KR20010002210A - Positive active material for secondary battery and method of preparing thereof - Google Patents
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Abstract
Description
산업상 이용 분야Industrial use field
본 발명은 리튬 이차 전지용 양극 활물질 및 그의 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 표면 일차 입자의 형상을 제어하여 고온 수명 특성이 향상된 리튬 이차 전지용 양극 활물질 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a cathode active material for a lithium secondary battery and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a cathode active material for a lithium secondary battery with improved temperature life characteristics by controlling the shape of surface primary particles of a cathode active material for a lithium secondary battery, and a method for manufacturing the same. will be.
종래의 기술Conventional technology
비디오 카메라, 휴대 전화, 퍼스널 컴퓨터 등의 코드리스 포터블 기기의 소형, 경량화 및 고 기능화가 진행됨에 따라, 그 구동용 전원으로서 쓰이는 전지에 대해서도 고 에너지 밀도화의 요망이 높아지고 있다. 특히, 충전 가능한 리튬 이차 전지는 높은 에너지 밀도를 기대하고 국내외에서 활발히 연구 개발이 진행되고 있다.As cordless portable devices such as video cameras, cellular phones, personal computers, and the like become smaller, lighter, and higher in functionality, demand for higher energy density is increasing for batteries used as driving power sources. In particular, the rechargeable lithium secondary battery is expected to have a high energy density, and research and development are being actively conducted at home and abroad.
일반적으로 전지는 망간 전지, 알칼리 전지, 수은 전지, 산화은 전지 등과 같이 일회용으로 사용하는 1차 전지와 납 축전지, 금속수소화물을 음극 활물질로 사용하는 Ni-MH(니켈-메탈하이드라이드) 전지, 니켈-카드뮴 전지와 리튬-금속 전지, 리튬-이온 전지 (LIB; Lithium Ion Battery), 리튬-폴리머 전지(LPB:Lithium Polymer Battery)와 같은 리튬군 전지 등과 같이 재충전하여 사용할 수 있는 이차 전지, 그리고 연료 전지, 태양 전지 등으로 구분할 수 있다.In general, batteries include primary batteries used for single use, such as manganese batteries, alkaline batteries, mercury batteries, and silver oxide batteries, Ni-MH (nickel-metal hydride) batteries using lead-acid batteries, and metal hydrides as negative active materials, and nickel Rechargeable secondary batteries such as cadmium batteries, lithium metal batteries, lithium ion batteries (LIB), lithium group batteries such as lithium polymer batteries (LPB), and fuel cells , Solar cells and the like.
이중 일차 전지는 용량이 적고, 수명이 짧으며, 재활용이 되지 않으므로 환경 오염을 일으키는 문제점이 있는데 반하여, 이차 전지는 재충전하여 사용할 수 있어 수명이 길며, 성능과 효율성 측면에서 우수하며, 폐기물의 발생도 적어 환경 보호 측면에서도 우수하다.The dual primary battery has a problem of causing environmental pollution because it has a small capacity, a short lifespan, and is not recycled, whereas a secondary battery can be recharged and used for a long time, has excellent performance and efficiency, and generates waste. It is also excellent in environmental protection.
리튬 이차 전지는 리튬 이온의 인터칼레이션(intercalation) 및 디인터칼레이션(deintercalation)이 가능한 물질을 음극 및 양극으로 사용하고, 상기 양극과 음극 사이에 리튬 이온의 이동이 가능한 유기 전해액 또는 폴리머 전해질을 충전시켜 제조하며, 리튬 이온이 상기 양극 및 음극에서 인터칼레이션/디인터칼레이션 될 때의 산화, 환원 반응에 의하여 전기적 에너지를 생성한다.Lithium secondary batteries use a material capable of intercalation and deintercalation of lithium ions as a negative electrode and a positive electrode, and an organic electrolyte or polymer electrolyte capable of moving lithium ions between the positive electrode and the negative electrode. It is prepared by charging, and produces electrical energy by oxidation and reduction reaction when lithium ions are intercalated / deintercalated in the positive electrode and the negative electrode.
리튬 이차 전지는 음극 재료(anode)로 리튬 금속이나 탄소 재료를 사용하고 있으며, 양극(cathode)재료로는 리튬 이온의 삽입과 탈리가 가능한 금속의 칼코겐화(chalcogenide) 화합물을 사용하고 있다. 음극 재료로 리튬 금속을 사용할 경우 덴드라이트(dendrite)상 리튬의 석출에 따른 폭발 위험성이 있고 리튬극의 충방전 효율이 낮다는 점에서 음극 재료로는 리튬 금속 대신 탄소 재료로 대체되어 가고 있다.Lithium secondary batteries use lithium metal or carbon as an anode material, and a chalcogenide compound of a metal capable of inserting and desorbing lithium ions is used as a cathode material. In the case of using lithium metal as a negative electrode material, there is a risk of explosion due to precipitation of lithium on a dendrite, and the charge and discharge efficiency of the lithium electrode is low, and thus the negative electrode material is being replaced with carbon material instead of lithium metal.
한편, 양극 재료로는 초기에는 크롬산화물, 이산화망간(MnO2)을 사용하였으나, 충ㆍ방전효율, 안전성 등에 문제가 있어 현재에는 LiCoO2, LiMn2O4, LiNi1-xCoxO2(0〈x〈1), LiMnO2 등의 복합 금속 산화물들이 연구되고 있다.On the other hand, chromium oxide and manganese dioxide (MnO2) were initially used as anode materials. However, due to problems with charging and discharging efficiency and safety, a composite such as LiCoO2, LiMn2O4, LiNi1-xCoxO2 (0 <x <1), LiMnO2, etc. Metal oxides are being studied.
LiMnO2, LiMn2O4 등의 망간계 양극 활물질 또는 LiCoO2 등의 코발트계 양극 활물질에 대한 개발이 주로 이루어졌으나, 4.3 V를 기준으로 충방전시 각각 120 mAh/g, 160 mAh/g으로 용량에 한계를 나타내었다. 또한, LiCoO2 는 실온에서 10-2~ 1 S/cm 정도의 전기 전도도와 높은 전지 전압 그리고 우수한 전극 특성을 보이므로 널리 사용되고 있으나, 고율 충방전시 안정성이 낮다는 문제가 있다.The development of manganese positive electrode active materials such as LiMnO2 and LiMn2O4 or cobalt positive electrode active materials such as LiCoO2 was mainly made, but the capacity was limited to 120 mAh / g and 160 mAh / g, respectively, based on 4.3 V. . In addition, LiCoO2 is widely used because it exhibits electrical conductivity of about 10 −2 to 1 S / cm, high battery voltage, and excellent electrode characteristics at room temperature, but has a problem of low stability at high rate charge and discharge.
이에 대하여, 코발트계 양극 활물질에 비해 20 % 이상 높은 방전 용량을 나타내는 니켈계 양극 활물질에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다.On the other hand, research on the nickel-based positive electrode active material showing a discharge capacity of 20% or more higher than that of the cobalt-based positive electrode active material has been actively conducted.
니켈계 양극 활물질을 사용하는 리튬 이차 전지는 큰 방전 용량의 특성으로 인하여 고용량 전지를 구성할 가능성이 무척 크나 활물질인 LiNi1-xCoxO2(0〈x〈1) 등의 물질이 갖는 낮은 수명 특성과 구조적 불안전성 등으로 인하여 이러한 단점을 극복하려고 하는 니켈계 양극 활물질의 개발이 요구되고 있다.Lithium secondary batteries using nickel-based positive electrode active materials are highly likely to form high capacity batteries due to the characteristics of large discharge capacity, but low life characteristics and structural instability of materials such as LiNi1-xCoxO2 (0 <x <1) active materials Due to the development of a nickel-based positive electrode active material to overcome these disadvantages is required.
LiNiO2의 경우, 4.3 V 충전을 기준으로 0.1 C 방전시, 충방전 용량은 200 mAh/g 이상이고 1.0 C 방전시 초기 방전 용량이 약 180 mAh/g로 고용량을 나타내나, 충방전시 모노클리닉(monoclinic) 구조에서 헥사고날(hexagonal) 구조로 변화하는 구조의 불안정으로 인해 연속적인 충방전시 용량이 급격히 감소하며, 수명 특성이 나빠서 실제 전지에 사용하는 것이 불가능하며 합성하기 어려운 단점이 있다.In case of LiNiO2, the charge / discharge capacity is higher than 200 mAh / g when discharged at 0.1 C based on 4.3 V charging, and the initial discharge capacity is about 180 mAh / g when discharged at 1.0 C. Due to the instability of the structure that changes from monoclinic) structure to hexagonal structure, the capacity during the continuous charging and discharging is drastically reduced, and it is impossible to use in actual batteries due to poor life characteristics and it is difficult to synthesize.
한편, LiMnO2, LiMn2O4 등의 망간계 활물질은 합성하기도 쉽고, 값이 비교적 싸며, 환경에 대한 오염도 가장 적은 장점이 있다.Meanwhile, manganese-based active materials such as LiMnO 2 and LiMn 2 O 4 are easy to synthesize, are relatively inexpensive, and have the least pollution to the environment.
그러나, 종래의 제조 방법인 Li2CO3 와 MnO2를 혼합한 후 에탄올, 물 등의 용매를 첨가하고 모르타르(mortar)교반기에서 그라인더 혼합시킨 혼합물을 약 700 내지 900 ℃에서 열처리하여 얻은 LixMnO2 또는 LixMn2O4 ( 0<x≤1.5)는 용량이 작고 고율 충방전시 방전 용량이 급격히 감소하며, 상온에서는 사이클이 진행됨에 따라 용량 감소율이 적으나 고온에서는 연속적으로 충방전하는 경우 망간이 전해액으로 용출되며 또한 Mn3+가 Mn4+와 Mn2+로 되는 불균화 반응(disproportionation)으로 인하여 초기 10 사이클 내에서 전지 수명이 급격히 열화된다는 단점이 있다.However, LixMnO2 or LixMn2O4 (0 <x) obtained by mixing Li2CO3 and MnO2, which is a conventional manufacturing method, and then adding a solvent such as ethanol or water and then grinder-mixing the mixture in a mortar stirrer at about 700 to 900 ° C ≤1.5), the capacity is small and the discharge capacity decreases rapidly at high rate charge and discharge, and the capacity decrease rate is small as the cycle progresses at room temperature, but when continuously charged and discharged at high temperature, manganese is eluted into the electrolyte and Mn 3+ is Mn. Disproportionation of 4+ and Mn 2+ causes the battery life to deteriorate rapidly within the first 10 cycles.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여, LixMnO2 또는 LixMn2O4 ( 0<x≤1.5) 분말의 일차 입자의 형상을 제어하여 고온에서의 수명 특성을 개선한 리튬 이차 전지용 양극 활물질을 제공하는 것이다.The present invention is to provide a cathode active material for a lithium secondary battery that improves the life characteristics at high temperature by controlling the shape of the primary particles of LixMnO2 or LixMn2O4 (0 <x ≤ 1.5) powder to solve the above problems.
본 발명의 다른 목적은 그의 제조 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method for producing the same.
도 1은 실시예 1에서 제조된 양극 활물질 분말에 대한 SEM 사진을 나타낸 것이다.Figure 1 shows a SEM photograph of the positive electrode active material powder prepared in Example 1.
도 2는 비교예 1에서 제조된 양극 활물질 분말에 대한 SEM 사진을 나타낸 것이다.Figure 2 shows a SEM photograph of the positive electrode active material powder prepared in Comparative Example 1.
도 3은 비교예 2에서 제조된 양극 활물질 분말에 대한 SEM 사진을 나타낸 것이다.Figure 3 shows a SEM photograph of the positive electrode active material powder prepared in Comparative Example 2.
도 4는 실시예 1에서 제조된 양극 활물질 분말에 대한 충방전 특성 평가를 나타낸 그래프와 비교예 1 및 2에 의해 제조된 양극 활물질 분말에 대한 충방전 특성 평가를 나타낸 그래프이다.Figure 4 is a graph showing the charge and discharge characteristics evaluation for the positive electrode active material powder prepared in Example 1 and the charge and discharge characteristics evaluation for the positive electrode active material powder prepared by Comparative Examples 1 and 2.
본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위하여, 일차 입자의 형상의 제어를 통하여 일차 입자의 형상이 둥근 타원 또는 육각형인 스파이넬(spinel)계인 리튬 이차 전지용 양극 활물질인 LixMnO2 또는 LixMn2O4 ( 0<x≤1.5)를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention, by controlling the shape of the primary particles, LixMnO2 or LixMn2O4 (0 <x≤1.5), which is a positive electrode active material for lithium secondary batteries whose spherical particles are round ellipses or hexagonal shapes of primary particles ).
또한, 리튬 아세테이트(Li-acetate)용액과 망간 아세테이트(Mn-acetate)용액을 1:2 몰 비로 메탄올 용액 등의 용매에 녹이는 단계, 이 혼합 용액을 옥살산(oxalic acid)을 첨가하여 50 ℃에서 물을 증발시켜 겔-용액(gel-solution)을 얻는 단계, 이 겔-용액을 300 내지 800 ℃ 에서 6 내지 8 시간 동안 열처리를 한 후 서냉하는 단계를 포함하는 리튬 이차 전지용 양극 활물질인 LixMnO2 또는 LixMn2O4 ( 0<x≤1.5)의 제조 방법을 제공한다.In addition, the lithium acetate (Li-acetate) solution and manganese acetate (Mn-acetate) solution is dissolved in a solvent such as methanol solution in a 1: 2 molar ratio, this mixed solution is added to the water at 50 ℃ by adding oxalic acid (oxalic acid) LixMnO2 or LixMn2O4, which is a positive electrode active material for a lithium secondary battery, includes evaporating a gel-solution to obtain a gel-solution, and thermally cooling the gel-solution at 300 to 800 ° C. for 6 to 8 hours. 0 <x≤1.5) is provided.
이하, 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
일차 입자의 형상을 둥근 타원 또는 육각형으로 제조한 LixMnO2 또는 LixMn2O4 ( 0<x≤1.5)는 기존의 제조 방법에 의한 경우에는 그 양극 활물질의 입자의 크기가 커서 그 입도 분포가 크다. 이에 따라, 그 일차 입자 형상은 주로 팔각형(octahedral) 모양이 된다. 이러한 경우 고온에서 장시간 충방전시키면 입자 형상의 불안정성으로 인하여 양극 활물질을 구성하는 망간이 전해액으로 용출되고 Mn3+가 Mn4+와 Mn2+로 되는 불균화 반응으로 인하여 초기 10 사이클 내에서 전지 수명이 급격히 열화된다.LixMnO2 or LixMn2O4 (0 <x≤1.5) prepared in a round ellipse or hexagon in the shape of primary particles has a large particle size distribution because of the large particle size of the cathode active material. As a result, the primary particle shape is mainly octahedral. In this case, after prolonged charging and discharging at high temperature, the battery life within the initial 10 cycles is due to the disproportionation reaction of Mn 3+ into Mn 4+ and Mn 2+ due to the instability of the particles. This deteriorates sharply.
그러나, 졸-용액으로 만든 분말의 형태를 보면 팔각형 모양이 사라지고 주로 둥근 형이고 기타 육각형의 모양을 이루며 입도 분포가 작아서 그 입자 형상의 안정을 가져오므로 양극 활물질이 구조적 안정성을 기할 수 있으며 따라서, 고온에서의 장시간 충방전시에도 용량의 저하가 작은 리튬 이차 전지용 양극 활물질을 제공할 수 있다.However, in the form of the powder made of the sol-solution, the octagonal shape disappears, mainly round, and other hexagons form, and the particle size distribution is small, resulting in stable particle shape, and thus the cathode active material can achieve structural stability. It is possible to provide a positive electrode active material for a lithium secondary battery with a small drop in capacity even during long time charge and discharge at high temperatures.
이 활물질의 일차 입자의 형상은 둥근 타원 형태 또는 육각형 형태를 가지는 스파이넬계가 바람직하다.The shape of the primary particles of this active material is preferably a spinel system having a round ellipse shape or a hexagonal shape.
또한 입자의 형상이 둥근 타원 또는 육각형이 되는 경우에는 Mn3+가 Mn4+와 Mn2+로 되는 불균화 반응이 거의 일어나지 않으므로 용량 저하를 감소시킬 수 있는 것이다.In addition, when the particle shape is a round ellipse or hexagon, the disproportionation reaction of Mn 3+ to Mn 4+ and Mn 2+ hardly occurs, so that the capacity decrease can be reduced.
이 때, 입자의 크기는 1 마이크론 이하가 바람직하다.At this time, the particle size is preferably 1 micron or less.
한편, 상기의 LixMnO2 또는 LixMn2O4 ( 0<x≤1.5)를 제조하기 위하여 출발 물질로는 리튬 아세테이트 용액과 망간 아세테이트 용액을 1:2 의 몰 비로 용매를 사용하여 녹인다. 여기에서 용매는 메탄올, 에탄올, 물, 아세톤 등 적절한 용매를 사용할 수 있다.On the other hand, in order to prepare the LixMnO2 or LixMn2O4 (0 <x ≤ 1.5) as a starting material, a lithium acetate solution and a manganese acetate solution is dissolved using a solvent in a molar ratio of 1: 2. The solvent may be a suitable solvent such as methanol, ethanol, water, acetone.
상기와 같이 제조한 혼합 용액에 옥살산을 5 내지 10 중량% 첨가하여 50 ℃에서 물 또는 용매를 증발시키면 겔-용액을 얻는다.Oxalic acid is added to the mixed solution prepared as described above to 5 to 10% by weight to evaporate water or solvent at 50 ℃ to obtain a gel-solution.
이 겔 용액을 300 내지 800 ℃에서 6 내지 8 시간 동안 열처리를 한 후 서냉하면 입자의 형상이 둥근 타원 또는 육각형인 리튬 이차 전지용 양극 활물질인 LixMnO2 또는 LixMn2O4 ( 0<x≤1.5 )을 제조할 수 있다.When the gel solution is heat-treated at 300 to 800 ° C. for 6 to 8 hours and then slowly cooled, LixMnO 2 or LixMn 2 O 4 (0 <x ≦ 1.5), which is a cathode active material for lithium secondary batteries having rounded ellipses or hexagons, may be prepared. .
이하 , 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다.Hereinafter, preferred examples are provided to aid in understanding the present invention.
다만, 이 실시예들은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제시된 것일 뿐 본 발명이 하기한 실시예들에 한정되는 것은 아니다.However, these examples are only presented to aid the understanding of the present invention, and the present invention is not limited to the following embodiments.
실시예 1Example 1
리튬 아세테이트와 망간 아세테이트를 1:2 의 몰 비로 메탄올 용액에 녹였다. 이 혼합 용액에 옥살산을 소량 첨가한 후 물을 증발시켜 겔-용액을 얻었다.Lithium acetate and manganese acetate were dissolved in methanol solution in a molar ratio of 1: 2. A small amount of oxalic acid was added to this mixed solution, and then water was evaporated to obtain a gel-solution.
이 겔-용액을 750 ℃에서 15 시간 동안 열처리를 한 후 서냉하여 리튬 이차 전지용 양극 활물질인 LiMn2O4 를 얻었다.After heat-treating this gel-solution for 15 hours at 750 degreeC, it cooled slowly and obtained LiMn2O4 which is a positive electrode active material for lithium secondary batteries.
비교예 1Comparative Example 1
Li2CO3 와 MnO2를 1:2 의 몰 비로 균일하게 혼합한다. 이 혼합물을 750 ℃에서 24 시간 동안 소성한 후 상온까지 서냉하여 LiMn2O4 분말을 얻었다.Li 2 CO 3 and MnO 2 are uniformly mixed in a molar ratio of 1: 2. The mixture was calcined at 750 ° C. for 24 hours and then slowly cooled to room temperature to obtain LiMn 2 O 4 powder.
이 분말들을 평균 입도가 25 마이크론으로 시브(sieve)기를 이용하여 시빙하여 리튬 이차 전지용 양극 활물질인 LiMn2O4 분말을 얻었다.These powders were sieveed using a sieve group with an average particle size of 25 microns to obtain LiMn 2 O 4 powder, which is a cathode active material for a lithium secondary battery.
비교예 2Comparative Example 2
비교예 1과 동일한 방법으로 리튬 이차 전지용 양극 활물질인 LiMn2O4 분말을 제조하나 다만, 시빙하는 경우 평균 입도가 50 마이크론이 되게 하여 제조하였다.LiMn 2 O 4 powder, which is a cathode active material for a lithium secondary battery, was manufactured in the same manner as in Comparative Example 1, except that the average particle size was 50 microns when sieving.
표면 입자의 형상을 보여주는 SEM 사진인 도 1,2,3은 실시예 1 및 비교예 1,2 에 의해 제조된 분말의 입자의 형상을 나타내고 있다.FIGS. 1,2 and 3, which are SEM photographs showing the shape of surface particles, show the shape of the particles of the powders prepared in Example 1 and Comparative Examples 1,2.
도 1에서 보는 바와 같이 실시예 1에 의해 합성된 양극 활물질 분말은 도 1의 위의 그림에서 그 입도 분포가 작은 것을 나타내고 있으며 이를 확대한 도 1의 아래 그림에서 그 입자의 형상은 주로 구형을 띠고 있는 것을 알 수 있다.As shown in FIG. 1, the cathode active material powder synthesized in Example 1 shows a small particle size distribution in the upper figure of FIG. 1, and the particle shape of the cathode active material is mainly spherical in the lower figure of FIG. 1. I can see that there is.
도 2는 도 2의 맨 위 그림에서 입자의 크기가 큰 것과 작은 것을 대비하여 보여주고 있는데 이를 확대한 사진인 도 2의 중간 및 맨 아래 그림에서 입자의 크기가 큰 것을 보여주는 도 2의 중간 그림은 그 형상이 거의 각이 진 사각형 내지 팔각형을 보여주나 입자의 크기가 작은 것을 확대한 도 2의 맨 아래 그림은 그 모양이 구형을 띠고 있는 것을 나타내고 있다.FIG. 2 shows the contrast between the larger and smaller particles in the top picture of FIG. 2. In the middle and bottom pictures of FIG. 2, which are enlarged pictures, the middle picture of FIG. The bottom figure of FIG. 2 which shows the square or the octagon of which the shape is almost angled but the size of the particle is small shows that the shape is spherical.
도 3은 도 3의 맨 윗 그림에서 입도 분포가 큰 입자의 형상을 나타내고 있는데 이를 확대한 도 3의 중간 및 도 맨 아래의 사진을 보면 그 형상이 각이 진 것을 나타내고 있다.FIG. 3 shows the shape of particles having a large particle size distribution in the top picture of FIG. 3, and the shape of the shape is angled in the middle and bottom pictures of FIG. 3.
그러므로, 본 발명에서 입자의 크기가 작고 입도 분포가 적은 양극 활물질은 그 입자의 형상이 주로 구형을 나타낸다고 할 수 있다. SEM 사진 결과 실시예 1의 겔-용액을 이용하여 제조한 양극 활물질 분말의 경우 도 1에서 보는 바와 같이 그 분말의 형상은 완전히 둥글고 작은 입자들로 이루어짐을 알 수 있다.Therefore, it can be said that in the present invention, the cathode active material having a small particle size and a small particle size distribution mainly exhibits a spherical shape. As a result of the SEM photograph, the positive electrode active material powder prepared using the gel-solution of Example 1, as shown in FIG. 1, the shape of the powder is completely round and made of small particles.
충방전 특성 평가Charge / discharge characteristic evaluation
실시예 1 및 비교예 1,2의 방법으로 제조한 LiMn2O4 분말을 반전지(half cell)를 구성하여 충방전 특성 평가를 하였다.The LiMn 2 O 4 powders prepared by the methods of Example 1 and Comparative Examples 1 and 2 were configured with a half cell to evaluate charge and discharge characteristics.
반전지는 결착제로 PVDF를 사용하였으며 위의 분말 LixMn2O4:PVDF:카본 블랙의 중량비가 92:4:4의 비로 섞은 다음 일정량의 NMP를 첨가하면서 균일한 페이스트가 될 때까지 섞었다.The half cell was PVDF as a binder, and the weight ratio of the powder LixMn2O4: PVDF: carbon black was mixed in a ratio of 92: 4: 4, and then mixed until a uniform paste was added with a certain amount of NMP.
이 페이스트를 닥터-블레이드(doctor-blade)기를 이용하여 300 마이크론 의 두께로 알루미늄 호일 위에 코팅한 후 150 ℃에서 NMP를 증발시킨 후 일정한 압력으로 압축하여 양극 페이스트를 제조하였다.The paste was coated on an aluminum foil at a thickness of 300 microns by using a doctor-blade machine, followed by evaporation of NMP at 150 ° C., and compression to a constant pressure to prepare a cathode paste.
리튬 전지를 구성하기 위해 제조된 양극 페이스트를 원형으로 자른 다음 코인 전지 캡에 부착시켰다. 음극인 리튬 호일도 양극과 같은 크기로 자른 다음 코인 전지 캡 안의 니켈 호일에 압축하여 붙였다.The cathode paste prepared to construct the lithium battery was cut into circles and then attached to a coin battery cap. The negative electrode lithium foil was also cut to the same size as the positive electrode and then pressed into a nickel foil in a coin battery cap.
첼가드(celgard)를 세퍼레이터로 사용하였으며 전해질은 에틸렌 카보네이트/디메틸 카보네이트와 LiPF6를 사용하였다.Celgard was used as a separator and ethylene carbonate / dimethyl carbonate and LiPF6 were used as electrolytes.
위와 같이 제조된 양극 활물질들을 50 ℃에서 20 사이클 동안 충방전 특성 평가를 하였다.The cathode active materials prepared as described above were evaluated for charge and discharge characteristics at 50 ° C. for 20 cycles.
도4a, 도4b 및 도4c는 실시예 1 및 비교예 1,2 로 제조된 양극 활물질의 충반전 특성 평가를 나타낸 그래프이다.4A, 4B and 4C are graphs showing charge and charge characteristic evaluations of the positive electrode active materials prepared in Example 1 and Comparative Examples 1 and 2;
도 4a에서 20 사이클 충방전 후 용량 저하는 약 120 mAh/g에서 약 80 mAh/g로 약 1/3 정도의 감소를 보이고 있으나, 도 4b 및 도 4c에서는 용량 감소가 약 120 mAh/g에서 60 mAh/g롤 거의 1/2 정도의 감소를 보인다.In FIG. 4A, the capacity decrease after 20 cycles of charge and discharge shows a decrease of about 1/3 from about 120 mAh / g to about 80 mAh / g. However, in FIGS. 4B and 4C, the capacity decrease is about 60 at about 120 mAh / g. The mAh / g roll shows a decrease of almost 1/2.
따라서, 실시예 1에 의해 겔-용액을 이용하여 제조한 LiMn2O4 분말이 비교예 2 및 3에 의해 제조된 분말보다 그 고온 수명 특성이 우수한 것으로 나타났다. 이는 실시예 1에 의해 제조된 분말의 입도 분포가 작고 그 모양이 구형 또는 육각형을 띠고 있는 것에 기인한 것으로 판단된다.Thus, it was shown by Example 1 that the LiMn 2 O 4 powder prepared using the gel-solution had better high temperature life characteristics than the powders prepared by Comparative Examples 2 and 3. This is believed to be attributable to the small particle size distribution of the powder prepared in Example 1 and its shape being spherical or hexagonal.
또한, 5 사이클 및 10 사이클 동안 충방전 특성 평가를 한 경우에도 실시예 1에 의해 제조된 양극 활물질 분말이 비교예 2 및 3에 의해 제조된 분말보다 그 용량 저하가 작은 것으로 나타났다.In addition, even when the charge and discharge characteristics were evaluated for 5 cycles and 10 cycles, the capacity decrease of the positive electrode active material powder prepared in Example 1 was smaller than that of the powders prepared in Comparative Examples 2 and 3.
본 발명에서 제조된 입자 형상의 제어를 통하여 그 입자 크기가 1 마이크론 이하로 입도 분포가 작고 또한 입자의 형상이 구형 또는 육각형을 가지도록 제조된 LixMnO2 또는 LixMn2O4 ( 0<x≤1.5 ) 양극 활물질은 고온에서도 장시간 사용하는 경우에도 용량 저하가 기존의 물질보다 작아서 고온, 장시간에서의 수명 특성이 우수한 리튬 이차 전지용 양극 활물질을 제공할 수 있다.The LixMnO2 or LixMn2O4 (0 <x≤1.5) positive electrode active material prepared so that the particle size distribution has a small particle size of less than 1 micron and has a spherical or hexagonal shape by controlling the particle shape prepared in the present invention is high temperature In the case of long-term use, the capacity decrease is smaller than that of conventional materials, and thus it is possible to provide a cathode active material for a lithium secondary battery having excellent life characteristics at high temperature and a long time.
또한 위와 같이 고온 용량 특성이 개선된 LixMnO2 또는 LixMn2O4 ( 0<x≤1.5 )분말을 겔-용액을 이용하여 제조할 수 있는 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법을 제공할 수 있다.In addition, the LixMnO2 or LixMn2O4 (0 <x≤1.5) powder having improved high temperature capacity characteristics as described above may be provided using a gel-solution to provide a method of manufacturing a cathode active material for a lithium secondary battery.
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