KR102610290B1 - 리튬이차전지 분리막 코팅제용 고비표면적 보헤마이트 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
마이크로웨이브 합성법을 이용하여 중공 미세구(Hollow microsphere) 형태의 고비표면적 보헤마이트를 제조하는 것에 의해, 전지 성능을 향상시킨 리튬이차전지 분리막 코팅제용 고비표면적 보헤마이트 및 그 제조 방법에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 리튬이차전지 분리막 코팅제용 고비표면적 보헤마이트 제조 방법은 (a) 우레아, 알루미늄염 및 질산화합물 용액을 혼합하고, 교반하여 혼합 용액을 형성하는 단계; (b) 상기 혼합 용액에 마이크로웨이브를 조사하는 마이크로웨이브 합성을 실시하여 합성물을 형성하는 단계; 및 (c) 상기 합성물을 원심분리기로 세척하고, 건조하여 중공 미세구(Hollow microsphere) 형태의 보헤마이트 분말을 수득하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 리튬이차전지 분리막 코팅제용 고비표면적 보헤마이트 제조 방법은 (a) 우레아, 알루미늄염 및 질산화합물 용액을 혼합하고, 교반하여 혼합 용액을 형성하는 단계; (b) 상기 혼합 용액에 마이크로웨이브를 조사하는 마이크로웨이브 합성을 실시하여 합성물을 형성하는 단계; 및 (c) 상기 합성물을 원심분리기로 세척하고, 건조하여 중공 미세구(Hollow microsphere) 형태의 보헤마이트 분말을 수득하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 리튬이차전지 분리막 코팅제용 고비표면적 보헤마이트 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 마이크로웨이브 합성법을 이용하여 중공 미세구(Hollow microsphere) 형태의 고비표면적 보헤마이트를 제조하는 것에 의해, 전지 성능을 향상시킨 리튬이차전지 분리막 코팅제용 고비표면적 보헤마이트 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
리튬이차전지는 전기 자동차와 에너지 저장 장치 등으로 활용 범위가 확대됨에 따라 점차 대용량, 고출력 및 고안전성에 대한 요구가 있어 왔으며, 중대형 리튬이차전지로 적용하기 위해 내열성을 향상시키려는 노력이 활발히 진행되고 있다.
이러한 리튬이차전지는 양극, 음극, 분리막 및 전해질로 구성된다. 이 중, 분리막은 양극과 음극 사이에서 전기적인 단락을 방지하는데 핵심적인 역할을 하고 있다. 아울러, 분리막은 이차전지의 안전성을 확보하는 동시에 리튬이온의 이동을 용이하게 하는 매우 중요한 구성요소이다.
이러한 분리막은 기계적 강도 및 화학적 안전성 등 여러 가지 장점을 가지고 있는 폴리올레핀(Polyolefine)계 소재가 주로 사용되고 있으며, 특히 폴리올레핀(Polyolefine)계 중에서 폴리에틸렌(Polyethylene; PE)과 폴리프로필렌(Polypropylene; PP)이 주로 사용되고 있다.
이러한 리튬이차전지용 분리막은 그 내부에 리튬의 이동을 원활하게 할 수 있는 무수히 많은 미세 기공(Micro pore)들이 형성되어 있어 기공의 크기와 분포율을 제어하는 것에 리튬이차전지의 성능 및 안정성이 좌우된다.
이와 같이, 리튬이차전지는 고용량화 및 고출력화에 따라 전지의 안전성 향상에 대한 요구가 커지고 있다. 리튬이차전지는 과충방전, 외부충격 과열 등 여러 요인에 의해 분리막에 변형이 일어나고, 열 폭주(thermal runaway)가 진행되어 자발적으로 발열반응이 일어나 발화, 폭발 등이 발생할 수 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 최근에는 리튬이차전지용 분리막의 표면에 세라믹 재질의 리튬이차전지용 분리막용 코팅제를 코팅하여 보완하고자 하는 연구가 활발히 진행되고 있다.
관련 선행 문헌으로는 대한민국 공개특허공보 제10-2011-0116489호(2011.10.26. 공개)가 있으며, 상기 문헌에는 금속산화물 초극세 섬유-기반 내열성 복합 분리막 및 이를 이용한 이차전지가 기재되어 있다.
본 발명의 목적은 마이크로웨이브 합성법을 이용하여 중공 미세구(Hollow microsphere) 형태의 고비표면적 보헤마이트를 제조하는 것에 의해, 전지 성능을 향상시킨 리튬이차전지 분리막 코팅제용 고비표면적 보헤마이트 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 리튬이차전지 분리막 코팅제용 고비표면적 보헤마이트 제조 방법은 (a) 우레아 용액, 알루미늄염 용액 및 질산화합물 용액을 혼합하고, 교반하여 혼합 용액을 형성하는 단계; (b) 상기 혼합 용액에 마이크로웨이브를 조사하는 마이크로웨이브 합성을 실시하여 합성물을 형성하는 단계; 및 (c) 상기 합성물을 원심분리기로 세척한 후, 건조하여 중공 미세구(Hollow microsphere) 형태의 보헤마이트 분말을 수득하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 (a) 단계에서, 상기 우레아 용액의 농도는 0.05 ~ 0.2M인 것이 바람직하다.
아울러, 상기 질산화합물 용액의 농도는 0.03 ~ 0.06M인 것이 바람직하다.
상기 질산화합물은 질산알루미늄(Al(NO3)3)인 것이 바람직하다.
상기 알루미늄염 용액의 농도는 0.001 ~ 0.05M인 것이 바람직하다.
상기 알루미늄염 용액의 농도는 0.02 ~ 0.04M인 것이 보다 바람직하다.
여기서, 상기 알루미늄염은 황산알루미늄칼륨(AlK(SO4)2), 황산수소알루미늄(Al(HSO4)3), 아황산알루미늄(Al2(SO3)3) 및 아황산알루미늄(Al2(SO3)3) 중 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 (a) 단계에서, 상기 교반은 500 ~ 2,000rpm의 속도로 1 ~ 60분 동안 실시하는 것이 바람직하다.
상기 (b) 단계에서, 상기 마이크로웨이브 합성은 180 ~ 220℃에서 10 ~ 60분 동안 실시한다.
상기 (b) 단계에서, 상기 마이크로웨이브 합성은 350psi 이하의 압력에서 1,400 ~ 1,800W의 출력전력 조건으로 실시한다.
상기 (c) 단계에서, 상기 건조는 80 ~ 120℃에서 10 ~ 30시간 동안 실시한다.
상기 (c) 단계에서, 상기 보헤마이트 분말은 1 ~ 10㎛의 평균 입경을 갖는다.
상기 (c) 단계에서, 상기 보헤마이트 분말은 50 ~ 500㎡/g의 비표면적을 갖는다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 리튬이차전지 분리막 코팅제용 고비표면적 보헤마이트는 리튬이차전지의 열적안정성을 개선하기 위해, 상기 리튬이차전지의 분리막 표면에 코팅되는 리튬이차전지 분리막 코팅제용 고비표면적 보헤마이트로서, 중심부에 구형의 입자가 없는 속이 빈 중공 미세구(Hollow microsphere) 형태로 이루어지며, 1 ~ 10㎛의 평균입도를 갖는 것을 특징으로 한다.
상기 고비표면적 보헤마이트는 50 ~ 500㎡/g의 비표면적을 갖는다.
보다 바람직하게, 상기 고비표면적 보헤마이트는 150 ~ 300㎡/g의 비표면적을 갖는다.
본 발명에 따른 리튬이차전지 분리막 코팅제용 고비표면적 보헤마이트 및 그 제조 방법은 마이크로웨이브 합성법을 이용하여 중공 미세구(Hollow microsphere) 형태를 갖는 고비표면적 보헤마이트를 제조하는 것에 의해, 리튬이차전지의 분리막에 대한 열적안정성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 전기화학적 성능을 개선할 수 있게 된다.
이 결과, 본 발명에 따른 방법으로 제조된 리튬이차전지 분리막 코팅제용 고비표면적 보헤마이트는 1 ~ 10㎛의 평균 입경을 갖도록 입도를 미세화함으로써, 리튬이차전지 분리막 코팅제로 활용시 균일한 코팅이 가능하도록 하여 리튬이차전지의 열안정성을 개선시킬 수 있음과 동시에 분리막의 젖음성 향상 및 전해질 함침량 증가로 전지 성능을 향상시킬 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 리튬이온전지 분리막 코팅제용 고비표면적 보헤마이트 제조 방법을 나타낸 공정 순서도.
도 2는 원료 혼합 과정을 설명하기 위한 모식도.
도 3은 실시예 1에 따라 제조된 보헤마이트 분말을 촬영하여 나타낸 SEM 사진.
도 4는 실시예 1에 따라 제조된 보헤마이트 분말에 대한 XRD 측정 결과를 나타낸 그래프.
도 5는 실시예 1 및 비교예 1에 따라 제조된 리튬이차전지에 대한 전기화학성능 평가 결과를 나타낸 그래프.
도 2는 원료 혼합 과정을 설명하기 위한 모식도.
도 3은 실시예 1에 따라 제조된 보헤마이트 분말을 촬영하여 나타낸 SEM 사진.
도 4는 실시예 1에 따라 제조된 보헤마이트 분말에 대한 XRD 측정 결과를 나타낸 그래프.
도 5는 실시예 1 및 비교예 1에 따라 제조된 리튬이차전지에 대한 전기화학성능 평가 결과를 나타낸 그래프.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 리튬이차전지 분리막 코팅제용 고비표면적 보헤마이트 및 그 제조 방법에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 리튬이온전지 분리막 코팅제용 고비표면적 보헤마이트 제조 방법을 나타낸 공정 순서도이고, 도 2는 원료 혼합 과정을 설명하기 위한 모식도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 리튬이온전지 분리막 코팅제용 고비표면적 보헤마이트 제조 방법은 원료 혼합 단계(S110), 합성 단계(S120)와 세척 및 건조 단계(S130)를 포함한다.
원료 혼합
원료 혼합 단계(S110)에서는 출발원료인 우레아 용액, 알루미늄염 용액 및 질산화합물 용액을 혼합하고, 교반하여 혼합 용액을 형성한다.
여기서, 우레아 용액의 농도는 0.05 ~ 0.2M인 것이 바람직하고, 질산화합물 용액의 농도는 0.03 ~ 0.06M인 것이 바람직하다. 이러한 질산화합물은 질산알루미늄(Al(NO3)3)인 것이 바람직하다.
아울러, 이러한 알루미늄염 용액은 그 농도가 증가할수록 최종적으로 제조되는 보헤마이트 분말의 비표면적 값이 증가하는 경향을 나타내는 것을 실험을 통하여 확인하였다. 다만, 알루미늄염 용액의 농도가 0.001M 미만일 경우에는 비표면적 증가 효과가 미미하였고, 알루미늄염 용액의 농도가 0.05M를 초과할 경우에는 환경 오염 문제를 야기할 수 있으므로, 바람직하지 못하다. 따라서, 알루미늄염 용액의 농도는 0.001 ~ 0.05M인 것이 바람직하다. 가장 바람직하게, 알루미늄염 용액의 농도는 0.02 ~ 0.04M인 것이 좋다.
여기서, 알루미늄염은 황산알루미늄칼륨(AlK(SO4)2), 황산수소알루미늄(Al(HSO4)3), 아황산알루미늄(Al2(SO3)3) 및 아황산알루미늄(Al2(SO3)3) 중 선택된 1종 이상을 포함할 수 있으며, 이 중 황산알루미늄칼륨(AlK(SO4)2)를 이용하는 것이 보다 바람직하다.
이러한 혼합 단계(S110)에 대해서는 도 2를 함께 참조하여 보다 구체적으로 설명하도록 한다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 혼합 단계(S110)에서는 출발원료인 우레아 용액, 알루미늄염 용액 및 질산화합물 용액을 혼합 용기(10) 내에 투입한 후, 교반기(20)를 이용하여 출원원료가 잘 섞이도록 교반하여 혼합 용액(5)을 형성하게 된다.
교반은 500 ~ 2,000rpm의 속도로 1 ~ 60분 동안 실시하는 것이 바람직하다. 교반 속도가 500rpm 미만이거나, 교반 시간이 1분 미만일 경우에는 우레아 용액, 알루미늄염 용액 및 질산화합물 용액이 균일하게 혼합되지 못할 우려가 있다. 반대로, 교반 속도가 2,000rpm을 초과하거나, 교반 시간이 60분을 초과할 경우에는 더 이상의 효과 없이 제조 비용만을 상승시키는 요인으로 작용할 수 있으므로, 경제적이지 못하다.
또한, 교반시 초음파 팁(30)을 이용하여 25 ~ 35KHz의 주파수 및 5 ~ 10W 출력 전압 조건으로 초음파 처리를 함께 실시하는 것이 보다 바람직하다. 초음파 처리시, 주파수가 25KHz 미만이거나, 출력 전압이 5W 미만일 경우에는 분산성 향상 효과를 제대로 발휘하지 못할 우려가 있다. 반대로, 초음파 처리시, 주파수가 35KHz 이상이거나, 또는 출력 전압이 10W를 초과할 경우에는 과도한 초음파 인가로 인하여 출발원료 물질이 손상되는 문제를 야기할 수 있으므로, 바람직하지 못하다.
합성
합성 단계(S120)에서는 혼합 용액에 마이크로웨이브를 조사하는 마이크로웨이브 합성을 실시하여 합성물을 형성한다.
본 단계시, 합성은 혼합 용액을 마그네틱 바(magnetic bar)와 함께 마이크로웨이브 용기 내에 투입한 후, 마이크로웨이브를 조사하는 마이크로웨이브 합성법이 이용된다.
이러한 합성 단계(S120)시, 합성시간 5분 이하의 합성 초기에는 표면에너지를 낮추기 위해 표면적이 낮은 구형으로 합성물, 즉 보헤마이트(γ-AlOOH)가 형성된다. 이후, 합성 중기에는 우레아(CO(NH2)2)가 가수분해되고, 금속 및 하이드록실 이온 농도가 용해도보다 높은 구간이 발생하며, 구형 바깥으로 층상, 즉 섬유질 형태로 층이 형성된다. 이후, 합성 말기에는 우레아(Urea)의 가수분해가 끝난 후 오스트발트 숙성(Ostwald ripening)에 의해 크기가 작은 중심부의 구형입자가 용해되고 바깥으로 형성된 층은 계속해서 성장하게 되어, 결과적으로 중공 미세구(Hollow microsphere) 형태로 보헤마이트가 형성된다.
본 단계에서, 마이크로웨이브 합성은 180 ~ 220℃에서 10 ~ 60분 동안 실시하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 190 ~ 210℃에서 30 ~ 50분 동안 실시하는 것이 좋다.
마이크로웨이브 합성온도가 180℃ 미만이거나, 합성시간이 10분 미만일 경우에는 우레아의 가수분해가 끝나기 전에 합성이 완료되어 중공 미세구 형태의 보헤마이트가 형성되지 못할 우려가 있다. 반대로, 마이크로웨이브 합성온도가 220℃를 초과하거나, 합성시간이 60분을 초과할 경우에는 더 이상의 효과 상승 없이 제조 비용 및 시간만을 증가시키는 요인으로 작용하므로, 경제적이지 못하다.
또한, 마이크로웨이브 합성은 350psi 이하의 압력에서 1,400 ~ 1,800W의 출력전력 조건으로 실시하는 것이 바람직하다.
마이크로웨이브 합성시, 출력전력이 1,400W 미만일 경우에는 혼합 용액 내의 금속을 완벽하게 용해시키기 못할 우려가 있다. 반대로, 마이크로웨이브 합성시, 출력전력이 1,800W를 초과할 경우에는 더 이상의 효과 상승 없이 과도한 에너지만을 소비할 우려가 있으므로, 바람직하지 못하다.
세척 및 건조
세척 및 건조 단계(S130)에서는 합성물을 원심분리기로 세척하고, 건조하여 중공 미세구(Hollow microsphere) 형태의 보헤마이트 분말을 수득한다.
본 단계에서, 세척은 원심분리기를 이용하여 에탄올로 적어도 2회 이상 실시하는 것이 바람직하다.
아울러, 건조는 80 ~ 140℃에서 10 ~ 30시간 동안 실시하는 것이 바람직하다. 건조 온도가 80℃ 미만이거나, 건조 시간이 10시간 미만일 경우에는 충분한 건조가 이루어지지 않아 강도 확보에 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 건조 온도가 140℃를 초과하거나, 건조 시간이 30시간을 초과할 경우에는 더 이상이 효과 상승 없이 제조비용만을 상승시키는 요인으로 작용할 수 있으므로, 경제적이지 못하다.
이상으로, 본 발명의 실시예에 따른 리튬이차전지 분리막 코팅제용 고비표면적 보헤마이트 제조 방법이 종료될 수 있다.
상기의 과정(S110 ~ S130)에 의해 제조되는 본 발명의 실시예에 따른 리튬이차전지 분리막 코팅제용 고비표면적 보헤마이트는 리튬이차전지의 열적안정성을 개선하기 위해, 리튬이차전지의 분리막 표면에 코팅되는 리튬이차전지 분리막 코팅제용으로 사용된다.
이때, 본 발명의 실시예에 따른 리튬이차전지 분리막 코팅제용 고비표면적 보헤마이트는 중심부에 구형의 입자가 없는 속이 빈 중공 미세구(Hollow microsphere) 형태로 이루어지며, 1 ~ 10㎛의 평균입도를 갖는다.
아울러, 본 발명의 실시예에 따른 리튬이차전지 분리막 코팅제용 고비표면적 보헤마이트는 50 ~ 500㎡/g의 비표면적, 보다 바람직하게는 150 ~ 300㎡/g의 비표면적을 갖는다.
지금까지 살펴본 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 리튬이차전지 분리막 코팅제용 고비표면적 보헤마이트 및 그 제조 방법은 마이크로웨이브 합성법을 이용하여 중공 미세구(Hollow microsphere) 형태를 갖는 고비표면적 보헤마이트를 제조하는 것에 의해, 리튬이차전지의 분리막에 대한 열적안정성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 전기화학적 성능을 개선할 수 있게 된다.
이 결과, 본 발명의 실시예에 따른 방법으로 제조된 리튬이차전지 분리막 코팅제용 고비표면적 보헤마이트는 1 ~ 10㎛의 평균 입경을 갖도록 입도를 미세화함으로써, 리튬이차전지 분리막 코팅제로 활용시 균일한 코팅이 가능하도록 하여 리튬이차전지의 열안정성을 개선시킬 수 있음과 동시에 분리막의 젖음성 향상 및 전해질 함침량 증가로 전지 성능을 향상시킬 수 있게 된다.
실시예
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.
여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.
1. 보헤마이트 분말 제조
실시예 1
100ml 부피플라스크에 0.030M AlK(SO4)2ㆍ12H2O 용액, 0.045M Al(NO3)3ㆍ9H2O 용액 및 0.1M CO(NH2)2 용액을 첨가하고, 1,500rpm의 속도로 1시간 동안 교반하여 혼합 용액을 제조하였다.
다음으로, 위의 방법으로 제조된 혼합 용액 30ml와 마그네틱 바(magnetic bar)를 마이크로웨이브 용기에 함께 넣은 후, 200℃ 및 300psi의 압력 조건에서, 1,600W의 출력조건으로 40분 동안 마이크로웨이브를 조사하는 마이크로웨이브 합성을 실시하였다.
다음으로, 위의 방법으로 합성된 합성물을 원심분리기를 이용하여 3회 동안 에탄올로 세척한 후, 80℃에서 12시간 동안 건조하여 보헤마이트 분말을 제조하였다.
실시예 2
100ml 부피플라스크에 0.025M AlK(SO4)2ㆍ12H2O 용액, 0.045M Al(NO3)3ㆍ9H2O 용액 및 0.1M CO(NH2)2 용액을 첨가한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 보헤마이트 분말을 제조하였다.
실시예 3
100ml 부피플라스크에 0.005M AlK(SO4)2ㆍ12H2O 용액, 0.045M Al(NO3)3ㆍ9H2O 용액 및 0.1M CO(NH2)2 용액을 첨가한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 보헤마이트 분말을 제조하였다.
2. 리튬이차전지 제조
실시예 1
양극활물질로서 기능하는 NCM622 94wt%, 도전재인 카본블랙(Super-P) 3wt% 및 바인더인 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVdF) 3wt%가 혼합되어 있는 슬러리 두께 60㎛의 상용전극을 양극으로 활용하였다. 음극활물질로서 기능하는 그라파이트(Graphite) 91wt%, 도전재인 카본블랙(Super-P) 1wt% 및 바인더인 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVdF) 8wt%가 혼합되어 있는 슬러리 두께 60㎛의 상용전극을 음극으로 활용하였다.
양극 전극의 경우 120℃, 음극 전극의 경우 110℃에서 12시간 동안 건조하여 사용하였다. 분리막은 폴리에틸렌(Polyethylene; PE) 필름에 실시예 1에 따라 제조된 보헤마이트 분말을 코팅한 것을 이용하여 Pouch cell(3X4 Pouch cell)을 조립한 후, 전해액을 함침시켜 리튬이차전지를 제조하였다. 이때, 사용한 전해액은 리튬배터리용 전해액인 1 M LiPF6/EC/DME (1/1, v/v)이었다.
비교예 1
분리막으로 보헤마이트 분말을 코팅하지 않은 폴리에틸렌 필름을 이용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 리튬이차전지를 제조하였다.
3. 미세조직 관찰
도 3은 실시예 1에 따라 제조된 보헤마이트 분말을 촬영하여 나타낸 SEM 사진이고, 도 4는 실시예 1에 따라 제조된 보헤마이트 분말에 대한 XRD 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 실시예 1에 따라 제조된 보헤마이트 분말은 중심부에 구형의 입자가 없는 속이 빈 중공 구조로 이루어진 것을 확인할 수 있다.
이때, 실시예 1에 따라 제조된 보헤마이트 분말의 경우, 우레아(Urea)의 가수분해가 끝난 후 오스트발트 숙성(Ostwald ripening)에 의해 크기가 작은 중심부의 구형입자가 용해되고, 바깥으로 형성된 층이 계속해서 성장하게 되어 결과적으로 속이 빈 중공 미세구(Hollow microsphere) 형태로 형성된 것으로 판단된다.
아울러, 도 4에 도시된 바와 같이, 실시예 1에 따라 제조된 보헤마이트 분말은 보헤마이트(γ-AlOOH) 결정 피크가 확연히 관찰되는 것을 확인하였다.
4. 비표면적 평가
표 1은 실시예 1 ~ 3에 따라 제조된 보헤마이트 분말의 비표면적 측정 결과를 나타낸 것이다.
[표 1]
표 1에 도시된 바와 같이, 실시예 1 ~ 3에 따라 제조된 보헤마이트 분말은 목표값에 해당하는 50 ~ 500㎡/g의 비표면적을 갖는 것을 확인할 수 있다.
이때, AlK(SO4)2ㆍ12H2O의 농도가 증가할수록 비표면적 값이 증가하는 경향을 나타내었으며, AlK(SO4)2ㆍ12H2O의 농도가 0.030M로 가장 높은 실시예 1이 198.8㎡/g 로 가장 높은 비표면적 값을 나타내는 것을 확인하였다.
5. 전기화학성능 평가
도 5는 실시예 1 및 비교예 1에 따라 제조된 리튬이차전지에 대한 전기화학성능 평가 결과를 나타낸 그래프이다. 이때, 실시예 1 및 비교예 1에 따라 제조된 리튬이차전지에 대하여 정전류 충방전법(Galvanostatic Charge/Discharge test)을 진행하여 전기화학성능을 측정하였다. 이때, 측정을 위하여 사용된 장비는 Potentiostat(VSP, EC-Lab, France)이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 전기화학성능 측정 결과에서 알 수 있듯이, 실시예 1에 따라 제조된 리튬이차전지가 비교예 1에 따라 제조된 리튬이차전지에 비하여 비정전용량 값이 높게 측정된 것을 확인할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 기술자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형은 본 발명이 제공하는 기술 사상의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.
S110 : 원료 혼합 단계
S120 : 합성 단계
S130 : 세척 및 건조 단계
S120 : 합성 단계
S130 : 세척 및 건조 단계
Claims (16)
- (a) 우레아 용액, 알루미늄염 용액 및 질산화합물 용액을 혼합하고, 교반하여 혼합 용액을 형성하는 단계;
(b) 상기 혼합 용액에 마이크로웨이브를 조사하는 마이크로웨이브 합성을 실시하여 합성물을 형성하는 단계; 및
(c) 상기 합성물을 원심분리기로 세척한 후, 건조하여 중공 미세구(Hollow microsphere) 형태의 보헤마이트 분말을 수득하는 단계;를 포함하며,
상기 (a) 단계에서, 상기 교반은 500 ~ 2,000rpm의 속도로 1 ~ 60분 동안 실시하되, 상기 교반시 초음파 팁을 이용하여 25 ~ 35KHz의 주파수 및 5 ~ 10W 출력 전압 조건으로 초음파 처리를 함께 실시하고,
상기 (a) 단계에서, 상기 알루미늄염 용액의 농도는 0.03 ~ 0.04M이고,
상기 (c) 단계에서, 상기 보헤마이트 분말은 198.8 ~ 300㎡/g의 비표면적을 갖는 것을 특징으로 하는 리튬이차전지 분리막 코팅제용 고비표면적 보헤마이트 제조 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 (a) 단계에서,
상기 우레아 용액의 농도는
0.05 ~ 0.2M인 것을 특징으로 하는 리튬이차전지 분리막 코팅제용 고비표면적 보헤마이트 제조 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 질산화합물 용액의 농도는
0.03 ~ 0.06M인 것을 특징으로 하는 리튬이차전지 분리막 코팅제용 고비표면적 보헤마이트 제조 방법.
- 제3항에 있어서,
상기 질산화합물은
질산알루미늄(Al(NO3)3)인 것을 특징으로 하는 리튬이차전지 분리막 코팅제용 고비표면적 보헤마이트 제조 방법.
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 알루미늄염은
황산알루미늄칼륨(AlK(SO4)2), 황산수소알루미늄(Al(HSO4)3), 아황산알루미늄(Al2(SO3)3) 및 아황산알루미늄(Al2(SO3)3) 중 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬이차전지 분리막 코팅제용 고비표면적 보헤마이트 제조 방법.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 (b) 단계에서,
상기 마이크로웨이브 합성은
180 ~ 220℃에서 10 ~ 60분 동안 실시하는 것을 특징으로 하는 리튬이차전지 분리막 코팅제용 고비표면적 보헤마이트 제조 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 (b) 단계에서,
상기 마이크로웨이브 합성은
350psi 이하의 압력에서 1,400 ~ 1,800W의 출력전력 조건으로 실시하는 것을 특징으로 하는 리튬이차전지 분리막 코팅제용 고비표면적 보헤마이트 제조 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 (c) 단계에서,
상기 건조는
80 ~ 120℃에서 10 ~ 30시간 동안 실시하는 것을 특징으로 하는 리튬이차전지 분리막 코팅제용 고비표면적 보헤마이트 제조 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 (c) 단계에서,
상기 보헤마이트 분말은
1 ~ 10㎛의 평균 입경을 갖는 것을 특징으로 하는 리튬이차전지 분리막 코팅제용 고비표면적 보헤마이트 제조 방법.
- 삭제
- 리튬이차전지의 열적안정성을 개선하기 위해, 상기 리튬이차전지의 분리막 표면에 코팅되는 리튬이차전지 분리막 코팅제용 고비표면적 보헤마이트로서,
중심부에 구형의 입자가 없는 속이 빈 중공 미세구(Hollow microsphere) 형태로 이루어지며,
1 ~ 10㎛의 평균입도 및 198.8 ~ 300㎡/g의 비표면적을 갖는 것을 특징으로 하는 리튬이차전지 분리막 코팅제용 고비표면적 보헤마이트. - 삭제
- 삭제
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