 n 입자 개수만큼 실시한 후 n으로 나누어주어 그 평균을 구함으로써 분체적인 특성으로 적용할 수 있다.These compactness and circularity are parameters of a single particle unit. Therefore, in order to be applied to a powder, this measurement can be applied to the number of n particles, divided by n, and then the average can be applied as a powder characteristic.

이 때 n은 통상 SEM 이미지 1000배율 또는 3000배율 내에 랜덤 분포하는 입자의 총 개수면 족하며 통상 20~30개 이면 된다.In this case, n is usually the total number of particles randomly distributed within the SEM image 1000 magnification or 3000 magnification, and is usually 20-30.

도 4는 실시예1의 SEM이미지이다. 입자크기가 입자크기 분포 D40이상인 입자에서 거의 모두 구형에 가까운 것을 확인 할 수 있다.4 is an SEM image of Example 1. Fig. It can be seen that almost all of the particles having a particle size of D40 or more have a spherical shape.

치밀도Compactness 원형도Circularity BET (m2/g)BET (m 2 / g) 실시예1Example 1 0.9990.999 0.970.97 0.320.32 실시예2Example 2 0.9990.999 0.980.98 0.290.29 실시예3Example 3 0.9990.999 0.970.97 0.300.30 비교예1Comparative Example 1 0.9680.968 0.980.98 0.690.69 비교예2Comparative Example 2 0.9570.957 0.970.97 0.620.62 비교예3Comparative Example 3 0.9990.999 0.970.97 0.300.30 비교예4Comparative Example 4 0.870.87 0.980.98 0.780.78

이에 따라, 전혀 도핑하지 않은 경우보다 Ti를 단독 도핑한 경우, 나아가 B 및 Ti를 동시 도핑한 경우, 내부 공극의 크기 및 부피가 모두 감소되어 2차 입자가 견고해짐을 알 수 있다.Thus, it can be seen that, when Ti is doped alone, and when B and Ti are simultaneously doped, the size and volume of the internal pores are both reduced, and the secondary particles are solidified.

나아가, 이처럼 견고한 2차 입자는, 전지의 충방전 사이클을 지속되더라도 그 2차 입자 구조 붕괴가 억제되고, 전기 전도 네트워크가 유지될 것인 바, 전지 용량 감소를 최소화할 수 있을 것이다.Furthermore, such a solid secondary particle will minimize secondary cell structure collapse even if the charge / discharge cycle of the battery is continued, and the battery conduction network will be maintained, thereby minimizing battery capacity decrease.

평가예 2 (전지 특성 평가)Evaluation Example 2 (Evaluation of battery characteristics)

실제로, 실시예 1 내지 3, 및 비교예 1 내지 4의 각 전지에 대해, 총 100 회 충방전을 실시하면서, 1회 충방전, 30회 충방전, 50회 충방전, 및 100회 충방전 회차에 따라 방전 용량과 용량 유지율을 평가하여, 표 1에 기록하였다.Actually, each battery of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 4 was charged and discharged once, charged and discharged once for 30 times, charged and discharged for 50 times, charged and discharged for 100 times, , The discharge capacity and the capacity retention rate were evaluated and recorded in Table 1.

단, 각각의 전지는, 25℃에서 Li+/Li에 대해 1C/1C 로, 4.3 내지 3.0 V의 전압 인가하였다. However, each battery was subjected to a voltage of 4.3 to 3.0 V at 1 C / 1C relative to Li + / Li at 25 占 폚.

  TiTi BB 1st Discharge1st Discharge 30th Discharge30th Discharge 50th Discharge50th Discharge 100th Discharge100th Discharge 1st/30th 비율1st / 30th ratio 1st/50th 비율1st / 50th ratio 1st/100th 비율1st / 100th ratio 실시예1Example 1 0.0050.005 0.00250.0025 210.78210.78 208.93208.93 199.08199.08 169.76169.76 99.12%99.12% 94.45%94.45% 80.54%80.54% 실시예2Example 2 0.010.01 0.0050.005 200.78200.78 208.93208.93 199.08199.08 173.83173.83 99.12%99.12% 94.45%94.45% 82.47%82.47% 실시예3Example 3 0.050.05 0.00250.0025 195.24195.24 208.99208.99 200.28200.28 172.29172.29 99.15%99.15% 95.02%95.02% 81.74%81.74% 비교예1Comparative Example 1 0.010.01   211.09211.09 206.86206.86 182.89182.89 165.27165.27 98.14%98.14% 86.77%86.77% 78.41%78.41% 비교예2Comparative Example 2   0.0050.005 212.82212.82 196.34196.34 180.66180.66 147.76147.76 93.15%93.15% 85.71%85.71% 70.10%70.10% 비교예3Comparative Example 3 0.010.01 0.010.01 187.47187.47 208.93208.93 200.49200.49 169.80169.80 99.12%99.12% 95.12%95.12% 80.56%80.56% 비교예4Comparative Example 4     214.03214.03 190.00190.00 175.39175.39 145.46145.46 90.14%90.14% 83.21%83.21% 69.01%69.01%

* discharge 단위: mAh/g* discharge unit: mAh / g

1)One) 도핑의 이점Advantages of doping

표 1에 따르면, 전혀 도핑하지 않은 양극 활물질을 적용한 경우(비교예 4)보다, Ti, B, 또는 이들의 조합을 도핑한 양극 활물질을 적용한 경우(실시예 1 내지 3, 및 비교예 1 내지 3), 전지의 사이클 진행에 따른 용량 유지율이 향상되는 것을 확인할 수 있다.According to Table 1, when the cathode active material doped with Ti, B, or a combination thereof was used (Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3 ), It is confirmed that the capacity retention ratio is improved with the progress of the cycle of the battery.

2)2) Ti 및 B 동시 도핑의 이점Benefits of Ti and B Co-doping

또한, 도핑된 양극 활물질에 있어서도, B 또는 Ti만 각각 도핑한 경우(비교예 1 및 2)보다, Ti 및 B를 동시 도핑한 경우(실시예 1 내지 3, 및 비교예 4), 50 사이클 이후 용량 유지율이 향상되는 것을 확인할 수 있다.Further, in the doped cathode active material, when Ti and B were simultaneously doped (Examples 1 to 3 and Comparative Example 4) than in the case where only B or Ti was doped (Comparative Examples 1 and 2) It can be confirmed that the capacity retention rate is improved.

구체적으로, B 도핑 비율을 0.01로 하여 단독 도핑한 비교예 1나, Ti 도핑 비율을 0.005로 하여 단독 도핑한 비교예 2보다, B 도핑 비율을 0.01로하며 Ti 도핑 비율을 0.05로 하여 동시 도핑한 실시예 2의 경우, 사이클 특성이 더욱 향상된 것이다. Concretely, the B doping ratio was set to 0.01 and the Ti doping ratio was set to 0.05 as compared with Comparative Example 1 in which the B doping ratio was 0.01 and the single doping was Comparative Example 2 in which the Ti doping ratio was 0.005, In the case of Example 2, the cycle characteristics were further improved.

이와 관련하여, Ti 도핑 비율을 0.0001 내지 0.05로 하고, B 도핑 비율을 0.00005 내지 0.025로 하여 동시 도핑 하면, 사이클 특성 향상 효과가 우수하게 발현되는 데 유리할 것으로 보인다.In this connection, simultaneous doping with a Ti doping ratio of 0.0001 to 0.05 and a B doping ratio of 0.00005 to 0.025 is considered to be advantageous in exhibiting excellent cycle characteristic improving effect.

3)3) Ti 및 B 동시 도핑 비율 한정의 이점Advantages of limiting Ti and B simultaneous doping ratios

나아가, Ti 및 B 동시 도핑의 경우에 있어서도, Ti 도핑 비율을 0.01로 고정하고, B 도핑 비율을 0.005(실시예 2) 및 0.01(비교예 3)으로 각각 달리한 경우, B 도핑 비율이 높은 경우 50 사이클 후 용량 유지율은 향상되지만, 오히려 100 사이클 후 용량 유지율과 초기 용량 특성은 저하되는 것을 확인할 수 있다.Furthermore, even in the case of simultaneous doping of Ti and B, when the Ti doping ratio is fixed to 0.01 and the B doping ratio is changed to 0.005 (Example 2) and 0.01 (Comparative Example 3), respectively, It is confirmed that the capacity retention ratio after 50 cycles is improved, but the capacity retention ratio and the initial capacity characteristic after 100 cycles are lowered.

B 도핑 비율이 증가할수록, 전지의 사이클 수명 특성은 향상되지만, 초기 특성은 저하될 수 있는 것이다. 이에, Ti 및 B 동시 도핑 비율을 적절히 조절하면, 전지의 사이클 수명 특성과 초기 특성을 조화롭게 향상시킬 수 있을 것이다.As the B doping ratio is increased, the cycle life characteristics of the battery are improved, but the initial characteristics may be lowered. Accordingly, by appropriately adjusting the simultaneous doping ratios of Ti and B, the cycle life characteristics and the initial characteristics of the battery can be harmoniously improved.

구체적으로, 실시예 1 내지 3, 및 비교예 3을 대비해보면, B의 도핑 비율(y)에 대한 Ti의 도핑 비율(x)이 2 ≤ x/y≤ 20 인 실시예 1 내지 3에서, x/y=1인 비교예 2보다, 사이클 수명 특성을 극대화 하면서도 초기 특성 저하가 억제된 것으로 보인다.Specifically, in Examples 1 to 3 and Comparative Example 3, in Examples 1 to 3 in which the doping ratio (x) of Ti to the doping ratio (y) of B is 2? X / / y = 1, the initial characteristic deterioration is suppressed while maximizing the cycle life characteristic.

이에, B의 도핑 비율(y)에 대한 Ti의 도핑 비율(x)이 적절한 범위를 만족하는 것이 유리함을 알 수 있다.It is therefore seen that it is advantageous that the doping ratio (x) of Ti to the doping ratio (y) of B satisfies an appropriate range.

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

Claims (16)

삭제delete 리튬 금속 산화물 입자가 집합된 2차 입자이되,
상기 리튬 금속 산화물 입자는 니켈계 레이어드 구조이며,
상기 2차 입자의 평균 치밀도는 0.999고,
상기 2차 입자의 BET 비표면적 값은 0.5m2/g 이하이고,
상기 리튬 금속 산화물 입자는, 상기 구조 내 Ti 및 B이 동시에 도핑되고,
상기 리튬 금속 산화물 입자의 도핑 비율은, 전체 리튬 금속 산화물 내 금속 1몰 기준에 대해, 각각 독립적으로, 0.0001 ≤Ti≤ 0.05 이고, 0.00005 ≤B≤ 0.025이하이고,
니켈 및 코발트를 포함하는 니켈계 레이어드 구조인 것인 리튬 이차 전지용 양극 활물질.
The lithium metal oxide particles are aggregated secondary particles,
The lithium metal oxide particle is a nickel-based layered structure,
The average density of the secondary particles was 0.999,
The BET specific surface area value of the secondary particles is 0.5 m 2 / g or less,
Wherein the lithium metal oxide particles are simultaneously doped with Ti and B in the structure,
The doping ratio of the lithium metal oxide particles is 0.0001? Ti? 0.05, and 0.00005? B? 0.025 or less, independently for each mole of metal in the total lithium metal oxide,
Wherein the nickel-based layered structure is a nickel-based layered structure including nickel and cobalt.
제2항에 있어서,
상기 2차 입자의 평균 원형도는 0.9이상인 것인 리튬 이차 전지용 양극 활물질.
3. The method of claim 2,
Wherein the secondary particles have an average circularity of 0.9 or more.
제2항에 있어서,
상기 2차 입자의 BET 비표면적 값은 0.4m2/g 이하인 것인 리튬 이차 전지용 양극 활물질.
3. The method of claim 2,
Wherein the secondary particles have a BET specific surface area value of 0.4 m 2 / g or less.
제2항에 있어서,
상기 리튬 금속 산화물 입자는, 하기 화학식 1로 표시되는 것인,
리튬 이차 전지용 양극 활물질:
[화학식 1]
Li1+W(NiaCobTixByMez)1-WO2
상기 화학식 1에서,
Me는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 전이금속, 13족원소, 또는 14 족에서 선택되는 1 이상의 원소이고,
-0.5 ≤ W ≤0.5이고, 0.5 ≤ a <1이고, 0 < b < 0.5이고, 0.0001 ≤x ≤ 0.05이고, 0.00005 ≤ y ≤ 0.025이고, 0≤z≤0.01이다.
3. The method of claim 2,
Wherein the lithium metal oxide particles are represented by the following formula (1)
Cathode active material for lithium secondary battery:
[Chemical Formula 1]
Li 1 + W (Ni a Co b Ti x B y Me z ) 1-W 2 O 2
In Formula 1,
Me is at least one element selected from alkali metals, alkaline earth metals, transition metals, Group 13 elements, or Group 14,
0.5? A? 1, 0? B? 0.5, 0.0001? X? 0.05, 0.00005? Y? 0.025, and 0? Z?
제5항에 있어서,
상기 화학식 1에서, 2.0≤ x/y≤ 20.0 것인,
리튬 이차 전지용 양극 활물질.
6. The method of claim 5,
Wherein in Formula 1, 2.0? X / y? 20.0,
Cathode active material for lithium secondary battery.
제5항에 있어서,
상기 화학식 1에서, 0.005 ≤x ≤ 0.05인 것인,
리튬 이차 전지용 양극 활물질.
6. The method of claim 5,
Wherein 0.005? X? 0.05 in the formula (1)
Cathode active material for lithium secondary battery.
제5항에 있어서,
상기 화학식 1에서, 0.0025 ≤y ≤ 0.025인 것인,
리튬 이차 전지용 양극 활물질.
6. The method of claim 5,
Wherein 0.0025? Y? 0.025 in the formula (1)
Cathode active material for lithium secondary battery.
Ti 공급 물질, B 공급 물질, 니켈계 금속 수산화물 전구체, 및 리튬 공급 물질의 건식 혼합물을 제조하는 단계; 및
상기 건식 혼합물을 소성하여, 리튬 금속 산화물 입자가 집합된 2차 입자를 형성하는 단계;를 포함하되,
상기 리튬 금속 산화물 입자의 도핑 비율이, 몰 비율을 기준으로, 각각 독립적으로, 0.0001 ≤Ti≤ 0.05 이고, 0.00005 ≤B≤ 0.025이하가 되도록, 상기 건식 혼합물을 화학양론적 몰비를 제어하는 것인,
리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법.
Preparing a dry mixture of a Ti feedstock, a B feedstock, a nickel-based metal hydroxide precursor, and a lithium feedstock; And
Calcining the dry mixture to form secondary particles into which lithium metal oxide particles have been aggregated,
Wherein the dry mixture is controlled to have a stoichiometric molar ratio such that the doping ratio of the lithium metal oxide particles is 0.0001? Ti? 0.05 and 0.00005? B? 0.025,
(Method for producing positive electrode active material for lithium secondary battery).
제9항에 있어서,
상기 니켈계 금속 수산화물 전구체는, 니켈 및 코발트를 포함하는 것인,
리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법.
10. The method of claim 9,
Wherein the nickel-based metal hydroxide precursor comprises nickel and cobalt.
(Method for producing positive electrode active material for lithium secondary battery).
제9항에 있어서,
상기 건식 혼합물의 소성 온도는 700 내지 1,050℃ 인,
리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조방법.
10. The method of claim 9,
The firing temperature of the dry mixture is 700 to 1,050 DEG C,
(Method for producing positive electrode active material for lithium secondary battery).
양극 집전체, 및 상기 양극 집전체 상에 위치하는 양극 활물질 층을 포함하는 양극;
음극 활물질을 포함하는 음극; 및
전해질을 포함하되,
상기 양극 활물질 층은 양극 활물질을 포함하고,
상기 양극 활물질은, 리튬 금속 산화물 입자가 집합된 2차 입자이되, 상기 리튬 금속 산화물 입자는 니켈계 레이어드 구조이며, 상기 구조 내 Ti 및 B이 동시에 도핑되고, 상기 리튬 금속 산화물 입자의 도핑 비율은, 전체 리튬 금속 산화물 내 금속 1몰 기준에 대해, 각각 독립적으로, 0.0001 ≤Ti≤ 0.05 이고, 0.00005 ≤B≤ 0.025이하이고, 상기 2차 입자의 평균 치밀도는 0.999이고, 상기 2차 입자의 BET 비표면적 값은 0.5m2/g 이하인 것인
리튬 이차 전지.
A positive electrode including a positive electrode collector and a positive electrode active material layer disposed on the positive electrode collector;
A negative electrode comprising a negative electrode active material; And
An electrolyte,
Wherein the cathode active material layer comprises a cathode active material,
Wherein the cathode active material is a secondary particle in which lithium metal oxide particles are aggregated, the lithium metal oxide particle is a nickel-based layered structure, Ti and B in the structure are simultaneously doped, and the doping ratio of the lithium metal oxide particle is, , 0.00001?? Ti? 0.05, and 0.00005? B? 0.025, the average density of the secondary particles is 0.999, and the BET ratio of the secondary particles The surface area value is not more than 0.5 m 2 / g
Lithium secondary battery.
제12항에 있어서,
상기 리튬 이차 전지는,
25 ℃에서 Li+/Li에 대해 0.1C/0.1C 로, 4.3 내지 3.0 V의 전압 인가 시, 30 사이클 후 용량 유지율이 최초(100 %) 대비 98 % 이상인 것인,
리튬 이차 전지.
13. The method of claim 12,
In the lithium secondary battery,
Wherein the capacity retention rate after 30 cycles at a voltage of 4.3 to 3.0 V at 0.1 C / 0.1 C for Li + / Li at 25 캜 is 98% or more relative to the initial (100%).
Lithium secondary battery.
제12항에 있어서,
상기 리튬 이차 전지는,
25 ℃에서 Li+/Li에 대해 0.1C/0.1C 로, 4.3 내지 3.0 V의 전압 인가 시, 50 사이클 후 용량 유지율이 최초(100 %) 대비 94 % 이상인 것인,
리튬 이차 전지.
13. The method of claim 12,
In the lithium secondary battery,
Wherein the capacity retention ratio after 50 cycles at a voltage of 4.3 to 3.0 V at 0.1 C / 0.1 C for Li + / Li at 25 캜 is 94% or more relative to the initial (100%).
Lithium secondary battery.
제12항에 있어서,
상기 리튬 이차 전지는,
25 ℃에서 Li+/Li에 대해 1C/1C 로, 4.3 내지 3.0 V의 전압 인가 시, 화성(Formation) 방전 용량이 190 mAh/g 이상인 것인,
리튬 이차 전지.

13. The method of claim 12,
In the lithium secondary battery,
Wherein a formation discharge capacity is 190 mAh / g or more when a voltage of 4.3 to 3.0 V is applied at 1 C / 1C to Li + / Li at 25 占 폚.
Lithium secondary battery.

삭제delete
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