KR20100086413A - Anion-deficient non-stoichiometric lithium transition metal polyacid compound as electrode active material, method for preparing the same, and electrochemical device using the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 전극 활물질인 음이온 부족형 비화학양론 리튬 전이금속 다중산 화합물, 그 제조방법, 및 그를 이용한 전기화학 소자에 관한 것이다.The present invention relates to an anion-deficient non-stoichiometric lithium transition metal polyacid compound as an electrode active material, a method for producing the same, and an electrochemical device using the same.
리튬이온 2차전지는 니켈카드뮴 전지(Ni//Cd), 니켈수소 전지(Ni//MH) 등의 다른 2차전지에 비해 가볍고 고용량인 장점이 있다. 따라서, 휴대전화, 노트북 컴퓨터, 게임기, 무선청소기 등의 휴대형 전기전자기기의 전력원의 역할을 하고 있다. 최근에는 전기자전거, 전동 스쿠터, 서비스 로봇, 전기자동차, 발전소 전력저장장치 등을 위한 고출력 중대형 리튬이차전지로 급속히 시장을 넓혀 가고 있다. Lithium ion secondary batteries have advantages of being lighter and higher in capacity than other secondary batteries such as nickel cadmium batteries (Ni // Cd) and nickel-hydrogen batteries (Ni // MH). Therefore, it serves as a power source for portable electric and electronic devices such as mobile phones, notebook computers, game consoles, and vacuum cleaners. Recently, the market is rapidly expanding to high power medium and large size lithium secondary batteries for electric bicycles, electric scooters, service robots, electric vehicles, and power storage devices for power plants.
리튬이온 2차전지는 일반적으로 양극 활물질로 코발트산리튬(LiCoO2), 음극 활물질로 탄소재, 전해질로서 육불화인산리튬(LiPF6) 등을 이용하여 제조되어왔다. 하지만, 주요 양극 활물질인 코발트산리튬은 주성분인 코발트의 수급이 불안정할 뿐만 아니라 코발트의 비용이 높은 단점이 있어 방대한 양이 요구되는 중대형 리튬이차전지에 적용되는 것은 경제적으로 불가능하다. 따라서, 코발트를 저가의 다른 전이금속으로 대체한 스피넬 구조의 망간산리튬(LiMn2O4) 등이 상업적으로 사용되기 시작하였고 올리빈 구조의 리튬인산철(LiFePO4)으로 대표될 수 있는 리튬 전이금속 다중산 화합물의 상용화가 진행 중이다. BACKGROUND ART Lithium ion secondary batteries have been generally manufactured using lithium cobaltate (LiCoO 2 ) as a positive electrode active material, carbon material as a negative electrode active material, lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) as an electrolyte, and the like. However, lithium cobalt as a main positive electrode active material is not only unstable in the supply and demand of cobalt as a main component, but also has a high cost of cobalt, it is economically impossible to be applied to the medium-large size lithium secondary battery that requires a large amount. Therefore, spinel-structured lithium manganate (LiMn 2 O 4 ), etc., in which cobalt is replaced with another low-cost transition metal, has been commercially used, and lithium transition, which can be represented by olivine-type lithium iron phosphate (LiFePO 4 ) Commercialization of metal polyacid compounds is ongoing.
올리빈 구조의 리튬 전이금속 다중산 화합물은 결정구조 및 화학반응에 대한 높은 안정성으로 전지의 고용량, 장기수명 및 저가격 장점을 가지고 있음에도 상용화가 용이하게 진행되지 못하고 있다. 그 이유는 낮은 전자 전도도, 낮은 이온 전도도 및 부반응에 의한 불순물 생성의 단점 때문이다. 이들 단점 중, 낮은 전자 전도도는 전도성 탄소의 코팅으로, 그리고 낮은 이온 전도도는 입자크기를 초미립화하여 리튬 이온 확산 경로를 단축시켜 극복할 수 있다. 하지만, 리튬 전이금속 다중산 화합물은 제조법에 따라 그 조성이 예민하게 변화하기 때문에, 원하는 조성이나 전이금속 산화수가 아닌 불순물이 함유된 생성물이 얻어지는 단점은 극복이 어렵다. 그 결과 소재 및 전지 특성이 좋지 않고 이로 인해 생산성, 신뢰성, 경제성이 낮다. The lithium transition metal polyacid compound having an olivine structure has high stability to crystal structure and chemical reactions, but it is not easily commercialized even though it has advantages of high capacity, long life, and low cost of the battery. This is because of the disadvantages of low electron conductivity, low ionic conductivity and generation of impurities by side reactions. Among these drawbacks, low electron conductivity can be overcome by coating of conductive carbon, and low ion conductivity can be overcome by shortening the lithium ion diffusion path by ultra-fine particle size. However, since the composition of the lithium transition metal polyacid compound is sensitively changed according to the preparation method, it is difficult to overcome the disadvantage that a product containing impurities other than the desired composition or transition metal oxide water is obtained. As a result, the material and battery properties are poor, resulting in low productivity, reliability and economics.
일 예로, 리튬인산철(LiFePO4)의 경우, Fe2O3, Li3Fe2(PO4)3, Fe2P 등의 불순물이 부가적으로 생성되며 불순물에 함유된 철의 대부분은 산화수가 +3인 상태인데, 이는 전자구조적으로 철은 산화 상태가 +2 보다 +3이려는 경향이 강하고, 하소(calcination) 과정에서 산화되기 쉽기 때문이다. For example, in the case of lithium iron phosphate (LiFePO 4 ), impurities such as Fe 2 O 3 , Li 3 Fe 2 (PO 4 ) 3 , Fe 2 P are additionally generated, and most of the iron contained in the impurities is oxidized water. It is in the state of +3, because iron has a strong tendency for the oxidation state to be +3 rather than +2, and is easily oxidized during the calcination process.
리튬인산철이 +3의 산화 상태인 철을 함유할 경우, 올리빈 구조가 아닌 불순물이 포함된 리튬인산철이 생성된다. 불순물들은 전기화학적 활성을 갖지 못하므로, +3의 산화 상태인 철을 함유한 리튬인산철은 +2 산화 상태 철로만 구성된 리튬인산철보다 좋지 않은 소재 및 전지 특성을 보이게 된다. 따라서 철의 산화수를 +2로 만들려는 노력이 경주되어 왔다. When lithium iron phosphate contains iron in an oxidation state of +3, lithium iron phosphate containing impurities other than the olivine structure is produced. Since impurities do not have electrochemical activity, lithium iron phosphate containing iron in an oxidation state of +3 shows poorer material and battery characteristics than lithium iron phosphate composed of only +2 iron. Therefore, efforts have been made to make iron oxides +2.
본 발명은 +3의 산화 상태인 철 생성이 억제된 음이온 부족형 비화학양론 리튬 전이금속 다중산 화합물에 관한 것이다. 비화학양론 리튬 전이금속 다중산 화합물을 개시하고 있는 선행문헌들이 있지만, 이들 선행문헌들에 개시된 비화학양론 화합물들은 음이온 부족형이 아니라, 양이온 과잉형 또는 양이온 부족형이라는 점에서 본 발명과는 상이하다. The present invention relates to an anion deficient non-stoichiometric lithium transition metal polyacid compound in which iron production, which is an oxidation state of +3, is suppressed. Although there are prior art documents that disclose non-stoichiometric lithium transition metal polyacid compounds, the non-stoichiometric compounds disclosed in these prior arts differ from the present invention in that they are not anion deficient, but are cationic or cationic. Do.
구체적으로, 유럽특허출원공개 EP-A-1,094,532은 LixMyPO4으로 표시되는 화합물의 생산 방법을 개시하고 있는데, 여기서 0<x≤2 이고, 0.8≤y≤1.2이며, M은 3d 오비탈(orbital)들을 갖는 금속을 적어도 하나 포함한다. Specifically, EP-A-1,094,532 discloses a method for producing a compound represented by Li x M y PO 4 , where 0 <x ≦ 2, 0.8 ≦ y ≦ 1.2, and M is a 3d orbital. at least one metal having orbitals.
유럽특허출원공개 EP-A-1,094,533에는 일반식 LixMyPO4으로 표시되는 화합물이 개시되어 있는데, 여기서 0<x≤2 이고, 0.8≤y≤1.2이며, M은 3d 전이상태를 포함하고, LixMyPO4의 그레인(grain) 들은 10 마이크로미터 이하이다. EP-A-1,094,533 discloses a compound represented by the general formula Li x M y PO 4 , wherein 0 <x ≦ 2, 0.8 ≦ y ≦ 1.2, and M contains a 3d transition state. The grains of Li x M y PO 4 are less than 10 micrometers.
미국 특허출원공개 2006/0263286A1은 올리빈 구조를 갖는 Li1 + xFe1 + yPO4를 제 조하는 방법을 개시하고 있는데, 여기서 -0.2≤x≤0.2이고 -0.2≤y≤0.2이다. 상기 방법은 (A) 철 분말, 리튬염, 포스페이트를 산 용액에 가하여, Li+:Fe2 +:PO4 3 - 의 몰비가 1+x:1+y:y인 혼합물을 만드는 단계, (B) 상기 혼합물을 교반하는 단계, (C) 혼합물을 건조시켜 고체 전구체를 얻는 단계, 및 (D) 상기 고체 전구체를 500°C 이상에서 가열하여 올리빈 구조의 분말을 얻는 단계를 포함한다. U.S. Patent Application Publication 2006 / 0263286A1 discloses a process for producing Li 1 + x Fe 1 + y PO 4 having an olivine structure, where −0.2 ≦ x ≦ 0.2 and −0.2 ≦ y ≦ 0.2. The method comprises the steps of (A) adding iron powder, lithium salt and phosphate to an acid solution to form a mixture in which the molar ratio of Li + : Fe 2 + : PO 4 3 - is 1 + x: 1 + y: y, (B A) stirring the mixture, (C) drying the mixture to obtain a solid precursor, and (D) heating the solid precursor at at least 500 ° C. to obtain a powder of olivine structure.
한편 미국 특허출원공개 2007/0207080A1는 올리빈 구조를 갖는 LixMyPO4 화합물을 제조하는 방법을 개시하고 있다. 동 방법은, 전이금속 M의 이온들, Li+ 이온들 그리고 PO4 3 - 이온들을 포함하는 용액을 만들고, 상기 용액을 건조시켜 출발물질 입자를 형성하고, 동 출발물질 입자로부터 올리빈 구조를 가지는 LixMyPO4 화합물 입자 (0.8≤x≤1.2 and 0.8≤y≤1.2)를 형성하고, LixMyPO4 화합물 입자에 탄소층을 피복하는 단계를 포함한다. US Patent Application Publication No. 2007 / 0207080A1 discloses a method for preparing a Li x M y PO 4 compound having an olivine structure. The method produces a solution comprising the ions, Li + ions and PO 4 3 − ions of the transition metal M, drying the solution to form starting material particles and having an olivine structure from the starting material particles. Form Li x M y PO 4 compound particles (0.8 ≦ x ≦ 1.2 and 0.8 ≦ y ≦ 1.2) and form Li x M y PO 4 Coating the carbon layer on the compound particles.
그러나 위 열거한 4개의 특허 문헌들에 개시된 리튬화합물들은 모두 LixMyPO4와 같이 음이온인 PO4의 몰비는 1이고 양이온인 M의 몰비가 변동하는 양이온 과잉 또는 양이온 부족형 화합물들로서, 본건 발명에 따른 음이온 부족형 비화학양론 리튬 전이금속 다중산 화합물과는 상이하다. 음이온 부족형 비화학양론 리튬 전이금속 다중산 화합물은, 예를 들어 LixM(PO4)1-a에서와 같이 양이온인 M의 몰비는 1이 고, 음이온인 PO4의 몰비는 1 미만인 화합물이다. However, the lithium compounds disclosed in the above-mentioned four patent documents are all cationic excess or cation deficient compounds in which the molar ratio of PO 4 as an anion is 1 and the molar ratio of M as a cation is varied, such as Li x M y PO 4. It is different from the anion deficient nonstoichiometric lithium transition metal polyacid compound according to the invention. The anion-deficient non-stoichiometric lithium transition metal polyacid compound is a compound in which the molar ratio of M as a cation is 1 and the molar ratio of PO 4 as an anion is less than 1, for example, as in Li x M (PO 4 ) 1-a . to be.
이와 관련하여, 비화학양론 철인산리륨의 유형에 대해 설명하면 다음과 같다. In this regard, non-stoichiometric iron phosphate is described as follows.
리튬인산철과 같은 세라믹스 재료는 양이온(My +)과 음이온(Xy -)으로 구성되는 이온성 화합물이며 이온성 화합물이 비화학양론 형태로 존재할 수 있는 점결함(point defects)은 모두 4 가지이다. Ceramic material such as lithium iron phosphate has a cation (M y +) and an anion (X y -) point defects (point defects), which is an ionic compound consisting of the ionic compound may be present in non-stoichiometric forms of the all four .
첫 번째는 양이온 과잉형 비화학양론 화합물이고 화학식은 M1 + zX로 표현된다. 이 화학식에서 음이온(Xy -)의 조성비가 1인 것은 MX 결정구조에서 음이온(Xy -)이 있어야 할 모든 격자점(lattice point)에 모두 배치되어 있는 상태를 의미하고 양이온(My +)의 조성비가 1+z인 것은 양이온(My +)이 있어야 할 모든 격자점에 모두 채우고 초과분 z몰의 양이온(My +)이 자기 자리가 아닌 격자간 위치(interstitial site)에 배열된 상태를 의미한다. 이러한 점결함을 결정학에서는 Frenkel 결함, 더욱 상세하게는 격자간 양이온 결함이라고 한다. 여기서 화학 조성비 외에 고려해야 할 인자가 전하 중성의 법칙이다. -y의 음전하를 가진 음이온(Xy -)이 1몰이 있고 +y의 양전하를 가진 양이온(My +)이 1보다 많은 1+z몰이 있을 때는 전하 중성을 이룰 수 없게 된다. 따라서 양이온은 +y의 양전하가 아닌 +y'(y' = y/(1+z))의 양이온(My' +)으로 양이온의 산화수가 +y에서 +y'으로 감소하게 된다. The first is a cationic excess nonstoichiometric compound and the formula is represented by M 1 + z X. In the chemical formula, the composition ratio of anion (X y − ) is 1, which means that all the lattice points where anion (X y − ) should be present in the MX crystal structure are all disposed and cation (M y + ) The composition ratio of 1 + z means that all the lattice points to which cations (M y + ) should be filled and the excess z moles of cations (M y + ) are arranged at interstitial sites rather than magnetic sites. it means. Such point defects are called Frenkel defects in crystallography, more particularly inter-grid cation defects. In addition to the chemical composition ratio, the factors to be considered are the laws of charge neutrality. When there is 1 mole of negatively charged anion (X y − ) of -y and 1 + z mole of positively charged cation (M y + ) of + y , charge neutralization cannot be achieved. Therefore, the cation is + y '(y' = y / (1 + z)) cation (M y ' + ) rather than the positive charge of + y the oxidation number of the cation decreases from + y to + y'.
두 번째는 양이온 부족형 비화학양론 화합물이고 화학식은 M1 - zX으로 표현된다. 이 화학식에서 음이온(Xy -)의 조성비가 1인 것은 MX 결정구조에서 음이온(Xy -)이 있어야 할 모든 격자점에 모두 배치되어 있는 상태를 의미하고 양이온(My +)의 조성비가 1-z인 것은 양이온(My +)이 있어야 할 모든 격자점을 모두 채우지 못하고 z몰 만큼의 빈자리(vacancy)가 형성된 상태를 의미한다. 이러한 점결함을 결정학에서는 Schottky 결함, 더욱 상세하게는 양이온 빈자리 결함이라고 한다. -y의 음전하를 가진 음이온(Xy -)이 1몰이 있고 +y의 양전하를 가진 양이온(My +)이 1보다 적은 1-z몰이 있을 때는 전하중성을 이룰 수 없게 된다. 따라서 양이온은 +y의 양전하가 아닌 +y'(y' = y/(1-z))의 양이온(My' +)으로 양이온의 산화수가 +y에서 +y'으로 증가하게 된다. The second is a cation deficient nonstoichiometric compound and the formula is represented by M 1 - z X. It is the composition ratio is 1, the anion (X y -) in MX crystal structure - anion (X y) in the formula means a state that is arranged both to all the grid points should be, and the composition ratio of the cation (M y +) 1 -z means that all the lattice points to which cations (M y + ) should not be filled and vacancies as much as z moles are formed. Such point defects are called Schottky defects in crystallography, more specifically cationic vacancy defects. anion with a negative charge of -y (y X -) is 1 mol and + y positive charge when the cation (M y +) is less than 1 mol with 1-z of not be able to achieve charge neutrality. Therefore, the cation is + y '(y' = y / (1-z)) cation (M y ' + ), not the positive charge of + y, the oxidation number of the cation increases from + y to + y'.
세 번째는 음이온 부족형 비화학양론 화합물이고 화학식은 MX1 -z로 표현된다. 이 화학식에서 양이온(My +)의 조성비가 1인 것은 MX 결정구조에서 양이온(My +)이 있어야 할 모든 격자점에 모두 배치되어 있는 상태를 의미하고 음이온(Xy -)의 조성비가 1-z인 것은 음이온(Xy -)이 있어야 할 모든 격자점을 모두 채우지 못하고 z몰 만큼의 빈자리가 형성된 상태를 의미한다. 이러한 점결함을 결정학에서는 Schottky 결함, 더욱 상세하게는 음이온 빈자리 결함이라고 한다. +y의 양전하를 가진 양이 온(My +)이 1몰이 있고 -y의 양전하를 가진 음이온(Xy -)이 1보다 적은 1-z몰이 있을 때는 전하 중성을 이룰 수 없게 된다. 세라믹스 재료에서 일반적인 양이온은 전이금속 양이온이며 전이금속의 산화수는 일정 영역에서 변화가 가능하지만 음이온의 산화수는 변화가 어렵다. 따라서, 양이온은 +y의 양전하가 아닌 +y'(y' = y(1-z))의 양이온(My' +)으로 양이온의 산화수가 +y에서 +y'으로 감소하게 된다. 빠른 이해를 위해 예를 들면, 본건 발명에 따른 음이온 부족형 비화학양론 리튬 전이금속 다중산 화합물의 일종인 음이온 부족형 비화학양론 리튬인산철의 올리빈 결정구조는 도 1a와 같고, 도 1b는 올리빈 리튬인산철에서 음이온 빈자리 결함이 발생될 수 있는 위치를 간략하게 보여준다.Third is an anion deficient nonstoichiometric compound and the formula is represented by MX 1 -z . In this chemical formula, the composition ratio of cation (M y + ) is 1, which means that all the lattice points where cation (M y + ) should be present in the MX crystal structure are all arranged, and the composition ratio of anion (X y − ) is 1 being the -z anion (X y -) did not fill all of the all of the grid points to have the means to condition the replacement for as long as z moles formed. These defects are called Schottky defects in crystallography, and more specifically anion vacancies defects. When there is 1 mole of positively charged positive ion (M y + ) and 1 mole of negatively charged anion (X y − ) less than 1, charge neutrality cannot be achieved. Common cations in ceramic materials are transition metal cations, and the oxidation number of the transition metal can be changed in a certain region, but the oxidation number of the anion is difficult to change. Thus, the cation is not positive charge of + y but + y '(y' = y (1-z)) cation (M y ' + ), the oxidation number of the cation decreases from + y to + y'. For quick understanding, for example, the olivine crystal structure of anion-deficient non-stoichiometric lithium iron phosphate, which is a kind of anion-deficient non-stoichiometric lithium transition metal polyacid compound according to the present invention, is the same as that of FIG. An illustration of where anion vacancies defects can occur in olivine iron phosphate is shown.
네 번째는 음이온 과잉형 비화학양론 화합물이고 화학식은 MX1 +z으로 표현된다. 이 화학식에서 양이온(My +)의 조성비가 1인 것은 MX 결정구조에서 양이온(My +)이 있어야 할 모든 격자점에 모두 배치되어 있는 상태를 의미하고 음이온(Xy -)의 조성비가 1+z인 것은 음이온(Xy -)이 있어야 할 모든 격자점을 모두 채우고 초과분 z몰의 음이온(Xy -)이 자기 자리가 아닌 격자간 위치에 배열된 상태를 의미한다. 이러한 점결함을 결정학에서는 Frenkel 결함, 더욱 상세하게는 격자간 음이온 결함이라고 한다. +y의 양전하를 가진 양이온(My +)이 1몰이 있고 -y의 양전하를 가진 음이온(Xy -)이 1보다 많은 1+z몰이 있을 때는 전하 중성을 이룰 수 없게 된다. 따라서, 양이온 은 +y의 양전하가 아닌 +y'(y' = y(1+z))의 양이온(My' +)으로 양이온의 산화수가 +y에서 +y'으로 증가하게 된다. Fourth is an anion excess nonstoichiometric compound and the formula is represented by MX 1 + z . In this chemical formula, the composition ratio of cation (M y + ) is 1, which means that all the lattice points where cation (M y + ) should be present in the MX crystal structure are all arranged, and the composition ratio of anion (X y − ) is 1 + z means that all the lattice points where anions (X y − ) should be present are filled, and the excess z moles of anions (X y − ) are arranged at positions between lattice positions rather than magnetic sites. This point defect is called a Frenkel defect in crystallography, more particularly an inter-grid anion defect. When there is 1 mole of positively charged cation (M y + ) and 1 mole of positively charged anion (X y − ) greater than 1, charge neutrality cannot be achieved. Therefore, the cation is + y '(y' = y (1 + z)) cation (M y ' + ), not the positive charge of + y, the oxidation number of the cation increases from + y to + y'.
이와 같이, 전기화학 특성이 상대적으로 우수한 +2 산화 상태 철로만 구성된 리튬인산철을 제조하기 위해서 양이온의 산화수를 감소시킬 수 있는 양이온 과잉형 비화학양론 리튬인산철(Frenkel 결함, 격자간 양이온 결함)와 음이온 부족형 비화학양론 리튬인산철(Schottky 결함, 음이온 빈자리 결함) 중에서 선택해서 공정설계를 할 수 있다. 하지만 Frenkel 결함을 활성화시키는 에너지가 Schottky 결함을 활성화시키는 에너지보다 월등히 높다는 단점이 있다. As such, in order to produce lithium iron phosphate composed only of +2 oxide iron, which is relatively excellent in electrochemical properties, the cation excess non-stoichiometric lithium iron phosphate (Frenkel defect, interstitial cation defect) can reduce the oxidation number of cations The process design can be selected from among the anion-deficient non-stoichiometric iron phosphate (Schottky defect, anion void defect). The disadvantage is that the energy that activates the Frenkel defect is significantly higher than the energy that activates the Schottky defect.
본 발명에 따른 음이온 부족형 비화학양론 리튬 전이금속 다중산 화합물은 고용량, 긴 수명 및 저가격 장점을 가진다. The anion deficient non-stoichiometric lithium transition metal polyacid compound according to the present invention has the advantages of high capacity, long life and low cost.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 종래 화학양론 리튬 전이금속 다중산 화합물에 비해 물리적 및 화학적 안정성이 높아 불순물 생성을 억제하고, 전지의 고용량, 긴 수명 특성 및 향상된 출력 특성을 도모할 수 있을 뿐만 아니라 균질한 극판을 제조할 수 있어 전지 제조 불량률 감소와 전지의 수명 특성도 향상시킬 수 있는 화합물 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.The problem to be solved by the present invention is that the physical and chemical stability is higher than the conventional stoichiometric lithium transition metal polyacid compound to suppress the generation of impurities, to achieve high capacity, long life and improved output characteristics of the battery The present invention provides a compound capable of producing a homogeneous electrode plate, which can reduce battery manufacturing defect rate and improve battery life characteristics, and a method of manufacturing the same.
본 발명자들은 리튬 전이금속 다중산 화합물 제조시, 불순물 생성에 큰 영향을 미칠 수 있는 전이금속의 산화상태를 음이온의 비율을 조절함으로써 제어할 수 있음을 발견하여 본 발명에 이르게 되었다. The present inventors have found that the oxidation state of the transition metal, which may have a great influence on the generation of impurities, can be controlled by adjusting the proportion of anions in the preparation of the lithium transition metal polyacid compound.
본 발명은, 음이온 부족형 비화학양론 리튬 전이금속 다중산 화합물을 제공하고, 아울러 그 제조방법 및 그를 이용한 전극 및 상기 전극을 구비하는 전기화학 소자를 제공한다. The present invention provides an anion deficient non-stoichiometric lithium transition metal polyacid compound, and also provides a method for producing the same, an electrode using the same, and an electrochemical device having the electrode.
본 발명에 따른 화합물은 하기 화학식 1 내지 화학식 3으로 표기되는, 음이온 부족형 비화학양론 리튬 전이금속 다중산 화합물이다. The compound according to the present invention is an anion deficient non-stoichiometric lithium transition metal polyacid compound represented by the following general formulas (1) to (3).
[화학식 1][Formula 1]
Li1 - xFeA1 - aO4 -b (0≤x≤0.15, 0<a≤0.05, 0<b≤0.2) Li 1 - x FeA 1 - a O 4 -b (0≤x≤0.15, 0 <a≤0.05, 0 <b≤0.2)
[화학식 2][Formula 2]
Li1 - yBzFeA1 - aO4 -b (0≤y≤0.2, 0≤z≤0.05, 0<a≤0.05, 0<b≤0.2) Li 1 - y B z FeA 1 - a O 4 -b (0≤y≤0.2, 0≤z≤0.05, 0 <a≤0.05, 0 <b≤0.2)
[화학식 3](3)
Li1 - xFe(PO4)1-a (0≤x≤0.15이고, 0<a≤0.05)Li 1 - x Fe (PO 4 ) 1-a (0 ≦ x ≦ 0.15, 0 <a ≦ 0.05)
상기 식들에서, A는 4배위 구조를 갖는 원소들로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소이며, B는 알카리 토금속 원소 및 3B족 원소로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 원소이다. In the above formulas, A is at least one element selected from the group consisting of elements having a coordination structure, and B is at least one element selected from the group consisting of alkaline earth metal elements and group 3B elements.
또한 본 발명은 다음과 같은 음이온 부족형 비화학양론 리튬 전이금속 다중산 화합물의 제조방법을 제공한다. In another aspect, the present invention provides a method for producing an anion-deficient non-stoichiometric lithium transition metal polyacid compound as follows.
(a)상기 화학식 1 내지 화학식 3에서 지정된 조성비를 얻기 위해 반응물들인 Fe 전구체 화합물, 4배위 구조를 갖는 원소들로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소인 A를 포함하는 다중산 화합물, 알칼리화제 및 리튬 전구체 화합물을 혼합하여 리튬 전이금속 다중산 화합물 전구체를 생성하는 단계; (a) a polyacid compound, an alkalizing agent comprising A, which is at least one element selected from the group consisting of Fe precursor compounds which are reactants, elements having a four coordination structure, in order to obtain the composition ratio specified in the
(b)상기 단계 (a)의 리튬 전이금속 다중산 화합물 전구체를 온도 200 ~ 700℃, 압력 180 ~ 550bar의 반응조건 하에서 물과 혼합하여 비화학양론 리튬 전이금속 다중산 화합물을 생성 및 건조하는 단계;(b) mixing and producing a non-stoichiometric lithium transition metal multiacid compound by mixing the lithium transition metal multiacid compound precursor of step (a) with water under a reaction condition of a temperature of 200 to 700 ° C. and a pressure of 180 to 550 bar. ;
(c)상기 단계 (b)의 결과물을 하소(calcination)하거나, 또는 과립화한 후 하소하는 단계를 포함한다. (c) calcining the result of step (b) or granulating and calcining.
본 발명은 종래 화학양론 리튬 전이금속 다중산 화합물보다 향상된 전지특성을 부여하는 음이온 부족형 비화학양론 리튬 전이금속 다중산 화합물, 그 제조방법 및 그를 이용한 전극, 및 상기 전극을 구비하여 고용량 및 장수명 특성을 나타내는 전기화학 소자를 제공한다.The present invention provides an anion-deficient non-stoichiometric lithium transition metal multiacid compound that provides improved battery characteristics over conventional stoichiometric lithium transition metal multiacid compounds, a method for preparing the same, and an electrode using the same, and a high capacity and a long lifespan. It provides an electrochemical device representing.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다. EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, this invention is demonstrated in detail.
본 발명의 지정된 조성비율의 음이온 부족형 비화학양론 리튬 전이금속 다중산 화합물은 하기 화학식 1 및 화학식 2로 표기된다. Anion-deficient non-stoichiometric lithium transition metal polyacid compound of the specified composition ratio of the present invention is represented by the following general formula (1) and (2).
상기 식에서, A는 4배위 구조를 갖는 원소들로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소이며, B는 알카리 토금속 원소 및 3B족 원소로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 원소이다. In the above formula, A is at least one element selected from the group consisting of elements having a coordination structure, and B is at least one element selected from the group consisting of alkaline earth metal elements and group 3B elements.
상기 화학식 1 또는 화학식 2에서, 4배위 구조를 갖는 A는 P, Ti, V, Si 등일 수 있다. 또한, B는 Al, Mg 또는 Ti 등일 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니다. In
또한 화학식 1 및 2에 있어서 a는 0.01≤a≤0.05인 것이 바람직하고, 0.03≤a≤0.05인 것이 더 바람직하다.In formulas (1) and (2), a is preferably 0.01 ≦ a ≦ 0.05, and more preferably 0.03 ≦ a ≦ 0.05.
본 발명에 따른 음이온 부족형 비화학양론 리튬 전이금속 다중산 화합물의 구체적인 예는, 아래 화학식 3으로 표시되는 화합물이다. Specific examples of the anion-deficient non-stoichiometric lithium transition metal polyacid compound according to the present invention are compounds represented by the following formula (3).
상기 식에서, 0≤x≤0.15이고, 0<a≤0.05이다. 또한 바람직하게는, 0.01≤a≤0.05이고, 더욱 바람직하게는 0.03≤a≤0.05이다. In the above formula, 0 ≦ x ≦ 0.15 and 0 <a ≦ 0.05. Also preferably, it is 0.01 ≦ a ≦ 0.05, and more preferably 0.03 ≦ a ≦ 0.05.
상기 화학식 1, 화학식 2 및 화학식 3에서, 리튬이온 몰비의 범위는 음이온 부족형 비화학양론 리튬 전이금속 다중산 화합물의 구성성분으로서의 리튬이온에 대한 것이다. 실제로 전극 활물질인 리튬 전이금속 다중산 화합물을 제조할 때 하소 공정 동안 휘발되는 리튬을 보상하거나 리튬이차전지의 방전용량을 최대화하기 위하여 통상적으로 과량의 리튬 전구체 화합물을 반응물로 도입하므로, 제조된 리튬 전이금속 다중산 화합물에 함유된 리튬이온의 몰비는 상기 식들에서의 리튬이온 몰비보다 높을 수 있다. 그러나 상기와 같은 목적을 위해 도입된 리튬이온은 본 발명에 따른 음이온 부족형 비화학양론 리튬 전이금속 다중산 화합물에 함유된 것이 아니라 전기화학 활성을 갖는 불순물의 형태로 존재한다. 대표적인 예가 결정표면결함으로 존재하는 리튬이온이다.In the
본 발명에 따라 제조되는 음이온 부족형 비화학양론 리튬 전이금속 다중산 화합물의 형태는 특별한 제한은 없으나, 구형인 것이 바람직하다. 이때 과립화 이 전의 입자의 크기는 0.01μm 내지 1μm 범위가 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니다. 과립화 이후의 입자의 크기는 1μm 내지 20μm 범위가 바람직하다. 입자의 크기가 1μm 미만인 경우 비표면적이 너무 크고 전극 제조가 용이하지 않을 수 있으며, 입자의 크기가 20μm를 초과할 경우 균질한 슬러리 형성이 힘들고 전극 제조시 박층의 두께 균일성을 악화시켜 전지 불량을 초래할 염려가 있다. 상기 음이온 부족형 비화학양론 리튬 전이금속 다중산 화합물은 구조적 안정성 및 우수한 물성을 나타내는 범위 하에서 이들의 형태, 크기 및 크기분포 등의 조절이 가능하다. The form of the anion-deficient non-stoichiometric lithium transition metal polyacid compound prepared according to the present invention is not particularly limited, but is preferably spherical. In this case, the size of the particles before granulation is preferably in the range of 0.01 μm to 1 μm, but is not limited thereto. The size of the particles after granulation is preferably in the range of 1 μm to 20 μm. If the particle size is less than 1 μm, the specific surface area may be too large and the electrode may not be easy to manufacture. If the particle size exceeds 20 μm, it may be difficult to form a homogeneous slurry, and the thickness uniformity of the thin layer may be degraded during electrode production, thereby preventing battery defects. There is a concern. The anion-deficient non-stoichiometric lithium transition metal polyacid compound is capable of controlling their shape, size and size distribution under a range showing structural stability and excellent physical properties.
본 발명은 전술한 음이온 부족형 비화학양론 리튬 전이금속 다중산 화합물은 전극 활물질, 특히 2차전지의 양극 활물질로서 적합하다. The anion-deficient non-stoichiometric lithium transition metal polyacid compound described above is suitable as an electrode active material, particularly as a cathode active material of a secondary battery.
상기 전극의 제조방법으로는 당 기술 분야에 알려져 있는 통상의 방법을 이용할 수 있으며, 이의 일 실시예를 들면, 상기 음이온 부족형 비화학양론 리튬 전이금속 다중산 화합물을 양극 활물질로 사용하여 결착제와 혼합 후 전극 슬러리를 제조하고, 제조된 전극 슬러리를 전류 집전체에 코팅함으로써 전극을 제조할 수 있다. 이때, 도전제를 사용할 수도 있다. As the method for preparing the electrode, a conventional method known in the art may be used. For example, the anion-deficient non-stoichiometric lithium transition metal polyacid compound may be used as a positive electrode active material. An electrode may be prepared by preparing an electrode slurry after mixing and coating the prepared electrode slurry on a current collector. At this time, a conductive agent can also be used.
본 발명은 (a) 전술한 음이온 부족형 비화학양론 리튬 전이금속 다중산 화합물을 포함하는 양극, (b) 음극, (c) 분리막, 및 (d) 전해질을 포함하는 전기화학 소자를 제공한다. 전기화학 소자는 전기화학반응을 하는 모든 소자를 포함하며, 구체적인 예를 들면, 각종의 2차 전지, 연료전지, 태양전지, 메모리 소자, 및 하이브리드 캐패시터 (P-EDLC)를 비롯한 캐퍼시터 등이 있다. 특히, 상기 2차 전지 중 리튬 금속 이차전지, 리튬 이온 이차전지, 리튬 이온 폴리머 이차전지 또는 리튬 금 속 폴리머 이차전지 등을 포함하는 리튬이차전지가 바람직하다. The present invention provides an electrochemical device comprising (a) a positive electrode comprising an anion-deficient non-stoichiometric lithium transition metal polyacid compound, (b) a negative electrode, (c) a separator, and (d) an electrolyte. Electrochemical devices include all devices that undergo an electrochemical reaction, and specific examples thereof include various secondary cells, fuel cells, solar cells, memory devices, and capacitors including hybrid capacitors (P-EDLC). In particular, a lithium secondary battery including a lithium metal secondary battery, a lithium ion secondary battery, a lithium ion polymer secondary battery, or a lithium metal polymer secondary battery is preferable.
본 발명의 전기화학 소자는 당 기술 분야에 알려져 있는 통상적인 방법으로 양극과 음극 사이에 다공성의 분리막을 넣고 전해질을 투입하여 제조될 수 있다. The electrochemical device of the present invention may be prepared by inserting a porous separator between an anode and a cathode by a conventional method known in the art, and then introducing an electrolyte.
본 발명의 양극과 함께 적용될 음극, 전해질, 분리막은 특별한 제한이 없으며, 종래 전기화학 소자에 사용될 수 있는 통상적인 것을 사용할 수 있다. The negative electrode, the electrolyte, and the separator to be applied together with the positive electrode of the present invention are not particularly limited, and conventional ones that may be used in the conventional electrochemical device may be used.
본 발명의 지정된 조성비율의 음이온 부족형 비화학양론 리튬 전이금속 다중산 화합물은 당 기술 분야에 알려진 아임계수 또는 초임계수를 활용한 수열합성법을 기반으로 반응물 혼합비율 및 반응 온도 (200 ~ 700℃), 반응 압력 (180 ~ 550bar) 등 공정의 변화를 통해 제조될 수 있다.The anion-deficient non-stoichiometric lithium transition metal polyacid compound of the specified composition ratio of the present invention is based on the hydrothermal synthesis method using subcritical or supercritical water known in the art, and the reaction mixture ratio and reaction temperature (200-700 ° C.) In addition, the reaction pressure (180 ~ 550bar) can be prepared through a process change.
반응온도가 200℃ 미만인 경우에는 단일상의 고결정성 음이온 부족형 비화학양론 리튬 전이금속 다중산 화합물을 얻기에 부적합하며, 온도가 700℃보다 높으면 제조장치의 재질 코스트가 증가한다.If the reaction temperature is less than 200 ℃ unsuitable to obtain a single-phase high crystalline anion deficient non-stoichiometric lithium transition metal polyacid compound, if the temperature is higher than 700 ℃ the material cost of the manufacturing apparatus increases.
리튬, 나트륨, 칼륨과 같은 알칼리금속 수산화물은 상온, 상압에서 물에 대한 용해도가 높지만, 고온 고압상태가 되어 물의 밀도가 낮아지면 용해도가 현저하게 감소한다. LiOH의 경우, 용해도를 현저히 감소시키기 위해 180 내지 550bar의 압력 및 200 내지 700℃의 온도를 함께 유지하는 것이 필요하다. Alkali metal hydroxides such as lithium, sodium, and potassium have high solubility in water at room temperature and atmospheric pressure, but when the density of water decreases due to high temperature and high pressure, the solubility decreases significantly. In the case of LiOH, it is necessary to maintain a pressure of 180 to 550 bar and a temperature of 200 to 700 ° C. together to significantly reduce the solubility.
통상적으로, 리튬 전이금속 다중산 화합물은 고상반응법, 용융염소결법, 졸-겔법, 분무 열분해법, 공침-소결법, 습식침전법, 수열법 등 다양한 방법으로 제조할 수 있다. 그러나, 리튬 전이금속 다중산 화합물은 제조법에 따라, 원하는 조성이나 전이금속 산화수를 가지는 것이 아니라, 다양한 불순물 함유량을 가지게 되 어, 소재 및 전지 특성면에서 큰 편차를 보인다.Typically, the lithium transition metal polyacid compound may be prepared by various methods such as solid phase reaction, melt sintering, sol-gel, spray pyrolysis, coprecipitation-sintering, wet precipitation, and hydrothermal methods. However, the lithium transition metal polyacid compound does not have a desired composition or transition metal oxide number depending on the preparation method, but has various impurity contents, thereby showing a large variation in material and battery characteristics.
예를 들어 습식 침전법에서는 비화학양론 다성분계 리튬 전이금속 다중산 화합물을 이루는 각 성분의 결정화 속도가 서로 상이하여 고용체(solid solution) 특성이 저하된 결정구조가 수득될 뿐만 아니라, 입자의 크기가 나노 단위로 너무 작아서 전극 활물질로 활용하기가 어렵다. For example, in the wet precipitation method, the crystallization rate of each component constituting the non-stoichiometric multicomponent lithium transition metal polyacid compound is different from each other to obtain a crystal structure in which solid solution properties are lowered, and the particle size is increased. Too small in nano units makes it difficult to utilize as an electrode active material.
이에, 본 발명에서는 지정된 조성비율의 음이온 부족형 비화학양론 다성분계 리튬 전이금속 다중산 화합물 초미립자를 아임계수 또는 초임계수를 이용한 수열합성법으로 생성시킨 후 하소하거나, 또는 과립화한 후 하소함으로써 결정성 및 결정들 간의 밀착도를 향상시킨 균질한 음이온 부족형 비화학양론 리튬 전이금속 다중산 화합물을 제조하며, 상기 음이온 부족형 비화학양론 리튬 전이금속 다중산 화합물의 제조방법에 의하면 건식소성법 및 습식침전법에 비해 용이하게 균질한 고용체를 형성할 수 있다. Accordingly, in the present invention, the anion-deficient non-stoichiometric multicomponent lithium transition metal multiacid compound ultrafine particles having a specified composition ratio are produced by calcining hydrothermal synthesis using subcritical water or supercritical water, or calcined, or calcined and calcined and then crystallized. And preparing a homogeneous anion deficient non-stoichiometric lithium transition metal polyacid compound with improved adhesion between the crystals, and according to the method for preparing the anion deficient non-stoichiometric lithium transition metal polyacid compound according to the dry firing method and wet precipitation. It is possible to form a homogeneous solid solution more easily than the law.
또한, 기존 공침법 등의 습식 침전법에 의한 리튬 전이금속 다중산 화합물은 12 내지 48시간 정도의 생성물 제조 시간이 요구될 뿐만 아니라, 상기 화합물은 리튬 성분이 함유되어 있지 않아 리튬 확산 및 결정 생성을 위해 충분한 열처리 시간을 필요로 한다. 이에 비해, 본 발명에서는 고온 및 고압에서 수 초 정도 처리하면 음이온 부족형 비화학양론 리튬 전이금속 다중산 화합물이 형성될 수 있다. 또한 열처리 전 상태에서 이미 리튬 성분을 함유하고 있어 별도의 혼합 공정이 불필요할 뿐만 아니라, 열처리를 통한 최종 전극 활물질 생성 시간이 단축될 수 있다. 특히, 이온 전도도가 낮은 올리빈 결정 구조형 음이온 부족형 비화학양론 리튬 전이금속 다중산 화합물 등과 같이 입자 크기가 작은 물질이 필요한 경우 별도의 초미립화 공정 없이 초미세 입자를 용이하게 생성할 수 있다. In addition, the lithium transition metal polyacid compound by the wet precipitation method such as the existing coprecipitation method requires a product preparation time of about 12 to 48 hours, and the compound does not contain a lithium component, thereby preventing lithium diffusion and crystal formation. Sufficient heat treatment time is required. In contrast, in the present invention, the anion-deficient non-stoichiometric lithium transition metal polyacid compound may be formed by treatment for several seconds at high temperature and high pressure. In addition, since the lithium component is already contained before the heat treatment, a separate mixing process is not required, and a time for generating the final electrode active material through heat treatment may be shortened. In particular, when a small particle size is required, such as an olivine crystal structure type anion deficient non-stoichiometric lithium transition metal polyacid compound having low ion conductivity, ultrafine particles can be easily generated without a separate ultrafine atomization process.
기존 공침법 등의 습식 침전법과 본 발명의 제조방법의 차이는 두 반응 메커니즘 사이의 차이로 용이하게 구분할 수 있다. The difference between the wet precipitation method such as the existing coprecipitation method and the manufacturing method of the present invention can be easily distinguished by the difference between the two reaction mechanisms.
일 예로, 기존 공침법에 의한 반응 메커니즘은 다음과 같이 두 단계로 구분된다. For example, the reaction mechanism by the conventional coprecipitation method is divided into two steps as follows.
(a) 공침 공정 : 3LiNO3 + 3Fe(NO3)2·nH2O + 3(NH4)2HPO4 → Fe3(PO4)2·nH2O + Li3PO4 + 6NH3 + 9HNO3 ; (a) coprecipitation step: 3LiNO 3 + 3Fe (NO 3 ) 2 · nH 2 O + 3 (NH 4) 2
(b) 하소 공정 : Fe3(PO4)2·nH2O + Li3PO4 → 3LiFePO4 + nH2O. (b) calcination process: Fe 3 (PO 4 ) 2 · nH 2 O + Li 3 PO 4 → 3LiFePO 4 + nH 2 O.
본 발명의 제조방법에 의한 반응 메커니즘을 편리한 이해를 위해 화학양론 리튬인산철을 기준으로 표현하면 다음과 같다. Expressed on the basis of the stoichiometric lithium iron phosphate for convenient understanding of the reaction mechanism by the production method of the present invention is as follows.
FeSO4·7H2O + H3PO4 + LiOH → LiFePO4 + H2SO4 + 8H2O. FeSO 4 7H 2 O + H 3 PO 4 + LiOH → LiFePO 4 + H 2 SO 4 + 8H 2 O.
두 반응 메커니즘의 차이에서 알 수 있듯이 기존 공침법의 경우는 습식공정에서 생성된 Fe3(PO4)2·nH2O와 Li3PO4가 건식 하소공정을 거치면서 두 생성물의 고상반응을 통해서만 올리빈 결정 구조형 리튬인산철(LiFePO4)을 얻을 수 있는 반면, 본 발명의 제조방법의 경우는 습식의 단일공정으로 음이온 부족형 비화학양론 리튬인산철 다중산 화합물을 얻을 수 있다. 본 발명의 음이온 부족형 비화학양론 리튬인산철 다중산 화합물 제조에는 하소공정이 포함되어 있지만 이는 제조된 음이온 부 족형 비화학양론 리튬인산철의 결정성 향상을 위한 것이다. As can be seen from the difference between the two reaction mechanisms, in the case of the conventional coprecipitation method, Fe 3 (PO 4 ) 2 nH 2 O and Li 3 PO 4 generated in the wet process are subjected to dry calcination process only through solid phase reaction of the two products. While the olivine crystal structure type lithium iron phosphate (LiFePO 4 ) can be obtained, in the case of the production method of the present invention, an anion-deficient non-stoichiometric lithium iron phosphate polyacid compound can be obtained by a single wet process. The anion-deficient non-stoichiometric lithium iron phosphate polyacid compound of the present invention includes a calcination process, but this is for improving the crystallinity of the produced anion-free non-stoichiometric lithium iron phosphate.
특정 조성비율의 음이온 부족형 비화학양론 다성분계 리튬 전이금속 다중산 화합물을 얻기 위한 조성비율 제어 변수로는 상기 전이금속 전구체 화합물, 다중산 화합물, 알칼리화제, 리튬 전구체 화합물 및 물의 혼합비율, 혼합액의 pH, 반응 온도, 반응 압력이 있으므로, 이 변수들의 조합에 따라 음이온 부족형 비화학양론 다성분계 리튬 전이금속 다중산 화합물의 조성비율을 지정할 수 있다. 그러나, 변수들의 조합에 따라 음이온 부족형 비화학양론 다성분계 리튬 전이금속 다중산 화합물의 조성비율이 변할 수 있으므로, 특정 조성비율에 대한 변수별 최적의 수치가 정해질 수는 있지만 1개의 변수 조합으로 한정되는 것은 아니다. Composition ratio control parameters for obtaining the anion-deficient non-stoichiometric multicomponent lithium transition metal polyacid compound having a specific composition ratio include a mixture ratio of the transition metal precursor compound, the polyacid compound, the alkalizing agent, the lithium precursor compound and water, and the mixed solution. Since there are pH, reaction temperature, and reaction pressure, the composition ratio of the anion-deficient non-stoichiometric multicomponent lithium transition metal polyacid compound can be specified according to the combination of these variables. However, since the composition ratio of the anion-deficient non-stoichiometric multicomponent lithium transition metal multiacid compound may vary according to the combination of variables, an optimal value for each variable for a specific composition ratio may be determined. It is not limited.
제조방법의 바람직한 실시예를 들면, (a) 상기 화학식 1 내지 화학식 3에서 지정된 조성비를 얻기 위해 반응물인 Fe 전구체 화합물, 4배위 구조를 갖는 원소들로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소인 A를 포함하는 다중산 화합물, 알칼리화제 및 리튬 전구체 화합물을 특정비율로 혼합하여 리튬 전이금속 다중산 화합물 전구체를 생성하는 단계; (b) 상기 단계 (a)의 리튬 전이금속 다중산 화합물 전구체를 아임계 또는 초임계 조건하에서 물과 혼합하여 비화학양론 리튬 전이금속 다중산 화합물을 생성 및 건조하는 단계; (c) 상기 단계 (b)의 결과물을 하소(calcination)하거나, 또는 과립화한 후 하소하여 결정성 향상과 결정들 간의 밀착도를 향상시키는 단계를 포함한다. For a preferred embodiment of the manufacturing method, (a) to obtain a composition ratio specified in the formulas (1) to (3) is a Fe precursor compound, a reactant, A is at least one element selected from the group consisting of elements having a coordination structure Mixing a multiacid compound, an alkalizing agent, and a lithium precursor compound including a specific ratio to produce a lithium transition metal multiacid compound precursor; (b) mixing the lithium transition metal polyacid compound precursor of step (a) with water under subcritical or supercritical conditions to produce and dry a non-stoichiometric lithium transition metal multiacid compound; (c) calcining the result of step (b) or calcining after granulation to improve crystallinity and adhesion between the crystals.
이하 상기 각 단계에 대해 좀 더 자세히 설명한다.Each step will be described in more detail below.
단계 a) : 반응물인 Fe 전구체 화합물, A를 포함하는 다중산 화합물, 알칼리화제 및 리튬 전구체 화합물을 특정비율로 혼합하여 리튬 전이금속 다중산 화합물 전구체를 생성 Step a): mixing a reactant Fe precursor compound, a polyacid compound including A, an alkalizing agent and a lithium precursor compound in a specific ratio to generate a lithium transition metal polyacid compound precursor
상기 Fe 전구체 화합물로는 Fe를 포함하는 염으로서 이온화가 가능한 화합물이라면 특별한 제한이 없다. 바람직하게는 수용성 화합물이다. 상기 Fe 전구체 화합물의 비제한적인 예로는 Fe를 포함하는 알콕사이드, 나이트레이트, 아세테이트, 할로겐화물, 옥사이드, 카보네이트, 옥살레이트, 설페이트 또는 이들의 조합을 포함하는 염 등이 있다. 특히, 질산염, 황산염, 아세트산염 등이 바람직하다. The Fe precursor compound is not particularly limited as long as it is a compound capable of ionizing as a salt containing Fe. It is preferably a water-soluble compound. Non-limiting examples of such Fe precursor compounds include alkoxides, nitrates, acetates, halides, oxides, carbonates, oxalates, sulfates containing salts, or salts including combinations thereof. In particular, nitrate, sulfate, acetate, etc. are preferable.
상기 다중산 화합물로는 다중산을 포함하는 염으로서 이온화가 가능한 화합물이라면 특별한 제한이 없다. 바람직하게는 수용성 화합물이다. 상기 다중산 화합물의 비제한적인 예로는 다중산, 다중산을 포함한 암모늄, 수소암모늄, 알콕시드, 나이트레이트, 아세테이트, 할로겐화물, 하이드록사이드, 옥사이드, 카보네이트, 옥살레이트, 설페이트 등이 있으며, 이러한 다중산염들은 1종 이상 포함하거나 또는 이들의 혼합물도 사용 가능하다. The polyacid compound is not particularly limited as long as it is a compound capable of ionizing as a salt containing polyacid. It is preferably a water-soluble compound. Non-limiting examples of the polyacid compound include polyacids, ammonium, hydrogenammonium, alkoxides, nitrates, acetates, halides, hydroxides, oxides, carbonates, oxalates, sulfates, and the like including polyacids. The polyacid salts may contain one or more or a mixture thereof.
상기 알칼리화제는 반응액을 알칼리성으로 만들어주기만 하면 특별한 제한이 없다. 상기 알칼리화제의 비제한적인 예로는 알칼리금속 수산화물(NaOH, KOH 등), 알칼리토금속 수산화물(Ca(OH)2, Mg(OH)2 등), 암모니아 화합물(암모니아수, 질산암모늄 등) 또는 이들의 혼합물 등이 있다. The alkalizing agent is not particularly limited as long as the reaction solution is made alkaline. Non-limiting examples of the alkalizing agent include alkali metal hydroxides (NaOH, KOH, etc.), alkaline earth metal hydroxides (Ca (OH) 2 , Mg (OH) 2, etc.), ammonia compounds (ammonia water, ammonium nitrate, etc.) or mixtures thereof Etc.
상기 리튬 전구체 화합물로는 리튬을 함유하며 이온화가 가능한 수용성 염이라면 제한 없이 사용 가능하며, 이의 비제한적인 예로는 리튬 나이트레이트, 리튬 아세테이트, 수산화 리튬, 리튬 설페이트 등이 있다. 특히, 수산화 리튬은 리튬 공 급원 역할 뿐만 아니라 알칼리성을 증대시키는 역할도 하기 때문에 바람직하다. Li/Fe의 몰 비는 1.0 내지 20이 적합하며, 바람직하게는 1.0 내지 10이다. Li/Fe의 몰 비가 지나치게 작은 경우 비화학양론 리튬 전이금속 다중산 화합물을 구성하기 위한 적은 양의 리튬이 반응에 참여하기 때문에 리튬과 반응하지 못한 전이금속 화합물, 예컨대 산화 전이금속 등의 불순물이 생기게 되어 목표 물질의 순도가 낮아지게 된다. 상기 비율이 지나치게 클 경우 리튬이 남게 되어 배출액으로부터 회수 혹은 폐기해야 하기 때문에 경제성이 저하된다. The lithium precursor compound may be used without limitation as long as it contains a lithium and ionizable water-soluble salt, non-limiting examples thereof include lithium nitrate, lithium acetate, lithium hydroxide, lithium sulfate and the like. In particular, lithium hydroxide is preferable because it not only serves as a lithium source but also increases alkalinity. The molar ratio of Li / Fe is suitably 1.0 to 20, preferably 1.0 to 10. If the molar ratio of Li / Fe is too small, small amounts of lithium to form the non-stoichiometric lithium transition metal polyacid compound participate in the reaction, resulting in impurities such as transition metal compounds that cannot react with lithium, such as oxide transition metals. This lowers the purity of the target material. If the ratio is too large, lithium remains and economical efficiency is lowered because it has to be recovered or discarded from the discharge liquid.
상기 혼합물의 알칼리 당량비는 가능하면 1 내지 10인 것이 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니다. 이때, 알칼리 당량비는 알칼리화제와 수산화 리튬 등으로부터 오는 수산 이온의 당량수와 Fe 전구체 화합물과 리튬 전구체 화합물로부터 오는 산성기(NO3, SO4)와의 당량비로 정의된다. 상기 알칼리 당량비가 지나치게 작을 경우 생성물 중에 불순물이 존재하게 되며, 또한 상기 알칼리 당량비가 지나치게 클 경우 폐수의 알칼리성 성분이 과도하게 높아지게 된다. The alkali equivalent ratio of the mixture is preferably 1 to 10, but is not limited thereto. In this case, the alkali equivalent ratio is defined as the equivalent ratio of the number of equivalents of hydroxyl ions coming from the alkalizing agent and lithium hydroxide, and the acid groups (NO 3 , SO 4 ) coming from the Fe precursor compound and the lithium precursor compound. When the alkali equivalence ratio is too small, impurities are present in the product, and when the alkali equivalence ratio is too large, the alkaline component of the wastewater becomes excessively high.
상기 Fe 전구체 화합물, 다중산 화합물과 알칼리화제 및 리튬 전구체 화합물을 혼합시, 이들은 한꺼번에 물과 혼합되거나, 물과 각각 혼합하여 투입될 수 있으며, 또는 Fe 전구체 화합물과 다중산 화합물을 알칼리화제 및 리튬 전구체 화합물과 먼저 혼합한 후 물에 넣어 혼합될 수도 있다. When the Fe precursor compound, the polyacid compound and the alkalizing agent and the lithium precursor compound are mixed, they may be mixed with water or mixed with water at once, or the Fe precursor compound and the polyacid compound may be added with the alkalizing agent and the lithium precursor. The compound may be mixed first and then mixed with water.
단계 b): 리튬 전이금속 다중산 화합물 전구체를 아임계 또는 초임계 조건하에서 물과 혼합하여 음이온 부족형 비화학양론 리튬 전이금속 다중산 화합물을 생성 및 건조 Step b) : Mixing the lithium transition metal polyacid compound precursor with water under subcritical or supercritical conditions to produce and dry anion deficient non stoichiometric lithium transition metal multiacid compound
반응 압력과 반응 온도는 지정된 조성비율의 음이온 부족형 비화학양론 리튬 전이금속 다중산 화합물이 제조될 수 있도록 적합하여야 한다. 이때 아임계 또는 초임계 조건은 200 내지 700℃ 범위의 고온에서 180 내지 550 bar의 압력을 의미하며, 지속적으로 조건을 유지하는 것이 적절하며, 연속식이면 더욱 바람직하다. The reaction pressure and reaction temperature should be suitable for the production of anion-deficient non-stoichiometric lithium transition metal polyacid compound of the specified composition ratio. At this time, the subcritical or supercritical conditions means a pressure of 180 to 550 bar at a high temperature in the range of 200 to 700 ℃, it is appropriate to maintain the conditions continuously, it is more preferable if the continuous.
또한 반응시의 pH는 4.0 보다 크고 9.0 이하인 것이 바람직하다. pH가 4.0 이하인 경우에는 제조된 음이온 부족형 비화학양론 리튬 전이금속 다중산 화합물이 낮은 pH 영역에서 용해되기 때문에 바람직하지 못하고, 9.0을 초과하는 경우에는 pH 조절을 위한 알칼리화제를 과량으로 투입해야 하므로, 세척 및 배출액 처리를 위한 별도의 추가 공정이 필요하기 때문에 경제성이 저하된다. 또한 혼합은 튜브 형태 등의 연속식 혼합기가 적합하다. 이와 같이, 혼합기에서 음이온 부족형 비화학양론 리튬 전이금속 다중산 화합물이 균질하게 형성된다.Moreover, it is preferable that pH at the time of reaction is larger than 4.0 and 9.0 or less. If the pH is 4.0 or less, it is not preferable because the prepared anion-deficient non-stoichiometric lithium transition metal polyacid compound is dissolved in a low pH range, and if it exceeds 9.0, an excessive amount of alkalizing agent for pH control should be added. Economics are reduced because of the need for additional additional processes for cleaning, flushing and effluent treatment. Mixing is also suitable for continuous mixers, such as in the form of tubes. As such, the anion-deficient non-stoichiometric lithium transition metal polyacid compound is homogeneously formed in the mixer.
단계 c): 단계 b)의 결과물을 건조한 후 하소하거나, 또는 과립화한 후 하소화 Step c): The resultant of step b) is calcined after drying or calcined after granulation
상기 단계 b)에서 생성된 음이온 부족형 비화학양론 리튬 전이금속 다중산 화합물은 결정성이 미흡하고 입자 크기가 0.01 내지 1μm 정도의 입도를 가지므로 매우 미세하여 리튬 이차 전지의 양극 활물질로 사용하기 부적합하므로, 단계 c)에서는 양극 활물질로 사용하기에 적합하게 결정성을 향상시키고 적절한 크기의 과립체를 만든다. 리튬 이차 전지의 양극 활물질은 입자 크기가 1 내지 20μm 정도의 입도를 갖는 것이 적절하다. The anion-deficient non-stoichiometric lithium transition metal polyacid compound produced in step b) is very fine because of insufficient crystallinity and a particle size of about 0.01 to 1 μm, which is not suitable for use as a positive electrode active material of a lithium secondary battery. Therefore, in step c), the crystallinity is improved and appropriately sized granules are suitable for use as the positive electrode active material. It is preferable that the positive electrode active material of the lithium secondary battery has a particle size of about 1 to 20 μm.
과립화 방법은 대개 건조와 동시에 이루어질 수 있는데, 분무건조법, 유동층건조법, 진동건조법 등 당 업계에 알려진 다양한 방법을 사용할 수 있다. 특히, 분무건조법은 구형 제조로 과립체의 탭밀도 등을 증가시킬 수 있기 때문에 바람직하다. 농축액을 건조하면서 과립화하기 전에 농축액 중에 잔존할 수 있는 불순물 염(예를 들면, NH4NO3염 등), 이온성 불순물(예를 들면, NO3 -, SO4 2 - 등) 등을 제거하기 위해 깨끗한 물로 세척할 수 있다. Granulation methods can usually be carried out simultaneously with drying, and various methods known in the art, such as spray drying, fluidized bed drying, and vibration drying, can be used. In particular, the spray drying method is preferable because the spherical production can increase the tap density of the granules. Impurity salt to remain in and drying the concentrate concentrate prior to the granulation (e.g., NH 4 NO 3 salt, etc.), ionic impurities (for example, NO 3 -, SO 4 2 - , etc.) removal and the like Can be washed with clean water.
또한, 하소 단계는 음이온 부족형 비화학양론 리튬 전이금속 다중산 화합물의 결정성을 향상시키고, 이들 간의 밀착도를 향상시키는 작용을 하기 때문에, 상기 단계 b)이후에 바로 실시하는 것이 바람직하다. 특히, 과립화 및 하소 단계를 연속적으로 수행할 경우 과립체를 구성하고 있는 1차 입자를 결정학적으로 안정화시키면서 성장시키게 되므로 보다 바람직하다. 하소 공정을 진행하지 않을 경우 결정이 안정화되지 못해서 전지의 초기 충방전 성능이 매우 좋지 않다. 이는 특히 안정화되지 못한 표면의 붕괴 현상으로 상기와 같은 현상이 나타난다. 또한, 양극 활물질의 비표면적이 크고 탭밀도가 낮아 양극 활물질로서 부피당 용량이 낮게 되므로 바람직하지 않다. In addition, since the calcination step serves to improve the crystallinity of the anion-deficient non-stoichiometric lithium transition metal polyacid compound and to improve the adhesion between them, it is preferable that the calcination step be performed immediately after the step (b). Particularly, when the granulation and calcining steps are continuously performed, the primary particles constituting the granules are grown while being crystallographically stabilized. If the calcination process is not carried out, the crystals are not stabilized and the initial charge / discharge performance of the battery is very poor. This is especially the case of such a phenomenon that the surface of the unstable collapse of the phenomenon. In addition, since the specific surface area of the positive electrode active material is large and the tap density is low, the capacity per volume is low as the positive electrode active material, which is not preferable.
하소 온도 범위로는 특별한 제한은 없으나, 500 내지 1200℃가 바람직하다. 500℃ 미만의 저온일 경우, 1차 입자 결정성이 부족하고 1차 입자간의 소결이 종료되지 않을 수 있어 비표면적이 크고, 탭밀도가 낮아지게 된다. 또한, 결정성 향상이 충분하지 못하고 물질이 충분히 안정화되지 못하여 충방전용량 전지수명, 출력 등과 같은 전지 성능이 저하된다. 1200℃를 초과하는 경우, 과도한 소결의 결과로 상분해와 같은 단점이 초래된다. There is no particular limitation on the calcination temperature range, but 500 to 1200 ° C is preferred. When the temperature is lower than 500 ° C., primary particle crystallinity may be insufficient and sintering between the primary particles may not be completed, resulting in a large specific surface area and lower tap density. In addition, the improvement of crystallinity is insufficient and the material is not sufficiently stabilized, thereby degrading battery performance such as charge / discharge battery life and output. If it exceeds 1200 DEG C, excessive sintering results in disadvantages such as phase decomposition.
상기 제조 단계 a), 단계 b), 단계 c)중 하나 이상의 단계의 전, 후 혹은 단계 중에 결착제, 소결조제, 도핑제, 코팅제, 환원제, 산화제, 산, 탄소 또는 탄소 전구체, 금속 산화물 및 리튬 화합물로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 첨가물을 추가적으로 가할 수 있다. Binder, sintering aid, dopant, coating agent, reducing agent, oxidizing agent, acid, carbon or carbon precursor, metal oxide and lithium before, after or during one or more of the steps a), b) and c) One or more additives selected from the group consisting of compounds may be added.
결착제는 과립체의 구형화, 입도 개선을 위해 사용될 수 있으며, 이의 비제한적인 예로는 물, 암모니아수, PVA(Poly vinly alcohol) 또는 이들의 혼합물 등이 있다. 소결조제는 과립체를 고온에서 소성할 때 소성 온도를 낮추거나 소결 밀도를 증가시키기 위해 사용될 수 있으며, 이의 비제한적인 예로는 알루미나, B2O3, MgO 등과 같은 금속 산화물 혹은 그 전구체, LiF, LiOH, Li2CO3 등과 같은 Li 화합물 등이 있다. 도핑제 및 코팅제는 소성체가 전지에 사용되는 경우 내구성을 향상시키고자 양극 활물질 구조 내부에 금속 산화물을 도핑하거나, 결정 외부에 금속 산화물 초미립자를 코팅하기 위하여 사용하는 것이다. 이의 비제한적인 예로는 알루미나, 지르코니아, 티타니아, 마그네시아 등 금속 산화물 혹은 그 전구체 등이 있다. The binder may be used for sphericalization of the granules and for improving particle size, and non-limiting examples thereof include water, aqueous ammonia, poly vinly alcohol (PVA), or a mixture thereof. The sintering aid may be used to lower the firing temperature or increase the sintering density when the granules are calcined at a high temperature. Non-limiting examples thereof include metal oxides such as alumina, B 2 O 3 , MgO, or precursors thereof, LiF, Li compounds such as LiOH, Li 2 CO 3 and the like. The dopant and the coating agent are used to dope the metal oxide inside the cathode active material structure or to coat the metal oxide ultrafine particles on the outside of the crystal to improve durability when the fired body is used in the battery. Non-limiting examples thereof include metal oxides such as alumina, zirconia, titania, magnesia or precursors thereof.
환원제 혹은 산화제는 각 제조 단계의 분위기를 환원 혹은 산화 분위기로 조절하기 위해 사용될 수 있다. 특히, 전이금속이 Fe이고 다중산이 인산인 음이온 부족형 비화학양론 리튬 전이금속 다중산 화합물인 경우 전기 전도도 향상, Fe의 산화 억제 등의 이유로 제조 공정 중 환원제를 적절히 사용하여 제조할 수 있다. 환 원제의 비제한적인 예로는 히드라진, 옥살산, 설탕, 과당, 아스코르빅 산, 수소, 탄소, 탄화수소 또는 이들의 혼합물 등이 있다. 산화제의 비제한적인 예로는 산소, 과산화수소, 오존 또는 이들의 혼합물 등이 있다. 산은 인산화합물, 황산화합물, 질산화합물 등의 반응물로서 참여시키기 위해 사용된다. 산의 비제한적인 예로는 인산, 황산, 질산 또는 이들의 혼합물 등이 있다. 탄소 또는 탄소 전구체는 제조되는 물질의 표면에 코팅되어 전기 전도도를 향상시키거나, 환원 분위기를 주기 위해 사용될 수 있다. 특히 올리빈형 결정구조를 가지는 음이온 부족형 비화학양론 리튬 전이금속 다중산 화합물의 경우 유용하다. 탄소 또는 탄소 전구체의 비제한적인 예로는 설탕, 아스코빅 산, 셀룰로오스, 폴리비닐알콜(PVA), 폴리에틸렌 글리콜(PEG) 또는 이들의 혼합물 등이 있다. Reducing or oxidizing agents can be used to control the atmosphere of each manufacturing step to a reducing or oxidizing atmosphere. In particular, in the case of an anion-deficient non-stoichiometric lithium transition metal polyacid compound in which the transition metal is Fe and the polyacid is phosphoric acid, a reducing agent may be appropriately used in the manufacturing process for the purpose of improving electrical conductivity and suppressing oxidation of Fe. Non-limiting examples of reducing agents include hydrazine, oxalic acid, sugars, fructose, ascorbic acid, hydrogen, carbon, hydrocarbons or mixtures thereof. Non-limiting examples of oxidants include oxygen, hydrogen peroxide, ozone or mixtures thereof. Acids are used to participate as reactants of phosphoric acid compounds, sulfuric acid compounds, nitric acid compounds and the like. Non-limiting examples of acids include phosphoric acid, sulfuric acid, nitric acid or mixtures thereof. Carbon or carbon precursor may be coated on the surface of the material to be produced to improve electrical conductivity or to give a reducing atmosphere. It is particularly useful in the case of anion-deficient non-stoichiometric lithium transition metal polyacid compounds having an olivine-type crystal structure. Non-limiting examples of carbon or carbon precursors include sugar, ascorbic acid, cellulose, polyvinyl alcohol (PVA), polyethylene glycol (PEG), or mixtures thereof.
리튬 화합물은 음이온 부족형 비화학양론 리튬 전이금속 다중산 화합물 전구체에 리튬의 함량을 증가시키고자 할 때 소성 단계에서 반응에 참여할 수 있다. 이의 비제한적인 예로는 LiF, LiOH, LiNO3, Li2CO3 또는 이들의 혼합물 등이 있다.The lithium compound may participate in the reaction in the calcining step when it is desired to increase the content of lithium in the anion deficient non-stoichiometric lithium transition metal polyacid compound precursor. Non-limiting examples thereof include LiF, LiOH, LiNO 3 , Li 2 CO 3 or mixtures thereof.
이하, 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 이들에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples. However, the following examples are for illustrating the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereto.
실시예Example 1 One
황산철(FeSO4·7H2O) 대비 인산 (85wt%)의 몰 비율을 1 : 1로 평량하고, 설탕을 황산철 대비 10% 중량 비율로 평량하고 수용액을 만든다. 암모니아수와 수산화리튬을 황산철 대비 각각 몰 비율을 1 : 1.1과 1 : 2로 평량하고 상기 수용액과 별도의 수용액을 제조한다. 상기 두 가지 수용액을 각각 8g/분의 유량 속도로 상온에서 250bar로 가압 펌핑하여, 혼합기에서 혼합하여 리튬인산철 전구체를 생성하였다.The molar ratio of phosphoric acid (85 wt%) to iron sulfate (FeSO 4 · 7H 2 O) is 1: 1, and the sugar is weighed in a 10% weight ratio to iron sulfate to make an aqueous solution. The aqueous solution of ammonia water and lithium hydroxide was weighed in a molar ratio of 1: 1.1 and 1: 2, respectively, to prepare an aqueous solution separate from the aqueous solution. Each of the two aqueous solutions was pumped under pressure at 250 bar at room temperature at a flow rate of 8 g / min and mixed in a mixer to produce a lithium iron phosphate precursor.
상기 전구체에 약 450℃로 가열된 초순수를 96g/분의 유량 속도와 250bar로 가압 펌핑하여 혼합기에서 혼합한다. 최종 혼합액은 380℃, 250bar로 유지되는 반응기에서 7초 동안 체류시켜 저결정성 음이온 부족형 비화학양론 리튬인산철을 생성시킨 후 냉각하여 농축하였다. 농축액의 pH는 6.1이었으며, 이는 황산철, 인산, 암모니아수, 수산화리튬의 혼합 몰 비율뿐만 아니라 상기 두 가지 수용액에서 각각 황산철, 인산, 암모니아수, 수산화리튬의 농도도 pH 6.1로 제어되었음을 의미한다.Ultrapure water heated to about 450 [deg.] C. in the precursor is mixed under pressure by pumping it at 250 bar and a flow rate of 96 g / min. The final mixture was held for 7 seconds in a reactor maintained at 380 ° C. and 250 bar to produce low crystalline anion deficient non-stoichiometric lithium iron phosphate, followed by cooling and concentration. The pH of the concentrate was 6.1, which means that the concentrations of iron sulfate, phosphoric acid, ammonia water and lithium hydroxide in the two aqueous solutions were controlled to pH 6.1 as well as the mixed molar ratio of iron sulfate, phosphoric acid, aqueous ammonia and lithium hydroxide.
이 농축액에 설탕을 리튬인산철 대비 10% 중량 비율로 혼합한 후 분무 건조기를 통해서 분무 건조 및 과립체를 형성하였다. 형성된 건조 과립형 입자들을 700℃에서 10시간 열처리를 실시하여 하소로 인하여 결정성이 향상되고 결정들간의 밀착도가 향상된 음이온 부족형 비화학양론 리튬인산철을 얻었다. 하소 과정은 전극 활물질인 음이온 부족형 비화학양론 리튬 전이금속 다중산 화합물의 전지 특성이 개선되는 소재의 결정성 향상과 결정들간의 밀착도 향상을 위한 공정으로 하소 전과 하소 후의 음이온 부족형 비화학양론 전이금속 다중산 화합물의 조성에는 변화가 없다.Sugar was mixed in the concentrate at a 10% weight ratio compared to lithium iron phosphate, and spray drying and granules were formed through a spray dryer. The formed dry granular particles were heat-treated at 700 ° C. for 10 hours to obtain anion-deficient non-stoichiometric lithium iron phosphate having improved crystallinity due to calcination and improved adhesion between crystals. The calcination process is a process for improving the crystallinity and the adhesion between the crystals of the anion-deficient non-stoichiometry, which is an electrode active material, which improves the battery characteristics of the lithium transition metal polyacid compound. There is no change in the composition of the transition metal polyacid compound.
제조된 음이온 부족형 비화학양론 리튬 전이금속 다중산 화합물에 대해 유도결합플라즈마분광(ICP) 분석, 초전도 양자 간섭소자(SQUID: super conducting quantum interference device) 분석 및 뫼스바우어(Mossbauer) 분광 분석을 행하여 Li : Fe : P의 몰 비율이 0.880 : 1 : 0.960임을 확인하였다 (앞서 말한 바와 같이, 리튬이차전지의 방전용량을 최대화하기 위한 목적 등을 위해 리튬 전이금속 다중산 화합물 제조시 Li를 과량으로 첨가하기도 하는데, 상기 Li : Fe : P의 몰 비율에서의 Li 함량은 그와 같은 과량으로 첨가된 Li 함량을 제외한, 즉 본 발명에 따른 리튬 전이금속 다중산 화합물의 구성성분을 이루는 Li의 량을 말한다. 하기의 다른 실시예들에서의 Li 함량도 마찬가지이다). 또한 투과전자현미경(TEM: transmission electron microscope)을 사용하여 본 실시예에 따라 제조된 리튬전이금속 다중산 화합물은 음이온 부족형 결함을 가지고 있음을 확인하였다. Induced coupling plasma spectroscopy (ICP) analysis, super conducting quantum interference device (SQUID) analysis, and Mossbauer spectroscopic analysis were performed on the prepared anion-deficient non-stoichiometric lithium transition metal polyacid compound. It was confirmed that the molar ratio of Fe: P is 0.880: 1: 0.960 (As mentioned above, an excessive amount of Li may be added in the preparation of the lithium transition metal polyacid compound for the purpose of maximizing the discharge capacity of the lithium secondary battery. The Li content in the molar ratio of Li: Fe: P refers to the amount of Li constituting the lithium transition metal polyacid compound according to the present invention, excluding the Li content added in such an excess. The same is true for the Li content in the other examples below). In addition, it was confirmed that the lithium transition metal polyacid compound prepared according to the present example using a transmission electron microscope (TEM) has an anion deficient defect.
실시예Example 2 2
황산철(FeSO4·7H2O) 대비 인산 (85wt%)의 몰 비율을 1 : 1로 평량하고, 설탕을 황산철 대비 10% 중량 비율로 평량하고 수용액을 만든다. 암모니아수와 수산화리튬을 황산철 대비 각각 몰 비율을 1 : 1.3과 1 : 2로 평량하고 상기 수용액과 별도의 수용액을 제조한다. 상기 두 가지 수용액을 각각 8g/분의 유량 속도로 상온에서 250bar로 가압 펌핑하여, 혼합기에서 혼합하여 리튬인산철 전구체를 생성하였다.The molar ratio of phosphoric acid (85 wt%) to iron sulfate (FeSO 4 · 7H 2 O) is 1: 1, and the sugar is weighed in a 10% weight ratio to iron sulfate to make an aqueous solution. The aqueous solution of ammonia water and lithium hydroxide were weighed in a molar ratio of 1: 1.3 and 1: 2, respectively, to prepare an aqueous solution separate from the aqueous solution. Each of the two aqueous solutions was pumped under pressure at 250 bar at room temperature at a flow rate of 8 g / min and mixed in a mixer to produce a lithium iron phosphate precursor.
상기 전구체에 약 450℃로 가열된 초순수를 96g/분의 유량 속도와 250bar로 가압 펌핑하여 혼합기에서 혼합한다. 최종 혼합액은 380℃, 250bar로 유지되는 반응기에서 7초 동안 체류시켜 저결정성 음이온 부족형 비화학양론 리튬인산철을 생성시킨 후 냉각하여 농축하였다. 농축액의 pH는 8.4이었으며, 이는 황산철, 인산, 암모니아수, 수산화리튬의 혼합 몰 비율뿐만 아니라 상기 두 가지 수용액에서 각각 황산철, 인산, 암모니아수, 수산화리튬의 농도도 pH 8.4로 제어되었음을 의미한다. Ultrapure water heated to about 450 [deg.] C. in the precursor is mixed under pressure by pumping it at 250 bar and a flow rate of 96 g / min. The final mixture was held for 7 seconds in a reactor maintained at 380 ° C. and 250 bar to produce low crystalline anion deficient non-stoichiometric lithium iron phosphate, followed by cooling and concentration. The pH of the concentrate was 8.4, which means that the concentration of iron sulfate, phosphoric acid, ammonia water and lithium hydroxide in the two aqueous solutions was controlled to pH 8.4 as well as the mixed molar ratio of iron sulfate, phosphoric acid, aqueous ammonia and lithium hydroxide.
이 농축액에 설탕을 리튬인산철 대비 10% 중량 비율로 혼합한 후 분무 건조기를 통해서 분무 건조 및 과립체를 형성하였다. 형성된 건조 과립형 입자들을 700℃에서 10시간 열처리를 실시하였다. Sugar was mixed in the concentrate at a 10% weight ratio compared to lithium iron phosphate, and spray drying and granules were formed through a spray dryer. The formed dry granular particles were subjected to heat treatment at 700 ° C. for 10 hours.
제조된 음이온 부족형 비화학양론 리튬 전이금속 다중산 화합물에 대해 유도결합플라즈마분광(ICP) 분석, 초전도 양자 간섭소자 분석 및 뫼스바우어 분광 분석을 행하여 Li : Fe : P의 몰 비율이 0.877 : 1 : 0.959임을 확인하였고, 투과전자현미경(TEM)을 사용하여 음이온 부족형 결함을 가짐을 확인하였다. Induced coupled plasma spectroscopy (ICP) analysis, superconducting quantum interference device analysis and Mossbauer spectroscopic analysis were performed on the prepared anion-deficient non-stoichiometric lithium transition metal polyacid compound to obtain a molar ratio of Li: Fe: P of 0.877: 1: It was confirmed that the 0.959, using a transmission electron microscope (TEM) was confirmed to have an anion-deficient defect.
실시예Example 3 3
황산철(FeSO4·7H2O) 대비 인산 (85wt%)의 몰 비율을 1 : 1로 평량하고, 설탕을 황산철 대비 10% 중량 비율로 평량하고 수용액을 만든다. 암모니아수와 수산화리튬을 황산철 대비 각각 몰 비율을 1 : 1.5와 1 : 2로 평량하고 상기 수용액과 별도의 수용액을 제조한다. 상기 두 가지 수용액을 각각 8gl/분의 유량 속도로 상온에서 250bar로 가압 펌핑하여, 혼합기에서 혼합하여 리튬인산철 전구체를 생성하였다.The molar ratio of phosphoric acid (85 wt%) to iron sulfate (FeSO 4 · 7H 2 O) is 1: 1, and the sugar is weighed in a 10% weight ratio to iron sulfate to make an aqueous solution. The aqueous solution of ammonia water and lithium hydroxide was weighed in a molar ratio of 1: 1.5 and 1: 2, respectively, to prepare an aqueous solution separate from the aqueous solution. Each of the two aqueous solutions was pumped under pressure at 250 bar at room temperature at a flow rate of 8 gl / min and mixed in a mixer to produce a lithium iron phosphate precursor.
상기 전구체에 약 450℃로 가열된 초순수를 96g/분의 유량 속도와 250bar로 가압 펌핑하여 혼합기에서 혼합한다. 최종 혼합액은 380℃, 250bar로 유지되는 반응기에서 7초 동안 체류시켜 저결정성 음이온 부족형 비화학양론 리튬인산철을 생성시킨 후 냉각하여 농축하였다. 농축액의 pH는 8.5이었으며, 이는 황산철, 인산, 암모니아수, 수산화리튬의 혼합 몰 비율뿐만 아니라 상기 두 가지 수용액에서 각각 황산철, 인산, 암모니아수, 수산화리튬의 농도도 pH 8.5로 제어되었음을 의미한다.Ultrapure water heated to about 450 [deg.] C. in the precursor is mixed under pressure by pumping it at 250 bar and a flow rate of 96 g / min. The final mixture was held for 7 seconds in a reactor maintained at 380 ° C. and 250 bar to produce low crystalline anion deficient non-stoichiometric lithium iron phosphate, followed by cooling and concentration. The pH of the concentrate was 8.5, which means that the concentration of iron sulfate, phosphoric acid, ammonia water and lithium hydroxide in the two aqueous solutions was controlled to pH 8.5, as well as the mixed molar ratio of iron sulfate, phosphoric acid, aqueous ammonia and lithium hydroxide.
이 농축액에 설탕을 리튬인산철 대비 10% 중량 비율로 혼합한 후 분무 건조기를 통해서 분무 건조 및 과립체를 형성하였다. 형성된 건조 과립형 입자들을 700℃에서 10시간 열처리를 실시하였다. Sugar was mixed in the concentrate at a 10% weight ratio compared to lithium iron phosphate, and spray drying and granules were formed through a spray dryer. The formed dry granular particles were subjected to heat treatment at 700 ° C. for 10 hours.
제조된 음이온 부족형 비화학양론 리튬 전이금속 다중산 화합물에 대해 유도결합플라즈마분광(ICP) 분석, 초전도 양자 간섭소자 분석 및 뫼스바우어 분광 분석을 행하여 Li : Fe : P의 몰 비율이 0.868 : 1 : 0.956임을 확인하였고, 투과전자현미경(TEM)을 사용하여 음이온 부족형 결함을 가짐을 확인하였다.Induced coupling plasma spectroscopy (ICP) analysis, superconducting quantum interference device analysis and Mossbauer spectroscopic analysis were performed on the prepared anion-deficient non-stoichiometric lithium transition metal polyacid compound to obtain a molar ratio of Li: Fe: P of 0.868: 1: It was confirmed that it is 0.956, and it was confirmed that it has an anion deficient defect using a transmission electron microscope (TEM).
실시예Example 4 4
황산철(FeSO4·7H2O) 대비 인산 (85wt%)의 몰 비율을 1 : 1.1로 평량하고, 설탕을 황산철 대비 10% 중량 비율로 평량하고 수용액을 만든다. 암모니아수와 수산화리튬을 황산철 대비 각각 몰 비율을 1 : 1.1과 1 : 2로 평량하고 상기 수용액과 별도의 수용액을 제조한다. 상기 두 가지 수용액을 각각 8g/분의 유량 속도로 상온에서 250bar로 가압 펌핑하여, 혼합기에서 혼합하여 리튬인산철 전구체를 생성 하였다.The molar ratio of phosphoric acid (85 wt%) to iron sulfate (FeSO 4 · 7H 2 O) is 1: 1.1, and the sugar is weighed in a 10% weight ratio to iron sulfate to make an aqueous solution. The aqueous solution of ammonia water and lithium hydroxide was weighed in a molar ratio of 1: 1.1 and 1: 2, respectively, to prepare an aqueous solution separate from the aqueous solution. The two aqueous solutions were pumped under pressure at 250 bar at room temperature at a flow rate of 8 g / min, respectively, and mixed in a mixer to produce a lithium iron phosphate precursor.
상기 전구체에 약 450℃로 가열된 초순수를 96g/분의 유량 속도와 250bar로 가압 펌핑하여 혼합기에서 혼합한다. 최종 혼합액은 380℃, 250bar로 유지되는 반응기에서 7초 동안 체류시켜 저결정성 음이온 부족형 비화학양론 리튬인산철을 생성시킨 후 냉각하여 농축하였다. 농축액의 pH는 5.2이었으며, 이는 황산철, 인산, 암모니아수, 수산화리튬의 혼합 몰 비율뿐만 아니라 상기 두 가지 수용액에서 각각 황산철, 인산, 암모니아수, 수산화리튬의 농도도 pH 5.2로 제어되었음을 의미한다.Ultrapure water heated to about 450 [deg.] C. in the precursor is mixed under pressure by pumping it at 250 bar and a flow rate of 96 g / min. The final mixture was held for 7 seconds in a reactor maintained at 380 ° C. and 250 bar to produce low crystalline anion deficient non-stoichiometric lithium iron phosphate, followed by cooling and concentration. The pH of the concentrate was 5.2, which means that the concentration of iron sulfate, phosphoric acid, ammonia water and lithium hydroxide in the two aqueous solutions was controlled to pH 5.2 as well as the mixed molar ratio of iron sulfate, phosphoric acid, aqueous ammonia and lithium hydroxide.
이 농축액에 설탕을 리튬인산철 대비 10% 중량 비율로 혼합한 후 분무 건조기를 통해서 분무 건조 및 과립체를 형성하였다. 형성된 건조 과립형 입자들을 700℃에서 10시간 열처리를 실시하였다. Sugar was mixed in the concentrate at a 10% weight ratio compared to lithium iron phosphate, and spray drying and granules were formed through a spray dryer. The formed dry granular particles were subjected to heat treatment at 700 ° C. for 10 hours.
제조된 음이온 부족형 비화학양론 리튬 전이금속 다중산 화합물에 대해 유도결합플라즈마분광(ICP) 분석, 초전도 양자 간섭소자 분석 및 뫼스바우어 분광 분석을 행하여 Li : Fe : P의 몰 비율이 0.931 : 1 : 0.977임을 확인하였고, 투과전자현미경(TEM)을 사용하여 음이온 부족형 결함을 가짐을 확인하였다. Induced coupled plasma spectroscopy (ICP) analysis, superconducting quantum interference device analysis and Mossbauer spectroscopic analysis were performed on the prepared anion-deficient non-stoichiometric lithium transition metal polyacid compound to obtain a molar ratio of Li: Fe: P of 0.931: 1: It was confirmed that it is 0.977, using a transmission electron microscope (TEM) was confirmed to have an anion-deficient defect.
실시예Example 5 5
황산철(FeSO4·7H2O) 대비 인산 (85wt%)의 몰 비율을 1 : 1.1로 평량하고, 설탕을 황산철 대비 10% 중량 비율로 평량하고 수용액을 만든다. 암모니아수와 수산화리튬을 황산철 대비 각각 몰 비율을 1 : 1.3과 1 : 2로 평량하고 상기 수용액과 별도의 수용액을 제조한다. 상기 두 가지 수용액을 각각 8g/분의 유량 속도로 상온에서 250bar로 가압 펌핑하여, 혼합기에서 혼합하여 리튬인산철 전구체를 생성하였다.The molar ratio of phosphoric acid (85 wt%) to iron sulfate (FeSO 4 · 7H 2 O) is 1: 1.1, and the sugar is weighed in a 10% weight ratio to iron sulfate to make an aqueous solution. The aqueous solution of ammonia water and lithium hydroxide were weighed in a molar ratio of 1: 1.3 and 1: 2, respectively, to prepare an aqueous solution separate from the aqueous solution. Each of the two aqueous solutions was pumped under pressure at 250 bar at room temperature at a flow rate of 8 g / min and mixed in a mixer to produce a lithium iron phosphate precursor.
상기 전구체에 약 450℃로 가열된 초순수를 96g/분의 유량 속도와 250bar로 가압 펌핑하여 혼합기에서 혼합한다. 최종 혼합액은 380℃, 250bar로 유지되는 반응기에서 7초 동안 체류시켜 저결정성 음이온 부족형 비화학양론 리튬인산철을 생성시킨 후 냉각하여 농축하였다. 농축액의 pH는 7.3이었으며, 이는 황산철, 인산, 암모니아수, 수산화리튬의 혼합 몰 비율뿐만 아니라 상기 두 가지 수용액에서 각각 황산철, 인산, 암모니아수, 수산화리튬의 농도도 pH 7.3으로 제어되었음을 의미한다.Ultrapure water heated to about 450 [deg.] C. in the precursor is mixed under pressure by pumping it at 250 bar and a flow rate of 96 g / min. The final mixture was held for 7 seconds in a reactor maintained at 380 ° C. and 250 bar to produce low crystalline anion deficient non-stoichiometric lithium iron phosphate, followed by cooling and concentration. The pH of the concentrate was 7.3, which means that the concentration of iron sulfate, phosphoric acid, ammonia water and lithium hydroxide in the two aqueous solutions was controlled to pH 7.3 as well as the mixed molar ratio of iron sulfate, phosphoric acid, aqueous ammonia and lithium hydroxide.
이 농축액에 설탕을 리튬인산철 대비 10% 중량 비율로 혼합한 후 분무 건조기를 통해서 분무 건조 및 과립체를 형성하였다. 형성된 건조 과립형 입자들을 700℃에서 10시간 열처리를 실시하였다.Sugar was mixed in the concentrate at a 10% weight ratio compared to lithium iron phosphate, and spray drying and granules were formed through a spray dryer. The formed dry granular particles were subjected to heat treatment at 700 ° C. for 10 hours.
제조된 음이온 부족형 비화학양론 리튬 전이금속 다중산 화합물에 대해 유도결합플라즈마분광(ICP) 분석, 초전도 양자 간섭소자 분석 및 뫼스바우어 분광 분석을 행하여 Li : Fe : P의 몰 비율이 0.907 : 1 : 0.969임을 확인하였고, 투과전자현미경(TEM)을 사용하여 음이온 부족형 결함을 가짐을 확인하였다. Induced coupling plasma spectroscopy (ICP) analysis, superconducting quantum interference device analysis and Mossbauer spectroscopic analysis were performed on the prepared anion-deficient non-stoichiometric lithium transition metal polyacid compound to obtain a molar ratio of Li: Fe: P of 0.907: 1: It was confirmed that it is 0.969, and it was confirmed that it has an anion deficiency defect using a transmission electron microscope (TEM).
실시예Example 6 6
황산철(FeSO4·7H2O) 대비 인산 (85wt%)의 몰 비율을 1 : 1.1로 평량하고, 설탕을 황산철 대비 10% 중량 비율로 평량하고 수용액을 만든다. 암모니아수와 수 산화리튬을 황산철 대비 각각 몰 비율을 1 : 1.5와 1 : 2로 평량하고 상기 수용액과 별도의 수용액을 제조한다. 상기 두 가지 수용액을 각각 8g/분의 유량 속도로 상온에서 250bar로 가압 펌핑하여, 혼합기에서 혼합하여 리튬인산철 전구체를 생성하였다.The molar ratio of phosphoric acid (85 wt%) to iron sulfate (FeSO 4 · 7H 2 O) is 1: 1.1, and the sugar is weighed in a 10% weight ratio to iron sulfate to make an aqueous solution. The aqueous solution of ammonia water and lithium hydroxide were weighed in a molar ratio of 1: 1.5 and 1: 2, respectively, to iron sulfate to prepare a separate aqueous solution. Each of the two aqueous solutions was pumped under pressure at 250 bar at room temperature at a flow rate of 8 g / min and mixed in a mixer to produce a lithium iron phosphate precursor.
상기 전구체에 약 450℃로 가열된 초순수를 96g/분의 유량 속도와 250bar로 가압 펌핑하여 혼합기에서 혼합한다. 최종 혼합액은 380℃, 250bar로 유지되는 반응기에서 7초 동안 체류시켜 저결정성 음이온 부족형 비화학양론 리튬인산철을 생성시킨 후 냉각하여 농축하였다. 농축액의 pH는 8.1이었으며, 이는 황산철, 인산, 암모니아수, 수산화리튬의 혼합 몰 비율뿐만 아니라 상기 두 가지 수용액에서 각각 황산철, 인산, 암모니아수, 수산화리튬의 농도도 pH 8.1로 제어되었음을 의미한다.Ultrapure water heated to about 450 [deg.] C. in the precursor is mixed under pressure by pumping it at 250 bar and a flow rate of 96 g / min. The final mixture was held for 7 seconds in a reactor maintained at 380 ° C. and 250 bar to produce low crystalline anion deficient non-stoichiometric lithium iron phosphate, followed by cooling and concentration. The pH of the concentrate was 8.1, which means that the concentration of iron sulfate, phosphoric acid, ammonia water and lithium hydroxide in the two aqueous solutions was controlled to pH 8.1 as well as the mixed molar ratio of iron sulfate, phosphoric acid, aqueous ammonia and lithium hydroxide.
이 농축액에 설탕을 리튬인산철 대비 10% 중량 비율로 혼합한 후 분무 건조기를 통해서 분무 건조 및 과립체를 형성하였다. 형성된 건조 과립형 입자들을 700℃에서 10시간 열처리를 실시하였다. Sugar was mixed in the concentrate at a 10% weight ratio compared to lithium iron phosphate, and spray drying and granules were formed through a spray dryer. The formed dry granular particles were subjected to heat treatment at 700 ° C. for 10 hours.
제조된 음이온 부족형 비화학양론 리튬 전이금속 다중산 화합물에 대해 유도결합플라즈마분광(ICP) 분석, 초전도 양자 간섭소자 분석 및 뫼스바우어 분광 분석을 행하여 Li : Fe : P의 몰 비율이 0.880 : 1 : 0.960임을 확인하였고, 투과전자현미경(TEM)을 사용하여 음이온 부족형 결함을 가짐을 확인하였다.Induced coupled plasma spectroscopy (ICP) analysis, superconducting quantum interference device analysis and Mossbauer spectroscopic analysis were performed on the prepared anion-deficient non-stoichiometric lithium transition metal polyacid compound to obtain a molar ratio of Li: Fe: P of 0.880: 1: It was confirmed that it is 0.960, and it was confirmed that it has an anion deficient defect using a transmission electron microscope (TEM).
실시예Example 7 7
황산철(FeSO4·7H2O) 대비 인산 (85wt%)의 몰 비율을 1 : 1.2로 평량하고, 설탕을 황산철 대비 10% 중량 비율로 평량하고 수용액을 만든다. 암모니아수와 수산화리튬을 황산철 대비 각각 몰 비율을 1 : 1.1과 1 : 2로 평량하고 상기 수용액과 별도의 수용액을 제조한다. 상기 두 가지 수용액을 각각 8g/분의 유량 속도로 상온에서 250bar로 가압 펌핑하여, 혼합기에서 혼합하여 리튬인산철 전구체를 생성하였다.The molar ratio of phosphoric acid (85 wt%) to iron sulfate (FeSO 4 · 7H 2 O) is 1: 1.2, and the sugar is weighed in a 10% weight ratio to iron sulfate to make an aqueous solution. The aqueous solution of ammonia water and lithium hydroxide was weighed in a molar ratio of 1: 1.1 and 1: 2, respectively, to prepare an aqueous solution separate from the aqueous solution. Each of the two aqueous solutions was pumped under pressure at 250 bar at room temperature at a flow rate of 8 g / min and mixed in a mixer to produce a lithium iron phosphate precursor.
상기 전구체에 약 450℃로 가열된 초순수를 96g/분의 유량 속도와 250bar로 가압 펌핑하여 혼합기에서 혼합한다. 최종 혼합액은 380℃, 250bar로 유지되는 반응기에서 7초 동안 체류시켜 저결정성 음이온 부족형 비화학양론 리튬인산철을 생성시킨 후 냉각하여 농축하였다. 농축액의 pH는 4.3이었으며, 이는 황산철, 인산, 암모니아수, 수산화리튬의 혼합 몰 비율뿐만 아니라 상기 두 가지 수용액에서 각각 황산철, 인산, 암모니아수, 수산화리튬의 농도도 pH 4.3로 제어되었음을 의미한다. Ultrapure water heated to about 450 [deg.] C. in the precursor is mixed under pressure by pumping it at 250 bar and a flow rate of 96 g / min. The final mixture was held for 7 seconds in a reactor maintained at 380 ° C. and 250 bar to produce low crystalline anion deficient non-stoichiometric lithium iron phosphate, followed by cooling and concentration. The pH of the concentrate was 4.3, which means that the concentration of iron sulfate, phosphoric acid, ammonia water and lithium hydroxide in the two aqueous solutions was controlled to pH 4.3 as well as the mixed molar ratio of iron sulfate, phosphoric acid, ammonia water and lithium hydroxide.
이 농축액에 설탕을 리튬인산철 대비 10% 중량 비율로 혼합한 후 분무 건조기를 통해서 분무 건조 및 과립체를 형성하였다. 형성된 건조 과립형 입자들을 700℃에서 10시간 열처리를 실시하였다.Sugar was mixed in the concentrate at a 10% weight ratio compared to lithium iron phosphate, and spray drying and granules were formed through a spray dryer. The formed dry granular particles were subjected to heat treatment at 700 ° C. for 10 hours.
제조된 음이온 부족형 비화학양론 리튬 전이금속 다중산 화합물에 대해 유도결합플라즈마분광(ICP) 분석, 초전도 양자 간섭소자 분석 및 뫼스바우어 분광 분석을 행하여 Li : Fe : P의 몰 비율이 0.955 : 1 : 0.985임을 확인하였고, 투과전자현미경(TEM)을 사용하여 음이온 부족형 결함을 가짐을 확인하였다.Induced coupling plasma spectroscopy (ICP) analysis, superconducting quantum interference device analysis and Mossbauer spectroscopic analysis were performed on the prepared anion-deficient non-stoichiometric lithium transition metal polyacid compound to obtain a molar ratio of Li: Fe: P of 0.955: 1: It was confirmed that it is 0.985, using a transmission electron microscope (TEM) was confirmed to have an anion-deficient defect.
실시예Example 8 8
황산철(FeSO4·7H2O) 대비 인산 (85wt%)의 몰 비율을 1 : 1.2로 평량하고, 설탕을 황산철 대비 10% 중량 비율로 평량하고 수용액을 만든다. 암모니아수와 수산화리튬을 황산철 대비 각각 몰 비율을 1 : 1.3과 1 : 2로 평량하고 상기 수용액과 별도의 수용액을 제조한다. 상기 두 가지 수용액을 각각 8g/분의 유량 속도로 상온에서 250bar로 가압 펌핑하여, 혼합기에서 혼합하여 리튬인산철 전구체를 생성하였다.The molar ratio of phosphoric acid (85 wt%) to iron sulfate (FeSO 4 · 7H 2 O) is 1: 1.2, and the sugar is weighed in a 10% weight ratio to iron sulfate to make an aqueous solution. The aqueous solution of ammonia water and lithium hydroxide were weighed in a molar ratio of 1: 1.3 and 1: 2, respectively, to prepare an aqueous solution separate from the aqueous solution. Each of the two aqueous solutions was pumped under pressure at 250 bar at room temperature at a flow rate of 8 g / min and mixed in a mixer to produce a lithium iron phosphate precursor.
상기 전구체에 약 450℃로 가열된 초순수를 96g/분의 유량 속도와 250bar로 가압 펌핑하여 혼합기에서 혼합한다. 최종 혼합액은 380℃, 250bar로 유지되는 반응기에서 7초 동안 체류시켜 저결정성 음이온 부족형 비화학양론 리튬인산철을 생성시킨 후 냉각하여 농축하였다. 농축액의 pH는 5.0이었으며, 이는 황산철, 인산, 암모니아수, 수산화리튬의 혼합 몰 비율뿐만 아니라 상기 두 가지 수용액에서 각각 황산철, 인산, 암모니아수, 수산화리튬의 농도도 pH 5.0로 제어되었음을 의미한다.Ultrapure water heated to about 450 [deg.] C. in the precursor is mixed under pressure by pumping it at 250 bar and a flow rate of 96 g / min. The final mixture was held for 7 seconds in a reactor maintained at 380 ° C. and 250 bar to produce low crystalline anion deficient non-stoichiometric lithium iron phosphate, followed by cooling and concentration. The pH of the concentrate was 5.0, which means that the concentration of iron sulfate, phosphoric acid, ammonia water and lithium hydroxide in the two aqueous solutions was controlled to pH 5.0 as well as the mixed molar ratio of iron sulfate, phosphoric acid, aqueous ammonia and lithium hydroxide.
이 농축액에 설탕을 리튬인산철 대비 10% 중량 비율로 혼합한 후 분무 건조기를 통해서 분무 건조 및 과립체를 형성하였다. 형성된 건조 과립형 입자들을 700℃에서 10시간 열처리를 실시하였다. Sugar was mixed in the concentrate at a 10% weight ratio compared to lithium iron phosphate, and spray drying and granules were formed through a spray dryer. The formed dry granular particles were subjected to heat treatment at 700 ° C. for 10 hours.
제조된 음이온 부족형 비화학양론 리튬 전이금속 다중산 화합물에 대해 유도결합플라즈마분광(ICP) 분석, 초전도 양자 간섭소자 분석 및 뫼스바우어 분광 분석을 행하여 Li : Fe : P의 몰 비율이 0.940 : 1 : 0.980임을 확인하였고, 투과전자현미경(TEM)을 사용하여 음이온 부족형 결함을 가짐을 확인하였다.Induced coupling plasma spectroscopy (ICP) analysis, superconducting quantum interference device analysis and Mossbauer spectroscopic analysis were performed on the prepared anion-deficient non-stoichiometric lithium transition metal polyacid compound to obtain a molar ratio of Li: Fe: P of 0.940: 1: It was confirmed that it is 0.980, using a transmission electron microscope (TEM) was confirmed to have an anion-deficient defect.
실시예Example 9 9
황산철(FeSO4·7H2O) 대비 인산 (85wt%)의 몰 비율을 1 : 1.2로 평량하고, 설탕을 황산철 대비 10% 중량 비율로 평량하고 수용액을 만든다. 암모니아수와 수산화리튬을 황산철 대비 각각 몰 비율을 1 : 1.5와 1 : 2로 평량하고 상기 수용액과 별도의 수용액을 제조한다. 상기 두 가지 수용액을 각각 8g/분의 유량 속도로 상온에서 250bar로 가압 펌핑하여, 혼합기에서 혼합하여 리튬인산철 전구체를 생성하였다.The molar ratio of phosphoric acid (85 wt%) to iron sulfate (FeSO 4 · 7H 2 O) is 1: 1.2, and the sugar is weighed in a 10% weight ratio to iron sulfate to make an aqueous solution. The aqueous solution of ammonia water and lithium hydroxide was weighed in a molar ratio of 1: 1.5 and 1: 2, respectively, to prepare an aqueous solution separate from the aqueous solution. Each of the two aqueous solutions was pumped under pressure at 250 bar at room temperature at a flow rate of 8 g / min and mixed in a mixer to produce a lithium iron phosphate precursor.
상기 전구체에 약 450℃로 가열된 초순수를 96g/분의 유량 속도와 250bar로 가압 펌핑하여 혼합기에서 혼합한다. 최종 혼합액은 380℃, 250bar로 유지되는 반응기에서 7초 동안 체류시켜 저결정성 음이온 부족형 비화학양론 리튬인산철을 생성시킨 후 냉각하여 농축하였다. 농축액의 pH는 6.7이었으며, 이는 황산철, 인산, 암모니아수, 수산화리튬의 혼합 몰 비율뿐만 아니라 상기 두 가지 수용액에서 각각 황산철, 인산, 암모니아수, 수산화리튬의 농도도 pH 6.7로 제어되었음을 의미한다.Ultrapure water heated to about 450 [deg.] C. in the precursor is mixed under pressure by pumping it at 250 bar and a flow rate of 96 g / min. The final mixture was held for 7 seconds in a reactor maintained at 380 ° C. and 250 bar to produce low crystalline anion deficient non-stoichiometric lithium iron phosphate, followed by cooling and concentration. The pH of the concentrate was 6.7, which means that the concentrations of iron sulfate, phosphoric acid, ammonia water and lithium hydroxide in the two aqueous solutions were controlled to pH 6.7 as well as the mixed molar ratio of iron sulfate, phosphoric acid, aqueous ammonia and lithium hydroxide.
이 농축액에 설탕을 리튬인산철 대비 10% 중량 비율로 혼합한 후 분무 건조기를 통해서 분무 건조 및 과립체를 형성하였다. 형성된 건조 과립형 입자들을 700℃에서 10시간 열처리를 실시하였다.Sugar was mixed in the concentrate at a 10% weight ratio compared to lithium iron phosphate, and spray drying and granules were formed through a spray dryer. The formed dry granular particles were subjected to heat treatment at 700 ° C. for 10 hours.
제조된 음이온 부족형 비화학양론 리튬 전이금속 다중산 화합물에 대해 유도결합플라즈마분광(ICP) 분석, 초전도 양자 간섭소자 분석 및 뫼스바우어 분광 분석을 행하여 Li : Fe : P의 몰 비율이 0.937 : 1 : 0.979임을 확인하였고, 투과전자현미경(TEM)을 사용하여 음이온 부족형 결함을 가짐을 확인하였다.Induced coupling plasma spectroscopy (ICP) analysis, superconducting quantum interference device analysis and Mossbauer spectroscopic analysis were performed on the prepared anion-deficient non-stoichiometric lithium transition metal polyacid compound to obtain a molar ratio of Li: Fe: P of 0.937: 1: It was confirmed that the 0.979, using a transmission electron microscope (TEM) was confirmed to have an anion-deficient defect.
비교예Comparative example 1 One
황산철(FeSO4·7H2O) 대비 인산 (85wt%)의 몰 비율을 1 : 1.3으로 평량하고, 설탕을 황산철 대비 10% 중량 비율로 평량하고 수용액을 만든다. 암모니아수와 수산화리튬을 황산철 대비 각각 몰 비율을 1 : 1.1과 1 : 2로 평량하고 상기 수용액과 별도의 수용액을 제조한다. 상기 두 가지 수용액을 각각 8g/분의 유량 속도로 상온에서 250bar로 가압 펌핑하여, 혼합기에서 혼합하여 리튬인산철 전구체를 생성하였다.The molar ratio of phosphoric acid (85 wt%) to iron sulfate (FeSO 4 · 7H 2 O) is basis weight 1: 1.3, and the sugar is weighed in a 10% weight ratio with respect to iron sulfate to make an aqueous solution. The aqueous solution of ammonia water and lithium hydroxide was weighed in a molar ratio of 1: 1.1 and 1: 2, respectively, to prepare an aqueous solution separate from the aqueous solution. Each of the two aqueous solutions was pumped under pressure at 250 bar at room temperature at a flow rate of 8 g / min and mixed in a mixer to produce a lithium iron phosphate precursor.
상기 전구체에 약 450℃로 가열된 초순수를 96g/분의 유량 속도와 250bar로 가압 펌핑하여 혼합기에서 혼합한다. 최종 혼합액은 380℃, 250bar로 유지되는 반응기에서 7초 동안 체류시켜 저결정성 음이온 부족형 비화학양론 리튬인산철을 생성시킨 후 냉각하여 농축하였다. 농축액의 pH는 4.0이었으며, 이는 황산철, 인산, 암모니아수, 수산화리튬의 혼합 몰 비율뿐만 아니라 상기 두 가지 수용액에서 각각 황산철, 인산, 암모니아수, 수산화리튬의 농도도 pH 4.0로 제어되었음을 의미한다.Ultrapure water heated to about 450 [deg.] C. in the precursor is mixed under pressure by pumping it at 250 bar and a flow rate of 96 g / min. The final mixture was held for 7 seconds in a reactor maintained at 380 ° C. and 250 bar to produce low crystalline anion deficient non-stoichiometric lithium iron phosphate, followed by cooling and concentration. The pH of the concentrate was 4.0, which means that the concentration of iron sulfate, phosphoric acid, ammonia water and lithium hydroxide in the two aqueous solutions was controlled to pH 4.0 as well as the mixed molar ratio of iron sulfate, phosphoric acid, aqueous ammonia and lithium hydroxide.
이 농축액에 설탕을 리튬인산철 대비 10% 중량 비율로 혼합한 후 분무 건조기를 통해서 분무 건조 및 과립체를 형성하였다. 형성된 건조 과립형 입자들을 700℃에서 10시간 열처리를 실시하였다. Sugar was mixed in the concentrate at a 10% weight ratio compared to lithium iron phosphate, and spray drying and granules were formed through a spray dryer. The formed dry granular particles were subjected to heat treatment at 700 ° C. for 10 hours.
제조된 리튬 전이금속 다중산 화합물에 대해 유도결합플라즈마분광(ICP) 분석, 초전도 양자 간섭소자 분석 및 뫼스바우어 분광 분석을 행하여 통해 Li : Fe : P의 몰 비율이 1 : 1 : 1임을 확인하였다.Induced coupling plasma spectroscopy (ICP) analysis, superconducting quantum interference device analysis and Mossbauer spectroscopic analysis were performed on the prepared lithium transition metal polyacid compound to confirm that the molar ratio of Li: Fe: P was 1: 1.
비교예Comparative example 2 2
황산철(FeSO4·7H2O) 대비 인산 (85wt%)의 몰 비율을 1 : 1로 평량하고, 설탕을 황산철 대비 10% 중량 비율로 평량하고 수용액을 만든다. 암모니아수와 수산화리튬을 황산철 대비 각각 몰 비율을 1 : 2.0과 1 : 2로 평량하고 상기 수용액과 별도의 수용액을 제조한다. 상기 두 가지 수용액을 각각 8g/분의 유량 속도로 상온에서 250bar로 가압 펌핑하여, 혼합기에서 혼합하여 리튬인산철 전구체를 생성하였다.The molar ratio of phosphoric acid (85 wt%) to iron sulfate (FeSO 4 · 7H 2 O) is 1: 1, and the sugar is weighed in a 10% weight ratio to iron sulfate to make an aqueous solution. The aqueous solution of ammonia water and lithium hydroxide was weighed in a molar ratio of 1: 2.0 and 1: 2, respectively, to prepare an aqueous solution separate from the aqueous solution. Each of the two aqueous solutions was pumped under pressure at 250 bar at room temperature at a flow rate of 8 g / min and mixed in a mixer to produce a lithium iron phosphate precursor.
상기 전구체에 약 450℃로 가열된 초순수를 96g/분의 유량 속도와 250bar로 가압 펌핑하여 혼합기에서 혼합한다. 최종 혼합액은 380℃, 250bar로 유지되는 반응기에서 7초 동안 체류시켜 저결정성 음이온 부족형 비화학양론 리튬인산철을 생성시킨 후 냉각하여 농축하였다. 농축액의 pH는 9.1이었으며, 이는 황산철, 인산, 암모니아수, 수산화리튬의 혼합 몰 비율뿐만 아니라 상기 두 가지 수용액에서 각각 황산철, 인산, 암모니아수, 수산화리튬의 농도도 pH 9.1로 제어되었음을 의미한다.Ultrapure water heated to about 450 [deg.] C. in the precursor is mixed under pressure by pumping it at 250 bar and a flow rate of 96 g / min. The final mixture was held for 7 seconds in a reactor maintained at 380 ° C. and 250 bar to produce low crystalline anion deficient non-stoichiometric lithium iron phosphate, followed by cooling and concentration. The pH of the concentrate was 9.1, which means that the concentrations of iron sulfate, phosphoric acid, ammonia water and lithium hydroxide in the two aqueous solutions were controlled to pH 9.1 as well as the mixed molar ratio of iron sulfate, phosphoric acid, aqueous ammonia and lithium hydroxide.
이 농축액에 설탕을 리튬인산철 대비 10% 중량 비율로 혼합한 후 분무 건조기를 통해서 분무 건조 및 과립체를 형성하였다. 형성된 건조 과립형 입자들을 700℃에서 10시간 열처리를 실시하였다. Sugar was mixed in the concentrate at a 10% weight ratio compared to lithium iron phosphate, and spray drying and granules were formed through a spray dryer. The formed dry granular particles were subjected to heat treatment at 700 ° C. for 10 hours.
제조된 리튬 전이금속 다중산 화합물에 대해 유도결합플라즈마분광(ICP) 분석, 초전도 양자 간섭소자 분석 및 뫼스바우어 분광 분석을 행하여 Li : Fe : P의 몰 비율이 0.820 : 1 : 0.940임을 확인하였다.Induced coupling plasma spectroscopy (ICP) analysis, superconducting quantum interference device analysis and Mossbauer spectroscopic analysis were performed on the prepared lithium transition metal polyacid compound to confirm that the molar ratio of Li: Fe: P was 0.820: 1: 0.940.
비교예Comparative example 3 3
황산철(FeSO4·7H2O), 인산 (85wt%)과 수산화리튬 (LiOH)을 몰 비율 1 : 1 : 3으로 평량하고, 설탕을 최종 생성물 대비 탄소 함량이 2.0%가 되도록 10% 중량 비율로 평량하고 수용액을 만든다. 설탕은 반응 중 환원제와 탄소 코팅제로 첨가하였다. Ferrous sulfate (FeSO 4 · 7H 2 O), phosphoric acid (85wt%), and lithium hydroxide (LiOH) are weighed in a molar ratio of 1: 1: 3, and the sugar is 10% by weight so that the carbon content is 2.0% of the final product. Basis weight to make an aqueous solution. Sugar was added as a reducing agent and a carbon coating during the reaction.
혼합 수용액을 99.9% 질소 분위기의 autoclave 반응기에서 200℃, 5시간 동안 반응을 실시하였다. 생성된 침전물은 수 차례 세척 후 농축하고, 진공 오븐에서 60℃, 12시간 동안 건조하였다. 건조된 입자들을 700℃에서 10시간 열처리를 실시하였다. The mixed aqueous solution was reacted at 200 ° C. for 5 hours in an autoclave reactor in a 99.9% nitrogen atmosphere. The resulting precipitate was washed several times, concentrated and dried in a vacuum oven at 60 ° C. for 12 hours. The dried particles were heat treated at 700 ° C. for 10 hours.
제조된 최종 생성물의 ICP 분석을 행하여 Fe : P의 몰 비율이 1 : 1임을 확인하였다. ICP analysis of the prepared final product confirmed that the molar ratio of Fe: P was 1: 1.
비교예Comparative example 4 4
Li2CO3, FeC2O4·2H2O, (NH4)2HPO4를 1.1 : 2 : 2의 몰 비율로 평량하여 지르코니아 볼 밀링(zirconia ball milling)법을 이용하여 350 rpm의 속도로 8시간 동안 1차 혼합한다. 탄소 코팅을 위해 탄소 전구체인 설탕과 1차 혼합물을 중량 비율 2 : 8로 2차 혼합한다. 1차와 2차 혼합을 분리하는 이유는 설탕의 강한 흡습력 때문에 1차 혼합과정에 설탕을 도입할 경우 균질한 혼합이 불가능하기 때문이다. Li 2 CO 3 , FeC 2 O 4 · 2H 2 O, (NH 4 ) 2 HPO 4 were weighed out at a molar ratio of 1.1: 2: 2 at a speed of 350 rpm using zirconia ball milling. Mix first for 8 hours. For the carbon coating, the first mixture is mixed with sugar, the carbon precursor, in a weight ratio of 2: 8. The reason for separating the primary and secondary mixtures is that homogeneous mixing is impossible when sugar is introduced in the primary mixing process because of the strong hygroscopicity of the sugar.
2차 혼합물은 500℃, 99.9% 질소 분위기에서 8시간 동안 1차 하소하여 탄소 코팅된 리튬인산철을 얻는다. 1차 하소 온도를 500℃로 선정한 것은 반응물들의 혼합물을 열분석한 결과를 통해 주요 반응메커니즘이 종료되는 온도가 500℃이기 때문이다. 1차 하소하여 제조한 탄소 코팅된 리튬인산철은 결정성 향상을 위해 675℃, 99.9% 질소 분위기에서 5시간 동안 2차 하소하였다. The secondary mixture was first calcined at 500 ° C., 99.9% nitrogen atmosphere for 8 hours to obtain carbon coated lithium iron phosphate. The primary calcination temperature was chosen as 500 ° C because the temperature at which the main reaction mechanism was terminated by thermal analysis of the mixture of reactants was 500 ° C. Carbon-coated lithium iron phosphate prepared by the first calcination was calcined for 2 hours at 675 ℃, 99.9% nitrogen atmosphere to improve the crystallinity.
제조된 최종 생성물에 대해 ICP 분석을 행하여 Fe : P의 몰 비율이 1 : 1임을 확인하였다. ICP analysis was performed on the prepared final product to confirm that the molar ratio of Fe: P was 1: 1.
비교예Comparative example 5 5
CH3CO2LiㆍH2O와 Fe(NO3)3·9H2O를 1.1 : 1의 몰 비율로 평량하여 증류수에 용해시켜 수용액 1을 얻는다. 그리고 수용액 1과 별도로 Fe(NO3)3·9H2O 대비 1 : 1의 몰 비율로 평량한 (NH4)2HPO4와 리튬인산철 대비 20% 중량 비율로 평량한 설탕을 증류수에 용해시켜 수용액 2를 얻는다. 수용액 2에 수용액 1을 소량씩 천천히 첨가하면서 두 수용액을 혼합한다. 수용액 1과 수용액 2로 분리하여 두 가지 수용액을 만든 후 두 수용액을 혼합하는 이유는 4개의 반응물을 동시에 증류수에 용해를 시켜 하나의 수용액을 얻고자 할 경우 용해가 되기보다 겔화가 바로 일어나서 반응물들의 균일한 혼합이 불가능하기 때문이다. CH 3 CO 2 Li.H 2 O and Fe (NO 3 ) 3 .9H 2 O are weighed in a molar ratio of 1.1: 1 and dissolved in distilled water to obtain an
혼합된 수용액을 교반하면 졸이 되었다가 겔화된다. 생성된 겔은 80℃에서 24시간 건조시킨 후 미세분말화 한다. When the mixed aqueous solution is stirred, it becomes a sol and gels. The resulting gel is dried for 24 hours at 80 ℃ and then micropowdered.
미세분말은 500℃, 99.9% 질소 분위기에서 8시간 동안 1차 하소하여 탄소 코팅된 리튬인산철을 얻는다. 1차 하소하여 제조한 리튬인산철은 결정성 향상을 위해 675℃, 99.9% 질소 분위기에서 5시간 동안 2차 하소하였다. The fine powder is first calcined for 8 hours at 500 ° C. and 99.9% nitrogen atmosphere to obtain carbon-coated lithium iron phosphate. Lithium iron phosphate prepared by the first calcination was calcined for 2 hours at 675 ℃, 99.9% nitrogen atmosphere to improve the crystallinity.
제조된 최종 생성물에 대해 ICP 분석을 행하여 Fe : P의 몰 비율이 1 : 1임을 확인하였다. ICP analysis was performed on the prepared final product to confirm that the molar ratio of Fe: P was 1: 1.
철의 산화 상태 측정Measurement of the oxidation state of iron
리튬인산철의 자화율을 측정하기 위해 Quantum Design사의 Squid Magnetometer 측정을 위한 MPMS 5 장비를 사용하여 4 ~ 300K의 온도 범위에서 측정하였다.In order to measure the susceptibility of lithium iron phosphate, the measurement was performed in the temperature range of 4 to
도 2는 실시예 3 (그래프 a) 및 비교예 1 (그래프 b), 비교예 4 (그래프 c), 비교예 5 (그래프 d)에서 합성된, +2와 +3 산화 상태 철의 상대 비율이 다른 4가지 리튬인산철의 자화율 측정 결과이다. 도 2의 4가지 리튬인산철 모두 Neel 온도가 절대온도 52K에서 발생되는 것은 모두 반강자성체 정렬을 하고 있음을 보여주며, 모두 Curie-Weiss 법칙의 자성체임을 보여준다. Curie-Weiss 법칙인 (1/χ) = (T-θ/C에 따라 도 2의 직선 기울기는 Curie 상수의 역수인 (1/C)이다. C = NAg2μB 2S(S+1)/3k = 0.125g2S(S+1), (NA :Avogadro 상수, g: Land 상수, μB: Bohr 마그네톤, S: 전체 스핀 양자수, k: Boltzmann 상수)이며 +3 산화 상태 철(3d5, t2g 3eg 2, 전 자쌍을 이루지 않은 전자 5개)의 S는 5/2이고 +2 산화 상태 철(3d6, t2g 4eg 2, 전자쌍을 이루지 않은 전자 4개)의 S는 4/2이므로 +3 산화 상태 철의 비율이 높아질수록 Curie 상수인 C는 증가하고 Curie 상수의 역수인 (1/C)는 감소한다. FIG. 2 shows the relative ratios of +2 and +3 oxidation state iron synthesized in Example 3 (graph a) and Comparative Example 1 (graph b), Comparative Example 4 (graph c), and Comparative Example 5 (graph d) This is the result of measuring the susceptibility of the other four lithium iron phosphates. All of the four lithium iron phosphates of FIG. 2 show that the Neel temperature is generated at an absolute temperature of 52K, all having antiferromagnetic alignment, and that all are magnetic materials of the Curie-Weiss law. According to the Curie-Weiss law (1 / χ) = (T-θ / C, the slope of the straight line in Fig. 2 is (1 / C), which is the inverse of the Curie constant. C = N A g 2 μ B 2 S (S + 1) / 3k = 0.125g 2 S (S + 1), (N A : Avogadro constant, g: Land constant, μ B : Bohr magnetone, S: total spin quantum number, k: Boltzmann constant) and +3 oxidation S for state iron (3d 5 , t 2g 3 e g 2 , five unpaired electrons) is 5/2 and +2 oxidation state iron (3d 6 , t 2g 4 e g 2 , unpaired electron 4) S is 4/2, so as the ratio of iron to +3 oxide increases, the Curie constant C increases and the inverse of the Curie constant (1 / C) decreases.
그리고 유효 자기 모멘트(μeff)는 μeff = (3k/NA)1/2(χT)1/2 = {g2S(S +1)}1/2μB의 관계식임을 이용하여 +2와 +3 산화 상태 철의 이론적인 유효 자기 모멘트를 구할 수 있다. L = 0의 조건 하에서 Lande 상수(g) 값이 2.0023이라면, +2 산화 상태 철의 이론적인 유효 자기 모멘트는 4.90μB이고, +3 산화 상태 철의 경우는 5.92μB이므로, 도 2의 그래프 (a)에서 본 발명의 음이온 부족형 비화학양론 리튬인산철은 실온에서 4.61μB의 유효 자기 모멘트를 가진다는 것과 g 값의 변화를 고려하면 본 발명의 음이온 부족형 비화학양론 리튬인산철은 +2 산화 상태 철로만 구성된다. 반면, 도 2의 그래프 (c)와 (d)의 리튬인산철은 실온에서 5.79 ~ 6.32μB의 높은 유효 자기 모멘트를 보인다. 도 2의 그래프 (b)에서 (d)의 리튬인산철으로 갈수록 +3 산화 상태 철의 보유량이 증가함을 알 수 있다. (도 2의 그래프a: 4.61μB, 그래프b: 4.91μB, 그래프c: 5.79μB, 그래프d: 6.32μB) And the effective magnetic moment (μ eff ) is +2 by using the relationship of μ eff = (3k / N A ) 1/2 (χT) 1/2 = {g 2 S (S +1)} 1/2 μ B The theoretical effective magnetic moments of and +3 iron oxide can be found. If L = 0 under the condition of a constant Lande (g) value of 2.0023, +2 and theoretical effective magnetic moments of the oxidized iron is 4.90μ B, if the +3 oxidation state, because iron is 5.92μ B, the graph of Fig. 2 In (a), the anion-deficient non-stoichiometric lithium iron phosphate of the present invention is 4.61μ B at room temperature. Considering having an effective magnetic moment and changing the g value, the anion-deficient non-stoichiometric iron phosphate of the present invention consists only of +2 oxidation state iron. On the other hand, lithium iron phosphate in the graphs (c) and (d) of Figure 2 is 5.79 ~ 6.32μ B at room temperature High effective magnetic moment. It can be seen from the graph (b) of FIG. 2 that the amount of iron in the +3 oxidation state increases as the lithium iron phosphate of (d) increases. (Graph a: 4.61 μ B , graph b: 4.91 μ B , graph c: 5.79 μ B , graph d: 6.32 μ B in FIG. 2 )
도 3a는 +2와 +3 산화 상태 철이 혼재된 리튬인산철의 뫼스바우어 분광 분석 그래프이고, 도 3b는 실시예 3에서 합성된, 본 발명의 음이온 부족형 비화학양론 리튬인산철의 뫼스바우어 분광 분석 그래프이다.Figure 3a is a Mossbauer spectroscopic analysis of lithium iron phosphate mixed with +2 and +3 iron oxide state, Figure 3b is a Mossbauer spectroscopy of the anion-deficient non-stoichiometric lithium iron phosphate of the present invention synthesized in Example 3 Analysis graph.
리튬인산철의 결정구조 특성평가를 위한 X선 회절(XRD: X-ray diffraction) 패턴분석에는 Rigaku사의 D/MAX 2500H를 사용하여 파장 1.5418Å Cu의 Kα선으로 2θ값을 0.02° 당 10초씩 5 ~ 100°의 구간에 걸쳐 측정하였다. 도 4a과 도 4b는 각각 실시예 3과 비교예 3에서 합성된 리튬 전이금속 다중산 화합물의 XRD 그래프이다. 도 4a는 본 발명의 +2 산화 상태 철로만 구성된 음이온 부족형 비화학양론 리튬인산철의 X-선 회절분광 결과이고, +3 산화 상태 철의 비율이 한도치를 넘는 리튬인산철의 경우, 도 4b의 확대 그림에서 보이는 것처럼 불순물 회절 피크(▼)가 나타난다. X-ray diffraction (XRD) pattern analysis for the characterization of the crystal structure of lithium iron phosphate was carried out using Rigaku's D / MAX 2500H. Measured over a section of ˜100 °. 4A and 4B are XRD graphs of the lithium transition metal polyacid compound synthesized in Example 3 and Comparative Example 3, respectively. Figure 4a is the result of X-ray diffraction spectroscopy of the anion-deficient non-stoichiometric lithium iron phosphate composed only of +2 oxidation state iron of the present invention, in the case of lithium iron phosphate exceeding the limit of +3 iron oxide state, Figure 4b The impurity diffraction peak (▼) appears as shown in the enlarged picture.
리튬인산철의 합성 여부와 리튬이온 주위의 분위기 평가를 통한 철의 산화 상태를 평가하기 위해 7Li Magic Angle Spinning 핵자기 공명분광(NMR: nuclear magnetic resonance) 분석을 Bruker사의 400MHz Avance II+를 사용하여 1차와 2차 화학이동을 줄이기 위해 시료를 15° 기울여 시료 회전 속도 14kHz로 고정하고 측정하였다. 기준 물질로는 1M LiCl 용액을 이용하였다. 도 5는 실시예 3 (그래프 a)와 비교예 3 (그래프 b)에서 각각 합성된 리튬 전이금속 다중산 화합물의 Li-NMR 분석 결과 그래프이다. 철의 산화 상태에 따른 전자쌍을 이루지 않은 최외각 전자의 수는 Li-NMR 주요 피크의 위치를 이동시키는 역할을 하므로, 철의 산화 상태별 최외각 전자배열을 살펴볼 필요가 있다. +3 산화 상태 철의 경우, 하위 에너지 준위인 t2g 준위에 3개의 전자쌍을 이루지 않은 전자와 상위 에너지 준위인 eg 준위에 2개의 전자쌍을 이루지 않은 전자가 배치되어 있고, +2 산화 상태 철의 경우는 하 위 에너지 준위인 t2g 준위에 모두 4개의 전자(2개의 전자쌍을 이루지 않은 전자 및 2개의 전자쌍을 이루는 전자)와 상위 에너지 준위인 eg 준위에 2개의 전자쌍을 이루지 않은 전자가 배치되어 있다. t2g 준위에 배치된 전자쌍을 이루지 않은 전자는 전자 하나 당 Li-NMR 피크의 위치를 -24 ~ -28ppm 이동시키고, eg 준위에 배치된 전자쌍을 이루지 않은 전자는 전자 하나 당 Li-NMR 피크의 위치를 +70 ~ +79ppm 이동시킨다. 따라서 +2 산화 상태 철로만 구성된 리튬인산철의 Li-NMR 주요 피크의 위치는 -14 ~ +7ppm 사이에 있을 수 있다. +3 산화 상태 철로만 리튬인산철이 구성된다면 전하중성을 맞추기 위해 이 물질에는 리튬이 존재하지 않아 Li-NMR 피크는 존재하지 않게 된다. 하지만 리튬인산철이 아닌 리튬이 존재할 수 있고 +3 산화 상태 철로만 구성된 물질이 있다면 그 물질의 Li-NMR 주요 피크의 위치는 -84 ~ -72ppm 사이에 있을 수 있다. 7 Li Magic Angle Spinning nuclear magnetic resonance (NMR) analysis was performed using Bruker's 400 MHz Avance II + to evaluate the oxidation state of iron through the synthesis of lithium iron phosphate and the atmosphere evaluation around lithium ions. In order to reduce the secondary and secondary chemical shift, the sample was inclined at 15 ° and the sample rotation speed was fixed at 14 kHz and measured. 1 M LiCl solution was used as a reference material. Figure 5 is a graph of the Li-NMR analysis of the lithium transition metal polyacid compound synthesized in Example 3 (graph a) and Comparative Example 3 (graph b), respectively. Since the number of the outermost electrons which do not form an electron pair according to the oxidation state of iron plays a role of shifting the position of the main peak of Li-NMR, it is necessary to examine the outermost electron arrangement for each oxidation state of iron. In the case of +3 oxide iron, three electron-paired electrons are disposed at the lower energy level of t 2g and two electron-paired electrons are disposed at the higher energy level of e g . In this case, all four electrons (two unpaired electrons and two electron paired electrons) are placed at the lower energy level t 2g and two unpaired electrons are placed at the higher energy level e g level. have. The unpaired electrons at the t 2g level shift the position of the Li-NMR peak per electron by -24 to -28 ppm, and the unpaired electrons at the e g level are at the Li-NMR peak per electron. Move the position by +70 ~ + 79ppm. Therefore, the position of the Li-NMR main peak of lithium iron phosphate composed only of +2 oxide iron may be between -14 and +7 ppm. If lithium iron phosphate is composed of only +3 oxide iron, there is no Li-NMR peak because lithium is not present in the material to meet charge neutrality. However, if there is lithium, but not lithium iron phosphate, and there is a material consisting only of +3 iron oxide, the Li-NMR main peak of the material may be between -84 and -72 ppm.
도 5의 그래프 a는 본 발명의 음이온 부족형 비화학양론 리튬인산철에 대한 Li-NMR 측정 결과이고 Li-NMR 주요 피크의 위치가 -10.9ppm에 있으므로, 이는 본 발명의 음이온 부족형 비화학양론 리튬인산철은 +2 산화 상태 철로만 구성되었다는 것을 한 번 더 검증해 준다. 반면, 도 5의 그래프 b는 비교예 3에서 제조된 화학양론 리튬인산철의 Li-NMR 측정 결과이고 Li-NMR 주요 피크의 위치가 -46.2ppm에 있으므로, 이는 상기 리튬인산철에는 +3의 산화 상태인 철이 함유되어 있음을 보여준다. 5 is a result of Li-NMR measurement of the anion-deficient non-stoichiometry lithium iron phosphate of the present invention and the position of the Li-NMR main peak is at -10.9 ppm, which is an anion-deficient non-stoichiometry of the present invention. Lithium iron phosphate once more verifies that it consists only of iron in the +2 oxidation state. On the other hand, the graph b of Figure 5 shows the result of Li-NMR measurement of the stoichiometric lithium iron phosphate prepared in Comparative Example 3 and the position of the Li-NMR main peak is -46.2ppm, which is +3 oxidation of the lithium iron phosphate Shows the presence of iron in the state.
화합물의 형상Shape of compound
리튬인산철의 입자 크기와 형상을 평가하기 위해 주사전자현미경(SEM: scanning electron microscope) 측정을 JEOL사의 JSM-6300을 이용하여 accelerating voltage 10000 Volt, emission current 9500 nA, working distance 12400μm의 측정 조건에서 수행하였다. 도 6a는 실시예 3에서 합성된 음이온 부족형 비화학양론 리튬 전이금속 다중산 화합물을 과립화한 입자의 SEM 사진으로 19μm의 과립체 크기를 보여주고, 도 6b는 실시예 3에서 합성된 음이온 부족형 비화학양론 리튬 전이금속 다중산 화합물이 나노 크기의 초미립자임을 보여주는 더욱 확대된 SEM 사진이다.In order to evaluate the particle size and shape of lithium iron phosphate, scanning electron microscope (SEM) measurements were carried out using JEOL's JSM-6300 under the conditions of accelerating voltage of 10000 kV, emission current 9500 nA and working distance 12400 μm. It was. Figure 6a is a SEM image of the granulated particles of the anion-deficient non-stoichiometric lithium transition metal polyacid compound synthesized in Example 3 shows a granule size of 19μm, Figure 6b is an anion deficient synthesized in Example 3 The type non-stoichiometric lithium transition metal polyacid compound is an enlarged SEM image showing that it is a nano-sized ultrafine particle.
화합물의 충·방전 특성 측정Measurement of charge and discharge characteristics of compounds
본 발명의 음이온 부족형 비화학양론 리튬 전이금속 다중산 화합물을 이용한 리튬이차전지의 전지특성 평가를 하기와 같이 수행하였다. Evaluation of battery characteristics of the lithium secondary battery using the anion-deficient non-stoichiometric lithium transition metal polyacid compound of the present invention was performed as follows.
양극판 조성은 제조된 음이온 부족형 비화학양론 리튬 전이금속 다중산 화합물 : 도전재 : 결착제 중량 비율 90 : 5 : 5이며, 도전재로서는 super-P와 VGCF를 동일 중량비율로 혼합된 것, 결착제로는 KF1100을 이용하여 혼합하여 전극 슬러리를 구성하였다. 상기 전극 슬러리를 알루미늄 박막 위에 도포기 전실 온도 90℃, 후실 온도 120℃, 도포 속도 0.3 m/분의 도포 조건으로 도포하고, 건조하여 양극을 제조하였다. 전해질은 에틸렌카보네이트(EC) : 에틸메틸카보네이트(EMC)를 1 : 2 부피 비율로 혼합한 용매에 1몰의 LiPF6를 용해하여 얻었다. 코인셀 형식의 리튬 이차전지를 제조하여 Maccor series 4000을 이용하여 0.2C rate 정전류로 충·방전하였다.The positive electrode plate composition is an anion-deficient non-stoichiometric lithium transition metal polyacid compound produced: conductive material: binder weight ratio 90: 5: 5: The conductive material is a mixture of super-P and VGCF in the same weight ratio, binding Zero was mixed using KF1100 to form an electrode slurry. The electrode slurry was applied on an aluminum thin film under application conditions of an applicator front chamber temperature of 90 ° C., a rear chamber temperature of 120 ° C., and a coating speed of 0.3 m / min, and dried to prepare a positive electrode. The electrolyte was obtained by dissolving 1 mol of LiPF 6 in a solvent in which ethylene carbonate (EC): ethyl methyl carbonate (EMC) was mixed in a 1: 2 volume ratio. A lithium secondary battery of the coin cell type was manufactured and charged and discharged at a constant current of 0.2 C using a Maccor series 4000.
도 7은 비교예 3, 4, 5 및 실시예 3에서 합성된 리튬 전이금속 다중산 화합물을 양극 활물질로 이용한 리튬 이차 전지의 충·방전 그래프이다. 도 7a, 7b, 7c는 각각 비교예 3, 4, 5에 따른 +3 산화 상태 철을 함유한 리튬인산철, 도 7d는 실시예 3에 따른 +2 산화 상태 철로만 구성된 음이온 부족형 비화학양론 리튬인산철의 충방전용량을 보여준다. 전자의 방전용량은 93 ~ 143mAh/g로서 후자의 방전용량인 163mAh/g보다 현저히 떨어진다. 또한 올리빈 구조 리튬인산철의 전형적인 특징인 넓은 평탄 전위는 도 7(d)에서 볼 수 있듯이 +2 산화 상태 철로만 구성된 음이온 부족형 비화학양론 리튬인산철에서만 찾을 수 있다.7 is a charge and discharge graph of a lithium secondary battery using the lithium transition metal polyacid compound synthesized in Comparative Examples 3, 4, 5, and Example 3 as a cathode active material. 7A, 7B and 7C are lithium iron phosphate containing +3 oxide iron in accordance with Comparative Examples 3, 4 and 5, respectively, and FIG. 7D is an anion deficient stoichiometry consisting of only +2 oxide iron according to Example 3 The charge and discharge capacity of lithium iron phosphate is shown. The former discharge capacity is 93 to 143 mAh / g, which is significantly lower than the latter discharge capacity of 163 mAh / g. In addition, a wide planar potential, which is a typical feature of the olivine structure lithium iron phosphate, can be found only in anion-deficient non-stoichiometric lithium iron phosphate composed only of +2 oxidation state iron, as shown in FIG.
도 8은 상기 실시예 3으로 제조된 음이온 부족형 비화학양론 리튬인산철(그래프 a)과 종래의 화학양론 리튬인산철(그래프 b)을 0.2C의 율속으로 충방전한 곡선을 보여 주며, 본 발명의 음이온 부족형 비화학양론 리튬인산철과 종래의 화학양론 리튬인산철 사이에 두 가지 차이가 있음을 알 수 있다. 첫 번째 차이는 본 발명의 음이온 부족형 비화학양론 리튬인산철의 방전 용량은 162.58mAh/g으로 종래의 화학양론 리튬인산철의 방전 용량 148.32mAh/g보다 훨씬 높다는 것이고 두 번째 차이는 충전 전위와 방전 전위의 차이가 본 발명의 음이온 부족형 비화학양론 리튬인산철이 종래의 화학양론 리튬인산철보다 훨씬 좁다는 것이다. 두 가지 차이 모두 본 발명의 음이온 부족형 비화학양론 리튬인산철이 종래의 화학양론 리튬인산철보다 훨씬 가역적이고 넓은 영역으로 산화환원 반응을 한다는 것을 의미한다. 상기에 언급한 바와 같이 제조 중에 생성되는 +3 산화 상태 철을 함유한 리튬인산철의 +3 산화 상태 철은 결정구조적 요인으로 올리빈 구조 리튬인산철를 형성하지 못하고 다른 결정 구조의 불순물로 생성될 수 있다는 점과 +3 산화 상태 철로 구성된 불순물은 양극 활물질의 역할을 할 수 없다는 점을 고려하면 종래의 화학양론 리튬인산철은 +3 산화 상태 철와 같은 양극 활물질의 역할을 할 수 없는 불순물을 함유하고 있음을 보여준다. Figure 8 shows a curve of charging and discharging anion-deficient non-stoichiometric iron phosphate lithium phosphate (graph VIIa) and the conventional stoichiometric lithium iron phosphate (graph VII b) prepared in Example 3 at a rate of 0.2C, It can be seen that there are two differences between the anion-deficient nonstoichiometric iron phosphate of the invention and the conventional stoichiometric lithium iron phosphate. The first difference is that the discharge capacity of the anion-deficient non-stoichiometric lithium iron phosphate of the present invention is 162.58 mAh / g, which is much higher than the discharge capacity of the conventional stoichiometric lithium iron phosphate of 148.32 mAh / g. The difference in discharge potential is that the anion-deficient non-stoichiometric iron phosphate of the present invention is much narrower than conventional stoichiometric lithium iron phosphate. Both differences mean that the anion-deficient non-stoichiometric iron phosphate of the present invention undergoes a redox reaction in a much more reversible and wider range than conventional stoichiometric lithium iron phosphate. As mentioned above, the +3 iron oxide phosphate of lithium iron phosphate containing +3 iron oxide produced during manufacture cannot form olivine-structure lithium iron phosphate as a crystal structural factor and can be produced as impurities of other crystal structures. Considering the fact that it is present and that impurities composed of +3 iron oxide do not function as a positive electrode active material, conventional stoichiometric lithium phosphate contains impurities that cannot function as positive electrode active material such as +3 iron oxide. Shows.
도 9~16는 각각 상기 실시예 1, 2, 4, 5, 6, 7, 8, 9에서 제조된 음이온 부족형 비화학양론 리튬인산철들을 0.2C의 율속으로 충방전한 곡선을 보여준다. 9 to 16 show curves in which the anion-deficient non-stoichiometric lithium iron phosphates prepared in Examples 1, 2, 4, 5, 6, 7, 8, and 9 were charged and discharged at a rate of 0.2C, respectively.
도 17와 도 18은 각각 비교예 1과 비교예 2에서 합성된 리튬 전이금속 다중산 화합물을 양극 활물질로 이용한 리튬 이차 전지의 충·방전 그래프이다.17 and 18 are charge and discharge graphs of a lithium secondary battery using the lithium transition metal polyacid compound synthesized in Comparative Example 1 and Comparative Example 2 as a cathode active material, respectively.
도 19는 비교예 1과 비교예 2를 포함하여 실시예 1에서 실시예 9까지 합성된 음이온 부족형 비화학양론 리튬 전이금속 다중산 화합물을 양극 활물질로 이용한 리튬 이차 전지의 방전 용량값을 철 대비 인의 몰비를 변수로 정리한 그래프이다.19 is a discharge capacity value of a lithium secondary battery using the anion-deficient non-stoichiometric lithium transition metal polyacid compound synthesized from Examples 1 to 9 including Comparative Example 1 and Comparative Example 2 as a cathode active material, compared to iron This graph shows the molar ratio of phosphorus in a variable.
도 19는 P/Fe 몰 비율이 감소함에 따라 본 발명의 음이온 부족형 비화학양론 리튬인산철의 방전 용량이 증가하는 것을 보여준다. 특히 P/Fe의 비율이 약 0.95 ≤ P/Fe ≤ 약 0.99인 경우에 방전 용량 증가면에서 우수하고, 약 0.95 ≤ P/Fe ≤ 약 0.97인 경우 더욱 우수하다. 또한 P/Fe의 값이 0.94인 경우에 비해 0.95일 때, 두드러진 방전용량 증가를 보인다. 도 19는 리튬인산철 제조시, -3 전하를 가지는 인산의 비율을 제어하여, +3 산화 상태 철의 생성을 억제할 수 있다는 것을 검증해 준다. 19 shows that as the P / Fe molar ratio decreases, the discharge capacity of the anion-deficient non-stoichiometric lithium iron phosphate of the present invention increases. In particular, when the ratio of P / Fe is about 0.95 ≦ P / Fe ≦ about 0.99, the discharge capacity is excellent in terms of increase in discharge capacity, and about 0.95 ≦ P / Fe ≦ about 0.97. Also, when the value of P / Fe is 0.95, the discharge capacity is remarkably increased. FIG. 19 verifies that the production of lithium iron phosphate can be controlled by controlling the proportion of phosphoric acid having a −3 charge, thereby suppressing the production of +3 iron oxide.
도 1a는 음이온 부족형 비화학양론 리튬인산철의 올리빈 결정구조를 보여주고, 도 1b는 올리빈 리튬인산철에서 음이온 빈자리 결함이 발생될 수 있는 위치를 보여준다.Figure 1a shows the olivine crystal structure of the anion-deficient non-stoichiometric lithium iron phosphate, Figure 1b shows the location where an anion vacancies defect can occur in the olivine iron phosphate.
도 2는 실시예 3 (그래프 a) 및 비교예 1 (그래프 b), 비교예 4 (그래프 c), 비교예 5 (그래프 d)에서 합성된 리튬 전이금속 다중산 화합물의 자화율 측정 그래프이다.FIG. 2 is a graph of measurement of magnetization rate of lithium transition metal polyacid compound synthesized in Example 3 (graph a) and Comparative Example 1 (graph b), Comparative Example 4 (graph c), and Comparative Example 5 (graph d).
도 3a는 +2와 +3 산화 상태 철이 혼재된 리튬인산철의 뫼스바우어 분광 분석 그래프이고, 도 3b는 실시예 3에서 합성된 음이온 부족형 비화학양론 리튬인산철의 뫼스바우어 분광 분석 그래프이다. FIG. 3A is a Mossbauer spectroscopic graph of lithium iron phosphate mixed with +2 and +3 iron oxide, and FIG. 3B is a Mossbauer spectroscopic graph of anion-deficient non-stoichiometric lithium iron phosphate synthesized in Example 3. FIG.
도 4a는 실시예 3에서 합성한 리튬 전이금속 다중산 화합물의 X-선 회절분광(XRD) 그래프이다.4A is an X-ray diffraction spectrum (XRD) graph of the lithium transition metal polyacid compound synthesized in Example 3. FIG.
도 4b는 비교예 3에서 합성한 리튬 전이금속 다중산 화합물의 X-선 회절분광(XRD) 그래프이다.Figure 4b is an X-ray diffraction spectroscopy (XRD) graph of the lithium transition metal polyacid compound synthesized in Comparative Example 3.
도 5의 그래프 a는 실시예 3에서 각각 합성된 리튬 전이금속 다중산 화합물의 Li-핵자기 공명분광 (NMR) 분석 결과 그래프이다.5 is a graph showing the results of Li-nuclear magnetic resonance spectroscopy (NMR) analysis of the lithium transition metal polyacid compounds synthesized in Example 3, respectively.
도 5의 그래프 b는 비교예 3에서 각각 합성된 리튬 전이금속 다중산 화합물의 Li-핵자기 공명분광 (NMR) 분석 결과 그래프이다.Graph b of Figure 5 is a graph of the results of Li-nuclear magnetic resonance spectroscopy (NMR) analysis of the lithium transition metal polyacid compound synthesized in Comparative Example 3.
도 6a는 실시예 3에서 합성된 음이온 부족형 비화학양론 리튬 전이금속 다중산 화합물의 과립화 및 하소된 입자가 구형의 입자 형상을 보여주는 4000배 확대 측정된 주사 전자 현미경(SEM) 사진이다. FIG. 6A is a scanning electron microscope (SEM) photograph at 4000 times magnification of granulated and calcined particles of the anion deficient non-stoichiometric lithium transition metal polyacid compound synthesized in Example 3 showing spherical particle shape.
도 6b는 실시예 3에서 합성된 음이온 부족형 비화학양론 리튬 전이금속 다중산 화합물의 과립화 및 하소된 입자를 국부적으로 10000배 확대 측정하여 나노 크기의 초미립자들이 과립화된 모습을 보여주는 주사 전자 현미경(SEM) 사진이다.FIG. 6B is a scanning electron microscope showing the granulation of nano-sized ultra-fine particles by granulating and calcining the calcined particles of the anion-deficient non-stoichiometric lithium transition metal polyacid compound synthesized in Example 3 at a magnification of 10000 times. (SEM) picture.
도 7a는 비교예 3에서 합성된 리튬 전이금속 다중산화합물을 양극활물질로 이용한 리튬 이차 전지의 충·방전 그래프이다. 7A is a graph of charge and discharge of a lithium secondary battery using the lithium transition metal polyacid compound synthesized in Comparative Example 3 as a cathode active material.
도 7b는 비교예 4에서 합성된 리튬 전이금속 다중산화합물을 양극활물질로 이용한 리튬 이차 전지의 충·방전 그래프이다. 7B is a charge / discharge graph of a lithium secondary battery using the lithium transition metal polyacid compound synthesized in Comparative Example 4 as a cathode active material.
도 7c는 비교예 5에서 합성된 리튬 전이금속 다중산화합물을 양극활물질로 이용한 리튬 이차 전지의 충·방전 그래프이다. 7C is a graph of charge and discharge of a lithium secondary battery using the lithium transition metal polyacid compound synthesized in Comparative Example 5 as a cathode active material.
도 7d는 실시예 3에서 합성된 리튬 전이금속 다중산화합물을 양극활물질로 이용한 리튬 이차 전지의 충·방전 그래프이다.7D is a graph of charge and discharge of a lithium secondary battery using the lithium transition metal polyacid compound synthesized in Example 3 as a cathode active material.
도 8은 실시예 3(그래프 a)과 비교예 3(그래프 b)에서 합성된 리튬 전이금속 다중산화합물을 양극활물질로 이용한 리튬 이차 전지의 충·방전 비교 그래프이다.8 is a comparative graph of charge and discharge of a lithium secondary battery using the lithium transition metal polyacid compound synthesized in Example 3 (graph a) and Comparative Example 3 (graph b) as a cathode active material.
도 9는 실시예 1에서 합성된 음이온 부족형 비화학양론 리튬 전이금속 다중산 화합물을 양극 활물질로 이용한 리튬 이차 전지의 충·방전 그래프이다.9 is a charge and discharge graph of a lithium secondary battery using the anion-deficient non-stoichiometric lithium transition metal polyacid compound synthesized in Example 1 as a cathode active material.
도 10은 실시예 2에서 합성된 음이온 부족형 비화학양론 리튬 전이금속 다중산 화합물을 양극 활물질로 이용한 리튬 이차 전지의 충·방전 그래프이다.10 is a charge and discharge graph of a lithium secondary battery using the anion-deficient non-stoichiometric lithium transition metal polyacid compound synthesized in Example 2 as a cathode active material.
도 11은 실시예 4에서 합성된 음이온 부족형 비화학양론 리튬 전이금속 다중산 화합물을 양극 활물질로 이용한 리튬 이차 전지의 충·방전 그래프이다.11 is a charge / discharge graph of a lithium secondary battery using the anion-deficient non-stoichiometric lithium transition metal polyacid compound synthesized in Example 4 as a cathode active material.
도 12는 실시예 5에서 합성된 음이온 부족형 비화학양론 리튬 전이금속 다중산 화합물을 양극 활물질로 이용한 리튬 이차 전지의 충·방전 그래프이다.12 is a charge and discharge graph of a lithium secondary battery using the anion-deficient non-stoichiometric lithium transition metal polyacid compound synthesized in Example 5 as a cathode active material.
도 13은 실시예 6에서 합성된 음이온 부족형 비화학양론 리튬 전이금속 다중산 화합물을 양극 활물질로 이용한 리튬 이차 전지의 충·방전 그래프이다.FIG. 13 is a charge / discharge graph of a lithium secondary battery using the anion-deficient non-stoichiometric lithium transition metal polyacid compound synthesized in Example 6 as a cathode active material.
도 14는 실시예 7에서 합성된 음이온 부족형 비화학양론 리튬 전이금속 다중산 화합물을 양극 활물질로 이용한 리튬 이차 전지의 충·방전 그래프이다.14 is a charge / discharge graph of a lithium secondary battery using the anion-deficient non-stoichiometric lithium transition metal polyacid compound synthesized in Example 7 as a positive electrode active material.
도 15는 실시예 8에서 합성된 음이온 부족형 비화학양론 리튬 전이금속 다중산 화합물을 양극 활물질로 이용한 리튬 이차 전지의 충·방전 그래프이다.15 is a charge and discharge graph of a lithium secondary battery using the anion-deficient non-stoichiometric lithium transition metal polyacid compound synthesized in Example 8 as a cathode active material.
도 16은 실시예 9에서 합성된 음이온 부족형 비화학양론 리튬 전이금속 다중산 화합물을 양극 활물질로 이용한 리튬 이차 전지의 충·방전 그래프이다.16 is a charge / discharge graph of a lithium secondary battery using the anion-deficient non-stoichiometric lithium transition metal polyacid compound synthesized in Example 9 as a cathode active material.
도 17은 비교예 1에서 합성된 리튬 전이금속 다중산 화합물을 양극 활물질로 이용한 리튬 이차 전지의 충·방전 그래프이다.17 is a graph of charge and discharge of a lithium secondary battery using the lithium transition metal polyacid compound synthesized in Comparative Example 1 as a cathode active material.
도 18은 비교예 2에서 합성된 리튬 전이금속 다중산 화합물을 양극 활물질로 이용한 리튬 이차 전지의 충·방전 그래프이다.18 is a charge and discharge graph of a lithium secondary battery using the lithium transition metal polyacid compound synthesized in Comparative Example 2 as a cathode active material.
도 19는 비교예 1과 비교예 2를 포함하여 실시예 1에서 실시예 9까지 합성된 음이온 부족형 비화학양론 리튬 전이금속 다중산 화합물을 양극 활물질로 이용한 리튬 이차 전지의 방전 용량값을 철 대비 인의 몰비를 변수로 정리한 그래프이다.19 is a discharge capacity value of a lithium secondary battery using the anion-deficient non-stoichiometric lithium transition metal polyacid compound synthesized from Examples 1 to 9 including Comparative Example 1 and Comparative Example 2 as a cathode active material, compared to iron This graph shows the molar ratio of phosphorus in a variable.
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