KR100515598B1 - 리튬 2차 전지용 음극 활물질과 그 제조방법 및 리튬 2차전지 - Google Patents

리튬 2차 전지용 음극 활물질과 그 제조방법 및 리튬 2차전지 Download PDF

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Abstract

본 발명은 리튬 2차 전지용 음극 활물질과 그 제조방법 및 그를 포함하는 리튬 2차 전지에 관한 것이다. 본 발명의 음극활물질은 흑연에 M 또는 MOy(y≤3, O는 산소)가 M기준으로(M은 금속 또는 비금속) 0.01~10 중량%로 포함된다. 상기 M은 Li(리튬)으로 상기 흑연에 도핑되는 것이다. 또한, 상기 MOy는 흑연의 표면에 코팅(coating)되는 것으로, 여기서 M은 Zn, Ni, Mg, Fe, Cu, Cr, Co, Al, B, Ga, Nb, Sn, Ti, Zr 및 V의 그룹에서 선택된 1종 또는 2종 이상이다.
또한, 본 발명에서는 상기 리튬 2차 전지용 음극 활물질의 제조방법과 이를 포함하는 리튬 2차 전지를 제공한다.

Description

리튬 2차 전지용 음극 활물질과 그 제조방법 및 리튬 2차 전지{Anode active materials for lithium secondary batteries, method for preparing the same, and lithium secondary batteries comprising the same}
본 발명은 리튬 2차 전지용 음극 활물질과 그 제조방법 및 그를 포함하는 리튬 2차 전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 금속(또는 비금속)을 흑연에 포함시켜 음극활물질의 수명특성과 고율특성을 개선하는 것이다.
PDA, 이동전화, 노트북 컴퓨터 등 정보통신을 위한 휴대용 전자 기기나, 전기 자전거, 전기 자동차 등의 전원으로, 충전과 방전을 거듭하며 사용하는 2차 전지의 수요가 급격하게 증가하고 있다. 특히, 이들의 제품성능이 핵심부품인 전지에 의해 좌우되므로 고성능 전지에 대한 요구는 대단히 크다. 전지에 요구되는 특성은 충·방전특성, 수명, 고율특성과 고온에서의 안정성 등 여러 가지 측면이 있다. 리튬 2차 전지는 높은 전압과 높은 에너지 밀도를 가지고 있어 가장 주목받고 있는 전지이다.
리튬 2차 전지는 음극을 리튬금속으로 쓰는 리튬금속전지와 리튬이온이 삽입과 탈리를 할 수 있는 탄소 등의 층간화합물을 쓰는 리튬이온전지로 구분한다. 또는 사용되는 전해질에 따라서 액체를 쓰는 액체형 전지, 액체와 폴리머를 혼용해서 쓰는 젤형 폴리머 전지와 순수하게 고분자만을 사용하는 고체형 폴리머 전지로 구분하기도 한다.
리튬 2차 전지는 양극, 음극, 전해질, 세퍼레이터, 외장재 등으로 구성된다.
양극은 전류 집전체에 양극 활물질, 도전제, 바인더 등의 혼합물이 결착되어 구성된다. 양극 활물질로는 LiCoO2, LiMn2O4, LiNiO2, LiMnO2 등의 리튬 전이금속 복합 산화물이 주로 사용된다. 이들 물질들은 결정구조 내로 리튬 이온이 삽입/탈리가 되면서 진행되는 전기화학적 반응 전위가 높다.
음극 활물질은 전위가 낮은 리튬금속, 탄소 또는 흑연 등을 주로 사용한다.
전해질은 주로 에틸렌 카보네이트, 프로필렌 카보네이트, 디메틸 카보네이트, 디에틸 카보네이트, 메틸에틸 카보네이트 등의 극성 유기용매에 LiPF6, LiBF4, LiClO4 등의 리튬이온을 포함하는 염을 용해시켜 사용한다.
양극과 음극을 전기적으로 절연시키며 이온의 통로를 제공해주는 역할을 하는 세퍼레이터는 다공성 폴리에틸렌 등 폴리올레핀계 폴리머를 주로 사용한다.
전지의 내용물을 보호하여 전지외부로 전기적 통로를 제공하는 외장재로는 철 또는 알루미늄 금속으로 이루어진 캔 형태 또는 알루미늄박과 폴리머 필름이 다층으로 구성된 것을 사용한다.
리튬이온 2차전지의 현재 상용되고 있는 양극물질은 이론용량이 148 ~ 274 mAh/g이고 실제 사용 용량은 110 ~ 150 mAh/g으로, 음극으로 사용되는 탄소의 이론용량이 372 mAh/g(Li1C6 기준)임에 비해 상대적으로 낮다. 따라서, 양극분야에서 보다 큰 용량을 갖는 새로운 양극 활물질의 개발과 아울러 이론용량을 더 많이 활용할 수 있도록 기존 양극물질의 물성 개선에 많은 연구가 진행되고 있다. 이와 더불어 양극 활물질을 전기화학적 특성을 극대화시키기 위하여 음극 활물질의 이론용량 및 사이클 특성을 향상시키는 연구도 동시에 진행되고 있다.
그러나, 아직까지 재료의 가격이 저렴한 탄소 재료를 대체할 음극활물질을 찾지 못하고 있는 실정이다. 기존의 음극물질로 상용되는 탄소재료 역시 고가의 생산비와 충·방전이 진행됨에 따라 사이클 특성을 유지하지 못하는 단점도 있으며, 특히 열악한 고율특성으로 전지의 수명단축의 원인이 된다.
본 발명은 전지의 생산비가 저렴하며 수명특성이 우수하고 고율특성 또한 우수한 흑연재료를 제공하는데 그 목적이 있다. 본 발명의 또 다른 목적은 상기 리튬 2차 전지용 음극 활물질의 제조방법을 제공하는데 있다. 나아가 본 발명의 또 다른 목적은 상기 리튬 2차 전지용 음극 활물질을 포함하는 리튬 2차 전지를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 음극활물질은, 흑연에 M 또는 MOy(y≤3, O는 산소)가 M기준으로(M은 금속 또는 비금속) 0.01~10 중량%로 포함된다.
상기 M은 Li(리튬)으로 상기 흑연에 도핑되는 것이다. 또한, 상기 MOy는 흑연의 표면에 코팅되는 것으로, 이 경우에 M은 Zn, Ni, Mg, Fe, Cu, Cr, Co, Al, B, Ga, Nb, Sn, Ti, Zr 및 V의 그룹에서 선택된 1종 또는 2종이상이다.
또한, 본 발명의 음극활물질 제조방법은,
Li, Zn, Ni, Mg, Fe, Cu, Cr, Co, Al, B, Ga, Nb, Sn, Ti, Zr 및 V의 그룹에서 선택된 1종의 금속염 화합물을 용매에 용해하는 단계,
상기 용액에 흑연을 첨가하여 볼밀을 행하여 혼합하는 단계,
상기 혼합용액의 용매를 휘발시켜 파우더를 얻는 단계,
상기 파우더를 200~600℃의 온도에서 1~20시간동안 열처리하는 단계를 포함하여 이루어진다.
또한, 본 발명의 리튬 2차 전지는, Li이 도핑된 흑연을 음극전극으로 사용한다. 또는, Zn, Ni, Mg, Fe, Cu, Cr, Co, Al, B, Ga, Nb, Sn, Ti, Zr 및 V의 그룹에서 선택된 1종이 MOy 형태로 표면에 코팅된 흑연을 음극전극으로 사용한다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명자들은 음극활물질로서 흑연이 갖는 충·방전 싸이클에 따른 용량 감소율을 최소화하기 위한 연구과정에서, 흑연에 금속(또는 비금속)을 포함시키는 경우에 그 해결이 가능하다는 점에 주목하여 본 발명을 완성한 것이다.
먼저, 금속으로서 Li를 흑연에 포함시킬 경우에는 Li이 흑연의 전체적인 구조에 삽입되는 것이 아니라 반응성이 좋은 흑연의 에지면에 삽입되어 SEI막과 동일한 특성을 나타내며, 에지면의 격자 사이즈를 늘리는 효과를 보인다는 것을 밝혀 내었다.
도 1에는 리튬이 도핑된 흑연의 주사전자현미경(TEM) 사진이다. 도 1(a)에서 불빛으로 보이는 것들이 전형적인 흑연사진이고, 화살표로 표시된 작은 불빛들이 리튬이 흑연의 에지면에 삽입된 모습을 나타내는 것이다. 도 1(b)는 흑연의 에지면을 나타내는 것으로, 화살표에 나타난 휘어진 부분이 리튬이 삽입되어 구조결함(structure defect)이 나타난 부분이다. 또한, 리튬외의 금속과 준금속의 경우에는 흑연의 표면에 코팅되어 충·방전과정에서 Li의 삽입/탈리될 때 흑연의 표면을 안정적으로 유지하여 최적의 표면상태를 갖도록 한다.
본 발명의 음극활물질은 흑연에 금속 또는 준금속이 포함되는 것이다.
본 발명에서 흑연재료는 천연흑연계, 메조카본 마이크로 비드(mesocarbon micri bead), 핏치계 탄소섬유 흑연화 재료 등 통상의 것을 적용할 수 있다.
또한, 금속 또는 준금속의 포함형태는 흑연에 도핑되거나 흑연 표면에 코팅되는 것이다. Li의 경우에는 흑연에 도핑된다. 또한, Zn, Ni, Mg, Fe, Cu, Cr, Co, Al, B, Ga, Nb, Sn, Ti, Zr 및 V의 경우에는 흑연의 표면에 MOy(y≤3, O는 산소) 형태로 코팅된다. 흑연에 포함되는 금속 또는 준금속의 양은 0.01~10중량%가 바람직하다. 금속 또는 준금속의 양이 적어도 0.01%이상은 되어야 첨가 효과가 있으나 10중량% 초과하는 경우에는 첨가량이 너무 많아 부반응을 일으키게 된다.
본 발명에 따라 음극활물질의 제조방법은 다음과 같다.
먼저, Li, Zn, Ni, Mg, Fe, Cu, Cr, Co, Al, B, Ga, Nb, Sn, Ti, Zr 및 V의 그룹에서 선택된 1종 또는 2종의 금속염 화합물을 용매에 용해한다. 금속염 화합물은 질산염, 초산염, 황화물, 염화물, 탄산염 또는 산화물의 적어도 어느 하나의 형태를 갖는다.
다음으로 용액에 흑연을 첨가하여 볼밀을 행하여 혼합한다. 볼밀은 층상 흑연재료를 높은 결정도와 순도를 얻도록 해준다. 볼밀은 초기효율을 증가시키는 효과가 있다. 볼밀의 혼합단계 전 또는 후에 초음파를 이용하는 혼합단계가 추가될 수 있다.
볼밀을 행하여 혼합한 용액에서 용매를 휘발시켜 파우더를 얻는다. 즉, 건조를 통해 용매를 휘발시킨다.
다음으로 파우더에 포함되어 있는 유기 화합물을 제거하기 위해 열처리를 행한다. 열처리는 200~600℃의 온도에서 1~20시간동안 행하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 1~10시간동안 열처리하는 것이다. 이때의 분위기는 비활성, 산화성 또는 환원성 분위기일 수 있다. 열처리 온도가 200℃미만이면 금속염의 열분해가 어려우며, 600℃초과의 경우에는 금속염이 결정화될 수 있고 산화분위기에서는 흑연의 증발을 억제할 수 없다. 열처리온도와 시간은 금속염의 종류에 따라 적절히 선정하는 것이 바람직하다.
본 발명의 리튬 2차 전지는 다음과 같다.
본 발명의 리튬 2차 전지는 상술한 음극활물질을 구비한 것이다. 즉, 리튬 2차 전지는 양극 전극과, 전해질, 세퍼레이터, 상기 음극활물질을 구비한 음극전극, 외장재로 구성되며, 원통형 등의 다양한 형상으로 된다. 상기 음극전극은 본 발명에 따라 제조된 음극활물질, 도전제를 혼합하여 얻어진 혼합물을 구리박 또는 알루미늄박 등에 균일하게 도포·건조하여 전극으로 제조하는 것이 바람직하다.
양극전극은 통상의 것들을 적용할 수 있다.
전해질은 에틸렌 카보네이트, 프로필렌 카보네이트, 프로필렌 카보네이트, 디메틸 카보네이트, 디에틸 카보네이트, 메틸에틸 카보네이트, 비닐리덴 카보네이트 및 γ-부티로락톤의 그룹에서 선택된 1종 또는 2종이상의 혼합용액에 LiCF3SO3, Li(CF3SO2)2, LiPF6, LiBF4, LiClO4 및 LiN(SO2C2F5)2로 이루어진 1종 이상의 리튬염이 용해되는 것이 바람직하다.
또한, 세퍼레이터는 다공성 폴리올레핀계 폴리머 필름이 바람직하다.
또한, 외장재는 철 또는 알루미늄 금속으로 이루어진 캔 형태 또는 알루미늄박과 폴리머 필름이 다층으로 구성된 것이 바람직하다.
이하, 본 발명을 실시예를 통하여 보다 구체적으로 설명한다.
[실시예 1]
ⅰ) 흑연에 Li 의 도핑
출발물질로서 천연흑연분말과 초산리튬 2수화물(LiCH3CO2·2H2O)를 이용하였다. 표 1과 같이 출발물질을 정확한 무게비로 정량하여 알콜에 용해하였다.
구분 혼합비(무게비) Li도핑량
천연흑연 초산리튬 2수화물
1 100 2 0.135중량%
2 100 5 0.338중량%
3 100 10 0.676중량%
표 1과 같이 혼합된 용액은 실온에서 20시간 동안 ball-miller를 이용하여 혼합하였다. 혼합용액은 85℃에서 건조시켜 파우더를 제조하였다. 파우더에 포함된 유기 화합물을 제거하기 위해 1℃/min의 승온속도로 450℃에서 5시간 동안 Air 분위기에서 분해하였다. 이 분해된 물질을 잘 분쇄하여 Li 이 도핑된 천연흑연 분말을 얻었다.
ⅱ) 전극의 제조
상기 i)에서 처리된 음극 활물질 5g, 바인더로 폴리비닐리덴 플루오라이드가 용해되어 있는 N-메틸피롤리돈(NMP)과 균일하게 혼합한다. 이때 음극활물질과 바인더인 폴리비닐리덴 플루오라이드의 혼합비를 9 : 1의 비율로 혼합한다. 균일한 상태의 혼합물이 제조되면 닥터 브레이트(doctor blade)를 이용하여 20 ㎛ 두께의 구리박에 균일하게 도포하고, 100℃에서 건조하여 전극을 제조하였다.
ⅲ) 코인 전지의 제조
상기 ⅱ)에서 제조된 전극과, 리튬호일을 상대 전극으로 하며, 다공성 폴리에틸렌막(셀가르드 엘엘씨 제, Celgard 2300, 두께: 25 ㎛)을 세퍼레이터로 하고, 에틸렌 카보네이트와 디메틸 카보네이트가 부피비로 1:2로 혼합된 용매에 LiPF6가 1몰 농도로 녹아 있는 액체 전해액을 사용하여 통상적으로 알려져 있는 제조공정에 따라 코인 전지를 제조하였다. 제조된 코인 전지를 전기화학 분석장치(Toyo사 제작, Toscat3000U)를 이용하여 0.01~1.5 V 영역에서 약 0.5~5 시간율로 30℃와 55℃에서 전지특성을 평가하였다.
ⅳ 결정구조 실험 결과
Li도핑량에 따른 천연흑연의 X-선 분말회절패턴을 도 2에 나타내었다.
이는 Li 0.135 중량% 도핑함이 최적 도핑조성임을 알수 있었다.
Li 양에 증가함에 따라 2θ = 21.3°, 30.3°, 31.6°, 34.0°, 39.5°, 46.0°에서의 피크가 성장하는 것으로 보아 흑연분말내에 Li이 부반응을 일으키는 것을 확인할수 있었다.
ⅴ 수명특성 실험 결과
Li이 0.135중량% 도핑된 흑연을 음극 활물질로 사용한 전지를 30℃, 0.01~1.5 V 사이에서 0.2 C로 충·방전시켰을 때 나타나는 첫번째 충/방전 곡선을 도 3(d)에 나타내었다. 이와 함께 Li을 도핑하지 않은 천연 흑연(도 3(a)), 천연흑연을 볼밀만 행한 경우(도 3(b)), 천연흑연을 볼밀과 열처리를 행한 경우(도 3(c))에 대한 경우도 동일한 조건으로 측정하여 그 결과를 도 3에 나타내었다.
천연흑연의 경우에는 초기 효율(efficiency)이 88.3%로 측정되었다. 이 천연흑연을 볼밀을 행한 경우에 초기 효율은 90%로 증가하였다. 흑연을 볼밀-열처리한 경우에 초기효율은 90%로서, 열처리 효과는 나타나지 않았다. 흑연에 Li을 도핑하고 볼밀-열처리한 경우에 초기효율은 93.2%로 크게 증가하였다.
또한, 도 4에는 천연흑연과 Li도핑 천연흑연에 대한 수명특성(0.2C)을 나타내었다. Li이 도핑되지 않는 흑연의 경우 사이클이 진행되는 초기 단계에서부터 용량감소가 나타나지만, Li이 도핑된 흑연의 경우 30사이클 이후에도 용량감소가 거의 없음을 확인되었다.
ⅵ 고율특성 실험결과
Li을 0.135중량% 도핑한 흑연을 음극 활물질로 사용한 전지를 30℃, 0.01~1.5 V 사이에서 0.2 ∼ 2C의 고율로 충·방전시켰을 때 나타나는 수명특성을 도 5에 나타내었다. 고율특성 실험에서도 Li으로 표면처리를 하지 않은 시료의 경우(도 5a) 높은 전류밀도(2C)에서 용량감소를 보이고 있으며, 또한 평탄하지 못한 방전곡선을 보이고 있다. 그러나 Li이 도핑된 흑연의 경우(도 5b) 높은 전류밀도에서도 평탄한 방전곡선을 보이고 있으며, 용량감소가 없음을 확인할 수 있었다.
[실시예 2]
i) 흑연에 Zn의 코팅
출발물질로서 천연흑연분말과 초산아연 (Zn acetate)를 이용하였다. 출발물질을 정확한 무게비로 정량(natural graphite: Zn = 100: 5)하여 알콜에 용해하였다. 혼합된 용액은 실온에서 20시간 동안 ballmiller를 이용하여 혼합하였다. 이러한 방법으로 얻어진 용액은 85℃에서 건조시켜 파우더로 제조되었다. 이 파우더에 포함된 유기 화합물을 제거하기 위해 1℃/min의 승온속도로 450℃에서 5시간 동안 질소 및 Air분위기에서 분해하였다. 이 분해된 물질을 잘 분쇄하여 Zn이 1.54중량% 코팅된 흑연 파우더를 얻었다.
이 흑연 파우더를 가지고 상기 실시예 1의 ⅱ) 및 ⅲ)과 동일한 방법으로 양극 및 코인 전지를 제조하였다.
도 6에 나타난 바와 같이, N2 분위기와 Air 분위기에서 Zn을 흑연에 코팅한 파우더를 음극활물질로 한 경우에도 수명특성의 향상을 확인할 수 있었다.
[실시예 3]
i) 흑연에 Ti 코팅
출발물질로서 일반 천연흑연분말과 Ti isopropoxide를 이용하였다. 출발물질을 정확한 무게비로 정량(natural graphite: Ti = 100: 5)하여 알콜에 용해하였다. 혼합된 용액은 실온에서 20시간 동안 ballmiller를 이용하여 혼합하였다. 이러한 방법으로 얻어진 용액은 80℃에서 건조시켜 파우더로 제조되었다. 이 파우더에 포함된 유기 화합물을 제거하기 위해 1℃/min의 승온속도로 450℃에서 5시간 동안 질소 및 Air 분위기에서 분해하였다. 이 분해된 물질을 잘 분쇄하여 Ti이 0.88중량% 코팅된 흑연 파우더를 얻었다.
이 흑연 파우더를 가지고 상기 실시예 1의 ⅱ) 및 ⅲ)과 동일한 방법으로 양극 및 코인 전지를 제조하였다.
도 7에 나타난 바와 같이, Ti을 코팅한 흑연분말을 음극활물질로 사용한 경우에도 수명특성의 향상 효과를 확인할 수 있었다.
본 발명은 ,상기 실시 형태로 한정된 것이 아니다.상기 실시 형태는 단순한 예시이고,본 발명의 특허청구의 범위에 기재된 기술적 사상과 실질적으로 동일한 구성을 갖고,동일한 작용 효과를 이루는 것은,어떠한 것이든 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.일례로 상기 실시예에서는 천연흑연을 이용하였지만 그 이외의 흑연계 재료에 적용할 수 있는 것이다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 음극활물질은 금속이 층상 구조의 흑연에 포함되어 싸이클에 따른 스피넬로의 상전이가 발생하지 않아 전지의 용량이 줄어드는 현상을 개선하며, 충·방전 특성, 수명특성, 열적 안정성 등이 우수한 전지에 사용될 수 있는 유용한 효과가 있는 것이다.
도 1은 Li 이 도핑된 천연흑연의 주사전자현미경 사진이다.
도 2는 천연흑연분말에서 Li도핑량에 따른 X-선분말회절패턴을 나타낸 그래프이다.
도 3은 천연흑연분말을 음극 활물질로 사용한 전지를 30℃, 0.01~1.5 V 사이에서 0.2 C로 충·방전시킬 때의 첫번째 충·방전 곡선을 나타낸 그래프로서,
도 3(a)는 천연흑연 분말의 경우
도 3(b)는 천연흑연 분말을 볼밀처리한 경우
도 3(c)는 천연흑연 분말을 볼밀-열처리한 경우
도 3(d)는 Li도핑 천연흑연 분말을 볼밀-열처리한 경우
도 4는 Li 도핑 흑연분말을 음극 활물질로 사용한 전지를 30℃, 0.01~1.5 V 사이에서 0.2 C로 충·방전시킬 때 싸이클에 따른 수명특성을 나타낸 그래프이다.
도 5는 Li 도핑 천연흑연분말과 원물질인 천연흑연분말을 음극 활물질로 사용한 전지를 30℃, 0.01~1.5 V 사이에 서 0.2 ∼ 2C로 충·방전시킬 때의 수명특성을 나타낸 그래프로서,
도 5(a)는 천연흑연분말의 경우,
도 5(b)는 Li 도핑 천연흑연분말의 경우
도 6은 Zn 코팅 천연흑연분말을 음극 활물질로 사용한 전지를 30℃, 0.01~1.5 V 사이에서 0.2 C로 충·방전시킬 때 수명특성을 나타낸 그래프이다.
도 7은 Ti 코팅 천연흑연분말을 음극 활물질로 사용한 전지를 30℃, 0.01~1.5 V 사이 에서 0.2 C로 충·방전시킬 때 나타나는 수명특성을 나타낸 그래프이다.

Claims (7)

  1. 흑연에 M 또는 MOy(y≤3, O는 산소)가 M기준으로(M은 금속 또는 비금속) 0.01~10중량%로 포함되고,
    상기 M은 Li(리튬)으로 상기 흑연에 도핑되거나,
    상기 MOy는 흑연의 표면에 코팅되는 것으로, 상기 M은 Zn, Ni, Mg, Fe, Cu, Cr, Co, , Ga, Nb, Ti, Zr 및 V의 그룹에서 선택된 1종 또는 2종이상임을 특징으로 하는 리튬 2차 전지용 음극활물질.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. Li, Zn, Ni, Mg, Fe, Cu, Cr, Co, Ga, Nb, Ti, Zr 및 V의 그룹에서 선택된 1종 또는 2종이상의 금속염 화합물을 용매에 용해하는 단계,
    상기 용액에 흑연을 첨가하고 볼밀을 행하여 혼합하는 단계,
    상기 혼합용액의 용매를 휘발시켜 파우더를 얻는 단계,
    상기 파우더를 200~600℃의 온도에서 1~20시간동안 열처리하는 단계를 포함하여 이루어지는 리튬 2차 전지용 음극활물질의 제조방법.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 볼밀의 혼합단계전 또는 볼밀의 혼합단계 후에는 초음파를 이용해서 혼합하는 단계가 추가되는 것을 특징으로 하는 리튬 2차 전지용 음극활물질의 제조방법.
  6. 제 4항에 있어서, 상기 금속염 화합물이 질산염, 초산염, 황화물, 염화물, 탄산염의 적어도 어느 하나의 형태임을 특징으로 하는 리튬 2차 전지용 음극활물질의 제조방법.
  7. 제 1항의 음극활물질이 도포된 음극전극을 포함하는 리튬 2차 전지.
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US9350015B2 (en) 2011-04-19 2016-05-24 Samsung Sdi Co., Ltd. Anode active material, anode and lithium battery including the material, and method of preparing the material
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CN103346322A (zh) * 2013-06-15 2013-10-09 天津锦美碳材科技发展有限公司 一种钴改性锂离子电池负极材料及其制备方法
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CN108428866B (zh) * 2018-03-06 2021-08-17 昆明理工大学 一种原位还原包覆金属提高电极容量的方法
CN109616637A (zh) * 2018-12-05 2019-04-12 中南大学 一种高库仑效率和循环寿命的锂离子电池负极材料
KR102138240B1 (ko) * 2018-12-17 2020-07-27 한국세라믹기술원 리튬이온 커패시터용 음극활물질 제조방법

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