KR102214514B1 - Electrode Active Material and Method for Preparing the Same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전극 활물질 및 그의 제조방법을 제공한다. 상기 전극 활물질의 제조방법은 올리빈계 나트륨 인산화물의 탈나트륨화 반응을 수행하는 단계, 상기 탈나트륨화된 올리빈계 나트륨 인산화물에 전도성 고분자를 코팅하는 단계 및 상기 고분자가 코팅된 탈나트륨화된 올리빈계 나트륨 인산화물에 나트륨 삽입 반응을 수행하여 전도성 고분자-올리빈계 나트륨 인산화물 복합체를 형성하는 단계를 포함하는 것으로, 본 발명에 따른 전극 활물질을 포함하는 이차전지는 우수한 고율 특성 및 고용량 특성 등의 전기화학적 특성이 향상되는 효과를 나타낼 수 있다.The present invention provides an electrode active material and a method of manufacturing the same. The method of preparing the electrode active material includes performing a desodiumization reaction of an olivine-based sodium phosphate, coating a conductive polymer on the desodium-based sodium phosphate, and a desodiumated olivine coated with the polymer. Comprising the step of forming a conductive polymer-olivine-based sodium phosphate complex by performing a sodium intercalation reaction on the empty sodium phosphate, and the secondary battery including the electrode active material according to the present invention has excellent high rate characteristics and high capacity characteristics. It may exhibit an effect of improving chemical properties.

Description

전극 활물질 및 이를 포함하는 이차전지 {Electrode Active Material and Method for Preparing the Same}Electrode Active Material and Secondary Battery Containing the Same {Electrode Active Material and Method for Preparing the Same}

본 발명은 이차전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전극 활물질에 관한 것이다.The present invention relates to a secondary battery, and more particularly, to an electrode active material.

이차전지는 방전 뿐 아니라 충전이 가능하여 반복적으로 사용할 수 있는 전지를 말한다. 이차전지 중 대표적인 리튬 이차전지는 양극활물질에 포함된 리튬이온이 전해질을 거쳐 음극으로 이동한 후 음극활물질의 층상 구조 내로 삽입되며(충전), 이 후 음극활물질의 층상 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 사용 가능할 것으로 예측되고 있어, 그 수요가 증대될 것으로 예상된다.A secondary battery refers to a battery that can be used repeatedly because it can be charged as well as discharged. In a typical lithium secondary battery among secondary batteries, lithium ions contained in the positive electrode active material are transferred to the negative electrode through the electrolyte and then inserted into the layered structure of the negative electrode active material (charging), and then the lithium ions inserted into the layered structure of the negative electrode active material are again It works through the principle of returning to the anode (discharge). These lithium secondary batteries are currently commercialized and used as small power sources such as mobile phones and notebook computers, and are predicted to be usable as large power sources such as hybrid vehicles, and their demand is expected to increase.

그러나, 리튬 이차전지에서 양극활물질로 주로 사용되는 복합금속산화물은 리튬 등의 희소금속원소를 포함하고 있어, 수요증대에 부응하지 못할 염려가 있다. 이에 따라, 공급량이 풍부하고 값싼 나트륨을 양극활물질로 사용하는 나트륨 이차전지에 대한 연구가 진행되고 있다. However, the composite metal oxide, which is mainly used as a cathode active material in lithium secondary batteries, contains rare metal elements such as lithium, and thus there is a fear that it cannot meet the increasing demand. Accordingly, studies on sodium secondary batteries in which supply is abundant and cheap sodium is used as a cathode active material are being conducted.

대한민국 공개특허 제2012-0133300호Republic of Korea Patent Publication No. 2012-0133300

따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 나트륨계 전극 활물질 및 그 제조방법을 제공함에 있다. 또한, 이를 이용하여 우수한 고율 특성 및 고용량 특성을 갖는 이차전지를 제공함에 있다.Accordingly, a problem to be solved by the present invention is to provide a sodium-based electrode active material and a method of manufacturing the same. In addition, it is to provide a secondary battery having excellent high rate characteristics and high capacity characteristics using this.

본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problems of the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems that are not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 활물질의 제조방법을 제공한다. 상기 전극 활물질의 제조방법은 올리빈계 나트륨 인산화물의 탈나트륨화 반응을 수행하는 단계, 상기 탈나트륨화된 올리빈계 나트륨 인산화물에 전도성 고분자를 코팅하는 단계 및 상기 고분자가 코팅된 탈나트륨화된 올리빈계 나트륨 인산화물에 나트륨 삽입 반응을 수행하여 전도성 고분자-올리빈계 나트륨 인산화물 복합체를 형성하는 단계를 포함하는 것일 수 있다. In order to achieve the above object, a method of manufacturing an electrode active material according to an embodiment of the present invention is provided. The method of preparing the electrode active material includes performing a desodiumization reaction of an olivine-based sodium phosphate, coating a conductive polymer on the desodium-based sodium phosphate, and a desodiumated olivine coated with the polymer. It may include the step of forming a conductive polymer-olivine-based sodium phosphate complex by performing a sodium intercalation reaction on the empty sodium phosphate.

상기 탈나트륨화 반응은 산화제/유기 용매의 용액 내에 상기 올리빈계 나트륨 인산화물이 첨가되어 교반시키는 방법으로 수행되며, 상기 산화제는 상기 올리빈계 나트륨 인산화물 몰수 대비 0.1 내지 0.5배로 사용되는 것일 수 있다.The desodiumization reaction is performed by adding and stirring the olivine-based sodium phosphate in a solution of an oxidizing agent/organic solvent, and the oxidizing agent may be used in an amount of 0.1 to 0.5 times the number of moles of the olivine-based sodium phosphate.

상기 산화제는 NO2BF4를 이용하는 것일 수 있다.The oxidizing agent may be one using NO 2 BF 4 .

상기 탈나트륨화 반응은 40℃ 내지 60℃의 온도 조건 하에서 수행되는 것일 수 있다.The desodiumization reaction may be performed under a temperature condition of 40°C to 60°C.

상기 전도성 고분자는 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜), 폴리아닐린(polyaniline), 폴리티오펜(polythiophene), 폴리페닐렌(polyphenylene),폴리(p-페닐렌 설파이드)(polyphenylene sulfide), 폴리파라페닐렌설파이드(polyphenylenesulfide), 폴리피롤(polypyrrole), 폴리아세틸렌(polyacethylene), 폴리 3 알킬 티오펜(poly(3-alkyl thiophene)), 폴리페닐렌비닐렌(poly(phenylenevinylene)), 폴리파라페닐렌비닐렌(poly(pphenylenevinylene)), 폴리 티에닐렌비닐렌(poly(thienylenevinylene)), 폴리파라페닐렌(poly(pphenylene)), 폴리아줄렌(polyazulene), 폴리퓨란(polyfuran), 폴리셀레노펜(polyselenophenes), 폴리텔루로펜(polytellurophene) 이들 2종 이상의 혼합물 또는 공중합체를 포함하는 것일 수 있다. The conductive polymer is poly(3,4-ethylenedioxythiophene), polyaniline, polythiophene, polyphenylene, poly(p-phenylene sulfide), polypara Phenylene sulfide, polypyrrole, polyacethylene, poly(3-alkyl thiophene), poly(phenylenevinylene), polyparaphenylene vinyl Poly(pphenylenevinylene), poly(thienylenevinylene), poly(pphenylene), polyazulene, polyfuran, polyselenophenes, Polytellurophene (polytellurophene) It may be one containing a mixture or copolymer of two or more of these.

상기 전도성 고분자 코팅은 상기 탈나트륨화된 올리빈계 나트륨 인산화물을 전도성 고분자의 모노머 용액에 침지시키는 방법으로 수행되는 것일 수 있다.The conductive polymer coating may be performed by immersing the desodiumated olivine-based sodium phosphate in a monomer solution of the conductive polymer.

상기 전도성 고분자 모노머 용액에 도펀트 물질을 추가하는 것일 수 있다. It may be to add a dopant material to the conductive polymer monomer solution.

상기 도펀트 물질은 퍼설페이트(persulfate)를 포함하는 것일 수 있다. The dopant material may include persulfate.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 활물질을 제공한다. 상기 전극 활물질은 올리빈계 나트륨 인산화물 및 상기 올리빈계 나트륨 인산화물이 전도성 고분자로 코팅되어 있는 것일 수 있다.In order to achieve the above object, an electrode active material according to another embodiment of the present invention is provided. The electrode active material may be an olivine-based sodium phosphate and the olivine-based sodium phosphate coated with a conductive polymer.

상기 올리빈계 나트륨 인산화물은 하기 화학식 1로 나타내어지는 것일 수 있다. The olivine-based sodium phosphate may be represented by Formula 1 below.

상기 화학식 1로 나타내어지는 전극 활물질은 하기 화학식 2 또는 화학식 3일 수 있다.The electrode active material represented by Formula 1 may be Formula 2 or Formula 3.

상기 전도성 고분자는 상기 올리빈계 나트륨 인산화물의 전체 중량을 기준으로 1 내지 25 중량%로 코팅되는 것일 수 있다.The conductive polymer may be coated in an amount of 1 to 25% by weight based on the total weight of the olivine-based sodium phosphate.

상기 전도성 고분자는 상기 올리빈계 나트륨 인산화물의 표면에 2 내지 30nm의 두께로 코팅층을 형성하는 것일 수 있다.The conductive polymer may be one to form a coating layer with a thickness of 2 to 30 nm on the surface of the olivine-based sodium phosphate.

상술한 바와 같이 본 발명은 전극 활물질로서 올리빈계 나트륨 인산화물 상에 고분자를 코팅하여 우수한 고율 특성 및 고용량 특성 등의 전기화학적 특성이 향상되는 효과를 나타낼 수 있다.As described above, the present invention may exhibit an effect of improving electrochemical properties such as excellent high rate characteristics and high capacity characteristics by coating a polymer on olivine sodium phosphate as an electrode active material.

그러나, 본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the effects of the present invention are not limited to the effects mentioned above, and other effects that are not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 활물질의 제조방법에 대한 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지를 나타낸 개략도이다.
도 3은 pristine Na2FePO4F 및 전극 활물질 제조예에 따라 제조된 PEDOT- Na2FePO4F 복합체의 FT-IR(푸리에 변환 적외선 분광법) 분석 결과를 나타낸 그래프이다.
도 4는 전극 활물질 제조예에 따라 제조된 PEDOT-Na2FePO4F 복합체의 HRTEM(High resolution transmission electron microscopy) 이미지이다.
도 5a, 도 5b는 각각 전극 활물질 제조예에 따라 제조된 PEDOT-Na2FePO4F 복합체의 EDX(Energy-dispersive X-ray spectroscopy) 분석 결과를 나타낸 이미지이다.
도 6은 pristine Na2FePO4F 및 전극 활물질 제조예에 따라 제조된 PEDOT-Na2FePO4F 복합체의 EIS(Electrochemical impedance spectroscopy) 결과 분석을 나타낸 그래프이다.
도 7은 pristine Na2FePO4F, 전극 활물질 제조예에서 얻어지는 Na2-xFePO4F 및 전극 활물질 제조예에 따라 제조된 PEDOT-Na2FePO4F 복합체의 XRD(X-ray diffraction) 분석 결과를 나타낸 그래프이다.
도 8은 전극 활물질 제조예에 따라 제조된 PEDOT-Na2FePO4F 복합체의 XRD(X-ray diffraction) 분석 결과를 나타낸 그래프이다.
도 9는 이차전지 제조예 및 이차전지 비교예에 따라 제조된 이차전지의 C-rate에 따른 충방전 특성을 나타낸 그래프이다. 이 때, 충전은 4.2V까지 행하였으며, 방전은 2.0V까지 이루어졌으며, 1C은 124mA/g로 수행하였다.
도 10 및 도 11은 이차전지 비교예에 따라 제조된 이차전지의 사이클 횟수에 따른 충방전용량 및 쿨롱효율을 나타낸 그래프이다.
1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing an electrode active material according to an embodiment of the present invention.
2 is a schematic diagram showing a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
3 is a graph showing the results of FT-IR (Fourier Transform Infrared Spectroscopy) analysis of the PEDOT-Na 2 FePO 4 F composite prepared according to the preparation example of pristine Na 2 FePO 4 F and an electrode active material.
4 is a high resolution transmission electron microscopy (HRTEM) image of a PEDOT-Na 2 FePO 4 F composite prepared according to an electrode active material preparation example.
5A and 5B are images showing the results of energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX) analysis of the PEDOT-Na 2 FePO 4 F composite prepared according to the preparation example of the electrode active material, respectively.
6 is a graph showing an EIS (electrochemical impedance spectroscopy) result analysis of a pristine Na 2 FePO 4 F and PEDOT-Na 2 FePO 4 F composite prepared according to Preparation Example of an electrode active material.
7 is an X-ray diffraction (XRD) analysis result of pristine Na 2 FePO 4 F, Na 2-x FePO 4 F obtained in Preparation Example of electrode active material and PEDOT-Na 2 FePO 4 F composite prepared according to Preparation Example of electrode active material It is a graph showing.
8 is a graph showing the results of XRD (X-ray diffraction) analysis of the PEDOT-Na 2 FePO 4 F composite prepared according to the preparation example of an electrode active material.
9 is a graph showing charge and discharge characteristics according to C-rate of a secondary battery manufactured according to a secondary battery manufacturing example and a secondary battery comparative example. At this time, charging was performed up to 4.2V, discharging was performed up to 2.0V, and 1C was performed at 124mA/g.
10 and 11 are graphs showing charge and discharge capacity and coulomb efficiency according to the number of cycles of a secondary battery manufactured according to a secondary battery comparative example.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.In the present invention, various modifications may be made and various embodiments may be provided, and specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail. However, this is not intended to limit the present invention to a specific embodiment, it is to be understood to include all changes, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.When a component is referred to as being "connected" or "connected" to another component, it is understood that it may be directly connected or connected to the other component, but other components may exist in the middle. Should be. On the other hand, when a component is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another component, it should be understood that there is no other component in the middle.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the present application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In the present application, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate the presence of features, numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but one or more other features. It is to be understood that the presence or addition of elements or numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof, does not preclude in advance.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. Terms as defined in a commonly used dictionary should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related technology, and should not be interpreted as an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in the present application. Does not.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. In describing the present invention, in order to facilitate an overall understanding, the same reference numerals are used for the same elements in the drawings, and duplicate descriptions for the same elements are omitted.

전극 활물질Electrode active material

본 발명의 일 실시예에 따른 전극 활물질은 전도성 고분자로 코팅되어 있는 올리빈계 나트륨 인산화물로서, 올리빈계 나트륨 인산화물은 하기 화학식 1로 나타낼 수 있다.The electrode active material according to an embodiment of the present invention is an olivine-based sodium phosphate coated with a conductive polymer, and the olivine-based sodium phosphate may be represented by Formula 1 below.

[화학식 1][Formula 1]

NaxMy(PO4)a(P2O7)bXz Na x M y (PO 4 ) a (P 2 O 7 ) b X z

상기 화학식 1에서, x는 1 내지 9의 정수일 수 있다. 일 예로서, x는 2 내지 7의 정수일 수 있다. 자세하게는, 2 내지 4의 정수일 수 있다. M은 전이 금속(transition metal) 또는 전이후 금속(post-transition metal)일 수 있으며, 예를 들어, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nd, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Pb, Ag, Cd, Al, Ga, In, Sn, 또는 Bi일 수 있다. 바람직하게는, Fe 또는 V일 수 있다. y는 1 내지 4의 정수일 수 있다. a는 1 내지 3의 정수일 수 있다. b는 0 내지 4의 정수일 수 있다. X는 N, O, F 또는 S일 수 있으며, z는 0 내지 4의 정수일 수 있다. 화학식 1을 만족하는 올리빈계 나트륨 인산화물의 일 예로서, Na9V3(PO4)2(P2O7)3, Na7V4(PO4)(P2O7)4, Na4Fe3(PO4)2(P2O7), Na3V2(PO4)3F3, Na3V2(PO4)3 또는 Na2Fe(PO4)F일 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.In Formula 1, x may be an integer of 1 to 9. As an example, x may be an integer of 2 to 7. Specifically, it may be an integer of 2 to 4. M may be a transition metal or a post-transition metal, for example, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, It may be Nd, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Pb, Ag, Cd, Al, Ga, In, Sn, or Bi. Preferably, it may be Fe or V. y may be an integer from 1 to 4. a may be an integer of 1 to 3. b may be an integer from 0 to 4. X may be N, O, F, or S, and z may be an integer from 0 to 4. As an example of an olivine-based sodium phosphate satisfying Formula 1, Na 9 V 3 (PO 4 ) 2 (P 2 O 7 ) 3 , Na 7 V 4 (PO 4 )(P 2 O 7 ) 4 , Na 4 Fe 3 (PO 4 ) 2 (P 2 O 7 ), Na 3 V 2 (PO 4 ) 3 F 3, Na 3 V 2 (PO 4 ) 3 or Na 2 Fe(PO 4 )F, limited to this It does not become.

일 예에 따라, 상기 올리빈계 나트륨 인산화물은 하기 화학식 2로 나타낼 수 있다.According to an example, the olivine-based sodium phosphate may be represented by Formula 2 below.

[화학식 2][Formula 2]

NaxMy(PO4)aXz Na x M y (PO 4 ) a X z

상기 화학식 2에서, x는 2 내지 7의 정수일 수 있다. 자세하게는, 2 내지 4의 정수일 수 있다. M은 전이금속(transition metal) 또는 전이후 금속(post-transition metal)일 수 있으며, 예를 들어, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nd, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Pb, Ag, Cd, Al, Ga, In, Sn, 또는 Bi일 수 있다. 바람직하게는, Fe 또는 V일 수 있다. y는 1 내지 4의 정수일 수 있다. 일 예로서, y는 2 또는 3일 수 있다. a는 1 내지 3의 정수일 수 있다. X는 N, O, F 또는 S일 수 있으며, z는 0 내지 4의 정수일 수 있다. 화학식 2를 만족하는 올리빈계 나트륨 인산화물의 일 예로서, Na3V2(PO4)3F3, Na3V2(PO4)3 또는 Na2Fe(PO4)F일 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.In Formula 2, x may be an integer of 2 to 7. Specifically, it may be an integer of 2 to 4. M may be a transition metal or a post-transition metal, for example, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, It may be Nd, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Pb, Ag, Cd, Al, Ga, In, Sn, or Bi. Preferably, it may be Fe or V. y may be an integer from 1 to 4. As an example, y may be 2 or 3. a may be an integer of 1 to 3. X may be N, O, F, or S, and z may be an integer from 0 to 4. As an example of an olivine-based sodium phosphate that satisfies Formula 2, it may be Na 3 V 2 (PO 4 ) 3 F 3, Na 3 V 2 (PO 4 ) 3 or Na 2 Fe(PO 4 )F, and thus It is not limited.

다른 예에 따라, 상기 올리빈계 나트륨 인산화물은 하기 화학식 3으로 나타낼 수 있다.According to another example, the olivine-based sodium phosphate may be represented by Formula 3 below.

[화학식 3][Formula 3]

Na2Fe(PO4)FNa 2 Fe(PO 4 )F

상기 올리빈계 나트륨 인산화물은 전도성 고분자로 코팅되는 것일 수 있다. 전도성 고분자의 예에는 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜), 폴리아닐린(polyaniline), 폴리티오펜(polythiophene), 폴리페닐렌(polyphenylene),폴리(p-페닐렌 설파이드)(polyphenylene sulfide), 폴리파라페닐렌설파이드(polyphenylenesulfide), 폴리피롤(polypyrrole), 폴리아세틸렌(polyacethylene), 폴리 3-알킬 티오펜(poly(3-alkyl thiophene)), 폴리페닐렌비닐렌(poly(phenylenevinylene)), 폴리파라페닐렌비닐렌(poly(pphenylenevinylene)), 폴리 티에닐렌비닐렌(poly(thienylenevinylene)), 폴리파라페닐렌(poly(pphenylene)), 폴리아줄렌(polyazulene), 폴리퓨란(polyfuran), 폴리셀레노펜(polyselenophenes), 폴리텔루로펜(polytellurophene) 이들 2종 이상의 혼합물 또는 공중합체가 포함될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. The olivine-based sodium phosphate may be coated with a conductive polymer. Examples of conductive polymers include poly(3,4-ethylenedioxythiophene), polyaniline, polythiophene, polyphenylene, polyphenylene sulfide, polyphenylene sulfide, and polythiophene. Paraphenylenesulfide, polypyrrole, polyacethylene, poly(3-alkyl thiophene), poly(phenylenevinylene), polyparaphenyl Poly(pphenylenevinylene), poly(thienylenevinylene), poly(pphenylene), polyazulene, polyfuran, polyselenophenes ), polytellurophene, a mixture or copolymer of two or more of these may be included, but is not limited thereto.

전도성 고분자는 도펀트(dopant)를 사용하여 도핑함으로써, 전기 전도도가 향상될 수 있다. 도펀트는 고분자의 파이 궤도 함수의 일부에 전하를 제공하거나 제거하여 전하 운송체 역할을 하는 물질로서, 전하 균형을 유지시켜줄 수 있는 반대 전하(counter ion)역할을 수행하는 것일 수 있다. 전도성 고분자에 전하를 제공하는 경우 n-도핑(n-type doping)일 수 있으며, 전도성 고분자로부터 전하를 제거하는 경우 p-도핑(p-type doping)일 수 있다. 일 예로서, 전도성 고분자가 p-도핑되는 경우, 반대 전하로 퍼설페이트(persulfate), 토실레이트(tosylate), 클로라이드(chloride) 또는 폴리스타이렌설포네이트(polystyrene sulfonate)를 이용할 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.By doping the conductive polymer using a dopant, electrical conductivity may be improved. A dopant is a material that acts as a charge transporter by providing or removing a charge to a part of a phi orbital function of a polymer, and may be a counter ion capable of maintaining a charge balance. In the case of providing electric charge to the conductive polymer, it may be n-type doping, and in the case of removing the electric charge from the conductive polymer, it may be p-type doping. As an example, when the conductive polymer is p-doped, persulfate, tosylate, chloride, or polystyrene sulfonate may be used as an opposite charge, but is not limited thereto. .

상기 전도성 고분자는 올리빈계 나트륨 인산화물의 전체 중량을 기준으로 1 내지 25 중량%로 코팅되는 것일 수 있다. 일 예로서, 5 내지 20 중량%로 코팅되는 것일 수 있으며, 더 자세하게는 10 내지 15 중량%로 코팅되는 것일 수 있다. 코팅량이 상기 수치 범위 내에 있는 경우 올리빈계 나트륨 인산화물의 전기 전도도가 향상될 수 있으며, 전극 활물질의 양이 적어져 이를 포함하는 이차전지의 용량이 줄어드는 문제가 발생하지 않을 수 있다.The conductive polymer may be coated in an amount of 1 to 25% by weight based on the total weight of the olivine-based sodium phosphate. As an example, it may be coated with 5 to 20% by weight, and more specifically, may be coated with 10 to 15% by weight. When the coating amount is within the above numerical range, the electrical conductivity of the olivine-based sodium phosphate may be improved, and the amount of the electrode active material may be reduced, so that the capacity of the secondary battery including the same may not be reduced.

상기 전도성 고분자는 올리빈계 나트륨 인산화물의 표면에 2 내지 30nm의 두께로 비정질(amorphous)의 코팅층을 형성하는 것일 수 있다. 자세하게는, 2 내지 8nm일 수 있다. 상기 코팅 두께에 관한 수치 범위의 상한 값을 초과하는 경우, 나트륨 이온의 이동을 방해할 수 있다. 또한, 하한 값 미만인 경우에는 균일한 코팅이 어려워 전기 전도성을 충분히 확보하기 어려울 수 있다.The conductive polymer may be one that forms an amorphous coating layer with a thickness of 2 to 30 nm on the surface of olivine-based sodium phosphate. Specifically, it may be 2 to 8 nm. When the upper limit of the numerical range for the coating thickness is exceeded, movement of sodium ions may be hindered. In addition, if it is less than the lower limit, it may be difficult to sufficiently secure electrical conductivity because uniform coating is difficult.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 활물질의 제조방법에 대한 흐름도이다. 1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing an electrode active material according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 올리빈계 나트륨 인산화물의 탈나트륨화 반응을 수행하는 단계(S100)를 포함할 수 있다. 탈나트륨화 반응은 산화제/유기 용매의 용액 내에 올리빈계 나트륨 인산화물이 첨가되어 교반시키는 방법으로 이루질 수 있다. 올리빈계 나트륨 인산화물은 상기의 화학식 1, 화학식 2 또는 화학식 3으로 나타낼 수 있다.Referring to FIG. 1, a step of performing a desodiumization reaction of olivine-based sodium phosphate (S100) may be included. The desodiumization reaction may be accomplished by adding an olivine-based sodium phosphate in a solution of an oxidizing agent/organic solvent, followed by stirring. The olivine-based sodium phosphate may be represented by Chemical Formula 1, Chemical Formula 2, or Chemical Formula 3.

탈나트륨화 반응에 이용되는 산화제는 NO2BF4일 수 있다. 산화제는 올리빈계 나트륨 인산화물 몰수 대비 0.1 내지 0.5배로 사용되는 것일 수 있다. 일 예로서, 0.2 내지 0.4배일 수 있으며, 바람직하게는 0.3배로 사용되는 것일 수 있다. 상기 수치를 만족한 경우, 올리빈계 나트륨 인산화물이 충분히 탈나트륨화 반응을 진행할 수 있다. 유기 용매는 아세토니트릴, 헥산올, 에탄올, 메탄올 또는 이들의 조합일 수 있다. 바람직하게는, 유기 용매로 아세토니트릴을 이용할 수 있다. The oxidizing agent used in the desodiumization reaction may be NO 2 BF 4 . The oxidizing agent may be used in an amount of 0.1 to 0.5 times the number of moles of olivine sodium phosphate. As an example, it may be 0.2 to 0.4 times, preferably 0.3 times. When the above value is satisfied, the olivine-based sodium phosphate can sufficiently proceed with the desodiumization reaction. The organic solvent may be acetonitrile, hexanol, ethanol, methanol, or a combination thereof. Preferably, acetonitrile can be used as the organic solvent.

이 때, 탈나트륨화 반응은 40℃ 내지 60℃의 온도 조건 하에서 수행되는 것일 수 있다. 또한, 비반응성 기체 분위기 하에서 수행되는 것일 수 있다. 비반응성 기체 분위기의 일 예로서, 질소(N2) 또는 아르곤(Ar) 분위기를 말하는 것일 수 있다. In this case, the desodiumization reaction may be performed under a temperature condition of 40°C to 60°C. In addition, it may be performed under a non-reactive gas atmosphere. As an example of a non-reactive gas atmosphere, it may refer to a nitrogen (N 2 ) or argon (Ar) atmosphere.

본 발명의 일 실시예에 따른 탈나트륨화 반응은 하기의 반응식 1로 나타내어질 수 있다.The desodiumization reaction according to an embodiment of the present invention may be represented by Reaction Scheme 1 below.

[반응식 1][Scheme 1]

NaxMy(PO4)a(P2O7)bXz + rNO2BF4 → Nax-rMy(PO4)a(P2O7)bXz + rNaBF4 + rNO2 Na x M y (PO 4 ) a (P 2 O 7 ) b X z + rNO 2 BF 4 → Na xr M y (PO 4 ) a (P 2 O 7 ) b X z + rNaBF 4 + rNO 2

상기 반응식 1에서 x, M, y, a, b, X 및 z는 상기 화학식 1에서 나타낸 바와 같다. 또한, r은 x와 같거나 x보다 작은 값을 나타내는 것이다.In Reaction Scheme 1, x, M, y, a, b, X and z are as shown in Formula 1. Also, r represents a value equal to or smaller than x.

상기 탈나트륨화된 올리빈계 나트륨 인산화물을 아세토니트릴 등의 용액으로 세척하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.It may further include washing the desodium olivine-based sodium phosphate with a solution such as acetonitrile.

탈나트륨화된 올리빈계 나트륨 인산화물에 전도성 고분자를 코팅하는 단계(S200)를 포함할 수 있다. 전도성 고분자 코팅은 탈나트륨화된 올리빈계 나트륨 인산화물을 전도성 고분자의 모노머 용액에 침지시켜 중합하는 것일 수 있다. 중합시키는 방법으로는 화학적 중합, 전기화학적 중합, 열중합 등이 이용될 수 있다. 여기서, 화학적 중합은 산화중합으로, 산화제를 전도성 고분자 모노머 용액에 첨가하여 중합이 용이하도록 모노머를 산화시킨 다음, 전도성 고분자로 중합시키는 것일 수 있다. It may include a step (S200) of coating a conductive polymer on the desodium olivine-based sodium phosphate. The conductive polymer coating may be polymerized by immersing desodium olivine-based sodium phosphate in a monomer solution of a conductive polymer. Chemical polymerization, electrochemical polymerization, thermal polymerization, etc. may be used as a polymerization method. Herein, the chemical polymerization may be oxidation polymerization, in which an oxidizing agent is added to a conductive polymer monomer solution to oxidize the monomer to facilitate polymerization, and then polymerize into a conductive polymer.

또한, 상기 전도성 고분자 모노머 용액에 도펀트(dopant) 물질을 추가할 수 있다. 일 예로서, 전도성 고분자의 p-도핑을 위하여, 도펀트 물질로 산화제를 이용할 수 있다. 산화제의 일 예로서, 소듐 퍼설페이트(Sodium persulfate), 포타슘 퍼설페이트(K2S2O8) 또는 암모늄 퍼설페이트((NH4)2S2O8)일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 산화제는 도판트로서 전기 전도도를 향상시키는 역할을 수행할 수 있으며, 나아가 모노머의 산화 중합을 개시하는 역할을 수행할 수도 있다. 따라서, 전도성 고분자 모노머의 양이온과 반대 전하(counter ion)가 전기적 인력에 의해 긴 사슬 형태로 중합되어 전도성 고분자를 형성하고, 모노머가 p-도핑되어 전기적 특성이 향상될 수 있다. In addition, a dopant material may be added to the conductive polymer monomer solution. As an example, for p-doping of the conductive polymer, an oxidizing agent may be used as a dopant material. As an example of the oxidizing agent, sodium persulfate, potassium persulfate (K 2 S 2 O 8 ), or ammonium persulfate ((NH 4 ) 2 S 2 O 8 ) may be used, but is not limited thereto. The oxidizing agent as a dopant may serve to improve electrical conductivity, and further, may serve to initiate oxidation polymerization of the monomer. Accordingly, the cation and the counter ion of the conductive polymer monomer are polymerized in a long chain form by electrical attraction to form a conductive polymer, and the monomer is p-doped to improve electrical properties.

또한, 올리빈계 나트륨 인산화물 내에 포함된 전이금속(M)은 올리빈계 나트륨 인산화물이 탈나트륨화됨에 따라 산화수가 증가할 수 있으며, 그 결과 산화된 전이금속은 이온성 산화제로서 전도성 고분자 모노머의 중합을 촉진시키는 역할을 수행할 수 있다. In addition, the transition metal (M) contained in the olivine-based sodium phosphate may increase the number of oxidation as the olivine-based sodium phosphate is desodiumated, and as a result, the oxidized transition metal is an ionic oxidizing agent and polymerization of conductive polymer monomers. Can play a role in promoting

이에 따라, 상기 전도성 고분자의 모노머가 탈나트륨화된 올리빈계 나트륨 인산화물의 표면에 중합됨으로써, 탈나트륨화된 올리빈계 나트륨 인산화물에 코팅되어 피막을 형성하는 것일 수 있다.Accordingly, the monomer of the conductive polymer may be polymerized on the surface of the desodium olivine-based sodium phosphate, thereby being coated on the desodium olivine-based sodium phosphate to form a film.

일 예로서, 전도성 고분자의 모노머인 EDOT(3,4-ethylenedioxythiophene)이 탈나트륨화된 올리빈계 나트륨 인산화물의 표면에서 중합되어 코팅될 수 있다. 표면에 코팅된 전도성 고분자는 PEDOT으로, 이는 반대 전하(counter ion)로 퍼설페이트(S2O8 2-, persulfate)을 이용하여 p-도핑될 수 있으며, 그 결과 PEDOT 고분자의 전기전도도가 향상될 수 있다.As an example, EDOT (3,4-ethylenedioxythiophene), which is a monomer of a conductive polymer, may be polymerized on the surface of desodium olivine-based sodium phosphate to be coated. The conductive polymer coated on the surface is PEDOT, which can be p-doped using persulfate (S 2 O 8 2- , persulfate) with a counter ion, and as a result, the electrical conductivity of the PEDOT polymer is improved. I can.

상기 전도성 고분자가 코팅된 탈나트륨화된 올리빈계 나트륨 인산화물에 나트륨 삽입 반응을 수행하는 단계(S300)를 포함할 수 있다. 그 결과 전도성 고분자-올리빈계 나트륨 인산화물 복합체가 형성될 수 있다. 나트륨 삽입 반응은 NaI/유기 용매의 용액을 이용하여 수행할 수 있다. 즉, 나트륨 삽입 반응은 산화제/유기 용매의 용액 내에 탈나트륨화된 올리빈계 나트륨 인산화물이 첨가되어 교반시키는 방법으로 이루질 수 있다. 유기 용매는 아세토니트릴, 헥산올, 에탄올, 메탄올 또는 이들의 조합일 수 있다. 바람직하게는, 유기 용매로 아세토니트릴을 이용할 수 있다. 이 때, 교반은 비반응성 기체 분위기 하에서 수행될 수 있다.It may include the step (S300) of performing a sodium insertion reaction in the desodium olivine-based sodium phosphate coated with the conductive polymer. As a result, a conductive polymer-olivine-based sodium phosphate complex may be formed. The sodium intercalation reaction can be carried out using a solution of NaI/organic solvent. That is, the sodium intercalation reaction may be achieved by adding desodium olivine-based sodium phosphate in a solution of an oxidizing agent/organic solvent, followed by stirring. The organic solvent may be acetonitrile, hexanol, ethanol, methanol, or a combination thereof. Preferably, acetonitrile can be used as the organic solvent. At this time, the stirring may be performed under a non-reactive gas atmosphere.

본 발명에 따라 고분자를 코팅하는 경우 저온 공정방법을 통해 수행되는 것일 수 있다. 따라서, 전기전도성을 향상시키기 위하여 탄소를 코팅하는 경우와는 달리, 환경오염의 문제가 되는 휘발성 물질(VOCs, CO, CO2 등)이 발생되지 않을 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 제조 방법을 이용하여 전극 활물질을 제조하는 경우, 오염의 위험성이 억제될 수 있다.When the polymer is coated according to the present invention, it may be performed through a low-temperature process method. Therefore, unlike the case of coating carbon in order to improve electrical conductivity, volatile substances (VOCs, CO, CO 2, etc.) that cause environmental pollution may not be generated. Therefore, when the electrode active material is manufactured by using the manufacturing method according to an exemplary embodiment of the present invention, the risk of contamination may be suppressed.

아래에서는 적용 가능한 이차전지 중 나트륨 이차전지에 대하여 설명하도록 한다.Hereinafter, a sodium secondary battery will be described among applicable secondary batteries.

나트륨 이차전지Sodium secondary battery

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지를 나타낸 개략도이다.2 is a schematic diagram showing a secondary battery according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 이차전지(100)는 알칼리 금속이 탈삽입될 수 있는 음극 활물질을 함유하는 음극 활물질층(120), 위에서 설명한 양극 활물질을 함유하는 양극 활물질층(140) 및 이들 사이에 개재된 세퍼레이터(130)를 포함한다. 음극 활물질층(120)과 세퍼레이터(130) 사이 및 양극 활물질층(140)과 세퍼레이터(130) 사이에는 전해질(160)이 배치 또는 충전될 수 있다. 음극 활물질층(120)은 음극 집전체(110) 상에 배치될 수 있고, 양극 활물질층(140)은 양극 집전체(150) 상에 배치될 수 있다.Referring to FIG. 2, the secondary battery 100 includes a negative active material layer 120 containing a negative active material into which an alkali metal can be removed, a positive active material layer 140 containing the positive active material described above, and interposed therebetween. It includes the separated separator 130. The electrolyte 160 may be disposed or charged between the negative active material layer 120 and the separator 130 and between the positive active material layer 140 and the separator 130. The negative active material layer 120 may be disposed on the negative current collector 110, and the positive active material layer 140 may be disposed on the positive current collector 150.

<양극><Anode>

양극은 상기에서 설명한 전극 활물질, 도전재 및 결합제를 혼합하여 양극 재료를 얻어 제조되는 것일 수 있다.The positive electrode may be prepared by mixing the electrode active material, a conductive material, and a binder described above to obtain a positive electrode material.

도전재는 전극에 도전성을 향상시키기 위하여 이용되는 것으로, 본 발명에 따라 구성되는 이차전지에 있어서 화학변화를 야기하지 않고 전자 전도성의 특성을 부여할 수 있는 재료이면 사용가능하다. 바람직하게는 흑연계 물질, 카본계 물질, 금속계 또는 금속 화합물계 물질 및 전도성 고분자 중에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 포함할 수 있다. 상기 흑연계 물질의 일 예로서, 인조 흑연 또는 천연 흑연일 수 있다. 상기 카본계 물질의 일 예로서, Super P carbon black, 케첸 블랙(Ketjen black). 덴카 블랙(Denka black), 아세틸렌 블랙, 카본 블랙 등 일 수 있다. 상기 금속계 또는 금속 화합물계 물질로는 산화주석, 인산주석, 산화티타늄 또는 페로브스카이트 물질 일 수 있다. 또한, 도전재의 물질은 이에 한정되는 것이 아니다. 이 때, 도전재의 함량은 적절하게 조절하여 사용할 수 있으며, 일 예로서 도전재는 양극 활물질 100 중량부에 대해 10 내지 30 중량부로 함유되는 것일 수 있다.The conductive material is used to improve the conductivity of the electrode, and any material capable of imparting electronic conductivity characteristics without causing chemical changes in the secondary battery constructed according to the present invention can be used. Preferably, it may include one or a mixture of two or more selected from a graphite-based material, a carbon-based material, a metal-based or metal compound-based material, and a conductive polymer. As an example of the graphite-based material, artificial graphite or natural graphite may be used. As an example of the carbon-based material, Super P carbon black, Ketjen black. It may be Denka black, acetylene black, carbon black, or the like. The metal or metal compound-based material may be a tin oxide, tin phosphate, titanium oxide, or perovskite material. In addition, the material of the conductive material is not limited thereto. In this case, the content of the conductive material may be appropriately adjusted and used, and as an example, the conductive material may be contained in an amount of 10 to 30 parts by weight based on 100 parts by weight of the positive electrode active material.

결합제는 열가소성 수지 예를 들어, 폴리불화비닐리덴, 폴리테트라플루오로에틸렌, 사불화에틸렌, 불화비닐리덴계 공중합체, 육불화프로필렌 등의 불소 수지, 및/또는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀 수지를 포함할 수 있다. 결합제는 상기 양극 활물질 100 중량부에 대해 2 내지 9 중량부로 함유되는 것일 수 있다.The binder is a thermoplastic resin such as polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, tetrafluoroethylene, vinylidene fluoride copolymer, fluorine resin such as propylene hexafluoride, and/or polyolefin resin such as polyethylene and polypropylene. Can include. The binder may be contained in an amount of 2 to 9 parts by weight based on 100 parts by weight of the positive electrode active material.

상기에 따라 얻어진 양극 활물질과 결합제를 용매에 녹여 슬러리를 제조할 수 있다. 얻어진 슬러리를 양극 집전체 상에 도포하여 양극을 형성할 수 있다. 양극 집전체는 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 스테인레스스틸(SUS), 몰리브데늄(Mo) 등의 도전체일 수 있다. 슬러리를 양극 집전체 상에 도포하는 것은 가압 성형, 또는 유기 용매등을 사용하여 페이스트를 만든 후 이 페이스트를 집전체 상에 도포하고 프레스하여 고착화하는 방법을 사용할 수 있다. 유기 용매는 N,N-디메틸아미노프로필아민, 디에틸트리아민 등의 아민계; 에틸렌옥시드, 테트라히드로푸란 등의 에테르계; 메틸에틸케톤 등의 케톤계; 아세트산메틸 등의 에스테르계; 디메틸아세트아미드, N-메틸-2-피롤리돈 등의 비양성자성 극성 용매 등일 수 있다. 페이스트를 양극 집전체 상에 도포하는 것은 예를 들면, 그라비아 코팅법, 슬릿다이 코팅법, 나이프 코팅법, 스프레이 코팅법을 사용하여 수행할 수 있다.A slurry may be prepared by dissolving the positive electrode active material and the binder obtained according to the above in a solvent. The resulting slurry can be applied on a positive electrode current collector to form a positive electrode. The positive electrode current collector may be a conductor such as aluminum (Al), nickel (Ni), stainless steel (SUS), or molybdenum (Mo). Applying the slurry on the positive electrode current collector may be a method of forming a paste using pressure molding or an organic solvent, and then applying the paste on the current collector and pressing to fix it. Examples of the organic solvent include amines such as N,N-dimethylaminopropylamine and diethyltriamine; Ethers such as ethylene oxide and tetrahydrofuran; Ketone systems such as methyl ethyl ketone; Esters such as methyl acetate; It may be an aprotic polar solvent such as dimethylacetamide and N-methyl-2-pyrrolidone. Applying the paste onto the positive electrode current collector may be performed using, for example, a gravure coating method, a slit die coating method, a knife coating method, or a spray coating method.

<음극><cathode>

음극 활물질은 나트륨 이온을 탈삽입하거나 컨버전(conversion) 반응을 일으킬 수 있는 금속, 금속 합금, 금속 산화물, 금속 불화물, 금속 황화물, 및 천연 흑연, 인조 흑연, 코크스류, 카본 블랙, 탄소나노튜브, 그라핀 등의 탄소 재료 등을 사용하여 형성할 수도 있다. The negative electrode active material includes metals, metal alloys, metal oxides, metal fluorides, metal sulfides, and natural graphite, artificial graphite, coke, carbon black, carbon nanotubes, and graphite capable of deintercalating sodium ions or causing a conversion reaction. It can also be formed using carbon materials such as fins.

음극 활물질, 도전재 및 결합제를 혼합하여 음극 재료를 얻을 수 있다. 이 때, 도전재는 천연 흑연, 인조 흑연, 코크스류, 카본 블랙, 탄소 나노튜브, 그라핀 등의 탄소 재료일 수 있다. 결합제는 열가소성 수지 예를 들어, 폴리불화비닐리덴, 폴리테트라플루오로에틸렌, 사불화에틸렌, 불화비닐리덴계 공중합체, 육불화프로필렌 등의 불소 수지, 및/또는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀 수지를 포함할 수 있다.A negative electrode material can be obtained by mixing a negative electrode active material, a conductive material, and a binder. In this case, the conductive material may be a carbon material such as natural graphite, artificial graphite, coke, carbon black, carbon nanotubes, and graphene. The binder is a thermoplastic resin such as polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, tetrafluoroethylene, vinylidene fluoride copolymer, fluorine resin such as propylene hexafluoride, and/or polyolefin resin such as polyethylene and polypropylene. Can include.

음극 재료를 음극 집전체 상에 도포하여 음극을 형성할 수 있다. 음극 집전체는 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 스테인레스스틸(SUS), 몰리브데늄(Mo) 등의 도전체일 수 있다. 음극 재료를 양극 집전체 상에 도포하는 것은 가압 성형, 또는 유기 용매등을 사용하여 페이스트를 만든 후 이 페이스트를 집전체 상에 도포하고 프레스하여 고착화하는 방법을 사용할 수 있다. 유기 용매는 N,N-디메틸아미노프로필아민, 디에틸트리아민 등의 아민계; 에틸렌옥시드, 테트라히드로푸란 등의 에테르계; 메틸에틸케톤 등의 케톤계; 아세트산메틸 등의 에스테르계; 디메틸아세트아미드, N-메틸-2-피롤리돈 등의 비양성자성 극성 용매 등일 수 있다. 페이스트를 음극 집전체 상에 도포하는 것은 예를 들면, 그라비아 코팅법, 슬릿다이 코팅법, 나이프 코팅법, 스프레이 코팅법을 사용하여 수행할 수 있다.A negative electrode material can be applied on the negative electrode current collector to form a negative electrode. The negative electrode current collector may be a conductor such as aluminum (Al), nickel (Ni), stainless steel (SUS), or molybdenum (Mo). Applying the negative electrode material on the positive electrode current collector may be performed by pressure molding or a method of making a paste using an organic solvent or the like, and then applying the paste onto the current collector and pressing to fix it. Examples of the organic solvent include amines such as N,N-dimethylaminopropylamine and diethyltriamine; Ethers such as ethylene oxide and tetrahydrofuran; Ketone systems such as methyl ethyl ketone; Esters such as methyl acetate; It may be an aprotic polar solvent such as dimethylacetamide and N-methyl-2-pyrrolidone. Applying the paste onto the negative electrode current collector may be performed using, for example, a gravure coating method, a slit die coating method, a knife coating method, or a spray coating method.

<전해질><Electrolyte>

전해질은 NaClO4, NaPF6, NaAsF6, NaSbF6, NaBF4, NaCF3SO3, NaN(SO2CF3)2, 저급 지방족 카르복실산나트륨염, NaAlCl4 등일 수 있고, 이들의 2종 이상의 혼합물을 사용할 수도 있다. 이들 중에서도 불소를 포함하는 전해질을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 전해질을 유기 용매에 용해시켜 비수전해액으로서 이용할 수 있다. 유기 용매로는, 예를 들면 프로필렌카르보네이트, 에틸렌카르보네이트, 디메틸카르보네이트, 디에틸카르보네이트, 에틸메틸카르보네이트, 이소프로필메틸카르보네이트, 비닐렌카르보네이트, 4-트리플루오로메틸-1,3-디옥솔란-2-온, 1,2-디(메톡시카르보닐옥시)에탄 등의 카르보네이트류; 1,2-디메톡시에탄, 1,3-디메톡시프로판, 펜타플루오로프로필메틸에테르, 2,2,3,3-테트라플루오로프로필디플루오로메틸에테르, 테트라히드로푸란, 2-메틸테트라히드로푸란 등의 에테르류; 포름산메틸, 아세트산메틸, γ-부티로락톤 등의 에스테르류; 아세토니트릴, 부티로니트릴 등의 니트릴류; N,N-디메틸포름아미드, N,N-디메틸아세트아미드 등의 아미드류; 3-메틸-2-옥사졸리돈 등의 카르바메이트류; 술포란, 디메틸술폭시드, 1,3-프로판술톤 등의 황 함유 화합물; 또는 상기한 유기 용매에 추가로 불소 치환기를 도입한 것을 사용할 수 있다. Electrolyte may be NaClO 4 , NaPF 6 , NaAsF 6 , NaSbF 6 , NaBF 4 , NaCF 3 SO 3 , NaN(SO 2 CF 3 ) 2 , lower aliphatic sodium carboxylate, NaAlCl 4, etc., and at least two Mixtures can also be used. Among these, it is preferable to use an electrolyte containing fluorine. Further, the electrolyte can be dissolved in an organic solvent and used as a non-aqueous electrolyte. As an organic solvent, for example, propylene carbonate, ethylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, isopropyl methyl carbonate, vinylene carbonate, 4- Carbonates such as trifluoromethyl-1,3-dioxolan-2-one and 1,2-di(methoxycarbonyloxy)ethane; 1,2-dimethoxyethane, 1,3-dimethoxypropane, pentafluoropropylmethylether, 2,2,3,3-tetrafluoropropyldifluoromethylether, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydro Ethers such as furan; Esters such as methyl formate, methyl acetate, and γ-butyrolactone; Nitriles such as acetonitrile and butyronitrile; Amides such as N,N-dimethylformamide and N,N-dimethylacetamide; Carbamates such as 3-methyl-2-oxazolidone; Sulfur-containing compounds such as sulfolane, dimethyl sulfoxide, and 1,3-propane sultone; Alternatively, a fluorine substituent may be further introduced into the organic solvent described above.

이와는 달리, 고체 전해질을 이용할 수도 있다. 고체 전해질로는 폴리에틸렌옥시드계의 고분자 화합물, 폴리오르가노실록산쇄 또는 폴리옥시알킬렌쇄 중 적어도 1종 이상을 포함하는 고분자 화합물 등의 유기계 고체 전해질일 수 있다. 또한, 고분자 화합물에 비수전해액을 담지한, 이른바 겔 타입의 전해질을 이용할 수도 있다. 한편, Na2S-SiS2, Na2S-GeS2, NaTi2(PO4)3, NaFe2(PO4)3, Na2(SO4)3, Fe2(SO4)2(PO4), Fe2(MoO4)3 등의 무기계 고체 전해질을 이용할 수도 있다. 이들 고체 전해질을 이용하여 나트륨 이차 전지의 안전성을 보다 높일 수 있는 경우가 있다. 또한, 고체 전해질이 후술하는 세퍼레이터의 역할을 하는 경우도 있고, 그 경우에는 세퍼레이터를 필요로 하지 않는 경우도 있다.Alternatively, a solid electrolyte may be used. The solid electrolyte may be an organic solid electrolyte such as a polyethylene oxide polymer compound, a polymer compound including at least one of a polyorganosiloxane chain, or a polyoxyalkylene chain. In addition, a so-called gel-type electrolyte in which a non-aqueous electrolyte is supported on a polymer compound can also be used. Meanwhile, Na 2 S-SiS 2 , Na 2 S-GeS 2 , NaTi 2 (PO 4 ) 3 , NaFe 2 (PO 4 ) 3 , Na 2 (SO 4 ) 3 , Fe 2 (SO 4 ) 2 (PO 4 ), Fe 2 (MoO 4 ) 3 It is also possible to use an inorganic solid electrolyte. In some cases, the safety of a sodium secondary battery can be further improved by using these solid electrolytes. In addition, the solid electrolyte may serve as a separator to be described later, and in that case, a separator may not be required.

<세퍼레이터><Separator>

양극과 음극 사이에 세퍼레이터가 배치될 수 있다. 이러한 세퍼레이터는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀 수지, 불소 수지, 질소 함유 방향족 중합체 등의 재질로 이루어지는 다공질 필름, 부직포, 직포 등의 형태를 가지는 재료일 수 있다. 세퍼레이터의 두께는, 전지의 부피 에너지 밀도가 높아지고, 내부 저항이 작아진다는 점에서, 기계적 강도가 유지되는 한 얇을수록 바람직하다. 세퍼레이터의 두께는, 일반적으로 5 내지 200 ㎛ 정도일 수 있고, 더 구체적으로는 5 내지 40 ㎛일 수 있다.A separator may be disposed between the anode and the cathode. Such a separator may be a material having a form such as a porous film, a nonwoven fabric, or a woven fabric made of a material such as a polyolefin resin such as polyethylene or polypropylene, a fluorine resin, or a nitrogen-containing aromatic polymer. The thickness of the separator is preferably thinner as long as the mechanical strength is maintained from the viewpoint that the bulk energy density of the battery is increased and the internal resistance is decreased. The thickness of the separator may be generally 5 to 200 μm, and more specifically 5 to 40 μm.

<이차 전지의 제조 방법><Method of manufacturing secondary battery>

양극, 세퍼레이터, 및 음극을 순서대로 적층하여 전극군을 형성한 후 필요하다면 전극군을 말아서 전지캔에 수납하고, 전극군에 비수전해액을 함침시킴으로써 나트륨 이차 전지를 제조할 수 있다. 이와는 달리, 양극, 고체 전해질, 및 음극을 적층하여 전극군을 형성한 후 필요하다면 전극군을 말아서 전지캔에 수납하여 나트륨 이차 전지를 제조할 수 있다.After forming an electrode group by sequentially stacking a positive electrode, a separator, and a negative electrode, if necessary, the electrode group is rolled up and stored in a battery can, and a sodium secondary battery can be manufactured by impregnating the electrode group with a non-aqueous electrolyte. In contrast, after forming an electrode group by stacking a positive electrode, a solid electrolyte, and a negative electrode, if necessary, the electrode group may be rolled up and stored in a battery can to manufacture a sodium secondary battery.

고용량 특성을 갖는 이차전지는 중대형 디바이스의 전원인 전지모듈의 단위 전지로 사용될 수 있다. 상기 중대형 디바이스는, 예를 들어, 전기적 모터에 의해 동력을 받아 움직이는 파워 툴(power tool); 하이브리드 전기차(Hybrid Electric Vehicle, HEV) 및 플러그인 하이브리드 전기차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV)를 포함하는 전기차(Electric Vehicle, EV); E-바이크(E-bike), E-스쿠터(E-scooter)를 포함하는 전기 이륜차; 또는 전기 골프 카트(electric golf cart) 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.A secondary battery having a high capacity characteristic can be used as a unit cell of a battery module, which is a power source for medium and large devices. The medium or large-sized device may include, for example, a power tool that is driven by an electric motor; Electric Vehicles (EVs) including hybrid electric vehicles (HEVs) and plug-in hybrid electric vehicles (PHEVs); Electric two-wheeled vehicles including E-bikes and E-scooters; Alternatively, an electric golf cart may be used, but the present invention is not limited thereto.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실험예(example)를 제시한다. 다만, 하기의 실험예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명이 하기의 실험예에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, a preferred experimental example is presented to aid in understanding the present invention. However, the following experimental examples are only to aid understanding of the present invention, and the present invention is not limited by the following experimental examples.

[실험예들; Examples][Experimental examples; Examples]

전극 활물질 제조예Example of manufacturing electrode active material

1. 탈나트륨화1. Desodiumization

몰 비(molar ratio)가 약 1:0.3인 Na2FePO4F와 NO2BF4를 고순도의 아세토니트릴(acetonitrile)(Aldrich, 98%)에 넣어, 60℃의 온도 조건 및 아르곤 분위기 하에서 충분히 교반하여 주었다.Na 2 FePO 4 F and NO 2 BF 4 with a molar ratio of about 1:0.3 were added to high-purity acetonitrile (Aldrich, 98%), and sufficiently stirred under a temperature condition of 60°C and an argon atmosphere I gave it.

교반이 끝난 혼합물은 아세토니트릴을 이용하여 필터 및 세척시킨 뒤, 충분히 건조시켜 Na2-xFePO4F 파우더를 얻었다.The mixture after stirring was filtered and washed with acetonitrile, and then sufficiently dried to obtain Na 2-x FePO 4 F powder.

2. 코팅2. Coating

상기 탈나트륨화 반응에 따라 얻어진 0.5g의 Na2-xFePO4F, 1g의 Na2S2O8(sodium persulfate) 및 0.4mL의 EDOT(3,4-ethylenedioxythiophene)를 12mL의 에탄올에 넣고, 35℃에서 하룻동안 충분히 교반시켜 주었다. 이에 따라 어두운 푸른색을 띄는 혼합물을 얻을 수 있었다. 이 혼합물은 아세토니트릴과 에탄올을 이용하여 필터 및 세척시킨 뒤, 80℃의 진공 오븐에서 충분히 건조시켜 PEDOT이 코팅된 Na2-xFePO4F 파우더를 얻었다.0.5 g of Na 2-x FePO 4 F, 1 g of Na 2 S 2 O 8 (sodium persulfate) and 0.4 mL of EDOT (3,4-ethylenedioxythiophene) obtained according to the desodiumization reaction were added to 12 mL of ethanol, It was sufficiently stirred at 35° C. for one day. Accordingly, it was possible to obtain a mixture having a dark blue color. The mixture was filtered and washed with acetonitrile and ethanol, and then sufficiently dried in a vacuum oven at 80° C. to obtain Na 2-x FePO 4 F powder coated with PEDOT.

3. 나트륨 삽입3. Sodium insert

상기의 PEDOT이 코팅된 Na2-xFePO4F와 NaI를 고순도의 아세토니트릴(acetonitrile)(Aldrich, 98%)에 넣어, 아르곤 분위기 하에서 충분히 교반하여 PEDOT이 코팅된 Na2FePO4F(PEDOT-Na2FePO4F 복합체)를 얻었다.PEDOT-coated Na 2-x FePO 4 F and NaI were put in high-purity acetonitrile (Aldrich, 98%), stirred sufficiently under an argon atmosphere, and PEDOT-coated Na 2 FePO 4 F (PEDOT- Na 2 FePO 4 F complex) was obtained.

도 3은 pristine Na2FePO4F 및 전극 활물질 제조예에 따라 제조된 PEDOT- Na2FePO4F 복합체의 FT-IR(푸리에 변환 적외선 분광법) 분석 결과를 나타낸 그래프이다.3 is a graph showing the results of FT-IR (Fourier Transform Infrared Spectroscopy) analysis of the PEDOT-Na 2 FePO 4 F composite prepared according to the preparation example of pristine Na 2 FePO 4 F and an electrode active material.

도 3을 참고하면, PEDOT이 코팅되지 않은 pristine Na2FePO4F의 그래프와 비교하여 PEDOT-Na2FePO4F 복합체의 그래프는 1320cm-1에서 고분자 p-도핑 대역의 추가적인 진동을 가지는 것을 알 수 있다. 이를 통해, 상기 복합체 내에 PEDOT이 형성된 것임을 알 수 있다.Referring to FIG. 3, it can be seen that the graph of the PEDOT-Na 2 FePO 4 F composite has an additional vibration of the polymer p-doped band at 1320 cm -1 compared to the graph of the pristine Na 2 FePO 4 F without PEDOT coating. have. Through this, it can be seen that PEDOT is formed in the composite.

도 4는 전극 활물질 제조예에 따라 제조된 PEDOT-Na2FePO4F 복합체의 HRTEM(High resolution transmission electron microscopy) 이미지이다.4 is a high resolution transmission electron microscopy (HRTEM) image of a PEDOT-Na 2 FePO 4 F composite prepared according to an electrode active material preparation example.

도 4의 HRTEM 이미지를 살펴보면, 200nm의 입자가 5nm 두께를 갖는 비정질층에 의해 코팅된 것임을 확인할 수 있다.Looking at the HRTEM image of FIG. 4, it can be seen that 200 nm particles are coated by an amorphous layer having a thickness of 5 nm.

도 5a, 도 5b는 각각 전극 활물질 제조예에 따라 제조된 PEDOT-Na2FePO4F 복합체의 EDX(Energy-dispersive X-ray spectroscopy) 분석 결과를 나타낸 이미지이다.5A and 5B are images showing the results of energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX) analysis of the PEDOT-Na 2 FePO 4 F composite prepared according to the preparation example of the electrode active material, respectively.

도 5a를 참조하면, 비정질층은 황 원소를 함유하는 PEDOT임을 확인할 수 있다. 또한, 도 5b에 따른 원소 라인 스캔 분석을 살펴보면, 입자의 가장자리에서 철 및 인의 양은 황의 양보다 낮은 것을 알 수 있다. Referring to FIG. 5A, it can be seen that the amorphous layer is PEDOT containing elemental sulfur. Further, looking at the elemental line scan analysis according to FIG. 5B, it can be seen that the amount of iron and phosphorus at the edge of the particle is lower than the amount of sulfur.

따라서, 도 3, 도 4 및 도 5의 분석을 통해, 상기 복합체의 구조는 Na2FePO4F의 입자의 표면에 PEDOT이 코팅되어 있는 것임을 확인할 수 있다.Accordingly, through the analysis of FIGS. 3, 4 and 5, it can be seen that the structure of the composite is that PEDOT is coated on the surface of the particles of Na 2 FePO 4 F.

도 6은 pristine Na2FePO4F 및 전극 활물질 제조예에 따라 제조된 PEDOT-Na2FePO4F 복합체의 EIS(Electrochemical impedance spectroscopy) 결과 분석을 나타낸 그래프이다.6 is a graph showing an EIS (electrochemical impedance spectroscopy) result analysis of a pristine Na 2 FePO 4 F and PEDOT-Na 2 FePO 4 F composite prepared according to Preparation Example of an electrode active material.

도 6을 참고하면, PEDOT-Na2FePO4F 복합체의 전하-트랜스퍼(transfer) 저항이 pristine Na2FePO4F에 비하여 현저히 낮은 것을 알 수 있다. 이는, 복합체 내의 PEDOT이 Na2FePO4F의 전기 전도성을 향상시키는 역할을 하는 것을 의미하는 것일 수 있다.Referring to FIG. 6, it can be seen that the charge-transfer resistance of the PEDOT-Na 2 FePO 4 F complex is significantly lower than that of pristine Na 2 FePO 4 F. This may mean that PEDOT in the composite serves to improve the electrical conductivity of Na 2 FePO 4 F.

도 7은 pristine Na2FePO4F, 전극 활물질 제조예에서 얻어지는 Na2-xFePO4F 및 전극 활물질 제조예에 따라 제조된 PEDOT-Na2FePO4F 복합체의 XRD(X-ray diffraction) 분석 결과를 나타낸 그래프이다.7 is an X-ray diffraction (XRD) analysis result of pristine Na 2 FePO 4 F, Na 2-x FePO 4 F obtained in Preparation Example of electrode active material and PEDOT-Na 2 FePO 4 F composite prepared according to Preparation Example of electrode active material It is a graph showing.

또한, 하기의 표 1은 전극 활물질 제조예에서 얻어지는 Na2-xFePO4F의 리트벨트 구조검증(Rietveld refinement)에 따른 결과 데이터이다.In addition, Table 1 below shows result data according to Rietveld refinement of Na 2-x FePO 4 F obtained in Preparation Example of an electrode active material.

[표 1][Table 1]

Figure 112019026888163-pat00001
Figure 112019026888163-pat00001

도 7 및 상기의 표 1을 참조하면, Na2FePO4F 구조는 화학적 탈나트륨화 반응에 의해 오염되거나 상 변화를 일으키지 않으나, Na2FePO4F 구조로부터 나트륨 이온이 분리되었음을 알 수 있다.It can be seen that Figure 7 and reference to table 1 above, Na 2 FePO 4 F structure does not cause the contamination, or the phase change by a chemical de-sodium reaction, a sodium ion is removed from the Na 2 FePO 4 F structure.

도 8은 전극 활물질 제조예에 따라 제조된 PEDOT-Na2FePO4F 복합체의 XRD(X-ray diffraction) 분석 결과를 나타낸 그래프이다.8 is a graph showing the results of XRD (X-ray diffraction) analysis of the PEDOT-Na 2 FePO 4 F composite prepared according to the preparation example of an electrode active material.

또한, 하기의 표 2는 pristine Na2FePO4F, 전극 활물질 제조예에서 얻어지는 Na2-xFePO4F 및 전극 활물질 제조예에 따라 제조된 PEDOT-Na2FePO4F 복합체의 격자 상수를 정리한 것이다.In addition, Table 2 below summarizes the lattice constants of the pristine Na 2 FePO 4 F, Na 2-x FePO 4 F obtained in the electrode active material Preparation Example, and the PEDOT-Na 2 FePO 4 F composite prepared according to the electrode active material preparation example. will be.

[표 2][Table 2]

Figure 112019026888163-pat00002
Figure 112019026888163-pat00002

도 8 및 상기의 표 2를 참조하면, PEDOT-Na2FePO4F 복합체의 구조는 화학적 나트륨 삽입과 고분자 코팅을 거친 후이나, 상기 반응에 의해 복합체의 오염되거나 상 변화를 일으키지 않으며, 복합체의 최종 구조는 나트륨 이온이 삽입된 Na2FePO4F 임을 확인할 수 있다. 8 and Table 2 above, the structure of the PEDOT-Na 2 FePO 4 F complex is after chemical sodium intercalation and polymer coating, but no contamination or phase change of the complex is caused by the reaction, and the final composition of the complex It can be seen that the structure is Na 2 FePO 4 F in which sodium ions are inserted.

즉, PEDOT-Na2FePO4F 복합체 형성에 따른 코팅 과정에서 비가역적 반응이 일어나지 않았으며, 상기 PEDOT-Na2FePO4F 복합체는 불순물이 없는 순수한 상을 나타내는 것임을 알 수 있다. That is, PEDOT-Na 2 FePO 4 F was irreversible reactions did not occur in the coating process according to complexing, the PEDOT-Na 2 FePO 4 F complexes can see that indicates a pure phase without impurity.

이차전지 제조예Secondary battery manufacturing example

상기 전극 활물질 제조예와 동일한 방법으로 제조된 전극 활물질로 PEDOT이 코팅된 Na2FePO4F(74중량%의 Na2FePO4F와 6중량%의 PEDOT 이용), 도전재로 Super-P 및 결합제로 PVDF(poly vinylidene fluoride)를 8:1:1의 중량%로 유기용매인 NMP(N-methyl-2-pyrrolidone) 내에서 혼합한 후, 알루미늄 집전체 상에 코팅하고 프레스하여 기준 전극을 형성하였다.PEDOT-coated Na 2 FePO 4 F (74% by weight of Na 2 FePO 4 F and 6% by weight of PEDOT) as an electrode active material prepared by the same method as the electrode active material Preparation Example, Super-P and bonding as a conductive material Zero PVDF (poly vinylidene fluoride) was mixed in an organic solvent of NMP (N-methyl-2-pyrrolidone) at 8:1:1 wt%, coated on an aluminum current collector, and pressed to form a reference electrode. .

이 후, 아르곤이 충전된 글로브박스 내에서, 금속 나트륨을 상대 전극으로 사용하였고, GF/F 유리 필터를 세퍼레이터로 사용하였으며, 전해질로 1M의 NaPF6와 유기용매로 1:1 부피비의 에틸 카보네이트/프로필렌 카보네이트(EC/PC)를 함유하는 전해액을 사용하여, CR2032형 코인셀을 제조하였다.Thereafter, in a glove box filled with argon, sodium metal was used as a counter electrode, a GF/F glass filter was used as a separator, and 1 M NaPF 6 as an electrolyte and a 1:1 volume ratio of ethyl carbonate as an organic solvent/ Using an electrolytic solution containing propylene carbonate (EC/PC), a CR2032 coin cell was manufactured.

이차전지 비교예Comparative Example of Secondary Battery

이차전지 제조예에서 사용된 전극 활물질로 PEDOT이 코팅된 Na2FePO4F 대신 pristine Na2FePO4F를 사용한 것을 제외하고는 전지 제조예와 동일한 방법을 사용하여 양극 및 코인셀을 제조하였다.A positive electrode and a coin cell were manufactured using the same method as in the battery manufacturing example, except that pristine Na 2 FePO 4 F was used instead of Na 2 FePO 4 F coated with PEDOT as the electrode active material used in the secondary battery manufacturing example.

도 9는 이차전지 제조예 및 이차전지 비교예에 따라 제조된 이차전지의 C-rate에 따른 충방전 특성을 나타낸 그래프이다. 이 때, 충전은 4.2V까지 행하였으며, 방전은 2.0V까지 이루어졌으며, 1C은 124mA/g로 수행하였다.9 is a graph showing charge and discharge characteristics according to C-rate of a secondary battery manufactured according to a secondary battery manufacturing example and a secondary battery comparative example. At this time, charging was performed up to 4.2V, discharging was performed up to 2.0V, and 1C was performed at 124mA/g.

도 9를 참조하면, 이차전지 비교예에 따른 이차전지의 경우 다양한 C-rate에서 나타나는 최대 용량이 대략 20mAh/g를 상회하는 값을 갖는다. 그러나, 이차전지 제조예에 따른 이차전지는 C/5-rate에서 대략 120mAh/g를 갖는 것을 알 수 있으며, 이는 이론 용량에 가까운 값이다. 또한, 전류 속도가 빠른 10C-rate에서도 대략 70.5mAh/g의 용량을 가지며, 이는 이차전지 비교예에 따른 이차전지보다 10배 이상 큰 값이다. 따라서, 이차전지 비교예에 따른 이차전지 대비 이차전지 제조예에 따른 이차전지가 훨씬 더 높은 용량을 갖는 것을 알 수 있다. Referring to FIG. 9, in the case of the secondary battery according to the comparative example of the secondary battery, the maximum capacity exhibited at various C-rates has a value exceeding approximately 20 mAh/g. However, it can be seen that the secondary battery according to the secondary battery manufacturing example has approximately 120mAh/g at C/5-rate, which is close to the theoretical capacity. In addition, it has a capacity of approximately 70.5mAh/g even at 10C-rate, which has a high current rate, which is more than 10 times larger than the secondary battery according to the Comparative Example of the secondary battery. Accordingly, it can be seen that the secondary battery according to the secondary battery manufacturing example has a much higher capacity than the secondary battery according to the secondary battery comparative example.

도 10 및 도 11은 이차전지 제조예 및 이차전지 비교예에 따라 제조된 이차전지의 사이클 횟수에 따른 충방전용량 및 쿨롱효율을 나타낸 그래프이다. 10 and 11 are graphs showing charge/discharge capacity and coulomb efficiency according to the number of cycles of a secondary battery manufactured according to a secondary battery manufacturing example and a secondary battery comparative example.

도 10을 참조하면, 이차전지 제조예에 따른 이차전지는 99%의 높은 쿨륭효율을 가지며, 1C-rate에서 700 사이클의 충방전을 실시한 후에도 초기 용량의 약 60%를 유지하였다. 또한 도 11과 비교하여, 이차전지 비교예에 따른 이차전지 대비 이차전지 제조예에 따른 이차전지는 현저하게 향상된 사이클 성능을 가지며 우수한 용량 유지율을 갖는 것임을 알 수 있다.Referring to FIG. 10, the secondary battery according to the secondary battery manufacturing example has a high cooling efficiency of 99%, and maintains about 60% of the initial capacity even after charging and discharging 700 cycles at 1 C-rate. In addition, compared with FIG. 11, it can be seen that the secondary battery according to the secondary battery manufacturing example has remarkably improved cycle performance and the excellent capacity retention rate compared to the secondary battery according to the secondary battery comparative example.

이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although described with reference to the above embodiments, those skilled in the art will understand that various modifications and changes can be made to the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention described in the following claims. I will be able to.

100 : 이차 전지
110 : 음극 집전체
120 : 음극 활물질층
130 : 세퍼레이터
140 : 양극 활물질층
150 : 양극 집전체
160 : 전해질
100: secondary battery
110: negative electrode current collector
120: negative active material layer
130: separator
140: positive active material layer
150: positive electrode current collector
160: electrolyte

Claims (18)

하기 화학식 1로 나타낸 올리빈계 나트륨 인산화물의 탈나트륨화 반응을 수행하는 단계;
상기 탈나트륨화된 올리빈계 나트륨 인산화물에 전도성 고분자를 코팅하되, 상기 전도성 고분자 코팅은 상기 탈나트륨화된 올리빈계 나트륨 인산화물을 전도성 고분자의 모노머 용액에 침지시키는 방법으로 수행되는 단계; 및
상기 고분자가 코팅된 탈나트륨화된 올리빈계 나트륨 인산화물에 나트륨 삽입 반응을 수행하여 전도성 고분자-올리빈계 나트륨 인산화물 복합체를 형성하는 단계를 포함하는 것인 전극 활물질의 제조방법:
[화학식 1]
NaxMy(PO4)a(P2O7)bXz
상기 화학식 1에서,
x는 1 내지 9의 정수이고,
M은 전이 금속 또는 전이후 금속이고,
y는 1 내지 4의 정수이고,
a는 1 내지 3의 정수이고,
b는 0 내지 4의 정수이고,
X는 N, O, F 또는 S이고,
z는 0 내지 4의 정수이다.
Performing a desodiumization reaction of the olivine-based sodium phosphate represented by the following Formula 1;
Coating a conductive polymer on the desodium olivine-based sodium phosphate, wherein the conductive polymer coating is performed by immersing the desodium olivine-based sodium phosphate in a monomer solution of the conductive polymer; And
A method for producing an electrode active material comprising the step of forming a conductive polymer-olivine-based sodium phosphate complex by performing a sodium intercalation reaction on the desodiumized olivine-based sodium phosphate coated with the polymer:
[Formula 1]
Na x M y (PO 4 ) a (P 2 O 7 ) b X z
In Formula 1,
x is an integer from 1 to 9,
M is a transition metal or a post-transition metal,
y is an integer from 1 to 4,
a is an integer of 1 to 3,
b is an integer from 0 to 4,
X is N, O, F or S,
z is an integer from 0 to 4.
삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 탈나트륨화 반응은 산화제/유기 용매의 용액 내에 상기 올리빈계 나트륨 인산화물이 첨가되어 교반시키는 방법으로 수행되며,
상기 산화제는 상기 올리빈계 나트륨 인산화물 몰수 대비 0.1 내지 0.5배로 사용되는 것인 전극 활물질의 제조방법.
The method according to claim 1,
The desodiumization reaction is performed by adding and stirring the olivine-based sodium phosphate in a solution of an oxidizing agent/organic solvent,
The method of manufacturing an electrode active material, wherein the oxidizing agent is used in an amount of 0.1 to 0.5 times the number of moles of the olivine sodium phosphate.
청구항 3에 있어서,
상기 산화제는 NO2BF4를 이용하는 것인 전극 활물질의 제조방법.
The method of claim 3,
The method of manufacturing an electrode active material that the oxidizing agent uses NO 2 BF 4 .
청구항 1에 있어서,
상기 탈나트륨화 반응은 40℃ 내지 60℃의 온도 조건 하에서 수행되는 것인 전극 활물질의 제조방법.
The method according to claim 1,
The desodiumization reaction is a method of producing an electrode active material that is performed under a temperature condition of 40°C to 60°C.
청구항 1에 있어서,
상기 전도성 고분자는 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜), 폴리아닐린(polyaniline), 폴리티오펜(polythiophene), 폴리페닐렌(polyphenylene),폴리(p-페닐렌 설파이드)(polyphenylene sulfide), 폴리파라페닐렌설파이드(polyphenylenesulfide), 폴리피롤(polypyrrole), 폴리아세틸렌(polyacethylene), 폴리 3 알킬 티오펜(poly(3-alkyl thiophene)), 폴리페닐렌비닐렌(poly(phenylenevinylene)), 폴리파라페닐렌비닐렌(poly(pphenylenevinylene)), 폴리 티에닐렌비닐렌(poly(thienylenevinylene)), 폴리파라페닐렌(poly(pphenylene)), 폴리아줄렌(polyazulene), 폴리퓨란(polyfuran), 폴리셀레노펜(polyselenophenes), 폴리텔루로펜(polytellurophene) 이들 2종 이상의 혼합물 또는 공중합체를 포함하는 것인 전극 활물질의 제조방법.
The method according to claim 1,
The conductive polymer is poly(3,4-ethylenedioxythiophene), polyaniline, polythiophene, polyphenylene, poly(p-phenylene sulfide), polypara Phenylene sulfide, polypyrrole, polyacethylene, poly(3-alkyl thiophene), poly(phenylenevinylene), polyparaphenylene vinyl Poly(pphenylenevinylene), poly(thienylenevinylene), poly(pphenylene), polyazulene, polyfuran, polyselenophenes, Polytellurophene (polytellurophene) A method for producing an electrode active material comprising a mixture or copolymer of two or more of these.
삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 전도성 고분자 모노머 용액에 도펀트 물질을 추가하는 것인 전극 활물질의 제조방법.
The method according to claim 1,
A method for producing an electrode active material by adding a dopant material to the conductive polymer monomer solution.
청구항 8에 있어서,
상기 도펀트 물질은 퍼설페이트(persulfate)를 포함하는 것인 전극 활물질의 제조방법.
The method of claim 8,
The method of manufacturing an electrode active material wherein the dopant material includes persulfate.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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