KR101407014B1 - Manufacturing method of active material for cathode - Google Patents
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Abstract
본 발명은 음극활물질 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 리튬타이타늄산화물 중간상 입자(11)로 이루어지는 중간상 응집체(20됨)를 준비하는 단계(S10)와; RF 졸(Resorcinol-Formaldehyde sol)(21a)을 준비하는 단계(S20)와; 리튬타이타늄산화물 중간상 입자(11)로 이루어지는 중간상 응집체(20)와 상기 RF 졸(21a)이 준비되면 리튬타이타늄산화물 중간상 입자(11)로 이루어지는 중간상 응집체(20)에 RF 졸(21a)을 혼합하여 혼합 응집체(30)를 제조하는 단계(S30)와; 혼합 응집체(30)가 제조되면 혼합 응집체(30)를 아세톤에 침지시켜 용매를 아세톤으로 치환시키는 단계(S40)와; 아세톤으로 치환된 혼합 응집체(30)를 열처리하여 리튬타이타늄산화물 최종상 입자(12)와 카본 에어로겔(21)로 이루어지는 복합 응집체(40)를 제조하는 단계(S50)로 구성하여, 전기전도도를 개선시킬 수 있도록 하는 데 있다.The present invention relates to a negative electrode active material and a method for producing the same, comprising the steps of: (S10) preparing an intermediate phase aggregate (20) comprising lithium titanium oxide intermediate phase particles (11); Preparing a RF sol (Resorcinol-Formaldehyde sol) 21a (S20); When the intermediate phase aggregate 20 composed of the lithium titanium oxide intermediate particles 11 and the RF sol 21a are prepared, the RF particles 21a are mixed with the intermediate phase aggregate 20 composed of the lithium titanium oxide intermediate particles 11, Producing aggregate 30 (S30); (S40) of immersing the mixed aggregate (30) in acetone to replace the solvent with acetone when the mixed aggregate (30) is produced; (S50) of preparing a composite aggregate (40) composed of a lithium titanium oxide final phase particle (12) and a carbon aerogel (21) by heat treating the mixed aggregate (30) substituted with acetone to improve the electrical conductivity .
Description
본 발명은 음극활물질의 제조방법에 관한 것으로, 특히 리튬타이타늄산화물 최종상 입자의 표면에 카본 에어로겔이 코팅되도록 하여 전기전도도를 개선시킬 수 있는 음극활물질의 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for producing an anode active material, and more particularly, to a method for manufacturing an anode active material capable of improving the electrical conductivity by coating carbon aerogels on the surface of lithium titanium oxide final phase particles.
탄소 물질들(활성화된 탄소, 카본 블랙, 카본 에어로겔, 탄소 나노튜브와 탄소 클로스)은 전기 이중층 커패시터(Electrical Double Layer Capacitor: EDLC)와 같은 슈퍼 커패시티의 전극활물질로 사용되고 있다. 이 중 카본 에어로젤은 중형 기공을 포함하는 다공성 물질로써 우수한 전기화학적 특성 및 높은 비표면적으로 여러 분야에서 활용되는 전극활물질이다. 카본 에어로젤의 제조방법은 사용되는 반응물질에 따라 여러 방법이 있지만 레조시놀(Resorcinol)과 포름알데히드(Formaldehyde)를 사용하여 제조하는 RF(Resorcinol-Formaldehyde) 방법이 가장 보편적으로 사용되며 우수한 물성을 나타내고 있다.Carbon materials (activated carbon, carbon black, carbon aerogels, carbon nanotubes and carbon cloth) are used as supercapacitor electrode active materials such as electrical double layer capacitors (EDLC). Among these, carbon aerogels are porous materials including mesopores, and are electrode active materials used in various fields with excellent electrochemical characteristics and high specific surface area. Although there are various methods for producing carbon aerogels depending on the reactants used, the Resorcinol-Formaldehyde (RF) method, which is manufactured by using resorcinol and formaldehyde, is most commonly used and exhibits excellent physical properties have.
RF 방법은 습윤겔, 건조 및 열분해 과정을 통해 제조된다. 습윤겔은 수용액 내에서 레조르시놀과 포름알데히드의 가수분해 및 중합반응에 의해 제조되며, 건조 및 열분해 과정을 통해 습윤겔의 구조 및 크기가 그대로 유지되도록 건조하여 RF 에어로겔을 제조한다. 건조나 열분해 과정에서 습윤겔의 수축을 최대한 억제하기 위해 초임계 건조법이 사용된다. RF methods are produced through wet gel, drying and pyrolysis processes. Wet gels are prepared by hydrolysis and polymerization of resorcinol and formaldehyde in aqueous solution, and dried and pyrolysed to produce RF aerogels by drying to maintain the structure and size of the wet gel. Supercritical drying is used to minimize shrinkage of the wet gel during drying or pyrolysis.
초임계 건조법은 습윤겔의 기공 내부에 함유된 용매의 임계점 이상의 온도와 압력으로 습윤겔을 건조하여 수축을 억제하는 방법이나 고온과 고압이 요구되며, 이를 해결하기 위해 상압건조법이 개발되었다. 상압건조법은 출발물질의 촉매 첨가량을 적게 하여 습윤겔의 일차 입자크기를 상대적으로 크게 하고, 습윤겔내에 용매로 존재하는 수용액을 표면장력이 4배 정도 작은 아세톤으로 용매 치환하여 모세관 압력을 낮게 함으로써 건조 시 수축을 감소시키는 방법으로 제조공정 시간이 길어 제조원가를 증가시키는 문제점이 있다. The supercritical drying method is a method of suppressing shrinkage by drying the wet gel at a temperature and pressure higher than the critical point of the solvent contained in the pores of the wet gel, but a high temperature and high pressure are required, and atmospheric pressure drying method has been developed. In the atmospheric pressure drying method, the amount of the catalyst added to the starting material is decreased to increase the primary particle size of the wetting gel relatively, and the aqueous solution present as a solvent in the wetting gel is replaced by solvent with acetone having a surface tension of about 4 times lower, There is a problem that the manufacturing cost is increased due to a long manufacturing process time.
한국공개특허 제2009-0118200호(특허문헌 1)는 카본 에어로겔의 제조방법 및 그 제조방법에 의하여 제조된 카본 에어로겔에 관한 것으로, 출발물질로 RF 졸을 제조하는 공정에 특정 촉매를 사용함으로써 제조 공정을 줄이며 카본 에어로겔의 형태가 구형으로 제조되도록 하기 위한 것이다. 특허문헌1과 같이 제조된 카본 에어로젤은 탄소가 주성분인 흑연계 물질이며, 흑연계 물질은 ESR(Equivalent Series Resistance)이 높아 전기전도도가 낮은 문제점이 있다.Korean Patent Laid-Open No. 2009-0118200 (Patent Document 1) relates to a method for producing a carbon aerogel and a carbon aerogel manufactured by the method. In the process for producing an RF sol as a starting material, So that the shape of the carbon aerogels is made spherical. The carbon aerogels prepared as disclosed in Patent Document 1 are graphite based materials that are mainly composed of carbon, and graphite based materials have a high ESR (Equivalent Series Resistance) and thus have low electric conductivity.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 리튬타이타늄산화물 최종상 입자의 표면에 카본 에어로겔이 코팅되도록 하여 전기전도도를 개선시킬 수 있는 음극활물질의 제조방법을 제공함에 있다. Disclosure of Invention Technical Problem [8] Accordingly, the present invention has been made keeping in mind the above problems occurring in the prior art, and an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a negative electrode active material which can improve the electrical conductivity by coating a carbon aerogel on the surface of lithium-
본 발명의 다른 목적은 리튬타이타늄산화물 최종상 입자의 표면에 카본 에어로겔이 코팅 시 리튬타이타늄산화물 중간상 입자와 RF 졸을 동시에 열처리하여 제조함으로써 음극활물질의 제조 공정을 줄일 수 있는 음극활물질의 제조방법을 제공함에 있다.Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing an anode active material capable of reducing the manufacturing process of a negative electrode active material by simultaneously preparing a lithium titanium oxide intermediate particle and a RF sol by heat treatment at the same time when a carbon aerogel is coated on the surface of the lithium titanium oxide final phase particle have.
본 발명의 또 다른 목적은 리튬타이타늄산화물 최종상 입자의 표면에 카본 에어로겔을 코팅 시 리튬타이타늄산화물 중간상 입자와 RF 졸을 동시에 열처리하여 제조함에 의해 제조공정을 줄여 제조원가를 절감할 수 있는 음극활물질의 제조방법을 제공함에 있다.It is still another object of the present invention to provide a method of manufacturing an anode active material capable of reducing a manufacturing cost by manufacturing a lithium titanium oxide intermediate particle and a RF sol simultaneously by heat treatment at the same time when a carbon aerogel is coated on the surface of a lithium titanium oxide final phase particle .
본 발명의 음극활물질은 리튬타이타늄산화물 최종상 입자의 표면에 카본 에어로겔이 코팅되는 것을 특징으로 한다. The negative electrode active material of the present invention is characterized in that carbon aerogels are coated on the surface of the lithium titanium oxide final phase particles.
본 발명의 음극활물질 제조방법은 리튬타이타늄산화물 중간상 입자로 이루어지는 중간상 응집체를 준비하는 단계와; RF 졸(Resorcinol-Formaldehyde sol)을 준비하는 단계와; 리튬타이타늄산화물 중간상 입자로 이루어지는 중간상 응집체와 상기 RF 졸이 준비되면 리튬타이타늄산화물 중간상 입자로 이루어지는 중간상 응집체에 RF 졸을 혼합하여 혼합 응집체를 제조하는 단계와; 상기 혼합 응집체가 제조되면 혼합 응집체를 아세톤에 침지시켜 용매를 아세톤으로 치환시키는 단계와; 상기 아세톤으로 치환된 혼합 응집체를 열처리하여 리튬타이타늄산화물 최종상 입자와 카본 에어로겔로 이루어지는 복합 응집체를 제조하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 한다.A method for manufacturing a negative electrode active material according to the present invention comprises the steps of: preparing a median aggregate composed of lithium titanium oxide mesoporous particles; Preparing a RF sol (Resorcinol-Formaldehyde sol); Mixing a median aggregate composed of lithium titanium oxide mesophase particles and a median aggregate composed of lithium titanium oxide mesophase particles when the RF sol is prepared, and mixing the RF sol to prepare a mixed agglomerate; Immersing the mixed aggregate in acetone to replace the solvent with acetone when the mixed aggregate is prepared; And heat-treating the mixed agglomerates substituted with acetone to prepare a composite agglomerate composed of the lithium titanium oxide final phase particles and the carbon aerogels.
본 발명의 음극활물질 및 그의 제조방법은 리튬타이타늄산화물 최종상 입자의 표면에 카본 에어로겔이 코팅되도록 하여 전기전도도를 개선시킬 수 있는 이점이 있으며, 리튬타이타늄산화물 최종상 입자의 표면에 카본 에어로겔을 코팅 시 리튬타이타늄산화물 중간상 입자와 RF 졸을 동시에 열처리하여 제조함에 의해 제조공정을 줄여 제조원가를 절감할 수 있는 이점이 있다.The anode active material of the present invention and its manufacturing method are advantageous in that the carbon airgel is coated on the surface of the lithium titanium oxide final phase particle to improve the electric conductivity. When the carbon airgel is coated on the surface of the lithium titanium oxide final phase particle, The oxide intermediate particles and the RF sol are heat-treated at the same time, thereby reducing the manufacturing process and reducing the manufacturing cost.
도 1은 본 발명의 음극활물질 제조방법을 나타낸 공정 흐름도,
도 2는 도 1에 도시된 리튬타이타늄산화물 중간상 입자를 준비하는 단계를 상세히 나타낸 공정 흐름도,
도 3은 도 1에 도시된 RF 졸을 준비하는 단계를 상세히 나타낸 공정 흐름도,
도 4 내지 도 8은 각각 도 1에 도시된 음극활물질 제조단계에서 제조된 결과물을 나타낸 도,
도 9는 본 발명의 음극활물질이 도포된 집전체의 측면도.1 is a process flow diagram showing a method for producing a negative electrode active material of the present invention,
FIG. 2 is a process flow chart showing in detail the step of preparing the lithium titanium oxide intermediate particles shown in FIG. 1,
Fig. 3 is a process flow chart showing in detail the step of preparing the RF sol shown in Fig. 1,
FIGS. 4 to 8 are views showing the resultant product manufactured in the negative electrode active material manufacturing step shown in FIG. 1,
9 is a side view of a current collector to which the negative electrode active material of the present invention is applied.
본 발명의 음극활물질 및 그의 제조방법의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다. Embodiments of the negative electrode active material of the present invention and a method of manufacturing the same will be described with reference to the accompanying drawings.
도 8에서와 같이 본 발명의 음극활물질은 리튬타이타늄산화물 최종상 입자(12)의 표면에 카본 에어로겔(21)이 코팅되며, 카본 에어로겔(21)은 리튬타이타늄산화물 최종상 입자(12) 80 내지 95wt%에 대해 5 내지 20wt%가 되도록 코팅되도록 하여 전기전도성을 개선시킨다. 리튬타이타늄산화물 최종상 입자(12)는 스피넬 구조(spinel structure)를 가지며 Li4Ti5O12가 사용되며, Li4Ti5O12의 평균입경은 60 내지 400㎚인 것이 사용된다. 리튬타이타늄산화물 최종상 입자(12)의 표면을 둘러싸도록 코팅되는 카본 에어로겔입자의 평균입경은 10 내지 100㎚인 것이 사용된다. 8, the anode active material of the present invention is coated with the
본 발명의 리튬타이타늄산화물 최종상 입자(12)의 표면에 카본 에어로겔(21)을 코팅하여 음극활물질을 제조하는 방법을 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.A method for manufacturing a negative electrode active material by coating
도 1 내지 도 3에서와 같이 본 발명의 음극활물질 제조방법은 먼저, 리튬타이타늄산화물 중간상 입자(11: 도 6에 도시됨)로 이루어지는 중간상 응집체(20: 도 6에 도시됨)를 준비하며(S10), 중간상 응집체(20)의 준비와 아울러 RF 졸(Resorcinol-Formaldehyde sol)(21a: 도 7에 도시됨)을 준비한다(S20). 리튬타이타늄산화물 중간상 입자(11)로 이루어지는 중간상 응집체(20)와 상기 RF 졸(21a)이 준비되면 리튬타이타늄산화물 중간상 입자(11)로 이루어지는 중간상 응집체(20)에 RF 졸(21a)을 혼합하여 혼합 응집체(30: 도 7에 도시됨)를 제조한다(S30). 혼합 응집체(30)가 제조되면 혼합 응집체(30)를 아세톤에 침지시켜 용매를 아세톤으로 치환시킨다(S40). 혼합 응집체(30)가 아세톤으로 치환되면 아세톤으로 치환된 혼합 응집체(30)를 열처리하여 리튬타이타늄산화물 최종상 입자(12: 도 8에 도시됨)와 카본 에어로겔(21: 도 8에 도시됨)로 이루어지는 복합 응집체(40: 도 8에 도시됨)를 제조한다(S50). As shown in FIGS. 1 to 3, a method for manufacturing an anode active material according to the present invention comprises first preparing an intermediate phase aggregate 20 (shown in FIG. 6) comprising lithium titanium oxide intermediate particles 11 (shown in FIG. 6) , A RF sol (Resorcinol-Formaldehyde sol) 21a (shown in FIG. 7) is prepared along with the preparation of the intermediate-phase aggregate 20 (S20). When the
상기 구성을 갖는 본 발명의 음극활물질의 제조방법을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다. The method for manufacturing the negative electrode active material of the present invention having the above-described structure will be described in more detail as follows.
중간상 응집체(20)의 준비는 먼저, 도 2에서와 같이 탄산리튬 분말(11a)과 타이타늄 산화물 분말(11b)을 각각 준비한다(S11). 탄산리튬 분말(11a)과 타이타늄 산화물 분말(11b)의 준비 시 타이타늄산화물 분말(11b)의 평균 입경은 20 내지 300nm인 것이 사용된다. 여기서, 탄산리튬 분말(11a)은 Li2CO3가 사용되며, 타이타늄 산화물 분말(11b)은 TiO2가 사용된다. Preparation of the intermediate-
탄산리튬 분말(11a)과 타이타늄 산화물 분말(11b)이 준비되면 도 2 및 도 4에서와 같이 탄산리튬 분말(11a)과 타이타늄 산화물 분말(11b)을 나노셋 밀이나 볼밀을 이용하여 혼합한다(S12). When the
탄산리튬 분말(11a)과 타이타늄 산화물 분말(11b)이 혼합되면 도 2 및 도 5에서와 같이 스프레이 건조방법을 이용하여 응집 전구체(10)를 제조한다(S13). 스프레이 건조방법은 150 내지 220℃에 실시하여 탄산리튬 분말(11a)과 타이타늄 산화물 분말(11b)이 각각 상호 응집되어 응집 전구체(10)를 형성 시 과립상으로 형성되도록 한다. When the
탄산리튬 분말(11a)과 타이타늄 산화물 분말(11b)이 응집되어 응집 전구체(10)가 형성되면 도 2 및 도 6에서와 같이 응집 전구체(10)를 대기 분위기 하에서 300℃ 내지 600℃로 열처리하여 리튬타이타늄산화물 중간상 입자(11)로 이루어지는 중간상 응집체(20)를 제조한다(S13). 중간상 응집체(20)를 이루는 리튬타이타늄산화물 중간상 입자(11)는 Li2TiO3이며, Li2TiO3의 평균입경은 20 내지 100nm인 것이 사용된다.2 and 6, when the
중간상 응집체(20)의 제조 시 리튬타이타늄산화물 입자가 최종상인 스피넬상이 되지 않도록 300 내지 600℃에서 실시하여 리튬타이타늄산화물 입자가 중간상을 갖도록 한다. 이와 같이 리튬타이타늄산화물 입자가 중간상을 갖도록 제조함으로써 리튬타이타늄산화물 입자의 입자성장을 억제할 수 있다. 리튬타이타늄산화물 입자의 입자성장의 억제에 따라 전기전도성을 개선하여 고속 충방전이 가능하면서 사이클 특성이 우수한 음극활물질을 제공하게 된다. The production of the intermediate phase aggregate (20) is carried out at 300 to 600 ° C so that the lithium titanium oxide particles do not become the final spinel phase, so that the lithium titanium oxide particles have an intermediate phase. As described above, the lithium titanium oxide particles are produced so as to have an intermediate phase, whereby the particle growth of the lithium titanium oxide particles can be suppressed. It is possible to improve the electrical conductivity according to the suppression of the grain growth of the lithium titanium oxide particles to provide a negative electrode active material capable of high-speed charge-discharge and excellent cycle characteristics.
중간상 응집체(20)의 준비와 아울러 RF 졸(Resorcinol-Formaldehyde sol)(21a: 도 7에 도시됨)의 준비는 도 3에서와 같이 먼저, 포름알데히드(Formaldehyde)를 준비한다(S21). 포름알데히드의 준비와 아울러 레조시놀(Resorcinol)과 염기성 촉매인 탄산나트륨(Na2CO3)을 각각 준비한다(S22,S23). Formaldehyde (formaldehyde) is first prepared (S21) as shown in FIG. 3 in preparation of the
포름알데히드, 염기성 촉매인 탄산나트륨(Na2CO3) 및 레조시놀이 각각 준비되면 포름알데히드와 탄산나트륨(Na2CO3)을 용매에 넣어 혼합한 후 레조시놀을 혼합하여 RF 졸을 제조한다(S24). 포름알데히드, 염기성 촉매인 탄산나트륨(Na2CO3) 및 레조시놀의 혼합 시 포름알데히드 : 탄산나트륨(Na2CO3)의 몰비는 400 ~ 600 : 1 이고 포름알데히드 : 레조시놀의 몰 비(mol ratio)는 2:1이 되도록 혼합되며, 용매는 증류수가 사용된다.Formaldehyde, basic catalyst Na 2 CO 3 and resorcinol are prepared, respectively. Formaldehyde and sodium carbonate (Na 2 CO 3 ) are mixed in a solvent and mixed with resorcinol to prepare RF sol (S24 ). The molar ratio of formaldehyde: sodium carbonate (Na 2 CO 3 ) to formaldehyde, the basic catalyst sodium carbonate (Na 2 CO 3 ) and resorcinol is 400 to 600: 1 and the molar ratio of formaldehyde: resorcinol ratio is 2: 1, and distilled water is used as the solvent.
리튬타이타늄산화물 중간상 입자(11)로 이루어지는 중간상 응집체(20)와 상기 RF 졸(21a)이 준비되면 도 1 및 도 7에서와 같이 리튬타이타늄산화물 중간상 입자(11)로 이루어지는 중간상 응집체(20)에 RF 졸(21a)을 혼합하여 혼합 응집체(30)를 제조한다(S30). 혼합 응집체(30)의 제조 시 RF 졸(21a)은 리튬타이타늄산화물 중간상 입자(11) 80 내지 95wt%에 대해 5 내지 20wt%가 되도록 혼합되며, RF 졸(21a)은 80 내지 90 ℃에서 48 내지 80시간 겔화시켜 RF 습윤겔(wet gel)로 제조된다.When the
혼합 응집체(30)가 제조되면 혼합 응집체(30)를 아세톤에 침지시켜 용매를 아세톤으로 치환시킨다(S40). 용매를 아세톤으로 치환 시 혼합 응집체를 40 내지 50 ℃의 아세톤에서 12 내지 24 시간동안 침지시키고, 매 3시간 마다 새로운 아세톤으로 침지시켜 용매를 아세톤으로 치환한다.When the mixed
혼합 응집체(30)가 아세톤으로 치환되면 도 1 및 도 8에서와 같이 아세톤으로 치환된 혼합 응집체(30)를 열처리하여 리튬타이타늄산화물 최종상 입자(12)와 카본 에어로겔(21)로 이루어지는 복합 응집체(40)를 제조한다(S50). 복합 응집체의 제조 시 열처처리는 혼합 응집체를 질소 분위기하 600 내지 800 ℃에서 2 내지 20시간 동안 소성하여 제조되며, 복합 응집체(40)의 평균 직경은 1 내지 10㎛가 되도록 제조된다. When the mixed
본 발명의 음극활물질의 제조방법으로 제조된 음극활물질이 적용된 슈퍼 커패시터의 전극구조가 도 9에 도시되어 있다. FIG. 9 shows an electrode structure of a supercapacitor to which a negative electrode active material manufactured by the method of manufacturing a negative electrode active material of the present invention is applied.
도 9에서와 같이 전극구조는 음극활물질(110) 및 집전체(120)로 이루어진다. 집전체(120)에 형성된 음극활물질(110)은 평균 직경이 1 내지 10㎛가 되도록 제조된 다수개의 복합 응집체(40)로 이루어진다. 음극활물질(110)이 리튬타이타늄산화물 최종상 입자(12)와 카본 에어로겔(21)로 이루어지는 복합 응집체(40)로 이루어짐에 따라 리튬타이타늄산화물 최종상 입자(12)의 표면에 코팅된 카본 에어로겔(21) 사이에 포어(pore)(22)가 발생되며, 포어(22)에는 이온이 저장되며, 카본 에어로겔(21)이 도전제로 작용하여 전기전도성을 개선시키게 된다. As shown in FIG. 9, the electrode structure includes a negative electrode
이상과 같이 본 발명의 음극활물질 및 그의 제조방법은 리튬타이타늄산화물 최종상 입자의 표면에 카본 에어로겔이 코팅되도록 함으로써 카본 에어로겔이 도전제로 작용하고, 카본 에어로겔 사이에 형성된 포어에 이온을 저장함에 따라 전기전도도를 개선시킬 수 있으며, 리튬타이타늄산화물 최종상 입자의 표면에 카본 에어로겔을 코팅 시 리튬타이타늄산화물 중간상 입자와 RF 졸을 동시에 열처리하여 제조함에 의해 제조공정을 줄여 제조원가를 절감할 수 있다. As described above, the negative electrode active material of the present invention and the method of manufacturing the same are characterized in that the carbon airgel is coated on the surface of the lithium titanium oxide final phase particle so that the carbon airgel acts as a conductive agent and ions are stored in the pores formed between the carbon aerogels, When the carbon aerogels are coated on the surface of the lithium titanium oxide final phase particles, the lithium titanium oxide intermediate particles and the RF sol are simultaneously heat-treated to reduce the manufacturing process, thereby reducing the manufacturing cost.
본 발명의 음극활물질 및 그의 제조방법은 노트북, 모바일 전자기기, 전기자동차 및 스마트 그리드 등의 대용량 에너지 저장장치에 적용되는 2차 전지나 슈퍼 커패시터의 제조산업 분야에 적용할 수 있다. The negative electrode active material of the present invention and its manufacturing method can be applied to a secondary battery or a super capacitor manufacturing industry which is applied to a large capacity energy storage device such as a notebook computer, a mobile electronic device, an electric car, and a smart grid.
10: 응집 전구체 11: 리튬타이타늄산화물 중간상 입자
11a: 탄산리튬 분말 11b: 타이타늄 산화물 분말
12: 리튬타이타늄산화물 최종상 입자 20: 중간상 응집체
21a: RF 졸 21: 카본 에어로겔
30: 혼합 응집체 40: 복합 응집체10: Coagulation precursor 11: Lithium titanium oxide intermediate particle
11a:
12: lithium titanium oxide final phase particle 20: intermediate phase coagulum
21a: RF sol 21: carbon aerogels
30: mixed aggregate 40: complex aggregate
Claims (13)
RF 졸(Resorcinol-Formaldehyde sol)을 준비하는 단계와;
리튬타이타늄산화물 중간상 입자로 이루어지는 중간상 응집체와 상기 RF 졸이 준비되면 리튬타이타늄산화물 중간상 입자로 이루어지는 중간상 응집체에 RF 졸을 혼합하여 혼합 응집체를 제조하는 단계와;
상기 혼합 응집체가 제조되면 혼합 응집체를 아세톤에 침지시켜 용매를 아세톤으로 치환시키는 단계와;
상기 아세톤으로 치환된 혼합 응집체를 열처리하여 리튬타이타늄산화물 최종상 입자와 카본 에어로겔로 이루어지는 복합 응집체를 제조하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 음극활물질 제조방법.Preparing intermediate intermediate aggregates comprising lithium titanium oxide intermediate particles;
Preparing a RF sol (Resorcinol-Formaldehyde sol);
Mixing a median aggregate composed of lithium titanium oxide mesophase particles and a median aggregate composed of lithium titanium oxide mesophase particles when the RF sol is prepared, and mixing the RF sol to prepare a mixed agglomerate;
Immersing the mixed aggregate in acetone to replace the solvent with acetone when the mixed aggregate is prepared;
And heat-treating the mixed agglomerates substituted with acetone to produce a composite agglomerate comprising lithium titanium oxide final phase particles and carbon aerogels.
상기 탄산리튬 분말과 상기 타이타늄 산화물 분말을 나노셋 밀이나 볼밀을 이용하여 혼합하는 단계와;
상기 탄산리튬 분말과 상기 타이타늄 산화물 분말이 혼합되면 스프레이 건조방법을 이용하여 응집 전구체를 제조하는 단계와;
상기 응집 전구체를 대기 분위기 하에서 300℃ 내지 600℃로 열처리하여 리튬타이타늄산화물 중간상 입자로 이루어지는 중간상 응집체를 제조하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 음극활물질 제조방법.6. The method of claim 5, wherein preparing the lithium titanium oxide intermediate particles comprises: preparing a lithium carbonate powder and a titanium oxide powder, respectively;
Mixing the lithium carbonate powder and the titanium oxide powder using a nano-set mill or a ball mill;
Preparing a coagulation precursor using the spray drying method when the lithium carbonate powder and the titanium oxide powder are mixed;
And heat treating the coagulation precursor at 300 ° C to 600 ° C in an atmospheric environment to produce a median aggregate of lithium titanium oxide mesophase particles.
레조시놀(Resorcinol)를 준비하는 단계와;
염기성 촉매인 탄산나트륨(Na2CO3)을 준비하는 단계와;
상기 포름알데히드와 탄산나트륨(Na2CO3)을 용매에 넣어 혼합한 후 레조시놀을 혼합하여 RF 졸을 제조하는 단계로 구성되며,
상기 RF 졸을 제조하는 단계에서 포름알데히드 : 탄산나트륨(Na2CO3)의 몰비는 400 ~ 600 : 1 이고 포름알데히드 : 레조시놀의 몰 비(mol ratio)는 2:1이 되도록 혼합되며, 상기 용매는 증류수가 사용되는 것을 특징으로 하는 음극활물질 제조방법.6. The method of claim 5, wherein preparing the RF sol comprises: preparing formaldehyde;
Preparing resorcinol;
Preparing sodium carbonate (Na 2 CO 3 ) as a basic catalyst;
Mixing the formaldehyde and sodium carbonate (Na 2 CO 3 ) in a solvent and mixing the resorcinol to prepare an RF sol,
In the preparation of the RF sol, the molar ratio of formaldehyde: sodium carbonate (Na 2 CO 3 ) is 400 to 600: 1 and the molar ratio of formaldehyde: resorcinol is 2: 1. Wherein the solvent is distilled water.
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