KR102593317B1 - 탄소 코팅 리튬인산철 캐소드 활물질, 이의 제조 방법, 이를 포함하는 캐소드 극판 및 리튬 이온 전지 - Google Patents

탄소 코팅 리튬인산철 캐소드 활물질, 이의 제조 방법, 이를 포함하는 캐소드 극판 및 리튬 이온 전지 Download PDF

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Abstract

본 출원은 탄소 코팅 리튬인산철 캐소드 활물질을 제공한다. 탄소 코팅 리튬인산철 물질의 표층에서 미세 형태별 탄소 구조의 비표면적의 상대 비율을 조절함으로써 본 출원에 따른 탄소 코팅 리튬인산철 캐소드 활물질을 획득하였다. 본 출원에 따른 탄소 코팅 리튬인산철 캐소드 활물질은 탄소 코팅 인자(η)를 가지고 있어, 상기 η는 0.81≤η≤0.95를 충족하는 경우, 리튬인산철 캐소드 활물질은 품질이 높은 탄소 코팅을 가지고 있어, 리튬인산철 캐소드 활물질의 용량 발현에 유리하고, 극판 탈수 효율을 현저히 개선하여 이로 제조된 리튬 이온 전지는 우수한 에너지 밀도와 사이클 성능 및 우수한 가공 성능을 겸비한다.

Description

탄소 코팅 리튬인산철 캐소드 활물질, 이의 제조 방법, 이를 포함하는 캐소드 극판 및 리튬 이온 전지
본 출원은 전기화학 분야에 관한 것으로, 특히 탄소 코팅 리튬인산철 캐소드 활물질, 이의 제조 방법, 이를 포함하는 캐소드 극판, 리튬 이온 전지, 전지 모듈, 전지 팩 및 전기 장치에 관한 것이다.
신에너지 분야의 급속한 발전과 함께, 리튬 이온 전지는 우수한 전기화학적 성능, 비메모리 효과, 작은 환경 오염 등 이점으로 인해 각종 대규모 전력 장치, 에너지 저장 시스템 및 각종 소비재뿐만 아니라, 특히 순수 전기 자동차, 하이브리드 전기 자동차와 같은 신에너지 자동차 분야에서 널리 사용되고 있다.
리튬 이온 전지에 흔히 사용되는 캐소드 활물질의 경우, 리튬인산철은 현재 산업화된 리튬 이온 전지에서 가장 널리 사용되는 캐소드 활물질 중 하나이다. 그러나, 리튬인산철의 그램 용량은 삼성분계 물질에 비해 낮기 때문에 최근 연구개발의 초점으로 리튬인산철의 용량 발현을 향상시키는 데 중점을 두고 있다. 그러나, 리튬인산철의 용량 발현을 향상시키는 데만 초점을 맞추면 사이클 성능, 가공 성능 등과 같은 전지의 다른 성능이 불가피하게 손실될 수 있다.
따라서, 높은 에너지 밀도, 높은 사이클 성능 및 우수한 가공 성능을 겸비한 리튬 이온 전지의 개발이 시급한 실정이다.
본 출원은 배경기술의 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 높은 용량 발현, 높은 압연 밀도 및 극판의 탈수 용이성을 겸비하고, 리튬 이온 전지이 우수한 에너지 밀도와 사이클 성능 및 우수한 가공 성능을 가지도록 하며, 그리고 전지의 생산성을 현저히 향상시켜 전지의 생산 원가를 절약할 수 있는 탄소 코팅 리튬인산철 캐소드 활물질을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 출원의 제1 측면은 탄소 코팅 리튬인산철 캐소드 활물질에 있어서, 상기 캐소드 활물질은 리튬인산철 기재; 및 상기 기재 표면에 위치한 탄소 코팅층을 포함하고, 상기 리튬인산철 기재는 구조식 LiFe1-aMaPO4를 가지고, 여기서, M은 Cu, Mn, Cr, Zn, Pb, Ca, Co, Ni, Sr, Nb, Ti에서 선택된 하나 이상이고, 0≤a≤0.01이며, 상기 탄소 코팅 리튬인산철 물질의 탄소 코팅 인자 η=이고, 여기서, BET1은 상기 탄소 코팅 리튬인산철에서 메조 기공과 마크로 기공 구조의 비표면적이고, BET2는 상기 탄소 코팅 리튬인산철의 전체 비표면적이며, η는 0.81≤η≤0.95를 충족하는 탄소 코팅 리튬인산철 캐소드 활물질을 제공한다.
임의의 구현예에 있어서, 상기 η는 선택적으로, 0.85≤η≤0.93이고, 더 선택적으로, 0.88≤η≤0.92이다.
임의의 구현예에 있어서, 상기 BET1의 수치 범위는 5.5~9.5m2/g이고, 상기 BET2의 수치 범위는 6.0~11.5m2/g이다.
임의의 구현예에 있어서, 탄소 코팅층의 두께(H)와 상기 탄소 코팅 리튬인산철의 평균 입경(D)의 비율(H/D)은 0.01~0.04이다.
임의의 구현예에 있어서, 탄소 코팅층의 탄소 조성은 상기 리튬인산철 캐소드 활물질 전체 질량의 0.7%~1.3%이고, 선택적으로, 0.9%~1.3%이며, 더 선택적으로, 0.9%~1.1%이다.
임의의 구현예에 있어서, 상기 탄소 코팅 리튬인산철의 부피 평균 입경(Dv50)은 840nm≤Dv50≤3570nm를 충족하고, 선택적으로, 1170nm≤Dv50≤1820nm를 충족한다.
임의의 구현예에 있어서, 상기 탄소 코팅 리튬인산철의 분말 압연 밀도는 2.4 g/cm3 이상이고, 선택적으로, 2.5 g/cm3이며, 더 선택적으로, 2.6 g/cm3이다.
임의의 구현예에 있어서, 상기 탄소 코팅 리튬인산철의 흑연화도는 0.15~0.32이고, 선택적으로, 0.19~0.26이다.
임의의 구현예에 있어서, 상기 탄소 코팅 리튬인산철의 분말 비저항은 60 Ω·m 이하이고, 선택적으로, 30 Ω·m 이하이며, 더 선택적으로, 20 Ω·m 이하이다.
본 출원의 제2측면은, 본 출원의 제1 측면에 따른 캐소드 활물질을 제조하는 방법에 있어서,
리튬인산철 기재를 제공하는 단계;
상기 리튬인산철 기재에 탄소를 코팅하여 상기 캐소드 활물질을 획득하는 단계;를 포함하고, 상기 캐소드 활물질은 리튬인산철 기재 및 상기 기재 표면에 위치한 탄소 코팅층을 포함하고, 리튬인산철 기재는 구조식 LiFe1-aMaPO4를 가지고, 여기서, M은 Cu, Mn, Cr, Zn, Pb, Ca, Co, Ni, Sr, Nb, Ti에서 선택된 하나 이상이고, 0≤a≤0.01이며, 상기 탄소 코팅 리튬인산철 물질의 탄소 코팅 인자 η=이고, 여기서, BET1은 상기 탄소 코팅 리튬인산철에서 메조 기공과 마크로 기공 구조의 비표면적이고, BET2는 상기 탄소 코팅 리튬인산철의 전체 비표면적이며, η는 0.81≤η≤0.95를 충족하는 캐소드 활물질의 제조 방법을 제공한다.
임의의 구현예에 있어서, 상기 캐소드 활물질의 제조 방법은
(1) 리튬인산철 기재를 제공하는 단계로서, Fe 소스, Li 소스, M 소스 및/또는 P 소스의 원료를 환원제 및 탄소 소스인 시약과 혼합하고, 얻은 혼합물을 불활성 분위기, 고온에서 처리하여 리튬인산철 기재를 획득하는 단계;
(2) 상기 리튬인산철 기재에 탄소를 코팅하는 단계로서, 리튬인산철 기재를 불활성 분위기, 고온에서 처리하면서 탄소 소스를 분사하여 화학 기상 증착에 의해 탄소 코팅 리튬인산철 물질을 획득하는 단계;를 포함한다.
Fe 소스는 FeSO4, FePO4, FeCl2, FeC2O4, Fe2O3에서 선택된 하나 또는 복수일 수 있다.
Li 소스는 Li2CO3, LiH2PO4, Li3PO4에서 선택된 하나 또는 복수일 수 있다.
P 소스는 NH4H2PO4, H3PO4에서 선택된 하나 또는 복수일 수 있다. M 소스는 Cu, Mn, Cr, Zn, Pb, Ca, Co, Ni, Sr, Nb 또는 Ti에서 선택된 원소를 포함한다.
단계(1)에서 환원제 및 탄소 소스인 시약은 C2H2, CH4, 글루코오스, 폴리에틸렌 글리콜, 수크로스, 전분, H2, CO에서 선택된 하나 또는 복수일 수 있다. 선택적으로, 상기 환원제 및 탄소 소스인 시약은 투입양이 원료 전체 질량의 4%~8%이고, 선택적으로 6%이다.
단계(2)에서 탄소 소스는 아세톤 등 물질일 수 있다.
단계(1) 또는 단계(2)에서 처리 온도는 넓은 범위, 예를 들어 500℃ 내지 800℃ 내에서 변할 수 있다.
본 출원의 제3 측면은 캐소드 집전체; 및 상기 캐소드 집전체의 적어도 일면에 배치되고, 본 출원의 제1 측면에 따른 캐소드 활물질 또는 본 출원의 제2 측면에 따른 방법에 의해 제조된 캐소드 활물질;을 포함하는 리튬 이온 전지의 캐소드 극판을 제공한다.
임의의 구현예에 있어서, 상기 캐소드 극판은 25℃, 상대습도 45%에서의 포화수분 함량이 500ppm 이하이다.
본 출원의 제4 측면은 캐소드 극판 및 애노드 극판을 포함한 리튬 이온 전지에 있어서, 상기 캐소드 극판은 캐소드 집전체; 및 상기 캐소드 집전체의 적어도 일면에 배치되고, 본 출원의 제1 측면에 따른 캐소드 활물질 또는 본 출원의 제2 측면에 따른 방법에 의해 제조된 캐소드 활물질;을 포함하며, 상기 캐소드 극판은 25
Figure 112023001415291-pct00003
, 상대습도 45%에서의 포화수분 함량이 500ppm 이하인 리튬 이온 전지를 제공한다.
임의의 구현예에 있어서, 상기 캐소드 극판의 극판 압연 밀도는 2.35 g/cm3 이상이고, 상기 애노드 극판의 극판 압연 밀도는 1.6 g/cm3 이상이며, 상기 애노드 극판의 애노드 활물질은 무정형 탄소로 코팅된 흑연이다.
본 출원의 제5 측면은 본 출원의 제4 측면에 따른 리튬 이온 전지를 포함하는 전지 모듈을 제공한다. 전지 모듈의 제조는 전지 모듈을 제조하기 위한 기존 기술에 공지된 방법을 사용할 수 있다.
본 출원의 제6 측면은 본 출원의 제4 측면에 따른 리튬 이온 전지 또는 본 출원의 제5 측면에 따른 전지 모듈을 포함하는 전지 팩을 제공한다. 전지 팩의 제조는 전지 팩을 제조하기 위한 기존 기술에 공지된 방법을 사용할 수 있다.
본 출원의 제7 측면은 본 출원의 제4 측면에 따른 리튬 이온 전지, 본 출원의 제5 측면에 따른 전지 모듈 또는 본 출원의 제6 측면에 따른 전지 팩을 포함하고, 상기 리튬 이온 전지 또는 상기 전지 모듈 또는 상기 전지 팩은 전원 또는 에너지 저장 유닛으로 사용되는 전기 장치를 제공한다. 전기 장치의 제조는 전기 장치를 제조하기 위한 기존 기술에 공지된 방법을 사용할 수 있다.
본 출원은 탄소 코팅 리튬인산철 물질의 표층에서 미세 형태별 탄소 구조의 비표면적의 상대 비율을 조절함으로써 본 출원에 따른 캐소드 활물질을 획득하였다. 본 출원에 따른 탄소 코팅 리튬인산철 물질은 탄소 코팅 인자(η)를 가지고, 상기 η가 0.81≤η≤0.95를 충족하는 경우, 탄소 코팅 리튬인산철은 품질이 높은 탄소 코팅을 가지고 있어, 극판이 쉽게 탈수되지 않는 공정 한계를 현저히 개선할 수 있고, 제조된 리튬 이온 전지도 우수한 에너지 밀도와 사이클 성능 및 우수한 가공 성능을 겸비한다.
본 출원에 따른 전지 모듈, 전지 팩 및 전기 장치는 본 출원에 따른 리튬 이온 전지를 포함하므로 적아도 상기 리튬 이온 전지와 동일한 이점을 갖는다.
도 1은 본 출원의 일 실시예에 따른 탄소 코팅 리튬인산철 캐소드 활물질을 서로 다른 확대 배율에서 관찰하는 TEM 사진이다.
도 2는 본 출원의 일 실시예에 따른 리튬 이온 전지의 개략도이다.
도 3은 도 2에 도시된 본 출원의 일 실시예에 따른 리튬 이온 전지의 분리도이다.
도 4는 본 출원의 일 실시예에 따른 전지 모듈의 개략도이다.
도 5는 본 출원의 일 실시예에 따른 전지 팩의 개략도이다.
도 6은 도 5에 도시된 본 출원의 일 실시예에 따른 전지 팩의 분리도이다.
도 7은 본 출원의 일 실시예에 따른 전기 장치의 개략도이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 출원에 개시된 탄소 코팅 리튬인산철 캐소드 활물질 및 이의 제조 방법, 이를 포함하는 캐소드 극판, 리튬 이온 전지, 전지 모듈, 전지 팩 및 전기 장치에 대해 상세하게 설명하기로 하고, 다만 불필요한 상세한 설명이 생략된 경우가 있다. 예를 들어, 공지 사항에 대한 상세한 설명 및 실제로 동일한 구성에 대한 반복적인 설명은 이하의 설명에서 불필요한 중복을 방지하고 본 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 기술자의 이해를 용이하게 하기 위해 생략될 수 있다. 또한, 도면 및 이하의 설명은 당업자가 본 출원을 충분히 이해할 수 있도록 제공되는 것으로, 청구 범위에 기재된 요지를 한정하려는 의도가 아니다.
설명의 명료성을 위해, 본 출원에는 일부 수치 범위는 구체적으로 개시되어 있고, 각종 수치 범위는 서로 조합하여 해당 실시 형태를 구성할 수 있다. 임의의 하한은 임의의 상한과 조합하여 본 출원의 범위를 구성할 수 있고, 또한 임의의 하한은 다른 하한과 조합하여 본 출원의 범위를 구성할 수 있으며, 마찬가지로 임의의 상한은 임의의 다른 상한과 조합하여 본 출원의 범위를 구성할 수 있다. 또한, 개별적으로 개시된 각각 포인트 또는 단일치는 그 자체가 하한 또는 상한으로서, 임의의 다른 포인트 또는 단일치, 또는 다른 하한이나 상한과 조합하여 본 출원의 범위를 구성할 수 있다.
달리 명시되지 않는 한, 본 출원에서 사용된 용어들은 본 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 기술자가 통상적으로 이해하는 공지의 의미를 갖는다. 본 출원에서, 달리 명시되지 않는 한 "이상" 및 "이하"는 숫자 자신도 포함하는데, 예를 들어 "a 및 b 중 하나 이상"은 a 및 b 중 적어도 하나를 의미하고, 예로는 a, b, 또는 a 및 b이다. 마찬가지로, "하나 또는 복수"는 적어도 하나를 포함하는 것을 의미한다. 달리 명시되지 않는 한, 본 문서에서 "또는(or)"이라는 용어는 포괄적인 것이며, 다른 말로 "A 또는(or) B"이라는 단어는 "A, B, 또는 A 및 B 양자"를 의미한다.
"탄소 코팅층"이라는 용어는 리튬인산철 기재 상에 코팅된 부분을 말하며, 상기 부분은 완전히 리튬인산철 기재를 코팅할 수 있지만, 반드시 이에 한정되지 않고, "탄소 코팅층"이라고 기재되는 것은 단지 설명의 편의를 위한 것일 뿐이며 본 출원을 제한하려는 의도가 아니라는 점에 유의해야 한다. 마찬가지로 "탄소 코팅층의 두께"라는 용어는 리튬인산철 기재 상에 코팅된 부분의 최대 두께를 말한다.
본 출원의 발명자는 리튬인산철 캐소드 활물질에 대한 연구를 통하여, 리튬인산철 캐소드 활물질의 순수한 상(탄소 비포함)은 낮은 전자 전도성 및 낮은 이온 전도성으로 인해 리튬인산철 캐소드 활물질 용량의 발현을 악화시켜 리튬인산철을 캐소드 활물질로 사용하는 리튬 이온 전지의 에너지 밀도가 삼원계 리튬 이온 전지과는 차이가 크다는 것을 발견하였다.
리튬인산철 캐소드 활물질의 낮은 전자 전도성 및 이온 전도성 문제점을 해결하기 위해 물질에 대해 탄소 코팅 처리 및 나노화 처리를 수행할 수 있다. 그러나, 본 출원의 발명자는 탄소 코팅 처리이든 나노화 처리이든 모두 불가피하게 전지의 다른 측면의 성능, 특히 전지의 사이클 성능 및 가공 성능을 악화시킨다는 것을 발견하였다.
특히, 본 발명자는 현지 작업에서, 탄소 코팅 리튬인산철 물질의 경우, 상이한 탄소 코팅 공정에 의해 캐소드 활물질에는 상이한 미세 형태의 기공 구조가 존재하는데, 예를 들어, 미세기공(micropore) 구조(2nm 미만의 기공을 갖는 네트워크 구조), 메조 기공(mesopore) 구조(2nm~50nm의 기공을 갖는 네트워크 구조), 마크로 기공(macropore) 구조(50nm 초과의 기공을 갖는 네트워크 구조), 및 층상 탄소 구조 등과 같은 분명한 기공이 없는 기타 구조가 있다는 것을 발견하였다. 본 발명자는, 탄소 코팅 리튬인산철 물질의 경우, 표층의 다양한 기공 구조의 부적절한 조합은 리튬인산철 캐소드 활물질의 전자 전도성 및 이온 전도성 개선에 뚜렷한 효과가 없을 뿐만 아니라 리튬인산철 캐소드 활물질로 제조된 극판의 탈수 난이도를 현저히 증가시켜 이로 제조된 극판은 수분이 장기간 탈수되어도 탈수율이 전지 제조의 요건을 충족시키지 못하며, 특히 전지의 에너지 밀도를 높이기 위해 캐소드 활물질층의 코팅 두께를 증가시키는 경우에 극판 탈수율이 요구 사항을 충족하기가 더 어렵게 된다는 것을 많은 실험 끝에 발견하였다.
특히, 본 발명자는 나노화 처리도 극판의 탈수 난이도를 증가시켜 전지의 사이클 성능을 악화시킬 수 있다는 것을 현지 작업 과정에서 발견하였다. 또한, 나노화 처리는 리튬인산철 캐소드 활물질의 분말 압연 밀도를 감소시켜 전자 전도성 및 이온 전도성의 향상에 의한 에너지 밀도에 대한 기여도가 크게 떨어지게 된다.
극판에 수분 함량이 지나치게 높으면 극판의 캐소드 필름의 쉬운 박리, 불안정한 구조와 화학적 특성 등 문제점을 일으켜 궁극적으로 전지의 사이클 성능에 영향을 미치게 되는 한편, 전지 제조 과정에서 불량품의 위험성이 높아져 생산 비용이 증가할 뿐만 아니라 전지 생산성에도 심각한 영향을 미치게 된다.
상술한 바와 같이, 높은 용량 발현, 높은 압연 밀도 및 극판의 탈수 용이성을 겸비하는 캐소드 활물질을 개발하고, 나아가 높은 에너지 밀도, 높은 사이클 성능 및 우수한 가공 성능을 겸비한 리튬 이온 전지를 설계하는 것이 시급한 실정이다.
본 출원의 발명자는, 리튬인산철 캐소드 활물질이 높은 용량 발현, 높은 압연 밀도 및 극판의 탈수 용이성을 겸비하도록 하는 기술적 해결방법을 많은 실험과 연구 끝에 발견하였는데, 리튬 이온 전지이 우수한 에너지 밀도, 사이클 성능 및 우수한 가공 성능을 가지고, 전지의 생산성을 현저히 향상시켜 전지의 생산 원가를 절약할 수 있도록 한다.
[탄소 코팅 리튬인산철 캐소드 활물질]
본 출원은 탄소 코팅 리튬인산철 캐소드 활물질을 제공하고, 상기 캐소드 활물질은 리튬인산철 기재 및 상기 기재 표면에 위치한 탄소 코팅층을 포함하며, 상기 리튬인산철 기재는 구조식 LiFe1-aMaPO4를 가지고, 여기서, M은 Cu, Mn, Cr, Zn, Pb, Ca, Co, Ni, Sr, Nb, Ti에서 선택된 하나 이상이고, 0≤a≤0.01이다.
상기 탄소 코팅 리튬인산철 물질의 탄소 코팅 인자 η=이고, 여기서, BET1은 상기 탄소 코팅 리튬인산철에서 메조 기공과 마크로 기공 구조의 비표면적이고, BET2는 상기 탄소 코팅 리튬인산철의 전체 비표면적이며, η는 0.81≤η≤0.95를 충족한다.
기재는 구조식 LiFe1-aMaPO4를 가지고, 여기서, M은 Cu, Mn, Cr, Zn, Pb, Ca, Co, Ni, Sr, Nb, Ti에서 선택된 하나 또는 복수이고, 0≤a≤0.01이다. M 원소의 도핑은 리튬인산철 기재의 구조적 안정성을 향상시키고 여러 번의 충방전 사이클 후에 리튬인산철 캐소드 활물질의 구조적 붕괴를 방지하기에 유리하다.
탄소 코팅층은 전자 전도성과 이온 전도성을 향상시키고 전지의 에너지 밀도를 향상시킬 수 있다. 그러나 탄소로 이루어진 다공성 구조로서 탄소 코팅층은 리튬인산철 캐소드 활물질의 전체 표면 에너지를 크게 증가시키고 나아가 리튬인산철 캐소드 활물질의 수분 흡수 능력을 크게 증가시킬 수 있다. 본 출원의 발명자는, 탄소 코팅 리튬인산철 물질이 , 0.81≤η≤0.95를 충족하는 경우, 상기 탄소 코팅 리튬인산철은 높은 용량 발현을 충족하면서 적절한 표면 에너지도 가지고 있으므로 탄소 코팅 리튬인산철 캐소드 활물질에 의해 제조된 극판의 전체 표면 에너지를 현저히 감소시키고 극판의 탈수 효율을 현저히 향상시켜 극판이 쉽게 탈수되지 않는 공정 한계를 현저히 개선할 수 있다는 것을 많은 실험 검정 끝에 발견하였다. 따라서, 0.81≤η≤0.95를 충족하는 탄소 코팅 리튬인산철 캐소드 활물질에 의해 제조된 전지는 우수한 에너지 밀도와 사이클 성능 및 우수한 가공 성능을 겸비한다.
본 출원에 있어서, 탄소 코팅 인자(η)는 탄소 코팅 리튬인산철 물질에서 미세 형태별 기공 구조에 의해 기여되는 비표면적의 상대 비율을 실질적으로 특정하며, 표면 에너지에 크게 기여하는 미세 기공 구조의 비표면적이 전체 기공에 의해 기여되는 비표면적에서 차지하는 비율의 크기를 반영할 수 있고, 이 크기는 리튬인산철에 대한 탄소층의 코팅 유효성을 반영하였다. 많은 실험적 탐색과 캐소드 물질을 제조한 장기간의 경험에 기반하여, 본 발명자는 0.81≤η≤0.95인 경우, 치밀하고 효율적인 탄소 코팅층이 리튬인산철 캐소드 활물질의 용량 발현을 크게 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 또한 리튬인산철 캐소드 활물질의 표면 에너지를 현저히 감소시킬 수 있어, 리튬 이온 전지가 우수한 에너지 밀도를 가지면서 전지의 사이클 성능 및 가공 성능도 현저히 개선되도록 한다는 것을 발견하였다.
본 발명자는, 탄소 코팅 인자(η)가 0.85≤η≤0.93의 범위 내에 있는 경우, 이때 표층에서 미세 형태별 기공 구조의 상대 비율은 보다 적절한 범위에 있으므로, 리튬인산철은 품질이 높은 탄소 코팅을 가지고 있어 리튬인산철 캐소드 활물질의 용량 발현에 유리하고, 극판의 수분 흡수량을 현저히 감소시켜, 이로 제조된 리튬 이온 전지는 우수한 에너지 밀도와 사이클 성능 및 우수한 가공 성능을 겸비하게 된다는 것을 발견하였다.
일부 구현예에 있어서, 선택적으로, η의 범위는 0.88≤η≤0.92이고, 리튬 이온 전지의 전기화학적 성능 및 가공 성능은 더 우수하다.
상술한 바와 같이, 본 출원은 탄소 코팅 리튬인산철 물질의 표층에서 미세 형태별 탄소 구조의 비표면적의 상대 비율을 조절함으로써 본 출원에 따른 탄소 코팅 리튬인산철 캐소드 활물질을 획득하였다. 본 출원에 따른 탄소 코팅 리튬인산철 물질의 탄소 코팅 인자(η)가 0.81≤η≤0.95를 충족하는 경우, 리튬인산철은 품질이 높은 탄소 코팅을 가지고 있어, 극판의 탈수 효율을 현저히 개선하기에 유리하고, 제조된 리튬 이온 전지는 우수한 에너지 밀도와 사이클 성능 및 우수한 가공 성능을 겸비하게 된다. 세부 사항은 표 1에 나타냈다.
선택적으로, 상기 η의 값은 0.811, 0.836, 0.862, 0.894, 0.915, 0.922, 0.928, 0.939일 수 있고, 또는 그 값은 상기 임의의 2개의 값으로 구성된 수치 범위일 수 있다.
일부 구현예에 있어서, 선택적으로, BET1의 수치 범위는 5.5~9.5 m2/g이고, BET2의 수치 범위는 6.0~11.5 m2/g이며, 이때 표층에서 미세 형태별 기공 구조의 상대 비율은 보다 적절한 범위에 있으므로, 극판이 수분을 쉽게 흡수하지 않게 되고, 전지의 에너지 밀도 및 사이클 성능을 개선하기에 더 유리하다.
선택적으로, 상기 BET1은 9.08, 8.86, 7.05, 6.68, 6.93, 6.46, 5.95, 5.82일 수 있고, 또는 그 값은 상기 임의의 2개의 값으로 구성된 수치 범위일 수 있다. 상기 BET2는 11.2, 10.6, 8.19, 7.48, 7.16, 7.01, 6.40, 6.20일 수 있고, 또는 그 값은 상기 임의의 2개의 값으로 구성된 수치 범위일 수 있다.
일부 구현예에 있어서, 선택적으로, 본 출원에 따른 캐소드 활물질에서, 상기 탄소 코팅층의 두께(H)와 상기 탄소 코팅 리튬인산철의 평균 입경(D)의 비율(H/D)은 0.01~0.04이다.
탄소 코팅층의 두께와 상기 탄소 코팅 리튬인산철의 평균 입경의 비율이 0.01~0.04인 경우, 리튬인산철 물질 표면의 탄소 코팅층의 완전성 및 전자 전도성은 우수하고, 물질은 비교적 높은 전자 전도성을 가지고 있으면서 탄소 코팅층 두께가 전체 입자 크기에서 차지하는 비율이 적절한 범위 내에 위치하기 때문에 리튬인산철 물질은 높은 분말 압연 밀도를 겸비하므로 리튬 이온 전지의 에너지 밀도 및 사이클 성능은 우수하다. 적절한 탄소 코팅층 두께는 리튬인산철 물질로 제조된 극판의 탈수 난이도를 감소시킬 수 있어, 가공 성능을 향상시키기에 유리하다.
일부 구현예에 있어서, 선택적으로, 탄소 조성은 상기 탄소 코팅 리튬인산철 전체 질량의 0.7%~1.3%이고, 선택적으로, 0.9%~1.3%이며, 더 선택적으로, 0.8%~1.1%이다.
탄소 함량이 지나치게 낮으면 리튬인산철 물질 표면의 탄소 코팅층의 완전성은 불량하고 물질 동역학적 성능은 좋지 않아서, 전지의 에너지 밀도는 낮아지고, 그러나 탄소 함량이 지나치게 높으면 소성 과정에서 단일 입자의 성장을 방해하고 나아가 리튬인산철 물질은 수많은 소입자에 의해 형성된 2차 입자를 형성하는 경향이 있으며, 또한 탄소 조성이 전지 용량에 기여하지 않아 리튬 이온 전지의 에너지 밀도가 낮아진다. 본 출원에 있어서, 탄소 코팅 리튬인산철의 전제 질량을 기준으로, 탄소 함량은 0.7%≤C≤1.3%, 선택적으로, 0.9%≤C≤1.3%, 더 선택적으로, 0.8%≤C≤1.1%를 충족한다. 세부 사항은 표 2에 나타내었다.
선택적으로, 탄소 코팅 리튬인산철의 전체 질량을 기준으로, 상기 탄소 조성의 함량은 0.70%, 0.82%, 0.95%, 1.12%, 1.3%일 수 있고, 또는 그 값은 상기 임의의 2개의 값으로 구성된 수치 범위일 수 있다.
일부 구현예에 있어서, 선택적으로, 본 출원에 따른 탄소 코팅 리튬인산철의 부피 평균 입경(Dv50)은 840nm≤Dv50≤3570nm를 충족하고, 선택적으로, 1170nm≤Dv50≤1820nm를 충족한다.
본 출원의 발명자는 리튬인산철 캐소드 활물질의 전자 전도성 및 이온 전도성이 떨어지는 문제점을 해결하기 위하여 물질을 나노화 처리할 수 있다는 것을 발견하였다. 그러나 나노화 처리는 또한 리튬인산철 캐소드 활물질의 표면 에너지를 증가시키고 극판의 수분 흡수 능력을 증가시켜 탈수의 어려움을 초래하고, 최종적으로 전지의 사이클 성능 및 처리 성능을 악화시킬 수 있다는 것을 많은 설천 끝에 발견하였다. 또한, 나노화 처리는 리튬인산철 캐소드 활물질의 분말 압연 밀도를 감소시킬 수 있어, 전자 전도성 및 이온 전도성의 향상에 의한 에너지 밀도에 대한 기여도는 크게 떨어지게 된다.
실험에 따르면, 0.81≤η≤0.95의 범위를 충족하고, 탄소 코팅 리튬인산철의 부피 평균 입경이 840nm≤Dv50≤3570n, 선택적으로, 1170nm≤Dv50≤1820nm를 충족하면, 상기 탄소 코팅 리튬인산철의 분말 압연 밀도는 최고 2.64 g/cm3까지 도달할 수 있고, 극판의 압연 밀도는 최고 2.64 g/cm3까지 도달할 수 있다. 본 출원에 있어서, 부피 평균 입경(Dv50)이 증가됨에 따라 분말 압연 밀도 및 극판의 압연 밀도는 모두 감소하는 경향을 나타내고, 전지 에너지 밀도는 점차 떨어진다. 그러나, Dv50이 증가됨에 따라 극판의 탈수 효율은 향상되고 해당 리튬 이온 전지의 사이클 성능이 향상된다. 세부 사항은 표 4에 나타내었다.
선택적으로, 상기 Dv50은 840, 1170, 1430, 1820, 3520일 수 있고, 또는 그 값은 상기 임의의 2개의 값으로 구성된 수치 범위일 수 있다.
일부 구현예에 있어서, 선택적으로, 본 출원에 따른 탄소 코팅 리튬인산철의 흑연화도는 0.15~0.32이다. 본 출원에 따른 탄소 코팅 리튬인산철 물질의 탄소 코팅 인자가 0.81≤η≤0.95를 충족하고 탄소 코팅 리튬인산철의 흑연화도가 0.15~0.32인 경우, 리튬인산철 물질의 용량 발현뿐만 아니라 리튬인산철 물질의 분말 비저항을 개선하고 전지의 에너지 밀도를 향상시키기에 유리하다. 세부 사항은 표 5에 나타내었다.
탄소 코팅 리튬인산철의 "흑연화도"는 탄소 조성의 흑연화 정도를 의미하며, 본 출원에 따른 탄소 코팅 리튬인산철에서, 특히 탄소 코팅층에서 흑연 결정체의 구조 완전성 정도, 즉 흑연 구조에서 탄소 원자 배열의 규칙성 정도를 반영하는 것이다.
선택적으로, 상기 흑연화도는 0.155, 0.197, 0.255, 0.245, 0.312일 수 있고, 또는 그 값은 상기 임의의 2개의 값으로 구성된 수치 범위일 수 있다.
일부 구현예에 있어서, 상기 리튬인산철 기재에는 탄소가 혼합되고, 선택적으로, 리튬인산철 기재의 질량을 기준으로 0.1% 내지 0.5%의 탄소로 혼합된다.
일부 구현예에 있어서, 선택적으로, 본 출원에 따른 탄소 코팅 리튬인산철은 분말의 비저항이 60 Ω·m 이하이고, 선택적으로, 30 Ω·m 이하이며, 더 선택적으로, 20 Ω·m 이하이다.
일부 구현예에 있어서, 선택적으로, 본 출원에 따른 캐소드 활물질은 상기 탄소 코팅 리튬인산철 이외에도, 당업계의 통상적인 기타 캐소드 활물질을 더 포함하고, 예를 들어, 기타 감람석 구조의 리튬-함유 인산염, 리튬 전이 금속 산화물 및 이들 각각의 변성 화합물이다. 그러나, 본 출원은 이들 물질에 한정되지 않으며, 전지의 캐소드 활물질로 사용될 수 있는 다른 통상적인 물질도 사용될 수 있다. 이들 캐소드 활물질은 하나만 단독으로 사용할 수도 있고, 2종 이상을 조합하여 사용할 수도 있다. 이들 중, 리튬 전이 금속 산화물의 예로는 리튬 코발트 산화물(예: LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(예: LiNiO2), 리튬 망간 산화물(예: LiMnO2, LiMn2O4), 리튬 니켈 코발트 산화물, 리튬 망간 코발트 산화물, 리튬 니켈 망간 산화물, 리튬 니켈 코발트 망간 산화물(예: LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2(NCM333이라고도 함), LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2(NCM523이라고도 함), LiNi0.5Co0.25Mn0.25O2(NCM211이라고도 함), LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2(NCM622이라고도 함), LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2(NCM811이라고도 함), 리튬 니켈 코발트 알루미늄 산화물(예: LiNi0.85Co0.15Al0.05O2) 및 이의 변성 화합물 중 적어도 하나를 포함할 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 기타 감람석 구조의 리튬-함유 인산염의 예로는 리튬 망간 인산염(예: LiMnPO4), 리튬 망간 인산염과 탄소의 복합체, 리튬 철 망간 인산염, 리튬 철 망간 인산염과 탄소의 복합체 중 적어도 하나를 포함할 수 있지만, 이에 한정되지 않는다.
[캐소드 극판]
본 출원은 캐소드 집전체; 및 상기 캐소드 집전체의 적어도 일면에 배치되고 본 출원의 제1 측면에 따른 탄소 코팅 리튬인산철인 캐소드 활물질;을 포함하는 캐소드 극판을 제공한다.
본 출원에 따른 리튬 이온 전지는 캐소드 극판 및 애노드 극판을 포함하고, 상기 캐소드 극판은 본 출원에 따른 탄소 코팅 리튬인산철 캐소드 활물질을 포함하고, 상기 캐소드 극판은 25℃, 상대습도 45%에서의 포화수분 함량이 500ppm 이하이다. 기존 기술에 있어서, 통상의 탄소 코팅에 의해 수득된 리튬인산철 캐소드 활물질은, 이에 의해 제조된 극판의 포화 수분 함량이 25℃, 상대습도 45%에서에서 1000ppm에 도달할 수 있으며, 이는 본 출원에 따른 탄소 코팅 리튬인산철 캐소드 활물질에 의해 제조된 극판의 수분 흡수량 보다 현저히 더 높다.
일부 구현예에 있어서, 선택적으로, 본 출원에 따른 캐소드 극판의 극판 압연 밀도는 최고 2.65 g/cm3까지 도달할 수 있고, 상기 애노드 극판의 극판 압연 밀도는 1.6 g/cm3 이상이며, 상기 애노드 극판의 애노드 활물질은 무정형 탄소로 코팅된 흑연이다.
본 출원에 있어서, 본 출원에 따른 높은 용량 발현을 갖는 리튬인산철 캐소드 활물질과 정합하기 위하여, 용량 발현이 350 mAh/g 이상이고 극판의 압연 밀도가 1.6 g/cm3 이상인 흑연 애노드를 제공하며, 흑연의 표면에 무정형 탄소 코팅층이 배치되고, 본 출원에 따른 캐소드와 정합되는 리튬 이온 삽입(intercalation) 성능 및 높은 충전창을 갖고 있다.
일부 구현예에 있어서, 선택적으로, 본 출원에 따른 캐소드 극판의 캐소드 필름층에서 탄소 코팅 리튬인산철 캐소드 활물질은 전체 캐소드 필름층 질량의 90%-98%이다. 본 출원에 따른 탄소 코팅 리튬인산철 캐소드 활물질은 미세 형태별 탄소 구조에 의해 기여되는 적절한 비표면적이 정합되어 있어 동일한 바인더 함량으로 더 많은 리튬인산철 캐소드 활물질을 접착할 수 있다. 캐소드 필름층이 2%의 PVDF과 배합픈 경우, 도포량은 300 mg/mm2 이상이고, 양산시 도포 속도가 60 m/min에 도달할 수 있으므로 실제 작업에서의 가공 효율을 현저히 향상시키고, 전지의 에너지 밀도도 현저히 향상시키게 된다.
캐소드 극판은 캐소드 집전체, 및 캐소드 집전체의 적어도 일면에 배치된 캐소드 물질을 포함한다. 예로는, 캐소드 집전체는 그 자체의 두께 방향으로 대향하는 2개의 표면을 갖고, 캐소드 물질은 캐소드 집전체의 대향하는 2개의 표면 중 어느 일면 또는 양면에 배치된다.
본 출원에 따른 리튬 이온 전지에 있어서, 상기 캐소드 집전체는 금속박 시트 또는 복합 집전체를 사용할 수 있다. 예를 들어, 금속박 시트로는 알루미늄박을 사용할 수 있다. 복합 집전체는 고분자 물질 기재 및 고분자 물질 기재의 적어도 일면에 형성된 금속층을 포함할 수 있다. 복합 집전체는 금속 물질(알루미늄, 알루미늄 합금, 니켈, 니켈 합금, 티타늄, 티타늄 합금, 은 및 은 합금 등)을 고분자 물질 기재(예: 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT), 1,3-프로판술톤(PS), 폴리에틸렌(PE) 등과 같은 기재)에 형성함으로써 형성될 수 있지만, 본 출원은 이러한 물질에 한정되지 않는다.
상기 캐소드 물질은 선택적으로 전도제를 더 포함한다. 다만, 전도제의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 당업자가 실제 수요에 따라 선택할 수 있다. 예로는, 캐소드 물질에 사용되는 전도제는 초전도성 카본, 아세틸렌 블랙, 카본 블랙, 케첸 블랙, 카본 도트, 카본 나노튜브, 그래핀 및 카본 나노파이버에서 선택된 하나 이상일 수 있다.
본 출원에 있어서, 캐소드 극판은 당업계에서 공지된 방법에 따라 제조될 수 있다. 예로는, 본 출원에 따른 캐소드 활물질, 전도제 및 바인더를 용매(예: N-메틸-피롤리돈(NMP))에 분산시켜 균질된 캐소드 슬러리를 형성하고, 캐소드 슬러리를 캐소드 집전체에 도포하여, 건조, 냉간 압연 등의 공정을 거쳐 캐소드 극판을 획득할 수 있다.
[애노드 극판]
애노드 극판은 애노드 집전체, 및 애노드 집전체의 적어도 일면에 배치된 애노드 필름층을 포함하고, 상기 애노드 필름층은 애노드 활물질을 포함한다.
예로는, 애노드 집전체는 그 자체의 두께 방향으로 대향하는 2개의 표면을 갖고, 애노드 필름층은 애노드 집전체의 대향하는 2개의 표면 중 어느 일면 또는 양면에 배치된다.
일부 구현예에 있어서, 선택적으로, 본 출원에 따른 캐소드 극판의 극판 압연 밀도는 2.35 g/cm3 이상이고, 상기 애노드 극판의 극판 압연 밀도는 1.6 g/cm3 이상이며, 상기 애노드 극판의 애노드 활물질은 무정형 탄소로 코팅된 흑연이다.
본 출원에 있어서, 본 출원에 따른 높은 용량을 갖는 리튬인산철 캐소드 활물질과 정합하기 위하여, 용량 발현이 350 mAh/g 이상이고 극판의 압연 밀도가 1.6 g/cm3 이상인 흑연 애노드를 제공하며, 흑연 표면에 무정형 탄소 코팅층이 배치되고, 본 출원에 따른 캐소드와 정합되는 리튬 이온 삽입(intercalation) 성능 및 높은 충전창을 갖고 있다.
본 출원에 따른 리튬 이온 전지에 있어서, 상기 애노드 집전체는 금속박 시트 또는 복합 집전체를 사용할 수 있다. 예를 들어, 금속박 시트로서는 동박을 사용할 수 있다. 복합 집전체는 고분자 물질 기재 및 고분자 물질 기재의 적어도 일면에 형성된 금속층을 포함할 수 있다. 복합 집전체는 금속 물질(구리, 구리 합금, 니켈, 니켈 합금, 티타늄, 티타늄 합금, 은 및 은 합금 등)을 고분자 물질 기재(예: 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT), 폴리스티렌(PS), 폴리에틸렌(PE) 등과 같은 기재)에 형성함으로써 형성될 수 있지만, 본 출원은 이러한 물질에 한정되지 않는다.
본 출원에 따른 애노드 극판에 있어서, 상기 애노드 필름층은 일반적으로 애노드 활물질, 및 선택적인 바인더, 선택적인 전도제와 기타 선택적인 보조제를 포함하고, 일반적으로 애노드 슬러리를 도포하고 건조시켜 형성된 것이다. 애노드 슬러리는 일반적으로 애노드 활물질, 및 선택적인 전도제와 바인더 등을 용매에 분산시키고 균일하게 교반하여 형성된 것이다. 용매는 N-메틸-피롤리돈(NMP) 또는 탈이온수일 수 있다.
예로는, 전도제는 초전도성 카본, 아세틸렌 블랙, 카본 블랙, 케첸 블랙, 카본 도트, 카본 나노튜브, 그래핀 및 카본 나노파이버에서 선택된 하나 이상일 수 있다.
본 출원에 따른 애노드 극판에 있어서, 상기 애노드 필름층은 애노드 활물질 이외에, 일반적으로 사용되는 다른 애노드 활물질을 선택적으로 포함할 수 있짜, 예를 들어, 일반적으로 사용되는 다른 애노드 활물질로서는 인조 흑연, 천연 흑연, 소프트 카본, 하드 카본, 실리콘계 물질, 주석계 물질, 및 티탄산리튬 등을 들 수 있다. 상기 실리콘계 물질은 원소 규소, 규소-산소 화합물, 규소-탄소 복합물, 규소-질소 복합물, 및 규소 합금에서 선택된 하나 이상일 수 있다. 상기 주석계 물질은 원소 주석, 주석 산화물 화합물 및 주석 합금에서 선택된 하나 이상일 수 있다.
[전해질]
전해질은 캐소드 극판과 애노드 극판 사이에서 이온을 전도하는 역할을 한다. 본 출원에서 전해질의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 수요에 따라 선택될 수 있다. 예를 들어, 전해질은 고상 전해질 또는 액상 전해질(즉, 전해액)에서 선택된 적어도 하나일 수 있다.
일부 구현예에 있어서, 상기 전해질은 전해액을 사용한다. 상기 전해액은 전해질 염 및 용매를 포함한다.
일부 구현예에 있어서, 전해질 염은 리튬헥사플루오로포스페이트(LiPF6), 리튬 테트라플루오로보레이트(LiBF4), 과염소산리튬(LiClO4), 리튬 헥사플루오로아세네이트(LiAsF6), 리튬 비스플루오로술포닐이미드(LiFSI), 리튬 비스(트리플루오로메탄술포닐)이미드(LiTFSI), 리튬 트리플루오로-메탄설포네이트(LiTFS), 리튬 디플로로(옥살레이트)보레이트(LiDFOB), 리튬 비스(옥살레이토)보레이트(LiBOB), 리튬 디플루오로포스페이트(LiPO2F2), 리튬 디플루오로 옥살레이트 포스페이트(LiDFOP) 및 리튬 테트라플루 오로(옥살라토)포스페이트(LiTFOP)에서 선택된 하나 이상일 수 있다.
일부 구현예에 있어서, 용매는 에틸렌 카보네이트(EC), 프로필렌 카보네이트(PC), 메틸에틸카보네이트(EMC), 디에틸 카보네이트(DEC), 디메틸 카보네이트(DMC), 디프로필 카보네이트(DPC), 로필 메틸 카보네이트(MPC), 에틸 프로필 카보네이트(EPC), 부틸렌 카보네이트(BC), 플루오로에틸렌 카보네이트(FEC), 메틸 포메이트(MF), 메틸 아세테이트(MA), 에틸 아세테이트(EA), 프로필 아세테이트(PA), 메틸 프로피오네이트(MP), 에틸 프로피오네이트(EP), 프로필 프로피오네이트(PP), 메틸 부티레이트(MB), 에틸 부티레이트(EB), 1,4-부티로락톤(GBL), 술포란(SF), 디메틸술폰(MSM), 메틸에틸술폰(EMS) 및 디에틸술폰(ESE)에서 선택된 하나 이상일 수 있다.
일부 구현예에 있어서, 상기 전해액에는 선택적으로 첨가제가 더 포함된다. 예를 들어, 첨가제는 애노드 필름 형성용 첨가제를 포함할 수도 있고, 캐소드 呵 형성용 첨가제를 포함할 수도 있으며, 그리고 전지 과충전 성능 개선용 첨가제, 전지 고온 성능 개선용 첨가제, 및 전지 저온 성능 개선용 첨가제 등과 같은 전지의 어떤 성능을 개선할 수 있는 첨가제 등을 더 포함할 수 있다.
일부 구현예에 있어서, 선택적으로, 본 출원의 전해액은 본 출원의 캐소드 극판, 애노드 극판과 정합되도록 13 mS/cm 이상의 전도성을 갖는다.
[세퍼레이터]
전해액을 사용하는 리튬 이온 전지 및 고상 전해질을 사용하는 일부 리튬 이온 전지에는 세퍼레이터가 더 포함된다. 세퍼레이터는 캐소드 극판과 애노드 극판 사이에 배치되고 격리 역할을 한다. 본 출원에서 세퍼레이터의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 화학적 안정성 및 기계적 안정성이 우수한 공지된 임의의 다공성 구조의 세퍼레이터를 선택하여 사용할 수 있다. 일부 구현예에 있어서, 세퍼레이터의 재질은 유리 섬유, 부직포, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 폴리비닐리덴플루오라이드에서 선택된 하나 이상일 수 있다. 세퍼레이터는 단층 필름일 수도 있고 다층 복합 필름일 수도 있으며, 특별히 제한되지 않는다. 세퍼레이터가 다층 복합 필름인 경우, 각 층의 물질은 동일하거나 상이할 수 있으며, 특별히 제한되지 않는다.
[리튬 이온 전지]
일부 구현예에 있어서, 캐소드 극판, 애노드 극판 및 세퍼레이터는 권취 공정 또는 적층 공정에 의해 전극 조립체로 제조될 수 있고, 상기 캐소드 극판은 본 출원에 따른 탄소 코팅 리튬인산철을 포함한다.
일부 구현예에 있어서, 리튬 이온 전지는 외부 패키지를 포함할 수 있다. 이 외부 패키지는 상술한 전극 조립체 및 전해질을 패키징하는 데 사용될 수 있다.
일부 구현예에 있어서, 리튬 이온 전지의 외부 패키지는 경질 플라스틱 케이스, 알루미늄 케이스, 스틸 케이스 등과 같은 하드 케이스일 수 있다. 리튬 이온 전지의 외부 패키지는 파우치형 소프트 패키지와 같은 소프트 패키지일 수도 있다. 소프트 패키지의 재질은 플라스틱일 수 있고, 플라스틱으로서는, 폴리프로필렌(PP), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT), 및 폴리부틸렌 숙시네이트(PBS) 등을 들 수 있다.
본 출원에서 리튬 이온 전지의 형상은 특별히 제한되지 않으며, 원통형, 사각형 또는 기타 임의의 형상일 수 있다. 예를 들어, 도 2는 일 예로서 사각형 구조의 리튬 이온 전지(5)가 도시되었다.
일부 구현예에 있어서, 도 3을 참조하면, 외부 패키지는 하우징(51) 및 커버(53)를 포함할 수 있다. 여기서, 하우징(51)은 바닥판 및 바닥판에 연결된 측판을 포함할 수 있고, 바닥판과 측판에 의해 둘러싸인 수용 챔버를 형성한다. 하우징(51)은 수용 챔버와 연통된 개구를 구비하고, 커버(53)는 상기 수용 챔버를 폐쇄하도록 상기 개구에 덮여 설치될 수 있다. 캐소드 극판, 애노드 극판 및 세퍼레이터는 권취 공정 또는 적층 공정에 의해 전극 조립체(52)를 형성할 수 있다. 전극 조립체(52)는 상기 수용 챔버에 패키징되어 있다. 전해액은 전극 조립체(52)에 침투되어 있다. 리튬 이온 전지(5)에 포함된 전극 조립체(52)의 수는 하나 또는 복수일 수 있으며, 당업자에 의해 구체적인 수요에 따라 선택될 수 있다.
[전지 모듈]
일부 구현예에 있어서, 리튬 이온 전지는 전지 모듈로 조립될 수 있고, 전지 모듈에 포함된 리튬 이온 전지의 수는 하나 또는 복수일 수 있으며, 구체적인 수는 당업자에 의해 전지 모듈의 용도와 용량에 따라 선택될 수 있다.
도 4는 일 예로서 전지 모듈(4)이 도시된다. 도 4를 참조하면, 전지 모듈(4)에는 복수의 리튬 이온 전지(5)가 전지 모듈(4)의 길이 방향을 따라 순차적으로 배치될 수 있다. 물론, 다른 임의의 방식으로 배치될 수도 있다. 더욱이 복수의 리튬 이온 전지(5)는 체결 부재에 의해 고정될 수 있다.
선택적으로, 전지 모듈(4)은 수용 공간을 구비하는 하우징을 더 포함할 수 있고, 복수의 리튬 이온 전지(5)는 이 수용 공간에 수용되어 있다.
[전지 팩]
일부 구현예에 있어서, 상술한 전지 모듈은 전지 팩으로 조립될 수 있고, 전지 팩에 포함된 전지 모듈의 수는 당업자에 의해 전지 팩의 용도와 용량에 따라 선택될 수 있다.
도 5 및 도 6은 일 예로서 전지 팩(1)이 도시된다. 도 5 및 도 6을 참조하면, 전지 팩(1)에는 전지 케이스 및 전지 케이스 내에 설치된 복수의 전지 모듈(4)이 포함될 수 있다. 전지 케이스는 상부 케이스(2) 및 하부 케이스(3)를 포함하고, 상부 케이스(2)는 하부 케이스(3)에 덮여 설치되고 전지 모듈(4)이 수용되는 밀폐 공간을 형성할 수 있다. 복수의 전지 모듈(4)은 임의의 방식으로 전지 케이스에 배치될 수 있다.
[전기 장치]
또한, 본 출원은 본 출원에 따른 리튬 이온 전지, 전지 모듈, 또는 전지 팩 중 하나 이상을 포함하는 전기 장치를 제공한다. 상기 리튬 이온 전지, 전지 모듈, 또는 전지 팩은 상기 장치의 전원으로 사용될 수도 있고, 상기 장치의 에너지 저장 유닛으로 사용될 수도 있다. 상기 장치는 모바일 장치(예: 휴대폰, 노트북 등), 전기 차량(예: 순수 전기 자동차, 하이브리드 전기 자동차, 플러그인 하이브리드 전기 자동차, 전기 자전거, 전기 스쿠터, 전기 골프 카트, 전기 트럭 등), 전기 기차, 선박 및 위성, 에너지 저장 시스템 등 일 수 있지만, 이에 한정되지 않는다.
상기 전기 장치로서는, 사용 수요에 따라 리튬 이온 전지, 전지 모듈 또는 전지 팩을 선택할 수 있다.
도 7은 일 예로서 장치가 도시된다. 이 장치는 순수 전기 자동차, 하이브리드 전기 자동차, 또는 플러그인 하이브리드 전기 자동차 등이다. 이 장치가 리튬 이온 전지에 대한 고전력 및 고에너지 밀도 등 수요를 충족시키기 위해 전지 팩 또는 전지 모듈을 사용할 수 있다.
다른 예로서, 장치는 휴대폰, 태블릿, 노트북 등일 수 있다. 이 장치는 일반적으로 경량화 및 박형화가 요구되고 있어서 리튬 이온 전지를 전원으로 사용할 수 있다.
실시예
이하, 본 출원의 실시예에 대하여 설명하기로 한다. 후술하는 실시예는 예시적인 것으로, 단지 본 출원을 해석하기 위해 사용된 것이며 본 출원을 제한하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 실시예에 있어서, 구체 기술이나 조건이 표시되지 않는 경우 본 분야의 문헌에 기재된 기술이나 조건, 또는 제품 사양에 따른다. 사용된 시약이나 기구에는 제조사 표시가 없는 경우 본 기술분야에서 일반적으로 사용되고 시중에서 구할 수 있는 일반 제품이다. 본 발명의 실시예에 있어서, 각 성분의 함량은 특별히 명시되지 않는 한 질량 기준으로 계산된 것이다.
실시예
실시예 1-1
[캐소드 활물질인 탄소 코팅 리튬인산철의 제조]
리튬인산철 기재의 제조: 인산철, 탄산리튬, 산화티타늄을 원료로, 몰비가 FePO4:Li2CO3:TiO2=0.996:0.498:0.004인 화학양론비에 따라, 인산철, 탄산리튬, 산화티타늄을 혼합하고, 탄소 소스 및 환원제인 글루코오스 및 폴리에틸렌 글리콜(글루코오스와 폴리에틸렌 글리콜의 질량비가 1:1이고, 탄소 소스 투입양이 원료 전체 질량의 6%임)을 첨가한 후, 용매인 물을 첨가하여 습식 연마를 수행하여 혼합 슬러리를 획득하고, 획득된 슬러리를 분무 건조한 후, 건조된 생성물을 롤러로에 넣어 공기와 차단된 상태에서 500℃에서 20시간 동안 소성하고, 재료 온도를 80℃ 미만의 온도까지 자연 냉각시킨 후, 재료를 배출하여 소성물을 획득하고, 소성물을 파쇄하여 스크리닝, 탈자를 거쳐 약 0.3%의 탄소 원소가 혼합된 리튬인산철 기재 LiFe0.998Ti0.002PO4를 획득하였다.
탄소 코팅: 상기 기재를 롤러로에 넣고 질소 분위기에서 소성하면서 탄소 소스 아세톤 용액을 소성로에 분사하여 770℃의 항온에서 10시간 동안 소성하였다. 재료를 80℃ 미만의 온도까지 자연 냉각시킨 후, 재료를 배출하고, 추가로 에어 제트밀을 이용하여 분쇄하여 실시예 1-1의 탄소 코팅 리튬인산철을 획득하였다.
[캐소드 극판]
상기 탄소 코팅 리튬인산철 캐소드 활물질, 바인더인 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 전도제인 아세틸렌 블랙을 96.5:2.0:1.5의 질량비로 혼합하고, N-메틸-피롤리돈(NMP) 용매를 첨가하여 균질된 캐소드 슬러리를 형성하고, 이 슬러리를 두께 13μm의 탄소 도포 알루미늄박에 26 mg/cm2의 도포면 밀도로 도포한 후, 건조, 냉간 압연, 절단을 거쳐 본 출원의 실시예 1-1의 캐소드 극판을 획득하였다.
[애노드 극판]
애노드 활물질인 흑연, 증점제인 나트륨 카르복시메틸 셀룰로오스, 바인더인 스티렌 부타디엔 고무, 전도제인 아세틸렌 블랙을 97:1:1:1의 질량비로 혼합하여, 탈이온수를 첨가하고, 진공 믹서로 교반하여 애노드 슬러리를 획득한 후, 애노드 슬러리를 두께 8μm의 동박에 균일하게 도포하고, 건조 후 냉간 압연, 절단을 거쳐 애노드 극판을 획득하고, 본 출원의 실시예 1-1의 애노드 극판을 획득하였다.
[전해액]
용매인 에틸렌 카보네이트(EC) 및 디메틸 카보네이트(DMC)를 30:70의 질량비로 혼합하여, 완전히 용해시킨 후 LiPF6을 첨가하고, 그 다음 비닐렌 카보네이트(VC) 및 플루오로에틸렌 카보네이트(FEC)를 첨가하여 균일하게 혼합한 후 LiPF6 농도가 1 mol/L이고, 비닐렌 카보네이트(VC) 및 플루오로에틸렌 카보네이트(FEC)의 질량 함량이 각각 3%인 전해액을 획득하였다.
[세퍼레이터]
두께가 12μm인 폴리프로필렌 세퍼레이터를 사용하였다.
[리튬 이온 전지의 제조]
극판을 110℃의 고온 오븐에 넣고 7시간 동안 베이킹하여 극판의 수분을 제거하고, 세퍼레이터가 캐소드 극판과 애노드 극판 사이에 개재하여 격리 역할을 하도록 캐소드 극판, 세퍼레이터, 애노드 극판을 순서대로 적층하고, 그 다음 사각형 형태로 권취하여 베어셀을 형성하고, 베어셀을 알루미늄-플라스틱 필름에 넣고 해당 비수 전해액을 주입하여 밀봉하고 방치, 열간 압연 및 냉간 압연, 포메이션(formation), 클램프 성형, 용량 그레이딩 등 공정을 거쳐 본 출원의 실시예 1-1의 리튬 이온 전지를 획득하였다.
실시예 1-2
"탄소 코팅" 단계에서 항온 소성 온도가 780℃인 것을 제외하면 다른 단계는 실시예 1-1과 동일하게 수행하였다.
실시예 1-3
"탄소 코팅" 단계를 제외하면 다른 단계는 실시예 1-1과 동일하게 수행하였다.
실시예 1-3의 "탄소 코팅" 단계는 실시예 1-3의 리튬인산철 기재를 롤러로에 넣고 질소 분위기에서 소성하면서 아세톤 용액을 분사하여 550℃의 항온에서 10시간 동안 소성하고, 재료를 80℃ 미만의 온도까지 자연 냉각시킨 후 재료를 배출하고, 분쇄, 스크리닝을 거친 다음, 생성물을 다시 롤러로에 넣고 다시 아세톤 용액을 분사하여 770℃의 항온에서 10시간 동안 소성하고, 재료를 80℃ 미만의 온도까지 자연 냉각시킨 후 재료를 배출하였다. 2차 소성된 생성물을 에어 제트밀에 의해 분쇄한 후, 실시예 1-3의 탄소 코팅 리튬인산철을 획득하였다.
실시예 1-4
"탄소 코팅" 단계에서 2차 항온 소성 온도가 780℃인 것을 제외하면 다른 단계는 실시예 1-3과 동일하게 수행하였다.
실시예 1-5
"탄소 코팅" 단계에서 2차 항온 소성 온도가 790℃인 것을 제외하면 다른 단계는 실시예 1-3과 동일하게 수행하였다.
실시예 1-6
"탄소 코팅" 단계에서 1차 항온 소성 온도가 600℃이고, 2차 항온 소성 온도가 770℃인 것을 제외하면 다른 단계는 실시예 1-3과 동일하게 수행하였다.
실시예 1-7
"탄소 코팅" 단계에서 2차 항온 소성 온도가 780℃인 것을 제외하면 다른 단계는 실시예 1-6과 동일하게 수행하였다.
실시예 1-8
"탄소 코팅" 단계에서 2차 항온 소성 온도가 790℃인 것을 제외하면 다른 단계는 실시예 1-6과 동일하게 수행하였다.
비교예 1
"탄소 코팅" 단계에서 항온 소성 온도가 750℃인 것을 제외하면 다른 단계는 실시예 1-1과 동일하게 수행하였다.
비교예 2
일반적 소성: 인산철, 탄산리튬, 산화티타늄을 원료로, 몰비가 FePO4:Li2CO3:TiO2=0.996:0.498:0.004인 화학양론비에 따라, 인산철, 탄산리튬, 산화티타늄을 혼합하고 탄소 소스인 글루코오스 및 폴리에틸렌 글리콜(글루코오스와 폴리에틸렌 글리콜의 질량비가 1:1이고, 탄소 소스 투입양이 원료 전체 질량의 6%임)을 첨가한 후, 용매인 물을 첨가하여 습식 연마를 수행하여 혼합 슬러리를 획득하고, 획득된 슬러리를 분무 건조한 후, 건조된 생성물을 롤러로에 넣어 공기와 차단된 상태에서750℃에서 10시간 동안 소성하고, 재료 온도를 80℃ 미만의 온도까지 자연 냉각시킨 후, 재료를 배출하여 소성물을 획득하고, 소성물을 파쇄하여 스크리닝, 탈자를 거쳐 비교예 2의 리튬인산철을 획득하였다.
비교예 3
"탄소 코팅" 단계에서 1차 항온 소성 온도가 650℃이고, 2차 항온 소성 온도가 830℃인 것을 제외하면 다른 단계는 실시예 1-6과 동일하게 수행하였다.
실시예 2-1
"기재의 제조" 단계에서 탄소 소스의 투입량이 원재료 전체 질량의 4%로 감소하고, "탄소 코팅" 단계에서 항온 소성 온도가 800℃이고 항온 소성 시간이 13시간인 것을 제외하면 다른 단계는 실시예 1-1과 동일하게 수행하였다. 기재에 혼합된 탄소는 약 0.15%이었다.
실시예 2-2
"기재의 제조" 단계에서 탄소 소스의 투입량이 원재료 전체 질량의 5%로 감소하고, "탄소 코팅" 단계에서 1차 항온 소성 온도가 600℃이고, 2차 항온 소성 온도가 800℃인 것을 제외하면 다른 단계는 실시예 1-3과 동일하게 수행하였다.
실시예 2-3
"기재의 제조" 단계에서 탄소 소스의 투입량이 원재료 전체 질량의 6%이고, "탄소 코팅" 단계에서 1차 항온 소성 온도가 600℃이고, 2차 항온 소성 온도가 780℃인 것을 제외하면 다른 단계는 실시예 2-2와 동일하게 수행하였다.
실시예 2-4
"기재의 제조" 단계에서 탄소 소스의 투입량이 원재료 전체 질량의 7%로 향상하고, "탄소 코팅" 단계에서 1차 항온 소성 온도가 550℃이고, 2차 항온 소성 온도가 800℃인 것을 제외하면 다른 단계는 실시예 2-3과 동일하게 수행하였다.
실시예 2-5
"기재의 제조" 단계에서 탄소 소스의 투입량이 원재료 전체 질량의 8%로 향상하고, "탄소 코팅" 단계에서 1차 항온 소성 온도가 550℃이고, 2차 항온 소성 온도가 780℃인 것을 제외하면 다른 단계는 실시예 2-4와 동일하게 수행하였다.
비교예 4
"기재의 제조" 단계에서 탄소 소스의 투입량이 원재료 전체 질량의 3%로 감소하고, "탄소 코팅" 단계에서 항온 소성 온도가 830℃이고 항온 소성 시간이 15시간인 것을 제외하면 다른 단계는 실시예 2-1과 동일하게 수행하였다.
비교예 5
"기재의 제조" 단계에서 탄소 소스의 투입량이 원재료 전체 질량의 10%로 향상하고, "탄소 코팅" 단계에서 1차 항온 소성 온도가 550℃이고, 2차 항온 소성 온도가 770℃인 것을 제외하면 다른 단계는 실시예 2-5와 동일하게 수행하였다.
비교예 6
"기재의 제조" 단계에서 탄소 소스의 투입량이 원재료 전체 질량의 15%로 향상한 것을 제외하면 다른 단계는 비교예 5와 동일하게 수행하였다.
실시예 3-1
"기재의 제조" 단계에서 탄소 소스의 투입량이 원재료 전체 질량의 5%이고, "탄소 코팅" 단계에서 1차 항온 소성 온도가 620℃이고(항온 소성 시간 12h), 2차 항온 소성 온도가 820℃(항온 소성 시간 12h)인 것을 제외하면 다른 단계는 실시예 2-5와 동일하게 수행하였다.
실시예 3-2
"기재의 제조" 단계에서 탄소 소스의 투입량이 원재료 전체 질량의 6%이고, "탄소 코팅" 단계에서 1차 항온 소성 온도가 600℃이고(항온 소성 시간 10h), 2차 항온 소성 온도가 780℃(항온 소성 시간 10h)인 것을 제외하면 다른 단계는 실시예 3-1과 동일하게 수행하였다.
실시예 3-3
"기재의 제조" 단계에서 탄소 소스의 투입량이 원재료 전체 질량의 8%이고, "탄소 코팅" 단계에서 1차 항온 소성 온도가 600℃이고(항온 소성 시간 10h), 2차 소성 온도가 780℃(항온 소성 시간 10h)인 것을 제외하면 다른 단계는 실시예 3-2와 동일하게 수행하였다.
비교예 7
"기재의 제조" 단계에서 탄소 소스의 투입량이 원재료 전체 질량의 3%이고, "탄소 코팅" 단계에서 1차 항온 소성 온도가 650℃이고(항온 소성 시간 10h), 2차 소성 온도가 830℃(항온 소성 시간 12h)인 것을 제외하면 다른 단계는 실시예 3-1과 동일하게 수행하였다.
비교예 8
"기재의 제조" 단계에서 탄소 소스의 투입량이 원재료 전체 질량의 12%이고, "탄소 코팅" 단계에서 1차 항온 소성 온도가 600℃이고(항온 소성 시간 10h), 2차 소성 온도가 780℃(항온 소성 시간 10h)인 것을 제외하면 다른 단계는 비교예 7과 동일하게 수행하였다.
실시예 4-1
"탄소 코팅" 단계에서 1차 항온 소성 온도가 550℃이고(항온 소성 시간 10h), 2차 소성 온도가 790℃(항온 소성 시간 15h)인 것을 제외하면 다른 단계는 실시예 2-3과 동일하게 수행하였다. 실시예 4-1에서 최종적으로 획득된 탄소 코팅 리튬인산철 캐소드 활물질의 부피 평균 입경(Dv50)은 530nm이었다.
실시예 4-2 내지 실시예4-7
최종적으로 획득된 탄소 코팅 리튬인산철 캐소드 활물질의 부피 평균 입경(Dv50)은 각각 840nm, 1170nm, 1430nm, 1820nm, 3520nm, 5070nm이었고, 에어 제트밀의 분급 레벨을 조절함으로써, Dv50이 다른 리튬인산철 캐소드 활물질을 획득하였다.
비교예 9
"항온 소성" 단계에서 항온 소성 온도가 750℃인 것을 제외하면 다른 단계는 실시예 1-1과 동일하게 수행하였다.
실시예 5-1
"기재의 제조" 단계에서 탄소 소스의 투입량이 원재료 전체 질량의 8%이고, "탄소 코팅" 단계에서 항온 소성 온도가 750℃(항온 소성 시간 10h)인 것을 제외하면 다른 단계는 실시예 1-1과 동일하게 수행하였다.
실시예 5-2
"기재의 제조" 단계에서 탄소 소스의 투입량이 원재료 전체 질량의 6%이고, "탄소 코팅" 단계에서 1차 항온 소성 온도가 550℃이고(항온 소성 시간 10h), 2차 항온 소성 온도가 790℃(항온 소성 시간 10h)인 것을 제외하면 다른 단계는 실시예 2-2와 동일하게 수행하였다.
실시예 5-3
"기재의 제조" 단계에서 탄소 소스의 투입량이 원재료 전체 질량의 5%이고, "탄소 코팅" 단계에서 1차 항온 소성 온도가 600℃이고(항온 소성 시간 10h), 2차 항온 소성 온도가 830℃(항온 소성 시간 14h)인 것을 제외하면 다른 단계는 실시예 5-3과 동일하게 수행하였다.
비교예 10
"기재의 제조" 단계는 비교예 7과 동일하고, 차이점은 "탄소 코팅" 단계에 있다. 구체적인 "탄소 코팅" 단계는 다음과 같다.
비교예 10의 리튬인산철 기재를 롤러로에 넣고 질소 분위기에서 소성하면서 아세톤 용액을 분사하여 600℃의 항온에서 10시간 동안 소성하고, 재료를 80℃ 미만의 온도까지 자연 냉각시킨 후 재료를 배출하고, 분쇄, 스크리닝을 거친 다음, 생성물을 다시 롤러로에 넣고 다시 아세톤 용액을 분사하여 650℃의 항온에서 10시간 동안 소성하고, 생성물을 80℃ 미만의 온도까지 자연 냉각시킨 후 재료를 배출하고, 분쇄, 스크리닝을 거친 다음, 생성물을 다시 롤러로에 넣고 3차로 아세톤 용액을 분사하여 830℃의 항온에서 10시간 동안 소성하고, 생성물을 80℃ 미만의 온도까지 자연 냉각시킨 후 재료를 배출하였다. 3차로 소성된 생성물을 에어 제트밀에 의해 분쇄한 후, 비교예 10의 리튬인산철 캐소드 활물질을 획득하였다.
상술한 실시예 및 비교예의 리튬인산철 캐소드 활물질은 비표면적, 부피 평균 입경(Dv50), 탄소 함량, 극판 탈수 효율, 분말 압연 밀도, 및 극판 탈수 효율, 전지의 에너지 밀도, 전지의 사이클 유지율 등 데이터가 표 1~표 5에 나타내었다.
[리튬인산철 캐소드 활물질 관련 파라미터 테스트]
1. 평균 입경(D)
본 출원에 사용된 X선 분말 회절계는 미국의 X'pert PRO이다. 평균 입경(D)의 상세한 테스트 과정은 다음과 같다.
1) 측정 대상 시료의 실측 폭(Bm)의 측정. 기기의 스캔 속도를 2도/분으로 설정하여 측정 대상 시료의 XRD 스펙트럼을 얻었다. JADE 소프트웨어를 이용하여 Cu Kα2 배경을 빼어 각 회절 피크의 Bm을 얻었다.
2) 계측기에 의해 확장된 피크 선폭(Bs)의 측정. 재질이 측정 대상 시료와 동일하고, 결정 입도가 5~20μm인 표준시료를 사용하여 측정 대상 시료와 동일한 실험조건에서 표준 시료의 XRD 스펙트럼을 측정하여 이 스펙트럼으로부터 Bs를 얻었다.
3) 반치폭(B)의 계산. B=Bm-Bs. (참고: 산출된 B의 단위는 각도이면, 호도(弧度)으로 변환해야 함)
4) 평균 입경(D)의 계산. Scherrer 공식 D=Kλ/Bcosθ(여기서, K는 0.89이고, θ는 회절각이며, λ=0.154056nm)를 사용하여 B를 공식에 대입하면 단일 회절 피크로 표시되는 결정면 법선 방향으로의 결정 입자 두께(D')를 획득할 수 있다. 복수의 회절 피크를 이용하여 각각 D'를 계산하고, 평균값을 산출하여 입자의 평균 입경(D)을 획득하였다.
2. 주사 전자 현미경(Scanning Electron Microscope, SEM)
모든 실시예 및 비교예의 리튬인산철 캐소드 활물질을 ZEISS sigma 300 주사 전자 현미경으로 측정한 후, JY/T010-1996 표준에 따라 시료의 모습을 관찰하였다.
여기서, 본 출원에 따른 리튬인산철 기재의 형상은 반드시 완벽한 구형일 필요가 없고, 1차 입자인 불규칙한 형상일 수도 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 출원에 의해 제조된 탄소 코팅 리튬인산철 캐소드 활물질의 형상도 반드시 구형일 필요가 없고, 불규칙한 형상일 수도 있음에 유의해야 한다.
3. 투과 전자 현미경(Transmission Electron Microscope, TEM)
모든 실시예 및 비교예의 리튬인산철 캐소드 활물질을 JEOL2010 투과 전자 현미경으로 측정하였다. 테스트 기준: GB/T 34002-2017.
4. 분말 압연 밀도
모든 실시예 및 비교예의 리튬인산철 캐소드 활물질 1g을 각각 칭량하여 원통형 금형에 넣고, 금형의 원형 구멍의 단면적은 S이었다. 금형 안의 분말에 3t의 압력을 가하고 30초 동안 압력을 유지하여 분말의 두께를 t로 기록하였다. 그러면, 모든 실시예 및 모든 비교예에 각각 대응하는 리튬인산철 캐소드 활물질의 분말 압연 밀도(ρ)는 ρ=m/(S×t) 식에 의해 산출될 수 있었다.
5. 극판 압연 밀도
실시예 및 비교예의 극판을 길이 1000mm의 필름 시트로 절단하고, 알루미늄박이 신장성을 가지고 있기 때문에 필름 시트의 길이가 1006mm로 되도록 일정한 압력으로 극판을 압연하였다. 그런 다음 필름 시트에 1540.25mm2의 작은 디스크를 펀칭하고 작은 디스크의 무게(M)와 두께(L)를 측정하였다. 순수한 알루미늄박을 1540.25mm2의 작은 디스크로 펀칭하고 빈 알루미늄박의 질량(M0)을 칭량하면, 모든 실시예 및 모든 비교예에 각각 대응하는 캐소드 극판의 압연 밀도는 하기 공식에 의해 산출될 수 있었다.
PD=(M-M0)/1.54025/2/L
6. 탄소 함량의 테스트
상기와 같은 모든 실시예 및 비교예의 캐소드 활물질을 고주파 유도로에서 연소시킨 후 적외선 흡수법에 의해 탄소 함량을 측정하였고, 세부 테스트 프로세스는 표준 GB/T 20123-2006/ISO 15350:2000(고주파 유도로 연소 후 적외선 흡수 방법에 의한 강철의 총 탄소 및 황 함량 측정)에 의해 Dekai HCS 적외선 탄소 황 분석기와 같은 탄소 및 황 분석기를 이용하여 편리하게 측정하였다.
7. 비표면적의 테스트
실시예 및 비교예 관련 비표면적 파라미터는 미국 Mack Corporation의 3 Flex 비표면적 분석기로 테스트되었다. 본 출원에 있어서, 기공 직경이 0.5nm-100nm인 기공 구조의 비표면적(BET2)은 T-Plot 방법에 의해 피팅되어 얻었고, BET2는 리튬인산철 물질에서 미세기공(micropore), 메조 기공(mesopore), 마크로 기공(macropore)의 표면적의 합을 반영하였으며, BET1은 T-Plot 방법을 사용하여 기공 직경이 2.0nm 이상 100nm 이하인 메조 기공 및 마크로 기공 구조의 비표면적이었다.
8. 분말 비저항
상기와 같은 모든 실시예 및 비교예의 캐소드 활물질의 분말 비저항은 표준 GB/T 30835-2014에 의해 분말 저항 시험기(ST2722)를 이용하여 측정하였다.
9. 극판 탈수 효율
실시예 및 비교예의 리튬인산철 캐소드 활물질, 바인더인 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 전도제인 아세틸렌 블랙을 96.5:2.0:1.5의 질량비로 혼합하고, N-메틸-피롤리돈(NMP) 용매를 적정량으로 첨가하여 충분히 교반하여 혼합하고, 균질된 캐소드 슬러리를 형성하고, 이 슬러리를 두께 13μm의 캐소드 집전체의 탄소 도포 알루미늄박에 26 mg/cm2의 도포면 밀도로 도포한 후, 건조, 냉간 압연, 절단을 거쳐 캐소드 극판을 획득하였다. 극판 접시를 수분 함량 50%의 습도 환경에 놓고 24시간 동안 방치하여 거의 포화될 때까지 수분을 흡수하고, 펀칭 장비를 사용하여 직경 1.4cm의 작은 디스크를 펀칭한 다음 약 0.5cm × 0.5cm 크기의 작은 조각을 절단하여 수분 계측기에 넣고 수분 함량이 A ppm로 테스트되었다. 그 후, 나머지 극판을 진공오븐에 넣고, 이 과정에서 극판이 수분을 흡수하여 분리되지 않도록 비닐봉지로 밀봉하며, 110℃에서 7시간 동안 건조하고, 그 다음 마찬가지로 작은 조각으로 펀칭하고 절단하여 측정하고, 수분 함량은 B ppm이고 물질 탈수율은 W=(A-B)/420ppm/min이었다.
10. 부피 평균 입경(Dv50)
입자군에는 전체 부피의 50%를 차지하고 특정 D 값보다 큰 직경을 가진 입자가 있고, 또한 전체 부피의 50%를 차지하고 이 D 값보다 작은 직경을 가진 다른 입자가 있으면 이 D 값은 입자 입경의 중앙값이었다.
장비 모델: Malvern 2000(MasterSizer 2000) 레이저 입도 분석기, 참조 표준 프로세스: GB/T19077-2016/ISO 13320:2009, 세부 테스트 프로세스: 실시예 및 비교예의 리튬인산철 캐소드 활물질을 적절량으로 사용하여, 탈이온수(시료 농도는 8-12% 차광도가 보장되어야 함) 20ml를 첨가하면서 시료가 완전히 분산되도록 5분 동안 초음파 분산(53KHz/120W)시키고, 그 다음 GB/T19077-2016/ISO 13320:2009 규격에 따라 실시예 및 비교예의 시료를 측정하였다. 측정 데이터에 따라 입도 부피 분포도 및 입도 수 분포도를 작성하였다. 이 분포도에서 알 수 있듯이 전체 부피의 50%를 차지하고 특정 D 값보다 큰 직경을 가진 입자가 있고, 또한 전체 부피의 50%를 차지하고 이 D 값보다 작은 직경을 가진 다른 입자가 있으며 이 D 값은 입자 입경의 중앙값이었다
11. 흑연화도
흑연화도 테스트는 라만 분광기를 이용하여 특정하였다. 사용된 라만 분광기는 프랑스 HORIBA Jobin Yvon의 차세대 고해상도 라만 분광기이고 모델은 LabRAM HR Evolution이며 사용된 광원의 파장은 532nm이다. 750-2000cm-1 범위의 스펙트럼을 절취하여 배경을 뺀 다음, 하기의 가우스 함수에 의해 피팅하였다. Ai, vi 및 wi는 각각 피크 세기, 피크 위치 및 피크 폭이다. 탄소 코팅층에 대응하는 2개의 피크는 4개의 피크로 피팅될 수 있으며, 해당 피크 세기는 각각 D2, D1, D3 및 G로 표기하면 흑연화도는 G/(D3+G)이었다
[전지 성능 테스트]
1. 에너지 밀도 테스트 방법
모든 실시예 및 비교예의 리튬 이온 전지를 25℃의 오븐에 넣고, 2시간 동안 방치한 후 충방전 테스트를 수행하였다. 일회의 충방전 과정은 1C의 전류로 3.65V까지 정전류 충전하고, 그 다음 전류가 0.05C 미만이 될 때까지 정전압 충전하고, 5분 동안 일시 중지한 후 1C의 전류로 2.0V까지 정전류 방전하고, 5분 동안 일시 중지하였다. 이상은 일회의 전지 충방전사이클이다. 셀 질량 대비 에너지 밀도(Wh/kg)=셋 번째 방전의 에너지 / 전지의 리튬인산철 활물질 질량이다.
2. 사이클 성능 테스트
모든 실시예 및 비교예의 리튬 이온 전지를 60℃의 오븐에 넣고, 2시간 동안 방치한 후 충방전 테스트를 수행하였다. 일회의 충방전 사이클 과정은 1C의 전류로 3.65V까지 정전류 충전하고, 그 다음 전류가 0.05C 미만이 될 때까지 정전압 충전하며, 5분 동안 일시 중지한 후 1C의 전류로 2.5V까지 정전류 방전하고, 5분 동안 일시 중지하였다. 이상은 일회의 전지 충방전 사이클이며, 전지 용량이 초기값의 80%까지 감쇄될 때까지 지속적으로 반복하여 시이클의 횟수를 기록하였다.
순번 탄소 코팅 처리 리튬인산철 캐소드 활물질 성능 파라미터
탄소 총 함량/% BET1/m2/g BET2/m2/g η 캐소드 극판 탈수 효율(ppm/min) 사이클 용량 유지율(%) 에너지 밀도(Wh/kg)
S1-1 1차 탄소 분사, 770℃, 10h 1.282 9.08 11.20 0.811 7.8 73.3 ≥160
S1-2 1차 탄소 분사, 780℃, 10h 1.216 8.86 10.60 0.836 8.5 76.4 ≥170
S1-3 2차 탄소 분사, 550+770℃, 각각 10h 1.197 7.05 8.19 0.861 9.7 82.8 ≥180
S1-4 2차 탄소 분사, 550+780℃, 각각 10h 1.056 6.68 7.48 0.893 10.9 84.6 ≥180
S1-5 2차 탄소 분사, 550+790℃, 각각 10h 0.966 6.56 7.16 0.916 11.6 85.6 ≥190
S1-6 2차 탄소 분사, 600+770℃, 각각 10h 0.903 6.46 7.01 0.922 12.1 83.6 ≥190
S1-7 2차 탄소 분사, 600+780℃, 각각 10h 0.734 5.95 6.40 0.929 12.9 87.3 ≥180
S1-8 2차 탄소 분사, 600+790℃, 각각 10h 0.654 5.82 6.20 0.939 13.5 81.0 ≥170
D1 1차 탄소 분사, 750℃, 10h 1.282 9.38 11.80 0.795 7.5 80.1 ≥170
D2 일반적 소성, 탄소 코팅 없음 1.271 9.86 12.80 0.770 6.8 82.5 ≥190
D3 2차 탄소 분사, 650+830℃, 각 10h 0.582 4.84 5.01 0.966 15.5 72.1 ≥150
표 1: 실시예 및 비교예의 리튬 이온 전지 관련 파라미터
순번 각 경우의 처리 수단 리튬인산철 캐소드 활물질 성능 파라미터
기재 제조 과정에서 탄소 소스 투입양/% 탄소 코팅의 주요 공정 파라미터 탄소 총 함량/% BET1
/m2/g		 BET2
/m2/g		 η 캐소드 극판 탈수 효율(ppm/min) 사이클 용량 유지율(%) 에너지 밀도(Wh/kg)
S2-1 4% 1차 탄소 분사, 800℃, 13h 0.70 5.87 6.24 0.940 12.2 85.5 ≥160
S2-2 5% 2차 탄소 분사, 600+800℃, 각 10h 0.82 6.11 6.62 0.923 11.7 84.1 ≥170
S2-3 6% 2차 탄소 분사, 600+780℃, 각 10h 0.95 7.23 8.02 0.901 10.5 84.8 ≥190
S2-4 7% 2차 탄소 분사, 550+800℃, 각 10h 1.12 6.99 7.97 0.877 10.2 86.0 ≥190
S2-5 8% 2차 탄소 분사, 550+780℃, 각 10h 1.30 8.81 10.75 0.819 8.3 85.6 ≥180
D4 3% 1차 탄소 분사, 830℃, 15h 0.55 5.12 5.28 0.970 14.6 71.7 ≥150
D5 10% 2차 탄소 분사, 550+770℃, 각 10h 1.60 12.50 16.50 0.758 5.4 75.5 ≥170
D6 15% 2차 탄소 분사, 550+770℃, 각 10h 2.00 13.50 19.30 0.700 3.6 70.1 ≥150
표 2: 실시예 및 비교예의 리튬 이온 전지 관련 파라미터
순번 탄소 코팅의 주요 공정 파라미터 리튬인산철 캐소드 활물질 성능 파라미터
탄소 총 함량/% 탄소 코팅층 두께 H/nm 평균 입경D/nm H/D 값 BET1
/m2/g		 BET2/m2/g η 극판 탈수 효율(ppm/min) 사이클 용량 유지율(%) 에너지 밀도(Wh/kg)
D7 2차 탄소 분사, 650+830℃, 10h+12h 0.65 4.1 490 0.008 4.95 5.07 0.976 15.3 69.8 ≥150
S3-1 2차 탄소 분사, 620+820℃, 12h+12h 0.83 5.2 365 0.014 5.88 6.26 0.939 12.4 78.7 ≥170
S3-2 2차 탄소 분사, 600+780℃, 10h+10h 0.916 6.2 234 0.026 6.93 7.57 0.915 11.6 85.6 ≥190
S3-3 2차 탄소 분사, 600+780℃, 10h+10h 1.56 7.7 211 0.036 8.58 10.43 0.822 8.1 83.2 ≥180
D8 2차 탄소 분사, 600+780℃, 10h+10h 2.0 8.9 185 0.056 13.0 16.8 0.774 5.2 73.9 ≥160
표 3: 실시예 및 비교예의 리튬 이온 전지 관련 파라미터
순번 예별 처리 수단 리튬인산철 캐소드 활물질 성능 파라미터
탄소 총 함량/% 부피 평균 입경(Dv50)/nm BET1
/m2/g		 BET2/m2/g η 극판 탈수 효율(ppm/min) 사이클 용량 유지율(%) 분말 압연 밀도/ g/cm3 극판압연 밀도/ g/cm3 에너지 밀도(Wh/kg)
S4-1 기재 제조 과정에서 탄소 소스 투입양 6%,
2차 탄소 분사, 550+790℃, 10h+15h		 0.90 530 9.09 11.18 0.813 7.4 82.9 2.64 2.65 ≥190
S4-2 840 8.06 9.95 0.810 8.7 84.3 2.61 2.64 ≥190
S4-3 1170 7.28 8.01 0.909 8.8 85.3 2.57 2.62 ≥190
S4-4 1430 6.66 7.28 0.915 11.6 85.6 2.55 2.60 ≥190
S4-5 1820 6.04 6.55 0.922 12.4 85.9 2.47 2.49 ≥180
S4-6 3520 5.18 5.58 0.928 14.4 87.8 2.40 2.35 ≥170
S4-7 5070 4.56 4.89 0.933 15.1 88.7 2.35 2.32 ≥170
표 4: 실시예 및 비교예의 리튬 이온 전지 관련 파라미터
순번 탄소 코팅 처리수단 리튬인산철 캐소드 활물질 성능 파라미터
탄소 총 함량/% 흑연화도 BET1
/m2/g		 BET2/m2/g η 분말 비저항 /Ω·m 극판 탈수 효율(ppm/min) 사이클 용량 유지율(%) 에너지 밀도(Wh/kg)
D9 일반적 소성, 탄소 코팅 없음 1.46 0.097 11.86 16.7 0.710 33.2 5.3 70.2 ≥160
S5-1 1차 탄소 분사, 750℃, 10h 1.40 0.155 9.58 12.6 0.760 11.1 7.1 78.2 ≥170
S5-2 2차 탄소 분사, 550+790℃, 10h+10h 0.95 0.255 6.63 7.25 0.914 18.5 10.6 85.6 ≥190
S5-3 2차 탄소 분사,
600+830℃, 10h+14h		 0.89 0.300 6.17 6.55 0.942 9.8 11.9 80.1 ≥180
D10 3차 탄소 분사, 600℃+650℃+830℃, 10h+10h+10h 0.82 0.437 5.88 6.00 0.979 3.5 13.9 77.3 ≥170
표 5: 실시예 및 비교예의 리튬 이온 전지 관련 파라미터
표 1에 따르면, S1-1 내지 S1-8과 D1 내지 D3을 종합적으로 비교하면, η가 0.81~0.95(S1-1 내지 S1-8)인 경우, 해당 극판 탈수율은 D1 내지 D3보다 현저히 우수하고, 동시에 해당 리튬 이온 전지는 우수한 사이클 용량 유지율과 높은 에너지 밀도를 가지며, 나아가, η가 0.82~0.93 (S1-2 내지 S1-7)인 경우, 해당 극판 탈수율은 더 좋고 동시에 해당 리튬 이온 전지의 사이클 성능과 에너지 밀도도 더 좋으며, 더 나아가, η가 0.88~0.92(S1-4 내지 S1-6)인 경우, 해당 극판 탈수율은 더 좋고 동시에 해당 리튬 이온 전지의 사이클 성능 및 에너지 밀도도 더 좋으며 리튬 이온 전지의 종합적인 성능은 우수하였다. 그러나, 비교예 D1 내지 D3은 우수한 탈수율, 높은 사이클 용량 유지율 및 높은 에너지 밀도를 동시에 겸비할 수 없었다.
표 2에 따르면, S2-1 내지 S2-5와 D4 내지 D6을 종합적으로 비교하면, 0.81≤η≤0.95이고 탄소 함량이 0.82%~1.3%인 경우, 리튬 이온 전지는 우수한 극판 탈수율, 우수한 사이클 용량 유지율 및 높은 에너지 밀도를 겸비하며, 나아가, 탄소 함량이 0.9%~1.3%인 경우, 해당 극판 탈수율은 더 좋고 동시에 해당 리튬 이온 전지의 사이클 성능과 에너지 밀도도 더 좋으며, 더 나아가, 탄소 함량이 0.9%~1.1%인 경우, 해당 극판 탈수 탈수율은 더 좋고 동시에 해당 리튬 이온 전지의 사이클 성능 및 에너지 밀도도 더 좋으며 리튬 이온 전지의 종합적인 성능은 더 우수하였다. 그러나, D4 내지 D6은 우수한 탈수율, 높은 사이클 용량 유지율 및 높은 에너지 밀도를 동시에 겸비할 수 없었다.
표 3에 따르면, S3-1 내지 S3-3과 D7 내지 D8을 종합적으로 비교하면, 0.81≤η≤0.95이고 H/D가 0.01~0.04인 경우, 리튬 이온 전지는 우수한 극판 탈수율, 좋은 사이클 용량 유지율 및 높은 에너지 밀도를 겸비하였다. 그러나, D7 내지 D8은 우수한 탈수율, 높은 사이클 용량 유지율 및 높은 에너지 밀도를 동시에 겸비할 수 없었다.
표 4에 따르면, S4-1 내지 S4-7을 종합적으로 비교하면, 0.81≤η≤0.95이고 530nm≤Dv50≤5070nm인 경우, 리튬 이온 전지는 우수한 극판 탈수율, 우수한 사이클 용량 유지율 및 높은 에너지 밀도를 가지며, 나아가, 1170nm≤Dv50≤1820nm인 경우, 해당 극판 탈수율은 더 좋고 동시에 해당 리튬 이온 전지의 사이클 성능과 에너지 밀도도 더 좋으며, 리튬 이온 전지의 종합적인 성능이 더 우수하였다.
표 5에 따르면, S5-1 내지 S5-3과 D9 내지 D10을 종합적으로 비교하면, 캐소드 활물질의 흑연화도가 0.15~0.32인 경우, 리튬 이온 전지는 좋은 극판 탈수율, 우수한 사이클 용량 유지율 및 높은 에너지 밀도를 가지며, 나아가, 탄소 코팅층의 흑연화도가 0.19~0.26인 경우, 해당 극판 탈수율은 더 좋고 동시에 해당 리튬 이온 전지의 사이클 성능과 에너지 밀도도 더 좋으며, 리튬 이온 전지의 종합적인 성능은 더 우수하였다. 그러나, 비교예 D9 내지 D10은 우수한 탈수율, 높은 사이클 용량 유지율 및 높은 에너지 밀도를 동시에 겸비할 수 없었다.
1: 전지 팩
2: 상부 케이스
3: 하부 케이스
4: 전지 모듈
5: 리튬 이온 전지
51: 하우징
52: 전극 조립체
53: 상단 커버 조립체

Claims (19)

  1. 탄소 코팅 리튬인산철 캐소드 활물질에 있어서,
    상기 캐소드 활물질은 리튬인산철 기재; 및 상기 기재의 표면에 위치한 탄소 코팅층;을 포함하고,
    상기 리튬인산철 기재는 구조식 LiFe1-aMaPO4를 가지고, 여기서, M은 Cu, Mn, Cr, Zn, Pb, Ca, Co, Ni, Sr, Nb 및 Ti에서 선택된 하나 이상이고, 0≤a≤0.01이며,
    상기 리튬인산철 기재에는 탄소가 혼합되어 있고,
    탄소 코팅 리튬인산철 물질의 탄소 코팅 인자 η=이고, 여기서, BET1은 탄소 코팅 리튬인산철에서 메조 기공과 마크로 기공 구조의 비표면적이고, BET2는 상기 탄소 코팅 리튬인산철의 전체 비표면적이며, 상기 η는 0.81≤η≤0.95를 충족하는 것을 특징으로 하는 탄소 코팅 리튬인산철 캐소드 활물질.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 η는 0.85≤η≤0.93인 것을 특징으로 하는 캐소드 활물질.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 BET1의 수치 범위는 5.5~9.5m2/g이고, 상기 BET2의 수치 범위는 6.0~11.5m2/g인 것을 특징으로 하는 캐소드 활물질.
  4. 제1 항에 있어서,
    탄소 조성은 상기 탄소 코팅 리튬인산철의 전체 질량의 0.7%~1.3%인 것을 특징으로 하는 캐소드 활물질.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 탄소 코팅층의 두께(H)와 상기 탄소 코팅 리튬인산철의 평균 입경(D)의 비율(H/D)은 0.01~0.04인 것을 특징으로 하는 캐소드 활물질.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 탄소 코팅 리튬인산철의 부피 평균 입경(Dv50)은 840nm≤Dv50≤3570nm를 충족하는 것을 특징으로 하는 캐소드 활물질.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 탄소 코팅 리튬인산철의 분말 압연 밀도는 2.35g/cm3 ~2.64g/cm3 인 것을 특징으로 하는 캐소드 활물질.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 탄소 코팅 리튬인산철의 흑연화도는 0.15~0.32인 것을 특징으로 하는 캐소드 활물질.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 탄소 코팅 리튬인산철의 분말 비저항은 20~60Ω·m 인 것을 특징으로 하는 캐소드 활물질.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 리튬인산철 기재에는 상기 리튬인산철 기재의 질량을 기준으로 0.1% 내지 0.5%의 탄소가 혼합되는 것을 특징으로 하는 캐소드 활물질.
  11. 제1 항에 따른 캐소드 활물질을 제조하는 방법에 있어서,
    리튬인산철 기재를 제공하는 단계;
    상기 리튬인산철 기재에 탄소를 코팅하여 탄소 코팅 리튬인산철 캐소드 활물질을 획득하는 단계;를 포함하고,
    상기 캐소드 활물질은 리튬인산철 기재 및 상기 기재의 표면에 위치한 탄소 코팅층을 포함하고, 상기 리튬인산철 기재는 구조식 LiFe1-aMaPO4를 가지고, 여기서, M은 Cu, Mn, Cr, Zn, Pb, Ca, Co, Ni, Sr, Nb 및 Ti에서 선택된 하나 이상이고, 0≤a≤0.01이며,
    상기 리튬인산철 기재에는 탄소가 혼합되어 있고,
    탄소 코팅 리튬인산철 물질의 탄소 코팅 인자 η=이고, 여기서, BET1은 탄소 코팅 리튬인산철에서 메조 기공과 마크로 기공 구조의 비표면적이고, BET2는 상기 탄소 코팅 리튬인산철의 전체 비표면적이며, η는 0.81≤η≤0.95를 충족하는 캐소드 활물질의 제조 방법.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 리튬인산철 기재에는 상기 리튬인산철 기재의 질량을 기준으로 0.1% 내지 0.5%의 탄소가 혼합되는, 캐소드 활물질의 제조 방법.
  13. 캐소드 집전체; 및 상기 캐소드 집전체의 적어도 일면에 배치되고 제1 항 내지 제10 항 중 어느 한 항에 따른 캐소드 활물질 또는 제11 항 내지 제12 항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 제조된 캐소드 활물질;을 포함하는 리튬 이온 전지의 캐소드 극판.
  14. 삭제
  15. 캐소드 극판 및 애노드 극판을 포함한 리튬 이온 전지에 있어서,
    상기 캐소드 극판은 캐소드 집전체; 및 상기 캐소드 집전체의 적어도 일면에 배치되고 제1 항 내지 제10 항 중 어느 한 항에 따른 캐소드 활물질 또는 제11 항 내지 제12 항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 제조된 캐소드 활물질;을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이온 전지.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 캐소드 극판의 극판 압연 밀도는 2.35~2.65 g/cm3 이고, 상기 애노드 극판의 애노드 활물질은 무정형 탄소로 코팅된 흑연인 것을 특징으로 하는 리튬 이온 전지.
  17. 제15 항에 따른 리튬 이온 전지를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  18. 제17 항에 따른 전지 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지 팩.
  19. 제18 항에 따른 전지 팩을 포함하고, 리튬 이온 전지, 전지 모듈 또는 상기 전지 팩은 전원 또는 에너지 저장 유닛으로 사용되는 것을 특징으로 하는 전기 장치.
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