KR20070086541A - Method of producing electrode active material - Google Patents

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KR20070086541A
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시게토 오카다
준이치 야마키
야스노리 오카자키
모토시 이소노
쇼지 요코이시
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도요다 지도샤 가부시끼가이샤
고쿠리츠다이가쿠호진 규슈다이가쿠
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Abstract

An object of the present invention is to provide a method of more efficiently producing an electrode active material whose main component is a transition metal phosphate compound. According to the present invention, a method of producing an electrode active material is provided in which the main component thereof is a phosphate compound represented by the general formula: AxM(PO4) y (here, 0 <= x <= 2, 0 < y <= 2, A is an alkali metal, and M is a transition metal). This method comprises preparing a composition in the melted state that contains a source of M and a source of phosphorus (and also a source of A when 0 < x). This method is suitable as a method of producing an electrode active material whose main component is, for example, an olivine-type lithium iron phosphate compound.

Description

전극 활성 물질의 제조 방법{METHOD OF PRODUCING ELECTRODE ACTIVE MATERIAL}METHOD OF PRODUCING ELECTRODE ACTIVE MATERIAL}

본 발명은 이차 전지의 전극 활성 물질로서 사용될 수 있는 일반식 AxM(PO4)y(단, 0 ≤ x ≤ 2, 0 < y ≤ 2, A는 알칼리 금속들로부터 선택된 한 원소 또는 둘 이상의 원소들이고, M은 전이 금속들로부터 선택된 한 원소 또는 둘 이상의 원소들이다)으로 표시되는 인산염 화합물의 제조 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 전극 활성 물질을 이용하는 비-수성 전해질 이차 전지에 관한 것이다. The present invention provides a general formula A x M (PO 4 ) y which can be used as an electrode active material of a secondary battery, where 0 ≤ x ≤ 2, 0 <y ≤ 2, A is one element or two or more selected from alkali metals Elements, and M is one element or two or more elements selected from transition metals). The invention also relates to a non-aqueous electrolyte secondary battery using an electrode active material.

한 쌍의 전극들 간에 이동하는 리튬 이온 등과 같은 양이온들에 의해 충전 및 방전되는 이차 전지들이 알려져 있다. 이러한 형태의 이차 전지의 전형적인 예로는 리튬 이차 전지(일반적으로 리튬 이온 전지)가 있다. 양이온들을 저장/방출할 수 있는 물질은 이차 전지의 전극 활성 물질로서 사용될 수 있다. 본 상세한 설명 및 특허청구범위에서 전극 활성 물질이라는 용어는 이차 전지의 전극을 형성하기 위하여 사용되는 물질을 의미한다. 전극은 전극 활성 물질 외에 전도성 물질(들) 및 결합제(들)를 포함할 수 있다. 통상적으로, 전극 활성 물질은 이차 전지의 말단에 연결된 금속 단편(piece)과 함께 사용된다. 일반적으로, 전극 활성 물질은 분말 의 형태이며, 전극 활성 분말을 포함하는 페이스트가 금속 단편 상에 코팅된다. 페이스트는 전극 활성 분말 외에 전도성 분말들 및 결합제(들)를 포함할 수 있다. 전극 활성 분말은 전극을 형성하기 위해 압착될 수 있다. Secondary batteries are known that are charged and discharged by cations, such as lithium ions, that move between a pair of electrodes. Typical examples of this type of secondary battery are lithium secondary batteries (generally lithium ion batteries). A material capable of storing / releasing cations can be used as an electrode active material of a secondary battery. In the present description and claims, the term electrode active material means a material used to form an electrode of a secondary battery. The electrode may comprise conductive material (s) and binder (s) in addition to the electrode active material. Typically, the electrode active material is used with a metal piece connected to the end of the secondary battery. In general, the electrode active material is in the form of a powder and a paste comprising the electrode active powder is coated onto the metal fragment. The paste may include conductive powders and binder (s) in addition to the electrode active powder. Electrode active powder may be compressed to form an electrode.

다양한 물질들이 이러한 형태의 이차 전지의 애노드(anode) 활성 물질 및 캐소드(cathode) 활성 물질로서 연구되고 있다. 예를 들어, 일본 특허 출원 공개 제 H9-134724호는 애노드 활성 물질로서 일반식 LiFePO4로 표시되는 감람석-형(olivine-type) 인산철 화합물을 포함하는 비-수성 전해질 이차 전지를 개시한다. 또한, 일본 특허 출원 공개 제 2000-509193호는 일반식 Li3Fe2(PO4)3으로 표시되는 나지콘-형(Nasicon-type) 인산철 화합물로 구성된 전극 활성 물질을 개시한다. 전극 활성 물질과 관련있는 다른 종래 기술 참조문헌에는 일본 특허 출원 공개 제 H9-134725호, 제 2001-250555호, 제 2002-15735호, 및 H8-83606호가 포함된다.Various materials have been studied as anode active materials and cathode active materials of this type of secondary batteries. For example, Japanese Patent Application Laid-open No. H9-134724 discloses a non-aqueous electrolyte secondary battery comprising an olivine-type iron phosphate compound represented by the general formula LiFePO 4 as an anode active material. In addition, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-509193 discloses an electrode active material composed of a Nasicon-type iron phosphate compound represented by the general formula Li 3 Fe 2 (PO 4 ) 3 . Other prior art references relating to electrode active materials include Japanese Patent Application Laid-Open Nos. H9-134725, 2001-250555, 2002-15735, and H8-83606.

집중적인 연구에 따르면, 일반식 AxM(PO4)y(단, 0 ≤ x ≤ 2, 0 < y ≤ 2, A는 알칼리 금속들로부터 선택된 한 원소 또는 둘 이상의 원소들이고, M은 전이 금속들로부터 선택된 한 원소 또는 둘 이상의 원소들이다)로 표시되는 인산염 화합물(전이 금속 및 인산염의 화합물 또는 알칼리 금속, 전이 금속 및 인산염의 화합물)은 이차 전지의 전극 활성 물질로서 사용될 수 있는 것으로 판명되었다. 이하에서, 상기 정의가 적용되는 경우에 x, y, A 및 M의 정의는 생략될 수 있다. Intensive studies have shown that the general formula A x M (PO 4 ) y (where 0 ≦ x ≦ 2, 0 <y ≦ 2, A is one or more elements selected from alkali metals, and M is a transition metal) Phosphate compounds (compounds of transition metals and phosphates or compounds of alkali metals, transition metals and phosphates) represented by one element or two or more elements selected from them have been found to be used as electrode active materials of secondary batteries. In the following, the definitions of x, y, A and M may be omitted when the above definition is applied.

종래 기술에서, 전극 활성 물질에 적합한 인산염 화합물은 고체 상태 반응(베이킹(baking))에 의해 제조된다. 이러한 형태의 고체 상태 반응에는 일반적으로 장기간이 요구된다. 인산염 화합물의 보다 효과적인 제조 방법이 제공된다면 유용할 것이다. In the prior art, phosphate compounds suitable for the electrode active material are prepared by solid state reaction (baking). This type of solid state reaction generally requires a long time. It would be useful if a more effective method of preparing the phosphate compound was provided.

따라서, 본 발명의 목적은 전극 활성 물질로서 채택될 수 있는 일반식 AxM(PO4)y로 표시되는 인산염 화합물의 보다 효과적인 제조 방법을 제공하는 것이다. It is therefore an object of the present invention to provide a more effective method for preparing phosphate compounds represented by the general formula A x M (PO 4 ) y which can be employed as the electrode active material.

본 발명의 또 다른 목적은 이러한 형태의 전극 활성 물질을 포함하는 이차 전지를 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a secondary battery comprising this type of electrode active material.

본 발명의 발명자들은 일반식 AxM(PO4)y로 표시되는 인산염 화합물이 용융된 원료들의 조성물을 용융된 상태(액체 상태)로부터 고체 상태로 서냉(slow cooling)시킴으로써 보다 우수한 효율로 제조될 수 있다는 것을 알아내었다. The inventors of the present invention can prepare a phosphate compound represented by the general formula A x M (PO 4 ) y with better efficiency by slow cooling the composition of the molten raw materials from the molten state (liquid state) to the solid state. I found out that I could.

본 명세서에 개시된 한가지 발명은 일반식 AxM(PO4)y(단, 0 ≤ x ≤ 2, 0 < y ≤ 2, A는 알칼리 금속들로부터 선택된 한 원소 또는 둘 이상의 원소들이고, M은 전이 금속들로부터 선택된 한 원소 또는 둘 이상의 원소들이다)로 표시되는 인산염 화합물(전이 금속 및 인산염의 화합물 또는 알칼리 금속, 전이 금속 및 인산염의 화합물)의 제조 방법에 관한 것이다. 제조 방법은 용융된 상태의 원료 조성물을 제조하는 단계를 포함한다. 원료는 AxM(PO4)y에서 A의 공급원(source), AxM(PO4)y에서 M의 공급원 및 인(P)의 공급원(단, AxM(PO4)y에서 x는 00이 아니다(x ≠ 0), 즉, x는 00보다 크다(0 < x))을 포함한다. AxM(PO4)y에서 x가 00인 경우(x = 0), 원료는 AxM(PO4)y에서 M의 공급원 및 인(P)의 공급원을 포함한다. 이러한 형태의 용융된 조성물은, 예를 들어 M의 공급원을 포함하는 고체 원료 및 인의 공급원을 포함하는 고체 원료와 x가 00 보다 큰 경우에 A의 공급원을 포함하는 고체 원료를 혼합한 후 상기 원료를 용융 상태로 가열함으로써 제조될 수 있다. 제조 방법은 또한 용융 조성물을 천천히 서냉하는 단계를 포함한다. 여기서, "서냉"은 퀀칭(quenching)에 반대되는 개념으로, 온도를 비교적 천천히 감소시키는 것을 의미한다. 서냉과 퀀칭 사이에는 명백한 경계가 존재할 수 없다. 용융된 화합물이 빠르게 냉각될 때 비-결정질 인산염이 제조되는 반면 용융된 화합물이 천천히 냉각될 때 결정질 인산염이 제조되는 것을 따른다. 즉, 냉각 속도가 미리 정해진 속도보다 빠른 급냉(quick cooling)(퀀칭)은 비-결정질 인산염을 성장시키고, 냉각 속도가 미리 정해진 속도보다 느린 서냉은 결정질 인산염을 성장시킨다. One invention disclosed herein is a general formula A x M (PO 4 ) y (where 0 ≦ x ≦ 2, 0 <y ≦ 2, A is one element or two or more elements selected from alkali metals, and M is a transition A method for producing a phosphate compound (a compound of transition metals and phosphates or a compound of alkali metals, transition metals and phosphates) represented by one element or two or more elements selected from metals. The manufacturing method includes preparing a raw material composition in a molten state. The raw material is a source of A in A x M (PO 4 ) y , a source of M in A x M (PO 4 ) y and a source of phosphorus (P), provided that A x M (PO 4 ) y in x Is not 00 (x ≠ 0), that is, x is greater than 00 (0 <x). When x is 00 in A x M (PO 4 ) y (x = 0), the raw material includes a source of M and a source of phosphorus (P) in A x M (PO 4 ) y . A molten composition of this type is for example a mixture of a solid raw material comprising a source of M and a solid raw material comprising a source of phosphorus and a solid raw material comprising a source of A when x is greater than 00 and then the raw material is mixed. It can be produced by heating to a molten state. The preparation method also includes a slow slow cooling of the molten composition. Here, "slow cooling" is a concept opposite to quenching, which means decreasing the temperature relatively slowly. There can be no obvious boundary between slow cooling and quenching. Non-crystalline phosphates are produced when the molten compound cools rapidly while crystalline phosphates are produced when the molten compound cools slowly. That is, quick cooling (quenching) in which the cooling rate is faster than the predetermined rate grows non-crystalline phosphate, and slow cooling in which the cooling rate is slower than the predetermined rate grows the crystalline phosphate.

비-결정질 인산염 및 결정질 인산염은 X-선 회절 패턴에 의해 구별될 수 있다. 비-결정질 인산염은 X-선 회절 패턴에서 피크들을 보이지 않는 반면, 결정질 인산염은 X-선 회절 패턴에서 결정질 인산염의 결정 구조에 대응하는 피크들을 보인다. Non-crystalline phosphate and crystalline phosphate can be distinguished by X-ray diffraction pattern. Non-crystalline phosphate shows no peaks in the X-ray diffraction pattern, while crystalline phosphate shows peaks corresponding to the crystal structure of the crystalline phosphate in the X-ray diffraction pattern.

이 제조 방법에 따르면, 전극 활성 물질로서 유용한 특성들을 보이는 화합물이 보다 우수한 효율로(즉, 보다 단기간에) 제조될 수 있다. According to this preparation method, a compound showing properties useful as an electrode active material can be produced with better efficiency (ie, in a shorter time).

이 방법의 바람직한 한 측면에서, 용융된 조성물 및/또는 용융된 조성물을 형성하기 위한 원료들은 A, M 및 인을 실질적으로 1:1:1의 원자비로 포함한다. 이러한 원자비를 갖는 용융된 조성물은 AxM(PO4)y에서 x 및 y가 모두 실질적으로 1인 인산염 화합물을 제조하기에 적합하다. 다시 말해, 이러한 원자비를 갖는 용융된 조성물은 감람석 형태에 대응하는 일반식 AMPO4로 표시되는 인산염 화합물을 제조하기에 적합하다. 감람석 형 AMPO4는 전극 활성 물질을 위해 보다 우수한 특성을 갖는다. In one preferred aspect of this method, the molten composition and / or raw materials for forming the molten composition comprise A, M and phosphorus in an atomic ratio of substantially 1: 1: 1. Molten compositions having this atomic ratio are suitable for preparing phosphate compounds in which both x and y are substantially 1 in A x M (PO 4 ) y . In other words, a molten composition having such an atomic ratio is suitable for preparing a phosphate compound represented by the general formula AMPO 4 corresponding to the olivine form. The olivine type AMPO 4 has better properties for the electrode active material.

다른 바람직한 측면에서, 용융된 조성물 및/또는 상기 용융된 조성물을 형성하기 위한 원료들은 A를 포함하지 않는다. 용융된 조성물 및/또는 원료들은 M 및 인을 실질적으로 1:1의 원자비로 포함한다. 이러한 원자비를 갖는 용융된 조성물은 일반식 AxM(PO4)y에서 x가 0이고 일반식 AxM(PO4)y에서 y가 실질적으로 1인 인산염 화합물을 제조하기에 적합하다. 다시 말해, 이러한 원자비를 갖는 용융된 조성물은 감람석 형태에 대응하는 일반식 MPO4로 표시되는 인산염 화합물을 제조하기에 적합하다. 감람석 형 MPO4도 전극 활성 물질을 위해 보다 우수한 특성을 갖는다. In another preferred aspect, the molten composition and / or raw materials for forming the molten composition do not comprise A. The molten composition and / or raw materials comprise M and phosphorus in an atomic ratio of substantially 1: 1. The molten composition having this atomic ratio is suitable for the general formula A x M (PO 4) in the y and x is 0 y in the general formula A x M (PO 4) y manufacturing the substantially equal to one phosphate compound. In other words, a molten composition having such an atomic ratio is suitable for preparing a phosphate compound represented by the general formula MPO 4 corresponding to the olivine form. Olivine type MPO 4 also has better properties for electrode active materials.

M의 공급원은 구성 요소(constituent element)로서 M을 갖는 화합물(이하에서 "M 화합물"이라고도 함)이 될 수 있다. M 화합물은 M의 원자가 수(valence number)가 AxM(PO4)y에서 M의 원자가 수보다 큰 화합물들로부터 선택될 수 있다. 또한, M 화합물은 M의 원자가 수가 AxM(PO4)y에서 M의 원자가 수와 같은 화합물들로부터 선택될 수 있다. 선택적으로, M의 원자가 수가 AxM(PO4)y에서 M의 원자가 수보다 큰 M 화합물이 M의 원자가 수가 AxM(PO4)y에서 M의 원자가 수 이하인 M 화합물과 함께 사용될 수 있다. 본 명세서에 개시된 제조 방법에 따르면, M의 공급원에 대한 선택범위가 통상적인 고체 상태 베이킹 방법에서 사용될 수 없는 반응성이 낮은 산화물 화합물에까지 확대될 수 있다. 특히, 산화물 원료의 장점은, 산화물 원료가 암모늄염, 아세테이트, 옥살레이트 등과 같은 보다 더 반응성인 물질보다 일반적으로 저렴하다는 것이다. 또한, 산화물 원료는 용납될 수 없거나(malodorous) 독성인 반응성 부산물 가스들을 거의 발생시키지 않는다. 따라서, 본 명세서에 개시된 제조 방법은 제조 시간 단축, 제조 비용 절감, 원료 비용 절감 등에 극히 효과적이다. The source of M may be a compound having M as a constituent element (hereinafter also referred to as "M compound"). The M compound may be selected from compounds in which the valence number of M is greater than the valence number of M in A × M (PO 4 ) y . In addition, the M compound may be selected from compounds in which the valence number of M is equal to the valence number of M in A x M (PO 4 ) y . Alternatively, in the number of valence of M, A x M (PO 4) y large M compound than the valence of M in the number of valence of M, A x M (PO 4) y may be used with the M compound than can the valence of M . According to the manufacturing methods disclosed herein, the selection for the source of M can be extended to low reactivity oxide compounds that cannot be used in conventional solid state baking methods. In particular, the advantage of oxide raw materials is that oxide raw materials are generally cheaper than more reactive materials such as ammonium salts, acetates, oxalates and the like. In addition, oxide raw materials generate little to no reactive or byproduct gases that are malodorous or toxic. Therefore, the manufacturing method disclosed herein is extremely effective in shortening the manufacturing time, reducing the manufacturing cost, reducing the raw material cost.

M의 원가가 수가 AxM(PO4)y의 원자가 수보다 큰 M 화합물이 M의 공급원의 일부 또는 모두로서 사용되는 경우, 용융된 상태의 조성물(용융된 조성물)은 환원제를 포함하는 것이 바람직하다. 이런 식으로, 원하는 인산염 화합물 AxM(PO4)y은 우수한 효율로 제조될 수 있다. 예를 들어, 탄소 분말이 환원제로서 사용될 수 있다. 또한, 환원제를 사용하는 대신 또는 환원제에 부가하여, 용융된 조성물의 최대 온도를 증가시키는 것도 유용하다(이하에서, 최대 온도는 제조 공정동안 용융된 조성물의 최고 온도를 의미한다). When a M compound having a cost number of M greater than the valence number of A x M (PO 4 ) y is used as part or all of the source of M, the composition in the molten state (molten composition) preferably includes a reducing agent. Do. In this way, the desired phosphate compound A x M (PO 4 ) y can be produced with good efficiency. For example, carbon powder can be used as the reducing agent. It is also useful to increase the maximum temperature of the molten composition instead of or in addition to using a reducing agent (hereinafter the maximum temperature means the highest temperature of the molten composition during the manufacturing process).

본 명세서에 개시된 발명은 주성분이 M이 주로 철(Fe)인 인산염 화합물인 전극 활성 물질을 제조하기 위해 적용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명은 x 및 y가 모두 1인 인산철 화합물 AxFe(PO4)y(일반적으로, AFe(PO4)로 표시된 감람석-형 인산철 화합물)의 제조에 적합하다. 본 발명은 또한 x가 0이고 y가 1인 인산철 화합물 AxFe(PO4)y(일반적으로, Fe(PO4)로 표시된 감람석-형 인산철 화합물)의 제조에 적합하다. 특히 바람직한 적용예는 AxM(PO4)y 에서 x 및 y가 모두 실질적으로 1인 인산철 화합물이다. 본 명세서에 개시된 방법에 따르면, 구성 요소로서 2가(bivalent) 철을 포함하는 화합물(예를 들어, FeO)이 상기된 2가 철을 갖는 감람석-형 인산염 화합물의 제조용 원료(철의 공급원)로서 선택될 뿐 아니라 구성 요소로서 3가 철을 포함하는 화합물(예를 들어, Fe2O3)도 원료로서 선택될 수 있다. 3가 철 산화물(Fe2O3 등)이 철의 일부분으로서 또는 철의 전체 공급원으로서 사용되는 경우, 용융된 조성물에 환원제(탄소 분말)를 첨가하거나, 및/또는 용융된 조성물의 최대 온도를 비교적 증가시키는 것이 바람직하다. 이런 식으로, 주성분이 원하는 인산철 화합물인 전극 활성 물질이 우수한 효율로 제조될 수 있다. The invention disclosed herein can be applied to prepare an electrode active material whose main component is a phosphate compound in which M is mainly iron (Fe). For example, the present invention is suitable for the preparation of iron phosphate compounds A x Fe II (PO 4 ) y (generally, olivine-type iron phosphate compounds represented by AFe II (PO 4 )) in which x and y are both 1. . The invention is also suitable for the preparation of iron phosphate compounds A x Fe III (PO 4 ) y (generally, olivine-type iron phosphate compounds represented by Fe III (PO 4 )) with x being 0 and y being 1. Particularly preferred applications are iron phosphate compounds in which both x and y are substantially 1 in A x M (PO 4 ) y . According to the method disclosed herein, a compound containing bivalent iron as a component (for example, FeO) is used as a raw material (source of iron) for the preparation of the olivine-type phosphate compound having the above-described divalent iron. In addition to being selected, compounds containing trivalent iron as constituents (eg Fe 2 O 3 ) may also be selected as raw materials. When trivalent iron oxides (such as Fe 2 O 3 ) are used as part of iron or as a full source of iron, a reducing agent (carbon powder) is added to the molten composition and / or the maximum temperature of the molten composition is relatively It is desirable to increase. In this way, an electrode active material whose main component is the desired iron phosphate compound can be produced with excellent efficiency.

상기된 방법 중 어느 것에 의해 얻어진 전극 활성 물질은 이차 전지(일반적으로, 리튬 이온 이차 전지)의 구성 물질로서 적합하게 사용될 수 있다. 상기된 이차 전지는, 예를 들어 상기된 전극 활성 물질 중 어느 것을 갖는 제 1 전극(애노드 또는 캐소드), 양이온들을 저장/방전할 물질을 갖는 제 2 전극(제 1 전극과 반대되는 전극, 예를 들어 캐소드 또는 애노드), 및 비-수성-형태 전해질 또는 고체 전해질을 포함한다. The electrode active material obtained by any of the above methods can be suitably used as a constituent material of a secondary battery (generally, a lithium ion secondary battery). The secondary battery described above may comprise, for example, a first electrode (anode or cathode) having any of the electrode active materials described above, a second electrode having a material to store / discharge cations (an electrode opposite to the first electrode, e.g. Cathode or anode), and non-aqueous-type electrolytes or solid electrolytes.

본 명세서에 개시된 또 다른 발명은 이차 전지에 관한 것이다. 이 이차 전지는 상기된 방법 중 어느 것에 의해 얻어진 전극 활성 물질을 갖는 애노드를 포함한다. 또한, 상기 이차 전지는 알칼리 금속 이온들을 저장/방전하는 물질을 갖는 캐소드를 포함한다. 예를 들어, 본 발명의 전지가 리튬 이차 전지인 경우, 본 발명의 전지는 리튬 이온을 저장/방전하는 물질을 갖는 캐소드를 포함할 것이다. 본 발명에 따르면, 상기된 구성을 갖는 이차 전지는 우수한 효율로 제조될 수 있다.Another invention disclosed herein relates to a secondary battery. This secondary battery comprises an anode having an electrode active material obtained by any of the methods described above. In addition, the secondary battery includes a cathode having a material for storing / discharging alkali metal ions. For example, if the battery of the present invention is a lithium secondary battery, the battery of the present invention will include a cathode having a material that stores / discharges lithium ions. According to the present invention, the secondary battery having the above-described configuration can be manufactured with excellent efficiency.

본 명세서에 개시된 본 발명의 또다른 측면은 상기된 방법 중 어느 것에 의해 제조된 이차 전지용 애노드 활성 물질이다. 본 발명의 활성 물질의 전형적인 예는, AxM(PO4)y 로 표시되는 실질적으로 결정질인 인산염 화합물이 주성분인 이차 전지용 애노드 활성 물질이다. Another aspect of the invention disclosed herein is an anode active material for a secondary battery produced by any of the methods described above. Typical examples of the active material of the present invention are anode active materials for secondary batteries in which the substantially crystalline phosphate compound represented by A x M (PO 4 ) y is a main component.

본 발명의 바람직한 실시형태를 이하에 기재할 것이다. 본 발명을 실시하기 위해 필수적인, 본 명세서에 구체적으로 언급된 것 이외의 내용은 이 분야의 종래 기술에 기초하여 당업자가 설계가능한 내용으로 이해될 것임을 유념한다. 본 발명은 본 명세서에 개시된 상세한 내용 및 이 분야에서 일반적인 기술 지식에 기초하여 수행될 수 있다.Preferred embodiments of the present invention will be described below. It is noted that contents other than those specifically mentioned in the specification, essential for practicing the present invention, will be understood as contents which can be designed by those skilled in the art based on the prior art in this field. The invention can be carried out on the basis of the details disclosed herein and the general technical knowledge in this field.

본 발명의 제조 방법은 주성분이 일반식 AxM(PO4)y으로 표시된 전이 금속 인산염 화합물인 전극 활성 물질의 제조에 적용될 수 있다. AxM(PO4)y 에서 M은 전이 금속들로부터 선택된 한 원소 또는 둘 이상의 원소들이다. M의 구체적인 예에는 철(Fe), 바나듐(V), 티탄(Ti) 등이 포함된다. AxM(PO4)y 에서 A는 리튬(Li), 나트륨(Na), 칼륨(K) 등과 같은 알칼리 금속들로부터 선택된 한 원소 또는 둘 이상의 원소들(일반적으로, 한 원소)이다. "x"는 0 ≤ x ≤ 2(일반적으로, 0 < x ≤ 2, 그러나 x 는 0이 될 수 있다)를 만족시키는 수이다. 또한, "y"는 0 < y ≤ 2(y 는 0이 될 수 없다)를 만족시키는 수이다. AxM(PO4)y 로 표시되는 화합물의 전기화학적 당량(electrochemical equivalent)이 비교적 작으므로, 큰 이론적 용량이 달성될 수 있다. 본 발명의 제조 방법에 따르면, 이러한 형태의 유용한 전극 활성 물질은 우수한 효율로 제조될 수 있다. The production method of the present invention can be applied to the preparation of an electrode active material whose main component is a transition metal phosphate compound represented by the general formula A x M (PO 4 ) y . M in A x M (PO 4 ) y is one element or two or more elements selected from transition metals. Specific examples of M include iron (Fe), vanadium (V), titanium (Ti) and the like. In A x M (PO 4 ) y , A is one element or two or more elements (generally one element) selected from alkali metals such as lithium (Li), sodium (Na), potassium (K) and the like. “x” is a number that satisfies 0 ≦ x ≦ 2 (generally 0 <x ≦ 2, but x may be zero). Further, "y" is a number that satisfies 0 <y ≤ 2 (y cannot be 0). Since the electrochemical equivalent of the compound represented by A x M (PO 4 ) y is relatively small, a large theoretical capacity can be achieved. According to the production method of the present invention, useful electrode active materials of this type can be produced with good efficiency.

본 명세서에 개시된 방법에 의해 제조가능한 전극 활성 물질들에는 AxM(PO4)y 에서 M이 주로 Fe인 화합물이 주성분인 전극 활성 물질이 포함된다. 바람직하게는, AxM(PO4)y 에서 M의 약 75 % 이상은 Fe이다. 보다 바람직하게는, AxM(PO4)y 에서 M의 약 90 % 이상은 Fe 이다. 보다 더 바람직하게는, AxM(PO4)y 에서 M의 실질적으로 전부가 Fe 이다. 한 쌍의 전극들 간에 이동하는 리튬 이온들에 의해 전기(elecricity)를 저장/방전하는 이차 전지에 사용되는 전극 활성 물질은 AxM(PO4)y 에서 x가 0보다 크고 A가 주로 리튬(Li)인 화합물이 주성분인 물질이 바람직하다. 또한, 한 쌍의 전극들 간에 이동하는 나트륨 이온들에 의해 전기를 저장/방전하는 이차 전지에 사용되는 전극 활성 물질은 AxM(PO4)y 에서 x가 0보다 크고 A가 주로 나트륨(Na)인 화합물이 주성분인 물질이 바람직하다. Electrode active materials preparable by the methods disclosed herein include electrode active materials whose main component is a compound in which M is mainly Fe in A x M (PO 4 ) y . Preferably, at least about 75% of M in A x M (PO 4 ) y is Fe. More preferably, at least about 90% of M in A x M (PO 4 ) y is Fe. Even more preferably, substantially all of M in A x M (PO 4 ) y is Fe. Electrode active materials used in secondary batteries that store / discharge electricity by lithium ions moving between a pair of electrodes are A x M (PO 4 ) y where x is greater than 0 and A is mainly lithium ( Preferred are substances in which Li) is the main component. In addition, an electrode active material used in a secondary battery that stores / discharges electricity by sodium ions moving between a pair of electrodes has x greater than 0 in A x M (PO 4 ) y and A is mainly sodium (Na). Preference is given to substances in which the compound is a major component.

본 명세서에 개시된 방법은 AxM(PO4)y 에서 x 및 y가 실질적으로 x = y = 1인 감람석 형태를 갖는 화합물(AM(PO4)로 표시되는 화합물, 예를 들어 LiFe(PO4))이 주성분인 전극 활성 물질의 제조에 적용될 수 있다. 선택적으로, 본 명세서에 개시된 방법은 AxM(PO4)y 에서 x 및 y가 실질적으로 x = 0, y = 1인 감람석 형태를 갖는 화합물(M(PO4)로 표시되는 화합물, 예를 들어 Fe(PO4))이 주성분인 전극 활성 물질의 제조에 적용될 수 있다. 상기된 감람석-형 물질(특히, M이 주로 2가인 감람석-형 물질)의 제조시에, 본 발명의 방법을 채택함으로써 특히 우수한 효과가 나타날 것이다. The method disclosed herein is a compound represented by AM II (PO 4 ) in the form of olivine in which x and y are substantially x = y = 1 in A x M (PO 4 ) y , for example LiFe II ( PO 4 )) can be applied in the preparation of an electrode active material as a main component. Optionally, the method disclosed herein is a compound represented by M III (PO 4 ) having an olivine form in which x and y are substantially x = 0, y = 1 in A x M (PO 4 ) y , eg For example, Fe III (PO 4 )) can be applied to the preparation of the electrode active material as a main component. In the preparation of the olivine-type material described above (especially the olivine-type material in which M is mainly divalent), particularly good effects will be obtained by adopting the method of the present invention.

또한, 본 명세서에 개시된 방법은 AxM(PO4)y 에서 x 및 y가 실질적으로 x = y = 1.5인 나지콘 형태를 갖는 화합물(A3M 2(PO4)3)이 주성분인 전극 활성 물질의 제조에 적용될 수도 있다. A3M 2(PO4)3로 표시된 화합물은, 예를 들어 Li3Fe 2(PO4)3)을 포함한다. 본 발명의 방법을 채택함으로 인한 효과는 상기된 나지콘 형태의 물질의 제조에서도 적합하게 보여질 것이다. In addition, the method disclosed herein is a compound (A 3 M III 2 (PO 4 ) 3 ) having a nazicon form in which x and y are substantially x = y = 1.5 in A x M (PO 4 ) y , wherein the main component is It may be applied to the preparation of the electrode active material. Compounds represented by A 3 M III 2 (PO 4 ) 3 include, for example, Li 3 Fe III 2 (PO 4 ) 3 ). The effect of adopting the method of the present invention will be suitably shown in the preparation of the Nazicon form of the material described above.

본 명세서에 개시된 방법이 AxM(PO4)y 에서 x가 0보다 큰(즉, 0 < x) 화합물이 주성분인 전극 활성 물질의 제조에 적용되는 경우, M의 공급원, P(인)의 공급원, 및 A의 공급원을 포함하는 용융된 상태의 조성물(용융물)이 제조될 것이다. 일반적으로, 용융물 중의 M, P 및 A의 원자비(몰비)는 제조될 전극 활성 물질(AxM(PO4)y)(표적 화합물)에 대응하는 원자비이다. 예를 들어, M, P 및 A를 표적 화합물에 대응하는 원자비로 포함하는 원료들의 고체 조성물이 제조될 수 있으며, 상기 원료들의 조성물은 용융될 수 있다. 일반적으로, 원료들의 용융물 및/또는 원료들의 조성물과 표적 화합물 간에 M, P 및 A의 원자비가 실질적으로 조화(match)되는 것이 적합하다. When the method disclosed herein is applied to the preparation of an electrode active material in which x is greater than zero (i.e. 0 <x) in A x M (PO 4 ) y the main component is a source of M, P (phosphorus) A molten composition (melt) will be prepared comprising a source and a source of A. In general, the atomic ratio (molar ratio) of M, P and A in the melt is the atomic ratio corresponding to the electrode active material (A x M (PO 4 ) y ) (target compound) to be produced. For example, a solid composition of raw materials comprising M, P and A in an atomic ratio corresponding to a target compound may be prepared, and the composition of the raw materials may be melted. In general, it is suitable that the atomic ratios of M, P and A are substantially matched between the melt of raw materials and / or the composition of raw materials and the target compound.

구성 요소로서 M, P 및 A 중 어느 하나를 갖는 화합물이 M의 공급원, P의 공급원, A의 공급원으로서 각각 사용될 수 있다. 다시 말해, 구성 요소로서 M을 갖는 화합물(M 화합물)이 M의 공급원으로서 사용될 수 있다. M의 산화물 또는 가열에 의해 M의 산화물을 생산하는 화합물(M의 탄산염, 탄산수소, 아세트산염, 옥살산염, 할로겐화물(halogenate), 수산화물 등)이, 예를 들어 M 화합물로서 사용될 수 있다. 구성 요소로서 P를 갖는 인 화합물이 P의 공급원으로서 사용될 수 있다. 예를 들어, 인의 산화물 또는 가열에 의해 인의 산화물을 생산하는 화합물(P2O5 등과 같은 산화물, NH4H2PO4, (NH4)2HPO4 등과 같은 암모늄염)이 사용될 수 있다. 구성 요소로서 A를 갖는 화합물(A 화합물)이 A의 공급원으로서 사용될 수 있다. 예를 들어, A의 염(탄산염, 탄산수소, 아세트산염, 옥살산염, 할로겐화물(halogenate), 수산화물 등)이 사용될 수 있다. 각 공급원은 한 화합물 또는 둘 이상의 화합물들로 구성된다. A가 주로 리튬인 경우, 리튬의 공급원은 탄산리튬(Li2CO3), 수산화리튬(LiOH) 등과 같은 리튬염으로부터 선택된 한 화합물 또는 둘 이상의 화합물들이 될 수 있다. Compounds having any one of M, P and A as components can be used as the source of M, the source of P, and the source of A, respectively. In other words, a compound having M as a component (M compound) can be used as a source of M. Oxides of M or compounds which produce oxides of M by heating (carbonates of M, hydrogen carbonate, acetates, oxalates, halides, hydroxides, etc.) can be used, for example, as M compounds. Phosphorus compounds having P as a component can be used as the source of P. For example, an oxide of phosphorus or a compound that produces an oxide of phosphorus by heating (an oxide such as P 2 O 5 , an ammonium salt such as NH 4 H 2 PO 4 , (NH 4 ) 2 HPO 4, etc.) may be used. Compounds having A as a component (Compound A) can be used as a source of A. For example, salts of A (carbonates, hydrogen carbonates, acetates, oxalates, halides, hydroxides, etc.) can be used. Each source consists of one compound or two or more compounds. When A is mainly lithium, the source of lithium may be one compound or two or more compounds selected from lithium salts such as lithium carbonate (Li 2 CO 3 ), lithium hydroxide (LiOH) and the like.

A의 공급원으로서 뿐만 아니라 융제(flux)로서도 기능하는 화합물(예를 들어, Li2CO3)을 선택함으로써 용융물의 융점이 감소될 수 있다는 것을 유념한다.Note that the melting point of the melt can be reduced by selecting a compound (eg Li 2 CO 3 ) that functions as a source of A as well as a flux.

선택적으로, 구성 요소로서 M, P 및 A 중의 어떤 둘 이상의 요소들을 갖는 화합물이 M의 공급원, P의 공급원 및 A의 공급원으로서 사용될 수 있다. 예를 들어, 구성 요소들로서 P 및 A를 갖는 화합물이 P의 공급원 및 A의 공급원으로서 사용될 수 있으며, 구성 요소로서 M을 갖는 화합물이 M의 공급원으로서 사용될 수 있다. 또한, M, P 및 A를 구성 요소들로서 갖는 화합물이 M, P 및 A의 공통 공급원으로서 사용될 수 있다. 예를 들어, AxM(PO4)y로 표시되는 인 화합물 중 한가지 형태 또는 둘 이상의 형태들이 M, P 및 A의 공급원으로서 사용될 수도 있다. 공급원으로서 사용된 AxM(PO4)y 가 결정질 또는 비-결정질, 또는 결정질 및 비-결정질의 혼합물일 수 있다. 각 원소(M, P 및 A)의 원자비가 쉽게 조절될 수 있으므로, 각 화합물이 M, P 및 A 가운데 한 원소를 각각 갖는 세 종류 이상의 화합물들을 사용하여 원료들의 조성물 및/또는 용융물(용융된 상태의 원료들의 조성물)을 제조하는 것이 일반적으로 바람직하다.Optionally, a compound having any two or more of M, P and A as components may be used as the source of M, the source of P and the source of A. For example, a compound having P and A as components may be used as a source of P and a source of A, and a compound having M as a component may be used as a source of M. In addition, compounds having M, P and A as components can be used as a common source of M, P and A. For example, one form or two or more forms of phosphorus compounds represented by A x M (PO 4 ) y may be used as the source of M, P and A. A x M (PO 4 ) y used as a source may be crystalline or non-crystalline, or a mixture of crystalline and non-crystalline. Since the atomic ratio of each element (M, P and A) can be easily controlled, the composition and / or melt of the raw materials using three or more kinds of compounds each having one element of M, P and A (the molten state It is generally preferred to produce a composition of the raw materials of).

화합물은 화합물의 M의 원자가 수가 원하는 AxM(PO4)y 에서 M의 원자가 수와 같은 M의 공급원으로서 선택될 수 있다. 예를 들어, AM(PO4)로 표시되는 감람석-형 전극 활성 물질을 제조하기 위하여, M이 2가인 화합물이 선택될 수 있다. A3M 2(PO4)3로 표시되는 나지콘-형 전극 활성 물질을 제조하기 위하여, M이 3가인 화합물이 선택될 수 있다. M이 2가 상태에서보다 3가 상태에서 더 안정한 경향을 갖는 원소(예를 들어, 철)이고 표적 물질이 AxM(PO4)y에서 M의 원자가 수가 주로 2인 전극 활성 물질인 경우, 2가의 M 공급원(예를 들어, FeO)이 산화되어 3가가 되는 것을 막기 위해 전극 활성 물질의 제조 단계는 환원 상태(reducing condition)에서 실시될 수 있다. The compound may be selected as a source of M such that the valence number of M in the compound is equal to the valence number of M in A x M (PO 4 ) y . For example, to prepare the olivine-type electrode active material represented by AM II (PO 4 ), a compound of M divalent can be selected. A 3 M Ⅲ 2 (PO 4 ) born cone represented by the 3 - to produce the electrode active material, M is selected to be a trivalent compound. When M is an element (e.g. iron) that tends to be more stable in the trivalent state than in the divalent state and the target material is an electrode active material with a predominantly 2 valence number of M in A x M (PO 4 ) y , In order to prevent the divalent M source (eg FeO) from oxidizing and becoming trivalent, the step of preparing the electrode active material can be carried out in a reducing condition.

또한, 화합물은 공급원의 M의 원자가 수가 표적 물질의 M의 원자가 수보다 큰 M의 공급원으로서 선택될 수 있다. 본 명세서에 개시된 방법에 따르면, M이 2가 상태에서보다 3가 상태에서 더 안정한 경향을 가지고 표적 물질의 M이 주로 2가인 경우에도, 3가 M 공급원을 선택하는 것은 여전히 가능하다. 예를 들어, 표적 물질이 2가 Fe를 포함하는 LiFe(PO4)로 표시되는 감람석-형 물질인 경우, 3가 Fe를 포함하는 Fe2O3가 Fe의 공급원으로서 사용될 수 있다. 다시 말해, 본 발명의 방법에 따르면, 구성 요소로서 2가 M을 갖는 물질(예를 들어, AM(PO4)로 표시되는 감람석-형 전극 활성 물질)을 제조하기 위해 3가 M 공급원이 사용될 수 있다. 이는, 예를 들어 AxM(PO4)y에서 M이 주로 2가 철(Fe)인 감람석-형 물질로 실질적으로 구성된 전극 활성 물질의 제조에 있어서 중요하다. 이는 Fe2O3가 FeO 보다 철 공급원으로서 사용하기에 확실히 저렴하기 때문이다. 철 공급원으로서 FeO의 일부분이 Fe2O3로 대체되는 경우에도 본 발명의 채택으로 인한 효과(원료 비용 절감 효과)가 적절히 나타날 것이다. In addition, the compound may be selected as a source of M where the valence number of M of the source is greater than the valence number of M of the target material. According to the methods disclosed herein, it is still possible to select a trivalent M source, even if M tends to be more stable in the trivalent state than in the divalent state and M of the target material is predominantly divalent. For example, when the target material is an olivine-type material represented by LiFe II (PO 4 ) containing divalent Fe, Fe 2 O 3 including trivalent Fe may be used as a source of Fe. In other words, according to the method of the present invention, a trivalent M source is used to prepare a material having divalent M as a component (eg, olivine-type electrode active material represented by AM II (PO 4 )). Can be. This is important, for example, in the preparation of electrode active materials substantially composed of olivine-like material in which M is predominantly divalent iron (Fe) in A x M (PO 4 ) y . This is because Fe 2 O 3 is certainly cheaper to use as an iron source than FeO. Even if a portion of FeO as an iron source is replaced by Fe 2 O 3 , the effect (reduction of raw material cost) due to the adoption of the present invention will be adequately exhibited.

다른 한편으로, AxM(PO4)y에서 x가 실질적으로 0인 화합물 (M(PO4)y)이 주성분인 전극 활성 물질이 제조되는 경우, M의 상기된 공급원 및 인(P)의 공급원을 포함하는 용융된 상태(용융물)의 조성물이 제조되어야 한다. 0 < x 인 경우에 상기된 화합물과 같은 화합물이 M 공급원 및 P 공급원으로서 적당히 선택 및 사용될 수 있다. 예를 들어, M(PO4)(즉, y = 1)로 표시된 감람석-형 물질을 제조하려는 경우, M이 3가인 화합물이 선택될 수 있다. On the other hand, when an electrode active material is prepared in which A x M (PO 4 ) y is a compound (M (PO 4 ) y ) whose x is substantially zero, the above-mentioned source of M and phosphorus (P) A molten state (melt) composition comprising a source must be prepared. When 0 <x, compounds such as those described above may be appropriately selected and used as the M source and P source. For example, when preparing an olivine-type material represented by M III (PO 4 ) (ie y = 1), a compound in which M is trivalent can be selected.

상기된 용융물은 일반적으로 M의 공급원을 갖는 원료 및 P의 공급원을 갖는 원료와 x가 0보다 큰 경우 A의 공급원을 갖는 원료를 함께 혼합하고 상기 혼합된 원료들의 조성물을 가열함으로써 제조될 수 있다. 예를 들어, 분말화된 M 공급원, 분말화된 P 공급원 및 분말화된 A 공급원이 원료의 조성물을 제조하기 위하여 함께 혼합될 수 있다. 각 공급원의 평균 입경 및 입경 분포는 특별히 제한되지 않는다. 이는 원료들의 조성물이 용융되고 따라서 원료들의 조성물의 품질이 최종 생성물 상에 미치게 될 영향(impact)이 제한될 것이기 때문이다. (일반적으로 분말화된) 이들 공급원들 각각의 혼합 상태가 비교적 균일한 것이 바람직하다. 혼합 상태가 실질적으로 균일한 것이 더 바람직하다. 그러나, 원료들의 조성물이 용융되므로, 원료들의 균일성이 그리 크지 않다 하더라도 실제 사용하기에 충분한 균일성을 갖는 전극 활성 물질이 제조될 수 있다. 따라서, 본 방법의 제조 파라미터는, 예를 들어 통상적인 고체 상태 반응 방법에서보다 관리(management)가 더 용이할 것이다. 예를 들어, 사용될 원료들(각 요소의 공급원들 등)의 품질, 및 원료들의 조성물(각 공급원의 혼합된 상태)의 균일성을 관리하는 것은 용이할 것이다. 이는 제조 효율 증가에 유용하다. The melt described above can be prepared by mixing together a raw material having a source of M and a raw material having a source of P and a raw material having a source of A when x is greater than 0 and heating the composition of the mixed raw materials. For example, the powdered M source, powdered P source and powdered A source can be mixed together to prepare a composition of the raw material. The average particle diameter and particle size distribution of each source are not particularly limited. This is because the composition of the raw materials will melt and thus the impact that the quality of the composition of the raw materials will have on the final product will be limited. It is desirable for the mixed state of each of these sources (generally powdered) to be relatively uniform. More preferably, the mixed state is substantially uniform. However, since the composition of the raw materials is melted, an electrode active material having sufficient uniformity for practical use can be produced even if the uniformity of the raw materials is not so great. Thus, the production parameters of the process will be easier to manage than, for example, in conventional solid state reaction processes. For example, it will be easy to manage the quality of the raw materials to be used (sources of each element, etc.), and the uniformity of the composition of the raw materials (mixed state of each source). This is useful for increasing manufacturing efficiency.

원료들의 조성물의 용융(가열) 방법은 특별히 제한되지 않는다. 유도 가열, 마이크로파에 의한 가열 등과 같은 공지된 가열 수단이 적절히 채택될 수 있다.The melting (heating) method of the composition of the raw materials is not particularly limited. Known heating means, such as induction heating, heating by microwaves, and the like may be appropriately adopted.

원료 조성물을 용융시키기 위한 가열 속도(온도 증가 속도)는 특별히 제한되지 않는다. 사용될 가열 수단들의 능력 등에 따라 적절한 가열 속도가 채택될 수 있다. 그러나, 가열 속도가 너무 느리면 제조 효율이 감소될 수 있다. 이러한 관점에서, 가열 속도가 약 60 ℃/h 이상인 것이 일반적으로 바람직하고, 가열 속도가 약 150 ℃/h 이상인 것이 더 바람직하다. The heating rate (temperature increase rate) for melting the raw material composition is not particularly limited. Appropriate heating rates may be employed depending on the capabilities of the heating means to be used and the like. However, if the heating rate is too slow, the manufacturing efficiency can be reduced. In this respect, it is generally preferred that the heating rate be at least about 60 ° C./h, and more preferably at least about 150 ° C./h.

용융된 상태의 조성물(용융물)의 최대 온도는 조성물의 용융된 상태가 얻어지는 한 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 이는 약 800 내지 2000 ℃(바람직하게는 약 850 내지 1800 ℃, 더 바람직하게는 약 900 내지 1600 ℃)이며, 용융된 상태를 달성할 수 있는 온도이다. 용융된 상태를 달성할 수 있는 최저 온도는 원료들의 조성(예를 들어, A 및 M의 형태, x 및 y의 값들 등)에 따라 다를 것이다. 예를 들어, A가 주로 리튬이고 M이 주로 Fe인 경우에 최대 온도는 바람직하게는 약 850 내지 1800 ℃, 더 바람직하게는 약 900 내지 1600 ℃이다.The maximum temperature of the composition (melt) in the molten state is not particularly limited as long as the molten state of the composition is obtained. For example, it is about 800 to 2000 ° C. (preferably about 850 to 1800 ° C., more preferably about 900 to 1600 ° C.) and is the temperature at which the molten state can be achieved. The lowest temperature at which the molten state can be achieved will depend on the composition of the raw materials (eg, the form of A and M, the values of x and y, etc.). For example, when A is predominantly lithium and M is predominantly Fe, the maximum temperature is preferably about 850-1800 ° C., more preferably about 900-1600 ° C.

M이 2가 상태에서보다 3가 상태에서 더 안정한 경향을 갖는 원소이고 M이 주로 2가인 감람석-형 물질(일반적으로, AxM(PO4)y에서 x 및 y가 모두 실질적으로 1인 화합물이 주 성분인 전극 활성 물질)을 제조하려는 경우, 상기된 최대 온도가 비교적 증가되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 최대 온도가 용융된 상태를 달성할 수 있는 최소 온도보다 적어도 약 400 ℃ (일반적으로, 약 400 내지 800 ℃) 더 높도록 제조 파라미터들이 설정되는 것이 바람직하고, 적어도 약 600 ℃ (일반적으로, 약 600 내지 800 ℃) 더 높은 온도가 더 바람직하다. Olivine-like material in which M is a tendency to be more stable in the trivalent state than in the divalent state and M is predominantly divalent (generally, compounds where both x and y are substantially 1 in A x M (PO 4 ) y In the case of producing an electrode active material which is a main component thereof, it is preferable that the maximum temperature described above is relatively increased. For example, the manufacturing parameters are preferably set such that the maximum temperature is at least about 400 ° C. (typically between about 400 and 800 ° C.) higher than the minimum temperature at which the molten state can be achieved, and at least about 600 ° C. (typically More preferably between about 600 and 800 ° C.).

원료들의 조성물이 용융된 상태로 유지되는 기간(amount of time)(용융 시간)은 특별히 제한되지 않는다. 제조 효율, 에너지 비용 등의 관점에서, 용융 시간은 약 24 시간 이하(일반적으로, 약 5 분 내지 24 시간), 바람직하게는 약 6 시간 이하(일반적으로 약 5 분 내지 6 시간)가 일반적으로 적합하다. 또한, 용융물이 상기된 최대 온도에서 유지되는 기간(보류 시간(hold time))도 특별히 제한되지 않는다. 표적 물질의 균일성(uniformity) 증가 등의 관점에서, 보류 시간이 약 30 초 이상(예를 들어, 약 30 초 내지 2 시간) 및 바람직하게는 1 분 이상(예를 들어, 약 1 분 내지 1 시간)인 것이 일반적으로 적합하다. 선택적으로, 온도 감소(냉각 또는 서냉)는 조성물을 최대 온도까지 가열한 직후에 개시될 수 있다. The amount of time (melt time) for which the composition of the raw materials is kept in the molten state is not particularly limited. In terms of manufacturing efficiency, energy cost, etc., the melting time is generally about 24 hours or less (generally about 5 minutes to 24 hours), preferably about 6 hours or less (generally about 5 minutes to 6 hours) is generally suitable. Do. In addition, the period in which the melt is maintained at the above-mentioned maximum temperature (hold time) is also not particularly limited. In terms of increased uniformity, etc. of the target material, the retention time is at least about 30 seconds (eg, about 30 seconds to 2 hours) and preferably at least 1 minute (eg, about 1 minute to 1 minute). Time) is generally suitable. Optionally, temperature reduction (cooling or slow cooling) may be initiated immediately after heating the composition to the maximum temperature.

용융된 상태의 조성물의 제조 방법은 고체 원료들의 예비-혼합된(제조된) 조성물이 용융되는 상기된 방법으로 제한되지 않는다는 것을 유념한다. 예를 들어, 각 고체 공급원(solid source)이 개별적으로 제조된 후 개별적으로 용융될 수 있고 개별적으로 용융된 원료들이 함께 혼합되어 원료들의 용융된 조성물을 형성할 수 있다. 보다 구체적으로, 각 공급원이 개별적으로 용융될 수 있으며, 용융된 상태의 공급원들이 함께 혼합될 수 있다. 선택적으로, 고체(M) 공급원이 용융된 수 있고, 이어서 고체(A) 공급원이 용융된 M 공급원에 첨가될 수 있으며, 이어서 고체(P) 공급원이 이에 첨가될 수 있다.Note that the method of preparing the composition in the molten state is not limited to the above-described method in which the pre-mixed (prepared) composition of the solid raw materials is melted. For example, each solid source can be made separately and then melted separately and the separately melted raw materials can be mixed together to form a molten composition of the raw materials. More specifically, each source may be melted separately and the sources in the molten state may be mixed together. Optionally, the solid (M) source can be molten, and then the solid (A) source can be added to the molten M source, followed by the solid (P) source.

환원제가 상기된 용융 조성물에 포함될 수 있다. 특히, M의 원자가 수가 AxM(PO4)y에서 M의 원자가 수(예를 들어, 2가)보다 큰 M 화합물(예를 들어, M이 3가인 M 화합물)이 전체 M 공급원 또는 이의 일부분으로서 사용되는 경우, 용융된 조성물에 환원제가 첨가되는 것이 바람직하다. 또한, M의 원자가 수가 AxM(PO4)y에서 M의 원자가 수(예를 들어, 2가)와 같은 M 화합물(예를 들어, M이 2가인 M 화합물)이 전체 M 공급원 또는 이의 일부분으로서 사용되는 경우, 용융된 조성물에 환원제가 첨가되는 것이 바람직하다. 특히, M이 3가 상태가 2가 상태(예를 들어, 철)보다 더 안정한 원소인 경우, 용융된 조성물에 환원제가 첨가되는 것이 바람직하다. 환원제는 M 화합물의 2가 M이 3가 M으로 산화되는 현상을 더 잘 방지할 수 있다. Reducing agents may be included in the melt compositions described above. In particular, M compounds having a valence number of M in A x M (PO 4 ) y greater than the valence number of M (eg, divalent) (eg, M compounds in which M is trivalent) are all M sources or portions thereof. When used as, it is preferred that a reducing agent be added to the molten composition. In addition, an M compound (eg, an M compound of which M is divalent) such that the valence number of M is equal to the valence number of M (eg, divalent) in A x M (PO 4 ) y is the total M source or portion thereof. When used as, it is preferred that a reducing agent be added to the molten composition. In particular, when M is a more stable element than the divalent state (eg iron), it is preferred that a reducing agent is added to the molten composition. The reducing agent can better prevent the phenomenon that the divalent M of the M compound is oxidized to trivalent M.

바람직하게는 탄소질 물질(예를 들어, 아세틸렌 블랙(acetylene black), 케티엔 블랙(ketjen black), 그래파이트 전구체 등)이 사용될 수 있다. 본 명세서에 개시된 방법에 사용될 수 있는 다른 환원제들의 예로는 사카라이드, 폴리프로필렌 등이 포함된다. Preferably, carbonaceous materials (eg, acetylene black, ketjen black, graphite precursors, etc.) may be used. Examples of other reducing agents that can be used in the methods disclosed herein include saccharides, polypropylene, and the like.

이러한 형태의 환원제를 용융된 조성물에 첨가하는 방법(means)은 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 원료 조성물을 제조하기 위해 각 분말화된 공급원이 분말화된 환원제(탄소 분말 등)와 함께 혼합될 수 있으며, 이어서 원료들의 혼합물이 용융될 수 있다. 선택적으로, 각 공급원이 용융된 후에 환원제가 첨가될 수 있다. 용융된 조성물에 첨가되는 환원제의 양은 특별히 제한되지 않지만, 너무 소량 첨가되는 경우, 환원제의 사용 효과가 효과적으로 나타나지 않을 수 있다. 한편, 너무 많은 환원제가 사용된다면, 표적 물질의 특성에 의도 밖의 효과가 나타날 수 있으며 전지 성능이 저하될 수 있다. 환원제의 양은, 예를 들어 용융된 조성물 100 g 당 약 2 g이 될 수 있다. The means for adding this type of reducing agent to the molten composition is not particularly limited. For example, each powdered source may be mixed with a powdered reducing agent (such as carbon powder) to prepare a raw material composition, and then the mixture of raw materials may be melted. Optionally, a reducing agent may be added after each source has melted. The amount of the reducing agent added to the molten composition is not particularly limited, but when added in a small amount, the effect of using the reducing agent may not be effectively exhibited. On the other hand, if too many reducing agents are used, unintended effects on the properties of the target material may occur and battery performance may be degraded. The amount of reducing agent may, for example, be about 2 g per 100 g of the molten composition.

표적 물질은 상기 용융된 조성물을 서냉 및 경화(hardening) 시킴으로써 얻어질 것이다. 사전 설정된(predetermined) 온도 프로파일을 달성하기 위해 서냉을 관리하면서 서냉이 수행될 수 있거나, 용융된 조성물이 자연적으로 냉각될 수 있다. 상기 미리 정해진 온도 프로파일은 온도가 고정 속도(fixed rate)로 점진적으로 감소되는 온도 프로파일, 온도가 단계적으로(in steps) 감소되는 온도 프로파일, 또는 이들이 결합된 온도 프로파일이 될 수 있다. 일반적으로, 온도가 고정 속도(온도 감소 속도)로 감소되는 것이 용이하며, 따라서 바람직하다. 이러한 상황에서의 온도 감소 속도는, 예를 들어 약 600 ℃/h 이하, 바람직하게는 약 450 ℃/h 이하, 및 더욱 바람직하게는 약 300 ℃/h 이하가 될 수 있다. 온도 감소 속도가 느려질 때 표적 물질이 고도로 결정질이 되는 경향이 크다. 다른 한편으로, 온도 감소 속도가 과도하게 느려지면 제조 효율 감소가 일어날 수 있다. 이러한 관점에서, 온도 감소 속도가 약 6 ℃/h 이상, 바람직하게는 약 30 ℃/h 이상, 더 바람직하게는 약 60 ℃/h 이상인 것이 일반적으로 적합하다. 온도가 단계적으로 감소되는 경우에도, 서냉 개시로부터 서냉 완료까지 평균 온도 감소 속도가 상기 범위 내에 있는 것이 바람직하다. The target material will be obtained by slow cooling and hardening the molten composition. Slow cooling may be performed while managing slow cooling to achieve a predetermined temperature profile, or the molten composition may be naturally cooled. The predetermined temperature profile may be a temperature profile in which the temperature is gradually reduced at a fixed rate, a temperature profile in which the temperature is reduced in steps, or a temperature profile in which they are combined. In general, it is easy for the temperature to decrease at a fixed rate (temperature decreasing rate), and is therefore preferable. The rate of temperature reduction in such a situation can be, for example, about 600 ° C./h or less, preferably about 450 ° C./h or less, and more preferably about 300 ° C./h or less. When the rate of temperature decrease is slow, the target material tends to be highly crystalline. On the other hand, excessively slowing the rate of temperature reduction can result in a reduction in manufacturing efficiency. In this respect, it is generally suitable that the rate of temperature reduction is at least about 6 ° C./h, preferably at least about 30 ° C./h, more preferably at least about 60 ° C./h. Even when the temperature is gradually decreased, it is preferable that the average temperature decrease rate is within the above range from the slow cooling start to the slow cooling completion.

본 명세서에 개시된 방법의 한 측면에서, 용융된 조성물은 상기된 조성물이 용융된 상태에 있는 온도로부터(일반적으로, 최대 온도로부터) 조성물이 경화되는 온도까지 서냉된다. 일반적으로, 서냉은 조성물의 온도가 적어도 약 300 ℃ 이하(바람직하게는 약 100 ℃ 이하)로 낮아질 때까지 실시될 것이다. 조성물의 온도가 거의 실온(예를 들어, 약 60 ℃ 이하, 바람직하게는 약 40 ℃ 이하)일 때까지 서냉이 실시되는 것이 바람직할 것이다. In one aspect of the methods disclosed herein, the molten composition is slowly cooled from the temperature at which the composition is in the molten state (generally from the maximum temperature) to the temperature at which the composition cures. Generally, slow cooling will be performed until the temperature of the composition is lowered to at least about 300 ° C. or less (preferably about 100 ° C. or less). Slow cooling will preferably be performed until the temperature of the composition is approximately room temperature (eg, about 60 ° C. or less, preferably about 40 ° C. or less).

AxM(PO4)y에서 M이 AxM(PO4)y의 M의 원자가 수보다 원자가 수가 클 때 더 안정하다는 특성을 갖는 경우(예를 들어, AxM(PO4)y에서 M이 주로 2가이고 M이 철인 경우), 상기된 제조 처리의 적어도 일부분이 비-산화성 대기(일반적으로, 아르곤과 같은 불활성 가스 대기 또는 수소(H2) 등과 같은 환원 가스를 포함하는 대기)에서 실시될 수 있다. 일반적으로, 용융된 조성물의 서냉(온도 감소) 개시로부터 서냉 완료까지의 처리가 비-산화성 대기에서 실시되는 것이 바람직하다. 고체 원료들의 용융으로부터 서냉 완료까지의 처리가 비-산화성 대기에서 실시되는 것이 더 바람직하고, 원료들의 제조로부터 서냉 완료까지의 처리가 비-산화성 대기에서 실시되는 것이 훨씬 더 바람직하다. A x M (PO 4) in the y The M A x M (PO 4) when the y of the M number of atoms greater than the number of atoms when having a characteristic that the more stable (e. G., A x M (PO 4) from y If M is predominantly divalent and M is iron, then at least a portion of the manufacturing process described above is in a non-oxidizing atmosphere (generally an inert gas atmosphere such as argon or an atmosphere comprising a reducing gas such as hydrogen (H 2 )). Can be implemented. In general, it is preferred that the process from the onset of slow cooling (temperature reduction) to the completion of slow cooling of the molten composition is carried out in a non-oxidizing atmosphere. More preferably, the process from melting of the solid raw materials to the completion of the slow cooling is carried out in a non-oxidizing atmosphere, and even more preferably, the process from the preparation of the raw materials to completion of the slow cooling is carried out in a non-oxidizing atmosphere.

상기된 제조 방법 중 어느 것에 의해 얻어진 전극 활성 물질은 일반적으로 실질적으로 결정질이다. 예를 들어, 이렇게 제조된 전극 활성 물질은 상기 논의된 바와 같은 결정질 전이 금속 인산염 화합물이다. 바람직한 측면에서, 전극 활성 물질은 주성분이 감람석-형 구조를 갖는 결정질 전이 금속 인산염 화합물이거나 나지콘-형 구조를 갖는 결정질 전이 금속 인산염 화합물인 물질이 될 수 있다. 선택적으로, 전극 활성 물질은 주로 결정질이지만 비-결정질부를 포함하는 물질이 될 수도 있다. 전극 활성 물질이 결정질(적어도 주로 결정질)이라는 사실, 및 전극 활성 물질이 정의된 결정질 구조(감람석 형, 나지콘 형 등)를 갖는다는 사실은, 예를 들어 X-선 회절 패턴에 의해 확인될 수 있다. X-선 회절 패턴은 일반적으로 X-선 회절 장치에 의해 만들어질 수 있다. Electrode active materials obtained by any of the above-described manufacturing methods are generally substantially crystalline. For example, the electrode active material thus prepared is a crystalline transition metal phosphate compound as discussed above. In a preferred aspect, the electrode active material may be a material whose main component is a crystalline transition metal phosphate compound having an olivine-type structure or a crystalline transition metal phosphate compound having a nazicon-type structure. Optionally, the electrode active material may be a material that is predominantly crystalline but includes non-crystalline portions. The fact that the electrode active material is crystalline (at least mainly crystalline), and that the electrode active material has a defined crystalline structure (olivine type, Nazicon type, etc.) can be confirmed, for example, by an X-ray diffraction pattern. have. X-ray diffraction patterns can generally be made by X-ray diffraction apparatus.

본 명세서에 기재된 방법에 따르면, 실질적으로 감람석인 단일 상(substantially olivine single phase) 전이 금속 인산염 화합물로 만들어진 물질(또는 이 물질로 실질적으로 형성된 전극 활성 물질)이 제조될 수 있다. 이 때, "감람석인 단일 상"은, 예를 들어 AM(PO4)로 표시된 감람석-형 물질을 제조하려 할 때 이 물질은 3가 M(예를 들어, 3가 Fe)을 실질적으로 포함하지 않을 것임을 의미한다. 이 물질의 X-선 회절 프로파일에서 3가 Fe의 존재가 확인될 수 없을 때 "감람석의 단일 상"이 얻어진다. 바람직한 측면에 따르면, 상기된 감람석의 단일 상 알칼리 금속, 전이 금속 및 인산염 화합물(일반적으로, 리튬 철 인산염 화합물 등)이 우수한 효율로 제조될 수 있다. 리튬 철 인산염 화합물 등이 2가 철 공급원(예를 들어, FeO)으로 뿐 아니라 3가 철 공급원(예를 들어, Fe2O3)으로 제조될 수 있다. According to the methods described herein, a material made of a substantially olivine single phase transition metal phosphate compound (or an electrode active material formed substantially from this material) can be prepared. At this time, "single phase as olivine" is intended to produce an olivine-type material, for example denoted AM II (PO 4 ), which material substantially comprises trivalent M (eg trivalent Fe). I will not. The "single phase of olivine" is obtained when the presence of trivalent Fe in the X-ray diffraction profile of this material cannot be identified. According to a preferred aspect, the single phase alkali metal, transition metal and phosphate compounds (generally lithium iron phosphate compounds, etc.) of the olivines described above can be produced with good efficiency. Lithium iron phosphate compounds and the like can be prepared as divalent iron sources (eg FeO) as well as trivalent iron sources (eg Fe 2 O 3 ).

본 명세서에 개시된 방법으로 제조된 전극 활성 물질은 다양한 형태의 양이온을 저장/방출함으로써 전압을 생성하는 2차 전지의 전극 활성 물질로서 작용할 수 있다. 이러한 형태의 활성 물질에 의해 저장/방출될 수 있는 양이온에는 리튬 이온, 나트륨 이온, 칼륨 이온, 세슘 이온 등과 같은 알칼리 금속 이온; 칼슘 이온, 바륨 이온 등과 같은 알칼리 토금속 이온; 마그네슘 이온; 알루미늄 이온; 은 이온; 아연 이온; 테트라부틸암모늄 이온, 테트라에틸암모늄 이온, 테트라메틸암모늄 이온, 트리에틸메틸암모늄 이온, 트리에틸암모늄 이온 등과 같은 암모늄 이온; 이미다졸륨 이온, 에틸메틸이미다졸륨(ethylmethlimidazolium) 등과 같은 이미다졸륨 이온; 피리디늄 이온; 수소 이온; 테트라에늄(tetraenium) 이온; 테트라메틸포스포늄 이온; 테트라페닐포스포늄 이온; 트리페닐술포늄 이온; 트리에틸술포늄 이온; 등이 포함된다. 이들 중에 알칼리 금속 이온이 바람직하며 리튬 이온이 특히 바람직하다. Electrode active materials prepared by the methods disclosed herein can act as electrode active materials in secondary batteries that generate voltage by storing / emitting various types of cations. Cations that can be stored / released by this type of active material include alkali metal ions such as lithium ions, sodium ions, potassium ions, cesium ions and the like; Alkaline earth metal ions such as calcium ions, barium ions and the like; Magnesium ions; Aluminum ions; Silver ions; Zinc ions; Ammonium ions such as tetrabutylammonium ion, tetraethylammonium ion, tetramethylammonium ion, triethylmethylammonium ion, triethylammonium ion and the like; Imidazolium ions such as imidazolium ions and ethylmethyl imidazolium; Pyridinium ions; Hydrogen ions; Tetraennium ions; Tetramethylphosphonium ions; Tetraphenylphosphonium ions; Triphenylsulfonium ions; Triethylsulfonium ion; Etc. are included. Of these, alkali metal ions are preferred, and lithium ions are particularly preferred.

본 명세서에 개시된 방법으로 제조된 전극 활성 물질이 2차 전지의 애노드에 사용되는 경우, 양이온을 저장/방출할 수 있는, 리튬(Li), 나트륨(Na), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al) 등과 같은 금속, 또는 이의 합금, 또는 탄소질 물질 등이 캐소드의 활성 물질로서 사용될 수 있다. When the electrode active material prepared by the method disclosed herein is used in the anode of a secondary battery, lithium (Li), sodium (Na), magnesium (Mg), aluminum (Al), which can store / release cations Metals such as these, or alloys thereof, carbonaceous materials and the like can be used as the active material of the cathode.

상기된 전극 활성 물질을 갖는 전극이 동전형, 원통형, 정사각형 등과 같은 다양한 형태를 갖는 2차 전지의 전극으로서 적합하게 사용될 수 있다. 예를 들어, 플레이트 등의 형태로 전극을 형성하기 위해 전극 활성 물질이 압축-성형될(compression-molded) 수 있다. 또한, 상기된 전극 활성 물질을 금속 시트 등과 같은 전도성 물질로 만들어진 콜렉터(collector)에 부착시킴으로써, 플레이트-형 전극 또는 시트-형 전극이 형성될 수 있다. 본 발명에 따른 전극 활성 물질에 더하여 이러한 형태의 전극은 필요에 따라 표준 전극 활성 물질을 갖는 전극 내에 하나 또는 둘 또는 그 이상의 동일한 형태의 물질들을 포함할 수도 있다. 이러한 형태의 물질의 대표적인 예에는 전도성 물질 및 결합제가 포함된다. 아세틸렌 블랙(AB) 등과 같은 탄소질 물질이 전도성 물질로서 사용될 수 있다. 폴리플루오로비닐리덴(PVDF), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리플루오로비닐리덴-헥사플루오로프로필렌 공중합체(PVDF-HFP) 등과 같은 유기 중합체가 결합제로서 사용될 수 있다.The electrode having the above electrode active material can be suitably used as an electrode of a secondary battery having various forms such as coin, cylinder, square, and the like. For example, the electrode active material may be compression-molded to form the electrode in the form of a plate or the like. Further, by attaching the above-mentioned electrode active material to a collector made of a conductive material such as a metal sheet, a plate-type electrode or a sheet-type electrode can be formed. In addition to the electrode active material according to the invention, this type of electrode may comprise one or two or more of the same type of material in the electrode with the standard electrode active material as required. Representative examples of this type of material include conductive materials and binders. Carbonaceous materials such as acetylene black (AB) and the like may be used as the conductive material. Organic polymers such as polyfluorovinylidene (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyfluorovinylidene-hexafluoropropylene copolymer (PVDF-HFP) and the like can be used as the binder.

비-수성 전해질로서, 비-수성 용매를 포함하는 전해질, 및 전극 활성 물질(지지하는 전해질(supporting electrolyte))에 의해 저장/방출될 수 있는 양이온을 갖는 화합물이 사용될 수 있다. As the non-aqueous electrolyte, a compound having an electrolyte including a non-aqueous solvent and a cation that can be stored / released by the electrode active material (supporting electrolyte) can be used.

탄산염, 에스테르, 에테르, 니트릴, 술폰, 락톤 등을 갖는 비양성자성(aprotonic) 용매가 비-수성 전해질을 형성하는 비-수성 용매로서 사용될 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 예를 들어, 프로필렌 카르보네이트, 에틸렌 카르보네이트, 디에틸 카르보네이트, 디메틸 카르보네이트, 에틸 메틸 카르보네이트, 1,2-디메톡시에탄, 1,2-디에톡시에탄, 아세토니트릴, 프로피오니트릴, 테트라하이드로퓨란, 2-메틸테트라하이드로퓨란, 디옥산, 1,3-디옥소란(1,3-dioxoran), 니트로메탄, N,N-디메틸포름아미드, 디메틸술폭사이드, 술포란(sulfolane), γ-부티로락톤 등이 있다. 이들 비-수성 용매들로부터 단 한가지 형태가 선택될 수 있거나 둘 이상의 형태들의 혼합물이 사용될 수 있다. Aprotic solvents with carbonates, esters, ethers, nitriles, sulfones, lactones, and the like can be used as, but are not limited to, non-aqueous solvents that form non-aqueous electrolytes. For example, propylene carbonate, ethylene carbonate, diethyl carbonate, dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, acetonitrile, Propionitrile, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, dioxane, 1,3-dioxoran (1,3-dioxoran), nitromethane, N, N-dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, sulfolane (sulfolane), γ-butyrolactone, and the like. Only one form may be selected from these non-aqueous solvents or a mixture of two or more forms may be used.

또한, 비-수성 전해질을 형성하는 지지 전해질로서, 전극 활성 물질에 의해 저장/방출될 수 있는 양이온을 포함하는 화합물, 예를 들어 리튬 이온 2차 전지가 사용되는 경우에 LiPF6, LiBF4, LiN(CF3SO2)2, LiCF3SO3, LiC4F9SO3, LiC(CF3SO2)3, LiClO4 등과 같은 리튬 화합물(리튬염)로부터 선택되는 한가지 형태 또는 둘 이상의 형태들이 사용될 수 있다. In addition, as a supporting electrolyte for forming a non-aqueous electrolyte, a compound containing a cation that can be stored / released by an electrode active material, for example, LiPF 6 , LiBF 4 , LiN when a lithium ion secondary battery is used One or more forms selected from lithium compounds (lithium salts) such as (CF 3 SO 2 ) 2 , LiCF 3 SO 3 , LiC 4 F 9 SO 3 , LiC (CF 3 SO 2 ) 3 , LiClO 4, etc. may be used. Can be.

도 1은 시료 1의 X-선 프로파일이다.1 is an X-ray profile of sample 1. FIG.

도 2는 시료 2의 X-선 프로파일이다.2 is an X-ray profile of Sample 2. FIG.

도 3은 시료 3의 X-선 프로파일이다.3 is an X-ray profile of Sample 3. FIG.

도 4는 시료 4의 X-선 프로파일이다.4 is an X-ray profile of Sample 4. FIG.

도 5는 시료 5의 X-선 프로파일이다.5 is an X-ray profile of sample 5. FIG.

도 6은 시료 6의 X-선 프로파일이다.6 is an X-ray profile of Sample 6.

도 7은 시료 7의 X-선 프로파일이다.7 is an X-ray profile of Sample 7.

도 8은 시료 1의 충전/방전 프로파일이다.8 is a charge / discharge profile of Sample 1. FIG.

도 9는 시료 1의 사이클 특성을 보여주는 그래프이다.9 is a graph showing the cycle characteristics of Sample 1.

도 10은 시료 1의 속도(rate) 특성을 보여주는 그래프이다.10 is a graph showing the rate (rate) characteristics of Sample 1.

도 11은 시료 2의 충전/방전 프로파일이다.11 is a charge / discharge profile of Sample 2. FIG.

도 12는 시료 2의 사이클 특성을 보여주는 그래프이다.12 is a graph showing the cycle characteristics of Sample 2.

도 13은 시료 2의 속도 특성을 보여주는 그래프이다.FIG. 13 is a graph showing the speed characteristic of Sample 2. FIG.

도 14는 시료 3의 충전/방전 프로파일이다.14 is a charge / discharge profile of Sample 3. FIG.

도 15는 시료 3의 사이클 특성을 보여주는 그래프이다.15 is a graph showing the cycle characteristics of Sample 3.

도 16은 시료 3의 속도 특성을 보여주는 그래프이다.16 is a graph showing the velocity characteristics of Sample 3.

도 17은 시료 5의 충전/방전 프로파일이다.17 is a charge / discharge profile of Sample 5. FIG.

도 18은 시료 5의 사이클 특성을 보여주는 그래프이다.18 is a graph showing the cycle characteristics of Sample 5.

도 19은 측정 셀(cell)의 구조를 개략적으로 보여주는 단면도이다.19 is a cross-sectional view schematically showing the structure of a measuring cell.

본 발명에 관한 몇가지 실시예가 이하에 기재될 것이지만, 본 발명이 이들 실시예로 제한되는 것은 결코 아니다.Some embodiments of the invention will be described below, but the invention is in no way limited to these embodiments.

(실험예 1)Experimental Example 1

본 실험예는 주성분이 2가 철을 갖는 인산염 화합물인 전극 활성 물질 시료를 제조하기 위해 2가 Fe를 갖는 Fe 공급원(FeO)이 사용된 실험예이다. This experimental example is an experimental example in which a Fe source having a divalent Fe (FeO) was used to prepare an electrode active material sample whose main component was a phosphate compound having a divalent iron.

FeO, P2O5 및 LiOH가 1:0.5:1 의 몰비로 함께 혼합되었다. 이 혼합물(원료 조성물)은, 이를 용해시키기 위해 Ar 대기에서 200 ℃/h의 증가 속도로 1100 ℃의 최대 온도까지 가열되었고, 이 온도는 15 분동안 유지되었다. 이어서, 이 용융된 조성물(용융물)은 1100 ℃ 용융된 상태로부터 실온까지 200 ℃/h의 감소 속도로 서냉되었다. 얻어지는 생성물은 시료(얻어지는 생성물 및 밀링된 생성물은 이하에서 "시료 1"이라 함)를 얻기 위해 표준 방법에 의해 밀링(milling)되었고, 분말 X-선 회절(XRD) 측정되었다. 리가쿠사(Rigaku Corporation)에서 입수가능한 X-선 회절 장치(모델 번호 "Rigaku RINT 2100HLR/PC")가 측정에 사용되었다. 결과가 도 1에 도시된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 감람석-형 특성을 갖는 X-선 회절 프로파일만이 관찰되었다. 이로부터, 본 실험예에 의해 얻어진 시료 1은 실질적으로 결정질이고 감람석(LiFePO4) 단일 상인 것으로 확인되었다. FeO, P 2 O 5 and LiOH were mixed together in a molar ratio of 1: 0.5: 1. This mixture (raw composition) was heated to a maximum temperature of 1100 ° C. at an increasing rate of 200 ° C./h in an Ar atmosphere to dissolve it, and this temperature was maintained for 15 minutes. This molten composition (melt) was then slowly cooled to 200 ° C./h from 1100 ° C. molten state to room temperature. The resulting product was milled by standard methods to obtain a sample (the product obtained and the milled product referred to below as “sample 1”) and powder X-ray diffraction (XRD) measurements were made. An X-ray diffraction apparatus (model number "Rigaku RINT 2100HLR / PC") available from Rigaku Corporation was used for the measurement. The results are shown in FIG. As shown in FIG. 1, only X-ray diffraction profiles with olivine-like properties were observed. From this, it was confirmed that Sample 1 obtained by this Experimental Example was substantially crystalline and of olivine (LiFePO 4 ) single phase.

(실험예 2)Experimental Example 2

본 실험예는 주성분이 2가 철을 갖는 인산염 화합물인 전극 활성 물질 시료를 제조하기 위해 2가 Fe를 갖는 Fe 공급원(FeO)이 사용된 또 다른 실험예이다. This experimental example is another experimental example in which a Fe source having a divalent Fe (FeO) was used to prepare an electrode active material sample whose main component was a phosphate compound having a divalent iron.

FeO, P2O5 및 Li2CO3가 1:0.5:0.5 의 몰비로 함께 혼합되었다. 이 혼합물이 원료 조성물로서 사용되었다는 사실과 1100 ℃ 최대 온도가 유지된 시간이 30분이었다는 사실 이외에는, 실험예 1에서와 동일한 방식으로 시료 2가 얻어졌다. 실험예 1에서와 동일한 방식으로 시료 2 상에서 수행된 XRD 측정의 결과는 도 2에 도시된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 감람석-형 특성을 갖는 X-선 회절 프로파일만이 관찰되었고, 시료 2는 실질적으로 결정질이고 감람석(LiFePO4) 단일상인 것으로 확인되었다. 이로부터, 시료 2는 실질적으로 결정질이고 감람석(LiFePO4) 단일상인 것으로 확인되었다. FeO, P 2 O 5 and Li 2 CO 3 were mixed together in a molar ratio of 1: 0.5: 0.5. Sample 2 was obtained in the same manner as in Experimental Example 1, except that this mixture was used as raw material composition and the fact that the 1100 ° C. maximum temperature was maintained for 30 minutes. The result of the XRD measurement performed on Sample 2 in the same manner as in Experimental Example 1 is shown in FIG. 2. As shown in FIG. 2, only X-ray diffraction profiles with olivine-like properties were observed, and Sample 2 was found to be substantially crystalline and olivine (LiFePO 4 ) single phase. From this, Sample 2 was found to be substantially crystalline and olivine (LiFePO 4 ) single phase.

(실험예 3)Experimental Example 3

본 실험예는 주성분이 2가 철을 갖는 인산염 화합물인 전극 활성 물질 시료를 제조하기 위해 3가 Fe를 갖는 Fe 공급원(Fe2O3)이 사용된 실험예이다. This experimental example is an experimental example in which a Fe source (Fe 2 O 3 ) having trivalent Fe was used to prepare an electrode active material sample whose main component is a phosphate compound having divalent iron.

Fe2O3, P2O5 및 Li2CO3가 1:1:1 의 몰비로 함께 혼합되었고, 탄소 분말(아세틸렌 블랙, 이하 "AB" 라고도 함)이 환원제로서 이에 또한 혼합되었다. 이에 혼합된 AB의 양은 Fe2O3, P2O5 및 Li2CO3 총 100 질량부(parts by mass)에 대하여 2 질량부였다. 이는 1100 ℃ 의 최대 온도로 가열되었고 실험예 1에서와 같이 용융되었고, 최대 온도는 30 분동안 유지되었다. 이어서, 이 융융물(환원제로서 AB 포함)은 1100 ℃ 용융된 상태로부터 거의 실온까지 200 ℃/h의 감소 속도로 서냉되었다. 얻어지는 생성물은 시료 3을 얻기 위해 표준 방법에 의해 밀링되었고, 실험예 1에서와 동일한 방식으로 XRD 측정되었다. 결과가 도 3에 도시된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 감람석-형 특성을 갖는 X-선 회절 프로파일만이 관찰되었고, 시료 3은 실질적으로 결정질이고 감람석(LiFePO4) 단일 상인 것으로 확인되었다. Fe 2 O 3 , P 2 O 5 and Li 2 CO 3 were mixed together in a molar ratio of 1: 1: 1, and carbon powder (acetylene black, hereinafter also referred to as “AB”) was also mixed therein as a reducing agent. The amount of AB mixed therein was 2 parts by mass relative to a total of 100 parts by mass of Fe 2 O 3 , P 2 O 5, and Li 2 CO 3 . It was heated to a maximum temperature of 1100 ° C. and melted as in Experimental Example 1, and the maximum temperature was maintained for 30 minutes. This melt (including AB as reducing agent) was then slowly cooled at a rate of reduction of 200 ° C./h from the molten state of 1100 ° C. to nearly room temperature. The resulting product was milled by standard method to obtain Sample 3 and XRD measured in the same manner as in Experimental Example 1. The results are shown in FIG. As shown in FIG. 3, only X-ray diffraction profiles with olivine-like properties were observed and Sample 3 was found to be substantially crystalline and olivine (LiFePO 4 ) single phase.

(실험예 4)Experimental Example 4

본 실험예는 주성분이 2가 철을 갖는 인산염 화합물인 전극 활성 물질 시료를 제조하기 위해 3가 Fe를 갖는 Fe 공급원(Fe2O3)이 사용된 또 다른 실험예이다. This experimental example is another experimental example in which a Fe source having trivalent Fe (Fe 2 O 3 ) was used to prepare an electrode active material sample whose main component was a phosphate compound having divalent iron.

AB가 환원제로서 사용되지 않았다는 사실 이외에는, 실험예 3에서와 동일한 방식으로 원료 조성물이 제조되었다. 이 원료 조성물이 사용되었고, 가열되었고(200 ℃/h의 증가 속도, 1000 ℃의 최대 온도, 30 분의 보류 시간), 냉각되었고(200 ℃/h의 감소 속도), 시료 4를 얻기 위해 실험예 3에서와 동일한 방식으로 밀링되었다. 실험예 1에서와 동일한 방식으로 시료 4 상에서 XRD 측정이 수행되었다. 그 결과는 도 4에 도시된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 본 실험예의 제조 파라 미터에 의해 얻어진 시료 4는 3가 Fe 화합물을 포함하였고, 감람석(LiFePO4) 단일 상이 아니었다. The raw material composition was prepared in the same manner as in Experimental Example 3, except that AB was not used as the reducing agent. This raw composition was used, heated (200 ° C./h increase rate, 1000 ° C. maximum temperature, 30 min hold time), cooled (200 ° C./h decrease rate), and Experimental Example to obtain Sample 4. Milled in the same manner as in 3. XRD measurements were performed on Sample 4 in the same manner as in Experimental Example 1. The result is shown in FIG. As shown in FIG. 4, Sample 4 obtained by the production parameter of the present experimental example contained a trivalent Fe compound, and was not olivine (LiFePO 4 ) single phase.

(실험예 5)Experimental Example 5

본 실험예는 주성분이 2가 철을 갖는 인산염 화합물인 전극 활성 물질 시료를 제조하기 위해 2가 Fe를 갖는 Fe 공급원(FeO)이 사용된 또다른 실험예이다. This experimental example is another experimental example in which a Fe source having a divalent Fe (FeO) was used to prepare an electrode active material sample whose main component was a phosphate compound having a divalent iron.

FeO, P2O5 및 LiOH가 1:0.5:1 의 몰비로 함께 혼합되었다. 이 혼합물(원료 조성물)은, 이를 용해시키기 위해 Ar 대기에서 200 ℃/h의 속도로 1500 ℃(최대 온도)까지 가열되었고, 이 온도는 5 분동안 유지되었다. 이어서, 이 용융물은 1500 ℃ 용융된 상태로부터 거의 실온까지 200 ℃/h의 감소 속도로 냉각되었다(서냉). 얻어지는 생성물은 시료 5를 얻기 위해 표준 방법에 의해 밀링되었고, 분말 X-선 회절(XRD) 측정되었다. 그 결과가 도 5에 도시된다. 도 5에 도시된 바와 같이, 감람석-형 특성을 갖는 X-선 회절 프로파일만이 관찰되었고, 시료 5는 실질적으로 결정질이고 감람석(LiFePO4) 단일 상인 것으로 확인되었다. 따라서, 최대 온도가 1100 ℃로부터 1500 ℃까지 상승된 경우에도, 실험예 1에서와 같은 감람석형 단일 상으로 만들어진 시료가 얻어졌다. FeO, P 2 O 5 and LiOH were mixed together in a molar ratio of 1: 0.5: 1. This mixture (raw composition) was heated to 1500 ° C. (maximum temperature) at a rate of 200 ° C./h in an Ar atmosphere to dissolve it, and this temperature was maintained for 5 minutes. This melt was then cooled (slow cooling) at a rate of 200 ° C./h from 1500 ° C. molten state to near room temperature. The resulting product was milled by standard methods to obtain sample 5 and powder X-ray diffraction (XRD) measurements. The result is shown in FIG. As shown in FIG. 5, only X-ray diffraction profiles with olivine-like properties were observed and Sample 5 was found to be substantially crystalline and olivine (LiFePO 4 ) single phase. Therefore, even when the maximum temperature rose from 1100 ° C to 1500 ° C, a sample made of the olivine single phase as in Experimental Example 1 was obtained.

(실험예 6)Experimental Example 6

본 실험예는 주성분이 2가 철을 갖는 인산염 화합물인 전극 활성 물질 시료를 제조하기 위해 3가 Fe를 갖는 Fe 공급원(Fe2O3)이 사용된 또 다른 실험예이다. This experimental example is another experimental example in which a Fe source having trivalent Fe (Fe 2 O 3 ) was used to prepare an electrode active material sample whose main component was a phosphate compound having divalent iron.

AB가 환원제로서 사용되지 않았다는 사실 이외에는, 실험예 3에서와 동일한 방식으로 원료 조성물이 제조되었다. 이 혼합물(원료 조성물)이 사용되었고, 가열되었고(200 ℃/h의 증가 속도, 1500 ℃의 최대 온도, 5 분의 보류 시간), 냉각되었고(200 ℃/h의 감소 속도), 시료 6을 얻기 위해 실험예 5에서와 동일한 방식으로 밀링되었다. 실험예 1에서와 동일한 방식으로 시료 6 상에서 XRD 측정이 수행되었다. 그 결과는 도 6에 도시된다. 도 6에 도시된 바와 같이, 감람석-형 특성을 갖는 X-선 프로파일이 관찰되었고, 시료 6이 실질적으로 결정질이고 감람석(LiFePO4) 단일 상인 것으로 확인되었다. 따라서, Fe 공급원으로서 Fe2O3가 사용된 경우에도, 용융 온도(최대 온도)를 1100 ℃로부터 1500 ℃까지 상승시킴으로써, 환원제를 사용하지 않고 감람석 단일 상으로 만들어진 시료가 얻어졌다. The raw material composition was prepared in the same manner as in Experimental Example 3, except that AB was not used as the reducing agent. This mixture (raw composition) was used, heated (200 ° C./h increase rate, maximum temperature 1500 ° C., hold time of 5 minutes), cooled (200 ° C./h decrease rate), and sample 6 was obtained. And milled in the same manner as in Experiment 5. XRD measurements were performed on Sample 6 in the same manner as in Experimental Example 1. The result is shown in FIG. As shown in FIG. 6, an X-ray profile with olivine-like properties was observed and sample 6 was found to be substantially crystalline and olivine (LiFePO 4 ) single phase. Therefore, even when Fe 2 O 3 was used as the Fe source, a sample made of olivine single phase without using a reducing agent was obtained by raising the melting temperature (maximum temperature) from 1100 ° C. to 1500 ° C.

(실험예 7)Experimental Example 7

본 실험예는 주성분이 3가 철을 갖는 인산염 화합물인 전극 활성 물질 시료를 제조하기 위해 3가 Fe를 갖는 Fe 공급원(Fe2O3)이 사용된 또 다른 실험예이다. This experimental example is another experimental example in which a Fe source having trivalent Fe (Fe 2 O 3 ) was used to prepare an electrode active material sample whose main component was a phosphate compound having trivalent iron.

Fe2O3 및 P2O5 가 1:1 의 몰비로 함께 혼합되었다. 이 혼합물(원료 조성물)이 사용되었고, 가열되었고(200 ℃/h의 증가 속도, 1500 ℃의 최대 온도, 5 분의 보류 시간), 냉각되었고(200 ℃/h의 감소 속도), 시료 7을 얻기 위해 실험예 6에서와 동일한 방식으로 밀링되었다. 실험예 1에서와 동일한 방식으로 시료 7 상에서 XRD 측정이 수행되었다. 그 결과는 도 7에 도시된다. 도 7에 도시된 바와 같이, 감람석-형 특성을 갖는 X-선 프로파일이 관찰되었고, 시료 7이 실질적으로 결정질이고 감 람석(LiPO4) 단일 상인 것으로 확인되었다. Fe 2 O 3 and P 2 O 5 were mixed together in a molar ratio of 1: 1. This mixture (raw composition) was used, heated (increase rate of 200 ° C./h, maximum temperature of 1500 ° C., hold time of 5 minutes), cooled (rate of reduction of 200 ° C./h), and obtain sample 7. And milled in the same manner as in Experiment 6. XRD measurements were performed on Sample 7 in the same manner as in Experimental Example 1. The result is shown in FIG. As shown in FIG. 7, an X-ray profile with olivine-like properties was observed and sample 7 was found to be substantially crystalline and olivine (LiPO 4 ) single phase.

(시료 1의 특성 시험)(Characteristic test of sample 1)

측정 셀(measurement cell)을 만들기 위해 실험예 1에 의해 얻어진 시료 1이 사용되었다. Sample 1 obtained by Experimental Example 1 was used to make a measurement cell.

다시 말해, 시료 1이 손가락끝에서 느껴질 수 없을 때까지 밀링됨으로써 전극 활성 물질로서 제조되었다(편의상, 밀링된 생성물은 이하에서 "시료 1"이라 함). 약 0.25 g의 전극 활성 물질이 전도성 물질로서의 약 0.089 g의 아세틸렌 블랙(AB)과 함께 혼합되었다(질량 비: 약 70:25). 전극 활성 물질과 AB를 혼합하기 위해 유성 볼 밀(planetary ball mill)이 사용되었다. 이 혼합물(전극 활성 물질 및 AB의 혼합물)에 약 0.018 g의 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)이 결합제로서 첨가 및 혼합되었다(전극 활성 물질:AB:PTFE의 질량비 : 약 70:25:5). 이 혼합물은 약 1.0 cm 의 직경 및 약 0.5 mm의 두께를 갖는 플레이트 형으로 압축 성형되었고, 시험 전극이 제조되었다. In other words, sample 1 was milled until it could not be felt at the fingertips, thereby preparing it as an electrode active material (for convenience, the milled product is referred to below as “sample 1”). About 0.25 g of electrode active material was mixed with about 0.089 g of acetylene black (AB) as the conductive material (mass ratio: about 70:25). A planetary ball mill was used to mix the electrode active material and AB. To this mixture (mixture of electrode active material and AB) about 0.018 g of polytetrafluoroethylene (PTFE) was added and mixed as binder (mass ratio of electrode active material: AB: PTFE: about 70: 25: 5). This mixture was compression molded into a plate shape having a diameter of about 1.0 cm and a thickness of about 0.5 mm, and test electrodes were prepared.

직경 1.5 mm 및 두께 0.15 mm를 갖는 리튬 호일이 반대 전극으로서 사용되었다. 직경 22 mm 및 두께 0.02 mm를 갖는 다공성 폴리에틸렌 시트가 세퍼레이터(separator)로서 사용되었다. 또한, 부피비 1:1의 에틸렌 카르보네이트(EC) 및 디에틸 카르보네이트(DEC)의 혼합 용매 내에 LiPF6가 약 1 몰/리터의 농도로 용해된 비-수성 전해질이 사용되었다. 이러한 요소들은 스테인리스강 용기 내에서 혼합되었고(combined), 도 19에 도시된 바와 같이, 2 mm의 두께 및 32 mm의 직경을 갖 는(2032 형) 동전-형 전지 셀이 구성되었다. 도 19에서, 참조 부호 1은 양극(positive electrode)(시험 전극)을 나타내고, 참조 부호 2는 음극(negative electrode)(반대 전극)을 나타내고, 참조 부호 3은 세퍼레이터 및 전해질 용액(비-수성 전해질)을 나타내고, 참조 부호 4는 개스킷(gasket)을 나타내고, 참조 부호 5는 양극 용기를 나타내고, 참조 부호 6은 음극 커버(cover)를 나타낸다. 시료 1이 전극 활성 물질로서 사용되고 유성 볼 밀이 상기 전극 활성 물질을 AB와 혼합하기 위해 사용된 상기 셀은 이하 "셀 1-B" 라 한다. Lithium foil having a diameter of 1.5 mm and a thickness of 0.15 mm was used as the counter electrode. A porous polyethylene sheet having a diameter of 22 mm and a thickness of 0.02 mm was used as a separator. In addition, a non-aqueous electrolyte was used in which LiPF 6 was dissolved at a concentration of about 1 mol / liter in a mixed solvent of ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) in a volume ratio of 1: 1. These elements were combined in a stainless steel container, and as shown in FIG. 19, a coin-type battery cell having a thickness of 2 mm and a diameter of 32 mm (type 2032) was constructed. In Fig. 19, reference numeral 1 denotes a positive electrode (test electrode), reference numeral 2 denotes a negative electrode (counter electrode), reference numeral 3 denotes a separator and an electrolyte solution (non-aqueous electrolyte). 4 denotes a gasket, 5 denotes a positive electrode container, and 6 denotes a negative electrode cover. The cell in which Sample 1 was used as the electrode active material and a planetary ball mill was used to mix the electrode active material with AB is referred to as "cell 1-B" below.

또한, 전극 활성 물질, AB 및 PTFE 를 함께 혼합하기 위해 유성 볼 밀 대신 스톤 밀(stone mill)이 사용된 것을 제외하고는 상기된 시험 전극 및 셀과 동일하게 시험 전극이 제조되었고 셀이 구성되었다. 시료 1이 전극 활성 물질로서 사용되었고 스톤 밀이 상기 전극 활성 물질을 AB와 혼합하기 위해 사용된 상기 셀은 이하 "셀 1-S" 라 한다. In addition, test electrodes were prepared and cells were constructed in the same manner as the test electrodes and cells described above except that a stone mill was used instead of the planetary ball mill to mix the electrode active material, AB and PTFE together. Sample 1 was used as electrode active material and the stone mill was used to mix the electrode active material with AB is referred to hereinafter as "cell 1-S".

이어서, 제조된 상기 셀 1-B 및 셀 1-S(즉, 셀 구조체들(constructions))은 모두 약 12 시간동안 그대로(as is) 방치되었고, 그리고나서 이러한 셀들 상에서 정전류(constant current) 충전/방전 시험이 수행되었다. 시험 파라미터들은 4.5 내지 2.5 V의 전압 제어(voltage control)(셀 전압) 및 0.2 mA/cm2의 전류 밀도였다. 1차 충전/방전 사이클에 의해 얻어진 충전/방전 프로파일이 도 8의 상부에 도시된다. 그 결과는, 유성 볼밀이 혼합에 사용된 셀 1-B (도면에서 두꺼운 선)가 스톤 밀이 혼합에 사용된 셀 1-S(도면에서 가는 선)의 경우보다 우수한 성능(리튬 이 온 사용 비)을 나타내었다는 것을 보여준다. 따라서, 제 2 사이클의 셀 1-B의 결과들만이 도 8의 하부에 도시된다. Subsequently, the fabricated Cell 1-B and Cell 1-S (ie, cell constructions) were both left as is for about 12 hours and then constant current charge / charge on these cells. Discharge test was performed. Test parameters were voltage control (cell voltage) of 4.5-2.5 V and current density of 0.2 mA / cm 2 . The charge / discharge profile obtained by the primary charge / discharge cycle is shown at the top of FIG. 8. The result is that cell 1-B (thick lines in the drawing) where planetary ball mills are used for mixing is superior to cell 1-S (thin lines in the drawing) where stone mills are used for mixing (lithium ion usage ratio). ). Thus, only the results of cell 1 -B of the second cycle are shown at the bottom of FIG. 8.

용융 처리에서 휘발성으로 인해 Li가 손실되므로 최초 충전 용량(capacity)이 방전 용량보다 약간 더 낮다는 것을 유념한다. 그러나, 이는 그 부위(site)가 손실되는 것이 아니고, 오히려 없어진(missing) Li의 충전 용량이 제 2 사이클 및 그 이후에 회복되는 것이다. Note that Li is lost due to volatility in the melt process, so the initial charge capacity is slightly lower than the discharge capacity. However, this does not mean that the site is lost, but rather that the charging capacity of the missing Li recovers after the second cycle.

셀 1-B의 사이클 시험이 수행되었다. 다시 말해, 상기된 시험 파라미터들(4.5 내지 2.5 V의 전압 제어 및 0.2 mA/cm2의 전류 밀도)에서 셀 1-B로 충전/방전 사이클이 반복되었고, 각 사이클의 비용량(specific capacity)이 측정되었다. 얻어진 결과(사이클 특성)가 도 9에 도시된다.Cycle test of cell 1-B was performed. In other words, the charge / discharge cycles were repeated in cell 1-B at the test parameters described above (voltage control of 4.5 to 2.5 V and current density of 0.2 mA / cm 2 ), and the specific capacity of each cycle was Was measured. The obtained result (cycle characteristic) is shown in FIG.

또한, 제 1 사이클의 셀 1-B의 방전 용량이 0.1 mA/cm2, 0.2 mA/cm2, 0.5 mA/cm2 및 1.0 mA/cm2 의 방전 속도에서 측정되었다. 얻어진 결과(비율 특성)는 도 10에 도시된다. In addition, the discharge capacities of the cells 1-B of the first cycle were measured at discharge rates of 0.1 mA / cm 2 , 0.2 mA / cm 2 , 0.5 mA / cm 2 and 1.0 mA / cm 2 . The obtained result (ratio characteristic) is shown in FIG.

(시료 2의 특성 시험)(Characteristic test of sample 2)

시료 1 대신에 시료 2가 전극 활성 물질로서 사용되었다는 것을 제외하고는 셀 1-B와 동일한 방식으로 측정 셀이 제조되었다(즉, 전극 활성 물질 및 AB의 혼합에 유성 볼 밀이 사용되었다). 이 측정 셀은 이하 "셀 2-B"라고 할 것이다. A measurement cell was prepared in the same manner as Cell 1-B except that Sample 2 was used as the electrode active material instead of Sample 1 (ie, a planetary ball mill was used to mix the electrode active material and AB). This measurement cell will hereinafter be referred to as "cell 2-B".

상기된 시험 1에서와 동일한 시험 파라미터들을 사용하여 셀 2-B 상에서 정전류 충전/방전 시험 및 사이클 시험이 실시되었다. 얻어진 결과들이 도 11 및 도 12에 각각 도시된다. 또한, 제 1 사이클의 셀 2-B의 방전 용량이 0.1 mA/cm2, 0.2 mA/cm2, 0.5 mA/cm2 및 1.0 mA/cm2 의 방전 속도에서 측정되었다. 그 결과는 도 13에 도시된다. The constant current charge / discharge test and cycle test were performed on cell 2-B using the same test parameters as in test 1 above. The results obtained are shown in FIGS. 11 and 12, respectively. In addition, the discharge capacities of the cell 2-B of the first cycle were measured at discharge rates of 0.1 mA / cm 2 , 0.2 mA / cm 2 , 0.5 mA / cm 2, and 1.0 mA / cm 2 . The result is shown in FIG.

(시료 3의 특성 시험)(Characteristic test of sample 3)

시료 1 대신에 시료 3이 전극 활성 물질로서 사용되었다는 것을 제외하고는 셀 1-B와 동일한 방식으로 측정 셀이 제조되었다(즉, 전극 활성 물질 및 AB의 혼합에 유성 볼 밀이 사용되었다). 이 측정 셀은 이하 "셀 3-B"라고 할 것이다. A measurement cell was prepared in the same manner as Cell 1-B except that Sample 3 was used instead of Sample 1 as the electrode active material (ie, a planetary ball mill was used to mix the electrode active material and AB). This measuring cell will hereinafter be referred to as "cell 3-B".

상기된 시험 1에서와 동일한 시험 파라미터들을 사용하여 셀 3-B 상에서 정전류 충전/방전 시험 및 사이클 시험이 실시되었다. 얻어진 결과들이 도 14 및 도 15에 각각 도시된다. 또한, 제 1 사이클의 셀 3-B의 방전 용량이 0.1 mA/cm2, 0.2 mA/cm2, 및 0.5 mA/cm2 의 방전 속도에서 측정되었다. 그 결과는 도 16에 도시된다. Constant current charge / discharge tests and cycle tests were performed on cell 3-B using the same test parameters as in test 1 above. The results obtained are shown in FIGS. 14 and 15, respectively. In addition, the discharge capacities of cell 3-B of the first cycle were 0.1 mA / cm 2 , 0.2 mA / cm 2 , and 0.5 mA / cm 2. It was measured at the discharge rate of. The result is shown in FIG.

(시료 5의 특성 시험)(Characteristic test of sample 5)

시료 1 대신에 시료 5가 전극 활성 물질로서 사용되었다는 것을 제외하고는 셀 1-S와 동일한 방식으로 측정 셀이 제조되었다(즉, 전극 활성 물질 및 AB의 혼합에 스톤 밀이 사용되었다). 이 측정 셀은 이하 "셀 5-S"라고 할 것이다. A measurement cell was prepared in the same manner as Cell 1-S except that Sample 5 was used instead of Sample 1 as the electrode active material (ie, a stone mill was used to mix the electrode active material and AB). This measurement cell will hereinafter be referred to as "cell 5-S".

상기된 시험 1에서와 동일한 시험 파라미터들을 사용하여 셀 5-S 상에서 정전류 충전/방전 시험 및 사이클 시험이 실시되었다. 얻어진 결과들이 도 17 및 도 18에 각각 도시된다. The constant current charge / discharge test and cycle test were performed on cell 5-S using the same test parameters as in test 1 above. The results obtained are shown in FIGS. 17 and 18, respectively.

이러한 시험들에 의해, 상기된 실험예들로 얻어진 시료 1, 2, 3 및 5 모두가 리튬 이차 전지(일반적으로, 리튬 이온 이차 전지) 용 전극 활성 물질로서 다양한 유용한 특성들을 나타냈다는 것이 확인되었다.These tests confirmed that all of Samples 1, 2, 3 and 5 obtained in the above experimental examples exhibited various useful properties as electrode active materials for lithium secondary batteries (generally, lithium ion secondary batteries).

본 발명의 바람직한 실시형태들이 앞에서 상세히 기재되었다. 그러나, 이들은 단순한 예시이며 본 특허 청구범위를 제한하지 않는다. 특허청구범위에 개시된 기술은 상기된 측면들의 다양한 변형 및 변화를 포함한다. 또한, 본 명세서 또는 도면에 기재된 기술적인 구성요소들은 독립적으로 또는 다양한 조합으로 기술적 유용성을 나타내고, 적용시에는 특허청구범위에 개시된 조합에 의해 제한되지 않는다. 또한, 본 명세서 또는 도면에 설명된 기술은 동시에 복수의 목적들을 달성하고, 이들 가운데 한 목적을 달성함으로써 기술적 유용성을 갖는다. Preferred embodiments of the invention have been described in detail above. However, these are merely examples and do not limit the scope of the present claims. The technology disclosed in the claims includes various modifications and variations of the above mentioned aspects. In addition, the technical components described in this specification or the drawings show technical utility independently or in various combinations, and are not limited by the combinations disclosed in the claims when applied. In addition, the techniques described in this specification or the drawings have technical utility by achieving a plurality of objects at the same time and achieving one of them.

Claims (12)

일반식 AxM(PO4)y(단, 0 ≤ x ≤ 2, 0 < y ≤ 2, A는 알칼리 금속들로부터 선택된 한 원소 또는 둘 이상의 원소들이고, M은 전이 금속들로부터 선택된 한 원소 또는 둘 이상의 원소들이다)로 표시되는 인산염 화합물의 제조 방법에 있어서,General formula A x M (PO 4 ) y (where 0 ≦ x ≦ 2, 0 <y ≦ 2, A is one element or two or more elements selected from alkali metals, and M is one element selected from transition metals or In the method for producing a phosphate compound represented by two or more elements), 용융된 조성물이 상기 일반식에서 x가 0보다 큰 경우 일반식에서 A의 공급원, 일반식에서 M의 공급원 및 인의 공급원을 포함하는, 용융된 상태의 조성물을 제조하는 단계; 및Preparing a composition in a molten state, wherein the molten composition comprises a source of A in formula, a source of M in formula and a source of phosphorus when x in the formula is greater than 0; And 상기 조성물을 상기 용융된 상태로부터 고체 상태로 서냉시키는(slow cooling) 단계를 포함하여 이루어지는 인산염 화합물의 제조 방법. And slowly cooling the composition from the molten state to the solid state. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 용융된 조성물을 제조하는 단계는: The step of preparing the molten composition is: 용융된 조성물이 상기 일반식에서 x가 0인 경우 상기 일반식에서 M의 공급원 및 인의 공급원을 포함하는 용융된 상태의 조성물을 제조하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 인산염 화합물의 제조 방법.A process for producing a phosphate compound, comprising the step of preparing a composition in a molten state comprising a source of M and a source of phosphorus in the general formula when x is zero in the general formula. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 용융된 조성물을 제조하는 단계는:The step of preparing the molten composition is: 상기 일반식에서 x가 0보다 큰 경우 상기 일반식에서 A의 공급원을 포함하는 고체 원료, 상기 일반식에서 M의 공급원을 포함하는 고체 원료, 및 인의 공급원을 포함하는 고체 원료를 혼합하는 단계; 및Mixing a solid raw material comprising a source of A in the general formula, a solid raw material including a source of M in the general formula, and a source of phosphorus when x is greater than 0 in the general formula; And 상기 고체 원료들의 혼합물을 용융된 상태로 가열하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 인산염 화합물의 제조 방법.And heating the mixture of the solid raw materials to a molten state. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 용융된 조성물을 제조하는 단계는:The step of preparing the molten composition is: 상기 일반식에서 x가 0인 경우 일반식에서 M의 공급원을 포함하는 고체 원료, 및 인의 공급원을 포함하는 고체 원료를 혼합하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 인산염 화합물의 제조 방법.When x in the general formula is 0, a method for producing a phosphate compound comprising the step of mixing a solid raw material comprising a source of M, and a solid raw material comprising a source of phosphorus in the general formula. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,The method according to claim 1 or 3, 상기 용융된 조성물은 상기 A, 상기 M 및 인을 실질적으로 1:1:1 의 원자비로 포함하는 것을 특징으로 하는 인산염 화합물의 제조 방법.Wherein said molten composition comprises said A, said M and said phosphorus in an atomic ratio of substantially 1: 1: 1. 제 2 항 또는 제 4 항에 있어서,The method according to claim 2 or 4, 상기 용융된 조성물은 상기 M 및 인을 실질적으로 1:1의 원자비로 포함하는 것을 특징으로 하는 인산염 화합물의 제조 방법.And wherein said molten composition comprises said M and phosphorus in an atomic ratio of substantially 1: 1. 제 1 항 내지 제 6 항 중의 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 6, 상기 M의 공급원은 구성 요소로서 M을 가진 화합물을 포함하고, 상기 화합물의 M의 원자가 수는 상기 일반식에서 M의 원자가 수보다 크고, 상기 용융된 조성물은 환원제를 포함하는 것을 특징으로 하는 인산염 화합물의 제조 방법.The source of M comprises a compound having M as a component, the valence number of M of the compound being greater than the valence number of M in the general formula, and the molten composition comprises a reducing agent Manufacturing method. 제 1 항 내지 제 7 항 중의 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 7, 상기 일반식으로 표시된 인산염 화합물은 상기 일반식에서 M이 주로 2가 철인 감람석-형 철 인산염 화합물인 것을 특징으로 하는 인산염 화합물의 제조 방법.The phosphate compound represented by the above formula is a olivine-type iron phosphate compound wherein M is mainly divalent iron in the above formula. 제 8 항에 있어서,The method of claim 8, 상기 용융된 조성물은 환원제 및 M의 공급원으로서의 Fe2O3 를 포함하는 것을 특징으로 하는 인산염 화합물의 제조 방법.The molten composition comprises a reducing agent and Fe 2 O 3 as a source of M. 제 7 항 또는 제 9 항에 있어서,The method according to claim 7 or 9, 상기 환원제로서 탄소 분말이 사용되는 것을 특징으로 하는 인산염 화합물의 제조 방법.Carbon powder is used as said reducing agent, The manufacturing method of the phosphate compound characterized by the above-mentioned. 2차 전지에 있어서,In a secondary battery, 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 정의된 방법에 의해 제조된 인산염 화합물을 갖는 애노드;An anode having a phosphate compound prepared by the method as defined in any one of claims 1 to 10; 알칼리 금속 이온을 저장/방전하는 물질을 갖는 캐소드; 및A cathode having a substance for storing / discharging alkali metal ions; And 비-수성 전해질 또는 고체 전해질을 포함하여 이루어지는 2차 전지.A secondary battery comprising a non-aqueous electrolyte or a solid electrolyte. 제 11 항에 있어서, The method of claim 11, 상기 알칼리 금속 이온이 리튬 이온인 것을 특징으로 하는 2차 전지.The secondary battery, wherein the alkali metal ions are lithium ions.
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