KR20140083199A - Positive active material for lithium secondary battery, method for manufacturing the same and lithium secondary battery using the same - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a positive active material for a lithium secondary battery, a method for manufacturing same, and a lithium secondary battery using same. According to the present invention, a mixed Mn-based positive active material for a lithium secondary battery having a bimodal particle size distribution can be provided. Also, a method for manufacturing a mixed Mn-based positive active material for a lithium secondary battery including a first step for mixing a large stone manganese compound (A) with a particle diameter of 5 to 25 mm with a small stone manganese compound (B) with a particle diameter of 0.3 to 3 mm; a second step for mixing the mixture of the large stone manganese compound (A) and the small stone manganese compound (B) with a lithium compound and an additive; a third step for plasticizing the mixture of the large stone manganese compound (A), the small stone manganese compound (B), the lithium compound, and the additive; and a fourth step for pulverizing the plasticized mixture can be provided.

Description

리튬 이차 전지용 양극 활물질, 이의 제조 방법 및 이를 이용한 리튬 이차 전지{POSITIVE ACTIVE MATERIAL FOR LITHIUM SECONDARY BATTERY, METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME AND LITHIUM SECONDARY BATTERY USING THE SAME}FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a positive electrode active material for a lithium secondary battery, a method for manufacturing the same, and a lithium secondary battery using the same. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001]

리튬 이차 전지용 양극 활물질, 이의 제조 방법 및 이를 이용한 리튬 이차 전지에 관한 것이다.The present invention relates to a cathode active material for a lithium secondary battery, a method for producing the same, and a lithium secondary battery using the same.

리튬 이차전지의 양극 활물질로는 최근까지 리튬함유 코발트 산화물(LiCoO2)이 주로 사용되고 있고, 그 외에 층상 결정구조의 LiMnO2, 스피넬 결 정 구조의 LiMn2O4 등의 리튬 함유 망간 산화물(LMO)과, 리튬함유 니켈 산화물 (LiNiO2)의 사용도 고려되고 있다.Recently, lithium-containing cobalt oxide (LiCoO 2 ) has been mainly used as a positive electrode active material of a lithium secondary battery. Lithium-containing manganese oxide (LMO) such as LiMnO 2 having a layered crystal structure and LiMn 2 O 4 having a spinel- And lithium-containing nickel oxide (LiNiO 2 ) have been considered.

이중 LiCoO2은 우수한 사이클 특성 등 제반 물성이 우수하고 제조가 용이하여 현재 많이 사용되고 있지만, 고가의 코발트를 다량 사용하기 때문에 전기 자동차 등과 같이 대량의 전지가 소요되는 분야의 동력원으로 적용하기에는 한계가 있다. 또한, LiNiO2는 코발트계 산화물보다 비용이 저렴하면서도 70% 이상의 리튬이 가역적으로 충방전될 수 있어, 고용량 재료로서 주목을 받고 있으나, 안정성이 떨어지는 문제점이 있다. LiCoO 2 has excellent properties such as excellent cycle characteristics and is widely used at present because it is easy to manufacture. However, since it uses a large amount of expensive cobalt, application of LiCoO 2 as a power source for a field requiring a large amount of cells such as an electric vehicle is limited. In addition, LiNiO 2 can be reversibly charged and discharged at a cost lower than that of a cobalt oxide and at least 70% of lithium, and thus has attracted attention as a high-capacity material, but has a problem of poor stability.

한편, 리튬 망간계 산화물은 코발트 대신에 자원이 풍부하고 환경친화적인 망간을 사용한다는 장점이 있어, LiCoO2를 대체할 수 있는 양극 활물질로서 많은 관심을 모으고 있다. 특히 LMO는 층상구조와는 달리 입방정(cubic system) 구조를 갖는 스피넬 구조이기 때문에 리튬 이온의 이동경로가 짧고 이온전도도가 높아 고율 충방전에 유리하며 출력특성이 우수하고 충전상태에서 열적으로도 안정하다. 다만 LMO는 다른 양극 재료에 비해 용량이 낮아서, 고용량 전지 제조가 어려운 단점이 있다. 이를 위해서 용량이 우수한 NMC(리튬 함유 니켈망간코발트 산화물)와 혼합하는 등의 연구가 진행되고 있다.On the other hand, lithium manganese oxide has an advantage of using manganese which is abundant in resources and environment-friendly instead of cobalt, and thus attracts much attention as a cathode active material which can replace LiCoO 2 . In particular, LMO is a spinel structure with a cubic system structure unlike the layered structure, so it has a short travel path of lithium ion and high ionic conductivity, which is advantageous for high rate charging / discharging, excellent output characteristic, . However, LMO has a lower capacity than other cathode materials, which makes it difficult to manufacture high capacity batteries. For this purpose, studies have been conducted such as mixing NMC (lithium-containing nickel manganese cobalt oxide) with excellent capacity.

본 발명의 일 구현예는 동일부피 내에서 리튬 이차전지 내부의 양극 활물질 충진량 증가를 통한 리튬 이차전지의 용량을 증가시키는 리튬 이차전지용 혼합 망간계 양극 활물질을 제공하는 것이다.An embodiment of the present invention provides a mixed-manganese cathode active material for a lithium secondary battery that increases the capacity of a lithium secondary battery by increasing the amount of a cathode active material loaded in the lithium secondary battery in the same volume.

본 발명의 다른 일 구현예는 상기 양극 활물질의 제조 방법을 제공하는 것이다.Another embodiment of the present invention is to provide a method for producing the cathode active material.

본 발명의 또 다른 일 구현예는 상기 양극 활물질을 포함하는 리튬 이차전지를 제공하는 것이다.Another embodiment of the present invention provides a lithium secondary battery comprising the cathode active material.

본 발명의 일 구현예는 제1집단 및 제2집단을 포함하는 바이 모드(bimodal) 입자 크기 분포를 갖는 리튬 이차 전지용 혼합 망간계 양극 활물질로서, 상기 제1집단은 5 내지 25㎛의 입도(D50)를 갖는 대입경 망간화합물이고, 상기 제2집단은 0.3 내지 3㎛의 입도(D50)을 갖는 소입경 망간화합물인 리튬 이차전지용 혼합 망간계 양극 활물질을 제공할 수 있다.One embodiment of the present invention is a mixed manganese-based cathode active material for a lithium secondary battery having a bimodal particle size distribution comprising a first group and a second group, wherein the first group has a particle size (D50 ), And the second group can provide a mixed manganese-based cathode active material for a lithium secondary battery, which is a small-diameter manganese compound having a particle size (D50) of 0.3 to 3 mu m.

본 발명의 일 구현예는 상기 리튬 이차전지용 혼합 망간계 양극 활물질 총 100중량%에서, 상기 제1집단이 70 내지 95중량% 포함되며, 상기 제2집단이 5 내지 30중량% 포함되는 리튬 이차전지용 혼합 망간계 양극 활물질을 제공할 수 있다.One embodiment of the present invention is a lithium secondary battery comprising a total of 100 wt% of the mixed manganese-based cathode active material for lithium secondary battery, 70 wt% to 95 wt% of the first group, and 5 wt% to 30 wt% A mixed-manganese cathode active material can be provided.

본 발명의 일 구현예는 상기 제1집단 및 상기 제2집단의 질량에 기초한 입자 크기 분포의 D90 및 D10의 값이 서로 중복되지 않는 리튬 이차전지용 혼합 망간계 양극 활물질을 제공할 수 있다.An embodiment of the present invention can provide a mixed-manganese cathode active material for a lithium secondary battery in which the values of D90 and D10 of the particle size distribution based on the mass of the first group and the second group do not overlap each other.

본 발명의 다른 일 구현예는 5 내지 25㎛의 입경을 갖는 대입경 망간화합물(A) 및 0.3 내지 3㎛의 입경을 갖는 소입경 망간화합물(B)를 혼합하는 제1단계; 상기 대입경 망간화합물(A) 및 상기 소입경 망간화합물(B)의 혼합물에 리튬화합물 및 첨가제를 혼합하는 제2단계; 상기 대입경 망간화합물(A), 상기 소입경 망간화합물(B), 상기 리튬화합물, 및 상기 첨가제의 혼합물을 소성시키는 제3단계; 및 상기 소성된 혼합물을 분쇄시키는 제4단계; 를 포함하는 리튬 이차전지용 혼합 망간계 양극 활물질 제조방법을 제공할 수 있다.Another embodiment of the present invention is directed to a method for manufacturing a semiconductor device, comprising: a first step of mixing a large-diameter manganese compound (A) having a particle diameter of 5 to 25 탆 and a small-diameter manganese compound (B) having a particle diameter of 0.3 to 3 탆; A second step of mixing a lithium compound and an additive into the mixture of the large-molecular-weight manganese compound (A) and the small-particle-diameter manganese compound (B); A third step of firing a mixture of the above-mentioned large intermetallic compound (A), said small-particle-diameter manganese compound (B), said lithium compound, and said additive; And a fourth step of pulverizing the fired mixture; Based cathode active material for a lithium secondary battery according to the present invention.

본 발명의 다른 일 구현예는 상기 제1단계에서, 상기 대입경 망간화합물(A) 및 상기 소입경 망간화합물(B)이 각각 8:2 내지 6:4의 중량비로 혼합되는 리튬 이차전지용 혼합 망간계 양극 활물질 제조방법을 제공할 수 있다.In another embodiment of the present invention, in the first step, the mixed manganese compound (A) and the small-manganese manganese compound (B) are mixed at a weight ratio of 8: 2 to 6: 4, Thereby providing a method for manufacturing a cathode active material.

본 발명의 다른 일 구현예는 상기 대입경 망간화합물(A) 및 상기 소입경 망간화합물(B)이 MnO2, Mn3O4, 또는 이들의 조합인 리튬 이차전지용 혼합 망간계 양극 활물질 제조방법을 제공할 수 있다.Another embodiment of the present invention is a method for producing a mixed manganese-based cathode active material for a lithium secondary battery, wherein the large-molecular-weight manganese compound (A) and the small-particle-diameter manganese compound (B) are MnO 2 , Mn 3 O 4 , .

본 발명의 다른 일 구현예는 상기 리튬화합물이 Li2CO3이며, 1 내지 3㎛의 평균입도를 리튬 이차전지용 혼합 망간계 양극 활물질 제조방법을 제공할 수 있다.In another embodiment of the present invention, the lithium compound is Li 2 CO 3 , and the average particle size of the lithium manganese-based mixed cathode active material for lithium secondary batteries is 1 to 3 μm.

본 발명의 다른 일 구현예는 상기 첨가제가 Al(OH)3, Mg(OH)2, 또는 이들의 조합인 리튬 이차전지용 혼합 망간계 양극 활물질 제조방법을 제공할 수 있다.Another embodiment of the present invention can provide a method for producing a mixed manganese-based cathode active material for a lithium secondary battery, wherein the additive is Al (OH) 3 , Mg (OH) 2 , or a combination thereof.

본 발명의 다른 일 구현예는 상기 첨가제가 0.1 내지 0.5중량%가 첨가되는 리튬 이차전지용 혼합 망간계 양극 활물질 제조방법을 제공할 수 있다.Another embodiment of the present invention can provide a method for producing a mixed manganese-based cathode active material for a lithium secondary battery, wherein 0.1 to 0.5% by weight of the additive is added.

본 발명의 다른 일 구현예는 상기 제1단계가 1000 내지 10000rpm 조건에서 수행되며, 상기 제2단계가 5 내지 30rpm 조건에서 수행되는 리튬 이차전지용 혼합 망간계 양극 활물질 제조방법을 제공할 수 있다.In another embodiment of the present invention, the first step is performed at 1000 to 10000 rpm, and the second step is performed at 5 to 30 rpm.

본 발명의 다른 일 구현예는 상기 제2단계에 의해 제조된 혼합물이 Li/Mn의 몰비가 0.54 내지 0.58인 리튬 이차전지용 혼합 망간계 양극 활물질 제조방법을 제공할 수 있다.Another embodiment of the present invention can provide a method for producing a mixed manganese-based cathode active material for a lithium secondary battery, wherein the mixture prepared by the second step has a Li / Mn molar ratio of 0.54 to 0.58.

본 발명의 다른 일 구현예는 상기 제3단계가 800 내지 1000℃에서 3 내지 7시간동안 소성시키는 단계인 리튬 이차전지용 혼합 망간계 양극 활물질 제조방법을 제공할 수 있다.Another embodiment of the present invention provides a method for producing a mixed manganese-based cathode active material for a lithium secondary battery, wherein the third step is a step of firing at 800 to 1000 ° C for 3 to 7 hours.

본 발명의 또 다른 일 구현예는 상기 리튬 이차전지용 혼합 망간계 양극 활물질을 포함하는 리튬 이차전지를 제공할 수 있다.Another embodiment of the present invention can provide a lithium secondary battery comprising the mixed manganese-based cathode active material for a lithium secondary battery.

본 발명의 일 구현예에 따른 양극 활물질은 바이 모드(bimodal) 입자 크기 분포를 갖는 혼합 망간계 양극 활물질로서, 높은 충진 밀도를 가지는 양극 활물질 및 동일부피 대비 높은 에너지 밀도를 가지는 리튬 이차전지를 제조할 수 있다.The positive electrode active material according to one embodiment of the present invention is a mixed manganese type positive electrode active material having a bimodal particle size distribution, and can produce a positive electrode active material having a high packing density and a lithium secondary battery having a high energy density with respect to the same volume .

도 1은 바이모드 양극활물질을 사용한 본 발명에 따른 리튬 이차 전지의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 바이모드 양극활물질을 사용한 본 발명에 따른 리튬 이차전지용 혼합 망간계 양극 활물질의 제조방법을 나타내는 순서도이다.
도 3은 바이모드 양극활물질을 사용한 본 발명에 따른 대입경 망간화합물(A) 및 소입경 망간화합물(B)을 혼합하는 헨셀 타입 믹서의 개요도이다.
도 4는 바이모드 양극활물질을 사용한 본 발명에 따른 리튬 이차전지의 충전 및 방전 그래프이다.
도 5는 바이모드 양극활물질을 사용한 본 발명에 따른 리튬 이차전지의 충전 및 방전 사이클 효율을 나타낸 그래프이다.
도 6은 바이모드 양극활물질을 사용한 본 발명에 따른 리튬 이차전지의 입도 분포를 나타낸 그래프이다.
도 7은 단일모드 양극활물질을 사용한 리튬 이차전지의 충전 및 방전 그래프이다.
도 8은 단일모드 양극활물질을 사용한 리튬 이차전지의 충전 및 방전 사이클 효율을 나타낸 그래프이다.
도 9는 단일모드 양극활물질을 사용한 리튬 이차전지의 입도 분포를 나타낸 그래프이다.
1 is a schematic view showing the structure of a lithium secondary battery according to the present invention using a bimodal cathode active material.
2 is a flowchart showing a method for producing a mixed manganese-based cathode active material for a lithium secondary battery according to the present invention using a bimodal cathode active material.
3 is a schematic view of a Henschel-type mixer that mixes a large-diameter manganese compound (A) and a small-manganese manganese compound (B) according to the present invention using a bimodal cathode active material.
4 is a graph of charge and discharge of a lithium secondary battery according to the present invention using a bimodal cathode active material.
5 is a graph showing charging and discharging cycle efficiencies of a lithium secondary battery according to the present invention using a bimodal cathode active material.
6 is a graph showing the particle size distribution of a lithium secondary battery according to the present invention using a bimodal cathode active material.
7 is a graph of charging and discharging of a lithium secondary battery using a single mode cathode active material.
8 is a graph showing the charging and discharging cycle efficiency of a lithium secondary battery using a single mode cathode active material.
9 is a graph showing particle size distribution of a lithium secondary battery using a single mode cathode active material.

이하, 본 발명의 구성에 관하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.Hereinafter, the configuration of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the present invention is not limited thereto, and the present invention is only defined by the scope of the following claims.

본 명세서에서, 제1집단은 5 내지 25㎛의 입도(D50)를 갖는 대입경 망간화합물을 의미하며, 상기 제2집단은 0.3 내지 3㎛의 입도(D50)을 갖는 소입경 망간화합물을 의미한다.In the present specification, the first group means a large-diameter manganese compound having a particle size (D50) of 5 to 25 mu m, and the second group means a small-diameter manganese compound having a particle size (D50) of 0.3 to 3 mu m .

또한, 본 명세서에서 D50, D10, D90은 모두 양극활물질 또는 양극활물질 재료의 입도를 의미하는 것으로, D50은 양극활물질 재료 입도 측정 결과에서 중앙값을 나타내는 값이고, D10은 양극활물질 재료 입도 측정 결과에서 하위 10%의 값을 나타내며, D90은 양극활물질 재료 입도 측정 결과에서 상위 90%값을 나타낸다. 일반적으로 D50의 값을 양극활물질 재료의 입도로 본다.In the present specification, D50, D10 and D90 mean the particle size of the cathode active material or the cathode active material. D50 is a median value of the result of the particle size measurement of the cathode active material. D10 is a lower 10%, and D90 shows an upper 90% value in the result of the cathode active material particle size measurement. Generally, the value of D50 is regarded as the particle size of the cathode active material.

본 발명의 일 구현예에 따른 리튬 이차전지용 양극 활물질은 제1집단 및 제2집단으로 구성된 바이 모드(bimodal) 입자 크기 분포를 갖는 혼합 망간계 양극 활물질로서, 제1집단의 질량에 기초한 입자 크기 분포에 대한 중앙값이 5 내지 25㎛이고, 제2집단의 질량에 기초한 입자 크기 분포에 대한 중앙값이 0.3 내지 3㎛일 수 있다. 상기 입자 크기 분포에 대한 중앙값은 레이저 입자 분석으로 측정할 수 있다. 리튬 이차전지용 양극 활물질이 바이 모드(bimodal) 입자 크기 분포를 가지고, 입자 크기 분포에 대한 중앙값이 상기 범위 내일 경우, 동일 부피에 많은 양의 활물질을 집적할 수 있어 리튬 이차전지의 에너지 밀도를 향상시킬 수 있다. The cathode active material for a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention is a mixed manganese cathode active material having a bimodal particle size distribution composed of a first group and a second group and has a particle size distribution based on the mass of the first group And the median value for the particle size distribution based on the mass of the second population may be 0.3 to 3 占 퐉. The median for the particle size distribution can be measured by laser particle analysis. When the cathode active material for a lithium secondary battery has a bimodal particle size distribution and the median value of the particle size distribution is within the above range, a large amount of active material can be accumulated in the same volume, thereby improving the energy density of the lithium secondary battery .

즉, 적합한 구형 직경 비율에서, 바이 모드(bimodal)의 크기 분포를 갖는 입자는 단일 모드의 크기 분포를 갖는 입자에 비하여 높은 패킹(packing)밀도를 가지며, 동일한 실제 밀도 및 형태를 갖는다. 나아가, 바이 모드(bimodal)의 크기 분포를 갖는 입자에 의해 물질의 내부 표면적이 증가하게 된다. 예를 들어, 단일모드(D50 = 20㎛)의 양극활물질 재료를 사용하여 양극 제조시 Packing Density가 떨어지지만, 바이모드의 경우에는 큰 제1집단 입자를 가지는 양극활물질 재료 사이에 작은 제2집단 입자를 가지는 양극활물질 재료가 촘촘히 채워져 Density가 증가되게 된다.That is, at suitable spherical diameter ratios, particles having a size distribution of bimodal have a higher packing density than particles having a single mode size distribution, and have the same actual density and shape. Furthermore, the internal surface area of the material is increased by particles having a size distribution of bimodal. For example, when the positive electrode active material of the single mode (D50 = 20 占 퐉) is used, the packing density is reduced in the production of the positive electrode, but in the case of the bimodal, The cathode active material is densely packed and the density is increased.

상기 리튬 이차전지용 양극 활물질 총 100중량%에서, 상기 제1집단이 70 내지 95중량% 포함될 수 있고, 상기 제2집단이 5 내지 30중량% 포함될 수 있다. 상기 제1집단의 함량이 95중량% 초과이고 상기 제2집단의 함량이 5중량% 미만인 경우, Packing Density가 떨어지게 되고, 상기 제1집단의 함량이 70중량% 미만이고 상기 제2집단의 함량이 30중량% 초과인 경우, Packing Density는 증가하나 작은 입자를 가지는 제2집단의 분포가 증가하게 되어 미분으로 인한 Mn 용출 등의 문제가 발생하게 된다.The first group may be contained in an amount of 70 to 95% by weight and the second group may be included in an amount of 5 to 30% by weight based on 100% by weight of the total amount of the cathode active material for the lithium secondary battery. If the content of the first group is greater than 95% by weight and the content of the second group is less than 5% by weight, the packing density is lowered and the content of the first group is less than 70% If it exceeds 30% by weight, the packing density increases but the distribution of the second group having small particles increases, resulting in problems such as Mn elution due to the fine particles.

상기 제1집단 및 제2집단의 질량에 기초한 입자 크기 분포의 D90 및 D10 의 값이 서로 중복되지 않을 수 있다. 상기 D90 및 D10의 값이 서로 중복되지 않을 경우, 제1집단 및 제2집단이 서로간의 적합한 질량비율 및 적합한 입자 직경비율을 가지게 되어, 동일 부피 내에서의 양극 활물질 충진량을 증가시킬 수 있다.The values of D90 and D10 of the particle size distribution based on the mass of the first and second groups may not overlap with each other. If the values of D90 and D10 do not overlap with each other, the first group and the second group have an appropriate mass ratio and an appropriate particle diameter ratio between each other, and the amount of the cathode active material filling in the same volume can be increased.

본 발명의 다른 일 구현예는 리튬 이차전지용 혼합 망간계 양극 활물질 제조방법을 제공할 수 있다.Another embodiment of the present invention can provide a method for producing a mixed manganese-based cathode active material for a lithium secondary battery.

구체적으로 상기 리튬 이차전지용 혼합 망간계 양극 활물질 제조방법은 5 내지 25㎛의 입경을 갖는 대입경 망간화합물(A) 및 0.3 내지 3㎛의 입경을 갖는 소입경 망간화합물(B)를 혼합하는 제1단계; 상기 대입경 망간화합물(A) 및 소입경 망간화합물(B)의 혼합물에 리튬화합물 및 첨가제를 혼합하는 제2단계; 상기 대입경 망간화합물(A), 소입경 망간화합물(B), 리튬화합물, 및 첨가제의 혼합물을 소성시키는 제3단계; 및 상기 소성된 혼합물을 분쇄시키는 제4단계; 를 포함할 수 있다.Specifically, the method for producing a mixed manganese-based cathode active material for a lithium secondary battery is characterized in that a mixed manganese compound (A) having a particle diameter of 5 to 25 탆 and a small-manganese manganese compound (B) having a particle diameter of 0.3 to 3 탆 are mixed step; A second step of mixing the lithium compound and the additive into the mixture of the largenessally intercalated manganese compound (A) and the small-manganese manganese compound (B); A third step of calcining a mixture of the above-mentioned large intermetallic compound (A), small-particle-diameter manganese compound (B), lithium compound and additives; And a fourth step of pulverizing the fired mixture; . ≪ / RTI >

이하에서 상기 5 내지 25㎛의 입경을 갖는 대입경 망간화합물(A) 및 0.3 내지 3㎛의 입경을 갖는 소입경 망간화합물(B)를 혼합하는 제1단계;에 대해 설명한다.Hereinafter, the first step of mixing the large-molecular-weight manganese compound (A) having a particle diameter of 5 to 25 mu m and the small-manganese manganese compound (B) having a particle diameter of 0.3 to 3 mu m will be described.

구체적으로 상기 대입경 망간화합물(A)의 입경 범위는 13 내지 17㎛일 수 있고, 상기 소입경 망간화합물(B)의 입경 범위는 0.5 내지 1.5㎛일 수 있다.Specifically, the particle diameter range of the large interdiffused manganese compound (A) may be 13 to 17 mu m, and the particle diameter range of the small diameter manganese compound (B) may be 0.5 to 1.5 mu m.

상기 대입경 망간화합물(A) 및 소입경 망간화합물(B)가 상기 입경 범위를 가질 경우, 개선된 탭밀도를 갖는 양극 활물질의 제조가 가능할 수 있다.It is possible to manufacture a cathode active material having an improved tap density when the above-mentioned intercalated manganese compound (A) and the small-particle-diameter manganese compound (B) have the above-mentioned particle diameter range.

상기 대입경 망간화합물(A):소입경 망간화합물(B)는 8:2 내지 6:4의 중량비로 혼합될 수 있다. 구체적으로 상기 대입경 망간화합물(A):소입경 망간화합물(B)는 7:3의 중량비로 혼합될 수 있다. 상기 대입경 망간화합물(A):소입경 망간화합물(B)가 상기 중량비로 혼합될 경우, 개선된 탭밀도를 갖는 양극 활물질의 제조가 가능할 수 있다.The large intermodal compound (A): the small-particle-diameter manganese compound (B) may be mixed at a weight ratio of 8: 2 to 6: 4. Specifically, the above-mentioned large inter-molten manganese compound (A): small-manganese manganese compound (B) can be mixed at a weight ratio of 7: 3. When the large-molecular-weight manganese compound (A): small-manganese manganese compound (B) is mixed at the above-mentioned weight ratio, it is possible to prepare a cathode active material having an improved tap density.

상기 대입경 망간화합물(A) 및 상기 소입경 망간화합물(B)는 서로 독립적으로 MnO2, Mn3O4, 또는 이들의 조합일 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. The large-molecular-weight manganese compound (A) and the small-particle-diameter manganese compound (B) may independently be MnO 2 , Mn 3 O 4 , or a combination thereof, but are not limited thereto.

상기 제1단계는 1000 내지 10000rpm, 구체적으로 3000 내지 8000rpm 조건에서 수행될 수 있다. 상기 rpm 조건에서 제1단계가 수행되는 경우, 최적의 효율로 대입경 망간화합물(A)와 소입경 망간화합물(B)가 혼합될 수 있다.The first step may be performed at 1000 to 10000 rpm, specifically 3000 to 8000 rpm. When the first step is carried out under the above rpm conditions, the intermetallic compound (A) and the small-particle-diameter manganese compound (B) can be mixed at optimum efficiency.

이하에서 상기 대입경 망간화합물(A) 및 소입경 망간화합물(B)의 혼합물에 리튬화합물 및 첨가제를 혼합하는 제2단계;에 대해 설명한다.Hereinafter, the second step of mixing the lithium compound and the additive into the mixture of the above-mentioned large intermetallic compound (A) and the small-particle-diameter manganese compound (B) will be described.

상기 리튬화합물은 Li2CO3일 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 평균입도는 1 내지 3㎛일 수 있다. 리튬화합물의 평균입도가 상기 범위 내일 경우, 대입경 망간화합물(A) 및 소입경 망간화합물(B)의 혼합물, 및 리튬화합물이 최적의 효율로 혼합될 수 있다.The lithium compound may be Li 2 CO 3 , but is not limited thereto, and the average particle size may be 1 to 3 μm. When the average particle size of the lithium compound is within the above range, the mixture of the large intercalated manganese compound (A) and the small-manganese manganese compound (B) and the lithium compound can be mixed with optimum efficiency.

상기 첨가제는 Al(OH)3, Mg(OH)2, 또는 이들의 조합일 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 다만, Al, Mg 등의 금속 물질이 이차전지의 사이클 특성을 개선하는 효과를 가져오므로, 상기 첨가제는 Al, Mg 등의 금속 물질을 포함하는 것이 좋다. The additive may be Al (OH) 3 , Mg (OH) 2 , or a combination thereof, but is not limited thereto. However, since the metal material such as Al and Mg has an effect of improving the cycle characteristics of the secondary battery, the additive preferably includes a metal material such as Al and Mg.

또한 상기 첨가제는 0.1 내지 0.5 중량%가 첨가될 수 있다. 구체적으로 0.3 중량%가 첨가될 수 있다. The additive may be added in an amount of 0.1 to 0.5% by weight. Specifically, 0.3% by weight may be added.

상기 제2단계에 의해 제조된 혼합물의 Li/Mn의 몰비는 0.54 내지 0.58일 수 있다. 구체적으로 0.56일 수 있다. 상기 제2단계에 의해 제조된 혼합물의 Li/Mn의 몰비가 상기 범위 내일 경우 이차전지의 에너지 밀도가 높아질 수 있다.The molar ratio of Li / Mn of the mixture prepared by the second step may be 0.54 to 0.58. Specifically, it may be 0.56. When the molar ratio of Li / Mn of the mixture prepared by the second step is within the above range, the energy density of the secondary battery can be increased.

상기 제2단계는 5 내지 30rpm 조건에서 수행될 수 있다. 상기 rpm 조건에서 제2단계가 수행되는 경우, 대입경 망간화합물(A) 및 소입경 망간화합물(B)의 혼합물, 리튬화합물, 및 첨가제가 최적의 효율로 혼합될 수 있다.The second step may be performed at 5 to 30 rpm. When the second step is carried out under the rpm condition, a mixture of the large-molecular-weight manganese compound (A) and the small-manganese manganese compound (B), the lithium compound, and the additive can be mixed at optimum efficiency.

이하에서 상기 대입경 망간화합물(A), 소입경 망간화합물(B), 리튬화합물, 및 첨가제의 혼합물을 소성시키는 제3단계;에 대해 설명한다.Hereinafter, the third step of firing a mixture of the above-mentioned large intermetallic compound (A), small-particle-diameter manganese compound (B), lithium compound and additives is described.

상기 제3단계는 800 내지 1000℃에서 3 내지 7시간동안 소성시키는 단계일 수 있다. 구체적으로 상기 제3단계는 850 내지 950℃에서 4 내지 6시간동안 소성시키는 단계일 수 있다. 상기 제3단계가 상기 범위의 시간 및 온도 조건 하에서 수행되는 경우, 이차전지의 에너지 밀도가 높아질 수 있다.
The third step may be a step of calcining at 800 to 1000 ° C for 3 to 7 hours. Specifically, the third step may be a step of firing at 850 to 950 캜 for 4 to 6 hours. When the third step is performed under the time and temperature conditions of the above range, the energy density of the secondary battery can be increased.

실시예1Example 1 - - 양극활물질Cathode active material 제조 Produce

도 3의 믹서에 15㎛의 입경을 갖는 망간화합물 MnO2(A) 및 1㎛의 입경을 갖는 망간화합물 MnO2(B)를 각각 7:3의 중량비로 넣고, M1모터로 하여금 믹서용기 내부의 블레이드를 회전시켜 1차적으로 상기 A 및 상기 B를 1차 혼합한다. 이 후, 상기 믹서용기 내부에 2차적으로 리튬화합물로서 2㎛의 Li2CO3를 넣고, 첨가제 Al(OH)3를 0.3 중량% 더 첨가하여, Li/Mn의 몰비가 0.56이 되도록 2차 혼합한다. 2차 혼합 시, M2모터에 의해 믹서용기 전체가 저속 회전하게 되며, 이로 인해 균일한 품질의 MnCO3와 리튬의 혼합물을 얻을 수 있다. M1모터는 5000rpm, M2모터는 20rpm 조건으로 하여 혼합하였다. The manganese compound MnO 2 (A) having a particle diameter of 15 탆 and the manganese compound MnO 2 (B) having a particle diameter of 1 탆 were added to the mixer shown in Fig. 3 at a weight ratio of 7: 3, The blades are rotated to primarily mix the A and the B first. Subsequently, Li 2 CO 3 of 2 탆 was added as a lithium compound to the inside of the mixer vessel, 0.3 wt% of additive Al (OH) 3 was further added, and secondary mixing do. During the secondary mixing, the whole mixer vessel is rotated at a low speed by the M2 motor, and thus a mixture of MnCO 3 and lithium of uniform quality can be obtained. The M1 motor was mixed at 5000 rpm, and the M2 motor was mixed at 20 rpm.

이후, 상기 혼합물을 880℃의 온도에서 3시간동안 대기 분위기 하에서 소성하였고, ACM 분쇄하여 최종입도(D50)가 13㎛가 되는 샘플을 제조하였다.
Thereafter, the mixture was calcined at a temperature of 880 캜 for 3 hours under an atmospheric atmosphere, and subjected to ACM pulverization to prepare a sample having a final particle size (D50) of 13 탆.

실시예2Example 2 -이차전지 제조 - Secondary battery manufacturing

상기 실시예1의 양극활물질을 사용한 전지를 제조하였다.A battery using the cathode active material of Example 1 was prepared.

상기 양극활물질, 도전재(Super P), 및 바인더(PVDF)의 중량비가 각각 94:3:3이 되도록 혼합하여 균일하게 혼합하여 양극활물질 슬러리를 제조하였다. The weight ratio of the positive electrode active material, the conductive material (Super P), and the binder (PVDF) was 94: 3: 3, and the mixture was uniformly mixed to prepare a positive electrode active material slurry.

이후 상기 양극활물질 슬러리를 알루미늄 호일에 고르게 도포한 후, 롤프레스에서 1톤의 압력으로 균일하게 압착하고 100℃의 진공오븐에서 12시간동안 진공 건조하여 리튬 이차전지용 양극을 제조하였다.Then, the cathode active material slurry was uniformly applied on an aluminum foil, uniformly compressed at a pressure of 1 ton in a roll press, and vacuum-dried in a vacuum oven at 100 ° C for 12 hours to prepare a cathode for a lithium secondary battery.

상기 양극에 리튬호일을 상대전극으로 하고, 세퍼레이터로는 Celgard 2400을 사용하고, 전해액으로는 EC/EMC = 1/3인 혼합용매를 사용하고, 1몰의 LiPF6 용액을 액체 전해액으로 사용하여, 통상적인 제조방법에 따라 CR2016규격의 하프코인전지(half coin cell)를 제조하였다.
A lithium foil was used as a counter electrode, Celgard 2400 was used as a separator, a mixed solvent of EC / EMC = 1/3 as an electrolyte, 1 mol of LiPF 6 solution was used as a liquid electrolyte, A half-coin cell of the CR2016 standard was prepared according to a conventional manufacturing method.

실시예3Example 3 -이차전지의 성능 평가 - Performance evaluation of secondary battery

상기 실시예2의 이차전지를 전기화학 분석장치(Toyo사, Toscat 3100, Japan)를 이용하여 25℃, 전압범위 3 내지 4.3V, 0.1, 0.2, 0.5, 1.0, 1.5, 2.0C의 방전율을 적용하여 충방전 실험을 실시하여 그 결과를 도 4 내지 도 6에 나타내었다.
The discharge rate of the secondary battery of Example 2 was applied at 25 ° C in a voltage range of 3 to 4.3 V, 0.1, 0.2, 0.5, 1.0, 1.5 and 2.0 C using an electrochemical analyzer (Toyo Co., Toscat 3100, Japan) The results are shown in FIGS. 4 to 6. FIG.

비교예1Comparative Example 1 - - 양극활물질Cathode active material 제조 Produce

15㎛의 입경을 갖는 망간화합물 MnO2(A) 및 1㎛의 입경을 갖는 망간화합물 MnO2(B) 대신에 15㎛의 입경을 갖는 MnO2를 사용하였다는 점 이외에는 실시예1과 동일하게 하여 양극활물질을 제조하였다.
Except that manganese compound MnO 2 (A) having a particle diameter of 15 탆 and MnO 2 having a particle diameter of 15 탆 were used in place of the manganese compound MnO 2 (B) having a particle diameter of 1 탆, Thereby preparing a cathode active material.

비교예2Comparative Example 2 -이차전지 제조 - Secondary battery manufacturing

실시예1의 양극활물질 대신 비교예1의 양극활물질을 사용하였다는 점 이외에는 실시예2와 동일하게 하여 이차전지를 제조하였다.
A secondary battery was fabricated in the same manner as in Example 2 except that the cathode active material of Comparative Example 1 was used in place of the cathode active material of Example 1.

비교예3Comparative Example 3 -이차전지의 성능 평가 - Performance evaluation of secondary battery

상기 비교예2의 이차전지를 전기화학 분석장치(Toyo사, Toscat 3100, Japan)를 이용하여 25℃, 전압범위 3 내지 4.3V, 0.1, 0.2, 0.5, 1.0, 1.5, 2.0C의 방전율을 적용하여 충방전 실험을 실시하여 그 결과를 도 7 내지 도 9에 나타내었다.
The discharge rate of the secondary battery of Comparative Example 2 was applied at 25 ° C. in a voltage range of 3 to 4.3 V, 0.1, 0.2, 0.5, 1.0, 1.5 and 2.0 C using an electrochemical analyzer (Toyo Co., Toscat 3100, Japan) Charge / discharge experiments were carried out. The results are shown in FIGS. 7 to 9.

상기 실시예와 비교예에 따른 양극활물질 입도 및 충진밀도, 이차전지의 용량, cycle 효율을 아래 표 1에 나타내었다.The particle size and packing density of the cathode active material, the capacity of the secondary battery and the cycle efficiency according to the examples and comparative examples are shown in Table 1 below.

양극활물질 입도(D50)
(㎛)
Cathode active material particle size (D50)
(탆)
전극 두께
(㎛)
Electrode thickness
(탆)
충진밀도
(g/cc)
Filling density
(g / cc)
용량(0.2C)
(mAh/g)
Capacity (0.2C)
(mAh / g)
Cycle 효율 @50
(%)
Cycle Efficiency @ 50
(%)
탭밀도
(g/ml)
Tap density
(g / ml)
바이모드
LMO
(실시예)
BaiMode
LMO
(Example)
1313 6060 3.33.3 115.5115.5 98.098.0 1.941.94
싱글모드
LMO
(비교예)
Single mode
LMO
(Comparative Example)
1414 6060 2.12.1 105.2105.2 96.996.9 1.721.72

상기 표 1에서 알 수 있듯이, 본 발명의 실시예에 따른 양극활물질을 포함하는 리튬 이차전지는 높은 충진밀도 및 개선된 탭밀도를 가져 에너지 밀도가 향상된 리튬 이차전지를 제공할 수 있다.
As can be seen from Table 1, the lithium secondary battery including the cathode active material according to the embodiment of the present invention can provide a lithium secondary battery having improved packing density and improved tap density, thereby improving energy density.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, And falls within the scope of the invention.

1: 리튬 이차 전지
2: 음극
3: 세퍼레이터
4: 양극
5: 전지 용기
6: 봉입 부재
1: Lithium secondary battery
2: cathode
3: Separator
4: anode
5: Battery container
6: sealing member

Claims (13)

제1집단 및 제2집단을 포함하는 바이 모드(bimodal) 입자 크기 분포를 갖는 리튬 이차 전지용 혼합 망간계 양극 활물질로서,
상기 제1집단은 5 내지 25㎛의 입도(D50)를 갖는 대입경 망간화합물이고, 상기 제2집단은 0.3 내지 3㎛의 입도(D50)을 갖는 소입경 망간화합물인 리튬 이차전지용 혼합 망간계 양극 활물질.
A mixed manganese-based cathode active material for a lithium secondary battery having a bimodal particle size distribution including a first group and a second group,
Wherein said first population is a predominantly manganese compound having a particle size (D50) of from 5 to 25 占 퐉 and said second population is a mixed manganese anode for lithium secondary battery having a particle size (D50) Active material.
제1항에 있어서,
상기 리튬 이차전지용 혼합 망간계 양극 활물질 총 100중량%에서, 상기 제1집단이 70 내지 95중량% 포함되며, 상기 제2집단이 5 내지 30중량% 포함되는 리튬 이차전지용 혼합 망간계 양극 활물질.
The method according to claim 1,
The mixed manganese-based cathode active material for a lithium secondary battery according to claim 1, wherein the first group comprises 70 to 95 wt% and the second group comprises 5 to 30 wt%, based on 100 wt% of the mixed manganese-based cathode active material for lithium secondary batteries.
제1항에 있어서,
상기 제1집단 및 상기 제2집단의 질량에 기초한 입자 크기 분포의 D90 및 D10의 값이 서로 중복되지 않는 리튬 이차전지용 혼합 망간계 양극 활물질.
The method according to claim 1,
Wherein the values of D90 and D10 of the particle size distribution based on the mass of the first group and the second group do not overlap each other.
5 내지 25㎛의 입경을 갖는 대입경 망간화합물(A) 및 0.3 내지 3㎛의 입경을 갖는 소입경 망간화합물(B)를 혼합하는 제1단계;
상기 대입경 망간화합물(A) 및 상기 소입경 망간화합물(B)의 혼합물에 리튬화합물 및 첨가제를 혼합하는 제2단계;
상기 대입경 망간화합물(A), 상기 소입경 망간화합물(B), 상기 리튬화합물, 및 상기 첨가제의 혼합물을 소성시키는 제3단계; 및
상기 소성된 혼합물을 분쇄시키는 제4단계; 를 포함하는 리튬 이차전지용 혼합 망간계 양극 활물질 제조방법.
(A) having a particle diameter of 5 to 25 占 퐉 and a small-diameter manganese compound (B) having a particle diameter of 0.3 to 3 占 퐉;
A second step of mixing a lithium compound and an additive into the mixture of the large-molecular-weight manganese compound (A) and the small-particle-diameter manganese compound (B);
A third step of firing a mixture of the above-mentioned large intermetallic compound (A), said small-particle-diameter manganese compound (B), said lithium compound, and said additive; And
A fourth step of pulverizing the calcined mixture; Wherein the mixed lithium manganese-based positive electrode active material and the mixed lithium manganese-based positive electrode active material are mixed.
제4항에 있어서,
상기 제1단계에서, 상기 대입경 망간화합물(A) 및 상기 소입경 망간화합물(B)는 각각 8:2 내지 6:4의 중량비로 혼합되는 리튬 이차전지용 혼합 망간계 양극 활물질 제조방법.
5. The method of claim 4,
In the first step, the mixed manganese compound (A) and the small-manganese manganese compound (B) are mixed at a weight ratio of 8: 2 to 6: 4, respectively.
제4항에 있어서,
상기 대입경 망간화합물(A) 및 상기 소입경 망간화합물(B)는 서로 독립적으로 MnO2, Mn3O4, 또는 이들의 조합인 리튬 이차전지용 혼합 망간계 양극 활물질 제조방법.
5. The method of claim 4,
The method for preparing a mixed manganese-based cathode active material for a lithium secondary battery according to any one of claims 1 to 3 , wherein the intercalated manganese compound (A) and the small-manganese manganese compound (B) are independently MnO 2 , Mn 3 O 4 , or a combination thereof.
제4항에 있어서,
상기 리튬화합물은 Li2CO3이며, 1 내지 3㎛의 평균입도를 리튬 이차전지용 혼합 망간계 양극 활물질 제조방법.
5. The method of claim 4,
Wherein the lithium compound is Li 2 CO 3 , and the average particle size of the lithium manganese-based mixed manganese-based cathode active material is 1 to 3 μm.
제4항에 있어서,
상기 첨가제는 Al(OH)3, Mg(OH)2, 또는 이들의 조합인 리튬 이차전지용 혼합 망간계 양극 활물질 제조방법.
5. The method of claim 4,
Wherein the additive is Al (OH) 3 , Mg (OH) 2 , or a combination thereof, wherein the additive is a mixed manganese based cathode active material for a lithium secondary battery.
제4항에 있어서,
상기 첨가제는 0.1 내지 0.5중량%가 첨가되는 리튬 이차전지용 혼합 망간계 양극 활물질 제조방법.
5. The method of claim 4,
Wherein the additive is added in an amount of 0.1 to 0.5 wt%.
제4항에 있어서,
상기 제1단계는 1000 내지 10000rpm 조건에서 수행되며, 상기 제2단계는 5 내지 30rpm 조건에서 수행되는 리튬 이차전지용 혼합 망간계 양극 활물질 제조방법.
5. The method of claim 4,
Wherein the first step is performed at a temperature of 1000 to 10000 rpm and the second step is performed at a temperature of 5 to 30 rpm.
제4항에 있어서,
상기 제2단계에 의해 제조된 혼합물은 Li/Mn의 몰비가 0.54 내지 0.58인 리튬 이차전지용 혼합 망간계 양극 활물질 제조방법.
5. The method of claim 4,
Wherein the mixture prepared by the second step has a Li / Mn molar ratio of 0.54 to 0.58.
제4항에 있어서,
상기 제3단계는 800 내지 1000℃에서 3 내지 7시간동안 소성시키는 리튬 이차전지용 혼합 망간계 양극 활물질 제조방법.
5. The method of claim 4,
And the third step is firing at 800 to 1000 ° C for 3 to 7 hours.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 리튬 이차전지용 혼합 망간계 양극 활물질을 포함하는 리튬 이차전지.
A lithium secondary battery comprising the mixed manganese-based cathode active material for a lithium secondary battery according to any one of claims 1 to 3.
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