KR102369513B1 - Method for preparing fluorophosphate-based secondary battery cathode active material, fluorophosphate-based secondary battery cathode active material manufactured through the method and secondary battery comprising the same - Google Patents

Method for preparing fluorophosphate-based secondary battery cathode active material, fluorophosphate-based secondary battery cathode active material manufactured through the method and secondary battery comprising the same Download PDF

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KR102369513B1
KR102369513B1 KR1020210055674A KR20210055674A KR102369513B1 KR 102369513 B1 KR102369513 B1 KR 102369513B1 KR 1020210055674 A KR1020210055674 A KR 1020210055674A KR 20210055674 A KR20210055674 A KR 20210055674A KR 102369513 B1 KR102369513 B1 KR 102369513B1
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김철성
최현경
서재연
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국민대학교산학협력단
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Abstract

The present invention relates to a method for preparing a fluorophosphate-based positive electrode active material of a secondary battery, a fluorophosphate-based positive electrode active material of a secondary battery obtained therethrough, and a secondary battery. The method according to the present invention includes the steps of: carrying out primary heat treatment of a mixture of a phosphate compound with a metal compound or metal phosphate hydrate to prepare a single phase of metal phosphate compound; analyzing the crystal phase of the resultant single-phase of metal phosphate compound; mixing the analyzed single phase of metal phosphate compound with a fluoride compound to prepare a mixture of the single phase of metal phosphate compound with the fluoride compound; drying the mixture of the single phase of metal phosphate compound with the fluoride compound; and carrying out secondary heat treatment of the dried mixture of the single phase of metal phosphate compound with the fluoride compound to obtain a single phase of fluorophosphate compound. According to the present invention, it is possible to obtain a fluorophosphate-based positive electrode active material of a secondary battery which forms single-phase crystals and shows improved conductivity, and thus provides a secondary battery with improved charge/discharge characteristics.

Description

플루오르인산염 기반 이차전지 양극활물질의 제조 방법, 이를 통하여 제조된 플루오르인산염 기반 이차전지 양극활물질 및 이차전지{METHOD FOR PREPARING FLUOROPHOSPHATE-BASED SECONDARY BATTERY CATHODE ACTIVE MATERIAL, FLUOROPHOSPHATE-BASED SECONDARY BATTERY CATHODE ACTIVE MATERIAL MANUFACTURED THROUGH THE METHOD AND SECONDARY BATTERY COMPRISING THE SAME}Fluorophosphate-based secondary battery cathode active material manufacturing method, fluorophosphate-based secondary battery cathode active material and secondary battery manufactured through the same AND SECONDARY BATTERY COMPRISING THE SAME}

본 발명은 플루오르인산염 기반 이차전지 양극활물질의 제조 방법, 이를 통하여 제조된 플루오르인산염 기반 이차전지 양극활물질 및 이차전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 단일상의 XMePO4F (X = Li, Na)를 제조할 수 있는 플루오르인산염 기반 이차전지 양극활물질의 제조 방법, 이를 통하여 제조된 플루오르인산염 기반 이차전지 양극활물질 및 이차전지에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a fluorophosphate-based secondary battery cathode active material, a fluorophosphate-based secondary battery cathode active material and a secondary battery manufactured through the method, and more particularly, a single-phase XMePO 4 F (X = Li, Na) It relates to a method for manufacturing a fluorophosphate-based positive electrode active material for a secondary battery that can be manufactured, and to a positive electrode active material for a fluorophosphate-based secondary battery manufactured through the same and a secondary battery.

모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있다. 이러한 이차전지 중 높은 에너지 밀도와 전압을 가지며, 사이클 수명이 길고, 자기방전율이 낮은 리튬 이차전지가 상용화되어 널리 사용되고 있다.As technology development and demand for mobile devices increase, the demand for secondary batteries as an energy source is rapidly increasing. Among these secondary batteries, a lithium secondary battery having a high energy density and voltage, a long cycle life, and a low self-discharge rate has been commercialized and widely used.

리튬 이차전지의 양극 활물질로는 리튬 전이금속 복합 산화물이 이용되고 있으며, 이 중에서도 작용전압이 높고 용량 특성이 우수한 LiCoO2의 리튬코발트 복합금속 산화물이 주로 사용되고 있다. 그러나, LiCoO2는 탈 리튬에 따른 결정 구조의 불안정화로 열적 특성이 매우 열악하고, 또 고가이기 때문에 전기 자동차 등과 같은 분야의 동력원으로 대량 사용하기에는 한계가 있다.A lithium transition metal composite oxide is used as a cathode active material for a lithium secondary battery, and among them, a lithium cobalt composite metal oxide of LiCoO 2 having a high operating voltage and excellent capacity characteristics is mainly used. However, LiCoO 2 has very poor thermal properties due to destabilization of the crystal structure due to lithium removal and is expensive, so there is a limit to its mass use as a power source in fields such as electric vehicles.

LiCoO2를 대체하기 위한 재료로서, 리튬망간 복합금속 산화물(LiMnO2 또는 LiMn2O4 등), 리튬 인산철 화합물(LiFePO4 등) 또는 리튬니켈 복합금속 산화물(LiNiO2 등) 등이 개발되었다. 이 중에서도 약 200 mAh/g의 높은 가역용량을 가져 대용량의 전지 구현이 용이한 리튬니켈 복합금속 산화물에 대한 연구 및 개발이 보다 활발히 연구되고 있다. 그러나, LiNiO2는 LiCoO2와 비교하여 열안정성이 나쁘고, 충전 상태에서 외부로부터의 압력 등에 의해 내부 단락이 생기면 양극 활물질 그 자체가 분해되어 전지의 파열 및 발화를 초래하는 문제가 있다.As a material for replacing LiCoO 2 , lithium manganese composite metal oxide (LiMnO 2 or LiMn 2 O 4 etc.), lithium iron phosphate compound (LiFePO 4 etc.) or lithium nickel composite metal oxide (LiNiO 2 etc.), etc. have been developed. Among them, research and development of lithium-nickel composite metal oxide, which has a high reversible capacity of about 200 mAh/g, and is easy to realize a large-capacity battery, is being actively studied. However, LiNiO 2 has poor thermal stability compared to LiCoO 2 , and when an internal short circuit occurs in a charged state due to external pressure or the like, the positive active material itself is decomposed to cause rupture and ignition of the battery.

기존의 LiFePO4 양극활물질은 높은 열안정성과 우수한 이론 용량을 가지고 있으나, 낮은 전기 전도성으로 인한 전기화학적 특성이 떨어지는 문제점이 있다.The existing LiFePO 4 positive electrode active material has high thermal stability and excellent theoretical capacity, but has a problem in that electrochemical properties are deteriorated due to low electrical conductivity.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 플루오르(F)가 첨가된 XFePO4F (X = Li, Na) 양극활물질이 필요하나, XFePO4F 양극활물질의 경우, 고온에서 합성시 Li 이온이 결핍되는 상황이 발생하므로 Li3Fe2(PO4)3, Li3PO4, FeF3, FePO4 등과 같은 이차상이 생성되어 단일상 제조가 어려운 문제가 있다. 이로 인해, Li 이온이 결핍되는 상황을 고려하여 추가적으로 Li 이온을 넣어주어야 하는 문제점이 있다.In order to solve this problem, XFePO 4 F (X = Li, Na) positive electrode active material with added fluorine (F) is required. However, in the case of XFePO 4 F positive electrode active material, Li ion deficiency occurs during synthesis at high temperature. Secondary phases such as Li 3 Fe 2 (PO 4 ) 3 , Li 3 PO 4 , FeF 3 , FePO 4 and the like are generated, making it difficult to prepare a single phase. For this reason, there is a problem in that it is necessary to additionally add Li ions in consideration of a situation in which Li ions are insufficient.

따라서, 단일상의 XFePO4F 양극활물질을 제조하기 위한 연구가 필요하다.Therefore, there is a need for research on preparing a single-phase XFePO 4 F cathode active material.

대한민국 등록특허공보 제2207105호, " 이차전지용 양극 활물질의 제조 방법"Republic of Korea Patent Publication No. 2207105, "Method for manufacturing a cathode active material for a secondary battery" 대한민국 등록특허공보 제2225821호, " 양극 활물질 제조 방법 및 양극 활물질"Korean Patent Publication No. 2225821, "Method for manufacturing positive electrode active material and positive electrode active material"

본 발명의 실시예는 단일상의 XMePO4F(X = Li, Na)를 제조할 수 있는 플루오르인산염 기반 이차전지 양극활물질의 제조 방법 및 이를 통하여 제조된 플루오르인산염 기반 이차전지 양극활물질을 제공 하고자 한다.An embodiment of the present invention is to provide a method for preparing a fluorophosphate-based secondary battery cathode active material capable of producing single-phase XMePO 4 F (X = Li, Na), and a fluorophosphate-based secondary battery cathode active material manufactured through the same.

본 발명의 실시예는 플루오르인산염 기반 이차전지 양극활물질을 단일상 결정을 형성함으로써, 전기 전도성이 향상되어 이차전지의 충방전 특성이 개선된 플루오르인산염 기반 이차전지 양극활물질을 포함하는 이차전지를 제공 하고자 한다.An embodiment of the present invention is to provide a secondary battery comprising a fluorophosphate-based secondary battery positive electrode active material with improved charge and discharge characteristics of a secondary battery by improving electrical conductivity by forming single-phase crystals of a fluorophosphate-based secondary battery positive active material do.

본 발명의 실시예는 단일상의 플루오르인산염 기반 이차전지 양극활물질의 온도에 따른 뫼스바우어 측정을 통하여 결정학적 및 전자기적 특성을 결정할 수 있는 플루오르인산염 기반 이차전지 양극활물질을 포함하는 이차전지를 제공 하고자 한다.An embodiment of the present invention is to provide a secondary battery including a fluorophosphate-based secondary battery positive electrode active material capable of determining crystallographic and electromagnetic properties through Mossbauer measurement according to the temperature of a single-phase fluorophosphate-based secondary battery positive electrode active material. .

본 발명의 실시예에 따른 플루오르인산염 기반 이차전지 양극활물질의 제조 방법은 인산염 화합물과 금속 화합물의 혼합물 또는 금속 인산염 수화물을 1차 열처리하여 단일상의 금속 인산염 화합물을 제조하는 단계; 상기 제조된 단일상의 금속 인산염 화합물의 결정상을 분석하는 단계; 상기 분석된 단일상의 금속 인산염 화합물 및 플루오라이드 화합물을 혼합하여 단일상의 금속 인산염 화합물과 플루오라이드 화합물의 혼합물을 제조하는 단계; 상기 단일상의 금속 인산염 화합물과 플루오라이드 화합물의 혼합물을 건조하는 단계; 및 상기 건조된 단일상의 금속 인산염 화합물과 플루오라이드 화합물의 혼합물을 2차 열처리하여 단일상의 플루오르인산염 화합물을 제조하는 단계;를 포함한다.A method of manufacturing a fluorophosphate-based secondary battery cathode active material according to an embodiment of the present invention comprises the steps of: preparing a single-phase metal phosphate compound by performing primary heat treatment of a mixture of a phosphate compound and a metal compound or a metal phosphate hydrate; analyzing the crystalline phase of the prepared single-phase metal phosphate compound; preparing a mixture of a single-phase metal phosphate compound and a fluoride compound by mixing the analyzed single-phase metal phosphate compound and a fluoride compound; drying the mixture of the single-phase metal phosphate compound and the fluoride compound; and preparing a single-phase fluorophosphate compound by subjecting the dried single-phase mixture of the metal phosphate compound and the fluoride compound to a secondary heat treatment.

상기 단일상의 플루오르인산염 화합물은 하기 화학식 1의 구조를 가질 수 있다.The single-phase fluorophosphate compound may have a structure of Formula 1 below.

[화학식 1][Formula 1]

XFePO4F (X = Li, Na)XFePO 4 F (X = Li, Na)

상기 인산염 화합물과 금속 화합물의 혼합물의 혼합 시간은 1분 내지 1시간일 수 있다.The mixing time of the mixture of the phosphate compound and the metal compound may be 1 minute to 1 hour.

상기 인산염 화합물은 제1산암모늄(ammonium phosphate monobasic), 제2인산암모늄(ammonium phosphate dibasic), 인산 2수소 암모늄(ammonium dihydrogen phosphate), 디-암모늄 하이드로젠 포스페이트(di-ammonium hydrogen phosphate) 및 제3인산 암모늄 3수화물(ammonium phosphate tribasic trihydrate) 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.The phosphate compound is ammonium phosphate monobasic, ammonium phosphate dibasic, ammonium dihydrogen phosphate, di-ammonium hydrogen phosphate, and a third At least one of ammonium phosphate tribasic trihydrate may be included.

상기 단일상의 금속 인산염 화합물은 육방정계 구조를 가질 수 있다.The single-phase metal phosphate compound may have a hexagonal structure.

상기 인산염 화합물과 금속 화합물의 혼합물 또는 금속 인산염 수화물을 1차 열처리하여 단일상의 금속 인산염 화합물을 제조하는 단계는, 상기 인산염 화합물과 금속 화합물의 혼합물을 하소(calcination)하는 단계; 및 상기 하소된 인산염 화합물과 금속 화합물의 혼합물을 소결하는 단계;를 포함할 수 있다.The first heat treatment of the mixture of the phosphate compound and the metal compound or the metal phosphate hydrate to prepare a single-phase metal phosphate compound includes: calcining the mixture of the phosphate compound and the metal compound; and sintering a mixture of the calcined phosphate compound and the metal compound.

상기 인산염 화합물과 금속 화합물의 혼합물을 하소(calcination)하는 단계는, 300℃ 내지 400℃의 온도에서 진행될 수 있다.The calcination of the mixture of the phosphate compound and the metal compound may be performed at a temperature of 300°C to 400°C.

상기 하소된 인산염 화합물과 금속 화합물의 혼합물을 소결하는 단계는, 870℃ 내지 900℃의 온도에서 진행될 수 있다.The step of sintering the mixture of the calcined phosphate compound and the metal compound may be performed at a temperature of 870°C to 900°C.

상기 단일상의 금속 인산염 화합물과 플루오라이드 화합물의 혼합물의 혼합비는 1:1.05, 1:1.1일 수 있다.A mixing ratio of the mixture of the single-phase metal phosphate compound and the fluoride compound may be 1:1.05 or 1:1.1.

상기 단일상의 금속 인산염 화합물과 플루오라이드 화합물의 혼합물은 탈포혼연장치를 사용하여 혼합될 수 있다. The mixture of the single-phase metal phosphate compound and the fluoride compound may be mixed using a defoaming and kneading device.

상기 건조된 단일상의 금속 인산염 화합물과 플루오라이드 화합물의 혼합물을 2차 열처리하여 단일상의 플루오르인산염 화합물을 제조하는 단계는, 575℃ 내지 650℃의 온도에서 진행될 수 있다.The second heat treatment of the dried single-phase mixture of the metal phosphate compound and the fluoride compound to prepare a single-phase fluorophosphate compound may be performed at a temperature of 575° C. to 650° C.

본 발명의 실시예에 따른 플루오르인산염 기반 이차전지 양극활물질은 본 발명의 실시예에 따른 플루오르인산염 기반 이차전지 양극활물질의 제조 방법으로 제조된 단일상의 플루오르인산염 화합물을 포함하고, 상기 단일상의 플루오르인산염 화합물은 하기 화학식 1의 구조를 갖는다.The fluorophosphate-based secondary battery cathode active material according to an embodiment of the present invention includes a single-phase fluorophosphate compound prepared by the method for preparing a fluorophosphate-based secondary battery positive active material according to an embodiment of the present invention, and the single-phase fluorophosphate compound has the structure of Formula 1 below.

[화학식 1][Formula 1]

XFePO4F (X = Li, Na)XFePO 4 F (X = Li, Na)

본 발명의 실시예에 따른 이차 전지는 본 발명의 실시예에 따른 플루오르인산염 기반 이차전지 양극활물질을 포함하는 양극; 상기 양극과 대향하여 위치하는 음극; 및 상기 양극 및 음극 사이에 위치하는 전해질을 포함한다.A secondary battery according to an embodiment of the present invention includes a positive electrode including a positive electrode active material for a fluorophosphate-based secondary battery according to an embodiment of the present invention; a negative electrode facing the positive electrode; and an electrolyte positioned between the positive electrode and the negative electrode.

본 발명의 실시예에 따르면, 단일상의 XMePO4F(X = Li, Na)를 제조할 수 있는 플루오르인산염 기반 이차전지 양극활물질의 제조 방법, 이를 통하여 제조된 플루오르인산염 기반 이차전지 양극활물질을 제공할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, to provide a method for manufacturing a fluorophosphate-based secondary battery positive active material capable of producing single-phase XMePO 4 F (X = Li, Na), and a fluorophosphate-based secondary battery positive active material manufactured through this method can

본 발명의 실시예에 따르면, 플루오르인산염 기반 이차전지 양극활물질을 단일상 결정을 형성함으로써, 전기 전도성이 향상되어 이차전지의 충방전 특성이 개선된 플루오르인산염 기반 이차전지 양극활물질을 포함하는 이차전지를 제공 할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, by forming a single-phase crystal of a fluorophosphate-based secondary battery positive electrode active material, electrical conductivity is improved to provide a secondary battery comprising a fluorophosphate-based secondary battery positive electrode active material with improved charge and discharge characteristics can provide

본 발명의 실시예에 따르면, 단일상의 플루오르인산염 기반 이차전지 양극활물질의 온도에 따른 뫼스바우어 측정을 통하여 결정학적 및 전자기적 특성을 결정할 수 있는 플루오르인산염 기반 이차전지 양극활물질을 포함하는 이차전지를 제공할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, there is provided a secondary battery comprising a fluorophosphate-based secondary battery positive electrode active material capable of determining crystallographic and electromagnetic properties through Mossbauer measurement according to the temperature of a single-phase fluorophosphate-based secondary battery positive electrode active material can do.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 플루오르인산염 기반 이차전지 양극활물질의 제조 방법을 도시한 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 플루오르인산염 기반 이차전지 양극활물질을 포함하는 이차전지 내 리튬/소듐의 전극 내 삽입/탈리 과정을 도시한 개략도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 플루오르인산염 기반 이차전지 양극활물질의 제조 방법에서 제조된 금속 인산염 화합물의 XRD 분석 결과를 도시한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 플루오르인산염 기반 이차전지 양극활물질의 제조 방법에서 제조된 금속 인산염 화합물의 상온 뫼스바우어 스펙트럼을 도시한 그래프이다.
도 5는 비교예 1에 따른 플루오르인산염 기반 이차전지 양극활물질(LiFePO4F(FePO4:LiF=1:1))의 합성 온도에 따른 XRD 분석 결과를 도시한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예 1 및 2에 따른 플루오르인산염 기반 이차전지 양극활물질(LiFePO4F(FePO4:LiF=1:1.05, 1:1.1))의 합성 온도에 따른 XRD 분석 결과를 도시한 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 플루오르인산염 기반 이차전지 양극활물질 (단일상 LiFePO4F)의 XRD 분석 결과를 도시한 그래프이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 플루오르인산염 기반 이차전지 양극활물질 (단일상 LiFePO4F)의 상온 뫼스바우어 스펙트럼을 도시한 그래프이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 플루오르인산염 기반 이차전지 양극활물질 (단일상 LiFePO4F)의 온도에 따른 뫼스바우어 스펙트험을 도시한 그래프이다.
1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a fluorophosphate-based positive electrode active material for a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
2 is a schematic diagram illustrating a process of insertion/desorption of lithium/sodium from an electrode in a secondary battery including a positive electrode active material for a fluorophosphate-based secondary battery according to an embodiment of the present invention.
3 is a graph showing the XRD analysis result of the metal phosphate compound prepared in the method of manufacturing a fluorophosphate-based secondary battery cathode active material according to an embodiment of the present invention.
4 is a graph showing a room temperature Mossbauer spectrum of a metal phosphate compound prepared in the method for manufacturing a fluorophosphate-based secondary battery cathode active material according to an embodiment of the present invention.
5 is a graph showing the XRD analysis results according to the synthesis temperature of the fluorophosphate-based secondary battery cathode active material (LiFePO4F(FePO4:LiF=1:1)) according to Comparative Example 1. Referring to FIG.
6 is a graph showing the XRD analysis results according to the synthesis temperature of the fluorophosphate-based secondary battery cathode active material (LiFePO4F(FePO4:LiF=1:1.05, 1:1.1)) according to Examples 1 and 2 of the present invention.
7 is a graph showing the XRD analysis result of a fluorophosphate-based secondary battery cathode active material (single-phase LiFePO 4 F) according to an embodiment of the present invention.
8 is a graph illustrating a room temperature Mossbauer spectrum of a fluorophosphate-based secondary battery cathode active material (single-phase LiFePO 4 F) according to an embodiment of the present invention.
9 is a graph showing the Mossbauer spectrum according to the temperature of the fluorophosphate-based secondary battery cathode active material (single-phase LiFePO 4 F) according to an embodiment of the present invention.

이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings and contents described in the accompanying drawings, but the present invention is not limited or limited by the embodiments.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.The terminology used herein is for the purpose of describing the embodiments and is not intended to limit the present invention. In this specification, the singular also includes the plural unless specifically stated otherwise in the phrase. As used herein, "comprises" and/or "comprising" does not exclude the presence or addition of one or more other elements, steps, or elements mentioned.

본 명세서에서 사용되는 "실시예", "예", "측면", "예시" 등은 기술된 임의의 양상(aspect) 또는 설계가 다른 양상 또는 설계들보다 양호하다거나, 이점이 있는 것으로 해석되어야 하는 것은 아니다.As used herein, “embodiment”, “example”, “aspect”, “exemplary”, etc. are to be construed as advantageous in any aspect or design described as being preferred or advantageous over other aspects or designs. is not doing

또한, '또는'이라는 용어는 배타적 논리합 'exclusive or'이기보다는 포함적인 논리합 'inclusive or'를 의미한다. 즉, 달리 언급되지 않는 한 또는 문맥으로부터 명확하지 않는 한, 'x가 a 또는 b를 이용한다'라는 표현은 포함적인 자연 순열들(natural inclusive permutations) 중 어느 하나를 의미한다.Also, the term 'or' means 'inclusive or' rather than 'exclusive or'. That is, unless stated otherwise or clear from context, the expression 'x employs a or b' means any of natural inclusive permutations.

또한, 본 명세서 및 청구항들에서 사용되는 단수 표현("a" 또는 "an")은, 달리 언급하지 않는 한 또는 단수 형태에 관한 것이라고 문맥으로부터 명확하지 않는 한, 일반적으로 "하나 이상"을 의미하는 것으로 해석되어야 한다.Also, as used herein and in the claims, the singular expression "a" or "an" generally means "one or more," unless stated otherwise or clear from the context that it relates to the singular form. should be interpreted as

아래 설명에서 사용되는 용어는, 연관되는 기술 분야에서 일반적이고 보편적인 것으로 선택되었으나, 기술의 발달 및/또는 변화, 관례, 기술자의 선호 등에 따라 다른 용어가 있을 수 있다. 따라서, 아래 설명에서 사용되는 용어는 기술적 사상을 한정하는 것으로 이해되어서는 안 되며, 실시예들을 설명하기 위한 예시적 용어로 이해되어야 한다.The terms used in the description below have been selected as general and universal in the related technical field, but there may be other terms depending on the development and/or change of technology, customs, preferences of technicians, and the like. Therefore, the terms used in the description below should not be construed as limiting the technical idea, but as illustrative terms for describing the embodiments.

또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 설명 부분에서 상세한 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 아래 설명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌 그 용어가 가지는 의미와 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 이해되어야 한다.In addition, in a specific case, there is a term arbitrarily selected by the applicant, and in this case, the meaning will be described in detail in the corresponding description. Therefore, the terms used in the description below should be understood based on the meaning of the term and the content throughout the specification, rather than the simple name of the term.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms (including technical and scientific terms) used herein may be used with the meaning commonly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. In addition, terms defined in a commonly used dictionary are not to be interpreted ideally or excessively unless clearly defined in particular.

한편, 본 발명의 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고, 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.Meanwhile, in the description of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. In addition, the terms used in this specification are terms used to properly express the embodiment of the present invention, which may vary according to the intention of a user or operator or customs in the field to which the present invention belongs. Accordingly, definitions of these terms should be made based on the content throughout this specification.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 플루오르인산염 기반 이차전지 양극활물질의 제조 방법을 도시한 흐름도이다.1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a fluorophosphate-based positive electrode active material for a secondary battery according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 실시예에 따른 플루오르인산염 기반 이차전지 양극활물질의 제조 방법은 인산염 화합물과 금속 화합물의 혼합물 또는 금속 인산염 수화물을 1차 열처리하여 단일상의 금속 인산염 화합물을 제조하는 단계(S110), 제조된 단일상의 금속 인산염 화합물의 결정상을 분석하는 단계(S120), 분석된 단일상의 금속 인산염 화합물 및 플루오라이드 화합물을 혼합하여 단일상의 금속 인산염 화합물과 플루오라이드 화합물의 혼합물을 제조하는 단계(S130), 단일상의 금속 인산염 화합물과 플루오라이드 화합물의 혼합물을 건조하는 단계(S140) 및 건조된 단일상의 금속 인산염 화합물과 플루오라이드 화합물의 혼합물을 2차 열처리하여 단일상의 플루오르인산염 화합물을 제조하는 단계(S150)를 포함한다.The method of manufacturing a fluorophosphate-based secondary battery cathode active material according to an embodiment of the present invention comprises the steps of preparing a single-phase metal phosphate compound by performing primary heat treatment of a mixture of a phosphate compound and a metal compound or a metal phosphate hydrate (S110), the prepared single Analyzing the crystal phase of the metal phosphate compound (S120), mixing the analyzed single-phase metal phosphate compound and the fluoride compound to prepare a mixture of the single-phase metal phosphate compound and the fluoride compound (S130), single-phase metal Drying the mixture of the phosphate compound and the fluoride compound (S140) and the second heat treatment of the dried single-phase mixture of the metal phosphate compound and the fluoride compound to prepare a single-phase fluorophosphate compound (S150).

본 발명의 실시예에 따른 플루오르인산염 기반 이차전지 양극활물질의 제조 방법은 두 단계(단일상의 금속 인산염 화합물을 제조하는 1차 합성 및 단일상의 플루오르인산염 화합물을 제조하는 2차 합성)의 직접 합성법(solid state reaction)으로 단일상의 플루오르인산염 화합물을 제조함으로써, 다른 화학적 합성 방법(ionothermal, solvothermal, sol-gel, etc.)들에 비하여 제조 공정이 간단하고 용이하다.The method of manufacturing a fluorophosphate-based secondary battery cathode active material according to an embodiment of the present invention comprises two steps (primary synthesis to prepare a single-phase metal phosphate compound and secondary synthesis to prepare a single-phase fluorophosphate compound) By preparing a single-phase fluorophosphate compound by a direct synthesis method (solid state reaction), the manufacturing process is simple and easy compared to other chemical synthesis methods (ionothermal, solvothermal, sol-gel, etc.).

또한, 플루오르인산염 기반 이차전지 양극활물질은 선행 연구가 부족한 물질 중 하나이나, 본 발명의 실시예에 따른 플루오르인산염 기반 이차전지 양극활물질의 제조 방법은 단일상의 플루오르인산염 화합물을 제조할 수 있으며, 바람직하게는, 단일상의 플루오르인산염 화합물은 하기 화학식 1의 구조를 가질 수 있다.In addition, although the fluorophosphate-based secondary battery positive active material is one of the materials lacking in prior research, the method for manufacturing a fluorophosphate-based secondary battery positive active material according to an embodiment of the present invention can prepare a single-phase fluorophosphate compound, preferably , the single-phase fluorophosphate compound may have the structure of Formula 1 below.

[화학식 1][Formula 1]

XFePO4F (X = Li, Na)XFePO 4 F (X = Li, Na)

먼저, 본 발명의 실시예에 따른 플루오르인산염 기반 이차전지 양극활물질의 제조 방법은 인산염 화합물과 금속 화합물의 혼합물 또는 금속 인산염 수화물을 1차 열처리하여 단일상의 금속 인산염 화합물을 제조하는 단계(S110)(1차 합성)를 진행한다.First, the method of manufacturing a fluorophosphate-based secondary battery cathode active material according to an embodiment of the present invention comprises the steps of preparing a single-phase metal phosphate compound by performing primary heat treatment of a mixture of a phosphate compound and a metal compound or a metal phosphate hydrate (S110) (1) tea synthesis).

바람직하게는, 인산염 화합물과 금속 화합물의 혼합물 또는 금속 인산염 수화물을 1차 열처리하여 단일상의 금속 인산염 화합물을 제조하는 단계(S110)는 출발 물질로 인산염 화합물과 금속 화합물의 혼합물을 사용하거나, 금속 인산염 수화물을 단독 사용할 수 있다.Preferably, the first heat treatment of a mixture of a phosphate compound and a metal compound or a metal phosphate hydrate to prepare a single-phase metal phosphate compound (S110) uses a mixture of a phosphate compound and a metal compound as a starting material, or a metal phosphate hydrate can be used alone.

인산염 화합물과 금속 화합물의 혼합물은 제1 혼합물일 수 있다.The mixture of the phosphate compound and the metal compound may be the first mixture.

출발 물질로 인산염 화합물과 금속 화합물의 혼합물(제1 혼합물)을 사용하는 경우, 금속 인산염 수화물을 단독으로 사용하는 경우와는 달리 혼합하는 과정이 존재하고, 열처리 온도 및 시간이 너무 낮거나 높은 경우 이차상이 발생할 수 있으나, 당량비에 맞게 혼합되는 경우, 단독으로 사용되는 금속 인산염 수화물과 달리 열처리 양에 따른 온도 및 시간이 유동적이지 않으며 열처리 과정을 통해 최적의 결정화된 상을 확실히 확보할 수 있다.When a mixture of a phosphate compound and a metal compound (first mixture) is used as a starting material, there is a process of mixing unlike in the case of using the metal phosphate hydrate alone, and when the heat treatment temperature and time are too low or too high, the secondary Phases may occur, but when mixed according to the equivalence ratio, the temperature and time according to the amount of heat treatment are not variable, unlike the metal phosphate hydrate used alone, and an optimal crystallized phase can be ensured through the heat treatment process.

따라서, 출발 물질로 인산염 화합물과 금속 화합물의 혼합물(제1 혼합물)을 사용하는 경우, 인산염 화합물과 금속 화합물을 혼합하여 인산염 화합물과 금속 화합물의 혼합물을 제조하는 단계를 더 포함할 수 있다.Accordingly, when a mixture of a phosphate compound and a metal compound (the first mixture) is used as the starting material, the method may further include preparing a mixture of the phosphate compound and the metal compound by mixing the phosphate compound and the metal compound.

인산염 화합물과 금속 화합물의 혼합물(제1 혼합물)의 혼합 시간은, 1분 내지 1시간일 수 있고, 혼합 시간이 1분 미만이면 제대로 혼합되지 않을 가능성이 높고, 1시간을 초과하면 혼합과정에서 소량의 이차상 물질이 합성될 수 있다. The mixing time of the mixture of the phosphate compound and the metal compound (the first mixture) may be from 1 minute to 1 hour, if the mixing time is less than 1 minute, it is highly unlikely that the mixture will be mixed properly, and if it exceeds 1 hour, a small amount in the mixing process of secondary phase materials can be synthesized.

또한, 출발 물질로 인산염 화합물과 금속 화합물의 혼합물(제1 혼합물)을 사용하는 경우, 인산염 화합물 및 금속 화합물은 당량비로 혼합될 수 있다.In addition, when a mixture of a phosphate compound and a metal compound (a first mixture) is used as the starting material, the phosphate compound and the metal compound may be mixed in an equivalent ratio.

만약, 인산염 화합물과 금속 화합물을 반응 당량비로 혼합하지 않을 경우, 열처리 과정에서 이차상이 존재할 수 있다.If the phosphate compound and the metal compound are not mixed in a reaction equivalent ratio, a secondary phase may exist during the heat treatment process.

실시예에 따라, 인산염 화합물의 경우, 다소 큰 결정의 고체 상태를 가지므로, 인산염 화합물을 분쇄하여 혼합하는 단계를 진행한 다음, 인산염 화합물과 금속 화합물을 혼합하여 인산염 화합물과 금속 화합물의 혼합물을 제조하는 단계를 진행할 수 있다.According to the embodiment, since the phosphate compound has a rather large crystal solid state, the phosphate compound is pulverized and mixed, and then the phosphate compound and the metal compound are mixed to prepare a mixture of the phosphate compound and the metal compound You can proceed with the steps to

또한, 출발 물질로 인산염 화합물과 금속 화합물의 혼합물(제1 혼합물)을 사용하는 경우, 분쇄된 인산염 화합물과 금속 화합물의 혼합 시간은 30분 내지 1시간 혼합하여 사용할 수 있고, 혼합 시간이 30분 미만이면 제대로 혼합되지 않을 수 있고, 1시간을 초과하면 혼합과정에서 손실률에 따른 소량의 이차상 물질이 합성될 수 있다.In addition, when a mixture of a phosphate compound and a metal compound (first mixture) is used as a starting material, the mixing time of the pulverized phosphate compound and the metal compound may be 30 minutes to 1 hour, and the mixing time is less than 30 minutes If it is, it may not be mixed properly, and if it exceeds 1 hour, a small amount of secondary phase material may be synthesized according to the loss rate in the mixing process.

인산염 화합물은 제1산암모늄(ammonium phosphate monobasic), 제2인산암모늄(ammonium phosphate dibasic), 인산 2수소 암모늄(ammonium dihydrogen phosphate), 디-암모늄 하이드로젠 포스페이트(di-ammonium hydrogen phosphate) 및 제3인산 암모늄 3수화물(ammonium phosphate tribasic trihydrate) 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.The phosphate compound is ammonium phosphate monobasic, ammonium phosphate dibasic, ammonium dihydrogen phosphate, di-ammonium hydrogen phosphate and triphosphate. It may include at least one of ammonium phosphate tribasic trihydrate.

인산염 화합물과 금속 화합물을 혼합하여 인산염 화합물과 금속 화합물의 혼합물을 제조하는 단계에서, 인산염 화합물로 제2인산암모늄(ammonium phosphate dibasic) 또는 디-암모늄 하이드로젠 포스페이트(di-ammonium hydrogen phosphate)를 사용하는 경우, 상온에서 오랜 시간 노출되면 암모니아(ammonia)로 분해되어 손실률이 점차 증가되기 때문에, 10분 내 빠르게 혼합하여야 한다.In the step of preparing a mixture of the phosphate compound and the metal compound by mixing the phosphate compound and the metal compound, ammonium phosphate dibasic or di-ammonium hydrogen phosphate is used as the phosphate compound. In this case, when exposed at room temperature for a long time, it is decomposed into ammonia and the loss rate is gradually increased, so it must be mixed quickly within 10 minutes.

또한, 고온으로 올라갈수록 암모니아(ammonia)와 제1산암모늄(ammonium phosphate monobasic) 상태로 분해됨으로써 최종적인 XFePO4F 양극활물질 생성 시, 이차상이 생성될 수 있기 때문에, 바람직하게는, 제1산암모늄(ammonium phosphate monobasic) 또는 인산 2수소 암모늄(ammonium dihydrogen phosphate)와 같은 인산염 화합물이 사용될 수 있다.In addition, as the temperature increases, it is decomposed into ammonia and ammonium phosphate monobasic to form a secondary phase when the final XFePO 4 F positive electrode active material is generated. Preferably, ammonium monobasic acid A phosphate compound such as ammonium phosphate monobasic or ammonium dihydrogen phosphate may be used.

금속 화합물은 산화 철(Ⅲ)(iron(Ⅲ) oxide), 산화 철(Ⅱ, Ⅲ)(iron(Ⅱ, Ⅲ) oxide) 및 철 옥살산염 수화물(iron oxalate dihydrate) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.The metal compound may include at least one of iron (III) oxide (iron (III) oxide), iron (II, III) oxide, and iron oxalate dihydrate. there is.

출발 물질로 금속 인산염 수화물을 단독으로 사용하는 경우, 별도의 혼합하는 과정 없이 열처리 과정을 통한 수화물(H2O)만 제거하면 되므로, 인산염 화합물과 금속 화합물을 혼합하는 과정과는 달리 이차상 형성 가능성이 낮고, 수화물만 제거하는 열처리 과정이 비교적 간단하다.When metal phosphate hydrate is used alone as a starting material, only the hydrate (H 2 O) needs to be removed through a heat treatment process without a separate mixing process. This is low, and the heat treatment process to remove only the hydrate is relatively simple.

또한, 인산염 화합물과 금속 화합물의 혼합물(제1 혼합물)을 사용하는 방법과 달리 열처리 과정만 진행하면 되는 이점이 있으나, 금속 인산염 수화물에 붙어있는 H2O을 떼어내기 위한 과정의 제어가 필요하다.In addition, unlike the method of using a mixture of a phosphate compound and a metal compound (the first mixture), there is an advantage that only a heat treatment process is performed, but it is necessary to control the process for removing H 2 O attached to the metal phosphate hydrate.

열처리 전의 금속 인산염 수화물은 비정질(amorphous) 형태를 가지므로 열처리 온도 및 시간이 부족하면 비정질이 결정화될 시간이 부족하기 때문에 결정화된 상을 얻을 수 없으며 반면, 열처리 온도 및 시간이 초과되면 질량 손실이 증가한다.Since the metal phosphate hydrate before heat treatment has an amorphous form, if the heat treatment temperature and time are insufficient, a crystallized phase cannot be obtained because the amorphous crystallization time is insufficient. On the other hand, if the heat treatment temperature and time are exceeded, the mass loss increases do.

또한, 열처리하는 금속 인산염 수화물의 양에 따라 열처리 온도 및 시간이 변할 수 있다. 예를 들어, 적은 양의 금속 인산염 수화물을 열처리하는 경우 열처리 온도 및 시간을 줄여야 하며, 많은 양의 금속 인산염 수화물을 열처리하는 경우 상대적으로 열처리 온도 및 시간을 늘려야 한다. 따라서, 최적의 금속 인산염을 얻기 위해서는 적절한 열처리 온도 및 시간이 요구된다.In addition, the heat treatment temperature and time may vary depending on the amount of the metal phosphate hydrate to be heat treated. For example, when a small amount of metal phosphate hydrate is heat treated, the heat treatment temperature and time must be reduced, and when a large amount of metal phosphate hydrate is heat treated, the heat treatment temperature and time must be relatively increased. Therefore, in order to obtain an optimal metal phosphate, an appropriate heat treatment temperature and time are required.

금속 인산염 수화물은 철 인산염 수화물(iron(III) phosphate hydrate), 철 인산염 이수화물(iron(III) phosphate dihydrate) 및 철 인산염 사수화물(iron(III) phosphate tetrahydrate) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.The metal phosphate hydrate may include at least one of iron(III) phosphate hydrate, iron(III) phosphate dihydrate, and iron(III) phosphate tetrahydrate. .

인산염 화합물과 금속 화합물의 혼합물 또는 금속 인산염 수화물을 1차 열처리하여 단일상의 금속 인산염 화합물을 제조하는 단계(S110)에서 인산염 화합물과 금속 화합물의 혼합물(제1 혼합물)을 출발 물질로 사용하는 경우, 인산염 화합물과 금속 화합물의 혼합물 또는 금속 인산염 수화물을 1차 열처리하여 단일상의 금속 인산염 화합물을 제조하는 단계(S110)는 인산염 화합물과 금속 화합물의 혼합물을 하소(calcination)하는 단계 및 하소된 인산염 화합물과 금속 화합물의 혼합물을 소결하는 단계를 포함할 수 있다.When a mixture of a phosphate compound and a metal compound or a metal phosphate hydrate is first heat treated to prepare a single-phase metal phosphate compound (S110), when a mixture of a phosphate compound and a metal compound (first mixture) is used as a starting material, phosphate The first heat treatment of a mixture of a compound and a metal compound or a metal phosphate hydrate to prepare a single-phase metal phosphate compound ( S110 ) includes calcining a mixture of a phosphate compound and a metal compound and a calcined phosphate compound and a metal compound It may include the step of sintering the mixture of.

인산염 화합물과 금속 화합물의 혼합물을 하소(calcination)하는 단계는 반응 시 생성되는 암모니아(ammonia)와 수분(H2O)을 제거하기 위한 하소(calcination) 단계로써, 인산염 화합물과 금속 화합물의 혼합물을 하소(calcination)하는 단계의 반응 온도는 300 ℃ 내지 400 ℃일 수 있고, 반응 시간은 6시간 내지 10시간일 수 있다.The step of calcining the mixture of the phosphate compound and the metal compound is a calcination step to remove ammonia and moisture (H 2 O) generated during the reaction, and the mixture of the phosphate compound and the metal compound is calcined. The reaction temperature of the step of (calcination) may be 300 °C to 400 °C, and the reaction time may be 6 hours to 10 hours.

인산염 화합물과 금속 화합물의 혼합물을 하소(calcination)하는 단계의 반응 온도가 300℃ 미만이면 최초 반응 시 생성되는 수분 및 암모니아가 상당히 잔여하게 되며 이는 인산염 화합물과 금속 화합물의 혼합물을 소결하는 단계에서 펠릿에 균열을 가져오게 되는 결과를 초래할 수 있다. 반면 400℃를 초과하면 수분 및 암모니아가 제거되나 일부 이차상이 형성될 가능성이 존재하는 문제가 있다.If the reaction temperature of the step of calcining the mixture of the phosphate compound and the metal compound is less than 300°C, the moisture and ammonia generated during the initial reaction are significantly left, which is added to the pellets in the step of sintering the mixture of the phosphate compound and the metal compound. This may result in cracks. On the other hand, when it exceeds 400° C., moisture and ammonia are removed, but there is a problem that there is a possibility that some secondary phases are formed.

인산염 화합물과 금속 화합물의 혼합물을 하소(calcination)하는 단계의 반응 시간이 6시간 미만이면 암모니아와 수분이 충분히 제거될 만한 시간이 부족한 문제가 있고, 10시간을 초과하면 반응 시간이 너무 길어져 일부 이차상이 합성될 수 있다.If the reaction time of the step of calcining the mixture of the phosphate compound and the metal compound is less than 6 hours, there is a problem that there is insufficient time to sufficiently remove ammonia and moisture, and if it exceeds 10 hours, the reaction time is too long and some secondary phases are can be synthesized.

그러나, 인산염 화합물과 금속 화합물의 혼합물을 하소(calcination)하는 단계의 반응 온도 및 시간은 이에 제한되지 않고, 반응 시 생성되는 암모니아(ammonia)와 수분(H2O)을 제거하기 위해 충분한 온도와 시간이 더 소요될 수 있다.However, the reaction temperature and time of the step of calcining the mixture of the phosphate compound and the metal compound are not limited thereto, and a sufficient temperature and time to remove ammonia and moisture (H 2 O) generated during the reaction. This may take more.

인산염 화합물과 금속 화합물의 혼합물을 하소(calcination)하는 단계를 진행하여 하소된 1차 혼합물을 다시 30분 내지 1시간 혼합한 후, 펠릿 형태로 성형하여 최종 반응 온도 870 ℃ 내지 900 ℃에서 8시간 내지 12시간 동안 열처리하여 인산염 화합물과 금속 화합물의 혼합물을 소결하는 단계를 진행할 수 있다.After performing the step of calcining the mixture of the phosphate compound and the metal compound, the calcined primary mixture is mixed again for 30 minutes to 1 hour, and then molded into pellets at a final reaction temperature of 870 ° C. to 900 ° C. for 8 hours The step of sintering the mixture of the phosphate compound and the metal compound may be performed by heat treatment for 12 hours.

인산염 화합물과 금속 화합물의 혼합물을 하소(calcination)하는 단계를 진행하여 하소된 파우더 상태의 1차 혼합물을 다시 혼합한 후, 펠릿 형태로 성형하여 인산염 화합물과 금속 화합물의 혼합물을 소결하는 단계를 진행하는 이유는 펠릿을 1차 혼합물의 녹는점 이하의 온도로 가열하였을 때, 혼합물이 단단하게 굳으면서 결합되므로 결정화된 상 형성이 가능하다. 만약 펠릿 형태가 아닌 파우더 형태로 인산염 화합물과 금속 화합물의 혼합물을 소결하는 단계를 진행하면 완전히 결정화된 상을 얻을 수 없는 문제가 있다.After performing the step of calcining the mixture of the phosphate compound and the metal compound, the primary mixture in the calcined powder state is mixed again, and then formed into pellets to sinter the mixture of the phosphate compound and the metal compound. The reason is that when the pellets are heated to a temperature below the melting point of the primary mixture, the mixture solidifies and bonds to form a crystallized phase. If the step of sintering the mixture of the phosphate compound and the metal compound in the form of a powder rather than a pellet is performed, there is a problem in that a completely crystallized phase cannot be obtained.

인산염 화합물과 금속 화합물의 혼합물을 소결하는 단계는 하소된 1차 혼합물을 소결시키기 위한 것으로, 인산염 화합물과 금속 화합물의 혼합물을 소결하는 단계의 반응 온도가 870℃ 미만이면 결정상 형성 전의 비정질 또는 이차상 형성이 존재할 수 있는 문제가 있고, 900℃를 초과하면 결정상 형성을 넘어서 추가적인 이차상이 형성될 수 있다. The step of sintering the mixture of the phosphate compound and the metal compound is for sintering the calcined primary mixture, and if the reaction temperature of the step of sintering the mixture of the phosphate compound and the metal compound is less than 870° C., an amorphous or secondary phase is formed before the crystalline phase is formed. There is a problem that may exist, and when it exceeds 900° C., an additional secondary phase may be formed beyond crystalline phase formation.

인산염 화합물과 금속 화합물의 혼합물을 소결하는 단계의 반응 시간이 8시간 미만이면 상 형성이 되는 시간이 부족하여 비정질 또는 이차상 형성이 존재하는 문제가 있고, 12시간을 초과하면 결정상 형성을 넘어서 추가적인 새로운 이차상이 형성될 수 있다.If the reaction time of the step of sintering the mixture of the phosphate compound and the metal compound is less than 8 hours, there is a problem that amorphous or secondary phase formation exists due to insufficient time for phase formation, and when it exceeds 12 hours, additional new A secondary phase may form.

하소 단계 및 소결 단계는 모두 공기 중에서 진행될 수 있으며, 1차 합성된 단일상의 금속 인산염 화합물은 연회색(pale gray)을 띌 수 있다.Both the calcination step and the sintering step may be performed in air, and the first synthesized single-phase metal phosphate compound may have a pale gray color.

인산염 화합물과 금속 화합물의 혼합물 또는 금속 인산염 수화물을 1차 열처리하여 단일상의 금속 인산염 화합물을 제조하는 단계(S110)에서 금속 인산염 수화물을 출발 물질로 사용하는 경우, 인산염 화합물과 금속 화합물의 혼합물 또는 금속 인산염 수화물을 1차 열처리하여 단일상의 금속 인산염 화합물을 제조하는 단계(S110)는 675 ℃ 내지 825 ℃에서 8 시간 동안 공기 중에서 가열하여 수분(H2O)을 충분히 제거함으로써, 1차 합성된 단일상의 금속 인산염 화합물을 수득할 수 있다.When a metal phosphate hydrate is used as a starting material in the step S110 of preparing a single-phase metal phosphate compound by primary heat treatment of a mixture of a phosphate compound and a metal compound or a metal phosphate hydrate, a mixture of a phosphate compound and a metal compound or a metal phosphate compound The step (S110) of preparing a single-phase metal phosphate compound by performing a primary heat treatment of the hydrate is to sufficiently remove moisture (H 2 O) by heating it in air at 675 ° C. to 825 ° C. for 8 hours, whereby the primary synthesized single-phase metal A phosphate compound can be obtained.

금속 인산염 수화물을 출발 물질로 사용하는 경우, 인산염 화합물과 금속 화합물의 혼합물 또는 금속 인산염 수화물을 1차 열처리하여 단일상의 금속 인산염 화합물을 제조하는 단계(S110)의 반응 온도가 675℃ 미만이면 수분(H2O)이 충분히 제거되지 않을 수 있는 문제가 있고, 825℃를 초과하면 질량 손실을 가져오는 문제가 있다. 다만, 인산염 화합물과 금속 화합물의 혼합물 또는 금속 인산염 수화물을 1차 열처리하여 단일상의 금속 인산염 화합물을 제조하는 단계(S110)의 반응 온도는 수화물이 붙어있는 개수에 따라 열처리 온도가 유동적으로 변할 수 있다.When a metal phosphate hydrate is used as a starting material, if the reaction temperature in the step (S110) of preparing a single-phase metal phosphate compound by primary heat treatment of a mixture of a phosphate compound and a metal compound or a metal phosphate hydrate is less than 675° C., moisture (H 2 O ) may not be sufficiently removed, and if it exceeds 825°C, there is a problem of causing mass loss. However, the reaction temperature of the step ( S110 ) of preparing a single-phase metal phosphate compound by performing primary heat treatment of a mixture of a phosphate compound and a metal compound or a metal phosphate hydrate may vary flexibly depending on the number of hydrates attached thereto.

금속 인산염 수화물을 출발 물질로 사용하는 경우, 인산염 화합물과 금속 화합물의 혼합물 또는 금속 인산염 수화물을 1차 열처리하여 단일상의 금속 인산염 화합물을 제조하는 단계(S110)의 반응 시간은 8시간 내외로 진행될 수 있고, 반응 시간이 적으면 수분이 충분히 제거되지 않는 문제가 있고 반응 시간이 너무 길면 질량 손실이 존재할 수 있다. 다만, 반응 시간은 수화물이 붙어있는 개수에 따라 반응 시간이 유동적으로 변할 수 있다.When a metal phosphate hydrate is used as a starting material, the reaction time of the step (S110) of preparing a single-phase metal phosphate compound by first heat-treating a mixture of a phosphate compound and a metal compound or a metal phosphate hydrate may proceed about 8 hours, and , if the reaction time is short, there is a problem in that moisture is not sufficiently removed, and if the reaction time is too long, there may be mass loss. However, the reaction time may vary flexibly depending on the number of hydrates attached thereto.

또한, 금속 인산염 수화물을 출발 물질로 사용하는 경우, 단일상의 금속 인산염을 얻기 위한 변수로 금속 인산염 수화물에 붙어있는 수화물의 개수 및 열처리하는 금속 인산염 수화물의 양에 따라, 열처리 온도 및 반응 시간이 충분히 유동적으로 변할 수 있다.In addition, when a metal phosphate hydrate is used as a starting material, the heat treatment temperature and reaction time are sufficiently flexible depending on the number of hydrates attached to the metal phosphate hydrate and the amount of metal phosphate hydrate to be heat treated as variables for obtaining a single phase metal phosphate. can be changed to

그러나, 반응 온도 및 시간은 이에 제한되지 않고, 반응 시 생성되는 수분(H2O)을 제거하기 위해 충분한 온도와 시간이 더 소요될 수 있다.However, the reaction temperature and time are not limited thereto, and a sufficient temperature and time may be required to remove moisture (H 2 O) generated during the reaction.

바람직하게는, 인산염 화합물과 금속 화합물의 혼합물 또는 금속 인산염 수화물을 1차 열처리하여 단일상의 금속 인산염 화합물을 제조하는 단계(S110)를 진행하여 제조된 단일상의 금속 인산염 화합물은 철인산염(FePO4)일 수 있다.Preferably, the single-phase metal phosphate compound prepared by performing the first heat treatment of a mixture of a phosphate compound and a metal compound or a metal phosphate hydrate to prepare a single-phase metal phosphate compound (S110) is iron phosphate (FePO 4 ) can

또한, 제조된 단일상의 금속 인산염 화합물은 육방정계 구조를 가질 수 있다.In addition, the prepared single-phase metal phosphate compound may have a hexagonal structure.

이 후, 본 발명의 실시예에 따른 플루오르인산염 기반 이차전지 양극활물질의 제조 방법은 제조된 단일상의 금속 인산염 화합물의 결정상을 분석하는 단계(S120)를 진행할 수 있다.Thereafter, in the method of manufacturing a fluorophosphate-based secondary battery cathode active material according to an embodiment of the present invention, a step (S120) of analyzing the crystalline phase of the prepared single-phase metal phosphate compound may be performed.

제조된 단일상의 금속 인산염 화합물의 결정상을 분석하는 단계(S120)는 1차 합성된 단일상의 금속 인산염 화합물이 단일상으로 합성되었는 지 검증하기 위한 것으로, 단일상의 금속 인산염 화합물의 분석 단계는 뫼스바우어 분광법 또는 X-선 회절법(XRD, X-Ray Diffraction)을 이용할 수 있고, 뫼스바우어 분광법 또는 X선 회절법을 이용하여 육방정계 구조의 단일상의 금속 인산염 화합물이 확인되지 않는다면 분석된 단일상의 금속 인산염 화합물 및 플루오라이드 화합물을 혼합하여 단일상의 금속 인산염 화합물과 플루오라이드 화합물의 혼합물을 제조하는 단계(S130)를 진행하지 않는다.The step of analyzing the crystal phase of the prepared single-phase metal phosphate compound (S120) is to verify whether the firstly synthesized single-phase metal phosphate compound was synthesized as a single phase, and the analysis step of the single-phase metal phosphate compound was performed by Mossbauer spectroscopy. Alternatively, an X-ray diffraction method (XRD, X-Ray Diffraction) may be used, and if a single-phase metal phosphate compound having a hexagonal structure is not identified using Mossbauer spectroscopy or X-ray diffraction, the analyzed single-phase metal phosphate compound and mixing the fluoride compound to prepare a mixture of the single-phase metal phosphate compound and the fluoride compound ( S130 ) is not performed.

단일상의 금속 인산염 화합물의 결정상을 분석하기 위한 가장 일반적인 방법으로 XRD이 사용될 수 있으나, 소량의 이차상(Fe(1-x or 1+x)PO4 +α) 가능성 여부를 판단하기에는 다소 어려움이 따른다.XRD can be used as the most general method for analyzing the crystal phase of a single-phase metal phosphate compound, but it is somewhat difficult to determine whether a small amount of secondary phase (Fe (1-x or 1+x) PO 4 +α) is possible. .

만약, 금속 인산염 화합물에 소량의 이차상이 존재하는 경우에도, Fe 이온 상태가 변하게 되므로, 본 발명의 실시예에 따른 플루오르인산염 기반 이차전지 양극활물질의 제조 방법은 뫼스바우어 분광법을 이용하여 이차상 존재 유무를 확인할 수 있다.If a small amount of secondary phase is present in the metal phosphate compound, since the Fe ion state is changed, the method of manufacturing a fluorophosphate-based secondary battery cathode active material according to an embodiment of the present invention uses Mossbauer spectroscopy to determine whether a secondary phase exists can be checked.

예를 들어, 철인산염(FePO4)의 Fe 이온가는 1개 사이트의 Fe3+(ferric) 상태로 존재하여 대칭적인 뫼스바우어 스펙트럼이 측정되나, 이차상이 존재하는 경우, Fe3+ 및 Fe2+(ferrous)가 혼합된 상태 또는 두 사이트 이상의 Fe3+ 상태가 존재하는 비대칭적인 형태의 스펙트럼이 측정될 수 있다.For example, the Fe ion value of iron phosphate (FePO 4 ) exists in the Fe 3+ (ferric) state of one site so that a symmetric Mösbauer spectrum is measured, but when a secondary phase exists, Fe 3+ and Fe 2+ An asymmetrical spectrum in which (ferrous) is mixed or Fe 3+ states of two or more sites exist can be measured.

또한, 플루오르인산염 기반 이차전지 양극활물질의 제조 시, 최종 양극활물질 열처리에서 이차상 형성 가능성이 매우 높으며, 금속 인산염 화합물 및 플루오라이드 화합물의 혼합비율이 달라질 수 있는 문제가 생기고, 양극활물질의 재연 가능성이 현저히 낮아지는 문제가 있기 때문에, 본 발명의 실시예에 따른 플루오르인산염 기반 이차전지 양극활물질의 제조 방법은 재연 가능성을 높이기 위해 금속 인산염 화합물이 단일상으로 형성되어야 한다.In addition, in the manufacture of a fluorophosphate-based secondary battery cathode active material, the possibility of forming a secondary phase in the final heat treatment of the cathode active material is very high, and there is a problem that the mixing ratio of the metal phosphate compound and the fluoride compound may vary, and the possibility of reproducibility of the cathode active material occurs. Since there is a problem of remarkably lowering, in the method of manufacturing a fluorophosphate-based positive electrode active material for a secondary battery according to an embodiment of the present invention, the metal phosphate compound must be formed as a single phase in order to increase the possibility of reproducibility.

금속 인산염 화합물(예; 철인산염, FePO4)의 결정구조는 육방정계(hexagonal) 구조 외에도 단사정계(monoclinic), 사방정계(orthorhombic)가 존재하나, 육방정계의 철인산염을 사용하면 삼사정계의 최종 양극활물질을 수득할 수 있다.The crystal structure of metal phosphate compounds (eg, iron phosphate, FePO 4 ) is monoclinic and orthorhombic in addition to the hexagonal structure. A positive electrode active material can be obtained.

만약, 단사정계 또는 사방정계의 철인산염을 이용하는 경우, 최종 양극화물질의 구조가 단사정계 또는 사방정계가 될 수 있으나, 이는 일반적이지 않은 경우로 잘 형성되지 않을 가능성이 높다.If monoclinic or orthorhombic iron phosphate is used, the structure of the final anodic material may be monoclinic or orthorhombic, but this is not a common case and is highly unlikely to be formed well.

이후, 본 발명의 실시예에 따른 플루오르인산염 기반 이차전지 양극활물질의 제조 방법은 분석된 단일상의 금속 인산염 화합물 및 플루오라이드 화합물을 혼합하여 단일상의 금속 인산염 화합물과 플루오라이드 화합물의 혼합물을 제조하는 단계(S130)를 진행한다.Thereafter, the method of manufacturing a fluorophosphate-based secondary battery cathode active material according to an embodiment of the present invention comprises the steps of preparing a mixture of a single-phase metal phosphate compound and a fluoride compound by mixing the analyzed single-phase metal phosphate compound and a fluoride compound ( S130) is performed.

단일상의 금속 인산염 화합물과 플루오라이드 화합물의 혼합물은 제2 혼합물일 수 있다.The mixture of the single phase metal phosphate compound and the fluoride compound may be a second mixture.

플루오라이드 화합물은 리튬 플루오라이드(LiF) 및 소듐 플루오라이드(NaF) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.The fluoride compound may include at least one of lithium fluoride (LiF) and sodium fluoride (NaF).

플루오라이드 화합물은 고온에서 증발될 수 있기에, 고온에서 증발되는 것을 고려하여 단일상의 금속 인산염 화합물 대비 플루오라이드의 비율을 5% 내지 10 % 초과되도록 혼합할 수 있다.Since the fluoride compound may be evaporated at a high temperature, it may be mixed so that the ratio of fluoride to the single-phase metal phosphate compound exceeds 5% to 10% in consideration of evaporation at high temperature.

즉, 단일상의 금속 인산염 화합물 및 플루오라이드 화합물의 혼합비는 1:1.05 미만이면 단일상의 금속 인산염 화합물 대비 플루오라이드 화합물이 고온에서 증발하기 때문에 상대적으로 단일상의 금속 인산염 화합물 비율이 높으므로, 반응하지 못한 철인산염이 존재하는 문제가 있고, 1:1.1을 초과하면 반응하고 남은 플루오라이드 화합물이 존재하며 그 외 이차상(Li3Fe2(PO4)3, FeF3 등)이 형성될 수 있다.That is, if the mixing ratio of the single-phase metal phosphate compound and the fluoride compound is less than 1:1.05, the single-phase metal phosphate compound has a relatively high ratio of the single-phase metal phosphate compound because the fluoride compound evaporates at a high temperature compared to the single-phase metal phosphate compound, so the unreacted iron There is a problem in that phosphate is present, and when it exceeds 1:1.1, a fluoride compound remaining after the reaction exists, and other secondary phases (Li 3 Fe 2 (PO 4 ) 3 , FeF 3 , etc.) may be formed.

단일상의 금속 인산염 화합물 및 플루오라이드 화합물은 용매를 첨가하여 혼합할 수 있고, 예를 들어, 용매는 에탄올, 증류수 및 아세톤 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있으나, 에탄올에 비하여 상대적으로 끓는점이 낮으므로 혼합 시 사용을 지양하고, 바람직하게는, 극성이 작고 용해성이 좋은 에탄올을 사용할 수 있다.The single phase metal phosphate compound and the fluoride compound may be mixed by adding a solvent, for example, the solvent may include at least one of ethanol, distilled water, and acetone, but the boiling point is relatively lower than that of ethanol. It is preferable to use ethanol having a low polarity and good solubility, while avoiding its use.

단일상의 금속 인산염 화합물과 플루오라이드 화합물의 혼합물(제2 혼합물)은 탈포혼연장치(무거품원심교반기)로 1500 rpm 내지 2000 rpm에서 15분 내지 30분 동안 혼합될 수 있다.The mixture of the single phase metal phosphate compound and the fluoride compound (the second mixture) may be mixed with a defoaming and kneading device (foamless centrifugal stirrer) at 1500 rpm to 2000 rpm for 15 minutes to 30 minutes.

탈포혼연장치의 회전 속도가 1500 rpm 미만이면 혼합물이 균일하게 섞이지 않는 문제가 있고 2000 rpm을 초과하면 혼합물이 분리되어 혼합되지 않는 문제가 있다.If the rotation speed of the degassing and kneading device is less than 1500 rpm, there is a problem that the mixture is not uniformly mixed, and when it exceeds 2000 rpm, the mixture is separated and not mixed.

단일상의 금속 인산염 화합물 및 플루오라이드 화합물의 혼합 시간이 15분 미만이면 균일하게 혼합되지 않는 문제가 있고, 30분만 해도 충분히 균일하게 혼합되므로 불필요하게 30분을 초과하여 혼합하지 않는다.If the mixing time of the single phase of the metal phosphate compound and the fluoride compound is less than 15 minutes, there is a problem that the mixture is not uniformly mixed, and because it is sufficiently uniformly mixed even after only 30 minutes, it is not unnecessarily mixed for more than 30 minutes.

기계적 밀링법을 이용하여 혼합하면 화합물들이 혼합하면서 많은 양의 기포를 발생시키나, 탈포혼연장치를 이용한 교반법의 경우, 교반과 탈포를 동시에 진행하면서 혼합물 내 기포에 존재하는 산소를 제거하고 단시간 내 화합물들이 효율적으로 혼합될 수 있다.When mixing using the mechanical milling method, a large amount of bubbles are generated while the compounds are mixed, but in the case of the stirring method using a defoaming and kneading device, the oxygen present in the bubbles in the mixture is removed while stirring and defoaming are performed simultaneously and the compound within a short time. can be mixed efficiently.

반면, 기계적 밀링법(예, 볼밀, 어트리션 밀, 스펙스 밀 등)은 최소 12 시간 내지 24 시간 이상 혼합 시간이 소용되지만, 탈포혼연장치는 15분 내지 30분의 단시간동안 혼합이 가능한 이점이 있다.On the other hand, mechanical milling methods (e.g., ball mill, attrition mill, spex mill, etc.) require at least 12 to 24 hours of mixing time, but the defoaming and kneading device has the advantage of being able to mix for a short time of 15 to 30 minutes. there is.

또한, 직접합성법을 이용하여 혼합하는 경우, 기계적 밀릴법으로 혼합을 진행하게 되면 금속 인산염(예; 철인산염)과 플루오라이드 화합물(예; 리튬/소듐 플라이드)의 분자량 차이로 인하여 혼합이 잘 되지 않기 때문에, 단일상을 생성할 수 없다.In addition, in the case of mixing using the direct synthesis method, mixing is not performed well due to the difference in molecular weight between the metal phosphate (eg, iron phosphate) and the fluoride compound (eg, lithium/sodium ply) when mixing is performed by the mechanical milling method. Therefore, a single phase cannot be generated.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 플루오르인산염 기반 이차전지 양극활물질의 제조 방법은 단일상의 금속 인산염 화합물과 플루오라이드 화합물의 혼합물(제2 혼합물)을 탈포혼연장치를 사용하여 혼합함으로써, 단일상의 플루오르인산염 기반 이차전지 양극활물질을 제조할 수 있다.Therefore, in the method for manufacturing a fluorophosphate-based secondary battery positive active material according to an embodiment of the present invention, a single-phase fluorophosphate compound is mixed using a degassing and kneading device by mixing a mixture of a single-phase metal phosphate compound and a fluoride compound (second mixture). It is possible to manufacture a cathode active material for a base secondary battery.

이후, 본 발명의 실시예에 따른 플루오르인산염 기반 이차전지 양극활물질의 제조 방법은 단일상의 금속 인산염 화합물과 플루오라이드 화합물의 혼합물을 건조하는 단계(S140)를 진행한다.Thereafter, in the method of manufacturing a fluorophosphate-based positive electrode active material for a secondary battery according to an embodiment of the present invention, a step (S140) of drying a mixture of a single-phase metal phosphate compound and a fluoride compound is performed.

단일상의 금속 인산염 화합물과 플루오라이드 화합물의 혼합물을 건조하는 단계(S140)는 단일상의 금속 인산염 화합물과 플루오라이드 화합물의 혼합물(제2 혼합물)을 탈포혼연장치로부터 유리 페트리 디쉬에 옮겨담은 다음, 단일상의 금속 인산염 화합물과 플루오라이드 화합물의 혼합물(제2 혼합물)을 진공 건조기에 넣고 600 mmHg 내지 750 mmHg 진공 상태로 만들어 건조시킬 수 있다.In the step of drying the mixture of the single-phase metal phosphate compound and the fluoride compound (S140), the single-phase mixture of the metal phosphate compound and the fluoride compound (second mixture) is transferred from the defoaming and kneading device to a glass Petri dish, and then the single phase A mixture of the metal phosphate compound and the fluoride compound (the second mixture) may be placed in a vacuum dryer and dried under a vacuum of 600 mmHg to 750 mmHg.

진공 건조기의 내부 온도는 60 ℃ 내지 100 ℃일 수 있고, 내부 온도가 60℃ 미만이면 혼합물을 건조하는 시간이 너무 길어지게 되는 문제가 있고, 해당 혼합물이 산화에 민감하므로 100℃를 초과하지 않는다.The internal temperature of the vacuum dryer may be 60 ℃ to 100 ℃, if the internal temperature is less than 60 ℃ there is a problem that the time to dry the mixture becomes too long, and the mixture is sensitive to oxidation, so it does not exceed 100 ℃.

또한, 용매로서 에탄올의 끓는점 및 진공 상태라는 점을 고려하여 60℃ 내지 100℃ 내에서 진공 건조할 수 있다.In addition, in consideration of the boiling point and vacuum state of ethanol as a solvent, vacuum drying may be performed at 60° C. to 100° C.

건조 시간은 12 시간 내지 24 시간일 수 있고, 건조 시간이 건조 시간이 12시간 미만이면 용매가 증발할 충분한 시간이 부족하고 수분이 남아 있을 수도 있는 문제가 있으며, 완전 건조되지 않는 경우 단일상의 금속 인산염 화합물과 플루오라이드 화합물의 혼합물을 2차 열처리하는 단계에서 수분에 의한 단일상의 금속 인산염 화합물과 플루오라이드 화합물의 혼합물(제2 혼합물)에 산화가 발생할 수 있다.The drying time may be 12 hours to 24 hours, and if the drying time is less than 12 hours, there is a problem that there is not enough time for the solvent to evaporate and moisture may remain, and if the drying time is not completely dried, the single-phase metal phosphate In the second heat treatment of the mixture of the compound and the fluoride compound, oxidation may occur in the mixture (the second mixture) of the single-phase metal phosphate compound and the fluoride compound by moisture.

또한, 진공 건조라는 점을 고려하면, 대기압보다 낮은 진공에서 혼합물을 건조하게 되면 용매의 끓는점이 낮아지게 되기 때문에 단시간 내 건조되므로 24시간 내로 건조를 진행해도 혼합물이 완전히 건조되는데 충분한 시간이다.In addition, considering the vacuum drying, drying the mixture in a vacuum lower than atmospheric pressure lowers the boiling point of the solvent, so it dries within a short time, so even if drying is performed within 24 hours, it is sufficient time for the mixture to be completely dried.

더불어, Fe 산화 방지를 위해 진공에서 진행해야 하며, 일반적인(대기압 상태의) 고온 건조기의 경우, 이차상 형성 가능성을 높기 때문에, 일반 고온 건조기에서 혼합물을 건조할 경우, 혼합물의 표면이 붉게 변하면서 산화가 일부 발생될 수 있다.In addition, it must be carried out in a vacuum to prevent oxidation of Fe, and in the case of a general (atmospheric pressure) high temperature dryer, the possibility of secondary phase formation is high. may occur in some cases.

또한, 단일상의 금속 인산염 화합물과 플루오라이드 화합물의 혼합물(제2 혼합물)의 진공 건조기의 내부 온도 및 건조 시간이 이에 제한되지 않고, 단일상의 금속 인산염 화합물과 플루오라이드 화합물의 혼합물(제2 혼합물)의 양으로부터 조절될 수 있다.In addition, the internal temperature and drying time of the vacuum dryer of the mixture of the single-phase metal phosphate compound and the fluoride compound (second mixture) are not limited thereto, and the mixture of the single-phase metal phosphate compound and the fluoride compound (second mixture) is not It can be adjusted from the amount.

탈포혼연장치에서 혼합된 단일상의 금속 인산염 화합물과 플루오라이드 화합물의 혼합물(제2 혼합물)의 경우, 고점도의 액체 상태로 존재하며, 이를 파우더 형태의 혼합물로 만들기 위해 건조 단계를 진행하며, 최종적으로 열처리하기 전에 마지막으로 한 번 더 균일하게 분쇄할 수 있다.In the case of a mixture (second mixture) of a single-phase metal phosphate compound and a fluoride compound mixed in a defoaming and kneading device, it exists in a high-viscosity liquid state, and a drying step is performed to make it a powder-type mixture, and finally heat treatment You can grind it one last time to make it even more homogeneous.

또한, 탈포혼연장치 및 건조 단계(S140)를 통해 혼합물 내 기포(기체)를 제거하여 최종적인 열처리 과정에서 혼합물 내 기체에 의한 펠릿의 균열 또는 산화가 발생하지 않도록 방지할 수 있다.In addition, it is possible to prevent the occurrence of cracking or oxidation of the pellets by the gas in the mixture in the final heat treatment process by removing the bubbles (gas) in the mixture through the degassing and kneading device and the drying step (S140).

마지막으로, 본 발명의 실시예에 따른 플루오르인산염 기반 이차전지 양극활물질의 제조 방법은 건조된 단일상의 금속 인산염 화합물과 플루오라이드 화합물의 혼합물을 2차 열처리하여 단일상의 플루오르인산염 화합물을 제조하는 단계(S150)를 진행한다.Finally, the method for manufacturing a fluorophosphate-based secondary battery cathode active material according to an embodiment of the present invention comprises the steps of preparing a single-phase fluorophosphate compound by performing secondary heat treatment on a mixture of a dried single-phase metal phosphate compound and a fluoride compound (S150) ) is carried out.

먼저, 건조된 단일상의 금속 인산염 화합물과 플루오라이드 화합물의 혼합물(제2 혼합물)을 30분 동안 분쇄한 후, 펠릿 형태로 성형하여 건조된 단일상의 금속 인산염 화합물과 플루오라이드 화합물의 혼합물을 2차 열처리하여 단일상의 플루오르인산염 화합물을 제조하는 단계(S150)(2차 합성)를 진행할 수 있다.First, the dried single-phase mixture of the metal phosphate compound and the fluoride compound (the second mixture) is pulverized for 30 minutes, and then the mixture of the single-phase metal phosphate compound and the fluoride compound dried by molding into pellets is subjected to secondary heat treatment To prepare a single-phase fluorophosphate compound (S150) (secondary synthesis) may proceed.

본 발명의 실시예에 따른 플루오르인산염 기반 이차전지 양극활물질의 제조 방법은 단일상의 금속 인산염 화합물과 플루오라이드 화합물의 혼합물(제2 혼합물)을 펠릿 형태로 성형하여 고온에서 펠릿 형태의 혼합물이 단단하게 굳으면서 결합되므로 결정화된 상 형성이 가능하며, 만약 파우더 형태로 2차 열처리 단계를 진행하면 상대적으로 비정질 상이 수득될 수 있다.In the method for manufacturing a fluorophosphate-based secondary battery cathode active material according to an embodiment of the present invention, a mixture of a single-phase metal phosphate compound and a fluoride compound (second mixture) is molded into pellets so that the mixture in the form of pellets is hardened at a high temperature. Since the crystallized phase is formed while being combined, a relatively amorphous phase can be obtained if the secondary heat treatment step is performed in the form of a powder.

건조된 단일상의 금속 인산염 화합물과 플루오라이드 화합물의 혼합물을 2차 열처리하여 단일상의 플루오르인산염 화합물을 제조하는 단계(S150)는 건조된 단일상의 금속 인산염 화합물과 플루오라이드 화합물의 혼합물(제2 혼합물)을 575 ℃ 내지 650 ℃에서 1.5 시간 내지 2 시간 동안 소결하여 진행될 수 있다.The step of preparing a single-phase fluorophosphate compound by performing secondary heat treatment on a mixture of the dried single-phase metal phosphate compound and the fluoride compound (S150) is a mixture of the dried single-phase metal phosphate compound and the fluoride compound (second mixture). Sintering may be carried out at 575 ° C. to 650 ° C. for 1.5 hours to 2 hours.

건조된 단일상의 금속 인산염 화합물과 플루오라이드 화합물의 혼합물을 2차 열처리하여 단일상의 플루오르인산염 화합물을 제조하는 단계(S150)의 반응 온도가 575℃ 미만이면 상이 형성되기에는 부족한 반응 온도로 출발 물질이 끝까지 반응하지 못하는 문제가 있고(출발 물질(FePO4)이 여전히 존재), 650℃를 초과하면 단일상의 금속 인산염 화합물과 플루오라이드 화합물의 혼합물(제2 혼합물) 내에서 Li3Fe2(PO4)3 또는 Li3PO4, FeF3 와 같은 상이 분해되기 시작하는 등의 이차상이 형성될 수 있다.If the reaction temperature of the step (S150) of preparing a single-phase fluorophosphate compound by secondary heat treatment of a mixture of a dried single-phase metal phosphate compound and a fluoride compound is less than 575° C., the starting material is insufficient to form a phase. There is a problem of not reacting (the starting material (FePO 4 ) is still present), and when it exceeds 650° C., Li 3 Fe 2 (PO 4 ) 3 in a mixture of a single-phase metal phosphate compound and a fluoride compound (second mixture) Alternatively, a secondary phase such as Li 3 PO 4 , FeF 3 and the like begins to decompose may be formed.

본 발명의 실시예에 따른 플루오르인산염 기반 이차전지 양극활물질의 제조 방법은 건조된 단일상의 금속 인산염 화합물과 플루오라이드 화합물의 혼합물을 2차 열처리하여 단일상의 플루오르인산염 화합물을 제조하는 단계(S150)의 반응 온도에 따라 결정학적 특성이 조절될 수 있다.The method of manufacturing a fluorophosphate-based secondary battery cathode active material according to an embodiment of the present invention comprises the second heat treatment of a mixture of a dried single-phase metal phosphate compound and a fluoride compound to prepare a single-phase fluorophosphate compound (S150) Reaction of Depending on the temperature, the crystallographic properties can be controlled.

건조된 단일상의 금속 인산염 화합물과 플루오라이드 화합물의 혼합물을 2차 열처리하여 단일상의 플루오르인산염 화합물을 제조하는 단계(S150)의 반응 시간이 1.5 시간 미만이면 상이 형성되는데 충분하지 못한 시간으로 최종 합성물질이 만들어지지 못하는 문제가 있고, 2시간을 초과하면 표면 내 산화가 발생될 수 있다.If the reaction time of the step (S150) of preparing a single-phase fluorophosphate compound by secondary heat treatment of a mixture of a dried single-phase metal phosphate compound and a fluoride compound is less than 1.5 hours, the final synthetic material is not sufficient to form a phase There is a problem that it cannot be made, and if it exceeds 2 hours, oxidation in the surface may occur.

건조된 단일상의 금속 인산염 화합물과 플루오라이드 화합물의 혼합물을 2차 열처리하여 단일상의 플루오르인산염 화합물을 제조하는 단계(S150)의 합성 분위기는 아르곤, 질소 또는 아르곤-질소 혼합가스(아르곤95%-수소5%)일 수 있다.The synthesis atmosphere of the step (S150) of preparing a single-phase fluorophosphate compound by secondary heat treatment of a mixture of a dried single-phase metal phosphate compound and a fluoride compound is argon, nitrogen, or an argon-nitrogen mixed gas (argon 95%-hydrogen 5 %) can be

본 발명의 실시예에 따른 플루오르인산염 기반 이차전지 양극활물질의 제조 방법은 건조된 단일상의 금속 인산염 화합물과 플루오라이드 화합물의 혼합물을 2차 열처리하여 단일상의 플루오르인산염 화합물을 제조하는 단계(S150)를 진행한 후, 단일상의 플루오르인산염 화합물을 검증하는 단계를 진행할 수 있다.In the method of manufacturing a fluorophosphate-based secondary battery cathode active material according to an embodiment of the present invention, a second heat treatment is performed on a mixture of a dried single-phase metal phosphate compound and a fluoride compound to prepare a single-phase fluorophosphate compound (S150). After that, the step of verifying the single-phase fluorophosphate compound may be performed.

단일상의 플루오르인산염 화합물을 검증하는 단계는 뫼스바우어 분광법 또는 XRD를 사용할 수 있다.The step of verifying the single-phase fluorophosphate compound may use Mossbauer spectroscopy or XRD.

바람직하게는, 단일상의 플루오르인산염 화합물을 검증하는 단계는 XRD보다 더 높은 고분해능의 뫼스바우어 분광법을 통해 1개의 더블릿(doublet) 형태의 스펙트럼을 보이는지 확인하여 검증할 수 있다.Preferably, the step of verifying the single-phase fluorophosphate compound can be verified by confirming that a single doublet-shaped spectrum is exhibited through Mösbauer spectroscopy with higher resolution than XRD.

만약, 1차 합성된 단일상의 금속 인산염 화합물(예; 철 인산염)에 이차상이 존재하는 경우, FexPO4 물질의 비대칭적인 더블릿(doublet) 형태의 스펙트럼 또는 출발 물질인 금속 화합물(예; Fe2O3)에 대한 여섯 라인 형태의 스펙트럼이 관찰될 수 있다.If a secondary phase exists in the primary synthesized single-phase metal phosphate compound (eg, iron phosphate), an asymmetric doublet spectrum of Fe x PO 4 material or a metal compound as a starting material (eg, Fe) A spectrum in the form of six lines for 2 O 3 ) can be observed.

즉, 본 발명의 실시예에 따른 플루오르인산염 기반 이차전지 양극활물질의 제조 방법은 1차 합성된 물질인 금속 인산염 화합물의 이차상 존재 유무를 뫼스바우어 분광법 또는 XRD로 확인하고, 2차 합성된 물질인 단일상의 플루오르인산염 화합물을 뫼스바우어 분광법을 이용하여 이차상 존재 유무를 검증하여 단일상의 플루오르인산염 화합물을 합성할 수 있다.That is, in the method of manufacturing a fluorophosphate-based secondary battery cathode active material according to an embodiment of the present invention, the presence or absence of a secondary phase of a metal phosphate compound, which is a primary synthesized material, is checked by Mossbauer spectroscopy or XRD, and the secondary synthesized material is A single-phase fluorophosphate compound can be synthesized by verifying the presence or absence of a secondary phase using Mossbauer spectroscopy.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 플루오르인산염 기반 이차전지 양극활물질은 본 발명의 실시예에 따른 플루오르인산염 기반 이차전지 양극활물질의 제조 방법으로 제조된 단일상의 플루오르인산염 화합물을 포함하고, 단일상의 플루오르인산염 화합물은 하기 화학식 1의 구조를 갖는다.Therefore, the fluorophosphate-based secondary battery cathode active material according to an embodiment of the present invention includes a single-phase fluorophosphate compound prepared by the method for manufacturing a fluorophosphate-based secondary battery positive active material according to an embodiment of the present invention, and a single-phase fluorophosphate The compound has the structure of Formula 1 below.

[화학식 1][Formula 1]

XFePO4F (X = Li, Na)XFePO 4 F (X = Li, Na)

본 발명의 실시예에 따른 플루오르인산염 기반 이차전지 양극활물질은 단일상을 가짐으로써, 전기 전도성이 향상되어 이차전지의 충방전 특성이 개선될 수 있다.The positive electrode active material for a fluorophosphate-based secondary battery according to an embodiment of the present invention has a single phase, so that electrical conductivity is improved, thereby improving charge/discharge characteristics of the secondary battery.

이차전지에 사용되는 양극활물질은 실제 상업적 이용을 바탕으로 연구되고 있다. 하지만, 이차상이 존재하는 양극활물질의 경우, 상업적으로 응용하기 위한 재연성이 부족한데, 예를 들어, 열처리 과정을 통해 같은 종류의 이차상 물질과 비율을 매번 그대로 재연하기에는 다소 어려움이 있다.The cathode active material used in secondary batteries is being studied based on actual commercial use. However, in the case of a positive electrode active material having a secondary phase, reproducibility for commercial application is insufficient. For example, it is somewhat difficult to reproduce the same type of secondary phase material and ratio as it is every time through a heat treatment process.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 플루오르인산염 기반 이차전지 양극활물질의 제조 방법은 단일상의 플루오르인산염 화합물 제조의 재연성 확보를 통한 상업적 응용 가능성을 높일 수 있다.Therefore, the method of manufacturing a fluorophosphate-based secondary battery cathode active material according to an embodiment of the present invention can increase the commercial application potential by securing the reproducibility of the single-phase fluorophosphate compound manufacturing.

특히, 본 발명의 실시예에 따른 플루오르인산염 기반 이차전지 양극활물질의 제조 방법은 종래의 연구에서 해결하지 못한 플루오르인산염 화합물의 단일상을 직접합성법을 이용하여 제조할 수 있다.In particular, the method for manufacturing a fluorophosphate-based positive electrode active material for a secondary battery according to an embodiment of the present invention can prepare a single phase of a fluorophosphate compound, which has not been solved in conventional studies, by using a direct synthesis method.

실시예에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 플루오르인산염 기반 이차전지 양극활물질의 제조 방법은 동일한 제조방법을 이용하여 단일상의 XFePO4F (X = Li, Na) 외에 다른 양극활물질의 제조에 활용될 수 있다.According to the embodiment, the method of manufacturing a fluorophosphate-based secondary battery positive active material according to an embodiment of the present invention may be utilized for manufacturing other positive electrode active materials in addition to single-phase XFePO 4 F (X = Li, Na) using the same manufacturing method. can

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 플루오르인산염 기반 이차전지 양극활물질을 포함하는 이차전지 내 리튬/소듐의 전극 내 삽입/탈리 과정을 도시한 개략도이다.2 is a schematic diagram illustrating a process of insertion/desorption of lithium/sodium from an electrode in a secondary battery including a positive electrode active material for a fluorophosphate-based secondary battery according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 실시예에 따른 이차전지는 본 발명의 실시예에 따른 플루오르인산염 기반 이차전지 양극활물질을 포함하는 양극(110), 양극(110)과 대향하여 위치하는 음극(120) 및 양극(110) 및 음극(120) 사이에 위치하는 전해질(130)을 포함한다.A secondary battery according to an embodiment of the present invention is a positive electrode 110 including a fluorophosphate-based secondary battery positive active material according to an embodiment of the present invention, a negative electrode 120 and a positive electrode 110 positioned opposite to the positive electrode 110 and an electrolyte 130 positioned between the anode 120 .

이차전지(secondary battery)는 양극(cathode, 110)과 음극(anode, 120)이 충전(charge)/ 방전(discharge) 과정을 반복적으로 수행할 수 있는 전지를 말한다.A secondary battery refers to a battery in which a positive electrode 110 and a negative electrode 120 can repeatedly perform a charge/discharge process.

그러므로, 이차전지는 전지 내에서 이온의 삽입(insertion)과 탈리(extraction) 과정이 원활해야 하는데, 본 발명의 실시예에 따른 플루오르인산염 기반 이차전지 양극활물질을 포함하는 이차전지는 양극활물질로 플루오르(F)가 첨가된 단일상의 XFePO4F (X = Li, Na)를 양극활물질로 사용함으로써, 양극(110)의 전기 전도성이 향상되어 이차전지의 충방전 특성이 개선될 수 있다.Therefore, in the secondary battery, the process of insertion and extraction of ions in the battery should be smooth. The secondary battery including the positive electrode active material of the fluorophosphate-based secondary battery according to the embodiment of the present invention uses fluorine ( By using the single-phase XFePO 4 F (X = Li, Na) to which F) is added as the positive electrode active material, the electrical conductivity of the positive electrode 110 may be improved, thereby improving the charge/discharge characteristics of the secondary battery.

본 발명의 실시예에 따른 이차전지는 양극(110)을 포함할 수 있다.The secondary battery according to the embodiment of the present invention may include the positive electrode 110 .

양극(110)은 양극집전체 및 양극집전체 위에 형성되는 양극활물질층을 포함하며, 이때, 양극활물질층은 본 발명의 실시예에 따른 이차전지는 양극활물질을 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 이차전지는 양극활물질의 구체적인 내용은 상술한 바와 동일하므로, 구체적인 설명은 생략한다.The positive electrode 110 includes a positive electrode current collector and a positive electrode active material layer formed on the positive electrode current collector. In this case, the positive electrode active material layer may include a positive electrode active material in the secondary battery according to an embodiment of the present invention. In the secondary battery according to the embodiment of the present invention, the specific content of the positive electrode active material is the same as described above, and thus a detailed description thereof will be omitted.

특히, 양극활물질은 전지의 용량, 출력 및 수명을 결정하는데 큰 역할을 하기기에 매우 중요하다.In particular, the cathode active material is very important to play a large role in determining the capacity, output, and lifespan of the battery.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 이차전지는 양극활물질로 본 발명의 실시예에 따른 플루오르인산염 기반 이차전지 양극활물질인 플루오르(F)가 첨가된 단일상의 XFePO4F (X = Li, Na) 양극활물질을 사용함으로써, 양극(110)의 전기 전도성이 향상되어 이차전지의 전지의 용량, 출력 및 수명을 개선시킬 수 있다.Therefore, the secondary battery according to the embodiment of the present invention is a single-phase XFePO 4 F (X = Li, Na) positive electrode to which fluorine (F), which is a fluorophosphate-based secondary battery positive active material according to an embodiment of the present invention, is added as a positive electrode active material By using the active material, the electrical conductivity of the positive electrode 110 may be improved, thereby improving the capacity, output, and lifespan of the battery of the secondary battery.

양극(110)은 본 발명의 실시예에 따른 이차전지는 양극활물질을 사용하는 것을 제외하고는 통상의 양극(110) 제조방법에 따라 제조될 수 있다. 예를 들면, 양극(110)은 양극활물질층을 구성하는 성분들, 즉, 양극활물질과, 도전재 및/또는 바인더 등을 용매에 용해 또는 분산시켜 양극 합재를 제조하고, 양극 합재를 양극집전체의 적어도 일면에 도포한 후, 건조, 압연시키는 방법으로 제조하거나, 또는 양극 합재를 별도의 지지체 상에 캐스팅한 다음, 이 지지체로부터 박리하여 얻은 필름을 양극집전체 상에 라미네이션함으로써 제조될 수 있다.The positive electrode 110 may be manufactured according to a typical method of manufacturing the positive electrode 110 except that the secondary battery according to an embodiment of the present invention uses a positive electrode active material. For example, the positive electrode 110 is prepared by dissolving or dispersing the components constituting the positive electrode active material layer, that is, the positive electrode active material, the conductive material and/or the binder, in a solvent, and the positive electrode mixture is used as a positive electrode current collector. After coating on at least one surface of the, drying, rolling, or by casting the positive electrode composite material on a separate support, and then peeling from the support, it can be prepared by laminating the obtained film on the positive electrode current collector.

이때, 양극집전체는 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소 또는 알루미늄이나 스테인레스 스틸 표면에 탄소, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것 등이 사용될 수 있다.At this time, the positive electrode current collector is not particularly limited as long as it has conductivity without causing chemical change in the battery, and for example, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, fired carbon, or carbon, nickel, Those surface-treated with titanium, silver, etc. can be used.

또한, 양극 집전체는 통상적으로 3㎛ 내지 500㎛의 두께를 가질 수 있으며, 집전체 표면 상에 미세한 요철을 형성하여 양극활물질의 접착력을 높일 수도 있다. 예를 들어 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.In addition, the positive electrode current collector may typically have a thickness of 3 μm to 500 μm, and may increase the adhesion of the positive electrode active material by forming fine irregularities on the surface of the current collector. For example, it may be used in various forms, such as a film, a sheet, a foil, a net, a porous body, a foam, a non-woven body.

양극 집전체의 적어도 일면에 본 발명의 실시예에 따른 플루오르인산염 기반 이차전지 양극활물질을 포함하며, 필요에 따라 도전재 및 바인더 중 적어도 1종을 선택적으로 더 포함하는 양극활물질층이 위치할 수 있다.At least one surface of the positive electrode current collector includes the positive electrode active material for a fluorophosphate-based secondary battery according to an embodiment of the present invention, and a positive electrode active material layer optionally further comprising at least one of a conductive material and a binder may be positioned as needed. .

양극활물질은 양극활물질층 총 중량에 대하여 80 중량% 내지 99중량%의 함량으로 포함될 수 있다.The cathode active material may be included in an amount of 80 wt% to 99 wt% based on the total weight of the cathode active material layer.

양극(110)을 이루는 양극활물질은 이차 전지의 원가에서 가장 큰 비중을 차지하며, 전지의 용량, 구동 전압 등 특성에 가장 큰 역할을 미치는 물질이다. 따라서, 양극활물질 함량이 80 중량% 미만이면, 전지의 용량 감소 및 에너지 밀도 감소에 따른 전지의 성능을 떨어뜨리는 문제가 있고, 99 중량%를 초과하면 상대적으로 도전재 및 바인더 함량이 감소하게 되므로 결과적으로 전지의 성능 감소를 초래하는 문제가 있다.The positive electrode active material constituting the positive electrode 110 occupies the largest proportion in the cost of the secondary battery, and is a material that plays the largest role in characteristics such as capacity and driving voltage of the battery. Therefore, if the content of the cathode active material is less than 80% by weight, there is a problem of lowering the performance of the battery due to a decrease in the capacity and energy density of the battery, and if it exceeds 99% by weight, the content of the conductive material and the binder is relatively reduced. As a result, there is a problem in that the performance of the battery is reduced.

도전재는 합재 전극 내에 전자전도 채널을 형성함으로써 전자 전도도를 향상시키는 목적으로 소량 첨가하는 미세 탄소 분말이다. 특히, 바인더 영역이 전자 부도체로 작용하는 것을 방지하고, 양극활물질의 부족한 전자전도성을 보완하기 위해 반드시 필요하다.The conductive material is a fine carbon powder added in a small amount for the purpose of improving electron conductivity by forming an electron conduction channel in the composite electrode. In particular, it is absolutely necessary to prevent the binder region from acting as an electronic insulator and to compensate for insufficient electron conductivity of the positive electrode active material.

도전재는 전극에 도전성을 부여하기 위해 사용되는 것으로서, 구성되는 전지에 있어서, 화학변화를 야기하지 않고 전자 전도성을 갖는 것이면 특별한 제한없이 사용가능하다. 예를 들어, 도전재는 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본 블랙, 아세틸렌블랙, 케첸블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서멀 블랙, 탄소섬유 등의 탄소계 물질; 구리, 니켈, 알루미늄, 은 등의 금속 분말 또는 금속 섬유; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 휘스커; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 또는 폴리페닐렌 유도체 등의 전도성 고분자 등을 들 수 있으며, 이들 중 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다.The conductive material is used to impart conductivity to the electrode, and in the configured battery, it can be used without any particular limitation as long as it does not cause chemical change and has electronic conductivity. For example, the conductive material may be graphite such as natural graphite or artificial graphite; carbon-based materials such as carbon black, acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, thermal black, and carbon fiber; metal powders or metal fibers, such as copper, nickel, aluminum, and silver; conductive whiskers such as zinc oxide and potassium titanate; conductive metal oxides such as titanium oxide; or conductive polymers such as polyphenylene derivatives, and the like, and one or a mixture of two or more thereof may be used.

바람직하게는, 도전재는 탄소계 물질이 주로 사용되며, 예를 들어, 가장 높은 전도성을 보이는 VGCF 또는 믹싱/코팅 등의 공정성 유리한 그라파이트 미세 분말(graphite fine powder)이 사용되나, VGCF는 단가가 높은 단점이 있고, 그라파이트 미세 분말은 전도성을 위해 많은 양이 필요하므로 일반적으로 카본 블랙과 섞어서 사용될 수 있다.Preferably, a carbon-based material is mainly used as the conductive material, and for example, VGCF showing the highest conductivity or graphite fine powder advantageous in fairness such as mixing/coating is used, but VGCF has a high unit cost. Since a large amount of graphite fine powder is required for conductivity, it can generally be mixed with carbon black.

도전재는 양극활물질층 총 중량에 대하여 1중량% 내지 30중량%로 포함될 수 있으며, 함량이 1 중량% 미만이면 도전재의 양이 충분하지 않고, 도전재 역할을 제대로 수행하지 못하는 결과를 초래하여 양극활물질 중 반응하지 못하는 부분이 생기게 되어 이차전지 용량의 감소를 가져오게 되는 문제가 있고, 충방전할 때 전위 분포가 생겨 분말 활물질의 이용률이 낮아지게 되는 문제가 있다.The conductive material may be included in an amount of 1% to 30% by weight based on the total weight of the positive electrode active material layer, and if the content is less than 1% by weight, the amount of the conductive material is not sufficient, resulting in not being able to perform the role of the conductive material properly, so that the positive electrode active material There is a problem in that a non-reactive part is generated, which leads to a decrease in the capacity of the secondary battery, and a potential distribution occurs during charging and discharging, thereby reducing the utilization rate of the powder active material.

반면, 함량이 30 중량%를 초과하면 과량 포함된 도전재로 인하여 양극활물질의 손실이 발생되는 문제가 있다.On the other hand, if the content exceeds 30% by weight, there is a problem in that the loss of the positive electrode active material occurs due to the excessively included conductive material.

바인더는 양극활물질과 도전재 분말을 결착시켜 집전체인 금속 집전체에 고정시키는 역할을 한다. 기본적으로 바인더는 절연체이며, 전극의 구조를 유지시킬 수 있다.The binder serves to bind the positive electrode active material and the conductive material powder to the metal current collector, which is the current collector. Basically, the binder is an insulator and can maintain the structure of the electrode.

바인더는 전해질에 용해되지 않으면서 결착력을 유지해야 하며, 합재 슬러리의 코팅 공정성(점도 및 분산성)이 우수해야 하고, 높은 내열성 및 내산화성 특성을 가져야 한다.The binder should maintain binding force without being dissolved in the electrolyte, the coating processability (viscosity and dispersibility) of the mixture slurry should be excellent, and should have high heat resistance and oxidation resistance properties.

예를 들어, 바인더는 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 코폴리머(PVDF-co-HFP), 폴리비닐알코올, 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 폴리머(EPDM), 술폰화-EPDM, 스티렌 부타디엔 고무(SBR), 불소 고무, 또는 이들의 다양한 공중합체 등을 들 수 있으며, 이들 중 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다.For example, the binder is polyvinylidene fluoride (PVDF), vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer (PVDF-co-HFP), polyvinyl alcohol, polyacrylonitrile (polyacrylonitrile), carboxymethyl cellulose Woods (CMC), starch, hydroxypropylcellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene, polyethylene, polypropylene, ethylene-propylene-diene polymer (EPDM), sulfonated-EPDM, styrene-butadiene rubber (SBR), fluororubber, or various copolymers thereof, and any one of them or a mixture of two or more thereof may be used.

바인더는 양극활물질층 총 중량에 대하여 1중량% 내지 30중량%로 포함될 수 있으며, 함량이 1 중량% 미만이면 양극활물질과 도전재 분말을 결착시키는 역할을 하지 못하므로 금속 집전체의 고정력 감소가 우려되며, 함량이 30 중량%를 초과하면 양극(110) 내 저항성이 증가하여 전극 수명을 단축하게 되며 또한 상대적인 양극활물질의 비율 감소에 따른 에너지 밀도가 감소하게 되는 문제가 있다. 따라서 적절한 함량의 바인더를 사용하여 양극화물질과 도전재 분말을 안정되게 도포해야 한다.The binder may be included in an amount of 1% to 30% by weight based on the total weight of the positive electrode active material layer, and if the content is less than 1% by weight, it does not play a role in binding the positive electrode active material and the conductive material powder, so there is concern about a decrease in the fixing force of the metal current collector And, when the content exceeds 30 wt%, resistance in the positive electrode 110 increases to shorten the life of the electrode, and there is a problem in that the energy density is decreased due to a relative decrease in the ratio of the positive electrode active material. Therefore, it is necessary to stably apply the anode material and the conductive material powder using an appropriate amount of binder.

또한, 양극 합재 제조에 사용되는 용매는 당해 기술분야에서 일반적으로 사용되는 용매일 수 있으며, 예를 들면, 디메틸셀폭사이드(dimethyl sulfoxide, DMSO), 이소프로필 알코올(isopropyl alcohol), N-메틸피롤리돈(NMP), 아세톤(acetone) 또는 물 등을 단독 또는 이들을 혼합하여 사용할 수 있다. 용매의 사용량은 슬러리의 도포 두께, 제조 수율, 점도 등을 고려하여 적절하게 조절될 수 있다.In addition, the solvent used in the preparation of the positive electrode composite material may be a solvent generally used in the art, for example, dimethyl sulfoxide (DMSO), isopropyl alcohol (isopropyl alcohol), N- methyl pyrrol Money (NMP), acetone (acetone), water, etc. may be used alone or a mixture thereof. The amount of the solvent used may be appropriately adjusted in consideration of the application thickness of the slurry, the production yield, the viscosity, and the like.

본 발명의 실시예에 따른 이차전지는 양극(110)과 대향하여 위치하는 음극(120)을 포함할 수 있다.The secondary battery according to an embodiment of the present invention may include a negative electrode 120 positioned to face the positive electrode 110 .

음극(120)은 음극집전체 및 음극집전체의 적어도 일면에 위치하는 음극활물질층을 포함할 수 있다.The negative electrode 120 may include a negative electrode current collector and a negative electrode active material layer disposed on at least one surface of the negative electrode current collector.

음극(120)은 당해 기술 분야에 일반적으로 알려져 있는 통상의 음극 제조방법에 따라 제조될 수 있다. 예를 들면, 음극(120)은 음극활물질층을 구성하는 성분들, 즉, 음극활물질과, 도전재 및/또는 바인더 등을 용매에 용해 또는 분산시켜 음극 합재를 제조하고, 음극 합재를 음극집전체의 적어도 일면에 도포한 후, 건조, 압연시키는 방법으로 제조하거나, 또는 음극 합재를 별도의 지지체 상에 캐스팅한 다음, 이 지지체로부터 박리하여 얻은 필름을 음극집전체 상에 라미네이션함으로써 제조될 수 있다.The negative electrode 120 may be manufactured according to a conventional negative electrode manufacturing method generally known in the art. For example, the negative electrode 120 prepares a negative electrode mixture by dissolving or dispersing the components constituting the negative electrode active material layer, that is, the negative electrode active material, a conductive material and/or a binder, in a solvent, and using the negative electrode mixture as a negative electrode current collector It can be prepared by coating on at least one side of the substrate, followed by drying and rolling, or by casting the negative electrode mixture on a separate support and then laminating the film obtained by peeling from the support on the negative electrode current collector.

음극집전체는 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인레스 스틸의 표면에 탄소, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다.The negative electrode current collector is not particularly limited as long as it has high conductivity without causing chemical change in the battery, and for example, copper, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, calcined carbon, carbon on the surface of copper or stainless steel. , nickel, titanium, silver, etc. surface-treated, aluminum-cadmium alloy, etc. may be used.

또한, 음극 집전체는 통상적으로 3㎛ 내지 500㎛의 두께를 가질 수 있으며, 양극 집전체와 마찬가지로, 집전체 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있다. 예를 들어, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.In addition, the negative electrode current collector may have a thickness of typically 3 μm to 500 μm, and similarly to the positive electrode current collector, fine irregularities may be formed on the surface of the current collector to enhance the bonding force of the negative electrode active material. For example, it may be used in various forms, such as a film, a sheet, a foil, a net, a porous body, a foam, a nonwoven body.

음극활물질로는 리튬의 가역적인 인터칼레이션 및 디인터칼레이션이 가능한 화합물이 사용될 수 있다. 구체적인 예로는 인조흑연, 천연흑연, 흑연화 탄소섬유, 비정질탄소 등의 탄소질 재료; Si, Al, Sn, Pb, Zn, Bi, In, Mg, Ga, Cd, Si합금, Sn합금 또는 Al합금 등 리튬과 합금화가 가능한 금속질 화합물; SiOv(0<v<2), SnO2, 바나듐 산화물, 리튬 바나듐 산화물과 같이 리튬을 도프 및 탈도프할 수 있는 금속산화물; 또는 Si-C 복합체 또는 Sn-C 복합체과 같이 상기 금속질 화합물과 탄소질 재료를 포함하는 복합물 등을 들 수 있으며, 이들 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물이 사용될 수 있다.As the negative electrode active material, a compound capable of reversible intercalation and deintercalation of lithium may be used. Specific examples include carbonaceous materials such as artificial graphite, natural graphite, graphitized carbon fiber, and amorphous carbon; metal compounds capable of alloying with lithium, such as Si, Al, Sn, Pb, Zn, Bi, In, Mg, Ga, Cd, Si alloy, Sn alloy, or Al alloy; metal oxides capable of doping and dedoping lithium, such as SiOv (0<v<2), SnO 2 , vanadium oxide, and lithium vanadium oxide; Alternatively, a composite including the metallic compound and a carbonaceous material such as a Si-C composite or a Sn-C composite may be used, and any one or a mixture of two or more thereof may be used.

또한, 음극활물질로서 금속 리튬 박막이 사용될 수도 있다. 또한, 탄소재료는 저결정 탄소 및 고결정성 탄소 등이 모두 사용될 수 있다. 저결정성 탄소로는 연화탄소 (soft carbon) 및 경화탄소 (hard carbon)가 대표적이며, 고결정성 탄소로는 무정형, 판상, 인편상, 구형 또는 섬유형의 천연 흑연 또는 인조 흑연, 키시흑연 (Kish graphite), 열분해 탄소 (pyrolytic carbon), 액정피치계 탄소섬유 (mesophase pitch based carbon fiber), 탄소 미소구체 (meso-carbon microbeads), 액정피치 (Mesophase pitches) 및 석유와 석탄계 코크스 (petroleum or coal tar pitch derived cokes) 등의 고온 소성탄소가 대표적이다.In addition, a metal lithium thin film may be used as the negative electrode active material. In addition, as the carbon material, both low crystalline carbon and high crystalline carbon may be used. As low crystalline carbon, soft carbon and hard carbon are representative, and as high crystalline carbon, natural or artificial graphite of amorphous, plate-like, scale-like, spherical or fibrous shape, and Kish graphite graphite), pyrolytic carbon, mesophase pitch based carbon fiber, meso-carbon microbeads, liquid crystal pitches (Mesophase pitches), and petroleum and coal tar pitch (petroleum or coal tar pitch) High-temperature calcined carbon such as derived cokes) is a representative example.

바인더 및 도전재는 앞서 양극에서 설명한 바와 동일한 것일 수 있다.The binder and the conductive material may be the same as those described above for the positive electrode.

본 발명의 실시예에 따른 이차전지는 음극(120) 및 양극(110) 및 음극(120) 사이에 위치하는 전해질(130)을 포함할 수 있다.The secondary battery according to an embodiment of the present invention may include a negative electrode 120 and an electrolyte 130 positioned between the positive electrode 110 and the negative electrode 120 .

전해질(130)은 이차전지 제조 시 사용 가능한 유기계 액체 전해질, 무기계 액체 전해질, 고체 고분자 전해질, 겔형 고분자 전해질, 고체 무기 전해질, 용융형 무기 전해질 등을 사용될 수 있으나, 이들로 한정되는 것은 아니다.The electrolyte 130 may include, but is not limited to, an organic liquid electrolyte, an inorganic liquid electrolyte, a solid polymer electrolyte, a gel polymer electrolyte, a solid inorganic electrolyte, a molten inorganic electrolyte, etc. that can be used in the manufacture of a secondary battery.

구체적으로, 전해질(130)은 유기 용매 및 리튬염을 포함할 수 있다.Specifically, the electrolyte 130 may include an organic solvent and a lithium salt.

본 발명의 실시예에 따른 이차전지는 이차전지는 양극(110), 음극(120) 및 전해질(130) 외에, 분리막(140), 외장재, 전지용기, 밀봉 부재, 탭 및 안전 소자 중 적어도 어느 하나 이상을 더 포함할 수 있다.In the secondary battery according to the embodiment of the present invention, in addition to the positive electrode 110 , the negative electrode 120 , and the electrolyte 130 , the secondary battery is at least any one of a separator 140 , an exterior material, a battery container, a sealing member, a tab, and a safety element. More may be included.

분리막(140)은 음극(120)과 양극(110)을 분리하고 리튬 이온의 이동 통로를 제공하는 것으로, 통상 이차전지에서 분리막(140)으로 사용되는 것이라면 특별한 제한없이 사용가능하며, 특히 전해질의 이온 이동에 대하여 저저항이면서 전해액 함습 능력이 우수한 것이 바람직하다.The separator 140 separates the negative electrode 120 and the positive electrode 110 and provides a passage for lithium ions to move, and as long as it is used as the separator 140 in a secondary battery, it can be used without particular limitation, and in particular, the ions of the electrolyte It is preferable to have low resistance to movement and to have excellent electrolyte moisture content.

구체적으로는, 다공성 고분자 필름, 예를 들어 에틸렌 단독중합체, 프로필렌 단독중합체, 에틸렌/부텐 공중합체, 에틸렌/헥센 공중합체 및 에틸렌/메타크릴레이트 공중합체 등과 같은 폴리올레핀계 고분자로 제조한 다공성 고분자 필름 또는 이들의 2층 이상의 적층 구조체가 사용될 수 있다.Specifically, a porous polymer film, for example, a porous polymer film made of a polyolefin-based polymer such as ethylene homopolymer, propylene homopolymer, ethylene/butene copolymer, ethylene/hexene copolymer and ethylene/methacrylate copolymer, or A laminate structure of two or more layers thereof may be used.

또한, 통상적인 다공성 부직포, 예를 들어 고융점의 유리 섬유, 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유 등으로 된 부직포가 사용될 수도 있다. 또한, 내열성 또는 기계적 강도 확보를 위해 세라믹 성분 또는 고분자 물질이 포함된 코팅된 세퍼레이터가 사용될 수도 있으며, 선택적으로 단층 또는 다층 구조로 사용될 수 있다.In addition, a conventional porous nonwoven fabric, for example, a nonwoven fabric made of high melting point glass fiber, polyethylene terephthalate fiber, or the like may be used. In addition, a coated separator including a ceramic component or a polymer material may be used to secure heat resistance or mechanical strength, and may optionally be used in a single-layer or multi-layer structure.

실시예 1: LiFePO4F(FePO4:LiF=1:1.05)Example 1: LiFePO 4 F (FePO 4 :LiF=1:1.05)

LiFePO4F 양극활물질을 제조하기 위해, 1차적으로 Fe2O3와 (NH4)H2PO4 물질을 1:1 비율로 혼합한 후(FePO4 물질의 1g 기준, Fe2O3(99 %); 0.5348 g, (NH4)H2PO4 (99.99%); 0.7628 g, 순도(purity)를 보정한 수치임), 350℃에서 12시간 동안 하소하고, 이것을 다시 갈아서 펠렛 형태로 만든 다음, 870℃에서 10시간 동안 공기 중에서 소결하여 최종적으로 FePO4 물질을 제조하였다(10 g 기준, Fe2O3(99%); 5.3477 g, (NH4)H2PO4(99.99%); 7.6279 g, 순도(purity)를 보정한 수치(g당, 각 출발물질은 배수로 계산함)임).To prepare a LiFePO4F cathode active material, firstly, Fe 2 O3 and (NH 4 )H 2 PO 4 material were mixed in a 1:1 ratio (based on 1 g of FePO4 material, Fe2O3 (99%); 0.5348 g, ( NH 4 )H 2 PO 4 (99.99%); 0.7628 g, a value corrected for purity), calcined at 350° C. for 12 hours, re-ground into pellets, and then at 870° C. for 10 hours Sintered in air to finally prepare FePO 4 material (10 g basis, Fe 2 O 3 (99%); 5.3477 g, (NH 4 )H 2 PO 4 (99.99%); 7.6279 g, purity (purity) Corrected value (per gram, each starting material counted in multiples).

2차적으로 앞서 제조된 FePO4와 LiF를 1:1.05 비율로 혼합하여 에탄올(LiFePO4F 물질의 1g 기준, 5mL)에 용해시킨 다음(LiFePO4F 1 g 기준, FePO4 (100%); 0.8532 g, LiF(99.98%); 0.1541 g, 순도를 보정한 수치), 탈포혼연장치를 이용하여 1500 rpm에서 15분 동안 혼합하였다(10 g 기준, FePO4(100%); 8.5325 g, LiF(99.98%, 5%초과); 1.5412 g, purity 보정한 수치 (g당, 각 출발물질은 배수로 계산)). 이 탈포된 혼합물을 80℃의 진공 건조기에서 18 시간 동안 건조하였다. Secondarily, FePO 4 and LiF prepared previously were mixed in a ratio of 1:1.05 and dissolved in ethanol (based on 1 g of LiFePO 4 F material, 5 mL) (LiFePO 4 F 1 g based, FePO 4 (100%); 0.8532 g, LiF (99.98%); 0.1541 g, purity corrected value), and mixed for 15 minutes at 1500 rpm using a defoaming and kneading device (10 g basis, FePO 4 (100%); 8.5325 g, LiF (99.98) %, greater than 5%): 1.5412 g, corrected for purity (per g, each starting material counted in multiples). The defoamed mixture was dried in a vacuum dryer at 80° C. for 18 hours.

건조된 혼합물을 다시 갈아서 펠렛 형태로 만든 다음, 아르곤(Ar) 분위기의 튜브(tube) 전기로에서 2℃승온 속도에 맞춰 590℃에서 1.5 시간 동안 열처리하여 최종적으로 LiFePO4F 양극활물질을 제조하였다.The dried mixture was ground again to form pellets, and then heat-treated at 590° C. for 1.5 hours at 2° C. temperature increase rate in an argon (Ar) atmosphere tube electric furnace to finally prepare a LiFePO 4 F cathode active material.

실시예 2: LiFePO4F(FePO4:LiF=1:1.1)Example 2: LiFePO 4 F (FePO 4 :LiF=1:1.1)

LiFePO4F 양극활물질 1 g를 제조하기 위해, FePO4를 0.8532 g 및 LiF 0.1615 g를 혼합하여 혼합비가 1:1.1이 되도록 혼합한 것을 제외하면 실시예 1과 동일한 방법으로 제조되었다.In order to prepare 1 g of the LiFePO 4 F cathode active material, 0.8532 g of FePO 4 and 0.1615 g of LiF were mixed and mixed in a mixing ratio of 1:1.1, except that the mixture was prepared in the same manner as in Example 1.

제조된 FePO4 물질의 순도(purity) 100 %, LiF 물질의 순도(purity) 99.98%를 보정한 수치이고, LiFePO4F 양극활물질의 양을 배수로 얻고자 할 때, FePO4와 LiF 물질의 양을 배수로 늘려 혼합할 수 있다.The purity of the prepared FePO 4 material is 100%, the purity of the LiF material is corrected for 99.98%, and when you want to obtain a multiple of the amount of LiFePO 4 F cathode active material, the amount of FePO 4 and LiF material is It can be mixed in multiples.

비교예 : LiFePO4F(FePO4:LiF=1:1)Comparative Example: LiFePO 4 F (FePO 4 :LiF=1:1)

LiFePO4F 양극활물질 1 g를 제조하기 위해, FePO4를 0.8532 g 및 LiF 0.1468 g를 혼합하여 혼합비가 1:1이 되도록 혼합한 것을 제외하면 실시예 1과 동일한 방법으로 제조되었다.In order to prepare 1 g of the LiFePO 4 F cathode active material, 0.8532 g of FePO 4 and 0.1468 g of LiF were mixed and mixed so as to have a mixing ratio of 1:1. It was prepared in the same manner as in Example 1.

제조된 FePO4 물질의 순도(purity) 100 %, LiF 물질의 순도(purity) 99.98%를 보정한 수치이며, LiFePO4F 양극활물질의 양을 배수로 얻고자 할 때, FePO4와 LiF 물질의 양을 배수로 늘려 혼합할 수 있다.It is a value corrected by 100% of the purity of the manufactured FePO4 material and 99.98% of the purity of the LiF material. It can be mixed and stretched.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 플루오르인산염 기반 이차전지 양극활물질의 제조 방법에서 제조된 금속 인산염 화합물의 XRD 분석 결과를 도시한 그래프이다.3 is a graph showing the XRD analysis result of the metal phosphate compound prepared in the method of manufacturing a fluorophosphate-based secondary battery cathode active material according to an embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 플루오르인산염 기반 이차전지 양극활물질의 제조 방법에서 제조된 단일상의 금속 인산염 화합물의 결정상을 분석하는 단계(S130)에서 분석 방법으로 X-선 회절(XRD) 분석법을 사용하는 기술을 구체화한 것이다.3 is an X-ray diffraction (XRD) analysis method as an analysis method in the step (S130) of analyzing the crystal phase of a single-phase metal phosphate compound prepared in the method for manufacturing a fluorophosphate-based secondary battery positive active material according to an embodiment of the present invention. It specifies the technology to be used.

도 3에서, Yobs.는 실측 데이터이고, Ycalc.는 실측 데이터로부터 결정 구조를 가정한 계산 값이며, Yobs.-Ycalc.는 실측 데이터로부터 결정 구조를 가정한 계산 값과의 차이이고, 브래그 위치(Bragg position)는 결정구조에 의한 회절선의 위치를 나타낸다.In FIG. 3 , Yobs. is measured data, Ycalc. is a calculated value assuming a crystal structure from the measured data, Yobs.-Ycalc. is a difference from a calculated value assuming a crystal structure from the measured data, and the Bragg position ( Bragg position) indicates the position of the diffraction line by the crystal structure.

도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 플루오르인산염 기반 이차전지 양극활물질의 제조 방법에서 합성된 금속 인산염 화합물인 철인산염(FePO4)은 P3121 공간군을 가지는 육방정계(hexagonal, a=b≠c, α=β=90o,γ=120o) 구조로 격자 상수는 a = 5.0340 Å, c = 11.2449 Å, V = 246.778 Å3을 가진지는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 3 , iron phosphate (FePO 4 ), which is a metal phosphate compound synthesized in the method for manufacturing a fluorophosphate-based secondary battery cathode active material according to an embodiment of the present invention, is a hexagonal system having a P3121 space group (hexagonal, a=b). ≠c, α = β =90 o , γ =120 o ), it can be seen that the lattice constants are a = 5.0340 Å, c = 11.2449 Å, V = 246.778 Å 3 .

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 플루오르인산염 기반 이차전지 양극활물질의 제조 방법에서 합성된 금속 인산염 화합물인 철인산염(FePO4)은 단일상을 갖고 육방정계 구조를 갖는 것을 알 수 있다.Accordingly, it can be seen that iron phosphate (FePO 4 ), which is a metal phosphate compound synthesized in the method for manufacturing a fluorophosphate-based secondary battery positive active material according to an embodiment of the present invention, has a single phase and has a hexagonal structure.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 플루오르인산염 기반 이차전지 양극활물질의 제조 방법에서 제조된 금속 인산염 화합물의 상온 뫼스바우어 스펙트럼을 도시한 그래프이다.4 is a graph showing a room temperature Mossbauer spectrum of a metal phosphate compound prepared in the method for manufacturing a fluorophosphate-based secondary battery cathode active material according to an embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 플루오르인산염 기반 이차전지 양극활물질의 제조 방법에서 제조된 단일상의 금속 인산염 화합물의 결정상을 분석하는 단계(S130)에서 분석 방법으로 뫼스바우어 분광법을 사용하는 기술을 구체화한 것이다.4 illustrates a technique using Mossbauer spectroscopy as an analysis method in the step (S130) of analyzing the crystalline phase of a single-phase metal phosphate compound prepared in the method for manufacturing a fluorophosphate-based secondary battery cathode active material according to an embodiment of the present invention. did it

도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 플루오르인산염 기반 이차전지 양극활물질의 제조 방법에서 제조된 금속 인산염 화합물인 철인산염(FePO4)은 상온에서 1개의 더블릿(doublet) 형태의 스펙트럼을 보이며, 이성질체 이동치(isomer shift, δ)와 전기 사중극자 분열치 값(electric quadrupole splitting, ΔE Q)은 각각 0.14 mm/s, 0.59 mm/s인 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 4 , iron phosphate (FePO 4 ), which is a metal phosphate compound prepared in the method for manufacturing a fluorophosphate-based secondary battery cathode active material according to an embodiment of the present invention, is one doublet-shaped spectrum at room temperature. It can be seen that isomer shift ( δ ) and electric quadrupole splitting ( ΔE Q ) are 0.14 mm/s and 0.59 mm/s, respectively.

육방정계 구조의 철인산염(FePO4)의 뫼스바우어 파라메터는 사방정계(orthorhombic, a≠b≠c, α=β=γ= 90o) 구조의 철인산염(FePO4)의 뫼스바우어 파라메터(δ= 0.31 mm/s, ΔE Q = 1.51 mm/s, [J. Korean Phys. Soc. 62, 1922, (2013)])와 다른 값을 가지는 것으로 보아, 육방정계 구조를 갖는 것을 알 수 있다.The Mösbauer parameter of the hexagonal structure of iron phosphate (FePO 4 ) is the orthorhombic (a≠b≠c, α = β = γ= 90 o ) Mösbauer parameter of the iron phosphate (FePO 4 ) with the structure ( δ = 0.31 mm/s, Δ E Q = 1.51 mm/s, [J. Korean Phys. Soc. 62, 1922, (2013)]), it can be seen that it has a hexagonal structure.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 플루오르인산염 기반 이차전지 양극활물질의 제조 방법은 단계 S130에서 뫼스바우어 분광법을 통하여 단일상의 금속 인산염 화합물을 분석하여, 단계 S120에서 만약 단일상의 철인산염(육방정계 구조)을 수득하지 못하였다면, 단계 S140을 진행하지 않는다.Therefore, in the method of manufacturing a fluorophosphate-based secondary battery cathode active material according to an embodiment of the present invention, in step S130, a single-phase metal phosphate compound is analyzed through Mossbauer spectroscopy, and in step S120, if single-phase iron phosphate (hexagonal structure) is not obtained, do not proceed to step S140.

제조된 철인산염(FePO4)의 결정구조는 육방정계(hexagonal) 구조 외에도 단사정계(monoclinic), 사방정계(orthorhombic)가 존재한다. 그러나, 육방정계의 철인산염을 이용하면 삼사정계의 최종 양극활물질의 얻을 수 있다.The crystal structure of the prepared iron phosphate (FePO4) is monoclinic and orthorhombic in addition to the hexagonal structure. However, if the hexagonal iron phosphate is used, it is possible to obtain a triclinic final positive electrode active material.

만약, 제조된 철인산염(FePO4)이 사방정계 구조를 가질 경우, 최종 양극화물질의 구조가 단사정계 또는 사방정계가 될 수 있으나 이는 일반적이지 않은 경우로 잘 형성되지 않을 가능성이 높다.If the prepared iron phosphate (FePO 4 ) has an orthorhombic structure, the structure of the final anode material may be monoclinic or orthorhombic, but this is not a common case and is highly unlikely to be formed well.

도 5는 비교예 1에 따른 플루오르인산염 기반 이차전지 양극활물질(LiFePO4F(FePO4:LiF=1:1))의 합성 온도에 따른 XRD 분석 결과를 도시한 그래프이다.5 is a graph showing the XRD analysis results according to the synthesis temperature of the fluorophosphate-based secondary battery cathode active material (LiFePO4F(FePO4:LiF=1:1)) according to Comparative Example 1. Referring to FIG.

도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 플루오르인산염 기반 이차전지 양극활물질의 제조 방법에서 단일상의 금속 인산염 화합물과 플루오라이드 화합물의 혼합 비율을 당량비에 맞게 1:1로 혼합하는 경우, 575 ℃ 내지 650 ℃ 에서 합성된 단일상의 금속 인산염 화합물과 플루오라이드 화합물의 혼합물의 XRD 데이터로부터, 15 o 내지 30 o 구간에서 이차상이 존재하는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 5 , in the method of manufacturing a fluorophosphate-based secondary battery positive active material according to an embodiment of the present invention, when the mixing ratio of the single-phase metal phosphate compound and the fluoride compound is 1:1 according to the equivalence ratio, 575 ° C. From the XRD data of a mixture of a single-phase metal phosphate compound and a fluoride compound synthesized at to 650° C., it can be seen that a secondary phase exists in the 15 o to 30 o section.

보다 구체적으로, 대표적인 이차상으로는 Li3Fe2(PO4)3 물질이며, 575 ℃에서 합성된 단일상의 금속 인산염 화합물과 플루오라이드 화합물의 혼합물에는 반응하지 않은 1차 합성 물질인 FePO4가 존재하는 것을 볼 수 있다.More specifically, a representative secondary phase is Li 3 Fe 2 (PO 4 ) 3 material, and FePO 4 , a primary synthetic material that does not react in a mixture of a single-phase metal phosphate compound and fluoride compound synthesized at 575 ° C., is present. can see.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 플루오르인산염 기반 이차전지 양극활물질의 제조 방법은 단일상의 금속 인산염 화합물과 플루오라이드 화합물의 혼합 비율을 당량비에 맞게 반응시키는 경우, 단일상으로 제조할 수 없어 적절하지 않은 것을 알 수 있다.Therefore, the method for manufacturing a fluorophosphate-based secondary battery cathode active material according to an embodiment of the present invention is not suitable because it cannot be prepared as a single phase when the mixing ratio of the single-phase metal phosphate compound and the fluoride compound is reacted according to the equivalence ratio. it can be seen that

도 6은 본 발명의 실시예 1 및 2에 따른 플루오르인산염 기반 이차전지 양극활물질(LiFePO4F(FePO4:LiF=1:1.05, 1:1.1))의 합성 온도에 따른 XRD 분석 결과를 도시한 그래프이다.6 is a graph showing the XRD analysis results according to the synthesis temperature of the fluorophosphate-based secondary battery cathode active material (LiFePO4F(FePO4:LiF=1:1.05, 1:1.1)) according to Examples 1 and 2 of the present invention.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 플루오르인산염 기반 이차전지 양극활물질의 제조 방법에서 1차 합성된 단일상의 금속 인산염 화합물에 플루오라이드 화합물을 5 % 또는 10 % 초과하여 첨가함으로써 혼합된 단일상의 금속 인산염 화합물과 플루오라이드 화합물의 혼합물에 대해 575 ℃ 내지 650 ℃에서 최종 합성하였다.6 is a single-phase metal phosphate mixed by adding more than 5% or 10% of a fluoride compound to a single-phase metal phosphate compound primarily synthesized in the method for manufacturing a fluorophosphate-based secondary battery positive active material according to an embodiment of the present invention; A mixture of the compound and the fluoride compound was finally synthesized at 575 °C to 650 °C.

도 6을 참조하면, 혼합 비율에 따라 단일상의 금속 인산염 화합물과 플루오라이드 화합물의 혼합물에서 이차상이 존재하는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 6 , it can be confirmed that the secondary phase is present in the mixture of the single-phase metal phosphate compound and the fluoride compound according to the mixing ratio.

즉, 단일상의 금속 인산염 화합물에 플루오라이드 화합물을 당량비에 맞게 첨가하는 도 5와 비교하여 상대적으로 이차상의 강도(intensity)가 낮아졌지만 여전히 존재하는 것을 볼 수 있다.That is, it can be seen that although the intensity of the secondary phase is relatively lowered compared to FIG. 5 in which the fluoride compound is added in an equivalent ratio to the metal phosphate compound of the single phase, it is still present.

그러나, 플루라이트 화합물을 5 % 초과하여 첨가하고, 590℃에서 2차 합성한 단일상의 금속 인산염 화합물과 플루오라이드 화합물의 혼합물(590/1.05)의 XRD 데이터에서는 이차상이 존재하지 않는 것을 알 수 있다.However, it can be seen that the secondary phase does not exist in the XRD data of a mixture (590/1.05) of a single-phase metal phosphate compound and a fluoride compound synthesized secondarily at 590° C. by adding more than 5% of the fluorite compound.

또한, 2차 합성한 단일상의 금속 인산염 화합물과 플루오라이드 화합물의 혼합물(590/1.05)을 정밀하게 분석하면, 이차상이 존재하지 않는 2차 합성한 단일상의 금속 인산염 화합물과 플루오라이드 화합물의 혼합물(590/1.05)의 색은 1차 합성 단계 및 2차 합성 단계에서 이차상을 나타내어 갈색을 띠는 노랑(brownish yellow)이 아닌, 연노랑(pale yellow)을 띈다.In addition, if the secondary synthesized mixture of single-phase metal phosphate compound and fluoride compound (590/1.05) is precisely analyzed, the secondary synthesized single-phase mixture of metal phosphate compound and fluoride compound (590/1.05) does not exist. /1.05) shows a secondary phase in the first synthesis step and the second synthesis step, and is not brownish yellow, but pale yellow.

종래에는 2차 합성 단계에서 Fe 산화를 방지하기 위해 가스 분위기에서 혼합물을 최종 합성시키나, 제대로 혼합되지 않은 2차 혼합물의 펠릿 표면에 Fe 산화가 발생하여 펠릿의 표면은 적색, 갈색, 또는 적갈색 등의 색을 띠게 되고, 펠릿의 내부는 노랑색을 띠므로 최종적으로 펠릿을 분쇄하면 갈색을 띠는 노랑(brownish yellow)를 나타낸다.Conventionally, the mixture is finally synthesized in a gas atmosphere to prevent Fe oxidation in the secondary synthesis step, but Fe oxidation occurs on the pellet surface of the secondary mixture that is not properly mixed, so that the surface of the pellet is red, brown, or reddish brown. It is colored, and since the inside of the pellet is yellow, when the pellet is finally pulverized, it shows a brownish yellow color.

그렇기 때문에, 2차 합성된 단일상의 금속 인산염 화합물과 플루오라이드 화합물의 혼합물의 XRD 측정 데이터의 경우, 15 o 내지 30 o 구간에서 이차상이 확연히 존재하게 된다.Therefore, in the case of XRD measurement data of a mixture of a metal phosphate compound and a fluoride compound of a single phase synthesized secondary, a secondary phase is clearly present in the interval of 15 o to 30 o .

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 플루오르인산염 기반 이차전지 양극활물질 (단일상 LiFePO4F)의 XRD 분석 결과를 도시한 그래프이다.7 is a graph showing the XRD analysis result of a fluorophosphate-based secondary battery cathode active material (single-phase LiFePO 4 F) according to an embodiment of the present invention.

도 7을 참조하면, 2차 합성한 단일상의 금속 인산염 화합물과 플루오라이드 화합물의 혼합물(590/1.05)을 10 o 내지 80 o 구간에서 측정된 XRD 데이터를 Fullprof 프로그램을 이용한 리트벨트 정련법(Rietveld refinement)을 통해 분석한 결과,

Figure 112021050222660-pat00006
공간군을 가지는 삼사정계(triclinic, a≠b≠c, α≠β≠γ) 구조로 확인되었으며, 격자 상수는 a = 5.2973 Å, b =7.2539 Å, c = 5.1506 Å, α = 107.92 o, β = 98.52 o, γ = 107.35 o, V = 173.34 Å3 분석되었다.Referring to FIG. 7 , the XRD data measured in the range of 10 o to 80 o of the secondary synthesized mixture of a single-phase metal phosphate compound and a fluoride compound (590/1.05) was subjected to Rietveld refinement using the Fullprof program. ) through the analysis result,
Figure 112021050222660-pat00006
It was confirmed as a triclinic (a≠b≠c, α≠β≠γ) structure with space groups, and the lattice constants were a = 5.2973 Å, b =7.2539 Å, c = 5.1506 Å, α = 107.92 o , β = 98.52 o , γ = 107.35 o , V = 173.34 Å 3 analyzed.

따라서, 이러한 결과로부터 최종적으로 합성된 LiFePO4F이 단일상을 나타내는 것을 알 수 있다.Therefore, from these results, it can be seen that the finally synthesized LiFePO 4 F exhibits a single phase.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 플루오르인산염 기반 이차전지 양극활물질 (단일상 LiFePO4F)의 상온 뫼스바우어 스펙트럼을 도시한 그래프이다.8 is a graph illustrating a room temperature Mossbauer spectrum of a fluorophosphate-based secondary battery cathode active material (single-phase LiFePO 4 F) according to an embodiment of the present invention.

도 8은 590℃에서 2차 합성한 단일상의 금속 인산염 화합물과 플루오라이드 화합물의 혼합물(590/1.05)을 사용하였다.In FIG. 8, a mixture (590/1.05) of a single-phase metal phosphate compound and a fluoride compound synthesized secondarily at 590° C. was used.

도 8을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 플루오르인산염 기반 이차전지 양극활물질의 제조 방법으로 제조된 단일상의 LiFePO4F의 결정구조는 Fe1(A) 및 Fe(B) 중심 팔면체의 FeF2O4 사슬을 형성하는 두개의 결정학적으로 독립된 Fe 사이트가 존재한다.Referring to FIG. 8 , the crystal structure of single-phase LiFePO 4 F prepared by the method of manufacturing a fluorophosphate-based secondary battery positive active material according to an embodiment of the present invention is Fe1 (A) and Fe(B) octahedral FeF 2 O There are two crystallographically independent Fe sites forming four chains.

따라서, 상온 뫼스바우어 스펙트럼을 두 Fe site; Fe1(A), Fe(2)를 가지는 두 개의 더블릿(doublet) 형태로 분석하였으며, 피팅에서 결정된 두 더블릿(doublet) 형태의 비율은 단일상의 LiFePO4F의 결정구조에서 파생된 비율과 일치하게 1:1로 분석되었다.Therefore, the room temperature Mösbauer spectrum was obtained for two Fe sites; Two doublets with Fe1(A) and Fe(2) were analyzed, and the ratio of the two doublets determined by fitting matches the ratio derived from the single-phase LiFePO 4 F crystal structure. was analyzed 1:1.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 플루오르인산염 기반 이차전지 양극활물질 (단일상 LiFePO4F)의 온도에 따른 뫼스바우어 스펙트험을 도시한 그래프이다.9 is a graph showing the Mossbauer spectrum according to the temperature of the fluorophosphate-based secondary battery cathode active material (single-phase LiFePO 4 F) according to an embodiment of the present invention.

도 9는 590℃에서 2차 합성한 단일상의 금속 인산염 화합물과 플루오라이드 화합물의 혼합물(590/1.05)을 사용하였다.In FIG. 9, a mixture (590/1.05) of a single-phase metal phosphate compound and a fluoride compound synthesized secondarily at 590° C. was used.

표 1은 본 발명의 실시예에 따른 플루오르인산염 기반 이차전지 양극활물질 (단일상 LiFePO4F)의 온도에 따른 뫼스바우어 파라메터 값을 도시한 표이다.Table 1 is a table showing Mossbauer parameter values according to temperature of a fluorophosphate-based secondary battery positive active material (single-phase LiFePO 4 F) according to an embodiment of the present invention.

[표 1][Table 1]

Figure 112021050222660-pat00007
Figure 112021050222660-pat00007

도 9 및 표 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 플루오르인산염 기반 이차전지 양극활물질의 제조 방법으로 제조된 단일상의 LiFePO4F의 닐 온도(반강자성 거동을 보이다가 온도가 높아지면서 열진동에 의해 상자성 거동을 보이는 온도)는 73 K임을 알 수 있다.9 and Table 1, the neil temperature of the single-phase LiFePO 4 F prepared by the method of manufacturing a fluorophosphate-based secondary battery positive active material according to an embodiment of the present invention (antiferromagnetic behavior, but thermal vibration as the temperature increases) It can be seen that the temperature exhibiting paramagnetic behavior) is 73 K.

또한, 닐 온도 (73 K) 이하에서는 두 세트의 여섯 라인 형태의 스펙트럼을 볼 수 있다. Also, below the Neil temperature (73 K), two sets of six-line spectra can be seen.

뫼스바우어 효과는 감마선을 방출/흡수하는 원자핵이 고체 내에 구속되어 고체 전제가 되튐 운동량을 흡수하게 되면 되튐 에너지는 실질적으로 0이 되며 이러한 되튐없는 감마선의 방출 또는 흡수를 의미 한다.The Mossbauer effect is that when an atomic nucleus emitting/absorbing gamma rays is confined in a solid and the solid premise absorbs the bounce momentum, the bounce energy becomes practically zero, which means the emission or absorption of such non-rebound gamma rays.

도 9는 4.2 K에서 73 K의 온도 범위에서 뫼스바우어 스펙트럼을 측정한 결과이다. 9 is a result of measuring the Mössbauer spectrum in a temperature range of 4.2 K to 73 K.

LiFePO4F 양극활물질은 결정학적으로 고유한 두 개의 Fe3+ 사이트를 가지고 있지만, 이 두 사이트는 매우 유사하며, 두 개의 고유한 Fe 원자에 배위 된 유사한 결합 길이의 두 개의 플루오르화물(fluoride)과 네 개의 산소 리간드를 가지고 있으므로 이를 구별하기가 어렵다.The LiFePO 4 F cathode material has two crystallographically unique Fe 3+ sites, but these two sites are very similar, and two fluorides of similar bond length and four Since it has two oxygen ligands, it is difficult to distinguish them.

따라서, 두 사이트(Fe1(A), Fe2(B))를 명확하게 구별하기 위해 뫼스바우어 온도 실험을 수행하였다. 뫼스바우어 스펙트럼은 Fe1(A)과 Fe2(B)에 대한 두 세트의 6개의 흡수선으로 확인되었으며, 로렌츠 선형을 이용한 비선형 최소자승법으로 기반으로 분석되었다.Therefore, in order to clearly distinguish the two sites (Fe1(A), Fe2(B)), a Mösbauer temperature experiment was performed. The Mösbauer spectrum was identified as two sets of six absorption lines for Fe1(A) and Fe2(B), and was analyzed based on the nonlinear least-squares method using Lorentz linearity.

분석을 통해 얻은 공명흡수선의 위치인 속도로부터 각 온도에서의 초미세 자기장(magnetic hyperfine field, Hhf), 전기 사중극자 분열치(electric quadrupole splitting, △EQ), 이성질체 이동치(isomer shift, δ)를 계산하였으며, 이를 [표 1]에 도시하였다.From the velocity, which is the position of the resonance absorption line obtained through analysis, magnetic hyperfine field (H hf ) at each temperature, electric quadrupole splitting (ΔE Q ), isomer shift ( δ ) ) was calculated, and it is shown in [Table 1].

원자핵의 자기 이중극자 모멘트는 핵에 존재하는 자기장과의 상호작용에 의해 핵의 에너지 준위를 분열시켜 지만(Zeeman) 효과를 일으키게 되며, 이 때의 상호작용 헤밀토니안은 구할 수 있다. 전기 사중극자 상호작용이 자기 이중극자 상호작용에 비해 상당히 작은 경우에 대한 57Fe 핵의 에너지 준위와 6가지 전이에 따라, 각 전이의 뫼스바우어 공명흡수선의 위치를 알 수 있으며, 이 에너지 준위의 크기를 관찰하여 핵 자기장을 계산할 수 있는데, 이를 초미세 자기장이라고 한다.The magnetic dipole moment of an atomic nucleus disrupts the energy level of the nucleus by interaction with the magnetic field existing in the nucleus (Zeeman), but causes the effect, and the interaction Hemiltonian at this time can be obtained. According to the energy level of the 57Fe nucleus and the six transitions for the case where the electric quadrupole interaction is significantly smaller than the magnetic dipole interaction, the position of the Mösbauer resonance absorption line of each transition can be known, and the size of this energy level can be determined. The nuclear magnetic field can be calculated by observation, which is called an ultrafine magnetic field.

실제 핵은 찌그러진 형태의 구조를 이루고 있으므로 원자핵의 사중극자 모멘트와 전기장 텐서에 의한 전기장과 상호작용하게 된다. 핵 주변의 원자 또는 이온들이 가지는 전하들에 의한 리간드 격자 기여와 핵 내에 가전자 궤도에서 나타나는 전자 보분포에 대한 가전자 기여가 전기장 기울기에 영향을 미치게 된다.Since the actual nucleus has a distorted structure, it interacts with the quadrupole moment of the nucleus and the electric field caused by the electric field tensor. The contribution of the ligand lattice by the charges of atoms or ions around the nucleus and the contribution of valence electrons to the electron complement distribution in the valence orbital within the nucleus affects the electric field gradient.

이러한 상호작용을 헤밀토니안 연산자로 기술하고 행렬요소를 대각선화하여 섭동 에너지를 구하면 사중극자 분열치 값을 얻을 수 있고, 이 값으로부터 원자핵에 작용하는 전기장 기울기에 대한 정보를 알 수 있다.If this interaction is described using the Hemiltonian operator and the perturbation energy is obtained by diagonalizing the matrix elements, the quadrupole split value can be obtained, and information on the electric field gradient acting on the nucleus can be obtained from this value.

이성질체 이동치는 일반적으로 원자의 원자가 상태를 확인하기 위해 계산되며, 예를 들어, 물질 내 Fe의 원자가가 줄어드면 이성질체 이동치 값이 증가하게 된다. LiFePO4F 양극활물질의 경우, 4.2 K에서 상온까지 이성질체 이동치 값이 0.31 ~ 0.43 mm/s으로 분석되었으며, 이는 Fe1(A), Fe2(B) 사이트 모두 Fe3+ 인 것을 의미한다.The isomer shift value is generally calculated to confirm the valence state of an atom. For example, if the valence of Fe in a material decreases, the isomer shift value increases. In the case of the LiFePO 4 F cathode active material, the isomer shift value from 4.2 K to room temperature was analyzed to be 0.31 to 0.43 mm/s, which means that both Fe1(A) and Fe2(B) sites are Fe 3+ .

따라서, 도 9에서 보는 바와 같이, 닐 온도에서 더블렛은 상자성(paramagnetic) 거동을 보이고, 닐 온도 아래에서는 반강자성(antiferromagnetic) 정렬에 기인한 6개의 흡수선으로 나타난다.Accordingly, as shown in FIG. 9 , the doublet exhibits paramagnetic behavior at the Neal temperature, and appears as six absorption lines due to antiferromagnetic alignment below the Neil temperature.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.As described above, although the present invention has been described with reference to limited embodiments and drawings, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications and variations from these descriptions are provided by those skilled in the art to which the present invention pertains. This is possible. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be defined by the following claims as well as the claims and equivalents.

Claims (13)

인산염 화합물과 금속 화합물의 혼합물 또는 금속 인산염 수화물을 1차 열처리하여 단일상의 금속 인산염 화합물을 제조하는 단계;
상기 제조된 단일상의 금속 인산염 화합물의 결정상을 뫼스바우어 분광법을 이용하여 분석하는 단계;
상기 분석된 단일상의 금속 인산염 화합물 및 플루오라이드 화합물을 혼합하여 단일상의 금속 인산염 화합물과 플루오라이드 화합물의 혼합물을 제조하는 단계;
상기 단일상의 금속 인산염 화합물과 플루오라이드 화합물의 혼합물을 진공 건조기에서 건조하는 단계; 및
상기 건조된 단일상의 금속 인산염 화합물과 플루오라이드 화합물의 혼합물을 2차 열처리하여 단일상의 플루오르인산염 화합물을 제조하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 플루오르인산염 기반 이차전지 양극활물질의 제조 방법.
preparing a single-phase metal phosphate compound by first heat-treating a mixture of a phosphate compound and a metal compound or a metal phosphate hydrate;
analyzing the crystalline phase of the prepared single-phase metal phosphate compound using Mossbauer spectroscopy;
preparing a mixture of a single-phase metal phosphate compound and a fluoride compound by mixing the analyzed single-phase metal phosphate compound and a fluoride compound;
drying the mixture of the single-phase metal phosphate compound and the fluoride compound in a vacuum dryer; and
preparing a single-phase fluorophosphate compound by performing secondary heat treatment on a mixture of the dried single-phase metal phosphate compound and a fluoride compound;
A method of manufacturing a fluorophosphate-based secondary battery cathode active material comprising a.
제1항에 있어서,
상기 단일상의 플루오르인산염 화합물은 하기 화학식 1의 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 플루오르인산염 기반 이차전지 양극활물질의 제조 방법.
[화학식 1]
XFePO4F (X = Li, Na)
The method of claim 1,
The single-phase fluorophosphate compound is a method of manufacturing a fluorophosphate-based secondary battery cathode active material, characterized in that it has a structure of the following formula (1).
[Formula 1]
XFePO 4 F (X = Li, Na)
제1항에 있어서,
상기 인산염 화합물과 금속 화합물의 혼합물의 혼합 시간은 1분 내지 1시간인 것을 특징으로 하는 플루오르인산염 기반 이차전지 양극활물질의 제조 방법.
According to claim 1,
The mixing time of the mixture of the phosphate compound and the metal compound is a method of manufacturing a fluorophosphate-based secondary battery cathode active material, characterized in that from 1 minute to 1 hour.
제1항에 있어서,
상기 인산염 화합물은 제1산암모늄(ammonium phosphate monobasic), 제2인산암모늄(ammonium phosphate dibasic), 인산 2수소 암모늄(ammonium dihydrogen phosphate), 디-암모늄 하이드로젠 포스페이트(di-ammonium hydrogen phosphate) 및 제3인산 암모늄 3수화물(ammonium phosphate tribasic trihydrate) 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 플루오르인산염 기반 이차전지 양극활물질의 제조 방법.
According to claim 1,
The phosphate compound is ammonium phosphate monobasic, ammonium phosphate dibasic, ammonium dihydrogen phosphate, di-ammonium hydrogen phosphate, and a third A method of manufacturing a positive electrode active material for a fluorophosphate-based secondary battery, comprising at least one of ammonium phosphate tribasic trihydrate.
제1항에 있어서,
상기 단일상의 금속 인산염 화합물은 육방정계 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 플루오르인산염 기반 이차전지 양극활물질의 제조 방법.
The method of claim 1,
The single-phase metal phosphate compound is a method of manufacturing a fluorophosphate-based secondary battery cathode active material, characterized in that it has a hexagonal structure.
제1항에 있어서,
상기 인산염 화합물과 금속 화합물의 혼합물 또는 금속 인산염 수화물을 1차 열처리하여 단일상의 금속 인산염 화합물을 제조하는 단계는,
상기 인산염 화합물과 금속 화합물의 혼합물을 하소(calcination)하는 단계; 및
상기 하소된 인산염 화합물과 금속 화합물의 혼합물을 소결하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 플루오르인산염 기반 이차전지 양극활물질의 제조 방법.
According to claim 1,
The first heat treatment of a mixture of the phosphate compound and the metal compound or the metal phosphate hydrate to prepare a single-phase metal phosphate compound comprises:
calcining a mixture of the phosphate compound and the metal compound; and
sintering the mixture of the calcined phosphate compound and the metal compound;
A method of manufacturing a fluorophosphate-based secondary battery cathode active material comprising a.
제6항에 있어서,
상기 인산염 화합물과 금속 화합물의 혼합물을 하소(calcination)하는 단계는,
300℃ 내지 400℃의 온도에서 진행되는 것을 특징으로 하는 플루오르인산염 기반 이차전지 양극활물질의 제조 방법.
7. The method of claim 6,
The step of calcining the mixture of the phosphate compound and the metal compound,
A method of manufacturing a positive electrode active material for a fluorophosphate-based secondary battery, characterized in that it is carried out at a temperature of 300°C to 400°C.
제6항에 있어서,
상기 하소된 인산염 화합물과 금속 화합물의 혼합물을 소결하는 단계는,
870℃ 내지 900℃의 온도에서 진행되는 것을 특징으로 하는 플루오르인산염 기반 이차전지 양극활물질의 제조 방법.
7. The method of claim 6,
The step of sintering the mixture of the calcined phosphate compound and the metal compound,
A method of manufacturing a fluorophosphate-based secondary battery cathode active material, characterized in that it proceeds at a temperature of 870 ° C to 900 ° C.
제1항에 있어서,
상기 단일상의 금속 인산염 화합물 및 상기 플루오라이드 화합물의 혼합비는 1:1.05, 1:1.1인 것을 특징으로 하는 플루오르인산염 기반 이차전지 양극활물질의 제조 방법.
According to claim 1,
The mixing ratio of the single-phase metal phosphate compound and the fluoride compound is 1:1.05 and 1:1.1.
제1항에 있어서,
상기 단일상의 금속 인산염 화합물과 플루오라이드 화합물의 혼합물은 탈포혼연장치를 사용하여 혼합되는 것을 특징으로 하는 플루오르인산염 기반 이차전지 양극활물질의 제조 방법.
According to claim 1,
A method of manufacturing a fluorophosphate-based secondary battery cathode active material, characterized in that the mixture of the single-phase metal phosphate compound and the fluoride compound is mixed using a defoaming and kneading device.
제1항에 있어서,
상기 건조된 단일상의 금속 인산염 화합물과 플루오라이드 화합물의 혼합물을 2차 열처리하여 단일상의 플루오르인산염 화합물을 제조하는 단계는,
575℃ 내지 650℃의 온도에서 진행되는 것을 특징으로 하는 플루오르인산염 기반 이차전지 양극활물질의 제조 방법.
According to claim 1,
The second heat treatment of a mixture of the dried single-phase metal phosphate compound and the fluoride compound to prepare a single-phase fluorophosphate compound comprises:
A method of manufacturing a fluorophosphate-based secondary battery cathode active material, characterized in that it is carried out at a temperature of 575°C to 650°C.
제1항에 따른 플루오르인산염 기반 이차전지 양극활물질의 제조 방법으로 제조된 단일상의 플루오르인산염 화합물을 포함하고,
상기 단일상의 플루오르인산염 화합물은 하기 화학식 1의 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 플루오르인산염 기반 이차전지 양극활물질.
[화학식 1]
XFePO4F (X = Li, Na)
A fluorophosphate-based secondary battery positive active material comprising a single-phase fluorophosphate compound prepared by the method according to claim 1,
The single-phase fluorophosphate compound is a fluorophosphate-based secondary battery cathode active material, characterized in that it has a structure of the following formula (1).
[Formula 1]
XFePO 4 F (X = Li, Na)
제12항에 따른 플루오르인산염 기반 이차전지 양극활물질을 포함하는 양극;
상기 양극과 대향하여 위치하는 음극; 및
상기 양극 및 음극 사이에 위치하는 전해질을 포함하는 이차 전지.
A positive electrode comprising the positive active material of the fluorophosphate-based secondary battery according to claim 12;
a negative electrode facing the positive electrode; and
A secondary battery comprising an electrolyte positioned between the positive electrode and the negative electrode.
KR1020210055674A 2021-03-29 2021-04-29 Method for preparing fluorophosphate-based secondary battery cathode active material, fluorophosphate-based secondary battery cathode active material manufactured through the method and secondary battery comprising the same KR102369513B1 (en)

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