KR102452103B1 - Method of preparing manganese difluoride using ionic liquid and method of preparing anode for lithium ion battery comprising same - Google Patents

Method of preparing manganese difluoride using ionic liquid and method of preparing anode for lithium ion battery comprising same Download PDF

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Abstract

본 발명은 (a) 불소원자(F)를 갖는 이온성 액체 및 망간 전구체를 혼합하여 상기 이온성 액체 및 망간 전구체를 포함하는 혼합용액을 제조하는 단계; 및 (b) 상기 이온성 액체와 상기 망간 전구체를 반응시켜 이불화망간(MnF2)을 제조하는 단계;를 포함하는 이불화망간(MnF2)의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명의 이불화망간의 제조방법은 이온성액체 및 마이크로파를 사용함으로써, 높은 결정성을 갖고, 비표면적이 넓은 이불화망간을 제조할 수 있다.The present invention comprises the steps of (a) mixing an ionic liquid having a fluorine atom (F) and a manganese precursor to prepare a mixed solution containing the ionic liquid and a manganese precursor; and (b) reacting the ionic liquid with the manganese precursor to prepare manganese difluoride (MnF 2 ) ; The manufacturing method of manganese difluoride of the present invention can produce manganese difluoride having high crystallinity and a large specific surface area by using an ionic liquid and microwaves.

Description

이온성액체를 이용한 이불화망간의 제조방법 및 그를 포함하는 리튬이온전지용 음극재의 제조방법 {METHOD OF PREPARING MANGANESE DIFLUORIDE USING IONIC LIQUID AND METHOD OF PREPARING ANODE FOR LITHIUM ION BATTERY COMPRISING SAME}Method for manufacturing manganese difluoride using an ionic liquid and a method for manufacturing an anode material for a lithium ion battery comprising the same

본 발명은 이불화망간의 제조방법 및 그를 포함하는 리튬이온전지용 음극재의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 이온성액체 및 마이크로파를 사용함으로써, 높은 결정성을 갖고, 비표면적이 넓은 이불화망간을 제조할 수 있는 이불화망간의 제조방법 및 그를 포함하는 리튬이온전지용 음극재의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing manganese difluoride and a method for manufacturing a negative electrode material for a lithium ion battery comprising the same, and more particularly, to manganese difluoride having high crystallinity and a large specific surface area by using an ionic liquid and microwaves. It relates to a manufacturing method of manganese difluoride capable of manufacturing and to a manufacturing method for a negative electrode material for a lithium ion battery comprising the same.

최근, 리튬전지의 활용은 휴대폰, 노트북과 같은 소형 전자기기의 주요 전력원을 넘어서 전기 자동차 및 전력저장 장치로 그 영역이 확대되고 있다. 이와 같이 전기화학 에너지 저장체로써 리튬전지는 그 사용 범위가 다양해지고 있으며, 잦은 충방전에도 용량감소가 적은 리튬전지가 요구되고 있다. 현재, 리튬전지에 사용되는 음극활물질로서는 양호한 수명 특성을 갖는 탄소계 물질인 흑연이 상용화되고 있으나, 이론용량이 372 mAh/g로 매우 낮고, 충방전 시 활물질 표면에 형성되는 고체전해질막은 리튬전지의 안전성 문제를 일으키고 있다. 이러한 낮은 용량 및 안전성에 문제가 있는 흑연을 대체하기 위해 많은 연구들이 수행되었으며, 대표적으로 TiO2, Li4Ti5O12, KNb5O13, Fe2O3, Co3O4, MnO2, MoO2, MoO3, NiO, CuO 등의 삽입(additional) 또는 보존(conversion) 반응이 일어나는 금속산화물을 음극활물질로 사용하는 연구가 진행되고 있다. Recently, the use of lithium batteries has expanded beyond the main power sources of small electronic devices such as mobile phones and laptops to electric vehicles and power storage devices. As described above, the range of use of lithium batteries as an electrochemical energy storage medium is diversifying, and lithium batteries with low capacity reduction even during frequent charging and discharging are required. Currently, graphite, a carbon-based material with good lifespan characteristics, is commercially available as an anode active material used in lithium batteries, but the theoretical capacity is very low as 372 mAh/g, and the solid electrolyte film formed on the surface of the active material during charging and discharging is the same as that of lithium batteries. It creates safety issues. Many studies have been conducted to replace graphite, which has problems with such low capacity and safety, typically TiO 2 , Li 4 Ti 5 O 12 , KNb 5 O 13 , Fe 2 O 3 , Co 3 O 4 , MnO 2 , MoO 2 , MoO 3 , NiO, and research using a metal oxide that undergoes an insertion (conversion) reaction, such as CuO, as an anode active material is in progress.

그러나 TiO2, Li4Ti5O12, KNb5O13 등 삽입 반응이 일어나는 금속산화물은 이론용량의 제한이 있으며, 보존반응이 일어나는 Fe2O3, Co3O4, MnO2 등은 리튬의 전달 속도가 제한되어 있고 리튬과의 반응시 부피팽창을 수반하여 전극 내에서 전기적으로 고립되는 활물질을 발생시켜 결과적으로 율특성이 낮은 특징을 보이고 있다. 따라서, 이러한 문제를 해결하기 위한 고용량, 고안정성의 특성을 갖는 리튬전지를 구현할 수 있는 음극활물질의 도입이 요구된다.However, metal oxides that undergo intercalation reactions such as TiO 2 , Li 4 Ti 5 O 12 , and KNb 5 O 13 have a limited theoretical capacity, and Fe 2 O 3 , Co 3 O 4 , MnO 2 etc. The transfer rate is limited and the active material is electrically isolated in the electrode with volume expansion during reaction with lithium, resulting in low rate characteristics. Therefore, it is required to introduce an anode active material capable of realizing a lithium battery having high capacity and high stability characteristics in order to solve this problem.

본 발명의 이온성액체 및 마이크로파를 사용함으로써, 높은 결정성을 갖고, 비표면적이 넓은 이불화망간을 제조할 수 있는 이불화망간의 제조방법을 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to provide a method for manufacturing manganese difluoride capable of producing manganese difluoride having high crystallinity and a large specific surface area by using the ionic liquid and microwaves of the present invention.

또한 본 발명의 목적은 상기 이불화망간의 제조방법에 따라 제조된 이불화망간을 리튬이온배터리의 음극재로 사용함으로써, 리튬이온배터리의 충방전 용량 및 사이클 특성이 향상되는 리튬이온전지용 음극재의 제조방법을 제공하는 데 있다.It is also an object of the present invention to use manganese difluoride prepared according to the method for manufacturing manganese difluoride as an anode material of a lithium ion battery, thereby improving the charge/discharge capacity and cycle characteristics of a lithium ion battery. to provide a way.

본 발명의 일 측면에 따르면, (a) 불소원자(F)를 갖는 이온성 액체 및 망간 전구체를 혼합하여 상기 이온성 액체 및 망간 전구체를 포함하는 혼합용액을 제조하는 단계; 및 (b) 상기 이온성 액체와 상기 망간 전구체를 반응시켜 이불화망간(MnF2)을 제조하는 단계;를 포함하는 이불화망간(MnF2)의 제조방법이 제공된다.According to one aspect of the present invention, (a) mixing an ionic liquid having a fluorine atom (F) and a manganese precursor to prepare a mixed solution containing the ionic liquid and the manganese precursor; and (b) reacting the ionic liquid with the manganese precursor to prepare manganese difluoride (MnF 2 ) ;

상기 단계 (b)의 반응이 상기 혼합용액에 마이크로파를 조사하여 수행될 수 있다.The reaction of step (b) may be performed by irradiating the mixed solution with microwaves.

상기 단계 (b)의 반응이 100 내지 200℃의 온도에서 수행될 수 있다.The reaction of step (b) may be carried out at a temperature of 100 to 200 ℃.

상기 마이크로파의 조사 시간이 10초 내지 3600초 일 수 있다.The microwave irradiation time may be 10 seconds to 3600 seconds.

상기 혼합용액의 상기 망간 전구체 농도가 0.01 내지 2.5M 일 수 있다. The manganese precursor concentration of the mixed solution may be 0.01 to 2.5M.

상기 이불화망간이 로드(rod) 형상일 수 있다.The manganese difluoride may have a rod shape.

단계 (a)가 (a-1) 망간 전구체를 용융시키는 단계; 및 (a-2) 용융된 망간전구체를 불소원자(F)를 갖는 이온성 액체와 혼합하여 상기 이온성 액체 및 망간 전구체를 포함하는 혼합용액을 제조하는 단계;를 포함할 수 있다.Step (a) comprises the steps of (a-1) melting the manganese precursor; and (a-2) mixing the molten manganese precursor with an ionic liquid having a fluorine atom (F) to prepare a mixed solution containing the ionic liquid and the manganese precursor.

상기 이온성 액체가 구조식 1로 표시되는 화합물일 수 있다.The ionic liquid may be a compound represented by Structural Formula 1.

[구조식 1][Structural Formula 1]

Figure 112020126329986-pat00001
Figure 112020126329986-pat00001

상기 구조식 1에서,In Structural Formula 1,

X는

Figure 112020126329986-pat00002
,
Figure 112020126329986-pat00003
,
Figure 112020126329986-pat00004
,
Figure 112020126329986-pat00005
,
Figure 112020126329986-pat00006
, 또는
Figure 112020126329986-pat00007
이고, X is
Figure 112020126329986-pat00002
,
Figure 112020126329986-pat00003
,
Figure 112020126329986-pat00004
,
Figure 112020126329986-pat00005
,
Figure 112020126329986-pat00006
, or
Figure 112020126329986-pat00007
ego,

R1, R2, R3, 및 R4는 서로 같거나 다르고, 각각 독립적으로 수소원자, C1 내지 C15 알킬기, C1 내지 C15 플루오로 알킬기, C2 내지 C15 알케닐기. C6 내지 C16 아릴기, C7 내지 C16 아릴알킬기, 또는 C7 내지 C16 알킬아릴기이고,R 1 , R 2 , R 3 , and R 4 are the same as or different from each other, and each independently represent a hydrogen atom, a C1 to C15 alkyl group, a C1 to C15 fluoroalkyl group, or a C2 to C15 alkenyl group. C6 to C16 aryl group, C7 to C16 arylalkyl group, or C7 to C16 alkylaryl group,

Y는 테트라플루오로보레이트(

Figure 112020126329986-pat00008
) 또는 헥사플루오로포스페이트(
Figure 112020126329986-pat00009
)이다.Y is tetrafluoroborate (
Figure 112020126329986-pat00008
) or hexafluorophosphate (
Figure 112020126329986-pat00009
)to be.

상기 X는

Figure 112020126329986-pat00010
,
Figure 112020126329986-pat00011
,
Figure 112020126329986-pat00012
.
Figure 112020126329986-pat00013
,
Figure 112020126329986-pat00014
,
Figure 112020126329986-pat00015
,
Figure 112020126329986-pat00016
,
Figure 112020126329986-pat00017
,
Figure 112020126329986-pat00018
,
Figure 112020126329986-pat00019
,
Figure 112020126329986-pat00020
,
Figure 112020126329986-pat00021
,
Figure 112020126329986-pat00022
,
Figure 112020126329986-pat00023
,
Figure 112020126329986-pat00024
,
Figure 112020126329986-pat00025
,
Figure 112020126329986-pat00026
,
Figure 112020126329986-pat00027
,
Figure 112020126329986-pat00028
,
Figure 112020126329986-pat00029
,
Figure 112020126329986-pat00030
,
Figure 112020126329986-pat00031
,
Figure 112020126329986-pat00032
,
Figure 112020126329986-pat00033
,
Figure 112020126329986-pat00034
,
Figure 112020126329986-pat00035
,
Figure 112020126329986-pat00036
,
Figure 112020126329986-pat00037
.
Figure 112020126329986-pat00038
,
Figure 112020126329986-pat00039
,
Figure 112020126329986-pat00040
,
Figure 112020126329986-pat00041
Figure 112020126329986-pat00042
로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.wherein X is
Figure 112020126329986-pat00010
,
Figure 112020126329986-pat00011
,
Figure 112020126329986-pat00012
.
Figure 112020126329986-pat00013
,
Figure 112020126329986-pat00014
,
Figure 112020126329986-pat00015
,
Figure 112020126329986-pat00016
,
Figure 112020126329986-pat00017
,
Figure 112020126329986-pat00018
,
Figure 112020126329986-pat00019
,
Figure 112020126329986-pat00020
,
Figure 112020126329986-pat00021
,
Figure 112020126329986-pat00022
,
Figure 112020126329986-pat00023
,
Figure 112020126329986-pat00024
,
Figure 112020126329986-pat00025
,
Figure 112020126329986-pat00026
,
Figure 112020126329986-pat00027
,
Figure 112020126329986-pat00028
,
Figure 112020126329986-pat00029
,
Figure 112020126329986-pat00030
,
Figure 112020126329986-pat00031
,
Figure 112020126329986-pat00032
,
Figure 112020126329986-pat00033
,
Figure 112020126329986-pat00034
,
Figure 112020126329986-pat00035
,
Figure 112020126329986-pat00036
,
Figure 112020126329986-pat00037
.
Figure 112020126329986-pat00038
,
Figure 112020126329986-pat00039
,
Figure 112020126329986-pat00040
,
Figure 112020126329986-pat00041
and
Figure 112020126329986-pat00042
It may include one or more selected from the group consisting of.

상기 이온성 액체가 EMIM BF4 (1-Ethyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate), BMIM BF4 (1-Butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate), 및 OMIM BF4 (1-Methyl-3-octyl-imidazolium-tetrafluoroborate)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.The ionic liquid is EMIM BF4 (1-Ethyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate), BMIM BF4 (1-Butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate), and OMIM BF4 (1-Methyl-3-octyl-imidazolium-tetrafluoroborate) It may include one or more selected from.

상기 혼합용액이 아래 구조식 2로 표시되는 화합물을 추가로 포함할 수 있다.The mixed solution may further include a compound represented by Structural Formula 2 below.

[구조식 2][Structural Formula 2]

Figure 112020126329986-pat00043
Figure 112020126329986-pat00043

상기 구조식 2에서in Structural Formula 2

R5은 C1 내지 C6 알킬렌기이고,R 5 is a C1 to C6 alkylene group,

n은 1 내지 1,000의 정수 중 어느 하나이다.n is an integer from 1 to 1,000.

상기 구조식 2로 표시되는 화합물이 에틸렌글리콜일 수 있다.The compound represented by Structural Formula 2 may be ethylene glycol.

상기 혼합용액의 상기 이온성 액체(A)와 구조식 2로 표시되는 화합물(B)의 부피비(A:B)가 10:90 내지 50:50일 수 있다.A volume ratio (A:B) of the ionic liquid (A) and the compound (B) represented by Structural Formula 2 in the mixed solution may be 10:90 to 50:50.

상기 망간 전구체는 망간염을 포함할 수 있다.The manganese precursor may include a manganese salt.

상기 망간염은 질산망간 (Manganese(II) nitrate, Mn(NO3)2), 초산 망간(Manganese(II) acetate, Mn(CH3COO)2), 황산망간(Manganese(II) sulfate, MnSO4), 염화망간(Manganese(II) chloride, MnCl2), 수산화망간(Manganese(II) hydroxide, Mn(OH)2), 황화망간(Manganese(II) sulfide, MnS), 탄산망간(Manganese(II) carbonate, MnCO3), 브롬화망간(Manganese(II) bromide, MnBr2), 과염소산망간(Manganese(II) Perchlorate, Mn(ClO4)2) 및 이들의 수화물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.The manganese salt is manganese nitrate (Manganese(II) nitrate, Mn(NO 3 ) 2 ), manganese acetate (Manganese(II) acetate, Mn(CH 3 COO) 2 ), manganese sulfate (Manganese(II) sulfate, MnSO 4 ) ), Manganese(II) chloride, MnCl2), Manganese(II) hydroxide, Mn(OH) 2 ), Manganese(II) sulfide, MnS), Manganese(II) carbonate , MnCO 3 ), manganese bromide (Manganese(II) bromide, MnBr 2 ), manganese perchlorate (Manganese(II) Perchlorate, Mn(ClO 4 ) 2 ) and at least one selected from the group consisting of hydrates thereof. have.

본 발명의 다른 일 측면에 따르면, (1) 불소원자(F)를 갖는 이온성 액체 및 망간 전구체를 혼합하여 상기 이온성 액체 및 망간 전구체를 포함하는 혼합용액을 얻는 단계; (2) 상기 이온성 액체와 상기 망간 전구체를 반응시켜 이불화망간(MnF2)을 제조하는 단계; 및 (3) 상기 이불화망간을 포함하는 음극재를 제조하는 단계;를 포함하는 리튬이온전지용 음극재의 제조방법이 제공된다.According to another aspect of the present invention, (1) mixing an ionic liquid having a fluorine atom (F) and a manganese precursor to obtain a mixed solution containing the ionic liquid and the manganese precursor; (2) preparing manganese difluoride (MnF 2 ) by reacting the ionic liquid with the manganese precursor; And (3) manufacturing a negative electrode material comprising the manganese difluoride; is provided a method of manufacturing a negative electrode material for a lithium ion battery comprising a.

상기 단계 (2)의 반응이 상기 혼합용액에 마이크로파를 조사하여 수행될 수 있다.The reaction of step (2) may be performed by irradiating the mixed solution with microwaves.

상기 이불화망간이 로드 형상일 수 있다.The manganese difluoride may have a rod shape.

본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 상기 이불화망간(MnF2)의 제조방법에 따라 제조된 이불화망간(MnF2)이 제공된다.According to another aspect of the present invention, manganese difluoride (MnF 2 ) prepared according to the manufacturing method of the manganese difluoride (MnF 2 ) is provided.

본 발명의 이불화망간의 제조방법은 이온성액체 및 마이크로파를 사용함으로써, 높은 결정성을 갖고, 비표면적이 넓은 이불화망간을 신속히 제조할 수 있다.The manufacturing method of manganese difluoride of the present invention can rapidly produce manganese difluoride having high crystallinity and a large specific surface area by using an ionic liquid and microwaves.

또한 본 발명의 리튬이온전지용 음극재의 제조방법은 상기 이불화망간의 제조방법에 따라 제조된 이불화망간을 리튬이온배터리의 음극재로 사용함으로써, 리튬이온배터리의 충방전 용량 및 사이클 특성이 향상되는 효과가 있다.In addition, the manufacturing method of the anode material for a lithium ion battery of the present invention uses manganese difluoride prepared according to the manufacturing method of manganese difluoride as an anode material of a lithium ion battery, whereby the charge/discharge capacity and cycle characteristics of the lithium ion battery are improved. It works.

도 1은 본 발명에 따른 이불화망간의 제조방법을 보여주는 순서도이다.
도 2a는 실시예 1-1 내지 1-3, 도 2b는 실시예 1-3 내지 1-5, 도 2c는 실시예 1-6 내지 1-8의 마이크로파의 조사 데이터를 나타낸 그래프이다.
도 3a 내지 3j는 실시예 1-1 내지 1-10에 따라 제조된 이불화망간 각각의 SEM 분석 이미지이다.
도 4a는 농도변화에 따른 이불화망간의 XRD 분석 그래프, 도 4b는 마이크로파의 조사시간에 따른 이불화망간의 XRD 분석 그래프, 도 4c는 마이크로파로 인해 가열된 온도에 따른 이불화망간의 XRD 분석 그래프, 도 4d는 망간 전구체의 용융여부에 따른 이불화망간의 XRD 분석 그래프이다.
도 5는 실시예 2-1 내지 2-5에 따른 이불화망간의 XRD 분석 그래프이다.
도 6는 실시예 3-1 내지 3-5에 따른 이불화망간의 XRD 분석 그래프이다.
도 7은 결정구조 비교를 위한 Mn(JCPDS card No. 21-0547), MnF2 P42m(JCPDS card No. 34-1356) 및 MnF2 P42/mnm (JCPDS card No. 24-0727)의 XRD 그래프이다.
도 8은 실시예 2-1 내지 2-5 및 실시예 3-1 내지 3-5에 따라 제조된 이불화망간의 수율을 나타내는 그래프이다.
도 9a 내지 9c은 실시예 2-1 내지 2-3에 따른 이불화망간의 SEM 분석 이미지이다.
도 10a 내지 10d는 실시예 3-1 내지 3-4에 따른 이불화망간의 SEM 분석 이미지이다.
도 11a은 소자실시예 1에 따른 리튬이온전지의 충방전 곡선이고, 도 11b는 소자실시예 1에 따른 리튬이온전지의 사이클 안정성 및 효율을 나타내는 그래프이다.
도 12a 및 12b는 실시예 1-10에 따라 제조된 이불화망간의 흡착등온선 그래프 및 BET plot 그래프이다.
1 is a flowchart showing a method for manufacturing manganese difluoride according to the present invention.
2A is a graph showing microwave irradiation data of Examples 1-1 to 1-3, FIG. 2B is Examples 1-3 to 1-5, and FIG. 2C is Examples 1-6 to 1-8.
3a to 3j are SEM analysis images of each of manganese difluoride prepared according to Examples 1-1 to 1-10.
Figure 4a is an XRD analysis graph of manganese difluoride according to the concentration change, Figure 4b is an XRD analysis graph of manganese difluoride according to the microwave irradiation time, Figure 4c is an XRD analysis graph of manganese difluoride according to the temperature heated by the microwave , Figure 4d is an XRD analysis graph of manganese difluoride according to whether the manganese precursor is melted.
5 is an XRD analysis graph of manganese difluoride according to Examples 2-1 to 2-5.
6 is an XRD analysis graph of manganese difluoride according to Examples 3-1 to 3-5.
7 is an XRD graph of Mn (JCPDS card No. 21-0547), MnF 2 P42m (JCPDS card No. 34-1356) and MnF 2 P4 2 /mnm (JCPDS card No. 24-0727) for crystal structure comparison. to be.
8 is a graph showing the yield of manganese difluoride prepared according to Examples 2-1 to 2-5 and Examples 3-1 to 3-5.
9a to 9c are SEM analysis images of manganese difluoride according to Examples 2-1 to 2-3.
10a to 10d are SEM analysis images of manganese difluoride according to Examples 3-1 to 3-4.
11A is a charge/discharge curve of the lithium ion battery according to Device Example 1, and FIG. 11B is a graph showing cycle stability and efficiency of the lithium ion battery according to Device Example 1. FIG.
12a and 12b are adsorption isotherm graphs and BET plot graphs of manganese difluoride prepared according to Examples 1-10.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.Since the present invention can apply various transformations and can have various embodiments, specific embodiments are illustrated and described in detail in the detailed description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known technology may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

또한, 이하에서 사용될 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. In addition, terms including ordinal numbers such as first, second, etc. to be used hereinafter may be used to describe various elements, but the elements are not limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, a first component may be referred to as a second component, and similarly, a second component may also be referred to as a first component.

또한, 어떤 구성요소가 “다른 구성요소 상에,” "다른 구성요소 상에 형성되어," "다른 구성요소 상에 위치하여," 또는 " 다른 구성요소 상에 적층되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소의 표면 상의 전면 또는 일면에 직접 부착되어 형성되어, 위치하여 있거나 또는 적층되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 더 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.In addition, when it is mentioned that a component is “on another component,” “formed on another component,” “located on another component,” or “stacked on another component,” the It may be formed, positioned, or laminated by being directly attached to the front surface or one surface on the surface of other components, but it will be understood that other components may be further present in the middle.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate that a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification exists, but one or more other features It is to be understood that this does not preclude the possibility of the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

도 1은 본 발명에 따른 이불화망간의 제조방법을 보여주는 순서도이다. 이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 이불화망간의 제조방법에 대해 설명하도록 한다.1 is a flowchart showing a method for manufacturing manganese difluoride according to the present invention. Hereinafter, a method for manufacturing manganese difluoride of the present invention will be described with reference to FIG. 1 .

먼저, 불소원자(F)를 갖는 이온성 액체 및 망간 전구체를 혼합하여 상기 이온성 액체 및 망간 전구체를 포함하는 혼합용액을 제조한다(단계 a).First, an ionic liquid having a fluorine atom (F) and a manganese precursor are mixed to prepare a mixed solution containing the ionic liquid and a manganese precursor (step a).

상기 혼합용액의 상기 망간 전구체 농도가 0.01 내지 2.5M 일 수 있고, 바람직하게는 0.03 내지 2M 일 수 있다. 상기 망간 전구체 농도가 2.5M 초과이면 농도가 증가할수록 생성되는 입자의 크기가 증가하여 나노입자 제조에 바람직하지 않고, 이온성액체에 포함된 불소와 망간전구체에 포함된 망간의 양을 고려하였을 때 충분한 반응이 일어나기 어려울 수 있다. 한편, 상기 망간 전구체 농도는 이온성 액체와 망간 전구체의 종류에 따라 변할 수 있으며, 본 발명에서는 BF4를 포함하는 이온성액체와 Mn이 분자당 1개 포함된 망간전구체를 사용한 경우로 적용될 수 있다. The manganese precursor concentration of the mixed solution may be 0.01 to 2.5M, preferably 0.03 to 2M. When the concentration of the manganese precursor exceeds 2.5M, the size of the generated particles increases as the concentration increases, which is undesirable for manufacturing nanoparticles. Considering the amount of fluorine contained in the ionic liquid and manganese contained in the manganese precursor, The reaction may be difficult to occur. On the other hand, the manganese precursor concentration may vary depending on the type of the ionic liquid and the manganese precursor, and in the present invention, it can be applied when an ionic liquid containing BF 4 and a manganese precursor containing one Mn per molecule are used. .

단계 (a)가 (a-1) 망간 전구체를 용융시키는 단계; 및 (a-2) 용융된 망간전구체를 불소원자(F)를 갖는 이온성 액체와 혼합하여 상기 이온성 액체 및 망간 전구체를 포함하는 혼합용액을 제조하는 단계; 를 포함할 수 있다. Step (a) comprises the steps of (a-1) melting the manganese precursor; and (a-2) mixing the molten manganese precursor with an ionic liquid having a fluorine atom (F) to prepare a mixed solution containing the ionic liquid and the manganese precursor; may include.

상기 단계 (a-1)와 같이 망간 전구체를 용융시켜 이온성 액체와 혼합하면 더 작은 크기의 이불화망단을 제조할 수 있다.When the manganese precursor is melted and mixed with an ionic liquid as in step (a-1), a smaller size of mesh difluoride can be prepared.

상기 이온성 액체가 구조식 1로 표시되는 화합물일 수 있다. The ionic liquid may be a compound represented by Structural Formula 1.

[구조식 1][Structural Formula 1]

Figure 112020126329986-pat00044
Figure 112020126329986-pat00044

상기 구조식 1에서,In Structural Formula 1,

X는

Figure 112020126329986-pat00045
,
Figure 112020126329986-pat00046
,
Figure 112020126329986-pat00047
,
Figure 112020126329986-pat00048
,
Figure 112020126329986-pat00049
, 또는
Figure 112020126329986-pat00050
이고, X is
Figure 112020126329986-pat00045
,
Figure 112020126329986-pat00046
,
Figure 112020126329986-pat00047
,
Figure 112020126329986-pat00048
,
Figure 112020126329986-pat00049
, or
Figure 112020126329986-pat00050
ego,

R1, R2, R3, 및 R4는 서로 같거나 다르고, 각각 독립적으로 수소원자, C1 내지 C15 알킬기, C1 내지 C15 플루오로 알킬기, C2 내지 C15 알케닐기. C6 내지 C16 아릴기, C7 내지 C16 아릴알킬기, 또는 C7 내지 C16 알킬아릴기이고,R 1 , R 2 , R 3 , and R 4 are the same as or different from each other, and each independently represent a hydrogen atom, a C1 to C15 alkyl group, a C1 to C15 fluoroalkyl group, or a C2 to C15 alkenyl group. C6 to C16 aryl group, C7 to C16 arylalkyl group, or C7 to C16 alkylaryl group,

Y는 테트라플루오로보레이트(

Figure 112020126329986-pat00051
) 또는 헥사플루오로포스페이트(
Figure 112020126329986-pat00052
)이다.Y is tetrafluoroborate (
Figure 112020126329986-pat00051
) or hexafluorophosphate (
Figure 112020126329986-pat00052
)to be.

상기 구조식 1에서 상기 X는

Figure 112020126329986-pat00053
,
Figure 112020126329986-pat00054
,
Figure 112020126329986-pat00055
.
Figure 112020126329986-pat00056
,
Figure 112020126329986-pat00057
,
Figure 112020126329986-pat00058
,
Figure 112020126329986-pat00059
,
Figure 112020126329986-pat00060
,
Figure 112020126329986-pat00061
,
Figure 112020126329986-pat00062
,
Figure 112020126329986-pat00063
,
Figure 112020126329986-pat00064
,
Figure 112020126329986-pat00065
,
Figure 112020126329986-pat00066
,
Figure 112020126329986-pat00067
,
Figure 112020126329986-pat00068
,
Figure 112020126329986-pat00069
,
Figure 112020126329986-pat00070
,
Figure 112020126329986-pat00071
,
Figure 112020126329986-pat00072
,
Figure 112020126329986-pat00073
,
Figure 112020126329986-pat00074
,
Figure 112020126329986-pat00075
,
Figure 112020126329986-pat00076
,
Figure 112020126329986-pat00077
,
Figure 112020126329986-pat00078
,
Figure 112020126329986-pat00079
,
Figure 112020126329986-pat00080
.
Figure 112020126329986-pat00081
,
Figure 112020126329986-pat00082
,
Figure 112020126329986-pat00083
,
Figure 112020126329986-pat00084
Figure 112020126329986-pat00085
로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.In Structural Formula 1, X is
Figure 112020126329986-pat00053
,
Figure 112020126329986-pat00054
,
Figure 112020126329986-pat00055
.
Figure 112020126329986-pat00056
,
Figure 112020126329986-pat00057
,
Figure 112020126329986-pat00058
,
Figure 112020126329986-pat00059
,
Figure 112020126329986-pat00060
,
Figure 112020126329986-pat00061
,
Figure 112020126329986-pat00062
,
Figure 112020126329986-pat00063
,
Figure 112020126329986-pat00064
,
Figure 112020126329986-pat00065
,
Figure 112020126329986-pat00066
,
Figure 112020126329986-pat00067
,
Figure 112020126329986-pat00068
,
Figure 112020126329986-pat00069
,
Figure 112020126329986-pat00070
,
Figure 112020126329986-pat00071
,
Figure 112020126329986-pat00072
,
Figure 112020126329986-pat00073
,
Figure 112020126329986-pat00074
,
Figure 112020126329986-pat00075
,
Figure 112020126329986-pat00076
,
Figure 112020126329986-pat00077
,
Figure 112020126329986-pat00078
,
Figure 112020126329986-pat00079
,
Figure 112020126329986-pat00080
.
Figure 112020126329986-pat00081
,
Figure 112020126329986-pat00082
,
Figure 112020126329986-pat00083
,
Figure 112020126329986-pat00084
and
Figure 112020126329986-pat00085
It may include one or more selected from the group consisting of.

상기 이온성 액체가 EMIM BF4 (1-Ethyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate), BMIM BF4 (1-Butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate), 및 OMIM BF4 (1-Methyl-3-octyl-imidazolium-tetrafluoroborate)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.The ionic liquid is EMIM BF4 (1-Ethyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate), BMIM BF4 (1-Butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate), and OMIM BF4 (1-Methyl-3-octyl-imidazolium-tetrafluoroborate) It may include one or more selected from.

상기 이온성 액체는 불소(F, Fluorine)의 공급원이면서, 마이크로파를 흡수하는 용매일 수 있다.The ionic liquid may be a source of fluorine (F, Fluorine) and a solvent absorbing microwaves.

상기 혼합용액이 아래 구조식 2로 표시되는 화합물을 추가로 포함할 수 있다.The mixed solution may further include a compound represented by Structural Formula 2 below.

[구조식 2][Structural Formula 2]

Figure 112020126329986-pat00086
Figure 112020126329986-pat00086

상기 구조식 2에서in Structural Formula 2

R5은 C1 내지 C6 알킬렌기이고,R 5 is a C1 to C6 alkylene group,

n은 1 내지 1,000의 정수 중 어느 하나이다.n is an integer from 1 to 1,000.

상기 구조식 2로 표시되는 화합물이 에틸렌글리콜일 수 있다.The compound represented by Structural Formula 2 may be ethylene glycol.

상기 혼합용액의 상기 이온성 액체(A)와 구조식 2로 표시되는 화합물(B)의 부피비(A:B)가 10:90 내지 50:50일 수 있다.A volume ratio (A:B) of the ionic liquid (A) and the compound (B) represented by Structural Formula 2 in the mixed solution may be 10:90 to 50:50.

상기 망간 전구체는 망간염을 포함할 수 있고, 상기 망간염은 질산망간 (Manganese(II) nitrate, Mn(NO3)2), 초산 망간(Manganese(II) acetate, Mn(CH3COO)2), 황산망간(Manganese(II) sulfate, MnSO4), 염화망간(Manganese(II) chloride, MnCl2), 수산화망간(Manganese(II) hydroxide, Mn(OH)2), 황화망간(Manganese(II) sulfide, MnS), 탄산망간(Manganese(II) carbonate, MnCO3), 브롬화망간(Manganese(II) bromide, MnBr2), 과염소산망간(Manganese(II) Perchlorate, Mn(ClO4)2)및 이들의 수화물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. The manganese precursor may include a manganese salt, and the manganese salt is manganese nitrate (Manganese(II) nitrate, Mn(NO 3 ) 2 ), manganese acetate (Manganese(II) acetate, Mn(CH 3 COO) 2 ) , Manganese(II) sulfate, MnSO 4 ), Manganese(II) chloride, MnCl2), Manganese(II) hydroxide, Mn(OH)2), Manganese(II) sulfide , MnS), manganese carbonate (Manganese(II) carbonate, MnCO 3 ), manganese bromide (Manganese(II) bromide, MnBr 2 ), manganese perchlorate (Manganese(II) Perchlorate, Mn(ClO 4 ) 2 ) and hydrates thereof It may include one or more selected from the group consisting of.

다음으로, 상기 혼합용액의 상기 이온성 액체와 상기 망간 전구체를 반응시켜 이불화망간(MnFNext, by reacting the ionic liquid of the mixed solution with the manganese precursor, manganese difluoride (MnF 22 )을 제조한다(단계 b).) is prepared (step b).

상기 단계 (b)의 반응이 상기 혼합용액에 마이크로파를 조사하여 수행될 수 있다.The reaction of step (b) may be performed by irradiating the mixed solution with microwaves.

상기 단계 (b)의 반응이 100 내지 200℃의 온도에서 수행될 수 있고, 바람직하게는 110 내지 190℃, 더욱 바람직하게는 120 내지 180℃의 온도에서 수행될 수 있다. 또한 마이크로파 조사를 통해 상기 혼합용액을 상기 온도범위까지 가열할 수 있다. 상기 단계 (b)의 반응이 100℃ 미만의 온도에서 수행되면, 반응이 일어나기 낮은 온도로 바람직하지 않고, 200℃ 초과의 온도에서 수행되면, 반응시간이 증가되어 입자의 크기가 커지므로 나노 입자 제조에 바람직하지 않다 The reaction of step (b) may be carried out at a temperature of 100 to 200 °C, preferably at 110 to 190 °C, more preferably at a temperature of 120 to 180 °C. In addition, the mixed solution may be heated to the above temperature range through microwave irradiation. When the reaction of step (b) is carried out at a temperature of less than 100 ° C, it is not preferable to a low temperature at which the reaction occurs, and when it is carried out at a temperature of more than 200 ° C, the reaction time is increased and the size of the particles is increased, so that the nanoparticles are prepared not desirable for

상기 마이크로파의 파워가 5 내지 1800W일 수 있고, 상기 마이크로파의 파워는 마이크로파 장비의 구조, 마이크로파 장비의 크기, 반응물의 양, 용액의 부피, 장비의 부피 등에 많이 영향을 받아 크게 변화할 수 있으며, 마이크로파 장비 및 반응 조건에 따라 마이크로파의 파워가 선택될 수 있다. 또한 마이크로파의 파워가 클수록 신속히 반응온도에 도달하여 이불화망간의 생성시간을 단축할 수 있다.The power of the microwave may be 5 to 1800W, and the power of the microwave may vary greatly depending on the structure of the microwave equipment, the size of the microwave equipment, the amount of reactant, the volume of the solution, the volume of the equipment, etc. The power of the microwave can be selected according to the equipment and reaction conditions. In addition, the greater the power of the microwave, the faster the reaction temperature can be reached, thereby reducing the production time of manganese difluoride.

상기 마이크로파의 조사 시간이 10초 내지 3600초 일 수 있고, 바람직하게는 20 내지 2400초 일 수 있다. 상기 마이크로파의 조사 시간이 10초 미만이면 반응이 일어나기에 시간이 너무 짧아 바람직하지 않고, 3600초 초과이면 신속한 제조의 목적에 맞지 않고, 입자의 크기가 증가될 수 있어 바람직하지 않다. 한편 상기 마이크로파의 조사 시간은 상기 마이크로파의 파워에 따라 조절할 수 있다. 또한 상기 마이크로파의 조사 시간은 목표하는 반응온도가 높을수록 길어지고, 마이크로파의 파워가 클수록 짧아진다. The microwave irradiation time may be 10 seconds to 3600 seconds, preferably 20 to 2400 seconds. If the irradiation time of the microwave is less than 10 seconds, it is not preferable because the time is too short for the reaction to occur, and if it is more than 3600 seconds, it is not suitable for the purpose of rapid production, and the size of the particles may be increased. Meanwhile, the irradiation time of the microwave may be adjusted according to the power of the microwave. In addition, the microwave irradiation time becomes longer as the target reaction temperature increases, and becomes shorter as the microwave power increases.

상기 이불화망간(MnF2)이 로드(rod) 형상일 수 있다.The manganese difluoride (MnF 2 ) may have a rod shape.

상기 이불화망간(MnF2)의 제조방법은 마이크로파를 에너지원으로 하여 분해된 망간 전구체의 망간과 이온성액체의 불소가 반응하여 이불화망간(Manganese difluoride, MnF2) 제조하는 것으로, 이온성액체와 망간 전구체의 농도, 마이크로파의 파워, 조사시간 및 도달온도, 이온성액체의 순도에 따라 생성물(이불화망간)의 크기(수십nm ~ 수 um)와 모양이 결정된다. 용매(이온성 액체)에 대한 망간 전구체의 농도가 진할수록, 마이크로파의 파워가 클수록, 마이크로파의 조사시간이 길수록 생성물(이불화망간)의 크기가 커진다.The manufacturing method of the manganese difluoride (MnF 2 ) uses microwaves as an energy source to react manganese in the decomposed manganese precursor with fluorine in an ionic liquid to produce manganese difluoride (MnF 2 ), which is an ionic liquid. The size (tens of nanometers to several um) and shape of the product (manganese difluoride) are determined by the concentration of the manganese precursor, microwave power, irradiation time and temperature, and the purity of the ionic liquid. The larger the concentration of the manganese precursor in the solvent (ionic liquid), the greater the microwave power, and the longer the microwave irradiation time, the larger the product (manganese difluoride).

또한 본 발명은 상기 이불화망간(MnF2)의 제조방법에 따라 제조된 이불화망간(MnF2)을 제공한다.In addition, the present invention provides a manganese difluoride (MnF 2 ) prepared according to the manufacturing method of the manganese difluoride (MnF 2 ).

또한 본 발명은 (1) 불소원자(F)를 갖는 이온성 액체 및 망간 전구체를 혼합하여 상기 이온성 액체 및 망간 전구체를 포함하는 혼합용액을 얻는 단계; (2) 상기 이온성 액체와 상기 망간 전구체를 반응시켜 이불화망간(MnF2)을 제조하는 단계; 및 (3) 상기 이불화망간을 포함하는 음극재를 제조하는 단계;를 포함하는 리튬이온전지용 음극재의 제조방법을 제공한다.In addition, the present invention comprises the steps of (1) mixing an ionic liquid having a fluorine atom (F) and a manganese precursor to obtain a mixed solution containing the ionic liquid and a manganese precursor; (2) preparing manganese difluoride (MnF 2 ) by reacting the ionic liquid with the manganese precursor; and (3) preparing a negative electrode material comprising the manganese difluoride;

상기 단계 (2)의 반응이 상기 혼합용액에 마이크로파를 조사하여 수행될 수 있다.The reaction of step (2) may be performed by irradiating the mixed solution with microwaves.

상기 이불화망간이 로드 형상일 수 있다.The manganese difluoride may have a rod shape.

[실시예] [Example]

이하, 본 발명을 실시예를 들어 더욱 상세하게 설명하도록 한다. 그러나 이는 예시를 위한 것으로서 이에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of examples. However, this is for illustrative purposes and the scope of the present invention is not limited thereby.

실시예 1: BMIM BFExample 1: BMIM BF 44 을 이용한 이불화망간(MnFManganese difluoride (MnF) using 22 )의 제조) manufacturing

실시예 1-1Example 1-1

이온성 액체인 BMIM BF4 (1-Butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate) 5 mL를 망간 전구체인 질산망간4수화물(Manganese(II) nitrate tetrahydrate, Mn(NO3)2·4H2O, 고체)과 혼합하고 교반하여 혼합용액을 제조하였다. 이때 상기 혼합용액에 포함된 상기 망간 전구체의 농도는 0.05M이었다. Mix 5 mL of ionic liquid BMIM BF 4 (1-Butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate) with manganese precursor manganese nitrate tetrahydrate (Manganese(II) nitrate tetrahydrate, Mn(NO 3 ) 2 4H 2 O, solid) and stirred to prepare a mixed solution. At this time, the concentration of the manganese precursor contained in the mixed solution was 0.05M.

다음으로, 상기 혼합용액에 마이크로파를 5분 동안 조사하면서 상기 혼합용액을 180℃까지 가열시키고, 가열된 온도를 유지하면서 30분동안 마이크로파를 더 조사하여 이불화망간(MnF2)을 제조하였고, 원심분리기를 이용하여 세척하고, 건조하여 사용하였다. Next, the mixed solution was heated to 180° C. while irradiating the mixed solution with microwaves for 5 minutes, and further irradiated with microwaves for 30 minutes while maintaining the heated temperature to prepare manganese difluoride (MnF 2 ), centrifugal It was washed using a separator and dried before use.

실시예 1-2 내지 1-8 Examples 1-2 to 1-8

실시예 1-1에서 이온성 액체와 망간 전구체의 혼합농도, 마이크로파의 조사시간, 마이크로파의 가열온도, 망간전구체의 용융여부를 다르게 하여 실시예 1-1과 동일한 방법으로 이불화망간(MnF2)을 제조하였다.Manganese difluoride (MnF 2 ) in the same manner as in Example 1-1 by varying the concentration of the ionic liquid and the manganese precursor in Example 1-1, the microwave irradiation time, the microwave heating temperature, and whether the manganese precursor is melted. was prepared.

실시예 1-9Examples 1-9

실시예 1-8에서 망간 전구체 질산망간4수화물(Manganese(II) nitrate tetrahydrate, Mn(NO3)2·4H2O, 고체)을 사용하는 대신에 망간 전구체 질산망간4수화물(Manganese(II) nitrate tetrahydrate, Mn(NO3)2·4H2O, 고체)을 40℃ 핫플레이트에서 가열하여 액체 상태로 용융시켜 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1-8과 동일한 방법으로 이불화망간(MnF2)을 제조하였다.Instead of using the manganese precursor manganese nitrate tetrahydrate (Manganese(II) nitrate tetrahydrate, Mn(NO 3 ) 2 .4H 2 O, solid) in Examples 1-8, the manganese precursor manganese nitrate tetrahydrate (Manganese(II) nitrate) Manganese difluoride (MnF 2 ) in the same manner as in Example 1-8, except that tetrahydrate, Mn(NO 3 ) 2 .4H 2 O, solid) was heated on a 40° C. hot plate and melted in a liquid state. was prepared.

실시예 1-10Examples 1-10

실시예 1-9에서 99% 순도인 iolitec의 BMIM BF4 (1-Butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate)을 사용하는 대신에 98% 순도인 시그마 알드리치의 BMIM BF4 (1-Butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate)을 사용 하는 것을 제외하고는 실시예 1-9와 동일한 방법으로 이불화망간(MnF2)을 제조하였다.In Examples 1-9, instead of using iolitec's BMIM BF 4 (1-Butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate) that is 99% pure in Examples 1-9, Sigma Aldrich's BMIM BF 4 (1-Butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate) with 98% purity Manganese difluoride (MnF 2 ) was prepared in the same manner as in Examples 1-9, except that

하기 표 1에 실시예 1-1 내지 실시예 1-10의 제조 조건을 각각 기재하였다. 이때 도 2a를 통해 실시예 1-1 내지 1-3의 마이크로파의 조사 데이터를, 도 2b를 통해 실시예 1-3 내지 1-5의 마이크로파의 조사 데이터를, 도 2c를 통해 실시예 1-6 내지 1-8의 마이크로파의 조사 데이터를 확인할 수 있다.Table 1 below describes the manufacturing conditions of Examples 1-1 to 1-10, respectively. At this time, the microwave irradiation data of Examples 1-1 to 1-3 through FIG. 2A, the microwave irradiation data of Examples 1-3 to 1-5 through FIG. 2B, and Examples 1-6 through FIG. 2C to 1-8 microwave irradiation data can be confirmed.

이온성액체ionic liquid 혼합농도mixed concentration 마이크로파 파워microwave power 마이크로파 조사시간microwave irradiation time 마이크로파 가열온도microwave heating temperature 망간전구체 용융여부Whether the manganese precursor is melted 실시예 1-1Example 1-1 BMIM BF4
(99% 순도, iolitec)
BM BF 4
(99% purity, iolitec)
0.05M0.05M 0-180W
가변파워
0-180W
variable power
35분
(5분+30분)
35 minutes
(5 min + 30 min)
180℃180℃ ××
실시예 1-2Example 1-2 BMIM BF4
(99% 순도, iolitec)
BM BF 4
(99% purity, iolitec)
0.5M0.5M 0-180W
가변파워
0-180W
variable power
35분
(5분+30분)
35 minutes
(5 min + 30 min)
180℃180℃ ××
실시예 1-3Examples 1-3 BMIM BF4
(99% 순도, iolitec)
BM BF 4
(99% purity, iolitec)
1M1M 0-180W
가변파워
0-180W
variable power
35분
(5분+30분)
35 minutes
(5 min + 30 min)
180℃180℃ ××
실시예 1-4Examples 1-4 BMIM BF4
(99% 순도, iolitec)
BM BF 4
(99% purity, iolitec)
1M1M 0-180W
가변파워
0-180W
variable power
5분5 minutes 180℃180℃ ××
실시예 1-5Examples 1-5 BMIM BF4
(99% 순도, iolitec)
BM BF 4
(99% purity, iolitec)
1M1M 0-180W
가변파워
0-180W
variable power
10분
(5분+5분)
10 minutes
(5 min + 5 min)
180℃180℃ ××
실시예 1-6Examples 1-6 BMIM BF4
(99% 순도, iolitec)
BM BF 4
(99% purity, iolitec)
0.05M0.05M 500W500W 30초30 seconds 120℃120℃ ××
실시예 1-7Examples 1-7 BMIM BF4
(99% 순도, iolitec)
BM BF 4
(99% purity, iolitec)
0.05M0.05M 500W500W 35초35 seconds 150℃150℃ ××
실시예 1-8Examples 1-8 BMIM BF4
(99% 순도, iolitec)
BM BF 4
(99% purity, iolitec)
0.05M0.05M 500W500W 45초45 seconds 180℃180℃ ××
실시예 1-9Examples 1-9 BMIM BF4
(99% 순도, iolitec)
BM BF 4
(99% purity, iolitec)
0.05M0.05M 500 W500 W 45초45 seconds 180℃180℃
실시예 1-10Examples 1-10 BMIM BF4
(98% 순도, 시그마 알드리치)
BM BF 4
(98% pure, Sigma Aldrich)
0.05M0.05M 500 W500 W 45초45 seconds 180℃180℃

실시예 2: EMIM BFExample 2: EMIM BF 44 을 이용한 이불화망간(MnFManganese difluoride (MnF) using 22 )의 제조) manufacturing

실시예 2-1Example 2-1

이온성 액체인 EMIM BF4 (1-Ethyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate)을 에틸렌 글라이콜(ethylene glycol)과 혼합하여 혼합용매를 제조하였다. 이때 상기 이온성 액체와 상기 에틸렌 글라이콜의 혼합부피비가 0.2이고, 상기 혼합부피비는 (이온성 액체의 부피)/(혼합용매(이온성 액체+에틸렌글라이콜)의 부피)를 이용하여 구할 수 있다.An ionic liquid EMIM BF 4 (1-Ethyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate) was mixed with ethylene glycol to prepare a mixed solvent. At this time, the mixing volume ratio of the ionic liquid and the ethylene glycol is 0.2, and the mixing volume ratio is calculated using (volume of ionic liquid)/(volume of mixed solvent (ionic liquid + ethylene glycol)) can

이어서 상기 혼합용매 5mL와 망간 전구체인 초산 망간4수화물 (Manganese(II) acetate tetrahydrate, Mn(CH3COO)2·4H2O)과 혼합하고 교반하여 혼합용액을 제조하였다. 이때 상기 혼합용액에 포함된 상기 망간 전구체의 농도는 0.05M이었다. Then, 5 mL of the mixed solvent and manganese acetate tetrahydrate (Manganese(II) acetate tetrahydrate, Mn(CH 3 COO) 2 .4H 2 O) were mixed and stirred to prepare a mixed solution. At this time, the concentration of the manganese precursor contained in the mixed solution was 0.05M.

다음으로, 상기 혼합용액에 마이크로파(500W)를 55초동안 조사하면서 상기 혼합용액을 180℃까지 가열시켜 이불화망간(MnF2)을 제조하였고, 원심분리기를 이용하여 세척하고, 건조하여 사용하였다. Next, the mixed solution was heated to 180° C. while irradiating a microwave (500 W) for 55 seconds to prepare manganese difluoride (MnF 2 ), washed using a centrifuge, and dried.

실시예 2-2 내지 2-5Examples 2-2 to 2-5

실시예 2-1에서 이온성 액체와 에틸렌 글라이콜의 혼합부피비를 다르게 하여 실시예 2-1과 동일한 방법으로 이불화망간(MnF2)을 제조하였다.Manganese difluoride (MnF 2 ) was prepared in the same manner as in Example 2-1 by varying the mixing volume ratio of the ionic liquid and ethylene glycol in Example 2-1.

하기 표 2에 실시예 2-1 내지 실시예 2-5의 제조 조건을 각각 기재하였다.The manufacturing conditions of Examples 2-1 to 2-5 are described in Table 2 below, respectively.

이온성액체ionic liquid 혼합부피비mixed volume ratio 혼합농도mixed concentration 마이크로파 파워microwave power 마이크로파 조사시간microwave irradiation time 마이크로파 가열온도microwave heating temperature 망간전구체 용융여부Whether the manganese precursor is melted 실시예 2-1Example 2-1 EMIM BF4 EMIM BF 4 0.20.2 0.05M0.05M 500W500W 55초55 seconds 180℃180℃ ×× 실시예 2-2Example 2-2 EMIM BF4 EMIM BF 4 0.40.4 0.5M0.5M 500W500W 55초55 seconds 180℃180℃ ×× 실시예 2-3Example 2-3 EMIM BF4 EMIM BF 4 0.60.6 1M1M 500W500W 55초55 seconds 180℃180℃ ×× 실시예 2-4Example 2-4 EMIM BF4 EMIM BF 4 0.80.8 1M1M 500W500W 45초45 seconds 180℃180℃ ×× 실시예 2-5Example 2-5 EMIM BF4 EMIM BF 4 1One 1M1M 500W500W 50초50 seconds 180℃180℃ ××

실시예 3: OMIM BFExample 3: OMIM BF 44 을 이용한 이불화망간(MnFManganese difluoride (MnF) using 22 )의 제조) manufacturing

실시예 3-1Example 3-1

실시예 2-1에서 이온성 액체 EMIM BF4 (1-Ethyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate)을 사용하는 대신에 이온성 액체 OMIM BF4(1-Methyl-3-octyl-imidazolium-tetrafluoroborate)을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 2-1과 동일한 방법으로 이불화망간(MnF2)을 제조하였다.Except for using the ionic liquid OMIM BF4 (1-Methyl-3-octyl-imidazolium-tetrafluoroborate) in Example 2-1 instead of using the ionic liquid EMIM BF 4 (1-Ethyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate) Then, manganese difluoride (MnF 2 ) was prepared in the same manner as in Example 2-1.

실시예 3-2 내지 3-5Examples 3-2 to 3-5

실시예 3-1에서 이온성 액체와 에틸렌 글라이콜의 혼합부피비를 다르게 하여 실시예 3-1과 동일한 방법으로 이불화망간(MnF2)을 제조하였다.Manganese difluoride (MnF 2 ) was prepared in the same manner as in Example 3-1 by varying the mixing volume ratio of the ionic liquid and ethylene glycol in Example 3-1.

하기 표 3에 실시예 3-1 내지 실시예 3-5의 제조 조건을 각각 기재하였다.The manufacturing conditions of Examples 3-1 to 3-5 are described in Table 3 below, respectively.

이온성액체ionic liquid 혼합부피비mixed volume ratio 혼합농도mixed concentration 마이크로파 파워microwave power 마이크로파 조사시간microwave irradiation time 마이크로파 가열온도microwave heating temperature 망간전구체 용융여부Whether the manganese precursor is melted 실시예 2-1Example 2-1 OMIM BF4 OMIM BF 4 0.20.2 0.05M0.05M 500W500W 40초40 seconds 180℃180℃ ×× 실시예 1-2Example 1-2 OMIM BF4 OMIM BF 4 0.40.4 0.5M0.5M 500W500W 50초50 seconds 180℃180℃ ×× 실시예 1-3Examples 1-3 OMIM BF4 OMIM BF 4 0.60.6 1M1M 500W500W 50초50 seconds 180℃180℃ ×× 실시예 1-4Examples 1-4 OMIM BF4 OMIM BF 4 0.80.8 1M1M 500W500W 50초50 seconds 180℃180℃ ×× 실시예 1-5Examples 1-5 OMIM BF4 OMIM BF 4 1One 1M1M 500W500W 40초40 seconds 180℃180℃ ××

소자실시예 1: 코인형 반쪽 전지의 제조Device Example 1: Preparation of coin-type half-cell

실시예 1-10에 따라 제조된 이불화망간(MnF2)을 음극활물질로, 도전재로 아세틸렌 블랙 및 바인더로 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF)를 사용하여, 상기 음극활물질, 도전재 및 바인더를 5:3:2의 중량비로 혼합하여 혼합용액을 제조하고, 상기 혼합용액에 용매인 N-메틸-2-피롤리돈을 혼합하여 슬러리를 제조하였다. 상기 슬러리를 구리 집전체의 일면에 30 ㎛의 두께로 코팅하고, 건조 및 압연한 후 일정 크기로 펀칭하여 음극을 제조하였다. 또한 1.0M의 LiPF6를 포함하고 에틸렌카보네이트 및 디에틸카보네이트가 1:1의 부피비로 혼합된 유기 용매를 비수성 전해액으로 사용하였고, 상대 전극(counter electrode)으로 리튬 금속 호일(foil)을 사용하였으며, 양 전극 사이에 폴리머 멤브레인(polymer membrane mixed with glass fiber) 분리막을 개재시킨 후 상기 비수성 전해액을 주입하여 코인형 반쪽 전지를 제조하였다. Manganese difluoride (MnF 2 ) prepared according to Examples 1-10 was used as a negative electrode active material, acetylene black as a conductive material, and polyvinylidene fluoride (PVDF) as a binder, the negative electrode active material, conductive material and binder were used. A mixed solution was prepared by mixing in a weight ratio of 5:3:2, and N-methyl-2-pyrrolidone as a solvent was mixed with the mixed solution to prepare a slurry. The slurry was coated on one surface of a copper current collector to a thickness of 30 μm, dried and rolled, and then punched to a predetermined size to prepare a negative electrode. In addition, an organic solvent containing 1.0M LiPF 6 and mixed with ethylene carbonate and diethyl carbonate in a volume ratio of 1:1 was used as a non-aqueous electrolyte, and a lithium metal foil was used as a counter electrode. , a polymer membrane mixed with glass fiber separator was interposed between both electrodes, and then the non-aqueous electrolyte was injected to prepare a coin-type half-cell.

소자실시예 2: 코인형 반쪽 전지의 제조Device Example 2: Preparation of coin-type half-cell

소자실시예 1에서 실시예 1-10에 따라 제조된 이불화망간(MnF2)을 음극활물질로 사용하는 대신에 실시예 1-5에 따라 제조된 이불화망간(MnF2)을 음극활물질로 사용하는 것을 제외하고는 소자실시예 1과 동일한 방법으로 코인형 반쪽 전지를 제조하였다.In Device Example 1, instead of using the manganese difluoride (MnF 2 ) prepared according to Examples 1-10 as the negative electrode active material, the manganese difluoride (MnF 2 ) prepared according to Examples 1-5 was used as the negative electrode active material. A coin-type half-cell was manufactured in the same manner as in Device Example 1, except that

[시험예] [Test Example]

시험예 1: 이온성액체(BMIM BFTest Example 1: Ionic liquid (BMIM BF 44 )를 사용한 실시예의 SEM 및 XRD 분석) SEM and XRD analysis of examples using

도 3a 내지 3j는 실시예 1-1 내지 1-10에 따라 제조된 이불화망간 각각의 SEM 분석 이미지이고, 도 4a는 농도변화에 따른 이불화망간의 XRD 분석 그래프, 도 4b는 마이크로파의 조사시간에 따른 이불화망간의 XRD 분석 그래프, 도 4c는 마이크로파로 인해 가열된 온도에 따른 이불화망간의 XRD 분석 그래프, 도 4d는 망간 전구체의 용융여부에 따른 이불화망간의 XRD 분석 그래프이다. 이불화망간의 제조조건이 변화함에 따라 생성물 이불화망간의 변화를 관찰하였다.3a to 3j are SEM analysis images of each of manganese difluoride prepared according to Examples 1-1 to 1-10, FIG. 4a is an XRD analysis graph of manganese difluoride according to concentration change, and FIG. 4b is microwave irradiation time. An XRD analysis graph of manganese difluoride according to , FIG. 4c is an XRD analysis graph of manganese difluoride according to a temperature heated by microwaves, and FIG. 4d is an XRD analysis graph of manganese difluoride according to whether a manganese precursor is melted. As the manufacturing conditions of manganese difluoride were changed, changes in the product manganese difluoride were observed.

농도 변화에 따른 생성물의 SEM 및 XRD 분석SEM and XRD analysis of products with varying concentrations

도 3a 내지 3c 및 도 4a에 따르면, 농도가 짙어질수록 이불화망간 입자의 크기가 크게 형성되는 것을 확인할 수 있었다.According to FIGS. 3A to 3C and 4A , it was confirmed that the manganese difluoride particles were formed to be larger as the concentration increased.

마이크로파의 조사시간에 따른 생성물의 SEM 및 XRD 분석SEM and XRD analysis of products according to microwave irradiation time

도 3c 내지 3e 및 도 4b에 따르면, 마이크로파의 조사시간이 길어질수록 이불화망간 입자의 크기가 크게 형성되는 것을 확인할 수 있었다.According to FIGS. 3C to 3E and 4B , it was confirmed that the size of the manganese difluoride particles increased as the microwave irradiation time increased.

마이크로파로 인해 가열된 온도에 따른 생성물의 SEM 및 XRD 분석SEM and XRD analysis of products as a function of temperature heated by microwaves

도 3f 내지 3h 및 도 4c에 따르면, 이불화망간이 120℃ 이상의 온도에서 나노입자가 형성되는 것을 알 수 있고, 온도가 낮을수록 시간이 짧았다. 또한 도 4c의 결과를 토대로 Scherrer 식을 통해 계산한 crystalline size가 실시예 1-6(도 3f)의 경우 17.19nm, 실시예 1-7(도 3g)의 경우 18.47nm, 실시예 1-8(도 3h)의 경우 20.98nm으로 나타나 마이크로파로 인해 가열된 온도가 높을수록 반응시간이 증가되며 입자사이즈가 커짐을 알 수 있었다.According to FIGS. 3f to 3h and 4c, it can be seen that the manganese difluoride nanoparticles are formed at a temperature of 120° C. or higher, and the lower the temperature, the shorter the time. In addition, the crystalline size calculated through the Scherrer equation based on the result of FIG. 4c is 17.19 nm in the case of Examples 1-6 (FIG. 3F), 18.47 nm in the case of Examples 1-7 (FIG. 3G), and Examples 1-8 ( In the case of FIG. 3h), it was shown to be 20.98 nm, indicating that the higher the temperature heated by the microwave, the longer the reaction time and the larger the particle size.

또한 500W의 파워로 마이크로파를 조사했을때 120℃까지 도달하는 시간은 30초로 나타났으며, 30초의 반응만으로 수십 나노 크기의 이불화망간 입자를 제조할 수 있음을 확인할 수 있었다.In addition, when microwaves were irradiated with a power of 500W, the time to reach 120°C was 30 seconds, and it was confirmed that manganese difluoride particles having a size of several tens of nanometers could be produced only by a reaction of 30 seconds.

망간 전구체의 용융여부에 따른 생성물의 SEM 및 XRD 분석SEM and XRD analysis of the product depending on whether the manganese precursor is melted or not

도 3h 내지 3i에 따르면, 실시예 1-9(도 3i)의 경우 망간 전구체를 용융하여 반응시키는 것으로 인해 그렇지 않은 실시예 1-8(도 3h) 보다 작은 입자가 생성됨을 알 수 있었다. According to FIGS. 3H to 3I, it was found that in the case of Examples 1-9 (FIG. 3I), smaller particles were generated than in Examples 1-8 (FIG. 3H), which was not performed due to the melting and reaction of the manganese precursor.

또한 도 4d에 따르면, 망간 전구체를 용융해서 이불화망간을 제조한 실시예 1-9의 경우 50-60도 부근에서 XRD peak가 더 명확한 것을 통해 망간 전구체를 용융해서 반응시킨 이불화망간의 결정성이 더욱 좋은 것을 알 수 있었다.In addition, according to FIG. 4D, in the case of Examples 1-9, in which manganese difluoride was prepared by melting a manganese precursor, the XRD peak was clearer at around 50-60 degrees, so the crystallinity of manganese difluoride in which the manganese precursor was melted and reacted I found this to be even better.

또한 망간 전구체로 사용된 질산망간4수화물의 녹는점(melting point)는 37℃로, 질산망간4수화물을 고체상태로 이온성액체와 혼합하여 이불화망간을 제조한 실시예 1-8에 비해, 질산망간4수화물을 40℃ 핫플레이트 위에서 가열한 후 액체상태로 이온성액체와 혼합하여 이불화망간을 제조한 실시예 1-9의 이불화망간 수율이 1.8배 증가하였다. 구체적으로 용융한 실시예 1-9의 경우 생성물의 양이 이온성액체 15ml 기준 0.0520g, 용융하지 않은 실시예 1-8의 경우 0.0286g 이였다. In addition, the melting point of manganese nitrate tetrahydrate used as a manganese precursor was 37° C., compared to Examples 1-8 in which manganese difluoride was prepared by mixing manganese nitrate tetrahydrate in a solid state with an ionic liquid, The manganese difluoride yield of Examples 1-9, in which manganese difluoride was prepared by heating manganese nitrate tetrahydrate on a hot plate at 40° C. and mixing it with an ionic liquid in a liquid state, was increased by 1.8 times. Specifically, in the case of the molten Example 1-9, the amount of the product was 0.0520 g based on 15 ml of the ionic liquid, and in the case of the non-melting Example 1-8, 0.0286 g.

이온성액체의 순도에 따른 생성물의 SEM 분석SEM analysis of the product according to the purity of the ionic liquid

도 3i 및 3j에 따르면, 99% 순도인 iolitec의 BMIM BF4 을 사용하여 제조한 실시예 1-9의 이불화망간과 달리 98% 순도인 시그마 알드리치의 BMIM BF4 을 사용하여 제조한 이불화망간은 로드 형상의 나노구조(rod like nanostructures)로 형성되는 것을 확인할 수 있었다.  According to FIGS. 3i and 3j, unlike the manganese difluoride of Examples 1-9 prepared using BMIM BF 4 of iolitec of 99% purity, manganese difluoride prepared using BMIM BF 4 of Sigma-Aldrich of 98% purity It was confirmed that the silver was formed into rod-like nanostructures.

시험예 2: 이온성액체(EMIM BFTest Example 2: Ionic liquid (EMIM BF 44 및 OMIM BF and OMIM BF 44 )를 사용한 실시예의 SEM 및 XRD 분석) SEM and XRD analysis of examples using

도 5는 실시예 2-1 내지 2-5에 따른 이불화망간의 XRD 분석 그래프, 도 6는 실시예 3-1 내지 3-5에 따른 이불화망간의 XRD 분석 그래프이고, 도 7은 결정구조 비교를 위한 Mn(JCPDS card No. 21-0547), MnF2 P42m(JCPDS card No. 34-1356) 및 MnF2 P42/mnm (JCPDS card No. 24-0727)의 XRD 그래프이다. 또한 도 9a 내지 9c은 실시예 2-1 내지 2-3에 따른 이불화망간의 SEM 분석 이미지, 도 10a 내지 10d는 실시예 3-1 내지 3-4에 따른 이불화망간의 SEM 분석 이미지이다.5 is an XRD analysis graph of manganese difluoride according to Examples 2-1 to 2-5, FIG. 6 is an XRD analysis graph of manganese difluoride according to Examples 3-1 to 3-5, and FIG. 7 is a crystal structure XRD graphs of Mn (JCPDS card No. 21-0547), MnF 2 P42m (JCPDS card No. 34-1356) and MnF 2 P4 2 /mnm (JCPDS card No. 24-0727) for comparison. Also, FIGS. 9A to 9C are SEM analysis images of manganese difluoride according to Examples 2-1 to 2-3, and FIGS. 10A to 10D are SEM analysis images of manganese difluoride according to Examples 3-1 to 3-4.

도 5 및 도 9a 내지 9c에 따르면, 이온성액체 EMIMBF4와 에틸렌 글라이콜의 혼합비에 따라 생성된 이불화망간의 결정구조와 형태가 변화함을 알 수 있었다. 혼합비가 0.2(실시예 2-1) 및 0.4(실시예 2-2)인 경우, P42/mnm 결정구조의 이불화망간이 생성되면 이들의 형태는 도 8a, 8b와 같이 미세한 나노입자들이 뭉쳐 원형모양의 100-300nm의 나노 집합체를 이루고 있다. 또한 혼합비가 0.6인 경우(실시예 2-3), P42m 결정구조의 이불화망간이 생성되며 그 형태는 앞서 혼합비가 0.2 및 0.4인 경우와 달리 불균일한 나노 입자 모양으로 나타나며, 이는 결정구조의 차이로 인한 것이다. 혼합비 0.8의 경우(실시예 2-4)는 P42/mnm 및 P42m 두가지 결정구조의 이불화망간이, 혼합비가 1인 경우(실시예 2-5), P42/mnm 결정구조의 이불화망간과 망간이 혼합되어 생성된다. 5 and 9a to 9c, it was found that the crystal structure and shape of the produced manganese difluoride changed according to the mixing ratio of the ionic liquid EMIMBF 4 and ethylene glycol. When the mixing ratio is 0.2 (Example 2-1) and 0.4 (Example 2-2), when manganese difluoride having a P4 2 /mnm crystal structure is generated, their shape is as shown in FIGS. 8a and 8b. Fine nanoparticles are agglomerated It has a circular shape of 100-300 nm nano-aggregates. In addition, when the mixing ratio is 0.6 (Example 2-3), manganese difluoride having a crystal structure of P42m is produced, and the form appears in the form of non-uniform nanoparticles unlike the case where the mixing ratio is 0.2 and 0.4, which is a difference in crystal structure. is due to In the case of a mixing ratio of 0.8 (Example 2-4), manganese difluoride having two crystal structures of P4 2 /mnm and P42m is, and when the mixing ratio is 1 (Example 2-5), manganese difluoride having a crystal structure of P4 2 /mnm It is produced by mixing manganese and

또한 도 6 및 도 10a 내지 10d에 따르면, 이온성액체를 OMIMBF4를 이용하는 경우 에틸렌글리콜의 혼합비에 상관없이 P42/mnm 결정구조의 이불화망간이 생성되며 모두 나노입자형태로 생성됨을 알 수 있었다. In addition, according to FIGS. 6 and 10a to 10d, when OMIMBF 4 is used as the ionic liquid, manganese difluoride having a P4 2 /mnm crystal structure is produced regardless of the mixing ratio of ethylene glycol, and it can be seen that all are produced in the form of nanoparticles. .

따라서 이온성액체의 종류와 에틸렌 글라이콜의 혼합 부피비에 따라 이불화망간의 결정구조, 이불화망간의 입자 크기 및 형태를 조절할 수 있었다.Therefore, it was possible to control the crystal structure of manganese difluoride and the particle size and shape of manganese difluoride according to the type of ionic liquid and the mixing volume ratio of ethylene glycol.

시험예 3: 이온성액체(EMIM BFTest Example 3: Ionic liquid (EMIM BF) 44 및 OMIM BF and OMIM BF 44 )를 사용한 실시예의 수율 분석) yield analysis of examples using

도 8은 실시예 2-1 내지 2-5 및 실시예 3-1 내지 3-5에 따라 제조된 이불화망간의 수율을 나타내는 그래프이다.8 is a graph showing the yield of manganese difluoride prepared according to Examples 2-1 to 2-5 and Examples 3-1 to 3-5.

도 8에 따르면, 에틸렌글라이콜과 이온성액체의 혼합을 통해 이불화망간의 생성양을 증가시킬수 있음을 알 수 있었다. 따라서 이온성액체의 종류와 에틸렌 글라이콜의 혼합 부피비에 따라 이불화망간의 수율을 조절할 수 있었다.According to FIG. 8, it was found that the production amount of manganese difluoride could be increased through the mixing of ethylene glycol and the ionic liquid. Therefore, it was possible to control the yield of manganese difluoride according to the type of ionic liquid and the mixing volume ratio of ethylene glycol.

시험예 4: 코인형 리튬 반쪽전지의 성능 평가Test Example 4: Performance evaluation of coin-type lithium half-cell

도 11a은 소자실시예 1에 따른 코인형 리튬 반쪽전지의 충방전 곡선이고, 도 11b는 소자실시예 1에 따른 코인형 리튬 반쪽전지의 효율을 나타내는 그래프이다. 또한 도 11c은 소자실시예 2에 따른 코인형 리튬 반쪽전지의 충방전 곡선이고, 도 11d는 소자실시예 2에 따른 코인형 리튬 반쪽전지의 효율을 나타내는 그래프이다.11A is a charge/discharge curve of the coin-type lithium half battery according to Device Example 1, and FIG. 11B is a graph showing the efficiency of the coin-type lithium half battery according to Device Example 1. FIG. 11c is a charge/discharge curve of a coin-type lithium half-cell according to Device Example 2, and FIG. 11d is a graph showing the efficiency of a coin-type lithium half-cell according to Device Example 2.

도 11a 내지 11d에 따르면, 소자실시예 1의 충방전용량이 대략 1000mAh/g으로 나타나 소자실시예 2의 충방전용량 460mAh/g 보다 두배 가량 높은 수치를 나타냈다. 또한 소자실시예 1 및 소자실시예 2에 따른 전지 모두 상용적으로 사용되는 흑연 음극재를 사용한 전지의 충방전용량 372mAh/g보다 높은 수치를 보였다. 이는 이온성액체와 마이크로파를 이용하여 제조한 이불화망간이 높은 결정성을 갖고, 특히 실시예 1-10에 따른 이불화망간의 비표면적이 넓기 때문인 것으로 보인다. 11A to 11D, the charge/discharge capacity of Device Example 1 was approximately 1000 mAh/g, which was twice higher than that of Device Example 2 of 460 mAh/g. In addition, both the batteries according to Device Example 1 and Device Example 2 showed a higher value than the charge/discharge capacity 372 mAh/g of the battery using a commercially used graphite anode material. This seems to be because the manganese difluoride prepared by using an ionic liquid and microwaves has high crystallinity, and in particular, the specific surface area of manganese difluoride according to Examples 1-10 is large.

시험예 5: 비표면적 분석Test Example 5: Analysis of specific surface area

도 12a 및 12b는 BET 장비를 이용해 측정한 실시예 1-10에 따라 제조된 이불화망간의 흡착등온선 그래프 및 BET plot 그래프이다. 12A and 12B are adsorption isotherm graphs and BET plot graphs of manganese difluoride prepared according to Examples 1-10 measured using BET equipment.

도 12a 및 12b에 따르면, 실시예 1-10의 비표면적이 65.848[m2/g]임을 계산할 수 있다. 이는 소자실시예 1의 높은 충방전용량이 실시예 1-10의 나노구조체의 높은 비표면적으로 인한 것임을 뒷받침해준다. 참고로 보고된 문헌의 값과 비교해 볼 때 문헌의 이불화망간의 비표면적 12.3[m2/g]이고 대략 500mAh/g 충전용량을 보인다. 12A and 12B, it can be calculated that the specific surface area of Examples 1-10 is 65.848 [m 2 /g]. This supports that the high charge/discharge capacity of Device Example 1 is due to the high specific surface area of the nanostructures of Examples 1-10. Compared with the literature value reported for reference, manganese difluoride in the literature has a specific surface area of 12.3 [m 2 /g] and a charge capacity of approximately 500 mAh/g.

이상, 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.In the above, although preferred embodiments of the present invention have been described, those of ordinary skill in the art can add, change, delete or The present invention may be variously modified and changed by addition and the like, and this will also be included within the scope of the present invention. For example, each component described as a single type may be implemented in a dispersed form, and likewise components described as distributed may be implemented in a combined form. The scope of the present invention is indicated by the following claims rather than the above detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be interpreted as being included in the scope of the present invention. do.

Claims (19)

(a-1) 망간 전구체를 용융시키는 단계;
(a-2) 용융된 망간전구체를 불소원자(F)를 갖는 이온성 액체와 혼합하여 상기 이온성 액체 및 망간 전구체를 포함하는 혼합용액을 제조하는 단계; 및
(b) 상기 이온성 액체와 상기 망간 전구체를 반응시켜 이불화망간(MnF2)을 제조하는 단계; 를 포함하고,
상기 단계 (b)의 반응이 상기 혼합용액에 마이크로파를 조사하여 수행되는 것인, 이불화망간(MnF2)의 제조방법.
(a-1) melting the manganese precursor;
(a-2) mixing the molten manganese precursor with an ionic liquid having a fluorine atom (F) to prepare a mixed solution containing the ionic liquid and the manganese precursor; and
(b) preparing manganese difluoride (MnF 2 ) by reacting the ionic liquid with the manganese precursor; including,
The reaction of step (b) will be carried out by irradiating the microwave to the mixed solution, manganese difluoride (MnF 2 ) Method for producing.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 단계 (b)의 반응이 100 내지 200℃의 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 이불화망간의 제조방법.
According to claim 1,
Method for producing manganese difluoride, characterized in that the reaction of step (b) is carried out at a temperature of 100 to 200 ℃.
제1항에 있어서,
상기 마이크로파의 조사 시간이 10초 내지 3600초인 것을 특징으로 하는 이불화망간의 제조방법.
According to claim 1,
Method for producing manganese difluoride, characterized in that the microwave irradiation time is 10 seconds to 3600 seconds.
제1항에 있어서,
상기 혼합용액의 상기 망간 전구체 농도가 0.01 내지 2.5M 인 것을 특징으로 하는 이불화망간의 제조방법.
According to claim 1,
The method for producing manganese difluoride, characterized in that the concentration of the manganese precursor in the mixed solution is 0.01 to 2.5M.
제1항에 있어서,
상기 이불화망간이 로드(rod) 형상인 것을 특징으로 하는 이불화망간의 제조방법.
According to claim 1,
The manufacturing method of manganese difluoride, characterized in that the manganese difluoride is in the shape of a rod (rod).
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 이온성 액체가 구조식 1로 표시되는 화합물인 것을 특징으로 하는 이불화망간의 제조방법.
[구조식 1]
Figure 112020126329986-pat00087

상기 구조식 1에서,
X는
Figure 112020126329986-pat00088
,
Figure 112020126329986-pat00089
,
Figure 112020126329986-pat00090
,
Figure 112020126329986-pat00091
,
Figure 112020126329986-pat00092
, 또는
Figure 112020126329986-pat00093
이고,
R1, R2, R3, 및 R4는 서로 같거나 다르고, 각각 독립적으로 수소원자, C1 내지 C15 알킬기, C1 내지 C15 플루오로 알킬기, C2 내지 C15 알케닐기. C6 내지 C16 아릴기, C7 내지 C16 아릴알킬기, 또는 C7 내지 C16 알킬아릴기이고,
Y는 테트라플루오로보레이트(
Figure 112020126329986-pat00094
) 또는 헥사플루오로포스페이트(
Figure 112020126329986-pat00095
)이다.
According to claim 1,
Method for producing manganese difluoride, characterized in that the ionic liquid is a compound represented by Structural Formula 1.
[Structural Formula 1]
Figure 112020126329986-pat00087

In Structural Formula 1,
X is
Figure 112020126329986-pat00088
,
Figure 112020126329986-pat00089
,
Figure 112020126329986-pat00090
,
Figure 112020126329986-pat00091
,
Figure 112020126329986-pat00092
, or
Figure 112020126329986-pat00093
ego,
R 1 , R 2 , R 3 , and R 4 are the same as or different from each other, and each independently represent a hydrogen atom, a C1 to C15 alkyl group, a C1 to C15 fluoroalkyl group, or a C2 to C15 alkenyl group. C6 to C16 aryl group, C7 to C16 arylalkyl group, or C7 to C16 alkylaryl group,
Y is tetrafluoroborate (
Figure 112020126329986-pat00094
) or hexafluorophosphate (
Figure 112020126329986-pat00095
)to be.
제8항에 있어서,
상기 X는
Figure 112020126329986-pat00096
,
Figure 112020126329986-pat00097
,
Figure 112020126329986-pat00098
.
Figure 112020126329986-pat00099
,
Figure 112020126329986-pat00100
,
Figure 112020126329986-pat00101
,
Figure 112020126329986-pat00102
,
Figure 112020126329986-pat00103
,
Figure 112020126329986-pat00104
,
Figure 112020126329986-pat00105
,
Figure 112020126329986-pat00106
,
Figure 112020126329986-pat00107
,
Figure 112020126329986-pat00108
,
Figure 112020126329986-pat00109
,
Figure 112020126329986-pat00110
,
Figure 112020126329986-pat00111
,
Figure 112020126329986-pat00112
,
Figure 112020126329986-pat00113
,
Figure 112020126329986-pat00114
,
Figure 112020126329986-pat00115
,
Figure 112020126329986-pat00116
,
Figure 112020126329986-pat00117
,
Figure 112020126329986-pat00118
,
Figure 112020126329986-pat00119
,
Figure 112020126329986-pat00120
,
Figure 112020126329986-pat00121
,
Figure 112020126329986-pat00122
,
Figure 112020126329986-pat00123
.
Figure 112020126329986-pat00124
,
Figure 112020126329986-pat00125
,
Figure 112020126329986-pat00126
,
Figure 112020126329986-pat00127
Figure 112020126329986-pat00128
로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 이불화망간 제조방법.
9. The method of claim 8,
wherein X is
Figure 112020126329986-pat00096
,
Figure 112020126329986-pat00097
,
Figure 112020126329986-pat00098
.
Figure 112020126329986-pat00099
,
Figure 112020126329986-pat00100
,
Figure 112020126329986-pat00101
,
Figure 112020126329986-pat00102
,
Figure 112020126329986-pat00103
,
Figure 112020126329986-pat00104
,
Figure 112020126329986-pat00105
,
Figure 112020126329986-pat00106
,
Figure 112020126329986-pat00107
,
Figure 112020126329986-pat00108
,
Figure 112020126329986-pat00109
,
Figure 112020126329986-pat00110
,
Figure 112020126329986-pat00111
,
Figure 112020126329986-pat00112
,
Figure 112020126329986-pat00113
,
Figure 112020126329986-pat00114
,
Figure 112020126329986-pat00115
,
Figure 112020126329986-pat00116
,
Figure 112020126329986-pat00117
,
Figure 112020126329986-pat00118
,
Figure 112020126329986-pat00119
,
Figure 112020126329986-pat00120
,
Figure 112020126329986-pat00121
,
Figure 112020126329986-pat00122
,
Figure 112020126329986-pat00123
.
Figure 112020126329986-pat00124
,
Figure 112020126329986-pat00125
,
Figure 112020126329986-pat00126
,
Figure 112020126329986-pat00127
and
Figure 112020126329986-pat00128
Manganese difluoride manufacturing method comprising at least one selected from the group consisting of.
제1항에 있어서,
상기 이온성 액체가 EMIM BF4 (1-Ethyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate), BMIM BF4 (1-Butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate), 및 OMIM BF4 (1-Methyl-3-octyl-imidazolium-tetrafluoroborate)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 이불화망간의 제조방법.
According to claim 1,
The ionic liquid is EMIM BF4 (1-Ethyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate), BMIM BF4 (1-Butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate), and OMIM BF4 (1-Methyl-3-octyl-imidazolium-tetrafluoroborate) A method for manufacturing manganese difluoride, comprising at least one selected from
제1항에 있어서,
상기 혼합용액이 아래 구조식 2로 표시되는 화합물을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 이불화망간의 제조방법.
[구조식 2]
Figure 112020126329986-pat00129

상기 구조식 2에서
R5은 C1 내지 C6 알킬렌기이고,
n은 1 내지 1,000의 정수 중 어느 하나이다.
According to claim 1,
The method for producing manganese difluoride, characterized in that the mixed solution further comprises a compound represented by the following structural formula (2).
[Structural Formula 2]
Figure 112020126329986-pat00129

in Structural Formula 2
R 5 is a C1 to C6 alkylene group,
n is an integer from 1 to 1,000.
제11항에 있어서,
상기 구조식 2로 표시되는 화합물이 에틸렌글리콜인 것을 특징으로 하는 이불화망간의 제조방법.
12. The method of claim 11,
A method for producing manganese difluoride, characterized in that the compound represented by Structural Formula 2 is ethylene glycol.
제12항에 있어서,
상기 혼합용액의 상기 이온성 액체(A)와 구조식 2로 표시되는 화합물(B)의 부피비(A:B)가 10:90 내지 50:50인 것을 특징으로 하는 이불화망간의 제조방법.
13. The method of claim 12,
A method for producing manganese difluoride, characterized in that the volume ratio (A:B) of the ionic liquid (A) and the compound (B) represented by Structural Formula 2 in the mixed solution is 10:90 to 50:50.
제1항에 있어서,
상기 망간 전구체는 망간염을 포함하는 것을 특징으로 하는 이불화망간의 제조방법.
According to claim 1,
The manganese precursor is a method for producing manganese difluoride, characterized in that it comprises a manganese salt.
제14항에 있어서,
상기 망간염은 질산망간 (Manganese(II) nitrate, Mn(NO3)2), 초산 망간(Manganese(II) acetate, Mn(CH3COO)2), 황산망간(Manganese(II) sulfate, MnSO4), 염화망간(Manganese(II) chloride, MnCl2), 수산화망간(Manganese(II) hydroxide, Mn(OH)2), 황화망간(Manganese(II) sulfide, MnS), 탄산망간(Manganese(II) carbonate, MnCO3), 브롬화망간(Manganese(II) bromide, MnBr2), 과염소산망간(Manganese(II) Perchlorate, Mn(ClO4)2) 및 이들의 수화물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 이불화망간의 제조방법.
15. The method of claim 14,
The manganese salt is manganese nitrate (Manganese(II) nitrate, Mn(NO 3 ) 2 ), manganese acetate (Manganese(II) acetate, Mn(CH 3 COO) 2 ), manganese sulfate (Manganese(II) sulfate, MnSO 4 ) ), Manganese(II) chloride, MnCl2), Manganese(II) hydroxide, Mn(OH)2), Manganese(II) sulfide, MnS), Manganese(II) carbonate , MnCO 3 ), manganese bromide (Manganese(II) bromide, MnBr 2 ), manganese perchlorate (Manganese(II) Perchlorate, Mn(ClO 4 ) 2 ) and a quilt comprising at least one selected from the group consisting of hydrates thereof A method for producing manganese.
(1-1) 망간 전구체를 용융시키는 단계;
(1-2) 용융된 망간전구체를 불소원자(F)를 갖는 이온성 액체와 혼합하여 상기 이온성 액체 및 망간 전구체를 포함하는 혼합용액을 제조하는 단계; 및
(2) 상기 이온성 액체와 상기 망간 전구 체를 반응시켜 이불화망간(MnF2)을 제조하는 단계; 및
(3) 상기 이불화망간을 포함하는 음극재를 제조하는 단계;를 포함하고,
상기 단계 (2)의 반응이 상기 혼합용액에 마이크로파를 조사하여 수행되는 것인, 리튬이온전지용 음극재의 제조방법.
(1-1) melting the manganese precursor;
(1-2) preparing a mixed solution containing the ionic liquid and the manganese precursor by mixing the molten manganese precursor with an ionic liquid having a fluorine atom (F); and
(2) preparing manganese difluoride (MnF 2 ) by reacting the ionic liquid with the manganese precursor; and
(3) preparing a negative electrode material containing the manganese difluoride;
The method of manufacturing a negative electrode material for a lithium ion battery, wherein the reaction of step (2) is performed by irradiating the mixed solution with microwaves.
삭제delete 제16항에 있어서,
상기 이불화망간이 로드 형상인 것을 특징으로 하는 음극재의 제조방법.
17. The method of claim 16,
The method of manufacturing a negative electrode material, characterized in that the manganese difluoride is in the shape of a rod.
제1항에 따른 제조방법으로 제조된 이불화망간(MnF2).Manganese difluoride prepared by the manufacturing method according to claim 1 (MnF 2 ).
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