KR20030059177A - Vanadium Oxide Hydrate Compositions - Google Patents

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KR20030059177A KR10-2003-7004845A KR20037004845A KR20030059177A KR 20030059177 A KR20030059177 A KR 20030059177A KR 20037004845 A KR20037004845 A KR 20037004845A KR 20030059177 A KR20030059177 A KR 20030059177A
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이 아이 듀폰 디 네모아 앤드 캄파니
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Abstract

본원의 개시내용은 일차 및 이차 리튬 및 리튬 이온 배터리의 전극 활성 물질로 사용하기에 매우 적합한 신규 산화 바나듐 수화물 조성물 및 이의 제조 방법이다.The present disclosure is a novel vanadium oxide hydrate composition and process for its preparation which is very suitable for use as electrode active material in primary and secondary lithium and lithium ion batteries.

Description

산화 바나듐 수화물 조성물 {Vanadium Oxide Hydrate Compositions}Vanadium Oxide Hydrate Compositions

당업계에 오랫동안 알려져 있었지만, 일반적으로 화학식 V205·nH2O로 나타내는 산화 바나듐 수화물은, 재충전가능한 또는 "이차" 리튬 배터리의 실제적인 사용을 위해 요구되는 큰 리튬 이온 삽입 용량, 충전/방전 사이클에서 낮은 자기이력 현상, 높은 전력 밀도 및 방전 속도에 대한 낮은 감도의 조합을 일반적으로 나타내지 못했다.Although well known in the art for a long time, vanadium oxide hydrate, represented generally by the formula V 2 0 5 nH 2 O, has a large lithium ion insertion capacity, charge / discharge, which is required for practical use of rechargeable or "secondary" lithium batteries. The combination of low magnetic hysteresis phenomena, high power density, and low sensitivity to discharge rate in the cycle was generally not shown.

레(Le) 등의 미국 특허 제5,674,642호는, 실용적인 리튬 배터리의 전극 활성 물질로 선택할 수 있는 리튬 삽입 용량이 충분히 큰 섬유 V205·nH2O 조성물을 개시하였다. 유사한 원섬유 및 리본이 S. 파세리니(Passerini) 등의 문헌 [Electrochimica Acta, Vol. 44,1999, pp. 2209-2217] 및 [J. Livage, Chem. Mater. Vol. 3,1991, pp. 578-593]에 개시된 레 등의 방법에 따라 형성되었다.US Pat. No. 5,674,642 to Le et al. Discloses a fiber V 2 0 5 nH 2 O composition having a sufficiently large lithium insertion capacity that can be selected as an electrode active material of a practical lithium battery. Similar fibres and ribbons are described in S. Passerini et al., Electrochimica Acta, Vol. 44,1999, pp. 2209-2217 and [J. Livage, Chem. Mater. Vol. 3,1991, pp. 578-593, according to the method of Les et al.

전극 활성 물질을 결합제 수지 및 카본 블랙과 조합하여 배터리에 사용되는전극 페이스트 또는 잉크를 형성하는 것이 당업계에 알려져 있다. 카본 블랙은 전극 물질의 성능을 크게 향상시켜 고속의 충전 및 방전시 그의 이론적인 용량의 백분율이 훨씬 높아지게 한다. 그러나 레 등의 상기 문헌은, 상기 화합물이 고속의 충전 및 방전시에 용량 및 가역성에서 상당한 손실을 여전히 나타내고, 이런 문제는 고속일 때 더 악화된다고 개시하고 있다.It is known in the art to combine electrode active materials with binder resins and carbon black to form electrode pastes or inks for use in batteries. Carbon black greatly improves the performance of the electrode material, resulting in a much higher percentage of its theoretical capacity at high charge and discharge. However, the literature of Leh et al. Discloses that the compound still exhibits significant losses in capacity and reversibility at high charge and discharge, and this problem is exacerbated at high speed.

또한 결합제의 양은 일정하면서 카본 블랙의 V205·nH2O 에 대한 비율이 매우 큰 전극을 형성시켜 고속의 방전 및 충전시에 이론적 한계까지 용량을 개선시킬 수 있지만, 이들 비율에는 실제적인 한계가 있다. 결합제의 양을 동시에 증가시키지 않으면서 카본 블랙의 양을 증가시키면 형성된 전극 층의 물리적인 일체성이 손실된다. 이로인해 결합제를 증가시키면 전극 활성 물질의 양을 희석시켜 생성된 배터리의 에너지 밀도를 대단히 감소시킨다.In addition, although the amount of binder is constant, an electrode having a large ratio of carbon black to V 2 0 5 · nH 2 O can be formed to improve the capacity to theoretical limits at high speed discharge and charging, but practical limitations on these ratios There is. Increasing the amount of carbon black without simultaneously increasing the amount of binder results in the loss of physical integrity of the formed electrode layer. This increases the binder, which dilutes the amount of electrode active material, greatly reducing the energy density of the resulting battery.

또한 레 등에 의한 상기 문헌이 개시한 화학적으로 결합된 탄소 용매 잔류물이 4 내지 7 중량%인 V205·nH2O의 조성물은 배터리의 전기화학적 전위는 증가시키지만 용량 및 가역성 특성은 모 조성물의 것을 유지시키는 정도에 불과하다.In addition, compositions of V 2 0 5 nH 2 O having 4 to 7% by weight of chemically bound carbon solvent residues disclosed in the literature by Les et al. Increase the electrochemical potential of the battery, but the capacity and reversibility characteristics of the parent composition It is just enough to keep things.

레 등은 V205·nH2O의 제조를 위한 겔화 방법을 개시하고 있는데, 이 방법은 복잡하고 느리며 고비용이다. 문헌 [Advanced Inorganic Chemistry (4thEdition, J. Wiley & Sons, Inc., 1980, p. 711) by Cotton and Wilkinson]은 바나데이트 수용액에 무기산을 첨가하여 벽돌색 형태의 V205를 침전시키는 것으로 구성된 방법을기재하고 있다. 이 방법은 또한 EP 747123A2에서도 사용되지만, 수득된 생성물은 낮은 수율, 심한 오염 및 편차가 있는 특성을 갖는 것으로 기재하고 있다. 유사한 방법이 또한 [Theobald, Bulletin de la Societe Chimique de France 1975, no. 7-8, pages 1607-1612]에 의해 사용되었으며 유사하게 불량한 결과가 얻어졌다.Les et al. Disclose a gelling process for the preparation of V 2 0 5 · nH 2 O, which is complex, slow and expensive. Advanced Inorganic Chemistry (4 th Edition, J. Wiley & Sons, Inc., 1980, p. 711) by Cotton and Wilkinson describes the precipitation of a brick-colored V 2 0 5 by adding an inorganic acid to an aqueous solution of vanadate. It describes how it was constructed. This method is also used in EP 747123A2, but the product obtained is described as having low yield, severe contamination and deviating properties. Similar methods are also described in Theobald, Bulletin de la Societe Chimique de France 1975, no. 7-8, pages 1607-1612, and similarly poor results were obtained.

발명의 요약Summary of the Invention

본 발명은 MxV205Ay·nH20 (식 중, M은 NH4 +, Na+, K+, Rb+, Cs+및 Li+로 이루어진 군 중에서 선택되고; A는 NO3 -, SO4 -2및 Cl-로 이루어진 군 중에서 선택되고; 0 < x < 0.7이며, 0 < y < 0.7이고; 0.1 < n < 2임)를 제조하는 방법을 제공하는데, 이 방법은 수용성 바나데이트 염을 물과 혼합하여 용액을 형성시키는 단계, 및 상기 용액에 강 무기산을 산 양성자 대 바나듐의 몰 비가 0.70 : 1 내지 6 : 1의 범위가 되도록 첨가하는 단계를 포함한다.The invention of MxV 2 0 5 Ay · nH 2 0 ( formula, M is NH 4 +, Na +, K +, Rb +, Cs + , and is selected from the group consisting of Li +; A is NO 3 -, SO and 0 <x <0.7, 0 < y <0.7 , and;; - 4-Cl-2 and is selected from the group consisting of 0.1 <n <2 Im) to provide a method of manufacturing, the method is a water-soluble vanadate salt of Mixing with water to form a solution, and adding a strong inorganic acid to the solution such that the molar ratio of acid protons to vanadium is in the range of 0.70: 1 to 6: 1.

추가로, 본 발명은 비섬유 MxV205Ay·nH20 (식 중, M은 NH4 +, Na+, K+, Rb+, Cs+및 Li+로 이루어진 군 중에서 선택되고; A는 NO3 -, SO4 -2및 Cl-로 이루어진 군 중에서 선택되고; 0 < x < 0.7이며, 0 < y < 0.7이고; 0.1 < n < 2임)를 포함하는 전극 활성 물질 조성물을 제공하고, 본 방법은, 0.1 < n < 2.0이며 초기 방전 용량이 전극 활성 물질 조성물 1 g 당 315 내지 400 mAh인 것을 특징으로 하는 상기 전극 활성 물질을 포함한다.In addition, the present invention is selected from a fiber MxV 2 0 5 Ay · nH 2 0 (wherein, M is a group consisting of NH 4 +, Na +, K +, Rb +, Cs +, and Li +; A is NO 3 -, SO 4 -2 and Cl - is selected from the group consisting of: 0 and <x <0.7, 0 <y <0.7 , and; provide an electrode active material composition including a 0.1 <n <2 Im) and The method comprises the above electrode active material, characterized in that 0.1 <n <2.0 and the initial discharge capacity is between 315 and 400 mAh per gram of electrode active material composition.

본 발명의 전극 활성 물질 조성물을 포함하는 전극 조성물을 또한 추가로 제공한다.Further provided is an electrode composition comprising the electrode active material composition of the present invention.

마지막으로 본 발명의 전극 활성 물질 조성물을 포함하는 전극 조성물을 포함하는 전기화학 전지를 제공한다.Finally, an electrochemical cell comprising an electrode composition comprising the electrode active material composition of the present invention is provided.

본 발명은 일차 및 이차 리튬 및 리튬 이온 배터리의 전극 활성 물질로 사용하기에 매우 적합한 신규 산화 바나듐 수화물 조성물 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to novel vanadium oxide hydrate compositions and methods for their preparation which are very suitable for use as electrode active materials in primary and secondary lithium and lithium ion batteries.

도 1은 H/V 비율의 함수로서 실시예 1 내지 16에서 측정한 초기 방전 용량의 그래프를 나타낸다.1 shows a graph of the initial discharge capacity measured in Examples 1-16 as a function of H / V ratio.

도 2A 및 2B는 각각 10,000 및 30,000의 배율에서 실시예 10의 비섬유 생성물의 주사 전자 현미경 사진을 나타낸다.2A and 2B show scanning electron micrographs of the nonfiber product of Example 10 at magnifications of 10,000 and 30,000, respectively.

도 3A 및 3B는 각각 10,000 및 30,000의 배율에서 실시예 16의 비섬유 생성물의 주사 전자 현미경 사진을 나타낸다.3A and 3B show scanning electron micrographs of the nonfiber product of Example 16 at magnifications of 10,000 and 30,000, respectively.

도 4 및 5는 각각 실시예 10 및 16에서 측정된 전극 활성 물질 1 g 당 ㎃-시간 대 전압을 나타내는 초기 방전 곡선 및 첫번째 재충전 곡선을 나타낸다.4 and 5 show an initial discharge curve and a first recharge curve representing the kV-time versus voltage per gram of electrode active material measured in Examples 10 and 16, respectively.

본 발명은 배터리, 특히 리튬 및 리튬 이온 일차 배터리 및 이차 배터리에서 전극 활성 물질로 사용하기에 매우 적합한 V205·nH2O (식 중, 0.1 < n <2임)의 고순도 비섬유 형태를 형성시키는 방법 및 그로부터 형성된 조성물, 전극 및 전기화학 전지에 관한 것이다. 상기 형성된 V205·nH2O는 통상적으로 본 발명의 방법에서 사용한 바나데이트 염의 잔류 양이온 및 강산의 잔류 음이온으로 인한 소정의 오염을나타낸다는 것을 본 발명의 방법의 수행에서 알게 되었다. 이 잔류물은 의도하는 용도에 대한 본 발명의 V205·nH2O의 적합성에 영향을 주지 않는다.The present invention provides a high purity non-fibrous form of V 2 0 5 nH 2 O (wherein 0.1 <n <2), which is very suitable for use as electrode active material in batteries, in particular lithium and lithium ion primary batteries and secondary batteries. A method of forming and a composition, electrode and electrochemical cell formed therefrom. It has been found in the practice of the process of the invention that the V 2 0 5 nH 2 O formed above typically exhibits certain contamination due to the residual cation of the vanadate salt used in the process of the invention and the residual anion of the strong acid. This residue does not affect the suitability of the V 2 0 5 nH 2 O of the present invention for the intended use.

잔류물이 생성물에 화학적으로 혼입되기 때문에, 본 발명 방법의 생성물은 화학식 MxV205Ay·nH20 (식 중, M은 NH4 +, Na+, K+, Rb+, Cs+및 Li+로 이루어진 군 중에서 선택되고; A는 NO3 -, SO4 -2및 Cl-로 이루어진 군 중에서 선택되고; 0 < x < 0.7이며, 0 < y < 0.7이고; 0.1 < n < 2임)로 나타내는 것이 더 적절하다. 바람직하게는, x 및 y는 가능한 한 0에 근접하지만, 실제로는 약 0.2가 일반적이다.Since the residues are chemically incorporated into the product, the product of the method of the present invention are of the formula MxV 2 0 5 Ay · nH 2 0 ( formula, M is NH 4 +, Na +, K +, Rb +, Cs + and Li selected from the group consisting of + and; a is NO 3 -, SO 4 -2 and Cl - is selected from the group consisting of; and 0 <x <0.7, 0 < y <0.7 , and; to 0.1 <n <2 Im) It is more appropriate to indicate. Preferably, x and y are as close to zero as possible, but in practice about 0.2 is common.

본 발명에서 명확함과 이용의 용이함을 위해, 용어 "V205·nH2O"는, x와 y 둘 다의 값의 전체 범위, 즉 0 내지 0.7을 포함하는 본 발명의 방법의 생성물을 나타내기 위한 약식 표현으로 사용된다.For clarity and ease of use in the present invention, the term "V 2 0 5 nH 2 O" refers to the product of the process of the invention comprising the full range of values of both x and y, i.e. 0 to 0.7. Used as a short form for betting.

본 발명의 방법에서, 수성 바나데이트 염을 바람직하게는 가열하면서 물에 용해시킨 후, 원하는 V205·nH2O 생성물을 높은 수율로 침전시킨다. 수득된 생성물은 비섬유 형태를 나타내고, 매우 높은 가역성과 함께 표준 리튬 배터리에서 놀랍게도 큰 초기 방전 용량을 특징으로 한다.In the process of the invention, the aqueous vanadate salt is dissolved in water, preferably with heating, and then the desired V 2 0 5 nH 2 O product is precipitated in high yield. The product obtained exhibits a non-fiber form and is characterized by a surprisingly large initial discharge capacity in standard lithium batteries with very high reversibility.

본 발명의 목적에서, 용어 "초기 방전 용량"은 전극-활성 음극 물질로서 본 발명의 V205·nH2O 조성물이 혼입된 표준 리튬 금속 전지의 전기 방전 용량을 나타낸다. 표준 방식으로 측정된 "초기 방전 용량"은 본 발명 V205·nH2O 조성물의 고유리튬 이온 삽입 용량에 대한 상대적인 척도로 믿어진다. 본 발명의 목적에서, 초기 방전 용량은 하기와 같이 측정한다: 본 발명의 V205·nH2O를 전극 잉크 또는 페이스트를 형성하기 위해 하기 기재된 다양한 실시양태에서 카본 블랙 및 결합제 수지와 조합시킨다. 이렇게 형성된 전극 잉크 또는 페이스트를 하기 기재된 표준 리튬 금속 코인 전지 배열에 조합한다. 이렇게 형성된 코인 전지는 충전된 상태에 있다. 이어서 전압 (V) 및 전류 (I)를 시간의 함수로서 측정하면서 전지를 4 내지 1.5 볼트 범위에서 방전시킨다. 초기 방전 용량의 측정은 0.5 ㎃의 정전류(constant current) 방전으로 시작한다. 전압이 1.5 볼트에 도달하면, 방전 모드를 정전압(constant voltage)으로 변경하는데, 이 때 전압은 일정한 값을 유지하지만 전류는 초기 값의 10분의 1, 즉 0.05 ㎃로 서서히 감소된다. 전지를 거의 평형에 도달하게 하는 이런 방전의 정전압 단계는 전류로부터 전위 강하를 감소시키는 효과를 갖는데, 남아있는 전지 편극화는 원칙적으로 음극 물질로 리튬을 삽입하는데 필요한 과도 전위 때문이다. 초기 방전 용량은 방전의 정전류 단계와 정전압 단계 동안을 합한 전하 이동량이다. 이 측정을 수행하기 위해, 10 ㎃의 최대 전류 공급능력을 갖는 채널 및 버전 3.0 (SP1) 소프트웨어를 사용하는 마커 시리즈 4000 테스터(Maccor series 4000 tester) (Maccor, Inc., Tulsa, Oklahoma)를 사용하는 것이 적합하다는 것이 알려져 있다.For the purposes of the present invention, the term "initial discharge capacity" refers to the electrical discharge capacity of a standard lithium metal battery incorporating the V 2 0 5 nH 2 O composition of the present invention as an electrode-active cathode material. The "initial discharge capacity" measured in a standard manner is believed to be a relative measure of the intrinsic lithium ion insertion capacity of the present V 2 0 5 nH 2 O composition. For the purposes of the present invention, the initial discharge capacity is measured as follows: V 2 0 5 nH 2 O of the present invention is combined with carbon black and binder resin in various embodiments described below to form electrode inks or pastes. . The electrode inks or pastes thus formed are combined in a standard lithium metal coin cell arrangement described below. The coin battery thus formed is in a charged state. The cell is then discharged in the range of 4 to 1.5 volts while measuring the voltage (V) and current (I) as a function of time. The measurement of the initial discharge capacity starts with a constant current discharge of 0.5 mA. When the voltage reaches 1.5 volts, the discharge mode is changed to a constant voltage, where the voltage remains constant but the current slowly decreases to one tenth of its initial value, or 0.05 mA. This constant voltage phase of the discharge, which causes the cell to almost equilibrate, has the effect of reducing the potential drop from the current, because the remaining cell polarization is in principle due to the transient potential required to insert lithium into the negative electrode material. The initial discharge capacity is the sum of charge transfers during the constant current phase and the constant voltage phase of discharge. To make this measurement, use a Marker Series 4000 tester (Maccor, Inc., Tulsa, Oklahoma) using a channel with a maximum current supply of 10 kHz and version 3.0 (SP1) software. It is known that it is suitable.

본 발명의 방법에서, 물, 바람직하게는 탈이온수를 바나데이트 염과 혼합하고 이렇게 형성된 혼합물을 바람직하게는 교반시키면서 바람직하게는 80 ℃ 내지혼합물의 비등점 이하의 온도 범위로 가열하여 0.01 내지 3 M, 바람직하게는 0.1 내지 1 M 범위의 바나듐 농도를 갖는 용액을 형성시킨다. 적합한 바나데이트 염에는 암모늄, 알칼리 및 알칼리 토류 바나데이트, 예를 들어 NH4V03, LiV03, NaV03, KV03, RbV03, CsV03및 MgV206가 포함된다. 바람직하게는 NH4VO3, LiV03, KV03, MgV206가 있다. 가장 바람직하게는 NH4V03, LiV03및 MgV206가 있다. 별법으로, V205를 화학양론적인 양의 수성 암모늄, 알칼리 또는 알칼리 토류 수산화물과 혼합하여 동일반응계에서 상응하는 바나데이트 용액을 형성시킨다. 가장 바람직하게는 용액을 그의 비등점으로 가열한다.In the process of the invention, water, preferably deionized water, is mixed with the vanadate salt and the mixture thus formed is preferably stirred with heating to a temperature range of from 80 ° C. to below the boiling point of the mixture, preferably from 0.01 to 3 M, Preferably a solution having a vanadium concentration in the range of 0.1 to 1 M is formed. Suitable vanadate salts include ammonium, alkali and alkaline earth vanadates such as NH 4 V0 3 , LiV0 3 , NaV0 3 , KV0 3 , RbV0 3 , CsV0 3 and MgV 2 0 6 . Preferably NH 4 VO 3 , LiV0 3 , KV0 3 , MgV 2 O 6 . Most preferably there are NH 4 V0 3 , LiV0 3 and MgV 2 O 6 . Alternatively, V 2 0 5 is mixed with stoichiometric amounts of aqueous ammonium, alkali or alkaline earth hydroxides to form the corresponding vanadate solution in situ. Most preferably the solution is heated to its boiling point.

바람직하게는 가열하고, 가장 바람직하게는 끓여서 형성된 용액에 약 0.70 : 1 내지 6 : 1 범위인 산 양성자 대 바나듐 비율 (하기에 "H/V 비율"로 나타냄)을 제공하도록 강 무기산을 첨가한다.Preferably, a strong inorganic acid is added to provide a acid proton to vanadium ratio (referred to below as "H / V ratio") to the solution formed by heating and most preferably by boiling.

본 발명의 수행에 적합한 산에는 H2SO4, HN03, HCl 또는 다른 강산이 포함되나, 바람직하지 않은 인산 바나듐 부산물을 형성할 수 있는 인 함유 산은 제외된다. 또한, NH4및 Rb의 바나데이트 염 및 바람직하게는 Na, K 및 Cs의 바나데이트 염의 경우, M2V6016의 동시 형성을 피하거나 최소화하도록 산/바나듐 비율이 통상적으로 1 : 1 이상으로 충분히 커야 한다. 산은 농축되거나 희석된 형태로, 바람직하게는 안전을 위해 희석된 형태로 혼입될 수 있다.Acids suitable for the practice of the present invention include H 2 SO 4 , HNO 3 , HCl or other strong acids, but exclude phosphorus containing acids which can form undesirable vanadium phosphate by-products. In addition, the vanadate salts of NH 4 and Rb and preferably the vanadate salts of Na, K and Cs, typically have an acid / vanadium ratio of at least 1: 1 to avoid or minimize the simultaneous formation of M 2 V 6 0 16 . Should be large enough. The acid may be incorporated in concentrated or diluted form, preferably in diluted form for safety.

산을 첨가한 후, 바람직하게는 80 ℃ 이상의 온도에서, 가장 바람직하게는비등점에서 가열하면서 1 분 이상 혼합을 지속해야 하고, 수 시간 동안 지속할 수 있다. 통상적으로, 5 내지 60 분 동안 혼합하면 충분할 것이다. 수득된 V205·nH2O 침전물을 가라앉힌 후 상층액을 가만히 따라내고, 여과하고, 원심분리하는 것 등을 포함하는 임의의 용이한 방법으로 수득된 V205·nH2O 침전물을 회수할 수 있다. 침전물은 비섬유 형태 및 약 15% 미만의 오염 수준, 통상적으로 약 4% 미만의 오염 수준을 특징으로 한다.After addition of the acid, the mixing should be continued for at least 1 minute, preferably at a temperature of at least 80 ° C., most preferably at boiling point, and may last for several hours. Typically, 5 to 60 minutes of mixing will be sufficient. The then immersed and the resulting V 2 0 5 · nH 2 O precipitate out quietly along the supernatant, filtered, and obtained by any easy method, or the like to centrifugation V 2 0 5 · nH 2 O precipitate Can be recovered. The precipitate is characterized by non-fibrous form and a contamination level of less than about 15%, typically less than about 4%.

대부분의 경우에 실온을 비롯한 임의의 용이한 온도에서 물에 바나데이트 염을 용해시킬 수 있지만, 본 발명의 수행에서 실온에서의 용해 속도는 매우 느리고, 특히 비등점 또는 비등점 근처의 온도로 가열함으로써 용해 속도가 크게 증가한다. 비등점 보다 낮은 온도에서는, 교반하면 용해가 상당히 증가된다.In most cases it is possible to dissolve the vanadate salt in water at any easy temperature, including at room temperature, but in the practice of the present invention the rate of dissolution at room temperature is very slow, especially by heating to a temperature near or near the boiling point or boiling point. Increases significantly. At temperatures below the boiling point, agitation significantly increases dissolution.

본 발명의 V205·nH2O 침전물은 실온을 비롯한 임의의 용이한 온도에서 바나데이트 염 용액에 산을 첨가하여 형성시킬 수 있다. 그러나, 본 발명의 수행에서는 승온, 특히 80 ℃ 내지 용액의 비등점의 범위에서 반응을 수행하는 것이 매우 바람직하다는 것을 알게 되었다. 비등점에서 반응을 수행하는 것이 가장 바람직하다. 본 발명의 수행에서는 80 ℃ 미만의 온도에서 반응을 수행할 경우 수율이 감소되고 생성물의 질 또는 성능이 저하될 수 있다는 것을 알게 되었다.The V 2 0 5 nH 2 O precipitate of the present invention can be formed by addition of an acid to the vanadate salt solution at any easy temperature, including room temperature. However, it has been found that in the practice of the present invention it is very desirable to carry out the reaction at elevated temperatures, in particular in the range of from 80 ° C. to the boiling point of the solution. Most preferably, the reaction is carried out at the boiling point. In the practice of the present invention it has been found that the yield can be reduced and the quality or performance of the product can be reduced when the reaction is carried out at temperatures below 80 ° C.

엄격히 요구되는 것은 아니지만, 회수된 고체를 수집하고 신선한 물에 다시 슬러리화하여 오염물을 제거한 후, 다시 고체를 회수하는 것이 매우 바람직하다. 원하는 수준의 순도를 얻기 위해 필요한 세척 단계의 횟수는 불순물의 용해도, 사용된 물의 양, 원하는 순도의 수준 및 슬러리화 방법의 효율에 따라 달라질 것이다. 본 발명의 수행에서는 여러 목적을 위해 상층액의 pH가 약 2 또는 그 이상일 때 세척을 중지하면 충분하다는 것을 알게 되었다.Although not strictly required, it is highly desirable to recover the solids after collecting the recovered solids and slurrying them again in fresh water to remove contaminants. The number of washing steps required to achieve the desired level of purity will depend on the solubility of the impurities, the amount of water used, the level of desired purity and the efficiency of the slurrying method. In the practice of the present invention it has been found that it is sufficient to stop washing when the pH of the supernatant is about 2 or more for various purposes.

이어서 회수된 고체를, 복사로 데우거나 오븐에서 가열하는 것을 포함하나 이에 제한되지 않는 임의의 용이한 수단으로 건조시킨다. 건조, 분쇄 및 체로 친 후, 이렇게 생성된 V205·nH2O를 전극 조성물에 혼입하기 위해 준비한다.The recovered solid is then dried by any easy means, including but not limited to warming by radiation or heating in an oven. After drying, grinding and sieving, the thus produced V 2 0 5 nH 2 O is prepared for incorporation into the electrode composition.

생성된 침전물은 초기 방전 용량이 큰 비섬유 형태의 V205·nH2O이다. 주로 단일 통과 생성물의 수율을 결정하는 용해된 바나듐의 침전 백분율은 주로 H/V 비율에 의해 결정되는데, 약 1 : 1 내지 2 : 1의 H/V 비율에서 수율이 높다. 용어 "비섬유"는 약 30,000×배율에서 주사 전자 현미경에 의해 섬유 또는 리본으로 이루어진 미세구조를 갖는 것이 확인되었음을 의미한다. 도 2A 및 2B는 각각 10,000 및 30,000 배율에서 본원의 실시예 10의 시료의 주사 전자 현미경 사진을 나타내고, 도 3A 및 3B는 본원의 실시예 16의 코팅된 탄소 시료에 대한 주사 전자 현미경 사진을 나타낸다.The resulting precipitate is V 2 0 5 nH 2 O in the form of non-fibers with a high initial discharge capacity. The percent precipitation of dissolved vanadium, which primarily determines the yield of a single pass product, is mainly determined by the H / V ratio, with a high yield at an H / V ratio of about 1: 1 to 2: 1. The term "non-fiber" means that it has been confirmed by scanning electron microscopy at about 30,000 x magnification that it has a microstructure consisting of fibers or ribbons. 2A and 2B show scanning electron micrographs of the sample of Example 10 herein at 10,000 and 30,000 magnifications, and FIGS. 3A and 3B show scanning electron micrographs of the coated carbon sample of Example 16 herein.

본 발명의 방법에 의해 제조된 비섬유 V205·nH2O는 본 발명 방법의 H/V 비율 한계를 넘는 바나듐 염 산 침전 방법에 의해 제조된 V205·nH2O에 비해 훨씬 더 큰 초기 방전 용량을 특징으로 나타낸다. 이를 도 1에 나타내었는데, 여기서 초기 방전 용량을 하기에 예시된 특정 실시양태에 대해 H/V 비율의 함수로서 나타낸다. 특히 중요한 점은 본 발명의 수행에 적합한 H/V 비율 범위의 상한 및 하한에서 초기 방전 용량의 신속한 증가 및 감소이다. 최적 H/V 비율은 약 1.5 : 1 내지 2.5 : 1의 H/V 비율에서 달성된다.The non-fiber V 2 0 5 nH 2 O produced by the process of the invention is much higher than the V 2 0 5 nH 2 O produced by the vanadium hydrochloric acid precipitation method which exceeds the H / V ratio limit of the process of the invention. It is characterized by a larger initial discharge capacity. This is shown in FIG. 1, where the initial discharge capacity is shown as a function of H / V ratio for the specific embodiments illustrated below. Of particular importance is the rapid increase and decrease of the initial discharge capacity at the upper and lower limits of the H / V ratio range suitable for the practice of the present invention. The optimum H / V ratio is achieved at an H / V ratio of about 1.5: 1 to 2.5: 1.

H/V 비율의 바람직한 범위를 넘는 경우, 생성물은 수율이 감소되고, 오염이 증가되며, 초기 방전 용량이 감소되는 것으로 악화가 시작된다. 0.70 H/V 6의 범위를 넘는 경우, 원하는 특성은 거의 얻어지지 않는다.If the H / V ratio is exceeded, the product begins to deteriorate with reduced yield, increased contamination, and reduced initial discharge capacity. If it exceeds the range of 0.70 H / V 6, desired characteristics are hardly obtained.

본 발명의 V205·nH2O는 본원에 기재된 표준 리튬 시험 전지에 높은 가역성도를 부여한다. 사용가능한 용량의 99%만큼을 재충전에 의해 회복시킬 수 있다. 이를 도 4 및 5에 각각 도식적으로 나타내는데, 이는 하기 기재된 실시예 10 및 16과 관련된 방전 후, 방전 사이클의 가역성을 나타내는 각각의 충전 사이클을 나타낸다. 상기 도에서 볼 수 있는 바와 같이, 낮은 편극화가 관찰되었다. 실시예 10 및 16은 실시예 16이 코팅된 탄소 조성물을 포함하고 실시예 10은 포함하지 않는다는 차이점을 갖지만 동일한 합성법으로 나타낸다. 낮은 전압 영역에서 곡선의 더 인접한 접근성으로 나타낸 바와 같이 코팅된 탄소 시료의 편극화는 코팅되지 않은 탄소의 V205·nH2O 시료에 비해 낮다. 코팅된 탄소 조성물의 상기 이로운 효과는 방전 및 충전 속도의 증가로 상당히 더 명백해졌다.The V 2 0 5 nH 2 O of the present invention imparts high reversibility to the standard lithium test cells described herein. As much as 99% of the available capacity can be recovered by recharging. This is shown schematically in FIGS. 4 and 5, respectively, which shows each charge cycle which shows the reversibility of the discharge cycle after discharge associated with Examples 10 and 16 described below. As can be seen in the figure, low polarization was observed. Examples 10 and 16 show the same synthesis but with the difference that Example 16 includes a coated carbon composition and Example 10 is not included. The polarization of the coated carbon sample is low compared to the V 2 0 5 nH 2 O sample of uncoated carbon, as indicated by the more adjacent access of the curve in the low voltage region. The beneficial effect of the coated carbon composition has become significantly more pronounced with increasing discharge and charge rates.

사이클 기간은 방전 용량이 초기 값의 80%로 감소하기 전에 시험 코인 전지를 수행할 수 있는 충전 및 방전 사이클의 사이클 횟수로서 정의된다. 사이클 기간이 약 4의 H/V 비율에서 최적 값을 갖는다는 것을 본 발명자들은 알게 되었다. 이는 한편으로는 수율과 초기 방전 용량, 다른 한편으로는 수율과 사이클 기간 사이에 다소 상충될 수 있다는 것을 알려준다.The cycle period is defined as the number of cycles of charge and discharge cycles in which a test coin cell can be performed before the discharge capacity decreases to 80% of its initial value. We have found that the cycle duration has an optimal value at an H / V ratio of about 4. This indicates that there may be some tradeoff between yield and initial discharge capacity on the one hand and yield and cycle duration on the other.

초기 방전 용량이 본 발명의 방법에 사용된 바나듐 염의 양이온에 따라 달라진다는 것을 본 발명의 수행에서 추가로 알게 되었다. V205·nH2O가 NH4V03, LiV03또는 MgV206으로부터 생성될 때 초기 방전 용량이 최대가 된다.It has further been found in the practice of the present invention that the initial discharge capacity depends on the cation of the vanadium salt used in the process of the invention. The initial discharge capacity becomes maximum when V 2 0 5 nH 2 O is generated from NH 4 V0 3 , LiV0 3 or MgV 2 O 6 .

본 발명 V205·nH2O의 특정 용도에 있어 필요조건은 본 명세서에 기재된 몇몇 변형법들 사이에 그 용도에 가장 적합한 생성물을 얻기 위해 서로 다르게 선택된다는 것을 당업자는 이해할 것이다.It will be appreciated by those skilled in the art that the requirements for a particular use of the present invention V 2 0 5 nH 2 O are chosen differently to obtain the most suitable product for that use among the several variants described herein.

본 발명 방법의 한가지 바람직한 실시양태에서, 원소 탄소, 예를 들어 카본 블랙을 바나듐 염 용액에 슬러리화시킨 후 산을 첨가한다. 본 발명의 수행에서, 바나듐 염을 물에 용해시키기 전에, 바나듐 염의 용해와 동시에, 또는 바나듐 염의 용해 후에 카본 블랙을 물에 첨가한다. 상기 기재된 방법으로 산을 첨가한 후 수득된 침전 생성물은 이차 또는 재충전 가능한 리튬 배터리에 사용하기에 매우 바람직한 V205·nH2O로 코팅된 카본 블랙의 미세 분산된 분말이다. 코팅된 카본 블랙 생성물은 낮은 편극화, 고속 방전시 높은 용량 보존율 및 높은 바나듐 효용률 또는 에너지 효율과 함께 V205·nH2O의 높은 초기 방전 용량 특성을 나타낸다. 본 발명의 수행에 적합한 것으로 알려진 카본 블랙의 양은 최종 단리된 탄소-V205·nH2O 건조 분말 총 중량의 1 내지 12 중량%, 바람직하게는 4 내지 8 중량% 범위이다. n이 약 1.2의 바람직한 값인 경우, 1 내지 12 중량%는 0.1 내지 1.2의 탄소-바나듐 몰 비에 상응한다.In one preferred embodiment of the process of the invention, elemental carbon, for example carbon black, is slurried in a vanadium salt solution and then acid is added. In the practice of the present invention, carbon black is added to the water prior to dissolving the vanadium salt in water, simultaneously with dissolving the vanadium salt or after dissolving the vanadium salt. The precipitate product obtained after the addition of an acid in the manner described above is a finely dispersed powder of carbon black coated with V 2 0 5 nH 2 O which is highly preferred for use in secondary or rechargeable lithium batteries. The coated carbon black product exhibits a high initial discharge capacity characteristic of V 2 0 5 nH 2 O with low polarization, high capacity retention at high discharges and high vanadium utility or energy efficiency. The amount of carbon black known to be suitable for carrying out the invention ranges from 1 to 12% by weight, preferably from 4 to 8% by weight of the total weight of the final isolated carbon-V 2 0 5 nH 2 O dry powder. When n is a preferred value of about 1.2, 1 to 12% by weight corresponds to a carbon-vanadium molar ratio of 0.1 to 1.2.

미세 분산된 원소 탄소는 어떤 형태라도 본 발명의 수행에 적합하다. MMM S. A. 카본(MMM S. A. Carbon)(벨기에 브뤼셀 소재) 사로부터 상업적으로 시판되는 수퍼(Super) P 카본 블랙은 표면적이 약 62 ㎡/g인 적합한 원소 탄소 중 하나이다. 본 발명에 사용하는데 적합한 카본 블랙을 결정하는데 표면적에 대한 특별한 제한은 없지만, 표면적이 더 넓은 것이 표면적이 작은 것 보다 바람직한 것으로 믿어진다. 한가지 실시양태에서, 카본 블랙을 먼저 수성 분산액에서 별도로 슬러리화시키고, 생성된 슬러리를 가열된 바나데이트 용액에 첨가한다.Finely dispersed elemental carbon is suitable for carrying out the present invention in any form. Super P carbon black commercially available from MMM S. A. Carbon (Brussels, Belgium) is one of the suitable elemental carbons having a surface area of about 62 m 2 / g. There is no particular limitation on the surface area in determining the carbon black suitable for use in the present invention, but it is believed that a larger surface area is preferable to a smaller surface area. In one embodiment, carbon black is first slurried separately in an aqueous dispersion and the resulting slurry is added to a heated vanadate solution.

본 발명의 방법을 배치식 및 연속식 둘 다로 수행할 수 있다. 침전되지 않은 바나데이트 염의 재순환 스트림을 사용하는 연속 방법은 반응을 비교적 낮은 수율 조건하에서 수행하는 경우 특히 바람직하다.The process of the invention can be carried out both batchwise and continuously. Continuous processes using a recycle stream of unprecipitated vanadate salts are particularly preferred when the reaction is carried out under relatively low yield conditions.

본 발명의 방법에서는 x 및 y의 값을 가능한 한 0에 가깝게 감소시키는 것뿐 아니라 흡착된 양성자와 같은 임의의 다른 잔류 이온 오염물을 제거하는 것이 바람직하다. 이는 물에 침전된 생성물을 세척한 후 여과하여 달성한다.In the process of the invention, it is desirable not only to reduce the values of x and y as close as possible to zero, but also to remove any other residual ionic contaminants such as adsorbed protons. This is accomplished by washing the product precipitated in water and then filtering.

전극 활성 물질, 예를 들어 본 발명의 V205·nH2O를 카본 블랙 및 결합제 수지와 조합함으로써 개선된 전기 전도도뿐만 아니라 전극 조성물에 대한 우수한 물리적 일체성을 제공하는 전극 조성물을 형성하는 것이 전기화학 전지 제조업계에 잘 알려져 있다. 그러나, 8 중량%의 카본 블랙은, 8%의 초과량이 바람직하지 않게 가공이 어렵고 부서지기 쉬운 전극 조성물을 종종 야기하기 때문에 통상적인 실제최대 카본 블랙 농도를 나타낸다는 것을 수행에서 알게 되었다. 본 발명은 본원의 수행에 따라 형성된 전극 조성물의 물리적 일체성에 대해 최소의 유해 효과를 갖는 조성물에 추가의 원소 탄소를 혼입하여 문제를 해결한다. 예를 들어, 본 발명의 바람직한 전극 조성물은 상기 기재된 바와 같이 본 발명의 방법에 따라 형성된 8% 카본 블랙을 혼입한 V205·nH2O 코팅된 카본 블랙 조성물을 포함한다. 이런 조성물을 추가의 8% 카본 블랙 및 결합제 수지와 본 발명의 교시에 따라 조합하여, 16% 카본 블랙을 포함하고 전극 조성물의 카본 블랙의 높은 전체 농도로부터 예상되는 개선된 전기화학적 성능을 갖는 강인하고 성형가능한 전극 조성물을 형성한다.Combining an electrode active material, such as V 2 0 5 nH 2 O of the present invention with carbon black and binder resin, forms an electrode composition that provides improved physical conductivity as well as good physical integrity for the electrode composition. It is well known in the electrochemical cell manufacturing art. However, it has been found in practice that 8% by weight of carbon black exhibits a typical actual maximum carbon black concentration because an excess of 8% often undesirably results in an electrode composition that is difficult to process and brittle. The present invention solves the problem by incorporating additional elemental carbon into the composition having a minimal deleterious effect on the physical integrity of the electrode composition formed in accordance with the practice herein. For example, preferred electrode compositions of the present invention include a V 2 0 5 nH 2 O coated carbon black composition incorporating 8% carbon black formed according to the method of the present invention as described above. Such compositions are combined with additional 8% carbon black and binder resins in accordance with the teachings of the present invention to provide robustness that includes 16% carbon black and has the improved electrochemical performance expected from the high total concentration of carbon black of the electrode composition. A moldable electrode composition is formed.

적합한 결합제 수지는 EPDM 고무, 폴리비닐리덴 플루오라이드 및 그의 공중합체, 예를 들어 헥사플루오로프로필렌뿐만 아니라 본 목적에 적합한 것으로 당업계에 공지된 다른 수지를 포함한다. 결합제 수지는 통상적으로 먼저 이동성(fugitive) 용매에 용해시킨 후 전극의 다른 성분과 조합한다. 적합한 용매는 당업계에 잘 알려져 있으며 그 중에서도 특히 아세톤, 시클로헥산 및 시클로펜타논을 포함한다. 본 발명의 수행에 적합한 모든 결합제를 용매에 용해시켜야 하는 것은 아니다.Suitable binder resins include EPDM rubber, polyvinylidene fluoride and copolymers thereof, such as hexafluoropropylene, as well as other resins known in the art to be suitable for this purpose. The binder resin is typically first dissolved in a fugitive solvent and then combined with other components of the electrode. Suitable solvents are well known in the art and in particular include acetone, cyclohexane and cyclopentanone. Not all binders suitable for the practice of the invention need to be dissolved in a solvent.

V205·nH2O로 코팅된 원소 탄소를 포함하는 본 발명의 전극 조성물이, V205·nH2O가 원소 탄소상에 코팅되지 않은 본 발명의 V205·nH2O를 포함하는 유사한 전극 조성물에 비해 상당한 이점을 나타낸다는 것을 본 발명의 수행에서 알게 되었다. 이런 이점에는 충전/방전 사이클에서 감소된 편극화, 바나듐 1 g 당 더 높은 초기 방전 용량 및 방전 속도 증가시 초기 방전 용량의 훨씬 작은 감소가 포함된다.V 2 0 5 · The electrode compositions of this invention containing the elements carbon coated with nH 2 O, V 2 0 5 · nH 2 O is of the present invention is not coated on the element carbon V 2 0 5 · nH 2 O It has been found in the practice of the present invention that it represents a significant advantage over similar electrode compositions comprising. These advantages include reduced polarization in the charge / discharge cycles, higher initial discharge capacity per gram of vanadium, and a much smaller decrease in initial discharge capacity at increasing discharge rates.

V205·nH2O로 코팅된 탄소의 본 발명의 제조 방법에는 또한 다른 원소의 첨가 또는 도핑이 사용될 수 있다. 예를 들어, 전이 금속 또는 금속 화합물을 첨가한 후 산 첨가에 의해 V205·nH2O를 침전시키는 경우, 화학적으로 개질된 침전 생성물은 산 첨가 후에 수득되고 화학식 MxBzV2O5Ay·nH2O (식 중, M은 본 발명의 V205·nH2O를 침전시킨 바나데이트 염으로 유도된 양이온이고, x = 0.0 내지 0.7이고, A는 산으로 유도된 음이온이고, y = 0.0 내지 0.7이고, B는 전이 금속, 주족 금속 또는 희토류 금속이고, z = 0.0 내지 1.0이고, n = 0.1 내지 2.0임)를 갖는다.In the process for the production of carbon coated with V 2 0 5 nH 2 O, addition or doping of other elements may also be used. For example, in the case of precipitation of V 2 0 5 nH 2 O by addition of a transition metal or metal compound followed by acid addition, a chemically modified precipitation product is obtained after acid addition and is represented by the formula M x B z V 2 O 5 A y n H 2 O wherein M is a cation derived from the vanadate salt which precipitated V 2 0 5 nH 2 O of the present invention, x = 0.0-0.7 and A is an acid-derived anion And y = 0.0 to 0.7, B is a transition metal, a main group metal or a rare earth metal, z = 0.0 to 1.0, and n = 0.1 to 2.0.

본 발명은 하기 구체적인 실시양태에 추가로 기재되어 있다. 본 발명에서는 본 발명의 의도 또는 본질적인 특성으로부터 벗어나지 않으면서 다양한 개질, 치환 및 재배열이 가능하다는 것을 당업자는 이해할 것이다.The invention is further described in the following specific embodiments. Those skilled in the art will appreciate that various modifications, substitutions and rearrangements are possible in the present invention without departing from the intent or essential characteristics of the present invention.

하기 기재된 대부분의 구체적인 실시양태는 실시양태의 전극 조성물을 리튬 금속 양극에 대한 음극으로 사용하는 표준 전기화학 전지의 형성에 관한 것이다. 리튬-이온 전지는 또한 본 발명의 방법에 따라 형성할 수 있고 여러 응용에 바람직하다.Most of the specific embodiments described below relate to the formation of standard electrochemical cells using the electrode compositions of the embodiments as cathodes for lithium metal anodes. Lithium-ion cells can also be formed according to the method of the present invention and are preferred for many applications.

리튬-이온 배터리는 적절한 순환가능한 리튬 또는 그의 부분을 미리 함유하는 양극 물질을 사용하여 충전된 상태에서 조립한다. 이는 탄소 구조에 수용되는필수 순환가능한 리튬을 허용하는 전지를 조립하는 동안, 당업계에 알려진 바와 같이, 예를 들어 리튬 금속 또는 몇몇 다른 리튬원을 탄소 기재 양극 물질과 접촉시켜 달성할 수 있다. 리튬-이온 전지에서 청구된 물질을 사용하기 위한 다른 수단은 예를 들어, 화학적 수단 또는 전기화학적 수단에 의한 산화 바나듐 수화물의 계획된 예비 리튬화(prelithiation)를 포함한다. 이는 초기 방전된 양극과 함께 리튬-이온 배터리에 사용하기 위해 바람직하게 더 높은 수준으로 요구되는 물질의 리튬 함량을 증가시킨다. 리튬 이온 전지의 예는 실시예 17에 제공된다.Lithium-ion batteries are assembled in a charged state using a positive electrode material which already contains suitable circulating lithium or portions thereof. This can be accomplished during assembly of a cell that allows the essential circulating lithium to be contained in the carbon structure, for example by contacting a lithium metal or some other lithium source with a carbon based positive electrode material, as known in the art. Other means for using the claimed materials in lithium-ion batteries include planned prelithiation of vanadium oxide hydrate by, for example, chemical or electrochemical means. This, together with the initially discharged positive electrode, increases the lithium content of the material, which is preferably required at higher levels for use in lithium-ion batteries. An example of a lithium ion battery is provided in Example 17.

하기 실시예 1 내지 16에서, 산화 바나듐 수화물을 형성시킨 후, 당업계에 공지된 다른 물질과 조합하여 리튬 전지에 혼입된 전극을 형성하였고, 모든 단계는 하기 기재된 방법에 따라 달성하였다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 이렇게 형성된 코인 전지의 리튬 방전 용량을 측정하고, 그 결과를 본 발명의 V205·nH2O를 형성하는 데 사용한 산 바나듐 비율에 대해 플롯팅 하였다.In Examples 1 to 16 below, after forming vanadium oxide hydrate, the electrode incorporated in the lithium battery was combined with other materials known in the art, and all the steps were achieved according to the method described below. As shown in FIG. 1, the lithium discharge capacity of the coin battery thus formed was measured and the results were plotted against the acid vanadium ratio used to form V 2 0 5 · nH 2 O of the present invention.

실시예 1Example 1

18.2 g의 LiVO3을 1 ℓ 파이렉스(Pyrex) 비이커에서 테플론 코팅된 자석 교반 막대로 교반하면서 약 450 ml의 탈이온 H20에 첨가하였다. 비이커의 함유물을 비등점으로 가열하여 용액을 형성시켰다. 교반하면서, 7.5 ml의 농축된 HN03을 끓는 용액에 첨가하였다. 생성된 용액을 5 분 동안 교반하면서 계속 끓였다. H/V 비율은 0.7이었다.18.2 g of LiVO 3 was added to about 450 ml of deionized H 2 O while stirring with a Teflon coated magnetic stir bar in a 1 L Pyrex beaker. The contents of the beaker were heated to the boiling point to form a solution. While stirring, 7.5 ml of concentrated HNO 3 was added to the boiling solution. The resulting solution was kept boiling while stirring for 5 minutes. H / V ratio was 0.7.

이어서 비이커를 열로부터 제거하고 실온에서 3 시간 30 분 동안 교반을 지속하였다. 세척하지 않은 젤라틴 침전물을 감압여과하여 여과지 상에 수집하였다. 생성물을 매우 천천히 여과하였고 여액은 침전되지 않은 바나듐이 상당량 존재함을 지시하는 오렌지색이었다. 다중-색 스트립 pH 종이로 측정한 여액의 pH는 약 3이었다. 여과 케이크를 IR 가열 램프하에서 밤새 건조시켜 7.4 g의 물질을 수득하였다. (Li)0.07V205(N03)0.07·0.9H20의 조성물을 화학적 및 열중량 분석으로 유도하였다. 이 조성물을 기준으로, 계산된 생성물 수율은 42%였다. X-선 분말 회절 패턴에는 V205·nH2O의 선만 나타났다.The beaker was then removed from heat and stirring continued for 3 hours 30 minutes at room temperature. The unwashed gelatinous precipitate was collected by filtration under reduced pressure. The product was filtered very slowly and the filtrate was orange indicating a significant amount of vanadium unprecipitated. The pH of the filtrate as measured by multi-color strip pH paper was about 3. The filter cake was dried overnight under an IR heating lamp to yield 7.4 g of material. (Li) 0.07 V 2 0 5 (N0 3) 0.07 · 0.9H 2 0 in the composition is derived by chemical and thermogravimetric analysis. Based on this composition, the calculated product yield was 42%. The X-ray powder diffraction pattern showed only the lines of V 2 0 5 nH 2 O.

연마하여 분말을 생성시킨 후, 분말을 200 메쉬 스크린으로 체를 쳐서 음극을 만들기에 적합한 분말을 얻었다. 전극을 만들기 위해, 1.5000 g의 분말을 MMM S. A. 카본(벨기에 브뤼셀 소재) 사로부터 상업적으로 시판되는 수퍼 P 카본 블랙 0.1364 g 및 시클로헥산 중 EPDM 고무의 4 중량%의 용액 1.705 g과 조합하였다.여분의 시클로헥산 2.5 ml을 첨가하여 흐름을 개선하였다. 혼합물을 캡이 있는 유리 바이알에서 기계적인 진탕기로 15 분 동안 진탕하여 음극 페이스트를 형성하였다.After grinding to produce a powder, the powder was sieved through a 200 mesh screen to obtain a powder suitable for making a cathode. To make the electrode, 1.5000 g of powder was combined with 0.1364 g of Super P carbon black commercially available from MMM SA Carbon (Brussels, Belgium) and 1.705 g of a 4 wt% solution of EPDM rubber in cyclohexane. 2.5 ml of cyclohexane was added to improve flow. The mixture was shaken with a mechanical shaker for 15 minutes in a glass vial with a cap to form a negative electrode paste.

음극 페이스트를 테플론(등록상표) FEP 시트 (E. I. du Pont de Nemours and Company, Wilmington DE)에 얇게 바르고 연신하여 갭이 15 ㎜인 닥터 블레이드(doctor blade)를 사용하여 필름을 형성시켰다. 분말 88 중량%, 결합제 4 중량% 및 카본 블랙 8 중량%로 이루어진 건조된 필름을 2000 psi 및 110 ℃에서 캡톤(Kapton)(등록상표) 폴리이미드 시트 (DuPont) 사이에 캘린더 롤러로 고온 프레스하여 리튬 배터리로 사용하기에 적합한 통합된 전극 시트를 형성하였다. 시트의 두께는 115 ㎛였다.The negative electrode paste was thinly applied to a Teflon® FEP sheet (E. I. du Pont de Nemours and Company, Wilmington DE) and stretched to form a film using a doctor blade having a gap of 15 mm. A dried film consisting of 88% by weight of powder, 4% by weight of binder and 8% by weight of carbon black was hot pressed with a calender roller between Kapton® polyimide sheet (DuPont) at 2000 psi and 110 ° C. An integrated electrode sheet suitable for use as a battery was formed. The thickness of the sheet was 115 탆.

생성된 통합 전극 시트를 전기화학 전지에서 Li 금속 양극에 대한 음극으로 사용하였다. 전해질 용액으로 EC/DMC (에틸렌 카르보네이트/디메틸 카르보네이트) 중 LiPF6이 제공되었다. 유리 섬유 격리판을 전극 사이에 사용하였다. 음극, 양극 및 격리판의 디스크를 펀치로 잘랐다. 건조 질소 분위기에서, 음극 및 격리판 조각을 전해질 용액에 담근 후, 코인 전지 팬에 Li과 함께 쌓아두고 캐나다의 내셔날 리서치 카운실 (National Research Council)에서 제조한 2325 코인 셀 크림퍼 시스템 (Coin Cell Crimper System)을 사용하여 압력하에서 밀봉하였다. 코인 전지를 상기 기재된 바와 같이 시험하고 초기 방전 용량은 315 ㎃h/g으로 측정되었다.The resulting integrated electrode sheet was used as negative electrode for Li metal positive electrode in electrochemical cell. The electrolyte solution provided LiPF 6 in EC / DMC (ethylene carbonate / dimethyl carbonate). Glass fiber separators were used between the electrodes. The disks of the negative electrode, the positive electrode and the separator were cut with a punch. In a dry nitrogen atmosphere, the cathode and separator pieces are immersed in an electrolyte solution, stacked in a coin cell pan with Li and placed in a 2325 Coin Cell Crimper System manufactured by the National Research Council of Canada. Sealed under pressure). The coin cell was tested as described above and the initial discharge capacity was measured at 315 mAh / g.

실시예 2Example 2

15.6 g의 무수 V205및 7.2 g의 LiOH-H2O를 900 ml의 탈이온수와 조합하고, 3.6 ml의 농축 H2SO4를 40 ml의 H2O와 조합함으로써 제조된 묽은 H2SO4를 끓는 용액에 첨가하고 산 첨가 후 35 분 동안 가열을 지속한 것을 제외하고는 실시예 1에서와 같이 처리하여 V205·nH2O를 형성하였다. H/V 비율은 0.75였다.Dilute H 2 prepared by combining 15.6 g of anhydrous V 2 0 5 and 7.2 g of LiOH-H 2 O with 900 ml of deionized water and 3.6 ml of concentrated H 2 SO 4 with 40 ml of H 2 O SO 4 was added to the boiling solution and treated as in Example 1 except that heating was continued for 35 minutes after acid addition to form V 2 0 5 nH 2 O. The H / V ratio was 0.75.

이어서 비이커를 열로부터 제거하고 교반을 중단하였다. 1 시간 후에 가라앉지 않고 세척하지 않은 젤라틴 고체를 감압여과하여 여과지 상에 수집하였다. 생성물을 매우 천천히 여과하고 여액은 침전되지 않은 바나듐이 상당량 존재함을 지시하는 오렌지색이었다. 다중-색 스트립 pH 종이로 측정한 여액의 pH는 약 3이었다. 여과 케이크를 큰 커버 글래스에 얇게 바르고, 실온에서 4 시간 동안 건조시키고 IR 가열 램프하에서 2 시간 동안 건조시켜 12.5 g의 건조된 분말을 수득하였다. Li2SO4·H2O로 생각되는 불순물 상이 x-선 분말 회절에 나타났다. 비반응성 불순물은 활성 물질을 희석하고 전체 Li 삽입 용량을 낮추는 효과가 있다. 생성물의 수율은 65%였다.The beaker was then removed from heat and stirring was stopped. After 1 hour the unwashed and unwashed gelatin solids were collected by filtration under reduced pressure. The product was filtered very slowly and the filtrate was orange indicating a significant amount of vanadium unprecipitated. The pH of the filtrate as measured by multi-color strip pH paper was about 3. The filter cake was applied thinly to a large cover glass, dried at room temperature for 4 hours and dried under an IR heating lamp for 2 hours to give 12.5 g of dried powder. An impurity phase, thought to be Li 2 SO 4 H 2 O, appeared in x-ray powder diffraction. Non-reactive impurities have the effect of diluting the active material and lowering the overall Li insertion capacity. The yield of the product was 65%.

이어서 V205·nH2O의 생성된 건조 분말을 실시예 1에 기재된 바와 같이 가공하고 조합하여, 실시예 1에서와 같이 코인 전지로 혼입되는 두께가 108 ㎛이고 초기 방전 용량이 265 ㎃h/g인 전극이 형성되었다.The resulting dry powder of V 2 0 5 nH 2 O was then processed and combined as described in Example 1 to incorporate 108 μm thick and 265 mAh of initial discharge capacity as incorporated in the coin cell as in Example 1 An electrode of / g was formed.

실시예 3Example 3

18.2 g의 LiV03을 900 ml의 탈이온수와 조합하고, 4.8 ml의 농축 H2SO4를 20ml의 H2O와 조합하여 제조된 묽은 H2SO4를 끓는 용액에 첨가하고 산 첨가 후 15 분 동안 가열을 지속한 것을 제외하고는 실시예 1에서와 같이 처리하여 V205·nH2O를 형성하였다. H/V 비율은 1.0이었다.The 18.2 g of LiV0 3 in combination with deionized water of 900 ml, and 15 minutes after the addition of a diluted H 2 SO 4 produced by combining a concentration of 4.8 ml H 2 SO 4 and H 2 O in 20ml of boiling the solution and addition of acid Except that heating was continued for the same treatment as in Example 1 to form V 2 0 5 nH 2 O. H / V ratio was 1.0.

이어서 비이커를 열로부터 제거하고 교반을 중단하였다. 비이커가 촉감으로 느끼기에 차가울 때까지 고체를 방치하여 가라앉혔다. 약 400 ml의 상층액을 따라냈다. 따라낸 상층액은 침전되지 않은 바나듐이 일부 존재한다는 것을 지시하는 옅은 황색이었다.The beaker was then removed from heat and stirring was stopped. The beaker was left to settle until it was cold to feel touched. About 400 ml of supernatant was decanted. The decanted supernatant was pale yellow, indicating that some non-precipitated vanadium was present.

약 400 ml의 신선한 H20를 비이커의 침전물에 첨가한 후, 약 1 분 동안 물과 함께 교반시켜 슬러리화하였다. 침전물을 10 분 동안 방치하여 가라앉히고, 약 500 ml의 상층액을 따라냈다. 약 500 ml의 신선한 H20를 첨가하고, 1 분 동안 슬러리화하였다. 침전물을 약 20 분 동안 가라앉히고 상층액을 다시 따라냈다.About 400 ml of fresh H 2 0 was added to the precipitate of the beaker and then slurried by stirring with water for about 1 minute. The precipitate was left to settle for 10 minutes and the about supernatant of about 500 ml was decanted. About 500 ml of fresh H 2 0 was added and slurried for 1 minute. The precipitate was allowed to settle for about 20 minutes and the supernatant was decanted again.

감압여과에 의해 고체를 여과지 상에 수집하였다. 다중-색 스트립 pH 종이로 측정한 여액의 pH는 약 3이었다. 여과 케이크를 큰 커버 글래스에 얇게 바르고, IR 가열 램프하에서 건조시켜 17.2 g의 건조된 분말을 수득하였다. (Li)0.14V205(S04)0.07·1.1H20의 조성물을 화학적 및 열중량 분석으로 유도하였다. 이 조성물을 기준으로, 계산된 생성물 수율은 97%였다. X-선 분말 회절 패턴에는 V205·nH2O의 선만 나타났다.The solid was collected on filter paper by vacuum filtration. The pH of the filtrate as measured by multi-color strip pH paper was about 3. The filter cake was applied thinly to a large cover glass and dried under an IR heating lamp to give 17.2 g of dried powder. (Li) 0.14 V 2 0 5 (S0 4) 0.07 · 1.1H 2 0 in the composition is derived by chemical and thermogravimetric analysis. Based on this composition, the calculated product yield was 97%. The X-ray powder diffraction pattern showed only the lines of V 2 0 5 nH 2 O.

이어서 생성된 V205·nH2O의 건조 분말을 실시예 1에 기재된 바와 같이 가공하고 조합하여, 실시예 1에서와 같이 코인 전지로 혼입되는 두께가 115 ㎛이고 초기 방전 용량이 355 ㎃h/g인 전극이 형성되었다.The resulting dry powder of V 2 0 5 nH 2 O was then processed and combined as described in Example 1 to incorporate a coin cell as in Example 1 with a thickness of 115 μm and an initial discharge capacity of 355 mAh An electrode of / g was formed.

실시예 4Example 4

50.0 g의 무수 V205및 23.1 g의 LiOH·H2O를 600 ml의 파이렉스 비이커에서 350 ml의 탈이온수와 혼합하고 테플론 코팅된 자석 교반 막대로 교반하고 약 80℃로 가열하여 용액을 형성시켰다. 교반하면서, 50 ml의 농축된 HCl을 고온 용액에 첨가하였다. H/V 비율은 1.1이었다. 15 분 후, 가열과 교반을 중지하고, 슬러리를 실온으로 냉각시켰다.50.0 g of anhydrous V 2 0 5 and 23.1 g of LiOH.H 2 O are mixed with 350 ml of deionized water in 600 ml of Pyrex beaker, stirred with a Teflon coated magnetic stir bar and heated to about 80 ° C. to form a solution. I was. While stirring, 50 ml of concentrated HCl was added to the hot solution. H / V ratio was 1.1. After 15 minutes, heating and stirring were stopped and the slurry was cooled to room temperature.

감암 여과에 의해 고체를 여과지 상에 수집하였다. 여과 케이크를 IR 가열 램프하에서 밤새 건조시킨 후, 약 500 ml의 신선한 탈이온수로 재슬러리화하고, 감압에 의해 여과지상에 다시 수집하고 IR 열하에서 건조시켰다. Li0.2V205Cl0.2·0.5H20의 조성물을 하기 2 단계 반응이라 생각되는 열중량 분석으로 유도하였다.The solid was collected on filter paper by dark filtration. The filter cake was dried overnight under an IR heating lamp, then reslurried with about 500 ml of fresh deionized water, collected again on the filter paper by reduced pressure and dried under IR heat. The composition of Li 0.2 V 2 0 5 Cl 0.2 .0.5H 2 0 was derived by thermogravimetric analysis, which is considered to be the following two step reaction.

Li0.2V205Cl0.2·0.5H20 →Li0.2V205+ 0.5 H20 + 0.1 Cl2 Li 0.2 V 2 0 5 Cl 0.2 · 0.5H 2 0 → Li 0.2 V 2 0 5 + 0.5 H 2 0 + 0.1 Cl 2

X-선 분말 회절 패턴에는 V205·nH2O의 선만 나타났다.The X-ray powder diffraction pattern showed only the lines of V 2 0 5 nH 2 O.

이어서 활성 물질, EPDM 결합제 및 카본 블랙의 양이 각각 90 중량%, 2 중량% 및 8 중량%인 것을 제외하고는 실시예 1에 기재된 바와 같이 생성된 V205·nH2O의 건조 분말을 가공하고 조합하여, 실시예 1에서와 같이 코인 전지로 혼입되는 두께가 90 ㎛이고 초기 방전 용량이 378 ㎃h/g인 전극이 형성되었다.Then dry powder of V 2 0 5 nH 2 O produced as described in Example 1 except that the amounts of active material, EPDM binder and carbon black are 90%, 2% and 8% by weight, respectively. Processing and combining, as in Example 1, an electrode having a thickness of 90 mu m and an initial discharge capacity of 378 mAh / g was formed as in the coin cell.

실시예 5Example 5

20.1 g의 NH4VO3를 450 ml의 탈이온수와 조합하고, 15 ml의 농축된 HNO3을 끓는 용액에 첨가하고 산 첨가후 5 분 동안 가열을 지속한 것을 제외하고는 실시예 1에서와 같이 처리하여 V205·nH2O를 형성시켰다. H/V 비율은 1.4였다.As in Example 1, except 20.1 g of NH 4 VO 3 was combined with 450 ml of deionized water, 15 ml of concentrated HNO 3 was added to the boiling solution and heating was continued for 5 minutes after acid addition. Treatment formed V 2 0 5 nH 2 O. H / V ratio was 1.4.

이어서 비이커를 열로부터 제거하고 비이커가 촉감으로 느끼기에 차가울 때까지 교반을 지속하였다. 감압여과에 의해 고체를 여과지 상에 수집한 후, 젖은 고체를 350 ml의 신선한 탈이온수에서 자석 교반 막대로 1 분 동안 교반하여 슬러리화한 후, 상기와 같이 수집하였다. 고체를 신선한 물 350 ml 부분으로 다시 슬리러화하여 상기와 같이 수집하였다. 이 때 여액의 pH는 약 3이었다. 여과 케이크를 110 ℃의 공기중에서 건조시켰다. 15.4 g의 생성물을 수득하였다. (NH4)0.1V205(N03)0.1·0.8H20의 조성물을 열중량 분석으로 유도하였다. 상기 조성물을 기준으로, 계산된 생성물의 수율은 88%였다. X-선 분말 회절 패턴에는 V205·nH2O의 선만 나타났다.The beaker was then removed from the heat and stirring continued until the beaker felt cold to the touch. After collecting the solid on the filter paper by filtration under reduced pressure, the wet solid was slurried by stirring for 1 minute with a magnetic stir bar in 350 ml of fresh deionized water and then collected as above. The solid was slurried again in 350 ml portions of fresh water and collected as above. At this time, the pH of the filtrate was about 3. The filter cake was dried in air at 110 ° C. 15.4 g of product were obtained. (NH 4) 0.1 V 2 0 5 (N0 3) 0.1 · 0.8H 2 0 in the composition is derived by thermogravimetric analysis. Based on the composition, the calculated product yield was 88%. The X-ray powder diffraction pattern showed only the lines of V 2 0 5 nH 2 O.

이어서 생성된 V205·nH2O의 건조 분말을 실시예 1에 기재된 바와 같이 가공하고 조합하여, 실시예 1에서와 같이 코인 전지로 혼입되는 두께가 125 ㎛이고 초기 방전 용량이 367 ㎃h/g인 전극이 형성되었다.The resulting dry powder of V 2 0 5 nH 2 O was then processed and combined as described in Example 1, with a thickness of 125 μm and an initial discharge capacity of 367 mAh for incorporation into the coin cell as in Example 1 An electrode of / g was formed.

실시예 6Example 6

18.2 g의 LiV03을 450 ml의 탈이온수와 조합하고, 15 ml의 농축 HN03를 끓는 용액에 조심스럽게 첨가하고 산 첨가 후 10 분 동안 가열을 지속한 것을 제외하고는 실시예 1에서와 같이 처리하여 V205·nH2O를 형성시켰다. H/V 비율은 1.4였다.18.2 g of LiV0 3 are combined with 450 ml of deionized water and treated as in Example 1 except that 15 ml of concentrated HN0 3 is carefully added to the boiling solution and heating is continued for 10 minutes after acid addition. To form V 2 0 5 nH 2 O. H / V ratio was 1.4.

이어서 비이커를 열로부터 제거하고 거의 실온으로 냉각시켰다. 감압여과에 의해 고체를 여과지 상에 수집한 후, 젖은 고체를 400 ml의 신선한 탈이온수에서 자석 교반 막대로 1 분 동안 교반시켜 슬러리화한 후, 상기와 같이 수집하였다. 다중-색 스트립 pH 종이로 측정한 여액의 pH는 약 1이었다. 여과 케이크를 IR 가열 램프하에서 건조시켜 건조된 생성물 15.5 g을 수득하였다. (Li)0.05V205(N03)0.05·1H20의 조성물을 화학적 및 열중량 분석으로 유도하였다. 상기 조성물을 기준으로, 계산된 생성물의 수율은 89%였다. X-선 분말 회절 패턴에는 V205·nH2O의 선만 나타났다.The beaker was then removed from heat and cooled to near room temperature. After collecting the solid on the filter paper by vacuum filtration, the wet solid was slurried by stirring for 1 minute with a magnetic stir bar in 400 ml of fresh deionized water and then collected as above. The pH of the filtrate as measured by multi-color strip pH paper was about 1. The filter cake was dried under an IR heating lamp to give 15.5 g of dried product. (Li) 0.05 V 2 0 5 (N0 3 ) A composition of 0.05 · 1H 2 0 was derived by chemical and thermogravimetric analysis. Based on the composition, the calculated product yield was 89%. The X-ray powder diffraction pattern showed only the lines of V 2 0 5 nH 2 O.

이어서 생성된 V205·nH2O의 건조 분말을 실시예 1에 기재된 바와 같이 가공하고 조합하여, 실시예 1에서와 같이 코인 전지로 혼입되는 두께가 110 ㎛이고 초기 방전 용량이 340 ㎃h/g인 전극이 형성되었다.The resulting dry powder of V 2 0 5 nH 2 O was then processed and combined as described in Example 1, the thickness being incorporated into the coin cell as in Example 1 was 110 μm and the initial discharge capacity was 340 mAh An electrode of / g was formed.

실시예 7Example 7

20.1 g의 NH4VO3을 900 ml의 탈이온수와 조합하고, 산 첨가 후 20 분 동안 가열을 지속한 것을 제외하고는 실시예 5에서와 같이 처리하였다.20.1 g of NH 4 VO 3 was combined with 900 ml of deionized water and treated as in Example 5 except heating was continued for 20 minutes after acid addition.

이어서 비이커를 열로부터 제거하고 교반을 중단하였다. 고체를 신속하게가라앉히고 5 분 동안 방치하여 가라앉혔다. 약 600 ml의 상층액을 따라냈다. 따라낸 상층액은 침전되지 않은 바나듐이 일부 존재함을 지시하는 옅은 황색이었다. 약 700 ml의 신선한 H20를 비이커의 침전물에 첨가한 후, 약 1 분 동안 교반시켜 물로 슬러리화하였다. 침전물을 10 분 동안 방치하여 가라앉히고, 약 700 ml의 상층액을 따라냈다. 약 700 ml의 신선한 H20를 첨가하고, 1 분 동안 슬러리화하였다. 침전물을 약 20 분 동안 방치하여 가라앉히고 다시 상층액을 따라냈다. 상층액의 pH는 약 2였다. 감압여과에 의해 생성물을 용이하고 신속하게 여과지 상에 수집하였다. 습기있는 케이크를 큰 커버 글래스에서 부서뜨리고 실온의 공기중에서 3.5 일 동안 건조시켜 15.8 g의 물질을 수득하였다. 부피가 큰 생성물을 막자사발에서 용이하게 분말로 만들었다. (NH4)0.1V205(N03)0.1·0.7H20의 조성물을 열중량 분석으로 유도하였다. X-선 분말 회절 패턴에는 V205·nH2O의 선만 나타났다. 상기 조성물을 기준으로 하여, 계산된 생성물의 수율은 91%였다.The beaker was then removed from heat and stirring was stopped. The solid was quickly settled and left for 5 minutes to settle. About 600 ml of supernatant was decanted. The decanted supernatant was pale yellow indicating some vanadium that was not precipitated. About 700 ml of fresh H 2 0 was added to the precipitate of the beaker and then stirred for about 1 minute to slurry with water. The precipitate was allowed to settle for 10 minutes to settle and drain about 700 ml of supernatant. About 700 ml of fresh H 2 0 was added and slurried for 1 minute. The precipitate was left for about 20 minutes to settle and the supernatant was decanted again. The pH of the supernatant was about 2. The product was collected on filter paper easily and quickly by vacuum filtration. The damp cake was crushed in a large cover glass and dried in air at room temperature for 3.5 days to yield 15.8 g of material. The bulky product was easily powdered in a mortar. (NH 4) 0.1 V 2 0 5 (N0 3) 0.1 · 0.7H 2 0 in the composition is derived by thermogravimetric analysis. The X-ray powder diffraction pattern showed only the lines of V 2 0 5 nH 2 O. Based on the composition, the calculated product yield was 91%.

이어서 생성된 V205·nH2O를 실시예 1에 기재된 바와 같이 가공하고 조합하여, 실시예 1에서와 같이 코인 전지로 혼입되는 두께가 130 ㎛이고 초기 방전 용량이 370 ㎃h/g인 전극이 형성되었다.The resulting V 2 0 5 nH 2 O was then processed and combined as described in Example 1, with a thickness of 130 μm and an initial discharge capacity of 370 mAh / g as in Example 1 incorporated into the coin cell. An electrode was formed.

실시예 8Example 8

8.2 g의 NH4V03을 150 ml의 탈이온수와 조합하고, 6.6 ml의 농축 HN03을 첨가하고 산 첨가 후 2 분 동안 가열을 지속한 것을 제외하고는 실시예 1에서와 같이처리하였고, H/V 비율은 1.5였다.8.2 g of NH 4 V0 3 were combined with 150 ml of deionized water and treated as in Example 1 except that 6.6 ml of concentrated HN0 3 was added and heating was continued for 2 minutes after acid addition, H The / V ratio was 1.5.

이어서 비이커를 열로부터 제거하고 촉감으로 느끼기에 따뜻할 때까지 교반을 지속하였다. 감압여과에 의해 생성물을 용이하고 신속하게 여과지 상에 수집하였다. 세척하지 않은 케이크를 적외선 가열 램프하에서 밤새 건조시켰다.The beaker was then removed from the heat and stirring continued until it was warm to feel tactile. The product was collected on filter paper easily and quickly by vacuum filtration. The unwashed cake was dried overnight under an infrared heating lamp.

(NH4)0.1V205(N03)0.1·1H20의 조성물을 열중량 분석으로 유도하였다. X-선 분말 회절 패턴에는 V205·nH2O의 선만 나타났다.A composition of (NH 4 ) 0.1 V 2 0 5 (N0 3 ) 0.1 · 1H 2 0 was derived by thermogravimetric analysis. The X-ray powder diffraction pattern showed only the lines of V 2 0 5 nH 2 O.

이어서 활성 물질, EPDM 결합제 및 카본 블랙의 양이 각각 90 중량%, 2 중량% 및 8 중량%인 것을 제외하고는 실시예 1에 기재된 바와 같이 생성된 V205·nH2O의 건조 분말을 가공하고 조합하여, 실시예 1에서와 같이 코인 전지로 혼입되는 두께가 120 ㎛이고 초기 방전 용량이 383 ㎃h/g인 전극이 형성되었다.Then dry powder of V 2 0 5 nH 2 O produced as described in Example 1 except that the amounts of active material, EPDM binder and carbon black are 90%, 2% and 8% by weight, respectively. Processing and combining, as in Example 1, an electrode having a thickness of 120 mu m and an initial discharge capacity of 383 mAh / g was formed as in the coin battery.

실시예 9Example 9

18.3 g의 MgV206을 사용하여, 20 ml의 탈이온수 중 9.5 ml의 농축 H2SO4의 용액을 첨가한 것을 제외하고는 실시예 3에서와 같이 V205·nH2O를 제조하였고, H/V 비율은 2.1이었다.V 2 0 5 nH 2 O was prepared as in Example 3 using 18.3 g MgV 2 0 6 , except that a solution of 9.5 ml of concentrated H 2 SO 4 in 20 ml of deionized water was added. And the H / V ratio was 2.1.

이어서 비이키를 열로부터 제거하고 교반을 중단하였다. 고체를 신속하게 가라앉히고 5 분 동안 방치하여 가라앉혔다. 약 700 ml의 상층액을 따라냈다. 따라낸 상층액은 침전되지 않은 바나듐이 일부 존재함을 지시하는 옅은 황색이었다. 약 700 ml의 신선한 H20를 비이커의 침전물에 첨가한 후, 약 1 분 동안 물과 함께교반시켜 슬러리화하였다. 침전물을 10 분 동안 방치하여 가라앉히고, 약 700 ml의 상층액을 따라냈다. 세척/제거 단계를 2 회 더 반복하였다. 마지막 세척에서 상층액의 pH는 약 3과 4 사이였다. 감압여과에 의해 생성물을 용이하고 신속하게 여과지 상에 수집하였다. 습기있는 케이크를 큰 커버 글래스에서 부서뜨리고 실온의 공기중에서 2.5 일 동안 건조시킨 후, 적외선 가열 램프하에서 5 시간 동안 건조시켰다. 16.3 g을 수득하였다. 생성물을 막자사발에서 용이하게 분말로 만들었다. 계산된 생성물의 수율은 96%였다. X-선 분말 회절 패턴에는 V205·nH2O의 선만 나타났다.Bikie was then removed from the heat and stirring was stopped. The solid was quickly settled and left for 5 minutes to settle. About 700 ml of supernatant was decanted. The decanted supernatant was pale yellow indicating some vanadium that was not precipitated. About 700 ml of fresh H 2 O was added to the precipitate of the beaker and then slurried by stirring with water for about 1 minute. The precipitate was allowed to settle for 10 minutes to settle and drain about 700 ml of supernatant. The wash / removal step was repeated two more times. The pH of the supernatant at the last wash was between about 3 and 4. The product was collected on filter paper easily and quickly by vacuum filtration. The damp cake was crushed in a large cover glass and dried in air at room temperature for 2.5 days and then for 5 hours under an infrared heating lamp. 16.3 g were obtained. The product was easily powdered in a mortar. The calculated product yield was 96%. The X-ray powder diffraction pattern showed only the lines of V 2 0 5 nH 2 O.

이어서 생성된 V205·nH2O의 건조 분말을 실시예 1에 기재된 바와 같이 가공하고 조합하여, 실시예 1에서와 같이 코인 전지로 혼입되는 두께가 123 ㎛이고 초기 방전 용량이 365 ㎃h/g인 전극이 형성되었다.The resulting dry powder of V 2 0 5 nH 2 O was then processed and combined as described in Example 1, with a thickness of 123 μm incorporating into the coin cell as in Example 1 and an initial discharge capacity of 365 mAh An electrode of / g was formed.

실시예 10Example 10

20.1 g의 NH4VO3을 900 ml의 탈이온수와 조합하고, 25 ml의 탈이온 H2O 중 9.6 ml의 농축 H2SO4의 용액을 사용하고 산 첨가 후 20 분 동안 가열을 지속한 것을 제외하고는 실시예 1에서와 같이 처리하였다. H/V 비율은 2였다.20.1 g of NH 4 VO 3 were combined with 900 ml of deionized water, using a solution of 9.6 ml of concentrated H 2 SO 4 in 25 ml of deionized H 2 O and heating continued for 20 minutes after acid addition. Except for the same treatment as in Example 1. H / V ratio was 2.

이어서 비이커를 열로부터 제거하고 교반을 중단하였다. 고체를 신속하게 가라앉혔다. 세척은 실시예 7에 기재된 바와 같이 수행하였다. 최종 상층액의 pH는 약 2였다. 감압여과에 의해 생성물을 용이하고 신속하게 여과지 상에 수집하였다. 습기있는 케이크를 큰 커버 글래스에서 부서뜨리고 통상적인 수단으로 건조시켜 16.2 g의 생성물을 수득하였다. 부피가 큰 생성물을 막자사발에서 용이하게 분말로 만들었다. (NH4)0.12V205(S04)0.06·0.8H20의 조성물을 화학적 및 열중량 분석으로 유도하였다. 상기 조성물을 기준으로 하여, 계산된 생성물의 수율은 92%였다. 생성물은 30,000× 이하의 SEM 이미지에서 비섬유임이 나타났다. X-선 분말 회절 패턴에는 V205·nH2O의 선만 나타났다.The beaker was then removed from heat and stirring was stopped. The solid quickly settled down. Washing was performed as described in Example 7. The pH of the final supernatant was about 2. The product was collected on filter paper easily and quickly by vacuum filtration. The wet cake was crushed in a large cover glass and dried by conventional means to yield 16.2 g of product. The bulky product was easily powdered in a mortar. (NH 4) 0.12 V 2 0 5 (S0 4) 0.06 · 0.8H 2 0 in the composition is derived by chemical and thermogravimetric analysis. Based on the composition, the calculated product yield was 92%. The product was found to be non-fiber in SEM images of 30,000 × or less. The X-ray powder diffraction pattern showed only the lines of V 2 0 5 nH 2 O.

이어서 생성된 V205·nH2O의 건조 분말을 실시예 1에 기재된 바와 같이 가공하고 조합하여, 실시예 1에서와 같이 코인 전지로 혼입되는 두께가 130 ㎛이고 초기 방전 용량이 370 ㎃h/g인 전극이 형성되었다.The resulting dry powder of V 2 0 5 nH 2 O was then processed and combined as described in Example 1 to incorporate a coin cell as in Example 1 with a thickness of 130 μm and an initial discharge capacity of 370 mAh An electrode of / g was formed.

실시예 11Example 11

40 ml의 탈이온 H20 중 9.6 ml의 농축 H2SO4의 용액을 사용하고 산 첨가 후 60 분 동안 가열을 지속한 것을 제외하고는 실시예 10을 반복하였다. H/V 비율은 2였다. 15.4 g의 생성물을 회수하였다.Example 10 was repeated except that a solution of 9.6 ml of concentrated H 2 SO 4 in 40 ml of deionized H 2 0 was used and heating was continued for 60 minutes after acid addition. H / V ratio was 2. 15.4 g of product was recovered.

(NH4)0.12V205(S04)0.06·0.6H20의 조성물을 열중량 분석으로 유도하였다. 상기 조성물을 기준으로 하여, 계산된 생성물의 수율은 89%였다. X-선 분말 회절 패턴에는 V205·nH2O의 선만 나타났다. (NH 4) 0.12 V 2 0 5 (S0 4) 0.06 · 0.6H 2 0 in the composition is derived by thermogravimetric analysis. Based on the composition, the calculated product yield was 89%. The X-ray powder diffraction pattern showed only the lines of V 2 0 5 nH 2 O.

이어서 생성된 V205·nH2O의 건조 분말을 실시예 1에 기재된 바와 같이 가공하고 조합하여ㅌ 실시예 1에서와 같이 코인 전지로 혼입되는 두께가 125 ㎛이고 초기 방전 용량이 374 ㎃h/g인 전극이 형성되었다.The resulting dry powder of V 2 0 5 nH 2 O was then processed and combined as described in Example 1 to incorporate a coin cell as in Example 1 with a thickness of 125 μm and an initial discharge capacity of 374 mAh An electrode of / g was formed.

실시예 12Example 12

30 ml의 농축 HN03을 첨가한 것을 제외하고는 실시예 7을 반복하였고, H/V 비율은 2.8이었다. 실시예 7에서와 같이 세척하고 건조한 후, 12.4 g의 물질을 회수하였다. (NH4)0.09V205(N03)0.09·0.5H20의 조성물을 열중량 분석으로 유도하였다. 상기 조성물을 기준으로 하여, 계산된 생성물의 수율은 73%였다. X-선 분말 회절 패턴에는 V205·nH2O의 선만 나타났다.Example 7 was repeated except that 30 ml of concentrated HNO 3 was added and the H / V ratio was 2.8. After washing and drying as in Example 7, 12.4 g of material was recovered. (NH 4) 0.09 V 2 0 5 (N0 3) 0.09 · 0.5H 2 0 in the composition is derived by thermogravimetric analysis. Based on the composition, the calculated product yield was 73%. The X-ray powder diffraction pattern showed only the lines of V 2 0 5 nH 2 O.

이어서 생성된 V205·nH2O의 건조 분말을 실시예 1에 기재된 바와 같이 가공하고 조합하여, 실시예 1에서와 같이 코인 전지로 혼입되는 두께가 115 ㎛이고 초기 방전 용량이 350 ㎃h/g인 전극이 형성되었다.The resulting dry powder of V 2 0 5 nH 2 O was then processed and combined as described in Example 1 to incorporate a coin cell as in Example 1 with a thickness of 115 μm and an initial discharge capacity of 350 mAh An electrode of / g was formed.

실시예 13Example 13

40 ml의 탈이온 H20 중 19.2 ml의 농축 H2SO4를 사용한 것을 제외하고는 실시예 10을 반복하였다. H/V 비율은 4였다. 13.6 g의 생성물을 회수하였다. (NH4)0.12V205(S04)0.06·1H20의 조성물을 열중량 분석으로 유도하였다. 상기 조성물을 기준으로 하여, 계산된 생성물의 수율은 76%였다. X-선 분말 회절 패턴에는 V205·nH2O의 선만 나타났다.Example 10 was repeated except that 19.2 ml of concentrated H 2 SO 4 in 40 ml of deionized H 2 0 was used. H / V ratio was 4. 13.6 g of product was recovered. A composition of (NH 4 ) 0.12 V 2 0 5 (S0 4 ) 0.06 · 1H 2 0 was induced by thermogravimetric analysis. Based on the composition, the calculated product yield was 76%. The X-ray powder diffraction pattern showed only the lines of V 2 0 5 nH 2 O.

이어서 생성된 V205·nH2O의 건조 분말을 실시예 1에 기재된 바와 같이 가공하고 조합하여, 실시예 1에서와 같이 코인 전지로 혼입되는 두께가 115 ㎛이고 초기 방전 용량이 325 ㎃h/g인 전극이 형성되었다.The resulting dry powder of V 2 0 5 nH 2 O was then processed and combined as described in Example 1, the thickness of which was incorporated into the coin cell as in Example 1 was 115 μm and the initial discharge capacity was 325 mAh An electrode of / g was formed.

실시예 14Example 14

50 ml의 탈이온 H20 중 19.2 ml의 농축 H2SO4를 첨가하고 산 첨가 후 20 분 동안 가열을 지속한 것을 제외하고는 실시예 3을 반복하였다. H/V 비율은 4였다. 세척 및 건조 후, 10.8 g의 생성물을 수득하였다. 계산된 생성물의 수율은 62%였다. X-선 분말 회절 패턴에는 V205·nH2O의 선만 나타났다.Example 3 was repeated except that 19.2 ml of concentrated H 2 SO 4 in 50 ml of deionized H 2 0 was added and heating continued for 20 minutes after acid addition. H / V ratio was 4. After washing and drying, 10.8 g of product were obtained. The calculated product yield was 62%. The X-ray powder diffraction pattern showed only the lines of V 2 0 5 nH 2 O.

이어서 생성된 V205·nH2O의 건조 분말을 실시예 1에 기재된 바와 같이 가공하고 조합하여, 실시예 1에서와 같이 코인 전지로 혼입되는 두께가 98 ㎛이고 초기 방전 용량이 321 ㎃h/g인 전극이 형성되었다.The resulting dry powder of V 2 0 5 nH 2 O was then processed and combined as described in Example 1, the thickness of which was incorporated into the coin cell as in Example 1 with a thickness of 98 μm and an initial discharge capacity of 321 mAh An electrode of / g was formed.

실시예 15Example 15

50 ml의 탈이온 H20 중 28.8 ml의 농축 H2SO4를 사용한 것을 제외하고는 실시예 10을 반복하였다. H/V 비율은 6이었다. 9.6 g의 생성물을 회수하였다. 계산된 생성물의 수율은 55%였다. X-선 분말 회절 패턴에는 V205·nH2O의 선만 나타났다.Example 10 was repeated except that 28.8 ml of concentrated H 2 SO 4 in 50 ml of deionized H 2 0 was used. H / V ratio was 6. 9.6 g of product were recovered. The calculated product yield was 55%. The X-ray powder diffraction pattern showed only the lines of V 2 0 5 nH 2 O.

이어서 생성된 V205·nH2O의 건조 분말을 실시예 1에 기재된 바와 같이 가공하고 조합하여, 실시예 1에서와 같이 코인 전지로 혼입되는 두께가 105 ㎛이고 초기 방전 용량이 272 ㎃h/g인 전극이 형성되었다.The resulting dry powder of V 2 0 5 nH 2 O was then processed and combined as described in Example 1, with a thickness of 105 µm and an initial discharge capacity of 272 mAh for incorporation into the coin cell as in Example 1 An electrode of / g was formed.

실시예 16Example 16

1 ℓ 파이렉스 비이커에서 테플론 코팅된 자석 교반 막대로 교반하면서 20.1g의 NH4V03을 900 ml의 탈이온 H20에 첨가하였다. 비이커의 함유물을 비등점으로 가열하여 용액을 형성시켰다. MMM S. A. 카본(벨기에 브뤼셀 소재) 사로부터 상업적으로 시판되는 수퍼 P 카본 블랙 1.56 g을 진탕에 의해 100 ml의 탈이온 H20에 슬러리화하고, 생성된 슬러리를 끓는 용액에서 교반시켰다. 첨가된 카본 블랙의 양은 생성물 중 탄소의 8 중량% 이하였다.20.1 g of NH 4 V0 3 was added to 900 ml of deionized H 2 0 while stirring with a Teflon coated magnetic stir bar in a 1 L Pyrex beaker. The contents of the beaker were heated to the boiling point to form a solution. 1.56 g of Super P carbon black commercially available from MMM SA Carbon (Brussels, Belgium) was slurried in 100 ml of deionized H 2 0 by shaking and the resulting slurry was stirred in a boiling solution. The amount of carbon black added was less than 8% by weight of carbon in the product.

교반하면서, 바나듐-용액/카본 블랙 혼합물을 비등점으로 재가열하였다.While stirring, the vanadium-solution / carbon black mixture was reheated to the boiling point.

9.6 ml의 농축 H2SO4를 30 내지 40 ml의 탈이온 H2O에 희석시키고, 희석시킨 산을 교반하면서 끓는 조성물에 첨가하였다. H/V 비율은 2였다. 생성된 혼합물을 15 분 동안 교반하면서 끓였다.9.6 ml of concentrated H 2 SO 4 was diluted in 30-40 ml of deionized H 2 O and the diluted acid was added to the boiling composition with stirring. H / V ratio was 2. The resulting mixture was boiled with stirring for 15 minutes.

이어서 비이커를 열로부터 제거하고 1 시간 동안 교반하였다. 고체를 5 분 동안 방치하여 가라앉혔다. 따뜻한 상층액을 따라냈다.The beaker was then removed from the heat and stirred for 1 hour. The solid was left to settle for 5 minutes. The warm supernatant was decanted.

침전물을 약 1 분 동안 신선한 H20에 재슬러리화하였다. 침전물을 약 10 분 동안 다시 방치하여 가라앉히고, 상층액을 따라냈다. 신선한 물의 제2 분취액을 첨가하고 세척 및 고체 분리 과정을 반복하였다.The precipitate was reslurried in fresh H 2 0 for about 1 minute. The precipitate was left to rest for about 10 minutes to settle and the supernatant was decanted. A second aliquot of fresh water was added and the washing and solid separation procedures were repeated.

세척하고 가라앉힌 침전물을 감압여과에 의해 여과지 상에 수집하였다. 여과 케이크를 작은 조각으로 자르고 약 64 시간 동안 공기중에서 건조시킨 후, IR 가열 램프하에서 4 시간 동안 건조시켰다. X-선 분말 회절 패턴에는 V205·nH2O의 선만 나타났다.The washed and settled precipitate was collected on filter paper by vacuum filtration. The filter cake was cut into small pieces and dried in air for about 64 hours and then for 4 hours under an IR heating lamp. The X-ray powder diffraction pattern showed only the lines of V 2 0 5 nH 2 O.

연마하여 분말을 생성시킨 후, 분말을 200 메쉬 스크린으로 체를 쳐서 음극을 만들기에 적합한 분말을 얻었다. 생성물이 비섬유임을 30,000× 이하의 배율에서 SEM으로 알게되었다.After grinding to produce a powder, the powder was sieved through a 200 mesh screen to obtain a powder suitable for making a cathode. It was found by SEM at 30,000 × magnification that the product was non-fiber.

2 개의 전극을 상이한 결합제를 사용하여 제조하였다. 1 개의 전극을 실시예 1에 기재된 바와 같이 제조하여, 실시예 1에서와 같이 코인 전지로 혼입되는 두께가 120 ㎛이고 초기 방전 용량이 350 ㎃h/g인 전극이 형성되었다.Two electrodes were prepared using different binders. One electrode was prepared as described in Example 1, and as in Example 1, an electrode having a thickness of 120 mu m and an initial discharge capacity of 350 mAh / g was formed.

다른 전극을 위해, 1.0000 g의 분말을 0.1000 g의 MMM 수퍼 P 카본, 0.1539 g의 키나플렉스(Kynarflex, 엘프 아토켐 (Elf Atochem) 제조), 0.285 g의 디부틸프탈레이트 및 4.6 ml의 아세톤과 조합하였다. 혼합물을 캡이 있는 유리 바이알에서 기계적인 진탕기로 15 분 동안 진탕하였다.For another electrode, 1.0000 g of powder was combined with 0.1000 g of MMM Super P Carbon, 0.1539 g of Kynaflex (manufactured by Elf Atochem), 0.285 g of dibutylphthalate and 4.6 ml of acetone. . The mixture was shaken for 15 minutes with a mechanical shaker in a glass vial with a cap.

음극 페이스트를 테플론(등록상표) FEP의 시트에 얇게 바르고 연신하여 갭이 10 ㎜인 닥터 블레이드를 사용하여 필름을 형성시켰다. 아세톤을 증발시킨 후, 디부틸프탈레이트를 디메틸 에테르로 추출하였다. 활성 분말 79.8 중량%, 결합제 12.2 중량% 및 카본 블랙 8 중량%로 이루어진 건조된 필름을 2000 psi 및 110 ℃에서 캡톤(등록상표) 시트 사이에 캘린더 롤러로 고온 프레스하여 리튬 배터리에서 음극으로 사용하기에 적합한 통합된 시트를 형성하였다. 시트의 두께는 86 ㎛였다.The negative electrode paste was thinly applied to a sheet of Teflon® FEP and stretched to form a film using a doctor blade having a gap of 10 mm. After evaporation of acetone, dibutylphthalate was extracted with dimethyl ether. A dried film consisting of 79.8% by weight active powder, 12.2% by weight binder and 8% by weight carbon black was hot pressed with calender rollers between Kapton® sheets at 2000 psi and 110 ° C. for use as a negative electrode in lithium batteries. A suitable integrated sheet was formed. The thickness of the sheet was 86 탆.

음극 시트의 디스크를 펀치로 자르고 실시예 1에 기재된 바와 같이 코인 전지로 혼입하였다. 초기 방전 용량은 357 ㎃h/g였다.The disk of the negative electrode sheet was cut with a punch and incorporated into a coin cell as described in Example 1. Initial discharge capacity was 357 mAh / g.

실시예 17Example 17

실시예 16의 전극을 Li-이온 전기화학 전지에서 음극으로 사용하였다. 양극은 Li 금속 및 그래파이트(graphite)의 얇은 디스크를 실온에서 반응시켜 코인 전지에서 형성된 산화리튬화 그래파이트로 이루어졌다.The electrode of Example 16 was used as negative electrode in Li-ion electrochemical cell. The anode consisted of lithium oxide graphite formed in a coin cell by reacting a thin disk of Li metal and graphite (graphite) at room temperature.

6.0000 g의 그래파이트 분말 MCMB25-28 (오사카 가스 컴패니(Osaka Gas Company), 일본)을 수퍼 P 카본 블랙 (MMM S. A. 카본, 벨기에 브뤼셀 소재) 0.1936 g 및 시클로헥산 중 EPDM 고무 4 중량%의 용액 6.452 g과 조합하였다. 2.0 ml의 여분의 시클로헥산을 첨가하여 흐름을 개선하였다. 혼합물을 기계적인 진탕기로 15 분 동안 캡이 있는 유리 바이알에서 진탕하여 그래파이트 페이스트를 형성하였다.6.0000 g of graphite powder MCMB25-28 (Osaka Gas Company, Japan) was charged with 0.1936 g of Super P carbon black (MMM SA carbon, Brussels, Belgium) and 6.452 g of a solution of 4% by weight of EPDM rubber in cyclohexane. Combined. 2.0 ml of excess cyclohexane was added to improve flow. The mixture was shaken with a mechanical shaker for 15 minutes in a capped glass vial to form a graphite paste.

그래파이트 페이스트를 테플론(등록상표) FEP 시트 (E. I. du Pont de Nemours and Company, Wilmington DE)에 얇게 바르고 연신하여 갭이 40 ㎜인 닥터 블레이드를 사용하여 필름을 형성시켰다. 건조 후 그래파이트 93 중량%, 결합제 4 중량% 및 카본 블랙 3 중량%로 이루어진 필름을 2000 psi 및 110 ℃에서 캡톤(등록상표) 폴리이미드 시트 (DuPont) 사이에 캘린더 롤러로 고온 프레스하여 통합된 전극 시트를 형성하였다. 시트의 두께는 약 295 ㎛였다.The graphite paste was thinly applied and stretched on a Teflon® FEP sheet (E. I. du Pont de Nemours and Company, Wilmington DE) to form a film using a doctor blade with a gap of 40 mm. Electrode sheet integrated by hot pressing with a calender roller between Kapton® polyimide sheet (DuPont) at 2000 psi and 110 ° C. after drying, a film of 93% graphite, 4% binder and 3% carbon black by weight Was formed. The thickness of the sheet was about 295 μm.

음극의 디스크, 그래파이트, Li 금속 및 유리섬유 격리판을 펀치로 자르는데, 그래파이트 및 Li 금속은 건조 질소 분위기의 글러브 박스에서 잘랐다. 글러브 박스에서, 음극 및 격리판 조각을 EC/DMC (에틸렌 카르보네이트/디메틸 카르보네이트) 중 LiPF6으로 이루어진 전해질 용액에 담근 후, 2 개의 그래파이트 디스크및 1 개의 Li 디스크와 함께 쌓아두고, 코인 전지 팬에서 두께가 약 100 ㎛인 Li 디스크를 캐나다의 내셔날 리서치 카운실에서 제조한 2325 코인 셀 크림퍼 시스템을 사용하여 압력하에서 밀봉하였다.The disc, graphite, Li metal and fiberglass separator of the negative electrode were cut with a punch, which was cut in a glove box in a dry nitrogen atmosphere. In the glove box, the negative and separator pieces are immersed in an electrolyte solution consisting of LiPF 6 in EC / DMC (ethylene carbonate / dimethyl carbonate), then stacked together with two graphite disks and one Li disk, and coin Li discs having a thickness of about 100 μm in the cell pan were sealed under pressure using a 2325 coin cell crimper system manufactured by National Research Council, Canada.

코인 전지를 시험하기 전 90 시간 동안 방치하여 두었다. 정량의 그래파이트 및 Li 금속은 시험 전 코인 전지에 Li 금속이 남아있지 않은 거의 LiCl10의 리튬-그래파이트 조성물을 제공한다. Li 금속에 대한 리튬-그래파이트 양극의 전압이 약 0.09 볼트로 관측되었기 때문에 전압 범위를 1.5 내지 4.0 볼트에서 1.4 내지 3.9 볼트로 맞춘 것을 제외하고는, 코인 전지를 본원에 사용된 표준 방법에 따라 시험하였다. 상기 최적화되지 않은 코인 전지 조립하에서, 실시예 16에서 수득된 92%의 초기 방전 용량을 본 실시예의 Li-이온 전지에서 얻었다.The coin cell was left for 90 hours before testing. Quantification of graphite and Li metal provides a lithium-graphite composition of LiCl 10 with little Li metal remaining in the coin cell prior to testing. The coin cell was tested according to the standard method used herein except that the voltage range was adjusted from 1.5 to 4.0 volts to 1.4 to 3.9 volts because the voltage of the lithium-graphite anode against Li metal was observed at about 0.09 volts. . Under the non-optimized coin cell assembly, an initial discharge capacity of 92% obtained in Example 16 was obtained in the Li-ion battery of this example.

실시예 18Example 18

산을 첨가하기 전에 가열된 용액을 실온으로 냉각한 것을 제외하고는 실시예 10을 반복하였다.Example 10 was repeated except that the heated solution was cooled to room temperature before the acid was added.

10 분 후, 소량의 고체만이 형성되었다. 1 시간 후 더 많은 고체가 관찰되었고, 밤새 교반 시킨 후 더욱 더 많은 고체가 형성되었다. 상층액은 가용성이고 침전되지 않은 바나듐을 함유하고 있음을 알게 되었다. 상층액을 따라 내고, 고체를 신선한 탈이온수와 함께 1 분 동안 교반하여 슬러리화하였다. 침전물을 약 10 분 동안 방치하여 가라앉혔다. 다중-색 스트립 pH 종이로 측정한 상층 세척액의 pH는 3이었다. 세척하고 가라앉힌 침전물을 감압여과에 의해 여과지 상에 수집하였다. 여과 케이크를 작은 조각으로 자르고 밤새 공기중에서 건조시켰다. 14 g을 수득하였다.After 10 minutes, only a small amount of solids formed. More solids were observed after 1 hour and more solids were formed after stirring overnight. The supernatant was found to contain vanadium that was soluble and not precipitated. The supernatant was decanted and the solid was slurried with stirring for 1 min with fresh deionized water. The precipitate was left to settle for about 10 minutes. The pH of the upper wash was measured with multi-color strip pH paper. The washed and settled precipitate was collected on filter paper by vacuum filtration. The filter cake was cut into small pieces and dried in the air overnight. 14 g were obtained.

원하는 생성물의 형성을 X-선 분말 회절로 확인하였다. (NH4)0.14V205(S04)0.07·1.1H20의 조성물을 열중량 분석으로 유도하였다. 상기 조성물을 기준으로 하여, 계산된 생성물의 수율은 77%였다. X-선 분말 회절 패턴에는 V205·nH2O의 선만 나타났다.Formation of the desired product was confirmed by X-ray powder diffraction. A composition of (NH 4 ) 0.14 V 2 0 5 (S0 4 ) 0.07 · 1.1H 2 0 was derived by thermogravimetric analysis. Based on the composition, the calculated product yield was 77%. The X-ray powder diffraction pattern showed only the lines of V 2 0 5 nH 2 O.

이어서 생성된 V205·nH2O의 건조 분말을 실시예 1에 기재된 바와 같이 가공하고 조합하여, 실시예 1에서와 같이 코인 전지로 혼입되는 두께가 120 ㎛이고 리튬 용량이 330 ㎃h/g인 전극이 형성되었다.The resulting dry powder of V 2 0 5 nH 2 O was then processed and combined as described in Example 1 to incorporate 120 μm thick lithium with a capacity of 330 mAh / h as incorporated in Example 1 An electrode of g was formed.

실시예 19Example 19

20.1 g의 NH4VO3을 1 ℓ 파이렉스 비이커에서 테플론 코팅된 자석 교반으로 교반하면서 약 900 ml의 탈이온 H2O에 첨가하였다. 비이커의 함유물을 비등점으로 가열하여 용액을 형성시킨 후, 용액을 실온으로 냉각하였다. 교반하면서, 50 ml의 H20에 희석시킨 19.2 ml의 농축 H2SO4를 용액에 첨가하였다. 산 양성자/바나듐 비율은 4였다. 4 시간 후, 미량의 고체만이 형성되었다.20.1 g of NH 4 VO 3 was added to about 900 ml of deionized H 2 O with stirring with a Teflon coated magnetic stirring in a 1 L pyrex beaker. After the contents of the beaker were heated to the boiling point to form a solution, the solution was cooled to room temperature. While stirring, 19.2 ml of concentrated H 2 SO 4 diluted in 50 ml of H 2 0 was added to the solution. The acid proton / vanadium ratio was 4. After 4 hours, only trace solids were formed.

실시예 20Example 20

산을 첨가하기 전에 용액의 온도를 45 ℃로 낮춘 것을 제외하고는 실시예 10을 반복하였다.Example 10 was repeated except that the temperature of the solution was lowered to 45 ° C. before the acid was added.

반응물을 밤새 45 ℃에 두었다. 산 양성자/바나듐 비율은 2였다. 상층액은 가용성이고 침전되지 않는 바나듐을 일부 함유하고 있음을 알게 되었다. 상층액을 따라내고, 고체를 신선한 탈이온수와 함께 약 1 분 동안 교반하여 슬러리화하였다. 침전물을 약 10 분 동안 방치하여 가라앉혔다. 다중-색 스트립 pH 종이로 측정한 상층액의 pH는 2 내지 3이었다. 세척하고 가라앉힌 침전물을 감압여과에 의해 여과지 상에 수집하였다. 여과 케이크를 작은 조각으로 자르고 공기중에서 건조시켜 15.8 g의 생성물을 수득하였다.The reaction was left overnight at 45 ° C. The acid proton / vanadium ratio was two. The supernatant was found to contain some vanadium that was soluble and did not precipitate. The supernatant was decanted and the solid was slurried by stirring with fresh deionized water for about 1 minute. The precipitate was left to settle for about 10 minutes. The pH of the supernatant as measured by multi-color strip pH paper was 2-3. The washed and settled precipitate was collected on filter paper by vacuum filtration. The filter cake was cut into small pieces and dried in air to yield 15.8 g of product.

X-선 분말 회절은 주로 원하는 물질과 함께 약간의 (NH4)2V6O16으로 이루어진 생성물을 나타냈다. (NH4)2V6016불순물이 10%로 생각되는 V205·nH2O의 계산된 수율은 75 내지 80%였다.X-ray powder diffraction showed a product consisting primarily of (NH 4 ) 2 V 6 O 16 with mainly the desired material. The calculated yield of V 2 0 5 nH 2 O, where the (NH 4 ) 2 V 6 0 16 impurity was thought to be 10%, was 75 to 80%.

이어서 생성된 혼합상 건조 분말을 실시예 1에 기재된 바와 같이 가공하고 조합하여, 상기 기재된 방법에 따라 실시예 1에서와 같이 코인 전지로 혼입되는 두께가 120 ㎛이고 리튬 용량이 329 ㎃h/g인 전극이 형성되었다.The resulting mixed phase dry powder was then processed and combined as described in Example 1, incorporating into the coin cell as in Example 1 according to the method described above with a thickness of 120 μm and a lithium capacity of 329 mAh / g. An electrode was formed.

Claims (13)

바나데이트 염을 물과 혼합하여 용액을 형성시키고, 상기 용액에 강 무기산을 산 양성자 대 바나듐의 몰 비가 0.70 : 1 내지 6 : 1의 범위가 되도록 첨가하는 것을 포함하는, MxV205Ay·nH20 (식 중, M은 NH4 +, Na+, K+, Rb+, Cs+및 Li+로 이루어진 군 중에서 선택되고; A는 NO3 -, SO4 -2및 Cl-로 이루어진 군 중에서 선택되고; 0 < x < 0.7이며, 0 < y < 0.7이고; 0.1 < n < 2임)의 제조 방법.The vanadate salt is mixed with water to form a solution, and to the solution is added MxV 2 0 5 Ay.nH comprising adding a strong inorganic acid so that the molar ratio of acid protons to vanadium is in the range of 0.70: 1 to 6: 1. 2 0 (wherein M is selected from the group consisting of NH 4 + , Na + , K + , Rb + , Cs + and Li + ; A is selected from the group consisting of NO 3 , SO 4 −2 and Cl ) Selected from 0 <x <0.7, 0 <y <0.7; 0.1 <n <2. 제1항에 있어서, 강 무기산을 첨가하기 전에, 용액을 80 ℃ 내지 용액의 비등점 범위의 온도로 가열하는 단계를 추가로 포함하는 방법.The method of claim 1, further comprising heating the solution to a temperature in the range of from 80 ° C. to the boiling point of the solution before adding the strong inorganic acid. 제1항에 있어서, 산을 첨가하기 전에, 용액에 원소 탄소를 분산시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.The method of claim 1, further comprising dispersing elemental carbon in the solution prior to adding the acid. 제1항에 있어서, 몰 비가 1 : 1 내지 4 : 1의 범위인 방법.The method of claim 1 wherein the molar ratio is in the range of from 1: 1 to 4: 1. 제1항에 있어서, 용액 중 바나데이트 염의 농도가 0.1 내지 1 몰 범위인 방법.The method of claim 1 wherein the concentration of vanadate salt in the solution is in the range of 0.1 to 1 mole. 제3항에 있어서, 탄소의 농도가 최종 생성물에서 탄소와 MxV205Ay·nH20의 총 중량의 1 내지 12 중량%인 방법.The method of claim 3 wherein the concentration of the carbon and the carbon in the final product MxV 2 0 5 · Ay method of 1 to 12% by weight of the total weight of nH 2 0. 제3항에 있어서, 탄소의 농도가 최종 생성물에서 탄소와 MxV205Ay·nH20의 총 중량의 4 내지 8 중량%인 방법.The method of claim 3 wherein the concentration of the carbon of the carbon in the final product and MxV 2 0 5 Ay · nH 2 The method of 4 to 8% by weight of the weight of zero. 비섬유 MxV205Ay·nH20 (식 중, M은 NH4 +, Na+, K+, Rb+, Cs+및 Li+로 이루어진 군 중에서 선택되고; A는 NO3 -, SO4 -2및 Cl-로 이루어진 군 중에서 선택되고; 0 < x < 0.7이며, 0.1 < n < 2.0임)를 포함하고 초기 방전 용량이 315 내지 400 ㎃h/g인 것을 특징으로 하는 조성물.A fiber MxV 2 0 5 Ay · nH 2 0 ( In the formula, M is NH 4 +, Na +, K +, Rb +, selected from the group consisting of Cs +, and Li +, and; A is NO 3 -, SO 4 2 and Cl - is selected from the group consisting of; 0 <x <0.7 and, 0.1 <n <2.0 Im) with the initial discharge capacity and the composition, characterized in that 315 to 400 ㎃h / g a. 제8항에 있어서, 탄소와 탄소상에 코팅된 MxV205Ay·nH20의 총 중량의 1 내지 12 중량%인 원소 탄소를 추가로 포함하는 조성물.10. The method of claim 8, wherein the composition further comprises a carbon and a carbon element of MxV 2 0 5 Ay · 1 to 12% by weight of the total weight of the coating in nH 2 0 on carbon. 제9항에 있어서, 탄소와 MxV205Ay·nH20의 총 중량의 4 내지 8 중량%인 원소 탄소를 포함하는 조성물.The method of claim 9, wherein the carbon and MxV 2 0 5 Ay · nH 2 of 4 to 8% by weight of the weight of the composition containing the element carbon zero. 제8항, 제9항 또는 제10항 중 어느 한 항의 조성물을 포함하는 전극.An electrode comprising the composition of any one of claims 8, 9 or 10. 제11항의 전극을 포함하는 전기화학 전지.An electrochemical cell comprising the electrode of claim 11. 제12항에 있어서, 리튬 또는 리튬-이온 전지 형태인 전기화학 전지.13. The electrochemical cell of claim 12 in the form of a lithium or lithium-ion cell.
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