KR101923836B1 - 전지의 리튬 니켈 망간 옥사이드 양극 물질의 제조 방법 및 전지의 리튬 니켈 망간 옥사이드 양극 물질 - Google Patents

전지의 리튬 니켈 망간 옥사이드 양극 물질의 제조 방법 및 전지의 리튬 니켈 망간 옥사이드 양극 물질 Download PDF

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Abstract

전지의 리튬 니켈 망간 옥사이드 양극 물질의 제조 방법, 리튬 니켈 망간 옥사이드 양극 물질이 개시되며, 상기 방법은 적어도 다음의 단계를 포함한다: 니켈 화합물, 망간 화합물, 리튬 화합물, 및 금속 이온을 포함하는 화합물을 제공하는 단계; 니켈 화합물, 제1 양의 리튬 화합물, 분산제 및 탈이온수을 혼합하고, 교반하여 제1 생성물 용액을 제조하는 단계; 망간 화합물을 제1 생성물 용액에 첨가하고 혼합 및 교반하여 제2 생성물 용액을 제조하는 단계; 제2 생성물 용액의 제1 분쇄를 수행하여 제1 전구 용액을 제조하는 단계; 제2 양의 리튬 화합물 및 금속 이온을 포함하는 화합물을 제1 전구 용액과 혼합하고 교반한 후, 제2 분쇄를 수행하여 제2 전구 용액을 제조하는 단계; 및 제2 전구 용액을 하소하여 전지의 리튬 니켈 망간 옥사이드 양극 물질을 제조하는 단계.

Description

전지의 리튬 니켈 망간 옥사이드 양극 물질의 제조 방법 및 전지의 리튬 니켈 망간 옥사이드 양극 물질 {METHOD FOR PREPARING LITHIUM NICKEL MANGANESE OXIDE POSITIVE BATTERY ELECTRODE MATERIAL, AND LITHIUM NICKEL MANGANESE OXIDE POSITIVE BATTERY ELECTRODE MATERIAL}
본 개시는 전지의 리튬 니켈 망간 옥사이드 양극 물질의 제조 방법 및 전지의 리튬 니켈 망간 옥사이드 양극 물질(lithium nickel manganese oxide cathode material), 더욱 구체적으로 2, 3, 4 또는 5와 동일한 원자가를 가지는 금속 이온을 첨가함으로써 고상 반응에 의해 제조된 전지의 리튬 니켈 망간 옥사이드 양극 물질의 단위 중량 당 탭 밀도 및 충전 용량을 증가시키는 제조 방법에 관한 것이다.
기술의 신속한 발달로 생활 기능을 개선하고, 에너지 사용의 효율을 향상시키고 대기 오염을 감소시키기 위해 많은 전자 제품 및 전기-구동 운송 장치가 개발된다. 리튬 전지는 안전하고, 기억 효과가 없고(non-memorized) 반복하여 사용될 수 있기 때문에 광범위하게 사용된다.
선행 기술에서, 리튬 화합물, 니켈 화합물 및 망간 화합물은 리튬 전지의 양극 물질을 제조하기 위해 활용되도록 개시되었다. 그러나, 고상 반응을 통해 제조된 리튬 니켈 망간 옥사이드 화합물로 이루어진 전지는 전자 제품 또는 전기-구동 운송 장치의 전력 소비 요건을 충족하지 못한다. 이러한 상황 하에서, 전자 제품 및 전기-구동 운송 장치의 사용시간을 연장시키기 위해 전지의 전체 충전 용량을 증가시키기 위해, 전지의 리튬 니켈 망간 옥사이드 양극 물질의 단위 중량 당 탭 밀도 및 충전 용량을 증가시킬 필요가 있다.
선행 기술로부터 겪게되는 단점을 방지하기 위해, 전지의 리튬 니켈 망간 옥사이드 양극 물질의 제조 방법 및 전지의 리튬 니켈 망간 옥사이드 양극 물질을 제공해야 할 필요가 있다.
본 발명의 목적은 선행 기술의 고상 반응에 의해 제조된 리튬 니켈 망간 옥사이드 화합물로 이루어진 리튬 전지의 단위 중량 당 낮은 탭 밀도 및 낮은 충전 용량의 문제를 해결하기 위해, 전지의 리튬 니켈 망간 옥사이드 양극 물질의 제조 방법 및 전지의 리튬 니켈 망간 옥사이드 양극 물질을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 전지의 리튬 니켈 망간 옥사이드 양극 물질의 제조 방법 및 전지의 리튬 니켈 망간 옥사이드 양극 물질을 제공하는 것이다. 2, 3, 4 또는 5와 동일한 원자가를 가지는 금속 이온을 포함하는 화합물을 고상 반응에 첨가하여 8면체 구조를 가지는 생성물 분말인 1차 입자를 생성함으로써, 전지의 리튬 니켈 망간 옥사이드 양극 물질의 단위 중량 당 충전 용량 및 탭 밀도가 증가될 수 있고, 고상 반응을 통한 리튬 니켈 망간 옥사이드 화합물을 제조하면서 열처리 단계에서 반응의 활성화 에너지가 감소될 수 있다.
본 개시의 양태에 따르면, 전지의 리튬 니켈 망간 옥사이드 양극 물질의 제조 방법이 제공된다. 상기 제조 방법은 (a) 니켈 화합물, 망간 화합물, 제1 양의 리튬 화합물, 제2 양의 리튬 화합물, 및 2, 3, 4 또는 5와 동일한 원자가를 가지는 금속 이온을 포함하는 화합물을 제공하는 단계, (b) 니켈 화합물, 제1 양의 리튬 화합물, 분산제 및 탈이온수를 제1 기간 동안 혼합 및 교반하여 제1 생성물 용액을 제조하는 단계, (c) 망간 화합물을 제1 생성물 용액에 첨가한 후 제2 기간 동안 혼합 및 교반하여 제2 생성물 용액을 제조하는 단계, (d) 제2 생성물 용액을 제1 분쇄하여 제1 전구 용액을 제조하는 단계, (e) 제2 양의 리튬 화합물, 2, 3, 4 또는 5와 동일한 원자가를 가지는 금속 이온을 포함하는 화합물, 및 제1 전구 용액을 제3 기간 동안 혼합 및 교반한 후, 제2 분쇄하여, 제2 전구 용액을 제조하는 단계, 및 (f) 제2 전구 용액을 하소하여 전지의 리튬 니켈 망간 옥사이드 양극 물질을 제조하는 단계를 포함한다. 전지의 리튬 니켈 망간 옥사이드 양극 물질의 화학식은 Li1.0+xNi0.5Mn1.5MyO4으로 표시된다. M은 2, 3, 4 또는 5와 동일한 원자가를 가지는 금속 이온을 나타내며, x는 -0.1 이상 및 0.1 이하이고, y는 0 초과 및 0.08 이하이다.
본 개시의 또 다른 양태에 따르면, 화학식 Li1 .0+ xNi0 . 5Mn1 . 5VyO4으로 표시되는, 리튬 니켈 망간 옥사이드 양극 물질이 제공된다. V는 바나듐을 나타내며, x는 -0.1 이상 및 0.1 이하이고, y는 0 초과 및 0.08 이하이다.
본 개시의 또 다른 양태에 따르면, 전지의 리튬 니켈 망간 옥사이드 양극 물질의 제조 방법이 제공된다. 상기 제조 방법은 (a) 니켈 화합물, 망간 화합물, 리튬 화합물, 및 2, 3, 4 또는 5와 동일한 원자가를 가지는 금속 이온을 포함하는 화합물을 제공하는 단계, (b) 니켈 화합물, 리튬 화합물, 분산제 및 탈이온수를 제1 기간 동안 혼합 및 교반하여 제1 생성물 용액을 제조하는 단계, (c) 망간 화합물 및 2, 3, 4 또는 5와 동일한 원자가를 가지는 금속 이온을 포함하는 화합물을 제1 생성물 용액에 첨가한 후, 제2 기간 동안 혼합 및 교반하여 제2 생성물 용액을 제조하는 단계, (d) 제2 생성물 용액을 분쇄하여 전구 용액을 제조하는 단계, 및 (e) 전구 용액을 하소하여 전지의 리튬 니켈 망간 옥사이드 양극 물질을 제조하는 단계를 포함한다. 전지의 리튬 니켈 망간 옥사이드 양극 물질의 화학식은 Li1 .0+ 4xNi0 . 5Mn1 .5-4xMxO4로 표시된다. M은 2, 3, 4 또는 5와 동일한 원자가를 가지는 금속 이온을 나타내고, x는 0 초과 및 0.1 이하이다.
본 개시의 또 다른 양태에 따르면, 화학식 Li1 .0+ 4xNi0 . 5Mn1 .5- 4xVxO4, 로 표시되는, 리튬 니켈 망간 옥사이드 양극 물질이 제공되며, 여기서 V는 바나듐을 나타내고, x는 0 초과 및 0.1 이하이다.
본 개시의 상기 내용은 다음의 상세한 설명 및 첨부하는 도면을 검토한 후 당업자에게 보다 쉽게 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명의 전지의 리튬 니켈 망간 옥사이드 양극 물질의 제1 제조 방법의 흐름도를 개략적으로 도시하고;
도 2는 바나듐 화합물을 첨가함으로써 제조된 생성물 분말의 1차 입자의 SEM 분석 다이어그램을 개략적으로 도시하고;
도 3은 바나듐 화합물을 첨가함으로써 제조된 생성물 분말의 2차 입자의 SEM 분석 다이어그램을 개략적으로 도시하고;
도 4는 본 발명의 전지의 리튬 니켈 망간 옥사이드 양극 물질의 제2 제조 방법의 흐름도를 개략적으로 도시하고;
도 5는 바나듐 화합물을 본 발명의 제1 제조 방법 또는 제2 제조 방법에 첨가함으로서 제조된 생성물 분말로 이루어진 셀 전지의 충전 및 방전 특성 다이어그램을 개략적으로 도시하고;
도 6은 제1 제조 방법 또는 제2 제조 방법에 바나듐 화합물을 첨가함으로써 제조된 생성물 분말로 이루어진 셀 전지의 충전 및 방전 속도 다이어그램을 개략적으로 도시하고;
도 7은 제1 제조 방법 또는 제2 제조 방법에 바나듐 화합물을 첨가함으로써 제조된 생성물 분말의 탭 밀도 Dt의 증가와 첨가된 바나듐 이온의 백분율 사이의 관계를 나타내는 다이어그램을 개략적으로 도시하고;
도 8은 선행 기술의 전지의 리튬 니켈 망간 옥사이드 양극 물질의 생성물 분말의 열중량 분석 및 시차 열 분석 다이어그램을 개략적으로 도시하고; 및
도 9는 제1 제조 방법 또는 제2 제조 방법에 바나듐 화합물을 첨가함으로써 제조된 생성물 분말의 열중량 분석 및 시차 열 분석 다이어그램을 개략적으로 도시한다.
본 발명은 이제 다음의 구체예를 참조하여 더욱 자세히 설명될 것이다. 본 출원의 바람직한 구체예에 대한 다음의 설명은 단지 예시 및 설명의 목적으로 본 명세서에 제시된 것임을 주의한다. 개시된 정확한 형태로 포괄하거나 제한하려는 것이 아니다.
도 1을 참조한다. 도 1은 본 발명의 전지의 리튬 니켈 망간 옥사이드 양극 물질의 제1 제조 방법의 흐름도를 개략적으로 도시한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 전지의 리튬 니켈 망간 옥사이드 양극 물질의 제1 제조 방법(S100)은 다음과 같은 단계를 포함한다. 먼저, 단계(S101)에 도시된 바와 같이, 니켈 화합물, 망간 화합물, 제1 양의 리튬 화합물, 제2 양의 리튬 화합물, 및 2, 3, 4 또는 5와 동일한 원자가를 가지는 금속 이온을 포함하는 화합물을 제공한다. 이러한 구체예에서, 2, 3, 4 또는 5와 동일한 원자가를 가지는 금속 이온을 포함하는 화합물은 바나듐 화합물, 나이오븀 화합물, 망간 화합물 또는 안티모니 화합물에 제한되지 않으며, 바나듐 화합물인 것이 바람직하다.
일부 구체예에서, 니켈 화합물은 NiO 및 NiCO3으로 구성된 군으로부터 선택될 수 있다. 일부 구체예에서, 망간 화합물은 Mn2O3, MnO, MnCO3 및 Mn2(CO3)3으로 구성된 군으로부터 선택될 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 일부 구체예에서, 제1 양의 리튬 화합물 및 제2 양의 리튬 화합물 각각은 LiOH 및 Li2CO3으로 구성된 군으로부터 선택되고, 제1 양의 리튬 화합물 및 제2 양의 리튬 화합물은 동일한 화합물이거나, 상이한 화합물이다. 일부 구체예에서, 2, 3, 4 또는 5와 동일한 원자가를 가지는 금속 이온은 Mn2O3, MnO, MnCO3, Mn2(CO3)3 및 V2O5으로 구성된 군으로부터 선택되지만, 이에 제한되지 않는다.
다음으로, 단계(S102)에 도시된 바와 같이, 니켈 화합물, 제1 양의 리튬 화합물, 분산제 및 탈이온수를 제1 기간 동안 혼합 및 교반하여 제1 생성물 용액을 제조한다. 이러한 구체예에서, 혼합 및 교반에 요구되는 제1 기간은 10 분인 것이 바람직하지만, 이에 제한되지 않는다.
그 다음, 단계(S103)에 도시된 바와 같이, 망간 화합물을 제1 생성물 용액에 첨가한 후 제2 기간 동안 혼합 및 교반하여 제2 생성물 용액을 제조한다. 이러한 구체예에서, 혼합 및 교반에 요구되는 제2 기간은 10 분인 것이 바람직하지만, 이에 제한되지 않는다.
다음으로, 단계(S104)에 도시된 바와 같이, 제2 생성물 용액을 제1 분쇄하여 제1 전구 용액을 제조한다. 이러한 구체예에서, 제2 생성물 용액 내 모든 성분이 완전히 반응되도록 하기 위해, 제2 생성물 용액을 볼 밀에 투입하여 450-650 rpm에서 2-3 시간 동안 분쇄하고, 이에 따라 제1 분쇄를 완료하여 제1 전구 용액을 제조한다. 제1 전구 용액은 리튬 니켈 망간 옥사이드 화합물의 전구 물질을 포함한다.
그 다음, 단계(S105)에 도시된 바와 같이, 제2 양의 리튬 화합물, 2, 3, 4 또는 5와 동일한 원자가를 가지는 금속 이온을 포함하는 화합물, 및 제1 전구 용액을 제3 기간 동안 혼합 및 교반하고, 제2 분쇄하여, 제2 전구 용액을 제조한다. 이러한 구체예에서, 혼합 및 교반에 요구되는 제3 기간은 10 분인 것이 바람직하지만, 이에 제한되지 않는다. 바람직한 구체예에서, 제1 전구 용액 및 제2 양의 리튬 화합물 및 2, 3, 4 또는 5와 동일한 원자가를 가지는 금속 이온을 포함하는 화합물이 완전히 반응되도록 하기 위해, 350-750 rpm에서 2-3 시간 동안 볼 밀 분쇄함으로써 제2 분쇄를 수행하고, 제2 분쇄를 완료하여 제2 전구 용액을 제조한다.
다음으로, 제2 전구 용액을 건조시킨 후, 단계(S106)에 도시된 바와 같이, 제2 전구 용액을 하소하여 전지의 리튬 니켈 망간 옥사이드 양극 물질을 제조한다. 전지의 리튬 니켈 망간 옥사이드 양극 물질의 화학식은 Li1 .0+ xNi0 . 5Mn1 . 5MyO4으로 표시된다. M은 2, 3, 4 또는 5와 동일한 원자가를 가지는 금속 이온을 나타내며, x는 -0.1 이상 및 0.1 이하이고, y는 0 초과 및 0.08 이하이다. 게다가, 예비-건조된 제2 전구 용액을 세라믹 소결된 용기에 배치하고 10 시간 동안 800 oC의 온도를 유지함으로써 하소를 수행하여, 단위 중량 당 높은 탭 밀도 및 높은 충전 용량을 가지는 전지의 리튬 니켈 망간 옥사이드 양극 물질이 제조된다.
도 2 및 도 3을 참조한다. 도 2는 바나듐 화합물을 첨가함으로써 제조된 생성물 분말의 1차 입자의 SEM (주사 전자 현미경) 분석 다이어그램을 계략적으로 도시한다. 도 3은 바나듐 화합물을 첨가함으로써 제조된 생성물 분말의 2차 입자의 SEM 분석 다이어그램을 개략적으로 도시한다. 바람직한 구체예에서, 2, 3, 4 또는 5와 동일한 원자가를 가지는 금속 이온을 포함하는 화합물은 바나듐 화합물이며, 상기 바나듐 화합물은 단계(S105)에 첨가되고, 단계 (S106)에서 제조된 리튬 니켈 망간 옥사이드 양극 물질의 화학식은 Li1.0+xNi0.5Mn1.5VyO4, 로 표시되고, x는 is -0.1 이상 및 0.1 이하이고, y는 0 초과 및 0.08 이하이다. 표면 외관은 도 2 및 도 3의 SEM을 통해 도시된다. 이러한 구체예에서, 도 2에 도시된 바와 같이, 전지의 Li1.0+xNi0.5Mn1.5VyO4로 표시되는, 양극 물질의 1차 입자는 8면체 구조로서 배열되어, 단위 중량 당 충전 용량 및 탭 밀도를 증가시키는 이점을 달성한다.
도 4를 참조한다. 도 4는 본 발명의 전지의 리튬 니켈 망간 옥사이드 양극 물질의 제2 제조 방법의 흐름도를 개략적으로 도시한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 전지의 리튬 니켈 망간 옥사이드 양극 물질의 제2 제조 방법(S200)은 다음과 같은 단계를 포함한다. 먼저, 단계(S201)에 도시된 바와 같이, 니켈 화합물, 망간 화합물, 리튬 화합물, 및 2, 3, 4 또는 5와 동일한 원자가를 가지는 금속 이온을 포함하는 화합물을 제공한다. 2, 3, 4 또는 5와 동일한 원자가를 가지는 금속 이온을 포함하는 화합물은 바나듐 화합물, 나이오븀 화합물, 망간 화합물 또는 안티모니 화합물에 제한되지 않으며, 바나듐 화합물인 것이 바람직하다.
다음으로, 단계(S202)에 도시된 바와 같이, 니켈 화합물, 리튬 화합물, 분산제 및 탈이온수를 제1 기간 동안 혼합 및 교반하여 제1 생성물 용액을 제조한다. 그 다음, 단계(S203)에 도시된 바와 같이, 망간 화합물 및 2, 3, 4 또는 5와 동일한 원자가를 가지는 금속 이온을 포함하는 화합물을 제1 생성물 용액에 첨가한 후, 제2 기간 동안 혼합 및 교반하여 제2 생성물 용액을 제조한다. 다음으로, 단계(S204)에 도시된 바와 같이, 제2 생성물 용액을 분쇄하여 전구 용액을 제조한다. 다음으로, 전구 용액을 건조시킨 후, 단계(S205)에 도시된 바와 같이, 전구 용액을 하소하여 전지의 리튬 니켈 망간 옥사이드 양극 물질을 제조한다. 전지의 리튬 니켈 망간 옥사이드 양극 물질의 화학식은 Li1 .0+ 4xNi0 . 5Mn1 .5- 4xMxO4로 표시된다. M은 2, 3, 4 또는 5와 동일한 원자가를 가지는 금속 이온을 나타내고, x는 0 초과 및 0.1 이하이다.
제2 제조 방법(S200)에 의해 선택된 니켈 화합물, 리튬 화합물, 망간 화합물 및 2, 3, 4 또는 5와 동일한 원자가를 가지는 금속 이온을 포함하는 화합물은 제1 제조 방법 (S100)에 의해 선택된 것들과 동일하며, 본 명세서에 중복으로 설명되지 않는다. 또한, 단계(S202)에 기재된 제1 기간, 단계(S203)에 기재된 제2 기간 및 단계 (S205)에 기재된 하소는 제1 제조 방법(S100)에 기재된 것과 동일하며, 본 명세서에 중복으로 설명되지 않는다. 게다가, 단계(S204)의 분쇄는 제2 생성물 용액을 볼 밀에 투입하고 350-450 rpm 2-3 시간 동안 분쇄함으로써 수행되고, 이에 따라 분쇄를 완료하여 전구 용액을 제조한다.
유사하게, 제2 제조 방법(S200)에서, 2, 3, 4 또는 5와 동일한 원자가를 가지는 금속 이온을 포함하는 화합물은 바나듐 화합물인 것이 바람직하며, 상기 바나듐 화합물은 단계(S203)에 투입되고, 단계(S205)에서 제조된 리튬 니켈 망간 옥사이드 양극 물질의 화학식은 Li1 .0+ 4xNi0 . 5Mn1 .5- 4xVxO4로 표시되며, V는 바나듐 이온을 나타내고, x는 0 이상 및 0.1 이하이다. SEM을 통해 도시된 표면 외관은 도 2 및 도 3에 도시된 표면 외관과 유사하며, 8면체 구조를 가져, 제2 제조 방법(S200)에 의해 제조된 전지의 리튬 니켈 망간 옥사이드 양극 물질 또한 단위 중량 당 충전 용량 탭 밀도 증가의 이점을 달성한다.
도 5 및 도 6을 참조한다. 도 5는 바나듐 화합물을 본 발명의 제1 제조 방법 또는 제2 제조 방법에 첨가함으로서 제조된 생성물 분말로 이루어진 셀 전지의 충전 및 방전 특성 다이어그램을 개략적으로 도시한다. 도 6은 제1 제조 방법 또는 제2 제조 방법에 바나듐 화합물을 첨가함으로써 제조된 생성물 분말로 이루어진 셀 전지의 충전 및 방전 속도 다이어그램을 개략적으로 도시한다. 제1 제조 방법(S100) 또는 제2 제조 방법(S200)을 통해 제조된 바나듐 화합물이 첨가된 리튬 니켈 망간 옥사이드 양극 물질의 생성물 분말은 알루미늄 기판에 코팅된 후 코인 셀 (모델 유형: 2032)으로 조립된다. 코인 셀은 충전 및 방전 기계에 의해 0.1 쿨롱에서 2 사이클 충전, 및 방전 및 2 쿨롱에서 2 사이클 충전 및 방전됨으로써 시험한다. 시험 전압의 범위는 3.2 내지 4.9 볼트이다. 시험 결과는 도 5에 도시된다. 코인 셀의 충전 및 방전 속도 (즉, C-속도)는 충전 및 방전 기계에 의해 0.5C 충전 및 1C, 3C, 5C, 7C, 9C 및 10C 방전을 통해 시험하고, 여기서 C는 코인 셀의 용량이며 (예컨대. C=800mAh, 1C 충전 속도는 충전 전류가 800mAh임을 의미), 시험 결과는 도 6에 도시된다. 따라서, 제1 제조 방법(S100) 또는 제2 제조 방법(S200)을 통해 제조된 리튬 니켈 망간 옥사이드 양극 물질이 우수한 전기적 특성을 가지기 때문에, 본 발명의 리튬 니켈 망간 옥사이드 양극 물질에 의해 제공되는 단위 중량 당 충전 용량은 선행 기술의 리튬 니켈 망간 옥사이드 양극 물질의 단위 중량 당 충전 용량을 초과한다.
도 7을 참조한다. 도 7은 제1 제조 방법 또는 제2 제조 방법에 바나듐 화합물을 첨가함으로써 제조된 생성물 분말의 탭 밀도 Dt의 증가와 첨가된 바나듐 이온의 백분율 사이의 관계를 나타내는 다이어그램을 개략적으로 도시한다. 제1 제조 방법(S100) 또는 제2 제조 방법(S200)을 통해 제조된 리튬 니켈 망간 옥사이드 양극 물질의 탭 밀도는 상이한 백분율의 첨가된 바나듐 이온으로 시험하며, 시험 결과는 도 7에 도시된다. 도 7에 도시된 바와 같이, 첨가된 바나듐 이온의 백분율이 증가함에 따라, 본 발명에 의해 제조된 생성물 분말의 탭 밀도 또한 약 25-50 퍼센트로 증가한다.
도 8 및 도 9를 참조한다. 도 8은 선행 기술의 전지의 리튬 니켈 망간 옥사이드 양극 물질의 생성물 분말의 열중량 분석 및 시차 열 분석 다이어그램을 개략적으로 도시한다. 도 9는 제1 제조 방법 또는 제2 제조 방법에 바나듐 화합물을 첨가함으로써 제조된 생성물 분말의 열중량 분석 및 시차 열 분석 다이어그램을 개략적으로 도시한다. 선행 기술의 방식으로 제조된 리튬 니켈 망간 옥사이드 양극 물질의 생성물 분말은 열중량 분석 (즉, TG) 및 시차 열 분석 (즉, DTA)을 통해 분석되며, 분석 결과는 도 8에 도시된다. 제1 제조 방법(S100) 또는 제2 제조 방법(S200)을 통해 제조된 바나듐 화합물이 첨가된 리튬 니켈 망간 옥사이드 양극 물질의 생성물 분말은 열중량 분석 및 시차 열 분석을 통해 분석되며, 분석 결과는 도 9에 도시된다. 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제조 방법의 열처리 단계에 제공되도록 요구되는 반응의 활성화 에너지는 선행 기술의 제조 방식의 열처리 단계에 제공되도록 요구되는 반응의 활성화 에너지 보다 명백하게 낮은 것을 쉽게 알 수 있다. 즉, 고상 반응을 통한 리튬 니켈 망간 옥사이드 화합물을 제조하면서 열처리 단계에서 반응의 활성화 에너지가 감소될 수 있다.
상기 설명으로부터, 본 발명은 선행 기술의 고상 반응에 의해 제조된 리튬 니켈 망간 옥사이드 화합물로 이루어진 리튬 전지의 단위 중량 당 낮은 탭 밀도 및 낮은 충전 용량의 문제를 해결하기 위해, 전지의 리튬 니켈 망간 옥사이드 양극 물질의 제조 방법 및 전지의 리튬 니켈 망간 옥사이드 양극 물질을 제공하는 것이다. 2, 3, 4 또는 5와 동일한 원자가를 가지는 금속 이온을 포함하는 화합물을 고상 반응에 첨가하여 8면체 구조를 가지는 생성물 분말인 1차 입자를 생성함으로써, 전지의 리튬 니켈 망간 옥사이드 양극 물질의 단위 중량 당 충전 용량 및 탭 밀도가 증가될 수 있고, 고상 반응을 통한 리튬 니켈 망간 옥사이드 화합물을 제조하면서 열처리 단계에서 반응의 활성화 에너지가 감소될 수 있다. 따라서, 전지의 단위 부피 당 전체 전기량이 증가되고, 전자 제품 및 전기-구동 운송 장치의 사용 시간이 길어진다.
모든 변형 및 유사한 구조를 포괄하도록 가장 넓은 해석에 해당되는 첨부된 청구범위의 사상 및 범위 내에 포함되는 다양한 변형 및 유사한 배열을 포함하는 것으로 의도된다.

Claims (11)

  1. 다음의 단계를 포함하는, 전지의 리튬 니켈 망간 옥사이드 양극 물질의 제조 방법:
    니켈 화합물, 망간 화합물, 제1 양의 리튬 화합물, 제2 양의 리튬 화합물, 및 V2O5을 제공하는 단계;
    니켈 화합물, 제1 양의 리튬 화합물, 분산제 및 탈이온수를 제1 기간 동안 혼합 및 교반하여 제1 생성물 용액을 제조하는 단계;
    망간 화합물을 제1 생성물 용액에 첨가한 후 제2 기간 동안 혼합 및 교반하여 제2 생성물 용액을 제조하는 단계;
    제2 생성물 용액을 제1 분쇄하여 제1 전구 용액을 제조하는 단계;
    제2 양의 리튬 화합물, V2O5, 및 제1 전구 용액을 제3 기간 동안 혼합 및 교반하고, 제2 분쇄하여, 제2 전구 용액을 제조하는 단계; 및
    제2 전구 용액을 하소하여 전지의 리튬 니켈 망간 옥사이드 양극 물질을 제조하는 단계, 여기서 전지의 리튬 니켈 망간 옥사이드 양극 물질의 화학식은 Li1.0+xNi0.5Mn1.5VyO4로 표시되며, x는 -0.1 이상 및 0.1 이하이고, y는 0 초과 및 0.08 이하임.
  2. 제1항에 있어서, 니켈 화합물은 NiO 및 NiCO3으로 구성된 군으로부터 선택되는 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서, 망간 화합물은 Mn2O3, MnO, MnCO3 및 Mn2(CO3)3으로 구성된 군으로부터 선택되는 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서, 제1 양의 리튬 화합물 및 제2 양의 리튬 화합물 각각은 LiOH 및 Li2CO3으로 구성된 군으로부터 선택되고, 제1 양의 리튬 화합물 및 제2 양의 리튬 화합물은 동일한 화합물이거나, 상이한 화합물인 제조 방법.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서, 제1 기간, 제2 기간 및 제3 기간 각각은 10 분인 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서, 제1 분쇄는 볼 밀 분쇄(ball mill grinding)에 의해 450-650 rpm에서 2-3 시간 동안 수행되는 제조 방법.
  8. 제1항에 있어서, 제2 분쇄는 볼 밀 분쇄에 의해 350-750 rpm에서 2-3 시간 동안 수행되는 제조 방법.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
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