KR101939484B1 - Transition metal compound, method of fabricating of the same, and electrode active material for lithium secondary battery comprising the same - Google Patents

Transition metal compound, method of fabricating of the same, and electrode active material for lithium secondary battery comprising the same Download PDF

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한수영
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Abstract

Provided is a manufacturing method of a transition metal compound. The manufacturing method of the transition metal compound comprises steps of: preparing a transition metal oxide containing titanium or cobalt; manufacturing an intermediate compound containing titanium oxynitride or cobalt monoxide from the transition metal oxide by nitriding, based on a way of heat treatment, the transition metal oxide in gas atmosphere, containing nitrogen; manufacturing the transition metal compound containing nitrogen doped titanium oxide or cobalt oxide from the intermediate compound by oxidizing, based on a way of heat treatment, the intermediate compound in gas atmosphere, containing oxygen.

Description

전이금속 화합물, 그 제조 방법, 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지용 전극활물질{Transition metal compound, method of fabricating of the same, and electrode active material for lithium secondary battery comprising the same}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a transition metal compound, a method for producing the same, and an electrode active material for a lithium secondary battery comprising the transition metal compound, a method of fabricating the same,

본 발명은 전이금속 화합물, 그 제조 방법, 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지용 전극활물질에 관련된 것이다. The present invention relates to a transition metal compound, a method for producing the same, and an electrode active material for a lithium secondary battery comprising the same.

소재는 자동차, 가전, 건설 등 다양한 분야에 적용되고 있으며 제품의 품질, 성능, 가격 등에 결정적 영향을 미치는 핵심요소에 해당하며, 다양한 신소재들이 화장품, 의류, 스포츠 장비, 페인트, 포장, 식품 등 일상생활의 많은 분야에서 사용되고 잇다. 이러한 신소재는 이제 그 응용이 정보기술(Information Technology, IT), 바이오 기술(Biotechnology, BT), 환경기술(Environmental Technology, ET) 등 첨단기술 분야로 확대되고 있다. The materials are applied to various fields such as automobile, home appliance, and construction. They are the key elements that have a decisive influence on the quality, performance, and price of the product. Various new materials are used in daily life such as cosmetics, clothing, sports equipment, paint, In many fields. These new materials are now expanding into high technology areas such as Information Technology (IT), Biotechnology (BT), and Environmental Technology (ET).

특히, 스마트폰, MP3 플레이어, 태블릿 PC, 노트북 등 다양한 휴대용 전자 기기는 물론, 전기 자동차의 확대 보급, ESS 보급으로 인해, 전기 에너지를 저장할 수 리튬 이차 전지에 대한 수요가 폭발적으로 증가하고 있다.In particular, demand for lithium secondary batteries capable of storing electric energy is explosively increasing due to the spread of electric vehicles and the spread of ESS, as well as various portable electronic devices such as smart phones, MP3 players, tablet PCs and notebooks.

본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는, 고신뢰성의 전이금속 화합물 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다. A technical problem to be solved by the present invention is to provide a highly reliable transition metal compound and a method for producing the same.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 다공성의 전이금속 화합물 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다. Another technical problem to be solved by the present invention is to provide a porous transition metal compound and a method for producing the same.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 비표면적이 넓은 전이금속 화합물 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다. Another object of the present invention is to provide a transition metal compound having a large specific surface area and a process for producing the same.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 전이금속 화합물을 포함하는 리튬 이차 전지용 음극 및 양극활물질을 제공하는 데 있다. Another object of the present invention is to provide a negative electrode and a positive electrode active material for a lithium secondary battery including a transition metal compound.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 용량이 증대된 리튬 이차 전지용 음극 및 양극활물질을 제공하는 데 있다. Another object of the present invention is to provide a cathode and a cathode active material for a lithium secondary battery having increased capacity.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 수명 특성이 향상된 리튬 이차 전지용 음극 및 양극활물질을 제공하는 데 있다. Another object of the present invention is to provide a cathode and a cathode active material for a lithium secondary battery having improved life characteristics.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술된 것에 제한되지 아니한다.The technical problem to be solved by the present invention is not limited to the above.

상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 전이금속 화합물의 제조 방법을 제공한다. In order to solve the above technical problems, the present invention provides a method for producing a transition metal compound.

일 실시 예에 따르면, 상기 전이금속 화합물의 제조 방법은, 티타늄을 포함하는 전이금속 산화물을 준비하는 단계, 질소를 포함하는 가스 분위기에서 상기 전이금속 산화물을 열처리하는 방법으로 질화 처리하여, 상기 전이금속 산화물로부터 티타늄 산질화물을 포함하는 중간 생성물을 제조하는 단계, 및 산소를 포함하는 가스 분위기에서 상기 중간 생성물을 열처리하는 방법으로 산화 처리하여, 상기 중간 생성물로부터, 질소 도핑된 티타늄 산화물을 포함하는 전이금속 화합물을 제조하는 단계를 포함하되, 상기 전이금속 화합물은, 상기 전이금속 산화물보다, 결정립의 크기가 작을 수 있다. According to one embodiment, the method for producing a transition metal compound comprises the steps of: preparing a transition metal oxide containing titanium; nitriding the transition metal oxide by a method of heat treating the transition metal oxide in a gas atmosphere containing nitrogen; Comprising the steps of: preparing an intermediate product comprising titanium oxynitride from an oxide; and oxidizing the intermediate product by heat treatment in a gas atmosphere containing oxygen to form a transition metal containing titanium-doped titanium oxide Wherein the transition metal compound has a grain size smaller than that of the transition metal oxide.

일 실시 예에 따르면, 상기 전이금속 화합물은, 상기 전이금속 산화물보다, 넓은 비표면적을 가질 수 있다. According to one embodiment, the transition metal compound may have a larger specific surface area than the transition metal oxide.

일 실시 예에 따르면, 상기 중간 생성물은, 상기 전이금속 산화물보다, 결정립의 크기가 작고, 비표면적이 넓을 수 있다. According to one embodiment, the intermediate product may have a smaller grain size and a larger specific surface area than the transition metal oxide.

일 실시 예에 따르면, 상기 전이금속 화합물은, 상기 중간 생성물보다, 결정립의 크기가 작고, 비표면적이 좁을 수 있다. According to one embodiment, the transition metal compound may have a smaller grain size and a smaller specific surface area than the intermediate product.

일 실시 예에 따르면, 상기 전이금속 산화물은 루타일 상(rutile phase)의 티타늄 산화물을 포함하고, 상기 중간 생성물 및 상기 전이금속 화합물은 아나타네 상(anatase phase)을 가질 수 있다. According to one embodiment, the transition metal oxide comprises a titanium oxide in a rutile phase, and the intermediate product and the transition metal compound may have an anatase phase.

일 실시 예에 따르면, 상기 전이금속 산화물의 티타늄 및 산소의 조성비는, 상기 전이금속 화합물의 티타늄 및 산소의 조성비와 동일하고, 상기 중간 생성물의 티타늄 및 산소의 조성비와 다를 수 있다. According to one embodiment, the composition ratio of titanium and oxygen of the transition metal oxide is the same as the composition ratio of titanium and oxygen of the transition metal compound, and may be different from the composition ratio of titanium and oxygen of the intermediate product.

일 실시 예에 따르면, 상기 전이금속 화합물의 제조 방법은, 코발트를 포함하는 전이금속 산화물을 준비하는 단계, 질소를 포함하는 가스 분위기에서 상기 전이금속 산화물을 열처리하는 방법으로 질화 처리하여, 상기 전이금속 산화물로부터 코발트 일산화물을 포함하는 중간 생성물을 제조하는 단계, 및 산소를 포함하는 가스 분위기에서 상기 중간 생성물을 열처리하는 방법으로 산화 처리하여, 상기 중간 생성물로부터, 코발트 산화물을 포함하는 전이금속 화합물을 제조하는 단계를 포함하되, 상기 전이금속 화합물은, 상기 전이금속 산화물보다, 내부 기공이 많을 수 있다. According to one embodiment, the method for producing a transition metal compound includes the steps of preparing a transition metal oxide containing cobalt, nitriding the transition metal oxide by a heat treatment in a gas atmosphere containing nitrogen, Preparing an intermediate product comprising cobalt oxide from an oxide, and oxidizing the intermediate product by a method of heat-treating the intermediate product in a gas atmosphere containing oxygen to produce a transition metal compound containing cobalt oxide from the intermediate product Wherein the transition metal compound may have more internal pores than the transition metal oxide.

일 실시 예에 따르면, 상기 전이금속 화합물은, 상기 전이금속 산화물보다, 결정립의 크기가 작을 수 있다. According to an embodiment, the transition metal compound may have a smaller grain size than the transition metal oxide.

일 실시 예에 따르면, 상기 전이금속 화합물은, 상기 전이금속 산화물보다, 비표면적이 좁을 수 있다. According to one embodiment, the transition metal compound may have a smaller specific surface area than the transition metal oxide.

일 실시 예에 따르면, 상기 중간 생성물은, 상기 전이금속 산화물보다, 결정립의 크기가 작고, 비표면적이 넓을 수 있다. According to one embodiment, the intermediate product may have a smaller grain size and a larger specific surface area than the transition metal oxide.

일 실시 예에 따르면, 상기 전이금속 화합물은, 상기 중간 생성물보다, 결정립의 크기가 크고, 비표면적이 좁을 수 있다. According to one embodiment, the transition metal compound may have a larger grain size and a smaller specific surface area than the intermediate product.

일 실시 예에 따르면, 상기 전이금속 산화물을 열처리하는 온도보다, 상기 중간 생성물을 열처리하는 온도가 더 높을 수 있다. According to one embodiment, the temperature for heat-treating the intermediate product may be higher than the temperature for heat-treating the transition metal oxide.

일 실시 예에 따르면, 상기 전이금속 산화물의 코발트 및 산소의 조성비는, 상기 전이금속 화합물의 코발트 및 산소의 조성비와 동일하고, 상기 중간 생성물의 코발트 및 산소의 조성비와 다를 수 있다. According to one embodiment, the composition ratio of cobalt and oxygen of the transition metal oxide is the same as the composition ratio of cobalt and oxygen of the transition metal compound, and may be different from the cobalt and oxygen composition ratio of the intermediate product.

일 실시 예에 따르면, 상기 전이금속 산화물은 벌크 타입으로 제공되고, 상기 전이금속 화합물은 다공성 구조일 수 있다. According to one embodiment, the transition metal oxide is provided in a bulk type, and the transition metal compound may be a porous structure.

상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 리튬 이차 전지의 제조 방법을 제공한다.In order to solve the above technical problems, the present invention provides a method of manufacturing a lithium secondary battery.

일 실시 예에 따르면, 상기 리튬 이차 전지의 제조 방법은, 상술된 실시 예들에 따른 전이금속 화합물의 제조 방법에 따라 제조된 전이금속 화합물을 전극활물질로 사용할 수 있다. According to one embodiment, the method of manufacturing the lithium secondary battery may use a transition metal compound produced according to the method for producing a transition metal compound according to the above-described embodiments as an electrode active material.

상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 코발트 산화물을 제공한다. In order to solve the above technical problem, the present invention provides cobalt oxide.

일 실시 예에 따르면, 상기 코발트 산화물은, 복수의 내부 기공을 갖고, 상기 복수의 내부 기공에 의해 정의되는 면적이, 외부 표면적보다 넓을 수 있다. According to one embodiment, the cobalt oxide has a plurality of inner pores, and the area defined by the plurality of inner pores may be wider than the outer surface area.

본 발명의 실시 예에 따른 전이금속 화합물의 제조 방법은, 티타늄 또는 코발트를 포함하는 전이금속 산화물을 준비하는 단계, 질소를 포함하는 가스 분위기에서 상기 전이금속 산화물을 열처리하는 방법으로 질화 처리하여, 상기 전이금속 산화물로부터 티타늄 산질화물 또는 코발트 일산화물을 포함하는 중간 생성물을 제조하는 단계, 및 산소를 포함하는 가스 분위기에서 상기 중간 생성물을 열처리하는 방법으로 산화 처리하여, 상기 중간 생성물로부터, 질소 도핑된 티타늄 산화물 또는 코발트 산화물을 포함하는 전이금속 화합물을 제조하는 단계를 포함할 수 있다. A method of manufacturing a transition metal compound according to an embodiment of the present invention includes the steps of preparing a transition metal oxide including titanium or cobalt, nitriding the transition metal oxide by a heat treatment method in a gas atmosphere containing nitrogen, Preparing an intermediate product comprising titanium oxynitride or cobalt monoxide from a transition metal oxide, and oxidizing the intermediate product in a gas atmosphere containing oxygen to form a nitrogen-doped titanium Oxide or cobalt oxide on the surface of the transition metal compound.

상기 전이금속 화합물은, 상기 전이금속 산화물보다, 결정립의 크기가 작을 수 있다. 또한, 상기 전이금속 산화물이 코발트를 포함하는 경우, 상기 전이금속 화합물은 상기 전이금속 산화물보다, 내부 기공이 더 많을 수 있다. The transition metal compound may have a smaller grain size than the transition metal oxide. In addition, when the transition metal oxide includes cobalt, the transition metal compound may have more internal pores than the transition metal oxide.

도 1 은 본 발명의 실시 예에 따른 전이금속 화합물의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 전이금속 화합물 및 그 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예 1에 따른 질소 도핑된 티타늄 산화물의 제조 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예 1에 따른 티타늄 산질화물의 TEM 사진 및 ED 패턴이다.
도 5는 본 발명의 실시 예 1에 따른 티타늄 산질화물의 XRD 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시 예 1에 따른 티타늄 산질화물의 결정 구조 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시 예 1에 따른 티타늄 산질화물의 비표면적을 측정한 그래프이다.
도 8은 본 발명의 실시 예 1에 따른 질소 도핑된 티타늄 산화물의 TEM 사진 및 ED 패턴이다.
도 9는 본 발명의 실시 예 1에 따른 질소 도핑된 티타늄 산화물의 XRD 그래프이다.
도 10은 본 발명의 실시 예 1에 따른 질소 도핑된 티타늄 산화물의 결정 구조 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시 예 1에 따른 질소 도핑된 티타늄 산화물의 비표면적을 측정한 그래프이다.
도 12는 본 발명의 실시 예 1에 따른 티타늄 산화물, 티타늄 산질화물 및 질소 도핑된 티타늄 산화물을 촬영한 SEM 사진 및 TEM 사진이다.
도 13은 본 발명의 실시 예 1에 따른 티타늄 산화물, 티타늄 산질화물 및 질소 도핑된 티타늄 산화물의 XRD 데이터이다.
도 14는 본 발명의 실시 예 2에 따른 코발트 산화물, 중간 생성물 및 전이금속 화합물을 촬영한 SEM 사진이다.
도 15는 본 발명의 실시 예 2에 따른 코발트 산화물, 중간 생성물 및 전이금속 화합물을 촬영한 TEM 사진 및 EDS 결과 데이터이다.
도 16은 본 발명의 실시 예 2에 따른 코발트 산화물, 중간 생성물 및 전이금속 화합물의 XRD 데이터이다.
도 17은 본 발명의 실시 예 2에 따른 코발트 산화물, 중간 생성물, 및 전이금속 화합물의 비표면적을 측정한 그래프이다.
도 18은 본 발명의 실시 예 2에 따른 코발트 산화물, 중간 생성물, 및 전이금속 화합물의 기공 크기를 측정한 그래프이다.
도 19 내지 도 21은 본 발명의 실시 예 3에 따른 코발트 산화물, 중간 생성물 및 전이금속 화합물을 촬영한 SEM 사진이다.
도 22 내지 도 24는 본 발명의 실시 예 3에 따른 코발트 산화물, 중간 생성물 및 전이금속 화합물을 촬영한 TEM 사진이다.
도 25는 실시 예 1에 따른 질소 도핑된 티타늄 산화물을 포함하는 리튬 이차 전지의 용량 특성을 측정한 그래프이다.
도 26은 실시 예 1에 따른 질소 도핑된 티타늄 산화물을 포함하는 전극의 임피던스를 측정한 그래프이다.
도 27은 본 발명의 실시 예 2에 따른 전이금속 화합물을 포함하는 리튬 이차 전지의 충방전 횟수에 따른 비용량을 측정한 것이다.
도 28은 본 발명의 실시 예 2의 비교 예에 따른 리튬 이차 전지의 비용량을 측정한 그래프이다.
도 29는 본 발명의 실시 예 2에 따른 전이금속 화합물을 포함하는 리튬 이차 전지의 비용량을 측정한 그래프이다.
도 30은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기자동차의 블록도를 도시한 것이다.
도 31은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기자동차의 사시도이다.
도 32는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 팩을 설명하기 위한 도면이다.1 is a flow chart for explaining a method for producing a transition metal compound according to an embodiment of the present invention.
2 is a view for explaining a transition metal compound and a method for producing the same according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a view for explaining the manufacturing process of the nitrogen-doped titanium oxide according to the first embodiment of the present invention.
4 is a TEM photograph and an ED pattern of the titanium oxynitride according to Example 1 of the present invention.
5 is an XRD graph of the titanium oxynitride according to Example 1 of the present invention.
FIG. 6 is a view for explaining a change in crystal structure of titanium oxynitride according to Example 1 of the present invention. FIG.
7 is a graph showing the specific surface area of titanium oxynitride according to Example 1 of the present invention.
8 is a TEM photograph and an ED pattern of nitrogen-doped titanium oxide according to Example 1 of the present invention.
9 is an XRD graph of nitrogen-doped titanium oxide according to Example 1 of the present invention.
10 is a view for explaining the crystal structure change of the nitrogen-doped titanium oxide according to Example 1 of the present invention.
11 is a graph showing the specific surface area of nitrogen-doped titanium oxide according to Example 1 of the present invention.
12 is an SEM photograph and a TEM photograph of a titanium oxide, a titanium oxynitride and a nitrogen-doped titanium oxide according to Example 1 of the present invention.
13 is XRD data of titanium oxide, titanium oxynitride and nitrogen-doped titanium oxide according to Example 1 of the present invention.
14 is a SEM photograph of a cobalt oxide, an intermediate product and a transition metal compound according to Example 2 of the present invention.
15 is a TEM photograph and EDS result data of a cobalt oxide, an intermediate product and a transition metal compound according to Example 2 of the present invention.
16 is XRD data of a cobalt oxide, an intermediate product and a transition metal compound according to Example 2 of the present invention.
17 is a graph showing the specific surface area of the cobalt oxide, the intermediate product, and the transition metal compound according to Example 2 of the present invention.
18 is a graph showing pore sizes of the cobalt oxide, the intermediate product, and the transition metal compound according to Example 2 of the present invention.
19 to 21 are SEM photographs of a cobalt oxide, an intermediate product and a transition metal compound according to Example 3 of the present invention.
22 to 24 are TEM photographs of a cobalt oxide, an intermediate product and a transition metal compound according to Example 3 of the present invention.
25 is a graph showing capacitance characteristics of a lithium secondary battery including nitrogen-doped titanium oxide according to Example 1. FIG.
26 is a graph showing an impedance of an electrode including nitrogen-doped titanium oxide according to Example 1. Fig.
FIG. 27 is a graph showing a specific capacity of a lithium secondary battery including a transition metal compound according to Example 2 of the present invention, according to the number of charging and discharging times. FIG.
28 is a graph showing a specific capacity of a lithium secondary battery according to a comparative example of Example 2 of the present invention.
29 is a graph showing a specific capacity of a lithium secondary battery including a transition metal compound according to Example 2 of the present invention.
30 shows a block diagram of an electric vehicle according to an embodiment of the present invention.
31 is a perspective view of an electric vehicle according to an embodiment of the present invention.
32 is a view for explaining a battery pack according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the technical spirit of the present invention is not limited to the embodiments described herein but may be embodied in other forms. Rather, the embodiments disclosed herein are provided so that the disclosure can be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art.

본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. In this specification, when an element is referred to as being on another element, it may be directly formed on another element, or a third element may be interposed therebetween. Further, in the drawings, the thicknesses of the films and regions are exaggerated for an effective explanation of the technical content.

또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.Also, while the terms first, second, third, etc. in the various embodiments of the present disclosure are used to describe various components, these components should not be limited by these terms. These terms have only been used to distinguish one component from another. Thus, what is referred to as a first component in any one embodiment may be referred to as a second component in another embodiment. Each embodiment described and exemplified herein also includes its complementary embodiment. Also, in this specification, 'and / or' are used to include at least one of the front and rear components.

명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서에서 "연결"은 복수의 구성 요소를 간접적으로 연결하는 것, 및 직접적으로 연결하는 것을 모두 포함하는 의미로 사용된다. The singular forms "a", "an", and "the" include plural referents unless the context clearly dictates otherwise. It is also to be understood that the terms such as " comprises "or" having "are intended to specify the presence of stated features, integers, Should not be understood to exclude the presence or addition of one or more other elements, elements, or combinations thereof. Also, in this specification, the term "connection " is used to include both indirectly connecting and directly connecting a plurality of components.

또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.

또한, 본 출원 명세서에서, 전이금속 산질화물은 고용체(solid solution)로 전이금속, 산소 및 질소가 실질적으로 균일하게 혼합된 화합물을 의미할 수 있다. 또한, 질소 도핑된 전이금속 산화물은, 본 출원 명세서에 기재된 열처리 공정이 수행되기 전의 전이금속 산화물과 동일한 결정 구조를 가지면서, 격자 내에 포함된 산소의 일부가 질소로 치환되거나, 격자 내 빈 공간에 질소가 제공된 화합물을 의미할 수 있다.In addition, in the present specification, the transition metal oxynitride may be a solid solution, meaning a compound in which transition metal, oxygen and nitrogen are mixed substantially uniformly. The nitrogen-doped transition metal oxide has the same crystal structure as that of the transition metal oxide before the heat treatment process described in the present specification is performed, and a part of the oxygen contained in the lattice is substituted with nitrogen, May refer to a compound provided with nitrogen.

도 1 은 본 발명의 실시 예에 따른 전이금속 화합물의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 전이금속 화합물 및 그 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 1 is a flow chart for explaining a method for producing a transition metal compound according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a view for explaining a transition metal compound and a method for producing the same according to an embodiment of the present invention.

도 1 및 도2 를 참조하면, 전이금속 산화물(110)이 준비된다(S110). 예를 들어, 상기 전이금속 산화물(110)은, 티타늄 산화물(TiO2), 또는 코발트 산화물(Co3O4) 중에서 어느 하나를 포함하거나, 또는 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 또한, 일 실시 예에 따르면, 상기 전이금속 산화물(110)은 복수의 전이 금속 원소를 포함할 수 있다. Referring to FIGS. 1 and 2, a transition metal oxide 110 is prepared (S110). For example, the transition metal oxide 110 may include at least one of titanium oxide (TiO 2 ) or cobalt oxide (Co 3 O 4 ), or at least one of them. Also, according to one embodiment, the transition metal oxide 110 may include a plurality of transition metal elements.

상기 전이금속 산화물(110)은 벌크(bulk) 타입일 수 있다. 다시 말하면, 상기 전이금속 산화물(110)은 실질적으로(substantially) 기공을 포함하지 않을 수 있다. 이에 따라, 후술되는 바와 같이, 상기 전이금속 산화물(110)로부터 제조된 전이금속 화합물(130)은, 상기 전이금속 산화물(110)과 비교하여, 다공성 구조를 가지고, 결정립의 크기가 작을 수 있다. The transition metal oxide 110 may be of a bulk type. In other words, the transition metal oxide 110 may not substantially include pores. Accordingly, as described later, the transition metal compound 130 produced from the transition metal oxide 110 has a porous structure and may have a smaller crystal grain size than the transition metal oxide 110.

질소를 포함하는 가스 분위기에서 상기 전이금속 산화물(110)을 열처리하는 방법으로 질화 처리하여, 상기 전이금속 산화물(110)로부터 중간 생성물(120)이 제조될 수 있다(S120). 예를 들어, 상기 전이금속 산화물(110)은 암모니아 가스 분위기에서, 100~1,000℃ 온도로 1분~5시간 동안 열처리될 수 있다. The intermediate product 120 may be manufactured from the transition metal oxide 110 by nitriding the transition metal oxide 110 in a gas atmosphere containing nitrogen at step S120. For example, the transition metal oxide 110 may be heat-treated at a temperature of 100 to 1,000 DEG C for 1 minute to 5 hours in an ammonia gas atmosphere.

상기 질소를 포함하는 가스에 의해, 상기 전이금속 산화물(110)로부터 산소가 제거될 수 있다. 또한, 이와 함께 상기 전이금속 산화물(110)로 질소가 제공될 수 있다. 이에 따라, 상기 중간 생성물(120)의 산소의 함량은 상기 전이금속 산화물(110)의 산소의 함량보다 낮을 수 있다. Oxygen can be removed from the transition metal oxide 110 by the gas containing nitrogen. In addition, nitrogen may be provided as the transition metal oxide 110. Accordingly, the content of oxygen in the intermediate product 120 may be lower than the content of oxygen in the transition metal oxide 110.

상기 전이금속 산화물(110)이 티타늄 산화물(TiO2)인 경우, 상기 중간 생성물(120)은 티타늄 산질화물(TiOaNb, x>0, y>0)일 수 있다. 상기 전이금속 산화물(110)이 코발트 산화물(Co3O4)인 경우, 상기 중간 생성물(120)은 코발트 일산화물(CoO) 또는 코발트산질화물(CoOcNd, c>0, d>0)일 수 있다. If the transition metal oxide 110 is titanium oxide (TiO 2 ), the intermediate product 120 may be titanium oxynitride (TiO 2 N b , x> 0, y> 0). If the transition metal oxide 110 is cobalt oxide (Co 3 O 4 ), the intermediate product 120 may be cobalt monoxide (CoO) or cobalt oxynitride (CoO c N d , c> 0, d> 0) Lt; / RTI >

일 실시 예에 따르면, 상기 중간 생성물(120)의 결정 구조(crystal structure)와 상기 전이금속 산화물(110)의 결정 구조는 서로 상이할 수 있다. According to one embodiment, the crystal structure of the intermediate product 120 and the crystal structure of the transition metal oxide 110 may be different from each other.

일 실시 예에 따르면, 상기 질소를 포함하는 가스 분위기에서 상기 전이금속 산화물(110)이 열처리되는 과정에서, 상기 전이금속 산화물(110) 내에 복수의 기공들이 형성되고, 상기 전이금속 산화물(110)의 결정립의 크기가 감소될 수 있다. 이에 따라, 상기 중간 생성물(120)의 결정립 크기는 상기 전이금속 산화물(110)의 결정립 크기보다 작을 수 있다. 다시 말하면, 상기 중간 생성물(120)이 상기 전이금속 산화물(110)보다 다결정 구조를 가질 수 있다. 또한, 복수의 기공들로 인해, 상기 중간 생성물(120)의 비표면적은 상기 전이금속 산화물(110)의 비표면적보다 넓을 수 있다. According to one embodiment, a plurality of pores are formed in the transition metal oxide 110 in the process of heat-treating the transition metal oxide 110 in a nitrogen-containing gas atmosphere, and the transition metal oxide 110 The size of the crystal grains can be reduced. Accordingly, the grain size of the intermediate product 120 may be smaller than the grain size of the transition metal oxide 110. In other words, the intermediate product 120 may have a polycrystalline structure rather than the transition metal oxide 110. Also, due to the plurality of pores, the specific surface area of the intermediate product 120 may be wider than the specific surface area of the transition metal oxide 110.

또한, 상기 전이금속 산화물(110)이 코발트 산화물인 경우, 상기 질소를 포함하는 가스 분위기에서 열처리됨에 따라서, 상기 중간 생성물(120)의 비표면적이 증가되는 것은 물론, 상기 중간 생성물(120) 내부에 복수의 기공들이 형성될 수 있다. 다시 말하면, 상기 중간 생성물(120)의 내부 기공의 개수가 상기 전이금속 산화물(110)의 내부 기공의 개수보다 현저하게 많을 수 있다.In the case where the transition metal oxide 110 is cobalt oxide, the specific surface area of the intermediate product 120 is increased as the heat treatment is performed in a nitrogen-containing gas atmosphere, A plurality of pores may be formed. In other words, the number of internal pores of the intermediate product 120 may be significantly larger than the number of internal pores of the transition metal oxide 110.

산소를 포함하는 가스 분위기에서 상기 중간 생성물(120)을 열처리하는 방법으로 산화 처리하여, 상기 중간 생성물(120)로부터, 전이금속 화합물(130)이 제조될 수 있다(S130). 예를 들어, 상기 전이금속 화합물(120)은 대기 중에서 100~1,000℃ 온도로 1분~5시간 동안 열처리될 수 있다. The transition metal compound 130 may be prepared from the intermediate product 120 by oxidizing the intermediate product 120 in a gas atmosphere containing oxygen at step S130. For example, the transition metal compound 120 may be heat-treated at a temperature of 100 to 1,000 ° C. in the air for 1 minute to 5 hours.

상기 전이금속 산화물(110)이 티타늄 산화물(TiO2)인 경우, 상기 전이금속 화합물(130)은 질소 도핑된 티타늄 산화물일 수 있다. 상기 전이금속 산화물(110)이 코발트 산화물(Co3O4)인 경우, 상기 전이금속 화합물(130)은 코발트산화물(Co3O4) 또는 질소 도핑된 코발트산화물(N doped Co3O4)일 수 있다. When the transition metal oxide 110 is titanium oxide (TiO 2 ), the transition metal compound 130 may be nitrogen-doped titanium oxide. When the transition metal oxide 110 is cobalt oxide (Co 3 O 4 ), the transition metal compound 130 may be cobalt oxide (Co 3 O 4 ) or nitrogen doped cobalt oxide (N doped Co 3 O 4 ) .

일 실시 예에 따르면, 상기 전이금속 화합물(130)의 결정 구조는 상기 중간 생성물(120)의 결정 구조와 다르고, 상기 전이금속 산화물(110)의 결정 구조와 동일할 수 있다. 다시 말하면, 상기 전이금속 화합물(130)은 상기 중간 생성물(120)보다 낮은 질소 함량을 가지면서 상기 전이금속 산화물(110)과 동일한 결정 구조를 가질 수 있다. According to one embodiment, the crystal structure of the transition metal compound 130 is different from the crystal structure of the intermediate product 120, and may be the same as that of the transition metal oxide 110. In other words, the transition metal compound 130 may have the same crystal structure as the transition metal oxide 110 while having a lower nitrogen content than the intermediate product 120.

일 실시 예에 따르면, 상기 전이금속 산화물(110)의 전이금속 및 산소의 조성비는, 상기 전이금속 화합물(130)의 전이금속 및 산소의 조성비와 동일하고, 상기 중간 생성물(120)의 전이금속 및 산소의 조성비와 다를 수 있다. 예를 들어, 상기 전이금속 산화물(110)이 티타늄 산화물(TiO2)인 경우, 상기 전이금속 산화물(110)의 티타늄 및 산소의 조성비는, 상기 전이금속 화합물(130)의 티타늄 및 산소의 조성비와 동일하고, 상기 중간 생성물(120)의 티타늄 및 산소의 조성비와 다를 수 있다. 또한, 예를 들어, 상기 전이금속 산화물(110)이 코발트 산화물(Co3O4)인 경우, 상기 전이금속 산화물(110)의 코발트 및 산소의 조성비는, 상기 전이금속 화합물(130)의 코발트 및 산소의 조성비와 동일하고, 상기 중간 생성물(120)의 코발트 및 산소의 조성비와 다를 수 있다. According to one embodiment, the composition ratio of the transition metal and oxygen of the transition metal oxide 110 is the same as that of the transition metal and oxygen of the transition metal compound 130, Oxygen composition ratio. For example, when the transition metal oxide 110 is titanium oxide (TiO 2 ), the composition ratio of titanium and oxygen of the transition metal oxide 110 may be set such that the composition ratio of titanium and oxygen of the transition metal compound 130 And may be different from the titanium / oxygen composition ratio of the intermediate product 120. For example, when the transition metal oxide 110 is cobalt oxide (Co 3 O 4 ), the composition ratio of cobalt and oxygen of the transition metal oxide 110 may be selected from the group consisting of cobalt and cobalt of the transition metal compound 130, Oxygen and the composition ratio of cobalt and oxygen in the intermediate product 120 may be different from each other.

상기 전이금속 산화물(110)이 티타늄 산화물(TiO2)인 경우, 상기 산소를 포함하는 가스로부터 상기 중간 생성물(120)로 산소가 제공되는 과정에서, 상기 중간 생성물(120) 내의 질소가 산소로 대체되고, 상기 중간 생성물(110)의 결정립의 크기가 감소될 수 있다. 이에 따라, 상기 전이금속 화합물(130)의 결정립 크기는 반응 전 상기 전이금속 산화물(110)의 결정립 크기보다 작을 수 있다. 다시 말하면, 상기 전이금속 화합물(130)이 반응 전 상기 전이금속 산화물(110)보다 다결정 구조를 가질 수 있다. In the case where the transition metal oxide 110 is titanium oxide (TiO 2 ), nitrogen is substituted for oxygen in the intermediate product 120 in the course of supplying oxygen from the oxygen-containing gas to the intermediate product 120. And the size of the crystal grains of the intermediate product 110 can be reduced. Accordingly, the grain size of the transition metal compound 130 may be smaller than the grain size of the transition metal oxide 110 before the reaction. In other words, the transition metal compound 130 may have a polycrystalline structure rather than the transition metal oxide 110 before the reaction.

반면, 상기 전이금속 산화물(110)이 코발트 산화물(Co3O4)인 경우, 상기 전이금속 화합물(130)의 결정립 크기는 반응 전 상기 중간 생성물(120)의 결정립 크기보다 클 수 있다. 이 경우, 상기 전이금속 산화물(110)이 상기 중간 생성물(120)로 변환되는 과정에서 결정립 크기의 감소량이 상기 중간 생성물(120)이 상기 전이금속 화합물(130)로 변환되는 과정에서 결정립 크기의 증가량보다 더 클 수 있다. 이에 따라, 상기 전이금속 화합물(130)의 결정립 크기가 상기 전이금속 산화물(110)의 결정립 크기보다 작을 수 있다. On the other hand, when the transition metal oxide 110 is cobalt oxide (Co 3 O 4 ), the grain size of the transition metal compound 130 may be larger than the grain size of the intermediate product 120 before the reaction. In this case, a reduction amount of the grain size in the process of converting the transition metal oxide 110 into the intermediate product 120 causes an increase in the grain size in the process of converting the intermediate product 120 into the transition metal compound 130 Lt; / RTI > Accordingly, the grain size of the transition metal compound 130 may be smaller than the grain size of the transition metal oxide 110.

또한, 상기 전이금속 화합물(130)의 비표면적은 상기 중간 생성물(120)의 비표면적보다 좁을 수 있다. In addition, the specific surface area of the transition metal compound 130 may be narrower than the specific surface area of the intermediate product 120.

구체적으로, 상기 전이금속 산화물(110)이 티타늄 산화물(TiO2)인 경우, 상기 전이금속 산화물(110)이 상기 중간 생성물(120)로 변환되는 과정에서 비표면적의 증가량이 상기 중간 생성물(120)이 상기 전이금속 화합물(130)로 변환되는 과정에서 비표면적의 감소량보다 클 수 있다. 이에 따라, 상기 전이금속 화합물(130)은 상기 중간 생성물(120)의 비표면적보다 좁은 비표면적을 갖지만 상기 전이금속 산화물(110)의 비표면적보다 넓은 비표면적을 가질 수 있다. In the case where the transition metal oxide 110 is titanium oxide (TiO 2 ), an increase in the specific surface area of the transition metal oxide 110 during the conversion of the transition metal oxide 110 into the intermediate product 120 may be reduced, May be larger than the reduction amount of the specific surface area in the course of conversion into the transition metal compound (130). Accordingly, the transition metal compound 130 may have a specific surface area narrower than the specific surface area of the intermediate product 120, but may have a specific surface area wider than the specific surface area of the transition metal oxide 110.

반면, 상기 전이금속 산화물(110)이 코발트산화물(Co3O4)인 경우, 상기 전이금속 산화물(110)이 상기 중간 생성물(120)로 변환되는 과정에서 비표면적의 증가량이 상기 중간 생성물(120)이 상기 전이금속 화합물(130)로 변환되는 과정에서 비표면적의 감소량보다 작을 수 있다. 이에 따라, 상기 전이금속 화합물(130)은 상기 중간 생성물(120)의 비표면적보다 좁은 비표면적을 갖고, 상기 전이금속 산화물(110)의 비표면적보다 좁은 비표면적을 가질 수 있다. In the case where the transition metal oxide 110 is cobalt oxide (Co 3 O 4 ), the transition metal oxide 110 is converted into the intermediate product 120, May be smaller than the reduction amount of the specific surface area in the course of conversion into the transition metal compound (130). Accordingly, the transition metal compound 130 may have a specific surface area narrower than the specific surface area of the intermediate product 120, and may have a specific surface area narrower than the specific surface area of the transition metal oxide 110.

또한, 상술된 바와 같이, 상기 전이금속 산화물(110)이 코발트 산화물이고, 상기 중간 생성물(120)이 내부에 복수의 기공들을 포함하는 경우, 상기 중간 생성물(120)이 상기 전이금속 화합물(130)로 변환되는 과정에서, 표면의 기공들은 제거되고, 내부의 기공들은 유지될 수 있다. 이에 따라, 상기 전이금속 화합물(130)은 상기 중간 생성물(120) 및/또는 상기 전이금속 산화물(110)보다 좁은 비표면적을 갖지만, 복수의 내부 기공을 가질 수 있다. 다시 말하면, 상기 전이금속 화합물(130)의 내부에는 복수의 기공이 존재하고, 외부 표면 상에는 기공이 상대적으로 적게 존재할 수 있다. 즉, 상기 전이금속 화합물(130)은 내부적으로 열린 구조(open structure)를 갖지만, 외부적으로 닫힌 구조(closed structure)를 가질 수 있다. 이에 따라, 일 실시 예에 따르면, 상기 전이금속 화합물(130)은 복수의 내부 기공에 의해 정의되는 면적이, 외부 표면적보다 넓을 수 있다. In addition, as described above, when the transition metal oxide 110 is cobalt oxide and the intermediate product 120 includes a plurality of pores therein, the intermediate product 120 may include the transition metal compound 130, The pores of the surface are removed, and the pores inside can be retained. Accordingly, the transition metal compound 130 has a smaller specific surface area than the intermediate product 120 and / or the transition metal oxide 110, but may have a plurality of internal pores. In other words, a plurality of pores may exist in the transition metal compound 130, and relatively few pores may exist on the outer surface. That is, the transition metal compound 130 has an internally open structure, but may have an externally closed structure. Accordingly, according to one embodiment, the transition metal compound 130 may have an area defined by a plurality of internal pores, which is wider than the external surface area.

일 실시 예에 따르면, 상기 전이금속 화합물(130) 내에서 질소의 농도는 실질적으로 일정할 수 있다. 다시 말하면, 상기 전이금속 화합물 (130)의 내부 및 외부에서, 산소 및 질소의 농도가 실질적으로 균일할 수 있다. According to one embodiment, the concentration of nitrogen in the transition metal compound 130 may be substantially constant. In other words, the concentrations of oxygen and nitrogen can be substantially uniform both inside and outside the transition metal compound 130.

상기 전이금속 산화물(110)을 상기 질소를 포함하는 가스 분위기에서 열처리하는 조건과, 상기 중간 생성물(120)을 상기 산소를 포함하는 가스 분위기에서 열처리하는 조건은 서로 상이할 수 있다. The conditions for the heat treatment of the transition metal oxide 110 in a gas atmosphere containing nitrogen and the conditions for heat treatment of the intermediate product 120 in a gas atmosphere containing oxygen may be different from each other.

구체적으로, 상기 전이금속 산화물(110)이 티타늄 산화물(TiO2)인 경우, 상기 전이금속 산화물(110)이 제1 온도에서 제1 시간 동안 열처리되는 경우, 상기 중간 생성물(120)는 상기 제1 온도보다 낮은 제2 온도에서 상기 제1 시간보다 짧은 제2 시간 동안 열처리될 수 있다. Specifically, when the transition metal oxide 110 is titanium oxide (TiO 2 ), when the transition metal oxide 110 is heat-treated at a first temperature for a first time, May be heat-treated at a second temperature lower than the second temperature for a second time shorter than the first time.

반면, 상기 전이금속 산화물(110)이 코발트 산화물(Co3O4)인 경우, 상기 전이금속 산화물(110)이 제1 온도에서 제1 시간 동안 열처리되는 경우, 상기 중간 생성물(120)는 상기 제1 온도보다 높은 제2 온도에서 상기 제1 시간보다 긴 제2 시간 동안 열처리될 수 있다.On the other hand, when the transition metal oxide 110 is cobalt oxide (Co 3 O 4 ), when the transition metal oxide 110 is heat-treated at a first temperature for a first time, 1 at a second temperature higher than the first temperature for a second time longer than the first time.

다시 말하면, 상기 전이금속 산화물(110)에 포함된 금속 원소의 족(group)에 따라서, 상기 전이금속 산화물(110)을 열처리하는 온도 및 시간과, 상기 중간 생성물(120)을 열처리하는 온도 및 시간의 차이가 제어될 수 있다. 다시 말하면, 상기 전이금속 산화물(110)에 포함된 금속 원소가 기준 족(standard group) 또는 그 보다 높은 족(group)에 포함되는 경우, 상기 전이금속 산화물(110)을 열처리하는 온도 및 시간보다 상기 중간 생성물(120)을 열처리하는 온도 및 시간이 높고 길 수 있다. 예를 들어, 상기 기준 족은 9족일 수 있고, 상술된 바와 같이, 상기 전이금속 산화물(110)이 코발트 산화물(Co3O4)을 포함하는 경우, 코발트 산화물을 열처리하는 온도 및 시간보다 코발트 일산화물 또는 코발트 질산화물을 열처리하는 온도 및 시간이 더 높고 길 수 있다. 이에 따라, 코발트 일산화물, 또는 코발트 질산화물이 코발트산화물(Co3O4) 또는 질소 도핑된 코발트산화물(N doped Co3O4)로 용이하게 변환될 수 있다.In other words, depending on the group of the metal elements included in the transition metal oxide 110, the temperature and time for heat-treating the transition metal oxide 110, the temperature and time for heat-treating the intermediate product 120, Can be controlled. In other words, when the metal element included in the transition metal oxide 110 is included in a standard group or a higher group, the transition metal oxide 110 may be heated and / The temperature and time for heat-treating the intermediate product 120 can be high and long. For example, if the transition metal oxide 110 comprises cobalt oxide (Co 3 O 4 ) as described above, the temperature and time at which the cobalt oxide is heat- The temperature and time for heat treating the cargo or cobalt oxides may be higher and longer. Accordingly, cobalt monoxide or cobalt oxide can be easily converted into cobalt oxide (Co 3 O 4 ) or nitrogen-doped cobalt oxide (N doped Co 3 O 4 ).

상술된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 질소를 포함하는 가스 분위기에서 벌크 타입의 상기 전이금속 산화물(110)을 열처리하는 방법으로 질화 처리하여, 상기 전이금속 산화물(110)로부터 상기 중간 생성물(120)을 제조하고, 상기 산소를 포함하는 가스 분위기에서 상기 중간 생성물(120)을 열처리하는 방법으로 산화 처리하여, 상기 중간 생성물(120)로부터, 상기 전이금속 화합물(130)이 제조될 수 있다. As described above, according to the embodiment of the present invention, the bulk type transition metal oxide 110 is nitrided in a gas atmosphere containing nitrogen to heat the transition metal oxide 110, The transition metal compound 130 can be prepared from the intermediate product 120 by preparing the product 120 and subjecting the intermediate product 120 to a heat treatment in a gas atmosphere containing oxygen to oxidize the intermediate product 120 have.

상술된 본 발명의 실시 예와 달리, 다공성 구조의 전이금속 산화물을 질소를 포함하는 가스 분위기 및 산소를 포함하는 가스 분위기에서 순차적으로 열처리 공정을 수행하는 경우, 전이금속 화합물은 다공성 구조의 전이금속 산화물 보다 좁은 비표면적을 가질 수 있다. In contrast to the above-described embodiments of the present invention, when the heat treatment process is sequentially performed in the porous metal oxide transition structure in a gas atmosphere including nitrogen and a gas atmosphere containing oxygen, the transition metal compound may be a porous transition metal oxide It may have a narrower specific surface area.

하지만, 상술된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따르면, 가스 분위기를 달리하여 열처리하는 간소하고 저렴한 방법으로, 벌크 타입의 상기 전이금속 산화 물(110)로부터, 다공성 구조를 갖고, 작은 결정립 크기를 갖는 상기 전이금속 화합물(130)이 제조될 수 있다.However, as described above, according to the embodiment of the present invention, it is possible to obtain, from the bulk type transition metal oxide 110, a porous structure having a small grain size The transition metal compound 130 having the transition metal compound 130 can be prepared.

또한, 복수의 구조체들로부터 다공성 구조체를 제조를 제조하는 bottom-up 방법과 달리, 본 발명의 실시 예에 따르면, top-down 방법으로 벌크 타입의 상기 전이금속 산화물(110)로부터 다공성 구조의 상기 전이금속 화합물 (130)이 제조될 수 있다. 이에 따라, 상업적으로 이용되고 있는 다양한 벌크 소재를 이용하여, 다공성 나노 구조의 소재가 용이하고 간편하게 제조될 수 있다.Also, unlike the bottom-up method of manufacturing a porous structure from a plurality of structures, according to an embodiment of the present invention, the transition of the porous structure from the transition metal oxide (110) The metal compound 130 can be produced. Accordingly, the porous nanostructure material can be easily and easily manufactured using various commercially available bulk materials.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 전이금속 화합물(130)은 상기 전이금속 산화물(110)와 비교하여, 전기적 특성(예를 들어, 전기 전도도) 및 광학적 특성(예를 들어, 흡광율)이 향상될 수 있다. 또한, 상기 전이금속 화합물(130)이 리튬 이차 전지의 양극 및 음극 활물질로 사용되는 경우 리튬 이차 전지의 용량 특성 및 수명 특성이 향상될 수 있다. In addition, the transition metal compound 130 according to the embodiment of the present invention has electrical characteristics (for example, electrical conductivity) and optical characteristics (for example, absorptivity) as compared with the transition metal oxide 110 Can be improved. In addition, when the transition metal compound (130) is used as a positive electrode and a negative electrode active material of a lithium secondary battery, capacity characteristics and lifetime characteristics of the lithium secondary battery can be improved.

이하, 본 발명의 실시 예에 따라 제조된 질소 도핑된 전이금속 산화물의 특성 평가 결과가 설명된다. Hereinafter, characteristics evaluation results of the nitrogen-doped transition metal oxide produced according to the embodiment of the present invention will be described.

실시 예 1에 따른 질소 The nitrogen according to Example 1 도핑된Doped 티타늄 산화물 Titanium oxide

아나타제 상을 갖는 벌크 타입의 티타늄 산화물을 준비했다. 상기 티타늄 산화물에 암모니아 가스를 0.5L/min으로 제공하고, 10℃/min의 승온 속도로 800℃에서 1시간 동안 열처리하여, 상기 티타늄 산화물로부터 티타늄 산질화물을 제조하였다. A bulk type titanium oxide having an anatase phase was prepared. Ammonia gas was supplied to the titanium oxide at a rate of 0.5 L / min, and the tube was heat-treated at 800 ° C. for 1 hour at a rate of 10 ° C./min to produce titanium oxynitride from the titanium oxide.

상기 티타늄 산질화물을 대기 중에서 450℃로 20분 동안 열처리하여, 상기 티타늄 산질화물로부터 질소 도핑된 티타늄 산화물을 제조하였다. The titanium oxynitride was heat-treated at 450 캜 for 20 minutes in the atmosphere to prepare nitrogen-doped titanium oxide from the titanium oxynitride.

도 3은 본 발명의 실시 예 1에 따른 질소 도핑된 티타늄 산화물의 제조 과정을 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 본 발명의 실시 예 1에 따른 티타늄 산질화물의 TEM 사진 및 ED 패턴이고, 도 5는 본 발명의 실시 예 1에 따른 티타늄 산질화물의 XRD 그래프이고, 도 6은 본 발명의 실시 예 1에 따른 티타늄 산질화물의 결정 구조 변화를 설명하기 위한 도면이고, 도 7은 본 발명의 실시 예 1에 따른 티타늄 산질화물의 비표면적을 측정한 그래프이다. 4 is a TEM photograph and an ED pattern of the titanium oxynitride according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a cross-sectional view of the titanium oxynitride according to the first embodiment of the present invention. 6 is an explanatory view showing a change in crystal structure of titanium oxynitride according to Example 1 of the present invention, and Fig. 7 is a graph showing the change of crystal structure of the titanium oxynitride according to Example of the present invention 1 is a graph showing the specific surface area of titanium oxynitride.

도 3 내지 도 6을 참조하면, 실시 예 1에 따른 상기 티타늄 산화물을 열처리하는 시간에 따라서 TEM 사진을 촬영하여 ED 패턴을 분석하고, XRD 데이터를 분석하고, 비표면적을 아래의 [표 1]과 같이 측정하였다. Referring to FIGS. 3 to 6, a TEM photograph was taken according to the time for heat-treating the titanium oxide according to Example 1 to analyze an ED pattern, and XRD data were analyzed. Respectively.

Time(min)Time (min) 00 1515 2525 30 30 as,
BET (m2 g-1) a s ,
BET (m 2 g -1 ) 8.7042 8.7042 18.545 18.545 25.234 25.234 29.541 29.541

도 4 내지 도 6에서 알 수 있듯이, 상기 티타늄 산화물을 암모니아 가스 분위기에서 열처리함에 따라서, 상기 티타늄 산화물 내의 티타늄 원소가 이동하고, 상기 티타늄 산화물 내의 산소가 질소로 치환되며, 이로 인해 아나타제 상을 갖는 상기 티타늄 산화물로부터 상기 티타늄 산질화물이 제조되는 것을 확인할 수 있다. 4 to 6, as the titanium oxide is heat-treated in an ammonia gas atmosphere, the titanium element in the titanium oxide moves and the oxygen in the titanium oxide is replaced with nitrogen. As a result, the titanium oxide having the anatase phase It can be confirmed that the titanium oxynitride is produced from titanium oxide.

또한, 도 7 및 [표 1]에서 알 수 있듯이, 상기 티타늄 산화물을 암모니아 가스 분위기에서 열처리하는 시간이 증가함에 따라서, 비표면적이 증가하는 것을 확인할 수 있다. As can be seen from FIG. 7 and Table 1, it can be seen that the specific surface area increases as the time for heat-treating the titanium oxide in an ammonia gas atmosphere increases.

도 8은 본 발명의 실시 예 1에 따른 질소 도핑된 티타늄 산화물의 TEM 사진 및 ED 패턴이고, 도 9는 본 발명의 실시 예 1에 따른 질소 도핑된 티타늄 산화물의 XRD 그래프이고, 도 10은 본 발명의 실시 예 1에 따른 질소 도핑된 티타늄 산화물의 결정 구조 변화를 설명하기 위한 도면이고, 도 11은 본 발명의 실시 예 1에 따른 질소 도핑된 티타늄 산화물의 비표면적을 측정한 그래프이다. FIG. 8 is a TEM photograph and an ED pattern of nitrogen-doped titanium oxide according to Example 1 of the present invention, FIG. 9 is an XRD graph of nitrogen-doped titanium oxide according to Example 1 of the present invention, FIG. 11 is a graph showing the specific surface area of nitrogen-doped titanium oxide according to Example 1 of the present invention. FIG. 11 is a graph illustrating a change in crystal structure of nitrogen-doped titanium oxide according to Example 1. FIG.

도 8 내지 도 11을 참조하면, 실시 예 1에 따른 상기 티타늄 산질화물을 열처리하는 시간에 따라서 TEM 사진을 촬영하여 ED 패턴을 분석하고, XRD 데이터를 분석하고 비표면적을 [표 2]와 같이 측정하였다. Referring to FIGS. 8 to 11, a TEM photograph was taken according to the time of heat treatment of the titanium oxynitride according to Example 1 to analyze the ED pattern, and the XRD data was analyzed and the specific surface area was measured as shown in [Table 2] Respectively.

as,
BET (m2/g) a s ,
BET (m 2 / g) Total pore volume
(p/p0=0.990) Total pore volume
(p / p0 = 0.990) Starting TiO2 Starting TiO 2 8.70 8.70 0.0833 0.0833 TiOxNy TiO x N y 27.38 27.38 0.191 0.191 N-TiO2 N-TiO 2 23.25 23.25 0.179 0.179

도 8 내지 도 10에서 알 수 있듯이, 상기 티타늄 산질화물을 산소 가스 분위기에서 열처리함에 따라서 상기 티타늄 산화물 내의 질소가 산소로 치환되며, 아나타제 상을 갖는 상기 질소 도핑된 티타늄 산화물이 제조되는 것을 확인할 수 있다. As can be seen from FIG. 8 to FIG. 10, it can be confirmed that the nitrogen-doped titanium oxide having an anatase phase is produced by replacing nitrogen in the titanium oxide with oxygen by heat treatment of the titanium oxynitride in an oxygen gas atmosphere .

또한, 도 11 및 [표 2]에서 알 수 있듯이, 상기 티타늄 산질화물과 비교하여, 상기 질소 도핑된 티타늄 산화물의 비표면적이 다소 감소되었으나, 상기 티타늄 산화물과 비교하여, 상기 질소 도핑된 티타늄 산화물의 비표면적이 현저하게 넓은 것을 확인할 수 있다. As can be seen from FIG. 11 and Table 2, the specific surface area of the nitrogen-doped titanium oxide was somewhat reduced as compared with the titanium oxynitride. However, as compared with the titanium oxide, the nitrogen-doped titanium oxide It can be confirmed that the specific surface area is remarkably wide.

도 12는 본 발명의 실시 예 1에 따른 티타늄 산화물, 티타늄 산질화물 및 질소 도핑된 티타늄 산화물을 촬영한 SEM 사진 및 TEM 사진이고, 도 13은 본 발명의 실시 예 1에 따른 티타늄 산화물, 티타늄 산질화물 및 질소 도핑된 티타늄 산화물의 XRD 데이터이다. FIG. 12 is a SEM photograph and a TEM photograph of a titanium oxide, a titanium oxynitride and a nitrogen-doped titanium oxide according to Example 1 of the present invention, FIG. 13 is a photograph of a titanium oxide, a titanium oxynitride And XRD data of nitrogen-doped titanium oxide.

도 12 및 도 13을 참조하면, 실시 예 1에 따른 상기 티타늄 산화물, 상기 티타늄 산질화물 및 상기 질소 도핑된 티타늄 산화물의 SEM 사진 및 TEM 사진을 도 12와 같이 촬영하고, XRD 데이터를 도 13과 같이 분석하였다. 12 and 13, an SEM photograph and a TEM photograph of the titanium oxide, the titanium oxynitride and the nitrogen-doped titanium oxide according to Example 1 were taken as shown in FIG. 12, and XRD data was recorded as shown in FIG. 13 Respectively.

또한, 아래의 [표 3]과 같이, 실시 예 1에 따른 상기 티타늄 산화물, 상기 티타늄 산질화물, 및 상기 질소 도핑된 티타늄 산화물의 결정립 크기를 측정하였다. The grain sizes of the titanium oxide, the titanium oxynitride and the nitrogen-doped titanium oxide according to Example 1 were measured as shown in [Table 3] below.

구분division Grain size (Å) Grain size (Å) Lattice parameter
(a*b*c)Lattice parameter
(a * b * c) Starting TiO2 Starting TiO 2 567.83 567.83 3.783*3.783*9.5083.783 * 3.783 * 9.508 TiOxNy TiO x N y 292.24 292.24 4.192*4.192*4.1924.192 * 4.192 * 4.192 N-TiO2 N-TiO 2 145.17 145.17 3.792*3.792*9.4793.792 * 3.792 * 9.479

[표 3]에서 알 수 있듯이, 상기 티타늄 산화물, 상기 티타늄 산질화물, 및 상기 질소 도핑된 티타늄 산화물 순서로 결정립 크기가 작은 것을 확인할 수 있다. 또한, 상기 티타늄 산화물을 암모니아 가스 분위기에서 열처리하는 과정에서 결정립 크기의 감소량이 상기 티타늄 산질화물을 산소 가스 분위기에서 열처리하는 과정에서 결정립 크기의 감소량보다 큰 것을 확인할 수 있다. As can be seen from Table 3, it can be confirmed that the grain size is small in the order of the titanium oxide, the titanium oxynitride and the nitrogen-doped titanium oxide. In addition, it can be seen that the reduction amount of the grain size during the heat treatment of the titanium oxide in the ammonia gas atmosphere is larger than the decrease amount of the grain size in the heat treatment in the oxygen gas atmosphere of the titanium oxynitride.

실시 예 2에 따른 코발트를 포함하는 전이금속 화합물The transition metal compound containing cobalt according to Example 2

벌크 타입의 코발트 산화물(Co3O4)을 준비했다. 상기 코발트 산화물은, Co(NO3)2 10m mol 및 PVP-K30 1g을 250 mL erlenmeyer flask에 준비하고, 25mL의 DI water 및 75mL의 NH4OH를 첨가하고 20분 동안 교반하고, 180℃에서 8시간 동안 수열 합성하고, 원심분리기로 수득하여 물 및 에탄올로 세척하고, 60℃에서 건조하는 방법으로 제조하였다. A bulk type of cobalt oxide (Co 3 O 4 ) was prepared. The cobalt oxide, Co (NO 3) 2 10m mol and prepare the PVP-K30 1g in 250 mL erlenmeyer flask and adding NH 4 OH in DI water and 75mL of 25mL and the mixture was stirred for 20 minutes, and at 180 ℃ 8 Hours, obtained by centrifugal separation, washed with water and ethanol, and dried at 60 < 0 > C.

상기 코발트 산화물에 암모니아 가스를 0.5L/min으로 제공하고, 10℃/min의 승온 속도로 270℃에서 30분 동안 열처리하여, 상기 코발트 산화물로부터 코발트 산질화물 또는 코발트일산화물을 포함하는 중간 생성물을 제조하였다. An ammonia gas was supplied to the cobalt oxide at a rate of 0.5 L / min, and heat treatment was performed at a temperature elevation rate of 10 ° C / min for 30 minutes at 270 ° C to produce an intermediate product containing cobalt oxynitride or cobalt monoxide from the cobalt oxide Respectively.

상기 중간 생성물을 대기 중에서 400℃에서 1시간 동안 열처리하여, 상기 중간 생성물로부터 질소 도핑된 코발트 산화물(질소 도핑된 Co-3O4) 또는 코발트 산화물(Co3O4)를 포함하는 전이금속 화합물을 제조하였다.The intermediate product is heat-treated at 400 ° C. for 1 hour in the atmosphere to obtain a transition metal compound containing nitrogen-doped cobalt oxide (nitrogen-doped Co- 3 O 4 ) or cobalt oxide (Co 3 O 4 ) .

도 14는 본 발명의 실시 예 2에 따른 코발트 산화물, 중간 생성물 및 전이금속 화합물을 촬영한 SEM 사진이고, 도 15는 본 발명의 실시 예 2에 따른 코발트 산화물, 중간 생성물 및 전이금속 화합물을 촬영한 TEM 사진 및 EDS 결과 데이터이다. FIG. 14 is a SEM photograph of a cobalt oxide, an intermediate product and a transition metal compound according to Example 2 of the present invention, FIG. 15 is a SEM photograph of a cobalt oxide, an intermediate product and a transition metal compound according to Example 2 of the present invention TEM photograph and EDS result data.

도 14 및 도 15를 참조하면, 실시 예 2에 따른 코발트 산화물, 중간 생성물, 및 전이금속 화합물의 SEM 사진 및 TEM 사진을 촬영하여, EDS 결과를 분석하였다. 도 14의 (a) 및 (b)는 실시 예 2에 따른 코발트 산화물의 SEM 사진이고, 도 14의 (c) 및 (d)는 실시 예 2에 따른 중간 생성물의 SEM 사진이고, 도 14의 (e) 및 (f)는 실시 예 2에 따른 전이금속 화합물의 SEM 사진이다. 도 14에서 알 수 있듯이, 코발트 산화물, 중간 생성물, 및 전이금속 화합물의 입자 표면에는 큰 변화가 없는 것을 확인할 수 있다. 14 and 15, an SEM photograph and a TEM photograph of the cobalt oxide, the intermediate product, and the transition metal compound according to Example 2 were taken to analyze the EDS results. 14 (a) and 14 (b) are SEM photographs of the cobalt oxide according to Example 2, Figs. 14 (c) and 14 (d) are SEM photographs of the intermediate product according to Example 2, e) and f) are SEM photographs of the transition metal compound according to Example 2. As can be seen from Fig. 14, the surface of the particles of the cobalt oxide, the intermediate product, and the transition metal compound is not greatly changed.

반면, 도 15에 도시된 바와 같이, 코발트 산화물이 중간 생성물로 변환됨에 따라서, 중간 생성물 내부에 복수의 기공들이 다량 형성되는 것을 확인할 수 있다. 또한, 중간 생성물 내부의 복수의 기공들은 중간 생성물이 전이금속 화합물로 변환되더라도 제거되지 않고 유지되는 것을 확인할 수 있다. 다시 말하면, 코발트 산화물을 질소를 포함하는 가스 및 산소를 포함하는 가스로 차례로 열처리하여 제조된 전이금속 화합물이 내부에 복수의 기공을 포함하는 것을 확인할 수 있다. On the other hand, as shown in FIG. 15, it can be seen that as the cobalt oxide is converted into the intermediate product, a large amount of a plurality of pores are formed in the intermediate product. Further, it can be confirmed that a plurality of pores in the intermediate product are maintained without being removed even if the intermediate product is converted to a transition metal compound. In other words, it can be confirmed that the transition metal compound produced by sequentially heat-treating the cobalt oxide with a gas containing nitrogen and a gas containing oxygen has a plurality of pores therein.

도 16은 본 발명의 실시 예 2에 따른 코발트 산화물, 중간 생성물 및 전이금속 화합물의 XRD 데이터이고, 도 17은 본 발명의 실시 예 2에 따른 코발트 산화물, 중간 생성물, 및 전이금속 화합물의 비표면적을 측정한 그래프이고, 도 18은 본 발명의 실시 예 2에 따른 코발트 산화물, 중간 생성물, 및 전이금속 화합물의 기공 크기를 측정한 그래프이다.FIG. 16 is XRD data of a cobalt oxide, an intermediate product and a transition metal compound according to Example 2 of the present invention, and FIG. 17 is a graph showing XRD data of a cobalt oxide, an intermediate product and a transition metal compound according to Example 2 of the present invention And FIG. 18 is a graph showing pore sizes of the cobalt oxide, the intermediate product, and the transition metal compound according to Example 2 of the present invention.

도 16 내지 도 18을 참조하면, 실시 예 2에 따른 코발트 산화물, 중간 생성물 및 상기 전이금속 화합물의 XRD 데이터를 도 16과 같이 분석하고, 결정립 크기를 아래와 같이 측정하였다. 16 to 18, XRD data of the cobalt oxide, the intermediate product and the transition metal compound according to Example 2 were analyzed as shown in FIG. 16, and the crystal grain sizes were measured as follows.

구분division Grain size (Å)Grain size (Å) Lattice parameterLattice parameter StrainStrain 코발트 산화물Cobalt oxide 817.31817.31 8.092*8.092*8.0928.092 * 8.092 * 8.092 00 중간 생성물Intermediate product 81.2681.26 4.260*4.260*4.2604.260 * 4.260 * 4.260 0.002320.00232 전이금속 화합물Transition metal compound 115.63115.63 8.089*8.089*8.0898.089 * 8.089 * 8.089 0.003550.00355

[표 4]에서 알 수 있듯이, 상기 중간 생성물, 상기 전이금속 화합물, 및 상기 코발트 산화물 순서로 결정립 크기가 작은 것을 확인할 수 있다. 또한, 상기 코발트 산화물을 암모니아 가스 분위기에서 열처리하는 과정에서 결정립 크기의 감소량이 상기 중간 생성물을 산소 가스 분위기에서 열처리하는 과정에서 결정립 크기의 증가량보다 큰 것을 확인할 수 있다. 구체적으로, 상기 코발트 산화물을 암모니아 가스 분위기에서 열처리하여 상기 중간 생성물을 제조하는 경우, 결정립 크기가 현저하게 감소하지만, 상기 중간 생성물을 산소 분위기에서 열처리하여 상기 전이금속 화합물을 제조하는 경우 결정립 크기가 다소 증가하여, 최종적으로, 상기 전이금속 화합물의 결정립 크기가 상기 중간 생성물의 결정립 크기보다 크되, 상기 코발트 산화물의 결정립 크기보다 작은 것을 확인할 수 있다. As can be seen from Table 4, it can be confirmed that the grain size is small in the order of the intermediate product, the transition metal compound, and the cobalt oxide. Also, it can be seen that the reduction amount of the grain size during the heat treatment of the cobalt oxide in the ammonia gas atmosphere is larger than the increase in the grain size during the heat treatment in the oxygen gas atmosphere. Specifically, when the intermediate product is produced by heat-treating the cobalt oxide in an ammonia gas atmosphere, the grain size is significantly reduced. However, when the intermediate product is heat-treated in an oxygen atmosphere to produce the transition metal compound, And finally the grain size of the transition metal compound is larger than that of the intermediate product but smaller than the grain size of the cobalt oxide.

본 발명의 실시 예 2에 따른 코발트 산화물, 중간 생성물, 및 전이금속 화합물의 비표면적을 도 17과 같이 측정하고, 기공의 크기를 도 18과 같이 측정하였다. The specific surface area of the cobalt oxide, the intermediate product, and the transition metal compound according to Example 2 of the present invention was measured as shown in Fig. 17, and the pore size was measured as shown in Fig.

코발트 산화물Cobalt oxide 중간 생성물Intermediate product 전이금속 화합물Transition metal compound Vm
[cm3(STP) g-1]V m
[cm 3 (STP) g -1 ] 1.5426 1.5426 10.295 10.295 1.2359 1.2359 as, BET
[m2 g-1]a s , BET
[m 2 g -1 ] 6.7142 6.7142 44.808 44.808 5.3792 5.3792 Total pore volume(p/p0=0.990)
[cm3 g-1] Total pore volume (p / p 0 = 0.990)
[cm 3 g -1 ] 0.082023 0.082023 0.1607 0.1607 0.083206 0.083206 Mean pore diameter
[nm]Mean pore diameter
[nm] 48.865 48.865 14.348 14.348 61.873 61.873

도 17, 도 18, 및 [표 5]에서 알 수 있듯이, 상기 전이금속 화합물, 상기 코발트 산화물, 및 상기 중간 생성물 순서로 비표면적의 넓이가 좁은 것을 확인할 수 있다. 또한, 상기 코발트 산화물 및 상기 전이금속 화합물은 비표면적의 차이가 실질적으로 크지 않은 것을 확인할 수 있다. 구체적으로, 상기 코발트 산화물을 암모니아 가스 분위기에서 열처리하여 상기 중간 생성물을 제조하는 경우, 비표면적이 크게 증가하며, 상기 중간 생성물을 산소 분위기에서 열처리하여 상기 전이금속 화합물을 제조하는 경우 비표면적이 크게 감소하여, 최종적으로, 상기 전이금속 화합물 및 상기 중간 생성물의 비표면적이 유사한 것을 확인할 수 있다. As can be seen from FIG. 17, FIG. 18, and Table 5, the transition metal compound, the cobalt oxide, and the intermediate product have a narrower specific surface area. In addition, it can be confirmed that the difference in specific surface area between the cobalt oxide and the transition metal compound is not substantially large. Specifically, when the intermediate product is prepared by heat-treating the cobalt oxide in an ammonia gas atmosphere, the specific surface area is greatly increased. When the intermediate product is heat-treated in an oxygen atmosphere to produce the transition metal compound, Finally, it can be confirmed that the transition metal compound and the intermediate product have similar specific surface areas.

도 15를 참조하여 설명된 것과 같이, 상기 코발트 산화물을 암모니아 가스 분위기에서 열처리하여 상기 중간 생성물을 제조하는 과정에서 상기 중간 생성물 내부에 복수의 기공이 형성되고, 상기 전이금속 화합물이 내부에 복수의 기공을 포함하는 점을 고려하면, 상기 전이금속 화합물의 내부에는 복수의 기공이 존재하되, 외부 표면은 기공이 실질적으로 거의 존재하지 않는, 내부는 열린 구조를 갖고 외부를 닫힌 구조를 갖는 것을 확인할 수 있다. As described with reference to FIG. 15, a plurality of pores are formed in the intermediate product in the process of preparing the intermediate product by heat-treating the cobalt oxide in an ammonia gas atmosphere, and the transition metal compound has a plurality of pores , It can be confirmed that a plurality of pores exist in the transition metal compound and that the outer surface has substantially no pores and the inside has an open structure and the outside has a closed structure .

실시 예 3에 따른 전이금속 화합물The transition metal compound according to Example 3

상용화된 벌크 타입의 코발트 산화물(Co3O4)을 준비했다. 상기 코발트 산화물은 Sigma Aldrich로부터 구입하였다. A commercially available bulk type of cobalt oxide (Co 3 O 4 ) was prepared. The cobalt oxide was purchased from Sigma Aldrich.

상기 코발트 산화물에 암모니아 가스를 0.5L/min으로 제공하고, 10℃/min의 승온 속도로 270℃에서 30분 동안 열처리하여, 상기 코발트 산화물로부터 코발트산질화물 또는 코발트일산화물을 포함하는 중간 생성물을 제조하였다. An ammonia gas was supplied to the cobalt oxide at a rate of 0.5 L / min and heat treatment was performed at a temperature elevation rate of 10 ° C / min for 30 minutes at 270 ° C to prepare an intermediate product containing cobalt oxynitride or cobalt monoxide from the cobalt oxide Respectively.

상기 중간 생성물을 대기 중에서 400℃에서 1시간 동안 열처리하여, 상기 중간 생성물로부터 질소 도핑된 코발트 산화물(질소 도핑된 Co-3O4) 또는 코발트 산화물(Co3O4)를 포함하는 전이금속 화합물(질소 도핑된 Co-3O4)을 제조하였다.A transition metal compound containing a heat-treated in air at 400 ℃ to the intermediate product for 1 hour, (Co- 3 O 4 doped with nitrogen), or cobalt oxide (Co 3 O 4), nitrogen-doped cobalt oxide from the intermediate product ( Nitrogen-doped Co- 3 O 4 ).

도 19 내지 도 21은 본 발명의 실시 예 3에 따른 코발트 산화물, 중간 생성물 및 전이금속 화합물을 촬영한 SEM 사진이고, 도 22 내지 도 24는 본 발명의 실시 예 3에 따른 코발트 산화물, 중간 생성물 및 전이금속 화합물을 촬영한 TEM 사진이다. FIGS. 19 to 21 are SEM photographs of a cobalt oxide, an intermediate product, and a transition metal compound according to Example 3 of the present invention, and FIGS. 22 to 24 are photographs of cobalt oxide, TEM photograph of the transition metal compound.

도 19 내지 도 24를 참조하면, 실시 예 3에 따른 코발트 산화물, 중간 생성물, 및 전이금속 화합물의 SEM 사진 및 TEM 사진을 촬영하였다. 19 to 24, an SEM photograph and a TEM photograph of the cobalt oxide, the intermediate product, and the transition metal compound according to Example 3 were taken.

도 19 및 도 22는 실시 예 3에 따른 코발트 산화물의 SEM 사진 및 TEM 사진이고, 도 20 및 도 23은 실시 예 3에 따른 중간 생성물의 SEM 사진 및 TEM 사진이고, 도 21 및 도 24는 실시 예 3에 따른 전이금속 화합물의 SEM 사진 및 TEM 사진이다. 도 19 내지 도 21에서 알 수 있듯이, 코발트 산화물, 중간 생성물, 및 전이금속 화합물의 입자 표면에는 큰 변화가 없는 것을 확인할 수 있다. FIGS. 19 and 22 are SEM photographs and TEM photographs of the cobalt oxide according to Example 3, FIGS. 20 and 23 are SEM photographs and TEM photographs of the intermediate product according to Example 3, FIGS. 21 and 24 are photographs 3 is an SEM photograph and a TEM photograph of a transition metal compound according to the present invention. As can be seen from FIG. 19 to FIG. 21, it can be seen that the surface of the particles of the cobalt oxide, the intermediate product, and the transition metal compound is not greatly changed.

반면, 도 22 내지 도 24에 도시된 바와 같이, 코발트 산화물이 중간 생성물로 변환됨에 따라서, 중간 생성물 내부에 복수의 기공들이 다량 형성되는 것을 확인할 수 있다. 또한, 중간 생성물 내부의 복수의 기공들은 중간 생성물이 전이금속 화합물로 변환되더라도 제거되지 않고 유지되는 것을 확인할 수 있다. 다시 말하면, 합성된 코발트 산화물은 물론 시중에 판매되는 코발트 산화물을 질소를 포함하는 가스 및 산소를 포함하는 가스로 차례로 열처리하여 제조된 전이금속 화합물이 내부에 복수의 기공을 포함하는 것을 확인할 수 있다. On the other hand, as shown in FIGS. 22 to 24, it can be confirmed that a large amount of a plurality of pores are formed in the intermediate product as the cobalt oxide is converted into the intermediate product. Further, it can be confirmed that a plurality of pores in the intermediate product are maintained without being removed even if the intermediate product is converted to a transition metal compound. In other words, it can be confirmed that the transition metal compound prepared by sequentially heat-treating the commercially available cobalt oxide with a gas including nitrogen and a gas containing oxygen, as well as the synthesized cobalt oxide, contains a plurality of pores therein.

실시 예 1에 따른 질소 The nitrogen according to Example 1 도핑된Doped 티타늄 산화물을 포함하는 리튬 이차 전지 Lithium secondary batteries containing titanium oxide

실시 예 1에 따른 아나타제 상의 질소 도핑된 티타늄 산화물을 바인더와 혼합하여 집전체에 코팅하여 음극을 제조하고, 리튬 호일을 양극으로 사용하고, 전해질로 1.0 M LiPF6 dissolved in 1 : 1 (v/v) ethylene carbonate/ diethyl carbonate (EC/DEC)을 사용하여 리튬 이차 전지를 제조하였다. A nitrogen-doped titanium oxide of an anatase phase according to Example 1 was mixed with a binder and coated on a current collector to prepare a negative electrode. Lithium foil was used as an anode and 1.0 M LiPF 6 dissolved in 1: 1 (v / v ) ethylene carbonate / diethyl carbonate (EC / DEC).

이에 대한 비교 예로, 아나타제 상의 티타늄 산화물을 준비하고, 이를 이용하여 리튬 이차 전지를 제조하였다.As a comparative example, a titanium oxide on an anatase phase was prepared, and a lithium secondary battery was produced using the titanium oxide.

도 25는 실시 예 1에 따른 질소 도핑된 티타늄 산화물을 포함하는 리튬 이차 전지의 용량 특성을 측정한 그래프이고, 도 26은 실시 예 1에 따른 질소 도핑된 티타늄 산화물을 포함하는 전극의 임피던스를 측정한 그래프이다. FIG. 25 is a graph showing capacitance characteristics of a lithium secondary battery including nitrogen-doped titanium oxide according to Example 1, and FIG. 26 is a graph showing the impedance characteristics of the electrode including nitrogen-doped titanium oxide according to Example 1 Graph.

도 25 및 도 26을 참조하면, 실시 예 1에 따른 질소 도핑된 티타늄 산화물 및 아나타제 상의 티타늄 산화물을 포함하는 리튬 이차 전지에 대해서, 전류 밀도에 따른 충방전 횟수에 따른 용량 변화를 도 25와 같이 측정하고, 임피던스를 도 26과 같이 측정하였다. 25 and 26, for a lithium secondary battery including a nitrogen-doped titanium oxide and an anatase-phase titanium oxide according to Example 1, the capacity change according to the number of times of charging and discharging according to the current density is measured , And the impedance was measured as shown in Fig.

본 발명의 실시 예 1에 따라서, 티타늄 산화물에 대해서 산소 및 질소를 포함하는 가스를 이용하여 순차적으로 열처리 공정을 수행한 질소 도핑된 티타늄 산화물을 포함하는 리튬 이차 전지의 경우, 초기 티타늄 산화물을 포함하는 리튬 이차 전지와 비교하여 용량 특성이 현저하게 우수한 것을 확인할 수 있다. According to Example 1 of the present invention, in the case of a lithium secondary battery comprising a nitrogen-doped titanium oxide in which a titanium oxide is subjected to a heat treatment step sequentially using a gas containing oxygen and nitrogen, It can be confirmed that the capacity characteristic is remarkably excellent as compared with the lithium secondary battery.

또한, 실시 예 1에 따른 질소 도핑된 티타늄 산화물을 포함하는 전극의 임피던스가 초기 티타늄 산화물을 포함하는 전극과 비교하여, 현저하게 낮은 것을 확인할 수 있다. 즉, 전극 활물질의 결정립 크기가 감소되어 리튬 이온이 보다 용이하게 확산되어 저항이 감소된 것을 확인할 수 있다.It can also be seen that the impedance of the electrode containing nitrogen-doped titanium oxide according to Example 1 is significantly lower than that of the electrode containing the initial titanium oxide. That is, it can be confirmed that the crystal size of the electrode active material is reduced and the lithium ions are more easily diffused and the resistance is reduced.

결론적으로, 본 발명의 실시 예에 따라 제조된 질소 도핑된 금속 산화물을 리튬 이차 전지의 전극 활물질로 사용하는 것이 리튬 이차 전지의 용량 특성 및 수명 특성을 향상시킬 수 있는 효율적인 방법임을 알 수 있다.As a result, it can be seen that the use of the nitrogen-doped metal oxide prepared according to the embodiment of the present invention as an electrode active material of a lithium secondary battery is an effective method for improving the capacity characteristics and lifetime characteristics of the lithium secondary battery.

실시 예 2에 따른 전이금속 화합물을 포함하는 리튬 이차 전지A lithium secondary battery comprising the transition metal compound according to Example 2

실시 예 2에 따른 전이금속 화합물 70wt%, Super-P 20wt%, 바인더인 10wt%의 PVDF를 NMP에 첨가하여 슬러리를 제조하고, 상기 슬러리를 구리 호일 상에 닥터 블레이드 방법으로 코팅하고 120℃에서 12시간 동안 진공 오븐에서 건조하였다. 상기 슬러리가 코팅된 구리 호일을 roll press하여 10㎛두께로 제조하였다. 리튬 전극을 상대적으로 사용하고, 1 M LiPF6 가 1:1의 EC:EMC에 용해된 전해질을 이용하여, 리튬 이차 전지를 제조하였다. PVDF of 70% by weight of transition metal compound, 20% by weight of Super-P and 10% by weight of binder as a binder in Example 2 was added to NMP to prepare a slurry. The slurry was coated on a copper foil by a doctor blade method, ≪ / RTI > for a period of time. The slurry-coated copper foil was roll-pressed to a thickness of 10 mu m. A lithium secondary battery was manufactured using an electrolyte in which a lithium electrode was relatively used and dissolved in EC: EMC of 1: 1 LiPF 6 .

이에 대한 비교 예로, 실시 예 2를 참조하여 설명된 코발트 산화물(Co3O4)를 준비하고, 이를 이용하여 리튬 이차 전지를 제조하였다.As a comparative example, a cobalt oxide (Co 3 O 4 ) described with reference to Example 2 was prepared, and a lithium secondary battery was prepared using the cobalt oxide (Co 3 O 4 ).

도 27은 본 발명의 실시 예 2에 따른 전이금속 화합물을 포함하는 리튬 이차 전지의 충방전 횟수에 따른 비용량을 측정한 것이고, 도 28은 본 발명의 실시 예 2의 비교 예에 따른 리튬 이차 전지의 비용량을 측정한 그래프이고, 도 29는 본 발명의 실시 예 2에 따른 전이금속 화합물을 포함하는 리튬 이차 전지의 비용량을 측정한 그래프이다. FIG. 27 is a graph showing a specific capacity of a lithium secondary battery including a transition metal compound according to Example 2 of the present invention in accordance with the number of charging and discharging times. FIG. FIG. 29 is a graph showing a specific capacity of a lithium secondary battery including a transition metal compound according to Example 2 of the present invention. FIG.

도 27 내지 도 29를 참조하면, 0.5~3.0V 조건에서 상술된 본 발명의 실시 예 및 비교 예에 따른 리튬 이차 전지에 대한 용량 및 수명 특성을 측정하였다. 실시 예 2에 따른 전이금속 화합물을 이용한 리튬 이차 전지의 수명 및 용량 특성이 우수한 것을 확인할 수 있다. 특히, 0.5C 조건에서 사이클 횟수가 증가함에 따라서 비교 예에 따른 리튬 이차 전지의 용량 특성은 크게 감소하지만, 실시 예 2에 따른 전이금속 화합물을 이용한 리튬 이차 전지의 경우, 용량 저하가 현저하게 적은 것을 확인할 수 있다. Referring to FIGS. 27 to 29, capacity and life characteristics of the lithium secondary battery according to Examples and Comparative Examples of the present invention described above under the condition of 0.5 to 3.0 V were measured. It can be confirmed that the life and capacity characteristics of the lithium secondary battery using the transition metal compound according to Example 2 are excellent. Particularly, as the cycle number increases under the condition of 0.5C, the capacity characteristics of the lithium secondary battery according to the comparative example are greatly reduced, but the capacity of the lithium secondary battery using the transition metal compound according to the second embodiment is remarkably reduced Can be confirmed.

결론적으로, 본 발명의 실시 예에 따라 제조된 질소 도핑된 금속 산화물을 리튬 이차 전지의 전극 활물질로 사용하는 것이 리튬 이차 전지의 용량 특성 및 수명 특성을 향상시킬 수 있는 효율적인 방법임을 알 수 있다.As a result, it can be seen that the use of the nitrogen-doped metal oxide prepared according to the embodiment of the present invention as an electrode active material of a lithium secondary battery is an effective method for improving the capacity characteristics and lifetime characteristics of the lithium secondary battery.

상술된 본 발명의 실시 예들에 따른 전이금속 화합물은 리튬 이차 전지의 음극 및 양극활물질로 사용될 수 있다. 또한, 본 발명의 실시 예들에 따른 전이금속 화합물을 포함하는 리튬 이차 전지는 다양한 어플리케이션에 적용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시 예에 따른 리튬 이차 전지는 후술할 전기자동차에 적용될 수 있다.The transition metal compound according to the embodiments of the present invention described above can be used as a cathode and a cathode active material of a lithium secondary battery. In addition, the lithium secondary battery including the transition metal compound according to the embodiments of the present invention can be applied to various applications. For example, the lithium secondary battery according to the embodiment of the present invention can be applied to an electric vehicle to be described later.

도 30은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기자동차의 블록도를 도시한 것이다. 30 shows a block diagram of an electric vehicle according to an embodiment of the present invention.

도 30을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기자동차(1000)는 모터(1010), 변속기(1020), 액슬(1030), 배터리팩(1040) 및 파워제어부(1050) 및 충전부(1060) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 30, an electric vehicle 1000 according to an embodiment of the present invention includes a motor 1010, a transmission 1020, an axle 1030, a battery pack 1040, a power controller 1050, and a charger 1060 ). ≪ / RTI >

상기 모터(1010)는 상기 배터리팩(1040)의 전기 에너지를 운동 에너지로 변환할 수 있다. 상기 모터(1010)는 변환된 운동에너지를 상기 변속기(1020)를 통하여 상기 액슬(1030)에 제공할 수 있다. 상기 모터(1010)는 단일 모터 또는 복수의 모터로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 모터(1010)가 복수의 모터로 이루어지는 경우 상기 모터(1010)는 전륜 액슬에 운동 에너지를 공급하는 전륜 모터와 후륜 액슬에 운동 에너지를 공급하는 후륜 모터를 포함할 수 있다.The motor 1010 can convert the electric energy of the battery pack 1040 into kinetic energy. The motor 1010 may provide the converted kinetic energy to the axle 1030 through the transmission 1020. [ The motor 1010 may be composed of a single motor or a plurality of motors. For example, when the motor 1010 includes a plurality of motors, the motor 1010 may include a front wheel motor for supplying kinetic energy to the front wheel axle and a rear wheel motor for supplying kinetic energy to the rear wheel axle.

상기 변속기(1020)는 상기 모터(1010)와 상기 액슬(1030) 사이에 위치하여 상기 모터(1010)로부터의 운동 에너지를 운전자가 원하는 운전 환경에 부합하도록 변속하여 상기 액슬(1030)에 제공할 수 있다.The transmission 1020 is located between the motor 1010 and the axle 1030 and can shift the kinetic energy from the motor 1010 to the axle 1030 so as to match the operating environment desired by the driver have.

상기 배터리팩(1040)은 상기 충전부(1060)로부터의 전기 에너지를 저장할 수 있고, 저장된 전기 에너지를 상기 모터(1010)에 제공할 수 있다. 상기 배터리팩(1040)은 상기 모터(1010)로 직접 전기 에너지를 공급할 수도 있고, 상기 파워제어부(1050)을 통하여 전기 에너지를 공급할 수 있다. The battery pack 1040 can store electric energy from the charging unit 1060 and can supply the stored electric energy to the motor 1010. [ The battery pack 1040 can supply electric energy directly to the motor 1010 or supply electric energy through the power controller 1050.

이 때 상기 배터리팩(1040)은 적어도 하나의 배터리 셀을 포함하여 이루어질 수 있다. 또한, 배터리 셀은 상술한 본 발명의 실시 예에 따른 리튬 공기 이차 전지를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 리튬계 이차전지 등 다양한 방식의 이차전지를 포함할 수 있다. 한편, 배터리 셀은 개개의 배터리를 말하는 용어일 수 있고, 배터리 팩은 원하는 전압 및/또는 용량을 가지도록 개개의 배터리 셀이 상호 연결된 배터리 셀 집합체를 말할 수 있다.At this time, the battery pack 1040 may include at least one battery cell. The battery cell may include the lithium ion secondary battery according to an embodiment of the present invention. However, the battery cell is not limited thereto and may include various secondary batteries such as a lithium secondary battery. On the other hand, a battery cell may be a term referring to an individual battery, and a battery pack may refer to an assembly of battery cells in which individual battery cells are interconnected to have a desired voltage and / or capacity.

상기 파워 제어부(1050)는 상기 배터리 팩(1040)을 제어할 수 있다. 다시 말해, 상기 파워 제어부(1050)는 상기 배터리 팩(1040)으로부터 상기 모터(1010)로의 파워가 요구되는 전압, 전류, 파형 등을 가지도록 제어할 수 있다. 이를 위하여, 상기 파워 제어부(1050)는 패시브 전력소자 및 액티브전력소자 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. The power control unit 1050 can control the battery pack 1040. In other words, the power control unit 1050 can control the power from the battery pack 1040 to the motor 1010 to have required voltage, current, waveform, and the like. To this end, the power controller 1050 may include at least one of a passive power device and an active power device.

상기 충전부(1060)는 도 46에 도시된 외부 전력원(1070)으로부터 전력을 제공받아 상기 배터리 팩(1040)에 제공할 수 있다. 상기 충전부(1060)는 충전 상태를 전반적으로 제어할 수 있다. 예를 들어 상기 충전부(1060)는 충전의 on/off 및 충전 속도 등을 제어할 수 있다.The charging unit 1060 may supply power to the battery pack 1040 by receiving power from the external power source 1070 shown in FIG. The charging unit 1060 can control the charging state as a whole. For example, the charging unit 1060 can control on / off and charge speed of the charge.

도 31은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기자동차의 사시도이다. 31 is a perspective view of an electric vehicle according to an embodiment of the present invention.

도 31을 참조하면, 상기 배터리 팩(1040)은 전기자동차(1000)의 하면에 결합될 수 있다. 예를 들어, 상기 배터리 팩(1040)는 상기 전기자동차(1000)이 폭 방향의 너비를 가지는 동시에 상기 자동차(1000)의 길이방향으로 연장하는 형상을 가질 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 배터리 팩(1040)은 전방 서스펜션에서부터 후방 서스펜션까지 연장할 수 있다. 따라서, 상기 배터리 팩(1040)은 보다 많은 수의 배터리 셀을 패키징할 수 있는 공간을 제공할 수 있다. 또한, 상기 배터리 팩(1040)이 차체의 하단에 결합 위치하므로 차체의 무게 중심을 낮추게 되어 전기자동차(1000)의 주행 안전성을 향상시킬 수 있다.Referring to FIG. 31, the battery pack 1040 may be coupled to the lower surface of the electric vehicle 1000. For example, the battery pack 1040 may have a width in the width direction of the electric vehicle 1000 and a shape extending in the longitudinal direction of the vehicle 1000. More specifically, the battery pack 1040 may extend from the front suspension to the rear suspension. Accordingly, the battery pack 1040 can provide a space for packaging a greater number of battery cells. In addition, since the battery pack 1040 is positioned at the lower end of the vehicle body, the center of gravity of the vehicle body is lowered, thereby improving the running safety of the electric vehicle 1000.

도 32는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 팩을 설명하기 위한 도면이다.32 is a view for explaining a battery pack according to an embodiment of the present invention.

도 32를 참조하면, 상기 배터리 팩(1040)은 복수의 배터리 셀(1043)을 보관할 수 있다. Referring to FIG. 32, the battery pack 1040 can store a plurality of battery cells 1043.

상기 배터리 팩(1040)은 하부 하우징(1041)과 상부 하우징(1042)을 포함할 수 있다. 상기 하부 하우징(1041)은 플랜지(1044)를 포함할 수 있고, 상기 상부 하우징(1045)에 마련된 홀을 통하여 볼트(1045)를 상기 플랜지(1044)와 체결함으로써, 상기 하부 하우징(1041)과 상기 상부 하우징(1042)을 결합시킬 수 있다.The battery pack 1040 may include a lower housing 1041 and an upper housing 1042. The lower housing 1041 may include a flange 1044 and a bolt 1045 may be fastened to the flange 1044 through a hole provided in the upper housing 1045 so that the lower housing 1041, The upper housing 1042 can be engaged.

이 때, 상기 배터리 팩(1040)의 안정성을 향상시키기 위하여 상기 하부 및 상부 하우징은 수분 및 산소 침투를 최소화할 수 있는 물질로 제조될 수 있다. 예를 들어, 상기 하부 및 상부 하우징은 알루미늄, 알루미늄 합금, 플라스틱, 탄소 화합물 중 적어도 하나의 물질로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 하부 하우징(1041)과 상기 상부 하우징(1042) 사이에는 불침투성의 밀봉제(1049)가 위치할 수 있다.At this time, in order to improve the stability of the battery pack 1040, the lower and upper housings may be made of a material that minimizes moisture and oxygen penetration. For example, the lower and upper housings may be made of at least one of aluminum, aluminum alloy, plastic, and carbon. An impermeable sealant 1049 may be disposed between the lower housing 1041 and the upper housing 1042.

또한, 상기 배터리 팩(1040)은 상기 배터리 셀(1043)을 제어하거나 안정성을 향상시키기 위한 구성을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 배터리 팩(1040)은 상기 배터리 팩(1040) 내부의 배터리 셀(1043)을 제어하기 위한 제어단자(1047)를 포함할 수 있다. 또한, 예를 들어 상기 배터리 팩(1040)은 상기 배터리 셀(1043)의 열폭주(thermal runaway)를 방지하거나 상기 배터리 셀(1043)의 온도를 제어하기 위하여 냉각라인(1046)을 포함할 수 있다. 또한, 예를 들어, 상기 배터리 팩(1040)은 상기 배터리 팩(1040) 내부의 가스를 분출하기 위한 가스분출구(1048)을 포함할 수 있다.In addition, the battery pack 1040 may include a structure for controlling the battery cell 1043 or improving stability. For example, the battery pack 1040 may include a control terminal 1047 for controlling the battery cell 1043 in the battery pack 1040. Also, for example, the battery pack 1040 may include a cooling line 1046 to prevent thermal runaway of the battery cell 1043 or to control the temperature of the battery cell 1043 . In addition, for example, the battery pack 1040 may include a gas ejection port 1048 for ejecting gas inside the battery pack 1040.

이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the scope of the present invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. It will also be appreciated that many modifications and variations will be apparent to those skilled in the art without departing from the scope of the present invention.

110: 전이금속 산화물
120: 중간 생성물
130: 전이금속 화합물110: transition metal oxide
120: intermediate product
130: transition metal compound

Claims (16)

티타늄을 포함하는 전이금속 산화물을 준비하는 단계;
질소를 포함하는 가스 분위기에서 상기 전이금속 산화물을 열처리하는 방법으로 질화 처리하여, 상기 전이금속 산화물로부터 티타늄 산질화물을 포함하는 중간 생성물을 제조하는 단계; 및
상기 질화 처리가 수행된 후, 산소를 포함하는 가스 분위기에서 상기 중간 생성물을 열처리하는 방법으로 산화 처리하여, 상기 중간 생성물로부터, 질소 도핑된 티타늄 산화물을 포함하는 전이금속 화합물을 제조하는 단계를 포함하되,
상기 전이금속 화합물은, 상기 전이금속 산화물보다, 결정립의 크기가 작되, 상기 전이금속 화합물은 상기 전이금속 산화물과 동일한 결정 구조를 갖는 것을 포함하는 전이금속 화합물의 제조 방법.
Preparing a transition metal oxide comprising titanium;
Nitriding the transition metal oxide in a gas atmosphere containing nitrogen to produce an intermediate product containing the titanium oxynitride from the transition metal oxide; And
Oxidizing the intermediate product by heat treatment in a gas atmosphere containing oxygen after the nitriding process is performed to produce a transition metal compound containing nitrogen-doped titanium oxide from the intermediate product, ,
Wherein the transition metal compound has a grain size smaller than that of the transition metal oxide and the transition metal compound has the same crystal structure as the transition metal oxide.
제1 항에 있어서,
상기 전이금속 화합물은, 상기 전이금속 산화물보다, 넓은 비표면적을 갖는 것을 포함하는 전이금속 화합물의 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the transition metal compound has a larger specific surface area than that of the transition metal oxide.
제1 항에 있어서,
상기 중간 생성물은, 상기 전이금속 산화물보다, 결정립의 크기가 작고, 비표면적이 넓은 것을 포함하는 전이금속 화합물의 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the intermediate product comprises a transition metal oxide having a smaller grain size and a larger specific surface area than the transition metal oxide.
제3 항에 있어서,
상기 전이금속 화합물은, 상기 중간 생성물보다, 결정립의 크기가 작고, 비표면적이 좁은 것을 포함하는 전이금속 화합물의 제조 방법.
The method of claim 3,
Wherein the transition metal compound has a smaller grain size and a smaller specific surface area than the intermediate product.
제1 항에 있어서,
상기 전이금속 산화물은 루타일 상(rutile phase)의 티타늄 산화물을 포함하고,
상기 중간 생성물 및 상기 전이금속 화합물은 아나타제 상(anatase phase)을 갖는 것을 포함하는 전이금속 화합물의 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the transition metal oxide comprises titanium oxide in a rutile phase,
Wherein the intermediate product and the transition metal compound have an anatase phase.
제1 항에 있어서,
상기 전이금속 산화물의 티타늄 및 산소의 조성비는, 상기 전이금속 화합물의 티타늄 및 산소의 조성비와 동일하고, 상기 중간 생성물의 티타늄 및 산소의 조성비와 다른 것을 포함하는 전이금속 화합물의 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the composition ratio of titanium and oxygen of the transition metal oxide is the same as the composition ratio of titanium and oxygen of the transition metal compound and is different from the composition ratio of titanium and oxygen of the intermediate product.
코발트를 포함하는 전이금속 산화물을 준비하는 단계;
질소를 포함하는 가스 분위기에서 상기 전이금속 산화물을 열처리하는 방법으로 질화 처리하여, 상기 전이금속 산화물로부터 코발트 일산화물을 포함하는 중간 생성물을 제조하는 단계; 및
상기 질화 처리가 수행된 후, 산소를 포함하는 가스 분위기에서 상기 중간 생성물을 열처리하는 방법으로 산화 처리하여, 상기 중간 생성물로부터, 코발트 산화물을 포함하는 전이금속 화합물을 제조하는 단계를 포함하되,
상기 전이금속 화합물은, 상기 전이금속 산화물보다, 내부 기공이 많되, 상기 전이금속 화합물은 상기 전이금속 산화물과 동일한 결정 구조를 갖는 것을 포함하는 전이금속 화합물의 제조 방법.
Preparing a transition metal oxide comprising cobalt;
Nitriding the transition metal oxide in a gas atmosphere containing nitrogen to produce an intermediate product containing cobalt monoxide from the transition metal oxide; And
Oxidizing the intermediate product by heat treatment in a gas atmosphere containing oxygen after the nitriding process is performed to produce a transition metal compound containing cobalt oxide from the intermediate product,
Wherein the transition metal compound has a larger internal pore than the transition metal oxide and the transition metal compound has a crystal structure identical to that of the transition metal oxide.
제7 항에 있어서,
상기 전이금속 화합물은, 상기 전이금속 산화물보다, 결정립의 크기가 작은 것을 포함하는 전이금속 화합물의 제조 방법.
8. The method of claim 7,
Wherein the transition metal compound comprises a transition metal oxide having a grain size smaller than that of the transition metal oxide.
제7 항에 있어서,
상기 전이금속 화합물은, 상기 전이금속 산화물보다, 비표면적이 좁은 것을 포함하는 전이금속 화합물의 제조 방법.
8. The method of claim 7,
Wherein the transition metal compound includes a transition metal oxide having a smaller specific surface area than the transition metal oxide.
제9 항에 있어서,
상기 중간 생성물은, 상기 전이금속 산화물보다, 결정립의 크기가 작고, 비표면적이 넓은 것을 포함하는 전이금속 화합물의 제조 방법.
10. The method of claim 9,
Wherein the intermediate product comprises a transition metal oxide having a smaller grain size and a larger specific surface area than the transition metal oxide.
제10 항에 있어서,
상기 전이금속 화합물은, 상기 중간 생성물보다, 결정립의 크기가 크고, 비표면적이 좁은 것을 포함하는 전이금속 화합물의 제조 방법.
11. The method of claim 10,
Wherein the transition metal compound has a larger grain size and a smaller specific surface area than the intermediate product.
제7 항에 있어서,
상기 전이금속 산화물을 열처리하는 온도보다, 상기 중간 생성물을 열처리하는 온도가 더 높은 것을 포함하는 전이금속 화합물의 제조 방법.
8. The method of claim 7,
Wherein the temperature for heat-treating the intermediate product is higher than the temperature for heat-treating the transition metal oxide.
제7 항에 있어서,
상기 전이금속 산화물의 코발트 및 산소의 조성비는, 상기 전이금속 화합물의 코발트 및 산소의 조성비와 동일하고, 상기 중간 생성물의 코발트 및 산소의 조성비와 다른 것을 포함하는 전이금속 화합물의 제조 방법.
8. The method of claim 7,
Wherein the composition ratio of cobalt and oxygen of the transition metal oxide is the same as the composition ratio of cobalt and oxygen of the transition metal compound and is different from the cobalt and oxygen composition ratio of the intermediate product.
제1 항 또는 제7 항에 있어서,
상기 전이금속 산화물은 벌크 타입으로 제공되고,
상기 전이금속 화합물은 다공성 구조인 것을 포함하는 전이금속 화합물의 제조 방법.
8. The method of claim 1 or 7,
Wherein the transition metal oxide is provided in a bulk type,
Wherein the transition metal compound is a porous structure.
제1 항 내지 제13 항 중 어느 한 항에 따른 전이금속 화합물의 제조 방법에 따라 제조된 전이금속 화합물을 전극활물질로 사용하는 리튬 이차 전지의 제조 방법.
A method for producing a lithium secondary battery, which uses a transition metal compound produced by the method for producing a transition metal compound according to any one of claims 1 to 13 as an electrode active material.
코발트 산화물에 대해서 질화 처리 및 산화 처리가 순차적으로 수행되어,
복수의 내부 기공을 갖고,
상기 복수의 내부 기공에 의해 정의되는 면적이, 외부 표면적보다 넓은 코발트 산화물.A nitriding treatment and an oxidation treatment are sequentially performed on the cobalt oxide,
Having a plurality of internal pores,
Wherein the area defined by the plurality of inner pores is larger than the outer surface area.
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