[go: up one dir, main page]

KR20200033764A - positive material having surface coated positive active material for lithium secondary battery, preparation method thereof and lithium secondary battery comprising the same - Google Patents

positive material having surface coated positive active material for lithium secondary battery, preparation method thereof and lithium secondary battery comprising the same Download PDF

Info

Publication number
KR20200033764A
KR20200033764A KR1020190116001A KR20190116001A KR20200033764A KR 20200033764 A KR20200033764 A KR 20200033764A KR 1020190116001 A KR1020190116001 A KR 1020190116001A KR 20190116001 A KR20190116001 A KR 20190116001A KR 20200033764 A KR20200033764 A KR 20200033764A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
positive electrode
secondary battery
active material
electrode active
coating layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
KR1020190116001A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR102274784B1 (en
Inventor
명승택
조창흠
Original Assignee
세종대학교산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 세종대학교산학협력단 filed Critical 세종대학교산학협력단
Publication of KR20200033764A publication Critical patent/KR20200033764A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102274784B1 publication Critical patent/KR102274784B1/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/362Composites
    • H01M4/366Composites as layered products
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052Li-accumulators
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/485Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of mixed oxides or hydroxides for inserting or intercalating light metals, e.g. LiTi2O4 or LiTi2OxFy
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/52Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron
    • H01M4/525Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron of mixed oxides or hydroxides containing iron, cobalt or nickel for inserting or intercalating light metals, e.g. LiNiO2, LiCoO2 or LiCoOxFy
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

According to an embodiment of the present invention, provided is a positive electrode material for a secondary battery. The positive electrode material for a secondary battery includes a positive electrode active material particle and a surface coating layer positioned on a surface of the positive electrode active material particle and containing a material represented by chemical formula 1, Ca_5(PO_4)_3X_(1-x)Li_x. In the chemical formula 1, X is OH, F or Cl, and x is 0 to 1.

Description

표면 코팅된 양극 활물질을 갖는 리튬 이차전지용 양극 재료, 이의 제조방법, 및 이를 포함하는 리튬 이차전지{positive material having surface coated positive active material for lithium secondary battery, preparation method thereof and lithium secondary battery comprising the same}A positive electrode material for a lithium secondary battery having a surface-coated positive electrode active material, a manufacturing method thereof, and a lithium secondary battery comprising the same {positive material having surface coated positive active material for lithium secondary battery, preparation method thereof and lithium secondary battery comprising the same}

본 발명은 이차전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 리튬 이차전지에 관한 것이다.The present invention relates to a secondary battery, and more particularly, to a lithium secondary battery.

이차전지는 방전 뿐 아니라 충전이 가능하여 반복적으로 사용할 수 있는 전지를 말한다. 이차전지 중 대표적인 리튬 이차전지는 양극활물질에 포함된 리튬이온이 전해질을 거쳐 음극으로 이동한 후 음극활물질의 층상 구조 내로 삽입되며(충전), 이 후 음극활물질의 층상 구조 내로 삽입되었던 리튬 이온이 다시 양극으로 되돌아가는(방전) 원리를 통해 작동한다. 이러한 리튬 이차전지는 현재 상용화되어 휴대전화, 노트북 컴퓨터 등의 소형전원으로 사용되고 있으며, 하이브리드 자동차 등의 대형 전원으로도 사용가능할 것으로 예측되고 있어, 그 수요가 증대될 것으로 예상된다.A secondary battery refers to a battery that can be used repeatedly because it can be charged as well as discharged. The representative lithium secondary battery among the secondary batteries is the lithium ions contained in the positive electrode active material is transferred to the negative electrode through the electrolyte and then inserted into the layered structure of the negative electrode active material (charge), and then the lithium ions that were inserted into the layered structure of the negative electrode active material are again It works through the principle of returning to the anode (discharging). The lithium secondary battery is currently commercialized and used as a small power source for mobile phones and notebook computers, and is expected to be used as a large power source for hybrid vehicles, and the demand is expected to increase.

그러나, 리튬 이차전지에서 양극 활물질로 주로 사용되는 복합금속산화물은 전해질과의 반응에 의해 열화되는 등 다소 부족한 신뢰성을 나타내고 있는 실정이다.However, a composite metal oxide mainly used as a positive electrode active material in a lithium secondary battery exhibits somewhat insufficient reliability such as deterioration by reaction with an electrolyte.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 안정성이 개선된 이차전지용 활물질 및 이를 포함하는 이차전지를 제공함에 있다.The problem to be solved by the present invention is to provide an active material for a secondary battery having improved stability and a secondary battery comprising the same.

본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problems of the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명의 일 실시예는 이차전지용 양극재료를 제공한다. 상기 이차전지용 양극 재료는 양극 활물질 입자 및 상기 양극 활물질 입자의 표면 상에 위치하고 하기 화학식 1로 표시된 물질을 함유하는 표면 코팅층을 포함하는 것으로, 하기 화학식 1에서, X는 OH, F 또는 Cl이고, x는 0 내지 1일 수 있다.In order to achieve the above technical problem, an embodiment of the present invention provides a positive electrode material for a secondary battery. The positive electrode material for a secondary battery includes a positive electrode active material particle and a surface coating layer on the surface of the positive electrode active material particle and containing a material represented by the following Chemical Formula 1, wherein in Formula 1, X is OH, F or Cl, x May be 0 to 1.

[화학식 1][Formula 1]

Ca5(PO4)3X1-xLixCa 5 (PO 4 ) 3 X 1- xLix

상기 양극 활물질은 화학식 Li1+x(Ni1-y-zCoyM)1-xO2 으로 나타내어지는 것으로, 상기 화학식에서, M은 Sc, Ti, V, Cr, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, Al, Ga, In, Sn, Bi 또는 Mn이고, -0.2 ≤ x ≤ 0.2, 0.01 ≤ y ≤ 0.5, 0.01 ≤ z ≤ 0.5, 0 < y+z < 1일 수 있다.The positive electrode active material is represented by the formula Li 1 + x (Ni 1-yz Co y M) 1-x O 2 , in the formula, M is Sc, Ti, V, Cr, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, Al, Ga, In, Sn, Bi or Mn, -0.2 ≤ x ≤ 0.2, 0.01 ≤ y ≤ 0.5, 0.01 ≤ It may be z ≦ 0.5, 0 <y + z <1.

상기 표면 코팅층의 두께는 0.1 내지 100nm일 수 있다.The thickness of the surface coating layer may be 0.1 to 100nm.

상기 화학식 1로 나타내어지는 표면 코팅층은 Ca5(PO4)3(OH)1-xLix, 및 Ca5(PO4)3(F)1-xLix 중 적어도 하나를 함유하는 층일 수 있다.The surface coating layer represented by Chemical Formula 1 may be a layer containing at least one of Ca 5 (PO 4 ) 3 (OH) 1-x Lix, and Ca 5 (PO 4 ) 3 (F) 1-x Lix.

상기 표면 코팅층은 비행시간-이차 이온 질량 분석법(Time of Flight Secondary Ion Mass Spectrometry, ToF-SIMS) 분석에서 CaPOHx - (x = 3 또는 4) 피크 및 LiCaPOHy - (y = 0, 1, 2, 3, 또는 4) 피크 중 적어도 하나를 나타내는 것일 수 있다.The surface coating layer is time of flight-secondary ion mass spectrometry (Time of Flight Secondary Ion Mass Spectrometry, ToF-SIMS) analysis in CaPOH x - (x = 3 or 4) peak and LiCaPOH y - (y = 0, 1, 2, 3, or 4) may represent at least one of the peaks.

상기 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명의 다른 실시예는 이차전지용 양극 재료 제조방법을 제공한다. 상기 이차전지용 양극 재료 제조방법은 용매에 인산과 칼슘염을 용해시켜 코팅 용액을 준비하는 단계, 상기 코팅 용액에 양극 활물질을 첨가하여 침전물을 얻는 단계 및 상기 침전물을 열처리하는 단계를 포함할 수 있다.In order to achieve the above technical problem, another embodiment of the present invention provides a method for manufacturing a cathode material for a secondary battery. The method for manufacturing a cathode material for a secondary battery may include dissolving phosphoric acid and calcium salt in a solvent to prepare a coating solution, adding a cathode active material to the coating solution to obtain a precipitate, and heat treating the precipitate.

상기 용매는 물, 정제수, 증류수를 포함할 수 있다.The solvent may include water, purified water, and distilled water.

상기 열처리는 200 내지 290℃의 온도에서 수행될 수 있다.The heat treatment may be performed at a temperature of 200 to 290 ℃.

상기 코팅 용액에 양극 활물질을 첨가하여 침전물을 얻는 단계 이후, 상기 침전물을 건조하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 건조는 50 내지 100℃의 온도에서 수행될 수 있다.After the step of obtaining a precipitate by adding a positive electrode active material to the coating solution, the step of drying the precipitate may be further included. The drying may be performed at a temperature of 50 to 100 ℃.

상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따라, 표면 처리를 통해 안정성이 향상된 양극 활물질을 얻을 수 있다. As described above, according to an embodiment of the present invention, it is possible to obtain a positive electrode active material with improved stability through surface treatment.

그러나, 본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the effects of the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지를 나타낸 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 양극 재료 제조방법을 나타낸 순서도이다.
도 3은 본 발명의 제조예에 따른 표면 코팅층이 형성된 리튬 화합물 및 비교예들에 따른 리튬 화합물의 XRD 그래프를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 제조예에 따른 표면 코팅층이 형성된 리튬 화합물의 열중량분석(Thermogravimetric Analyzer, TG) 결과를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 제조예에 따른 표면 코팅층이 형성된 리튬 화합물을 이용한 전극의 순환 전압 전류법(Cyclic Voltammetry, CV) 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
도 6a는 본 발명의 화학 안정성 실험예 1에 따른 펠렛의 XRD 결과를 나타낸 그래프들이다.
도 6b는 본 발명의 화학 안정성 실험예 2에 따른 펠렛의 XRD 결과를 나타낸 그래프들이다.
도 6c 및 6d는 각각 화학 안정성 실험예 1 및 2에서 이용된 하이드록시 아파타이트, 플루오르 아파타이트의 구조를 나타낸 모식도이다.
도 7a 및 7b는 본 발명의 제조예에 따른 표면 코팅층이 형성된 양극 활물질의 SEM 매핑을 나타낸 이미지들이다.
도 7c는 본 발명의 제조예에 따른 표면 코팅층이 형성된 양극 활물질의 TEM 매핑을 나타낸 이미지들이다.
도 8은 본 발명의 제조예에 따른 표면 코팅층이 형성된 양극 활물질(treated) 및 비교예에 따른 양극 활물질(bare)의 XRD 결과를 나타낸 그래프들이다.
도 9는 본 발명의 제조예에 따른 표면 코팅층이 형성된 양극 활물질(treated) 및 비교예에 따른 양극 활물질(bare)의 표면에 대한 ToF-SIMS(Time-of-Flight secondary ion mass spectrometry) 분석 결과를 나타낸 그래프이다.
도 10, 도 11 및 도 12는 전지 제조예(treated) 및 전지 비교예(bare)에 따른 전지들의 충방전 특성을 나타낸 그래프이다.
도 13은 전지 제조예에 다른 전지의 충방전 사이클 이후 양극 활물질의 XRD 그래프이다.
1 is a schematic diagram showing a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
2 is a flowchart illustrating a method for manufacturing a cathode material according to an embodiment of the present invention.
3 shows an XRD graph of a lithium compound according to comparative examples and a lithium compound having a surface coating layer formed according to an embodiment of the present invention.
4 is a graph showing the results of a thermogravimetric analyzer (TG) of a lithium compound having a surface coating layer according to a production example of the present invention.
Figure 5 is a graph showing the results of measuring the cyclic voltammetry (Cyclic Voltammetry, CV) of an electrode using a lithium compound having a surface coating layer according to an example of the present invention.
6A are graphs showing XRD results of pellets according to Chemical Stability Experimental Example 1 of the present invention.
Figure 6b is a graph showing the XRD results of the pellets according to Chemical Stability Experimental Example 2 of the present invention.
6C and 6D are schematic diagrams showing structures of hydroxyapatite and fluorine apatite used in Chemical Stability Experimental Examples 1 and 2, respectively.
7A and 7B are images showing SEM mapping of the positive electrode active material on which the surface coating layer is formed according to the manufacturing example of the present invention.
7C are images showing TEM mapping of the positive electrode active material on which the surface coating layer is formed according to the manufacturing example of the present invention.
8 is a graph showing the XRD results of the positive electrode active material (treated) and the positive electrode active material (bare) according to the comparative example, the surface coating layer is formed according to the manufacturing example of the present invention.
FIG. 9 shows the results of Time-of-Flight secondary ion mass spectrometry (ToF-SIMS) analysis of the surface of the positive electrode active material (treated) on which the surface coating layer was formed and the positive electrode active material according to the comparative example according to the manufacturing example of the present invention. It is the graph shown.
10, 11, and 12 are graphs showing charging and discharging characteristics of batteries according to a battery manufacturing example (treated) and a battery comparison example (bare).
13 is an XRD graph of a positive electrode active material after a charge / discharge cycle of another battery in a battery manufacturing example.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The present invention can be applied to various changes and can have various embodiments, and specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in this specification are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this application, terms such as “include” or “have” are intended to indicate that a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described on the specification exists, and that one or more other features are present. It should be understood that the existence or addition possibilities of fields or numbers, steps, operations, components, parts or combinations thereof are not excluded in advance.

본 명세서에서 "X 내지 Y"에 대한 범위를 기재한 경우에는, X와 Y 사이의 모든 수 또한 함께 기재된 것으로 해석되어야 한다. 일 예로서, 1 내지 10의 범위가 기재되어 있는 경우, 1과 10뿐 아니라 그 사이에 있는 수 즉, 정수 및 소수가 모두 기재된 것으로 해석해야 할 것이다.When the ranges for “X to Y” are described herein, all numbers between X and Y should also be construed as being described together. As an example, when a range of 1 to 10 is described, it should be interpreted that not only 1 and 10, but also numbers in between, ie, integers and decimals, are described.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by a person skilled in the art to which the present invention pertains. Terms such as those defined in a commonly used dictionary should be interpreted as having meanings consistent with meanings in the context of related technologies, and should not be interpreted as ideal or excessively formal meanings unless explicitly defined in the present application. Does not.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지를 나타낸 개략도이다.1 is a schematic diagram showing a secondary battery according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 이차전지(100)는 리튬이 탈삽입될 수 있는 음극 활물질을 구비하는 음극, 위에서 설명한 양극 활물질을 함유하는 양극 및 음극과 양극 사이에 배치된 전해질(160)을 포함하는 것일 수 있다. 음극 활물질층(120)과 음극 집전체(110)를 음극으로, 양극 활물질층(140)과 양극 집전체(150)를 양극으로 명명할 수 있다. 자세하게는, 음극 활물질층(120), 양극 활물질층(140), 및 이들 사이에 개재된 세퍼레이터(130)를 포함하며, 음극 활물질층(120)과 세퍼레이터(130) 사이, 및 양극 활물질층(140)과 세퍼레이터(130) 사이에는 전해질(160)이 배치 또는 충전될 수 있다. 또한, 음극 활물질층(120)은 음극 집전체(110) 상에 배치될 수 있고, 양극 활물질층(140)은 양극 집전체(150) 상에 배치될 수 있다. Referring to FIG. 1, the secondary battery 100 includes a negative electrode having a negative electrode active material through which lithium can be de-inserted, a positive electrode containing the positive electrode active material described above, and an electrolyte 160 disposed between the negative electrode and the positive electrode. You can. The negative electrode active material layer 120 and the negative electrode current collector 110 may be referred to as a negative electrode, and the positive electrode active material layer 140 and the positive electrode current collector 150 may be referred to as a positive electrode. Specifically, the negative electrode active material layer 120, the positive electrode active material layer 140, and includes a separator 130 interposed therebetween, between the negative electrode active material layer 120 and the separator 130, and the positive electrode active material layer 140 ) And the separator 130 may be disposed or filled with the electrolyte 160. In addition, the negative electrode active material layer 120 may be disposed on the negative electrode current collector 110, and the positive electrode active material layer 140 may be disposed on the positive electrode current collector 150.

<양극><Anode>

양극을 얻기 위하여, 양극 활물질을 준비할 수 있다. 양극 활물질은 리튬을 가역적으로 삽입 및 탈리시키는 입자로서, 리튬-전이금속 산화물일 수 있다. 리튬-전이금속 산화물은 당해 분야에서 통상적으로 사용되는 것이라면 모두 사용될 수 있으며, 예를 들어, LiCoO2, LiNiO2, Li(CoxNi1-x)O2 (0.5 ≤ x 〈 1), LiMn2O4, LiMn5O12 일 수 있다. In order to obtain a positive electrode, a positive electrode active material may be prepared. The positive electrode active material is a particle that reversibly inserts and desorbs lithium, and may be a lithium-transition metal oxide. The lithium-transition metal oxide may be used as long as it is commonly used in the art, for example, LiCoO 2 , LiNiO 2 , Li (Co x Ni 1-x ) O 2 (0.5 ≤ x <1), LiMn 2 O 4 , LiMn 5 O 12 .

일 예로서, 양극 화합물을 화학식 Li1+x(Ni1-y-zCoyM)1-xO2 으로 나타내어지는 것으로, M은 Sc, Ti, V, Cr, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, Al, Ga, In, Sn, Bi 또는 Mn일 수 있다. 또한, -0.2 ≤ x ≤ 0.2, 0.01 ≤ y ≤ 0.5, 0.01 ≤ z ≤ 0.5, 0 < y+z < 1)일 수 있다. 자세하게는, 양극 활물질은 [Ni1/3Co1/3Mn1/3]O2, Li[Ni0.6Co0.2Mn0.2]O2, Li[Ni0.85Co0.1Al0.5]O2 일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다. As an example, the positive electrode compound is represented by the formula Li 1 + x (Ni 1-yz Co y M) 1-x O 2 , where M is Sc, Ti, V, Cr, Fe, Co, Ni, Cu, Zn , Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, Al, Ga, In, Sn, Bi or Mn. In addition, it may be -0.2 ≤ x ≤ 0.2, 0.01 ≤ y ≤ 0.5, 0.01 ≤ z ≤ 0.5, 0 <y + z <1). In detail, the positive electrode active material may be [Ni 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 ] O 2 , Li [Ni 0.6 Co 0.2 Mn 0.2 ] O 2 , Li [Ni 0.85 Co 0.1 Al 0.5 ] O 2 , It is not limited thereto.

표면 코팅층은 양극 활물질 입자의 표면 상에 위치하고 하기 화학식 1로 표시된 인산 화합물을 함유하는 것일 수 있다. The surface coating layer may be on the surface of the positive electrode active material particles and may contain a phosphoric acid compound represented by Formula 1 below.

[화학식 1][Formula 1]

Ca5(PO4)3(X)1-xLix Ca 5 (PO 4 ) 3 (X) 1-x Li x

상기 화학식 1에서, X는 OH, F 또는 Cl, x는 0 내지 1일 수 있다.In Chemical Formula 1, X may be OH, F or Cl, and x may be 0 to 1.

자세하게는, 표면 코팅층은 Ca5(PO4)3(OH)1-xLix, Ca5(PO4)3(Cl)1-xLix 또는 Ca5(PO4)3(F)1-xLix를 함유하는 것으로, 특히, Ca5(PO4)3(OH)1-xLix, 및 Ca5(PO4)3(F)1-xLix 중 적어도 하나를 함유하는 것일 수 있다(여기서, x는 0 내지 1). 즉, 표면 코팅층은 하이드록시 아파타이트, 플루오로 아파타이트, 또는 클로로 아파타이트를 함유하며, 상기 아파타이트는 리튬이 도핑된 것일 수 있다. Specifically, the surface coating layer is Ca 5 (PO 4 ) 3 (OH) 1-x Lix, Ca 5 (PO 4 ) 3 (Cl) 1-x Lix or Ca 5 (PO 4 ) 3 (F) 1-x Lix In particular, it may be one containing at least one of Ca 5 (PO 4 ) 3 (OH) 1-x Lix, and Ca 5 (PO 4 ) 3 (F) 1-x Lix. Is 0 to 1). That is, the surface coating layer contains hydroxy apatite, fluoro apatite, or chloro apatite, and the apatite may be lithium doped.

또한, 표면 코팅층은 비행시간-이차 이온 질량 분석법(Time of Flight Secondary Ion Mass Spectrometry, ToF-SIMS) 분석에서 CaPOHx - (x = 3 또는 4) 피크 및 LiCaPOHy - (y = 0, 1, 2, 3, 또는 4) 피크 중 적어도 하나를 나타낼 수 있다.In addition, the surface coating layer is time of flight-secondary ion mass spectrometry (Time of Flight Secondary Ion Mass Spectrometry, ToF-SIMS) analysis in CaPOH x - (x = 3 or 4) peak and LiCaPOH y - (y = 0, 1, 2 , 3, or 4) at least one of the peaks.

표면 코팅층은 양극 활물질 입자의 표면 상에 층상(layered) 구조로 형성되는 것일 수 있으며, 아일랜드(island) 형태로 부착되는 것일 수 있다. 여기서, 아일랜드 형태란 소정의 부피를 갖는 반구형, 비구형, 또는 비정형의 형상이 불연속적으로 위치하는 형태를 의미하는 것일 수 있다. The surface coating layer may be formed in a layered structure on the surface of the positive electrode active material particles, or may be attached in an island form. Here, the island shape may mean a shape in which hemispherical, non-spherical, or irregular shapes having a predetermined volume are discontinuously located.

이러한 표면 코팅층은 양극 활물질을 보호하는 역할을 수행함으로써, 안정성을 개선하는 것일 수 있다. 또한, 표면 코팅층은 리튬이 도핑된 것으로서, 리튬 금속 이온의 이동을 방해하지 않는 것일 수 있다.The surface coating layer may serve to protect the positive electrode active material, thereby improving stability. In addition, the surface coating layer may be one that is doped with lithium and does not interfere with the movement of lithium metal ions.

표면 코팅층의 두께는 0.1 내지 100 nm, 일 예로서, 1 내지 80nm, 더 자세하게는, 5 내지 20nm일 수 있다. 표면 코팅층의 두께가 지나치게 두꺼우면 전극의 단위 부피당 활성 리튬의 양이 감소하게 되어, 이를 포함하는 이차전지의 용량 저하를 유발할 수 있다. 또한, 표면 코팅층의 두께가 지나치게 얇으면, 활물질과 전해질과의 부반응을 억제하는 효과가 미미하게 작용할 수 있다. 따라서, 상기의 두께 범위를 만족하는 것일 수 있다. The thickness of the surface coating layer may be 0.1 to 100 nm, for example, 1 to 80 nm, and more specifically, 5 to 20 nm. If the thickness of the surface coating layer is too thick, the amount of active lithium per unit volume of the electrode is reduced, which may cause a decrease in capacity of the secondary battery including the same. In addition, when the thickness of the surface coating layer is too thin, an effect of suppressing side reactions between the active material and the electrolyte may be insignificant. Therefore, it may be that the above-mentioned thickness range is satisfied.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 양극 재료 제조방법을 나타낸 순서도이다.2 is a flowchart illustrating a method for manufacturing a cathode material according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 용매에 인산과 칼슘염을 용해시켜 코팅 용액을 준비하는 단계(S10)를 포함할 수 있다Referring to FIG. 2, a step (S10) of preparing a coating solution by dissolving phosphoric acid and calcium salt in a solvent may be included.

용매는 물일 수 있다. 자세하게는, 증류수, 정제수일 수 있으며, 바람직하게는 탈이온수일 수 있다. 인산은 H3PO4일 수 있다. 상기 칼슘염은 질산칼슘, 염화칼슘, 칼슘 아세테이트, 황화칼슘, 또는 이들 중 둘 이상의 조합일 수 있다. 이러한 칼슘염은 상기 처리용액이 약산성을 나타낼 수 있도록 하는 약산성화가 가능한 산성원료일 수 있다.The solvent can be water. In detail, it may be distilled water or purified water, and preferably deionized water. Phosphoric acid may be H 3 PO 4 . The calcium salt may be calcium nitrate, calcium chloride, calcium acetate, calcium sulfide, or a combination of two or more of them. The calcium salt may be an acidic raw material capable of weakly acidifying such that the treatment solution exhibits weak acidity.

상기 코팅 용액에 양극 활물질을 첨가하여 침전물을 얻는 단계(S20)를 포함할 수 있다.It may include the step of obtaining a precipitate by adding a positive electrode active material to the coating solution (S20).

일 예로서, 코팅 용액 내 인산 및 칼슘염은 양극 활물질에 의한 잔류 리튬 금속 화합물과 반응하여, 하기의 반응식 1 및/또는 반응식 2를 통해 침전물인 칼슘리튬인산염을 형성할 수 있다. 그러나, 하기의 반응에 한정되는 것은 아니다.As an example, the phosphoric acid and calcium salt in the coating solution may react with the residual lithium metal compound by the positive electrode active material to form calcium lithium phosphate as a precipitate through Reaction Schemes 1 and / or Reaction Scheme 2 below. However, it is not limited to the following reaction.

[반응식 1][Scheme 1]

Figure pat00001
Figure pat00001

[반응식 2][Scheme 2]

Figure pat00002
Figure pat00002

자세하게는, 리튬-전이금속 산화물인 양극 활물질의 표면 상에는 전이금속과 산화물을 형성하지 못하고 잔류하는 리튬 금속 산화물이 존재할 수 있다. 잔류 리튬 금속 화합물은 일 예로서, 탄산리튬(Li2CO3), 수산화리튬(LiOH) 등 일 수 있다. 이러한 잔류 리튬 금속 화합물은 이차전지 내에서 전해질 내 물질과 반응할 수 있다. 이에 의하여 얻어진 반응물은 양극 활물질의 표면 상에 축적될 수 있으며, 리튬 금속 이온의 이동을 방해할 수 있다. 일 예로서, 잔류 리튬 금속 화합물은 전해질 내의 불산 등과 반응하여 플루오르리튬(LiF)를 생성할 수 있다.In detail, on the surface of the positive electrode active material, which is a lithium-transition metal oxide, there may be a lithium metal oxide remaining without forming a transition metal and an oxide. The residual lithium metal compound may be, for example, lithium carbonate (Li 2 CO 3 ), lithium hydroxide (LiOH), or the like. The residual lithium metal compound may react with a substance in an electrolyte in a secondary battery. The reaction product thus obtained may accumulate on the surface of the positive electrode active material, and may interfere with the movement of lithium metal ions. As an example, the residual lithium metal compound may react with hydrofluoric acid or the like in the electrolyte to produce lithium fluoride (LiF).

그러나, 본 발명에 따라, 잔류 리튬 금속 화합물은 표면 코팅층을 형성하는 과정에서 소모됨에 따라 전해질과의 부반응에 따른 양극 활물질의 열화를 억제할 수 있다. However, according to the present invention, as the residual lithium metal compound is consumed in the process of forming the surface coating layer, deterioration of the positive electrode active material due to side reaction with the electrolyte can be suppressed.

상기로부터 얻어진 침전물은 건조하는 단계(미도시)를 더 수행할 수 있다. 건조는 50 내지 100℃, 일 예로서, 60 내지 95℃, 다른 예로서, 70 내지 90℃의 온도에서 수행되는 것일 수 있다. 상기 침전물은 열처리 하기 전에 열처리 수행 온도보다 낮은 온도에서 건조하는 단계를 더 포함함으로써, 본 발명에 따른 물질을 함유하는 표면 코팅층을 얻는 것일 수 있다. The precipitate obtained from the above may further perform a drying step (not shown). Drying may be performed at a temperature of 50 to 100 ° C, as an example, 60 to 95 ° C, and as another example, 70 to 90 ° C. The precipitate may further include drying at a temperature lower than the temperature at which the heat treatment is performed before heat treatment, thereby obtaining a surface coating layer containing the material according to the present invention.

상기 침전물을 열처리하는 단계(S30)을 포함할 수 있다. 상기 열처리 단계를 통해 양극 활물질 입자의 표면 상에 표면 코팅층이 형성될 수 있으며, 상기 표면 코팅층은 하이드록시 아파타이트, 플루오로 아파타이트, 또는 클로로 아파타이트를 함유하며, 상기 아파타이트는 리튬이 도핑된 것일 수 있다.It may include the step of heat-treating the precipitate (S30). A surface coating layer may be formed on the surface of the positive electrode active material particles through the heat treatment step, and the surface coating layer may contain hydroxy apatite, fluoro apatite, or chloro apatite, and the apatite may be doped with lithium.

일 예로서, 상기 반응식 1 및/또는 2로부터 얻어진 침전물인 칼슘리튬인산염은 열처리함으로써, 하기의 반응식 3을 통해 상기 화학식 1로 표시된 물질을 형성할 수 있다. As an example, calcium lithium phosphate, a precipitate obtained from Reaction Schemes 1 and / or 2, may be heat treated to form a material represented by Chemical Formula 1 through Reaction Scheme 3 below.

[반응식 3][Scheme 3]

Figure pat00003
Figure pat00003

열처리는 200 내지 290℃, 일 예로서, 230 내지 280℃의 온도에서 수행되는 것일 수 있다. 자세하게는, 240 내지 260℃의 온도에서 1시간 내지 3시간 동안 수행될 수 있다. 상기 온도 범위를 만족하는 경우에, 잔류 리튬 금속 화합물을 포함하지 않으면서 본 발명에 따른 물질을 함유하는 표면 코팅층을 얻는 것일 수 있다.The heat treatment may be performed at a temperature of 200 to 290 ° C, for example, 230 to 280 ° C. In detail, it may be performed at a temperature of 240 to 260 ° C for 1 hour to 3 hours. When the temperature range is satisfied, it may be to obtain a surface coating layer containing a material according to the present invention without containing a residual lithium metal compound.

이와 같이 얻어진 표면 코팅층을 함유하는 양극 활물질, 도전재, 및 결합제를 혼합하여 양극 재료를 얻을 수 있다. 이 때, 도전재는 천연 흑연, 인조 흑연, 코크스류, 카본 블랙, 탄소 나노튜브, 그래핀 등의 탄소 재료일 수 있다. 결합제는 열가소성 수지 예를 들어, 폴리불화비닐리덴, 폴리테트라플루오로에틸렌, 사불화에틸렌, 불화비닐리덴계 공중합체, 육불화프로필렌 등의 불소 수지, 및/또는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀 수지를 포함할 수 있다. The positive electrode material can be obtained by mixing the positive electrode active material, conductive material, and binder containing the thus obtained surface coating layer. At this time, the conductive material may be natural graphite, artificial graphite, coke, carbon black, carbon nanotubes, carbon materials such as graphene. Binders include thermoplastic resins such as polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, ethylene tetrafluoride, vinylidene fluoride copolymers, fluorine resins such as propylene hexafluoride, and / or polyolefin resins such as polyethylene and polypropylene. It can contain.

양극 재료를 양극 집전체 상에 도포하여 양극을 형성할 수 있다. 양극 집전체는 Al, Ni, 스테인레스 등의 도전체일 수 있다. 양극 재료를 양극 집전체 상에 도포하는 것은 가압 성형, 또는 유기 용매등을 사용하여 페이스트를 만든 후 이 페이스트를 집전체 상에 도포하고 프레스하여 고착화하는 방법을 사용할 수 있다. 유기 용매는 N,N-디메틸아미노프로필아민, 디에틸트리아민 등의 아민계; 에틸렌옥시드, 테트라히드로푸란 등의 에테르계; 메틸에틸케톤 등의 케톤계; 아세트산메틸 등의 에스테르계; 디메틸아세트아미드, N-메틸-2-피롤리돈 등의 비양성자성 극성 용매 등일 수 있다. 페이스트를 양극 집전체 상에 도포하는 것은 예를 들면, 그라비아 코팅법, 슬릿다이 코팅법, 나이프 코팅법, 스프레이 코팅법을 사용하여 수행할 수 있다.The positive electrode material may be applied on the positive electrode current collector to form the positive electrode. The positive electrode current collector may be a conductor such as Al, Ni, and stainless steel. To apply the positive electrode material on the positive electrode current collector, a method of pressing the paste or making an paste using an organic solvent or the like and then applying the paste onto the current collector and pressing to fix it can be used. Organic solvents include amines such as N, N-dimethylaminopropylamine and diethyltriamine; Ether systems such as ethylene oxide and tetrahydrofuran; Ketone systems such as methyl ethyl ketone; Ester systems such as methyl acetate; Aprotic polar solvents such as dimethylacetamide and N-methyl-2-pyrrolidone. Applying the paste on the positive electrode current collector may be performed using, for example, a gravure coating method, a slit die coating method, a knife coating method, or a spray coating method.

<음극><Cathode>

음극활물질은 리튬 이온을 탈삽입하거나 변환(conversion) 반응을 일으킬 수 있는 금속, 금속합금, 금속산화물, 금속불화물, 금속황화물, 및 천연 흑연, 인조흑연, 코크스류, 카본 블랙, 탄소나노튜브, 그라핀 등의 탄소 재료 등을 사용하여 형성할 수도 있다. The negative electrode active material is a metal, a metal alloy, a metal oxide, a metal fluoride, a metal sulfide, and natural graphite, artificial graphite, coke, carbon black, carbon nanotube, graphene that can deintercalate or convert lithium ions. It can also be formed using a carbon material such as a fin.

음극활물질, 도전재, 및 결합제를 혼합하여 음극 재료를 얻을 수 있다. 이 때, 도전재는 천연 흑연, 인조 흑연, 코크스류, 카본 블랙, 탄소 나노튜브, 그라핀 등의 탄소 재료일 수 있다. 결합제는 열가소성 수지 예를 들어, 폴리불화비닐리덴, 폴리테트라플루오로에틸렌, 사불화에틸렌, 불화비닐리덴계 공중합체, 육불화프로필렌 등의 불소 수지, 및/또는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀 수지를 포함할 수 있다.A negative electrode material can be obtained by mixing a negative electrode active material, a conductive material, and a binder. At this time, the conductive material may be natural graphite, artificial graphite, coke, carbon black, carbon nanotubes, carbon materials such as graphene. Binders include thermoplastic resins such as polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, ethylene tetrafluoride, vinylidene fluoride copolymers, fluorine resins such as propylene hexafluoride, and / or polyolefin resins such as polyethylene and polypropylene. It can contain.

음극 재료를 양극 집전체 상에 도포하여 양극을 형성할 수 있다. 양극 집전체는 Al, Ni, 스테인레스 등의 도전체일 수 있다. 음극 재료를 양극 집전체 상에 도포하는 것은 가압 성형, 또는 유기 용매등을 사용하여 페이스트를 만든 후 이 페이스트를 집전체 상에 도포하고 프레스하여 고착화하는 방법을 사용할 수 있다. 유기 용매는 N,N-디메틸아미노프로필아민, 디에틸트리아민 등의 아민계; 에틸렌옥시드, 테트라히드로푸란 등의 에테르계; 메틸에틸케톤 등의 케톤계; 아세트산메틸 등의 에스테르계; 디메틸아세트아미드, N-메틸-2-피롤리돈 등의 비양성자성 극성 용매 등일 수 있다. 페이스트를 음극 집전체 상에 도포하는 것은 예를 들면, 그라비아 코팅법, 슬릿다이 코팅법, 나이프 코팅법, 스프레이 코팅법을 사용하여 수행할 수 있다.The anode material may be applied on the anode current collector to form an anode. The positive electrode current collector may be a conductor such as Al, Ni, and stainless steel. To apply the negative electrode material on the positive electrode current collector, a method of pressing the paste or making an paste using an organic solvent, etc., and then applying the paste onto the current collector and pressing to fix it can be used. Organic solvents include amines such as N, N-dimethylaminopropylamine and diethyltriamine; Ether systems such as ethylene oxide and tetrahydrofuran; Ketone systems such as methyl ethyl ketone; Ester systems such as methyl acetate; Aprotic polar solvents such as dimethylacetamide and N-methyl-2-pyrrolidone. Applying the paste on the negative electrode current collector may be performed using, for example, a gravure coating method, a slit die coating method, a knife coating method, or a spray coating method.

<전해질><Electrolyte>

전해질은 리튬염일 수 있다. 리튬염은 리튬퍼클로로레이트(LiClO4), 리튬테트라플루오르보레이트(LiBF4), 리튬헥사플루오르포스페이트(LiPF6), 리튬트리플루오르메탄셀포네이트(LiCF3SO3), 리튬헥사플루오르아세네이트(LiAsF6),리튬트리플루오르메탄설포닐이미드(Li(CF3SO2)2N), 또는 이들의 2종 이상의 혼합물일 수 있다. 이들 중에서도 불소를 포함하는 전해질을 사용할 수 있다. 또한, 전해질을 유기 용매에 용해시켜 비수전해액으로서 이용할 수 있다. 유기 용매로는, 예를 들면 프로필렌카르보네이트, 에틸렌카르보네이트, 디메틸카르보네이트, 디에틸카르보네이트, 에틸메틸카르보네이트, 이소프로필메틸카르보네이트, 비닐렌카르보네이트, 4-트리플루오로메틸-1,3-디옥솔란-2-온, 1,2-디(메톡시카르보닐옥시)에탄 등의 카르보네이트류; 1,2-디메톡시에탄, 1,3-디메톡시프로판, 펜타플루오로프로필메틸에테르, 2,2,3,3-테트라플루오로프로필디플루오로메틸에테르, 테트라히드로푸란, 2-메틸테트라히드로푸란 등의 에테르류; 포름산메틸, 아세트산메틸, γ-부티로락톤 등의 에스테르류; 아세토니트릴, 부티로니트릴 등의 니트릴류; N,N-디메틸포름아미드, N,N-디메틸아세트아미드 등의 아미드류; 3-메틸-2-옥사졸리돈 등의 카르바메이트류; 술포란, 디메틸술폭시드, 1,3-프로판술톤 등의 황 함유 화합물; 또는 상기한 유기 용매에 추가로 불소 치환기를 도입한 것을 사용할 수 있다. The electrolyte may be a lithium salt. Lithium salts include lithium perchloroate (LiClO 4 ), lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ), lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium trifluoromethanecellonate (LiCF 3 SO 3 ), lithium hexafluoroacetate (LiAsF) 6 ), lithium trifluoromethanesulfonyl imide (Li (CF 3 SO 2 ) 2 N), or a mixture of two or more thereof. Among them, an electrolyte containing fluorine can be used. Further, the electrolyte can be dissolved in an organic solvent and used as a non-aqueous electrolyte. As an organic solvent, for example, propylene carbonate, ethylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, isopropyl methyl carbonate, vinylene carbonate, 4- Carbonates such as trifluoromethyl-1,3-dioxolan-2-one and 1,2-di (methoxycarbonyloxy) ethane; 1,2-dimethoxyethane, 1,3-dimethoxypropane, pentafluoropropylmethyl ether, 2,2,3,3-tetrafluoropropyldifluoromethyl ether, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydro Ethers such as furan; Esters such as methyl formate, methyl acetate, and γ-butyrolactone; Nitriles such as acetonitrile and butyronitrile; Amides such as N, N-dimethylformamide and N, N-dimethylacetamide; Carbamates such as 3-methyl-2-oxazolidon; Sulfur-containing compounds such as sulfolane, dimethyl sulfoxide and 1,3-propanesultone; Alternatively, a fluorine substituent introduced into the above-described organic solvent may be used.

이와는 달리, 고체 전해질을 이용할 수도 있다. 고체 전해질로는 폴리에틸렌옥시드계의 고분자 화합물, 폴리오르가노실록산쇄 또는 폴리옥시알킬렌쇄 중 적어도 1종 이상을 포함하는 고분자 화합물 등의 유기계 고체 전해질일 수 있다. 또한, 고분자 화합물에 비수전해액을 담지한, 이른바 겔 타입의 전해질을 이용할 수도 있다. 한편, 무기계 고체 전해질을 이용할 수도 있다. 이들 고체 전해질을 이용하여 나트륨 이차 전지의 안전성을 보다 높일 수 있는 경우가 있다. 또한, 고체 전해질이 후술하는 세퍼레이터의 역할을 하는 경우도 있고, 그 경우에는 세퍼레이터를 필요로 하지 않는 경우도 있다.Alternatively, a solid electrolyte may be used. The solid electrolyte may be an organic solid electrolyte such as a polymer compound containing at least one of a polyethylene oxide-based polymer compound, a polyorganosiloxane chain or a polyoxyalkylene chain. Further, a so-called gel type electrolyte in which a nonaqueous electrolyte solution is supported on a polymer compound can also be used. Meanwhile, an inorganic solid electrolyte may be used. In some cases, the safety of the sodium secondary battery may be improved by using these solid electrolytes. In addition, the solid electrolyte may serve as a separator to be described later, and in that case, a separator may not be required.

<세퍼레이터><Separator>

양극과 음극 사이에 세퍼레이터가 배치될 수 있다. 이러한 세퍼레이터는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀 수지, 불소 수지, 질소 함유 방향족 중합체 등의 재질로 이루어지는 다공질 필름, 부직포, 직포 등의 형태를 가지는 재료일 수 있다. 세퍼레이터의 두께는, 전지의 부피 에너지 밀도가 높아지고, 내부 저항이 작아진다는 점에서, 기계적 강도가 유지되는 한 얇을수록 바람직하다. 세퍼레이터의 두께는, 일반적으로 5 내지 200 ㎛ 정도일 수 있고, 더 구체적으로는 5 내지 40 ㎛일 수 있다.A separator may be disposed between the anode and the cathode. The separator may be a material having a form of a porous film made of a material such as polyolefin resin such as polyethylene or polypropylene, a fluorine resin, or an aromatic polymer containing nitrogen, a nonwoven fabric or a woven fabric. The thickness of the separator is preferably as thin as possible as long as mechanical strength is maintained, in that the bulk energy density of the battery becomes high and the internal resistance becomes small. The thickness of the separator may generally be on the order of 5 to 200 μm, and more specifically 5 to 40 μm.

<알칼리 금속 이차 전지의 제조 방법><Method for manufacturing alkali metal secondary battery>

양극, 세퍼레이터, 및 음극을 순서대로 적층하여 전극군을 형성한 후 필요하다면 전극군을 말아서 전지캔에 수납하고, 전극군에 비수전해액을 함침시킴으로써 이차전지를 제조할 수 있다. 이와는 달리, 양극, 고체 전해질, 및 음극을 적층하여 전극군을 형성한 후 필요하다면 전극군을 말아서 전지캔에 수납하여 이차 전지를 제조할 수 있다.A positive electrode, a separator, and a negative electrode may be stacked in order to form an electrode group, and then, if necessary, the electrode group may be rolled and stored in a battery can, and a secondary battery may be manufactured by impregnating the electrode group with a non-aqueous electrolyte. Alternatively, a positive electrode, a solid electrolyte, and a negative electrode may be stacked to form an electrode group, and then, if necessary, the electrode group may be rolled and stored in a battery can to produce a secondary battery.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실험예(example)를 제시한다. 다만, 하기의 실험예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명이 하기의 실험예에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, a preferred experimental example (example) is presented to help understanding of the present invention. However, the following experimental examples are only to aid the understanding of the present invention, and the present invention is not limited by the following experimental examples.

[실험예들][Experimental Examples]

표면 코팅층이 형성된 리튬 화합물 제조예Preparation Example of Lithium Compound with Surface Coating Layer

100ml의 탈 이온수에 코팅 원료인 인산과 칼슘 나이트레이트를 1:1의 몰 비로 첨가한 후 충분히 교반하여 용액을 얻었다. 이 후, 리튬 화합물인 탄산리튬(Li2CO3)을 코팅 원료와 1:0.5의 몰 비로 용액 내에 넣어주었으며, 용액의 양은 양극 재료와 동일한 중량으로 하였다. 이 때, 얻어진 침전물을 충분히 건조하고, 250℃도에서 2시간 동안 열처리하여, 표면 코팅층이 형성된 리튬 화합물로 상기 표면 코팅층은 하이드록시 아파타이트(Ca10(PO4)6(OH)2)를 함유하며 상기 하이드록시 아파타이트는 리튬이 도핑된 것(Li-HAP)을 얻었다.Phosphoric acid and calcium nitrate, which are coating raw materials, were added to 100 ml of deionized water in a molar ratio of 1: 1, followed by stirring sufficiently to obtain a solution. Thereafter, lithium compound lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) was put into the solution at a molar ratio of 1: 0.5 with the coating raw material, and the amount of the solution was set to the same weight as the positive electrode material. At this time, the obtained precipitate is sufficiently dried, and heat-treated at 250 ° C. for 2 hours to form a lithium compound with a surface coating layer, the surface coating layer containing hydroxyapatite (Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 ) The hydroxy apatite was obtained by lithium doping (Li-HAP).

리튬 화합물 비교예 1Lithium compound comparative example 1

침전물을 충분히 건조하고, 300℃에서 2시간 동안 열처리한 것을 제외하고는, 상기 표면 코팅층이 형성된 리튬 화합물 제조예와 동일하게 제조하였다.The precipitate was sufficiently dried, and was prepared in the same manner as in the lithium compound preparation example in which the surface coating layer was formed, except that the heat treatment was performed at 300 ° C for 2 hours.

리튬 화합물 비교예 2Lithium compound comparative example 2

침전물을 충분히 건조하고, 400℃에서 2시간 동안 열처리한 것을 제외하고는, 상기 표면 코팅층이 형성된 리튬 화합물 제조예와 동일하게 제조하였다.The precipitate was sufficiently dried, and was prepared in the same manner as in the lithium compound preparation example in which the surface coating layer was formed, except that the heat treatment was performed at 400 ° C. for 2 hours.

리튬 화합물 비교예 3Lithium compound comparative example 3

침전물을 충분히 건조하고, 열처리를 하지 않은 것을 제외하고는, 상기 표면 코팅층이 형성된 리튬 화합물 제조예와 동일하게 제조하였다.The precipitate was sufficiently dried and was prepared in the same manner as in the lithium compound preparation example in which the surface coating layer was formed, except that the heat treatment was not performed.

도 3은 본 발명의 제조예에 따른 표면 코팅층이 형성된 리튬 화합물 및 비교예들에 따른 리튬 화합물의 XRD 그래프를 나타낸 것이다. 3 shows an XRD graph of a lithium compound according to comparative examples and a lithium compound having a surface coating layer formed according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 비교예들에 따른 리튬 화합물은 리튬 화합물의 표면 상에 하이드록시 아파타이트를 함유하는 표면 코팅층이 형성되지 않으나, 제조예에 따른 리튬 화합물은 그 표면 상에 탄산리튬이 검출되지 않는 것으로, 하이드록시 아파타이트를 함유하는 표면 코팅층이 형성되었으며, 또한, 상기 하이드록시 아파타이트는 리튬이 도핑된 것(Li-HAP)을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 3, in the lithium compound according to the comparative examples, a surface coating layer containing hydroxyapatite is not formed on the surface of the lithium compound, but the lithium compound according to the preparation example does not detect lithium carbonate on the surface. As a result, a surface coating layer containing hydroxyapatite was formed, and the hydroxyapatite was confirmed to be lithium doped (Li-HAP).

<열적 안정성><Thermal stability>

도 4는 본 발명의 제조예에 따른 표면 코팅층이 형성된 리튬 화합물의 열중량 분석(Thermogravimetric Analyzer, TG) 결과를 나타낸 그래프이다. FIG. 4 is a graph showing the results of thermogravimetric analyzer (TG) analysis of a lithium compound having a surface coating layer according to an exemplary embodiment of the present invention.

자세하게는, 아르곤 분위기 하에서 상온부터 700℃까지 승온시켜 무게 감소율을 측정한 것으로, 도 4를 확인하면, 700℃에서의 무게 감소율은 상온에서의 총 화합물 대비 10%가 채 안되는 것을 알 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따라 표면 코팅층(Li-HAP)이 형성된 리튬 화합물은 열적 안정성이 매우 우수한 것을 확인할 수 있다. In detail, the weight loss rate was measured by raising the temperature from room temperature to 700 ° C in an argon atmosphere. Referring to FIG. 4, it can be seen that the weight loss rate at 700 ° C is less than 10% of the total compound at room temperature. Accordingly, it can be seen that the lithium compound having the surface coating layer (Li-HAP) formed according to the present invention has excellent thermal stability.

<전기화학적 안정성><Electrochemical stability>

도 5는 본 발명의 제조예에 따른 표면 코팅층이 형성된 리튬 화합물을 이용한 전극의 순환 전압 전류법(Cyclic Voltammetry, CV) 측정 결과를 나타낸 그래프이다.Figure 5 is a graph showing the results of measuring the cyclic voltammetry (Cyclic Voltammetry, CV) of an electrode using a lithium compound having a surface coating layer according to an example of manufacture of the present invention.

자세하게는, 상기 제조예에 따른 표면 코팅층이 형성된 리튬 화합물과 super P carbon 도전재 및 PVdF 바인더를 9:0.5:0.5의 중량비로 NMP 내에서 교반하여 전극 활물질 슬러리 조성물을 형성하고, 이 전극 활물질 슬러리 조성물을 알루미늄 호일 집전체 상에 캐스팅 및 건조하여 전극을 형성하였다. 상기 전극을 이용하여 1 mV/s 전압 속도로 스캔하였으며, 도 5를 참조하면, 2.5 내지 4.5 V의 전압 창(voltage window)에서 매우 안정적으로 싸이클 구동이 이루어지는 것을 확인할 수 있다.In detail, the electrode active material slurry composition is formed by stirring the lithium compound, the super P carbon conductive material, and the PVdF binder formed with the surface coating layer according to the above preparation example in NMP in a weight ratio of 9: 0.5: 0.5. Was cast and dried on an aluminum foil current collector to form an electrode. The electrode was scanned at a voltage rate of 1 mV / s, and referring to FIG. 5, it can be seen that cycle driving is very stably performed in a voltage window of 2.5 to 4.5 V.

<물리적 안정성><Physical stability>

하기의 표 1은 본 발명의 표면 코팅층에 함유된 하이드록시 아파타이트의 기계적 성질을 정리한 것이다. Table 1 below summarizes the mechanical properties of the hydroxyapatite contained in the surface coating layer of the present invention.

[표 1][Table 1]

Figure pat00004
Figure pat00004

<화학 안정성><Chemical stability>

화학 안정성 실험예 1-1Chemical Stability Experimental Example 1-1

상기 제조예에 따른 표면 코팅층이 형성된 리튬 화합물 1g을 펠렛화하여, 에틸렌 카보네이트(EC)와 다이메틸 카보네이트(DMC)의 혼합 용매에 1M LiPF6가 용해되고 전해질 총 중량 대비 2 중량비의 비닐렌 카보네이트(VC)를 포함하는 용액을 준비하였다. 상기로부터 얻어진 용액 10g에 0.1g의 물을 첨가하고, 이를 1주일동안 보관한 후, 펠렛을 수고하고 건조시켰다.Pelletized 1 g of a lithium compound having a surface coating layer according to the preparation example, 1 M LiPF 6 was dissolved in a mixed solvent of ethylene carbonate (EC) and dimethyl carbonate (DMC), and vinylene carbonate in a weight ratio of 2 to the total weight of the electrolyte ( VC) was prepared. 0.1 g of water was added to 10 g of the solution obtained from the above, and it was stored for 1 week, and then the pellet was worked and dried.

화학 안정성 실험예 1-2Chemical Stability Experimental Example 1-2

0.1g의 물 대신에 0.1g의 불산(HF)을 첨가한 것을 제외하고는 화학 안정성 실험예 1-1과 동일한 방법으로 펠렛을 얻었다. A pellet was obtained in the same manner as in Chemical Experiment 1-1, except that 0.1 g of hydrofluoric acid (HF) was added instead of 0.1 g of water.

도 6a는 본 발명의 화학 안정성 실험예 1에 따른 펠렛의 XRD 결과를 나타낸 그래프들이다.6A are graphs showing XRD results of pellets according to Chemical Stability Experimental Example 1 of the present invention.

화학 안정성 실험예에 이용된 용액은 전지 내에 포함되는 전해질과 동일한 조성인 것으로, 용액 내에 물을 더욱 포함시켜, 본 실험으로 전지의 사이클 초기 상태를 구현할 수 있다. 도 6a를 참조하면, 표면 코팅층이 형성된 리튬 화합물은 물을 첨가하기 전과 비교하여 XRD 상 매우 유사한 피크들을 갖는 것임을 확인할 수 잇다. 이는, 표면 코팅층을 포함하는 리튬 화합물은 물과 반응하여도 분해되지 않는 것을 의미할 수 있으며, 즉, 표면 코팅층은 하이드록시 아파타이트를 함유함으로써 물에 대하여 안정성을 갖는 것일 수 있다. The solution used in the Chemical Stability Experimental Example has the same composition as the electrolyte contained in the battery, and further includes water in the solution to implement an initial cycle state of the battery with this experiment. Referring to Figure 6a, it can be seen that the lithium compound having the surface coating layer has very similar peaks on the XRD compared to before adding water. This may mean that the lithium compound including the surface coating layer does not decompose even when reacted with water, that is, the surface coating layer may have stability against water by containing hydroxyapatite.

또한, 용액 내에 불산을 더욱 포함시킴으로써, 본 실험으로 전지가 구동됨에 따라 전해질염이 분해되어 전해질 내에 불산이 형성된 상태를 구현할 수 있다. 도 6a를 참조하면, 표면 코팅층 내에 함유된 하이드록시 아파타이트는 대부분 불산과 반응하여 플루오르 아파타이트로 변화되는 것을 확인할 수 있다. In addition, by further including hydrofluoric acid in the solution, the electrolyte salt is decomposed as the battery is driven in this experiment to realize a state in which hydrofluoric acid is formed in the electrolyte. Referring to Figure 6a, it can be seen that most of the hydroxyapatite contained in the surface coating layer is changed to fluorine apatite by reacting with hydrofluoric acid.

화학 안정성 실험예 2-1Chemical stability experiment example 2-1

하이드록시 아파타이트 대신, 플루오르 아파타이트를 함유하는 표면 코팅층이 형성된 리튬 화합물 1g을 이용한 것을 제외하고는 화학 안정성 실험예 1-1과 동일한 방법으로 펠렛을 얻었다. A pellet was obtained in the same manner as in Chemical Stability Experimental Example 1-1, except that 1 g of a lithium compound having a surface coating layer containing fluorine apatite was used instead of hydroxy apatite.

화학 안정성 실험예 2-2Chemical stability experiment example 2-2

하이드록시 아파타이트 대신, 플루오르 아파타이트를 함유하는 표면 코팅층이 형성된 리튬 화합물 1g을 이용한 것, 0.1g의 물 대신에 0.1g의 불산을 첨가한 것을 제외하고는 화학 안정성 실험예 1-1과 동일한 방법으로 펠렛을 얻었다. Instead of hydroxyapatite, pellets were prepared in the same manner as in Chemical Stability Experimental Example 1-1, except that 1 g of a lithium compound having a surface coating layer containing fluorine apatite was added, and 0.1 g of hydrofluoric acid was added instead of 0.1 g of water. Got

도 6b는 본 발명의 화학 안정성 실험예 2에 따른 펠렛의 XRD 결과를 나타낸 그래프들이다.Figure 6b is a graph showing the XRD results of the pellets according to Chemical Stability Experimental Example 2 of the present invention.

도 6b를 참조하면, 표면 코팅층이 형성된 리튬 화합물로 상기 표면 코팅층이 플루오르 아파타이트를 함유하는 경우 역시, 물과 불산에 노출되더라도, 노출되기 전과 비교하여 XRD 상 리튬 화합물 구조의 큰 변화가 없는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 6B, when the surface coating layer contains a fluorine apatite as a lithium compound on which the surface coating layer is formed, it can be confirmed that even when exposed to water and hydrofluoric acid, there is no significant change in the structure of the lithium compound on the XRD compared to before exposure. have.

도 6c 및 6d는 각각 화학 안정성 실험예 1 및 2에서 이용된 하이드록시 아파타이트, 플루오르 아파타이트의 구조를 나타낸 모식도이다.6C and 6D are schematic diagrams showing structures of hydroxyapatite and fluorine apatite used in Chemical Stability Experimental Examples 1 and 2, respectively.

즉, 도 6a와 6b를 참조하면, 표면 코팅층이 형성된 리튬 화합물로 상기 표면 코팅층이 하이드록시 아파타이트를 함유하는 경우, 이차전지가 구동됨에 따라 전해질염의 분해에 의하여 불산에 노출되어, 표면 코팅층 내 하이드록시 아파타이트의 일부가 불화되어 플루오르 아파타이트를 형성할 수 있다. 이 때, 표면 코팅층 내 플루오르 아파타이트가 포함되더라도, 여전히 표면 코팅층이 형성된 리튬 화합물은 물과 산 성분에 상당히 안정적일 것임을 예상할 수 있다. That is, referring to FIGS. 6A and 6B, when the surface coating layer contains hydroxyapatite with a lithium compound having a surface coating layer, as the secondary battery is driven, it is exposed to hydrofluoric acid by decomposition of the electrolyte salt, thereby hydroxy in the surface coating layer. A portion of the apatite may be fluorinated to form fluorine apatite. At this time, even if fluorine apatite is included in the surface coating layer, it can be expected that the lithium compound on which the surface coating layer is still formed will be quite stable to water and acid components.

표면 코팅층이 형성된 양극 활물질 제조예Preparation example of positive electrode active material with surface coating layer

100ml의 탈 이온수에 코팅 원료인 인산과 칼슘 나이트레이트를 1:1의 몰 비로 첨가한 후 충분히 교반하여 용액을 얻었다. 이 후, 양극 활물질인 Li[Ni0.85Co0.1Al0.5]O2를 코팅 원료와 1:0.5의 중량 비로 용액 내에 넣어주었으며, 용액의 양은 양극 재료와 동일한 중량비로 하였다. 이 때, 얻어진 침전물을 80℃에서 충분히 건조하고, 250℃에서 2시간 동안 열처리하여, 표면 코팅층이 형성된 양극 활물질을 얻었다.Phosphoric acid and calcium nitrate, which are coating raw materials, were added to 100 ml of deionized water in a molar ratio of 1: 1, followed by stirring sufficiently to obtain a solution. Thereafter, the positive electrode active material Li [Ni 0.85 Co 0.1 Al 0.5 ] O 2 was put into the solution in a weight ratio of 1: 0.5 with the coating raw material, and the amount of the solution was set to the same weight ratio as the positive electrode material. At this time, the obtained precipitate was sufficiently dried at 80 ° C, and heat-treated at 250 ° C for 2 hours to obtain a positive electrode active material having a surface coating layer.

양극 활물질 비교예Comparative example of positive electrode active material

양극 활물질로 Li[Ni0.85Co0.1Al0.5]O2를 이용하였으며, 표면 코팅층을 형성하기 위한 표면 처리를 하지 않은 것이다.Li [Ni 0.85 Co 0.1 Al 0.5 ] O 2 was used as the positive electrode active material, and the surface treatment was not performed to form the surface coating layer.

도 7a 및 7b는 본 발명의 제조예에 따른 표면 코팅층이 형성된 양극 활물질의 SEM 매핑을 나타낸 이미지들이다. 또한, 도 7c는 본 발명의 제조예에 따른 표면 코팅층이 형성된 양극 활물질의 TEM 매핑을 나타낸 이미지들이다.7A and 7B are images showing SEM mapping of the positive electrode active material on which the surface coating layer is formed according to the manufacturing example of the present invention. 7C are images showing TEM mapping of the positive electrode active material on which the surface coating layer is formed according to the manufacturing example of the present invention.

도 8은 본 발명의 제조예에 따른 표면 코팅층이 형성된 양극 활물질(treated) 및 비교예에 따른 양극 활물질(bare)의 XRD 결과를 나타낸 그래프들이다.8 is a graph showing the XRD results of the positive electrode active material (treated) and the positive electrode active material (bare) according to the comparative example, the surface coating layer is formed according to the manufacturing example of the present invention.

도 8을 참조하면, 표면 처리 전의 비교예와 표면 처리 후의 제조예의 XRD 상, 동일한 피크들이 확인되는 것으로 보아, 표면 처리 전후에 활물질 자체의 구조적 차이는 없는 것임을 확인할 수 있다. 한편, 표면 처리에 의하여 형성된 표면 코팅층은 매우 얇은 층이어서, XRD 상으로 나타나지 않을 수 있다.Referring to FIG. 8, it can be seen that the XRD phases of the comparative example before surface treatment and the preparation example after surface treatment show that the same peaks are identified, and that there is no structural difference between the active material itself before and after the surface treatment. On the other hand, the surface coating layer formed by the surface treatment is a very thin layer, so it may not appear in the XRD image.

도 9는 본 발명의 제조예에 따른 표면 코팅층이 형성된 양극 활물질(treated) 및 비교예에 따른 양극 활물질(bare)의 표면에 대한 ToF-SIMS(Time-of-Flight secondary ion mass spectrometry) 분석 결과를 나타낸 그래프이다.FIG. 9 shows the results of Time-of-Flight secondary ion mass spectrometry (ToF-SIMS) analysis of the surface of the positive electrode active material (treated) on which the surface coating layer was formed and the positive electrode active material according to the comparative example according to the manufacturing example of the present invention. It is the graph shown.

도 9를 참조하면, LiOHx + (x = 1 또는 2) 피크 및 LiCO2 + 피크의 강도는 표면처리 전의 비교예 대비 표면처리 후의 제조예에서 감소하는 것을 알 수 있다. LiOHx + 피크는 리튬-전이금속 산화물 표면 상의 LiOH에 관련된 것이고, LiCO2 + 피크는 리튬- 전이금속 산화물 표면 상의 Li2CO3에 관련된 것으로, 표면처리를 통해 리튬- 전이금속 산화물 표면 상의 LiOH와 Li2CO3 즉, 잔류 리튬 금속 화합물의 양이 감소한 것으로 추정할 수 있다.Referring to FIG. 9, it can be seen that the intensity of the LiOH x + (x = 1 or 2) peak and the LiCO 2 + peak decreases in the preparation example after the surface treatment compared to the comparative example before the surface treatment. LiOH x + peak is related to LiOH on the lithium-transition metal oxide surface, LiCO 2 + peak is related to Li 2 CO 3 on the lithium-transition metal oxide surface, and LiOH on the lithium-transition metal oxide surface through surface treatment. It can be estimated that the amount of Li 2 CO 3, that is, the residual lithium metal compound is reduced.

한편, CaPOHx - (x = 3 또는 4) 피크 및 LiCaPOHy - (y = 0, 1, 2, 3, 또는 4) 피크의 강도는 표면처리 전 대비 표면처리 후에 새롭게 검출된 것을 알 수 있다. 이들 CaPOHx - 피크 및 LiCaPOHy - 피크는 제조예로부터 얻어진 활물질 표면 상에 형성된 표면 코팅층으로부터 검출된 것으로 추정할 수 있다.On the other hand, CaPOH x - (x = 3 or 4) peak and LiCaPOH y - intensity of the (y = 0, 1, 2 , 3, or 4), the peak can be seen that a detected new later than the surface-treated surface treated. It can be estimated that these CaPOH x - peaks and LiCaPOH y - peaks were detected from the surface coating layer formed on the surface of the active material obtained from the preparation example.

전지 제조예Battery manufacturing example

상기 제조예에 따른 표면 코팅층이 형성된 양극 활물질과 super P carbon 도전재 및 PVdF 바인더를 94:3:3의 중량비로 NMP 내에서 교반하여 양극 활물질 슬러리 조성물을 형성하였다. 이 양극 활물질 슬러리 조성물을 알루미늄 호일 집전체 상에 캐스팅 및 건조하여 양극을 형성하였다.A positive electrode active material slurry composition was formed by stirring the positive electrode active material, super P carbon conductive material, and PVdF binder on which the surface coating layer according to the above Preparation Example was formed in a weight ratio of 94: 3: 3 in NMP. The positive electrode active material slurry composition was cast and dried on an aluminum foil current collector to form a positive electrode.

이 후, 상기 얻어진 양극, 리튬 금속인 음극, 에틸렌 카보네이트(EC)와 다이메틸 카보네이트(DMC)의 혼합 용매에 1M LiPF6가 용해되고 전해질 총 중량 대비 2 중량비의 비닐렌 카보네이트(VC)를 포함하는 전해질, 및 세퍼레이터를 준비하여 이차전지의 통상적인 제조공정에 따라 2032형 코인셀을 제조하였다.After that, 1M LiPF 6 is dissolved in the obtained positive electrode, a negative electrode that is a lithium metal, a mixed solvent of ethylene carbonate (EC) and dimethyl carbonate (DMC), and contains vinylene carbonate (VC) in a weight ratio of 2 to the total weight of the electrolyte. An electrolyte and a separator were prepared to prepare a 2032 type coin cell according to a typical manufacturing process of a secondary battery.

전지 비교예Battery Comparative Example

제조예에 따른 표면 코팅층이 형성된 양극 활물질 대신 비교예에 따른 양극활물질을 이용한 것을 제외하고는 전지 제조예와 동일한 방법으로 전지를 얻었다.A battery was obtained in the same manner as the battery manufacturing example, except that the positive electrode active material according to the comparative example was used instead of the positive electrode active material having a surface coating layer according to the manufacturing example.

도 10, 도 11 및 도 12는 전지 제조예(treated) 및 전지 비교예(bare)에 따른 전지들의 충방전 특성을 나타낸 그래프이고, 도 13은 전지 제조예에 다른 전지의 충방전 사이클 이후 양극 활물질의 XRD 그래프이다.10, 11 and 12 are graphs showing charging and discharging characteristics of batteries according to a battery manufacturing example (treated) and a battery comparison example (bare), and FIG. 13 is a positive electrode active material after a charging and discharging cycle of another battery in a battery manufacturing example It is an XRD graph.

도 10을 참조하면, 표면 처리 전의 전지 비교예와 표면 처리 후의 전지 제조예로 인해 나타나는 초기 전지 성능상의 차이는 매우 크게 나타나는 것은 아니나, 비교예 대비 제조예에 따른 전지는 다소 높은 가역성을 나타낸다.Referring to FIG. 10, the difference in the initial battery performance due to the battery comparison example before surface treatment and the battery manufacturing example after surface treatment is not very large, but the battery according to the production example compared to the comparative example shows somewhat high reversibility.

도 11을 참조하면, C-rate를 0.1C에서 5C까지 높여가면서 실험한 결과, 제조예에 따른 전지는 비교예에 따른 전지에 비하여 고율에서도 우수한 방전 용량을 갖는 것임을 확인할 수 있다.Referring to Figure 11, as a result of experiments while increasing the C-rate from 0.1C to 5C, it can be seen that the battery according to the manufacturing example has a superior discharge capacity even at a high rate compared to the battery according to the comparative example.

도 12를 참조하면, 3C-rate(1C = 200mAh/g 기준)의 전류 밀도로 용량 평가 실험을 한 결과, 제조예에 따른 전지는 비교예에 따른 전지에 비하여 사이클이 진행됨에 따른 용량저하율이 더욱 작음을 알 수 있으며, 구동가능한 사이클 횟수 역시 훨씬 많아 수명 특성이 향상된 것임을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 12, as a result of performing a capacity evaluation experiment with a current density of 3C-rate (based on 1C = 200mAh / g), the battery according to the manufacturing example has a lower capacity reduction rate as the cycle proceeds than the battery according to the comparative example It can be seen that it is small, and it can be confirmed that the number of cycles that can be driven is much larger, thereby improving the life characteristics.

도 13은, 자세하게는, 비교예 및 제조예에 따른 전지를 3 내지 4.3V의 전압 범위에서 1C로 300사이클 진행시킨 후, 전지들을 분해시켜 양극 활물질의 구조를 측정한 것이다. 비교예에 따른 전극의 양극 활물질 내에서, 초기 활물질의 구조는 1%로 잔존하는 것으로 거의 발견되지 않으며, 리튬이 부족한 상이 99%로 확인할 수 있다. 이에 반해, 제조예에 따른 전극의 경우, 상기 조건의 사이클이 진행된 이후에도 양극 활물질은 초기 활물질의 구조를 91%로 유지하고 있으며, 리튬이 부족한 상을 9% 갖는 것으로, 대부분이 초기 활물질의 상으로 발견되는 것임을 확인할 수 있다. 13 is, in detail, after the battery according to the comparative example and the manufacturing example was performed 300 cycles at 1C in a voltage range of 3 to 4.3V, the batteries were disassembled to measure the structure of the positive electrode active material. In the positive electrode active material of the electrode according to the comparative example, the structure of the initial active material is hardly found to remain at 1%, and the phase lacking lithium can be confirmed to be 99%. On the other hand, in the case of the electrode according to the manufacturing example, the positive electrode active material maintains the structure of the initial active material at 91% even after the above-described cycle, and 9% of the lithium-deficient phase, most of which are phases of the initial active material. You can confirm that it is found.

즉, 표면 코팅층으로 인하여 충방전 간 리튬이온의 이동을 방해하는 부산물의 생성을 억제시킬 수 있고, 양극 활물질의 표면을 보호할 수 있으므로 비교적 양극 활물질의 안정성이 개선되어, 이를 포함하는 이차전지는 수명 특성, 용량 유지율 등 전기화학적 성능이 향상되는 것으로 해석된다. That is, since the surface coating layer can suppress the generation of by-products that interfere with the movement of lithium ions between charging and discharging, and can protect the surface of the positive electrode active material, the stability of the positive electrode active material is improved, and the secondary battery including the same has a longer life. It is interpreted that the electrochemical performance such as characteristics and capacity retention rate is improved.

이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변경시킬 수 있음을 충분히 이해할 수 있을 것이다.Although it has been described with reference to the above embodiments, those skilled in the art can sufficiently modify or change the present invention in various ways without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the claims below. You will understand.

Claims (10)

양극 활물질 입자; 및
상기 양극 활물질 입자의 표면 상에 위치하고 하기 화학식 1로 표시된 물질을 함유하는 표면 코팅층을 포함하는 이차전지용 양극 재료:
[화학식 1]
Ca5(PO4)3X1-xLix
상기 화학식 1에서, X는 OH, F 또는 Cl이고, x는 0 내지 1이다.
Positive electrode active material particles; And
A positive electrode material for a secondary battery comprising a surface coating layer on the surface of the positive electrode active material particles and containing a material represented by Formula 1 below:
[Formula 1]
Ca 5 (PO 4 ) 3 X 1- xLix
In Formula 1, X is OH, F or Cl, and x is 0 to 1.
청구항 1에 있어서,
상기 양극 활물질은 화학식 Li1+x(Ni1-y-zCoyM)1-xO2 으로 나타내어지는 이차전지용 양극 재료:
상기 화학식에서, M은 Sc, Ti, V, Cr, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, Al, Ga, In, Sn, Bi 또는 Mn이고, -0.2 ≤ x ≤ 0.2, 0.01 ≤ y ≤ 0.5, 0.01 ≤ z ≤ 0.5, 0 < y+z < 1이다.
The method according to claim 1,
The positive electrode active material is a positive electrode material for a secondary battery represented by the formula Li 1 + x (Ni 1-yz Co y M) 1-x O 2 :
In the above formula, M is Sc, Ti, V, Cr, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, Al, Ga, In, Sn, Bi or Mn, and -0.2 ≤ x ≤ 0.2, 0.01 ≤ y ≤ 0.5, 0.01 ≤ z ≤ 0.5, 0 <y + z <1.
청구항 1에 있어서,
상기 표면 코팅층의 두께는 0.1 내지 100nm인 이차전지용 양극 재료.
The method according to claim 1,
The thickness of the surface coating layer is a positive electrode material for a secondary battery of 0.1 to 100nm.
청구항 1에 있어서,
상기 화학식 1로 나타내어지는 표면 코팅층은 Ca5(PO4)3(OH)1-xLix, 및 Ca5(PO4)3(F)1-xLix 중 적어도 하나를 함유하는 층인 이차전지용 양극 재료.
The method according to claim 1,
The surface coating layer represented by Chemical Formula 1 is a positive electrode material for a secondary battery which is a layer containing at least one of Ca 5 (PO 4 ) 3 (OH) 1-x Lix, and Ca 5 (PO 4 ) 3 (F) 1-x Lix. .
청구항 1에 있어서,
상기 표면 코팅층은 비행시간-이차 이온 질량 분석법(Time of Flight Secondary Ion Mass Spectrometry, ToF-SIMS) 분석에서 CaPOHx - (x = 3 또는 4) 피크 및 LiCaPOHy - (y = 0, 1, 2, 3, 또는 4) 피크 중 적어도 하나를 나타내는 이차전지용 양극 재료.
The method according to claim 1,
The surface coating layer is time of flight-secondary ion mass spectrometry (Time of Flight Secondary Ion Mass Spectrometry, ToF-SIMS) analysis in CaPOH x - (x = 3 or 4) peak and LiCaPOH y - (y = 0, 1, 2, 3 or 4) A positive electrode material for a secondary battery showing at least one of peaks.
용매에 인산과 칼슘염을 용해시켜 코팅 용액을 준비하는 단계;
상기 코팅 용액에 양극 활물질을 첨가하여 침전물을 얻는 단계; 및
상기 침전물을 열처리하는 단계를 포함하는 이차전지용 양극 재료 제조방법.
Preparing a coating solution by dissolving phosphoric acid and calcium salt in a solvent;
Obtaining a precipitate by adding a positive electrode active material to the coating solution; And
Method for manufacturing a cathode material for a secondary battery comprising the step of heat-treating the precipitate.
청구항 6에 있어서,
상기 용매는 물, 정제수, 증류수를 포함하는 이차전지용 양극 재료 제조방법.
The method according to claim 6,
The solvent is a method for producing a cathode material for a secondary battery including water, purified water, distilled water.
청구항 6에 있어서,
상기 열처리는 200 내지 290℃의 온도에서 수행되는 이차전지용 양극 재료 제조방법.
The method according to claim 6,
The heat treatment is a method for manufacturing a cathode material for a secondary battery is performed at a temperature of 200 to 290 ℃.
청구항 6에 있어서,
상기 코팅 용액에 양극 활물질을 첨가하여 침전물을 얻는 단계 이후, 상기 침전물을 건조하는 단계를 더 포함하는 이차전지용 양극 재료 제조방법.
The method according to claim 6,
After the step of obtaining a precipitate by adding a positive electrode active material to the coating solution, the method of manufacturing a positive electrode material for a secondary battery further comprising the step of drying the precipitate.
청구항 6에 있어서,
상기 건조는 50 내지 100℃의 온도에서 수행되는 이차전지용 양극 재료 제조방법.
The method according to claim 6,
The drying is a method of manufacturing a cathode material for a secondary battery performed at a temperature of 50 to 100 ℃.
KR1020190116001A 2018-09-20 2019-09-20 positive material having surface coated positive active material for lithium secondary battery, preparation method thereof and lithium secondary battery comprising the same Active KR102274784B1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180112662 2018-09-20
KR20180112662 2018-09-20

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20200033764A true KR20200033764A (en) 2020-03-30
KR102274784B1 KR102274784B1 (en) 2021-07-08

Family

ID=70003449

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190116001A Active KR102274784B1 (en) 2018-09-20 2019-09-20 positive material having surface coated positive active material for lithium secondary battery, preparation method thereof and lithium secondary battery comprising the same

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102274784B1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114361442A (en) * 2022-01-10 2022-04-15 天能帅福得能源股份有限公司 Ternary cathode material of lithium ion battery and preparation method thereof
CN114566647A (en) * 2022-02-09 2022-05-31 武汉理工大学 Calcium phosphate coated high-nickel ternary cathode material and preparation method and application thereof
WO2025047625A1 (en) * 2023-08-31 2025-03-06 パナソニックIpマネジメント株式会社 Coated active material, positive electrode, and secondary battery

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102824834B1 (en) 2022-10-19 2025-06-24 이화여자대학교 산학협력단 Cathode active material including tannic acid coating layer and method of preparing the same

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20100004025A (en) * 2008-07-02 2010-01-12 주식회사 엘지화학 Improved stable lithium secondary battery
KR20160063912A (en) * 2014-11-27 2016-06-07 삼성에스디아이 주식회사 Positive active material, lithium battery containing the material, and method of manufacturing the material

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20100004025A (en) * 2008-07-02 2010-01-12 주식회사 엘지화학 Improved stable lithium secondary battery
KR20160063912A (en) * 2014-11-27 2016-06-07 삼성에스디아이 주식회사 Positive active material, lithium battery containing the material, and method of manufacturing the material

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114361442A (en) * 2022-01-10 2022-04-15 天能帅福得能源股份有限公司 Ternary cathode material of lithium ion battery and preparation method thereof
CN114566647A (en) * 2022-02-09 2022-05-31 武汉理工大学 Calcium phosphate coated high-nickel ternary cathode material and preparation method and application thereof
CN114566647B (en) * 2022-02-09 2023-05-12 武汉理工大学 Calcium phosphate coated high-nickel ternary positive electrode material and preparation method and application thereof
WO2025047625A1 (en) * 2023-08-31 2025-03-06 パナソニックIpマネジメント株式会社 Coated active material, positive electrode, and secondary battery

Also Published As

Publication number Publication date
KR102274784B1 (en) 2021-07-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102675258B1 (en) Lithium secondary battery with improved high temperature storage property
KR101514605B1 (en) Positive Electrode Material for Lithium-Ion Batteries and Lithium-Ion Battery Having the Same
KR101772737B1 (en) Positive electrode active material for lithium secondary battery, method for preparing same, and lithium secondary battery comprising same
KR100670507B1 (en) Lithium secondary battery
US8697280B2 (en) Electrode active material, method of preparing electrode active material, electrode including electrode active material, and lithium secondary battery including electrode
CN111052488B (en) Lithium secondary battery with improved high-temperature storage characteristics
KR101485382B1 (en) Lithium secondary battery
CN109216758B (en) Nonaqueous electrolyte battery and method for manufacturing nonaqueous electrolyte battery
KR20200054097A (en) Non-aqueous electrolyte for lithium secondary battery and lithium secondary battery comprising the same
KR20190059115A (en) Irreversible Additive Comprised in Cathode Material for Lithium Secondary Battery, Preparing Method thereof, and Cathode Material Comprising the Same
KR102170280B1 (en) Cathode material with stable surface for secondary batteries and method for producing the same
KR102274784B1 (en) positive material having surface coated positive active material for lithium secondary battery, preparation method thereof and lithium secondary battery comprising the same
KR102063898B1 (en) Positive Electrode Material for Lithium-Ion Batteries and Lithium-Ion Battery Having the Same
US9601809B2 (en) Lithium secondary battery
CN102227833A (en) Positive electrode plate for nonaqueous electrolyte secondary battery, method for producing same, and nonaqueous electrolyte secondary battery
CN105122512A (en) High-capacity negative electrode active material and lithium secondary battery comprising same
WO2013008581A1 (en) Active material for secondary batteries
JP2022534525A (en) Non-aqueous electrolyte for lithium secondary battery and lithium secondary battery containing the same
EP2284934A1 (en) Electrode assembly and lithium secondary battery including the same
JP6275694B2 (en) Nonaqueous electrolyte secondary battery
KR20120117234A (en) Cathode active material, preparation method thereof, and cathode and lithium battery containing the material
CN112313820A (en) Lithium composite negative electrode active material, negative electrode including the lithium composite negative electrode active material, and manufacturing method thereof
US7919208B2 (en) Anode active material and battery
KR101676687B1 (en) Positive active material for rechargeable lithium battery, method for manufacturing the same, and rechargeable lithium battery including the same
KR20190079368A (en) Organic electrolyte and Lithium battery comprising organic electrolyte

Legal Events

Date Code Title Description
PA0109 Patent application

Patent event code: PA01091R01D

Comment text: Patent Application

Patent event date: 20190920

PA0201 Request for examination
PG1501 Laying open of application
E902 Notification of reason for refusal
PE0902 Notice of grounds for rejection

Comment text: Notification of reason for refusal

Patent event date: 20210203

Patent event code: PE09021S01D

E701 Decision to grant or registration of patent right
PE0701 Decision of registration

Patent event code: PE07011S01D

Comment text: Decision to Grant Registration

Patent event date: 20210701

PR0701 Registration of establishment

Comment text: Registration of Establishment

Patent event date: 20210702

Patent event code: PR07011E01D

PR1002 Payment of registration fee

Payment date: 20210702

End annual number: 3

Start annual number: 1

PG1601 Publication of registration
PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20240626

Start annual number: 4

End annual number: 4

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20250626

Start annual number: 5

End annual number: 5