WO2026071402A1 - 양극 활물질 및 이를 포함하는 이차전지 - Google Patents

양극 활물질 및 이를 포함하는 이차전지

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Abstract

본 발명은 전이금속을 포함하고 하기 식으로 정의되는 Hardness Index가 15 내지 27의 범위인 것을 특징으로 하는 양극 활물질을 제공한다. [Formula I] 상기 식에서, D: PSD로부터 분석된 양극 활물질 입자의 D50(㎛); G: 결정입도(㎚); C: XRD로부터 분석된 c축 격자상수(Å); 및 R: XRD로부터 분석된 R-factor.

Description

양극 활물질 및 이를 포함하는 이차전지
본 발명은 양극 활물질 및 이를 포함하는 이차전지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 전이금속을 포함하고 c축 격자상수, 결정입도 등으로 정의된 Hardness Index가 특정한 수치 범위를 만족하는 양극 활물질과 그것을 포함하는 이차전지에 관한 것이다.
최근 전기차와 같은 배터리 분야 시장이 급속도로 커짐에 따라 리튬 이차전지의 수요 또한 급격하게 증가하고 있는 추세이다.
이러한 전기차용 리튬 이차전지의 요구 특성 중에서, 출력 특성은 전기차의 충전 속도와 순간 가속 능력과 연관되어 있으며, 짧은 충전시간과 긴 주행거리와 같은 다양한 특성이 요구되고 있다.
따라서, 출력 특성 및 전기화학적 특성이 우수한 리튬 이차전지의 필요성이 높다.
일반적으로, 리튬 이차전지의 주요 소재인 양극, 음극, 분리막, 전해질에서 출력 특성을 높이기 위한 많은 연구가 진행 중에 있으며, 그 중에서도 가장 핵심적인 소재인 양극 활물질에 대한 연구가 활발하다.
고출력 및 고내구성을 요구하는 양극 활물질로는 대표적으로 니켈(Ni)의 함량이 높은 리튬 전이금속 산화물이 있으며, 이를 기반으로 고용량을 구현하여 1회 충전으로 전기차가 갈 수 있는 거리(mileage)를 늘릴 수 있다.
그러나, Ni의 불안정한 성질로 인해 그것의 함량이 높을수록, 활물질 소성 과정 중에 Li2CO3, LiOH와 같은 잔류 리튬 부산물이 생성되고, 충방전 시 비등방성 수축/팽창이 일어나 결정구조의 열화가 일어나며, 이로 인해 슬러리의 겔화 및 전지 안정성의 저하 등과 같은 문제점들을 야기시킨다.
이러한 문제점들로 인해 저하되는 양극 활물질 특성의 개선을 위해, 입자 강도의 개선 방안이 제안된 바 있고, 이를 통해 전극 극판의 제조 공정 중에서 압연 공정에 해당하는 프레싱(pressing) 시에 미분(fine powder), 크랙(crack) 등의 발생을 최소화하여 이차전지의 수명 등을 개선하는 것이 가능하다.
이와 관련하여, 입자 강도의 향상을 가져오기 위해서는, 양극 활물질의 물리적 인자들과 입자 강도의 상관 관계를 명확히 규명하는 것이 우선적으로 요구된다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험들을 거듭한 끝에, 압연 공정에서 유발되는 입자 깨짐으로 인한 물성 저하의 문제를 해결하기에 앞서, 양극 활물질의 일부 인자들과 입자 깨짐의 상관 관계를 규명할 수 있는 새로운 관계 식을 창출할 수 있었고, 이러한 관계 식에서 정의하는 값이 특정한 수치 범위를 만족할 때, 소망하는 입자 강도를 발휘함으로써, 상기와 같은 문제점을 해결할 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
따라서, 본 발명에 따른 본 발명에 따른 양극 활물질은, 전이금속을 포함하고, 하기 식으로 정의되는 Hardness Index가 15 내지 27의 범위인 것을 특징으로 한다.
상기 식에서,
D: PSD(particle size distribution)로부터 분석된 양극 활물질 입자의 D50(㎛);
G: 결정입도(grain size: ㎚);
C: XRD(X-ray diffraction)로부터 분석된 c축 격자상수(Å); 및
R: XRD로부터 분석된 R-factor.
상기 Hardness Index를 정의하는 식('Hardness Index 식')에서 각각의 요소들(factors)은 입자 강도들에 직접적 또는 간접적으로 영향을 미치며, 이들 요소들의 상호 관계에서 얻어지는 Hardness Index가 특정한 범위 조건을 만족할 때에만, 우수한 전지 특성, 특히, 뛰어난 수명 특성이 얻어질 수 있음은 이후 설명하는 실험 내용에서도 확인할 수 있다.
본 발명에서 정의하는 '입자 강도'는 '입자 깨짐'의 반대 개념으로 이해될 수 있다.
구체적으로, 결정 입계(grain boundary)가 많은 다결정 소재의 양극 활물질의 경우, 많은 결정 입계들과 이로부터 발생하는 많은 미분들로 인해, 큰 비표면적을 가지며 전해액과의 반응 사이트의 증가를 가져오고, 단결정 소재 보다 수명 특성이 떨어지는 경향이 있다.
이러한 양극 활물질은, 앞서 설명한 바와 같이, 입자 강도의 증가에 의해, 전극 극판의 제조 공정 중 압연 공정에서 미분, 크랙 발생 등을 최소화하여 이차전지의 수명을 향상시킬 수 있으므로, 이와 같이 프레싱 시의 미분 발생(입자 깨짐) 정도를 평가함으로써 입자 강도를 정의할 수 있다.
일 예로, 양극 활물질 분말을 특정량 계량한 후, Pellet Die (Carver社; #3619　13mm　pellet　Die)를 이용하여 4톤(4 Mpa)의 압력으로 프레싱한 후 분석기(Malvern社; PSA Analyzer)로 측정하여 입도 분포를 얻을 수 있고, 그로부터 1 ㎛ 이하의 미분 영역이 차지하는 백분율을 통해 입자 강도를 특정할 수 있다.
도 1에는 상기와 같이 양극 활물질을 가압(pressing) 하기 전과 후의 입도 분포(PSD)를 보여주고 있고, 특히, 1 ㎛ 이하의 미분 영역에서의 변화를 확대하여 보여주고 있다. 도 1을 참조하면, 가압 후에 1 ㎛ 이하의 미분 영역에서 분말의 체적이 크게 증가한 것을 볼 수 있다. 따라서, 1 ㎛ 이하의 미분 영역의 부피 분율로 입자 강도를 간접적으로 추정할 수 있는 바, 입자 깨짐에 의해 미분 영역의 부피 분율이 증가하면 입자 강도가 낮고, 반대로 미분 영역의 부피 분율이 감소하면 입자 강도가 높다고 판단할 수 있다. 이후 설명하는 표 1의 결과에서도 마지막 항목에서 이를 확인할 수 있다.
상기 Hardness Index 식에서, 첫째, D50('D')과 관련하여, 이론적으로 D50이 커질수록 입자 강도가 낮아지는 경향이 있는 바, 입자 크기가 클수록 내부에 결함(결정 입계, 동공 등)이 생길 가능성이 커지기 때문이다.
둘째, 결정입도('G')와 관련하여, 결정입도가 작을수록 외력을 흡수할 수 있는 면들이 많아지기 때문에, 결정입도가 작아질수록 입자 강도가 커지는 것으로 예상할 수 있다. 다만, 결정입도가 지나치게 작을 경우에는 오히려 결정 입계(grain boundary)의 증가로 인해 결정 입계를 따라 깨질 가능성이 커지므로 입자 강도가 저하되기 시작할 수 있다. 하나의 바람직한 예에서, 결정입도는 149 ~ 194 ㎚의 범위일 수 있다.
셋째, c축 격자상수('C')와 관련하여, 도 2에서 보는 바와 같은 포텐셜 에너지 곡선(Potential Energy Curve)에 기반하여, 원자간 최적거리 보다 더 가깝게 c축 격자상수가 작아지면, 원자간 반발력으로 인해 결합력이 약해지며 이는 입자 강도 저하의 원인이 된다. 반면에, c축 격자상수가 지나치게 커지게 되면, 원자간 결합력이 약해져서 역시 입자 강도 저하의 원인이 된다.
본 출원의 발명자들은 다양한 인자들을 대상으로 입자 강도, 즉, 입자 깨짐에 의해 1 ㎛ 이하의 미분 영역의 부피 분율에 대한 상관 관계를 검토해 보았고, 특히, c축 격자상수가 높은 상관 관계를 갖는 것을 확인할 수 있었다. 도 3a에는 c축 격자상수와 입자 깨짐의 상관 관계를 보여주는 그래프가, 도 3b에는 결정입도와 입자 깨짐의 상관 관계를 보여주는 그래프가, 도 3c에는 D50과 입자 깨짐의 상관 관계를 보여주는 그래프가 각각 개시되어 있다. 이들 그래프에서 c축 격자상수의 상관 관계가 월등히 높은 것을 볼 수 있다.
하나의 바람직한 예에서, c축 격자상수는 14.2096 ~ 14.2467Å의 범위일 수 있다.
넷째, R-factor('R')과 관련하여, R-factor는 Hexagonal ordering, 즉, 결정성을 의미하며, 값이 작을수록 높은 결정성을 가진다. 일반적으로, 결정성이 높을수록, 즉 R-factor가 작을수록 입자 강도가 강해질 것으로 예상할 수 있지만, 이는 단결정(단일의 결정)으로 이루어진 경우에 해당할 것으로 보인다. 실질적으로, 일반적인 양극 활물질은 여러 방향의 결정구조를 가진 다결정이므로, 이러한 결정구조가 복잡하게 얽혀 있는 경우에 입자 강도 측면에서 유리할 수도 있다. 따라서, 오히려 결정성이 낮아질 때, 즉 R-factor가 커질 때 입자 강도가 향상되는 결과를 야기할 수도 있다. 그러나, 너무 결정성이 작아질 경우에 입자내 결함이 많아지게 되므로 입자 강도에 악영향을 끼칠 수 있다.
하나의 바람직한 예에서, R-factor은 0.499 ~ 0.564의 범위일 수 있다.
이러한 다양한 인자들(D50, 결정입도, c축 격자상수, R-factor)의 조절은 양극 활물질의 제조 공정에서의 일부 변화 내지 변경을 통해서도 달성될 수 있다. 일 예로, 소성 온도를 높일 경우, c축 격자상수가 작아지고 결정입도가 증가하는 경향이 있다. 또한, Li/M 비율이 높아질수록 c축 격자상수가 작아지고, 공정 중의 압연 강도가 증가할수록 D50, 결정입도 등이 작아지는 경향이 있다. 이렇듯 다양한 요소들에 의해 이들 인자들의 조절이 가능하다.
상기 인자들에 의해 정의되는 Hardness Index 식은 이후 설명하는 실험 결과치를 적용하였을 때, 도 4에서와 같은 그래프가 얻어진다.
도 4를 참조하면, Hardness Index가 15 ~ 27 범위에서 입자 깨짐과 매우 높은 상관 관계(R2=0.9882)를 갖는 것을 알 수 있다. 특히, Hardness Index가 16 ~ 22인 범위에서 가장 낮은 입자 깨짐, 즉, 가장 높은 입자 강도를 발휘하는 것을 확인할 수 있다.
본 발명의 양극 활물질은 바람직하게는 전이금속으로서 Ni을 포함하는 조성을 가질 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 고함량의 이차전지를 구현함에 있어서 Ni은 필수적인 전이금속이라고 할 수 있는 반면에, 잔류 리튬 부산물의 발생, 결정구조의 열화 등의 단점을 가지고 있으며, 본 발명에서 입자 강도의 증가를 통해 수명 특성과 같은 전기화학적 특성을 개선할 수 있는 양극 활물질로 매우 적합하다.
이러한 고함량의 Ni은 전이금속 총량을 기준으로 바람직하게는 50 몰% 이상, 더욱 바람직하게는 80 내지 98 몰%일 수 있다.
본 발명의 양극 활물질은 Ni 이외에 Co, Mn 등의 전이금속을 추가로 포함할 수 있고, 비제한적인 예로서, 하기 화학식 1과 같은 조성을 가질 수도 있다.
LiaNixCoyMnzO2+b (1)
상기 식에서, 0<a≤1.2, 0≤b≤0.2, 0.5<x<1, 0<y<0.5, 0<z<0.5, 0≤2-(a+x+y+z)≤0.2 이다
하나의 바람직한 예에서, XRD 분석 시 측정되는 (003)면/(104)면 피크비는 2.08 ~ 2.13의 범위일 수 있다.
Ni 고함량의 층상 구조 소재에서, Ni2+는 Li+의 낮은 확산도 및 비슷한 원자 반경으로 인해 Li 층으로 확산될 수 있다. 이 때, Li 층에서 Li+과 Ni2+의 양이온 혼합이 이루어지게 되는데, 혼합의 정도가 커질수록 층상 구조가 스피넬 구조로 바뀌면서 (003) 픽 크기의 감소 및 (104) 픽 크기의 증가로 전기화학적 특성을 저하시킨다. 이에 따라, 혼합의 정도를 I(003)/I(104)의 비율로 나타내는데, 강도비가 높을수록 결정성이 증가하고 양이온 혼합의 정도가 줄어들게 된다. 즉, 피크비가 커질수록 스피넬 구조가 적어지면서 층상 구조 결정성 증가로 입자 강도가 강해지나, 과한 결정성 증가(2.13 초과)는 오히려 결정구조간 명확환 경계 형성으로 인해 입자 강도가 약해질 수 있다.
또 다른 바람직한 예에서, XRD 분석 시 측정되는 c축 격자상수와 a축 격자상수의 비(c/a)는 4.9390 ~ 4.9483의 범위일 수 있다.
c/a 비율은 층상구조 내 2차원 평면구조의 발달 정도를 나타내는 지표인 바, 그 값이 커질수록 6c-site interlayer의 증가로 인해 리튬의 확산성이 향상될 수 있으나, 입자 강도 측면에서는 6c-site interlayer가 적절한 비율로 존재할 때 입자강도가 좋을 수 있다.
상기 (003)면/(104)면 피크비와 c/a 비율의 바람직한 범위는 이후 설명하는 실험 결과에서도 입증된다.
본 발명은 또한 상기 양극 활물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지를 제공한다.
이차전지의 구성 및 그것의 제조방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 그에 대한 자세한 설명은 본 명세서에서 생략한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 양극 활물질은 Hardness Index 식에서 얻어진 값이 특정한 수치 범위의 조건을 만족함으로써, 우수한 입자 강도에 의해 압연 공정에서 유발되는 입자 깨짐을 최소화하여, 소망하는 우수한 전지 특성, 특히, 현저히 뛰어난 수명 특성을 발휘할 수 있다.
도 1은 양극 활물질을 가압(pressing) 하기 전과 후의 입도 분포(PSD)를 보여주는 그래프이다;
도 2는 원자간 거리에 따른 포텐셜 에너지의 변화를 보여주는 그래프이다;
도 3a는 c축 격자상수과 입자 깨짐의 상관 관계를 보여주는 그래프이다;
도 3b는 결정입도와 입자 깨짐의 상관 관계를 보여주는 그래프이다;
도 3c는 D50과 입자 깨짐의 상관 관계를 보여주는 그래프이다;
도 4는 본 발명에 따른 Hardness Index와 입자 깨짐의 상관 관계를 보여주는 그래프이다;
도 5a는 실시예 1의 NCM 전구체의 SEM 이미지이다;
도 5b는 실시예 1의 양극 활물질의 SEM 이미지이다;
도 6a는 실시예 3의 NCM 전구체의 SEM 이미지이다;
도 6b는 실시예 3의 양극 활물질의 SEM 이미지이다.
이하, 본 발명의 실시예들을 참조하여 본 발명을 더욱 상술하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
질소 가스로 2시간 이상 동안 버블링 하여 내부 용존 산소를 제거한 증류수를 이용하여 NiSO4, CoSO4 및 MnSO4를 각각 96:2:2의 몰비(mole ratio)로 혼합한 금속염 수용액을 제조하였다.
상기 금속염 수용액을 60℃의 반응기에 투입하고 NaOH와 NH3·H2O를 침전제 및 킬레이팅제를 활용하여 400 rpm 및 pH 11.0 ~ 11.5의 조건에서 공침 반응을 진행하였다. 31시간 동안의 공침 반응에서 NCM 전구체로서 Ni0.96Co0.02Mn0.02(OH)2를 제조하였다.
상기 NCM 전구체와 LiOH·H2O을 Li/Me 1.02의 몰비로, 도핑 소스인 Al(OH)3 및 ZrO2을 활물질 기준으로 각각 0.1몰 및 0.15몰의 함량으로 혼합기를 사용하여 2,000 rpm 및 20분 동안 블랜딩(blending) 하였다. 블랜딩된 혼합물을 710℃에서 승온속도 5℃/min 및 24시간 동안 소성하여 Li(NCM)O2를 제조하였다.
잔류 리튬을 제거하기 위해 고형분이 65 ~ 75%인 범위 내로 수세(washing)를 진행하였으며, 1분간 교반한 후 5분 동안 펌프로 수분을 제거 하였다. 수세품은 진공 오븐에서 8시간 동안 건조를 진행하였다. 마지막으로, 건조된 수세품과 H3BO3를 활물질 기준으로 0.06몰 함량으로 혼합하였고, 혼합품은 300℃에서 승온속도 5℃/min 및 12시간 동안 소성하여 양극 활물질을 제조하였다.
실시예 2
NiSO4, CoSO4 및 MnSO4의 몰비를 83:11:6로 하였고, 소성 온도를 780℃로 한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 양극 활물질을 제조하였다.
실시예 3
NiSO4, CoSO4 및 MnSO4의 몰비를 89:7:4로 하였고, 소성 온도를 745℃로 한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 양극 활물질을 제조하였다.
비교예 1
소성 온도를 725℃로 한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 양극 활물질을 제조하였다.
비교예 2
소성 온도를 695℃로 한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 양극 활물질을 제조하였다.
실험예 1
실시예 1 및 3에서 각각 제조된 NCM 전구체와 양극 활물질을 금속 샘플 몰드에 부착하고 코터를 사용하여 Au 코팅을 하였다. 그런 다음, JEOL사의 JSM-IT500 장비로 Resolution: 1.0㎚ 10㎸, Electron gun: Cold-cathode field emission type electron gun, Detector: SE (BSE), 가속전압 10kV의 조건 하에서 X10000 배율로 측정하였고, 그 결과를 도 5 및 도 6에 나타내었다.
도 5a는 실시예 1의 NCM 전구체의 SEM 이미지이고, 도 5b는 실시예 1의 양극 활물질의 SEM 이미지이다. 이에 대응하여, 도 6a는 실시예 3의 NCM 전구체의 SEM 이미지이고, 도 6b는 실시예 3의 양극 활물질의 SEM 이미지이다.
이들 도면을 참조하면, Ni 함량이 89%인 실시예 3의 NCM 전구체 및 양극 활물질은 Ni 함량이 96%인 실시예 1의 NCM 전구체 및 양극 활물질과 비교할 때, 상대적으로 높은 소성 온도 등에 의해 일차 입자의 크기가 크고 결정입도가 큰 것을 확인할 수 있다. 반면에, 이후 설명하는 바와 같이, 상대적으로 적은 Ni 함량과 낮은 Hardness Index 및 높은 입자 강도에 의해 우수한 고온 수명 특성을 발휘한다.
실험예 2
상기 실시예 1 내지 3과 비교예 1 및 2에서 각각 제조된 양극 활물질들에 대해 다음과 같은 측정을 수행하였고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
우선, XRD 측정은, 양극 활물질의 결정구조 정보를 얻기 위해, Bruker 장비(XRD 측정 기기)를 사용하였으며, 10° 내지 120°의 범위에서 2°/min의 scan rate 조건으로 측정하였다.
BET 측정은, 활물질을 계량한 후, Micromeritics사의 VacPrep 061 장비로 100℃/1시간 및 300℃/2시간 냉각으로 전처리를 마친 후, 동사의 Tristar Ⅱ 3020 기기에서 흡착 가스로 질소를 사용하여 BET를 측정하였다.
상기 표 1에서 Hardness Index는 (D: PSD에서 양극 활물질 입자의 D50(㎛), G: 결정입도(㎚), C: XRD의 c축 격자상수(Å), R: XRD에서 R-factor)로부터 계산하였다.
상기 표 1의 내용으로부터 다음의 사실들을 확인할 수 있다.
첫째, 실시예들의 양극 활물질은 Hardness Index가 모두 15 내지 27의 범위에 속하는 반면에, 비교예들의 양극 활물질들은 상기 범위를 각각 벗어난다.
둘째, 상기와 같은 Hardness Index를 제공할 수 있는 요건으로서, c축 격자상수가 14.2096 ~14.2467Å이고, 결정입도가 149 ~ 194 ㎚이며, R-factor가 0.499 ~ 0.564인 것을 알 수 있다. 상기 격자상수, 결정입도, R-factor의 범위는 Hardness Index의 적정 범위와 각각 동시에 만족할 때 입자 강도가 향상될 수 있을 것이다.
셋째, Hardness Index가 상기 범위를 만족하는 실시예들의 양극 활물질은 비교예들의 양극 활물질과 대비할 때 입경 깨짐에 의해 1 ㎛ 미만의 비율이 현저히 작다는 것, 즉, 높은 입자 강도를 갖는다는 것을 확인할 수 있다.
넷째, 실시예들의 양극 활물질은 XRD 분석 시 측정되는 (003)면/(104)면 피크비가 2.08 ~ 2.13의 범위에 속하고 c축 격자상수와 a축 격자상수의 비(c/a)가 4.9390 ~ 4.9483의 범위에 속하는 것을 확인할 수 있다. 상기 (003)면/(104)면 피크비와 격자상수의 비(c/a)의 범위는 단독으로 만족하는 것이 아닌 Hardness Index와 동시에 만족할 때 높은 입자 강도를 갖는 것을 확인할 수 있다. 일례로, 비교예 2의 경우 (003)면/(104)면 피크비가 2.11로 적정 범위(2.08 ~ 2.13)에 포함되나, Hardness Index가 13.5로 적정범위(15 ~ 27)에서 벗어나므로 낮은 입자강도를 보여주고 있다.
실험예 3
1-Methyl-2prrolidinone(NMP)에 PVdF 11.8 wt%를 용해하여 제조된 바인더 2.03 g, 도전재(Super C-65) 0.18 g, NMP 1 g을 1200 rpm으로 3분 동안 1차 혼합을 진행하였으며, 상기 실시예 및 비교예들에서 각각 제조된 양극 활물질 12 g, NMP 1 g을 추가하여 1차 혼합과 동일한 조건으로 혼합하여 슬러리를 제조하였다. 제조된 슬러리는 Al foil 위에 캐스팅(casting) 하고 120℃의 오븐에서 20분 동안 건조하며 프레싱을 2회 진행한 후 120℃인 진공오븐에서 1시간 동안 건조하여, 16.3 ~ 17.3 mg/cm2인 극판(양극)을 제조하였다.
수분이 제어된 드라이룸에서, 상기 극판을 기반으로 CR2032 코인 타입 반쪽전지(코인셀)를 조립한 후, 전해액 함침 및 전기화학적 평형 상태를 만들기 위해 12시간 동안 상온에서 에이징(aging)하였다
코인셀은 PNE-CTS proAnalyzer 충방전기를 이용하여 평가하였다. 먼저, 25℃의 항온 챔버에서 화성(formation)을 진행하고, 레이트(rate) 특성 및 수명 평가는 45℃의 항온 챔버에서 진행하였다. 화성 평가에서는 4.3 ~ 2.5V 전압범위에서 0.2C의 전류 밀도를 인가한 후 0.005C까지의 Constant-Voltage 구간을 주어 충/방전을 진행하였고, 총 1회 진행하였다. 화성 구간이 끝난 후, 충전 전류 밀도 0.5C, 방전 전류 밀도 1.0C에서 레이트 평가를 1회 진행하고, 동일 전류 밀도인 0.5/1.0C 에서 수명 평가를 50회 이상 진행하였다.
그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
상기 표 2에서 보는 바와 같이, 실시예 1 내지 3의 전지는 전반적인 전지 특성이 우수하고, 특히, 수명 특성이 비교예 1 및 2의 전지와 대비할 때 월등히 뛰어난 것을 확인할 수 있다.
본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (9)

  1. 전이금속을 포함하고,
    하기 식으로 정의되는 Hardness Index가 15 내지 27의 범위인 것을 특징으로 하는 양극 활물질:
    상기 식에서,
    D: PSD(particle size distribution)로부터 분석된 양극 활물질 입자의 D50(㎛);
    G: 결정입도(grain size: ㎚);
    C: XRD(X-ray diffraction)로부터 분석된 c축 격자상수(Å); 및
    R: XRD로부터 분석된 R-factor.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 c축 격자상수(C)는 14.2096 ~ 14.2467Å인 것을 특징으로 하는 양극 활물질.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 결정입도(G)는 149 ~ 194 ㎚인 것을 특징으로 하는 양극 활물질.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 R-factor(R)은 0.499 ~ 0.564인 것을 특징으로 하는 양극 활물질.
  5. 제 1 항에 있어서, 전이금속으로서 Ni을 포함하는 것을 특징으로 하는 양극 활물질.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 Ni 함량은 전이금속 총량을 기준으로 80 내지 98 몰%인 것을 특징으로 하는 양극 활물질.
  7. 제 1 항에 있어서, XRD 분석 시 측정되는 (003)면/(104)면 피크비는 2.08 ~ 2.13인 것을 특징으로 하는 양극 활물질.
  8. 제 1 항에 있어서, XRD 분석 시 측정되는 c축 격자상수와 a축 격자상수의 비(c/a)는 4.9390 ~ 4.9483인 것을 특징으로 하는 양극 활물질.
  9. 제 1 항에 따른 양극 활물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
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