KR101449807B1 - Cathode active material, method for preparing the same, and lithium secondary batteries comprising the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 리튬 이차 전지용 양극 활물질, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지에 관한 것으로,
화학식 Li[Lix-z(NiaCobMnc)1-x]O2 ?(여기서, a + b + c = 1, 0.05 ≤ x ≤ 0.33, 0 < z ≤ 0.05) 또는 화학식 Li[Lix-z(NiaCobMnc)1-x]O2-yFy (여기서, a + b + c = 1, 0.05 ≤ x ≤ 0.33, 0 ≤ y ≤ 0.08, 0 < z ≤ 0.05) 로 표시되는 리튬 망간 과량의 층상구조 복합산화물을 제조하는 제조 단계; 수분 함량 10% 이하의 유기 용제에?금속염과, 암모늄플루오라이드와, 상기 복합산화물을 첨가하여 혼합물을 형성하는 혼합 단계; 및 상기 혼합물을 비활성 분위기 하에서 열처리하여 상기 복합산화물의 표면에 메탈로이드 플루오라이드를 코팅하는 열처리 단계; 를 포함하는 양극 활물질의 제조방법을 제공한다.The present invention relates to a cathode active material for a lithium secondary battery, a method for producing the same, and a lithium secondary battery comprising the same.
Formula Li [Li xz (Ni a Co b Mn c) 1-x] O 2? ( Here, a + b + c = 1 , 0.05 ≤ x ≤ 0.33, 0 <z ≤ 0.05) or the formula Li [Li xz ( Ni a Co b Mn c ) 1-x ] O 2 -y F y where a + b + c = 1, 0.05 ≦ x ≦ 0.33, 0 ≦ y ≦ 0.08, 0 <z ≦ 0.05 A production step of producing a manganese excess amount of a layered composite oxide; A mixing step of adding a metal salt, ammonium fluoride and the above-mentioned complex oxide to an organic solvent having a moisture content of 10% or less to form a mixture; And a heat treatment step of heat-treating the mixture under an inert atmosphere to coat the surface of the composite oxide with metal fluoride fluoride; And a method for producing the positive electrode active material.
Description
본 발명은 리튬 이차 전지용 양극 활물질, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수분 함량 10% 이하의 유기 용제를 사용하여 리튬 망간 과량 층상구조 복합산화물의 표면에 메탈로이드 플루오라이드 (metalloid fluoride) 를 코팅하여 초기효율, 율 특성, 수명 특성을 향상시키고 수용액에서의 코팅 시 발생되는 Li 이온 용출에 따른 용량 감소를 방지하는 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a cathode active material for a lithium secondary battery, a method for producing the same, and a lithium secondary battery comprising the same. More particularly, the present invention relates to a method for producing a lithium manganese oxide superlattice composite oxide by using an organic solvent having a moisture content of 10% The present invention relates to a technique for improving initial efficiency, rate characteristics, and life characteristics by coating a metalloid fluoride and preventing capacity reduction due to the dissolution of Li ions generated during coating in an aqueous solution.
리튬 이차 전지가 소형 전자기기에서 전기 자동차나 전력 저장장치 등으로 활용범위가 확대되면서 고안전성, 장수명, 고에너지 밀도 및 고출력 특성의 이차 전지용 양극 소재에 대한 요구가 커지고 있다.Lithium secondary batteries have been increasingly used in small electronic devices, electric vehicles, electric power storage devices, and the like, and there is a growing demand for cathode materials for secondary batteries having high safety, long life, high energy density and high output characteristics.
이와 관련하여, 리튬 과량 층상구조 리튬금속 복합산화물은 단위 무게당 240mAh/g 이상의 고용량을 갖는 양극 활물질로 고용량 특성을 요구하고 있는 차세대 전기자동차 및 전력 저장용 양극 소재로 주목 받고 있다.In this connection, the lithium over-layered lithium metal composite oxide is a cathode active material having a high capacity of 240 mAh / g or more per unit weight and is attracting attention as a next-generation electric vehicle and a cathode material for electric power storage which require high capacity characteristics.
그러나, 리튬 과량 층상구조 리튬금속 복합산화물은 첫 번째 충방전에서 상변화에 의한 비가역 용량이 커서 높은 고용량의 방전 용량을 구현하기 어렵고, 고온에서 망간 이온의 용출 및 전해질과의 부 반응으로 인해 수명이 급격하게 저하되는 단점을 가지고 있다. 또한, 리튬 과량 층상구조 리튬금속 복합산화물은 높은 충전상태에서 발생하는 구조 불안정성으로 인해 리튬 이차 전지에 이용 시 고온에서 전해액과 반응하여 화재나 폭발을 유발할 수 있는 위험성을 가지고 있다.However, it is difficult to realize a high capacity discharge capacity due to the large irreversible capacity due to the phase change in the first charge / discharge cycle of the lithium overburdened lithium metal complex oxide, and the lifetime due to elution of manganese ions and adverse reaction with electrolyte at high temperature And has a drawback that it is rapidly deteriorated. In addition, the lithium overburdened layered lithium metal composite oxide has a risk of causing a fire or an explosion by reacting with an electrolyte at a high temperature when used in a lithium secondary battery due to a structural instability occurring in a high charged state.
이에 따라, 리튬 과량 층상구조 복합산화물의 초기 비가역 용량을 줄이고 우수한 고율 특성을 가지며, 장기간 사용 가능한 리튬 과량 층상구조 복합산화물로 이루어지는 양극 소재를 구현하기 위하여 양극 활물질의 표면에 다양한 재료들을 표면 코팅하여 전해질과의 부 반응을 억제하고 구조적인 안정성을 향상시키려는 시도들이 진행되고 있다.Accordingly, various materials are coated on the surface of the positive electrode active material in order to reduce the initial irreversible capacity of the lithium overpotable layered composite oxide and to realize a positive electrode material composed of a lithium oversubstituted layered composite oxide having excellent high rate characteristics and being usable for a long time, Attempts have been made to suppress the adverse reaction with and to improve the structural stability.
이 중에서, 금속 / 금속산화물 / 금속불화물 등의 코팅은 양극 활물질의 전기화학적 특성들을 향상시키는 것으로 알려져 왔고, 특히, AlF3와 같은 금속불화물의 코팅은 층상구조 화합물의 전기화학적 특성들을 크게 향상시키는 것으로 보고되었다(비특허문헌 1 등 참조).Among them, coatings of metal / metal oxide / metal fluoride and the like have been known to improve the electrochemical properties of the cathode active material. In particular, the coating of metal fluorides such as AlF 3 greatly improves the electrochemical properties of layered compounds (See Non-Patent
특히, 특허문헌 1에는 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 표면에 미세 분말의 불소화합물을 습식 코팅하여 전지의 수명 특성, 특히 고압 및 고율에서 성능이 저하되는 현상을 방지하는 기술이 개시되어 있다.In particular,
위 특허문헌 1에서와 같이, 일반적으로 금속불화물을 양극 활물질 표면에 형성하는 일반적인 습식 코팅 방법은, 플루오르(F) 화합물 및 상기 플루오르 화합물과 반응하여 양극 활물질에 코팅되는 불소화합물을 형성하는 원소 전구체를 녹인 수용액에 양극 활물질을 첨가하여 고온에서 반응시킨 후 비활성 분위기 등에서 열처리하는 것이다.As generally described in
고용량 구현이 가능한 리튬 과량 층상구조 리튬 금속 복합산화물에 위와 같은 방법을 사용하여 AlF3를 코팅한 경우 율 특성 향상 및 수명 특성 개선 등 전기화학적 특성이 개선되는 효과가 있었으나, 수계 반응 시 상기 복합산화물에서 Li 이온이 용매로 용출되어 용량이 감소되고 수분 함습량의 증가로 기대했던 만큼의 장기 수명 특성 향상 효과도 기대하기 어려웠다.When AlF 3 was coated on the lithium oversubstituted lithium metal composite oxide capable of achieving a high capacity, the electrochemical characteristics such as improvement in the rate characteristics and lifetime characteristics were improved. However, when the complex oxide It was difficult to expect an improvement in the long-term lifetime characteristics as expected due to the decrease in the capacity and the increase in the moisture content of the Li ion as a solvent.
또한, 특허문헌 2는 위 특허문헌 1을 인용하면서 금속 불화물 또는 준금속 불화물(metalloid fluoride)이 수성 용매를 사용하는 용액-기반 침전법(solution based precipitation approach)을 이용하여 코팅에 사용될 수 있음을 간략하게 개시하고 있다.Also, Patent Document 2 cites the
한편, 특허문헌 1의 발명자는 특허문헌 3에서, 특허문헌 1과 같은 습식 코팅 방법으로 코팅할 경우에는“코팅 처리된 양극 활물질의 분말이 덩어리를 형성하여 입도 분포가 변할 뿐만 아니라, 물이나 유기계 용매와의 과도한 접촉으로 인해 양극 활물질 표면의 조성과 구조가 변하기 때문에 코팅 효과가 100%로 발휘되지 않는다” 또는 “과량의 리튬은 물이나 유기 용매에 쉽게 용해되기 때문에 양극 활물질의 구조 전이를 유발시켜 전기 화학적 특성을 감소시킨다”와 같이, 특허문헌 1 등에 개시된 금속 불화물의 습식 코팅방법의 문제점을 지적하면서, 리튬 함유 화합물을 가열한 상태에서 표면 처리용 코팅 조성물을 분사하여 코팅을 수행함에 따라 최종 얻어지는 양극 활물질의 표면에서 발생하는 구조 전이가 방지된다고 기재하고 있다.On the other hand, in the case of Patent Document 3, the inventor of
또한, 특허문헌 1의 발명자는 비특허문헌 1에서, 금속 플루오라이드와 금속 옥시플루오라이드는 양극 활물질의 표면에 코팅시 이들이 전해액 중에 존재하는 불산으로부터 양극 활물질을 보호하여 양극 활물질의 결정구조를 잘 유지시킬 뿐만 아니라 전해액에서 양극 활물질로 리튬 이온의 이동속도를 증대시켜 내부 저항의 증가를 감소시키는 것으로 개시하고 있다.In addition, the inventors of
본 발명은 상기와 같은 기술 분야에서의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 수분 함량 10% 이하의 유기 용제를 사용하여 리튬 망간 과량의 층상구조 복합산화물의 표면을 메탈로이드 플루오라이드계 소재로 코팅하여 초기효율, 율 특성, 수명 특성을 향상시키고 수용액에서의 코팅 시 발생되는 Li 이온 용출에 따른 용량 감소를 방지하는 양극 활물질을 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the problems in the technical field as described above, and it is an object of the present invention to provide a method of coating a surface of a lithium manganese excess layered composite oxide with a metalloid fluoride-based material using an organic solvent having a moisture content of 10% , Rate characteristics, and life characteristics, and to prevent a decrease in capacity due to the dissolution of Li ions generated during coating in an aqueous solution.
또한, 표면 코팅층과 복합산화물 내의 Li2MnO3 영역의 Li이 반응하여 이온전도성이 높은 리튬-금속-플루오라이드 (Li-M-F) 복합체를 형성하고, 이로 인해 일부의 Li2MnO3가 LiMn2O4 큐빅 스피넬 (cubic spinel) 상으로 변화함으로써, Li의 이동도가 증가하고, 충방전시 운동역학적으로 느린 Mn의 산화ㆍ환원 반응을 활성화하여, 첫 번째 충방전 곡선에서 비가역 용량을 줄여 방전 시 고용량 특성을 유지하고, 고율 특성, 수명 특성을 향상시키며, 열적 안정성도 향상시킬 수 있는 양극 활물질을 제공하는 것이다.Further, Li of the Li 2 MnO 3 region in the surface coating layer and the complex oxide reacts to form a lithium-metal-fluoride (Li-MF) complex having high ion conductivity, and thereby, a part of Li 2 MnO 3 is LiMn 2 O 4 cubic spinel phase, the mobility of Li is increased, and the oxidation and reduction reaction of Mn, which is kinematically slow during charging and discharging, is activated to reduce the irreversible capacity at the first charge / discharge curve, To maintain the characteristics, improve the high rate characteristics, the life characteristics, and improve the thermal stability.
또한, 위와 같은 양극 활물질의 제조방법 및 이를 포함하는 이차전지를 제공하는 것이다.The present invention also provides a method of manufacturing such a cathode active material and a secondary battery including the same.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 다음과 같은 실시형태를 제공한다.In order to solve the above problems, the present invention provides the following embodiments.
하나의 실시형태에서, 본 발명은 화학식 Li[Lix-z(NiaCobMnc)1-x]O2 (여기서, a + b + c = 1, 0.05 ≤ x ≤ 0.33, 0 < z ≤ 0.05) 또는 화학식 Li[Lix-z(NiaCobMnc)1-x]O2-yFy (여기서, a + b + c = 1, 0.05 ≤ x ≤ 0.33, 0 ≤ y ≤ 0.08, 0 < z ≤ 0.05) 로 표시되는 리튬 망간 과량의 층상구조 복합산화물을 제조하는 제조 단계; 수분 함량 10% 이하의 유기 용제에 금속염과, 암모늄플루오라이드와, 상기 복합산화물을 첨가하여 혼합물을 형성하는 혼합 단계; 및 상기 혼합물을 비활성 분위기 하에서 열처리하여 상기 복합산화물의 표면에 메탈로이드 플루오라이드를 코팅하는 열처리 단계; 를 포함하는 양극 활물질의 제조방법을 제공한다.In one embodiment, the present invention provides a lithium secondary battery comprising : Li x Li (Ni a Co b Mn c ) 1-x ] O 2 wherein a + b + c = 1, 0.05 x x 0.33, ) or formula Li [Li xz (Ni a Co b Mn c) 1-x] O 2-y F y ( here, a + b + c = 1 , 0.05 ≤ x ≤ 0.33, 0 ≤ y ≤ 0.08, 0 < z < / = 0.05); A mixing step of adding a metal salt, ammonium fluoride and the above-mentioned complex oxide to an organic solvent having a moisture content of 10% or less to form a mixture; And a heat treatment step of heat-treating the mixture under an inert atmosphere to coat the surface of the composite oxide with metal fluoride fluoride; And a method for producing the positive electrode active material.
상기 화학식에서, Li과 다른 금속들의 합이 1 + x-z + 1-x = 2-z가 되어 층상구조 LiMO2 (M=금속)의 Li과 금속의 합 2에 비해 z값만큼 작은 조성이 되므로, 양극 활물질 내에 큐빅 스피넬 구조가 형성되기 쉬운 조성을 갖는다.In the above formula, since the sum of Li and other metals becomes 1 + xz + 1-x = 2-z, the composition becomes smaller by z value than Li 2 of the layered structure LiMO 2 (M = metal) And has a composition in which the cubic spinel structure is easily formed in the cathode active material.
상기 실시형태에서, 상기 복합산화물 내의 단사정 (monoclinic) Li2MnO3 영역의 리튬이 코팅층을 형성하는 상기 메탈로이드 플루오라이드와 반응하여 리튬-금속-플루오라이드(Li-M-F) 복합체를 형성하는 단계; 및 상기 단사정 Li2MnO3 영역의 일부의 Li2MnO3가 큐빅 스피넬 구조의 LiMn2O4로 변화되는 단계; 를 추가로 포함할 수 있다.In the above embodiment, lithium in the monoclinic Li 2 MnO 3 region in the composite oxide reacts with the metaloid fluoride forming a coating layer to form a lithium-metal-fluoride (Li-MF) complex ; And a step wherein the monoclinic Li 2 MnO 3 for a part of Li 2 MnO 3 area is to be changed to LiMn 2 O 4 of the cubic spinel structure; . ≪ / RTI >
또한, 상기 실시형태에서, 상기 큐빅 스피넬 구조의 리튬 망간 산화물은 2.8 ~ 3.0V에서 환원반응을 할 수 있다. 다시 말해서, 메탈로이드 플루오라이드 코팅된 양극 활물질은 표면에 LiMn2O4 큐빅 스피넬상이 형성되어 방전시 2.8 ~ 3.0V에서 dQ/dV상에 환원 피크가 발현된다 (방전 곡선의 캐패시티를 전압으로 미분하여 dQ/dV를 구할 수 있으며, 이때 방전 곡선에서 기울기의 변곡점이 dQ/dV에 환원 피크로 나타나며, 현재 H-OLO의 경우 방전 시 3.7V, 3.0 ~ 3.2V에 환원 피크가 나타나는데, 이들은 각각 Ni, Mn 주변으로 Li이 들어와 해당 금속 이온들의 환원반응이 일어나는 것을 나타낸다). Further, in the above embodiment, the lithium manganese oxide having the cubic spinel structure can undergo a reduction reaction at 2.8 to 3.0 V. In other words, the cathode active material coated with the metal halide fluoride forms a LiMn 2 O 4 cubic spinel phase on its surface, and a reduction peak is expressed on dQ / dV at 2.8 to 3.0 V during discharging (the capacity of the discharge curve is differentiated by voltage In the case of H-OLO, the reduction peak at 3.7V and 3.0 ~ 3.2V at the discharging time is shown as Ni (dQ / dV) and Ni (dQ / dV) , Indicating that Li enters the vicinity of Mn and a reduction reaction of the corresponding metal ions occurs).
또한, 상기 실시형태에서, 상기 복합산화물은 능면정(rhombohedral) LiMO2(여기서 M은 Ni, Co 및 Mn)와, 단사정 Li2MnO3를 포함할 수 있다. Further, in the above embodiment, the complex oxide may include rhombohedral LiMO 2 (where M is Ni, Co and Mn) and monoclinic Li 2 MnO 3 .
이 경우, 상기 복합산화물의 구조는 상기 메탈로이드 플루오라이드의 표면 코팅에 의해서, 능면정 LiMO2 (R3m) + 단사정 Li2MnO3 (L2/m) + 큐빅 스피넬 LiMn2O4 (Fd3m)와 같이 될 수 있다.In this case, the structure of the composite oxide is determined by the surface coating of the metaloid fluoride with a surface-active LiMO 2 (R 3 m) + mono-phase Li 2 MnO 3 (L 2 / m) + cubic spinel LiMn 2 O 4 (Fd 3 m) Can be like.
또한, 상기 실시형태에서, 표면 코팅 재료인 상기 메탈로이드 플루오라이드는 AlF3, MgF2, CoF3, NaF 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 1종일 수 있고, 바람직하게는, AlF3일 수 있다.Further, in the above embodiment, the metaloid fluoride as the surface coating material may be one selected from the group consisting of AlF 3 , MgF 2 , CoF 3 , NaF, and mixtures thereof, preferably AlF 3 .
위와 같이 큐빅 스피넬 구조가 형성되기 쉬운 상기 화학식과 같은 조성의 양극 활물질 표면에 메탈로이드 플루오라이드가 코팅되어 양극 활물질과 코팅층의 계면 사이에 Li이 용출되어 큐빅 스피넬 구조가 형성되는 것이다.The surface of the cathode active material having the composition as shown in the above formula, in which the cubic spinel structure is easily formed, is coated with metal fluoride fluoride, and Li is eluted between the cathode active material and the coating layer to form a cubic spinel structure.
또한, 이온전도도가 높은 리튬-금속-플루오라이드 (Li-M-F) 복합체의 형성으로 Li의 확산 및 이동도가 증가하여 운동역학적으로 느린 Mn의 환원반응이 활성화되어 높은 전류를 가해주는 경우에도 방전용량이 크게 나타나 율 특성이 증가하며, 1C로 충방전을 반복하는 과정에서 41 싸이클 후 용량 유지율이 크게 유지된다.In addition, due to the formation of Li-MF complexes with high ionic conductivity, the diffusion and mobility of Li are increased, so that the reduction reaction of Mn, which is kinematically slow, is activated, The rate characteristic is increased and the capacity retention rate after 41 cycles is largely maintained in the course of repeating charge and discharge at 1C.
또한, 리튬 망간 과량의 층상구조 복합산화물의 충방전 과정에서 발생하는 산소에 의해 수반되는 구조 변형으로 낮은 온도에서 높은 발열량이 발생하는 것에 비해 메탈로이드 플루오라이드가 코팅된 경우 내부에서 발생하는 산소를 코팅층에서 흡수하여 높은 산소압을 유지하고 추가적인 산소의 발생을 막아주어 발열량이 낮아지고 발열온도가 높아지는 열안정성 향상 효과가 있다.In addition, a large amount of heat is generated at a low temperature due to the structural deformation accompanied by the oxygen generated in the charging and discharging process of the lithium manganese excess layered composite oxide. On the other hand, when metalyl fluoride is coated, To maintain the high oxygen pressure and to prevent the generation of additional oxygen, thereby lowering the heat generation amount and increasing the heat generation temperature.
또한, 상기 실시형태에서, 코팅된 상기 메탈로이드 플루오라이드의 두께는 3 ~ 20nm일 수 있다. 코팅두께가 3nm 이하일 경우 양극활물질의 보호층 역할을 하지 못해 코팅 효과가 발현되지 않으며 코팅두께가 20nm 이상으로 두꺼울 경우 Li 이온의 이동을 방해해 용량이 저하될 수 있다. Further, in the above embodiment, the thickness of the coated metalloid fluoride may be 3 to 20 nm. When the thickness of the coating is less than 3 nm, the coating does not act as a protective layer of the cathode active material. If the thickness of the coating is thicker than 20 nm, the migration of Li ions may be disturbed and the capacity may decrease.
또한, 상기 실시형태에서, 코팅된 상기 메탈로이드 플루오라이드의 함량은 상기 양극 활물질에 대하여 0.3 ~ 2.0 wt%일 수 있고, 바람직하게는 1.0 wt%일 수 있다.Also, in the above embodiment, the amount of the coated metalloid fluoride may be 0.3 to 2.0 wt%, and preferably 1.0 wt% with respect to the cathode active material.
여기서, 메탈로이드 플루오라이드의 코팅 함량이 증가할수록 Li 이온을 내어줄 수 있는 양극 활물질의 양 감소로 충전 용량이 감소하게 되나, 상기 메탈로이드 플루오라이드가 위와 같이 양극 활물질 대비 적정량 표면 코팅될 경우에는 양극 활물질 표면에 큐빅 스피넬 구조를 형성하여 비가역 용량 감소에 따른 효율 향상에 따라 실제 방전 용량이 증가하는 효과가 있다. 코팅층의 함량이 2.0 wt% 이상일 때에는 양극 활물질의 함량 감소에 따른 용량 감소가 커져서 바람직하지 않고, 또한 코팅층의 함량이 0.3 wt% 이하일 때에는 코팅 효과가 미미해서 바람직하지 않다.Here, as the coating amount of the metal fluoride fluoride increases, the amount of the cathode active material capable of releasing Li ions decreases, thereby reducing the charging capacity. However, when the metal fluoride fluoride is surface-coated in an appropriate amount relative to the cathode active material, The cubic spinel structure is formed on the surface of the active material, and the discharge capacity is increased according to the improvement of the efficiency due to the reduction of the irreversible capacity. When the content of the coating layer is 2.0 wt% or more, the capacity decreases as the content of the cathode active material decreases, which is not preferable. When the content of the coating layer is 0.3 wt% or less, the coating effect is insignificant.
또한, 상기 실시형태에서, 상기 유기 용제는 수분 함량 10% 이하의 알코올계 유기 용제일 수 있고, 바람직하게는 수분 함량 5% 이하의 알코올계 유기 용제일 수 있다. 수분이 함유되지 않은 유기 용제만 사용할 경우에는 용량 특성 저하 없이 전기화학 특성 향상을 기대할 수 있을지 모르나, 플루오르계 원료의 낮은 용해도로 인하여 많은 양의 유기 용제가 필요하게 되어 고가의 비용이 들어가는 문제가 있으며, 수득율이 떨어지는 단점이 있고, 수분 함량이 증가하면 Li 이온 용출에 따른 용량 감소 현상이 발생되므로, 수분 함량 10% 이하의 알코올계 유기 용제가 바람직하며, 수분 함량 5% 이하의 알코올계 유기 용제가 더욱 바람직하다.In the above embodiment, the organic solvent may be an alcohol organic solvent having a water content of 10% or less, and preferably an alcohol organic solvent having a water content of 5% or less. When only an organic solvent not containing water is used, the electrochemical characteristics can be expected to be improved without deteriorating the capacity characteristics, but a large amount of organic solvent is required due to low solubility of the fluorine raw material, , The yield is inferior. When the water content increases, the capacity decrease due to the elution of Li ions occurs. Therefore, an alcohol organic solvent having a water content of 10% or less is preferable, and an alcohol organic solvent having a water content of 5% More preferable.
또한, 상기 실시형태에서, 상기 열처리 단계는 300 ~ 600 ℃ 온도 범위에서 3 ~ 10시간 이루어질 수 있고, 비활성 분위기 하에서 이루어질 수 있다. 300 ℃ 이하에서 열처리할 경우 리튬-금속-플루오라이드 (Li-M-F) 층이 형성되지 않으며 600 ℃ 이상의 온도에서 열처리할 경우에는 양극 활물질의 입자 크기 및 형상을 변화시켜 특성 변화를 유발할 수 있다. Also, in the above embodiment, the heat treatment step may be performed at a temperature of 300 to 600 ° C for 3 to 10 hours, and may be performed under an inert atmosphere. The Li-M-F layer is not formed when heat treatment is performed at 300 ° C or less, and when the heat treatment is performed at a temperature of 600 ° C or more, the particle size and shape of the cathode active material may be changed to cause a change in characteristics.
또한, 상기 실시형태에서, 상기 금속염은 금속 알콕사이드, 금속 질산염, 금속 황산염 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 1종일 수 있다.
In the above embodiment, the metal salt may be one selected from the group consisting of a metal alkoxide, a metal nitrate, a metal sulfate, and a mixture thereof.
다른 실시형태에서, 본 발명은 위와 같은 실시형태에서 제조된 양극 활물질을 제공한다.In another embodiment, the present invention provides a cathode active material produced in the above embodiment.
상기 실시형태에서, 상기 복합산화물과 상기 메탈로이드 플루오라이드 코팅층 사이에 상기 복합산화물 내의 층상구조의 리튬 망간 산화물의 일부가 변화되어 형성된 큐빅 스피넬 구조의 리튬 망간 산화물을 포함할 수 있다.In the above embodiment, a lithium manganese oxide having a cubic spinel structure formed by changing a part of the lithium manganese oxide in the layered structure in the complex oxide may be formed between the complex oxide and the metaloid fluoride coating layer.
또한, 상기 실시형태에서, 상기 양극 활물질의 비표면적은 2 ~ 6 m2/g일 수 있다. 비표면적이 2 m2/g 이하일 경우 양극 활물질과 전해질의 반응면적이 작아 용량 저하가 발생할 수 있으며, 6 m2/g 이상일 경우 양극 활물질과 전해질의 반응면적이 커지면서 부반응의 증가로 수명 특성이 저하될 수 있다. In the above embodiment, the specific surface area of the cathode active material may be 2 to 6 m 2 / g. If the specific surface area is less than 2 m 2 / g, the reaction area of the cathode active material and the electrolyte may be decreased to cause a decrease in capacity. If the specific surface area is more than 6 m 2 / g, the reaction area of the cathode active material and the electrolyte increases, .
또한, 상기 실시형태에서, 상기 복합산화물의 평균 입경은 3 ~ 5 ㎛일 수 있다. 과량의 Mn 조성을 갖는 리튬 과량 층상구조 리튬 금속 복합산화물의 경우 전도성이 낮아 평균 입경이 클 경우 율 특성이 떨어진다. 입경이 3 ㎛ 이하로 작을 경우 합제 밀도 저하로 동일 부피에 채울 수 있는 양극 활물질의 양이 줄어들어 부피당 에너지 밀도가 낮아진다. In the above embodiment, the average particle diameter of the composite oxide may be 3 to 5 占 퐉. In the case of a lithium-excess metal oxide composite having a large amount of Mn composition, the conductivity is low and the rate characteristic is deteriorated when the average particle diameter is large. When the particle diameter is less than 3 占 퐉, the amount of the cathode active material which can be filled in the same volume due to lowering of the compound density is reduced, and the energy density per volume is lowered.
또 다른 실시형태에서, 본 발명은 상기 양극 활물질을 포함하는 양극; 음극 활물질을 포함하는 음극; 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 존재하는 전해질을 포함하는 리튬 이차 전지를 제공한다.In another embodiment, the present invention provides a positive electrode comprising the positive electrode active material; A negative electrode comprising a negative electrode active material; And an electrolyte existing between the positive electrode and the negative electrode.
본 발명에 따르면 리튬 과량 층상구조 복합산화물 전극 및 그 전극을 이용한 리튬 이차 전지는 첫 번째 충방전시 비가역 용량을 15% 이내로 줄여 방전 시 고 용량을 구현할 수 있으며, 율 특성 및 수명 특성을 크게 개선할 수 있으며, 이차 전지의 열적 안정성도 높일 수 있다. According to the present invention, the lithium secondary battery using the lithium oversized layered composite oxide electrode and the lithium secondary battery using the electrode can reduce the irreversible capacity to 15% or less during the first charge / discharge and realize a high capacity at discharge, And the thermal stability of the secondary battery can be increased.
또한, 본 발명에 따라 제조된 리튬 과량 층상구조 복합산화물 전극 및 리튬 이차 전지는 4.5V 이상의 고전압에서 충방전을 할 수 있으며, 지속되는 충방전에 따른 용량 감소 및 전해질 분해에 따른 가스 발생이나 폭발 위험을 현저히 낮출 수 있다. In addition, the lithium overcharge layered composite oxide electrode and the lithium secondary battery manufactured according to the present invention can be charged and discharged at a high voltage of 4.5 V or more, and the capacity of the battery due to continuous charge and discharge, Can be significantly lowered.
도 1은 양극 활물질의 코팅 전과 코팅 후의 구조적 변화를 개략적으로 도시한 개략도이다.
도 2는 양극 활물질의 코팅 후의 횡단면 TEM 이미지이다.
도 3은 양극 활물질의 코팅 전과 코팅 후의 수명 특성을 비교하여 나타낸 그래프이다.
도 4는 코팅 용제에 따른 방전 용량의 변화를 비교하여 나타낸 그래프이다.1 is a schematic view schematically showing a structural change of a cathode active material before and after coating.
2 is a cross-sectional TEM image of the cathode active material after coating.
3 is a graph showing the lifetime characteristics of the cathode active material before coating and after coating.
4 is a graph showing changes in discharge capacity according to a coating solvent.
<양극 활물질의 제조방법>≪ Method for producing positive electrode active material &
본 발명에 따른 양극 활물질은, 화학식 Li[Lix-z(NiaCobMnc)1-x]O2 (여기서, a + b + c = 1, 0.05 ≤ x ≤ 0.33, 0 < z ≤ 0.05) 또는 화학식 Li[Lix-z(NiaCobMnc)1-x]O2-yFy (여기서, a + b + c = 1, 0.05 ≤ x ≤ 0.33, 0 ≤ y ≤ 0.08, 0 < z ≤ 0.05) 로 표시되는 리튬 망간 과량의 층상구조 복합산화물을 제조하는 제조 단계; 수분 함량 10% 이하의 유기 용제에 금속염과, 암모늄플루오라이드와, 상기 복합산화물을 첨가하여 혼합물을 형성하는 혼합 단계; 및 상기 혼합물을 비활성 분위기 하에서 열처리하여 상기 복합산화물의 표면에 메탈로이드 플루오라이드를 코팅하는 열처리 단계; 를 포함하는 양극 활물질의 제조방법을 통하여 제공된다.The positive electrode active material according to the invention, the formula Li [Li xz (Ni a Co b Mn c) 1-x] O 2 ( where, a + b + c = 1 , 0.05 ≤ x ≤ 0.33, 0 <z ≤ 0.05) Or Li x (Ni a Co b Mn c ) 1-x ] O 2 -y F y where a + b + c = 1, 0.05? X? 0.33, 0? Y? 0.08, 0 <z ≪ / = 0.05); < / RTI > A mixing step of adding a metal salt, ammonium fluoride and the above-mentioned complex oxide to an organic solvent having a moisture content of 10% or less to form a mixture; And a heat treatment step of heat-treating the mixture under an inert atmosphere to coat the surface of the composite oxide with metal fluoride fluoride; And a cathode active material.
상기 제조 단계는 리튬 망간 과량의 층상구조 복합산화물을 제조하는 공지의 공침법, 졸 겔 과정 등의 다양한 제조방법을 통하여 제조될 수 있고, 어떤 특정한 방법에 한정되지 않는다.The preparation step can be produced through various preparation methods such as a known coprecipitation method, a sol-gel process, and the like, and is not limited to any particular method.
도 1은 코팅 전, 후의 복합산화물로 이루어지는 양극 활물질의 구조를 개략적으로 도시한 개략도로서, 도 1의 좌측에 도시된 바와 같이, 코팅 전의 복합산화물은 능면정 LiMO2(여기서 M은 Ni, Co 및 Mn)와, 단사정 Li2MnO3를 포함하는 복합산화물일 수 있다.FIG. 1 is a schematic view schematically showing the structure of a positive electrode active material composed of a composite oxide before and after coating. As shown in the left side of FIG. 1, the composite oxide before coating is rhombohedral LiMO 2 where M is Ni, Co, Mn), and monoclinic Li 2 MnO 3 .
상기 화학식들에서, Li과 다른 금속들의 합이 1 + x-z + 1-x = 2-z가 되어 층상구조 LiMO2 (M=금속)의 Li과 금속의 합 2에 비해 z값만큼 작은 조성이 되므로, 양극 활물질 내에 큐빅 스피넬 구조가 형성되기 쉬운 조성을 갖는다.In the above formulas, since the sum of Li and other metals becomes 1 + xz + 1-x = 2-z, the composition becomes smaller by z value than Li 2 of the layered structure LiMO 2 (M = metal) , And a composition in which a cubic spinel structure is likely to be formed in the positive electrode active material.
이에 따라, 상기 복합산화물 내의 단사정 Li2MnO3 영역의 리튬이 코팅층을 형성하는 상기 메탈로이드 플루오라이드와 반응하여 리튬-금속-플루오라이드(Li-M-F) 복합체를 형성하면서, 상기 단사정 Li2MnO3 영역의 일부의 Li2MnO3가 큐빅 스피넬 구조의 LiMn2O4로 변화되어 상기 복합산화물과 상기 코팅층 사이의 경계면 부위에서 큐빅 스피넬 구조의 LiMn2O4층이 형성될 수 있고, 도 1의 우측에 도시된 바와 같이, 또한 도 2의 이미지로부터 확인할 수 있듯이, 상기 복합산화물의 구조는 상기 메탈로이드 플루오라이드 (AlF3)의 표면 코팅에 의해서, 능면정 LiMO2 (R3m) + 단사정 Li2MnO3 (L2/m) + 큐빅 스피넬 LiMn2O4 (Fd3m)와 같이 될 수 있다.Accordingly, the metalloid fluoride reacts with the lithium to form the lithium coating layer of the monoclinic Li 2 MnO 3 region in the composite oxide-metal-, forming a fluoride (Li-MF) complex, wherein the monoclinic Li 2 A portion of Li 2 MnO 3 in the MnO 3 region may be changed to LiMn 2 O 4 in the cubic spinel structure to form a cubic spinel LiMn 2 O 4 layer at the interface between the complex oxide and the coating layer, As can be seen from the image of FIG. 2 as well, the structure of the composite oxide is determined by the surface coating of the metal fluoride (AlF 3 ), LiMo 2 (R 3 m) + mono-Li 2 may be such as MnO 3 (L2 / m) + the cubic spinel LiMn 2 O 4 (Fd3m).
상기 혼합 단계는 수분 함량 10% 이하, 바람직하게는 수분 함량 5% 이하의 알코올계 유기 용제 (유기 용매와 증류수(DI)를 일정 비율로 혼합한 복합 용제)에, 금속 알콕사이드, 금속 질산염, 금속 황산염 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 1종일 수 있는 금속염과, 플루오르 공급원으로서의 암모늄플루오라이드, 위에서 제조된 복합산화물을 첨가하여 60 ℃에서 5시간 이상 반응시킨다. 이 후, 세정하고, 120 ℃의 오븐에서 12시간 이상 건조하여 혼합물을 형성한다.The mixing step may be performed by adding a metal alkoxide, a metal nitrate, a metal sulfate, a metal sulfate, or a mixture thereof to an alcoholic organic solvent (a mixed solvent obtained by mixing an organic solvent and distilled water (DI) at a predetermined ratio) having a water content of 10% And a mixture thereof, ammonium fluoride as a fluorine source, and the composite oxide prepared above are added and reacted at 60 ° C for at least 5 hours. Thereafter, the substrate is washed and dried in an oven at 120 DEG C for at least 12 hours to form a mixture.
코팅된 상기 메탈로이드 플루오라이드의 함량은 상기 양극 활물질에 대하여 0.3 ~ 2.0 wt%일 수 있고, 바람직하게는 1.0 wt%일 수 있다.The amount of the coated metalloid fluoride may be 0.3 to 2.0 wt%, preferably 1.0 wt%, based on the positive electrode active material.
상기 열처리 단계는 질소 또는 아르곤과 같은 비활성 분위기 하에서, 300 ~ 600 ℃ 온도 범위에서 3 ~ 10시간 이루어질 수 있다.The heat treatment step may be performed under an inert atmosphere such as nitrogen or argon at a temperature range of 300 to 600 DEG C for 3 to 10 hours.
상기 복합산화물의 평균 입경은 3 ~ 5 ㎛일 수 있다.
The average particle diameter of the composite oxide may be 3 to 5 占 퐉.
<양극 활물질><Cathode Active Material>
본 발명의 양극 활물질은 위와 같은 제조방법에 의하여 제조된다.The cathode active material of the present invention is produced by the above-described production method.
상기 복합산화물과 상기 메탈로이드 플루오라이드 코팅층 사이에는 위에서도 설명한 바와 같이, 상기 복합산화물 내의 층상구조의 리튬 망간 산화물의 일부가 변화되어 형성된 큐빅 스피넬 구조의 리튬 망간 산화물이 형성될 수 있고, 그에 대한 상세한 설명은 생략한다 (도 1 및 도 2 참조).As described above, a lithium manganese oxide having a cubic spinel structure formed by changing a part of the lithium manganese oxide in the layered structure in the complex oxide can be formed between the complex oxide and the metaloid fluoride coating layer, (See Figs. 1 and 2).
상기 양극 활물질의 비표면적은 2 ~ 6 m2/g이고, 코팅된 상기 메탈로이드 플루오라이드의 두께는 3 ~ 20nm일 수 있다.
The specific surface area of the positive electrode active material ranges from 2 to 6 m2/ g, and the thickness of the coated metalloid fluoride may be from 3 to 20 nm.
<양극 활물질을 포함하는 리튬 이차 전지>≪ Lithium Secondary Battery Containing Cathode Active Material >
본 발명에 따른 양극 활물질은, 리튬 이차 전지의 양극 소재로서 활용될 수 있고, 양극 활물질 조성 및 결정 구조 등을 제외하고는 공지의 이차 전지와 동일한 구조를 갖고, 공지의 동일한 제조방법에 의하여 제조될 수 있으므로, 그 상세한 설명은 생략한다.
The positive electrode active material according to the present invention can be utilized as a positive electrode material of a lithium secondary battery and has the same structure as a known secondary battery except for the cathode active material composition and crystal structure and is manufactured by the same known manufacturing method The detailed description thereof will be omitted.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 양극 활물질의 제조방법 및 이에 의해 제조된 양극 활물질을 포함하는 리튬 이차 전지에 대하여, 바람직한 실시예 및 비교예를 통하여 상세히 설명한다. 그러나, 이러한 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐, 본 발명이 이러한 실시예에 의하여 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, a lithium secondary battery including a method for producing a cathode active material according to the present invention and a cathode active material manufactured thereby will be described in detail with reference to preferred embodiments and comparative examples. However, these embodiments are only a preferred embodiment of the present invention, and the present invention should not be interpreted as being limited by these embodiments.
(실시예1)(Example 1)
① 전구체 합성① precursor synthesis
황상니켈 (NiSO4), 황산코발트 (CoSO4), 황산망간 (MnSO4)을 2 : 2 : 6의 비율로 물에 녹인 후 1M의 염화나트륨 (NaOH) 용액에 넣어 준다. 위의 용액에 금속의 농도비와 동일한 당량비로 암모니아수 (NH4OH) 를 천천히 넣어 준다. 연속형 반응기를 이용해 12시간 이상 반응시킨 후 형성된 침전물을 거른 후, 수용액으로 여러 차례 세정하고, 120 ℃ 건조 오븐에서 건조하여 Ni0.2Co0.2Mn0.6(OH)2 전구체를 합성했다.Sulfuric nickel (NiSO 4 ), cobalt sulfate (CoSO 4 ) and manganese sulfate (MnSO 4 ) are dissolved in water at a ratio of 2: 2: 6 and then added to a 1 M sodium chloride solution. Slowly add ammonia water (NH 4 OH) to the above solution at the same ratio as the metal concentration ratio. After reacting for 12 hours or more using a continuous type reactor, the formed precipitate was filtered, washed several times with an aqueous solution, and dried in a drying oven at 120 ° C to synthesize a Ni0.2Co0.2Mn0.6 (OH) 2 precursor.
② 리튬 망간 과량의 복합산화물 합성② Synthesis of complex oxide of lithium manganese excess
상기 ①에서 합성한 전구체, 니켈코발트망간수산화물 (Ni0.2Co0.2Mn0.6(OH)2)과, 리튬카보네이트(Li2CO3)를 화학당량비로 1 : 1.4 비율로 혼합한 후, 700 ~ 900℃에서 24시간 소성하여 화학식 Li[Lix-z(NiaCobMnc)1-x]O2 (여기서, a + b + c = 1, 0.05 ≤ x ≤ 0.33, 0 < z ≤ 0.05)로 표시되는 리튬 망간 과량의 복합산화물 분말을 합성했다. ① The one precursor, the nickel cobalt manganese hydroxide (Ni0.2Co0.2Mn0.6 (OH) 2) and, first the lithium carbonate (Li 2 CO 3) with a chemical equivalent ratio in the synthesis: After mixing ratio of 1.4, 700 to 900 ℃ in a 24-hour formula Li [Li xz (Ni a Co b Mn c) 1-x] by firing O 2 (here, a + b + c = 1 , 0.05 ≤ x ≤ 0.33, 0 <z ≤ 0.05) in the Lithium manganese excess complex oxide powder was synthesized.
상기 화학식에서 Li과 금속 Ni, Co, 및 Mn의 합이 1 + x-z + 1-x = 2-z가 되어 층상구조 LiMO2(M = 금속)의 Li과 금속의 합 2에 비해 z값만큼 작은 조성으로 메탈로이드 플루오라이드의 코팅에 의해 양극 활물질 내에 큐빅 스피넬 구조가 형성되기 쉬운 조성의 리튬 망간 고량의 복합산화물이 합성된다.In the above formula, the sum of Li and metal Ni, Co, and Mn is 1 + xz + 1-x = 2-z, which is smaller than the sum of Li and metal of layered structure LiMO 2 (M = metal) A composite oxide of lithium manganese with a high composition in which cubic spinel structure is easily formed in the cathode active material is synthesized by the coating of the metal halide fluoride.
③ 메탈로이드 플루오라이드 코팅 양극 활물질 분말 합성 ③ Metaloid Fluoride Coating Cathode Active Material Powder Synthesis
코팅하려고 하는 함량 (0.3 wt% AlF3 코팅)에 맞춰 알루미늄 질화물 (Al(NO3))을 에탄올 : DI = 20 : 1 용매에 녹인 후 상기 ②에서 합성한 복합산화물 분말을 넣고 잘 분산시켰다. 복합산화물을 잘 분산시킨 Al(NO3) 용액에 화학당량비에 맞춰 동일한 용액에 녹인 NH4F 용액을 천천히 넣어주면서 60 ℃에서 5시간 정도 반응시켰다. 그 후, 세정하고 120 ℃ 오븐에서 12시간 이상 건조하였다. 그 후, 400℃, 질소 분위기 하에서 5시간 이상 열처리를 하여 0.3 wt% 메탈로이드 플루오라이드 (AlF3)가 코팅된 양극 활물질을 얻었다.Aluminum nitride (Al (NO 3 )) was dissolved in a solvent of ethanol: DI = 20: 1 in accordance with the content to be coated (0.3 wt% AlF 3 coating), and the composite oxide powder synthesized in ② was added and dispersed well. The NH 4 F solution dissolved in the same solution was slowly added to the well-dispersed Al (NO 3 ) solution at 60 ° C. for 5 hours. Thereafter, the substrate was washed and dried in an oven at 120 캜 for 12 hours or more. Then, 400 ℃, to a heat treatment in a nitrogen atmosphere for 5 hours or more 0.3 wt% metalloid fluoride (AlF 3) is to obtain a coated positive electrode active material.
④ 전지특성 평가④ Evaluation of battery characteristics
상기 ③에서 합성된 코팅된 양극 활물질과, 도전재인 Denka Black, 바인더인 폴리비닐리덴 플루오라이드 (PVDF) 를 92 : 4 : 4 비율로 혼합하여 슬러리를 제조하였다. 상기 슬러리를 알루미늄 (Al) 호일 위에 균일하게 코팅하여 양극 전극 극판을 제작하였다.Denka Black, a conductive material, and polyvinylidene fluoride (PVDF), a binder, were mixed in a ratio of 92: 4: 4 to prepare a slurry. The slurry was uniformly coated on an aluminum (Al) foil to prepare a positive electrode electrode plate.
음극으로는, 리튬 메탈, 전해질로는, 1.3M LiPF6 EC /DMC / EC = 3 : 4 : 3 용액을 사용하여 2032 코인 셀을 제작하였다. A 2032 coin cell was fabricated using lithium metal as the cathode and 1.3M LiPF6 EC / DMC / EC = 3: 4: 3 solution as the electrolyte.
1 싸이클의 충방전은 3.0 ~ 4.7V까지 0.1C로 진행하였고, 이 후는 0.2C에서 방전용량을, 0.33C 방전용량, 3C 방전용량 비를 통해 율 특성을, 또한 1C로 41회 충방전 후 용량유지율로 수명 특성을 평가하였고, 그 결과를 다음 표 1 및 표 2에 나타내었다.Charging and discharging of one cycle proceeded to 0.1 C from 3.0 to 4.7 V. After that, the discharge characteristics were measured at 0.2 C, 0.33 C discharge capacity and 3 C discharge capacity ratio, and after charging and discharging 41 times at 1 C The lifetime characteristics were evaluated by the capacity retention rate, and the results are shown in the following Tables 1 and 2.
(실시예2)(Example 2)
① 전구체 합성① precursor synthesis
실시예 1과 동일하게 합성했다.Was synthesized in the same manner as in Example 1.
② 리튬 망간 과량의 복합산화물 합성② Synthesis of complex oxide of lithium manganese excess
실시예 1과 동일하게 합성했다.Was synthesized in the same manner as in Example 1.
③ 메탈로이드 플루오라이드 코팅 양극 활물질 분말 합성 ③ Metaloid Fluoride Coating Cathode Active Material Powder Synthesis
코팅하려고 하는 함량 (1.0 wt% AlF3 코팅)에 맞춰 알루미늄 질화물 (Al(NO3))을 에탄올 : DI = 20 : 1 용매에 녹인 후 상기 ②에서 합성한 복합산화물 분말을 넣고 잘 분산시켰다. 복합산화물을 잘 분산시킨 Al(NO3) 용액에 화학당량비에 맞춰 동일한 용액에 녹인 NH4F 용액을 천천히 넣어주면서 60 ℃에서 5시간 정도 반응시켰다. 그 후, 세정하고 120 ℃ 오븐에서 12시간 이상 건조하였다. 그 후, 400℃, 질소 분위기 하에서 5시간 이상 열처리를 하여 1.0 wt% 메탈로이드 플루오라이드 (AlF3)가 코팅된 양극 활물질을 얻었다.Aluminum nitride (Al (NO 3 )) was dissolved in a solvent of ethanol: DI = 20: 1 in accordance with the content to be coated (1.0 wt% AlF 3 coating), and the composite oxide powder synthesized in ② was added and dispersed well. The NH 4 F solution dissolved in the same solution was slowly added to the well-dispersed Al (NO 3 ) solution at 60 ° C. for 5 hours. Thereafter, the substrate was washed and dried in an oven at 120 캜 for 12 hours or more. Then, 400 ℃, to a heat treatment in a nitrogen atmosphere for 5 hours or more 1.0 wt% metalloid fluoride (AlF 3) is to obtain a coated positive electrode active material.
④ 전지특성 평가④ Evaluation of battery characteristics
실시예 1과 동일하게 전지를 제작하고 평가하여 그 결과를 다음 표 1 및 표 2에 나타내었다.A battery was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1, and the results are shown in Tables 1 and 2 below.
(실시예3)(Example 3)
① 전구체 합성① precursor synthesis
실시예 1과 동일하게 합성했다.Was synthesized in the same manner as in Example 1.
② 리튬 망간 과량의 복합산화물 합성② Synthesis of complex oxide of lithium manganese excess
실시예 1과 동일하게 합성했다.Was synthesized in the same manner as in Example 1.
③ 메탈로이드 플루오라이드 코팅 양극 활물질 분말 합성 ③ Metaloid Fluoride Coating Cathode Active Material Powder Synthesis
코팅하려고 하는 함량 (2.0 wt% AlF3 코팅)에 맞춰 알루미늄 질화물 (Al(NO3))을 에탄올 : DI = 20 : 1 용매에 녹인 후 상기 ②에서 합성한 복합산화물 분말을 넣고 잘 분산시켰다. 복합산화물을 잘 분산시킨 Al(NO3) 용액에 화학당량비에 맞춰 동일한 용액에 녹인 NH4F 용액을 천천히 넣어주면서 60 ℃에서 5시간 정도 반응시켰다. 그 후, 세정하고 120 ℃ 오븐에서 12시간 이상 건조하였다. 그 후, 400℃, 질소 분위기 하에서 5시간 이상 열처리를 하여 2.0 wt% 메탈로이드 플루오라이드 (AlF3)가 코팅된 양극 활물질을 얻었다.Aluminum nitride (Al (NO 3 )) was dissolved in a solvent of ethanol: DI = 20: 1 in accordance with the content to be coated (2.0 wt% AlF 3 coating), and the composite oxide powder synthesized in ② was added and dispersed well. The NH 4 F solution dissolved in the same solution was slowly added to the well-dispersed Al (NO 3 ) solution at 60 ° C. for 5 hours. Thereafter, the substrate was washed and dried in an oven at 120 캜 for 12 hours or more. Then, 400 ℃, to a heat treatment in a nitrogen atmosphere for 5 hours or more 2.0 wt% metalloid fluoride (AlF 3) is to obtain a coated positive electrode active material.
④ 전지특성 평가④ Evaluation of battery characteristics
실시예 1과 동일하게 전지를 제작하고 평가하여 그 결과를 다음 표 1 및 표 2에 나타내었다.A battery was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1, and the results are shown in Tables 1 and 2 below.
(실시예4)(Example 4)
① 전구체 합성① precursor synthesis
실시예 1과 동일하게 합성했다.Was synthesized in the same manner as in Example 1.
② 리튬 망간 과량의 복합산화물 합성② Synthesis of complex oxide of lithium manganese excess
상기 ①에서 합성한 전구체, 니켈코발트망간수산화물 (Ni0.2Co0.2Mn0.6(OH)2)과, 리튬카보네이트(Li2CO3)를 화학당량비로 1 : 1.4 비율로 혼합하고, LiF (또는 NH4F)를 산소 대비 0.05 몰 추가로 혼합한 후, 700 ~ 900 ℃에서 24시간 소성하여 화학식 Li[Lix-z(NiaCobMnc)1-x]O2-yFy (여기서, a + b + c = 1, 0.05 ≤ x ≤ 0.33, 0 ≤ y ≤ 0.08, 0 < z ≤ 0.05)로 표시되는 리튬 망간 과량의 복합산화물 분말을 합성했다.① The one precursor, the nickel cobalt manganese hydroxide (Ni0.2Co0.2Mn0.6 (OH) 2) and lithium carbonate (Li 2 CO 3) with a chemical equivalent ratio of the one prepared in: 1.4, and mixed in a ratio, LiF (or NH4F ) were mixed with 0.05 mol more than oxygen, 700 ~ 900 ℃ 24 sigan firing formula Li [Li xz (Ni a Co b Mn c) 1-x] O 2-y and F y in (here, a + b + c = 1, 0.05? x? 0.33, 0? y? 0.08, 0 <z? 0.05) were synthesized.
③ 메탈로이드 플루오라이드 코팅 양극 활물질 분말 합성 ③ Metaloid Fluoride Coating Cathode Active Material Powder Synthesis
코팅하려고 하는 함량 (1.0 wt% AlF3 코팅)에 맞춰 알루미늄 질화물 (Al(NO3))을 에탄올 : DI = 20 : 2 용매에 녹인 후 상기 ②에서 합성한 복합산화물 분말을 넣고 잘 분산시켰다. 복합산화물을 잘 분산시킨 Al(NO3) 용액에 화학당량비에 맞춰 동일한 용액에 녹인 NH4F 용액을 천천히 넣어주면서 60 ℃에서 5시간 정도 반응시켰다. 그 후, 세정하고 120 ℃ 오븐에서 12시간 이상 건조하였다. 그 후, 400℃, 질소 분위기 하에서 5시간 이상 열처리를 하여 1.0 wt% 메탈로이드 플루오라이드 (AlF3)가 코팅된 양극 활물질을 얻었다.Aluminum nitride (Al (NO 3 )) was dissolved in a solvent of ethanol: DI = 20: 2 in accordance with the content to be coated (1.0 wt% AlF 3 coating), and the composite oxide powder synthesized in ② was added and dispersed well. The NH 4 F solution dissolved in the same solution was slowly added to the well-dispersed Al (NO 3 ) solution at 60 ° C. for 5 hours. Thereafter, the substrate was washed and dried in an oven at 120 캜 for 12 hours or more. Then, 400 ℃, to a heat treatment in a nitrogen atmosphere for 5 hours or more 1.0 wt% metalloid fluoride (AlF 3) is to obtain a coated positive electrode active material.
④ 전지특성 평가④ Evaluation of battery characteristics
실시예 1과 동일하게 전지를 제작하고 평가하여 그 결과를 다음 표 1 및 표 2에 나타내었다.A battery was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1, and the results are shown in Tables 1 and 2 below.
(실시예5)(Example 5)
① 전구체 합성① precursor synthesis
실시예 1과 동일하게 합성했다.Was synthesized in the same manner as in Example 1.
② 리튬 망간 과량의 복합산화물 합성② Synthesis of complex oxide of lithium manganese excess
실시예 4와 동일하게 합성했다.Was synthesized in the same manner as in Example 4.
③ 메탈로이드 플루오라이드 코팅 양극 활물질 분말 합성 ③ Metaloid Fluoride Coating Cathode Active Material Powder Synthesis
코팅하려고 하는 함량 (1.0 wt% AlF3 코팅)에 맞춰 알루미늄 질화물 (Al(NO3))을 에탄올 : DI = 20 : 1 용매에 녹인 후 상기 ②에서 합성한 복합산화물 분말을 넣고 잘 분산시켰다. 복합산화물을 잘 분산시킨 Al(NO3) 용액에 화학당량비에 맞춰 동일한 용액에 녹인 NH4F 용액을 천천히 넣어주면서 60 ℃에서 5시간 정도 반응시켰다. 그 후, 세정하고 120 ℃ 오븐에서 12시간 이상 건조하였다. 그 후, 400℃, 질소 분위기 하에서 5시간 이상 열처리를 하여 1.0 wt% 메탈로이드 플루오라이드 (AlF3)가 코팅된 양극 활물질을 얻었다.Aluminum nitride (Al (NO 3 )) was dissolved in a solvent of ethanol: DI = 20: 1 in accordance with the content to be coated (1.0 wt% AlF 3 coating), and the composite oxide powder synthesized in ② was added and dispersed well. The NH 4 F solution dissolved in the same solution was slowly added to the well-dispersed Al (NO 3 ) solution at 60 ° C. for 5 hours. Thereafter, the substrate was washed and dried in an oven at 120 캜 for 12 hours or more. Then, 400 ℃, to a heat treatment in a nitrogen atmosphere for 5 hours or more 1.0 wt% metalloid fluoride (AlF 3) is to obtain a coated positive electrode active material.
④ 전지특성 평가④ Evaluation of battery characteristics
실시예 1과 동일하게 전지를 제작하고 평가하여 그 결과를 다음 표 1에 나타내었다.A battery was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1, and the results are shown in Table 1 below.
(비교예1)(Comparative Example 1)
① 전구체 합성① precursor synthesis
실시예 1과 동일하게 합성했다.Was synthesized in the same manner as in Example 1.
② 리튬 망간 과량의 복합산화물 합성② Synthesis of complex oxide of lithium manganese excess
실시예 4와 동일하게 합성했다.Was synthesized in the same manner as in Example 4.
③ 메탈로이드 플루오라이드 코팅 양극 활물질 분말 합성 ③ Metaloid Fluoride Coating Cathode Active Material Powder Synthesis
코팅하려고 하는 함량 (1.0 wt% AlF3 코팅)에 맞춰 알루미늄 질화물 (Al(NO3))을 물에 녹인 후 상기 ②에서 합성한 복합산화물 분말을 넣고 잘 분산시켰다. 복합산화물을 잘 분산시킨 Al(NO3) 용액에 화학당량비에 맞춰 동일한 용액에 녹인 NH4F 용액을 천천히 넣어주면서 60 ℃에서 5시간 정도 반응시켰다. 그 후, 세정하고 120 ℃ 오븐에서 12시간 이상 건조하였다. 그 후, 400℃, 질소 분위기 하에서 5시간 이상 열처리를 하여 1.0 wt% 메탈로이드 플루오라이드 (AlF3)가 코팅된 양극 활물질을 얻었다.Aluminum nitride (Al (NO 3 )) was dissolved in water in accordance with the content to be coated (1.0 wt% AlF 3 coating), and the composite oxide powder synthesized in ② was added and dispersed well. The NH 4 F solution dissolved in the same solution was slowly added to the well-dispersed Al (NO 3 ) solution at 60 ° C. for 5 hours. Thereafter, the substrate was washed and dried in an oven at 120 캜 for 12 hours or more. Then, 400 ℃, to a heat treatment in a nitrogen atmosphere for 5 hours or more 1.0 wt% metalloid fluoride (AlF 3) is to obtain a coated positive electrode active material.
④ 전지특성 평가④ Evaluation of battery characteristics
실시예 1과 동일하게 전지를 제작하고 평가하여 그 결과를 다음 표 1 및 표 2에 나타내었다.A battery was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1, and the results are shown in Tables 1 and 2 below.
(비교예2)(Comparative Example 2)
① 전구체 합성① precursor synthesis
실시예 1과 동일하게 합성했다.Was synthesized in the same manner as in Example 1.
② 리튬 망간 과량의 복합산화물 합성② Synthesis of complex oxide of lithium manganese excess
실시예 4와 동일하게 합성했다.Was synthesized in the same manner as in Example 4.
③ 메탈로이드 플루오라이드 코팅 양극 활물질 분말 합성 ③ Metaloid Fluoride Coating Cathode Active Material Powder Synthesis
코팅하려고 하는 함량 (1.0 wt% AlF3 코팅)에 맞춰 알루미늄 질화물 (Al(NO3))을 에탄올 : DI = 20 : 5 용매에 녹인 후 상기 ②에서 합성한 복합산화물 분말을 넣고 잘 분산시켰다. 복합산화물을 잘 분산시킨 Al(NO3) 용액에 화학당량비에 맞춰 동일한 용액에 녹인 NH4F 용액을 천천히 넣어주면서 60 ℃에서 5시간 정도 반응시켰다. 그 후, 세정하고 120 ℃ 오븐에서 12시간 이상 건조하였다. 그 후, 400℃, 질소 분위기 하에서 5시간 이상 열처리를 하여 1.0 wt% 메탈로이드 플루오라이드 (AlF3)가 코팅된 양극 활물질을 얻었다.Aluminum nitride (Al (NO 3 )) was dissolved in a solvent of ethanol: DI = 20: 5 in accordance with the content to be coated (1.0 wt% AlF 3 coating), and the composite oxide powder synthesized in ② was added and dispersed well. The NH 4 F solution dissolved in the same solution was slowly added to the well-dispersed Al (NO 3 ) solution at 60 ° C. for 5 hours. Thereafter, the substrate was washed and dried in an oven at 120 캜 for 12 hours or more. Then, 400 ℃, to a heat treatment in a nitrogen atmosphere for 5 hours or more 1.0 wt% metalloid fluoride (AlF 3) is to obtain a coated positive electrode active material.
④ 전지특성 평가④ Evaluation of battery characteristics
실시예 1과 동일하게 전지를 제작하고 평가하여 그 결과를 다음 표 1 및 표 2에 나타내었다.A battery was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1, and the results are shown in Tables 1 and 2 below.
(비교예3)(Comparative Example 3)
① 전구체 합성① precursor synthesis
실시예 1과 동일하게 합성했다.Was synthesized in the same manner as in Example 1.
② 리튬 망간 과량의 복합산화물 합성② Synthesis of complex oxide of lithium manganese excess
실시예 1과 동일하게 합성했다.Was synthesized in the same manner as in Example 1.
③ 메탈로이드 플루오라이드 코팅 양극 활물질 분말 합성 ③ Metaloid Fluoride Coating Cathode Active Material Powder Synthesis
코팅하려고 하는 함량 (0.1 wt% AlF3 코팅)에 맞춰 알루미늄 질화물 (Al(NO3))을 에탄올 : DI = 20 : 1 용매에 녹인 후 상기 ②에서 합성한 복합산화물 분말을 넣고 잘 분산시켰다. 복합산화물을 잘 분산시킨 Al(NO3) 용액에 화학당량비에 맞춰 동일한 용액에 녹인 NH4F 용액을 천천히 넣어주면서 60 ℃에서 5시간 정도 반응시켰다. 그 후, 세정하고 120 ℃ 오븐에서 12시간 이상 건조하였다. 그 후, 400℃, 질소 분위기 하에서 5시간 이상 열처리를 하여 0.1 wt% 메탈로이드 플루오라이드 (AlF3)가 코팅된 양극 활물질을 얻었다.Aluminum nitride (Al (NO 3 )) was dissolved in a solvent of ethanol: DI = 20: 1 in accordance with the content to be coated (0.1 wt% AlF 3 coating), and the composite oxide powder synthesized in ② was added and well dispersed. The NH 4 F solution dissolved in the same solution was slowly added to the well-dispersed Al (NO 3 ) solution at 60 ° C. for 5 hours. Thereafter, the substrate was washed and dried in an oven at 120 캜 for 12 hours or more. Thereafter, a heat treatment for 5 hours or more under 400 ℃, a nitrogen atmosphere, 0.1 wt% metalloid fluoride (AlF 3) is to obtain a coated positive electrode active material.
④ 전지특성 평가④ Evaluation of battery characteristics
실시예 1과 동일하게 전지를 제작하고 평가하여 그 결과를 다음 표 1 및 표 2에 나타내었다.A battery was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1, and the results are shown in Tables 1 and 2 below.
(비교예4)(Comparative Example 4)
① 전구체 합성① precursor synthesis
실시예 1과 동일하게 합성했다.Was synthesized in the same manner as in Example 1.
② 리튬 망간 과량의 복합산화물 합성② Synthesis of complex oxide of lithium manganese excess
실시예 1과 동일하게 합성했다.Was synthesized in the same manner as in Example 1.
③ 메탈로이드 플루오라이드 코팅 양극 활물질 분말 합성 ③ Metaloid Fluoride Coating Cathode Active Material Powder Synthesis
코팅하려고 하는 함량 (3.0 wt% AlF3 코팅)에 맞춰 알루미늄 질화물 (Al(NO3))을 에탄올 : DI = 20 : 1 용매에 녹인 후 상기 ②에서 합성한 복합산화물 분말을 넣고 잘 분산시켰다. 복합산화물을 잘 분산시킨 Al(NO3) 용액에 화학당량비에 맞춰 동일한 용액에 녹인 NH4F 용액을 천천히 넣어주면서 60 ℃에서 5시간 정도 반응시켰다. 그 후, 세정하고 120 ℃ 오븐에서 12시간 이상 건조하였다. 그 후, 400℃, 질소 분위기 하에서 5시간 이상 열처리를 하여 3.0 wt% 메탈로이드 플루오라이드 (AlF3)가 코팅된 양극 활물질을 얻었다.Aluminum nitride (Al (NO 3 )) was dissolved in a solvent of ethanol: DI = 20: 1 in accordance with the content to be coated (3.0 wt% AlF 3 coating), and the composite oxide powder synthesized in ② was added and dispersed well. The NH 4 F solution dissolved in the same solution was slowly added to the well-dispersed Al (NO 3 ) solution at 60 ° C. for 5 hours. Thereafter, the substrate was washed and dried in an oven at 120 캜 for 12 hours or more. Then, 400 ℃, to a heat treatment in a nitrogen atmosphere for 5 hours or more 3.0 wt% metalloid fluoride (AlF 3) is to obtain a coated positive electrode active material.
④ 전지특성 평가④ Evaluation of battery characteristics
실시예 1과 동일하게 전지를 제작하고 평가하여 그 결과를 다음 표 1에 나타내었다.A battery was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1, and the results are shown in Table 1 below.
코팅함량 (wt%)AlF3
Coating content (wt%)
함유율 (%)DI
Content (%)
충전용량
(mAh/g)1st
Charging capacity
(mAh / g)
방전용량
(mAh/g)1st
Discharge capacity
(mAh / g)
(%,
방전/충전
용량)Initial efficiency
(%,
Discharge / charge
Volume)
(%,
3C/0.3C용량)Rate characteristic
(%,
3C / 0.3C capacity)
용량유지율 (%)After 41 cycles
Capacity retention rate (%)
코팅함량 (wt%)AlF3
Coating content (wt%)
함유율 (%)DI
Content (%)
충전용량
(mAh/g)△ 1st
Charging capacity
(mAh / g)
방전용량
(mAh/g)△ 1st
Discharge capacity
(mAh / g)
(%,
방전/충전
용량)△ Initial efficiency
(%,
Discharge / charge
Volume)
(%,
3C/0.3C용량)△ rate characteristic
(%,
3C / 0.3C capacity)
용량유지율 (%)After 41 cycles
Capacity retention rate (%)
수분 함량 (DI 함유율) 10% 이하의 유기 용제에서 AlF3를 코팅한 실시예 1 내지 5에서는 초기 효율 (충전용량 대비 방전용량 비율; %), 율 특성, 수명 특성 (41싸이클 후 용량 유지율; %)의 향상과 더불어, 방전 용량 증가 효과가 나타났다.In Examples 1 to 5 in which AlF 3 was coated with an organic solvent having a water content (DI content) of 10% or less, the initial efficiency (discharge capacity ratio versus charge capacity ratio), rate characteristics, life characteristics (post- ) And the discharge capacity increase effect.
비교예 1 및 2에서 확인할 수 있듯이, AlF3를 물 함량이 10% 이상인 용매에서 합성 코팅한 경우에도 코팅을 하지 않은 경우와 비교하여 초기 효율, 율 특성, 수명 특성이 향상되었으나, 물 함량 10% 이상의 용매에서 합성 시 Li 이온 용출에 따른 용량 감소 현상이 발생하였다.As can be seen in Comparative Examples 1 and 2, when AlF 3 was synthetically coated in a solvent having a water content of 10% or more, the initial efficiency, rate characteristics and lifetime characteristics were improved, The capacity decrease due to the elution of Li ions occurred.
한편, AlF3 코팅 함량이 증가할수록 코팅 효과도 증가하나, 비교예 4와 같이 AlF3 2.0 wt% 이상일 때에는 양극 활물질의 함량 감소에 따라 용량 감소가 커졌다.On the other hand, as the content of the AlF 3 coating increases, the coating effect increases. However, as in Comparative Example 4, when the content of the cathode active material is more than 2.0 wt% of AlF 3 ,
또한, 비교예 3과 같이 AlF3 코팅 함량이 0.3 wt% 이하일 경우 코팅 효과가 미미하였다.Also, as in Comparative Example 3, when the content of AlF 3 coating was 0.3 wt% or less, the coating effect was insignificant.
Claims (15)
수분 함량 10% 이하의 유기 용제에 금속염과, 암모늄플루오라이드와, 상기 복합산화물을 첨가하여 혼합물을 형성하는 혼합 단계; 및
상기 혼합물을 비활성 분위기 하에서 열처리하여 상기 복합산화물의 표면에 메탈로이드 플루오라이드(metalloid fluoride)를 코팅하는 열처리 단계;
를 포함하는 양극 활물질의 제조방법.Formula Li [Li xz (Ni a Co b Mn c) 1-x] O 2 ( where, a + b + c = 1 , 0.05 ≤ x ≤ 0.33, 0 <z ≤ 0.05) or the formula Li [Li xz (Ni a Co b Mn c ) 1-x ] O 2-y F y where a + b + c = 1, 0.05 ≦ x ≦ 0.33, 0 <y ≦ 0.08, 0 <z ≦ 0.05) A production step of producing an excess amount of the layered composite oxide;
A mixing step of adding a metal salt, ammonium fluoride and the above-mentioned complex oxide to an organic solvent having a moisture content of 10% or less to form a mixture; And
A heat treatment step of heat-treating the mixture under an inert atmosphere to coat a surface of the composite oxide with a metalloid fluoride;
And the cathode active material.
상기 복합산화물 내의 단사정 (monoclinic) Li2MnO3 영역의 리튬이 코팅층을 형성하는 상기 메탈로이드 플루오라이드와 반응하여 리튬-금속-플루오라이드(Li-M-F) 복합체를 형성하는 단계; 및
상기 단사정 Li2MnO3 영역의 일부의 Li2MnO3가 큐빅 스피넬 (cubic spinel) 구조의 LiMn2O4로 변화되는 단계;
를 추가로 포함하는 양극 활물질의 제조방법.The method according to claim 1,
Reacting the monoclinic Li 2 MnO 3 region lithium in the complex oxide with the metaloid fluoride forming a coating layer to form a lithium-metal-fluoride (Li-MF) complex; And
Changing a part of the Li 2 MnO 3 of the monoclinic Li 2 MnO 3 region to LiMn 2 O 4 having a cubic spinel structure;
Wherein the positive electrode active material further comprises a negative electrode active material.
상기 복합산화물은 능면정(rhombohedral) LiMO2(여기서 M은 Ni, Co 및 Mn)와, 단사정Li2MnO3를 포함하는 양극 활물질의 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the composite oxide contains rhombohedral LiMO 2 (where M is Ni, Co and Mn) and mono-crystalline Li 2 MnO 3 .
상기 메탈로이드 플루오라이드는 AlF3, MgF2, CoF3, NaF 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 1종인 것인 양극 활물질의 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the metal fluoride fluoride is one selected from the group consisting of AlF 3 , MgF 2 , CoF 3 , NaF, and mixtures thereof.
상기 복합산화물의 평균 입경은 3 ~ 5 ㎛인 양극 활물질의 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the composite oxide has an average particle size of 3 to 5 占 퐉.
코팅된 상기 메탈로이드 플루오라이드의 함량은 상기 양극 활물질에 대하여 0.3 ~ 2.0 wt%인 양극 활물질의 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the amount of the metalloid fluoride coated is 0.3 to 2.0 wt% with respect to the cathode active material.
상기 유기 용제는 알코올계 유기 용제인 양극 활물질의 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the organic solvent is an alcohol-based organic solvent.
상기 유기 용제는 수분 함량 5% 이하의 알코올계 유기 용제인 양극 활물질의 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the organic solvent is an alcohol-based organic solvent having a water content of 5% or less.
상기 열처리 단계는 300 ~ 600 ℃ 온도 범위에서 3 ~ 10시간 이루어지는 양극 활물질의 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the heat treatment is performed at a temperature ranging from 300 to 600 ° C. for 3 to 10 hours.
상기 금속염은 금속 알콕사이드, 금속 질산염, 금속 황산염 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 1종인 것인 양극 활물질의 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the metal salt is one selected from the group consisting of a metal alkoxide, a metal nitrate, a metal sulfate, and a mixture thereof.
상기 복합산화물과 상기 메탈로이드 플루오라이드 코팅층 사이에 상기 복합산화물 내의 층상구조의 리튬 망간 산화물의 일부가 변화되어 형성된 큐빅 스피넬 구조의 리튬 망간 산화물을 포함하는 양극 활물질.12. The method of claim 11,
And a lithium manganese oxide having a cubic spinel structure in which a part of the lithium manganese oxide in the layered structure in the complex oxide is changed between the composite oxide and the metaloid fluoride coating layer.
상기 양극 활물질의 비표면적은 2 ~ 6 m2/g인 양극 활물질.12. The method of claim 11,
Wherein the positive electrode active material has a specific surface area of 2 to 6 m 2 / g.
코팅된 상기 메탈로이드 플루오라이드의 두께가 3 ~ 20nm인 양극 활물질.12. The method of claim 11,
Wherein the coated metaloid fluoride has a thickness of 3 to 20 nm.
음극 활물질을 포함하는 음극; 및
상기 양극과 상기 음극 사이에 존재하는 전해질;
을 포함하는 리튬 이차 전지.A cathode comprising the cathode active material of claim 11;
A negative electrode comprising a negative electrode active material; And
An electrolyte existing between the anode and the cathode;
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Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20080099132A (en) * | 2007-05-07 | 2008-11-12 | 한양대학교 산학협력단 | Method of preparing positive active material for lithium secondary battery, positive active material for lithium secondary battery prepared by same, and lithium secondary battery including positive active material |
KR20090078128A (en) * | 2008-01-14 | 2009-07-17 | 한양대학교 산학협력단 | Cathode active material for lithium secondary battery, method for preparing the same, and lithium secondary battery comprising the same |
-
2012
- 2012-11-06 KR KR1020120124970A patent/KR101449807B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20080099132A (en) * | 2007-05-07 | 2008-11-12 | 한양대학교 산학협력단 | Method of preparing positive active material for lithium secondary battery, positive active material for lithium secondary battery prepared by same, and lithium secondary battery including positive active material |
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