KR102040212B1 - 리튬이온 이차전지용 전극 소재 및 그 제조방법 - Google Patents

리튬이온 이차전지용 전극 소재 및 그 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102040212B1
KR102040212B1 KR1020170172211A KR20170172211A KR102040212B1 KR 102040212 B1 KR102040212 B1 KR 102040212B1 KR 1020170172211 A KR1020170172211 A KR 1020170172211A KR 20170172211 A KR20170172211 A KR 20170172211A KR 102040212 B1 KR102040212 B1 KR 102040212B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
powder
lithium
secondary battery
ion secondary
lithium ion
Prior art date
Application number
KR1020170172211A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20190071290A (ko
Inventor
엄지용
김성인
조민기
Original Assignee
자동차부품연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 자동차부품연구원 filed Critical 자동차부품연구원
Priority to KR1020170172211A priority Critical patent/KR102040212B1/ko
Publication of KR20190071290A publication Critical patent/KR20190071290A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102040212B1 publication Critical patent/KR102040212B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G25/00—Compounds of zirconium
    • C01G25/006—Compounds containing, besides zirconium, two or more other elements, with the exception of oxygen or hydrogen
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G23/00—Compounds of titanium
    • C01G23/003—Titanates
    • C01G23/005—Alkali titanates
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/362—Composites
    • H01M4/366—Composites as layered products
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/485—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of mixed oxides or hydroxides for inserting or intercalating light metals, e.g. LiTi2O4 or LiTi2OxFy
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/80—Particles consisting of a mixture of two or more inorganic phases
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)

Abstract

본 발명은 티타늄옥사이드(TiO2) 분말, 리튬카보네이트(Li2CO3) 분말, 이종원소 전구체 분말 및 리튬할라이드 분말을 혼합하여 혼합분말을 형성하는 제 1 단계; 및 상기 혼합분말을 열처리하여 티탄산리튬계 전극 활물질 입자를 형성하는 제 2 단계; 를 포함하는 리튬이온 이차전지용 전극 소재의 제조방법을 제공한다.

Description

리튬이온 이차전지용 전극 소재 및 그 제조방법{Material for electrode of lithium ion secondary battery and methods of fabricating the same}
본 발명은 이차전지용 전극 소재 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 리튬이온 이차전지용 전극 소재 및 그 제조방법에 관한 것이다.
이차전지는 방전뿐 아니라 충전이 가능하여 반복적으로 사용할 수 있는 전지를 말한다. 이차전지 중 대표적인 리튬 이차전지는 양극활물질에 포함된 리튬이온이 전해질을 거쳐 음극으로 이동한 후 음극활물질의 구조 내로 삽입되며(충전), 이 후 음극활물질의 구조 내로 삽입되었던 리튬 이온이 다시 양극으로 되돌아가는(방전) 원리를 통해 작동한다. 이러한 리튬 이차전지는 현재 상용화되어 휴대전화, 노트북 컴퓨터 등의 소형전원으로 사용되고 있으며, 하이브리드 자동차 등의 대형 전원으로도 사용가능할 것으로 예측되고 있어, 그 수요가 증대될 것으로 예상된다.
한국공개번호 제1020150053693호 (발명의 명칭 : 차량탑재용 및 에너지 저장용 리튬 이온전지 음극소재 및 이의 제조방법)
본 발명은 혁신적인 초기 방전용량, 우수한 고율방전 특성과 장수명 특성을 갖는 리튬이온 이차전지용 전극 소재를 제공하고 공정비용이 절감된 이의 제조방법을 제공하고자 한다. 그러나, 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 관점에 따른 리튬이온 이차전지용 전극 소재의 제조방법을 제공한다. 상기 리튬이온 이차전지용 전극 소재의 제조방법은 티타늄옥사이드(TiO2) 분말, 리튬카보네이트(Li2CO3) 분말, 이종원소 전구체 분말 및 리튬할라이드 분말을 혼합하여 혼합분말을 형성하는 제 1 단계; 및 상기 혼합분말을 열처리하여 티탄산리튬계 전극 활물질 입자를 형성하는 제 2 단계; 를 포함한다.
상기 리튬이온 이차전지용 전극 소재의 제조방법의 상기 열처리 과정에서 상기 리튬할라이드로부터 발생된 할로겐 분자가 상기 티탄산리튬계 전극 활물질 입자의 외부로 빠져나가면서, 상기 티탄산리튬계 전극 활물질 입자는 표면의 적어도 일부가 산소결핍 구조(oxygen-deficient structure)를 가질 수 있다.
상기 리튬이온 이차전지용 전극 소재의 제조방법에서, 상기 열처리는 800 내지 900℃의 온도에서 9 내지 11시간 동안 유지하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 리튬이온 이차전지용 전극 소재의 제조방법에서, 상기 이종원소 전구체 분말은 나트륨(Na)을 포함하고, 상기 티탄산리튬계 전극 활물질 입자는, Li3.98Na0.02Ti5O11.98F0.02의 조성을 가지는 물질을 포함하는 코어; 및 상기 코어의 적어도 일부를 둘러싸되 Li2TiO3의 조성을 가지는 물질을 포함하는 쉘;로 이루어질 수 있다.
상기 리튬이온 이차전지용 전극 소재의 제조방법에서, 상기 이종원소 전구체 분말은 알루미늄(Al)을 포함하고, 상기 티탄산리튬계 전극 활물질 입자는, Li4Ti4.98Al0.02O11.98F0.02의 조성을 가지는 물질을 포함하는 코어; 및 상기 코어의 적어도 일부를 둘러싸되 Li2TiO3의 조성을 가지는 물질을 포함하는 쉘;로 이루어질 수 있다.
상기 리튬이온 이차전지용 전극 소재의 제조방법에서, 상기 이종원소 전구체 분말은 지르코늄(Zr)을 포함하고, 상기 티탄산리튬계 전극 활물질 입자는, Li4Ti4.98Zr0.02O11.98F0.02의 조성을 가지는 물질을 포함하는 코어; 및 상기 코어의 적어도 일부를 둘러싸되 Li2TiO3의 조성을 가지는 물질을 포함하는 쉘;로 이루어질 수 있다.
본 발명의 다른 관점에 따른 리튬이온 이차전지용 전극 소재를 제공한다. 상기 리튬이온 이차전지용 전극 소재는 티탄산리튬계 전극 활물질 입자로서, Li3.98Na0.02Ti5O11.98F0.02의 조성을 가지는 물질을 포함하는 코어; 및 상기 코어의 적어도 일부를 둘러싸되 Li2TiO3의 조성을 가지는 물질을 포함하는 쉘;로 이루어진다.
본 발명의 또 다른 관점에 따른 리튬이온 이차전지용 전극 소재를 제공한다. 상기 리튬이온 이차전지용 전극 소재는 티탄산리튬계 전극 활물질 입자로서, Li4Ti4.98Al0.02O11.98F0.02의 조성을 가지는 물질을 포함하는 코어; 및 상기 코어의 적어도 일부를 둘러싸되 Li2TiO3의 조성을 가지는 물질을 포함하는 쉘;로 이루어진다.
본 발명의 그 밖에 또 다른 관점에 따른 리튬이온 이차전지용 전극 소재를 제공한다. 상기 리튬이온 이차전지용 전극 소재는 티탄산리튬계 전극 활물질 입자로서, Li4Ti4.98Zr0.02O11.98F0.02의 조성을 가지는 물질을 포함하는 코어; 및 상기 코어의 적어도 일부를 둘러싸되 Li2TiO3의 조성을 가지는 물질을 포함하는 쉘;로 이루어진다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 전혁신적인 초기 방전용량, 우수한 고율방전 특성과 장수명 특성을 갖는 리튬이온 이차전지용 전극 소재를 제공하고 공정비용이 절감된 이의 제조방법을 구현할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬이온 이차전지용 전극 소재의 제조방법을 도해하는 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬이온 이차전지용 전극 소재를 개요적으로 도해하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 비교예에 따른 리튬이온 이차전지용 전극 소재의 제조방법을 개요적으로 도해하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 비교예 및 일 실시예에 따른 리튬이온 이차전지용 전극 소재의 밴드갭 에너지를 비교하여 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 비교예에 따른 리튬이온 이차전지용 전극 소재의 전기화학적 성능을 나타낸 그래프이다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬이온 이차전지용 전극 소재의 전기화학적 성능을 나타낸 그래프이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있는 것으로, 이하의 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 또한 설명의 편의를 위하여 도면에서는 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬이온 이차전지용 전극 소재의 제조방법을 도해하는 순서도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬이온 이차전지용 전극 소재를 개요적으로 도해하는 도면이다.
먼저, 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬이온 이차전지용 전극 소재의 제조방법은 티타늄옥사이드(TiO2) 분말, 리튬카보네이트(Li2CO3) 분말, 이종원소 전구체 분말 및 리튬할라이드 분말을 혼합하여 혼합분말을 형성하는 제 1 단계(S100); 및 상기 혼합분말을 열처리하여 티탄산리튬계 전극 활물질 입자를 형성하는 제 2 단계(S200); 를 포함한다.
상기 이종원소 전구체 분말은 상기 혼합분말에 이종원소(Al, Zr, Na 등)를 공급하기 위한 전구체 분말이다. 이러한 이종원소는 상기 티탄산리튬계 전극 활물질 입자의 벌크(bulk) 구조를 안정화시키기 위한 물질이다.
구체적인 예를 들어, 상기 혼합분말에 이종원소(Al)를 공급하기 위한 전구체 분말은 Al2O3 분말을 포함할 수 있다. 상기 혼합분말에 이종원소(Zr)를 공급하기 위한 전구체 분말은 ZrO2 분말을 포함할 수 있다. 상기 혼합분말에 이종원소(Na)를 공급하기 위한 전구체 분말은 Na2CO3 분말을 포함할 수 있다.
그 외에도, 상기 이종원소 전구체 분말은 상기 혼합분말에 이종원소(Ge 또는 V)를 공급하기 위한 전구체 분말로서, GeO2 분말 또는 V2O5 분말을 포함할 수도 있다.
상기 리튬할라이드(LiX; X는 F, Cl 등의 할로겐 원소) 분말은 산소결핍 구조(oxygen-deficient structure)를 유발하기 위하여 제공된다. 상기 열처리 과정에서 상기 리튬할라이드로부터 발생된 할로겐 분자(또는 원자)가 상기 티탄산리튬계 전극 활물질 입자의 외부로 빠져나가면서, 상기 티탄산리튬계 전극 활물질 입자는 표면의 적어도 일부가 산소결핍 구조(oxygen-deficient structure)를 가질 수 있다.
상기 제 1 단계(S100)에서 상기 리튬할라이드 분말은 상기 혼합분말 중에서 중량비로 4 % 이하로 한정되는 것이 바람직하다. 만약, 상기 리튬할라이드 분말이 상기 혼합분말 중에서 중량비로 4 %를 초과하는 경우, 상기 티탄산리튬계 전극 활물질 입자의 강도가 낮아져서 전극 활물질에 적용하는 것이 용이하지 않을 수 있다.
상기 제 1 단계(S100)에서 티타늄옥사이드(TiO2) 분말, 리튬카보네이트(Li2CO3) 분말, 이종원소 전구체 분말 및 리튬할라이드 분말을 고에너지의 볼밀링(Ball-milling)을 이용하여 15분 동안 고상 혼합하여 혼합분말을 형성할 수 있다.
상기 제 2 단계(S200)에서, 상기 열처리는 결정화(crystallization) 열처리로서, 800 내지 900℃의 온도에서 9 내지 11시간 동안 유지하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 열처리는 850℃의 온도에서 10시간 동안 유지하는 단계를 포함할 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬이온 이차전지용 전극 소재의 제조방법에서, 상기 이종원소 전구체 분말이 나트륨(Na)을 포함하는 경우(예를 들어, Na2CO3 분말), 상기 티탄산리튬계 전극 활물질 입자(10)는, Li3.98Na0.02Ti5O11.98F0.02의 조성을 가지는 물질을 포함하는 코어(20); 및 상기 코어의 적어도 일부를 둘러싸되 Li2TiO3의 조성을 가지는 물질을 포함하는 쉘(30);로 이루어질 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬이온 이차전지용 전극 소재의 제조방법에서, 상기 이종원소 전구체 분말이 알루미늄(Al)을 포함하는 경우(예를 들어, Al2O3 분말), 상기 티탄산리튬계 전극 활물질 입자(10)는, Li4Ti4.98Al0.02O11.98F0.02의 조성을 가지는 물질을 포함하는 코어(20); 및 상기 코어의 적어도 일부를 둘러싸되 Li2TiO3의 조성을 가지는 물질을 포함하는 쉘(30);로 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬이온 이차전지용 전극 소재의 제조방법에서, 상기 이종원소 전구체 분말이 지르코늄(Zr)을 포함하는 경우(예를 들어, ZrO2 분말), 상기 티탄산리튬계 전극 활물질 입자(10)는, Li4Ti4.98Zr0.02O11.98F0.02의 조성을 가지는 물질을 포함하는 코어(20); 및 상기 코어의 적어도 일부를 둘러싸되 Li2TiO3의 조성을 가지는 물질을 포함하는 쉘(30);로 이루어질 수 있다.
상술한 구성들에서 상기 티탄산리튬계 전극 활물질 입자(10)를 구성하는 쉘(30)은 Li2TiO3의 조성을 가지는 물질 외에도 TiO2의 조성을 가지는 물질을 더 포함할 수도 있다.
도 3은 본 발명의 비교예에 따른 리튬이온 이차전지용 전극 소재의 제조방법을 개요적으로 도해하는 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 비교예에 따른 리튬이온 이차전지용 전극 소재의 제조방법은 티탄산리튬(Li4Ti5O12, LTO) 금속산화물계 음극 소재를 제조하는 방법이다. 우선, 고가의 나노 전구체인 티타늄옥사이드(TiO2) 나노분말(<50 nm)과 리튬카보네이트(Li2CO3) 분말을 용매에 분산시켜 나노 크기의 1차 입자를 우선 제조한 후, 전처리 공정에서 얻어진 나노 크기의 1차 입자를 분무 건조하여 중간 생성된 마이크로 크기의 2차 입자를 공기나 불활성 분위기에서 최종적으로 고온 소성하여 제조한다. 티탄산리튬의 전기전도도를 향상시키기 위한 전도성 카본코팅은, 1차 입자 제조 단계나 2차 입자 제조 후 탄소 원료 물질을 첨가하여 습식 혹은 건식 공정을 이용하여 진행한다.
이러한 티탄산리튬 음극 소재 입자 나노화 및 후속 카본 표면 코팅 기술은, 나노 크기의 티탄산리튬 1차 입자와 마이크로 크기의 2차 입자로 구성된 고전도성 티탄산리튬의 제조가 가능한 반면, 입도를 정밀하게 제어하거나 입자 표면을 균일하게 코팅 처리하기 위한 높은 공정비용을 추가적으로 발생시키며 양산성도 낮다는 문제점을 수반한다. 또한, 티탄산리튬 음극 소재가 나노 크기로 미립화 되거나 티탄산리튬 입자 표면이 전도성 물질로 코팅될 경우 티탄산리튬 활물질 분말 자체의 탭밀도가 낮아져 전지의 부피당 에너지 밀도를 감소시키며, 미세 분말 고유의 특성 상 전극 제조 공정 시 활물질을 극판에 안정적으로 결착시키기 어려운 문제도 발생한다.
이러한 문제점을 극복하기 위하여 제안된 본 발명은, 리튬이온이차전지용 티탄산리튬(Li4Ti5O12, LTO) 금속산화물계 음극 소재의 입자 표면에 전도성 물질을 두껍게 코팅하는 비교예와는 달리, 마이크로 입자 크기의 티탄산리튬 입자 표면에 얇은 산소 결핍(defect)층을 형성시켜 고전도성 리튬이온 경로를 확보하는 혁신적인 입자 표면개질 기술을 적용하여 고출력 티탄산리튬 음극 소재를 제공하고자 한다. 이는 고출력 리튬이차전지의 가격을 저하시키고 양산성도 높일 수 있을 것으로 기대된다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 추가적인 후속 공정 없이 한 번의 열처리로 티탄산리튬 음극소재 입자 표면에 나노 두께를 갖는 고전도성의 Li2TiO3와 산소 결핍(defect)층을 형성함으로써, 후속 공정으로 티탄산리튬 입자 표면에 두꺼운 탄소막을 코팅하여 전기전도성을 높인 비교예와는 차별화된다. 대표적인 티탄산리튬 제조용 저가형 전구체인 마이크로 티타늄옥사이드(TiO2)와 리튬카보네이트(Li2CO3) 분말을 이종원소(Al, Zr, Na 등) 전구체 분말 및 극소량(≤4 wt%)의 LiX (X: F, Cl 등의 할로겐 원소) 분말과 혼합 후 열처리한다. 이 때, 티탄산리튬 제조를 위한 고온 열처리 중 LiX가 분해되며 기화된 할로겐 분자들이 티탄산리튬 입자 바깥으로 빠져나가며 티탄산리튬 입자 표면의 산소 결합을 손상시킴으로써, 산소 결핍된 나노 두께의 Li2TiO3 층을 티탄산리튬 입자 표면에 형성시킨다.
도 4는 본 발명의 비교예 및 일 실시예에 따른 리튬이온 이차전지용 전극 소재의 밴드갭 에너지를 비교하여 나타낸 도면이다. 도 4의 좌측은 본 발명의 비교예(도 3 참조)에 따른 리튬이온 이차전지용 전극 소재의 밴드갭 에너지를 나타낸 것이며, 도 4의 우측은 본 발명의 일 실시예(도 1 및 도 2 참조)에 따른 리튬이온 이차전지용 전극 소재의 밴드갭 에너지를 나타낸 것이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬이온 이차전지용 전극 소재의 밴드갭 에너지가 본 발명의 비교예에 따른 리튬이온 이차전지용 전극 소재의 밴드갭 에너지 보다 작음을 확인할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬이온 이차전지용 전극 소재에서는 티탄산리튬 입자 표면에 생성된 다량의 결함(defect)에 의해 Valence band가 높아져 밴드갭(band gap)이 상대적으로 줄어든다.
도 5는 본 발명의 비교예에 따른 리튬이온 이차전지용 전극 소재의 전기화학적 성능을 나타낸 그래프이고, 도 6 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬이온 이차전지용 전극 소재의 전기화학적 성능을 나타낸 그래프이다.
도 5 내지 도 8을 참조하면, 할로겐 원소가 첨가되지 않은 비교예에 의한 티탄산리튬 음극소재에서는 충방전 사이클이 진행될수록 전기화학적 특성의 편차가 상대적으로 커짐에 반하여, 본 실시예에 의한 티탄산리튬 음극소재에서는 충방전 사이클이 진행되더라도 전기화학적 특성의 편차가 상대적으로 작다는 것을 확인할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 비탄소계 표면 개질된 티탄산리튬은 입자 표면의 전자구조 제어로 전기전도도가 높으며, 생성된 결함(defect)을 따라 리튬 이온이 빠르게 이동 가능하여 이온전도도도가 향상된다. 또한, 티탄산리튬 제조를 위한 고온 열처리 시 할로겐(Halogen) 원소(F, Cl)을 함유한 소량의 신규 전구체로부터 자연 발생하는 할로겐 가스(Halogen gas) 분위기를 이용하여 티탄산리튬 입자 표면 구조를 제어하므로, 추가적인 공정(예를 들어, 수소 가스 분위기 처리)이 요구되지 않아 공정비용이 절감되며 기존 기술들과도 차별화된다. 그 결과, 혁신적 수준의 초기 방전용량(167.8 mAh g-1), 우수한 고율방전특성(94.0%, 20C vs. 0.2C) 및 장수명(99.0%@100회, 1C/1C 충방전) 특성을 갖는 고출력 티탄산리튬 음극소재를 구현할 수 있음을 확인하였다.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (9)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 티타늄옥사이드(TiO2) 분말, 리튬카보네이트(Li2CO3) 분말, 이종원소 전구체 분말 및 리튬할라이드 분말을 혼합하여 혼합분말을 형성하는 제 1 단계; 및
    상기 혼합분말을 열처리하여 티탄산리튬계 전극 활물질 입자를 형성하는 제 2 단계; 를 포함하되,
    상기 이종원소 전구체 분말은 나트륨(Na)을 포함하고,
    상기 티탄산리튬계 전극 활물질 입자는, Li3.98Na0.02Ti5O11.98F0.02의 조성을 가지는 물질을 포함하는 코어; 및 상기 코어의 적어도 일부를 둘러싸되 Li2TiO3의 조성을 가지는 물질을 포함하는 쉘;로 이루어진,
    리튬이온 이차전지용 전극 소재의 제조방법.
  5. 티타늄옥사이드(TiO2) 분말, 리튬카보네이트(Li2CO3) 분말, 이종원소 전구체 분말 및 리튬할라이드 분말을 혼합하여 혼합분말을 형성하는 제 1 단계; 및
    상기 혼합분말을 열처리하여 티탄산리튬계 전극 활물질 입자를 형성하는 제 2 단계; 를 포함하되,
    상기 이종원소 전구체 분말은 알루미늄(Al)을 포함하고,
    상기 티탄산리튬계 전극 활물질 입자는, Li4Ti4.98Al0.02O11.98F0.02의 조성을 가지는 물질을 포함하는 코어; 및 상기 코어의 적어도 일부를 둘러싸되 Li2TiO3의 조성을 가지는 물질을 포함하는 쉘;로 이루어진,
    리튬이온 이차전지용 전극 소재의 제조방법.
  6. 티타늄옥사이드(TiO2) 분말, 리튬카보네이트(Li2CO3) 분말, 이종원소 전구체 분말 및 리튬할라이드 분말을 혼합하여 혼합분말을 형성하는 제 1 단계; 및
    상기 혼합분말을 열처리하여 티탄산리튬계 전극 활물질 입자를 형성하는 제 2 단계; 를 포함하되,
    상기 이종원소 전구체 분말은 지르코늄(Zr)을 포함하고,
    상기 티탄산리튬계 전극 활물질 입자는, Li4Ti4.98Zr0.02O11.98F0.02의 조성을 가지는 물질을 포함하는 코어; 및 상기 코어의 적어도 일부를 둘러싸되 Li2TiO3의 조성을 가지는 물질을 포함하는 쉘;로 이루어진,
    리튬이온 이차전지용 전극 소재의 제조방법.
  7. 티탄산리튬계 전극 활물질 입자로서,
    Li3.98Na0.02Ti5O11.98F0.02의 조성을 가지는 물질을 포함하는 코어; 및
    상기 코어의 적어도 일부를 둘러싸되 Li2TiO3의 조성을 가지는 물질을 포함하는 쉘;
    로 이루어진,
    리튬이온 이차전지용 전극 소재.
  8. 티탄산리튬계 전극 활물질 입자로서,
    Li4Ti4.98Al0.02O11.98F0.02의 조성을 가지는 물질을 포함하는 코어; 및
    상기 코어의 적어도 일부를 둘러싸되 Li2TiO3의 조성을 가지는 물질을 포함하는 쉘;
    로 이루어진,
    리튬이온 이차전지용 전극 소재.
  9. 티탄산리튬계 전극 활물질 입자로서,
    Li4Ti4.98Zr0.02O11.98F0.02의 조성을 가지는 물질을 포함하는 코어; 및
    상기 코어의 적어도 일부를 둘러싸되 Li2TiO3의 조성을 가지는 물질을 포함하는 쉘;
    로 이루어진,
    리튬이온 이차전지용 전극 소재.
KR1020170172211A 2017-12-14 2017-12-14 리튬이온 이차전지용 전극 소재 및 그 제조방법 KR102040212B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170172211A KR102040212B1 (ko) 2017-12-14 2017-12-14 리튬이온 이차전지용 전극 소재 및 그 제조방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170172211A KR102040212B1 (ko) 2017-12-14 2017-12-14 리튬이온 이차전지용 전극 소재 및 그 제조방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190071290A KR20190071290A (ko) 2019-06-24
KR102040212B1 true KR102040212B1 (ko) 2019-11-04

Family

ID=67055902

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170172211A KR102040212B1 (ko) 2017-12-14 2017-12-14 리튬이온 이차전지용 전극 소재 및 그 제조방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102040212B1 (ko)

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101348547B1 (ko) * 2011-11-18 2014-01-09 재단법인대구경북과학기술원 표면 코팅된 리튬티탄산화물 분말 및 이의 제조방법
CN103560247B (zh) 2013-11-08 2017-02-01 深圳市贝特瑞新能源材料股份有限公司 一种车载与储能用锂离子电池负极材料及其制备方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ELECTROCHIMICA ACTA 222 (2016) 1045-1055
J. MATER. CHEM. A 2015 3 13706-13716
JOURNAL OF POWER SOURCES 263 (2014) 296-303*

Also Published As

Publication number Publication date
KR20190071290A (ko) 2019-06-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109417194B (zh) 锂二次电池用硫化物系固体电解质
EP2768051B1 (en) Silicon-based composite and method for manufacturing same
JP6595153B1 (ja) 硫化物系固体電解質粒子
KR102016788B1 (ko) 소듐 이차전지용 양극활물질, 및 이의 제조 방법
CN104736479A (zh) 经表面改性的阴极活性物质用硅纳米粒子及其制造方法
JP2009252421A (ja) 負極活物質およびその製造方法ならびに該負極活物質を備えた電池
KR102321503B1 (ko) 리튬 이차전지용 음극활물질 및 이를 포함하는 리튬 이차전지
JP6627695B2 (ja) 複合正極活物質の製造方法および複合正極活物質
WO2013146168A1 (ja) 電極材料
TWI551545B (zh) 氧化矽－碳複合材料及其製法
WO2017119457A1 (ja) 非水系電解質二次電池用正極活物質前駆体、非水系電解質二次電池用正極活物質、非水系電解質二次電池用正極活物質前駆体の製造方法、及び非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法
JP2010129470A (ja) 正極活物質の製造方法および正極活物質
JP2015146299A (ja) 固体電解質の製造方法
JP7343265B2 (ja) 非水系電解質二次電池用正極活物質前駆体、非水系電解質二次電池用正極活物質、非水系電解質二次電池用正極活物質前駆体の製造方法、及び非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法
Shiiba et al. Impact of trace extrinsic defect formation on the local symmetry transition in spinel LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4− δ systems and their electrochemical characteristics
JP2021147314A (ja) 遷移金属複合水酸化物粒子、遷移金属複合水酸化物粒子の製造方法、リチウムイオン二次電池用正極活物質、及びリチウムイオン二次電池
Arof et al. Electrochemical properties of LiMn 2 O 4 prepared with tartaric acid chelating agent
KR102259335B1 (ko) 리튬 이차 전지 음극활물질 실리콘 복합 산화물 및 이의 제조 방법
JP2004175609A (ja) リチウムイオン電池の正極に用いるコバルト酸リチウム、その製造方法およびリチウムイオン電池
KR20160105986A (ko) 축전 디바이스용 부극 활물질 및 그 제조 방법
CN112786850A (zh) 固体电解质被覆正极活性物粉末及固体电解质被覆正极活性物粉末的制造方法
KR102040212B1 (ko) 리튬이온 이차전지용 전극 소재 및 그 제조방법
Yuan et al. High‐Safety Anode Materials for Advanced Lithium‐Ion Batteries
JP2014229490A (ja) 電池用固体電解質の製造方法
EP4012797A1 (en) Precursor solution, precursor powder, method for producing electrode, and electrode

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant