KR100595362B1 - 비수계 전해질 2차 전지 양극 활물질용 리튬-니켈 복합산화물, 그 제조방법 및 그를 포함하는 양극 활물질 - Google Patents

비수계 전해질 2차 전지 양극 활물질용 리튬-니켈 복합산화물, 그 제조방법 및 그를 포함하는 양극 활물질 Download PDF

Info

Publication number
KR100595362B1
KR100595362B1 KR1020040056875A KR20040056875A KR100595362B1 KR 100595362 B1 KR100595362 B1 KR 100595362B1 KR 1020040056875 A KR1020040056875 A KR 1020040056875A KR 20040056875 A KR20040056875 A KR 20040056875A KR 100595362 B1 KR100595362 B1 KR 100595362B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
lithium
nio
transition metal
composite oxide
nickel composite
Prior art date
Application number
KR1020040056875A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20060008568A (ko
Inventor
이영기
곽동학
윤희찬
양호석
김종섭
Original Assignee
제일모직주식회사
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 제일모직주식회사 filed Critical 제일모직주식회사
Priority to KR1020040056875A priority Critical patent/KR100595362B1/ko
Publication of KR20060008568A publication Critical patent/KR20060008568A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100595362B1 publication Critical patent/KR100595362B1/ko

Links

Images

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
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/52Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron
    • H01M4/525Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron of mixed oxides or hydroxides containing iron, cobalt or nickel for inserting or intercalating light metals, e.g. LiNiO2, LiCoO2 or LiCoOxFy
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052Li-accumulators
    • H01M10/0525Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • 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
    • H01M4/04Processes of manufacture in general
    • 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)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

본 발명은 비수계 전해질 2차 전지용 양극 활물질에 관한 것으로, 보다 상세히, Li2NixMaO2 (단, M은 Al, Si, P 및 Ga로 이루어진 군으로부터 선택된 원소이며, x+a = 1이고, 0 < a ≤ 0.1이다.)로 나타내어지는 리튬-니켈 복합 산화물을 포함하는 것이다. 상기 리튬-니켈 복합 산화물은 단독으로, 또는 종래의 리튬화 전이 금속 산화물 재료와 조합하여 비수계 전해질의 2차 전지용 양극 활물질로 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 양극 활물질은 비수계 전해질 2차 전지에 적용할 경우, 일반적으로 현재의 리튬 이온 배터리 중에 겪게 되는 비가역적 용량 손실을 극복하기에 적절한 리튬 이온 저장기 또는 여분의 리튬 이온 소스를 제공한다.

Description

비수계 전해질 2차 전지 양극 활물질용 리튬-니켈 복합 산화물, 그 제조방법 및 그를 포함하는 양극 활물질{Lithium-Nickel complex oxide for Cathode Material of Secondary Batteries with Non-Aqueous Electrolyte, a Process for preparing the Same and Cathode Material containing the Same}
도1은 비교예 리튬-니켈 복합 산화물의 XRD 곡선이다.
도2는 실시예3 리튬-니켈 복합 산화물의 XRD 곡선이다.
도3은 비교예 및 실시예5 리튬-니켈 복합 산화물을 양극 재료로 사용하는 전지의 충방전 프로파일이다.
도4는 실시예5 리튬-니켈 복합 산화물의 SEM 사진이다.
본 발명은 비수계 전해질 2차 전지 양극 활물질용 리튬-니켈 복합 산화물에 관한 것으로, Li2NixMaO2 (단, M은 Al, Si, P 및 Ga로 이루어진 군으로부터 선택된 원소이며, x+a = 1이고, 0 < a ≤ 0.1이다.)로 나타내어진다.
상기 리튬-니켈 복합 산화물은 단독으로, 또는 종래의 리튬화 전이 금속 산 화물 재료와 조합하여 비수계 전해질 2차 전지용 양극 활물질로 사용될 수 있다.
다양한 전이 금속 산화물 재료는 재충전가능 리튬 이온 및 리튬 중합체 배터리 중의 양극 또는 음극으로서 사용하기 위하여 지난 수십년간 강도 높게 연구되어 왔다. 이들 재료들은 그들의 중량 에너지, 밀도 때문에 연구되어 왔다. 그러한 전이 금속 산화물에는 V2O5, V6O13, TiO2, MnO2 , LiCoO2, LiMn2O4, 또는 LiNiO2 등이 있다. 이러한 재료들은 음극 재료와 결합하여 전지화학 배터리 전지를 형성할 수 있다. 바람직한 음극 재료는 선택된 양극 재료에 의존하게 되고, 예를 들어, 금속 리튬, 리튬 합금, 및 흑연과 같은 리튬 삽입 재료를 포함한다.
불행하게도, 음극 재료로서 탄소 재료를 사용하는 경우 전지화학 전지 설계자들에게 어려움이 있다. 탄소 재료의 초기 충전은 탄소 입자상의 전지화학 계면 필름의 형성을 포함한다. 이 방법은 전지 내에 상당한 비가역 용량 손실을 가져온다. 이 비가역적 용량 손실에 대한 충전이 양극으로부터 생성되어야 하기 때문에, 전지의 전체 용량은 초기 충전 및 방전 사이클 동안에 겪게 되는 비가역적 용량 손실에 의하여 현저하게 감소하게 된다. 예로서, 재료의 가역 용량이 대략 300mAh/g이나, 비가역 용량 손실이 120mAh/g인 경우, 300mAh/g의 가용 용량을 위해 음극 재료 1g을 충전하기 위하여는 420mAh/g이 필요하게 된다. 양극 재료의 용량이 대략 120mAh/g이 되는 경우, 음극 용량을 맞추기 위하여, 음극 재료 g당 대략 3.5g의 양극 재료가 필요하게 된다.
음극의 비가역 용량 손실을 극복하기 위하여 여분의 양극 용량에 대한 필요 성은 크기, 중량, 및 리튬 배터리의 가격을 실질적으로 증가시키게 된다. 따라서, 초기 비가역 용량 손실을 보상하기 위하여 양극 재료에 리튬 이온 공급원을 추가로 공급하고, 음극으로 이송시키는 것이 바람직하다. 이러한 방식에 있어서, 전체 용량은 크기, 중량, 및 전지의 가격에 유해한 효과를 미치지 않고 현저하게 개선될 수 있다. 따라서, 리튬 삽입 전지 중에서 음극 재료에 의하여 겪게 되는 현저한 비가역 용량 손실을 극복하기 위하여 여분의 리튬 이온 공급원 또는 저장소를 제공할 수 있는 전극 재료가 필요하게 된다. 전극 재료는 그들이 혼입될 전지 전체의 성능을 저하시키지 않기 위하여 최초 사이클 후에 전기화학적으로 활성이어야 한다. 또한, 전극 재료는 전지의 다른 성분의 존재하에 서로 전기화학적으로 안정한 재료들로 구성되어야 한다.
상기 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 비전이금속을 포함하는 리튬-니켈 복합 산화물을 단독 또는 종래의 리튬화 전이 금속 산화물 재료와 조합하여 사용하므로써, 음극 재료에 의하여 겪게 되는 현저한 비가역 용량 손실을 극복하고 최초 사이클 후에 전지적 활성으로 인해 전지 전체의 성능을 저하시키지 않는 비수계 전해질 전극용 양극 활물질을 제공한다.
또한, 본 발명은 여분의 리튬 이온 공급원으로 인해 음극 재료에서 양극 쪽으로 리튬 과잉 이송에 의한 과방전 문제를 해결하는 비수계 전해질 2차 전지용 양극 활물질에 관한 것이다.
결국, 본 발명은 음극 재료에 의하여 겪게 되는 현저한 비가역 용량 손실을 극복하고 전지 전체의 성능을 저하시키지 않고, 과방전 문제를 해결할 수 있는 비수계 전해질 2차 전지용 양극 활물질을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 하기 화학식1로 나타내어지는 비전이 금속을 포함하는 리튬-니켈 복합 산화물을 제공한다.
Li2NixMaO2
(단, M은 Al, Si, P 및 Ga로 이루어진 군으로부터 선택된 원소이며, x+a = 1이고, 0 < a ≤ 0.1이다.)
비전이금속을 포함하는 상기 화학식1의 리튬-니켈 복합 산화물에서 비전이금속 M은 바람직하게 Al, Si, P 및 Ga로 이루어진 군으로부터 선택되고, 이 때, 0 < a ≤ 0.1, 더욱 바람직하게는 0.01 ≤ a ≤ 0.05 이다.
또한, 화학식1의 산화물에서 비전이금속인 M이 존재할 경우, 즉, a가 0이 아닌 경우, 보다 좋은 성능 특성, 보다 안정한 결정 구조를 얻을 수 있다. 단, 그 첨가량이 일정량 이상이면 용량이 저하되므로, 리튬 니켈 산화물 Li2NiO2 대비 몰 비율이 0.1 ~ 10%, 더 바람직하게는 0.1 ~ 3% 로 한다.
비전이금속은 그것의 에스테르 또는 산화물을 전구체로 사용하는데, 그 구체적인 예는 질산알루미늄(Al nitrate), 알루미늄산화물(Al Oxide), 아세트산 알루미늄(Al acetate), 황산알루미늄(Al sulfate) 등이다. 상기 비전이금속은 리튬 니켈 산화물 입자의 표면을 피복하거나 입자의 표면에 존재한다.
양극이 최초 사이클 동안 음극에 의하여 겪게 되는 비가역 손실을 극복하기 위하여는, 여분의 리튬 이온 또는 리튬 이온 저장기를 갖는 양극 재료를 제공하는 것이 필요하다. 종래의 양극 재료, 예를 들어, LiCoO2, LiMn2O4, 및 LiNiO 2는 이러한 여분의 저장기를 갖지 않는다.
"저장기"재료는 LiCoO2, LiMn2O4와 같은 현존하는 재료와 필적할 만한 가역 용량과 더불어 큰 초기 충전 용량을 갖는 것이어야 한다.
따라서, 본 발명은 상기 화학식1의 리튬-니켈 복합 산화물을 포함하는 비수계 전해질 2차 전지용 양극 활물질을 제공한다.
바람직한 양에 있어서, 상기 화학식1의 리튬-니켈 복합 산화물은 양극 활물질의 1 ~ 100중량%, 더욱 바람직하게는 0.1 ~ 5중량%를 차지하도록 사용될 수 있다.
리튬 니켈 산화물 Li2NiO2는 불활성 가스 환경에서 고온 반응에 의하여 합성될 수 있다. 본 발명에서, 불활성 가스 환경은 헬륨, 질소 및 아르곤 가스 환경을 의미한다.
형성 공정 중에 사용될 수 있는 Li 및 Ni의 전구체 화합물은, 예를 들어, Ni(OH)2, Ni 분말 또는 NiO 및 LiOH 또는 Li2O이 있다. Ni(OH)2 및 LiOH를 사용할 때, 약 450℃ 이상에서 하기의 전체 반응이 일어날 수 있다.
Ni(OH)2 + 2LiOH(용융) → Li2NiO2 + H2O(증기)
한편, NiO 및 LiOH를 출발 재료로서 사용하는 경우, 하기의 반응이 일어날 수 있다.
NiO + 2LiOH(용융) → Li2NiO2 + H2O(증기)
다른 니켈 및 리튬 염을 출발 재료로서 사용할 수 있으나, 최종 생성물을 위해서는 NiO 및 Li2O를 출발 재료로서 사용하는 것이 바람직하다. 이것은 다른 염, 예를 들어, 탄산염 또는 질산염을 사용하는 경우 Li2CO3 등 부산물이 형성될 수 있기 때문이다. 이것은 약 700℃ 이하에서는 분해되지 않으나, Ni2+ 이온이 높은 원자가로 산화되어 Li2Ni8O10와 같은 안정한 상을 형성할 수 있다.
상기 반응은 약 500℃를 넘는 온도에서 적당한 속도로 일어난다. 따라서, 500℃를 넘는 반응 온도가 바람직하나 보다 높은 온도에서는 생성물이 Li2O 와 NiO로 분해될 수 있기 때문에, 약 850℃ 미만으로 조절되어야 한다. 본 발명은 하기의 실시예로부터 보다 잘 이해될 것이다.
아울러, 리튬-니켈 복합 산화물은 다양한 방법으로 제조가 가능하나 충분히 발명의 효과가 있도록 하기 위해 본 발명은 그것의 최적화된 제조방법을 제공한다.
본 발명의 비전이금속을 포함하는 리튬-니켈 복합 산화물은 하기 두 가지 방법으로 제조될 수 있다.
첫째, Ni 전구체 화합물과 비전이금속 화합물로부터 수득된 화합물에 Li 전 구체 화합물을 혼합하여 열처리하는 것이다. 상기 Ni 전구체 화합물과 상기 비전이금속 화합물을 수용액 중에 교반하여 혼합용액으로 만든 후, 용매를 건조시키므로써 화합물을 얻는다. 다음으로, 상기 화합물과 Li 전구체를 혼합하여 열처리한다.
둘째, 리튬 니켈 산화물 Li2NiO2을 먼저 합성한 후, 이것을 비전이금속 화합물과 혼합하여 열처리하는 방법이 있다.
이하, 구체적인 실시예 및 비교예로써, 본 발명의 구성 및 효과를 보다 상세히 설명하지만, 이들 실시예는 단지 본 발명을 보다 명확하게 이해시키기 위한 것일 뿐, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.
실시예 1
Li 전구체 화합물로서 Li2O 와 Ni 전구체 화합물을 몰비 2.1 대 1로써 혼합하였다. Ni 전구체 화합물은 NiO-G(녹색의 NiO), NiO-B(검정색의 NiO), Ni(OH)2-열처리 3가지의 원료를 사용하였다.
혼합물을 질소 분위기하에서 10시간 동안 가열하였다. 이어서, 재료를 분쇄하고 2회의 단속적인 연마 공정과 더불어 질소 분위기하에서 650℃로 대략 10시간 동안 가열하였다.
최종 생성물은 녹색이고, Ni 전구체 화합물에 따라 그 명도에 차이가 있었다.
전기화학 전지의 양극 재료로서 상기 수득된 Li2NiO2 재료가 양극 중에서 실질적으로 100%의 활성 재료를 구성하도록 하였다. 또한, 음극 재료로는 리튬 포일 을 사용하고, 전해질은 1.0M의 LiPF6 EC/DMC/DEC 용매를 사용하여 Ar 분위기의 글로브 박스 속에서 2016형 코인전지를 제작했다. 상기 전지의 충전량 및 방전량을 구하고, ICP분석을 통하여 Li와 Ni의 비를 구하여 표1에 나타내었다.
제 1 사이클 후, 충전 및 방전 곡선은 거의 대칭이 되고, 사실상 거의 동일하게 유지된다. 따라서, 이 재료의 용량은 매우 안정하다고 추측할 수 있다.
실시예 2
Li2O와 NiO-B를 몰비 2.1 대 1로써 혼합하였다. 상기 Li2O는 입도의 차이에 의한 2종류를 사용하였다. 혼합물을 질소 분위기 하에서 10시간 동안 가열하였다. 이어서, 재료를 분쇄하고 2회의 단속적인 연마 공정과 더불어 질소 분위기 하에서 650℃로 대략 10시간 동안 가열하였다. 상대적으로 미분의 Li2O를 사용하여 반응한 최종 생성물이 더 진한 녹색임을 알 수 있다.
전기화학 전지의 양극 재료로서, 상기 수득된 Li2NiO2 재료가 양극 중에서 실질적으로 100%의 활성 재료를 구성하도록 하여 실시예1과 동일한 방법으로, 전지의 용량 및 Li와 Ni의 비를 측정하였다. 결과를 표2에 나타내었다.
제 1 사이클 후, 충방 특성은 실시예1과 유사하였다. 따라서, 이 재료의 용량은 매우 안정하다고 추측할 수 있다.
실시예 3
NiO-B에 Al 니트레이트(nitrate) 수용액을 가할 때 Al 화합물이 NiO-B 화합 물의 몰비가 3%가 되도록 하고, 교반·건조하여 수득한 화합물과 Li2O 미분을 몰비 1 대 2.1로써 혼합하였다.
상기 혼합물을 질소 분위기하에서 10시간 동안 가열하였다. 이어서, 재료를 분쇄하고 2회의 단속적인 연마 공정과 더불어 질소 분위기하에서 650℃로 대략 10시간 동안 가열하였다. 최종 생성물은 진녹색이었다.
Cu의 Kα선을 이용한 분말 X선 회절로 분석한 결과, 도2의 XRD 특성 곡선을 얻었고, 이것으로부터 형성한 물질 중에 아주 소량의 미반응 NiO 및 LiO 가 존재함을 확인하였다.
전기화학 전지의 양극 재료로서 상기 수득된 Li2Ni0.97Al0.03O2를 양극 중에서 실질적으로 100%의 활성 재료를 구성하도록 하여 실시예1과 동일한 방법으로, 전지의 용량 및 Li와 Ni의 비를 측정하였다. 결과를 표3에 나타내었다.
제 1 사이클 후, 충방 특성은 실시예1과 유사하였다. 따라서, 이 재료의 용량은 매우 안정하다고 추측할 수 있다.
실시예 4
NiO-B에 Al 니트레이트(nitrate) 수용액을 가할 때 Al 화합물이 NiO-B 화합물의 몰비가 3%가 되도록 하고, 교반·건조하여 수득한 화합물과 Li2O 미분을 몰비 1 대 2.1로써 혼합하였다. 혼합물을 질소 분위기하에서 10시간 동안 가열하였다. 이어서, 재료를 분쇄하고 2회의 단속적인 연마 공정과 더불어 질소 분위기하에서 600℃, 625℃, 650℃ 및 700℃ 4종류의 온도로 대략 10시간 동안 가열하였다. 최종 생성물의 색상 및 딱딱한 정도가 달랐다.
또한, Cu의 Kα선을 이용한 분말 X선 회절로 분석한 결과, 상기에서 형성한 물질 중에는 미반응 NiO 및 LiO가 존재하는 양에 차이가 있음을 알 수 있었다.
전기화학 전지의 양극 재료로서 상기 수득된 Li2Ni0.97Al0.03O2를 양극 중에서 실질적으로 100%의 활성 재료를 구성하도록 하여 실시예1과 동일한 방법으로, 전지의 용량 및 Li와 Ni의 비를 측정하였다. 결과를 표4에 나타내었다.
제 1 사이클 후, 충방 특성은 실시예1과 유사하였다. 따라서, 이 재료의 용량은 매우 안정하다고 추측할 수 있다.
실시예 5
NiO-B에 Al 니트레이트(nitrate) 수용액을 가할 때 Al 화합물이 NiO-B 화합물의 몰비가 3%가 되도록 하고, 교반·건조하여 수득한 화합물과 Li2O 미분을 몰비 1 대 2.1로써 혼합하였다. 혼합물을 질소 분위기하에서 10시간 동안 가열하였다. 이어서, 재료를 분쇄하고 2회의 단속적인 연마 공정과 더불어 질소 분위기하에서 650℃의 온도로 대략 10시간 동안 가열하였다.
그런다음, 냉각 시 질소 가스의 흐름을 승온 및 10시간 유지 때의 반으로 줄여 냉각하였다. 최종 생성물의 색깔이 진한 녹색이었다.
전기화학 전지의 양극 재료로서 상기 수득된 Li2Ni0.97Al0.03O2를 양극 중에서 실질적으로 100%의 활성 재료를 구성하도록 하여 실시예1과 동일한 방법으로, 전지의 용량 및 Li와 Ni의 비를 측정하였다. 결과를 표5에 나타내었다.
제 1 사이클 후, 충방 특성은 실시예1과 유사하였다. 따라서, 이 재료의 용량은 매우 안정하다고 추측할 수 있다.
도3에 초기 충전 및 방전 프로파일을 도시하였다. 비교예와 비교할 때, 충 방전량이 현저히 증가되었음을 알 수 있다.
도4에 SEM 분석 결과를 도시하였다.
비교예
LiOH와 Ni(OH)2를 몰비 2.1 대 1로써 혼합하였다. 혼합물을 질소 분위기 하에서 10시간 동안 가열하였다. 이어서, 재료를 분쇄하고 2회의 단속적인 연마 공정과 더불어 질소 분위기하에서 650℃로 대략 10시간 동안 가열하였다.
최종 생성물은 녹색이었다. Cu의 Kα선을 이용한 분말 X선 회절로 분석한 도1의 XRD 특성 곡선으로부터 형성된 물질 중에 미반응이거나 불완전반응한 NiO 및 Li2O가 많이 존재함을 알 수 있다.
전기화학 전지의 양극 재료로서 상기 수득된 Li2NiO2를 양극 중에서 실질적으로 100%의 활성 재료를 구성하도록 하여 실시예1과 동일한 방법으로, 전지의 용량 및 Li와 Ni의 비를 측정하였다.
도3에 초기 충전 및 방전 프로파일을 도시하여 실시예5와 비교되도록 하였다.
상기 실시예 및 비교예로부터, 본 발명의 리튬-니켈 복합 산화물을 제조하기 위한 최적의 조건으로 Li 전구체 화합물로 LiO를 사용하되, 미분일수록 바람직하 고, Ni전구체 화합물로는 NiO-B를 사용하는 것이다. 또한, 비전이금속을 포함하는 경우에 전지의 용량이 증가됨을 알 수 있다.
Li 전구체 Ni 전구체 충전량 (mAh/g) 방전량 (mAh/g) Li/Ni 비율
비교예 LiOH Ni(OH)2 320 81 1.78
실시예1 Li2O NiO-G 344 94 1.85
NiO-B 361 99 1.91
Ni(OH)2-열처리 352 96 1.88
상기 표1에서 실시예1의 초기 충방전 용량이 비교예 재료보다 크다. 따라서, Li 및 Ni 전구체 화합물에 따라 극적인 비가역 용량 손실을 극복하는데 필요한 Li이온의 저장기를 더 많이 보유할 수 있음을 알 수 있다.
특히, Ni 전구체 화합물로는 NiO-B를 사용할 때, 가장 좋은 결과를 얻을 수 있었다.
Li 전구체 Ni 전구체 충전량 (mAh/g) 방전량 (mAh/g) Li/Ni 비율
비교예 LiOH Ni(OH)2 320 81 1.78
실시예2 Li2O NiO-B 361 99 1.91
Li2O-미분 370 101 1.95
상기 표2로부터 Li 전구체 화합물로서 상대적으로 미분의 Li2O를 사용한 경우에 전지의 충 방전량이 증가됨을 알 수 있다.
Li 전구체 Ni 전구체 Al 첨가 유무 충전량 (mAh/g) 방전량 (mAh/g) Li/Ni 비율
비교예 LiOH Ni(OH)2 320 81 1.78
실시예3 Li2O-미분 NiO-B 380 104 1.98
실시예2의 재료와 비교할 때, 비전이금속 Al을 포함하는 경우 충 방전량이 증가됨을 알 수 있다.
Li 전구체 Ni 전구체 소성온도 충전량 (mAh/g) 방전량 (mAh/g) Li/Ni 비율
비교예 LiOH Ni(OH)2 650 320 81 1.78
실시예4 Li2O-미분 NiO-B 600 373 100 1.94
625 375 102 1.95
650 380 104 1.98
700 370 101 1.91
상기 표4로부터 열처리 온도가 650℃일 때, 전지의 충 방전량이 가장 크게 나타남을 확인할 수 있었다.
Li 전구체 Ni 전구체 냉각시 N2가스량 충전량 (mAh/g) 방전량 (mAh/g) Li/Ni 비율
비교예 LiOH Ni(OH)2 기존 320 81 1.78
실시예5 Li2O-미분 NiO-B 기존 380 104 1.98
1/2 382 105 1.99
상기 표5에서 냉각시 흘려주는 질소 가스의 양은 전지의 충방전 용량에 큰 영향을 주는 것은 아니다.
본 발명에 따른 리튬-니켈 복합 산화물을 포함하는 양극 활물질은 비수계 전해질의 2차 전지에 적용할 경우, 음극 재료에 의하여 겪게 되는 현저한 비가역 용량 손실을 극복하고 전지 전체의 성능을 저하시키지 않으면서, 과방전 문제를 해결할 수 있다.

Claims (8)

  1. 하기 화학식1로 나타내어지는 비전이금속을 포함하는 리튬-니켈 복합 산화물.
    [화학식 1]
    Li2NixMaO2
    (단, M은 Al, Si, P 및 Ga로 이루어진 군으로부터 선택된 원소이며, x+a = 1이고, 0 < a ≤ 0.1이다.)
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 비전이금속은 리튬 니켈 산화물 Li2NiO2 입자 표면에 존재하는 것을 특징으로 하는 리튬-니켈 복합 산화물.
  3. Ni 전구체 화합물과 비전이금속 화합물로부터 수득된 화합물에 Li 전구체 화합물을 혼합하여 열처리하는 것을 특징으로 하는 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 리튬-니켈 복합 산화물 제조방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 비전이금속 화합물은 질산알루미늄(Al nitrate), 알루미늄 산화물(Al Oxide), 아세트산 알루미늄(Al acetate) 및 황산알루미늄(Al sulfate)으로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 리튬-니켈 복합 산 화물 제조방법.
  5. 제 3 항에 있어서, Ni 전구체 화합물로 NiO를 사용하는 것을 특징으로 하는 리튬-니켈 복합 산화물 제조방법.
  6. 리튬 니켈 산화물 Li2NiO2에 비전이금속 화합물을 첨가하여 열처리하므로써 수득하는 것을 특징으로 하는 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 리튬-니켈 복합 산화물 제조방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 비전이금속 화합물의 첨가량은 리튬 니켈 산화물 Li2NiO2 대비 몰 비율이 0.1 ~ 10%인 것을 특징으로 하는 리튬-니켈 복합 산화물 제조방법.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항의 리튬-니켈 복합 산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 양극 활물질.
KR1020040056875A 2004-07-21 2004-07-21 비수계 전해질 2차 전지 양극 활물질용 리튬-니켈 복합산화물, 그 제조방법 및 그를 포함하는 양극 활물질 KR100595362B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020040056875A KR100595362B1 (ko) 2004-07-21 2004-07-21 비수계 전해질 2차 전지 양극 활물질용 리튬-니켈 복합산화물, 그 제조방법 및 그를 포함하는 양극 활물질

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020040056875A KR100595362B1 (ko) 2004-07-21 2004-07-21 비수계 전해질 2차 전지 양극 활물질용 리튬-니켈 복합산화물, 그 제조방법 및 그를 포함하는 양극 활물질

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20060008568A KR20060008568A (ko) 2006-01-27
KR100595362B1 true KR100595362B1 (ko) 2006-06-30

Family

ID=37119570

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020040056875A KR100595362B1 (ko) 2004-07-21 2004-07-21 비수계 전해질 2차 전지 양극 활물질용 리튬-니켈 복합산화물, 그 제조방법 및 그를 포함하는 양극 활물질

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100595362B1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20150079362A (ko) 2013-12-31 2015-07-08 주식회사 에코프로 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법 및 이에 의하여 제조된 리튬 이차 전지용 양극 활물질
WO2022114670A1 (ko) * 2020-11-26 2022-06-02 주식회사 엘지에너지솔루션 리튬 이차전지의 양극용 첨가제, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 리튬 이차전지의 양극

Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101164186B (zh) 2005-04-22 2010-05-26 株式会社Lg化学 含有具有高不可逆容量的材料的新型锂离子电池系统
KR101201170B1 (ko) 2006-03-21 2012-11-13 삼성에스디아이 주식회사 리튬 이차 전지용 양극과 이를 포함하는 리튬 이차전지 및리튬 이차전지의 제조방법
US20120003541A1 (en) * 2010-07-02 2012-01-05 Samsung Sdi Co., Ltd. Positive active material for lithium secondary battery and lithium secondary battery using the same
KR101772737B1 (ko) 2014-09-01 2017-09-12 주식회사 엘지화학 리튬이차전지용 양극활물질, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 리튬이차전지
DE102015115691B4 (de) * 2015-09-17 2020-10-01 Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg Gemeinnützige Stiftung Lithium-Nickel-Mangan-basierte Übergangsmetalloxidpartikel, deren Herstellung sowie deren Verwendung als Elektrodenmaterial
CN109075381B (zh) 2016-10-07 2022-03-01 株式会社Lg化学 用于锂离子二次电池的隔板和包括该隔板的锂离子二次电池
ES2946509T3 (es) * 2017-11-17 2023-07-20 Lg Energy Solution Ltd Método de preparación de aditivo irreversible incluido en material de cátodo para batería secundaria de litio, material de cátodo que incluye el aditivo irreversible preparado mediante el mismo, y batería secundaria de litio que incluye el material de cátodo
KR102646712B1 (ko) 2017-11-22 2024-03-12 주식회사 엘지에너지솔루션 리튬 이차전지용 양극 첨가제의 제조방법
WO2019103459A2 (ko) * 2017-11-22 2019-05-31 주식회사 엘지화학 리튬 이차전지용 양극 첨가제의 제조방법
KR20190062209A (ko) 2017-11-27 2019-06-05 주식회사 엘지화학 양극 첨가제, 이의 제조 방법, 이를 포함하는 양극 및 리튬 이차 전지
JP7150380B2 (ja) * 2017-11-27 2022-10-11 エルジー エナジー ソリューション リミテッド 正極添加剤、その製造方法、これを含む正極およびリチウム二次電池
KR102388848B1 (ko) * 2017-11-30 2022-04-20 주식회사 엘지에너지솔루션 양극 첨가제, 이의 제조 방법, 이를 포함하는 양극 및 리튬 이차 전지
WO2019107808A1 (ko) * 2017-11-30 2019-06-06 주식회사 엘지화학 양극 첨가제, 이의 제조 방법, 이를 포함하는 양극 및 리튬 이차 전지
KR102398571B1 (ko) * 2017-12-26 2022-05-13 주식회사 엘지에너지솔루션 양극 첨가제, 이의 제조 방법, 이를 포함하는 양극 및 리튬 이차 전지
CN108735526A (zh) * 2018-05-28 2018-11-02 浙江微创新能源有限公司 补锂材料Li2NiO2的制备方法、使用该Li2NiO2的锂离子电容器
CN112218829B (zh) * 2018-10-18 2022-12-16 株式会社Lg新能源 锂二次电池用正极添加剂的制备方法以及由此制备的锂二次电池用正极添加剂
CN112652748B (zh) * 2020-12-22 2022-03-22 北京理工大学重庆创新中心 一种自补锂型单晶镍钴锰复合三元正极材料及其制备方法
CN114725539A (zh) * 2021-02-10 2022-07-08 深圳市德方创域新能源科技有限公司 一种补锂添加剂及其制备方法
CN115188957A (zh) * 2021-04-12 2022-10-14 深圳市德方创域新能源科技有限公司 补锂添加剂及其制备方法与应用
CN115347187A (zh) * 2021-05-12 2022-11-15 深圳市德方创域新能源科技有限公司 富锂铁系复合材料及其制备方法与应用

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20150079362A (ko) 2013-12-31 2015-07-08 주식회사 에코프로 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법 및 이에 의하여 제조된 리튬 이차 전지용 양극 활물질
WO2022114670A1 (ko) * 2020-11-26 2022-06-02 주식회사 엘지에너지솔루션 리튬 이차전지의 양극용 첨가제, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 리튬 이차전지의 양극

Also Published As

Publication number Publication date
KR20060008568A (ko) 2006-01-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100595362B1 (ko) 비수계 전해질 2차 전지 양극 활물질용 리튬-니켈 복합산화물, 그 제조방법 및 그를 포함하는 양극 활물질
KR102117621B1 (ko) 리튬이차전지용 양극활물질, 이의 제조방법, 및 이를 포함하는 리튬 이차전지
EP3751646B1 (en) Cathode active material for secondary battery, manufacturing method therefor, and lithium secondary battery comprising same
EP2128915B1 (en) Li-ni complex oxide particle powder for nonaqueous electrolyte secondary battery, method for producing the same, and nonaqueous electrolyte secondary battery
US9593024B2 (en) Electrode structures and surfaces for Li batteries
US8753532B2 (en) Positive electrode materials combining high safety and high power in a Li rechargeable battery
KR100701532B1 (ko) 불소화합물이 첨가된 리튬이차전지 양극 활물질 및 그제조방법
KR100797099B1 (ko) 리튬 이차 전지용 양극 활물질, 이의 제조방법 및 이를포함하는 리튬 이차 전지
JP4354170B2 (ja) リチウム二次電池用正極活物質及びその製造方法
KR102534607B1 (ko) 리튬 이차전지용 양극활물질, 이의 제조방법, 및 이를 포함하는 리튬 이차전지
US20130078518A1 (en) Electrode Structures and Surfaces For Li Batteries
US20120104311A1 (en) Non-Homogenous Positive Electrode Materials Combining High Safety and High Power in a Li Rechargeable Battery
JP2012505520A (ja) 高い比放電容量を有するリチウムイオン電池用正極材料およびこれらの材料を合成するためのプロセス
KR20020062012A (ko) 리튬 이차 전지용 양극 활물질 및 그의 제조 방법
KR20100060362A (ko) 리튬 이차 전지용 양극 활물질, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지
US5591548A (en) Electrode materials for rechargeable electrochemical cells and method of making same
EP3092199B1 (en) Doped nickelate compounds
JP2000058059A (ja) リチウム二次電池用正極活物質及びその製造方法
CN116454261A (zh) 锂离子电池正极材料及其制备方法
KR20100131736A (ko) 리튬 이차 전지용 양극 활물질, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지
JP4028738B2 (ja) 非水二次電池用正極活物質及びその製造方法、並びに非水二次電池
KR100786779B1 (ko) 리튬 이차 전지용 양극 활물질, 이의 제조방법 및 이를포함하는 리튬 이차 전지
KR100872370B1 (ko) 리튬 이차전지용 스피넬형 양극 활물질 및 그 제조방법
JP7163624B2 (ja) リチウムイオン二次電池用正極活物質及びその製造方法、並びにその正極活物質を用いたリチウムイオン二次電池
JP2022521083A (ja) 正極活物質、その製造方法、及びそれを含む正極を含むリチウム二次電池

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: 20130418

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140623

Year of fee payment: 9

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150529

Year of fee payment: 10

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160623

Year of fee payment: 11

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170622

Year of fee payment: 12

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180712

Year of fee payment: 13

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190513

Year of fee payment: 14