KR101498797B1 - Negative Electrode Material for Sodium-Ion Batteries and Sodium-Ion Battery Having the Same - Google Patents

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Abstract

나트륨 이차 전지용 음극 재료 및 이를 포함하는 나트륨 이차전지를 제공한다. 음극 재료는 아나타제 상을 갖는 TiO2인 음극활물질과 상기 음극활물질의 표면상에 코팅된 탄소층을 구비한다.A negative electrode material for a sodium secondary battery and a sodium secondary battery comprising the same are provided. The negative electrode material comprises a negative active material of TiO 2 having an anatase phase and a carbon layer coated on the surface of the negative active material.

Description

나트륨 이차전지용 음극 재료 및 이를 포함하는 나트륨 이차전지 {Negative Electrode Material for Sodium-Ion Batteries and Sodium-Ion Battery Having the Same}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a negative electrode material for a sodium secondary battery and a sodium secondary battery comprising the same. ≪

본 발명은 이차전지에 관한 것으로 구체적으로는 나트륨 이차전지에 관한 것이다.The present invention relates to a secondary battery, and more particularly, to a sodium secondary battery.

이차전지는 방전뿐 아니라 충전이 가능하여 반복적으로 사용할 수 있는 전지를 말한다. 이차전지 중 대표적인 리튬 이차전지는 양극활물질에 포함된 리튬이온이 전해질을 거쳐 음극으로 이동한 후 음극활물질의 층상 구조 내로 삽입되며(충전), 이 후 음극활물질의 층상 구조 내로 삽입되었던 리튬 이온이 다시 양극으로 되돌아가는(방전) 원리를 통해 작동한다. 이러한 리튬 이차전지는 현재 상용화되어 휴대전화, 노트북 컴퓨터 등의 소형 전원으로 사용되고 있으며, 하이브리드 자동차 등의 대형 전원으로도 사용가능할 것으로 예측되고 있어, 그 수요가 증대될 것으로 예상된다.The secondary battery refers to a battery that can be charged repeatedly as well as discharged. In a typical lithium secondary battery of the secondary battery, lithium ions contained in the positive electrode active material are transferred to the negative electrode through the electrolyte and then inserted (filled) into the layered structure of the negative electrode active material. Then, lithium ions, which have been inserted into the layered structure of the negative electrode active material, It works through the principle of returning to the anode (discharging). Such a lithium secondary battery is currently commercialized and is being used as a small power source for a cellular phone, a notebook computer, and the like, and it is expected that the lithium secondary battery will also be usable as a large power source such as a hybrid car, and the demand is expected to increase.

그러나, 리튬 이차전지는 리튬 등의 희소금속원소를 사용하고 있어, 수요증대에 부응하지 못할 염려가 있다. 이에 따라, 공급량이 풍부고 값싼 나트륨을 사용하는 나트륨 이차전지에 대한 연구가 진행되고 있다.However, since the lithium secondary battery uses a rare metal element such as lithium, there is a possibility that it can not meet the demand increase. Accordingly, research is being conducted on a sodium secondary battery using sodium supplied in a rich and inexpensive manner.

나트륨 이차전지에서도 리튬 이차전지에서와 마찬가지로 흑연과 같은 탄소재료를 음극활물질로 사용하고 있다. 그러나, 이러한 탄소재료는 리튬 이온에 비해 큰 나트륨 이온의 삽입 또는 탈삽입이 어려워, 나트륨 이차전지에서 음극활물질로 사용되기에는 부족한 면이 있다. 따라서, 나트륨 이차전지에 적합한 음극활물질에 대한 연구가 진행되고 있다(대한민국 공개특허 제2010-0113479호 참고).In a sodium secondary battery, a carbon material such as graphite is used as an anode active material as in a lithium secondary battery. However, such a carbon material is difficult to insert or insert large sodium ions in comparison with lithium ions, and is insufficient to be used as a negative electrode active material in a sodium secondary battery. Accordingly, studies on a negative electrode active material suitable for a sodium secondary battery are underway (see Korean Patent Publication No. 2010-0113479).

그러나, 현재까지 개발된 나트륨 이차전지의 음극 재료들은 여전히 방전용량유지율 및 속도특성 개선이 필요한 것으로 알려져 있다.However, it is known that the negative electrode materials of the sodium secondary battery developed so far still need to improve the discharge capacity retention rate and the speed characteristic.

따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 방전용량유지특성 및 속도특성이 개선된 나트륨 이차전지용 음극재료 및 이를 포함하는 나트륨 이차전지를 제공함에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a negative electrode material for a sodium secondary battery and a sodium secondary battery including the negative electrode material.

상기 과제를 이루기 위하여 본 발명의 일 측면은 나트륨 이차 전지용 음극 재료를 제공한다. 상기 음극 재료는 아나타제 상을 갖는 TiO2인 음극활물질과 상기 음극활물질의 표면 상에 코팅된 탄소층을 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an anode material for a sodium secondary battery. The negative electrode material includes a negative active material which is TiO 2 having an anatase phase and a carbon layer coated on the surface of the negative active material.

상기 음극활물질은 TiO2 나노와이어일 수 있고, 상기 탄소층은 0.1 내지 100 nm 의 두께를 가질 수 있다.The negative electrode active material may be TiO 2 nanowire, and the carbon layer may be 0.1 to 100 nm . ≪ / RTI >

상기 과제를 이루기 위하여 본 발명의 일 측면은 나트륨 이차 전지용 음극 재료 제조방법을 제공한다. 먼저, 티타늄 화합물을 재료로 수열합성법을 사용하여 아나타제상을 갖는 TiO2를 형성한다. TiO2와 탄소전구체의 혼합물을 환원성 분위기에서 열처리하여 TiO2 상에 탄소층을 코팅한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a negative electrode material for a sodium secondary battery. First, TiO 2 having an anatase phase is formed by hydrothermal synthesis using a titanium compound as a material. A mixture of TiO 2 and the carbon precursor is heat treated in a reducing atmosphere to coat the carbon layer on the TiO 2 .

상기 탄소전구체는 피치(pitch)일 수 있다. 상기 열처리는 약 200 내지 1200도 에서 수행할 수 있다.The carbon precursor may be a pitch. The heat treatment may be performed at a temperature of about 200 to 1200 degrees . ≪ / RTI >

상기 TiO2는, 티타늄 화합물과 나트륨 화합물을 재료로 수열합성법을 실시하여 Na2Ti3O7를 형성하고, Na2Ti3O7를 양성자성 용매에 분산시켜 Na를 H로 이온교환하여 H2Ti3O7를 형성한 후, H2Ti3O7를 열처리하여 형성할 수 있다.The TiO 2 is subjected to a hydrothermal synthesis method of a material the titanium compound and the sodium Na 2 Ti 3 O forms a 7, Na 2 Ti 3 O by dispersing 7 in a protic solvent by ion exchange of Na by H H 2 Ti 3 O 7 , and then heat-treating H 2 Ti 3 O 7 .

상기 과제를 이루기 위하여 본 발명의 일 측면은 나트륨 이차 전지를 제공한다. 나트륨 이차 전지는 아나타제상을 갖는 TiO2인 음극활물질 및 이의 표면상에 코팅된 탄소층을 함유하는 음극 재료를 포함하는 음극과 Na를 함유하는 복합금속산화물을 함유하는 양극을 구비한다. 상기 양극과 상기 음극 사이에 전해질이 배치된다. 상기 TiO2는 나노와이어의 형태를 가질 수 있다. 상기 음극활물질의 표면 상에 코팅된 탄소층은 0.1 내지 100nm 의 두께를 가질 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a sodium secondary battery. The sodium secondary battery comprises a negative electrode containing a negative electrode containing a negative electrode material containing a negative electrode active material TiO 2 having an anatase phase and a carbon layer coated on the surface thereof, and a positive electrode containing a complex metal oxide containing Na. An electrolyte is disposed between the anode and the cathode. The TiO 2 may have the form of nanowires. The carbon layer coated on the surface of the negative electrode active material may have a thickness of 0.1 to 100 nm.

본 발명에 따르면, 충방전 과정에서 안정한 결정구조를 유지할 수 있는 음극활물질을 사용하고 또한 이 음극활물질의 표면상에 탄소층을 균일하게 코팅함으로써, 음극활물질의 결정구조를 더욱 안정화시킴과 동시에 전도성을 향상시킬 수 있다. 그 결과, 이차 전지의 방전용량 유지특성 및 속도 특성이 개선될 수 있다.According to the present invention, by using a negative electrode active material capable of maintaining a stable crystal structure during charging and discharging and uniformly coating a carbon layer on the surface of the negative active material, the crystal structure of the negative electrode active material is further stabilized, Can be improved. As a result, the discharge capacity holding characteristic and the speed characteristic of the secondary battery can be improved.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 음극을 제조하는 방법을 나타낸 플로우챠트이다.
도 2는 제조예 2에 따른 탄소코팅된 TiO2 나노와이어와 제조예 1에 따른 TiO2 나노와이어의 XRD 분석결과를 나타낸 그래프이다.
도 3a 및 도 3b는 제조예 2에 따른 탄소코팅된 TiO2 나노와이어와 제조예 1에 따른 TiO2 나노와이어를 각각 촬영한 사진들이다.
도 4a 및 도 4b는 제조예 2에 따른 탄소코팅된 TiO2 나노와이어와 제조예 1에 따른 TiO2 나노와이어를 각각 촬영한 SEM 사진들이다.
도 5a 및 도 5b는 제조예 2에 따른 탄소코팅된 TiO2 나노와이어와 제조예 1에 따른 TiO2 나노와이어를 각각 촬영한 TEM 사진들이다.
도 6a 및 도 6b는 제조예 4에 따른 반전지와 제조예 3에 따른 반전지의 충방전 특성을 각각 나타낸 그래프들이다.
도 7a 및 도 7b는 제조예 4에 따른 반전지와 제조예 3에 따른 반전지의 율(rate) 특성을 각각 나타낸 그래프들이다.
1 is a flow chart illustrating a method of manufacturing a cathode according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a graph showing the XRD analysis results of the TiO 2 nano-wires in accordance with the TiO 2 nano-wire as in Preparation Example 1, the carbon coating in accordance with Preparation 2.
3a and 3b are photographs taken of TiO 2 nano-wires in accordance with the TiO 2 nano-wire as in Preparation Example 1, the carbon coating in accordance with Preparation Example 2, respectively.
Figures 4a and 4b are SEM photographs taken of TiO 2 nano-wires in accordance with the TiO 2 nano-wire as in Preparation Example 1, the carbon coating in accordance with Preparation Example 2, respectively.
Figures 5a and 5b are a TEM image taken the TiO 2 nano-wires in accordance with the TiO 2 nano-wire as in Preparation Example 1, the carbon coating in accordance with Preparation Example 2, respectively.
6A and 6B are graphs showing charging and discharging characteristics of a half-cell according to Production Example 4 and a half-cell according to Production Example 3, respectively.
FIGS. 7A and 7B are graphs showing the rate characteristics of the reversal paper according to Production Example 4 and the reversal paper according to Production Example 3, respectively.

이하, 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein but may be embodied in other forms. Like reference numerals designate like elements throughout the specification.

본 명세서에서, 어떤 층이 다른 층 "상"에 위치한다고 함은 이들 층들이 직접적으로 접해있는 것 뿐 아니라 이들 층들 사이에 또 다른 층(들)이 위치하는 것을 의미한다.
In this specification, the term " on top of another layer " means that not only these layers are directly in contact but also another layer (s) is located between these layers.

본 발명의 일 실시예에 따른 나트륨 이차전지는 나트륨이 삽입 및 탈삽입될 수 있는 음극활물질과 이의 표면상에 코팅된 탄소층을 포함하는 음극재료를 함유하는 음극, 양극활물질을 함유하는 양극, 및 이들 사이에 위치하는 전해질을 구비한다.
A sodium secondary battery according to an embodiment of the present invention includes a negative electrode containing a negative electrode material containing a negative electrode active material to which sodium can be inserted and to be inserted and a carbon layer coated on the surface of the negative electrode active material, And an electrolyte positioned therebetween.

<음극><Cathode>

본 발명의 일 실시예에 따른 음극활물질은 TiO2일 수 있다. TiO2는 아나타제 상일 수 있다. TiO2는 자원이 풍부하여 원가가 낮고 무독성이며 음극활물질로 활용시 높은 용량과 낮은 작동전압을 구현할 수 있다. 이러한 TiO2의 여러 상들(Brookite, Rutile, Anatase, TiO2(B))중 아나타제 상은 리튬 이온이 반복적인 삽입/탈리되는 경우에도 안정적인 구조를 계속 유지할 수 있다.The negative electrode active material according to an embodiment of the present invention may be TiO 2 . TiO 2 may be anatase. TiO 2 is abundant in resources, low cost and non-toxic, and can achieve high capacity and low operating voltage when used as an anode active material. Among these various phases of TiO 2 (Brookite, Rutile, Anatase, TiO 2 (B)), the anatase phase can maintain a stable structure even when lithium ions are repeatedly inserted / removed.

TiO2는 나노와이어의 형태를 가질 수 있는데, TiO2 나노와이어는 다른 입자 형태를 갖는 TiO2에 비해 전해질과의 접촉 비표면적이 커서 나트륨 이온의 확산 속도가 향상될 수 있다. 본 발명에서 나노와이어는 직경이 나노미터 스케일을 가지며, 직경에 비해 길이가 긴 형태를 갖는다. 따라서, 나노와이어에는 나노로드 및 나노튜브도 포함될 수 있다.TiO 2 can have the form of nanowires, TiO 2 The nanowire has a larger contact surface area with the electrolyte than TiO 2 having other particle shapes, so that the diffusion rate of sodium ions can be improved. In the present invention, the nanowire has a nanometer scale in diameter and a length longer than the diameter. Thus, nanowires may also include nanorods and nanotubes.

상기 TiO2 나노와이어 상에 균일하게 코팅된 탄소층이 위치한다. 이 경우, 전기전도도가 더욱 향상될 수 있어 급속 충방전 특성이 향상될 수 있다. 탄소층은 약 0.1 내지 100nm 의 균일한 두께를 가질 수 있다.
A uniformly coated carbon layer is placed on the TiO 2 nanowire. In this case, the electric conductivity can be further improved and the rapid charge / discharge characteristics can be improved. The carbon layer may have a thickness of about 0.1 to 100 nm As shown in FIG.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 음극을 제조하는 방법을 나타낸 플로우챠트이다. 1 is a flow chart illustrating a method of manufacturing a cathode according to an embodiment of the present invention.

먼저, 티타늄 화합물을 재료로 수열합성법을 사용하여 아나타제상 TiO2 나노와이어를 형성한다(S1). 구체적으로, 티타늄 화합물과 나트륨 화합물을 재료로 수열합성법을 사용하여 Na2Ti3O7 나노와이어를 형성한 후, 이를 염산 등의 양성자성 용매에 분산시켜 Na를 H로 이온교환 한다. 그 결과, H2Ti3O7 나노와이어를 형성한다. H2Ti3O7 나노와이어를 공기 중에서 열처리하여 아나타제 상 TiO2 나노와이어를 형성한다. 수열합성은 약 160 내지 190도의 온도에서 10 내지 96시간 실시할 수 있다. First, anatase phase TiO 2 nanowire is formed using a titanium compound as a material by hydrothermal synthesis (S1). Specifically, a Na 2 Ti 3 O 7 nanowire is formed by a hydrothermal synthesis method using a titanium compound and a sodium compound as a material, and the Na 2 Ti 3 O 7 nanowire is dispersed in a protonic solvent such as hydrochloric acid, and Na is ion-exchanged with H 2. As a result, H 2 Ti 3 O 7 nanowires are formed. H 2 Ti 3 O 7 nanowires are annealed in air to form anatase TiO 2 nanowires. The hydrothermal synthesis can be carried out at a temperature of about 160 to 190 degrees for 10 to 96 hours.

이 때, 티타늄 화합물은 티타늄 염, 티타늄 산화물, 또는 티타늄 수산화물일 수 있고, 나트륨 화합물은 나트륨 염 또는 나트륨 수산화물일 수 있다.At this time, the titanium compound may be a titanium salt, a titanium oxide, or a titanium hydroxide, and the sodium compound may be a sodium salt or a sodium hydroxide.

TiO2 나노와이어, 탄소전구체, 및 유기용매를 섞은 후, 환원성 분위기에서 열처리하여, 탄소층이 코팅된 TiO2 나노와이어를 얻는다(S2). 구체적으로, 탄소전구체를 약 0.001 내지 50wt%로 함유하는 유기용매 내에 음극활물질인 TiO2 나노와이어를 넣을 수 있다. 탄소전구체는 피치, 또는 탄화수소계 물질 예를 들어, 폴리아크릴산(polyacrylic acid), 폴리비닐 피롤리돈(polyvinyl pyrrolidone), 아스코르브산(ascorbic acid), 카르복실산(carboxylic acid), 아디프산(adipic acid), 말산(malic acid), 시트르산(citric acid), 아세트산(acetic acid), 글루코오스(glucose), 또는 수크로오스(sucrose)일 수 있다. 환원성 분위기는 불활성 기체 분위기 또는 수소 분위기일 수 있다. 또한, 열처리 온도는 약 200 내지 1200도, 구체적으로 약 600 내지 800도일 수 있다. 유기용매는 NMP(N-methyl-2-pyrrolidone)일 수 있다. TiO 2 nanowire, carbon precursor, and organic solvent are mixed and heat treatment is performed in a reducing atmosphere to obtain a carbon layer-coated TiO 2 nanowire (S 2). Specifically, a TiO 2 nanowire serving as a negative electrode active material may be contained in an organic solvent containing about 0.001 to 50 wt% of a carbon precursor. The carbon precursor may be a pitch or a hydrocarbon based material such as polyacrylic acid, polyvinyl pyrrolidone, ascorbic acid, carboxylic acid, adipic acid, acid, malic acid, citric acid, acetic acid, glucose, or sucrose. The reducing atmosphere may be an inert gas atmosphere or a hydrogen atmosphere. Further, the heat treatment temperature is About 200 to 1200 degrees, specifically about 600 to 800 degrees. The organic solvent may be NMP (N-methyl-2-pyrrolidone).

음극활물질을 형성하는 과정에서 금속산화물과 탄소재료를 섞어 탄소층이 코팅된 음극활물질을 얻을 수도 있다. 그러나, 이 경우 금속산화물이 반응하여 음극활물질의 결정상을 형성하는 과정에서 탄소재료가 존재함에 따라, 이 과정을 통해 형성된 음극활물질은 양호하지 않은 결정상을 가질 수 있다. 다시 말해서, 단일의 결정상을 가지기 어려울 수 있다. 또한, 음극활물질 상에 균일한 탄소층을 형성하기 어렵다. 그러나, 본 실시예에서는 (단일의) 결정상을 갖는 음극활물질을 미리 얻은 후 탄소층을 코팅함으로써, 음극활물질의 (단일의) 결정상을 양호한 상태로 유지함과 동시에 균일한 탄소층을 얻을 수 있다. In the process of forming the negative electrode active material, the negative electrode active material coated with the carbon layer may be obtained by mixing the metal oxide and the carbon material. However, in this case, as the carbon material reacts with the metal oxide to form a crystal phase of the negative electrode active material, the negative electrode active material formed through this process may have a poor crystalline phase. In other words, it may be difficult to have a single crystal phase. Further, it is difficult to form a uniform carbon layer on the negative electrode active material. However, in this embodiment, by obtaining the negative active material having a (single) crystal phase in advance and coating the carbon layer, a homogeneous carbon layer can be obtained while keeping the (single) crystal phase of the negative active material in a good state.

탄소층이 코팅된 TiO2 나노와이어, 도전재, 및 결합제를 혼합하여 음극재료를 얻을 수 있다(S3). 이 때, 도전재는 천연 흑연, 인조 흑연, 코크스류, 카본 블랙, 탄소 나노튜브, 그라핀 등의 탄소 재료일 수 있다. 결합제는 열가소성 수지 예를 들어, 폴리불화비닐리덴, 폴리테트라플루오로에틸렌, 사불화에틸렌, 불화비닐리덴계 공중합체, 육불화프로필렌 등의 불소 수지, 및/또는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀 수지를 포함할 수 있다.The anode material can be obtained by mixing the carbon layer-coated TiO 2 nanowire, the conductive material, and the binder (S3). At this time, the conductive material may be a carbon material such as natural graphite, artificial graphite, coke, carbon black, carbon nanotube, and graphene. The binder may be a thermoplastic resin such as polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, tetrafluoroethylene, vinylidene fluoride copolymer, fluorine resin such as propylene hexafluoride, and / or polyolefin resin such as polyethylene or polypropylene .

음극재료를 음극 집전체 상에 도포하여 음극을 형성할 수 있다(S4). 음극 집전체는 Al, Ni, 구리, 스테인레스 등의 도전체일 수 있다. 음극재료를 음극 집전체 상에 도포하는 것은 가압 성형, 또는 유기 용매등을 사용하여 페이스트를 만든 후 이 페이스트를 집전체 상에 도포하고 프레스하여 고착화하는 방법을 사용할 수 있다. 유기 용매는 N,N-디메틸아미노프로필아민, 디에틸트리아민 등의 아민계; 에틸렌옥시드, 테트라히드로푸란 등의 에테르계; 메틸에틸케톤 등의 케톤계; 아세트산메틸 등의 에스테르계; 디메틸아세트아미드, N-메틸-2-피롤리돈 등의 비양성자성 극성 용매 등일 수 있다. 페이스트를 음극 집전체 상에 도포하는 것은 예를 들면, 그라비아 코팅법, 슬릿다이 코팅법, 나이프 코팅법, 스프레이 코팅법을 사용하여 수행할 수 있다.
The negative electrode material may be coated on the negative electrode collector to form a negative electrode (S4). The negative electrode current collector may be a conductive material such as Al, Ni, copper, or stainless steel. The negative electrode material may be applied to the negative electrode current collector by press molding, or by making the paste using an organic solvent or the like, applying the paste onto the current collector, and pressing and fixing the paste. Examples of the organic solvent include amine-based solvents such as N, N-dimethylaminopropylamine and diethyltriamine; Ethers such as ethylene oxide and tetrahydrofuran; Ketone type such as methyl ethyl ketone; Esters such as methyl acetate; Aprotic polar solvent such as dimethylacetamide, N-methyl-2-pyrrolidone and the like. The paste may be applied on the negative electrode current collector by, for example, a gravure coating method, a slit die coating method, a knife coating method, or a spray coating method.

<양극><Anode>

양극활물질은 Na+의 삽입 및 탈리가 가능하고 높은 작동전압을 나타내는 금속산화물, 금속불화물, 금속산불화물, 금속 등을 사용하여 형성할 수 있다. 구체적으로, 양극활물질은 Na를 함유하는 복합금속산화물 일 예로서, NaFeO2, NaNiO2, NaCoO2, NaMnO2 일 수 있다.The cathode active material can be formed using a metal oxide, metal fluoride, metal oxyfluoride, metal, or the like, which is capable of intercalating and deintercalating Na + and exhibiting a high operating voltage. Specifically, the cathode active material may be NaFeO 2 , NaNiO 2 , NaCoO 2 , NaMnO 2 , for example, as a composite metal oxide containing Na.

양극활물질, 도전재, 및 결합제를 혼합하여 양극재료를 얻을 수 있다. 이 때, 도전재는 천연 흑연, 인조 흑연, 코크스류, 카본 블랙, 탄소 나노튜브, 그라핀 등의 탄소 재료일 수 있다. 결합제는 열가소성 수지 예를 들어, 폴리불화비닐리덴, 폴리테트라플루오로에틸렌, 사불화에틸렌, 불화비닐리덴계 공중합체, 육불화프로필렌 등의 불소 수지, 및/또는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀 수지를 포함할 수 있다.The positive electrode material can be obtained by mixing the positive electrode active material, the conductive material, and the binder. At this time, the conductive material may be a carbon material such as natural graphite, artificial graphite, coke, carbon black, carbon nanotube, and graphene. The binder may be a thermoplastic resin such as polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, tetrafluoroethylene, vinylidene fluoride copolymer, fluorine resin such as propylene hexafluoride, and / or polyolefin resin such as polyethylene or polypropylene .

양극재료를 양극 집전체 상에 도포하여 양극을 형성할 수 있다. 양극 집전체는 Al, Ni, 구리, 스테인레스 등의 도전체일 수 있다. 양극재료를 양극 집전체 상에 도포하는 것은 가압 성형, 또는 유기 용매등을 사용하여 페이스트를 만든 후 이 페이스트를 집전체 상에 도포하고 프레스하여 고착화하는 방법을 사용할 수 있다. 유기 용매는 N,N-디메틸아미노프로필아민, 디에틸트리아민 등의 아민계; 에틸렌옥시드, 테트라히드로푸란 등의 에테르계; 메틸에틸케톤 등의 케톤계; 아세트산메틸 등의 에스테르계; 디메틸아세트아미드, N-메틸-2-피롤리돈 등의 비양성자성 극성 용매 등일 수 있다. 페이스트를 양극 집전체 상에 도포하는 것은 예를 들면, 그라비아 코팅법, 슬릿다이 코팅법, 나이프 코팅법, 스프레이 코팅법을 사용하여 수행할 수 있다.
The positive electrode material can be coated on the positive electrode collector to form the positive electrode. The positive electrode current collector may be a conductive material such as Al, Ni, copper, or stainless steel. The positive electrode material may be applied on the positive electrode collector by a method such as a pressing method using a paste or an organic solvent, applying the paste on a current collector, and pressing and fixing the paste. Examples of the organic solvent include amine-based solvents such as N, N-dimethylaminopropylamine and diethyltriamine; Ethers such as ethylene oxide and tetrahydrofuran; Ketone type such as methyl ethyl ketone; Esters such as methyl acetate; Aprotic polar solvent such as dimethylacetamide, N-methyl-2-pyrrolidone and the like. The paste may be applied on the positive electrode current collector using, for example, a gravure coating method, a slit die coating method, a knife coating method, or a spray coating method.

<전해질><Electrolyte>

전해질은 NaClO4, NaPF6, NaAsF6, NaSbF6, NaBF4, NaCF3SO3, NaN(SO2CF3)2, 저급 지방족 카르복실산나트륨염, NaAlCl4 등일 수 있고, 이들의 2종 이상의 혼합물을 사용할 수도 있다. 이들 중에서도 불소를 포함하는 전해질을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 전해질을 유기 용매에 용해시켜 비수전해액으로서 이용할 수 있다. 유기 용매로는, 예를 들면 프로필렌카르보네이트, 에틸렌카르보네이트, 디메틸카르보네이트, 디에틸카르보네이트, 에틸메틸카르보네이트, 이소프로필메틸카르보네이트, 비닐렌카르보네이트, 4-트리플루오로메틸-1,3-디옥솔란-2-온, 1,2-디(메톡시카르보닐옥시)에탄 등의 카르보네이트류; 1,2-디메톡시에탄, 1,3-디메톡시프로판, 펜타플루오로프로필메틸에테르, 2,2,3,3-테트라플루오로프로필디플루오로메틸에테르, 테트라히드로푸란, 2-메틸테트라히드로푸란 등의 에테르류; 포름산메틸, 아세트산메틸, γ-부티로락톤 등의 에스테르류; 아세토니트릴, 부티로니트릴 등의 니트릴류; N,N-디메틸포름아미드, N,N-디메틸아세트아미드 등의 아미드류; 3-메틸-2-옥사졸리돈 등의 카르바메이트류; 술포란, 디메틸술폭시드, 1,3-프로판술톤 등의 황 함유 화합물; 또는 상기한 유기 용매에 추가로 불소 치환기를 도입한 것을 사용할 수 있다. The electrolyte may be NaClO 4 , NaPF 6 , NaAsF 6 , NaSbF 6 , NaBF 4 , NaCF 3 SO 3 , NaN (SO 2 CF 3 ) 2 , lower aliphatic carboxylic acid sodium salt, NaAlCl 4 , Mixtures may also be used. Among them, it is preferable to use an electrolyte containing fluorine. Further, the electrolyte may be dissolved in an organic solvent and used as a non-aqueous electrolyte. Examples of the organic solvent include propylene carbonate, ethylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, isopropyl methyl carbonate, vinylene carbonate, 4- Carbonates such as trifluoromethyl-1,3-dioxolan-2-one and 1,2-di (methoxycarbonyloxy) ethane; 1,2-dimethoxyethane, 1,3-dimethoxypropane, pentafluoropropylmethylether, 2,2,3,3-tetrafluoropropyldifluoromethylether, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydro Ethers such as furan; Esters such as methyl formate, methyl acetate and? -Butyrolactone; Nitriles such as acetonitrile and butyronitrile; Amides such as N, N-dimethylformamide and N, N-dimethylacetamide; Carbamates such as 3-methyl-2-oxazolidone; Sulfur-containing compounds such as sulfolane, dimethylsulfoxide, and 1,3-propanesultone; Or an organic solvent in which a fluorine-substituted group is further introduced may be used.

이와는 달리, 고체 전해질을 이용할 수도 있다. 고체 전해질로은 폴리에틸렌옥시드계의 고분자 화합물, 폴리오르가노실록산쇄 또는 폴리옥시알킬렌쇄 중 적어도 1종 이상을 포함하는 고분자 화합물 등의 유기계 고체 전해질일 수 있다. 또한, 고분자 화합물에 비수전해액을 담지한, 이른바 겔 타입의 전해질을 이용할 수도 있다. 한편, Na2S-SiS2, Na2S-GeS2, NaTi2(PO4)3, NaFe2(PO4)3, Na2(SO4)3, Fe2(SO4)2(PO4), Fe2(MoO4)3 등의 무기계 고체 전해질을 이용할 수도 있다. 이들 고체 전해질을 이용하여 나트륨 이차 전지의 안전성을 보다 높일 수 있는 경우가 있다. 또한, 고체 전해질이 후술하는 세퍼레이터의 역할을 하는 경우도 있고, 그 경우에는 세퍼레이터를 필요로 하지 않는 경우도 있다.
Alternatively, a solid electrolyte may be used. The solid electrolyte may be an organic solid electrolyte such as a polymer compound of a polyethylene oxide type, a polymer compound containing at least one of a polyorganosiloxane chain and a polyoxyalkylene chain. A so-called gel type electrolyte in which a non-aqueous electrolyte is supported on the polymer compound may also be used. On the other hand, Na 2 S-SiS 2, Na 2 S-GeS 2, NaTi 2 (PO 4) 3, NaFe 2 (PO 4) 3, Na 2 (SO 4) 3, Fe 2 (SO 4) 2 (PO 4 ), Fe 2 (MoO 4 ) 3, and the like may be used. In some cases, the safety of the sodium secondary battery can be enhanced by using these solid electrolytes. Further, the solid electrolyte may serve as a separator to be described later, in which case a separator may not be required.

<세퍼레이터><Separator>

양극과 음극 사이에 세퍼레이터가 배치될 수 있다. 이러한 세퍼레이터는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀 수지, 불소 수지, 질소 함유 방향족 중합체 등의 재질로 이루어지는 다공질 필름, 부직포, 직포 등의 형태를 가지는 재료일 수 있다. 세퍼레이터의 두께는, 전지의 부피 에너지 밀도가 높아지고, 내부 저항이 작아진다는 점에서, 기계적 강도가 유지되는 한 얇을수록 바람직하다. 세퍼레이터의 두께는, 일반적으로 5 내지 200 ㎛ 정도일 수 있고, 더 구체적으로는 5 내지 40 ㎛일 수 있다.
A separator may be disposed between the anode and the cathode. Such a separator may be a material having a form such as a porous film made of a material such as a polyolefin resin such as polyethylene or polypropylene, a fluororesin or a nitrogen-containing aromatic polymer, a nonwoven fabric or a woven fabric. The thickness of the separator is preferably as thin as long as the mechanical strength is maintained in that the volume energy density of the battery is high and the internal resistance is small. The thickness of the separator may generally be about 5 to 200 mu m, and more specifically, 5 to 40 mu m.

<나트륨 이차 전지의 제조 방법><Manufacturing Method of Sodium Secondary Battery>

양극, 세퍼레이터, 및 음극을 순서대로 적층하여 전극군을 형성한 후 필요하다면 전극군을 말아서 전지캔에 수납하고, 전극군에 비수전해액을 함침시킴으로써 나트륨 이차 전지를 제조할 수 있다. 이와는 달리, 양극, 고체 전해질, 및 음극을 적층하여 전극군을 형성한 후 필요하다면 전극군을 말아서 전지캔에 수납하여 나트륨 이차 전지를 제조할 수 있다.
A negative electrode, a separator, and a negative electrode are laminated in this order to form an electrode group, if necessary, the electrode group is rolled up and stored in a battery can, and a sodium secondary battery can be manufactured by impregnating the electrode group with a non-aqueous electrolyte. Alternatively, the anode, the solid electrolyte, and the cathode may be laminated to form an electrode assembly, and if necessary, the electrode assembly may be rolled up and stored in a battery can to manufacture a sodium secondary battery.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실험예(example)를 제시한다. 다만, 하기의 실험예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명이 하기의 실험예에 의해 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in order to facilitate understanding of the present invention. It should be understood, however, that the following examples are intended to aid in the understanding of the present invention and are not intended to limit the scope of the present invention.

[실험예들; Examples][Experimental Examples; Examples]

제조예 1: 아나타제 TiOProduction Example 1: Anatase TiO 22 나노와이어 제조 Nanowire manufacturing

티타늄산화물(TiO2)과 수산화나트륨(NaOH)을 증류수와 함께 테플론-코팅된 오토클레이브(Teflon-lined autoclave)에 넣고 170℃에서 11시간 동안 수열합성을 실시하였다. 합성 종료 후 생성된 침전물(Na2Ti3O7 나노와이어)을 증류수로 수 회 세척하여 중성화시킨 후, 염산에 분산시켜 수소와 나트륨 이온의 교환을 실시하였다. 이온교환이 완료된 침전물(H2Ti3O7)을 80℃의 오븐에서 건조시켰다. 건조가 완료된 샘플(H2Ti3O7 나노와이어)을 공기 중 600℃에서 열처리하여 아나타제 상의 TiO2 나노와이어 분말을 얻었다.
Titanium oxide (TiO 2 ) and sodium hydroxide (NaOH) were placed in a Teflon-lined autoclave with distilled water and hydrothermal synthesis was carried out at 170 ° C. for 11 hours. After the completion of the synthesis, the precipitate (Na 2 Ti 3 O 7 nanowire) was washed with distilled water several times to neutralize it, then dispersed in hydrochloric acid to exchange hydrogen and sodium ions. The ion-exchanged precipitate (H 2 Ti 3 O 7 ) was dried in an oven at 80 ° C. The dried sample (H 2 Ti 3 O 7 nanowire) was heat-treated at 600 ° C. in the air to obtain an anatase TiO 2 nanowire powder.

제조예 2: 탄소코팅된 TiOProduction Example 2: Carbon-coated TiO 22 나노와이어 제조 Nanowire manufacturing

제조예 1에서 제조된 TiO2 나노와이어를 피치 5wt%을 함유한 NMP(N-methyl-2-pyrrolidone)에 넣어주었다. 그 후, 하루 정도 건조시켜 NMP를 제거한다. NMP가 제거된 TiO2 나노와이어를 아르곤 분위기에서 열처리하여 피치를 탄화시켜 TiO2 나노와이어의 표면 상에 카본을 코팅하였다. 열처리 온도는 700도였다. 모든 과정에서 얻어진 분말은 수분과의 접촉을 피하기 위하여 글러브 박스에서 보관되었다.
The TiO 2 nanowires prepared in Production Example 1 were placed in NMP (N-methyl-2-pyrrolidone) containing 5 wt% of pitch. After that, it is dried for about one day to remove NMP. The TiO 2 nanowires with NMP removed were heat treated in an argon atmosphere to carbonize the pitches to coat carbon on the surface of the TiO 2 nanowires. The heat treatment temperature was 700 ° C. The powder obtained in all procedures was stored in a glove box to avoid contact with moisture.

제조예 3: TiOProduction Example 3: TiO 22 나노와이어를 사용한 음극 및 반전지 제조 Manufacture of anode and cathode using nanowires

제조예 1에서 제조된 TiO2 나노와이어, 도전제(super-p, ketjen black), 및 결합제(PVDF)를 유기 용매(NMP) 내에서 혼합한 후, 구리 집전체 상에 코팅한 후 프레스하여 음극을 형성하였다.The TiO 2 nanowire, the super-p, the ketjen black, and the binder (PVDF) prepared in Preparation Example 1 were mixed in an organic solvent (NMP), coated on a copper collector, .

이 후, 금속 나트륨인 양극, 전해질 NaClO4와 유기용매 프로필렌카보네이트를 함유하는 비수전해액을 사용하여 반전지를 제조하였다.
Thereafter, a non-aqueous electrolyte containing a positive electrode made of metal sodium, an electrolyte NaClO 4 and an organic solvent propylene carbonate was used to produce a half-cell.

제조예 4: 탄소코팅된 TiOProduction Example 4: Carbon-coated TiO 22 나노와이어를 사용한 양극 제조 Manufacture of anode using nanowire

제조예 1에서 제조된 TiO2 나노와이어 대신 제조예 2에서 제조된 탄소코팅된 TiO2 나노와이어를 사용한 것을 제외하고는 제조예 3과 동일한 방법을 사용하여 음극 및 반전지를 제조하였다.
A negative electrode and a half- cell were fabricated in the same manner as in Preparation Example 3, except that the carbon-coated TiO 2 nanowire prepared in Preparation Example 2 was used in place of the TiO 2 nanowire prepared in Preparation Example 1.

도 2는 제조예 2에 따른 탄소코팅된 TiO2 나노와이어와 제조예 1에 따른 TiO2 나노와이어의 XRD 분석결과를 나타낸 그래프이다.Figure 2 is a graph showing the XRD analysis results of the TiO 2 nano-wires in accordance with the TiO 2 nano-wire as in Preparation Example 1, the carbon coating in accordance with Preparation 2.

도 2를 참조하면, 탄소코팅된 TiO2 나노와이어 역시 탄소코팅되지 않은 TiO2 나노와이어와 동일한 결정구조 즉, 아나타제 상을 갖는 것을 알 수 있다. 이러한 결과로부터, 제조예 1에 따른 TiO2 나노와이어는 아나타제 상을 가지며, 탄소코팅층은 결정구조를 갖지 않는 것을 알 수 있다.
Referring to FIG. 2, it can be seen that the carbon-coated TiO 2 nanowire also has the same crystal structure as the carbon-coated TiO 2 nanowire, that is, an anatase phase. From these results, it can be seen that the TiO 2 nanowire according to Production Example 1 has an anatase phase and the carbon coating layer does not have a crystal structure.

도 3a 및 도 3b는 제조예 2에 따른 탄소코팅된 TiO2 나노와이어와 제조예 1에 따른 TiO2 나노와이어를 각각 촬영한 사진들이다.3a and 3b are photographs taken of TiO 2 nano-wires in accordance with the TiO 2 nano-wire as in Preparation Example 1, the carbon coating in accordance with Preparation Example 2, respectively.

3a 및 도 3b를 참조하면 탄소코팅되지 않은 TiO2 나노와이어 분말은 흰색을 띄는 반면 탄소코팅된 TiO2 나노와이어 분말은 검정색을 띄는 것을 알 수 있다.
3a and 3b. Referring to FIG TiO 2 powder non-coated carbon nanowire, while striking the white TiO 2 powder, carbon nanowire coating can be seen that the striking black.

도 4a 및 도 4b는 제조예 2에 따른 탄소코팅된 TiO2 나노와이어와 제조예 1에 따른 TiO2 나노와이어를 각각 촬영한 SEM 사진들이고, 도 5a 및 도 5b는 제조예 2에 따른 탄소코팅된 TiO2 나노와이어와 제조예 1에 따른 TiO2 나노와이어를 각각 촬영한 TEM 사진들이다.Figures 4a and 4b deulyigo SEM pictures taken of TiO 2 nanowires according to the carbon-coated TiO 2 nano-wire as in Preparation Example 1 according to Preparation Example 2, respectively, Fig. 5a and 5b is a carbon coating in accordance with Preparation Example 2 a TiO 2 nano-wires in accordance with the TiO 2 nano-wire as in Preparation example 1 are each a TEM photography.

도 4a, 도 4b, 도 5a, 및 도 5b를 참조하면, TiO2 나노와이어는 나노로드의 형태를 가지며, 탄소코팅된 TiO2 나노와이어는 약 5 내지 10nm로 균일한 두께를 갖는 탄소코팅층을 갖는 것을 알 수 있다.
Referring to FIGS. 4A, 4B, 5A and 5B, the TiO 2 nanowires are in the form of nanorods, and the carbon-coated TiO 2 nanowires have a carbon coating layer having a uniform thickness of about 5 to 10 nm .

도 6a 및 도 6b는 제조예 4에 따른 반전지와 제조예 3에 따른 반전지의 충방전 특성을 각각 나타낸 그래프들이다. 이 때, 충전은 3.0V까지 10mAg-1로 정전류 충전을 행하였고, 방전은 상기 충전 속도와 동일한 속도로 정전류 방전을 0V까지 행하였다. 충방전은 총 50 사이클 진행하였다.6A and 6B are graphs showing charging and discharging characteristics of a half-cell according to Production Example 4 and a half-cell according to Production Example 3, respectively. At this time, constant current charging was performed at 10 mAg -1 until 3.0 V, and discharging was continued until the constant current discharge was performed at 0 V at the same rate as the charging rate. The charge and discharge proceeded for a total of 50 cycles.

도 6a 및 도 6b를 참조하면, 탄소코팅된 TiO2 나노와이어를 사용하여 형성한 음극(도 6a)은 총 50회의 충방전 사이클을 진행하였을 때, 탄소코팅되지 않은 TiO2 나노와이어를 사용하여 형성한 음극(도 6b)에 비해 상대적으로 충전용량의 변화량이 크지 않은 것을 알 수 있다. 이는 탄소코팅된 TiO2 나노와이어를 사용하여 형성한 음극이 상대적으로 균일한 충방전 특성을 나타냄을 의미한다.
When FIG. 6a and FIG. 6b, carbon-coated anode formed by using the TiO 2 nano-wire (Fig. 6a) is formed using time, TiO 2 nanowire that is not a carbon coating hayeoteul proceeds total of 50 charge-discharge cycles It can be seen that the change amount of the charge capacity is relatively small as compared with one negative electrode (FIG. 6B). This means that the negative electrode formed using the carbon-coated TiO 2 nanowire exhibits relatively uniform charge-discharge characteristics.

도 7a 및 도 7b는 제조예 4에 따른 반전지와 제조예 3에 따른 반전지의 율(rate) 특성을 각각 나타낸 그래프들이다. 이 때, 충전은 3.0V까지 C-rate를 달리하면서 정전류 충전을 행하였고, 각 사이클에서 방전은 10mAg-1로 정전류 방전을 0V까지 행하였다.FIGS. 7A and 7B are graphs showing the rate characteristics of the reversal paper according to Production Example 4 and the reversal paper according to Production Example 3, respectively. At this time, constant-current charging was performed at a constant C-rate up to 3.0 V, and the discharge was performed at 10 mAg -1 in each cycle until the constant current discharge reached 0V.

도 7a 및 도 7b를 참조하면, 총 32회의 사이클을 진행함에 있어 방전 특성은 거의 균일하게 유지됨을 알 수 있다. 다만, 충전특성은 충방전 속도가 높아지면서 다소 열화되는 것으로 보이지만, 탄소코팅된 TiO2 나노와이어를 사용하여 형성한 음극(도 7a)은 탄소코팅되지 않은 TiO2 나노와이어를 사용하여 형성한 음극(도 7b)에 비해 상대적으로 우수한 율특성을 타나냄을 알 수 있다.
Referring to FIGS. 7A and 7B, it can be seen that the discharge characteristics are kept substantially uniform in a total of 32 cycles. However, the charging characteristic is a cathode formed using appear to be somewhat degraded As higher the charge and discharge rate, the carbon-coated anode formed by using the TiO 2 nano-wire (Fig. 7a) is TiO 2 nanowire uncoated carbon ( 7 (b)). As can be seen from FIG.

이와 같이, 충전용량 유지특성 및 속도 특성의 개선은 안정적인 결정구조를 갖는 TiO2 나노와이어를 음극활물질로 사용하고 또한 이 음극활물질의 표면 상에 탄소층을 균일하게 코팅함으로써, 음극활물질의 결정구조를 더욱 안정화시킴과 동시에 전도성을 향상시킴에 따른 결과라고 사료된다.
As described above, the improvement of the charge capacity holding characteristic and the speed characteristic is achieved by using the TiO 2 nanowire having a stable crystal structure as the negative electrode active material and uniformly coating the carbon layer on the surface of the negative electrode active material, Which is a result of stabilizing and improving conductivity at the same time.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 및 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러가지 변형 및 변경이 가능하다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, This is possible.

Claims (10)

아나타제상을 가지되, X선 회절 스펙트럼 상에서 (103)면을 나타내는 피크, (004)면을 나타내는 피크, 및 (112)면을 나타내는 피크가 융합되어 하나의 피크로 나타나는 TiO2 나노 로드인 음극활물질; 및
상기 음극활물질의 표면 상에 코팅된 탄소층을 포함하는 나트륨 이차 전지용 음극 재료.
A negative electrode active material having an anatase phase and being a TiO 2 nanorod having a peak showing a (103) plane, a peak showing a (004) plane and a peak showing a (112) ; And
And a carbon layer coated on the surface of the negative electrode active material.
제1항에 있어서,
상기 탄소층은 0.1 내지 100nm의 두께를 갖는 나트륨 이차 전지용 음극 재료.
The method according to claim 1,
Wherein the carbon layer has a thickness of 0.1 to 100 nm.
제1항에 있어서,
상기 탄소층은 5 내지 10nm의 두께를 갖는 나트륨 이차 전지용 음극 재료.
The method according to claim 1,
Wherein the carbon layer has a thickness of 5 to 10 nm.
티타늄 화합물을 재료로 수열합성법을 사용하여 아나타제상을 갖는 TiO2 나노 로드를 형성하는 단계; 및
상기 TiO2 나노 로드와 탄소전구체의 혼합물을 환원성 분위기에서 열처리하여, 상기 TiO2 나노 로드 상에 탄소층을 코팅하는 단계를 포함하되,
상기 TiO2 나노 로드는 X선 회절 스펙트럼 상에서 (103)면을 나타내는 피크, (004)면을 나타내는 피크, 및 (112)면을 나타내는 피크가 융합되어 하나의 피크로 나타나는 TiO2 나노 로드인 나트륨 이차 전지의 음극 재료 제조방법.
Forming a TiO 2 nanorod having an anatase phase by hydrothermal synthesis using a titanium compound as a material; And
Heat treating the mixture of the TiO 2 nanorods and the carbon precursor in a reducing atmosphere to coat the carbon layer on the TiO 2 nanorods,
The TiO 2 nanorod has a peak of the (103) plane, a peak of the (004) plane, and a peak of the (112) plane in the X-ray diffraction spectrum to form a TiO 2 nanorod, A method for manufacturing a negative electrode material of a battery.
제4항에 있어서,
상기 탄소전구체는 피치(pitch)인 나트륨 이차 전지의 음극 재료 제조방법.
5. The method of claim 4,
Wherein the carbon precursor is a pitch.
제4항에 있어서,
상기 열처리는 200 내지 1200도에서 수행하는 나트륨 이차 전지의 음극 재료 제조방법.
5. The method of claim 4,
Wherein the heat treatment is performed at 200 to 1200 degrees.
제4항에 있어서,
상기 TiO2 나노 로드를 형성하는 단계는
티타늄 화합물과 나트륨 화합물을 재료로 수열합성법을 실시하여 Na2Ti3O7를 형성하는 단계;
Na2Ti3O7를 양성자성 용매에 분산시켜 Na를 H로 이온교환하여 H2Ti3O7를 형성하는 단계; 및
H2Ti3O7를 열처리하여 상기 TiO2 나노 로드를 형성하는 단계를 포함하는 나트륨 이차 전지의 음극 재료 제조방법.
5. The method of claim 4,
The step of forming the TiO &lt; 2 &gt;
Hydrothermally synthesizing a titanium compound and a sodium compound to form Na 2 Ti 3 O 7 ;
Dispersing Na 2 Ti 3 O 7 in a protonic solvent to ion-exchange Na with H to form H 2 Ti 3 O 7 ; And
H 2 Ti 3 O 7 to form the TiO 2 nanorods.
아나타제상을 가지되, X선 회절 스펙트럼 상에서 (103)면을 나타내는 피크, (004)면을 나타내는 피크, 및 (112)면을 나타내는 피크가 융합되어 하나의 피크로 나타나는 TiO2 나노 로드인 음극활물질 및 이의 표면상에 코팅된 탄소층을 함유하는 음극 재료를 포함하는 음극;
Na를 함유하는 복합금속산화물을 함유하는 양극; 및
상기 양극과 상기 음극 사이에 배치된 전해질을 포함하는 나트륨 이차전지.
A negative electrode active material having an anatase phase and being a TiO 2 nanorod having a peak showing a (103) plane, a peak showing a (004) plane and a peak showing a (112) A negative electrode comprising a negative electrode material containing a carbon layer coated on a surface thereof;
A positive electrode containing a composite metal oxide containing Na; And
And an electrolyte disposed between the positive electrode and the negative electrode.
제8항에 있어서,
상기 음극활물질의 표면 상에 코팅된 탄소층은 0.1내지 100nm 의 두께를 갖는 나트륨 이차전지.
9. The method of claim 8,
The carbon layer coated on the surface of the negative electrode active material has a thickness of 0.1 to 100 nm Of the thickness of the sodium secondary battery.
제8항에 있어서,
상기 음극활물질의 표면 상에 코팅된 탄소층은 5 내지 10nm의 두께를 갖는 나트륨 이차전지.
9. The method of claim 8,
Wherein the carbon layer coated on the surface of the negative electrode active material has a thickness of 5 to 10 nm.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180034005A (en) 2016-09-27 2018-04-04 한국전기연구원 Negative Electrode Materials For Sodium Secondary Batteries And Producing Method Of The Same
KR20180042023A (en) 2016-10-17 2018-04-25 한국전기연구원 Manufacturing methods of composite cathode material for sodium ions secondary batteries and composite cathode material thereby
US9985315B1 (en) 2015-10-22 2018-05-29 Caterpillar Inc. Hydrothermal carbon anode, polymer stabilized, sodium-ion cell

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107431200A (en) * 2015-02-25 2017-12-01 新加坡国立大学 Sodium-ion battery anode
KR102466387B1 (en) * 2015-07-01 2022-11-10 한양대학교 산학협력단 Manufacturing method of negative active material for sodium rechargeable batteries, negative active material made by the same, and sodium rechargeable batteries comprising the same
KR101894501B1 (en) 2017-02-02 2018-10-04 한국과학기술연구원 Anode material for secondary battery and secondary battery comprising the same
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CN114725339A (en) * 2022-03-18 2022-07-08 合肥国轩科宏新能源科技有限公司 Lithium ion battery cathode material and preparation method thereof

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130052500A (en) * 2011-11-11 2013-05-22 삼성에스디아이 주식회사 Composite, manufacturing method the composite, negative electrode active material including the composite, anode including the anode active material, and lithium secondary battery including the anode

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130052500A (en) * 2011-11-11 2013-05-22 삼성에스디아이 주식회사 Composite, manufacturing method the composite, negative electrode active material including the composite, anode including the anode active material, and lithium secondary battery including the anode

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Electrochimica Acta, 56, 2011, pp5355-5362 *
J. Phys. Chem. Lett. 2011, 2, pp2560-2565 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9985315B1 (en) 2015-10-22 2018-05-29 Caterpillar Inc. Hydrothermal carbon anode, polymer stabilized, sodium-ion cell
KR20180034005A (en) 2016-09-27 2018-04-04 한국전기연구원 Negative Electrode Materials For Sodium Secondary Batteries And Producing Method Of The Same
KR20180042023A (en) 2016-10-17 2018-04-25 한국전기연구원 Manufacturing methods of composite cathode material for sodium ions secondary batteries and composite cathode material thereby

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