KR101883630B1 - Titanium oxide composite doped with carbon, and method for preparing the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 카본 도핑된 티탄 산화물 복합체, 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수열합성에 의해 아나타제-브론즈형(anatase-bronz type) 티탄 산화물 복합체 내 카본을 균일하게 도핑시킴으로써, 리튬이온 이동성 및 전기전도도가 향상되고 충방전 특성이 개선된 카본 도핑된 티탄 산화물 복합체, 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a carbon-doped titanium oxide composite, and more particularly, to a carbon-doped titanium oxide composite which is uniformly doped with carbon in an anatase-bronz type titanium oxide complex by hydrothermal synthesis, And a carbon-doped titanium oxide composite having improved electric conductivity and improved charge / discharge characteristics, and a method for producing the same.
일반적으로 비디오 카메라, PDA, 이동전화, 노트북 컴퓨터 등과 같은 정보 통신을 위한 휴대용 전자 기기나 전기 자전거, 전기 자동차 등의 구동 전원으로서 재충전이 가능한 리튬 이차 전지의 수요가 급격하게 증가하고 있다. 특히, 이들의 제품성능이 핵심부품인 이차 전지에 의해 좌우되므로 음극 활물질의 고용량화에 대한 연구는 나날이 증가하고 있다.2. Description of the Related Art In general, the demand for a rechargeable lithium secondary battery as a driving power source for portable electronic devices for information communication such as a video camera, a PDA, a mobile phone, a notebook computer, an electric bicycle, and an electric vehicle is rapidly increasing. Particularly, since the performance of these products is dependent on the secondary battery, which is a core component, studies on the capacity increase of the negative electrode active material are increasing day by day.
리튬 전지가 고 에너지 밀도 및 우수한 사이클 특성을 가지기 때문에 최근 급속히 퍼지고 있고, 일반적으로 사용되는 리튬 전이 금속 복합 산화물보다 저가이고 보다 입수 용이한 전극 활물질이 요구된다.Lithium batteries have spread rapidly in recent years because of their high energy density and excellent cycle characteristics, and are required to have lower cost and more readily available electrode active materials than commonly used lithium transition metal complex oxides.
리튬 이차 전지는 리튬 이온의 삽입 및 탈리가 가능한 물질을 음극 및 양극으로 사용하고, 상기 양극 및 음극 사이에 유기 전해액 또는 폴리머 전해액을 충전시켜 제조하며, 리튬 이온이 양극 및 음극에서 삽입 및 탈리될 때의 산화반응, 환원반응에 의하여 전기적 에너지를 생성한다.The lithium secondary battery is manufactured by using a material capable of inserting and desorbing lithium ions as a cathode and an anode, filling an organic electrolyte or a polymer electrolyte between the anode and the cathode, and when lithium ions are inserted and removed from the anode and the cathode And an electric energy is generated by a reduction reaction.
상기 리튬 이차 전지의 음극 활물질로는, 흑연, 고용량 실리콘계 전이금속 산화물, 주석계 전이금속 산화물 등이 사용된다. 그런데 현재까지 개발된 음극 활물질은 용량, 고율 방전 특성 및 수명 특성이 만족할만한 수준에 도달하지 못하여 개선의 여지가 많다.As the negative electrode active material of the lithium secondary battery, graphite, a high-capacity silicon-based transition metal oxide, a tin-based transition metal oxide, and the like are used. However, the negative electrode active material developed so far has a lot of room for improvement because the capacity, the high rate discharge characteristic and the life characteristic have not reached satisfactory level.
리튬 이차 전지는 일반적으로 평탄한 전위를 제공할 수 있는 흑연이 음극으로 사용되지만, 흑연의 방전 전위가 낮기 때문에, 하이브리드 자동차 (HEV 용도) 용과 같은 대형 전지에 사용하기 위해 안정성과 관련된 우려가 있다.Lithium secondary batteries generally use graphite capable of providing a flat electric potential as a negative electrode, but because of low discharge potential of graphite, there is a concern regarding stability for use in a large-sized battery such as a hybrid vehicle (HEV application).
한편, 티타늄을 함유하는 복합 산화물을 전극 활물질로서 이용한 전지가 우수한 급속 충방전 성능을 가지며, 또한 수명도 길다고 하는 이점을 가지고 있는 것으로 보고되었다.On the other hand, it has been reported that a battery using a complex oxide containing titanium as an electrode active material has an excellent rapid charge / discharge performance and a long life.
산화 티탄은 음극용의 재료로서 다양한 결정 구조를 가지는 재료가 전극 활물질로서의 가능성에 관하여 검토되고 있다. 산화 티탄은 결정 구조에 따라 루타일형, 아나타제형 또는 브루카이트형의 이산화 티탄이 알려져 있고, 최근 브론즈형이라 불리는 결정 구조 (비특허 문헌1)가 보고되고 있다. Titanium oxide has been studied as a material for a negative electrode and a possibility of a material having various crystal structures as an electrode active material. As titanium oxide, rutile, anatase or brookite type titanium dioxide is known depending on the crystal structure, and recently, a crystal structure called bronze type (Non-Patent Document 1) has been reported.
브론즈형의 결정 구조를 가지는 이산화 티탄(TiO2-B) 활물질이 스피넬형 리튬 티탄 산화물과 동등의 스무드한 리튬의 흡장 이탈 반응이 가능하고, 스피넬형보다 고용량이 가능한 전극재료로서 최근 주목받고 있다 (특허문헌 1, 비특허문헌 2 참조). A titanium dioxide (TiO 2 -B) active material having a bronze-type crystal structure has recently attracted attention as an electrode material capable of an absorption-desorption reaction of a smooth lithium equivalent to a spinel-type lithium-titanium oxide and capable of a higher capacity than the spinel type Document 1 and Non-Patent Document 2).
브론즈상(bronze phase)을 갖는 티탄산화물(TiO2-B)은 이론 용량이 305 mAh/g 수준으로 높아 고용량의 리튬 전지를 제공할 뿐 아니라, 티타늄계 리튬산화물과 유사한 1.6V의 충방전 전압을 나타내기 때문에, 충방전시 전해액 분해 등의 문제가 발생하지 않는 장점이 있다. Titanium oxide (TiO2-B) with a bronze phase has a theoretical capacity as high as 305 mAh / g, which not only provides a high capacity lithium battery but also exhibits a charge / discharge voltage of 1.6 V similar to titanium-based lithium oxide There is an advantage that problems such as electrolyte decomposition and the like do not occur during charging and discharging.
그러나, 브론즈형의 티탄산화물은 반응속도론적 특성(kinetic property)이 우수하지 않아 그 이론 용량이 발현되지 못하며, 고율 특성이나 수명 특성 역시 떨어지는 단점이 있다. 따라서, 브론즈형 티탄산화물(TiO2-B)의 전극용량을 보다 극대화하기 위한 방안이 요구된다.However, the bronze-type titanium oxide has a disadvantage in that its kinetic property is not excellent and its theoretical capacity is not expressed, and high-rate characteristics and life characteristics are also deteriorated. Therefore, a method for maximizing the electrode capacity of the bronze-type titanium oxide (TiO 2 -B) is required.
이와 같은 문제 중 전도성 향상을 위하여 카본 코팅의 공정이 많이 사용되지만, 카본 코팅의 경우 고온 및 환원분위기에서 소성을 진행해야 하는 문제가 있기 때문에 특정온도 범위와 산소 분위기에서 소성을 해야 하는 브론즈형이 포함된 티탄 산화물의 경우 적용하기 어려운 점이 있다. 또한 종래의 카본 도핑을 위하여 사용되어 왔던 티타늄 원료인 티타늄 카바이드의 경우, 고가의 원료로서 가격적인 측면에서 바람직하지 못하다.Among these problems, a carbon coating process is frequently used to improve the conductivity. However, since the carbon coating has to be fired in a high temperature and a reducing atmosphere, it is necessary to burn the carbon coating in a specific temperature range and oxygen atmosphere Titanium oxide is difficult to apply. In addition, titanium carbide, which is a titanium raw material that has been used for conventional carbon doping, is not preferable from the viewpoint of cost as an expensive raw material.
본 발명은 상기와 같은 종래 산화티탄의 문제점을 해결하기 위하여 충방전 용량 및 수명이 개선된 카본 도핑된 티탄 산화물 복합체를 제공하는 것을 목적으로 한다. It is another object of the present invention to provide a carbon-doped titanium oxide composite having improved charging / discharging capacity and service life in order to solve the above-mentioned problems of conventional titanium oxide.
본 발명은 또한, 본 발명에 의한 카본 도핑된 티탄 산화물 복합체의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention also aims to provide a method for producing a carbon-doped titanium oxide composite according to the present invention.
본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, In order to solve the above problems,
카본 도핑된 아나타제형과 브론즈형이 혼재된 결정상을 갖는 티탄 산화물 복합체를 제공한다. There is provided a titanium oxide composite having a crystal phase in which a carbon-doped anatase type and a bronze type are mixed.
본 발명에 의한 카본 도핑된 티탄 산화물 복합체에 있어서, 상기 티탄 산화물은 이산화티탄을 포함한다. In the carbon-doped titanium oxide composite according to the present invention, the titanium oxide includes titanium dioxide.
본 발명에 의한 카본 도핑된 티탄 산화물 복합체에 있어서, 상기 티탄 산화물은 아나타제형 (111)면의 피크 강도 및 브론즈형 (110)면의 피크 강도의 합에 대한 브론즈형 (002)면의 피크 강도의 비율 [I(002)/(I(111)+I(110))]이 0.1 내지 0.2인 것을 특징으로 한다.In the carbon-doped titanium oxide composite according to the present invention, the titanium oxide has a peak intensity of the bronze (002) face to the sum of the peak intensity of the anatase-type (111) plane and the peak intensity of the bronze The ratio I (002) / (I (111) + I (110)) is 0.1 to 0.2.
본 발명에 의한 카본 도핑된 티탄 산화물 복합체에 있어서, 상기 티탄 산화물은 브론즈형 (001)면간의 거리가 0.63 nm 내지 0.66 nm인 것을 특징으로 할 수 있다.In the carbon-doped titanium oxide composite according to the present invention, the titanium oxide may be characterized in that the distance between the bronze-type (001) planes is 0.63 nm to 0.66 nm.
본 발명에 의한 카본 도핑된 티탄 산화물 복합체는 1 내지 3 um 또는 200 내지 300 nm의 bimodal 입자 크기를 갖는 것을 특징으로 할 수 있다. The carbon-doped titanium oxide complex according to the present invention may be characterized by having a bimodal particle size of 1 to 3 μm or 200 to 300 nm.
본 발명에 의한 카본 도핑된 티탄 산화물 복합체는 XRD 분석시 10 내지 20° 또는 40 내지 50° 에서 브론즈 TiO2 에 의한 피크를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. The carbon-doped titanium oxide composite according to the present invention may be characterized in that it comprises a peak due to bronze TiO 2 at 10 to 20 ° or 40 to 50 ° in XRD analysis.
본 발명은 또한, The present invention also relates to
티타늄 전구체와 나트륨 전구체를 혼합하여 혼합 용액을 제조하는 단계Preparing a mixed solution by mixing a titanium precursor and a sodium precursor
상기 혼합 용액에 카본 전구체를 혼합하여 전구체 용액을 제조하는 단계;Mixing a carbon precursor with the mixed solution to prepare a precursor solution;
수열합성하여 입자를 형성하는 단계; Hydrothermally synthesizing to form particles;
이온 교환 반응 단계; 및 Ion exchange reaction step; And
소결하는 단계; 를 포함하는 본 발명에 의한 카본 도핑된 티탄 산화물 복합체의 제조 방법을 제공한다. Sintering; Doped titanium oxide composite according to the present invention.
본 발명의 카본 도핑된 티탄 산화물 복합체의 제조 방법에 있어서, 상기 혼합 용액은 나트륨 1몰당 티타늄이 0.1 내지 0.4의 몰비(Ti/Na mole ratio)로 혼합되는 것을 특징으로 할 수 있다. In the method for producing a carbon-doped titanium oxide composite of the present invention, the mixed solution may be characterized in that titanium is mixed at a molar ratio (Ti / Na mole ratio) of 0.1 to 0.4 per 1 mole of sodium.
본 발명의 카본 도핑된 티탄 산화물 복합체의 제조 방법에 있어서, 상기 전구체 용액은 혼합 용액 100 중량부당 카본 전구체가 5 내지 20 중량부의 비율로 혼합되는 것을 특징으로 할 수 있다. In the method of manufacturing a carbon-doped titanium oxide composite of the present invention, the precursor solution may be mixed with the carbon precursor at a ratio of 5 to 20 parts by weight per 100 parts by weight of the mixed solution.
본 발명의 카본 도핑된 티탄 산화물 복합체의 제조 방법에 있어서, 상기 티탄 산화물 전구체는 Ti 금속, 아나타제형 TiO2, TiO(OH)2, Ti(OH)4, TiCl4, TiCl3, TiC, Ti[OCH(CH3)2]4 및 이들의 조합에서 선택되어질 수 있다.The titanium oxide precursor may be Ti metal, anatase TiO 2 , TiO (OH) 2 , Ti (OH) 4 , TiCl 4 , TiCl 3 , TiC, Ti [ OCH (CH 3 ) 2 ] 4, and combinations thereof.
본 발명의 카본 도핑된 티탄 산화물 복합체의 제조 방법에 있어서, 상기 카본 전구체는 Isopropyl alcohol, ethanol, sucrose, glycolic acid 및 이들의 조합에서 선택되어질 수 있다.In the method for preparing the carbon-doped titanium oxide complex of the present invention, the carbon precursor may be selected from isopropyl alcohol, ethanol, sucrose, glycolic acid, and combinations thereof.
본 발명의 카본 도핑된 티탄 산화물 복합체의 제조 방법에 있어서, 상기 수열합성은 150 내지 170 ℃의 가열온도 및 1.5 내지 6.0 kgf/cm2 의 압력하에서 48시간 동안 수행되어질 수 있다.In the method for producing a carbon-doped titanium oxide composite of the present invention, the hydrothermal synthesis may be performed at a heating temperature of 150 to 170 ° C and a pressure of 1.5 to 6.0 kgf / cm 2 for 48 hours.
본 발명의 카본 도핑된 티탄 산화물 복합체의 제조 방법에 있어서, 상기 이온 교환 반응 단계는 염산에 의해 수행되어질 수 있다.In the method for producing the carbon-doped titanium oxide complex of the present invention, the ion exchange reaction step may be carried out with hydrochloric acid.
본 발명의 카본 도핑된 티탄 산화물 복합체의 제조 방법에 있어서, 상기 소결하는 단계는 250 내지 400 ℃ 의 온도에서 수행되어질 수 있다.In the method for producing the carbon-doped titanium oxide composite of the present invention, the sintering may be performed at a temperature of 250 to 400 ° C.
본 발명은 또한, 본 발명에 의한 카본 도핑된 티탄 산화물 복합체를 음극으로 구비하여 전기화학 특성이 개선된 리튬 이차전지를 제공한다. The present invention also provides a lithium secondary battery having a carbon-doped titanium oxide complex according to the present invention as a cathode and having improved electrochemical characteristics.
본 발명은 수열합성에 의해 티탄 산화물 복합체 내부에 카본을 비교적 간단하고 균일하게 도핑시킴으로써, 본 발명의 제조 방법에 의하여 제조된 카본 도핑된 티탄 산화물 복합체는 리튬이온 이동성 및 전기전도도가 향상되고, 음극으로 이용시 고율특성 및 수명효율이 향상된 리튬 이차 전지를 제조할 수 있다.The present invention relates to a carbon-doped titanium oxide composite produced by the production method of the present invention by relatively easily and uniformly doping carbon into the interior of the titanium oxide composite by hydrothermal synthesis, thereby improving lithium ion mobility and electric conductivity, It is possible to manufacture a lithium secondary battery having improved high rate characteristics and improved lifetime efficiency.
도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 카본 도핑된 TiO2 복합체의 XRD 분석 결과이다.
도 2는 본 발명의 비교예 1에 따른 카본 도핑되지 않은 TiO2 복합체의 SEM 사진이다.
도 3은 본 발명의 실시예 1에 따른 카본 도핑된 TiO2 복합체의 SEM 사진이다.
도 4는 본 발명의 비교예 1에 따른 카본 도핑되지 않은 TiO2 복합체의 TEM 사진이다.
도 5는 본 발명의 실시예 1에 따른 카본 도핑된 TiO2 복합체의 TEM 사진이다.Fig. 1 shows XRD analysis results of the carbon-doped TiO2 composite according to Example 1 of the present invention.
2 is a SEM photograph of a TiO2 composite without carbon doping according to Comparative Example 1 of the present invention.
3 is a SEM photograph of a carbon-doped TiO2 composite according to Example 1 of the present invention.
4 is a TEM photograph of a TiO2 composite without carbon doping according to Comparative Example 1 of the present invention.
5 is a TEM photograph of a carbon-doped TiO2 composite according to Example 1 of the present invention.
이하, 본 발명을 실시예에 의하여 상세히 설명하지만, 본 발명이 이들에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by way of examples, but the present invention is not limited thereto.
<< 실시예1Example 1 > 카본 > Carbon 도핑된Doped 티탄 산화물 복합체 제조 Manufacture of titanium oxide complex
10M의 수산화나트륨 용액 200 mL에 TiO(OH)2 78.3 g을 첨가하여 Ti/Na 몰비가 0.4가 되도록 혼합 용액을 제조하였다. 상기 혼합 용액에 도핑 재료로 Isopropyl alcohol 10% 을 첨가하여 전구체 용액을 준비하였다. 이 때 상기 혼합 용액 100 중량부당 Isopropyl alcohol은 5 내지 20 중량부의 비율로 혼합하였다. To 200 mL of a 10 M sodium hydroxide solution was added TiO (OH) 2 78.3 g was added to prepare a mixed solution having a Ti / Na molar ratio of 0.4. A precursor solution was prepared by adding 10% of isopropyl alcohol as a doping material to the mixed solution. At this time, Isopropyl alcohol was mixed at a ratio of 5 to 20 parts by weight per 100 parts by weight of the mixed solution.
상기 준비된 전구체 용액을 160℃의 반응기(autoclave)에서 24시간 동안 반응시킨 후, 상기 온도와 1.5 내지 6.0 kgf/cm2 압력하에서 72시간 동안 유지시키고, 증류수를 이용하여 세척한 다음 0.1 M의 염산을 이용하여 이온교환 반응을 진행하였다. The prepared precursor solution was reacted in an autoclave at 160 ° C. for 24 hours and then maintained at the above temperature and pressure of 1.5 to 6.0 kgf / cm 2 for 72 hours, washed with distilled water, and then treated with 0.1 M hydrochloric acid Ion exchange reaction was carried out.
이어서, 침전물을 걸러주고 증류수로 충분히 세척한 후, 350℃에서 4시간 동안 소결하여 티탄 산화물 복합체를 제조하였다.Subsequently, the precipitate was filtered, sufficiently washed with distilled water, and then sintered at 350 ° C for 4 hours to prepare a titanium oxide composite.
<< 실시예2Example 2 > 카본 > Carbon 도핑된Doped 티탄 산화물 복합체 제조 Manufacture of titanium oxide complex
실시예 1에서의 카본 도핑 재료를 Ethanol 10% 로 바꾸는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 카본 도핑된 티탄 산화물 복합체를 제조하였다. A carbon-doped titanium oxide composite was prepared in the same manner as in Example 1, except that the carbon doping material in Example 1 was changed to 10% Ethanol.
<< 비교예1Comparative Example 1 > 도핑 처리하지 않은 티탄 산화물 복합체 제조 > Manufacture of undoped titanium oxide composites
실시예 1에서 카본 도핑 재료의 첨가를 하지 않는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 하여 카본 도핑되지 않은 티탄 산화물 복합체를 제조하였다. A titanium-oxide composite without carbon doping was prepared in the same manner as in Example 1, except that the carbon doping material was not added in Example 1.
<< 실험예1Experimental Example 1 > > 아나타제Anatase -- 브론즈형Bronze type 티탄 산화물 복합체의 Titanium oxide complex XRDXRD 분석 analysis
상기 일 실시예에 따라 제조된 카본 도핑된 티탄 산화물 복합체를 XRD를 통해 결정구조를 분석하고, 그 결과를 도 1에 도시하였다. The carbon-doped titanium oxide composite prepared according to the above example was analyzed for crystal structure through XRD and the results are shown in Fig.
도 1에서 보는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의하여 제조된 카본 도핑된 티탄 산화물 복합체는 XRD 분석시 25.3°, 37.9°, 54.0°, 55.1°, 62.7 ° 에서 아나타제형 TiO2에 의한 피크와 10 내지 20° 또는 40 내지 50° 에서 브론즈형TiO2에 의한 피크를 나타낸다.As shown in FIG. 1, the carbon-doped titanium oxide composite prepared according to an embodiment of the present invention had peaks due to anatase-type TiO 2 at 10.3, 10.5, 10.5, and 10.5 at 25.3 °, 37.9 °, 54.0 °, To 20 [deg.] Or 40 to 50 [deg.].
상기 XRD 분석을 통하여 나타나는 피크는 아나타제와 브론즈 상이 혼재되어 있음을 나타내는 것으로, 본 발명의 일 실시예에 의하여 제조된 티탄 산화물 복합체는 아나타제와 브론즈 상이 혼합된 결정상임을 확인할 수 있다.The peak observed through the XRD analysis shows that anatase and bronze phases are mixed, and it can be confirmed that the titanium oxide complex produced according to one embodiment of the present invention is a crystal phase mixed with an anatase and a bronze phase.
<< 실험예2Experimental Example 2 > 주사전자현미경(> Scanning Electron Microscope ( SEMSEM ) 분석) analysis
상기 비교예 1에 따라 제조된 카본 도핑되지 않은 티탄 산화물 복합체 및 상기 실시예 1에 따라 제조된 카본 도핑된 티탄 산화물 복합체의 SEM 측정을 실시하였고, 그 결과를 도 2 및 도 3에 도시하였다. SEM measurement of the carbon-doped titanium oxide composite prepared according to Comparative Example 1 and the carbon-doped titanium oxide composite prepared according to Example 1 were carried out, and the results are shown in FIGS. 2 and 3.
도 2 및 도 3에서 보는 바와 같이, 본 발명에 의하여 제조된 카본 도핑된 티탄 산화물 복합체는 1 내지 3 um 또는 200 내지 300 nm의 직경을 갖는 것으로, 입자 크기가 bimodal인 것을 알 수 있다. As shown in FIGS. 2 and 3, the carbon-doped titanium oxide composite prepared according to the present invention has a diameter of 1 to 3 .mu.m or 200 to 300 nm, and the particle size is bimodal.
이와 같은 bimodal 입자 크기를 가짐으로써, 본 발명에 의하여 제조된 카본 도핑된 티탄 산화물 복합체는 탭밀도가 향상된 특성을 확보할 수 있다. By having such a bimodal particle size, the carbon-doped titanium oxide composite produced by the present invention can secure an improved tap density.
<< 실험예3Experimental Example 3 > 투과전자현미경(> Transmission electron microscope ( TEMTEM ) 분석) analysis
상기 비교예 1에 따라 제조된 카본 도핑되지 않은 티탄 산화물 복합체 및 상기 실시예 1에 따라 제조된 카본 도핑된 티탄 산화물 복합체의 TEM 측정을 실시하였고, 그 결과를 도 3 및 도 4에 도시하였다. A TEM measurement of the carbon-doped titanium oxide composite prepared according to Comparative Example 1 and the carbon-doped titanium oxide composite prepared according to Example 1 were performed, and the results are shown in FIGS. 3 and 4. FIG.
도 3 및 도 4에서 보는 바와 같이, 카본 도핑하지 않은 티탄 산화물 복합체 입자의 면간 거리는 0.627nm 이고, 카본 도핑된 티탄 산화물 복합체 입자의 면간 거리는 0.644nm 로 측정되어, 카본 도핑 처리에 따라 면간 거리가 증가한 것을 확인할 수 있다. As shown in FIGS. 3 and 4, the interplanar distance of the carbon-doped titanium oxide composite particles was 0.627 nm, the interplanar distance of the carbon-doped titanium oxide composite particles was 0.644 nm, and the interplanar distance .
<< 제조예Manufacturing example > 전지 제작> Battery production
상기 실시예에 따라 제조된 카본 도핑된 티탄 산화물 복합체의 최종 분말을 전극 활물질로서 사용하여 리튬 이차전지용 전극과 코인형 반쪽 전지(coin half cell)를 제작하였다. Using the final powder of the carbon-doped titanium oxide composite prepared according to the above example as an electrode active material, an electrode for a lithium secondary battery and a coin half cell were fabricated.
상기 코인형 반쪽 전지를 제작하기 위하여, 도전재로 super-P 를, 결합제로서 플루오라이드(polyvinylidene fluoride, PVDF)를 사용하였다.In order to manufacture the coin-shaped half-cell, super-P was used as a conductive material and polyvinylidene fluoride (PVDF) was used as a binder.
상기 카본 도핑된 티탄 산화물 복합체를 포함하는 전극재 : super-P : 플루오라이드(polyvinylidene fluoride, PVDF)를 80:10:10 의 중량부로 혼합하였다. 이를 N-메틸피롤리돈(N-methyl pyrrolidone, NMP)에 첨가하여 믹서에서 혼합하여 슬러리를 제조하였다. 상기 혼합된 슬러리를 알루미늄 호일의 일면에 도포하고 건조한 후, 프레싱(pressing) 공정을 이용하여 압연함으로써 음극 극판을 제조하였다. An electrode material: super-P: polyvinylidene fluoride (PVDF) containing the carbon-doped titanium oxide complex was mixed in a weight ratio of 80:10:10. This was added to N-methyl pyrrolidone (NMP) and mixed in a mixer to prepare a slurry. The mixed slurry was coated on one side of an aluminum foil and dried, followed by rolling using a pressing process to produce a negative electrode plate.
상기 음극 극판을 지름 1.11 cm의 원형 시편으로 타발하여 음극으로 사용하였고, 리튬 금속 박판을 양극으로 사용하였다. The negative electrode plate was punched out with a circular specimen having a diameter of 1.11 cm and used as a negative electrode, and a lithium metal thin plate was used as a positive electrode.
에틸렌카보네이트(EC) : 에틸메틸카보네이트(EMC)를 30 : 70 부피비로 혼합한 용액에 1.2 M의 LiPF6를 용해시켜 전해질로 사용하였으며, W-scope C500 필름을 분리막으로 이용하여 리튬 이차전지를 제작하였다.1.2 M of LiPF 6 was dissolved in a mixture of ethylene carbonate (EC): ethyl methyl carbonate (EMC) at a volume ratio of 30: 70 and used as an electrolyte. A lithium secondary battery was fabricated using W-scope C500 film as a separator .
<< 실험예4Experimental Example 4 > 전지 충전/방전 특성 평가 > Evaluation of Battery Charging / Discharging Characteristics
상기 실시예1 및 비교예1에 따라 제조된 티탄 산화물 복합체를 전극 활물질로서 사용하여 리튬 2차 전지를 제조하고, 그 충전/방전 특성을 평가하고 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다. A lithium secondary battery was prepared using the titanium oxide composite prepared in Example 1 and Comparative Example 1 as an electrode active material, and the charging / discharging characteristics thereof were evaluated. The results are shown in Table 1 below.
충전/방전 용량의 측정은 1 C = 337 mAh/g의 충전/방전 전류에서 1.0 ~ 3.0 V 의 전압 범위에서 설정하고, 정전류에서 수행한다. 2 번째 사이클 및 50 번째 사이클에서의 충전/방전 용량을 측정하고; (50 번째 사이클에서의 방전 용량/2 번째 사이클에서의 방전 용량) × 100 을 사이클 특성으로 정의한다. The charge / discharge capacity is measured at a constant voltage of 1.0 to 3.0 V at a charging / discharging current of 1 C = 337 mAh / g and is performed at a constant current. Measuring the charge / discharge capacity in the second cycle and the 50th cycle; (Discharge capacity in the 50th cycle / discharge capacity in the second cycle) x 100 is defined as a cycle characteristic.
(1.0 ~ 3.0 V)(1.0 to 3.0 V)
특성characteristic
효율efficiency
((
1.0C1.0 C
충전/ charge/
1.0C1.0 C
방전) Discharge)
표 1에서 보는 바와 같이, 본 발명의 실시예 1에서 제조된 카본 도핑된 티탄 산화물 복합체를 이차전지의 음극활물질로 적용한 전지의 경우, 우수한 사이클 특성 및 큰 충전/방전 용량을 가진다는 것을 확인할 수 있다. As shown in Table 1, it can be confirmed that the battery using the carbon-doped titanium oxide composite prepared in Example 1 of the present invention as the negative electrode active material of the secondary battery has excellent cycle characteristics and a large charge / discharge capacity .
Claims (15)
아나타제형 (111)면의 피크 강도 및 브론즈형 (110)면의 피크 강도의 합에 대한 브론즈형 (002)면의 피크 강도의 비율 [I(002)/(I(111)+I(110))]이 0.1 내지 0.2 인
카본 도핑된 티탄 산화물 복합체.
The present invention relates to a titanium oxide composite having a crystal phase in which a carbon-doped anatase type and a bronze type are mixed,
The ratio [I (002) / (I (111) + I (110)) of the peak intensity of the bronze type (002) face to the sum of the peak intensity of the anatase type (111) face and the peak intensity of the bronze type )] Is 0.1 to 0.2
Carbon-doped titanium oxide complex.
상기 티탄 산화물은 브론즈형 (001)면간의 거리가 0.63 내지 0.66 nm인 카본 도핑된 티탄 산화물 복합체.
The method according to claim 1,
Wherein the titanium oxide has a distance between bronze (001) planes of 0.63 to 0.66 nm.
상기 복합체는 1 내지 3 um 또는 200 내지 300 nm의 bimodal 입자 크기를 갖는 카본 도핑된 티탄 산화물 복합체.
The method according to claim 1,
Wherein the composite has a bimodal particle size of from 1 to 3 um or from 200 to 300 nm.
상기 복합체는 XRD 분석시 10 내지 20° 또는 40 내지 50° 에서 브론즈 TiO2 에 의한 피크를 포함하는 것인 카본 도핑된 티탄 산화물 복합체.
The method according to claim 1,
Wherein the composite comprises a peak by bronze TiO2 at 10-20 [deg.] Or 40-50 [deg.] In XRD analysis.
상기 혼합 용액에 카본 전구체를 혼합하여 전구체 용액을 제조하는 단계;
수열합성하여 입자를 형성하는 단계;
이온 교환 반응 단계; 및
소결하는 단계; 를 포함하는
카본 도핑된 티탄 산화물 복합체의 제조 방법.
Preparing a mixed solution by mixing a titanium precursor and a sodium precursor
Mixing a carbon precursor with the mixed solution to prepare a precursor solution;
Hydrothermally synthesizing to form particles;
Ion exchange reaction step; And
Sintering; Containing
A method for producing a carbon-doped titanium oxide composite.
상기 혼합 용액은 나트륨 1몰당 티타늄이 0.1 내지 0.4의 몰비(Ti/Na mole ratio)로 혼합되는 것을 특징으로 하는 카본 도핑된 티탄 산화물 복합체의 제조 방법.
The method according to claim 6,
Wherein the mixed solution is mixed at a Ti / Na mole ratio of 0.1 to 0.4 per mole of sodium.
상기 전구체 용액은 상기 혼합 용액 100 중량부당 카본 전구체가 5 내지 20의 중량부의 비율로 혼합되는 것을 특징으로 하는 카본 도핑된 티탄 산화물 복합체의 제조 방법.
The method according to claim 6,
Wherein the precursor solution is mixed at a ratio of 5 to 20 parts by weight of carbon precursor per 100 parts by weight of the mixed solution.
상기 티탄 산화물 전구체는 Ti 금속, 아나타제형 TiO2, TiO(OH)2, Ti(OH)4, TiCl4, TiCl3, TiC, Ti[OCH(CH3)2]4 및 이들의 조합에서 선택되는 것인 카본 도핑된 티탄 산화물 복합체의 제조 방법.
The method according to claim 6,
The titanium oxide precursor is selected from Ti metal, anatase TiO 2 , TiO (OH) 2 , Ti (OH) 4 , TiCl 4 , TiCl 3 , TiC, Ti [OCH (CH 3 ) 2 ] 4, ≪ / RTI >
상기 카본 전구체는 Isopropyl alcohol, ethanol, sucrose, glycolic acid 및 이들의 조합에서 선택되는 것인 카본 도핑된 티탄 산화물 복합체의 제조 방법.
The method according to claim 6,
Wherein the carbon precursor is selected from the group consisting of Isopropyl alcohol, ethanol, sucrose, glycolic acid, and combinations thereof.
상기 수열합성은 150 내지 170 ℃의 가열온도 및 1.5 내지 6.0 kgf/cm2 의 압력하에서 48시간 동안 수행되는 것인 카본 도핑된 티탄 산화물 복합체의 제조 방법.
The method according to claim 6,
Wherein said hydrothermal synthesis is carried out at a heating temperature of 150 to 170 DEG C and a pressure of 1.5 to 6.0 kgf / cm < 2 > for 48 hours.
상기 이온 교환 반응 단계는 염산을 첨가하여 수행되는 것인 카본 도핑된 티탄 산화물 복합체의 제조 방법.
The method according to claim 6,
Wherein the ion exchange reaction step is performed by adding hydrochloric acid.
상기 소결하는 단계는 250 내지 400 ℃ 의 온도에서 수행되는 것인 카본 도핑된 티탄 산화물 복합체의 제조 방법.
The method according to claim 6,
Wherein the sintering step is performed at a temperature of 250 to 400 캜.
14. An anode for a lithium secondary battery comprising a carbon-doped titanium oxide composite produced by the method of any one of claims 6 to 13.
A lithium secondary battery comprising the negative electrode for a lithium secondary battery having the carbon-doped titanium oxide composite of claim 14.
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