KR100353620B1 - Modified lithium nickel oxide compounds for positive electrodes of the secondary batteries - Google Patents

Modified lithium nickel oxide compounds for positive electrodes of the secondary batteries Download PDF

Info

Publication number
KR100353620B1
KR100353620B1 KR1019990048415A KR19990048415A KR100353620B1 KR 100353620 B1 KR100353620 B1 KR 100353620B1 KR 1019990048415 A KR1019990048415 A KR 1019990048415A KR 19990048415 A KR19990048415 A KR 19990048415A KR 100353620 B1 KR100353620 B1 KR 100353620B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
lithium
secondary battery
ion secondary
lithium nickel
heat treatment
Prior art date
Application number
KR1019990048415A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20010045209A (en
Inventor
이재영
박성철
한영수
나성환
김해열
조민희
Original Assignee
한국과학기술원
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 한국과학기술원 filed Critical 한국과학기술원
Priority to KR1019990048415A priority Critical patent/KR100353620B1/en
Publication of KR20010045209A publication Critical patent/KR20010045209A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR100353620B1 publication Critical patent/KR100353620B1/en

Links

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
    • H01M4/24Electrodes for alkaline accumulators
    • H01M4/32Nickel oxide or hydroxide electrodes
    • 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)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

본 발명은 리튬이온 이차전지의 양극전극용 리튬니켈계 산화조성물 및 그 제조방법에 관한 것으로 좀더 상세하게는 원소치환에 의하여 고속방전효율 및 전극수명이 향상된 리튬니켈코발트 산화물 조성물 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a lithium nickel-based oxide composition for a cathode electrode of a lithium ion secondary battery, and a method for manufacturing the same. More particularly, a lithium nickel cobalt oxide composition and a method for manufacturing the same have improved elemental substitution at high speed and efficiency. will be.

본 발명의 리튬이차전지의 양극전극용 리튬니켈계 산화물은 니켈 대신 철과 코발트가 치환되어진 것 (LiNi1-x-yFexCoyO2,x, y는 각각 산화물 조성 원소들의 원자분율로서 0.05≤ x ≤ 0.1, 0.05 ≤ y ≤ 0.3)으로서, 상기 산화물을 활물질로 하여 제조된 리튬이온 이차전지는 기존에 상용화되어 있는 고가의 리튬코발트계 산화물을 대체함으로써 제조 단가를 낮출 수 있을 뿐만 아니라, 기존의 리튬이차전지의 성능 및 에너지 밀도를 향상시킬 수 있다.Lithium nickel-based oxide for the positive electrode of the lithium secondary battery of the present invention is substituted with iron and cobalt instead of nickel (LiNi 1-xy Fe x Co y O 2, x, y is the atomic fraction of the elements of the oxide composition, respectively 0.05≤ x ≤ 0.1, 0.05 ≤ y ≤ 0.3), the lithium ion secondary battery prepared by using the oxide as an active material can not only reduce the manufacturing cost by replacing expensive lithium cobalt-based oxide that is commercially available, The performance and energy density of the lithium secondary battery can be improved.

Description

리튬이온 이차전지의 양극전극용 리튬니켈계 산화조성물 및 그 제조방법 {Modified lithium nickel oxide compounds for positive electrodes of the secondary batteries}Modified lithium nickel oxide compounds for positive electrodes of the secondary batteries}

본 발명은 리튬이온 이차전지의 양극전극용 리튬니켈계 산화조성물 및 그 제조방법에 관한 것으로 좀더 상세하게는 원소치환에 의하여 고속방전효율 및 전극수명이 향상된 리튬니켈코발트 산화조성물 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a lithium nickel-based oxide composition for a cathode electrode of a lithium ion secondary battery and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a lithium nickel cobalt oxide composition and a method for manufacturing the same having improved high-speed discharge efficiency and electrode life by element substitution. will be.

현재 휴대용 가전기기의 발달로 재사용이 가능한 2차 전지의 수요는 급속히 증가되고 있으며, 특히 이러한 2차 전지 중 리튬이온 이차전지는 높은 에너지 밀도 및 방전전압으로 인해 가장 많이 연구되고 있으며 또한 상용화되고 있다.Currently, the demand for reusable secondary batteries is rapidly increasing due to the development of portable home appliances, and among these secondary batteries, lithium ion secondary batteries are most frequently studied and commercialized due to high energy density and discharge voltage.

리튬이온 이차전지 양극의 요구조건으로는 다음과 같다.Requirements for the lithium ion secondary battery positive electrode are as follows.

(1) 높은 방전용량을 가지고 있어야 하며,(1) have a high discharge capacity,

(2) 높은 에너지 밀도를 얻기 위하여 사용전압이 높아야 하며,(2) The use voltage must be high to obtain high energy density,

(3) 오랫동안 사용하기 위하여 전극수명이 우수하여야 하며,(3) It should have excellent electrode life for long time use.

(4) 부피당 에너지 밀도를 높이기 위해서는 전지 제조시 전극판에서의 활물질의 두께를 늘려야 하는데 이를 위해서는 높은 고속방전효율을 가지고 있을 것이 요구된다.(4) In order to increase the energy density per volume, the thickness of the active material in the electrode plate needs to be increased during battery manufacturing, which requires a high speed discharge efficiency.

리튬이온 이차전지의 양극재료로서 가장 먼저 상용화 된 것으로는 리튬코발트 산화물계 재료이다. 리튬코발트 산화물계는 우수한 전극수명과 높은 고속방전효율을 가지고 있지만 상기 재료는 매우 고가이고 또한 방전용량이 비교적 작은 단점을 가지고 있다. 이에 대하여 방전용량이 높고 비교적 저가인 리튬니켈 산화물을새로운 양극재료로 대체하려는 노력이 진행되어 왔지만, 상기 리튬니켈 산화물은 높은 방전용량을 가지고 있는 반면에 전극수명 및 고속방전효율이 매우 나쁜 단점을 가지고 있고 또한 제조상 어려움이 많았다. 특히 리튬니켈 산화물은 충방전이 진행됨에 따라 리튬이온과 전이금속인 니켈의 위치가 변하는 카타이온 믹싱현상에 의하여 급격히 방전용량이 떨어지는 단점을 가지고 있다.The first commercially available cathode material of a lithium ion secondary battery is a lithium cobalt oxide-based material. Lithium cobalt oxides have excellent electrode life and high fast discharge efficiency, but the material has the disadvantage of being very expensive and having a relatively small discharge capacity. Efforts have been made to replace lithium nickel oxide, which has a high discharge capacity and a relatively low cost, with a new anode material. However, the lithium nickel oxide has a high discharge capacity, but has a disadvantage of poor electrode life and high speed discharge efficiency. It was also difficult to manufacture. In particular, lithium nickel oxide has a disadvantage in that its discharge capacity is drastically decreased due to cationic mixing phenomenon in which the positions of lithium ions and transition metal nickel change as charging and discharging proceeds.

리튬니켈 산화물이 지니는 상기 문제점을 개선하기 위한 방안이 많은 연구자들에 의하여 연구되어졌으며, 특히 이종전이금속을 니켈 대신 치환함으로써 이를 해결하려고 노력하였다. 오츠쿠[A. Ueda and T. Ohzuku,J. Electrochem. Soc., Vol. 141, NO. 8(1994) 2010-2014)]등은 니켈 대신 코발트를 치환함으로써 카타이온 믹싱현상을 크게 개선시켰으며, 델마스[C. Delmaset al.,Journal of Power So urces, 43-44(1993)595-602]등도 니켈 대신 코발트를 치환하여 전극수명을 크게 향상시켰다. 또한 요시오[M. Yoshioet al.,Journal of Power Sources, 74(1998)4 6-53]등은 리튬니켈 산화물에 망간을 치환함으로써 전극수명 및 고속방전효율을 향상시켰다. 하지만 상기의 방안들은 카타이온 믹싱현상과 전극수명 및 고속방전효율면에서는 부분적인 개선은 있었지만 어느 것도 이들 모두를 충족시키지는 못하였고 또한 상기 방안들은 방전용량을 크게 감소시킴으로써 리튬이온 이차전지로서의 요구조건을 충족시키는 데에는 미흡하였다.In order to improve the problem of the lithium nickel oxide has been studied by many researchers, in particular to try to solve this problem by replacing the hetero-transition metal instead of nickel. Otsuku [A. Ueda and T. Ohzuku, J. Electrochem. Soc , Vol. 141, NO. 8 (1994) 2010-2014), which significantly improved cationic mixing by substituting cobalt for nickel. Delmas [C. Delmas et al ., Journal of Power Sources, 43-44 (1993) 595-602, etc., also greatly improved electrode life by substituting cobalt for nickel. Yoshio [M. Yoshio et al ., Journal of Power Sources , 74 (1998) 4 6-53, et al ., Improved electrode life and high-speed discharge efficiency by substituting manganese for lithium nickel oxide. However, the above methods have partially improved in terms of cationic mixing, electrode life, and high-speed discharge efficiency, but none of them met all of them. Also, the above methods greatly reduced the discharge capacity to meet the requirements of lithium ion secondary batteries. It was insufficient to meet.

상기한 종래기술들의 문제점을 검토한 후 본 발명자들은 리튬이차 전지용 양극재료로서 유망한 리튬니켈 산화물에 니켈 대신 코발트 및 철을 치환함으로써 큰 용량변화 없이도 전극수명과 고속방전효율이 개선되어 진다는 사실을 알아내었다.After examining the problems of the prior arts, the present inventors found that electrode life and high-speed discharge efficiency are improved without large capacity change by substituting cobalt and iron for lithium lithium oxide, which is a promising material for lithium secondary batteries, instead of cobalt and iron. Came out.

따라서 본 발명의 목적은 리튬니켈계 산화물에 코발트와 철을 치환함으로써 제조비용이 저렴하여 성능대 가격비를 높일 수 있으며, 큰 용량감소 없이도 고속방전효율과 전극수명을 향상시킨 고용량, 고성능의 리튬이차전지용 양극재료 및 그 제조방법을 제공하는 데에 있다.Therefore, the object of the present invention is to replace the cobalt and iron in the lithium nickel-based oxide, the manufacturing cost is low, and the performance-to-price ratio can be increased, and the high capacity, high performance lithium secondary which improves the high-speed discharge efficiency and electrode life without large capacity reduction The present invention provides a battery positive electrode material and a method of manufacturing the same.

도 1(a)는 철이 치환된 리튬니켈코발트 산화물을 분쇄하여 500 메시와 325 메시 체를 사용하여 거른 분말의 전자현미경(SEM) 사진.Figure 1 (a) is an electron microscope (SEM) photograph of the powder filtered using a 500 mesh and 325 mesh sieve pulverized iron-substituted lithium nickel cobalt oxide.

도 1(b)는 철이 치환된 리튬니켈코발트 산화물을 분쇄하여 500 메시 체를 통과시킨 분말의 전자현미경(SEM) 사진.Figure 1 (b) is an electron micrograph (SEM) of the powder passed through a 500 mesh sieve pulverized lithium nickel cobalt oxide substituted.

도 2는 리튬니켈코발트 산화물의 철치환량에 따른 X-선 회절분석결과를 나타내는 그래프.2 is a graph showing the results of X-ray diffraction analysis according to the iron substitution of lithium nickel cobalt oxide.

도 3은 리튬니켈코발트 산화물의 철치환량에 따른 방전용량곡선.3 is a discharge capacity curve according to iron substitution of lithium nickel cobalt oxide.

도 4는 리튬니켈코발트 산화물의 철치환량에 따른 고속방전효율을 나타내는 그래프.4 is a graph showing the high-speed discharge efficiency according to the iron replacement of lithium nickel cobalt oxide.

도 5는 철이 치환된 리튬니켈코발트 산화물의 전류밀도의존성을 나타내는 그래프.5 is a graph showing the current density dependency of lithium-nickel cobalt oxide substituted with iron.

도 6은 철이 치환된 리튬니켈코발트 산화물의 충방전 cycle수에 따른 방전용량의 변화를 나타내는 그래프.6 is a graph showing a change in discharge capacity according to the number of charge and discharge cycles of iron-substituted lithium nickel cobalt oxide.

본 발명의 리튬이온 2차전지는 카본음극, 리튬니켈계 산화물로서 니켈 대신 철, 코발트가 부분 치환되어진 활물질로 구성되는 양극, 액체전해질로 구성되어진다. 카본음극과 액체전해질은 특별히 한정되는 것은 아니고 공지의 것을 그대로 사용하여도 좋다.The lithium ion secondary battery of the present invention is composed of a cathode and a liquid electrolyte composed of an active material in which carbon and lithium nickel-based oxides are partially substituted with iron and cobalt instead of nickel. The carbon cathode and the liquid electrolyte are not particularly limited and known ones may be used as they are.

이하, 본 발명을 리튬이차전지의 양극전극용 리튬니켈계 활물질을 대상으로 구체적으로 설명하고자 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with respect to a lithium nickel-based active material for a positive electrode of a lithium secondary battery.

본 발명의 리튬이차전지의 양극전극용 리튬니켈계 산화조성물은 하기 일반식 (I)로 표시된다.The lithium nickel-based oxide composition for the positive electrode of the lithium secondary battery of the present invention is represented by the following general formula (I).

LiNi1-x-yFexCoyO2(I)LiNi 1-xy Fe x Co y O 2 (I)

상기식에서,In the above formula,

x, y는 각각 산화물 조성 원소들의 원자분율로서x and y are the atomic fractions of the oxide composition elements, respectively.

0.05 ≤ x ≤ 0.1, 0.05 ≤ y ≤ 0.30.05 ≤ x ≤ 0.1, 0.05 ≤ y ≤ 0.3

을 만족하는 값이다.Is a value satisfying

만일 Fe의 분율이 0.1을 넘는 경우에는 용량이 감소하므로 바람직하지 않으며, Co 의 분율이 0.3을 넘게되면 전극수명은 좋아지지만 용량 감소의 폭이 커지므로 바람직하지 않다.If the fraction of Fe exceeds 0.1, the capacity decreases, which is not preferable. If the fraction of Co exceeds 0.3, the electrode life is improved, but the width of the capacity decreases is not preferable.

본 발명의 리튬니켈 산화조성물은 고상반응법을 이용하여 제조하며, 다음과 같은 단계를 포함한다.The lithium nickel oxide composition of the present invention is prepared using a solid phase reaction method, and includes the following steps.

(1) 칭량된 출발원료를 균일하게 혼합하는 단계와,(1) uniformly mixing the weighed starting material,

(2) 상기 혼합된 분말을 적정크기로 분쇄하여 준비된 분말을 펠렛화한 후 소정의 온도하에 상기 펠렛을 1차 열처리하는 단계와,(2) pelletizing the powder prepared by pulverizing the mixed powder to an appropriate size, and first heat treating the pellet under a predetermined temperature;

(3) 전기 (2)의 공정에서 얻어진 펠렛을 재분쇄하여 상기 (2)의 과정을 되풀이하여 2차 열처리 하는 단계로 이루어지며,(3) re-pulverizing the pellets obtained in the step (2), and repeating the process of (2), followed by a second heat treatment,

상기 과정에 의해 얻어진 활물질을 이용하여 양극전극을 제조하기 위하여는 전기 (3)의 단계에서 얻은 펠렛을 재분쇄하여 소정의 크기를 갖는 활물질 분말을 선별하는 과정과,In order to manufacture a positive electrode using the active material obtained by the above process, the process of screening the active material powder having a predetermined size by regrinding the pellet obtained in the step (3);

바인더를 유기용매에 녹인 후, 상기 용액에 상기의 선별된 활물질 분말과 도전재를 잘 혼합한 후 건조하여 리튬이온 이차전지 양극전극을 제조하게 된다.After dissolving the binder in an organic solvent, the selected active material powder and the conductive material are well mixed in the solution and dried to prepare a lithium ion secondary battery positive electrode.

상기한 제조과정을 단계별로 좀더 구체화하면 다음과 같다.If more detailed step by step the manufacturing process as follows.

본 발명에 사용되어지는 출발원료로는 리튬, 니켈, 철, 코발트의 카보네이트계, 하이드록사이드계, 나이트레이트계, 순수 산화물을 사용할 수 있다.As starting materials used in the present invention, lithium, nickel, iron, cobalt carbonates, hydroxides, nitrates and pure oxides can be used.

칭량된 출발원료는 볼 밀 또는 증류수에서 스터러를 사용하여 12시간 이상 교반함으로써 균일하게 혼합하여 준비한다. 볼 밀은 증류수와 니켈 볼을 사용하여 혼합하고, 혼합된 분말은 가열하여 증류수를 증발시킨 후 잘 분쇄한다.Weighed starting materials are prepared by uniform mixing by stirring for at least 12 hours using a stirrer in a ball mill or distilled water. The ball mill is mixed using distilled water and nickel balls, and the mixed powder is heated to evaporate distilled water and then pulverized well.

상기 과정에 의하여 준비된 분말은 펠렛 모양으로 프레스한 후 산소 분위기에서 1차 열처리 공정을 거친다. 이때 열처리 온도는 650∼850℃로 하여 6∼48시간 사이에서 열처리를 하는 것이 바람직하다. 만일 열처리 온도나 시간이 상기 범위 미만인 경우에는 충분한 결정화를 기대하기 어렵고, 상기 범위를 초과하게 되면 산화물자체가 분해될 우려가 있으므로 바람직하지 않다. 상기 1차 열처리 후 상기 펠렛을 재분쇄 후 잘 혼합하여 다시 펠렛을 제조한다.The powder prepared by the above process is pressed into a pellet shape and subjected to a first heat treatment process in an oxygen atmosphere. At this time, the heat treatment temperature is preferably 650 to 850 占 폚, and heat treatment is performed for 6 to 48 hours. If the heat treatment temperature or time is less than the above range, it is difficult to expect sufficient crystallization, and if it exceeds the above range, the oxide itself may be decomposed, which is not preferable. After the primary heat treatment, the pellets are pulverized and mixed well to prepare pellets again.

전기 과정에 의하여 1차 열처리를 거쳐 제조한 펠렛은 산소분위기하에서 다시 2차 열처리 공정을 거친다. 2차 열처리 또한 650∼850℃로 6∼48시간 사이에서 행하는 것이 바람직하다. 상기 2차 열처리 후 펠렛은 재분쇄 후 체를 이용하여 소정 크기의 활물질 분말만을 선택한다.The pellets prepared by the first heat treatment by the electrical process are subjected to the second heat treatment again under an oxygen atmosphere. Secondary heat treatment is also preferably performed at 650 to 850 ° C for 6 to 48 hours. The pellet after the second heat treatment selects only the active material powder of a predetermined size using a sieve after regrinding.

양극전극은 먼저 바인더를 유기용매에 녹인 후, 그 용액에 상기 활물질과 도전재를 잘 혼합하여 섞은 후, 상기 혼합액을 알루미늄 호일에 도포하여 섭씨 약 140도의 진공 오븐에서 건조한 후 프레스를 사용하여 압착하여 제조한다.The positive electrode first melts the binder in an organic solvent, and then mixes and mixes the active material and the conductive material in the solution well, and then the mixed solution is coated on aluminum foil, dried in a vacuum oven at about 140 degrees Celsius, and then pressed using a press. Manufacture.

이하 본 발명을 실시예에 의하여 구체적으로 설명하고자 하나 본 발명의 권리범위가 이들 실시예에 한정되어 지는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to Examples, but the scope of the present invention is not limited to these Examples.

<실시예1> 산화물 및 양극전극의 제조Example 1 Fabrication of Oxide and Anode Electrode

출발원료로서 반응조에 리튬, 니켈, 철, 코발트 각각의 질산염을 1:0.78:0.02:0.2의 몰비로 하여 칭량한 것을 볼 밀 또는 증류수에서 스터러를 사용하여 12시간 교반함으로써 균일하게 혼합하여 준비하였다. 다음으로 상기 과정에 의하여 준비된 분말은 펠렛 모양으로 프레스한 후 산소 분위기에서 1차 열처리를 하였다. 이때 열처리 온도는 650℃로 하여 12시간 동안 하였으며, 상기 1차 열처리 후 상기 펠렛을 재분쇄 후 잘 혼합하여 다시 펠렛을 제조하였다.As starting materials, nitrates of lithium, nickel, iron, and cobalt were respectively weighed in a reaction tank in a molar ratio of 1: 0.78: 0.02: 0.2, and prepared by mixing uniformly by stirring in a ball mill or distilled water for 12 hours using a stirrer. . Next, the powder prepared by the above process was pressed into pellets and subjected to a first heat treatment in an oxygen atmosphere. At this time, the heat treatment temperature was set to 650 ℃ for 12 hours, and after the primary heat treatment, the pellet was regrind and mixed well to prepare a pellet again.

전기 과정에 의하여 1차 열처리를 거쳐 제조한 펠렛은 산소분위기하에서 다시 2차 열처리를 하였다. 2차 열처리 또한 800℃로 12시간 동안 이루어졌다. 상기 2차 열처리 후 펠렛은 재분쇄 후 500 메시(mesh)와 325 메시 체를 이용하여 26∼45 마이크로미터(㎛) 사이의 분말을 주로 얻었으며 그 분말들에는 아주 작은 분말들이 붙어 있었다. 또한, 500메시체를 이용하여 수 마이크로미터(㎛)이하의 아주 미세한 크기의 활물질 분말만을 선별하였다. 도 1(a)는 철이 치환된 리튬니켈코발트 산화물을 분쇄하여 500 메시와 325 메시 체를 사용하여 거른 분말의 전자현미경(SEM) 사진으로 분말은 26∼45 마이크로미터(㎛) 사이의 분말과 큰 분말에 붙어 있는 아주 작은 분말로 구성되어 있음을 확인할 수 있으며, 도 1(b)는 철이 치환된 리튬니켈코발트 산화물을 분쇄하여 500 메시 체를 통과시킨 분말의 전자현미경(SEM) 사진으로 수 마이크로미터(㎛)의 분말로 주로 이루어져 있음을 각각 확인할 수 있다.The pellets prepared by the first heat treatment by the above-described process were subjected to the second heat treatment again under an oxygen atmosphere. Secondary heat treatment was also performed at 800 ° C. for 12 hours. After the second heat treatment, the pellets mainly obtained powders between 26 and 45 micrometers (μm) using 500 mesh and 325 mesh sieves after regrinding, and very small powders were attached to the powders. In addition, only the very finely sized active material powder of several micrometers (μm) or less was selected using a 500 mesh body. 1 (a) is an electron micrograph (SEM) of a powder obtained by pulverizing iron-substituted lithium nickel cobalt oxide and filtered using a 500 mesh and a 325 mesh sieve. It can be seen that it consists of a very small powder attached to the powder, Figure 1 (b) is an electron microscope (SEM) picture of the powder passed through a 500 mesh sieve of lithium nickel cobalt oxide substituted with iron, several micrometers It can be confirmed that each mainly consists of a powder of (μm).

양극전극은 먼저 폴리비닐리덴(polyvinylidene)바인더를 N-메틸피롤리디논(N -methylpyrrolidinone)용매에 녹인 후, 그 용액에 상기 활물질과 도전재를 잘 혼합하여 섞은 후, 상기 혼합액을 알루미늄 호일에 도포하여 섭씨 140도의 진공 오븐에서 건조한 후 프레스를 사용하여 압착하여 제조하였다.In the positive electrode, first, a polyvinylidene binder is dissolved in an N-methylpyrrolidinone solvent, the active material and the conductive material are mixed well in the solution, and then the mixed solution is coated on an aluminum foil. It was prepared by drying in a vacuum oven at 140 degrees Celsius using a press.

상기 제조한 양극과 리튬 금속 호일을 사용하여 스테인레스 스틸로 된 동전 모양의 시험용 반쪽전지를 제조하여 충방전시험을 행하였다. 이때 충방전속도는 18mA/g과 360mA/g 사이의 다양한 전류밀도을 사용하여 행하였다.Using the positive electrode and the lithium metal foil prepared above, a coin-shaped test half cell made of stainless steel was manufactured to perform a charge / discharge test. At this time, the charging and discharging speed was performed using various current densities between 18 mA / g and 360 mA / g.

<실시예 2><Example 2>

출발원료로 리튬, 니켈, 철, 코발트 각각의 질산염을 1:0.75:0.05:0.2의 몰비로 한 것을 제외하고는 실시예 1에서와 동일한 조건에 의하여 반쪽전지를 제조하였다.A half cell was manufactured under the same conditions as in Example 1, except that nitrates of lithium, nickel, iron, and cobalt were each used as a starting material in a molar ratio of 1: 0.75: 0.05: 0.2.

<실시예 3><Example 3>

출발원료로 리튬, 니켈, 철, 코발트 각각의 질산염을 1:0.73:0.07:0.2의 몰비로 한 것을 제외하고는 실시예 1에서와 동일한 조건에 의하여 반쪽전지를 제조하였다.A half cell was prepared under the same conditions as in Example 1, except that nitrates of lithium, nickel, iron, and cobalt were each used as a starting material in a molar ratio of 1: 0.73: 0.07: 0.2.

<실시예 4><Example 4>

출발원료로 리튬, 니켈, 철, 코발트 각각의 질산염을 1:0.7:0.1:0.2의 몰비로 한 것을 제외하고는 실시예 1에서와 동일한 조건에 의하여 반쪽전지를 제조하였다.A half cell was manufactured under the same conditions as in Example 1, except that nitrates of lithium, nickel, iron, and cobalt were each used as a starting material in a molar ratio of 1: 0.7: 0.1: 0.2.

<시험예 1> 리튬니켈코발트 산화물의 철치환량에 따른 X-선 회절분석<Test Example 1> X-ray diffraction analysis according to iron substitution of lithium nickel cobalt oxide

도 2는 리튬니켈코발트 산화물의 철치환량을 0, 0.05, 0.07, 0.1의 몰비로 변화시킴으로써 상기 몰비 변화에 따른 X-선 회절분석결과를 나타내고 있다. 상기 결과에서 볼 수 있듯이 모든 조성에서 층상구조가 아주 잘 발달되어 있었으며 다른제 2상이나 불순물도 생성되지 않았음을 확인할 수 있었다.FIG. 2 shows the results of X-ray diffraction analysis according to the molar ratio change by changing the iron substitution amount of lithium nickel cobalt oxide to a molar ratio of 0, 0.05, 0.07, and 0.1. As can be seen from the results, it was confirmed that the layered structure was very well developed in all compositions, and no other second phase or impurities were formed.

<시험예 2> 리튬니켈코발트 산화물의 철치환량에 따른 방전용량측정Test Example 2 Measurement of Discharge Capacity According to Iron Substitution of Lithium Nickel Cobalt Oxide

도 3은 실시예에서 제조한 리튬니켈코발트 산화물의 철치환량을 0, 0.02, 0.05, 0.07, 0.1로 하여 제조한 것을 대상으로 하여 방전용량을 측정한 결과를 나타내는 곡선이다. 철이 치환되어도 급격한 방전용량의 감소는 나타나지 않았으며 오히려 철이 0.05 치환되었을 때까지 용량의 증가가 나타나고 있음을 알 수 있었다.FIG. 3 is a curve showing a result of measuring a discharge capacity of an iron substitution amount of lithium nickel cobalt oxide prepared in Example as 0, 0.02, 0.05, 0.07, 0.1. It was found that even when iron was substituted, there was no sudden decrease in discharge capacity, but rather, the capacity was increased until iron was replaced by 0.05.

<시험예 3> 리튬니켈코발트 산화물의 철치환량에 따른 고속방전효율측정<Test Example 3> High-speed discharge efficiency measurement according to the iron replacement of lithium nickel cobalt oxide

도 4는 실시예에 따라 제조한 리튬니켈코발트 산화물의 철치환량을 0, 0.02, 0.03, 0.05, 0.07, 0.1로 하여 제조한 것을 대상으로 하여 고속방전효율을 측정한 결과를 나타낸다. 철이 0.05 치환되었을 때까지 고속방전효율은 증가하였으며 그 이상 치환되었을 경우에는 오히려 감소하였다. 흰색 막대는 500 메시와 325 메시체를 사용하여 걸른 분말의 고속방전효율을 나타내고 회색막대는 500 메시 체를 통과시킨 분말의 고속방전효율을 나타낸다. 분말의 크기가 작아질수록 고속방전효율이 증가하는 것을 확인할 수 있었다.Figure 4 shows the results of the high-speed discharge efficiency was measured for the object produced by the iron substitution amount of lithium nickel cobalt oxide prepared according to the embodiment 0, 0.02, 0.03, 0.05, 0.07, 0.1. The fast discharge efficiency increased until iron was replaced by 0.05, but decreased more than that. The white bars represent the high-speed discharge efficiency of the powder filtered using 500 mesh and 325 mesh bodies and the gray bars represent the high-speed discharge efficiency of the powder passed through the 500 mesh sieve. As the size of the powder becomes smaller, it was confirmed that the high speed discharge efficiency increased.

<시험예 4> 전류밀도 의존성 측정Test Example 4 Current Density Dependency Measurement

도 5는 실시예에 따라 제조한 철치환량 0.05인 리튬니켈코발트 산화물과 철이 첨가되지 않은 종래의 리튬니켈코발트 산화물의 전류밀도의존성을 나타낸다. 상기 실험결과에 의하면 본 발명의 철이 치환된 리튬니켈코발트 산화물의 전류밀도의존성이 우수하게 나타남을 확인할 수 있다.FIG. 5 shows the current density dependency of lithium nickel cobalt oxide having an iron substitution value of 0.05 prepared according to the embodiment and lithium nickel cobalt oxide without iron. According to the experimental results, it can be seen that the current density dependency of the lithium-nickel cobalt oxide substituted with iron of the present invention is excellent.

<시험예 5> 충방전 cycle수에 따른 방전용량의 변화<Test Example 5> Change of discharge capacity according to the number of charge and discharge cycles

도 6은 철치환량이 0.05, 0.1인 리튬니켈코발트 산화물과 철이 치환되지 않은 종래의 리튬니켈코발트 산화물의 충방전 cycle수에 따른 방전용량의 변화를 나타낸다. 본 발명의 철이 치환된 리튬니켈코발트 산화물의 전극수명이 증가한 것을 확인할 수 있다.6 shows the change in discharge capacity according to the number of charge and discharge cycles of lithium nickel cobalt oxide having iron substitution amounts of 0.05 and 0.1 and conventional lithium nickel cobalt oxide not substituted with iron. It can be seen that the electrode life of the lithium-nickel cobalt oxide substituted with iron of the present invention is increased.

본 발명은 고성능, 고용량 리튬이차전지의 양극재료 개발에 관한 것으로서 특히 기존에 상용화되어 있는 고가의 리튬코발트계 산화물을 대체함으로써 제조 단가를 낮출 수 있을 뿐만 아니라, 기존의 리튬이차전지의 성능 및 에너지 밀도를 향상시킬 수 있다. 따라서 휴대폰, 캠코더, 및 노트북 컴퓨터와 같은 가전제품에 쓰이는 이차전지 시장에서의 리튬이차전지의 비중을 더욱 높이며 고용량, 고성능 2차 전지가 주요 성능인자인 전기자동차의 개발을 앞당길 수 있다.The present invention relates to the development of cathode materials for high-performance, high-capacity lithium secondary batteries. In particular, the present invention can reduce manufacturing costs by replacing expensive lithium cobalt-based oxides that are commercially available, and can also reduce the performance and energy density of conventional lithium secondary batteries. Can improve. Therefore, the proportion of lithium secondary batteries in the secondary battery market used in home appliances such as mobile phones, camcorders, and notebook computers can be further increased, and high-capacity and high-performance secondary batteries can accelerate the development of electric vehicles, which are the main performance factors.

Claims (6)

하기 일반식(Ⅰ)으로 표시되는 리튬이온 이차전지의 양극전극용 리튬니켈계 산화조성물.Lithium nickel-based oxide composition for a positive electrode of a lithium ion secondary battery represented by the following general formula (I). LiNi1-x-yFexCoyO2(Ⅰ)LiNi 1-xy Fe x Co y O 2 (Ⅰ) 상기 식에서, x, y는 각각 산화물 조성 원소들의 원자분율로서 0.05≤ x ≤0.1, 0.05≤ y ≤0.3을 만족하는 값이다.In the above formula, x and y are values satisfying 0.05 ≦ x ≦ 0.1 and 0.05 ≦ y ≦ 0.3 as the atomic fraction of the oxide composition elements, respectively. 제 1항에 있어서, 상기 활물질 산화물의 분말의 크기는 45㎛ 이하임을 특징으로 하는 리튬이온 이차전지의 양극전극용 리튬니켈계 산화조성물.The lithium nickel-based oxide composition for a cathode electrode of a lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the powder of the active material oxide has a size of 45 µm or less. 리튬이온 이차전지의 양극전극용 리튬니켈계 산화조성물을 제조하는 방법에 있어서,In the method for producing a lithium nickel oxide composition for the positive electrode of a lithium ion secondary battery, 칭량된 출발원료를 균일하게 혼합하는 단계와,Uniformly mixing the weighed starting material, 상기 혼합된 분말을 적정크기로 분쇄하여 준비된 분말을 펠렛화한 후, 상기 펠렛을 산소분위기에서 650∼850℃로 6∼48시간 동안 1차 열처리하는 단계와,Pulverizing the prepared powder by pulverizing the mixed powder to an appropriate size, and subjecting the pellets to primary heat treatment for 6 to 48 hours at 650 to 850 ° C. in an oxygen atmosphere, 상기 1차 열처리 공정에서 얻어진 펠렛을 재분쇄하여 준비된 분말을 다시 펠렛화한 후, 상기 펠렛을 산소분위기에서 650∼850℃로 6∼48시간 동안 2차 열처리하는 단계로 구성되어,Re-pulverizing the pellets obtained by the first heat treatment step to pelletize the powder, and then the pellets are subjected to a second heat treatment for 6 to 48 hours at 650 ~ 850 ℃ in an oxygen atmosphere, 상기 2차 열처리 단계에서 얻은 펠렛을 재분쇄하여 소정의 크기를 갖는 활물질 분말을 선별함으로써 리튬이온 이차전지의 양극전극용 산화조성물을 제조하는 방법.Re-pulverizing the pellets obtained in the second heat treatment step to select the active material powder having a predetermined size to produce an oxidation composition for the positive electrode of a lithium ion secondary battery. 제 3항에 있어서, 출발원료는 리튬, 니켈, 철, 코발트의 카보네이트계, 하이드록사이드계, 나이트레이트계, 순수 산화물이 사용되는 것을 특징으로 하는 리튬이온 이차전지의 양극전극용 산화조성물의 제조방법.The method of claim 3, wherein the starting material is lithium, nickel, iron, cobalt carbonate-based, hydroxide-based, nitrate-based, the pure oxide of the oxide composition for the cathode electrode of a lithium ion secondary battery characterized in that used Way. 제 3항에 있어서, 2차 열처리를 한 후 얻어진 활물질 분말의 평균입자크기는 45㎛ 이하인 것임을 특징으로 하는 리튬이온 이차전지의 양극전극용 산화조성물의 제조방법.The method of claim 3, wherein the average particle size of the active material powder obtained after the second heat treatment is 45 µm or less. 청구항 1의 리튬니켈계 산화조성물을 활물질로 하는 양극전극을 구비하는 것을 특징으로 하는 리튬이온 이차전지.A lithium ion secondary battery comprising a cathode electrode comprising the lithium nickel oxide composition of claim 1 as an active material.
KR1019990048415A 1999-11-03 1999-11-03 Modified lithium nickel oxide compounds for positive electrodes of the secondary batteries KR100353620B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1019990048415A KR100353620B1 (en) 1999-11-03 1999-11-03 Modified lithium nickel oxide compounds for positive electrodes of the secondary batteries

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1019990048415A KR100353620B1 (en) 1999-11-03 1999-11-03 Modified lithium nickel oxide compounds for positive electrodes of the secondary batteries

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20010045209A KR20010045209A (en) 2001-06-05
KR100353620B1 true KR100353620B1 (en) 2002-09-26

Family

ID=19618365

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1019990048415A KR100353620B1 (en) 1999-11-03 1999-11-03 Modified lithium nickel oxide compounds for positive electrodes of the secondary batteries

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100353620B1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05242891A (en) * 1991-11-13 1993-09-21 Sanyo Electric Co Ltd Non-aqueous battery
JPH08213015A (en) * 1995-01-31 1996-08-20 Sony Corp Positive active material for lithium secondary battery and lithium secondary battery
JPH08222220A (en) * 1994-12-16 1996-08-30 Matsushita Electric Ind Co Ltd Manufacture of positive electrode active material for lithium secondary battery
JPH09171824A (en) * 1995-12-21 1997-06-30 Matsushita Electric Ind Co Ltd Nonaqueous electrolyte secondary battery
KR19990071411A (en) * 1998-02-10 1999-09-27 손욱 Cathode active material for lithium secondary battery and manufacturing method thereof

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05242891A (en) * 1991-11-13 1993-09-21 Sanyo Electric Co Ltd Non-aqueous battery
JPH08222220A (en) * 1994-12-16 1996-08-30 Matsushita Electric Ind Co Ltd Manufacture of positive electrode active material for lithium secondary battery
JPH08213015A (en) * 1995-01-31 1996-08-20 Sony Corp Positive active material for lithium secondary battery and lithium secondary battery
JPH09171824A (en) * 1995-12-21 1997-06-30 Matsushita Electric Ind Co Ltd Nonaqueous electrolyte secondary battery
KR19990071411A (en) * 1998-02-10 1999-09-27 손욱 Cathode active material for lithium secondary battery and manufacturing method thereof

Also Published As

Publication number Publication date
KR20010045209A (en) 2001-06-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Ein‐Eli et al. LiNi x Cu0. 5− x Mn1. 5 O 4 Spinel Electrodes, Superior High‐Potential Cathode Materials for Li Batteries: I. Electrochemical and Structural Studies
KR100369445B1 (en) Coating materials and method of lithium manganese oxide for positive electr odes in the Lithium secondary batteries
EP1422199B1 (en) Active material for positive electrode of lithium secondary battery
Wu et al. Preparation and electrochemical performance of Li-rich layered cathode material, Li [Ni 0.2 Li 0.2 Mn 0.6] O 2, for lithium-ion batteries
JP2024526435A (en) Sodium oxide-containing positive electrode material, its manufacturing method and use, and positive electrode plate and its use
KR20020046658A (en) Method for Surface Treatment of Layered Structure Oxide for Positive Electrodes in the Lithium Secondary Batteries
JP2005053764A (en) Lithium-nickel-manganese-cobalt multiple oxide and lithium-ion secondary battery using the same as positive electrode active material
JPH09320588A (en) Manufacture of lithium battery positive electrode active material, and lithium battery
Li et al. Optimal synthetic conditions for a novel and high performance Ni-rich cathode material of LiNi 0.68 Co 0.10 Mn 0.22 O 2
CN115806281B (en) Lithium iron manganese phosphate composite material, preparation method thereof and battery
CN111009654A (en) Mo-doped LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2Positive electrode material and preparation method thereof
WO2003069701A1 (en) Production methods for positive electrode active matter and non-aqueous electrolytic battery
CN116759570A (en) Sodium ion battery positive electrode material, preparation method thereof, positive electrode and sodium ion battery
CN112054184B (en) High-power type multielement material and preparation method thereof
Gao et al. Improved electrochemical performance and thermal stability of Li-rich material Li1. 2 (Ni0. 25Co0. 25Mn0. 5) 0.8 O2 through a novel core-shelled structure design
JP3532139B2 (en) Method for producing nickel-containing oxide electrode material and battery using the electrode material
CN115583672B (en) Quaternary sodium ion battery positive electrode material and sodium ion battery comprising same
ZHANG et al. Preparation of layered oxide Li (Co1/3Ni1/3Mn1/3) O2 via the sol-gel process
KR100353620B1 (en) Modified lithium nickel oxide compounds for positive electrodes of the secondary batteries
Zhang et al. Synthesis and electrochemical properties of Li (Ni 0.56 Co 0.19 Mn 0.24 Al 0.01) 1-y Al y O 2 as cathode material for lithium-ion batteries
Sun et al. Structural Optimization of Al-Doped Li [Ni0. 90Co0. 05Mn0. 05] O2 Cathode for Li-Ion Batteries
JP2000128540A (en) Manganese oxide, its production, lithium manganese multiple oxide produced with the same and production of the same multiple oxide
Fey et al. A rechargeable Li/LiχCoO2 cell incorporating a LiCF3SO3 NMP electrolyte
KR20220026284A (en) Composite positive electrode active material with strong superstructure, preparing method for the same, positive electrtode including the same, and lithium ion battery including the same
KR102415885B1 (en) Cathode electrode active material for secondary battery and secondary battery comprising the same

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20101011

Year of fee payment: 9

LAPS Lapse due to unpaid annual fee