JP2020532846A - 二次電池用正極活物質の製造方法、及びこれを用いる二次電池 - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、2017年10月20日付韓国特許出願第10−2017−0136900号及び2018年10月19日付韓国特許出願第10−2018−0125222号に基づく優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示された全ての内容は本明細書の一部として含まれる。
以下、本発明に係る正極活物質の製造方法に対して説明する。
先ず、タングステンドーピングされたリチウム遷移金属酸化物を形成する段階に対して説明する。
前記洗浄段階は、1)前記洗浄液にタングステンドーピングされたリチウム遷移金属酸化物を投入した後、1次撹拌する段階、2)1次撹拌後、前記洗浄液にヒドロキシド(hydroxide)系化合物を投入し、2次撹拌する段階で行われ得る。
前記1次撹拌段階は、前記洗浄液にタングステンがドーピングされたリチウム遷移金属酸化物を投入した後、撹拌する段階である。
2次撹拌段階は、1次撹拌後、前記洗浄液にヒドロキシド(hydroxide)系化合物を投入し、撹拌する段階である。
前記濾過されたタングステンドーピングされたリチウム遷移金属酸化物を乾燥した後、熱処理を行ってよい。
以下、前記製造方法によって製造される正極活物質を含む正極に対して説明する。
以下、前記正極、負極、前記正極及び負極の間に介在された分離膜及び電解質を含むリチウム二次電池に対して説明する。
実施例1
(1)タングステンドーピングされたリチウム遷移金属酸化物の製造
リチウム化合物(LiOH)及び遷移金属前駆体(Ni0.90Co0.07Mn0.03(OH)2)を1.03:1のモル比で混合したものを200g準備し、WO3を1.2g添加した後、遊星ミルに入れた後、2000rpmで10分間混合して混合物を製造した。前記混合物を760℃で、12時間の間焼成してタングステンドーピングされたリチウム遷移金属酸化物を製造した。
1Lの反応器に20℃の蒸留水を300mL入れた後、前記タングステンドーピングされたリチウム遷移金属酸化物を150g投入し、前記反応器内の撹拌速度を200rpmで維持して10分間撹拌した。その後、前記反応器内にAl(OH)3を0.87g投入した後、再び反応器内の撹拌速度を200rpmで維持して15分間撹拌した。撹拌が完了したタングステンドーピングされたリチウム遷移金属酸化物を濾過した。
濾過した後、前記タングステンドーピングされたリチウム遷移金属酸化物を130℃で1時間の間乾燥した。その後、乾燥されたリチウム遷移金属酸化物を500℃で2時間の間酸素雰囲気下で熱処理して正極活物質を製造した。
前記実施例1においてWO3を0.6g添加したことを除き、同様の方法で正極活物質を製造した。
前記実施例1においてAl(OH)3を0.43g投入したことを除き、同様の方法で正極活物質を製造した。
前記実施例1においてCo(OH)3を0.47g投入したことを除き、同様の方法で正極活物質を製造した。
比較例1
前記実施例1において洗浄段階でAl(OH)3を投入しないことを除き、同様の方法で正極活物質を製造した。
前記実施例1において洗浄段階ではAl(OH)3を投入せず、20℃の蒸留水でのみ洗浄した。その後、洗浄されたリチウム遷移金属酸化物を130℃で1時間の間乾燥してから、Al(OH)30.87gを添加して遊星ミルに入れた後、2000rpmで10分間混合して混合物を製造した。その後、前記混合物を500℃で2時間の間熱処理して正極活物質を製造した。
20℃の蒸留水300mLにLiOH 0.2395gを溶解させて洗浄液を製造し、これを1Lの反応器に入れた。その後、前記実施例1の(1)のように製造されたタングステンドーピングされたリチウム遷移金属酸化物を150g投入し、前記反応器内の撹拌速度を200rpmで維持して25分間撹拌した。撹拌が完了したタングステンドーピングされたリチウム遷移金属酸化物を濾過した。その後、前記実施例1の(3)と同様の方法で乾燥及び熱処理して正極活物質を製造した。
前記比較例3においてLiOHの代わりに、LiNO3 0.6995gを溶解させた洗浄液を用いたことを除き、同様の方法で正極活物質を製造した。
前記実施例1〜4及び比較例1〜4で製造した正極活物質をそれぞれ用いてリチウム二次電池(コインハーフセル)を製造した。
前記実施例1〜4及び比較例1〜4によって製造されるそれぞれの正極活物質等をICP分析し、これによるタングステン含有量を下記表1に示した。含量分析のために正極活物質の一定量(約0.1g)を正確に秤量後、塩酸2mLを加えた後、ホットプレート(hot plate)で加熱して前記正極活物質を溶解させる。その後、過酸化水素を加えながら加熱してきれいに溶解させた後、誘導プラズマ発光分析分光器(ICP,PerkinElmer社製のOPTIMA 8000)を用いてタングステン含有量を下記表1に示した。
前記実施例1〜4及び比較例1〜4で製造した正極活物質を用いてそれぞれ製造されたコインハーフセル(Li金属の負極使用)を0.2C定電流(CC)で2.5〜4.25Vの電圧範囲で1回充放電を進めた後、0.2C電流で4.25Vまで充電してコインハーフセルを分解した。分解したコインハーフセルで得られた正極を電解質15mL含む容器に浸漬した後、60℃恒温槽で2週間保管後、電解質に溶出されたタングステンの含量をICP(PerkinElmer社のOPTIMA 8000)で分析し、その結果を下記表2に示した。
前記実施例1〜4及び比較例1〜4で製造した正極活物質を用いて製造したコインハーフセル(Li金属の負極使用)を25℃で0.2Cの定電流(CC)4.25Vになるまで充電し、その後4.25Vの定電圧(CV)で充電して充電電流が0.05mAhになるまで1回目の充電を行って充電容量を測定した。その後、20分間放置した後、0.2Cの定電流で2.5Vになるまで放電し、1サイクル目の放電容量を測定した。前記1サイクル目の充/放電効率を評価した。その後、2Cで放電条件を異にしてレート特性をそれぞれ評価した。その結果を表3に示した。
Claims (12)
- タングステンドーピングされたリチウム遷移金属酸化物を形成する段階;及び
前記タングステンドーピングされたリチウム遷移金属酸化物を洗浄液で洗浄する段階を含み、
前記洗浄する段階で、洗浄する途中、前記洗浄液にヒドロキシド(hydroxide)系化合物を投入する正極活物質の製造方法。 - 前記ヒドロキシド(hydroxide)系化合物は、水酸化アルミニウム(Al(OH)3)、水酸化マグネシウム(Mg(OH)2)、水酸化コバルト(Co(OH)2)、水酸化カルシウム(Ca(OH)2)、水酸化バリウム(Ba(OH)2)及び水酸化ストロンチウム(Sr(OH)2)からなる群から選択される少なくとも一つ以上である、請求項1に記載の正極活物質の製造方法。
- 前記ヒドロキシド(hydroxide)系化合物は、前記リチウム遷移金属酸化物にドーピングされたタングステン及びヒドロキシド(hydroxide)系化合物の金属陽イオンが1:0.3から1:0.6の重量比となる含量で投入する、請求項1又は2に記載の正極活物質の製造方法。
- 前記洗浄する段階は、前記洗浄液にタングステンドーピングされたリチウム遷移金属酸化物を投入した後、1次撹拌する段階;及び
1次撹拌後、前記洗浄液にヒドロキシド(hydroxide)系化合物を投入して2次撹拌する段階を含む、請求項1から3の何れか一項に記載の正極活物質の製造方法。 - 前記2次撹拌する段階において、
前記ヒドロキシド(hydroxide)系化合物の金属陽イオン及び前記タングステンドーピングされたリチウム遷移金属酸化物から溶出されたタングステン酸陰イオンが、前記タングステンドーピングされたリチウム遷移金属酸化物粒子の表面にコーティング部を形成するものである、請求項4に記載の正極活物質の製造方法。 - 前記洗浄する段階以後、前記タングステンドーピングされたリチウム遷移金属酸化物を乾燥して熱処理する段階をさらに含む、請求項1から5の何れか一項に記載の正極活物質の製造方法。
- 前記熱処理温度は250から600℃である、請求項6に記載の正極活物質の製造方法。
- 前記タングステンドーピングされたリチウム遷移金属酸化物は、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)及びマンガン(Mn)からなる群から選択された少なくとも一つ以上の遷移金属陽イオンを含む、請求項1から7の何れか一項に記載の正極活物質の製造方法。
- 前記タングステンドーピングされたリチウム遷移金属酸化物は、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)及びマンガン(Mn)の遷移金属陽イオンを含み、全体遷移金属のうちニッケル(Ni)が80mol%以上含有された、請求項8に記載の正極活物質の製造方法。
- 前記タングステンドーピングされたリチウム遷移金属酸化物を形成する段階は、
リチウム化合物、遷移金属前駆体及びタングステンドーピングソースを混合した後、焼成させてタングステンドーピングされたリチウム遷移金属酸化物を製造する、請求項1から9の何れか一項に記載の正極活物質の製造方法。 - 請求項1に記載の方法によって製造される正極活物質を含む正極。
- 請求項11に記載の正極、負極、前記正極及び負極の間に介在された分離膜及び電解質を含むリチウム二次電池。
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