KR20070091456A - 리튬이차전지 양극재료용 활물질의 제조방법 및리튬이차전지 - Google Patents

리튬이차전지 양극재료용 활물질의 제조방법 및리튬이차전지 Download PDF

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Abstract

본 발명은 LiFePO4 전구체와 탄소를 혼합하여 분쇄하는 단계; 및 상기 분쇄물을 마이크로파 가열하여 전극 활물질을 제조하는 단계를 포함하는 리튬이차전지 양극재료용 활물질의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 의하면, 활물질의 제조공정시간을 획기적으로 단축할 수 있고, 방전용량 및 수명, 고율방전 특성을 가지는 리튬이차전지 양극재료용 활물질 및 리튬이차전지를 제공하는 것이 가능하다.

Description

리튬이차전지 양극재료용 활물질의 제조방법 및 리튬이차전지{Preparation method of active material for positive electrode of lithium secondary battery and lithium secondary battery thereby}
도 1은 본 발명에 따라 제조된 양극재료용 활물질(LiFePO4/C 복합체)의 TEM 사진이다.
도 2는 본 발명에 따라 제조된 양극재료용 활물질(LiFePO4/C 복합체)의 방전 전류밀도에 따른 방전용량을 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명에 따라 제조된 양극재료용 활물질(LiFePO4/C 복합체)의 전극수명을 나타낸 그래프이다.
본 발명은 리튬이차전지 양극재료용 활물질의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 제조공정시간을 획기적으로 단축할 수 있고, 방전용량 및 수명, 고율방 전 특성을 가지는 리튬이차전지 양극재료용 활물질의 제조방법 및 이를 포함하는 리튬이차전지에 관한 것이다.
노트북, 캠코더, 핸드폰, 소형 녹음기와 같은 휴대용 전기기기의 수요가 급격히 증가하고 소형화됨에 따라 이의 에너지원인 리튬이차전지는 에너지 밀도를 높이고 수명을 증가시키는 방향으로 발전하고 있다. 리튬이차전지에서 가장 중요한 부분은 음극 및 양극을 구성하고 있는 물질이며, 특히 리튬이차전지 양극에 사용되는 물질은 (1) 방전용량이 높고, (2) 가격이 저렴하여야 하며, (3) 사이클 특성이 우수하여 전극수명이 길어야 하고, (4) 열 및 구조적 안정성이 우수하여 폭발위험성이 없어야 한다.
LiFePO4는 이론용량이 170mAh/g으로서 현재 리튬이차전지의 양극물질인 LiCoO2(120~150mAh/g)보다 방전용량이 높고, Co를 사용하지 않고 값싼 Fe을 사용하기 때문에 가격이 매우 저렴하며, 중금속을 사용하지 않아 환경 친화적인 장점을 갖고 있다.
또한 상기 물질은 화학적 및 구조적 안정성이 우수하여 전극수명이 매우 우수하고, 특히 열에 대한 안정성이 매우 뛰어나 자동차용 리튬이차전지의 양극재료로서도 매우 적합한 장점을 갖고 있다. 그러나 LiFePO4는 Fe의 산화수가 Fe2+가 이므로 제조 공정 중에 Fe2+가 Fe3+로 산화하는 것을 방지해야하는 어려움, 그리고 부산물이 없는 단상의 LiFePO4를 제조하여야하는 어려움 등의 단점과 LiFePO4의 Li-확 산계수(10-14㎠/s)와 전기전도도(10-8~10-9S/cm)가 매우 낮아 고율방전특성이 LiCoO2에 비해 현저히 떨어지는 단점을 갖고 있다.
현재까지 여러 연구자들이 여러 가지 공정을 이용하여 단상의 LiFePO4를 제조하는데 성공하고 그 고율방전특성을 개선하였으나 성능 면에서 상용화 수준까지 도달한 연구 그룹은 매우 드물고, 특히 고성능을 갖는 LiFePO4를 공정시간을 단축하여 경제적으로 제조한 그룹은 거의 없다. 대부분의 연구그룹 들이 LiFePO4를 제조하는데 혼합단계와 열처리단계를 포함하여 최소 7시간에서 48 시간 걸리는 것으로 보고되었다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술이 가지는 문제를 해결하기 위해 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 제조공정시간을 획기적으로 단축할 수 있고, 방전용량 및 수명, 고율방전 특성을 가지는 리튬이차전지 양극재료용 활물질의 제조방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 기존의 리튬이차전지보다 가격이 저렴하고, 용량도 높으며, 환경친화적이고, 특히 열적 안정성이 매우 우수하여 기존의 리튬이차전지를 대체할 수 있는 차세대 이차전지로서 상용화가 가능한 리튬이차전지를 제공함에 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 LiFePO4 전구체와 탄소를 혼합하여 분쇄하는 단계; 및 상기 분쇄물을 마이크로파 가열하여 전극 활물질을 제조하는 단계를 포함하는 리튬이차전지 양극재료용 활물질의 제조방법을 제공한다.
본 발명은 바람직하게는 상기 분쇄과정이 볼밀링과정을 포함하는 리튬이차전지 양극재료용 활물질의 제조방법을 제공한다.
본 발명은 바람직하게는 상기 마이크로파 가열이 환원성 분위기하에서 수행되는 리튬이차전지 양극재료용 활물질의 제조방법을 제공한다.
본 발명은 바람직하게는 상기 환원성 분위기가 활성탄소로 상기 분쇄물을 덮어 주는 것에 의해 제공되어지는 리튬이차전지 양극재료용 활물질의 제조방법을 제공한다.
본 발명은 바람직하게는 상기 환원성 분위기가 수소가 아르곤에 혼합된 아르곤-수소 혼합기체를 공급하는 것에 의해 제공되어지는 것을 특징으로 하는 리튬이차전지 양극재료용 활물질의 제조방법을 제공한다.
본 발명은 바람직하게는 상기 마이크로파 가열이 불활성 분위기하에서 수행되는 리튬이차전지 양극재료용 활물질의 제조방법을 제공한다.
본 발명은 바람직하게는 상기 불활성분위기는 아르곤 기체 또는 질소기체를 공급하는 것에 의해 제공되어지는 리튬이차전지 양극재료용 활물질의 제조방법을 제공한다.
또한 본 발명은 LiFePO4 전구체와 탄소의 분쇄혼합물을 환원성 분위기 또는 불황성 분위기하에서 마이크로파 가열하여 얻어지는 결과물을 함유하는 리튬이차전지 양극재료용 활물질을 제공한다.
또한 본 발명은 상기 활물질을 양극재료로 하는 리튬이차전지를 제공한다.
이하 본 발명의 내용을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 리튬이차전지를 구성하는 양극에 사용되어지는 활물질의 제조방법, 활물질 및 이들 활물질로 구성되는 양극을 포함하는 리튬이차전지에 관한 것이다.
본 발명에 따른 양극재료용 활물질은 제조시간이 짧고, 방전용량 및 수명, 고율방전 특성을 제공할 수 있다. 이와 같은 양극재료용 활물질은 다음과 같은 과정에 의해 제조되어진다.
양극 활물질의 제조를 위한 원료로는 LiFePO4 전구체와 탄소가 사용된다.
LiFePO4 전구체는 반응에 의해 LiFePO4 을 생산할 수 있는 것인 한 특별한 한정을 요하지는 아니하며, 예를 들어 리튬인산염(Li3PO4), 철인산염수화물(Fe3(PO4)2ㆍ8H2O)을 들 수 있다. 이들 전구체 물질 상호간의 이론적인 몰비는 1:1이지만, 조건에 따라 어느 하나의 물질을 과량 투여하여도 무방하다.
탄소는 전기전도성을 가지는 재료로서 아세틸렌블랙 또는 카본블랙 등이 사용되어질 수 있다.
상기 LiFePO4 의 전구체와 탄소의 혼합시 혼합비는 특별한 한정을 요하는 것은 아니며, 예를 들어 LiFePO4 의 중량에 대하여 1~10중량%의 탄소가 혼합되어질 수 있다.
상기 LiFePO4 의 전구체와 탄소의 혼합물은 소정 입자크기(particle size)를 가지도록 분쇄되며, 바람직하게는 볼밀링 과정에 의해 수행되어질 수 있다. 분쇄 결과물의 입자크기는 바람직하게는 서브마이크론 단위의 크기이며, 마이크론 단위의 경우 바람직하게는 10마이크론을 초과하지 않는 것이 좋다.
상기 과정을 통해 분쇄된 혼합물은 마이크로파로 가열되어 열탄소반응이 수행되어진다. 열탄소반응은 혼합물에 함유된 탄소에 열을 가하여 산화시키는 과정을 포함하며, 이러한 과정은 환원성 분위기 또는 불활성 분위기 하에서 수행되어질 수 있다.
환원성 분위기는 마이크로파가 잘 투과되어지는 용기, 예를 들어 석영용기내에 상기 과정을 통해 얻어진 혼합물을 넣고 혼합물의 주위를 활성탄소로 덮어주는 과정을 통해 제공되어질 수 있다. 이 경우 활성탄소와 본 발명에 따른 혼합물의 구분 및 분리를 용이하게 하기 위하여 바람직하게는 혼합물을 펠렛화하는 것이 좋다. 혼합물의 펠렛화 과정은 공지된 일축가압성형 공정을 통해 수행되어질 수 있다.
또한, 활성탄소 외에도 주위를 환원성 기체인 수소가 아르곤에 혼합된 아르곤-수소 혼합기체를 흘러주는 과정을 통해서도 환원성 분위기가 제공되어질 수 있다. 이 경우 혼합물은 펠렛으로 성형되어질 필요는 없다.
불활성 분위기는 상기 본 발명에 따른 혼합물에 불활성 기체를 공급하는 과정을 통해 제공되어질 수 있으며, 예를 들어 마이크로파 오븐내에 아르곤 기체, 아, 질소기체 등을 공급하는 과정을 들 수 있다. 이러한 과정에 의해 조성된 불황성 분위기하에 마이크로파를 상기 혼합물에 조사하면 혼합물에 포함된 활성탄소에 의한 열탄소 반응에 의해 원하는 활물질을 제조할 수 있다. 상기한 바와 같이 활성탄소를 채우지 않고 펠렛을 아르곤 분위기에서 마이크로파로 가열해도 펠렛에 혼합되어 있는 탄소 역시 열탄소 반응을 일으키므로 전체적으로 보면 이 과정 역시 환원성 분위기로 보아도 무방하다. 이 경우 역시 상기 본 발명에 따른 혼합물은 펠렛으로 성형되어질 필요는 없다.
마이크로파의 조사단계는 사용되는 탄소의 열탄소 반응을 일으키기에 충분한 조건에서 수행되어질 것이 요구되며, 예를 들어 출력 0.5~5KW 정도에서, 1~20분 동안 조사하는 것에 의해 수행되어질 수 있다.
상기한 바와 같은 마이크로파 가열단계가 종료된 후 반응 결과물은 진공상태에서 상온까지 냉각시키고, 펠렛으로 제조된 경우에는 냉각 후 막자사발 등을 이용하여 분쇄하는 과정을 수행한다.
이와 같이 제조된 활물질은 전기전도도를 향상시키기 위한 도전재, 및 결합재와 함께 적정 비율로 혼합하여 슬러리상의 물질로 제조되고, 얻어지는 슬러리상의 물질을 집전체위에 도포한 후, 진공 오븐에서 충분히 건조하여 압축시켜 전극으로 제조된다.
본 발명의 실시예에 사용되어지는 활물질, 도전재 및 결합재의 조성비는 무 게비로 70~80 : 10~20 : 5~10으로 예시되어지지만 이에 한정되는 것은 아니며, 도전재로는 아세틸렌블랙 또는 카본블랙 등의 도전성 카본이 사용되어질 수 있고, 결합재로는 통상적으로 폴리비닐리덴플루오라이드, SBR 수계바인더, PTFE(용매가 필요없음, 슬러리공정이 아닌 바로 활물질과 도전재를 PTFE와 섞어서 진흙같은 상태로 전극을 만들어 집전체에 바로 압착가능) 등이 사용될 수 있다.
슬러리상의 물질은 결합제를 용매로서 N-메틸피롤리돈(폴리비닐리덴플루오라이드이 결합제일때), 물 (SBR이 결합재일때) 등의 용매에 활물질과 도전재를 섞어서 제조되어질 수 있으며, 슬러리가 도포되어질 집전체로는 알루미늄포일 등이 사용되며, 슬러리는 집전체 위에 20~60㎛ 정도의 두께로 도포되어질 수 있다.
활물질을 함유한 슬러리가 도포된 후 건조공정은 특별히 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 진공오븐에서 100~140℃ 범위에서 2~10시간 동안 건조될 수 있다. 상기 건조공정 이후 얻어진 전극은 100~140kg/㎠의 압력으로 압축되어 전극으로 제조되어진다.
상기 제조된 전극을 이용하여 리튬이차전지를 제조하는 과정은 공지된 제조방법에 따라 수행되어질 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 본 발명에 다라 제조되는 양극을 포함하고, 상대전극으로 리튬포일을 사용하며, 리튬염소산이 에틸렌카보네이트와 디메틸카보네이트의 혼합용매에 용해된 전해질과 Celgard 2400 프로필렌 세퍼레이터를 사용하여 2016 코인 타입의 전지를 제조하였다.
상기 본 발명에 따른 활물질의 제조공정은 원료의 혼합공정(대략 30분)과 열처리(대략 수 분이내) 공정을 고려할 때 40분 이내로 소요되어 지금까지 알려진 어 떠한 공정보다도 현저히 짧다.
또한, 상기 과정을 통해 제조된 전지를 이용하여 충/방전 실험을 수행한 결과에서 낮은 전류밀도에서 이론용량보다 거의 100% 높은 수준의 높은 방전용량을 나타냈으며, 매우 높은 전류밀도에서 역시 높은 방전용량을 나타내는 것으로 확인되었다.
전극 수명과 관련하여 본 발명에 따라 제조된 전극수명은 다양한 전류밀도에서 충방전 사이클이 증가하여도 방전용량이 거의 감소하지 않는 것을 확인할 수 있다.
이하, 본 발명의 내용을 실시예를 참조하여 보다 상세하게 설명하고자 하나, 하기 실시예는 본 발명의 이해를 위해 제시되는 것일 뿐 본 발명의 권리범위가 이에 제한되는 것으로 해석되어서는 아니될 것이다.
<실시예> 볼밀링과 마이크로파 가열을 이용한 LiFePO4-탄소 복합체의 제조
(1) 전구체와 카본과의 볼밀링
본 실시예에서는 LiFePO4를 합성하기 위한 전구체로서 Li3PO4와 Fe3(PO4)2 ·8H2O를 사용하였다. Li3PO4와 Fe3(PO4)2·8H2O를 1:1의 몰비로 혼합한 다음 5중량부의 아세틸렌블랙 탄소를 첨가하였다. 이후 스테인리스 스틸 용기와 볼을 사용하여 Ar 분위기에서 바이브런트 타입 볼밀링(vibrant-type ball-milling)을 30분간 실시하였으며 볼밀링시 분말대 볼의 비율을 변화시켜 가며 확인한 최적의 분말에 대한 볼 의 비율은 8.10 : 1이었고, 동 비율에 따라 볼밀링을 수행하였다.
(2) 마이크로파 가열
볼밀링을 통해 제조된 혼합물을 일축가압성형을 통해 펠렛으로 만든 후 이를 환원성 분위기하에서 마이크로파로 2분 동안 가열하였다. 이때 환원성 분위기는 활성탄소가 적당량 담겨져 있는 석영도가니에 펠렛을 넣고 다시 활성탄소로 완전히 덮어 활성탄소의 열탄소 반응(cabothermal reaction)을 이용하여 제공하는 방법이 있고, 이와는 달리 마이크로파 오븐을 Ar으로 유지시켜 펠렛에 섞여 있는 아세틸렌 블랙의 열탄소 반응만을 이용하여 제공할 수 있다. 본 실시예에서는 상기 방법 중 활성탄소를 함께 넣는 방법을 이용하여 750W의 마이크로파 오븐(microwave oven)에서 2~4분 동안 마이크로파를 조사하는 조건하에 열탄소 반응을 수행하였다. 마이크로파 가열이 끝난 후 펠렛을 바로 진공상태에서 상온까지 냉각시킨 후 막자사발을 이용해 분쇄하였다.
상기 과정에 의해 최적 조건으로 선정된 30분 동안의 볼밀링과 2분 동안의 마이크로파 가열을 이용하여 제조된 LiFePO4/C 복합체의 TEM(tunneling electron microscopy) 사진은 도 1에 나타낸 바와 같다. 상기 결과에 의하면 탄소와 200~ 300nm의 매우 작고 균일한 입자크기를 갖는 LiFePO4가 나노미터 스케일로 균일하게 혼합되어 복합체를 이루고 있는 것을 볼 수 있다.
(3) 전극의 제조
전극의 제조 활물질로 LiFePO4-탄소 복합체를, 전기 전도도를 향상시키기 위한 도전재로 아세틸렌블랙을, 그리고 결합재(binder)로 PVDF(폴리비닐리덴플루오라이드)를 사용하였으며 이때 활물질, 도전재 그리고 결합재의 무게비(중량%)는 75 : 17 : 8로 하였다. 결합재가 녹아있는 NMP(N-메틸피롤리돈) 용액에 활물질과 도전재를 섞어서 슬러리(slurry)를 만들고 이를 집전체인 Al 포일위에 도포한 뒤 진공 오븐에서 120℃에서 5시간 동안 건조하였다. 이후 건조된 전극을 120kg/㎠의 압력으로 압축하여 전극을 제조하였다.
(4) 전지의 조립
충방전 실험을 수행하기 위해 상기 (3)의 과정을 통해 제조한 전극을 양극전극(working electrode)으로, Li 포일을 상대전극으로, 그리고 EC(에틸렌카보네이트) : DMC(디메틸카보네이트)가 1 : 1로 혼합한 용액에 1 M LiClO4를 용해한 전해질과 Celgard 2400 폴리프로필렌 세퍼레이터를 사용하여 2016 코인 타입 전지(coin-type cell)을 제조하였다. 코인 타입 전지의 제조시 전지의 소형화를 위해 구리 스페이서를 사용하였으며 Ar이 충전된 글로브 박스 안에서 코인 타입 전지를 조립하였다.
(5) 전지의 충/방전 실험
Toyo system Co.(Japan)의 배터리 테스터 (Toscat-3100U)를 이용하여 코인 타입 전지의 충방전 실험을 실시하였다. 충방전시 차단 전압(Cut-off voltage)은 2.5V-4.3V vs. Li/Li+로 하였으며 충·방전 속도는 0.02C-20C 비율로 하였다. 그리고 충방전 사이의 휴지 시간은 10분을 유지하였다.
상기 실험결과 도 2에서 확인할 수 있듯이, LiFePO4/C 복합체의 방전 전류밀도에 따른 방전용량 실험 결과에서 LiFePO4/C 복합체는 C/30에서 166 mAh/g(이론용량(170 mAh/g)의 약 98 %)의 높은 방전용량을 가지며, 20C의 매우 높은 전류밀도에서도 107 mAh/g(C/30에서의 용량 대비 약 65 %)의 방전용량을 유지하는 우수한 고율방전특성을 나타내었다.
또한 전극 수명을 측정한 결과 도 3에서 확인할 수 있듯이, 본 발명에 따라 제조된 LiFePO4/C 복합체의 전극수명 측정결과에서 여러 가지 전류밀도에서 LiFePO4/C 복합체 전극을 충방전했을 경우, 충방전 사이클(cycle)이 증가하여도 방전용량이 거의 감소하지 않는 것을 확인할 수 있다.
본 발명에 의하면, 전극 활물질의 제조공정시간을 획기적으로 단축할 수 있고, 방전용량 및 수명, 고율방전 특성을 가지는 리튬이차전지 양극재료용 활물질을 제공할 수 있다. 이에 따라 본 발명에 의한 활물질로 제조되는 리튬이차전지는 기 존의 리튬이차전지보다 가격이 저렴하고, 용량도 높으며, 환경친화적이고, 특히 열적 안정성이 매우 우수하여 기존의 리튬이차전지를 대체할 수 있는 차세대 이차전지로서 상용화가 가능하다.

Claims (9)

  1. LiFePO4 전구체와 탄소를 혼합하여 분쇄하는 단계; 및 상기 분쇄물을 마이크로파 가열하여 전극 활물질을 제조하는 단계를 포함하는 리튬이차전지 양극재료용 활물질의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서, 분쇄과정은 볼밀링과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬이차전지 양극재료용 활물질의 제조방법.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 마이크로파 가열은 환원성 분위기하에서 수행되는 것을 특징으로 하는 리튬이차전지 양극재료용 활물질의 제조방법.
  4. 제 3항에 있어서, 환원성 분위기는 활성탄소로 상기 분쇄물을 덮어 주는 것에 의해 제공되어지는 것을 특징으로 하는 리튬이차전지 양극재료용 활물질의 제조방법.
  5. 제 3항에 있어서, 환원성분위기는 수소가 아르곤에 혼합된 아르곤-수소 혼합기체를 공급하는 것에 의해 제공되어지는 것을 특징으로 하는 리튬이차전지 양극재료용 활물질의 제조방법.
  6. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 마이크로파 가열은 불활성 분위기하에서 수행되는 것을 특징으로 하는 리튬이차전지 양극재료용 활물질의 제조방법.
  7. 제 6항에 있어서, 불황성분위기는 아르곤 기체 또는 질소기체를 공급하는 것에 의해 제공 되어지는 것을 특징으로 하는 리튬이차전지 양극재료용 활물질의 제조방법.
  8. LiFePO4 전구체와 탄소의 분쇄혼합물을 환원성 분위기 또는 불황성 분위기하에서 마이크로파 가열하여 얻어지는 결과물을 함유하는 리튬이차전지 양극재료용 활물질.
  9. 제 8항의 활물질을 양극재료로 하는 리튬이차전지.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011132931A3 (ko) * 2010-04-21 2012-04-05 주식회사 엘지화학 탄소가 코팅된 올리빈 결정구조의 리튬 철인산화물 및 이를 이용한 리튬 이차전지
WO2011132965A3 (ko) * 2010-04-21 2012-04-05 주식회사 엘지화학 설파이드 결합의 황 화합물을 포함하고 있는 리튬 철인산화물 및 이를 이용한 리튬 이차전지
WO2011132959A3 (ko) * 2010-04-21 2012-04-05 주식회사 엘지화학 탄소가 코팅된 올리빈 결정구조의 리튬 철인산화물 및 이를 이용한 리튬 이차전지
WO2011132961A3 (ko) * 2010-04-21 2012-04-05 주식회사 엘지화학 올리빈 결정구조의 리튬 철인산화물 및 이를 이용한 리튬 이차전지
KR20160136809A (ko) 2015-05-21 2016-11-30 한국과학기술연구원 고분자로 코팅된 올리빈 나트륨 철인산화물 양극 활물질, 이를 포함하는 나트륨 이차전지 및 이의 제조방법

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102282277B1 (ko) * 2018-09-03 2021-07-28 주식회사 엘지화학 마이크로파 소성로 및 이를 이용한 양극 활물질의 소성 방법

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4187523B2 (ja) * 2002-01-31 2008-11-26 日本化学工業株式会社 リチウム鉄リン系複合酸化物炭素複合体、その製造方法、リチウム二次電池正極活物質及びリチウム二次電池
KR100500699B1 (ko) * 2003-01-28 2005-07-12 한국과학기술원 마이크로파 가열을 이용한 리튬이차전지용 양극 분말의제조방법

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011132931A3 (ko) * 2010-04-21 2012-04-05 주식회사 엘지화학 탄소가 코팅된 올리빈 결정구조의 리튬 철인산화물 및 이를 이용한 리튬 이차전지
WO2011132965A3 (ko) * 2010-04-21 2012-04-05 주식회사 엘지화학 설파이드 결합의 황 화합물을 포함하고 있는 리튬 철인산화물 및 이를 이용한 리튬 이차전지
WO2011132959A3 (ko) * 2010-04-21 2012-04-05 주식회사 엘지화학 탄소가 코팅된 올리빈 결정구조의 리튬 철인산화물 및 이를 이용한 리튬 이차전지
WO2011132961A3 (ko) * 2010-04-21 2012-04-05 주식회사 엘지화학 올리빈 결정구조의 리튬 철인산화물 및 이를 이용한 리튬 이차전지
KR101240176B1 (ko) * 2010-04-21 2013-03-07 주식회사 엘지화학 탄소가 코팅된 올리빈 결정구조의 리튬 철인산화물 및 이를 이용한 리튬 이차전지
US8734676B2 (en) 2010-04-21 2014-05-27 Lg Chem, Ltd. Carbon-coated lithium iron phosphate of olivine crystal structure and lithium secondary battery using the same
US8906552B2 (en) 2010-04-21 2014-12-09 Lg Chem, Ltd. Lithium iron phosphate of olivine crystal structure and lithium secondary battery using the same
US9214700B2 (en) 2010-04-21 2015-12-15 Lg Chem, Ltd. Lithium iron phosphate containing sulfur compound based upon sulfide bond and lithium secondary battery using the same
US9331329B2 (en) 2010-04-21 2016-05-03 Lg Chem, Ltd. Carbon-coated lithium iron phosphate of olivine crystal structure and lithium secondary battery using the same
US9812707B2 (en) 2010-04-21 2017-11-07 Lg Chem, Ltd. Carbon-coated lithium iron phosphate of olivine crystal structure and lithium secondary battery using the same
KR20160136809A (ko) 2015-05-21 2016-11-30 한국과학기술연구원 고분자로 코팅된 올리빈 나트륨 철인산화물 양극 활물질, 이를 포함하는 나트륨 이차전지 및 이의 제조방법

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