KR101696902B1 - Active material, method of preparing the active material, electrode including the active material, and secondary battery including the electrode - Google Patents

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Abstract

하기 화학식 1로 표시되는 바나듐 옥사이드를 포함하며, 상기 바나듐 옥사이드의 바나듐이 복수의 산화수의 혼합 산화 상태를 가지며, 상기 산화수가 산화수가 +3의 산화 상태를 갖는 활물질, 그 제조방법, 및 상기 활물질을 포함하는 전극 및 이를 포함하는 이차 전지가 제시된다.
[화학식 1]
VOx
상기 화학식 1 중 1.5<x<2.5이다.
1. An active material comprising vanadium oxide represented by the following formula (1), wherein vanadium of the vanadium oxide has a mixed oxidation state of a plurality of oxidation states, and the oxidation number has an oxidation state of +3, wherein the vanadium oxide has a oxidation state of +3. Electrode and a secondary battery comprising the same.
[Chemical Formula 1]
VO x
1.5 < x < 2.5 in the general formula (1).

Figure R1020140098632
Figure R1020140098632

Description

활물질, 그 제조방법, 이를 포함하는 전극 및 이를 포함한 이차 전지 {Active material, method of preparing the active material, electrode including the active material, and secondary battery including the electrode} TECHNICAL FIELD The present invention relates to an active material, an electrode including the same, and a secondary battery including the electrode.

활물질, 그 제조방법, 상기 활물질을 포함하는 전극 및 상기 전극을 포함한 이차 전지에 관한 것이다.An electrode including the active material, and a secondary battery including the electrode.

이차 전지는 전기 전도를 담당하는 금속의 종류에 따라 리튬 이차 전지, 나트륨 이차 전지, 칼슘 이차 전지 등으로 나눌 수 있다. 이차 전지는 충전을 행함으로써 축전이 가능하고 반복하여 사용할 수 있어 편리성이 우수하여 광범위한 분야에서 이용되고 있다.The secondary battery can be classified into a lithium secondary battery, a sodium secondary battery, and a calcium secondary battery depending on the kind of metal that conducts electric conduction. The secondary battery can be charged by performing charging and can be used repeatedly, which is excellent in convenience and has been used in a wide range of fields.

이차 전지는 이온화 경향이 강한 금속의 이온을 이온의 상태로 비축할 수 있는 도전체를 양극으로서 배치하고 양극과 음극 사이에 전해액을 개재된 구조를 갖고 있다. The secondary battery has a structure in which a conductor capable of reserving ions of a metal having a strong ionization tendency in the state of an ion is disposed as an anode and an electrolyte is interposed between the anode and the cathode.

최근 휴대용 전화기, 비디오 카메라, 컴퓨터 등의 전자기기들이 휴대화 및 소형화되는 추세이며, 이러한 상황과 더불어 이들 기기에서 전원의 주요 공급 장치인 배터리의 경우도 소형화되고 있다. 게다가 이들 기기들의 기능이 다양화되기 때문에 소모되는 전력은 오히려 증가하는 방향으로 가고 있다. 이러한 요구조건에 부합될 수 있도록 고용량 및 장수명화된 이차 전지용 전극 활물질에 대한 요구가 점차 높아지고 있다.In recent years, electronic devices such as portable telephones, video cameras, computers, and the like are becoming portable and miniaturized. In addition to these circumstances, the battery, which is a main power supply device for these devices, is also becoming smaller. In addition, as the functions of these devices are diversified, the power consumed is increasing. In order to meet these requirements, there is an increasing demand for high-capacity and long-life electrode active materials for secondary batteries.

한 측면은 용량 및 수명 특성이 개선된 활물질 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.One aspect is to provide an active material with improved capacity and lifetime characteristics and a method of manufacturing the same.

다른 측면은 활물질을 포함한 전극을 제공하는 것이다.Another aspect is to provide an electrode containing an active material.

또 다른 측면은 상술한 전극을 구비하여 셀 성능이 향상된 이차 전지를 제공하는 것이다.Another aspect of the present invention is to provide a secondary battery having improved cell performance by providing the electrode.

한 측면에 따라 하기 화학식 1로 표시되는 바나듐 옥사이드를 포함하며, 상기 바나듐 옥사이드의 바나듐이 복수의 산화수의 혼합 산화 상태를 가지며, 상기 산화수가 +3의 산화 상태를 포함하는 활물질이 제공된다.According to an aspect of the present invention, there is provided an active material comprising vanadium oxide represented by the following formula (1), vanadium of the vanadium oxide having a mixed oxidation state of a plurality of oxidation states, and an oxidation state of +3.

[화학식 1][Chemical Formula 1]

VOx VO x

상기 화학식 1 중 1.5<x<2.5이다.1.5 < x < 2.5 in the general formula (1).

다른 측면에 따라 According to other aspects

바나듐을 포함하는 출발물질에 환원제 및 용매를 부가하여 혼합물을 얻는 단계; 및 상기 혼합물에 전자기파를 인가하여 상기 출발물질을 환원시켜 하기 화학식 1로 표시되는 바나듐 옥사이드를 수득하는 단계를 포함하며,Adding a reducing agent and a solvent to the starting material comprising vanadium to obtain a mixture; And applying an electromagnetic wave to the mixture to reduce the starting material to obtain a vanadium oxide represented by the following Formula 1,

상기 바나듐 옥사이드의 바나듐이 복수의 산화수의 혼합 산화 상태를 가지며,상기 산화수가 +3의 산화 상태를 포함하는 활물질을 얻는 활물질의 제조방법이 제공된다.There is provided a process for producing an active material, wherein the vanadium of the vanadium oxide has a mixed oxidation state of a plurality of oxidation water and an oxidation state of +3 is obtained.

[화학식 1][Chemical Formula 1]

VOx VO x

상기 화학식 1 중 1.5<x<2.5이다.1.5 < x < 2.5 in the general formula (1).

또 다른 측면에 따라 상술한 활물질을 포함하는 전극이 제공된다.According to another aspect, there is provided an electrode comprising the above-mentioned active material.

또 다른 측면에 따라 상술한 전극을 포함하는 이차 전지가 제공된다.According to another aspect, there is provided a secondary battery including the above-described electrode.

또 다른 측면에 따라 마그네슘 이차 전지가 제공된다.According to another aspect, a magnesium secondary battery is provided.

또 다른 측면에 따라 나트륨 이차 전지가 제공된다.According to another aspect, a sodium secondary battery is provided.

또 다른 측면에 따라 리튬 이차 전지가 제공된다.According to another aspect, a lithium secondary battery is provided.

한 측면에 따르면, 바나듐 옥사이드에서 바나듐의 산화 상태 및 형상을 조절하여 고용량이면서 장수명 특성을 갖는 활물질을 제공한다. 이러한 활물질을 이용한 전극을 채용하면 수명 및 용량이 향상된 이차 전지를 제작할 수 있다.According to one aspect, there is provided an active material having high capacity and long life characteristics by controlling the oxidation state and shape of vanadium in vanadium oxide. When an electrode using such an active material is employed, a secondary battery having improved lifetime and capacity can be manufactured.

도 1은 일구현예에 따라 산화수(oxidation number) +3, +4 또는 +5의 혼합된 산화상태를 갖는 바나듐 옥사이드의 형성과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 일구현예에 따른 이차 전지의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 실시예 1-3 및 비교예 1에 따른 바나듐 옥사이드에 대한 X선 광전자 분광법(X-ray Photoelectron Spectroscopy: XPS) 분석 결과를 나타낸 것이다.
도 4는 제작예 1의 마그네슘 이차 전지에서 충방전 실시 전, 후에 있어서의 XPS 분석 결과를 나타낸 것이다.
도 5는 제작예 1, 3 및 비교제작예 1의 마그네슘 이차전지의 임피던스 분석 결과를 나타낸 것이다.
도 6은 도 5의 일부 영역을 확대하여 나타낸 것이다.
도 7a, 도 8a 및 도 9a는 각각 실시예 1, 실시예 3 및 비교예 1의 바나듐 옥사이드의 전자주사현미경 사진이다.
도 7b, 도 8b 및 도 9b는 도 7a, 8a, 9a를 각각 확대하여 나타낸 전자주사현미경 사진이다.
도 10a 및 도 11a는 각각 실시예 1 및 실시예 3의 바나듐 옥사이드의 투과전자현미경 사진이다.
도 10b 및 도 11b는 각각 도 10a 및 도 11a의 일부 영역을 확대하여 나타낸 것이다.
도 12는 실시예 1, 실시예 3 및 비교예 1의 바나듐 옥사이드의 X선 회절 분석 결과를 나타낸 것이다.
도 13은 제작예 1, 제작예 2 및 비교제작예 1의 마그네슘 이차 전지에 있어서 용량에 따른 전압 변화를 나타낸 그래프이다.
도 14는 제작예 1, 제작예 3 및 비교제작예 1의 마그네슘 이차 전지에 있어서 용량 보유율을 나타낸 것이다.
도 15는 제작예 4 및 비교제작예 2의 나트륨 이차 전지에 있어서, 용량에 따른 전압 변화를 나타낸 그래프이다.
도 16은 제작예 4 및 비교제작예 2의 나트륨 이차 전지에 있어서 용량 보유율을 나타낸 것이다.
FIG. 1 is a diagram for explaining the formation process of vanadium oxide having a mixed oxidation state of oxidation numbers +3, +4, and +5 according to one embodiment.
2 is a schematic view illustrating a structure of a secondary battery according to an embodiment.
FIG. 3 shows X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) analysis results of vanadium oxides according to Examples 1-3 and Comparative Example 1. FIG.
4 shows the XPS analysis results of the magnesium secondary battery of Production Example 1 before and after charging / discharging.
Fig. 5 shows the impedance analysis results of the magnesium secondary batteries of Production Examples 1 and 3 and Comparative Production Example 1. Fig.
Fig. 6 is an enlarged view of a partial area of Fig.
7A, 8A, and 9A are electron micrographs of vanadium oxide of Example 1, Example 3, and Comparative Example 1, respectively.
Figs. 7B, 8B and 9B are enlarged electron micrographs of Figs. 7A, 8A and 9A, respectively.
FIGS. 10A and 11A are transmission electron microscopic photographs of vanadium oxides of Example 1 and Example 3, respectively.
Figs. 10B and 11B are enlarged views of partial regions of Figs. 10A and 11A, respectively.
12 shows X-ray diffraction analysis results of vanadium oxides of Example 1, Example 3 and Comparative Example 1. Fig.
FIG. 13 is a graph showing changes in voltage with respect to the capacity of the magnesium secondary batteries of Production Example 1, Production Example 2 and Comparative Production Example 1. FIG.
Fig. 14 shows the capacity retention ratios of the magnesium secondary batteries of Production Example 1, Production Example 3 and Comparative Production Example 1. Fig.
FIG. 15 is a graph showing changes in voltage with the capacity of the sodium secondary battery of Production Example 4 and Comparative Production Example 2; FIG.
16 shows the capacity retention rates in the sodium secondary batteries of Production Example 4 and Comparative Production Example 2. Fig.

이하에서 일구현예에 따른 활물질, 그 제조방법 및 상기 활물질을 포함한 전극 및 상기 전극을 포함하는 이차 전지에 대하여 더욱 상세하게 설명하기로 한다. Hereinafter, an active material according to one embodiment, a method of manufacturing the same, an electrode including the active material, and a secondary battery including the electrode will be described in more detail.

하기 화학식 1로 표시되는 바나듐 옥사이드를 포함하며, 상기 바나듐 옥사이드의 바나듐이 복수의 산화수의 혼합 상태를 가지며, 상기 산화수가 +3의 산화 상태를 포함하는 활물질이 제공된다. There is provided an active material comprising vanadium oxide represented by the following Chemical Formula 1, wherein vanadium of the vanadium oxide has a mixed state of a plurality of oxidized water, and the oxidation number includes an oxidation state of +3.

상기 바나듐은 3가지 산화수의 혼합 산화 상태를 가진다. 바나듐은 산화수가 +4 및 +5의 산화 상태를 추가적으로 포함한다. 바나듐 옥사이드의 바나듐은 예를 들어산화수가 +3, 산화수 +4 및 산화수 +5의 산화 상태를 포함한다.The vanadium has a mixed oxidation state of three oxidation numbers. Vanadium additionally contains an oxidation state with oxidation numbers of +4 and +5. The vanadium of the vanadium oxide includes, for example, an oxidation state of +3 oxidation, +4 oxidation and +5 oxidation.

[화학식 1][Chemical Formula 1]

VOx VO x

상기 화학식 1 중 1.5<x<2.5이다.1.5 < x < 2.5 in the general formula (1).

상기 바나듐 옥사이드는 나노구조체로서, 나노튜브 또는 나노쉬트 형상을 가질 수 있다. 나노시트는 하나의 층으로 이루어지거나 또는 적층된 복수의 층으로 이루어진다.The vanadium oxide is a nanostructure, and may have a nanotube or nano-sheet shape. The nanosheet is composed of one layer or a plurality of layers stacked.

상기 나노쉬트는 원형, 타원형, 삼각형, 사각형, 오각형 또는 육각형 형태를 가질 수 있다. 그리고 나노튜브는 다중벽(multiwall) 나노튜브일 수 있다. 여기에서 다중벽의 벽두께는 예를 들어 30 내지 50nm, 구체적으로 약 40nm이다.The nanosheet may have a circular, oval, triangular, square, pentagonal or hexagonal shape. And the nanotubes may be multiwall nanotubes. Here, the wall thickness of the multi-wall is, for example, 30 to 50 nm, specifically about 40 nm.

상기 화학식 1에서 x는 1.9≤x<2.2이고, 구체적으로 1.995 내지 2.13이다.In the above formula (1), x is 1.9? X <2.2, specifically 1.995 to 2.13.

도 1은 일구현예에 따른 이차 전지용 활물질의 형성 과정을 나타낸 것이다. FIG. 1 illustrates a process of forming an active material for a secondary battery according to one embodiment.

도 1을 참조하여, 바나듐 산화물 중의 하나인 오산화이바나듐(V2O5)를 아민(RNH2)과 함께 종래의 열처리 방법(경로 B)에 따라 반응을 실시하면, 오산화이바나듐은 산화수 +4의 바나듐과 니트로 화합물(RNO2)로 변화되어 산화수 +4 및 +5의 바나듐을 포함하는 바나듐 옥사이드가 형성된다.1, when vanadium pentoxide (V 2 O 5 ), one of the vanadium oxides, is reacted with amine (RNH 2 ) according to the conventional heat treatment method (route B), vanadium pentoxide is oxidized to vanadium And a nitro compound (RNO 2 ) to form a vanadium oxide containing vanadium having oxidation numbers of +4 and +5.

일구현예에 따라 오산화이바나듐(V2O5)를 환원제인 아민계 화합물의 존재하에서 마이크로파 수열 반응을 실시하면 산화수가 +3의 바나듐, 산화수 +4의 바나듐 및 산화수 +5의 바나듐이 공존하는 바나듐 옥사이드를 얻을 수 있다. 여기에서 환원제의 함량, 마이크로파 조사 조건 등을 비롯한 합성 조건을 제어함으로써 최종적으로 얻은 바나듐 옥사이드의 형상, 층간거리 등을 제어할 수 있다. According to one embodiment, when a microwave hydrothermal reaction is performed in the presence of an amine compound, which is a reducing agent, vanadium pentoxide (V 2 O 5 ), vanadium in which oxidation number of +3 is vanadium, oxidation number +4 vanadium and oxidation number + Oxides can be obtained. Here, the shape of the finally obtained vanadium oxide, the inter-layer distance, and the like can be controlled by controlling the synthesis conditions including the content of the reducing agent and the microwave irradiation conditions.

환원제의 함량은 오산화이바나듐 1몰을 기준으로 하여 0.1 내지 1.1몰 범위이다. The content of the reducing agent is in the range of 0.1 to 1.1 mol based on 1 mol of vanadium pentoxide.

예를 들어 환원제의 함량이 바나듐을 포함하는 출발물질(예: 오산화이바나듐) 1몰에 대하여 0.1 내지 0.5몰인 경우에는 나노쉬트 형상을 갖는 바나듐 옥사이드를 얻을 수 있다. 그리고 환원제의 함량이 출발물질인 오산화이바나듐 1몰에 대하여 0.6 내지 1.1몰인 경우에는 층간거리가 넓은 나노튜브 형상을 갖는 바나듐 옥사이드를 얻을 수 있다.For example, when the content of the reducing agent is 0.1 to 0.5 mole relative to 1 mole of the starting material containing vanadium (for example, vanadium pentoxide), vanadium oxide having a nanosheet shape can be obtained. When the content of the reducing agent is 0.6 to 1.1 moles with respect to 1 mole of vanadium pentoxide as the starting material, vanadium oxide having a nanotube shape having a wide interlayer distance can be obtained.

후술하는 이론에 구속되려 함은 아니지만, 상술한 바와 같이 오산화이바나듐과 아민계 화합물의 반응시 마이크로파를 인가하는 경우에는 마이크로파로부터 물과 같은 용매를 거쳐 반응물질로 에너지 전달이 공명과 이완 현상을 통하여 효과적으로 일어나면서 짧은 시간내에 수열 합성 반응기내 열을 균일하게 빠르게 공급하고 압력이 상승되어 순간적으로 강한 환원성 분위기가 조성된다. 이와 같이 강한 환원성 분위기가 조성됨에 따라 산화수 +3, +4 및 +5의 혼합 산화 상태를 갖는 바나듐 옥사이드를 얻을 수 있게 된다. As described above, when microwave is applied in the reaction between vanadium pentoxide and an amine compound, energy transfer from a microwave to a reaction material through a solvent such as water is effective through resonance and relaxation The heat in the hydrothermal synthesis reactor is uniformly and rapidly supplied within a short time, and the pressure is elevated to generate a strong reducing atmosphere instantaneously. As such a strong reducing atmosphere is formed, it is possible to obtain vanadium oxide having a mixed oxidation state of +3, +4 and +5.

반면 통상적인 열을 가하는 반응을 실시하는 경우에는 산화수 +3, +4 및 +5의 혼합 산화 상태를 갖는 바나듐 옥사이드를 얻기가 곤란하다.On the other hand, it is difficult to obtain a vanadium oxide having a mixed oxidation state of +3, +4 and +5 in the case of performing a reaction of applying a usual heat.

이하, 일구현예에 따른 활물질의 제조하는 방법을 살펴 보기로 한다.Hereinafter, a method of manufacturing an active material according to one embodiment will be described.

바나듐을 포함하는 출발물질 및 환원제를 용매에 용해 또는 분산하여 혼합물을 얻는다. 여기에서 용매로는 물 및 알코올 중에서 선택된 하나 이상을 사용한다. 알코올로는 메탄올, 에탄올, 부탄올, 프로판올 등을 사용한다.The starting material containing vanadium and the reducing agent are dissolved or dispersed in a solvent to obtain a mixture. Here, at least one solvent selected from water and alcohol is used. As the alcohol, methanol, ethanol, butanol, propanol and the like are used.

상기 바나듐을 포함하는 출발물질은 예를 들어 오산화이바나늄(V2O5) 또는 바나듐 옥시 디아세테이트{VO(Ac)2}이다. VO(Ac)2에서 바나듐은 산화수가 +4이다.The vanadium-containing starting material is, for example, ivanonium pentoxide (V 2 O 5 ) or vanadium oxydiacetate {VO (Ac) 2 }. In VO (Ac) 2 , vanadium has an oxidation number of +4.

종래의 활물질 제조방법에서는 바나듐을 포함하는 출발물질로서 바나듐 산화물 겔을 사용하지만 본 발명의 일구현예에서는 출발물질로서 오산화이바나듐 분말을 사용한다.In the conventional active material manufacturing method, vanadium oxide gel is used as a starting material containing vanadium, but vanadium pentoxide powder is used as a starting material in one embodiment of the present invention.

상기 환원제는 오산화이바나듐을 환원하는 역할을 수행하면서 목적물인 바나듐 옥사이드를 얻기 위한 주형(template) 역할과 함께 최종적으로 얻어진 목적물인 바나듐 산화물에서 층간 거리를 넓혀주는 층간 확보 부재로서의 기능을 수행한다. 상술한 바와 같이 바나듐 옥사이드의 층간 거리가 넓혀지면 리튬 이온, 마그네슘, 나트륨 이온과 같은 이온의 도핑, 탈도핑인 출입성을 확보할 수 있게 된다. 여기에서 도핑이란 흡장, 담지, 흡착 또는 삽입을 모두 의미하며 전극 활물질에 리튬 이온 등과 같은 이온이 들어가는 현상을 말한다. 그리고 탈도핑이란 도핑과는 반대로 리튬 이온이 나오는 현상을 말한다.The reducing agent serves as a template for obtaining vanadium oxide as a target while reducing vanadium pentoxide and functions as an interlayer securing member for widening the interlayer distance in the finally obtained vanadium oxide. As described above, when the interlayer distance of the vanadium oxide is increased, it becomes possible to secure the doping and de-doping in and out of ions such as lithium ion, magnesium, and sodium ions. Here, doping refers to a phenomenon in which ions such as lithium ions enter the electrode active material, which means both storing, supporting, adsorbing, or inserting. And de-doping refers to the phenomenon that lithium ions come out as opposed to doping.

상기 환원제는 오산화이바나듐을 환원시킬 수 있는 물질이라면 모두 다 사용 가능하다. 예를 들어 아민계 물질을 사용한다. The reducing agent may be any substance that can reduce vanadium pentoxide. For example, amine-based materials are used.

환원제는 상술한 아민계 물질과 함께 일반적인 환원제를 함께 사용할 수 있다. 일반적인 환원제 물질로는 수소 화합물, 시스테인계 화합물 등이 있다.The reducing agent may be a common reducing agent together with the amine-based material described above. Common reducing agent materials include hydrogen compounds and cysteine compounds.

상기 아민계 물질은 예를 들어 1차 아민 화합물로서 구체적으로 탄소수 4 내지 18의 알킬아민을 들 수 있다.The amine-based material may be, for example, a primary amine compound, specifically an alkylamine having 4 to 18 carbon atoms.

아민계 물질의 예로서, 옥타데실아민, 부틸아민, 펜틸아민, 헥실아민, 헵틸아민, 옥틸아민, 노닐아민, 데실아민, 운데실아민, 도데실아민, 트리데실아민, 테트라데실아민, 펜타데실아민, 헵타데실아민 및 헥사데실아민으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 들 수 있다.Examples of the amine-based substance include octadecylamine, butylamine, pentylamine, hexylamine, heptylamine, octylamine, nonylamine, decylamine, undecylamine, dodecylamine, tridecylamine, tetradecylamine, pentadecyl Amines, heptadecyl amines, and hexadecyl amines.

상기 환원제의 함량은 출발물질인 바나듐을 포함하는 출발물질(예: 오산화이바나듐(V2O5)) 1몰을 기준으로 하여 0.1 내지 1.0몰, 예를 들어 0.5 내지 1.0몰이다.The content of the reducing agent is 0.1 to 1.0 mol, for example, 0.5 to 1.0 mol, based on 1 mol of the starting material (for example, vanadium pentoxide (V 2 O 5 )) containing vanadium as a starting material.

환원제의 함량은 최종적으로 얻은 바나듐 옥사이드의 형상 및 층간거리에 매우 중요한 영향을 미친다. The content of the reducing agent has a very important effect on the shape of the finally obtained vanadium oxide and the interlayer distance.

용매의 함량은 오산화이바나듐 산화물 100 중량부를 기준으로 하여 100 내지 3000 중량부이다. 용매의 함량이 상기 범위일 때 오산화이바나듐 및 환원제가 균일하게 용해 또는 분산된 혼합물을 얻을 수 있다.The content of the solvent is 100 to 3000 parts by weight based on 100 parts by weight of vanadium pentoxide oxide. When the content of the solvent is within the above range, a mixture in which vanadium pentoxide and the reducing agent are uniformly dissolved or dispersed can be obtained.

일구현예에 의하면, 용매로는 물과 알코올의 혼합물을 사용한다. 여기에서 물과 에탄올의 부피비는 1:1 내지 20:1, 예를 들어 5:1이다. According to one embodiment, a mixture of water and an alcohol is used as the solvent. Wherein the volume ratio of water to ethanol is 1: 1 to 20: 1, for example 5: 1.

상기 혼합물에 전자기파를 인가하여 상기 출발물질을 환원시켜 화학식 1로 표시되는 바나듐 옥사이드를 수득할 수 있다.The starting material may be reduced by applying an electromagnetic wave to the mixture to obtain the vanadium oxide represented by the formula (1).

상기 전자기파는 마이크로파일 수 있다. The electromagnetic waves may be micro-files.

상기 출발물질의 환원은 마이크로파 수열반응에 의하여 수행될 수 있다. 일구현예에 의하면, 상기 과정에 따라 얻은 바나듐을 포함하는 출발물질, 환원제 및 용매를 함유하는 혼합물을마이크로파 조사 장치가 구비된 반응기에 넣고 마이크로파를 인가하여 마이크로파 수열 반응을 실시한다. The reduction of the starting material can be carried out by microwave hydrothermal reaction. According to an embodiment, a mixture containing vanadium-containing starting material, a reducing agent and a solvent obtained according to the above process is placed in a reactor equipped with a microwave irradiation device, and a microwave is applied to perform a microwave hydrothermal reaction.

상기 수열 반응 후 결과물을 세척하고 여과 및 건조 과정을 실시하여 목적하는 바나듐 산화물을 얻을 수 있다. After the hydrothermal reaction, the resulting product is washed, filtered and dried to obtain the desired vanadium oxide.

마이크로파는 200 내지 1500W의 출력, 1 내지 2.45 GHz의 진동수를 갖는다. 이러한 출력 및 진동수를 갖는 마이크로파를 이용할 때 목적하는 혼합 산화수를 갖는 바나듐 옥사이드를 얻을 수 있다.The microwave has an output of 200 to 1500 W, and a frequency of 1 to 2.45 GHz. When a microwave having such an output and a frequency is used, vanadium oxide having a desired mixed oxidation number can be obtained.

마이크로파의 출력은 예를 들어 400 내지 1200W, 구체적으로 800 내지 900W 범위이다. 그리고 마이크로파의 진동수는 1 내지 2.45 GHz, 예를 들어 1.5 내지 2.2 GHz이다. 이러한 출력 및 진동수를 갖는 마이크로파를 조사하면 반응기내 반응온도가 160 내지 230℃, 예를 들어 180 내지 200℃ 범위가 된다.The output of the microwave is, for example, in the range of 400 to 1200 W, specifically 800 to 900 W. And the frequency of the microwave is 1 to 2.45 GHz, for example, 1.5 to 2.2 GHz. When a microwave having such an output and a frequency is irradiated, the reaction temperature in the reactor is in the range of 160 to 230 占 폚, for example, 180 to 200 占 폚.

상기 마이크로파를 인가하는 시간은 마이크로파의 출력 및 진동수에 따라 The time for which the microwave is applied depends on the output and the frequency of the microwave.

달라진다. 마이크로파를 인가하는 반응 시간은 예를 들어 반응시간 12 내지 24시간, 예를 들어 18 내지 21시간 범위이다. 이러한 반응시간 동안 마이크로파 인가 및 휴지 단계를 반복적으로 실시하면서 마이크로파 수열합성 반응이 진행된다.It is different. The reaction time for applying microwaves is, for example, in the range of 12 to 24 hours, for example 18 to 21 hours. During this reaction time, the microwave hydrothermal synthesis reaction proceeds while repeatedly performing the microwave application and the resting step.

수열 반응 진행시 반응기의 압력은 예를 들어 150 내지 250 psi 범위이다.The pressure of the reactor during the hydrothermal reaction is, for example, in the range of 150 to 250 psi.

상기 마이크로파 인가후 반응시간은 15 내지 20시간, 예를 들어 18 내지 20 시간 유지시킨다. 마이크로파를 이용한 반응 시간은 종래의 열처리하는 방법에 비하여 반응시간이 짧은 편이다.The reaction time after the microwave irradiation is maintained for 15 to 20 hours, for example, 18 to 20 hours. The reaction time using the microwave is shorter than the conventional heat treatment method.

세척시 알코올, 물 등을 이용하여 실시한다.When washing, use alcohol or water.

건조는 예를 들어 80 내지 100℃에서 실시한다. Drying is carried out, for example, at 80 to 100 ° C.

상기 과정에 따라 얻어진 바나듐 옥사이드는 볼밀 등에 의하여 소정 입자 사이즈로 분쇄하고 체에 걸러서 분급하여 전극 활물질로 이용 가능하다.The vanadium oxide obtained according to the above process may be pulverized into a predetermined particle size by a ball mill or the like, and the vanadium oxide may be used as an electrode active material by classifying it by sieving.

일구현예에 의하면, 활물질의 평균 산화수는 3.8 내지 4.3, 예를 들어 3.99 내지 4.26이다.According to one embodiment, the average oxidation number of the active material is from 3.8 to 4.3, for example from 3.99 to 4.26.

상기 화학식 1에서 x는 1.995 내지 2.13이다. In the above formula (1), x is 1.995 to 2.13.

상기 제조과정에 따라 얻어진 바나듐 옥사이드는 나노쉬트 또는 나노튜브 형상을 가질 수 있다.The vanadium oxide obtained by the above process may have a nanosheet or nanotube shape.

상기 나노쉬트는 1-10개층, 예를 들어 1 내지 5개층, 구체적으로 1-3개 층으로 이루어져 있고 나노쉬트의 총두께는 3 내지 15nm이다. 그리고 층간 거리는 2.5 내지 3.5nm이며, 예를 들어 약 2.8 nm이다.The nano-sheet comprises 1-10 layers, for example, 1 to 5 layers, specifically 1 to 3 layers, and the total thickness of the nano-sheet is 3 to 15 nm. And the interlayer distance is 2.5 to 3.5 nm, for example about 2.8 nm.

나노튜브는 예를 들어 양 말단이 오픈된 타입일 수 있다. 바나듐 옥사이드는 충간거리가 넓고 양 말단이 오픈된 타입의 나노튜브 형상을 가짐으로써 마그네슘 이온, 나트륨 이온, 리튬 이온과 같은 이온이 삽입 및 이동하기가 용이하다. The nanotubes may be of the open type, for example. The vanadium oxide has nanotubes of wide open type and open at both ends, so that ions such as magnesium ion, sodium ion, and lithium ion are easily inserted and moved.

나노튜브는 길이, 외경 및 내경이 제한되는 것은 아니지만, 예를 들어 길이가 1 내지 2㎛, 내경은 15 내지 50nm, 예를 들어 30 내지 40nm이고 외경은 50 내지 100nm, 예를 들어 80nm이다. 그리고 층간 거리는 2.5 내지 3.8nm이며, 예를 들어 약 2.8 nm이고, 길이는 1~3um이다. 이러한 외경, 내경 및 길이를 갖는 나노튜브를 이용하면 용량 및 수명 특성이 우수한 이차 전지를 얻을 수 있다.The length, outer diameter and inner diameter of the nanotube are not limited, but are, for example, 1 to 2 탆 in length, 15 to 50 nm in inner diameter, for example, 30 to 40 nm, and outer diameter of 50 to 100 nm, for example, 80 nm. And the interlayer distance is 2.5 to 3.8 nm, for example about 2.8 nm, and the length is 1 to 3 um. By using nanotubes having such outer diameters, inner diameters, and lengths, it is possible to obtain a secondary battery having excellent capacity and life characteristics.

나노튜브 형상을 갖는 바나듐 옥사이드는 층간거리가 넓어 수명 특성이 우수하다. 그리고 나노쉬트 형상을 갖는 바나듐 옥사이드는 표면적이 넓어 용량 특성이 매우 우수하다.Vanadium oxide having a nanotube shape is excellent in life characteristics because of a wide interlayer distance. And, vanadium oxide having nano sheet shape has excellent surface area and excellent capacity characteristics.

혼합 산화 상태를 갖는 바나듐 옥사이드에서 산화수 3의 바나듐, 산화수 +4의 바나듐 및 산화수 +5의 바나듐의 혼합비는 여러가지 방법에 따라 측정 가능하다.The mixing ratio of vanadium oxide of 3 in number, vanadium in oxidation number + 4 and vanadium in oxidation number +5 in vanadium oxide having mixed oxidation state can be measured by various methods.

예를 들어 XPS 분석에서 산화수 +3가의 바나듐, 산화수 +4의 바나듐 및 산화수 +5의 바나듐의 혼합비는 V 2p 오비탈의 결합에너지에서 이들의 결합에너지에 해당하는 피크의 적분치를 계산하여 이들의 적분비로부터 정해질 수 있다. For example, in the XPS analysis, the mixing ratio of vanadium in the oxidation state +3, vanadium in the oxidation state +4, and vanadium in the oxidation state +5 is calculated by calculating the integral value of the peak corresponding to the binding energy of the V 2p orbital, Lt; / RTI &gt;

산화수 3가의 바나듐은 결합에너지 514.7±515.7 eV에 해당하는 피크와 관련되며, 산화수 4가의 바나듐은 결합에너지 516.0±517.0 eV에 해당하는 피크와 관련된다. 그리고 산화수 5가의 바나듐은 결합에너지 517.3±518.3 eV에 해당하는 피크와 관련된다. The trivalent vanadium oxide is related to the peak corresponding to the binding energy 514.7 515.7 eV, and the vanadium oxide 4 vanadium corresponds to the peak corresponding to the binding energy 516.0 517.0 eV. And the vanadium oxide having a valence of 5 is associated with a peak corresponding to a binding energy of 517.3 ± 518.3 eV.

XPS 분석에서 산화수가 +3의 바나듐과 산화수 +4의 바나듐의 원자비는 1:1.33 내지 1:6이다. 그리고 산화수가 +3의 바나듐과 산화수 +5의 바나듐의 원자비는 1:0.83 내지 1:5이다. 그리고 산화수 +4의 바나듐과 산화수 +5의 바나듐의 원자비는 1:0.42내지 1:1.5이다In the XPS analysis, the atomic ratio of vanadium having an oxidation number of +3 to vanadium having an oxidation number of +4 is 1: 1.33 to 1: 6. And the atomic ratio of the vanadium having the oxidation number of +3 to the vanadium having the oxidation number of +5 is 1: 0.83 to 1: 5. And the atomic ratio of vanadium having oxidation number of +4 to vanadium having oxidation number of +5 is 1: 0.42 to 1: 1.5

XPS 분석에서 산화수가 +3의 바나듐, 산화수 +4의 바나듐 및 산화수 +5의 바나듐의 총량에 대한 산화수 +3가의 바나듐의 함량은 10 내지 30 원자%, 예를 들어 13 내지 29 원자%이다. 이 때 산화수 +4의 바나듐의 함량은 40 내지 60 원자%이고, 산화수 +5의 바나듐의 함량은 25 내지 50 원자%이다.In the XPS analysis, the content of vanadium in terms of the oxidation number +3 and the total amount of vanadium in oxidation number + 4, vanadium in oxidation number +4 and vanadium in oxidation number +5 is 10 to 30 atomic%, for example, 13 to 29 atomic%. At this time, the content of vanadium in the oxidation state +4 is 40 to 60 atomic%, and the content of vanadium in the oxidation state + 5 is 25 to 50 atomic%.

XRD 분석에서 2θ가 10° 이하에서 (001), (002) 피크가 나타난다. In the XRD analysis, (001) and (002) peaks appear when the 2θ is 10 ° or less.

상기 X선 회절 분석은 Cu Kαradiation(1.540598Å)을 이용한 Rigaku RINT2200HF+ 회절계(diffractometer)를 이용하여 실시한다. (001) 피크는 2θ가 약 3.2±0.3 °영역에서 나타나고 (002) 피크는 2θ가 약 6.2±0.3 °영역에서 나타난다. The X-ray diffraction analysis is carried out using a Rigaku RINT2200HF + diffractometer using Cu Kradiation (1.540598 Å). (001) peak appears in the region of about 3.2 ± 0.3 ° in 2θ and the (002) peak appears in the region of about 6.2 ± 0.3 ° in 2θ.

(002) 피크/(001) 피크 세기비가 0.6 이하, 예를 들어 0.3 내지 0.6이며 (001) 피크의 반가폭(FWHM)이 0.5 이하, 예를 들어 0.1 내지 0.5이다. (002) peak / (001) peak intensity ratio is 0.6 or less, for example, 0.3 to 0.6, and the half-value width (FWHM) of the (001) peak is 0.5 or less, for example, 0.1 to 0.5.

일구현예에 따른 바나듐 옥사이드를 활물질로서 채용한 이차 전지의 충방전을 실시한 후에는 바나듐 옥사이드에서 산화수 +3가의 바나듐, 산화수 +4의 바나듐 및 산화수 +5의 바나듐의 혼합비가 상이해진다.After charging and discharging the secondary battery employing the vanadium oxide as an active material according to one embodiment, the mixture ratio of vanadium oxide having +3 oxidation number, vanadium having oxidation number + 4, and vanadium having oxidation number +5 differ in vanadium oxide.

다른 일구현예에 따르면, 이차 전지의 충방전을 실시한 후, 이차 전지의 전극안에 함유된 활물질은 하기 화학식 1로 표시되는 바나듐 옥사이드를 포함하며, XPS 분석에서 상기 바나듐 옥사이드에서 산화수 +3의 바나듐의 함량은 산화수 +3의 바나듐, 산화수 +4의 바나듐, 산화수 +5의 바나듐의 총량을 기준으로 하여 10 내지 25 원자%이다. According to another embodiment, after the secondary battery is charged and discharged, the active material contained in the electrode of the secondary battery includes vanadium oxide represented by the following formula (1). In the XPS analysis, vanadium The content is 10 to 25 atomic% based on the total amount of vanadium of oxidation number +3, vanadium of oxidation number +4, and vanadium of oxidation number +5.

[화학식 1][Chemical Formula 1]

VOx VO x

상기 화학식 1 중 1.5<x<2.5, 예를 들어 1.9≤x<2.2이다.1.5 < x < 2.5 in the above formula (1), for example, 1.9? X < 2.2.

XPS 분석에 의하면, 상기 바나듐 옥사이드에서 산화수 +3의 바나듐, 산화수 +4의 바나듐, 산화수 +5의 바나듐의 총량을 기준으로 하여 산화수 +4의 바나듐의 함량은 40 내지 60 원자%이고, 산화수 +5의 바나듐의 함량은 30 내지 50 원자%이다. 여기에서 충방전 조건은 (기준전극(Ag/Ag+) 대비 -1.5~0.4V (Mg/Mg2 + 대비 1.5~3.4V) 범위에서 600mA/g(0.3C 수준)의 정전류를 인가하여 측정한다. According to XPS analysis, the content of vanadium in the oxidation state +4 is 40 to 60 atomic% based on the total amount of vanadium in oxidation state +3, vanadium in oxidation state +4, vanadium in oxidation state +5 in vanadium oxide, Of vanadium is 30 to 50 atomic%. Charge-discharge condition here is measured by applying a constant current (reference electrode (Ag / Ag +) compared to -1.5 ~ 0.4V (Mg / Mg 2 + 1.5 ~ 3.4V) range 600mA / g (0.3C level in contrast).

일구현예에 따른 활물질은 마그네슘 이차 전지, 나트륨 이차 전지, 리튬 이차 전지 등에 이용 가능하다.The active material according to one embodiment can be used in a magnesium secondary battery, a sodium secondary battery, a lithium secondary battery, or the like.

마그네슘 이차 전지는 희소 금속인 리튬을 대신하여 비교적 저렴하고 대량으로 존재하는 마그네슘 금속을 음극으로 사용하여 마그네슘 이온이 양극 활물질에 삽입, 탈리되어 충방전이 가능하며 리튬 이차 전지에 비하여 이론적으로 에너지 밀도가 2배 이상이며, 저가이며 대기 중에서 안정하다. 그리고 환경적이고, 가격경쟁력이 우수하며, 에너지 저장 특성이 높기 때문에 전력 저장용 및 전기자동차용 등 중대형 전지 용도로서 유용하여 차세대 이차전지로서 주목 받고 있다. The magnesium secondary battery replaces the rare metal lithium and is relatively inexpensive and uses a large amount of magnesium metal as the negative electrode. The magnesium ion is inserted into the positive electrode active material and is desorbed and discharged. The lithium secondary battery has a theoretical energy density It is more than double, low cost, stable in the atmosphere. And environmental, price competitiveness, and high energy storage characteristics, it is useful as a middle- or large-sized battery for electric power storage and electric vehicles, and has attracted attention as a next generation secondary battery.

일구현예에 따른 활물질은 마그네슘 활물질, 예를 들어 마그네슘 양극 활물질로 이용 가능하다. 이와 같이 양극 활물질로 사용하면 초기 및 사이클 반복 후 양극 활물질과 전해액의 계면저항이 감소하고 V+3의 존재로 마그네슘 이온의 이동에 대한 저항을 감소시킨다. 따라서 수명 특성이 개선된다. 그 중에서도 나노쉬트 양극 활물질을 사용하는 경우에는 나노튜브인 경우에 비하여 표면적이 증가하여 계면저항이 더 감소되고 용량이 증대된다. The active material according to one embodiment is usable as a magnesium active material, for example, as a magnesium cathode active material. When used as a cathode active material, the interfacial resistance between the cathode active material and the electrolyte is reduced after the initial and cycle repetition, and the resistance against the migration of magnesium ions is reduced by the presence of V +3 . Therefore, the life characteristic is improved. Among them, when a nanosheet cathode active material is used, the surface area is increased as compared with the case of a nanotube, so that the interfacial resistance is further reduced and the capacity is increased.

한편 나트륨 이차 전지는 희소한 리튬 화합물을 이용하는 리튬 이차 전지와 달리 염가인 재료에 의해 구성할 수 있고 전지 재료의 공급 염려를 해결할 수 있어, 이를 실용화함으로써 대형 이차 전지를 대량으로 공급 가능해질 것으로 기대되고 있다. On the other hand, the sodium secondary battery can be constituted by a cheap material, unlike the lithium secondary battery using a rare lithium compound, and can solve the supply concern of the battery material. By practically using this, it is expected that a large secondary battery can be supplied in large quantities have.

나트륨 이차 전지는 나트륨 이온을 도핑 및 탈도핑할 수 있는 양극과, 나트륨 이온을 도핑 및 탈도핑할 수 있는 음극을 가지고 있다. The sodium secondary battery has an anode capable of doping and dedoping sodium ions and a cathode capable of doping and dedoping sodium ions.

리튬 이차 전지는 전압, 용량, 에너지 밀도가 높아 휴대 전화, 노트북 컴퓨터, 풍력이나 태양광 등의 발전설비의 축전지, 전기 자동차, 무정전 전원장치, 가정용 축전지 등의 분야에서 널리 이용되고 있다.Lithium secondary batteries are widely used in fields such as cell phones, notebook computers, batteries for power generation facilities such as wind power and solar power, electric vehicles, uninterruptible power supplies, and household batteries due to high voltage, capacity and energy density.

일구현예에 따른 이차 전지는 도 2에 나타난 바와 같다. 도 2는 원통형 이차 전지를 나타낸 것이다.The secondary battery according to one embodiment is as shown in Fig. 2 shows a cylindrical secondary battery.

도 2에 나타난 바와 같이, 상기 이차 전지(21)는 양극(23), 음극(22) 및 세퍼레이터(24)를 포함한다. 상술한 양극(23), 음극(22) 및 세퍼레이터(24)가 와인딩되거나 접혀서 전지케이스(25)에 수용된다. 이어서, 상기 전지케이스(25)에 전해질이 주입되고 캡(cap) 어셈블리(26)로 밀봉되어 이온 이차 전지(21)가 완성된다. 상기 전지케이스는 원통형, 각형, 박막형 등일 수 있다. 예를 들어, 상기 이차 전지는 대형 박막형 전지일 수 있다. 상기 이차 전지는 이온 이차 전지일 수 있다.2, the secondary battery 21 includes an anode 23, a cathode 22, and a separator 24. The positive electrode 23, the negative electrode 22 and the separator 24 described above are wound or folded and accommodated in the battery case 25. Then, electrolyte is injected into the battery case 25 and the cap assembly 26 is sealed to complete the ion secondary battery 21. The battery case may have a cylindrical shape, a rectangular shape, a thin film shape, or the like. For example, the secondary battery may be a large-sized thin-film battery. The secondary battery may be an ion secondary battery.

상기 양극 및 음극 사이에 세퍼레이터가 배치되어 전지 구조체가 형성될 수 있다. 상기 전지구조체가 바이셀 구조로 적층된 다음, 유기전해액에 함침되고, 얻어진 결과물이 파우치에 수용되어 밀봉되면 폴리머 전지가 완성된다.A separator may be disposed between the anode and the cathode to form a battery structure. The cell structure is laminated in a bi-cellular structure, then impregnated with an organic electrolytic solution, and the resultant product is received in a pouch and sealed to complete a polymer battery.

상기 전기 구조체는 복수개 적층되어 전지 팩을 형성한다. 이러한 전지팩은 고용량이 요구되는 모든 기기에 사용 가능하다. 예를 들어 노트북, 스마트폰, 전기차량 등에 사용될 수 있다.A plurality of the electrical structures are stacked to form a battery pack. These battery packs can be used in all devices requiring high capacity. For example, a notebook, a smart phone, an electric vehicle, and the like.

이하, 이차 전지를 구성하는 각 구성요소에 대하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.
Hereinafter, each component constituting the secondary battery will be described in more detail.

[양극][anode]

양극 활물질로서 일구현예에 따라 하기 화학식 1로 표시되는 바나듐 옥사이드를 포함하며, 상기 바나듐 옥사이드의 바나듐이 복수의 산화수의 혼합 산화 상태를 가지며, 상기 산화수가 +3의 산화 상태를 포함하는 활물질을 사용한다.According to an embodiment of the present invention, there is provided a positive electrode active material comprising a vanadium oxide represented by the following formula (1), wherein vanadium of the vanadium oxide has a mixed oxidation state of a plurality of oxidation states and an oxidation state of +3 do.

[화학식 1][Chemical Formula 1]

VOx VO x

상기 화학식 1 중 1.5<x<2.5이다.1.5 < x < 2.5 in the general formula (1).

상기 바나듐 옥사이드의 바나듐은 3가지 산화수의 혼합 산화 상태를 가지며 예를 들어 산화수가 3, 산화수 4 및 산화수 5의 혼합 산화 상태를 갖는다.The vanadium of the vanadium oxide has a mixed oxidation state of three oxidation numbers, for example, a mixed oxidation state of oxidation number 3, oxidation number 4 and oxidation number 5.

상기 화학식 1에서 1.9≤x<2.2이다.1.9? X < 2.2 in the above formula (1).

일구현예에 의하면, 활물질의 평균 산화수는 3.8 내지 4.3, 예를 들어 3.99 내지 4.26이다.According to one embodiment, the average oxidation number of the active material is from 3.8 to 4.3, for example from 3.99 to 4.26.

상기 화학식 1에서 x는 구체적으로 1.995 내지 2.13이다. In Formula 1, x is specifically from 1.995 to 2.13.

양극은 하기 과정에 따라 제조될 수 있다. The anode can be prepared according to the following procedure.

예를 들어, 양극 활물질, 도전제, 바인더 및 용매가 혼합된 양극 활물질 조성물이 준비된다. 상기 양극 활물질 조성물이 금속 집전체 위에 직접 코팅되어 양극판이 제조된다. 다르게는, 상기 양극 활물질 조성물이 별도의 지지체 상에 캐스팅된 다음, 상기 지지체로부터 박리된 필름이 금속 집전체상에 라미네이션되어 양극판이 제조될 수 있다. 상기 양극은 상기에서 열거한 형태에 한정되는 것은 아니고 상기 형태 이외의 형태일 수 있다.For example, a cathode active material composition in which a cathode active material, a conductive agent, a binder and a solvent are mixed is prepared. The positive electrode active material composition is directly coated on the metal current collector to produce a positive electrode plate. Alternatively, the cathode active material composition may be cast on a separate support, and then the film peeled from the support may be laminated on the metal current collector to produce a cathode plate. The anode is not limited to those described above, but may be in a form other than the above.

상기 양극 활물질 조성물의 도전제로는 아세틸렌 블랙, 케첸블랙, 천연 흑연, 인조 흑연, 카본 블랙, 탄소섬유, 구리, 니켈, 알루미늄, 은 등의 금속 분말, 금속 섬유, 등을 사용할 수 있고, 또한 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 재료를 1종 또는 1종 이상을 혼합하여 사용할 수 있으나, 이들로 한정되지 않으며, 당해 기술분야에서 도전제로 사용될 수 있는 것이라면 모두 사용될 수 있다.As the conductive agent of the cathode active material composition, metal powders such as acetylene black, Ketjen black, natural graphite, artificial graphite, carbon black, carbon fiber, copper, nickel, aluminum and silver, metal fibers and the like can be used. And the like can be used alone or in admixture of one or more kinds. However, any conductive material can be used as long as it can be used as a conductive agent in the technical field of the present invention.

상기 바인더로는 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로오즈, 히드록시프로필셀룰로즈, 디아세틸셀룰로오즈, 폴리비닐클로라이드, 카르복실화된 폴리비닐클로라이드, 폴리비닐플루오라이드, 에틸렌 옥사이드를 포함하는 고분자, 폴리비닐피롤리돈, 폴리우레탄, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 스티렌-부타디엔 러버, 폴리아미드이미드, 아크릴레이티드 스티렌-부타디엔 러버, 에폭시 수지, 나일론 중에서 하나 이상을 선정하여 사용할 수 있지만, 이들로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 결합제로 사용될 수 있는 것이라면 모두 사용될 수 있다.Examples of the binder include polyvinyl alcohol, carboxymethyl cellulose, hydroxypropyl cellulose, diacetyl cellulose, polyvinyl chloride, carboxylated polyvinyl chloride, polyvinyl fluoride, a polymer including ethylene oxide, polyvinyl pyrrolidone At least one selected from polyurethane, polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, polyethylene, polypropylene, styrene-butadiene rubber, polyamideimide, acrylated styrene-butadiene rubber, epoxy resin and nylon But are not limited to, and can be used as long as they can be used in the art as a binding agent.

상기 용매로는 N-메틸피롤리돈, 아세톤 또는 물 등이 사용될 수 있으나, 이들로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 사용될 수 있는 것이라면 모두 사용될 수 있다.As the solvent, N-methylpyrrolidone, acetone, water or the like may be used, but not limited thereto, and any solvent which can be used in the technical field can be used.

양극 활물질, 도전제, 바인더 및 용매의 함량은 이차 전지에서 통상적으로 사용되는 수준이다. 이차 전지의 용도 및 구성에 따라 상기 도전제, 바인더 및 용매 중 하나 이상이 생략될 수 있다.The content of the cathode active material, the conductive agent, the binder and the solvent is a level commonly used in a secondary battery. One or more of the conductive agent, the binder and the solvent may be omitted depending on the use and configuration of the secondary battery.

마그네슘 이차 전지의 경우, 양극은 통상적인 양극 활물질을 더 포함할 수 있다. 여기에서 통상적인 양극 활물질의 함량은 양극 활물질의 총중량 100 중량부를 기준으로 하여 50 내지 98 중량부이다. In the case of a magnesium secondary battery, the anode may further include a conventional cathode active material. Here, the typical amount of the cathode active material is 50 to 98 parts by weight based on 100 parts by weight of the total weight of the cathode active material.

상기 양극 활물질은 마그네슘 이온이 삽입, 탈리될 수 있는 전이금속 화합물 또는 마그네슘 복합 금속 산화물을 포함한다. 예로서 스칸듐, 루테늄, 티타늄, 바나듐, 몰리브덴, 크롬, 망간, 철, 코발트, 니켈, 구리 및 아연으로 이루어진 군에서 선택되는 금속의 산화물, 황화물 또는 할로겐화물 및 마그네슘 복합금속 산화물로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다.The positive electrode active material includes a transition metal compound or a magnesium composite metal oxide capable of intercalating and deintercalating magnesium ions. Oxides, sulfides or halides of metals selected from the group consisting of scandium, ruthenium, titanium, vanadium, molybdenum, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, copper and zinc and magnesium and composite metal oxides And may include one or more.

예를 들어, 양극 활물질로서 TiS2, ZrS2, RuO2, Co3O4, Mo6S8, V2O5 등이 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한 마그네슘 복합금속 산화물의 예로는 Mg(M1 -xAx)O4(0≤x≤0.5, M은 Ni, Co, Mn, Cr, V, Fe, Cu 또는 Ti이며, A는 Al, B, Si, Cr, V, C, Na, K 또는 Mg)로 표시되는 마그네슘계 화합물이 사용될 수 있다.For example, TiS 2 , ZrS 2 , RuO 2 , Co 3 O 4 , Mo 6 S 8 , and V 2 O 5 may be used as the positive electrode active material, but the present invention is not limited thereto. (M 1 -x A x ) O 4 (0? X ? 0.5, M is Ni, Co, Mn, Cr, V, Fe, Cu or Ti; A is at least one element selected from the group consisting of Al, B , Si, Cr, V, C, Na, K, or Mg) may be used.

마그네슘 이차 전지인 경우 집전체는 당해 전지에 전기화학적 변화를 유발하지 않고 안정해야 한다. 집전체가 부식될 경우, 전지 사이클이 반복됨에 따라 충분한 집전능력을 발휘할 수 없으므로 전지의 수명을 단축시키게 된다.In the case of a magnesium secondary battery, the current collector should be stable without causing electrochemical changes in the battery. When the current collector is corroded, the current collecting ability can not be exhibited as the battery cycle is repeated, thereby shortening the life of the battery.

상기 집전체는 바람직하게는 스테인리스 스틸로 이루어져 있다. 예를 들어 금속 기재에 도전성 물질과 고분자 물질을 포함하는 프라이머가 코팅되어 있는 소재일 수 있다.The current collector is preferably made of stainless steel. For example, a material in which a primer including a conductive material and a polymer material is coated on a metal substrate.

상기 금속 기재는 마그네슘 이차전지의 전위에서 안정한 금속으로서, 전자를 공급하고 전달하는 역할을 할 수 있는 금속이라면, 그것의 종류가 특별히 한정되는 것은 아니며, 예를 들어, 스테인리스 스틸, 니켈, 티타늄 등을 들 수 있지만, 그 중에서도 스테인리스 스틸이 사용된다.. 이러한 금속 기재는 약 1 내지 150 ㎛의 두께를 가지며, 호일, 필름, 시트, 네트, 다공질체, 발포체 등 다양한 형태로 만들어질 수 있으며, 예를 들어 호일 형태일 수 있다.The metal base material is a metal that is stable at the potential of the magnesium secondary battery and is not particularly limited as long as it can serve to supply and deliver electrons. For example, stainless steel, nickel, titanium, Such a metal substrate has a thickness of about 1 to 150 mu m and can be formed into various shapes such as foil, film, sheet, net, porous body, foam, and the like. May be in the form of a foil.

상기 프라이머는 내부 저항의 증가를 최대한 억제하면서 금속 기재에 대한 양극 활물질의 접착력을 높이는 역할을 하며, 예를 들어 도전성 물질과 고분자 물질이 중량비로 1:10 내지 10:1로 포함될 수 있다. 도전성 물질의 함량이 상기 범위일 때 내부 저항의 증가에 의해 전지의 작동 특성이 저하됨이 없이 소망하는 접착력을 제공할 수 있다.The primer serves to increase the adhesion of the cathode active material to the metal substrate while suppressing the increase of the internal resistance to the maximum. For example, the primer may include a conductive material and a polymer material in a weight ratio of 1:10 to 10: 1. When the content of the conductive material is in the above range, it is possible to provide a desired adhesive force without decreasing the operating characteristics of the battery by increasing the internal resistance.

상기 도전성 물질은, 예를 들어, 흑연, 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙, 탄소 섬유 및 불화 카본으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상을 들 수 있지만, 반드시 이들만으로 한정되는 것은 아니다. 그 중에서도 카본 블랙이 주로 사용된다. 도전성 물질의 입경은 10 내지 100 nm이다.The conductive material may include at least one selected from the group consisting of graphite, carbon black, acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, The present invention is not limited thereto. Among them, carbon black is mainly used. The particle diameter of the conductive material is 10 to 100 nm.

상기 고분자 물질은, 예를 들어, 폴리이미드계 공중합체, 아크릴레이트계 공중합체, 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈,테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화EPDM, 스티렌-부틸렌 고무 및 불소 고무로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상을 들 수 있지만 반드시 이들만으로 한정되는 것은 아니다. 그 중에서도 폴리이미드계 공중합체가 사용된다.The polymer material may be, for example, a polyimide-based copolymer, an acrylate-based copolymer, polyvinylidene fluoride, polyvinyl alcohol, carboxymethylcellulose (CMC), starch, hydroxypropylcellulose, At least one member selected from the group consisting of polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene, polyethylene, polypropylene, ethylene-propylene-diene terpolymer (EPDM), sulfonated EPDM, styrene- But is not limited to these. Among them, a polyimide-based copolymer is used.

상기 프라이머의 층 두께는 예를 들어 100 nm 내지 1 ㎛이다. 층의 형태는 균일한 두께를 가지는 막(film)의 형태이거나 불균일한 두께를 가지는 클러스터(cluster)의 형태일 수 있다. 예를 들어 클러스터 타입의 프라이머 층은 높은 비표면적을 가지므로 양극 활물질을 부착할 때 막 타입의 프라이머 층보다 우수한 접착력을 제공한다. 이러한 클러스터 타입의 프라이머 층를 형성하는 경우에는 금속 기재로서 스테인리스 스틸이 사용될 수 있다.The layer thickness of the primer is, for example, 100 nm to 1 占 퐉. The shape of the layer may be in the form of a film having a uniform thickness or in the form of a cluster having a non-uniform thickness. For example, the cluster type primer layer has a high specific surface area, so it provides a better adhesion force than the film type primer layer when attaching the cathode active material. In the case of forming such a cluster type primer layer, stainless steel may be used as the metal base material.

프라이머는 집전체의 일면 또는 양면에 형성할 수 있으며, 일구현예에 의하면 양면에 형성한다.The primer can be formed on one side or both sides of the current collector, and according to one embodiment, it is formed on both sides.

상기 프라이머를 집전체의 표면에 부가하는 방법은, 예를 들어, 도전성 물질과 고분자 물질을 소정의 휘발성 용매에 첨가하여 도포액을 형성하여 집전체에 도포한 후 상기 용매를 제거하는 방법을 사용할 수 있다. 상기 휘발성 용매의 예로는 NMP, 물, MIBK(메틸이소부틸케톤), 이소프로판올 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정 되는 것은 아니다.The method of adding the primer to the surface of the current collector may be, for example, a method of adding a conductive material and a high molecular material to a predetermined volatile solvent to form a coating liquid, applying the coating liquid to the current collector, and then removing the solvent have. Examples of the volatile solvent include NMP, water, MIBK (methyl isobutyl ketone), and isopropanol, but are not limited thereto.

나트륨 이차 전지의 경우, 양극은 양극 활물질로서 일구현예에 따라 화학식 1로 표시되는 바나듐 옥사이드로서 상기 바나듐 옥사이드의 바나듐이 산화수가 3, 산화수 4 및 산화수 5의 혼합 산화 상태를 갖는 활물질 이외에 통상적인 나트륨 이차 전지용 양극 활물질을 더 포함할 수 있다. 여기에서 통상적인 양극 활물질의 함량은 양극 활물질의 총중량 100 중량부를 기준으로 하여 50 내지 98 중량부이다. In the case of a sodium secondary battery, the positive electrode is a positive electrode active material, which is vanadium oxide represented by the formula (1) according to an embodiment. In addition to the active material having vanadium in the vanadium oxide mixed oxidation state of the oxidation number 3, the oxidation number 4 and the oxidation number 5, And a cathode active material for a secondary battery. Here, the typical amount of the cathode active material is 50 to 98 parts by weight based on 100 parts by weight of the total weight of the cathode active material.

상기 양극 활물질로는 Ag2S, As2S3, CdS, CuS, Cu2S, FeS, FeS2, HgS, MoS2, Ni3S2, NiS, NiS2, PbS, TiS2, MnS, Sb2S3와 같은 금속 황화물, 상기 금속 황화물과 전이금속의 혼합물 등이 있다. 상기 전이금속으로는 Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, Lu, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Hg, Lr, Rf, Db, Sg, Bh, Hs, Mt, Ds, Rg, Uub 중 하나이다.As the positive electrode active material, Ag 2 S, As 2 S 3 , CdS, CuS, Cu 2 S, FeS, FeS 2 , HgS, MoS 2 , Ni 3 S 2 , NiS, NiS 2 , PbS, TiS 2 , MnS, Sb 2 S 3 , a mixture of the metal sulfide and the transition metal, and the like. The transition metal may be at least one selected from Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, , W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Hg, Lr, Rf, Db, Sg, Bh, Hs, Mt, Ds, Rg and Uub.

리튬 이차 전지의 경우, 양극은 상술한 바나듐 옥사이드 이외에 통상적인 리튬 이차 전지용 양극 활물질을 더 포함할 수 있다. 여기에서 통상적인 양극 활물질의 함량은 양극 활물질의 총중량 100 중량부를 기준으로 하여 70 내지 98 중량부이다. In the case of a lithium secondary battery, the anode may further include a cathode active material for a lithium secondary battery in addition to the vanadium oxide described above. Here, the typical amount of the cathode active material is 70 to 98 parts by weight based on 100 parts by weight of the total amount of the cathode active material.

상기 통상적인 양극 활물질로는 리튬코발트산화물, 리튬니켈코발트망간산화물, 리튬니켈코발트알루미늄산화물, 리튬철인산화물, 및 리튬망간산화물로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있으나, 반드시 이들로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 이용 가능한 모든 양극 활물질이 사용될 수 있다.The typical cathode active material may include at least one selected from the group consisting of lithium cobalt oxide, lithium nickel cobalt manganese oxide, lithium nickel cobalt aluminum oxide, lithium iron phosphate, and lithium manganese oxide, but not always limited thereto Any cathode active material available in the art may be used.

예를 들어, LiaA1 - bBbD2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 및 0 ≤ b ≤ 0.5이다); LiaE1 -bBbO2-cDc(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05이다); LiE2 - bBbO4 - cDc(상기 식에서, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05이다); LiaNi1 -b- cCobBcDα(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α ≤ 2이다); LiaNi1 -b- cCobBcO2 Fα(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α < 2이다); LiaNi1 -b- cCobBcO2 F2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α < 2이다); LiaNi1 -b- cMnbBcDα(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α ≤ 2이다); LiaNi1 -b- cMnbBcO2 Fα(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α < 2이다); LiaNi1 -b- cMnbBcO2 F2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α < 2이다); LiaNibEcGdO2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.9, 0 ≤ c ≤ 0.5, 0.001 ≤ d ≤ 0.1이다.); LiaNibCocMndGeO2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.9, 0 ≤ c ≤ 0.5, 0 ≤ d ≤0.5, 0.001 ≤ e ≤ 0.1이다.); LiaNiGbO2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0.001 ≤ b ≤ 0.1이다.); LiaCoGbO2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0.001 ≤ b ≤ 0.1이다.); LiaMnGbO2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0.001 ≤ b ≤ 0.1이다.); LiaMn2GbO4(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0.001 ≤ b ≤ 0.1이다.); QO2; QS2; LiQS2; V2O5; LiV2O5; LiIO2; LiNiVO4; Li(3-f)J2(PO4)3(0 ≤ f ≤ 2); Li(3-f)Fe2(PO4)3(0 ≤ f ≤ 2); LiFePO4의 화학식 중 어느 하나로 표현되는 화합물을 사용할 수 있다:For example, Li a A 1 - b B b D 2 , wherein 0.90 ≤ a ≤ 1.8, and 0 ≤ b ≤ 0.5; Li a E 1 -b B b O 2 -c D c wherein, in the formula, 0.90? A? 1.8, 0? B? 0.5, 0? C? 0.05; LiE 2 - b B b O 4 - c D c where 0? B? 0.5, 0? C? 0.05; Li a Ni 1 -b- c Co b B c D ? Wherein, in the formula, 0.90? A? 1.8, 0? B? 0.5, 0? C? 0.05, 0 <? Li a Ni 1 - b - c Co b B c O 2 - ? F ? Wherein the 0.90? A? 1.8, 0? B? 0.5, 0? C? 0.05, 0 <? Li a Ni 1 -b- c Co b B c O 2 - ? F 2 wherein 0.90? A? 1.8, 0? B? 0.5, 0? C? 0.05, 0 <? Li a Ni 1 -b- c Mn b B c D ? Wherein, in the formula, 0.90? A? 1.8, 0? B? 0.5, 0? C? 0.05, 0 <? Li a Ni 1 -b- c Mn b B c O 2 - ? F ? Wherein , in the formula, 0.90? A? 1.8, 0? B? 0.5, 0? C? 0.05, 0 <? Li a Ni 1 -b- c Mn b B c O 2 - ? F 2 wherein 0.90? A? 1.8, 0? B? 0.5, 0? C? 0.05, 0 <? Li a Ni b E c G d O 2 wherein 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.9, 0 ≤ c ≤ 0.5, and 0.001 ≤ d ≤ 0.1; Li a Ni b Co c Mn d GeO 2 wherein 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.9, 0 ≤ c ≤ 0.5, 0 ≤ d ≤ 0.5, and 0.001 ≤ e ≤ 0.1; Li a NiG b O 2 (in the above formula, 0.90? A? 1.8, and 0.001? B? 0.1); Li a CoG b O 2 wherein, in the above formula, 0.90? A? 1.8, and 0.001? B? 0.1; Li a MnG b O 2 (in the above formula, 0.90? A? 1.8, 0.001? B? 0.1); Li a Mn 2 G b O 4 wherein, in the above formula, 0.90? A? 1.8, and 0.001? B? 0.1; QO 2; QS 2 ; LiQS 2 ; V 2 O 5 ; LiV 2 O 5 ; LiIO 2 ; LiNiVO 4; Li (3-f) J 2 (PO 4 ) 3 (0? F? 2); Li (3-f) Fe 2 (PO 4 ) 3 (0? F? 2); In the formula of LiFePO 4 may be used a compound represented by any one:

상기 화학식에 있어서, A는 Ni, Co, Mn, 또는 이들의 조합이고; B는 Al, Ni, Co, Mn, Cr, Fe, Mg, Sr, V, 희토류 원소 또는 이들의 조합이고; D는 O, F, S, P, 또는 이들의 조합이고; E는 Co, Mn, 또는 이들의 조합이고; F는 F, S, P, 또는 이들의 조합이고; G는 Al, Cr, Mn, Fe, Mg, La, Ce, Sr, V, 또는 이들의 조합이고; Q는 Ti, Mo, Mn, 또는 이들의 조합이고; I는 Cr, V, Fe, Sc, Y, 또는 이들의 조합이며; J는 V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, 또는 이들의 조합이다.In the above formula, A is Ni, Co, Mn, or a combination thereof; B is Al, Ni, Co, Mn, Cr, Fe, Mg, Sr, V, a rare earth element or a combination thereof; D is O, F, S, P, or a combination thereof; E is Co, Mn, or a combination thereof; F is F, S, P, or a combination thereof; G is Al, Cr, Mn, Fe, Mg, La, Ce, Sr, V, or combinations thereof; Q is Ti, Mo, Mn, or a combination thereof; I is Cr, V, Fe, Sc, Y, or a combination thereof; J is V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, or a combination thereof.

물론 이 화합물 표면에 코팅층을 갖는 것도 사용할 수 있고, 또는 상기 화합물과 코팅층을 갖는 화합물을 혼합하여 사용할 수도 있다. 이 코팅층은 코팅 원소의 옥사이드, 하이드록사이드, 코팅 원소의 옥시하이드록사이드, 코팅 원소의 옥시카보네이트, 또는 코팅 원소의 하이드록시카보네이트의 코팅 원소 화합물을 포함할 수 있다. 이들 코팅층을 이루는 화합물은 비정질 또는 결정질일 수 있다. 상기 코팅층에 포함되는 코팅 원소로는 Mg, Al, Co, K, Na, Ca, Si, Ti, V, Sn, Ge, Ga, B, As, Zr 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 코팅층 형성 공정은 상기 화합물에 이러한 원소들을 사용하여 양극 활물질의 물성에 악영향을 주지 않는 방법(예를 들어 스프레이 코팅, 침지법 등)으로 코팅할 수 있으면 어떠한 코팅 방법을 사용하여도 무방하며, 이에 대하여는 당해 분야에 종사하는 사람들에게 잘 이해될 수 있는 내용이므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.Of course, a compound having a coating layer on the surface of the compound may be used, or a compound having a coating layer may be mixed with the compound. The coating layer may comprise an oxide, a hydroxide of the coating element, an oxyhydroxide of the coating element, an oxycarbonate of the coating element, or a coating element compound of the hydroxycarbonate of the coating element. The compound constituting these coating layers may be amorphous or crystalline. The coating layer may contain Mg, Al, Co, K, Na, Ca, Si, Ti, V, Sn, Ge, Ga, B, As, Zr or a mixture thereof. The coating layer forming step may be any coating method as long as it can coat the above compound by a method which does not adversely affect the physical properties of the cathode active material (for example, spray coating, dipping, etc.) by using these elements, It will be understood by those skilled in the art that a detailed description will be omitted.

예를 들어, LiNiO2, LiCoO2, LiMnxO2x(x=1 또는 2), LiNi1 -xMnxO2(0<x<1), LiNi1 -x-yCoxMnyO2 (0≤x≤0.5, 0≤y≤0.5), LiFeO2, V2O5, TiS, MoS 등이 사용될 수 있다.For example, LiNiO 2 , LiCoO 2 , LiMn x O 2x (x = 1 or 2), LiNi 1 -x Mn x O 2 (0 <x <1), LiNi 1 -xy Co x Mn y O 2 ? 0.5, 0? Y? 0.5), LiFeO 2 , V 2 O 5 , TiS, MoS and the like can be used.

리튬 이차 전지의 양극 집전체로는 3 내지 500 ㎛의 두께로서, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 열처리 탄소, 또는 알루미늄이나 스테리인레스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것 등이 사용될 수 있다. 집전체는 그것의 표면에 미세한 요철을 형성하여 양극 활물질의 접착력을 높일 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태가 가능하다.The positive electrode collector of the lithium secondary battery is not particularly limited as long as it has a thickness of 3 to 500 탆 and has a high conductivity without causing chemical change in the battery. For example, stainless steel, aluminum, , Heat-treated carbon, or a surface treated with carbon, nickel, titanium, silver or the like on the surface of aluminum or stainless steel can be used. The current collector may have fine irregularities on the surface thereof to increase the adhesive force of the cathode active material, and various forms such as a film, a sheet, a foil, a net, a porous body, a foam, and a nonwoven fabric are possible.

[음극][cathode]

마그네슘 이차 전지의 경우에는 음극은 마그네슘 금속, 마그네슘 금속 기반의 함금 또는 마그네슘 삽입 화합물(magnesium intercalating compound)를 포함할 수 있으나 반드시 이들로 한정되지 않는다. 음극은 당해 기술 분야에서 음극 활물질로 사용될 수 있는 것으로서 마그네슘을 포함하거나 마그네슘을 흡장/방출할 수 있는 것이라면 모두 가능하다. In the case of a magnesium secondary battery, the negative electrode may include, but is not necessarily limited to, a magnesium metal, a magnesium metal-based alloy, or a magnesium intercalating compound. The negative electrode may be used as an anode active material in the technical field, and may include magnesium, or any material capable of absorbing / desorbing magnesium.

음극은 예를 들어 마그네슘금속일 수 있다. 상기 마그네슘 금속 기반의 합금으로서는 예를 들어 알루미늄, 주석, 인듐, 칼슘, 티타늄, 바나듐 등과 마그네슘의 합금을 들 수 있다.The cathode may be, for example, magnesium metal. Examples of the magnesium-based alloy include alloys of aluminum, tin, indium, calcium, titanium, vanadium, and the like and magnesium.

예를 들어, 음극은 일반적으로 3 ㎛ 내지 500 ㎛의 두께의 금속 상태의 마그네슘이 사용될 수 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.For example, the negative electrode may be used in a variety of forms such as a film, a sheet, a foil, a net, a porous body, a foam, a nonwoven fabric, and the like.

나트륨 이차 전지의 경우에는 음극으로는 나트륨 금속 또는 나트륨 합금을 포함하는 전극이나, 나트륨 금속 또는 나트륨 합금을 집전체에 적층한 전극을 사용할 수 있다. 또는 음극으로는 나트륨 이온의 도핑 및 탈도핑이 가능한 나트륨 무기 화합물(이하, “나트륨 화합물”이라고 함)을 가지는 전극을 사용할 수 있다.In the case of a sodium secondary battery, an electrode including a sodium metal or a sodium alloy, or an electrode in which a sodium metal or a sodium alloy is laminated on a current collector may be used as the cathode. As the cathode, an electrode having a sodium inorganic compound (hereinafter referred to as &quot; sodium compound &quot;) capable of doping and undoping sodium ions can be used.

상기 나트륨 화합물로는 NaFeO2, NaMnO2, NaNiO2 및 NaCoO2 등의 NaM1aO2로 표시되는 산화물(M1은 1종 이상의 전이 금속 원소,0≤a<1), Na0 .44Mn1 - aM1aO2로 표시되는 산화물(M1은 1종 이상의 전이 금속 원소,0≤a<1), Na0 .7Mn1 - aM1aO2 .05로 표시되는 산화물(M1은 1종 이상의 전이 금속 원소,0≤a<1); Na6Fe2Si12O30 및 Na2Fe5Si12O30 등의 NabM2cSi12O30으로 표시되는 산화물(M2는 1종 이상의 전이 금속 원소, 2≤b≤6, 2≤c≤5); Na2Fe2Si6O18 및 Na2MnFeSi6O18 등의 NadM3eSi6O18로 표시되는 산화물(M3은 1종 이상의 전이 금속 원소, 3≤d≤6, 1≤e≤2); Na2FeSiO6 등의 NafM4gSi2O6으로 표시되는 산화물(M4는 전이 금속 원소, Mg 및 Al로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 원소, 1≤f≤2, 1≤g≤2); NaFePO4, Na3Fe2(PO4)3 등의 인산염; NaFeBO4, Na3Fe2(BO4)3 등의 붕산염; Na3FeF6 및 Na2MnF6 등의 NahM5F6으로 표시되는 불화물(M5는 1종 이상의 전이 금속원소, 2≤h≤3) 등을 들 수 있다.As the sodium compound is NaFeO 2, NaMnO 2, NaNiO 2 and NaCoO 2 such as an oxide represented by a NaM1 O 2 of (M1 is a transition metal element at least one, 0≤a <1), Na 0 .44 Mn 1 - oxide represented by a a O 2 M1 (M1 is a transition metal element at least one, 0≤a <1), Na 0 .7 Mn 1 - a M1 a O oxide represented by 2 .05 (M1 is at least one Transition metal element, 0? A <1); An oxide represented by Na b M2 c Si 12 O 3 0 such as Na 6 Fe 2 Si 12 O 3 0 and Na 2 Fe 5 Si 12 O 3 0 (M2 is at least one transition metal element, 2? B? 6, 2? C? 5); Na 2 Fe 2 Si 6 O 18 and Na 2 MnFeSi 6 O 18, etc. of Na d M3 e Si 6 O 18 oxide represented by (M3 is a transition metal element at least one, 3≤d≤6, 1≤e≤2 ); Na 2 FeSiO 6 such as Na f M4 g Si oxide represented by 2 O 6 (M4 is a transition metal element, at least one element selected from the group consisting of Mg, Al, 1≤f≤2, 1≤g≤2 ); Phosphates such as NaFePO 4 and Na 3 Fe 2 (PO 4 ) 3 ; Borates such as NaFeBO 4 and Na 3 Fe 2 (BO 4 ) 3 ; Na 3 FeF 6 and Na 2 MnF 6 (M 5 is at least one transition metal element, 2h3 ) represented by Na h M 5 F 6 .

리튬 이차 전지의 경우, 음극으로는 흑연, 탄소와 같은 탄소계 재료, 리튬 금속, 그 합금, Si, SiOx(0 <x <2, 예를 들어 0.5 내지 1.5), Sn, SnO2, 또는 실리콘 합금 및 이들이 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것을 사용할 수 있다. In the case of a lithium secondary battery, examples of the negative electrode include a carbon-based material such as graphite and carbon, a lithium metal, an alloy thereof, Si, SiOx (0 <x <2, for example, 0.5 to 1.5), Sn, SnO 2 , And a mixture thereof may be used.

상기 실리콘 합금은 실리콘과, Al, Sn, Ag, Fe, Bi, Mg, Zn, in, Ge, Pb 및 Ti 중에서 하나 이상을 이용하여 제조될 수 있다.The silicon alloy may be manufactured using at least one of silicon and at least one of Al, Sn, Ag, Fe, Bi, Mg, Zn, in, Ge, Pb and Ti.

음극 활물질은 리튬과 합금 가능한 금속/준금속, 이들의 합금 또는 이의 산화물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 리튬과 합금 가능한 금속/준금속은 Si, Sn, Al, Ge, Pb, Bi, Sb Si-Y 합금(상기 Y는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 13족 원소, 14족 원소, 전이금속, 희토류 원소 또는 이들의 조합 원소이며, Si는 아님), Sn-Y 합금(상기 Y는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 13족 원소, 14족 원소, 전이금속, 희토류 원소 또는 이들의 조합 원소이며, Sn은 아님) 등일 수 있다. 상기 원소 Y로는 Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Sc, Y, Ti, Zr, Hf, Rf, V, Nb, Ta, Db, Cr, Mo, W, Sg, Tc, Re, Bh, Fe, Pb, Ru, Os, Hs, Rh, Ir, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, B, Al, Ga, Sn, In, Ti, Ge, P, As, Sb, Bi, S, Se, Te, Po, 또는 이들의 조합일 수 있다. 예를 들어, 상기 리튬과 합금 가능한 금속/준금속의 산화물은 리튬 티탄 산화물, 바나듐 산화물, 리튬 바나듐 산화물, SnO2, SiOx(0<x<2) 등일 수 있다.The negative electrode active material may include lithium-alloyable metals / metalloids, alloys thereof, or oxides thereof. For example, the metal / metalloid capable of alloying with lithium may be at least one selected from the group consisting of Si, Sn, Al, Ge, Pb, Bi, Sb Si-Y alloy (Y is an alkali metal, an alkaline earth metal, a Group 13 element, (Y is an alkali metal, an alkaline earth metal, a Group 13 element, a Group 14 element, a transition metal, a rare earth element, or a combination element thereof, and is a metal, a rare earth element or a combination element thereof, Sn), and the like. The element Y may be at least one element selected from the group consisting of Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Sc, Y, Ti, Zr, Hf, Rf, V, Nb, Ta, Db, Cr, Mo, W, Sg, Pb, Ru, Os, Hs, Rh, Ir, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, B, Al, Ga, Sn, In, Ti, Ge, P, As, Sb, Se, Te, Po, or a combination thereof. For example, the oxide of the metal / metalloid capable of alloying with lithium may be lithium titanium oxide, vanadium oxide, lithium vanadium oxide, SnO 2 , SiO x (0 <x <2) and the like.

상기 음극 활물질은 상술한 실리콘, 실리콘 산화물, 실리콘 합금중에서 선택된 하나와 흑연의 혼합물 또는 상술한 실리콘, 실리콘 산화물, 실리콘 합금중에서 선택된 하나와 흑연의 복합체일 수 있다. The negative electrode active material may be a composite of graphite and a selected one of silicon, silicon oxide and silicon alloy as described above, or a mixture of graphite and one selected from the above-described silicon, silicon oxide, and silicon alloy.

예를 들어, 상기 음극 활물질의 형태는 단순한 입자 형태일 수 있으며, 나노크기의 형태를 가지는 나노 구조체일 수 있다. 예를 들어, 상기 음극 활물질은 나노입자, 나노와이어, 나노로드, 나노튜브, 나노벨트 등의 다양한 형태를 가질 수 있다.For example, the shape of the negative electrode active material may be a simple particle shape or a nanostructure having a nano-sized shape. For example, the anode active material may have various shapes such as nanoparticles, nanowires, nano-rods, nanotubes, and nanobelt.

예를 들어, 음극은 일반적으로 3 ㎛ 내지 500 ㎛의 두께의 금속 상태의 금속이 사용될 수 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.For example, the negative electrode may be a metal in a metal state generally having a thickness of 3 to 500 μm, and may be used in various forms such as a film, a sheet, a foil, a net, a porous body, a foam, and a nonwoven fabric.

다른 일구현예에 의하면, 이차전지용 음극은 다음과 같이 제조될 수 있다.According to another embodiment, a negative electrode for a secondary battery can be manufactured as follows.

예를 들어 음극 활물질,도전제 및 바인더를 포함하는 음극 활물질 조성물이 일정한 형상으로 성형되거나, 상기의 음극 활물질 조성물이 동박(copper foil) 등의 집전체에 도포되는 방법으로 제조될 수 있다.For example, the negative electrode active material composition containing the negative electrode active material, the conductive agent and the binder may be formed into a predetermined shape or the negative electrode active material composition may be applied to a current collector such as copper foil.

상기 음극 활물질은 마그네슘 이차 전지, 나트륨 이차 전지 또는 리튬 이차 전지용 음극 활물질이다.The negative electrode active material is a negative electrode active material for a magnesium secondary battery, a sodium secondary battery or a lithium secondary battery.

구체적으로, 상기 음극 활물질, 도전제, 바인더 및 용매가 혼합된 음극 활물질 조성물이 준비된다. 상기 음극 활물질 조성물이 금속 집전체 위에 직접 도포하여 음극이 제조된다. 다르게는, 상기 음극 활물질 조성물이 별도의 지지체 상에 캐스팅된 다음, 상기 지지체로부터 박리된 필름이 금속 집전체상에 라미네이션되어 음극이 제조될 수 있다. 상기 음극은 상기에서 열거한 형태에 한정되는 것은 아니고 상기 형태 이외의 형태일 수 있다.Specifically, an anode active material composition in which the anode active material, the conductive agent, the binder and the solvent are mixed is prepared. The negative electrode active material composition is directly applied on the metal current collector to produce a negative electrode. Alternatively, the negative electrode active material composition may be cast on a separate support, and then the film peeled off from the support may be laminated on the metal current collector to produce a negative electrode. The negative electrode is not limited to the above-described form, but may be in a form other than the above-described form.

상기 음극 활물질에서 바인더의 함량은 음극 활물질 조성물의 총중량 100 중량부를 기준으로 하여 1 내지 10 중량부를 사용할 수 있으나, 예를 들어 1 내지 3 중량부이다. The content of the binder in the negative electrode active material may be 1 to 10 parts by weight, for example, 1 to 3 parts by weight based on 100 parts by weight of the total weight of the negative electrode active material composition.

상기 음극 활물질 조성물을 집전체에 도포하는 방법은 조성물의 점성에 따라 선택되며 스크린 프린팅법, 스프레이 코팅법, 닥터 블레이드를 이용한 코팅법, 그라비어 코팅법, 딥 코팅법, 실크 스크린법, 페인팅법, 및 슬롯다이(slot die)를 이용한 코팅법 중에서 하나를 선택하여 실시할 수 있다.The method of applying the negative electrode active material composition to the current collector is selected according to the viscosity of the composition and is selected from the group consisting of a screen printing method, a spray coating method, a coating method using a doctor blade, a gravure coating method, a dip coating method, a silk screen method, And a coating method using a slot die.

집전체는 이차 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. The collector is not particularly limited as long as it has electrical conductivity without causing chemical change in the secondary battery. For example, carbon, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, sintered carbon, copper, Nickel, titanium, silver or the like, an aluminum-cadmium alloy, or the like can be used.

또한, 표면에 미세한 요철을 형성하여 전극 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 또는 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.In addition, fine unevenness may be formed on the surface to enhance the bonding force of the electrode active material, and it may be used in various forms such as a film, a sheet, a foil, a net, a porous body, a foam, or a nonwoven fabric.

상기 집전체는 일반적으로 3 내지 20㎛의 두께로 만들어진다. The current collector is generally made to have a thickness of 3 to 20 mu m.

상기 음극 활물질 조성물이 집전체 및/또는 기판 상에 코팅된 후에 80 내지 120℃에서 1차 열처리하여 건조시켜 용매를 제거한 후, 압연 등의 과정을 거친 후, 건조를 실시하여 음극이 얻어질 수 있다.After the negative electrode active material composition is coated on the current collector and / or the substrate, the negative electrode may be obtained by performing a first heat treatment at 80 to 120 ° C to remove the solvent, followed by a rolling process, and then drying .

상기 1차 열처리시 전극으로부터 용매인 물이 제거되어 건조시 온도가 상기 범위일 때 전극 표면에 기포 발생이 억제되면서 표면 균일도가 우수한 전극을 얻을 수 있다. 상기 건조는 대기 분위기하에서 실시할 수 있다.During the first heat treatment, water as a solvent is removed from the electrode. When the temperature during drying is in the above range, generation of bubbles on the surface of the electrode is suppressed and an electrode having excellent surface uniformity can be obtained. The drying can be carried out in an air atmosphere.

상기 1차 열처리후 진공하에서 2차 열처리를 실시할 수 있다. 상기 2차 열처리는 1x10-4 내지 1x10-6 torr 진공 하에서 100 내지 200℃에서 실시한다.The secondary heat treatment can be performed under the vacuum after the primary heat treatment. The second heat treatment is performed at 100 to 200 ° C under a vacuum of 1 × 10 -4 to 1 × 10 -6 torr.

상기 음극 활물질 조성물은 상술한 음극 활물질외에 다른 탄소계 음극 활물질을 추가적으로 포함할 수 있다.The negative active material composition may further include a carbon-based negative active material in addition to the negative active material.

예를 들어, 상기 탄소계 음극 활물질은 예를 들어, 결정질 탄소, 비정질 탄소 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 상기 결정질 탄소는 무정형, 판상, 린편상(flake), 구형 또는 섬유형의 천연 흑연 또는 인조 흑연과 같은 흑연일 수 있으며, 상기 비정질 탄소는 소프트 카본(soft carbon: 저온 소성 탄소) 또는 하드 카본(hard carbon), 메조페이스 피치(mesophase pitch) 탄화물, 소성된 코크스, 그래핀, 카본블랙, 플러렌 수트(fullerene soot), 탄소나노튜브, 및 탄소섬유로 등일 수 있으나 반드시 이들로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 사용될 수 있는 것이라면 모두 가능하다.For example, the carbon-based negative electrode active material may be, for example, crystalline carbon, amorphous carbon, or a mixture thereof. The crystalline carbon may be graphite such as natural graphite or artificial graphite in an amorphous, plate-like, flake, spherical or fibrous shape, and the amorphous carbon may be soft carbon or hard carbon carbon fiber, carbon fiber, mesophase pitch carbide, calcined coke, graphene, carbon black, fullerene soot, carbon nanotubes, and carbon fiber, but not necessarily limited thereto, Anything that can be used is possible.

상기 도전제로는 아세틸렌 블랙, 케첸블랙, 천연 흑연, 인조 흑연, 카본 블랙, 탄소섬유, 구리, 니켈, 알루미늄, 은 등의 금속 분말, 금속 섬유, 폴리페닐렌 유도체 중에서 선택된 1종 이상을 혼합하여 사용할 수 있으나, 이들로 한정되지 않으며, 당해 기술분야에서 도전재로 사용될 수 있는 것이라면 모두 사용될 수 있다.As the conductive agent, at least one selected from metal powders such as acetylene black, Ketjen black, natural graphite, artificial graphite, carbon black, carbon fiber, copper, nickel, aluminum and silver, metal fibers and polyphenylene derivatives may be mixed and used But are not limited to, and may be used as long as they can be used as a conductive material in the art.

상기 음극은 상술한 바인더외에 종래의 일반적인 바인더를 추가적으로 포함할 수 있다. 예를 들어, 종래의 일반적인 바인더로는 소듐-카복시메틸셀룰로오스(Na-CMC), 알긴산(alginic acid) 유도체, 키토산(chitosan) 유도체, 폴리비닐알콜(PVA), 폴리아크릴산(PAA), 폴리소디움아크릴레이트(Na-PAA), 폴리비닐피롤리돈(PVP), 폴리아크릴아미드(PAAm), 비닐리덴 플루오라이드/헥사플루오로프로필렌 코폴리머(P(VDF-HFP)), 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리아크릴로니트릴(PAN), 수계 분산형 스티렌-부타디엔 고무(SBR), 수계 분산형 부타디엔 고무(BR), 이들의 개질(modified)물, 예를 들어 이들에 불소(fluoride)가 치환된 고분자, 이들의 주쇄에 술폰기(-SO2-)가 치환된 고분자, 또는 이들과 다른 고분자의 랜덤공중합체, 블록공중합체, 또는 교호(alternating) 공중합체 등이 사용될 수 있으나, 이들로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 바인더로 사용될 수 있는 것이라면 모두 사용될 수 있다.The negative electrode may further include a conventional binder in addition to the above-described binder. For example, conventional conventional binders include sodium-carboxymethylcellulose (Na-CMC), alginic acid derivatives, chitosan derivatives, polyvinyl alcohol (PVA), polyacrylic acid (PAA) Polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinylidene fluoride (PVA), polyvinylidene fluoride (PVA), polyvinylidene fluoride (PVA), polyvinylidene fluoride ), Polyacrylonitrile (PAN), water-dispersed styrene-butadiene rubber (SBR), water-dispersed butadiene rubber (BR), and modified products thereof such as fluorine-substituted A random copolymer, a block copolymer, or an alternating copolymer of a polymer, a polymer in which a sulfonic group (-SO 2 -) is substituted in the main chain thereof, or a polymer in which the polymer is substituted with a sulfone group (-SO 2 -) or other polymer may be used. And can be used as a binder in the art Both can be used.

상기 집전체는 이차 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. The current collector is not particularly limited as long as it has electrical conductivity without causing chemical changes in the secondary battery. For example, the collector may be formed of a metal such as carbon, , Nickel, titanium, silver or the like, an aluminum-cadmium alloy, or the like can be used.

또한, 표면에 미세한 요철을 형성하여 전극 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 또는 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.
In addition, fine unevenness may be formed on the surface to enhance the bonding force of the electrode active material, and it may be used in various forms such as a film, a sheet, a foil, a net, a porous body, a foam, or a nonwoven fabric.

[세퍼레이터][Separator]

이차 전지는 양극과 음극 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함할 수 있다.The secondary battery may include a separator interposed between the anode and the cathode.

상기 세퍼레이타는 양극과 음극 사이에 개재되며, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용된다. The separator is interposed between the positive electrode and the negative electrode, and an insulating thin film having high ion permeability and mechanical strength is used.

세퍼레이터의 기공 직경은 일반적으로 0.01 ~ 10 ㎛이고, 두께는 일반적으로 5 ~ 20 ㎛이다. 이러한 세퍼레이터로는, 예를 들어, 내화학성 및 소수성의 폴리프로필렌 등의 올레핀계 폴리머; 글래스 파이버 또는 폴리에틸렌 등으로 만들어진 시트나 부직포 등이 사용된다.  전해질로서 폴리머 등의 고체 전해질이 사용되는 경우에는 고체 전해질이 분리막을 겸할 수도 있다.The pore diameter of the separator is generally 0.01 to 10 mu m, and the thickness is generally 5 to 20 mu m. As such a separator, for example, an olefin-based polymer such as polypropylene having chemical resistance and hydrophobicity; A sheet or nonwoven fabric made of glass fiber, polyethylene or the like is used. When a solid electrolyte such as a polymer is used as an electrolyte, the solid electrolyte may also serve as a separation membrane.

올레핀계 폴리머의 구체적인 예로는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드 또는 이들의 2층 이상의 다층막이 사용될 수 있으며, 폴리에틸렌/폴리프로필렌 2층 세퍼레이터, 폴리에틸렌/폴리프로필렌/폴리에틸렌 3층 세퍼레이터, 폴리프로필렌/폴리에틸렌/폴리프로필렌 3층 세퍼레이터 등과 같은 혼합 다층막이 사용될 수 있다.Specific examples of the olefin-based polymer may include polyethylene, polypropylene, polyvinylidene fluoride, or a multilayer film of two or more thereof, and examples thereof include a polyethylene / polypropylene two-layer separator, a polyethylene / polypropylene / polyethylene three- A polyethylene / polypropylene three-layer separator, or the like can be used.

예를 들어, 세퍼레이터는 하기 방법에 따라 제조될 수 있다.For example, a separator can be produced according to the following method.

고분자 수지, 충진제 및 용매를 혼합하여 세퍼레이터 조성물이 준비된다. 상기 세퍼레이터 조성물이 음극활물질층 상부에 직접 코팅 및 건조되어 세퍼레이터가 형성될 수 있다. 또는, 상기 세퍼레이터 조성물이 지지체상에 캐스팅 및 건조된 후, 상기 지지체로부터 박리시킨 세퍼레이터 필름이 음극활물질층 상부에 라미네이션되어 세퍼레이터가 형성될 수 있다.A polymer resin, a filler and a solvent are mixed to prepare a separator composition. The separator composition may be directly coated on the anode active material layer and dried to form a separator. Alternatively, after the separator composition is cast and dried on a support, a separator film peeled off from the support may be laminated on the negative active material layer to form a separator.

상기 세퍼레이터 제조에 사용되는 고분자 수지는 특별히 한정되지 않으며, 전극판의 결합제에 사용되는 물질들이 모두 사용될 수 있다. 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 비닐리덴플루오라이드/헥사플루오로프로필렌 코폴리머, 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리아크릴로니트릴, 폴리메틸메타크릴레이트 또는 이들의 혼합물 등이 사용될 수 있다. 상기 충진제는 무기입자 등이 사용될 수 있으며, 용매는 상기 고분자 수지를 용해시킬 수 있으며 건조시 고분자 수지 내에 기공을 형성할 수 있는 것으로서 당해 기술분야에서 일반적으로 사용되는 것이라면 모두 가능하다.The polymer resin used in the production of the separator is not particularly limited, and any material used for the binder of the electrode plate may be used. For example, polyethylene, polypropylene, vinylidene fluoride / hexafluoropropylene copolymer, polyvinylidene fluoride (PVDF), polyacrylonitrile, polymethyl methacrylate or mixtures thereof may be used. The filler may be an inorganic particle or the like, and the solvent may dissolve the polymer resin and form pores in the polymer resin upon drying, so long as it is generally used in the art.

또한, 상기 세퍼레이터는 다른 공지 공용의 방법으로 별도로 제조되어 음극 활물질층 상부에 라미네이션 될 수 있다. 예를 들어, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌을 용융 및 압출시켜 필름으로 제막한 후, 저온에서 어닐링시키고 결정 도메인을 성장시킨 후, 이 상태에서 연신을 실시하여 비정질 영역을 연장함으로써 미다공막을 형성하는 건식 제조방법이 사용될 수 있다. 예를 들어, 탄화수소 용매 등의 기타 저분자 재료와 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 등을 혼합한 후에, 필름 형성시키고, 이어서, 비결정상으로 용매나 저분자가 모여 아일랜드상(island phase)을 형성하기 시작한 필름을, 상기 용매나 저분자를 다른 휘발성 용매를 사용하여 제거함으로써 미다공막을 형성하는 습식 제조방법이 사용될 수 있다.Further, the separator may be separately manufactured by another publicly known method and laminated on the anode active material layer. For example, a dry manufacturing method in which a microporous film is formed by forming a film by melting and extruding polypropylene or polyethylene, annealing at a low temperature to grow a crystal domain, and then stretching in this state to extend an amorphous region Can be used. For example, a film obtained by mixing a low-molecular material such as a hydrocarbon solvent with polypropylene, polyethylene, or the like, and then forming a film, and then a solvent or a small molecule is gathered to form an island phase, A wet production method of forming a microporous membrane by removing a solvent or a low molecular weight using another volatile solvent may be used.

또한, 상기 세퍼레이터는, 강도나 경도, 열수축률을 제어할 목적에서, 비도전성 입자, 기타 다른 필러, 섬유 화합물 등의 첨가제를 추가적으로 함유할 수 있다. 예를 들어, 상기 세퍼레이터는 무기 입자를 추가적으로 포함할 수 있다. 상기 무기 입자를 추가적으로 포함함에 의하여 세퍼레이터의 내산화성이 향상되고, 전지 특성의 열화가 억제될 수 있다. The separator may additionally contain additives such as non-conductive particles, other fillers, and fiber compounds for the purpose of controlling strength, hardness and heat shrinkage. For example, the separator may further include inorganic particles. By further including the inorganic particles, the oxidation resistance of the separator is improved, and deterioration of the battery characteristics can be suppressed.

상기 무기 입자는 알루미나(Al2O3), 실리카(SiO2), 티타니아(TiO2) 등일 수 있다. 상기 무기 입자의 평균 입경은 10nm 내지 5㎛일 수 있다. 평균 입경이 상기 범위일 때 무기 입자의 결정성 저하 없이 무기 입자 분산이 원할하게 이루어진다. The inorganic particles may be alumina (Al 2 O 3 ), silica (SiO 2 ), titania (TiO 2 ), or the like. The average particle diameter of the inorganic particles may be 10 nm to 5 占 퐉. When the average particle diameter is within the above range, inorganic particle dispersion can be smoothly performed without deteriorating the crystallinity of the inorganic particles.

상기 세퍼레이터는, 인열 강도나, 기계적 강도를 높일 목적에서, 하나 이상의 고분자층을 포함하는 다층 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 폴리에틸렌/폴리프로필렌 적층체, 폴리에틸렌/폴리프로필렌/폴리에틸렌 적층체, 부직포/폴리올레핀 적층체 등일 수 있다.The separator may have a multi-layer structure including at least one polymer layer for the purpose of increasing the tear strength and the mechanical strength. For example, a polyethylene / polypropylene laminate, a polyethylene / polypropylene / polyethylene laminate, a nonwoven fabric / polyolefin laminate, and the like.

[전해질][Electrolyte]

이차 전지가 리튬 이차 전지인 경우 전해질은 비수계 전해질과 리튬염을 포함한다. 도 1의 이차 전지에서는 전해질로서 비수계 전해액이 사용될 수 있다.When the secondary battery is a lithium secondary battery, the electrolyte includes a non-aqueous electrolyte and a lithium salt. In the secondary battery of Fig. 1, a non-aqueous liquid electrolyte may be used as the electrolyte.

비수계 전해질로는 비수계 전해액, 유기 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용된다.As the non-aqueous electrolyte, a non-aqueous electrolyte, an organic solid electrolyte, an inorganic solid electrolyte and the like are used.

상기 비수 전해액으로는, 예를 들어, N-메틸-2-피롤리디논, 프로필렌 카보네이트, 에틸렌 카보네이트, 부틸렌 카보네이트, 디메틸 카보네이트, 디에틸 카보네이트, 감마-부티로 락톤, 1,2-디메톡시 에탄, 테트라히드록시퓨란, 2-메틸 테트라하이드로퓨란, 디메틸술폭시드, 1,3-디옥소란, 포름아미드, 디메틸 포름아미드, 아세토니트릴, 니트로메탄, 포름산 메틸, 초산메틸, 인산 트리에스테르, 트리메톡시 메탄, 디옥소란 유도체, 설포란, 메틸 설포란, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 프로필렌 카보네이트 유도체, 테트라하이드로푸란 유도체, 에테르, 피로피온산 메틸, 프로피온산 에틸, 또는 플루오로에틸렌카보네이트(FEC)가 사용될 수 있다.Examples of the nonaqueous electrolytic solution include N-methyl-2-pyrrolidinone, propylene carbonate, ethylene carbonate, butylenecarbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, gamma-butyrolactone, 1,2-dimethoxyethane Dimethylformamide, acetonitrile, nitromethane, methyl formate, methyl acetate, phosphoric acid triester, trimethylacetate, trimethylolpropane, trimethylolpropane, trimethylolpropane, trimethylolpropane, Propylenecarbonyl derivatives, tetrahydrofuran derivatives, ethers, methyl pyrophosphate, ethyl propionate, or fluoro (meth) acrylates, such as methoxymethane, dioxolane derivatives, sulfolane, methyl sulfolane, Ethylene carbonate (FEC) may be used.

상기 유기 고체 전해질로는, 예를 들어, 폴리에틸렌 유도체, 폴리에틸렌 옥사이드 유도체, 폴리프로필렌 옥사이드 유도체, 인산 에스테르 폴리머, 폴리에스테르 술파이드, 폴리비닐 알코올, 폴리 불화 비닐리덴, 이온성 해리기를 포함하는 중합체 등이 사용될 수 있다.Examples of the organic solid electrolyte include a polymer including a polyethylene derivative, a polyethylene oxide derivative, a polypropylene oxide derivative, a phosphate ester polymer, a polyester sulfide, a polyvinyl alcohol, a polyvinylidene fluoride, and an ionic dissociation group Can be used.

상기 무기 고체 전해질로는, 예를 들어, Li3N, LiI, Li5NI2, Li3N-LiI-LiOH, Li2SiS3, Li4SiO4, Li4SiO4-LiI-LiOH, 또는 Li3PO4-Li2S-SiS2이 사용될 수 있다.Examples of the inorganic solid electrolyte include Li 3 N, LiI, Li 5 NI 2 , Li 3 N-LiI-LiOH, Li 2 SiS 3 , Li 4 SiO 4 , Li 4 SiO 4 -LiI- Li 3 PO 4 -Li 2 S-SiS 2 can be used.

상기 리튬염은 상기 비수계 전해질에 용해되기 좋은 물질로서, 예를 들어, LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, 클로로 보란 리튬, 저급 지방족 카르본산 리튬, 테트라키스페닐 붕산 리튬 등이 사용될 수 있다. 또한, 비수계 전해질에는 충방전 특성, 난연성 등의 개선을 목적으로, 예를 들어, 피리딘, 트리에틸포스파이트, 트리에탄올아민, 환상 에테르, 에틸렌 디아민, n-글라임(glyme), 헥사 인산 트리 아미드, 니트로벤젠 유도체, 유황, 퀴논 이민 염료, N-치환 옥사졸리디논, N,N-치환 이미다졸리딘, 에틸렌 글리콜 디알킬 에테르, 암모늄염, 피롤, 2-메톡시 에탄올, 삼염화 알루미늄 등이 첨가될 수도 있다. 경우에 따라서는, 불연성을 부여하기 위하여, 사염화탄소, 삼불화에틸렌 등의 할로겐 함유 용매를 더 포함시킬 수도 있고, 고온 보존 특성을 향상시키기 위하여 이산화탄산 가스를 더 포함시킬 수도 있다.The lithium salt is a material that is readily soluble in the non-aqueous electrolyte, for example, LiCl, LiBr, LiI, LiClO 4, LiBF 4, LiB 10 Cl 10, LiPF 6, LiCF 3 SO 3, LiCF 3 CO 2, LiAsF 6, LiSbF 6, LiAlCl 4, CH 3 SO 3 Li, (CF 3 SO 2) 2 NLi, such as chloroborane lithium, lower aliphatic carboxylic acid lithium, tetrakis phenyl lithium borate, may be used. For the purpose of improving charge / discharge characteristics, flame retardancy, etc., non-aqueous electrolytes may be used in the form of, for example, pyridine, triethylphosphite, triethanolamine, cyclic ether, ethylenediamine, glyme, N, N-substituted imidazolidine, ethylene glycol dialkyl ether, ammonium salt, pyrrole, 2-methoxyethanol, aluminum trichloride and the like are added It is possible. In some cases, a halogen-containing solvent such as carbon tetrachloride or ethylene trifluoride may be further added to impart nonflammability, or a carbon dioxide gas may be further added to improve high-temperature storage characteristics.

리튬염의 농도는 0.1 내지 2M, 예를 들어 0.5 내지 1.5M이다. 리튬염의 농도가 이 범위일 때 이차 전지의 용량 및 수명 특성이 우수하다. The concentration of the lithium salt is 0.1 to 2M, for example, 0.5 to 1.5M. When the concentration of the lithium salt is in this range, the capacity and life characteristics of the secondary battery are excellent.

만약 전해질이 고분자 전해질 등의 고체 전해질이 사용되는 경우에는 고체 전해질이 상술한 세퍼레이타 역할을 겸할 수도 있다. 따라서 이러한 경우에는 별도의 세퍼레이터가 불필요하다.If a solid electrolyte such as a polymer electrolyte is used as the electrolyte, the solid electrolyte may also serve as the separator. In this case, therefore, no separate separator is required.

마그네슘 이차 전지인 경우 전해질은 마그네슘염과 비수계 유기용매를 포함한다. 그리고 마그네슘 이차 전지의 전해질은 안정적인 작동을 위하여 마그네슘 대비 1V 이상에서 전기화학적으로 안정한 전해액을 형성할 수 있는 것이라면 모두 다 사용가능하다. 마그네슘염은 예를 들면 RMgX(R은 탄소수 1 내지 10인 직쇄형이거나 분지형의 알킬기, 탄소수 6 내지 10인 직쇄형이거나 분지형의 아릴기, 또는 탄소수 1 내지 10인 직쇄형이거나 분지형의 아민기이다), MgX2 (X는 할로겐 원자이다), R2Mg (R은 탄소수 1 내지 20의 알킬기, 탄소수 1 내지 20의 디알킬보론기, 탄소수 6 내지 20의 디아릴보론기, 탄소수 1 내지 20의 알킬카보닐기 또는 탄소수 1 내지 20의 알킬설포닐기, MgClO4 등을 각각 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.In the case of a magnesium secondary battery, the electrolyte includes a magnesium salt and a non-aqueous organic solvent. The electrolyte of the magnesium secondary battery can be used as long as it can form an electrochemically stable electrolyte at a voltage of 1 V or more with respect to magnesium for stable operation. The magnesium salt is, for example, RMgX (wherein R is a linear or branched alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, a linear or branched alkyl group having 6 to 10 carbon atoms, or a linear or branched amine having 1 to 10 carbon atoms group a), MgX 2 (X is a halogen atom), R 2 Mg (R is a C1 to group 20 alkyl group, a dialkyl boron having 1 to 20 carbon atoms of, diaryl boronic having 6 to 20 carbon atoms group, a C 1 -C An alkylsulfonyl group having 1 to 20 carbon atoms or an alkylsulfonyl group having 1 to 20 carbon atoms, MgClO 4, etc. may be used alone or in admixture of two or more.

RMgX에서 R은 구체적으로 메틸기, 에틸기, 부틸기, 페닐기, 또는 아닐린기이며, X는 할로겐 원자이고, 예를 들어 염소 또는 브롬이다. 그리고 MgX2의 X는 예를 들어 염소 또는 브롬이다. In RMgX, R is specifically a methyl group, an ethyl group, a butyl group, a phenyl group, or an aniline group, and X is a halogen atom, for example, chlorine or bromine. And X of MgX 2 is, for example, chlorine or bromine.

상기 R2Mg에서 알킬카보닐기는 예를 들면 메틸카보닐기(-CO2CH3)이고, 알킬설포닐기은 예를 들어 트리플루오로메틸설포닐기(-SO2CF3)이다.The alkylcarbonyl group in R 2 Mg is, for example, a methylcarbonyl group (-CO 2 CH 3 ), and the alkylsulfonyl group is, for example, a trifluoromethylsulfonyl group (-SO 2 CF 3 ).

마그네슘염은 구체적으로 Mg(AlCl2BuEt)2(Bu은 부틸기의 약자이고, Et은 에틸기의 약자임), Mg(ClO4)2, Mg(PF6)2, Mg(BF4)2, Mg(CF3SO3)2, MgN(CF3SO2), MgN(C2F5SO2)2, MgC(CF3SO2)3 등이 이용된다.Magnesium salts are particularly Mg (AlCl 2 BuEt) 2 (an abbreviation of Bu is butyl, Et is being stands for an ethyl group), Mg (ClO 4) 2 , Mg (PF 6) 2, Mg (BF4) 2, Mg (CF 3 SO 3) 2, MgN (CF 3 SO 2), MgN (C 2 F 5 SO 2) 2, MgC (CF 3 SO 2) 3 or the like is used.

마그네슘염의 농도는, 전해액에 대한 전해질의 용해도를 고려하여 적절하게 설정할 수 있으며, 통상 0.2 내지 5M이고, 예를 들어 0.3 내지 3 M, 구체적으로 0.8 내지 1.5 M이다. 마그네슘염의 농도가 상기 범위일 때 마그네슘 이차 전지의 내부 저항 특성이 우수하다. The concentration of the magnesium salt can be suitably set in consideration of the solubility of the electrolyte with respect to the electrolytic solution, and is usually 0.2 to 5 M, for example, 0.3 to 3 M, specifically 0.8 to 1.5 M. When the concentration of the magnesium salt is in the above range, the magnesium secondary battery has excellent internal resistance characteristics.

상기 마그네슘 이차 전지에서 사용되는 비수계 유기용매로는 높은 산화전위를 가지며 상기 나트륨염을 용해시킬 수 있는 것을 사용한다. 구체적인 예로는 카보네이트계 용매, 에스테르계 용매, 또는 에테르계 용매가 사용된다. 예를 들어 프로필렌카보네이트, 에틸렌카보네이트, 플루오로에틸렌카보네이트, 부틸렌카보네이트, 디메틸카보네이트, 디에틸카보네이트, 메틸에틸카보네이트, 메틸프로필카보네이트, 에틸프로필카보네이트, 메틸이소프로필카보네이트, 디프로필카보네이트, 디부틸카보네이트, 플루오로에틸렌카보네이트, 벤조니트릴, 아세토니트릴, 테트라히드로퓨란, 2-메틸테트라히드로퓨란, γ-부티로락톤, 디옥소란, 4-메틸디옥소란, N,N-디메틸포름아미드, N,N-디메틸아세트아미드, N,N-디메틸설폭사이드, 디옥산, 1,2-디메톡시에탄, 설포란, 디클로로에탄, 클로로벤젠, 니트로벤젠, 디에틸렌글리콜, 테트라하이드로퓨란, 디메틸에테르 또는 이들의 혼합물 등이다.The non-aqueous organic solvent used in the magnesium secondary battery has a high oxidation potential and is capable of dissolving the sodium salt. As specific examples, a carbonate-based solvent, an ester-based solvent, or an ether-based solvent is used. Examples of the solvent include propylene carbonate, ethylene carbonate, fluoroethylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, methyl propyl carbonate, ethyl propyl carbonate, methyl isopropyl carbonate, dipropyl carbonate, dibutyl carbonate, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylformamide, tetrahydrofuran, tetrahydrofuran, -Dimethylacetamide, N, N-dimethylsulfoxide, dioxane, 1,2-dimethoxyethane, sulfolane, dichloroethane, chlorobenzene, nitrobenzene, diethylene glycol, tetrahydrofuran, dimethyl ether or mixtures thereof .

전해질에는 필요에 따라 여러가지 첨가제를 첨가할 수 있다. 구체적으로는, 충방전 특성, 난연성 등의 개선을 목적으로, 예를 들어, 피리딘, 트리에틸포스파이트, 트리에탄올아민, 환상 에테르, 에틸렌 디아민, n-글라임(glyme), 헥사메틸포스포아미드(hexamethyl phosphoramide), 니트로벤젠 유도체, 유황, 퀴논 이민 염료, N-치환 옥사졸리디논, N, N-치환 이미다졸리딘, 에틸렌 글리콜 디알킬 에테르, 암모늄염, 피롤, 2-메톡시 에탄올, 삼염화 알루미늄 등이 첨가될 수도 있다. 경우에 따라서는, 불연성을 부여하기 위하여, 사염화탄소, 삼불화에틸렌 등의 할로겐 함유 용매를 더 포함시킬 수도 있다.Various additives may be added to the electrolyte as required. Specifically, for the purpose of improving the charge-discharge characteristics and the flame retardancy, there can be mentioned, for example, pyridine, triethylphosphite, triethanolamine, cyclic ether, ethylenediamine, glyme, hexamethylphosphoramide hexamethyl phosphoramide, nitrobenzene derivatives, sulfur, quinone imine dyes, N-substituted oxazolidinones, N, N-substituted imidazolidines, ethylene glycol dialkyl ethers, ammonium salts, pyrrole, 2-methoxyethanol, May be added. In some cases, a halogen-containing solvent such as carbon tetrachloride or ethylene trifluoride may be further added to impart nonflammability.

마그네슘 이차 전지용 전해질은 구체적으로, Mg(AlCl2BuEt)2/THF를 포함하는 조성일 수 있다.The electrolyte for the magnesium secondary battery may specifically be a composition containing Mg (AlCl 2 BuEt) 2 / THF.

나트륨 이차 전지용 전해질은 나트륨염과 비수계 유기용매를 포함한다.The electrolyte for a sodium secondary battery includes a sodium salt and a non-aqueous organic solvent.

나트륨염은, 당해기술분야에서 통상적으로 사용되는 것이라면 모두 다 사용 가능하다. 예를 들면 NaClO4, NaPF6, NaBF4, NaCF3SO3, NaN(CF3SO2)2, NaN(C2F5SO2)2, NaC(CF3SO2)3 등의 나트륨염이 이용된다.Sodium salts can be used as long as they are commonly used in the art. For example, a sodium salt such as NaClO 4, NaPF 6, NaBF 4 , NaCF 3 SO 3, NaN (CF 3 SO 2) 2, NaN (C 2 F 5 SO 2) 2, NaC (CF 3 SO 2) 3 the .

나트륨염의의 농도는, 전해액에 대한 전해질의 용해도를 고려하여 적절하게 설정할 수 있으며, 0.2 내지 5M이고, 예를 들어 0.3 내지 3 M, 구체적으로 0.8 내지 1.5 M이다. 나트륨염의 농도가 상기 범위일 때 나트륨 이차 전지의 내부 저항 특성이 우수하다. The concentration of the sodium salt can be suitably set in consideration of the solubility of the electrolyte with respect to the electrolytic solution, and is 0.2 to 5 M, for example, 0.3 to 3 M, specifically 0.8 to 1.5 M. When the concentration of the sodium salt is in the above range, the internal resistance of the sodium secondary battery is excellent.

나트륨 이차 전지용 전해질에서 사용되는 비수계 유기용매는 상술한 마그네슘 이차 전지용 전해질의 비수계 유기용매와 동일한 것을 사용하며 동일한 첨가제를 더 부가할 수도 있다.The non-aqueous organic solvent used in the electrolyte for the sodium secondary battery may be the same as the non-aqueous organic solvent of the electrolyte for the magnesium secondary battery, and the same additives may be further added.

본 발명에 따른 이차전지는 용량 및 수명 특성이 우수하여 소형 디바이스의 전원으로 사용되는 전지셀에 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 중대형 디바이스의 전원으로 사용되는 다수의 전지셀들을 포함하는 중대형 전지팩 또는 전지모듈에 단위전지로도 사용될 수 있다.The secondary battery according to the present invention is excellent in capacity and lifespan characteristics and can be used not only for a battery cell used as a power source for a small device but also for a middle- or large-sized battery pack or a battery module including a plurality of battery cells used as a power source for a medium- As a unit cell.

상기 중대형 디바이스의 예로는 전기자동차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기자동차(Hybrid Electric Vehicle, HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV) 등을 포함하는 전기차 전기 자전거(E-bike), 전기 스쿠터(E-scooter)를 포함하는 전기 이륜차 전동 공구 전력저장장치 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.Examples of the medium and large devices include an electric vehicle (EV) including an electric vehicle (EV), a hybrid electric vehicle (HEV), a plug-in hybrid electric vehicle (PHEV) E-bike, an electric motorcycle electric power tool electric power storage device including an electric scooter (E-scooter), but the present invention is not limited thereto.

이하, 하기 실시예를 들어 보다 상세히 설명하나 이에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the following examples, but the present invention is not limited thereto.

비교예Comparative Example 1 One

오산화이바나듐 5mmol 및 옥타데실아민 5mmol을 에탄올 5ml에 부가하고 이 혼합물을 2시간 동안 교반하였다. 얻어진 혼합물에 증류수 15ml를 부가하고 이를 48시간 동안 교반하여 가수분해된 바나듐 옥사이드 성분을 얻었다.5 mmol of vanadium pentachloride and 5 mmol of octadecylamine were added to 5 ml of ethanol and the mixture was stirred for 2 hours. 15 ml of distilled water was added to the resulting mixture, which was stirred for 48 hours to obtain a hydrolyzed vanadium oxide component.

상기 반응 결과물을 오토클로브에서 180℃에서 수열 반응을 7일 동안 실시하였다. 반응이 완결되면 반응 혼합물을 여과하여 고체를 얻고 이 고체를 에탄올 및 헥산을 이용하여 반복적으로 세척하였다. 얻어진 결과물을 80℃에서 진공 건조하여 바나듐 옥사이드를 얻었다.The reaction product was subjected to hydrothermal reaction at 180 ° C for 7 days in autoclave. When the reaction is complete, the reaction mixture is filtered to give a solid which is repeatedly washed with ethanol and hexane. The resulting product was vacuum-dried at 80 占 폚 to obtain vanadium oxide.

비교예Comparative Example 2 2

오산화이바나듐(V2O5) 분말을 그대로 사용하였다.The vanadium pentoxide (V 2 O 5 ) powder was used as it was.

실시예Example 1 One

오산화이바나듐(V2O5) 분말 0.91g 및 옥타데실아민 1.35g을 에탄올 5ml에 용해한 다음, 이들을 혼합하고 여기에 물 15ml를 부가하여 혼합물을 얻었다. 이 때 오산화이비나듐과 옥타데실아민의 혼합비는 1:1몰비이었다.0.91 g of vanadium pentoxide (V 2 O 5 ) powder and 1.35 g of octadecylamine were dissolved in 5 ml of ethanol, followed by mixing, and 15 ml of water was added thereto to obtain a mixture. At this time, the mixing ratio of dinitrodiamide to octadecylamine was 1: 1.

상기 혼합물을 교반하였다.The mixture was stirred.

상기 혼합물에 물 10ml를 부가하고 테프론 코팅 스테인레스-스틸 오토클래브(Teflon lined stainless-steel autoclave) 용기에 넣고 마이크로파 용매열(microwave-assisted solvothermal) 장비 (MARS5)(마이크로파의 출력: 800W, 진동수 2.45 GHz)에서 20시간 동안 반응을 실시하였다.10 ml of water was added to the mixture and placed in a Teflon lined stainless steel autoclave vessel and microwave-assisted solvothermal equipment (MARS 5) (microwave power: 800 W, frequency 2.45 GHz ) For 20 hours.

상기 반응 결과물을 세척하고 이를 여과 및 90℃에서 건조하여 산화수가 +3의 바나듐, 산화수 +4의 바나듐 및 산화수 +5의 바나듐이 공존하는 바나듐 옥사이드 VO2 .035를 얻었다. The reaction product was washed, filtered, and dried at 90 ° C. to obtain vanadium oxide VO 2 .035 in which vanadium of +3 oxidation, vanadium + 4 oxidation, and vanadium + 5 oxidation exist.

실시예Example 2 2

오산화이바나듐(V2O5)분말과 옥타데실아민의 혼합비를 1:0.75 몰비로 변화시킨 을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 실시하여 산화수가 +3의 바나듐, 산화수 +4의 바나듐 및 산화수 +5의 바나듐이 공존하는 바나듐 옥사이드(VO1.995)를 얻었다. Except that the mixture ratio of vanadium pentoxide (V 2 O 5 ) powder and octadecylamine was changed at a molar ratio of 1: 0.75, vanadium in oxidation number +3, vanadium in oxidation number +4, Vanadium oxide (VO 1.995 ) in which +5 vanadium coexists was obtained.

실시예Example 3 3

오산화이바나듐(V2O5)분말과 옥타데실아민의 혼합비를 1:0.5 몰비로 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 실시하여 산화수가 +3의 바나듐, 산화수 +4의 바나듐 및 산화수 +5의 바나듐이 공존하는 바나듐 옥사이드(VO2.13)를 얻었다. The procedure of Example 1 was repeated except that vanadium pentoxide (V 2 O 5 ) powder and octadecylamine were mixed at a molar ratio of 1: 0.5, vanadium in oxidation number +3, vanadium in oxidation number +4 and oxidation number + Vanadium oxide (VO 2.13 ) in which 5 vanadium was coexisted.

비교제작예Comparative Production Example 1:마그네슘 이차 전지 제작 1: Manufacture of magnesium secondary battery

상기 비교예 1에 따라 얻은 바나듐 옥사이드, 카본 및 바인더인 폴리비닐리덴플루오라이드를 6:2:2 중량비로 혼합하고 이를 N-메틸피롤리돈(NMP) 와 함께 기계식 교반을 통하여 슬러리를 제조하였다.The slurry was prepared by mixing vanadium oxide, carbon and polyvinylidene fluoride, which were obtained in accordance with Comparative Example 1, at a weight ratio of 6: 2: 2 and mechanically stirred together with N-methylpyrrolidone (NMP).

상기 슬리러를 어플리케이터를 사용하여 알루미늄 집전체 상부에 약 150㎛ 두께로 도포하고 이를 120℃에서 건조하여 전극을 완성하였다.The slurry was applied to an upper portion of the aluminum current collector using an applicator to a thickness of about 150 mu m and dried at 120 DEG C to complete an electrode.

상기 전극과, 대극으로서 직경 12mm의 원형 형태를 갖는 마그네슘 합금 전극과, Ag/0.1N AgNO3을 기준 전극을 사용하여 마그네슘 이차 전지인 비커 타입의 3전극 셀을 조립하였다. 이 때 전해액으로는 0.5M Mg(ClO4)2의 아세토니트릴 용액을 사용하였다. A magnesium electrode electrode having a circular shape with a diameter of 12 mm and Ag / 0.1N AgNO 3 as a reference electrode were used as the counter electrode, and a beaker type three-electrode cell as a magnesium secondary battery was assembled. An acetonitrile solution of 0.5 M Mg (ClO 4 ) 2 was used as the electrolytic solution.

비교제작예Comparative Production Example 2: 나트륨 이차 전지의 제작 2: Manufacture of sodium secondary battery

상기 비교예 2에 따라 얻은 바나듐 옥사이드, 카본 및 바인더인 폴리비닐리덴플루오라이드를 6:2:2 중량비로 혼합하고 이를 NMP 와 함께 기계식 교반을 통하여 슬러리를 제조하였다.The vanadium oxide, carbon, and polyvinylidene fluoride, which were obtained in accordance with Comparative Example 2, were mixed at a weight ratio of 6: 2: 2, and the mixture was mechanically stirred together with NMP to prepare a slurry.

상기 슬리러를 어플리케이터를 사용하여 알루미늄 집전체 상부에 약 150㎛ 두께로 도포하고 이를 120℃에서 건조하여 전극을 완성하였다.The slurry was applied to an upper portion of the aluminum current collector using an applicator to a thickness of about 150 mu m and dried at 120 DEG C to complete an electrode.

상기 전극과 대극인 나트륨 박막과 세퍼레이터로서 두께 1mm 글래스 파이버(Glass fiber)(separator, Whatman, GF/B)을 사용하고, 전해질로는 프로필렌 카보네이트(PC) (propylene carbonate)용매에 1M NaPF6이 용해된 것을 사용하여 나트륨 이차 전지인 코인셀을 제작하였다.A 1 mm thick glass fiber separator (Whatman, GF / B) was used as a separator and a sodium thin film as a counter electrode. 1 M NaPF 6 was dissolved in propylene carbonate (PC) solvent as an electrolyte To prepare a coin cell which is a sodium secondary battery.

제작예Production Example 1-3: 마그네슘 이차 전지 1-3: Magnesium secondary battery

비교예 1의 바나듐 옥사이드 대신 실시예 1-3의 바나듐 옥사이드를 각각 사용한 것을 제외하고는, 비교제작예 1과 동일한 방법에 따라 실시하여 마그네슘 이차 전지를 제작하였다.A magnesium secondary battery was fabricated in the same manner as in Comparative Production Example 1 except that vanadium oxide of Example 1-3 was used instead of vanadium oxide of Comparative Example 1, respectively.

제작예Production Example 4: 나트륨 이차 전지 4: Sodium secondary battery

상기 비교예 2에 따라 얻은 바나듐 옥사이드 대신 실시예 1의 바나듐 옥사이드를 사용한 것을 제외하고는, 비교제작예 2와 동일한 방법에 따라 실시하여 나트륨 이차 전지를 제작하였다.A sodium secondary battery was produced in the same manner as in Comparative Production Example 2 except that the vanadium oxide of Example 1 was used instead of the vanadium oxide obtained in Comparative Example 2. [

평가예Evaluation example 1:  One: XPSXPS (X-(X- rayray photoelectronphotoelectron spectroscopyspectroscopy ) 분석) analysis

1)실시예 1-3 및 비교예 11) Examples 1-3 and Comparative Example 1

상기 실시예 1-3 및 비교예 1에 따른 바나듐 옥사이드에 대한 XPS 분석을 실시하여 바나듐의 산화수를 조사하였다.XPS analysis of vanadium oxide according to Example 1-3 and Comparative Example 1 was conducted to investigate the oxidation number of vanadium.

XPS 분석 기기로는 Physical Electronics, Inc.의 Quantum 2000 Scanning ESCA Microprobe을 이용하였고 상기 소스 파워(source power)는 beam diameter 100 nm인 monochromatic Cu Kαλ=1.54Å 를 사용하였다.As the XPS analyzer, Quantum 2000 Scanning ESCA Microprobe of Physical Electronics, Inc. was used and the source power was monochromatic Cu Kαλ = 1.54 Å having a beam diameter of 100 nm.

상기 XPS 분석 결과는 하기 도 3 및 표 1-3에 나타난 바와 같다.The XPS analysis results are shown in FIG. 3 and Table 1-3.

하기 표 2는 표 1의 V2p3 오비탈에서 V+3, V+4, V+5에 해당하는 피크의 적분치를 이용하여 이들의 비율을 계산하여 나타낸 것이다. 그리고 하기 표 2로부터 바나듐의 평균 산화수를 계산하여 하기 표 3에 나타내었다.Table 2 below shows the ratio of the V2p3 orbital of Table 1 calculated using the integral values of V +3 , V +4 , and V +5 . The average oxidation number of vanadium was calculated from the following Table 2 and shown in Table 3 below.

구분division 원자%atom% C1sC1s N1sN1s O1sO1s V2p3V2p3 비교예 1Comparative Example 1 70.0170.01 3.673.67 18.4418.44 7.877.87 실시예 1Example 1 67.9867.98 3.513.51 19.5319.53 8.998.99 실시예 2Example 2 68.0968.09 3.533.53 19.3119.31 9.069.06 실시예 3Example 3 64.4064.40 2.972.97 22.6722.67 9.979.97

V+5 V + 5 V+4 V +4 V+3 V +3 비교예 1Comparative Example 1 3.46(44at%)3.46 (44at%) 4.41(56at%)4.41 (56at%) -- 실시예 1Example 1 2.60(29at%)2.60 (29 at%) 4.40(49at%)4.40 (49 at%) 1.99(22at%)1.99 (22 at%) 실시예 2Example 2 2.53(28at%)2.53 (28 at%) 3.87(43at%)3.87 (43at%) 2.66(29at%)2.66 (29 at%) 실시예 3Example 3 3.92(39 at%)3.92 (39 at%) 4.72(47 at%)4.72 (47 at%) 1.33(13 at%)1.33 (13 at%)

평균 산화수Average oxidation number 비교예 1Comparative Example 1 5.05.0 실시예 1Example 1 4.074.07 실시예 2Example 2 3.993.99 실시예 3Example 3 4.264.26

도 3 및 표 1-3을 참조해볼 때, 실시예 1-3의 바나듐 옥사이드는 비교예 1의 경우와 달리 V+3의 존재를 확인할 수 있었다. 또한 실시예 1-3의 바나듐 옥사이드는 V+3(d2)의 존재로 비교예 1의 경우(V+5(d0))의 경우와 비교하여 전도도가 증가할 것으로 예측 가능하다.Referring to FIG. 3 and Table 1-3, it was confirmed that the vanadium oxide of Example 1-3 had V +3 , unlike the case of Comparative Example 1. In addition, the vanadium oxide of Example 1-3 is predicted to increase in conductivity in the presence of V +3 (d 2) as compared to the case of Comparative Example 1 (V + 5 (d 0)).

2)제작예 1 2) Production Example 1

상기 제작예 1에 따라 제조된 마그네슘 이차 전지에 25℃에서 셀 전압은 기준전극(Ag/Ag+)대비 -0.1 내지 +0.1V 범위(=Mg/Mg2+ 대비 2.9~3.1V)에서(Open circuit voltage) 600mA/g의 정전류로 인가하여 -1.5V(=Mg/Mg2+ 대비 1.5V)에 이를 때까지 방전 해, 초기 방전 용량을 측정한 후, 기준 전극 대비 -1.5V에서 종지전압 0.4V(=Mg/Mg2+ 대비 3.4V)에 이를 때까지 0.3 C 충전을 실시하였다. The cell voltage was measured at 25 ° C in the magnesium secondary battery prepared in Preparation Example 1 at an open circuit voltage in the range of -0.1 to +0.1 V (= 2.9 to 3.1 V vs. Mg / Mg 2+) relative to the reference electrode (Ag / Ag + (= Mg / Mg &lt; 2 + &gt; + 1.5V) by applying a constant current of 600 mA / g and measuring the initial discharge capacity. Mg2 + &lt; / RTI &gt; 3.4 V).

충방전을 실시하기 이전 및 1차 사이클 충방전을 실시한 이후에 있어서 제작예 1의 마그네슘 이차 전지에 대한 XPS 분석을 실시하였다. XPS 분석기로는 Physical Electronics, Inc.의 Quantum 2000 Scanning ESCA Microprobe을 이용하였고 상기 소스 파워(source power)는 beam diameter 100 nm인 monochromatic Al Kα(K-alpha: 1486.6 eV)를 사용하였다.The XPS analysis of the magnesium secondary battery of Production Example 1 was carried out before and after the charge / discharge and after the first cycle charge / discharge. As the XPS analyzer, Quantum 2000 Scanning ESCA Microprobe of Physical Electronics, Inc. was used, and the source power was monochromatic Al Kα (K-alpha: 1486.6 eV) having a beam diameter of 100 nm.

상기 XPS 분석 결과는 하기 도 4 및 표 4-5에 나타난 바와 같다.The XPS analysis results are shown in FIG. 4 and Table 4-5.

하기 표 5는 표 4의 V2p3에서 V+3, V+4, V+5에 해당하는 피크의 Table 5 below shows the peaks corresponding to V +3 , V +4 and V + 5 in V2p3 of Table 4

적분치를 이용하여 이들의 비율을 계산하여 나타낸 것이다. And the ratio is calculated by using the integral value.

구분division 원자%(at%)Atom% (at%) C1sC1s O1sO1s F1sF1s Mg1sMg1s Cl2pCl2p V2p3V2p3 충방전 이전Before Charge / Discharge 79.9779.97 12.4412.44 2.712.71 0.140.14 0.000.00 4.744.74 1차 충방전 이후After 1st charge / discharge 46.0746.07 35.0135.01 4.074.07 8.398.39 1.211.21 5.255.25

V+4 V +4 V+5 V + 5 V+3 V +3 충방전 이전Before Charge / Discharge 46.46 at%46.46 at% 24.21 at%24.21 at% 29.33at%29.33 at% 충방전 이후After Charge / Discharge 47.35 at%47.35 at% 35.09 at%35.09 at% 17.56at%17.56 at%

상기 표 4 및 5로부터 충방전 후 V+3의 가역성을 확인할 수 있었다. From the above Tables 4 and 5, reversibility of V +3 was confirmed after charge and discharge.

평가예Evaluation example 2: 임피던스 측정 2: Impedance measurement

상기 제작예 1, 3 및 비교제작예 1의 마그네슘 이차전지에 25℃, 셀 The magnesium secondary batteries of Production Examples 1 and 3 and Comparative Production Example 1 were charged into a cell

전압은 기준전극(Ag/Ag+)대비 -0.1 내지 +0.1V 범위(Mg/Mg2 + 대비 2.9~3.1V) 에서(Open circuit voltage) 600mA/g의 정전류로 인가하여 -1.5V(Mg/Mg2 + 대비 1.5V)에 이를 때까지 방전 해, 초기 방전 용량을 측정한 후, 기준 전극 대비 -1.5V에서 종지전압 0.4V(Mg/Mg2 + 대비 3.4V)에 이를 때까지 0.3 C 충전을 실시하였다. 충방전을 실시하기 이전 및 1사이클 충방전을 실시한 이후에 있어서 임피던스를 임피던스 분석기를 사용하여 측정하였다. Voltage is the reference electrode (Ag / Ag +) compared to -0.1 to + 0.1V range (Mg / Mg + 2 compared to 2.9 ~ 3.1V) from (Open circuit voltage) with a constant current applied to the 600mA / g -1.5V (Mg / Mg 2 + to discharge until the contrast 1.5V), and then measure the initial discharge capacity, the charge 0.3 C until the final voltage on the reference electrode than 0.4V -1.5V (Mg / Mg 2+ than 3.4V) Respectively. Impedance was measured by using an impedance analyzer before charging / discharging and after charging / discharging by one cycle.

임피던스는 교류 임피던스법으로 충방전을 실시하기 이전 및 1 사이클후의 임피던스를 각각 측정하였다.Impedance was measured before and after charging and discharging by AC impedance method, respectively.

상기 측정 결과는 도 5에 나타난 바와 같다. 도 6은 도 5의 네모 영역을 확대하여 나타낸 것이다. The measurement results are shown in Fig. Fig. 6 is an enlarged view of the square area of Fig. 5. Fig.

이를 참조하여, 제작예 1, 3의 마그네슘 전지가 비교제작예 1의 경우에 비하여 임피던스 특성이 매우 개선됨을 알 수 있었다. 그리고 도 6을 참조하여, 제작예 3에 따라 제조된 마그네슘 전지에서는 충방전 실시전 전극(미사용전극)의 임피던스 측정에서 얻어지는 전자전달(charge transfer)에 기인하는 저항(Rct)에 대한 1회 충방전 후 전극의 임피던스 측정에서 얻어지는 전자전달(charge transfer)에 기인하는 저항(Rct)의 증가율이 100% 이하로 1회 충방전후 전자전달 저항값의 증가가 현저하게 낮아졌다. 이에 비하여 비교제작예 1에 따라 제조된 마그네슘 전지는 충방전을 실시한 후 충방전을 실시하기 이전에 비하여 임피던스 측정에서 얻어지는 전자전달(charge transfer)에 기인하는 저항(Rct)이 매우 증가하는 결과를 나타냈다.Referring to this, it was found that the magnesium battery of Production Examples 1 and 3 had much improved impedance characteristics as compared with Comparative Production Example 1. Referring to FIG. 6, in the magnesium battery manufactured according to Production Example 3, the resistance Rct due to the charge transfer obtained by the impedance measurement of the electrode (unused electrode) before charge / The rate of increase of the resistance Rct due to the charge transfer obtained in the impedance measurement of the rear electrode was 100% or less, and the increase in the electron transfer resistance value once before and after the charging was remarkably lowered. On the other hand, the magnesium battery manufactured according to Comparative Production Example 1 exhibited a significantly increased resistance (Rct) due to charge transfer, which is obtained by impedance measurement, compared to before charging and discharging after charging and discharging .

평가예Evaluation example 3: 전자주사현미경( 3: Electronic scanning microscope ( scanningscanning electronelectron microscopemicroscope : : SEMSEM ) 분석) analysis

실시예 1, 3 및 비교예 1의 바나듐 옥사이드를 전자주사현미경을 이용하여 분석하였다. 여기에서 전자주사현미경으로는 SEM 분석기로는 Hitachi사의 S-4700을 이용하였다. The vanadium oxides of Examples 1 and 3 and Comparative Example 1 were analyzed using a scanning electron microscope. Here, S-4700 of Hitachi was used as the SEM analyzer in the electron microscope.

상기 분석 결과를 도 7a 및 도 7b 내지 도 9a 및 도 9b에 나타내었다. 도 7a, 8a, 9a는 실시예 1, 3 및 비교예 1의 바나듐 옥사이드에 대한 5만 배율 SEM 사진이고, 도 7b, 도 8b, 도 9b는 실시예 1, 3 및 비교예 1의 바나듐 옥사이드에 대한 10만 배율 SEM 사진이다.The results of the analysis are shown in Figs. 7A and 7B to Figs. 9A and 9B. FIGS. 7A, 8A and 9A are SEM photographs of a 50,000 magnification SEM photograph of the vanadium oxide of Examples 1 and 3 and Comparative Example 1, and FIGS. 7B, 8B and 9B are SEM photographs of vanadium oxide of Examples 1 and 3 and Comparative Example 1, It is a SEM image of 100,000 magnification.

실시예 1의 바나듐 옥사이드는 도 7a 및 7b에 나타나 있듯이 비교예 1의 경우(도 9a 및 도 9b)와 마찬가지로 양 말단이 오픈된 나노튜브 형상을 나타냈다. 그리고 실시예 3의 바나듐 옥사이드는 도 8a 및 8b에 나타나 있듯이 나노쉬트 형상을 갖는다. As shown in Figs. 7A and 7B, the vanadium oxide of Example 1 exhibited nanotubes having open ends at both ends as in the case of Comparative Example 1 (Figs. 9A and 9B). The vanadium oxide of Example 3 has a nanosheet shape as shown in FIGS. 8A and 8B.

평가예Evaluation example 4: 투과전자현미경( 4: Transmission electron microscope ( TransmissionTransmission electronelectron microscopemicroscope : : TEMTEM ) 분석) analysis

상기 실시예 1 및 3의 바나듐 옥사이드에 대한 TEM 분석을 실시하였다. TEM 분석기로서 FEI 사의 Tecnai Titan을 이용하였다.The vanadium oxides of Examples 1 and 3 were subjected to TEM analysis. A Tecnai Titan from FEI was used as a TEM analyzer.

상기 분석 결과는 도 10a, 10b, 11a 및 11b에 나타난 바와 같다.The results of the analysis are shown in Figs. 10A, 10B, 11A and 11B.

도 10b 및 도 11b는 각각 도 10a 및 도 11a의 일부 영역을 확대하여 나타낸 것이다.Figs. 10B and 11B are enlarged views of partial regions of Figs. 10A and 11A, respectively.

도 10a를 참조하여, 실시예 1의 바나듐 옥사이드는 나노튜브 형상을 갖는다는 것을 알 수 있었다. 도 10b에 의하여 상기 바나듐 옥사이드 나노튜브의 층간 거리는 약 2.8nm 수준임을 알 수 있었다.Referring to FIG. 10A, it was found that the vanadium oxide of Example 1 had a nanotube shape. 10b, the interlayer distance of the vanadium oxide nanotubes is about 2.8 nm.

도 11a를 참조하여, 바나듐 옥사이드는 나노쉬트 형상을 가짐을 확인할 수 있었다. 그리고 도 11b에 나타난 바와 같이 상기 나노쉬트는 1-3개층을 가짐을 확인할 수 있었다.Referring to FIG. 11A, it was confirmed that vanadium oxide has a nanosheet shape. As shown in FIG. 11B, it was confirmed that the nanosheet had 1-3 layers.

평가예Evaluation example 5:  5: XRDXRD 분석 analysis

상기 실시예 1-3 및 비교예 1의 바나듐 옥사이드에 대한 X선 회절 분석을 X-ray diffraction analysis of the vanadium oxides of Examples 1-3 and Comparative Example 1

실시하였다. 상기 X선 회절 분석은 Cu Kαradiation(1.540598Å)을 이용한 Rigaku RINT2200HF+ 회절계(diffractometer)를 이용하여 실시하였다. Respectively. The X-ray diffraction analysis was performed using a Rigaku RINT2200HF + diffractometer using Cu Kradiation (1.540598 Å).

XRD 분석 결과는 도 12에 나타내었다.The results of XRD analysis are shown in Fig.

도 12를 참조하여. (001), (002) 및 (003) 피크는 층상 구조와 관련된 피크이다. (001) 피크는 2θ가 약 3.2±0.3 °영역에서 나타나고 (002) 피크는 2θ가 약 6.2±0.3 °영역에서 나타난다. 그리고 (003) 피크는 2θ가 약 7.8±0.2 °영역에서 나타난다. Referring to Fig. The (001), (002) and (003) peaks are peaks related to the layered structure. (001) peak appears in the region of about 3.2 ± 0.3 ° in 2θ and the (002) peak appears in the region of about 6.2 ± 0.3 ° in 2θ. And the (003) peak appears at about 7.8 ± 0.2 ° in 2θ range.

실시예 3의 바나듐 옥사이드는 실시예 1 및 비교예 1의 경우와 비교하여 2θ가 10° 이상보다 큰 영역에서 특징적인 피크가 별로 나타나지 않았다. 이러한 피크 정보로부터 실시예 3에 따라 얻은 바나듐 옥사이드는 층수가 작은 나노쉬트 구조임을 알 수 있다. The vanadium oxide of Example 3 showed little characteristic peaks in the region where 2? Is larger than 10 ° as compared with the case of Example 1 and Comparative Example 1. From this peak information, it can be seen that the vanadium oxide obtained according to Example 3 is a nano-sheet structure having a small number of layers.

XRD 회절 분석 그래프에서 (003) 피크가 없는 것으로 볼 때 바나듐 옥사이드의 형상에 대한 정보를 알 수 있다. 실시예 1의 경우에는 (003) 피크가 존재하는 데 반하여 실시예 3의 경우는 (003) 피크가 존재하지 않는다. 이로부터 실시예 1은 나노튜브 형상을 갖고 실시예 3은 나노쉬트 구조를 가짐을 확인할 수 있었다.In the XRD diffraction analysis graph, information on the shape of the vanadium oxide can be obtained when the (003) peak is absent. In the case of Example 1, there is a (003) peak, whereas in Example 3, there is no (003) peak. From this, it can be confirmed that Example 1 has a nanotube shape and Example 3 has a nanosheet structure.

또한 XRD 분석에서 10° 이하에서 (001), (002) 피크가 나타나고, (002) 피크/ (001) 피크 세기비가 0.5 이며 (001) peak의 반가폭(FWHM)이 0.33이다. 이러한 특성을 가질 때 바나듐 옥사이드는 결정성이 우수하며 나노튜브 형상을 갖거나 또는 (001) 방향으로 층 구조가 발달된 나노쉬트 형상을 가짐을 알 수 있었다. Further, in the XRD analysis, (001) and (002) peaks are observed at 10 ° or less, the peak intensity ratio of (002) peak / (001) is 0.5, and the half value width FWHM of the (001) peak is 0.33. It was found that vanadium oxide is excellent in crystallinity and has a nanotube shape or a nanosheet shape in which the layer structure is developed in the (001) direction.

평가예Evaluation example 6:  6: 충방전Charging and discharging 특성  characteristic

충방전 특성 평가는 충방전 시험기(제조사: TOYO, 모델: TOYO-3100)를 이용하여 25℃에서 실시하고 충전부터 개시하였다. Charging / discharging characteristics were evaluated at 25 캜 using a charge / discharge tester (TOYO, model: TOYO-3100) and started from charging.

첫번째 사이클에서 0.3C(단위: 600mA/g)의 속도(C-rate)로 기준전극(Ag/Ag+)대비 전압이 -1.5V가 될 때까지 방전시켜 그때의 방전용량을 평가하였다. 이후, 10분간 휴지(rest)하였다. 이어서, 상기 각 셀을 0.3C의 속도로 기준전극(Ag/Ag+)대비 전압이 +0.4V가 될 때까지 충전시켰다. 또한 충방전시의 전류밀도는 1사이클에서는 약 600mA/g로 하고 2 사이클부터는 약 600mA/g로 하였다. The discharge capacity was evaluated at the time of discharging until the voltage relative to the reference electrode (Ag / Ag +) became -1.5 V at a rate of 0.3 C (unit: 600 mA / g) in the first cycle (C-rate). Thereafter, it was rested for 10 minutes. Then, each of the cells was charged at a rate of 0.3C until the voltage of the reference electrode (Ag / Ag +) became + 0.4V. The current density during charging and discharging was about 600 mA / g in one cycle and about 600 mA / g in two cycles.

1)제작예 1-3 및 비교제작예 11) Production Example 1-3 and Comparative Production Example 1

상기 제작예 1-3 및 비교제작예 1의 마그네슘 전지 전지에 25℃에서, 셀 To the magnesium battery cells of Production Examples 1-3 and Comparative Production Example 1,

전압은 기준전극(Ag/Ag+)대비 -0.1 내지 +0.1V 범위(Mg/Mg2 + 대비 2.9~3.1V) 에서(Open circuit voltage) 600mA/g의 정전류로 인가하여 -1.5V(Mg/Mg2 + 대비 1.5V)에 이를 때까지 방전 해, 초기 방전 용량을 측정한 후, 기준 전극 대비 -1.5V에서 종지전압 0.4V(Mg/Mg2 + 대비 3.4V)에 이를 때까지 0.3 C 충전을 실시하였다. 상기 방전후 방전 용량을 측정하였고 이를 초기 방전 용량으로 정하였다. 상술한 충방전 과정을 20사이클 반복 수행하여 충방전 특성을 평가하였다. Voltage is the reference electrode (Ag / Ag +) compared to -0.1 to + 0.1V range (Mg / Mg + 2 compared to 2.9 ~ 3.1V) from (Open circuit voltage) with a constant current applied to the 600mA / g -1.5V (Mg / Mg 2 + to discharge until the contrast 1.5V), and then measure the initial discharge capacity, the charge 0.3 C until the final voltage on the reference electrode than 0.4V -1.5V (Mg / Mg 2+ than 3.4V) Respectively. The discharging capacity after discharging was measured and set as the initial discharging capacity. The charging and discharging process was repeated 20 times to evaluate the charging and discharging characteristics.

용량 유지율은 초기 방전 용량 대비 15 사이클 반복후 방전용량 변화율을 나타낸 것이다.The capacity retention rate represents the rate of change of the discharge capacity after repeating 15 cycles with respect to the initial discharge capacity.

상기 충방전 특성을 평가하여 하기 표 6 및 도 13 및 도 14에 나타내었다. 도 14에서 A는 방전용량에 대한 것이고 B는 충전용량에 대한 것이다.The above charge / discharge characteristics were evaluated and are shown in Table 6, and in Fig. 13 and Fig. In Fig. 14, A is for discharging capacity and B is for charging capacity.

구분division 초기 방전 용량(mAh/g)
@ R.T.
Initial discharge capacity (mAh / g)
@ RT
용량 유지율(%) @ 15 사이클Capacity retention rate (%) @ 15 cycles
비교제작예 1Comparative Production Example 1 124.3(0.1C)124.3 (0.1 C) 27.427.4 제작예 1Production Example 1 218.2(0.2C)218.2 (0.2C) 71.371.3 제작예 2Production Example 2 230.1(0.2C)230.1 (0.2C) 39.939.9 제작예 3Production Example 3 239.6(0.2C)239.6 (0.2C) 52.652.6

상기 표 6 및 도 13을 참조하여, V+3이 도입된 바나듐 옥사이드를 이용한 제작예 1-3의 마그네슘 이차 전지는 비교제작예 1의 경우와 비교하여 초기 방전용량이 향상됨을 알 수 있었다. 이는 V+3의 도입으로 마그네슘 이온의 저항이 감소함에 따른 효과에서 기인된 것이다.Referring to Table 6 and FIG. 13, it can be seen that the initial discharge capacity of the magnesium secondary battery of Production Example 1-3 using vanadium oxide having V +3 introduced therein was improved as compared with Comparative Production Example 1. This is due to the effect of reducing the resistance of magnesium ions with the introduction of V +3 .

또한 상기 표 6를 참조하여, V+3이 도입된 바나듐 옥사이드를 이용한 제작예 1-3의 마그네슘 이차 전지는 비교제작예 1의 경우와 비교하여 용량 유지율이 향상됨을 알 수 있었다. 또한 도 14를 참조하여, 제작예 1 및 3의 마그네슘 이차 전지는 비교제작예 1의 경우와 비교하여 용량 유지율이 향상되는 것을 확인할 수 있었다. 이로부터 바나듐 옥사이드에 V+3을 도입하면 마그네슘 이온의 저항이 감소하여 충방전 이후에도 초기 상태의 유지율이 높아지기 때문에 수명이 개선됨을 알 수 있었다. Also, with reference to Table 6 above, it was found that the capacity maintenance ratio of the magnesium secondary battery of Production Example 1-3 using vanadium oxide having V +3 introduced therein was improved as compared with Comparative Production Example 1. 14, it was confirmed that the capacity retention ratio of the magnesium secondary batteries of Production Examples 1 and 3 was improved compared with the case of Comparative Production Example 1. From this, it can be seen that when V +3 is added to vanadium oxide, the resistance of magnesium ions decreases, and the lifetime of the vanadium oxide is improved because the initial state retention ratio is increased even after charging and discharging.

2) 제작예 4 및 비교제작예 22) Production Example 4 and Comparative Production Example 2

상기 제작예 4 및 비교제작예 2의 나트륨 이차 전지에 25℃, 셀 전압은 2.0 The sodium secondary batteries of Production Example 4 and Comparative Production Example 2 were supplied with a cell voltage of 2.0

내지 3.8V 범위 (Na/Na+ 기준) 에서 300mA/g의 정전류로 인가하여 이를 때까지 방전 해, 초기 방전 용량을 측정한 후, 충전종지전압 3.8 V에 이를 때까지 0.5 C 방전을 실시하였다. (Na / Na +) at a constant current of 300 mA / g, discharging to such an extent, measuring the initial discharge capacity, and discharging at 0.5 C until the end-of-charge voltage reached 3.8 V.

상기 방전후 방전 용량을 측정하였고 이를 초기 방전 용량으로 정하였다. 상술한 충방전 과정을 15사이클 반복 수행하여 충방전 특성을 평가하였다. The discharging capacity after discharging was measured and set as the initial discharging capacity. The charging / discharging process was repeated for 15 cycles to evaluate charge / discharge characteristics.

용량 유지율은 초기 방전 용량 대비 15 사이클 반복후 방전용량 변화율을 나타낸 것이다.The capacity retention rate represents the rate of change of the discharge capacity after repeating 15 cycles with respect to the initial discharge capacity.

상기 충방전 특성을 평가하여 하기 표 7 및 도 15-16에 나타내었다. 도 16에서 A는 방전용량에 대한 것이고, B는 충전용량에 대한 것이다.The above charge / discharge characteristics were evaluated and are shown in Table 7 and Fig. 15-16. In Fig. 16, A is for discharging capacity and B is for charging capacity.

구분division 초기 방전 용량(mAh/g)
@ R.T.
Initial discharge capacity (mAh / g)
@ RT
용량 유지율(%) @ 15 사이클Capacity retention rate (%) @ 15 cycles
비교제작예 2Comparative Production Example 2 29.929.9 19.619.6 제작예 4Production Example 4 66.566.5 89.489.4

상기 표 7 및 도 15를 참조하여, 제작예 4의 나트륨 이차 전지는 비교제작예 2의 경우와 비교하여 초기 방전용량이 향상됨을 알 수 있었다.Referring to Table 7 and FIG. 15, it was found that the initial discharge capacity of the sodium secondary battery of Production Example 4 was improved as compared with Comparative Production Example 2.

또한 상기 표 7 및 도 15에 의하여 제작예 4의 나트륨 이차 전지는 비교제작예 2의 경우와 비교하여 수명 특성이 개선되는 것을 확인할 수 있었다.Also, it can be seen from Table 7 and FIG. 15 that the life characteristics of the sodium secondary battery of Production Example 4 are improved as compared with the case of Comparative Production Example 2.

이상에서는 일구현예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.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, and that various changes and modifications within the spirit and scope of the invention will become apparent to those skilled in the art. It will be understood that various modifications can be made by those skilled in the art without departing from the spirit and scope of the invention.

21: 이차 전지 22: 음극
23: 양극 24: 세퍼레이터
25: 전지케이스 26: 캡 어셈블리
21: secondary battery 22: cathode
23: anode 24: separator
25: battery case 26: cap assembly

Claims (30)

하기 화학식 1로 표시되는 바나듐 옥사이드를 포함하며,
상기 바나듐 옥사이드의 바나듐이 복수의 산화수의 3가지 혼합 산화 상태를 가지며,
상기 산화수가 +3, +4 및 +5의 산화 상태를 포함하는 활물질:
[화학식 1]
VOx
상기 화학식 1 중 1.9≤x<2.2이다.
And a vanadium oxide represented by the following formula (1)
Wherein the vanadium of the vanadium oxide has three mixed oxidation states of a plurality of oxidation numbers,
Wherein the oxidation number comprises an oxidation state of +3, +4, and +5,
[Chemical Formula 1]
VO x
1.9? X < 2.2 in the formula (1).
삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 바나듐 옥사이드가 나노구조체인 활물질.
The method according to claim 1,
Wherein the vanadium oxide is a nanostructure.
제1항에 있어서,
상기 바나듐 옥사이드가 나노쉬트 또는 나노튜브 형상을 갖는 활물질.
The method according to claim 1,
Wherein the vanadium oxide has a nanosheet or nanotube shape.
제5항에 있어서,
상기 나노쉬트가 하나의 층으로 이루어지거나 적층된 복수의 층
으로 이루어진 활물질.
6. The method of claim 5,
Wherein the nanosheet comprises a single layer or a plurality of stacked layers
&Lt; / RTI &gt;
제5항에 있어서,
상기 나노쉬트가 1-10개층을 갖고,
나노쉬트의 층간거리는 2.5 내지 3.5nm인 활물질.
6. The method of claim 5,
Wherein the nanosheet has 1-10 layers,
Wherein the interlayer distance of the nanosheet is 2.5 to 3.5 nm.
제5항에 있어서,
상기 나노쉬트가 원형, 타원형, 삼각형, 사각형, 오각형, 또는
육각형 형태를 가지는 활물질.
6. The method of claim 5,
The nano sheet may be circular, oval, triangular, square, pentagonal, or
Active substance having a hexagonal shape.
제5항에 있어서,
상기 나노튜브가 다중벽(multiwall) 나노튜브인 활물질.
6. The method of claim 5,
Wherein the nanotube is a multiwall nanotube.
제5항에 있어서,
상기 나노튜브가 길이가 1 내지 2㎛, 내경은 15 내지 50nm, 외경은 50 내지 100nm인 나노튜브인 활물질.
6. The method of claim 5,
Wherein the nanotube is a nanotube having a length of 1 to 2 탆, an inner diameter of 15 to 50 nm, and an outer diameter of 50 to 100 nm.
제1항에 있어서,
상기 산화수 +3의 바나듐의 함량은 산화수 +3의 바나듐, 산화수 +4의 바나듐, 산화수 +5의 바나듐의 총량을 기준으로 하여 10 내지 30 원자%인 것을 특징으로 하는 활물질.
The method according to claim 1,
Wherein the content of vanadium in oxidation number +3 is 10 to 30 atomic% based on the total amount of vanadium in oxidation number +3, vanadium in oxidation number +4 and vanadium in oxidation number +5.
제1항에 있어서,
상기 산화수 +4의 바나듐의 함량은 40 내지 60 원자%이고, 산화수 +5의 바나듐의 함량은 25 내지 50 원자%인 활물질.
The method according to claim 1,
Wherein the content of vanadium in the oxidation state +4 is 40 to 60 atomic%, and the content of vanadium in the oxidation state + 5 is 25 to 50 atomic%.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 화학식 1에서 x는 1.995 내지 2.13인 활물질.
The method according to claim 1,
X is 1.995 to 2.13 in the formula (1).
제1항에 있어서,
X선 회절 분석에서 2θ가 10° 이하에서 (001) 피크 및 (002) 피크가 나타나고, (002) 피크/ (001) 피크 세기비가 0.6 이하이며,
(001) 피크의 반가폭(FWHM)이 0.5 이하인 것을 특징으로 하는 활물질.
The method according to claim 1,
(002) peak and (002) peak / (001) peak intensity ratio is 0.6 or less at 2θ of 10 ° or less in X-ray diffraction analysis,
And the half-value width (FWHM) of the (001) peak is 0.5 or less.
바나듐을 포함하는 출발물질에 환원제 및 용매를 부가하여 혼합물을 얻는 단계; 및
상기 혼합물에 전자기파를 인가하여 상기 출발물질을 환원시켜 하기 화학식 1로 표시되는 바나듐 옥사이드를 수득하는 단계를 포함하며,
상기 바나듐 옥사이드의 바나듐이 복수의 산화수의 3가지 혼합 산화 상태를 가지며, 상기 산화수가 +3, +4 및 +5의 산화 상태를 포함하는 활물질을 얻는 활물질의 제조방법:
[화학식 1]
VOx
상기 화학식 1 중 1.9≤x<2.2이다.
Adding a reducing agent and a solvent to the starting material comprising vanadium to obtain a mixture; And
Applying an electromagnetic wave to the mixture to reduce the starting material to obtain a vanadium oxide represented by the following Formula 1,
Wherein the vanadium of the vanadium oxide has three mixed oxidation states of a plurality of oxidation numbers and the oxidation number of the vanadium oxide is +3, +4 and +5,
[Chemical Formula 1]
VO x
1.9? X < 2.2 in the formula (1).
제16항에 있어서,
상기 환원제가 아민계 물질인 활물질의 제조방법.
17. The method of claim 16,
Wherein the reducing agent is an amine-based material.
제16항에 있어서,
상기 환원제가 옥타데실아민, 부틸아민, 펜틸아민, 헥실아민, 헵틸아민, 옥틸아민, 노닐아민, 데실아민, 운데실아민, 도데실아민, 트리데실아민, 테트라데실아민, 펜타데실아민, 헵타데실아민 및 헥사데실아민로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인 활물질의 제조방법.
17. The method of claim 16,
Wherein the reducing agent is selected from the group consisting of octadecylamine, butylamine, pentylamine, hexylamine, heptylamine, octylamine, nonylamine, decylamine, undecylamine, dodecylamine, tridecylamine, tetradecylamine, pentadecylamine, heptadecyl An amine, and a hexadecylamine.
제16항에 있어서,
상기 전자기파가 마이크로파인 활물질의 제조방법.
17. The method of claim 16,
Wherein the electromagnetic wave is a microwave.
제19항에 있어서,
상기 마이크로파는 200 내지 1500W의 출력, 1 내지 2.45 GHz의 진동수로 인가하는 활물질의 제조방법.
20. The method of claim 19,
Wherein the microwave is applied at an output of 200 to 1500W and a frequency of 1 to 2.45 GHz.
제16항에 있어서,
상기 출발물질의 환원이 마이크로파 수열 반응에 의하여 수행되는 활물질의 제조방법.
17. The method of claim 16,
Wherein the reduction of the starting material is performed by a microwave hydrothermal reaction.
제16항에 있어서,
상기 환원제의 함량은 바나듐 옥사이드 1몰에 대하여 0.1 내지 1 몰인 활물질의 제조방법.
17. The method of claim 16,
Wherein the content of the reducing agent is 0.1 to 1 mole based on 1 mole of the vanadium oxide.
제16항에 있어서,
상기 바나듐을 포함하는 출발물질이 오산화이바나듐(V2O5) 분말 또는 바나듐 옥시디아세테이트(VO(Ac)2)인 활물질의 제조방법
17. The method of claim 16,
Wherein the starting material containing vanadium is a vanadium pentoxide (V 2 O 5 ) powder or vanadium oxydiacetate (VO (Ac) 2 )
제1항, 제4항 내지 제12항, 제14항 및 제15항 중 어느 한 항의 활물질을 포함하는 전극.An electrode comprising the active material of any one of claims 1, 4 to 12, 14 and 15. 제24항의 전극을 포함하는 이차 전지.24. A secondary battery comprising the electrode of Claim 24. 제25항에 있어서,
상기 이차 전지의 전극안에 함유된 활물질은 하기 화학식 1로 표시되는 바나듐 옥사이드를 포함하며, 이차 전지의 충방전을 실시한 후 상기 바나듐 옥사이드에서 산화수 +3의 바나듐의 함량은 산화수 +3의 바나듐, 산화수 +4의 바나듐, 산화수 +5의 바나듐의 총량을 기준으로 하여 10 내지 25 원자%인 이차 전지:
[화학식 1]
VOx
상기 화학식 1 중 1.9≤x<2.2이다.
26. The method of claim 25,
Wherein the active material contained in the electrode of the secondary battery comprises vanadium oxide represented by the following Formula 1, and after the secondary battery is charged and discharged, the content of vanadium in the vanadium oxide of +3 is an amount of vanadium, Based on the total amount of vanadium, vanadium and vanadium of oxidation number + 5,
[Chemical Formula 1]
VO x
1.9? X < 2.2 in the formula (1).
제25항에 있어서,
상기 이차 전지의 전극안에 함유된 활물질은 하기 화학식 1로 표시되는 바나듐 옥사이드를 포함하며, 이차 전지의 충방전을 실시한 후 상기 바나듐 옥사이드에서 산화수 +3의 바나듐, 산화수 +4의 바나듐, 산화수 +5의 바나듐의 총량을 기준으로 하여 산화수 +4의 바나듐의 함량은 40 내지 60 원자%이고, 산화수 +5의 바나듐의 함량은 30 내지 50 원자%인 이차 전지:
[화학식 1]
VOx
상기 화학식 1 중 1.5<x<2.5이다.
26. The method of claim 25,
The active material contained in the electrode of the secondary battery includes vanadium oxide represented by the following Formula 1, and after the charge and discharge of the secondary battery, the vanadium oxide has vanadium of +3 oxidation, vanadium of +4 oxidation, Wherein the content of vanadium in the oxidation state +4 is 40 to 60 atomic% and the content of vanadium in the oxidation state + 5 is 30 to 50 atomic% based on the total amount of vanadium,
[Chemical Formula 1]
VO x
1.5 < x < 2.5 in the general formula (1).
제24항의 전극을 포함하는 마그네슘 이차 전지.26. A magnesium secondary battery comprising the electrode of claim 24. 제24항의 전극을 포함하는 나트륨 이차 전지A sodium secondary battery comprising the electrode of Claim 24. 제24항의 전극을 포함하는 리튬 이차 전지
A lithium secondary battery comprising the electrode of Claim 24
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