KR20110085600A - Electrode-active anion-deficient lithium transition-metal phosphate, method for preparing the same, and electrochemical device using the same - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A negative ion-deficient lithium transition metal phosphate compound, a producing method thereof, and an electrochemical device using thereof are provided to improve the ion conductivity, and the chemical stability. CONSTITUTION: A negative ion-deficient lithium transition metal phosphate compound is marked with chemical formula 1: Li_(1-x)M(PO_4)_(1-y). In the chemical formula 1, x is greater than 0 and smaller than 0.15. M is marked with chemical formula 2 M^A_aM^B_bM^T_tFe_(1-(a+b+t)). In the chemical formula 2, M^A is selected from the group consisting of group 2 elements.

Description

전극 활물질인 음이온 부족형 리튬 전이금속 인산화합물, 그 제조방법, 및 그를 이용한 전기화학 소자 {ELECTRODE-ACTIVE ANION-DEFICIENT LITHIUM TRANSITION-METAL PHOSPHATE, METHOD FOR PREPARING THE SAME, AND ELECTROCHEMICAL DEVICE USING THE SAME}Anion-deficient lithium transition metal phosphate compound as an electrode active material, a method of manufacturing the same, and an electrochemical device using the same.

본 발명은 전극 활물질인 음이온 부족형 리튬 전이금속 인산화합물, 그 제조방법, 및 그를 이용한 전기화학 소자에 관한 것이다.
The present invention relates to an anion deficient lithium transition metal phosphate compound as an electrode active material, a method for producing the same, and an electrochemical device using the same.

리튬 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 중대형 리튬 2차전지로 급속히 시장을 넓혀 가고 있다.Lithium 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 medium and large lithium secondary batteries for electric bicycles, electric scooters, service robots, electric vehicles, and power storage devices.

리튬 2차전지는 일반적으로 양극 활물질로 코발트산리튬(LiCoO2), 음극 활물질로 탄소재, 전해질로서 육불화인산리튬(LiPF6) 등을 이용하여 제조되어 왔다. 하지만, 주요 양극 활물질인 코발트산리튬은 주성분인 코발트의 수급이 불안정할 뿐만 아니라 코발트의 비용이 높은 단점이 있어 방대한 양이 요구되는 중대형 리튬 2차전지에 적용되는 것은 경제적으로 불가능하다. 따라서, 코발트가 저가의 다른 전이금속으로 대체된 스피넬 구조의 망간산리튬(LiMn2O4) 등이 상업적으로 사용되기 시작하였고 올리빈 구조의 리튬인산철(LiFePO4)로 대표될 수 있는 리튬 전이금속 인산화합물의 상용화가 진행 중이다.BACKGROUND ART Lithium 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 apply to the medium-large 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 a lithium transition, which may be represented by an olivine-type lithium iron phosphate (LiFePO 4 ), may be used. Commercialization of metal phosphate compounds is underway.

올리빈 구조의 리튬 전이금속 인산화합물은 결정구조적 안정성 및 화학반응에 대한 안정성이 높고, 전지의 고용량, 장기 수명 및 저가격이라는 장점을 가지고 있다. 그럼에도 불구하고 상용화가 용이하게 진행되지 못하고 있는데, 그 이유는 낮은 전자 전도도, 낮은 이온 전도도 및 부반응에 의한 불순물 생성의 단점 때문이다. 특히, 리튬 전이금속 인산화합물은 제조법에 따라 그 조성과 결정구조가 예민하게 변화하기 때문에, 원하는 조성과 결정구조를 만들기 어렵고, 조성과 결정구조가 균질한 미립자를 제조하기 힘들며, 바람직한 전이금속 산화수(oxidation number)를 갖지 못하는 불순물을 함유한 화합물이 생성되는 것을 방지하기 어렵다. 이러한 종래 기술의 문제점들은 소재 및 전지 특성을 나쁘게 만들고, 결국 생산성, 신뢰성, 경제성 저하를 초래하여 리튬 전이금속 인산화합물의 상용화에 장벽이 되어왔다.The lithium transition metal phosphate compound having an olivine structure has high crystal structural stability and stability to chemical reactions, and has advantages of high capacity, long life, and low cost of a battery. Nevertheless, the commercialization is not easily proceeded due to the disadvantages of low electron conductivity, low ion conductivity and generation of impurities by side reactions. In particular, since the composition and crystal structure of the lithium transition metal phosphate compound are sensitively changed according to the preparation method, it is difficult to produce a desired composition and crystal structure, and it is difficult to produce fine particles having a homogeneous composition and crystal structure. It is difficult to prevent the production of compounds containing impurities that do not have an oxidation number). These problems of the prior art make the material and battery characteristics worse, resulting in a decrease in productivity, reliability, and economics, which has been a barrier to the commercialization of lithium transition metal phosphate compounds.

예를 들면, 리튬인산망간(LiMnPO4)의 경우, Mn3O4, Mn2O3, MnO2, MnP, Mn3(PO4)4 등의 불순물이 부가적으로 생성되며, 불순물에 함유된 망간의 대부분은 산화수가 +2를 초과하는 상태인데, 이는 전자구조적으로 망간은 산화수가 +3 이상이 되려는 경향이 강하고, 제조 및 응용 과정에서 쉽게 산화되기 때문이다. 산화수가 +3 이상인 망간을 함유하고 있는 리튬 망간 인산화합물은 완전한 올리빈 구조를 갖지 못하며 불순물을 포함하고 있는 화합물이다. 대부분의 불순물들은 전기화학적 활성을 갖지 못하므로, 산화수가 +3 이상인 망간을 함유한 리튬인산망간은 산화수가 +2인 망간으로만 구성된 리튬인산망간보다 전지 재료로서 좋지 않은 특성을 보이게 된다. 따라서 산화수가 +3 이상인 망간의 발생을 막으려는 노력이 경주되어 왔다.For example, in the case of lithium manganese phosphate (LiMnPO 4 ), impurities such as Mn 3 O 4 , Mn 2 O 3 , MnO 2 , MnP, Mn 3 (PO 4 ) 4 are additionally generated, and are contained in the impurities. Most of the manganese is in a state where the oxidation number exceeds +2, because electronically, manganese has a strong tendency to be more than +3, and is easily oxidized during manufacturing and application. Lithium manganese phosphate compounds containing manganese having an oxidation number of +3 or more do not have a complete olivine structure and are compounds containing impurities. Since most impurities do not have electrochemical activity, lithium manganese phosphate containing manganese having an oxidation number of +3 or more exhibits poor characteristics as a battery material than lithium manganese phosphate composed only of manganese having an oxidation number of +2. Therefore, efforts have been made to prevent the generation of manganese having an oxidation number of more than +3.

본 발명은 상기 종래 기술의 문제점들을 극복하기 위한 음이온 부족형 리튬 전이금속 인산화합물을 제공하는 것이다. 한국 특허출원 2009-0005540은 음이온 부족형 리튬인산철 Li1 - xFe(PO4)1-y와 그 제조방법에 대해 개시하고 있으나, 본 발명에 따른 화합물은 2족 원소, 13족 원소, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, 및 Mo로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소를 반드시 포함한다는 점에서 한국 특허출원 2009-0005540과 상이하다.The present invention provides an anion deficient lithium transition metal phosphate compound to overcome the problems of the prior art. Korean Patent Application No. 2009-0005540 discloses anion-deficient lithium iron phosphate Li 1 - x Fe (PO 4 ) 1-y and its preparation method, but the compound according to the present invention is a Group 2 element, Group 13 element, Sc Is different from Korean Patent Application 2009-0005540 in that it must include at least one element selected from the group consisting of Ti, V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, and Mo. .

또한, 비화학양론 리튬 전이금속 인산화합물을 개시하고 있는 공지문헌들이 있지만, 이들 공지문헌들에 개시된 비화학양론 화합물들은 음이온 부족형이 아니라, 양이온 과잉형 또는 양이온 부족형이라는 점에서 본 발명과는 상이하다.In addition, although there are known publications that disclose non-stoichiometric lithium transition metal phosphate compounds, the non-stoichiometric compounds disclosed in these publications are not anion-deficient but are cationic or cationic-deficient. It is different.

예를 들어, 유럽 특허출원공개 EP-A-1,094,532은 LixMyPO4로 표시되는 화합물의 생산 방법을 개시하고 있는데, 여기서 0<x≤2이고, 0.8≤y≤1.2이며, M은 3d 오비탈(orbital)들을 갖는 금속을 적어도 하나 포함한다.For example, European Patent Application EP-A-1,094,532 discloses a process for the production of compounds represented by Li x M y PO 4 , where 0 <x ≦ 2, 0.8 ≦ y ≦ 1.2, and M is 3d. At least one metal having orbitals.

유럽 특허출원공개 EP-A-1,094,533 및 한국 특허출원공개 2001-0025117에는 화학식 LixMyPO4로 표시되는 화합물이 개시되어 있는데, 여기서 0<x≤2이고, 0.8≤y≤1.2이며, M은 3d 전이상태를 포함하고, LixMyPO4의 그레인(grain)들은 10 마이크로미터 이하이다.European Patent Application Publication No. EP-A-1,094,533 and Korean Patent Application Publication No. 2001-0025117 disclose a compound represented by the formula Li x M y PO 4 , where 0 <x ≦ 2, 0.8 ≦ y ≦ 1.2, and M Contains a 3d transition state, and the grains of Li x M y PO 4 are less than 10 micrometers.

미국 특허출원공개 2006/0263286A1과 일본특허출원공개 2006-131485는 올리빈 구조를 갖는 Li1 + xFe1 + yPO4를 제조하는 방법을 개시하고 있는데, 여기서 -0.2≤x≤0.2이고 -0.2≤y≤0.2이다.US Patent Application Publication No. 2006 / 0263286A1 and Japanese Patent Application Publication No. 2006-131485 disclose a method for preparing Li 1 + x Fe 1 + y PO 4 having an olivine structure, where -0.2≤x≤0.2 and -0.2 ≤ y ≤ 0.2.

미국 특허출원공개 2007/0207080A1은 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 (0.8≤x≤1.2이고, 0.8≤y≤1.2) 화합물 입자를 형성하고, LixMyPO4 화합물 입자에 탄소층을 피복하는 단계를 포함한다.US Patent Application Publication 2007 / 0207080A1 discloses a process for preparing Li x M y PO 4 compounds 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. Forming Li x M y PO 4 (0.8 ≦ x ≦ 1.2, 0.8 ≦ y ≦ 1.2) compound particles and coating the carbon layer on the Li x M y PO 4 compound particles.

PCT 공개번호 WO2003/077335 및 한국 특허출원공개 2004-0094762는 전극물질로서 화학식 Aa + xMbP1 - xSixO4의 화합물 개시하고 있는데, 여기서, A는 Li, Na, K, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되고, 0<a<1.0이며, 0≤x≤1이며, M은 더 높은 원자가 상태로 산화될 수 있는 하나 이상의 금속을 포함하고, 또한 0<b<2이며, M, a, b 및 x는 상기 화합물의 전기적 중성을 유지하도록 선택된다.PCT Publication No. WO2003 / 077335 and Korean Patent Application Publication No. 2004-0094762 disclose compounds of the formula A a + x M b P 1 - x Si x O 4 as electrode materials, where A is Li, Na, K, and Selected from the group consisting of mixtures thereof, wherein 0 <a <1.0, 0 ≦ x ≦ 1, M comprises one or more metals which can be oxidized to a higher valence state, and also 0 <b <2, M, a, b and x are chosen to maintain the electrical neutrality of the compound.

그러나 위 열거한 문헌들에 개시된 비화학양론 리튬 전이금속 인산화합물들은 모두 LixMyPO4와 같이 음이온 PO4의 몰비는 1이고 양이온인 M의 몰비가 변동하는 양이온 과잉 또는 양이온 부족형 화합물들로서, 본 발명에 따른 음이온 부족형 비화학양론 리튬 전이금속 인산화합물과는 상이하며, 상기 종래 기술의 문제점들을 근원적으로 해결하지 못한다.However, the non-stoichiometric lithium transition metal phosphate compounds disclosed in the above-listed documents are all cationic or cation deficient compounds in which the molar ratio of anion PO 4 is 1 and the molar ratio of M, which is a cation, is changed, such as Li x M y PO 4. In contrast to the anion-deficient non-stoichiometric lithium transition metal phosphate compound according to the present invention, it does not fundamentally solve the problems of the prior art.

이와 관련하여, 비화학양론 리튬 전이금속 인산화합물의 유형에 대해 설명하면, 리튬 전이금속 인산화합물과 같은 세라믹스 재료는 양이온(My +)과 음이온(Xy -)으로 구성되는 이온성 화합물이며, 비화학양론적 이온성 화합물에 존재할 수 있는 점결함(point defects)은 다음 4가지이다.In this regard, referring to the type of non-stoichiometric lithium transition metal phosphate compound, a ceramic material such as lithium transition metal phosphate compound is an ionic compound composed of cation (M y + ) and anion (X y ), There are four possible point defects in nonstoichiometric ionic compounds.

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 격자점을 모두 채우고 초과분 z몰의 양이온(My +)이 자기 자리가 아닌 격자간 위치(interstitial site)에 배열된 상태를 의미한다. 이러한 점결함을 결정학에서는 격자간 양이온 결함이라고 한다. -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 this 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 + ) 'S composition ratio of 1 + z fills all the lattice points where cations (M y + ) should be, and the excess z moles of cations (M y + ) are arranged at interstitial sites rather than magnetic sites. Means. This point defect is called interstitial cation defect in crystallography. 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 not a positive charge of + y but a cation (M y ' + ) of + y' [y '= y / (1 + z)], and 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 공공(vacancy)이 형성된 상태를 의미한다. 이러한 점결함을 결정학에서는 양이온 공공 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 the cation (M y + ) should be filled are not filled and z molar vacancies are formed. This point defect is called cationic vacancy defect in crystallography. 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 not a positive charge of + y but a cation (M y ' + ) of + y' [y '= y / (1-z)], and 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 공공이 형성된 상태를 의미한다. 이러한 점결함을 결정학에서는 음이온 공공 결함이라고 한다. +y의 양전하를 가진 양이온(My +)이 1몰이 있고 -y의 음전하를 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.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 -z is an anion; means a state in which the public formed by z moles does not fill all of the all of the grid points to have the (X y). This defect is called anionic vacancy defect in crystallography. When there is 1 mole of positively charged cation (M y + ) and 1 negative moiety of negative y (X y ) of -y, charge neutralization 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. Therefore, the cation is not a positive charge of + y but a cation (M y ' + ) of + y' [y '= y (1-z)], and the oxidation number of the cation decreases from + y to + y'.

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 격자간 음이온 결함이라고 한다. +y의 양전하를 가진 양이온(My +)이 1몰이 있고 -y의 음전하를 가진 음이온(Xy -)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 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 interstitial anion defect in crystallography. When there is 1 mole of positively charged cations (M y + ) and 1 negative moiety of negative y (X y ), there is no charge neutrality. Therefore, the cation is not a positive charge of + y but a cation (M y ' + ) of + y' [y '= y (1 + z)], and the oxidation number of the cation increases from + y to + y'.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이온 전도도가 높고, 전기화학적으로 비활성인 불순물이 적으며 개선된 전극 활물질 특성을 갖는 음이온 부족형 리튬 전이금속 인산화합물을 제공하고, 또한 그 제조방법 및 그를 이용한 전기화학 소자를 제공하는 것이다.
The problem to be solved by the present invention is to provide an anion-depleted lithium transition metal phosphate compound having high ion conductivity, low electrochemically inert impurities and improved electrode active material properties, and also a method for manufacturing the same and electrochemical using the same It is to provide an element.

본 발명은, 리튬 전이금속 인산화합물의 음이온 공공의 양과 분포를 제어함으로써, 전기화학적 유용성과 성능을 놀랄만큼 개선할 수 있다는 예측할 수 없었던 발견에 기초한 것이다.The present invention is based on the unpredictable finding that electrochemical usefulness and performance can be surprisingly improved by controlling the amount and distribution of anionic vacancy of lithium transition metal phosphate compounds.

본 발명의 음이온 부족형 비화학양론 리튬 전이금속 인산화합물은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물이다.Anion-deficient non-stoichiometric lithium transition metal phosphate compound of the present invention is a compound represented by the following formula (1).

(화학식 1) Li1 - xM(PO4)1-y (Formula 1) Li 1 - x M (PO 4 ) 1-y

상기 화학식 1에서, 0≤x≤0.15이고, 0<y≤0.05이며, M은 하기 화학식 2로 표시되고,In Formula 1, 0 ≦ x ≦ 0.15, 0 <y ≦ 0.05, M is represented by the following Formula 2,

(화학식 2) MA aMB bMT tFe1 -(a+b+t) (Formula 2) M A a M B b M T t Fe 1- (a + b + t)

상기 화학식 2에서, MA는 2족 원소들로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소이고, MB는 13족 원소들로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소이고, MT는 Sc, Ti, V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, 및 Mo로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소이며, 0≤a<1이고, 0≤b<0.575이고, 0≤t≤1이며, 0≤(a+b)<1이고, 0<(a+b+t)≤1이다.
In Formula 2, M A is at least one element selected from the group consisting of Group 2 elements, M B is at least one element selected from the group consisting of Group 13 elements, M T is Sc, Ti, At least one element selected from the group consisting of V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, and Mo, where 0 ≦ a <1, 0 ≦ b <0.575, and 0 ≦ t≤1, 0≤ (a + b) <1, and 0 <(a + b + t) ≤1.

또한 본 발명은, 리튬 전이금속 인산화합물 전구체를 생성하는 단계; 상기 전구체를 온도 200~700℃, 압력 180~550bar인 반응조건 하에서 물과 혼합하여 음이온 부족형 리튬 전이금속 인산화합물을 합성하는 단계; 결과물을 하소하거나, 또는 과립화한 후 하소하는 단계를 포함하는, 음이온 부족형 리튬 전이금속 인산화합물의 제조방법을 제공한다.
In another aspect, the present invention, generating a lithium transition metal phosphate precursor; Mixing the precursor with water under a reaction condition at a temperature of 200 to 700 ° C. and a pressure of 180 to 550 bar to synthesize an anion deficient lithium transition metal phosphate compound; It provides a method for producing an anion-depleted lithium transition metal phosphate compound comprising calcining the result, or after granulating and calcining.

종래의 기술로 제조된 리튬 전이금속 인산화합물은 일반적으로 이온 전도도, 즉 리튬이온의 확산계수가 낮은 것이 근본적인 단점으로 지적되어 왔다. 또한 제조 및 응용 과정에서 전이금속의 산화수 제어가 어렵기 때문에 전기화학적 활성을 갖지 못하는 불순물이 쉽게 발생한다. 본 발명에 따른 음이온 부족형 리튬 전이금속 인산화합물에서는, 음이온이 부족한 결과 생성된 결정 내 음이온 공공에 의해 이러한 문제점들이 근원적으로 해결된다.Lithium transition metal phosphate compounds prepared by the prior art have generally been pointed out as a fundamental disadvantage that the low ionic conductivity, that is, the diffusion coefficient of lithium ions. In addition, since it is difficult to control the oxidation number of the transition metal during the manufacturing and application process, impurities that do not have an electrochemical activity easily occur. In the anion deficient lithium transition metal phosphate compound according to the present invention, these problems are fundamentally solved by anion vacancy in the crystal resulting from the anion depletion.

음이온 공공이 생성되면, 리튬이온의 확산 경로가 확장되고, 공공 주위에 배열된 리튬과 전이금속 양이온의 반발력에 의해 탈리 과정에서 리튬이온 확산이 촉진됨으로써, 리튬이온의 확산계수가 커지고 이온 전도도가 향상된다. 리튬이온의 확산계수가 커질수록, 결정 입자의 표면부에서 중심부까지 리튬이온의 농도 구배가 상대적으로 적어지기 때문에, 리튬이온 확산속도 차에 의해 발생하는 농도 분극에 따른 저항이 감소되어, 충전 전압과 방전 전압 사이의 간격이 상대적으로 좁아진다. 또한 전극 저항이 감소하고 출력 특성이 향상되며, 방전용량이 증대되는 등 전극 재료로서의 물성이 향상된다.When anionic vacancy is formed, the diffusion path of lithium ions is expanded, and lithium ion diffusion is promoted during the desorption process by the repulsive force of lithium and transition metal cations arranged around the vacancy, thereby increasing the diffusion coefficient of lithium ions and improving ion conductivity. do. As the diffusion coefficient of lithium ions increases, the concentration gradient of lithium ions decreases from the surface portion of the crystal grains to the center portion, so that the resistance due to concentration polarization caused by the lithium ion diffusion rate difference decreases, thereby reducing the charge voltage and The spacing between the discharge voltages becomes relatively narrow. In addition, physical properties as an electrode material are improved, such as electrode resistance is reduced, output characteristics are improved, and discharge capacity is increased.

그리고, 본 발명의 리튬 전이금속 인산화합물은 음이온이 부족한 상태이므로, 전하 중성을 만족시키기 위해, 화합물에 포함된 금속 양이온의 산화수도 낮아진다. 따라서, 결정 내 음이온 공공은, 전이금속이 산화되어 전기화학적 활성이 낮은 불순물이 생성되는 것을 억제하므로, 전극 활물질의 특성을 향상시킨다.In addition, since the lithium transition metal phosphate compound of the present invention is in a state in which anion is deficient, the oxidation number of the metal cation contained in the compound is also lowered to satisfy the charge neutrality. Thus, the anion vacancy in the crystal suppresses oxidation of the transition metal to produce impurities having low electrochemical activity, thereby improving the characteristics of the electrode active material.

그 결과 본 발명에 따른 음이온 부족형 비화학양론 리튬 전이금속 인산화합물은 종래의 리튬 전이금속 인산화합물에 비해 이온 전도도, 화학적 안정성이 높아 궁극적으로 2차전지를 비롯한 전기화학 소자의 향상된 출력, 고용량, 장기 수명 특성을 도모할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 제조방법은, 종래의 기술에 비해 음이온 부족형 비화학양론 리튬 전이금속 인산화합물을 제조하기에 용이하며, 생산성, 신뢰성 및 경제성이 높다.
As a result, the anion-deficient non-stoichiometric lithium transition metal phosphate compound according to the present invention has higher ion conductivity and chemical stability than the conventional lithium transition metal phosphate compound, and ultimately improves the output, high capacity, and long-term performance of electrochemical devices including secondary batteries. The life characteristic can be aimed at. In addition, the production method according to the present invention is easier to produce anion-deficient non-stoichiometric lithium transition metal phosphate compound, compared to the prior art, and has high productivity, reliability and economy.

도 1a는 실시예 1에 따라 합성되고 과립화 및 하소화된 음이온 부족형 리튬인산망간철의 입자를 보여 주는, 1,000배 확대 촬영한 주사전자현미경(SEM) 사진이다. 도 1b는 도 1a의 과립체의 일부를 50,000배 확대 촬영한 주사전자현미경(SEM) 사진으로서, 과립체를 구성하고 있는 나노미터(nanometer) 크기의 초미립자들을 보여 준다.
도 2a, 2b, 2c, 2d, 2e, 2f, 2g, 및 2h는 각각 실시예 1, 4, 5, 8, 9, 12, 13, 및 14에서 제조된 리튬인산망간철의 X-선 회절분광(XRD) 패턴에 대한 리트벨트(Rietveld refinement)법 수행 결과를 보여 준다.
도 3의 그래프 (a) 내지 (u)는 각각 실시예 1 내지 21에서 제조된 화합물의 X-선 회절분광(XRD) 패턴이다.
도 4a, 4b, 4c, 4d, 및 4e는 각각 실시예 1과 비교예 1(도 4a), 실시예 5와 비교예 5(도 4b), 실시예 9와 비교예 9(도 4c), 실시예 13과 비교예 13(도 4d), 실시예 14와 비교예 14(도 4e)에서 제조한 리튬 전이금속 인산화합물의 임피던스(impedance)를 비교한 것이다.
도 5a, 5b, 5c, 5d, 및 5e는 각각 실시예 1과 비교예 1(도 5a), 실시예 5와 비교예 5(도 5b), 실시예 9와 비교예 9(도 5c), 실시예 13과 비교예 13(도 5d), 실시예 14와 비교예 14(도 5e)에서 제조한 리튬 전이금속 인산화합물들에 대해 다양한 충방전 상태에서 GITT(Galvanostatic Intermittent Titration Technique)법을 이용하여 측정한 리튬이온 확산계수를 나타낸 것이다.
도 6은 실시예 14, 18, 19, 20, 및 21과 비교예 14 및 15에서 제조된 리튬인산망간코발트니켈철의 리튬이온 확산계수를 M에 대한 음이온 PO4의 몰비(P/M)를 변수로 하여 정리한 그래프이다.
도 7a, 7b, 및 7c는 각각 실시예 1, 2, 및 3에서 제조된 음이온 부족형 리튬인산망간철을 양극 활물질로 이용한 리튬 2차전지의 충방전 그래프이다.
도 8은 실시예 2(그래프 (a))와 비교예 2(그래프 (b))에서 제조된 리튬인산망간철을 양극 활물질로 이용한 리튬 2차전지의 충방전 비교 그래프이다.
FIG. 1A is a scanning electron microscope (SEM) photograph taken at 1,000 times magnification showing particles of anion-deficient lithium manganese phosphate synthesized and granulated and calcined according to Example 1. FIG. FIG. 1B is a scanning electron microscope (SEM) photograph of a 50,000-fold magnification of a part of the granule of FIG. 1A, and shows nanometer-sized ultrafine particles constituting the granule.
2A, 2B, 2C, 2D, 2E, 2F, 2G, and 2H are X-ray diffraction spectroscopy of lithium manganese phosphate prepared in Examples 1, 4, 5, 8, 9, 12, 13, and 14, respectively. The results of Rietveld refinement on the (XRD) pattern are shown.
Graphs (a) to (u) of FIG. 3 are X-ray diffraction spectroscopy (XRD) patterns of the compounds prepared in Examples 1 to 21, respectively.
4A, 4B, 4C, 4D, and 4E are Example 1 and Comparative Example 1 (FIG. 4A), Example 5 and Comparative Example 5 (FIG. 4B), Example 9 and Comparative Example 9 (FIG. 4C), and Examples. The impedances of the lithium transition metal phosphate compounds prepared in Example 13, Comparative Example 13 (FIG. 4D), Example 14, and Comparative Example 14 (FIG. 4E) are compared.
5A, 5B, 5C, 5D, and 5E are Examples 1 and Comparative Example 1 (FIG. 5A), Example 5 and Comparative Example 5 (FIG. 5B), Example 9, and Comparative Example 9 (FIG. 5C), respectively. The lithium transition metal phosphate compounds prepared in Example 13 and Comparative Example 13 (FIG. 5D), Example 14 and Comparative Example 14 (FIG. 5E) were measured by using the galvanostatic intermittent titration technique (GITT) method in various charging and discharging states. One lithium ion diffusion coefficient is shown.
6 shows the molar ratio (P / M) of the anion PO 4 to M in terms of the lithium ion diffusion coefficient of lithium manganese cobalt nickel iron prepared in Examples 14, 18, 19, 20, and 21 and Comparative Examples 14 and 15; A graph organized by variables.
7A, 7B, and 7C are charge and discharge graphs of a lithium secondary battery using the anion deficient lithium manganese phosphate prepared in Examples 1, 2, and 3, respectively, as a positive electrode active material.
8 is a comparative graph of charge and discharge of a lithium secondary battery using lithium manganese phosphate prepared in Example 2 (graph (a)) and Comparative Example 2 (graph (b)) as a positive electrode active material.

Li1 - xM(PO4)1-y (0≤x≤0.15, 0<y≤0.05)로 표시되는 본 발명에 따른 화합물은, 양이온인 M의 몰비가 1이고, 음이온 PO4의 몰비는 1 미만인 음이온 부족형 비화학양론 리튬 전이금속 인산화합물로서, 조성 및 구조 면에서 종래의 리튬 전이금속 인산화합물과 상이하다.In the compound according to the present invention represented by Li 1 - x M (PO 4 ) 1-y (0 ≦ x ≦ 0.15, 0 < y ≦ 0.05), the molar ratio of M as a cation is 1, and the molar ratio of anion PO 4 is An anion-deficient non-stoichiometric lithium transition metal phosphate compound of less than 1, which is different from the conventional lithium transition metal phosphate compound in terms of composition and structure.

화학식 1에서, 리튬이온 몰비의 범위는 음이온 부족형 리튬 전이금속 인산화합물의 구성성분으로서의 리튬이온에 대한 것이다. 실제로 전극 활물질인 리튬 전이금속 인산화합물을 제조할 때는 하소공정 동안 휘발되는 리튬을 보상하거나 리튬 2차전지의 방전용량을 최대화하기 위하여 통상적으로 과량의 리튬 전구체를 반응물로 도입하므로, 제조된 리튬 전이금속 인산화합물에 함유된 리튬이온의 몰비는 상기 식들에서의 리튬이온 몰비보다 높을 수 있다. 그러나 상기와 같은 목적을 위해 도입된 리튬이온은 본 발명에 따른 음이온 부족형 리튬 전이금속 인산화합물에 함유된 것이 아니라 전기화학적 활성을 갖는 불순물의 형태로 존재한다. 대표적인 예가 결정표면결함 형태로 존재하는 리튬이온이다.In the formula (1), the range of the lithium ion molar ratio is for lithium ions as a constituent of the anion deficient lithium transition metal phosphate compound. In fact, when preparing a lithium transition metal phosphate compound as an electrode active material, in order to compensate lithium volatilized during the calcination process or maximize a discharge capacity of a lithium secondary battery, an excess lithium precursor is generally introduced as a reactant. The molar ratio of lithium ions contained in the phosphate compound may be higher than the molar ratio of lithium ions in the above formulas. However, lithium ions introduced for the above purpose are not contained in the anion-deficient lithium transition metal phosphate compound according to the present invention, but exist in the form of impurities having electrochemical activity. A representative example is lithium ions present in the form of crystal surface defects.

상기 화학식 1에서, y는 음이온 공공의 양에 해당하며, 음이온 PO4의 공공이 발생함에 따라 전하 중성을 만족하기 위해 M의 평균 산화수가 줄어들거나 +1가의 리튬이온의 양이 줄어들게 된다. 예를 들어, 화학양론 리튬 전이금속 인산화합물인 LiMPO4에서, M의 평균 산화수가 변하지 않으면서 음이온 PO4의 공공이 생성된다면, 전하 중성을 만족하기 위해, Li는 PO4가 감소된 양의 3배만큼 줄어들어야 한다. 이와 같이 음이온 PO4와 3배의 양이온 Li가 함께 공공을 형성하는 것을 쇼트키 결함(Schottky defect)이라 부르며, 전형적인 공공 생성 메커니즘 중 하나이다. 이 메커니즘에 따르면, x=3y를 만족하며, 따라서 0<y≤0.05일 때, 0<x≤0.15이다. 하지만, 본 발명의 음이온 부족형 리튬 전이금속 인산화합물에서는 M의 산화수가 변할 수 있으므로, x와 y는 x=3y인 관계를 만족시키지 않으면서 서로 독립적으로 변할 수 있다. 즉, y의 범위와 관계 없이, x가 0보다 작은 값을 가질 수도 있고, 0.15보다 큰 값을 가질 수도 있다. 예를 들어, -1<x<1의 범위일 수도 있다 그러나, 제조 및 응용 과정 상의 구조적, 화학적 안정성과 전기화학적 활성을 고려할 때, 바람직한 x의 범위는 0≤x≤0.15이다.In Formula 1, y corresponds to the amount of anion vacancy, and as the vacancy of the anion PO 4 is generated, the average oxidation number of M or the amount of +1 valent lithium ions is reduced to satisfy the charge neutrality. For example, in the stoichiometric lithium transition metal phosphate compound LiMPO 4 , if the porosity of the anion PO 4 is produced without changing the average oxidation number of M, Li is a positive amount of PO 3 reduced to satisfy the charge neutrality. Should be reduced by a factor This formation of the vacancy between the anion PO 4 and the triple cation Li together is called the Schottky defect and is one of the typical cavitation mechanisms. According to this mechanism, x = 3y is satisfied and thus 0 <x ≦ 0.15 when 0 <y ≦ 0.05. However, in the anion-depleted lithium transition metal phosphate compound of the present invention, since the oxidation number of M may change, x and y may change independently of each other without satisfying the relationship of x = 3y. That is, regardless of the range of y, x may have a value less than 0, or may have a value greater than 0.15. For example, it may be in the range -1 <x <1. However, in consideration of structural, chemical stability and electrochemical activity in the manufacturing and application process, the preferred range of x is 0 ≦ x ≦ 0.15.

상기 화학식 1에서 음이온 공공의 양을 나타내는 y는 0<y≤0.05이다. y≤0인 경우는 음이온 부족형 화합물이 아니며, y>0.05인 경우는 화합물의 구조가 불안정해져 전기화학적 활성이 오히려 저하될 수 있다. 또한 바람직한 y의 범위는 0.01≤y≤0.05이고, 더욱 바람직한 y의 범위는 0.02≤y≤0.05이며, 가장 바람직한 y의 범위는 0.03≤y≤0.05이다.In Formula 1, y representing the amount of anion vacancy is 0 <y ≦ 0.05. In the case of y ≦ 0, the compound is not an anion deficient compound, and in the case of y> 0.05, the structure of the compound may be unstable and thus the electrochemical activity may be lowered. Moreover, the preferable range of y is 0.01≤y≤0.05, the range of more preferable y is 0.02≤y≤0.05, and the most preferable range of y is 0.03≤y≤0.05.

상기 화학식 2에서, MA는 +2의 산화수를 가지며, MB는 +3의 산화수를 가진다. 반면, Fe는 일반적으로 +2 및 +3의 산화수를 가지며, MT는 +1 내지 +7의 다양한 산화수를 가질 수 있다. 따라서, MA, MB, MT, Fe의 함량에 따라, 전하 중성을 만족하기 위해 MT와 Fe의 산화수가 달라진다. 서로 다른 산화수를 가지는 양이온들로 이루어지는 M의 평균 산화수를 v라고 하면, 0≤x≤0.15이고 0<y≤0.05일 때, M의 평균 산화수 v의 범위는 1.85≤v<2.15이다. 만약 0.01≤y≤0.05이면 1.85≤v≤2.12이고, 0.02≤y≤0.05이면 1.85≤v≤2.09이며, 0.03≤y≤0.05이면 1.85≤v≤2.06이다. MT의 평균 산화수를 vT, Fe의 평균 산화수를 vF라고 하면, v는 하기 수식 1과 같이 표현되며, 전하 중성을 만족하기 위한 상기 v의 범위에 의해 MA, MB, MT, Fe의 함량 및 MT와 Fe의 산화수가 제한된다.In Formula 2, M A has an oxidation number of +2, M B has an oxidation number of +3. On the other hand, Fe generally has oxidation numbers of +2 and +3, and M T may have various oxidation numbers of +1 to +7. Therefore, depending on the content of M A , M B , M T , Fe, the oxidation number of M T and Fe is changed to satisfy the charge neutrality. If the average oxidation number of M composed of cations having different oxidation numbers is v, when 0 ≦ x ≦ 0.15 and 0 <y ≦ 0.05, the average oxidation number v of M is 1.85 ≦ v <2.15. If 0.01 ≦ y ≦ 0.05, 1.85 ≦ v ≦ 2.12, 0.02 ≦ y ≦ 0.05, 1.85 ≦ v ≦ 2.09, and 0.03 ≦ y ≦ 0.05, 1.85 ≦ v ≦ 2.06. When the average oxidation number of M T is v T , and the average oxidation number of Fe is v F , v is expressed as in Equation 1 below, and M A , M B , M T , The content of Fe and the oxidation number of M T and Fe are limited.

(수식 1) v=2a+3b+vTt+vF{1-(a+b+t)}(Formula 1) v = 2a + 3b + v T t + v F {1- (a + b + t)}

Fe 전부가 +2가인 경우 vF=2이고, v를 하기 수식 2와 같이 간단하게 표현할 수 있다. (수식 1에서, MT의 평균 산화수 vT가 +1에 가까울수록 +3가의 Fe가 포함될 가능성이 커지는데, Fe+3가 포함된 경우에는 수식 2를 사용할 수 없다.)When all of Fe is +2, v F = 2, and v may be simply expressed as in Equation 2 below. (In the Formula 1, The average oxidation number of M v T T + 1 close to the greater the possibility contain Fe +3 valence, there can not use the Equation 2 for containing the Fe + 3.)

(수식 2) v=b+(vT-2)t+2(Formula 2) v = b + (v T -2) t + 2

MA를 구성하는 2족 원소는 결정구조의 안정성을 높여서 화학적 안정성과 수명 특성 향상에 도움을 준다. 바람직하게는 MA는 Mg, Ca 중에서 선택되는 1종 이상의 원소이며, 더욱 바람직하게는 Mg이다. MA는 +2의 산화수를 가지므로, MA 함량 a가 0≤a≤1일 때 화합물이 안정한 구조를 가질 수 있다. 하지만, a=1인 경우는 화합물이 전기화학적 활성을 갖지 못하여 전극 활물질로서 효용이 없으므로, a의 범위는 0≤a<1로 제한된다. 또한 바람직한 a의 범위는 0≤a≤0.30이고, 더욱 바람직하게는 0≤a≤0.15이다.Group 2 elements constituting M A enhances the stability of the crystal structure, thereby improving chemical stability and lifespan characteristics. Preferably, M A is at least one element selected from Mg and Ca, more preferably Mg. Since M A has an oxidation number of +2, the compound may have a stable structure when the M A content a is 0 ≦ a ≦ 1. However, when a = 1, since the compound does not have electrochemical activity and is not useful as an electrode active material, the range of a is limited to 0 ≦ a <1. The preferred range of a is 0 ≦ a ≦ 0.30, more preferably 0 ≦ a ≦ 0.15.

MB를 구성하는 13족 원소는 전이금속 MT의 평균 산화수를 낮추고, 산화를 방지하여, 전기화학적 활성을 개선하고, 불순물 생성을 억제한다. 바람직하게는 MB는 B, Al, Ga 중에서 선택되는 1종 이상의 원소이며, 더욱 바람직하게는 Al이다. MB는 +3의 산화수를 가지므로, 일정 수준 이상 고용될 수 없다. 화학식 1 및 2에서, MB가 최대로 고용될 수 있는 경우는 MT의 평균 산화수가 +1일 때이고, 이때 0≤x≤0.15이고 0<y≤0.05인 범위에서, MB 함량 b의 상한은 0.575이다. 바람직한 b의 범위는 0≤b≤0.20이고, 더욱 바람직하게는 0≤b≤0.10이다.The Group 13 element constituting M B lowers the average oxidation number of the transition metal M T , prevents oxidation, improves electrochemical activity, and suppresses generation of impurities. Preferably, M B is at least one element selected from B, Al, and Ga, more preferably Al. Since M B has an oxidation number of +3, it cannot be employed above a certain level. In the formulas (1) and (2), when M B can be dissolved to the maximum, when the average oxidation number of M T is +1, where 0 ≦ x ≦ 0.15 and 0 <y ≦ 0.05, the upper limit of M B content b Is 0.575. Preferred range of b is 0 ≦ b ≦ 0.20, more preferably 0 ≦ b ≦ 0.10.

MT는 Fe를 제외한 4~5주기 전이금속 원소인 Sc, Ti, V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, 및 Mo로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소이다. 전이금속은 +1 내지 +7의 다양한 산화수와 전기화학적 활성을 가지는데, 전이금속이 무엇이냐에 따라 전극 활물질의 본질적 특성(이론적인 용량과 전압 등)의 대부분이 크게 영향을 받는다. 따라서, 사용하고자 하는 전지 시스템의 용도에 맞게 MT를 구성할 수 있다. 바람직하게는 MT는 Ti, V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, Zn, Zr, Nb, Mo 중에서 선택되는 1종 이상의 원소이고, 더욱 바람직하게는 Mn, Co, Ni 중에서 선택되는 1종 이상의 원소이다.M T is one or more elements selected from the group consisting of Sc, Ti, V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, and Mo, which are 4-5 cycle transition metal elements except Fe. to be. The transition metal has various oxidation numbers and electrochemical activities of +1 to +7, and most of the essential properties (such as theoretical capacity and voltage) of the electrode active material are greatly influenced by what the transition metal is. Therefore, M T can be configured according to the use of the battery system to be used. Preferably, M T is at least one element selected from Ti, V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, Zn, Zr, Nb, Mo, and more preferably one kind selected from Mn, Co, Ni The above element.

본 발명에 따른 음이온 부족형 리튬 전이금속 인산화합물은 2족 원소, 13족 원소, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, 및 Mo로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소를 반드시 포함한다. 상기 화학식 1에 따른 음이온 부족형 리튬 전이금속 인산화합물은 결정질인 것이 바람직하며, 이때, 사면체(tetragonal) 구조인 다중산 음이온 PO4의 배열에 따라 다양한 결정구조를 나타낼 수 있으나, 올리빈 구조를 가지는 것이 특히 바람직하다.Anion-depleted lithium transition metal phosphate compound according to the present invention is a group consisting of Group 2 elements, Group 13 elements, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, and Mo At least one element selected from must be included. Preferably, the anion-depleted lithium transition metal phosphate compound according to Formula 1 is crystalline, and may exhibit various crystal structures according to the arrangement of the polyacid anion PO 4 , which is a tetragonal structure, but has an olivine structure. Is particularly preferred.

본 발명에 따른 음이온 부족형 리튬 전이금속 인산화합물은, 2차전지, 메모리 소자, 및 하이브리드 캐패시터(P-EDLC)를 비롯한 캐패시터 및 기타 다른 전기화학 소자의 전극 활물질로서 사용될 수 있으며, 특히 2차전지의 양극 활물질로서 적합하다.The anion-depleted lithium transition metal phosphate compound according to the present invention can be used as an electrode active material of capacitors and other electrochemical devices, including secondary batteries, memory devices, and hybrid capacitors (P-EDLC), in particular, secondary batteries It is suitable as a positive electrode active material of.

전극은 당 기술 분야에 알려져 있는 통상의 방법으로 제조될 수 있다. 이의 실시예 하나를 들면, 음이온 부족형 리튬 전이금속 인산화합물을 양극 활물질로 사용하여 결착제와 혼합 후 전극 슬러리를 제조하고, 제조된 전극 슬러리를 전류 집전체에 코팅함으로써 전극을 제조할 수 있다. 이때, 도전재를 사용할 수도 있다.The electrode can be prepared by conventional methods known in the art. For one example thereof, an electrode may be prepared by mixing an binder with an anion deficient lithium transition metal phosphate compound as a cathode active material and preparing an electrode slurry, and coating the prepared electrode slurry on a current collector. At this time, a conductive material can also be used.

본 발명은 (a) 음이온 부족형 리튬 전이금속 인산화합물을 포함하는 양극, (b) 음극, (c) 분리막, 및 (d) 전해질을 포함하는 전기화학 소자를 제공한다. 본 발명의 전기화학 소자는, 예를 들면, 당 기술 분야에 알려져 있는 통상적인 방법으로 양극과 음극 사이에 다공성의 분리막을 넣고 전해질을 투입하여 제조될 수 있다. 본 발명의 양극과 함께 적용될 음극, 분리막, 전해질은 특별한 제한이 없으며, 종래 전기화학 소자에 사용될 수 있는 통상적인 것을 사용할 수 있다. 본 발명이 제공하는 전기화학 소자는 전기화학 반응을 하는 모든 소자를 포함하며, 구체적인 예를 들면, 각종의 2차전지, 메모리 소자, 및 하이브리드 캐패시터를 비롯한 캐패시터 등이 있다. 특히, 상기 2차전지 중 리튬금속 2차전지, 리튬이온 2차전지, 리튬이온 폴리머 2차전지 또는 리튬금속 폴리머 2차전지 등을 포함하는 리튬 2차전지가 바람직하다. 본 발명에 따른 음이온 부족형 리튬 전이금속 인산화합물은, 기존의 리튬 전이금속 인산화합물에 비해 이온 전도도가 높고, 물리적 및 화학적 안정성이 높기 때문에, 이를 사용하는 전지의 고용량, 고출력, 긴 수명 및 향상된 출력 특성을 도모할 수 있을 뿐만 아니라, 보다 균질한 극판을 제조할 수 있게 하여 전지 제조 불량률을 감소시킨다.The present invention provides an electrochemical device comprising (a) an anode comprising an anion-deficient lithium transition metal phosphate compound, (b) a cathode, (c) a separator, and (d) an electrolyte. The electrochemical device of the present invention may be prepared by, for example, inserting a porous separator between an anode and a cathode by a conventional method known in the art and introducing an electrolyte. The negative electrode, the separator, and the electrolyte 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. The electrochemical device provided by the present invention includes all devices that undergo an electrochemical reaction, and specific examples thereof include various secondary batteries, memory devices, and capacitors including hybrid capacitors. 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 among the secondary batteries is preferable. Since the anion-depleted lithium transition metal phosphate compound according to the present invention has higher ion conductivity and higher physical and chemical stability than conventional lithium transition metal phosphate compounds, high capacity, high output, long life and improved output power of the battery using the same Not only can the characteristics be improved, but also a more homogeneous electrode plate can be produced, thereby reducing the battery manufacturing failure rate.

본 발명에 따른 음이온 부족형 리튬 전이금속 인산화합물은 아임계수 또는 초임계수를 활용한 수열합성법을 기반으로 반응물 혼합비율 및 반응 온도, 반응 압력 등 공정의 변화를 통해 제조할 수 있다. 본 발명의 제조공정을 이용하면, 고온 및 고압에서 수 초 정도 처리하여 음이온 부족형 리튬 전이금속 인산화합물을 형성시킬 수 있다. 또한 하소단계 이전에 이미 리튬 성분을 함유하고 있어, 하소단계에서 리튬 전구체와 혼합하기 위한 별도의 공정이 불필요하고, 리튬 확산에 요구되는 열처리 시간 또한 필요하지 않기 때문에, 최종 전극 활물질 제조시간이 단축될 수 있다. 특히, 리튬 전이금속 인산화합물은 전자 전도도 및 이온 전도도가 낮기 때문에 입자 크기가 작을수록 유리한데, 본 발명의 제조공정에 따르면 별도의 초미립화 공정 없이 초미세 입자를 생성할 수 있으므로, 상용화가 용이하다. 또한 아임계수 및 초임계수에서는, 리튬 전이금속 인산화합물의 결정화가 매우 빠르게 진행되기 때문에, 금속 전구체에 비해 용해도가 큰 인산화합물을 사용하게 되면, 인산화합물이 상대적으로 결정화에 적게 참여해 인산 음이온의 공공을 생성하기 쉽다. 따라서, 본 발명의 제조공정을 통해 음이온 부족형 리튬 전이금속 인산화합물을 용이하게 제조할 수 있다.The anion-depleted lithium transition metal phosphate compound according to the present invention may be prepared by changing the reactant mixture ratio, reaction temperature, reaction pressure and the like based on hydrothermal synthesis using subcritical water or supercritical water. Using the manufacturing process of the present invention, it can be treated for several seconds at high temperature and high pressure to form an anion-deficient lithium transition metal phosphate compound. In addition, since the lithium component is already contained before the calcination step, a separate process for mixing with the lithium precursor is not necessary in the calcination step, and the heat treatment time required for the lithium diffusion is not necessary, so that the final electrode active material manufacturing time can be shortened. Can be. In particular, the lithium transition metal phosphate compound is advantageous because the particle size is small because the electron conductivity and ionic conductivity is low, and according to the manufacturing process of the present invention can produce ultra-fine particles without a separate ultra-fine atomization process, it is easy to commercialize . In the subcritical water and supercritical water, the crystallization of the lithium transition metal phosphate compound proceeds very quickly. Therefore, when a phosphate compound having a higher solubility than that of the metal precursor is used, the phosphate compound participates in the crystallization relatively little and releases the pores of the phosphate anion. Easy to create Therefore, the anion-deficient lithium transition metal phosphate compound can be easily produced through the manufacturing process of the present invention.

구체적으로 본 발명에 따른 음이온 부족형 리튬 전이금속 인산화합물은 아래 단계들을 포함하는 방법에 따라 제조될 수 있다.Specifically, the anion-depleted lithium transition metal phosphate compound according to the present invention may be prepared according to a method comprising the following steps.

(a) 금속 M의 전구체, 인산화합물, 알칼리화제, 및 리튬 전구체를 혼합하여 리튬 전이금속 인산화합물 전구체를 생성하는 단계;(a) mixing a precursor of metal M, a phosphate compound, an alkalizing agent, and a lithium precursor to produce a lithium transition metal phosphate precursor;

(b) 상기 단계 (a)의 리튬 전이금속 인산화합물 전구체를 온도 200~700℃, 압력 180~550bar인 반응조건 하에서 물과 혼합하여 음이온 부족형 리튬 전이금속 인산화합물을 합성하고, 합성된 화합물을 건조하는 단계;(b) mixing the lithium transition metal phosphate precursor of step (a) with water under reaction conditions of temperature 200 ~ 700 ℃, pressure 180 ~ 550bar to synthesize an anion deficient type lithium transition metal phosphate compound, and synthesized Drying;

(c) 상기 단계 (b)의 결과물을 하소하거나, 또는 과립화한 후 하소하는 단계.
(c) calcining the result of step (b) or calcining after granulation.

이하 상기 각 단계에 대해 좀 더 자세히 설명한다.
Each step will be described in more detail below.

단계 (a) : 금속 M의 전구체, 인산화합물, 알칼리화제, 및 리튬 전구체를 혼합하여 리튬 전이금속 인산화합물 전구체를 생성
Step (a) : A precursor of metal M, a phosphate compound, an alkalizing agent, and a lithium precursor are mixed to generate a lithium transition metal phosphate precursor

금속 M의 전구체로는 화학식 1의 M을 포함하고 있는 염들로서 이온화가 가능한 화합물이라면 특별한 제한이 없다. 바람직하게는 수용성 화합물이다. 상기 금속 전구체의 비제한적인 예로는 M을 포함하고 있는 질산염, 황산염, 초산염, 탄산염, 옥살산염, 할로겐화물, 산화물, 수산화물, 알콕사이드, 및 이들의 혼합물 등이 있다. 특히, 질산염, 황산염, 초산염이 바람직하다.The precursor of the metal M is not particularly limited as long as it is a compound capable of ionizing as salts containing M of Formula (1). It is preferably a water-soluble compound. Non-limiting examples of such metal precursors include nitrates, sulfates, acetates, carbonates, oxalates, halides, oxides, hydroxides, alkoxides, and mixtures thereof containing M. In particular, nitrates, sulfates, acetates are preferable.

인산화합물로서는 인산 음이온을 포함하고 있는 화합물로서 이온화가 가능한 것이라면 특별한 제한이 없다. 바람직하게는 수용성 화합물이다. 상기 인산화합물의 비제한적인 예로는 인산, 인산암모늄, 인산수소암모늄, 인산리튬, 화학식 1의 M의 구성 원소 중 1종 이상을 포함하는 인산염, 및 이들의 혼합물 등이 있다. 특히, 인산이 바람직하다.The phosphoric acid compound is not particularly limited as long as it can be ionized as a compound containing a phosphate anion. It is preferably a water-soluble compound. Non-limiting examples of the phosphate compound include phosphoric acid, ammonium phosphate, ammonium hydrogen phosphate, lithium phosphate, phosphate containing one or more of the constituent elements of M in Formula 1, and mixtures thereof. In particular, phosphoric acid is preferred.

알칼리화제는 반응액을 알칼리성으로 만들어 주기만 하면 특별한 제한이 없다. 상기 알칼리화제의 비제한적인 예로는 알칼리금속 수산화물, 알칼리토금속 수산화물, 수산화암모늄, 암모늄염, TRAH(tetra-alkyl ammonium hydroxide), 및 이들의 혼합물 등이 있다. 특히, 알칼리금속 수산화물, 수산화암모늄이 바람직하다.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, alkaline earth metal hydroxides, ammonium hydroxide, ammonium salts, tetra-alkyl ammonium hydroxide (TRAH), and mixtures thereof. In particular, alkali metal hydroxide and ammonium hydroxide are preferable.

리튬 전구체로는 리튬을 함유하고 있으며 이온화가 가능한 수용성 염이라면 제한 없이 사용 가능하며, 이의 비제한적인 예로는 수산화리튬, 질산리튬, 황산리튬, 초산리튬, 및 이들의 혼합물 등이 있다. 특히, 수산화리튬은 리튬 공급원 역할뿐만 아니라 알칼리성을 증대시키는 역할도 하기 때문에 바람직하다.As the lithium precursor, any water-soluble salt containing lithium and ionizing can be used without limitation, and non-limiting examples thereof include lithium hydroxide, lithium nitrate, lithium sulfate, lithium acetate, and mixtures thereof. In particular, lithium hydroxide is preferred because it not only serves as a lithium source but also increases alkalinity.

단계 (a)에서, 리튬 전구체에 포함된 Li의 몰수와, 금속 M의 전구체에 포함된 M의 몰수의 비율인 Li/M은 1.0 내지 20이 적합하며, 바람직하게는 1.0 내지 10이다. Li/M이 지나치게 작은 경우, 적은 양의 리튬만이 리튬 전이금속 인산화합물의 합성 반응에 참여하기 때문에, 리튬과 반응하지 못한 금속 M의 전구체는, 예컨대 산화물 등의 불순물을 생성시키게 되어, 목표 물질의 순도가 낮아지게 된다. 한편, 상기 몰비율이 지나치게 클 경우는, 과량으로 첨가된 리튬을 배출액으로부터 회수 혹은 폐기해야 하기 때문에 경제성이 저하된다.In step (a), Li / M, which is the ratio of the number of moles of Li contained in the lithium precursor and the number of moles of M contained in the precursor of the metal M, is suitably 1.0 to 20, preferably 1.0 to 10. When the Li / M is too small, only a small amount of lithium participates in the synthesis reaction of the lithium transition metal phosphate compound, so that the precursor of the metal M, which has not reacted with lithium, generates impurities such as an oxide, for example. The purity of the will be lowered. On the other hand, when the molar ratio is too large, economical efficiency is lowered because excessively added lithium has to be recovered or discarded from the discharge liquid.

단계 (a)에서, 금속 M의 전구체, 인산화합물, 알칼리화제, 및 리튬 전구체를 혼합한 혼합물의 알칼리 당량비는 1 내지 10인 것이 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니다. 알칼리 당량비는 상기 혼합물에 포함된 수산화이온의 당량수와, 산성기(질산기, 황산기 등)의 당량수의 비로 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.In step (a), the alkali equivalent ratio of the mixture of the metal M precursor, the phosphate compound, the alkalizing agent, and the lithium precursor is preferably 1 to 10, but is not limited thereto. An alkali equivalent ratio is defined as the ratio of the equivalent number of hydroxide ions contained in the said mixture, and the equivalent number of acidic groups (nitrate group, sulfuric acid group, etc.). 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.

금속 M의 전구체, 인산화합물과 알칼리화제, 및 리튬 전구체를 혼합할 때, 이들의 혼합 방식 및 순서는 제한이 없다. 예를 들면, 이들을 한꺼번에 물과 혼합하거나, 물에 각각 투입할 수도 있으며, 금속 M의 전구체와 인산화합물을 알칼리화제 및 리튬 전구체와 먼저 혼합한 후 물에 넣어 혼합할 수도 있다.
When mixing the precursor of metal M, a phosphate compound and an alkalizing agent, and a lithium precursor, the mixing method and order of these are not restrict | limited. For example, these may be mixed with water at once or added to water, respectively, or the metal M precursor and the phosphate compound may be first mixed with the alkalizing agent and the lithium precursor, and then mixed with water.

단계 (b) : 리튬 전이금속 인산화합물 전구체를 아임계 또는 초임계 반응 조건 하에서 물과 혼합하여 음이온 부족형 리튬 전이금속 인산화합물을 합성하고, 합성된 화합물을 건조
Step (b) : mixing the lithium transition metal phosphate precursor with water under subcritical or supercritical reaction conditions to synthesize an anion deficient lithium transition metal phosphate compound, and drying the synthesized compound

반응 압력과 반응 온도는 지정된 조성의 음이온 부족형 리튬 전이금속 인산화합물이 제조될 수 있도록 적합하여야 한다. 본 발명에서, 아임계 또는 초임계 조건은 200 내지 700℃ 범위의 온도에서, 180 내지 550bar의 압력을 의미하며, 이 조건을 지속적 유지하는 것이 적절하며, 연속식 반응기이면 바람직하다. 반응온도가 200℃ 미만인 경우에는 단일상의 고결정성 음이온 부족형 리튬 전이금속 인산화합물을 얻기에 부적합하며, 온도가 700℃보다 높으면 제조장치의 비용이 증가한다. 리튬, 나트륨, 칼륨과 같은 알칼리금속 수산화물은 상온, 상압에서 물에 대한 용해도가 높지만, 고온, 고압 상태가 되어 물의 밀도가 낮아지면 용해도가 현저하게 감소한다. 수산화리튬의 경우, 용해도를 현저히 감소시키기 위해 200 내지 700℃의 온도 및 180 내지 550bar의 압력을 함께 유지하는 것이 필요하다.The reaction pressure and reaction temperature should be suitable for the production of the anion deficient lithium transition metal phosphate compound of the specified composition. In the present invention, the subcritical or supercritical condition means a pressure of 180 to 550 bar at a temperature in the range of 200 to 700 ° C., it is appropriate to maintain this condition appropriately, and a continuous reactor is preferable. If the reaction temperature is less than 200 ℃ unsuitable to obtain a single-phase high crystalline anion-deficient lithium transition metal phosphate compound, if the temperature is higher than 700 ℃ increases the cost of the manufacturing apparatus. 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 lithium hydroxide, it is necessary to maintain a temperature of 200 to 700 ° C. and a pressure of 180 to 550 bar together to significantly reduce the solubility.

또한 반응시의 pH는 4.0보다 크고 12.0 이하인 것이 바람직하다. pH가 4.0 이하인 경우에는 제조된 음이온 부족형 리튬 전이금속 인산화합물이 낮은 pH 영역에서 용해되기 때문에 바람직하지 못하다. 한편, pH가 12.0을 초과하는 경우에는, 부산물 생성, 장비 부식, 알칼리화제의 낭비가 초래되고, 또한 과량으로 투입된 알칼리화제의 세척 및 배출액 처리를 위한 별도의 추가 공정이 필요하게 되기 때문에 경제성이 저하된다.Moreover, it is preferable that pH at the time of reaction is larger than 4.0 and 12.0 or less. If the pH is 4.0 or less, it is not preferable because the produced anion-deficient lithium transition metal phosphate compound is dissolved in the low pH range. On the other hand, if the pH exceeds 12.0, it is economical because by-product formation, equipment corrosion, waste of alkalizing agent is caused, and additional process for washing and draining of excess alkalizing agent is required. Degrades.

또한 혼합은 튜브 형태 등의 연속식 혼합기가 적합하다. 그러한 혼합기에서 음이온 부족형 리튬 전이금속 인산화합물이 균질하게 형성된다.Mixing is also suitable for continuous mixers, such as in the form of tubes. In such a mixer, the anion deficient lithium transition metal phosphate compound is formed homogeneously.

이후, 반응 생성물을 냉각, 농축하고 건조시킨다. 농축액을 건조하기 전에, 농축액 중에 잔존할 수 있는 불순물 염, 이온성 불순물을 제거하기 위해 깨끗한 물로 세척할 수 있다.The reaction product is then cooled, concentrated and dried. Before drying the concentrate, it may be washed with clean water to remove the impurity salts, ionic impurities that may remain in the concentrate.

단계 (b)에서 생성한 음이온 부족형 리튬 전이금속 인산화합물의 1차 입자 평균 크기는 0.01~5μm이다. 바람직하게는 0.01~1μm이며, 더욱 바람직하게는 0.01~0.5μm이다.The average particle size of the anion-depleted lithium transition metal phosphate compound produced in step (b) is 0.01-5 μm. Preferably it is 0.01-1 micrometer, More preferably, it is 0.01-0.5 micrometer.

단계 (c) : 단계 (b)의 건조된 결과물을 하소하거나, 또는 과립화한 후 하소화
Step (c) : calcined the dried resultant of step (b), or calcined after granulation

상기 단계 (b)에서 생성된 음이온 부족형 리튬 전이금속 인산화합물은 결정성이 미흡하고 평균 1차 입자 크기가 매우 미세하여 리튬 2차전지의 양극 활물질로 사용하기 부적합하므로, 단계 (c)에서는 양극 활물질로 사용하기에 적합하게 결정성을 향상시키고 적절한 크기의 과립체를 만든다. 리튬 2차전지의 양극 활물질은 과립체 크기가 1 내지 100μm 정도의 평균 입도를 갖는 것이 적절하다.In the step (c), the anion-depleted lithium transition metal phosphate produced in step (b) is not suitable for use as a cathode active material of a lithium secondary battery due to insufficient crystallinity and very small average primary particle size. The crystallinity is improved and appropriately sized granules are made suitable for use as the active material. It is appropriate that the positive electrode active material of the lithium secondary battery has an average particle size of about 1 to 100 µm in size of a granule.

과립화는 건조와 동시에 수행될 수도 있는데, 분무건조법, 유동층건조법, 진동건조법 등 당업계에 알려진 다양한 방법을 사용하여 행할 수 있다. 분무건조법은 구형의 과립체를 형성시켜 과립체의 탭밀도(tab density)를 증가시킬 수 있기 때문에 바람직하다.Granulation may be performed simultaneously with drying, and may be performed using various methods known in the art, such as spray drying, fluidized bed drying, and vibration drying. Spray drying is preferred because it can form spherical granules and increase the tab density of the granules.

또한, 하소는 음이온 부족형 리튬 전이금속 인산화합물의 결정성을 향상시키고, 결정들 간의 밀착도를 향상시킨다. 하소는 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. 하소공정을 진행하지 않을 경우 리튬인산철 결정이 안정화되지 못하고, 안정화되지 못한 표면이 붕괴되는 현상이 일어나 전지의 초기 충방전 성능이 매우 좋지 않게 되며, 또한, 비표면적이 크고 탭밀도가 낮아 양극 활물질로서 부피당 용량이 낮게 되므로 바람직하지 않다.In addition, calcination improves the crystallinity of the anion deficient lithium transition metal phosphate compound and improves the adhesion between the crystals. Calcination is preferably carried out immediately after 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 performed, lithium iron phosphate crystals are not stabilized and the unstable surface collapses, resulting in poor initial charge / discharge performance of the battery, and a low specific surface area and low tap density. As the volume per volume is low, it is not preferable.

하소 온도 및 시간의 범위로서는, 특별한 제한은 없으나, 300 내지 1200℃, 1 내지 48시간이 바람직하다. 하소 온도가 너무 낮거나 하소 시간이 짧을 경우, 1차 입자간의 소결이 충분히 일어나지 않을 수 있어 1차 입자의 결정성이 낮고 비표면적이 크며, 전극의 탭밀도가 낮다. 또한 저결정성의 리튬인산철은 충방전 과정에서 다른 물질로 변화되므로 충방전용량, 전지수명, 출력 등과 같은 전지 성능이 저하된다. 한편, 하소 온도가 너무 높거나 하소 시간이 길 경우, 과도한 소결의 결과로 상분해와 같은 단점이 초래되고, 공정 비용이 증대된다. 하소 분위기로서는, 특별한 제한이 없으나, 전이금속의 산화를 방지하기 위해 불활성 또는 환원 분위기가 바람직하다.Although there is no restriction | limiting in particular as a range of calcination temperature and time, 300-1200 degreeC and 1 to 48 hours are preferable. If the calcination temperature is too low or the calcination time is too short, sintering between the primary particles may not sufficiently occur, so that the primary particles have low crystallinity, a large specific surface area, and low electrode tap density. In addition, low-crystalline lithium iron phosphate is changed to a different material during the charge and discharge process, the battery performance such as charge and discharge capacity, battery life, output, etc. are reduced. On the other hand, if the calcination temperature is too high or the calcination time is long, disadvantages such as phase decomposition are caused as a result of excessive sintering, and the process cost is increased. There is no particular limitation as to the calcination atmosphere, but an inert or reducing atmosphere is preferred in order to prevent oxidation of the transition metal.

상기 제조 단계 (a), 단계 (b), 단계 (c) 중 하나 이상의 단계의 전, 후 혹은 단계 중에 결착제, 소결조제, 도핑제, 코팅제, 환원제, 산화제, 탄소 전구체, 금속 산화물, 및 리튬 화합물로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 첨가물을 추가적으로 가할 수 있다.A binder, a sintering aid, a dopant, a coating agent, a reducing agent, an oxidizing agent, a carbon precursor, a metal oxide, and lithium before, after, or during one or more of the steps (a), (b), and (c) of the manufacturing step. One or more additives selected from the group consisting of compounds may be additionally added.

결착제는 과립체의 구형화, 입도 개선을 위해 사용될 수 있으며, 이의 비제한적인 예로는 물, 암모니아수, 폴리비닐알콜(PVA), 및 이들의 혼합물 등이 있다.The binder may be used for sphericalization of the granules and for improving particle size, and non-limiting examples thereof include water, ammonia water, polyvinyl alcohol (PVA), and mixtures thereof.

소결조제는 과립체를 고온에서 소성할 때 소성 온도를 낮추거나 소결 밀도를 증가시키기 위해 사용될 수 있으며, 이의 비제한적인 예로는 산화붕소, 산화마그네슘, 산화알루미늄 등과 같은 금속 산화물 및 그 전구체; 및 불화리튬, 수산화리튬, 탄산리튬과 같은 리튬 화합물 및 그 전구체 등이 있다.Sintering aids can be used to lower the firing temperature or increase the sintering density when firing the granules at high temperatures, non-limiting examples of which include metal oxides and precursors thereof, such as boron oxide, magnesium oxide, aluminum oxide, and the like; And lithium compounds such as lithium fluoride, lithium hydroxide, lithium carbonate and precursors thereof.

도핑제 및 코팅제는 음이온 부족형 리튬 전이금속 인산화합물의 내구성을 향상시키기 위하여 사용하는 것이다. 이의 비제한적인 예로는 산화마그네슘, 산화알루미늄, 산화티타늄, 산화지르코늄 등 금속 산화물 및 그 전구체 등이 있다.Doping agents and coating agents are used to improve the durability of the anion-deficient lithium transition metal phosphate compound. Non-limiting examples thereof include metal oxides such as magnesium oxide, aluminum oxide, titanium oxide, zirconium oxide and precursors thereof.

환원제 또는 산화제는 각 제조 단계의 분위기를 환원 또는 산화 분위기로 조절하기 위해 사용될 수 있다. 음이온 부족형 리튬 전이금속 인산화합물의 경우 전자 전도도 향상, 전이금속의 산화 억제 등의 이유로 제조공정 중 환원제를 적절히 사용하여 제조할 수 있다. 환원제의 비제한적인 예로는 히드라진, 아인산나트륨, 아황산나트륨, 아질산나트륨, 요오드화칼륨, 설탕, 과당, 옥살산, 아스코르빅산, 수소, 탄소, 탄화수소, 및 이들의 혼합물 등이 있다. 산화제의 비제한적인 예로는 산소, 염소, 브롬, 과산화수소, 과망간산, 과망간산염, 차아염소산염, 염소산염, 오존, 및 이들의 혼합물 등이 있다.Reducing or oxidizing agents can be used to control the atmosphere of each preparation step to a reducing or oxidizing atmosphere. In the case of anion-deficient lithium transition metal phosphate compound, a reducing agent may be appropriately used in the manufacturing process for reasons of improving electron conductivity and suppressing oxidation of the transition metal. Non-limiting examples of reducing agents include hydrazine, sodium phosphite, sodium sulfite, sodium nitrite, potassium iodide, sugar, fructose, oxalic acid, ascorbic acid, hydrogen, carbon, hydrocarbons, and mixtures thereof. Non-limiting examples of oxidants include oxygen, chlorine, bromine, hydrogen peroxide, permanganic acid, permanganate, hypochlorite, chlorate, ozone, and mixtures thereof.

산은 반응을 촉진시키기 위해 사용된다. 산의 비제한적인 예로는 인산, 피로인산, 폴리인산, 질산, 황산, 염산, 초산, 옥살산과 이들의 화합물, 및 혼합물 등이 있다.Acids are used to accelerate the reaction. Non-limiting examples of acids include phosphoric acid, pyrophosphoric acid, polyphosphoric acid, nitric acid, sulfuric acid, hydrochloric acid, acetic acid, oxalic acid and their compounds, and mixtures.

탄소 전구체는 음이온 부족형 리튬 전이금속 인산화합물의 표면에 코팅되어 전자 전도도를 향상시키기 위해 사용될 수 있다. 탄소 전구체의 비제한적인 예로는 흑연, 설탕, 과당, 옥살산, 아스코르빅산, 녹말, 셀룰로오스, 폴리비닐알콜(PVA), 폴리에틸렌글리콜(PEG), 및 이들의 혼합물 등이 있다.The carbon precursor may be coated on the surface of the anion deficient lithium transition metal phosphate compound to be used to improve electron conductivity. Non-limiting examples of carbon precursors include graphite, sugar, fructose, oxalic acid, ascorbic acid, starch, cellulose, polyvinyl alcohol (PVA), polyethylene glycol (PEG), and mixtures thereof.

음이온 부족형 리튬 전이금속 인산화합물 전구체에 리튬의 함량을 증가시키고자 할 때는 리튬 화합물을 소성 단계에서 첨가할 수 있다. 이러한 리튬 화합물의 비제한적인 예로는 불화리튬, 수산화리튬, 탄산리튬, 질산리튬, 초산리튬, 및 이들의 혼합물 등이 있다.In order to increase the content of lithium in the anion-deficient lithium transition metal phosphate precursor, a lithium compound may be added in the firing step. Non-limiting examples of such lithium compounds include lithium fluoride, lithium hydroxide, lithium carbonate, lithium nitrate, lithium acetate, and mixtures thereof.

음이온 부족형 리튬 전이금속 인산화합물의 조성에 영향을 미치는 변수로는, 금속 전구체, 인산화합물, 알칼리화제, 리튬 전구체 및 물의 혼합비율; 혼합액의 pH; 반응 온도 및 반응 압력 등이 있으므로 이들 변수들을 제어하여 화합물의 조성비율을 제어할 수 있다. 특정 조성을 갖는 화합물을 제조하는데 최적의 변수 조합이 있을 수 있으나, 특정 조성의 화합물을 얻기 위한 변수의 조합이 한 가지로 한정되는 것은 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특정 조성을 얻기 위한 상기 변수들의 조합을 과도한 실험 없이 알 수 있다.
Variables affecting the composition of the anion-deficient lithium transition metal phosphate compound include a mixing ratio of a metal precursor, a phosphate compound, an alkalizing agent, a lithium precursor, and water; PH of the mixed solution; Since there are reaction temperature and reaction pressure, the composition ratio of the compound can be controlled by controlling these variables. There may be optimal combinations of parameters for preparing compounds having a specific composition, but the combination of parameters for obtaining compounds of a particular composition is not limited to one. One of ordinary skill in the art may know, without undue experimentation, any combination of these variables to obtain a specific composition.

실시예 및 비교예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 다만, 하기 실시예들은 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 이들에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
The present invention will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples. However, the following examples are provided to illustrate the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereto.

금속 M이 Mn과 Fe의 조합으로 된 음이온 부족형 화합물의 제조Preparation of Anion Deficiency Compounds in which Metal M is a Combination of Mn and Fe

금속 M의 전구체로서 황산망간(MnSO4) 0.25몰 및 황산철(FeSO4) 0.75몰, 인산화합물로서 인산 1몰, 환원제로서 설탕 27.8g을 물 1.6L에 용해시킨 제1수용액과, 알칼리화제로서 암모니아 1.5몰과 리튬 전구체로서 수산화리튬 2몰을 물 1.2L에 용해시킨 제2수용액을 조제하였다.0.25 mol of manganese sulfate (MnSO 4 ) and 0.75 mol of iron sulfate (FeSO 4 ) as precursors of metal M, 1 mol of phosphoric acid as phosphoric acid compound, and 27.8 g of sugar as reducing agent in 1.6 L of water, and as alkalizing agent A second aqueous solution in which 1.5 mol of ammonia and 2 mol of lithium hydroxide were dissolved in 1.2 L of water as a lithium precursor were prepared.

상기 두 가지 수용액을 하기 단계 (a), (b), (c)의 순서로 처리하여, 음이온 부족형 리튬인산망간철을 제조하였다.The two aqueous solutions were treated in the following steps (a), (b) and (c) to prepare anion-deficient lithium manganese phosphate.

단계 (a): 상기 두 가지 수용액을 상온에서 250bar로 가압하여 연속적으로 펌핑하고, 혼합기에서 혼합하여, 리튬 전이금속 인산화합물 전구체가 포함된 슬러리를 생성시켰다.Step (a): The two aqueous solutions were pumped continuously by pressurizing to 250 bar at room temperature and mixed in a mixer to produce a slurry containing a lithium transition metal phosphate precursor.

단계 (b): 상기 단계 (a)의 전구체 슬러리에, 450℃로 가열된 초순수를 250bar로 가압 및 펌핑하여, 혼합기에서 혼합하고; 최종 혼합액을 380℃, 250bar로 유지되는 반응기로 이송하여 7초 동안 체류시킴으로써, 저결정성 음이온 부족형 리튬 전이금속 인산화합물을 연속적으로 합성한 후; 냉각하여 농축하고; 이 농축액에, 탄소 전구체로서 설탕을 농축액 중 리튬 전이금속 인산화합물 성분 대비 10% 중량 비율로 혼합한 후, 분무건조기를 통해서 건조시켜 과립을 형성시켰다.Step (b): pressurizing and pumping ultrapure water heated to 450 ° C. to 250 bar to the precursor slurry of step (a) and mixing in a mixer; The final mixed solution was transferred to a reactor maintained at 380 ° C. and 250 bar and held for 7 seconds, thereby continuously synthesizing a low crystalline anion deficient lithium transition metal phosphate compound; Cool to concentrate; Sugar was mixed as a carbon precursor in this concentrate at a 10% weight ratio relative to the lithium transition metal phosphate compound in the concentrate, followed by drying through a spray dryer to form granules.

단계 (c): 상기 단계 (b)에서 분무건조를 통해 형성된 건조 과립들을, 700℃에서 10시간 하소하여, 결정성이 향상되고 결정들간의 밀착도가 향상된, 음이온 부족형 리튬 전이금속 인산화합물을 얻었다.Step (c): The dried granules formed through spray drying in step (b) were calcined at 700 ° C. for 10 hours to obtain anion-deficient lithium transition metal phosphate compound having improved crystallinity and improved adhesion between crystals. .

상기 단계 (b)에서, 혼합기에서 혼합된 최종 혼합액의 pH는 8.5였다.In step (b), the pH of the final mixed solution mixed in the mixer was 8.5.

최종 제조물의 입자 크기와 형상을 평가하기 위해 주사전자현미경(SEM) 분석을 수행하였다. 도 1a는 과립화한 입자를 1,000배 확대하여 촬영한 것으로 약 5~30μm의 과립체 크기를 보여 주고 있다. 도 1b는 과립체 일부를 50,000배 확대하여 촬영한 것으로, 과립체를 구성하고 있는 나노미터(nanometer) 크기의 초미립자들을 보여 준다.Scanning electron microscopy (SEM) analysis was performed to evaluate the particle size and shape of the final product. Figure 1a shows a granulated particle size of about 5 ~ 30μm taken by enlarging the granulated particles 1,000 times. FIG. 1B is a magnification of 50,000 times a part of the granules, and shows nanometer-sized ultrafine particles constituting the granules.

도 2a는 제조된 화합물의 X-선 회절분광(XRD) 패턴에 대한 리트벨트(Rietveld refinement)법 수행 결과인데, 이 결과를 모델링(modeling) 하여 단위세포 내 이온들의 점유율을 산출함으로써, 상기 화합물이 Li0 .89(Mn0 .25Fe0 .75)(PO4)0.96임을 확인하였다. (앞서 말한 바와 같이, 리튬 2차전지의 방전용량 최대화, 충방전 효율 향상 등을 위해 리튬 전이금속 인산화합물 제조과정에서 Li을 과량으로 첨가하는데, 상기 조성비에서 Li의 몰비는 이와 같은 목적으로 과량 첨가된 Li을 제외한 것, 즉 본 발명에 따른 음이온 부족형 리튬 전이금속 인산화합물의 구성 성분을 이루는 Li의 양만을 나타낸다. 이는 하기 다른 실시예에서도 마찬가지이다).
FIG. 2A is a result of Rietveld refinement of X-ray diffraction spectroscopy (XRD) pattern of the prepared compound, which is modeled to calculate the occupancy of ions in the unit cell. it was confirmed that the Li 0 .89 (Mn 0 .25 Fe 0 .75) (PO 4) 0.96. (As mentioned above, in order to maximize the discharge capacity of the lithium secondary battery, improve the charging and discharging efficiency, etc., Li is added in an excessive amount during the manufacturing process of the lithium transition metal phosphate compound, and the molar ratio of Li in the composition ratio is added in excess for this purpose. Except for Li, that is, only the amount of Li constituting the constituent of the anion-depleted lithium transition metal phosphate compound according to the present invention is shown.

금속 M이 Mn과 Fe의 조합으로 이루어진 음이온 부족형 화합물의 제조Preparation of Anion Deficiency Compounds in which Metal M is Combination of Mn and Fe

황산망간 0.50몰, 황산철 0.50몰, 인산 1몰, 설탕 27.8g을 물 1.6L에 용해시킨 제1수용액과, 암모니아 1.5몰과 수산화리튬 2몰을 물 1.2L에 용해시킨 제2수용액을 조제하였다.A first aqueous solution in which 0.50 mol of manganese sulfate, 0.50 mol of iron sulfate, 1 mol of phosphoric acid, and 27.8 g of sugar were dissolved in 1.6 L of water, and a second aqueous solution in which 1.5 mol of ammonia and 2 mol of lithium hydroxide were dissolved in 1.2 L of water. .

상기 두 가지 수용액을 실시예 1의 단계 (a), (b), (c)와 동일한 방법 및 조건(단, 단계 (b)에서 혼합기에서 혼합된 최종 혼합액의 pH 측정값이 다르다는 점은 제외한다. 마찬가지로 하기 다른 실시예에서도 원료의 종류와 조성에 따라 pH 값은 상이하다.)에 따라 처리하여, 음이온 부족형 리튬인산망간철을 제조하였다.The two aqueous solutions were subjected to the same methods and conditions as in steps (a), (b) and (c) of Example 1, except that the pH measurements of the final mixtures mixed in the mixer in step (b) were different. Similarly, the pH value is different depending on the type and composition of the raw materials in the other examples described below) to prepare anion-deficient lithium manganese phosphate.

최종 제조물에 대해 유도결합플라즈마분광(ICP) 분석을 행하여 상기 화합물이 Li0 .90(Mn0 .50Fe0 .50)(PO4)0.96임을 확인하였다.
Subjected to inductively coupled plasma spectroscopy (ICP) analysis of the final product was identified as the compound is a Li 0 .90 (Mn 0 .50 Fe 0 .50) (PO 4) 0.96.

금속 M이 Mn과 Fe의 조합으로 이루어진 음이온 부족형 화합물의 제조Preparation of Anion Deficiency Compounds in which Metal M is Combination of Mn and Fe

황산망간 0.75몰, 황산철 0.25몰, 인산 1몰, 설탕 27.8g을 물 1.6L에 용해시킨 제1수용액과, 암모니아 1.5몰과 수산화리튬 2몰을 물 1.2L에 용해시킨 제2수용액을 조제하였다.0.75 mol of manganese sulfate, 0.25 mol of iron sulfate, 1 mol of phosphoric acid, and 27.8 g of sugar were dissolved in 1.6 L of water, and a second aqueous solution of 1.5 mol of ammonia and 2 mol of lithium hydroxide in 1.2 L of water was prepared. .

상기 두 가지 수용액을 실시예 1의 단계 (a), (b), (c)와 동일한 방법 및 조건에 따라 처리하여, 음이온 부족형 리튬인산망간철을 제조하였다.The two aqueous solutions were treated according to the same methods and conditions as in step (a), (b) and (c) of Example 1 to prepare anion-deficient lithium manganese phosphate.

최종 제조물에 대해 유도결합플라즈마분광(ICP) 분석을 행하여 상기 화합물이 Li0 .90(Mn0 .75Fe0 .25)(PO4)0.97임을 확인하였다.
Subjected to inductively coupled plasma spectroscopy (ICP) analysis of the final product was identified as the compound is a Li 0 .90 (Mn 0 .75 Fe 0 .25) (PO 4) 0.97.

금속 M이 Mn인 음이온 부족형 화합물의 제조Preparation of Anion Deficiency Compounds in which Metal M is Mn

황산망간 1몰, 인산 1몰, 설탕 27.8g을 물 1.6L에 용해시킨 제1수용액과, 암모니아 1.5몰과 수산화리튬 2몰을 물 1.2L에 용해시킨 제2수용액을 조제하였다.A first aqueous solution in which 1 mol of manganese sulfate, 1 mol of phosphoric acid, and 27.8 g of sugar were dissolved in 1.6 L of water, and a second aqueous solution in which 1.5 mol of ammonia and 2 mol of lithium hydroxide were dissolved in 1.2 L of water.

상기 두 가지 수용액을 실시예 1의 단계 (a), (b), (c)와 동일한 방법 및 조건에 따라 처리하여, 음이온 부족형 리튬인산망간을 제조하였다.The two aqueous solutions were treated according to the same methods and conditions as in steps (a), (b) and (c) of Example 1 to prepare anion-deficient lithium manganese phosphate.

최종 제조물의 X-선 회절분광(XRD) 패턴에 대한 리트벨트법 수행 결과를 모델링하여, 단위세포 내 이온들의 점유율을 산출함으로써, 상기 화합물이 Li0.91Mn(PO4)0.97임을 확인하였다. 도 2b는 X-선 회절분광(XRD) 패턴에 대한 리트벨트법 수행 결과이다.
Modeling the Rietveld method performed on the X-ray diffraction spectroscopy (XRD) pattern of the final product, by calculating the occupancy of the ions in the unit cell, it was confirmed that the compound is Li 0.91 Mn (PO 4 ) 0.97 . Figure 2b is the result of Rietveld method for the X-ray diffraction spectroscopy (XRD) pattern.

금속 M이 Co와 Fe의 조합으로 이루어진 음이온 부족형 화합물의 제조 Preparation of Anion Deficiency Compounds in which Metal M is Combination of Co and Fe

질산코발트(Co(NO3)2) 0.25몰, 황산철 0.75몰, 인산 1몰, 설탕 27.8g을 물 1.6L에 용해시킨 제1수용액과, 암모니아 1.5몰과 수산화리튬 2몰을 물 1.2L에 용해시킨 제2수용액을 조제하였다.0.25 mol of cobalt nitrate (Co (NO 3 ) 2 ) 0.25 mol of iron, 0.75 mol of iron sulfate, 1 mol of phosphoric acid, 27.8 g of sugar dissolved in 1.6 L of water, 1.5 mol of ammonia and 2 mol of lithium hydroxide in 1.2 L of water The dissolved second aqueous solution was prepared.

상기 두 가지 수용액을 실시예 1의 단계 (a), (b), (c)와 동일한 방법 및 조건에 따라 처리하여, 음이온 부족형 리튬인산코발트철을 제조하였다.The two aqueous solutions were treated according to the same methods and conditions as those of Steps (a), (b) and (c) of Example 1 to prepare anion-deficient lithium cobalt phosphate.

최종 제조물의 X-선 회절분광(XRD) 패턴에 대한 리트벨트법 수행 결과를 모델링하여, 단위세포 내 이온들의 점유율을 산출함으로써, 상기 화합물이 Li0.91(Co0.25Fe0.75)(PO4)0.97임을 확인하였다. 도 2c는 X-선 회절분광(XRD) 패턴에 대한 리트벨트법 수행 결과이다.
Modeling the Rietveld method performed on the X-ray diffraction spectroscopy (XRD) pattern of the final product to calculate the occupancy of ions in the unit cell, the compound is Li 0.91 (Co 0.25 Fe 0.75 ) (PO 4 ) 0.97 Confirmed. Figure 2c is the result of Rietveld method for the X-ray diffraction spectroscopy (XRD) pattern.

금속 M이 Co와 Fe의 조합으로 이루어진 음이온 부족형 화합물의 제조Preparation of Anion Deficiency Compounds in which Metal M is Combination of Co and Fe

질산코발트 0.50몰, 황산철 0.50몰, 인산 1몰, 설탕 27.8g을 물 1.6L에 용해시킨 제1수용액과, 암모니아 1.5몰과 수산화리튬 2몰을 물 1.2L에 용해시킨 제2수용액을 조제하였다.A first aqueous solution in which 0.50 mol of cobalt nitrate, 0.50 mol of iron sulfate, 1 mol of phosphoric acid, and 27.8 g of sugar were dissolved in 1.6 L of water, and a second aqueous solution in which 1.5 mol of ammonia and 2 mol of lithium hydroxide were dissolved in 1.2 L of water. .

상기 두 가지 수용액을 실시예 1의 단계 (a), (b), (c)와 동일한 방법 및 조건에 따라 처리하여, 음이온 부족형 리튬인산코발트철을 제조하였다.The two aqueous solutions were treated according to the same methods and conditions as those of Steps (a), (b) and (c) of Example 1 to prepare anion-deficient lithium cobalt phosphate.

최종 제조물에 대해 유도결합플라즈마분광(ICP) 분석을 행하여 상기 화합물이 Li0 .91(Co0 .50Fe0 .50)(PO4)0.97임을 확인하였다.
Performing an inductively coupled plasma spectroscopy (ICP) analysis of the final product was confirmed that the compound is a Li 0 .91 (Co 0 .50 Fe 0 .50) (PO 4) 0.97.

금속 M이 Co와 Fe의 조합으로 이루어진 음이온 부족형 화합물의 제조Preparation of Anion Deficiency Compounds in which Metal M is Combination of Co and Fe

질산코발트 0.75몰, 황산철 0.25몰, 인산 1몰, 설탕 27.8g을 물 1.6L에 용해시킨 제1수용액과, 암모니아 1.5몰과 수산화리튬 2몰을 물 1.2L에 용해시킨 제2수용액을 조제하였다.A first aqueous solution containing 0.75 mol of cobalt nitrate, 0.25 mol of iron sulfate, 1 mol of phosphoric acid, and 27.8 g of sugar in 1.6 L of water, and a second aqueous solution of 1.5 mol of ammonia and 2 mol of lithium hydroxide in 1.2 L of water were prepared. .

상기 두 가지 수용액을 실시예 1의 단계 (a), (b), (c)와 동일한 방법 및 조건에 따라 처리하여, 음이온 부족형 리튬인산코발트철을 제조하였다.The two aqueous solutions were treated according to the same methods and conditions as those of Steps (a), (b) and (c) of Example 1 to prepare anion-deficient lithium cobalt phosphate.

최종 제조물에 대해 유도결합플라즈마분광(ICP) 분석을 행하여 상기 화합물이 Li0 .90(Co0 .75Fe0 .25)(PO4)0.97임을 확인하였다.
Subjected to inductively coupled plasma spectroscopy (ICP) analysis of the final product was identified as the compound is a Li 0 .90 (Co 0 .75 Fe 0 .25) (PO 4) 0.97.

금속 M이 Co인 음이온 부족형 화합물의 제조Preparation of Anion Deficiency Compounds in which Metal M is Co

질산코발트 1몰, 인산 1몰, 설탕 27.8g을 물 1.6L에 용해시킨 제1수용액과, 암모니아 1.5몰과 수산화리튬 2몰을 물 1.2L에 용해시킨 제2수용액을 조제하였다.A first aqueous solution in which 1 mol of cobalt nitrate, 1 mol of phosphoric acid, and 27.8 g of sugar were dissolved in 1.6 L of water, and a second aqueous solution in which 1.5 mol of ammonia and 2 mol of lithium hydroxide were dissolved in 1.2 L of water.

상기 두 가지 수용액을 실시예 1의 단계 (a), (b), (c)와 동일한 방법 및 조건에 따라 처리하여, 음이온 부족형 리튬인산코발트를 제조하였다.The two aqueous solutions were treated according to the same methods and conditions as in step (a), (b) and (c) of Example 1 to prepare anion-deficient lithium cobalt phosphate.

최종 제조물의 X-선 회절분광(XRD) 패턴에 대한 리트벨트법 수행 결과를 모델링하여, 단위세포 내 이온들의 점유율을 산출함으로써, 상기 화합물이 Li0.90Co(PO4)0.97임을 확인하였다. 도 2d는 X-선 회절분광(XRD) 패턴에 대한 리트벨트법 수행 결과이다.
Modeling the Rietveld method performed on the X-ray diffraction spectroscopy (XRD) pattern of the final product to calculate the occupancy of the ions in the unit cell, it was confirmed that the compound is Li 0.90 Co (PO 4 ) 0.97 . Figure 2d is the result of Rietveld method for the X-ray diffraction spectroscopy (XRD) pattern.

금속 M이 Ni와 Fe의 조합으로 이루어진 음이온 부족형 화합물의 제조Preparation of Anion Deficiency Compounds in which Metal M is Combination of Ni and Fe

질산니켈(Ni(NO3)2) 0.25몰, 황산철 0.75몰, 인산 1몰, 설탕 27.8g을 물 1.6L에 용해시킨 제1수용액과, 암모니아 1.5몰과 수산화리튬 2몰을 물 1.2L에 용해시킨 제2수용액을 조제하였다.0.25 mol of nickel nitrate (Ni (NO 3 ) 2 ), 0.75 mol of iron sulfate, 1 mol of phosphoric acid, and 27.8 g of sugar were dissolved in 1.6 L of water, 1.5 mol of ammonia and 2 mol of lithium hydroxide in 1.2 L of water. The dissolved second aqueous solution was prepared.

상기 두 가지 수용액을 실시예 1의 단계 (a), (b), (c)와 동일한 방법 및 조건에 따라 처리하여, 음이온 부족형 리튬인산니켈철을 제조하였다.The two aqueous solutions were treated according to the same methods and conditions as in step (a), (b) and (c) of Example 1 to prepare anion-deficient lithium iron phosphate.

최종 제조물의 X-선 회절분광(XRD) 패턴에 대한 리트벨트법 수행 결과를 모델링하여, 단위세포 내 이온들의 점유율을 산출함으로써, 상기 화합물이 Li0.91(Ni0.26Fe0.74)(PO4)0.97임을 확인하였다. 도 2e는 X-선 회절분광(XRD) 패턴에 대한 리트벨트법 수행 결과이다.
Modeling the results of Rietveld method on the X-ray diffraction spectroscopy (XRD) pattern of the final product to calculate the occupancy of ions in the unit cell, the compound is Li 0.91 (Ni 0.26 Fe 0.74 ) (PO 4 ) 0.97 Confirmed. Figure 2e is the result of Rietveld method for the X-ray diffraction spectroscopy (XRD) pattern.

금속 M이 Ni와 Fe의 조합으로 이루어진 음이온 부족형 화합물의 제조Preparation of Anion Deficiency Compounds in which Metal M is Combination of Ni and Fe

질산니켈 0.50몰, 황산철 0.50몰, 인산 1몰, 설탕 27.8g을 물 1.6L에 용해시킨 제1수용액과, 암모니아 1.5몰과 수산화리튬 2몰을 물 1.2L에 용해시킨 제2수용액을 조제하였다.A first aqueous solution in which 0.50 mol of nickel nitrate, 0.50 mol of iron sulfate, 1 mol of phosphoric acid, and 27.8 g of sugar were dissolved in 1.6 L of water, and a second aqueous solution of 1.5 mol of ammonia and 2 mol of lithium hydroxide in 1.2 L of water was prepared. .

상기 두 가지 수용액을 실시예 1의 단계 (a), (b), (c)와 동일한 방법 및 조건에 따라 처리하여, 음이온 부족형 리튬인산니켈철을 제조하였다.The two aqueous solutions were treated according to the same methods and conditions as in step (a), (b) and (c) of Example 1 to prepare anion-deficient lithium iron phosphate.

최종 제조물에 대해 유도결합플라즈마분광(ICP) 분석을 행하여 상기 화합물이 Li0 .92(Ni0 .50Fe0 .50)(PO4)0.97임을 확인하였다.
Subjected to inductively coupled plasma spectroscopy (ICP) analysis of the final product was identified as the compound is a Li 0 .92 (Ni 0 .50 Fe 0 .50) (PO 4) 0.97.

금속 M이 Ni와 Fe의 조합으로 이루어진 음이온 부족형 화합물의 제조Preparation of Anion Deficiency Compounds in which Metal M is Combination of Ni and Fe

질산니켈 0.75몰, 황산철 0.25몰, 인산 1몰, 설탕 27.8g을 물 1.6L에 용해시킨 제1수용액과, 암모니아 1.5몰과 수산화리튬 2몰을 물 1.2L에 용해시킨 제2수용액을 조제하였다.A first aqueous solution in which 0.75 mol of nickel nitrate, 0.25 mol of iron sulfate, 1 mol of phosphoric acid, and 27.8 g of sugar were dissolved in 1.6 L of water, and a second aqueous solution of 1.5 mol of ammonia and 2 mol of lithium hydroxide in 1.2 L of water was prepared. .

상기 두 가지 수용액을 실시예 1의 단계 (a), (b), (c)와 동일한 방법 및 조건에 따라 처리하여, 음이온 부족형 리튬인산니켈철을 제조하였다.The two aqueous solutions were treated according to the same methods and conditions as in step (a), (b) and (c) of Example 1 to prepare anion-deficient lithium iron phosphate.

최종 제조물에 대해 유도결합플라즈마분광(ICP) 분석을 행하여 상기 화합물이 Li0 .92(Ni0 .75Fe0 .25)(PO4)0.98임을 확인하였다.
Subjected to inductively coupled plasma spectroscopy (ICP) analysis of the final product was identified as the compound is a Li 0 .92 (Ni 0 .75 Fe 0 .25) (PO 4) 0.98.

금속 M이 Ni인 음이온 부족형 화합물의 제조Preparation of Anion Deficiency Compounds in which Metal M is Ni

질산니켈 1몰, 인산 1몰, 설탕 27.8g을 물 1.6L에 용해시킨 제1수용액과, 암모니아 1.5몰과 수산화리튬 2몰을 물 1.2L에 용해시킨 제2수용액을 조제하였다.A first aqueous solution in which 1 mol of nickel nitrate, 1 mol of phosphoric acid, and 27.8 g of sugar were dissolved in 1.6 L of water, and a second aqueous solution in which 1.5 mol of ammonia and 2 mol of lithium hydroxide were dissolved in 1.2 L of water.

상기 두 가지 수용액을 실시예 1의 단계 (a), (b), (c)와 동일한 방법 및 조건에 따라 처리하여, 음이온 부족형 리튬인산니켈을 제조하였다.The two aqueous solutions were treated according to the same methods and conditions as in steps (a), (b) and (c) of Example 1 to prepare anion-deficient lithium nickel phosphate.

최종 제조물의 X-선 회절분광(XRD) 패턴에 대한 리트벨트법 수행 결과를 모델링하여, 단위세포 내 이온들의 점유율을 산출함으로써, 상기 화합물이 Li0.93Ni(PO4)0.98임을 확인하였다. 도 2f는 X-선 회절분광(XRD) 패턴에 대한 리트벨트법 수행 결과이다.
Modeling the Rietveld method performed on the X-ray diffraction spectroscopy (XRD) pattern of the final product to calculate the occupancy of the ions in the unit cell, it was confirmed that the compound is Li 0.93 Ni (PO 4 ) 0.98 . Figure 2f is the result of Rietveld method for the X-ray diffraction spectroscopy (XRD) pattern.

금속 M이 Mn, Co, 및 Ni의 조합으로 이루어진 음이온 부족형 화합물의 제조Preparation of Anion Deficiency Compounds in which Metal M is Combination of Mn, Co, and Ni

황산망간 1/3몰, 질산코발트 1/3몰, 질산니켈 1/3몰, 인산 1몰, 설탕 27.8g을 물 1.6L에 용해시킨 제1수용액과 암모니아 1.5몰과 수산화리튬 2몰을 물 1.2L에 용해시킨 제2수용액을 조제하였다.1/3 mol of manganese sulfate, 1/3 mol of cobalt nitrate, 1/3 mol of nickel nitrate, 1 mol of phosphoric acid, 27.8 g of sugar dissolved in 1.6 L of water, 1.5 mol of ammonia and 2 mol of lithium hydroxide A second aqueous solution dissolved in L was prepared.

상기 두 가지 수용액을 실시예 1의 단계 (a), (b), (c)와 동일한 방법 및 조건에 따라 처리하여, 음이온 부족형 리튬인산망간코발트니켈을 제조하였다.The two aqueous solutions were treated according to the same methods and conditions as in Steps (a), (b) and (c) of Example 1 to prepare anion-deficient lithium manganese phosphate nickel.

최종 제조물의 X-선 회절분광(XRD) 패턴에 대한 리트벨트법 수행 결과를 모델링하여, 단위세포 내 이온들의 점유율을 산출함으로써, 상기 화합물이 Li0.89(Mn0.33Co0.33Ni0.33)(PO4)0.96임을 확인하였다. 도 2g는 X-선 회절분광(XRD) 패턴에 대한 리트벨트법 수행 결과이다.
By modeling the Rietveld method performed on the X-ray diffraction spectroscopy (XRD) pattern of the final product to calculate the occupancy of ions in the unit cell, the compound is Li 0.89 (Mn 0.33 Co 0.33 Ni 0.33 ) (PO 4 ) It was confirmed that it is 0.96 . Figure 2g is the result of the Rietveld method for the X-ray diffraction spectroscopy (XRD) pattern.

금속 M이 Mn, Co, Ni, 및 Fe의 조합으로 이루어진 음이온 부족형 화합물의 제조Preparation of Anion Deficiency Compounds in which Metal M is Combination of Mn, Co, Ni, and Fe

황산망간 0.25몰, 질산코발트 0.25몰, 질산니켈 0.25몰, 황산철 0.25몰, 인산 1몰, 설탕 27.8g을 물 1.6L에 용해시킨 제1수용액과 암모니아 1.5몰과 수산화리튬 2몰을 물 1.2L에 용해시킨 제2수용액을 조제하였다.0.25 mol of manganese sulfate, 0.25 mol of cobalt nitrate, 0.25 mol of nickel nitrate, 0.25 mol of iron sulfate, 1 mol of phosphoric acid, and 27.8 g of sugar dissolved in 1.6 L of water, 1.5 mol of ammonia and 2 mol of lithium hydroxide. A second aqueous solution dissolved in was prepared.

상기 두 가지 수용액을 실시예 1의 단계 (a), (b), (c)와 동일한 방법 및 조건에 따라 처리하여, 음이온 부족형 리튬인산망간코발트니켈철을 제조하였다.The two aqueous solutions were treated according to the same methods and conditions as in steps (a), (b) and (c) of Example 1 to prepare anion-deficient lithium manganese cobalt nickel iron.

최종 제조물의 X-선 회절분광(XRD) 패턴에 대한 리트벨트법 수행 결과를 모델링하여, 단위세포 내 이온들의 점유율을 산출함으로써, 상기 화합물이 Li0.90(Mn0.25Co0.25Ni0.25Fe0.25)(PO4)0.97임을 확인하였다. 도 2h는 X-선 회절분광(XRD) 패턴에 대한 리트벨트법 수행 결과이다.
By modeling the Rietveld method performed on the X-ray diffraction spectroscopy (XRD) pattern of the final product, and calculating the occupancy of ions in the unit cell, the compound is Li 0.90 (Mn 0.25 Co 0.25 Ni 0.25 Fe 0.25 ) (PO 4 ) confirmed that it is 0.97 . Figure 2h is the result of Rietveld method for the X-ray diffraction spectroscopy (XRD) pattern.

금속 M이 Mg와 Fe의 조합으로 이루어진 음이온 부족형 화합물의 제조Preparation of Anion Deficiency Compounds in which Metal M is Combination of Mg and Fe

황산마그네슘(MgSO4) 0.07몰, 황산철 0.93몰, 인산 1몰, 설탕 27.8g을 물 1.6L에 용해시킨 제1수용액과 암모니아 1.5몰과 수산화리튬 2몰을 물 1.2L에 용해시킨 제2수용액을 조제하였다.0.07 mol of magnesium sulfate (MgSO 4 ), 0.93 mol of iron sulfate, 1 mol of phosphoric acid, and 27.8 g of sugar were dissolved in 1.6 L of water, and a second aqueous solution of 1.5 mol of ammonia and 2 mol of lithium hydroxide in 1.2 L of water. Was prepared.

상기 두 가지 수용액을 실시예 1의 단계 (a), (b), (c)와 동일한 방법 및 조건에 따라 처리하여, 음이온 부족형 리튬인산마그네슘철을 제조하였다.The two aqueous solutions were treated according to the same methods and conditions as in Steps (a), (b) and (c) of Example 1 to prepare anion-deficient lithium magnesium phosphate.

최종 제조물에 대해 유도결합플라즈마분광(ICP) 분석을 행하여 상기 화합물이 Li0 .88(Mg0 .07Fe0 .93)(PO4)0.96임을 확인하였다.
Subjected to inductively coupled plasma spectroscopy (ICP) analysis of the final product was identified as the above compound is a Li 0 .88 (Mg 0 .07 Fe 0 .93) (PO 4) 0.96.

금속 M이 Mg와 Mn의 조합으로 이루어진 음이온 부족형 화합물의 제조Preparation of Anion Deficiency Compounds in which Metal M is Combination of Mg and Mn

황산마그네슘 0.10몰, 황산망간 0.90몰, 인산 1몰, 설탕 27.8g을 물 1.6L에 용해시킨 제1수용액과 암모니아 1.5몰과 수산화리튬 2몰을 물 1.2L에 용해시킨 제2수용액을 조제하였다.A first aqueous solution in which 0.10 mol of magnesium sulfate, 0.90 mol of manganese sulfate, 1 mol of phosphoric acid, and 27.8 g of sugar were dissolved in 1.6 L of water, and a second aqueous solution in which 1.5 mol of ammonia and 2 mol of lithium hydroxide were dissolved in 1.2 L of water.

상기 두 가지 수용액을 실시예 1의 단계 (a), (b), (c)와 동일한 방법 및 조건에 따라 처리하여, 음이온 부족형 리튬인산마그네슘망간을 제조하였다.The two aqueous solutions were treated according to the same methods and conditions as those of Steps (a), (b) and (c) of Example 1 to prepare anion-deficient lithium magnesium phosphate.

최종 제조물에 대해 유도결합플라즈마분광(ICP) 분석을 행하여 상기 화합물이 Li0 .92(Mg0 .10Mn0 .90)(PO4)0.97임을 확인하였다.
Subjected to inductively coupled plasma spectroscopy (ICP) analysis of the final product was identified as the compound is a Li 0 .92 (Mg 0 .10 Mn 0 .90) (PO 4) 0.97.

금속 M이 Al, Mn, 및 Fe의 조합으로 이루어진 음이온 부족형 화합물의 제조Preparation of Anion Deficiency Compounds in which Metal M is Combination of Al, Mn, and Fe

질산알루미늄(Al(NO3)3) 0.03몰, 황산망간 0.78몰, 황산철 0.19몰, 인산 1몰, 설탕 27.8g을 물 1.6L에 용해시킨 제1수용액과 암모니아 1.5몰과 수산화리튬 2몰을 물 1.2L에 용해시킨 제2수용액을 조제하였다.0.03 mol of aluminum nitrate (Al (NO 3 ) 3 ), 0.78 mol of manganese sulfate, 0.19 mol of iron sulfate, 1 mol of phosphoric acid, and 27.8 g of sugar were dissolved in 1.6 L of water, 1.5 mol of ammonia and 2 mol of lithium hydroxide. A second aqueous solution dissolved in 1.2 L of water was prepared.

상기 두 가지 수용액을 실시예 1의 단계 (a), (b), (c)와 동일한 방법 및 조건에 따라 처리하여, 음이온 부족형 리튬인산알루미늄망간철을 제조하였다.The two aqueous solutions were treated according to the same methods and conditions as those of Steps (a), (b) and (c) of Example 1 to prepare anion-deficient lithium aluminum manganese phosphate.

최종 제조물에 대해 유도결합플라즈마분광(ICP) 분석을 행하여 상기 화합물이 Li0 .85(Al0 .03Mn0 .78Fe0 .19)(PO4)0.98임을 확인하였다.
Subjected to inductively coupled plasma spectroscopy (ICP) analysis of the final product was identified as the compound is a Li 0 .85 (Al 0 .03 Mn 0 .78 Fe 0 .19) (PO 4) 0.98.

금속 M이 Mn, Co, Ni, 및 Fe의 조합으로 이루어진 음이온 부족형 화합물의 제조Preparation of Anion Deficiency Compounds in which Metal M is Combination of Mn, Co, Ni, and Fe

황산망간 0.25몰, 질산코발트 0.25몰, 질산니켈 0.25몰, 황산철 0.25몰, 인산 1.1몰, 설탕 27.8g을 물 1.6L에 용해시킨 제1수용액과 암모니아 1.5몰과 수산화리튬 2몰을 물 1.2L에 용해시킨 제2수용액을 조제하였다.0.25 mol of manganese sulfate, 0.25 mol of cobalt nitrate, 0.25 mol of nickel nitrate, 0.25 mol of iron sulfate, 1.1 mol of phosphoric acid, and 27.8 g of sugar dissolved in 1.6 L of water, 1.5 mol of ammonia, and 2 mol of lithium hydroxide. A second aqueous solution dissolved in was prepared.

상기 두 가지 수용액을 실시예 1의 단계 (a), (b), (c)와 동일한 방법 및 조건에 따라 처리하여, 음이온 부족형 리튬인산망간코발트니켈철을 제조하였다.The two aqueous solutions were treated according to the same methods and conditions as in steps (a), (b) and (c) of Example 1 to prepare anion-deficient lithium manganese cobalt nickel iron.

상기 단계 (b)에서, 혼합기에서 혼합된 최종 혼합액의 pH는 7.9였다.In step (b), the pH of the final mixed solution mixed in the mixer was 7.9.

최종 제조물에 대해 유도결합플라즈마분광(ICP) 분석을 행하여 상기 화합물이 Li0 .94(Mn0 .25Co0 .25Ni0 .25Fe0 .25)(PO4)0.98임을 확인하였다.
Subjected to inductively coupled plasma spectroscopy (ICP) analysis of the final product was identified as the compound is a Li 0 .94 (Mn 0 .25 Co 0 .25 Ni 0 .25 Fe 0 .25) (PO 4) 0.98.

금속 M이 Mn, Co, Ni, 및 Fe의 조합으로 이루어진 음이온 부족형 화합물의 제조Preparation of Anion Deficiency Compounds in which Metal M is Combination of Mn, Co, Ni, and Fe

황산망간 0.25몰, 질산코발트 0.25몰, 질산니켈 0.25몰, 황산철 0.25몰, 인산 1.2몰, 설탕 27.8g을 물 1.6L에 용해시킨 제1수용액과 암모니아 1.5몰과 수산화리튬 2몰을 물 1.2L에 용해시킨 제2수용액을 조제하였다.0.25 mol of manganese sulfate, 0.25 mol of cobalt nitrate, 0.25 mol of nickel nitrate, 0.25 mol of iron sulfate, 1.2 mol of phosphoric acid, 27.8 g of sugar dissolved in 1.6 L of water, 1.5 mol of ammonia, and 2 mol of lithium hydroxide. A second aqueous solution dissolved in was prepared.

상기 두 가지 수용액을 실시예 1의 단계 (a), (b), (c)와 동일한 방법 및 조건에 따라 처리하여, 음이온 부족형 리튬인산망간코발트니켈철을 제조하였다.The two aqueous solutions were treated according to the same methods and conditions as in steps (a), (b) and (c) of Example 1 to prepare anion-deficient lithium manganese cobalt nickel iron.

상기 단계 (b)에서, 혼합기에서 혼합된 최종 혼합액의 pH는 6.6이었다.In step (b), the pH of the final mixed solution mixed in the mixer was 6.6.

최종 제조물에 대해 유도결합플라즈마분광(ICP) 분석을 행하여 상기 화합물이 Li0 .97(Mn0 .25Co0 .25Ni0 .25Fe0 .25)(PO4)0.99임을 확인하였다.
Subjected to inductively coupled plasma spectroscopy (ICP) analysis of the final product was identified as the compound is a Li 0 .97 (Mn 0 .25 Co 0 .25 Ni 0 .25 Fe 0 .25) (PO 4) 0.99.

금속 M이 Mn, Co, Ni, 및 Fe의 조합으로 이루어진 음이온 부족형 화합물의 제조Preparation of Anion Deficiency Compounds in which Metal M is Combination of Mn, Co, Ni, and Fe

황산망간 0.25몰, 질산코발트 0.25몰, 질산니켈 0.25몰, 황산철 0.25몰, 인산 1몰, 설탕 27.8g을 물 1.6L에 용해시킨 제1수용액과 암모니아 2.0몰과 수산화리튬 2몰을 물 1.2L에 용해시킨 제2수용액을 조제하였다.0.25 mol of manganese sulfate, 0.25 mol of cobalt nitrate, 0.25 mol of nickel nitrate, 0.25 mol of iron sulfate, 1 mol of phosphoric acid, and 27.8 g of sugar were dissolved in 1.6 L of water, 2.0 mol of ammonia and 2 mol of lithium hydroxide. A second aqueous solution dissolved in was prepared.

상기 두 가지 수용액을 실시예 1의 단계 (a), (b), (c)와 동일한 방법 및 조건에 따라 처리하여, 음이온 부족형 리튬인산망간코발트니켈철을 제조하였다.The two aqueous solutions were treated according to the same methods and conditions as in steps (a), (b) and (c) of Example 1 to prepare anion-deficient lithium manganese cobalt nickel iron.

상기 단계 (b)에서, 혼합기에서 혼합된 최종 혼합액의 pH는 9.2였다.In step (b), the pH of the final mixed solution mixed in the mixer was 9.2.

최종 제조물에 대해 유도결합플라즈마분광(ICP) 분석을 행하여 상기 화합물이 Li0 .89(Mn0 .25Co0 .25Ni0 .25Fe0 .25)(PO4)0.96임을 확인하였다.
Subjected to inductively coupled plasma spectroscopy (ICP) analysis of the final product was identified as the compound is a Li 0 .89 (Mn 0 .25 Co 0 .25 Ni 0 .25 Fe 0 .25) (PO 4) 0.96.

금속 M이 Mn, Co, Ni, 및 Fe의 조합으로 이루어진 음이온 부족형 화합물의 제조Preparation of Anion Deficiency Compounds in which Metal M is Combination of Mn, Co, Ni, and Fe

황산망간 0.25몰, 질산코발트 0.25몰, 질산니켈 0.25몰, 황산철 0.25몰, 인산 1몰, 설탕 27.8g을 물 1.6L에 용해시킨 제1수용액과 암모니아 2.5몰과 수산화리튬 2몰을 물 1.2L에 용해시킨 제2수용액을 조제하였다.0.25 mol of manganese sulfate, 0.25 mol of cobalt nitrate, 0.25 mol of nickel nitrate, 0.25 mol of iron sulfate, 1 mol of phosphoric acid, 27.8 g of sugar in 1.6 L of water, 2.5 mol of ammonia and 2 mol of lithium hydroxide, 1.2 L of water A second aqueous solution dissolved in was prepared.

상기 두 가지 수용액을 실시예 1의 단계 (a), (b), (c)와 동일한 방법 및 조건에 따라 처리하여, 음이온 부족형 리튬인산망간코발트니켈철을 제조하였다.The two aqueous solutions were treated according to the same methods and conditions as in steps (a), (b) and (c) of Example 1 to prepare anion-deficient lithium manganese cobalt nickel iron.

상기 단계 (b)에서, 혼합기에서 혼합된 최종 혼합액의 pH는 9.5였다.In step (b), the pH of the final mixed solution mixed in the mixer was 9.5.

최종 제조물에 대해 유도결합플라즈마분광(ICP) 분석을 행하여 상기 화합물이 Li0 .86(Mn0 .25Co0 .25Ni0 .25Fe0 .25)(PO4)0.95임을 확인하였다.
Subjected to inductively coupled plasma spectroscopy (ICP) analysis of the final product was identified as the compound is a Li 0 .86 (Mn 0 .25 Co 0 .25 Ni 0 .25 Fe 0 .25) (PO 4) 0.95.

비교예 1 : 금속 M이 Mn과 Fe의 조합으로 이루어진 화학양론 화합물의 제조 Comparative Example 1 : Preparation of a stoichiometric compound consisting of a combination of metal M and Mn and Fe

금속 전구체로서 옥살산망간(MnC2O4) 0.25몰 및 옥살산철(FeC2O4) 0.75몰, 인산화합물로서 인산이암모늄((NH4)2HPO4) 1몰, 리튬 전구체로서 탄산리튬(Li2CO3) 0.55몰을 준비하였다.0.25 mol of manganese oxalate (MnC 2 O 4 ) and 0.75 mol of iron oxalate (FeC 2 O 4 ) as a metal precursor, 1 mol of diammonium phosphate ((NH 4) 2 HPO 4 ) as a phosphate compound, lithium carbonate (Li 2) CO 3 ) 0.55 mol was prepared.

상기 원료들을 하기 단계 (a), (b), (c)의 순서로 처리하여, 종래 기술의 고상반응법으로 화학양론 리튬인산망간철을 제조하였다.The raw materials were processed in the following steps (a), (b), and (c) to prepare stoichiometric lithium manganese phosphate by solid state reaction of the prior art.

단계 (a): 상기 원료들을 지르코니아 볼 밀링(zirconia ball milling)법을 이용하여 350rpm의 속도로 8시간 동안 1차 혼합하였다.Step (a): The raw materials were first mixed for 8 hours at a speed of 350 rpm using zirconia ball milling.

단계 (b): 상기 단계 (a)의 1차 혼합물을, 탄소 전구체인 설탕 32.4g과 2차 혼합하고, 500℃의 아르곤 분위기에서 6시간 동안 1차 열처리하여 탄소 코팅된 저결정성 리튬 전이금속 인산화합물을 얻었다.Step (b): The first mixture of step (a) is secondly mixed with 32.4 g of a carbon precursor sugar and subjected to a first heat treatment for 6 hours in an argon atmosphere at 500 ° C. to form a carbon-coated low crystalline lithium transition metal. Phosphoric acid compound was obtained.

단계 (c): 상기 단계 (b)의 저결정성 화합물을 675℃의 아르곤 분위기에서 5시간 동안 2차 열처리하여 고결정성 화학양론 리튬 전이금속 인산화합물을 얻었다.Step (c): The low crystalline compound of step (b) was subjected to a second heat treatment for 5 hours in an argon atmosphere at 675 ° C. to obtain a high crystalline stoichiometric lithium transition metal phosphate compound.

최종 제조물에 대해 X-선 회절분광(XRD) 패턴을 분석한 결과, 올리빈 구조의 결정질임을 확인하였다. 또한 유도결합플라즈마분광(ICP) 분석을 행하여 상기 화합물이 Li(Mn0 .25Fe0 .75)PO4임을 확인하였다.
Analysis of the X-ray diffraction spectroscopy (XRD) pattern for the final product confirmed the crystalline olivine structure. In addition, it was confirmed subjected to inductively coupled plasma spectroscopy (ICP) analysis that the compound is a Li (Mn 0 .25 Fe 0 .75 ) PO 4.

비교예 2 : 금속 M이 Mn과 Fe의 조합으로 이루어진 화학양론 화합물의 제조 Comparative Example 2 : Preparation of a stoichiometric compound consisting of a combination of metal M and Mn and Fe

옥살산망간 0.50몰, 옥살산철 0.50몰, 인산이암모늄 1몰, 탄산리튬 0.55몰을 준비하였다.0.50 mol of manganese oxalate, 0.50 mol of iron oxalate, 1 mol of diammonium phosphate, and 0.55 mol of lithium carbonate were prepared.

상기 원료들을 비교예 1의 단계 (a), (b), (c)와 동일한 방법 및 조건에 따라 처리하여, 화학양론 리튬인산망간철을 제조하였다.The raw materials were treated according to the same methods and conditions as those of steps (a), (b) and (c) of Comparative Example 1 to prepare a stoichiometric lithium manganese phosphate.

최종 제조물에 대해 X-선 회절분광(XRD) 패턴을 분석한 결과, 올리빈 구조의 결정질임을 확인하였다. 또한 유도결합플라즈마분광(ICP) 분석을 행하여 상기 화합물이 Li(Mn0 .50Fe0 .50)PO4임을 확인하였다.
Analysis of the X-ray diffraction spectroscopy (XRD) pattern for the final product confirmed the crystalline olivine structure. In addition, it was confirmed subjected to inductively coupled plasma spectroscopy (ICP) analysis that the compound is a Li (Mn 0 .50 Fe 0 .50 ) PO 4.

비교예 3 : 금속 M이 Mn과 Fe의 조합으로 이루어진 화학양론 화합물의 제조 Comparative Example 3 : Preparation of a stoichiometric compound consisting of a combination of metal M and Mn and Fe

옥살산망간 0.75몰, 옥살산철 0.25몰, 인산이암모늄 1몰, 탄산리튬 0.55몰을 준비하였다.0.75 mol of manganese oxalate, 0.25 mol of iron oxalate, 1 mol of diammonium phosphate, and 0.55 mol of lithium carbonate were prepared.

상기 원료들을 비교예 1의 단계 (a), (b), (c)와 동일한 방법 및 조건에 따라 처리하여, 화학양론 리튬인산망간철을 제조하였다.The raw materials were treated according to the same methods and conditions as those of steps (a), (b) and (c) of Comparative Example 1 to prepare a stoichiometric lithium manganese phosphate.

최종 제조물에 대해 X-선 회절분광(XRD) 패턴을 분석한 결과, 올리빈 구조의 결정질임을 확인하였다. 또한 유도결합플라즈마분광(ICP) 분석을 행하여 상기 화합물이 Li(Mn0 .75Fe0 .25)PO4임을 확인하였다.
Analysis of the X-ray diffraction spectroscopy (XRD) pattern for the final product confirmed the crystalline olivine structure. In addition, it was confirmed subjected to inductively coupled plasma spectroscopy (ICP) analysis that the compound is a Li (Mn 0 .75 Fe 0 .25 ) PO 4.

비교예 4 : 금속 M이 Mn인 화학양론 화합물의 제조 Comparative Example 4 : Preparation of the stoichiometric compound wherein the metal M is Mn

옥살산망간 1몰, 인산이암모늄 1몰, 탄산리튬 0.55몰을 준비하였다.1 mol of manganese oxalate, 1 mol of diammonium phosphate, and 0.55 mol of lithium carbonate were prepared.

상기 원료들을 비교예 1의 단계 (a), (b), (c)와 동일한 방법 및 조건에 따라 처리하여, 화학양론 리튬인산망간을 제조하였다.The raw materials were treated according to the same methods and conditions as those of (a), (b) and (c) of Comparative Example 1 to prepare stoichiometric lithium manganese phosphate.

최종 제조물에 대해 X-선 회절분광(XRD) 패턴을 분석한 결과, 올리빈 구조의 결정질임을 확인하였다. 또한 유도결합플라즈마분광(ICP) 분석을 행하여 상기 화합물이 LiMnPO4임을 확인하였다.
Analysis of the X-ray diffraction spectroscopy (XRD) pattern for the final product confirmed the crystalline olivine structure. Inductively coupled plasma spectroscopy (ICP) analysis was performed to confirm that the compound was LiMnPO 4 .

비교예 5 : 금속 M이 Co와 Fe의 조합으로 이루어진 화학양론 화합물의 제조 Comparative Example 5 : Preparation of a stoichiometric compound consisting of a metal M in combination of Co and Fe

금속 전구체로서 아세트산코발트(Co(CH3CO2)2) 0.25몰 및 옥살산철 0.75몰, 인산화합물로서 인산일암모늄(NH4H2PO4) 1몰, 리튬 전구체로서 탄산리튬 0.525몰을 증류수에 용해시킨 제1수용액과, 겔화제 및 탄소 전구체로서 구연산(citric acid) 1몰을 증류수에 용해시킨 제2수용액을 조제하였다.0.25 mol of cobalt acetate (Co (CH 3 CO 2 ) 2 ) and 0.75 mol of iron oxalate, 1 mol of monoammonium phosphate (NH 4 H 2 PO 4 ) as a phosphate compound, 0.525 mol of lithium carbonate as a lithium precursor The first aqueous solution dissolved and the second aqueous solution in which 1 mol of citric acid was dissolved in distilled water as a gelling agent and a carbon precursor were prepared.

상기 두 가지 수용액을 하기 단계 (a), (b), (c)의 순서로 처리하여, 종래 기술의 졸-겔법으로 화학양론 리튬인산코발트철을 제조하였다.The two aqueous solutions were treated in the following steps (a), (b) and (c) to prepare stoichiometric lithium cobalt phosphate by the sol-gel method of the prior art.

단계 (a): 상기 제1수용액에 제2수용액을 천천히 첨가하여 혼합 수용액을 만들었다.Step (a): A second aqueous solution was slowly added to the first aqueous solution to form a mixed aqueous solution.

단계 (b): 상기 단계 (a)의 혼합 수용액을 70℃에서 겔화(gelation)될 때까지 열처리하여 리튬 전이금속 인산화합물 전구체 겔(gel)을 얻었다.Step (b): The mixed aqueous solution of step (a) was heat-treated until gelled at 70 ° C. to obtain a lithium transition metal phosphate precursor precursor gel.

단계 (c): 상기 단계 (b)에서 얻은 겔을 500℃의 질소 분위기에서 3시간 동안 1차 열처리하고, 675℃에서 10시간 동안 2차 열처리하여 화학양론 리튬 전이금속 인산화합물을 얻었다.Step (c): The gel obtained in step (b) was subjected to a first heat treatment for 3 hours in a nitrogen atmosphere at 500 ° C. and a second heat treatment at 675 ° C. for 10 hours to obtain a stoichiometric lithium transition metal phosphate compound.

최종 제조물에 대해 X-선 회절분광(XRD) 패턴을 분석한 결과, 올리빈 구조의 결정질임을 확인하였다. 또한 유도결합플라즈마분광(ICP) 분석을 행하여 상기 화합물이 Li(Co0 .25Fe0 .75)PO4임을 확인하였다.
Analysis of the X-ray diffraction spectroscopy (XRD) pattern for the final product confirmed the crystalline olivine structure. In addition, she was confirmed subjected to inductively coupled plasma spectroscopy (ICP) analysis that the compound Li (Fe Co 0 .25 0 .75) PO 4.

비교예 6 : 금속 M이 Co와 Fe의 조합으로 이루어진 화학양론 화합물의 제조 Comparative Example 6 : Preparation of a stoichiometric compound consisting of a metal M in combination of Co and Fe

아세트산코발트 0.50몰, 옥살산철 0.50몰, 인산일암모늄 1몰, 탄산리튬 0.525몰을 증류수에 용해시킨 제1수용액과, 구연산 1몰을 증류수에 용해시킨 제2수용액을 조제하였다.A first aqueous solution in which 0.50 mol of cobalt acetate, 0.50 mol of iron oxalate, 1 mol of ammonium monophosphate, and 0.525 mol of lithium carbonate were dissolved in distilled water, and a second aqueous solution in which 1 mol of citric acid was dissolved in distilled water was prepared.

상기 두 가지 수용액을 비교예 5의 단계 (a), (b), (c)와 동일한 방법 및 조건에 따라 처리하여, 화학양론 리튬인산코발트철을 제조하였다.The two aqueous solutions were treated according to the same methods and conditions as in Steps (a), (b) and (c) of Comparative Example 5 to prepare stoichiometric lithium cobalt phosphate.

최종 제조물에 대해 X-선 회절분광(XRD) 패턴을 분석한 결과, 올리빈 구조의 결정질임을 확인하였다. 또한 유도결합플라즈마분광(ICP) 분석을 행하여 상기 화합물이 Li(Co0 .50Fe0 .50)PO4임을 확인하였다.
Analysis of the X-ray diffraction spectroscopy (XRD) pattern for the final product confirmed the crystalline olivine structure. In addition, it was confirmed subjected to inductively coupled plasma spectroscopy (ICP) analysis that the compound Li (Fe Co 0 .50 0 .50) PO 4.

비교예 7 : 금속 M이 Co와 Fe의 조합으로 이루어진 화학양론 화합물의 제조 Comparative Example 7 : Preparation of a stoichiometric compound consisting of a combination of metal and Co in Fe

아세트산코발트 0.75몰, 옥살산철 0.25몰, 인산일암모늄 1몰, 탄산리튬 0.525몰을 증류수에 용해시킨 제1수용액과, 구연산 1몰을 증류수에 용해시킨 제2수용액을 조제하였다.A first aqueous solution in which 0.75 mol of cobalt acetate, 0.25 mol of iron oxalate, 1 mol of ammonium monophosphate, and 0.525 mol of lithium carbonate were dissolved in distilled water, and a second aqueous solution in which 1 mol of citric acid was dissolved in distilled water was prepared.

상기 두 가지 수용액을 비교예 5의 단계 (a), (b), (c)와 동일한 방법 및 조건에 따라 처리하여, 화학양론 리튬인산코발트철을 제조하였다.The two aqueous solutions were treated according to the same methods and conditions as in Steps (a), (b) and (c) of Comparative Example 5 to prepare stoichiometric lithium cobalt phosphate.

최종 제조물에 대해 X-선 회절분광(XRD) 패턴을 분석한 결과, 올리빈 구조의 결정질임을 확인하였다. 또한 유도결합플라즈마분광(ICP) 분석을 행하여 상기 화합물이 Li(Co0 .75Fe0 .25)PO4임을 확인하였다.
Analysis of the X-ray diffraction spectroscopy (XRD) pattern for the final product confirmed the crystalline olivine structure. In addition, it was confirmed subjected to inductively coupled plasma spectroscopy (ICP) analysis that the compound Li (Fe Co 0 .75 0 .25) PO 4.

비교예 8 : 금속 M이 Co인 화학양론 화합물의 제조 Comparative Example 8 : Preparation of stoichiometric compound wherein Metal M is Co

아세트산코발트 1몰, 인산일암모늄 1몰, 탄산리튬 0.525몰을 증류수에 용해시킨 제1수용액과, 구연산 1몰을 증류수에 용해시킨 제2수용액을 조제하였다.A first aqueous solution in which 1 mol of cobalt acetate, 1 mol of ammonium monophosphate, and 0.525 mol of lithium carbonate were dissolved in distilled water, and a second aqueous solution in which 1 mol of citric acid was dissolved in distilled water were prepared.

상기 두 가지 수용액을 비교예 5의 단계 (a), (b), (c)와 동일한 방법 및 조건에 따라 처리하여, 화학양론 리튬인산코발트를 제조하였다.The two aqueous solutions were treated according to the same methods and conditions as in Steps (a), (b) and (c) of Comparative Example 5 to prepare stoichiometric lithium cobalt phosphate.

최종 제조물에 대해 X-선 회절분광(XRD) 패턴을 분석한 결과, 올리빈 구조의 결정질임을 확인하였다. 또한 유도결합플라즈마분광(ICP) 분석을 행하여 상기 화합물이 LiCoPO4임을 확인하였다.
Analysis of the X-ray diffraction spectroscopy (XRD) pattern for the final product confirmed the crystalline olivine structure. Inductively coupled plasma spectroscopy (ICP) analysis was performed to confirm that the compound was LiCoPO 4 .

비교예 9 : 금속 M이 Ni와 Fe의 조합으로 이루어진 화학양론 화합물의 제조 Comparative Example 9 : Preparation of a stoichiometric compound consisting of a metal M in combination of Ni and Fe

아세트산니켈(Ni(CH3CO2)2) 0.25몰, 옥살산철 0.75몰, 인산일암모늄 1몰, 탄산리튬 0.525몰을 증류수에 용해시킨 제1수용액과, 구연산 1몰을 증류수에 용해시킨 제2수용액을 조제하였다.0.25 mol of nickel acetate (Ni (CH 3 CO 2 ) 2 ), 0.75 mol of iron oxalate, 1 mol of ammonium monophosphate, 0.525 mol of lithium carbonate in distilled water, and a second solution of 1 mol of citric acid in distilled water. An aqueous solution was prepared.

상기 두 가지 수용액을 비교예 5의 단계 (a), (b), (c)와 동일한 방법 및 조건에 따라 처리하여, 화학양론 리튬인산니켈철을 제조하였다.The two aqueous solutions were treated according to the same methods and conditions as in steps (a), (b) and (c) of Comparative Example 5 to produce stoichiometric lithium iron phosphate.

최종 제조물에 대해 X-선 회절분광(XRD) 패턴을 분석한 결과, 올리빈 구조의 결정질임을 확인하였다. 또한 유도결합플라즈마분광(ICP) 분석을 행하여 상기 화합물이 Li(Ni0 .25Fe0 .75)PO4임을 확인하였다.
Analysis of the X-ray diffraction spectroscopy (XRD) pattern for the final product confirmed the crystalline olivine structure. In addition, it was confirmed subjected to inductively coupled plasma spectroscopy (ICP) analysis that the compound is Li (Ni 0 .25 Fe 0 .75 ) PO 4.

비교예 10 : 금속 M이 Ni와 Fe의 조합으로 이루어진 화학양론 화합물의 제조 Comparative Example 10 : Preparation of the stoichiometric compound consisting of a metal M in combination with Ni and Fe

아세트산니켈 0.50몰, 옥살산철 0.50몰, 인산일암모늄 1몰, 탄산리튬 0.525몰을 증류수에 용해시킨 제1수용액과, 구연산 1몰을 증류수에 용해시킨 제2수용액을 조제하였다.A first aqueous solution in which 0.50 mol of nickel acetate, 0.50 mol of iron oxalate, 1 mol of ammonium monophosphate, and 0.525 mol of lithium carbonate were dissolved in distilled water, and a second aqueous solution in which 1 mol of citric acid was dissolved in distilled water were prepared.

상기 두 가지 수용액을 비교예 5의 단계 (a), (b), (c)와 동일한 방법 및 조건에 따라 처리하여, 화학양론 리튬인산니켈철을 제조하였다.The two aqueous solutions were treated according to the same methods and conditions as in steps (a), (b) and (c) of Comparative Example 5 to produce stoichiometric lithium iron phosphate.

최종 제조물에 대해 X-선 회절분광(XRD) 패턴을 분석한 결과, 올리빈 구조의 결정질임을 확인하였다. 또한 유도결합플라즈마분광(ICP) 분석을 행하여 상기 화합물이 Li(Ni0 .50Fe0 .50)PO4임을 확인하였다.
Analysis of the X-ray diffraction spectroscopy (XRD) pattern for the final product confirmed the crystalline olivine structure. In addition, it was confirmed subjected to inductively coupled plasma spectroscopy (ICP) analysis that the compound is Li (Ni 0 .50 Fe 0 .50 ) PO 4.

비교예 11 : 금속 M이 Ni와 Fe의 조합으로 이루어진 화학양론 화합물의 제조 Comparative Example 11 : Preparation of the stoichiometric compound in which the metal M is a combination of Ni and Fe

아세트산니켈 0.75몰, 옥살산철 0.25몰, 인산일암모늄 1몰, 탄산리튬 0.525몰을 증류수에 용해시킨 제1수용액과, 구연산 1몰을 증류수에 용해시킨 제2수용액을 조제하였다.A first aqueous solution in which 0.75 mol of nickel acetate, 0.25 mol of iron oxalate, 1 mol of ammonium monophosphate, and 0.525 mol of lithium carbonate were dissolved in distilled water, and a second aqueous solution in which 1 mol of citric acid was dissolved in distilled water was prepared.

상기 두 가지 수용액을 비교예 5의 단계 (a), (b), (c)와 동일한 방법 및 조건에 따라 처리하여, 화학양론 리튬인산니켈철을 제조하였다.The two aqueous solutions were treated according to the same methods and conditions as in steps (a), (b) and (c) of Comparative Example 5 to produce stoichiometric lithium iron phosphate.

최종 제조물에 대해 X-선 회절분광(XRD) 패턴을 분석한 결과, 올리빈 구조의 결정질임을 확인하였다. 또한 유도결합플라즈마분광(ICP) 분석을 행하여 상기 화합물이 Li(Ni0 .75Fe0 .25)PO4임을 확인하였다.
Analysis of the X-ray diffraction spectroscopy (XRD) pattern for the final product confirmed the crystalline olivine structure. In addition, it was confirmed subjected to inductively coupled plasma spectroscopy (ICP) analysis that the compound is Li (Ni 0 .75 Fe 0 .25 ) PO 4.

비교예 12 : 금속 M이 Ni인 화학양론 화합물의 제조 Comparative Example 12 : Preparation of the Stoichiometry Compound Where Metal M is Ni

아세트산니켈 1몰, 인산일암모늄 1몰, 탄산리튬 0.525몰을 증류수에 용해시킨 제1수용액과, 구연산 1몰을 증류수에 용해시킨 제2수용액을 조제하였다.A first aqueous solution in which 1 mol of nickel acetate, 1 mol of ammonium monophosphate, and 0.525 mol of lithium carbonate were dissolved in distilled water, and a second aqueous solution in which 1 mol of citric acid was dissolved in distilled water were prepared.

상기 두 가지 수용액을 비교예 5의 단계 (a), (b), (c)와 동일한 방법 및 조건에 따라 처리하여, 화학양론 리튬인산니켈을 제조하였다.The two aqueous solutions were treated according to the same methods and conditions as those of steps (a), (b) and (c) of Comparative Example 5 to prepare a stoichiometric lithium phosphate.

최종 제조물에 대해 X-선 회절분광(XRD) 패턴을 분석한 결과, 올리빈 구조의 결정질임을 확인하였다. 또한 유도결합플라즈마분광(ICP) 분석을 행하여 상기 화합물이 LiNiPO4임을 확인하였다.
Analysis of the X-ray diffraction spectroscopy (XRD) pattern for the final product confirmed the crystalline olivine structure. Inductively coupled plasma spectroscopy (ICP) analysis was performed to confirm that the compound was LiNiPO 4 .

비교예 13 : 금속 M이 Mn, Co, 및 Ni의 조합으로 이루어진 화학양론 화합물의 제조 Comparative Example 13 : Preparation of a stoichiometric compound wherein the metal M is a combination of Mn, Co, and Ni

아세트산망간 0.3몰, 아세트산코발트 0.3몰, 아세트산니켈 0.3몰, 인산일암모늄 0.9몰, 탄산리튬 0.473몰을 증류수에 용해시킨 제1수용액과, 구연산 0.9몰을 증류수에 용해시킨 제2수용액을 조제하였다.A first aqueous solution in which 0.3 mol of manganese acetate, 0.3 mol of cobalt acetate, 0.3 mol of nickel acetate, 0.9 mol of ammonium monophosphate, and 0.473 mol of lithium carbonate were dissolved in distilled water, and a second aqueous solution in which 0.9 mol of citric acid was dissolved in distilled water.

상기 두 가지 수용액을 하기 단계 (a), (b), (c)의 순서로 처리하여, 종래 기술의 졸-겔법으로 화학양론 리튬인산망간코발트니켈을 제조하였다.The two aqueous solutions were treated in the following steps (a), (b) and (c) to prepare stoichiometric lithium manganese cobalt nickel with a sol-gel method of the prior art.

단계 (a): 상기 제1수용액에 제2수용액을 천천히 첨가하여 혼합 수용액을 만들었다.Step (a): A second aqueous solution was slowly added to the first aqueous solution to form a mixed aqueous solution.

단계 (b): 상기 단계 (a)의 혼합 수용액을 80℃에서 겔화될 때까지 열처리하여 리튬 전이금속 인산화합물 전구체 겔을 얻었다.Step (b): The mixed aqueous solution of Step (a) was heat treated until gelled at 80 ° C. to obtain a lithium transition metal phosphate precursor precursor gel.

단계 (c): 상기 단계 (b)에서 얻은 겔을 350℃의 아르곤 분위기에서 4시간 동안 1차 열처리하고, 600℃에서 10시간 동안 2차 열처리하여 화학양론 리튬 전이금속 인산화합물을 얻었다.Step (c): The gel obtained in step (b) was subjected to a first heat treatment for 4 hours in an argon atmosphere at 350 ° C. and a second heat treatment at 600 ° C. for 10 hours to obtain a stoichiometric lithium transition metal phosphate compound.

최종 제조물에 대해 X-선 회절분광(XRD) 패턴을 분석한 결과, 올리빈 구조의 결정질임을 확인하였다. 또한 유도결합플라즈마분광(ICP) 분석을 행하여 상기 화합물이 Li(Mn0 .33Co0 .33Ni0 .33)PO4임을 확인하였다.
Analysis of the X-ray diffraction spectroscopy (XRD) pattern for the final product confirmed the crystalline olivine structure. In addition, it was confirmed subjected to inductively coupled plasma spectroscopy (ICP) analysis that the compound is a Li (Mn 0 .33 Co 0 .33 Ni 0 .33) PO 4.

비교예 14 : 금속 M이 Mn, Co, Ni, 및 Fe의 조합으로 이루어진 화학양론 화합물의 제조 Comparative Example 14 Preparation of a Stoichiometric Compound in which Metal M is Combination of Mn, Co, Ni, and Fe

아세트산망간 0.25몰, 아세트산코발트 0.25몰, 아세트산니켈 0.25몰, 옥살산철 0.25몰, 인산일암모늄 1몰, 탄산리튬 0.525몰을 증류수에 용해시킨 제1수용액과, 구연산 1몰을 증류수에 용해시킨 제2수용액을 조제하였다.A first aqueous solution of 0.25 mol of manganese acetate, 0.25 mol of cobalt acetate, 0.25 mol of nickel acetate, 0.25 mol of iron oxalate, 1 mol of ammonium monophosphate, and 0.525 mol of lithium carbonate in distilled water, and a second solution of 1 mol of citric acid dissolved in distilled water. An aqueous solution was prepared.

상기 두 가지 수용액을 하기 단계 (a), (b), (c)의 순서로 처리하여, 종래 기술의 졸-겔법으로 화학양론 리튬인산망간코발트니켈을 제조하였다.The two aqueous solutions were treated in the following steps (a), (b) and (c) to prepare stoichiometric lithium manganese cobalt nickel with a sol-gel method of the prior art.

단계 (a): 상기 제1수용액에 제2수용액을 천천히 첨가하여 혼합 수용액을 만들었다.Step (a): A second aqueous solution was slowly added to the first aqueous solution to form a mixed aqueous solution.

단계 (b): 상기 단계 (a)의 혼합 수용액을 70℃에서 겔화될 때까지 열처리하여 리튬 전이금속 인산화합물 전구체 겔을 얻었다.Step (b): The mixed aqueous solution of step (a) was heat treated until gelled at 70 ° C. to obtain a lithium transition metal phosphate precursor precursor gel.

단계 (c): 상기 단계 (b)에서 얻은 겔을 500℃의 아르곤 분위기에서 5시간 동안 1차 열처리하고, 650℃에서 10시간 동안 2차 열처리하여 화학양론 리튬 전이금속 인산화합물을 얻었다.Step (c): The gel obtained in step (b) was subjected to a first heat treatment for 5 hours at 500 ° C. in an argon atmosphere and a second heat treatment at 650 ° C. for 10 hours to obtain a stoichiometric lithium transition metal phosphate compound.

최종 제조물에 대해 X-선 회절분광(XRD) 패턴을 분석한 결과, 올리빈 구조의 결정질임을 확인하였다. 또한 유도결합플라즈마분광(ICP) 분석을 행하여 상기 화합물이 Li(Mn0 .25Co0 .25Ni0 .25Fe0 .25)PO4임을 확인하였다.
Analysis of the X-ray diffraction spectroscopy (XRD) pattern for the final product confirmed the crystalline olivine structure. In addition, it was confirmed that by performing the inductively coupled plasma spectroscopy (ICP) analysis of the compound Li (Mn 0 .25 Co 0 .25 Ni 0 .25 Fe 0 .25) PO 4.

비교예 15 : 금속 M이 Mn, Co, Ni, 및 Fe의 조합으로 이루어진 음이온 부족형 화합물의 제조 Comparative Example 15 Preparation of Anion Deficiency Compounds in which Metal M Composed of Mn, Co, Ni, and Fe

황산망간 0.25몰, 질산코발트 0.25몰, 질산니켈 0.25몰, 황산철 0.25몰, 인산 1몰, 설탕 27.8g을 물 1.6L에 용해시킨 제1수용액과 암모니아 3몰과 수산화리튬 2몰을 물 1.2L에 용해시킨 제2수용액을 조제하였다.0.25 mol of manganese sulfate, 0.25 mol of cobalt nitrate, 0.25 mol of nickel nitrate, 0.25 mol of iron sulfate, 1 mol of phosphoric acid, and 27.8 g of sugar dissolved in 1.6 L of water, 3 mol of ammonia and 2 mol of lithium hydroxide, 1.2 L of water. A second aqueous solution dissolved in was prepared.

상기 두 가지 수용액을 실시예 1의 단계 (a), (b), (c)와 동일한 방법 및 조건에 따라 처리하여, 음이온 부족형 리튬인산망간코발트니켈철을 제조하였다.The two aqueous solutions were treated according to the same methods and conditions as in steps (a), (b) and (c) of Example 1 to prepare anion-deficient lithium manganese cobalt nickel iron.

최종 제조물에 대해 X-선 회절분광(XRD) 패턴을 분석한 결과, 올리빈 구조의 결정질임을 확인하였다. 또한 유도결합플라즈마분광(ICP) 분석을 행하여 상기 화합물이 Li0 .83(Mn0 .25Co0 .25Ni0 .25Fe0 .25)(PO4)0.94임을 확인하였다.
Analysis of the X-ray diffraction spectroscopy (XRD) pattern for the final product confirmed the crystalline olivine structure. In addition, it was confirmed subjected to inductively coupled plasma spectroscopy (ICP) analysis that the compound is a Li 0 .83 (Mn 0 .25 Co 0 .25 Ni 0 .25 Fe 0 .25) (PO 4) 0.94.

특성 및 성능의 측정 및 평가Measurement and evaluation of characteristics and performance

상기 실시예에 따른 화합물의 특성과 성능을 다음과 같이 측정하고 평가하였다.
The properties and performance of the compounds according to the examples were measured and evaluated as follows.

결정구조 및 불순물 분석Crystal Structure and Impurity Analysis

실시예 1 내지 21에서 제조된 화합물에 대해 X-선 회절분광(XRD) 분석을 실시하여 화합물의 결정구조와 불순물의 존재 유무에 대해 조사하였다. 도 3의 그래프 (a) 내지 (u)는 각각 실시예 1 내지 21에서 제조된 화합물의 X-선 회절분광(XRD) 패턴이다.X-ray diffraction spectroscopy (XRD) analysis of the compounds prepared in Examples 1 to 21 was carried out to investigate the crystal structure of the compounds and the presence of impurities. Graphs (a) to (u) of FIG. 3 are X-ray diffraction spectroscopy (XRD) patterns of the compounds prepared in Examples 1 to 21, respectively.

도 3의 각 그래프는 실시예 1 내지 21에서 제조된 화합물의 결정구조가 올리빈 구조임을 나타내고 있으며, 올리빈 구조의 결정질 이외의 다른 구조를 가지는 불순물이 혼입되어 있지 않음을 보여 준다.
Each graph of FIG. 3 shows that the crystal structure of the compounds prepared in Examples 1 to 21 is an olivine structure, and shows that impurities having a structure other than the crystalline structure of the olivine structure are not mixed.

음이온 공공(Negative ion vacancy ( vacancyvacancy ) 측정) Measure

X-선 회절분광(XRD) 패턴에 대해 리트벨트법을 이용한 구조분석을 수행하여, 본 발명의 비화학양론 리튬 전이금속 인산화합물에 실제 음이온 공공이 존재함을 확인하였다. 도 2a, 2b, 2c, 2d, 2e, 2f, 2g, 및 2h는, 각각 실시예 1, 4, 5, 8, 9, 12, 13, 및 14에서 제조된 화합물의 X-선 회절분광 패턴에 대해 리트벨트법을 수행한 결과이다. 그리고, 표 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 및 8은 각각 상기 리트벨트법을 수행하여 파악한 단위세포 내 이온들의 위치와, 리트벨트법 수행 결과에 대해 결정구조를 모델링하여 산출한 Li, Mn, Co, Ni, Fe, 및 P의 점유율을 보여 준다. 표 1 내지 8에서, 구성 원소들의 x, y, z 좌표가 서로 다른 이유는, 음이온 공공에 의해 구성 원소들 사이의 인력과 척력이 쿨롱의 법칙에 따라 변화되고, 그에 의해 화합물의 결정구조가 변형(deformation)되었기 때문이다.
The X-ray diffraction spectroscopy (XRD) pattern was analyzed by Rietveld method to confirm that the actual anion vacancies exist in the non-stoichiometric lithium transition metal phosphate compound of the present invention. 2A, 2B, 2C, 2D, 2E, 2F, 2G, and 2H, respectively, show the X-ray diffraction patterns of the compounds prepared in Examples 1, 4, 5, 8, 9, 12, 13, and 14, respectively. This is the result of the Rietveld method. Tables 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, and 8 are calculated by modeling the crystal structure of the position of the ions in the unit cell determined by performing the Rietveld method and the Rietveld method. It shows the share of Li, Mn, Co, Ni, Fe, and P. In Tables 1 to 8, the x, y, z coordinates of the constituent elements are different from each other because the attraction and repulsion between the constituent elements are changed by Coulomb's law due to the anion vacancy, whereby the crystal structure of the compound is deformed. (deformation).

실시예 1에서 제조된 리튬인산망간철에 대한 리트벨트법 수행 결과Rietveld method results for the lithium manganese phosphate prepared in Example 1 원자atom xx yy zz 점유율Share LiLi 0.000000.00000 0.000000.00000 0.000000.00000 0.88750.8875 MnMn 0.974630.97463 0.282000.28200 0.250000.25000 0.25180.2518 FeFe 0.974630.97463 0.282000.28200 0.250000.25000 0.74820.7482 PP 0.416400.41640 0.094480.09448 0.250000.25000 0.96250.9625

실시예 4에서 제조된 리튬인산망간에 대한 리트벨트법 수행 결과Rietveld method results for the lithium manganese phosphate prepared in Example 4 원자atom xx yy zz 점유율Share LiLi 0.000000.00000 0.000000.00000 0.000000.00000 0.91090.9109 MnMn 0.979610.97961 0.281780.28178 0.250000.25000 1.00001.0000 PP 0.415470.41547 0.091240.09124 0.250000.25000 0.97030.9703

실시예 5에서 제조된 리튬인산코발트철에 대한 리트벨트법 수행 결과Rietveld method results for lithium cobalt phosphate prepared in Example 5 원자atom xx yy zz 점유율Share LiLi 0.000000.00000 0.000000.00000 0.000000.00000 0.90550.9055 CoCo 0.979000.97900 0.278000.27800 0.250000.25000 0.25370.2537 FeFe 0.979000.97900 0.278000.27800 0.250000.25000 0.74630.7463 PP 0.407000.40700 0.088000.08800 0.250000.25000 0.96850.9685

실시예 8에서 제조된 리튬인산코발트에 대한 리트벨트법 수행 결과Rietveld method results for lithium cobalt phosphate prepared in Example 8 원자atom xx yy zz 점유율Share LiLi 0.500000.50000 0.500000.50000 0.500000.50000 0.89620.8962 CoCo 0.978400.97840 0.278940.27894 0.250000.25000 1.00001.0000 PP 0.416800.41680 0.094900.09490 0.250000.25000 0.96540.9654

실시예 9에서 제조된 리튬인산니켈철에 대한 리트벨트법 수행 결과Rietveld method results for lithium nickel phosphate prepared in Example 9 원자atom xx yy zz 점유율Share LiLi 0.000000.00000 0.000000.00000 0.000000.00000 0.91090.9109 NiNi 0.973620.97362 0.281990.28199 0.250000.25000 0.26160.2616 FeFe 0.973620.97362 0.281990.28199 0.250000.25000 0.73840.7384 PP 0.413800.41380 0.0936400.093640 0.250000.25000 0.97030.9703

실시예 12에서 제조된 리튬인산니켈에 대한 리트벨트법 수행 결과Result of Rietveld method on lithium nickel phosphate prepared in Example 12 원자atom xx yy zz 점유율Share LiLi 0.000000.00000 0.000000.00000 0.000000.00000 0.93250.9325 NiNi 0.982500.98250 0.275600.27560 0.250000.25000 1.00001.0000 PP 0.416700.41670 0.094300.09430 0.250000.25000 0.97750.9775

실시예 13에서 제조된 리튬인산망간코발트니켈에 대한 리트벨트법 수행 결과Rietveld results of lithium manganese phosphate nickel prepared in Example 13 원자atom xx yy zz 점유율Share LiLi 0.000000.00000 0.000000.00000 0.000000.00000 0.89160.8916 MnMn 0.972520.97252 0.281830.28183 0.250000.25000 0.33330.3333 CoCo 0.972520.97252 0.281830.28183 0.250000.25000 0.33330.3333 NiNi 0.972520.97252 0.281830.28183 0.250000.25000 0.33330.3333 PP 0.411100.41110 0.093090.09309 0.250000.25000 0.96380.9638

실시예 14에서 제조된 리튬인산망간코발트니켈철에 대한 리트벨트법 수행 결과Rietveld results of lithium manganese phosphate nickel iron prepared in Example 14 원자atom xx yy zz 점유율Share LiLi 0.000000.00000 0.000000.00000 0.000000.00000 0.89620.8962 MnMn 0.974700.97470 0.281610.28161 0.250000.25000 0.25270.2527 CoCo 0.974700.97470 0.281610.28161 0.250000.25000 0.24560.2456 NiNi 0.974700.97470 0.281610.28161 0.250000.25000 0.25320.2532 FeFe 0.974700.97470 0.281610.28161 0.250000.25000 0.24850.2485 PP 0.419700.41970 0.094740.09474 0.250000.25000 0.96540.9654

표 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 및 8에 표시된 각 원소의 점유율은, M의 몰비, 즉 Li를 제외한 금속 원소 몰비의 합이 1인 반면에, 인(P)의 몰비는 1보다 적은 0.9625 내지 0.9775임을 보여 준다. 또, 실시예 2, 3, 6, 7, 및 10~21에서 분석한 유도결합플라즈마분광(ICP) 결과도 M의 몰비가 1인 반면 인(P)의 몰비는 1보다 작은 0.95 내지 0.99임을 보여 준다. 이를 통해, 본 발명에 따른 실시예에서 제조된 리튬 전이금속 인산화합물이 음이온 부족형 비화학양론 화합물임을 확인하였다. 한편, 비교예 1~14에서 제조된 리튬 전이금속 인산화합물의 유도결합플라즈마분광(ICP) 분석 결과, M과 P의 몰비(M:P)가 1:1인 화학양론 화합물임을 확인하였다.
The occupancy ratio of each element shown in Tables 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, and 8 is the molar ratio of phosphorus (P), while the molar ratio of M, that is, the sum of the molar ratios of metal elements excluding Li is 1. Shows that it is 0.9625 to 0.9775, less than 1. In addition, inductively coupled plasma spectroscopy (ICP) results analyzed in Examples 2, 3, 6, 7, and 10-21 also showed that the molar ratio of M was 1 while the molar ratio of phosphorus (P) was 0.95 to 0.99, which was less than 1. give. Through this, it was confirmed that the lithium transition metal phosphate compound prepared in Examples according to the present invention is an anion-deficient non-stoichiometric compound. On the other hand, inductively coupled plasma spectroscopy (ICP) analysis of the lithium transition metal phosphate compounds prepared in Comparative Examples 1 to 14, it was confirmed that the molar ratio (M: P) of M and P is a stoichiometric compound of 1: 1.

전극 저항 및 Electrode resistance and 리튬이온의Lithium ion 확산계수 Diffusion coefficient

본 발명의 음이온 부족형 리튬 전이금속 인산화합물인 Li1 - xM(PO4)1-y는 음이온 공공을 가짐으로 인해 화학양론 리튬 전이금속 인산화합물인 LiMPO4보다 우수한 리튬이온 확산계수를 가지며, 그 결과 전지를 구성하면 전극 저항이 더 낮다.Li 1 - x M (PO 4 ) 1-y, an anion - depleting lithium transition metal phosphate compound of the present invention, has a lithium ion diffusion coefficient superior to that of LiMPO 4, which is a stoichiometric lithium transition metal phosphate compound because of its anion vacancy, As a result, when the battery is constructed, the electrode resistance is lower.

음이온 부족형 리튬 전이금속 인산화합물과 화학양론 리튬 전이금속 인산화합물 사이의 전극 저항을 비교하기 위해서, 실시예 1의 Li0 .89(Mn0 .25Fe0 .75)(PO4)0.96과 비교예 1의 Li(Mn0 .25Fe0 .75)PO4, 실시예 5의 Li0 .91(Co0 .25Fe0 .75)(PO4)0.97과 비교예 5의 Li(Co0.25Fe0.75)PO4, 실시예 9의 Li0 .91(Ni0 .26Fe0 .74)(PO4)0.97과 비교예 9의 Li(Ni0.25Fe0.75)PO4, 실시예 13의 Li0 .89(Mn0 .33Co0 .33Ni0 .33)(PO4)0.96과 비교예 13의 Li(Mn0.33Co0.33Ni0.33)PO4, 실시예 14의 Li0 .90(Mn0 .25Co0 .25Ni0 .25Fe0 .25)(PO4)0.97과 비교예 14의 Li(Mn0 .25Co0 .25Ni0 .25Fe0 .25)PO4에 대해서 GITT(Galvanostatic Intermittent Titration Technique)법을 이용한 전위 변화와 임피던스(impedance)를 측정하였다. 측정된 임피던스는 각각 도 4a, 4b, 4c, 4d, 및 4e에 나타나 있는데, 이 도면들은 측정 주파수에 따른 임피던스를 복소평면에 표현한 나이키스트 선도(Nyquist Plot)이다. 나이키스트 선도에서 Z'과 Z''은 각각 복소수인 임피던스 Z의 실수부와 허수부를 의미한다. 임피던스를 측정함으로써 전극의 저항을 산출할 수 있는데, 나이키스트 선도의 형상에 따라 어떤 형태의 저항이 관여하는지 알 수 있다. 도 4a 내지 4e에 도시된 그래프의 형상으로부터, 도 4a 내지 4e의 전극 저항은 고체 전해질 계면 저항(Solid Electrolyte Interface Resistance; SEI Resistance) 및 전하 수송 저항(Charge Transport Resistance; CT Resistance)으로 구성되어 있음을 알 수 있다.Anion lack type lithium transition metal phosphate compound and a stoichiometric lithium transition metal in order to compare the resistance of the electrode between the phosphate compound, the first embodiment of Li 0 .89 (Mn 0 .25 Fe 0 .75) (PO 4) compared to 0.96 example 1 Li (Mn 0 .25 Fe 0 .75) PO 4, embodiment 5 of the Li 0 .91 (Co 0 .25 Fe 0 .75) (PO 4) 0.97 Comparative example 5 Li (Co 0.25 Fe 0.75) PO 4, example 9 of Li 0 .91 (Ni 0 .26 Fe 0 .74) (PO 4) 0.97 Comparative example 9 of the Li (Ni 0.25 Fe 0.75) of PO 4, example 13 Li 0. 89 (Mn 0 .33 Co 0 .33 Ni 0 .33) (PO 4) 0.96 and Comparative example 13 Li (Mn 0.33 Co 0.33 Ni 0.33) PO 4, example 14 Li 0 .90 (Mn 0 .25 Co 0 .25 Ni 0 .25 Fe 0 .25) (PO 4) 0.97 and Comparative example 14 of Li (Mn 0 .25 0 .25 Co Ni Fe 0 .25 0 .25) for the PO 4 GITT (Galvanostatic Intermittent The potential change and impedance were measured using the Titration Technique. The measured impedances are shown in Figs. 4A, 4B, 4C, 4D, and 4E, respectively, which are Nyquist Plots representing the impedance according to the measurement frequency in a complex plane. In the Nyquist plot, Z 'and Z''represent the real and imaginary parts of the complex impedance Z, respectively. The resistance of the electrode can be calculated by measuring the impedance, and it is possible to know what type of resistance depends on the shape of the Nyquist plot. 4A to 4E show that the electrode resistances of FIGS. 4A to 4E consist of a solid electrolyte interface resistance (SEI resistance) and a charge transport resistance (CT resistance). Able to know.

도 4a에 도시된 바와 같이, Li0 .89(Mn0 .25Fe0 .75)(PO4)0.96의 전극 저항은 294Ω이고, 화학양론 Li(Mn0 .25Fe0 .75)PO4는 669Ω인 바, 이로부터 Li0 .89(Mn0 .25Fe0 .75)(PO4)0.96이 전극 저항 면에서 약 2.27배 우수함을 알 수 있다. 도 4b에 도시된 바와 같이, Li0.91(Co0.25Fe0.75)(PO4)0.97의 전극 저항은 322Ω이고, 화학양론 Li(Co0 .25Fe0 .75)PO4는 683Ω인 바, 이로부터 Li0 .91(Co0 .25Fe0 .75)(PO4)0.97이 전극 저항 면에서 약 2.12배 우수함을 알 수 있다. 도 4c에 도시된 바와 같이, Li0 .91(Ni0 .26Fe0 .74)(PO4)0.97의 전극 저항은 329Ω이고, 화학양론 Li(Ni0 .25Fe0 .75)PO4는 713Ω인 바, 이로부터 Li0.91(Ni0.26Fe0.74)(PO4)0.97이 전극 저항 면에서 약 2.17배 우수함을 알 수 있다. 도 4d에 도시된 바와 같이, Li0 .89(Mn0 .33Co0 .33Ni0 .33)(PO4)0.96의 전극 저항은 313Ω이고, 화학양론 Li(Mn0 .33Co0 .33Ni0 .33)PO4는 717Ω인 바, 이로부터 Li0.89(Mn0.33Co0.33Ni0.33)(PO4)0.96이 전극 저항 면에서 약 2.29배 우수함을 알 수 있다. 도 4e에 도시된 바와 같이, Li0 .90(Mn0 .25Co0 .25Ni0 .25Fe0 .25)(PO4)0.97의 전극 저항은 315Ω이고, 화학양론 Li(Mn0 .25Co0 .25Ni0 .25Fe0 .25)PO4는 679Ω인 바, 이로부터 Li0.90(Mn0.25Co0.25Ni0.25Fe0.25)(PO4)0.97이 전극 저항 면에서 약 2.16배 우수함을 알 수 있다.As shown in Figure 4a, Li 0 .89 (Mn 0 .25 Fe 0 .75) (PO 4) and the electrode resistance of 294Ω is 0.96, the stoichiometry Li (Mn 0 .25 Fe 0 .75 ) PO 4 is 669Ω the bar and from which the Li 0 .89 (Mn 0 .25 Fe 0 .75) (PO 4) 0.96 it can be seen an approximately 2.27-fold superior in terms of electrode resistance. As shown in Figure 4b, Li 0.91 (Co 0.25 Fe 0.75) (PO 4) and the electrode resistance of 322Ω is 0.97, the stoichiometry Li (Co 0 .25 Fe 0 .75 ) PO 4 is 683Ω the bar, from which the Li 0 .91 (Co 0 .25 Fe 0 .75) (PO 4) 0.97 it can be seen an approximately 2.12-fold superior in terms of electrode resistance. As shown in Figure 4c, Li 0 .91 (Ni 0 .26 Fe 0 .74) (PO 4) and the electrode resistance of 329Ω is 0.97, the stoichiometry Li (Ni 0 .25 Fe 0 .75 ) PO 4 is As a result, it was found that Li 0.91 (Ni 0.26 Fe 0.74 ) (PO 4 ) 0.97 was about 2.17 times better in terms of electrode resistance. As it is shown in Figure 4d, Li 0 .89 (Mn 0 .33 Co 0 .33 Ni 0 .33) (PO 4) and the electrode resistance of 313Ω is 0.96, the stoichiometry Li (Mn 0 .33 Co 0 .33 Ni 0 .33) PO 4 it can be seen therefrom Li 0.89 717Ω the bar, (Mn 0.33 Co 0.33 Ni 0.33 ) (PO 4) 0.96 to around 2.29 times superior in terms of electrode resistance. As shown in Figure 4e, Li 0 .90 (Mn 0 .25 Co 0 .25 Ni 0 .25 Fe 0 .25) (PO 4) and the electrode resistance of 315Ω is 0.97, the stoichiometry Li (Mn 0 .25 Co 0 .25 Ni 0 .25 Fe 0 .25) PO 4 is 679Ω the bar, from which Li 0.90 (Mn 0.25 Co 0.25 Ni 0.25 Fe 0.25) (PO 4) 0.97 to know about 2.16 times superior in terms of electrode resistance Can be.

상기 전극 저항들의 비교를 통해, 리튬 전이금속 인산화합물의 음이온이 부족하면, M을 구성하는 원소들의 조성비에 관계없이 공통적으로 전극 저항이 2.1 내지 2.3배 감소함을 알 수 있는데, 이는 음이온 부족의 결과로서 형성된 음이온의 공공이 리튬이온의 확산을 용이하게 하여 전극 저항을 감소시키기 때문이다. 또한 전극 저항과 M의 조성간에 상관관계가 없다는 점은 M의 조성에 상관 없이 음이온 공공이 리튬이온의 확산에 영향을 미침을 의미한다.Comparing the electrode resistances, if the anion of the lithium transition metal phosphate compound is insufficient, it can be seen that the electrode resistance is reduced by 2.1 to 2.3 times in common regardless of the composition ratio of the elements constituting M, which is a result of the anion shortage This is because the vacancy of the anion formed as facilitates the diffusion of lithium ions and reduces the electrode resistance. In addition, there is no correlation between the electrode resistance and the composition of M means that the anion vacancy affects the diffusion of lithium ions regardless of the composition of M.

실시예 1의 Li0 .89(Mn0 .25Fe0 .75)(PO4)0.96과 비교예 1의 Li(Mn0 .25Fe0 .75)PO4, 실시예 5의 Li0 .91(Co0 .25Fe0 .75)(PO4)0.97과 비교예 5의 Li(Co0 .25Fe0 .75)PO4, 실시예 9의 Li0.91(Ni0.26Fe0.74)(PO4)0.97과 비교예 9의 Li(Ni0 .25Fe0 .75)PO4, 실시예 13의 Li0.89(Mn0.33Co0.33Ni0.33)(PO4)0.96과 비교예 13의 Li(Mn0 .33Co0 .33Ni0 .33)PO4, 실시예 14의 Li0.90(Mn0.25Co0.25Ni0.25Fe0.25)(PO4)0.97과 비교예 14의 Li(Mn0 .25Co0 .25Ni0 .25Fe0 .25)PO4에 대해서, GITT법을 이용하여 다양한 충방전 상태에서 리튬이온 확산계수를 측정하였다. 도 5a, 5b, 5c, 5d, 및 5e는 각각 그 결과를 보여 주는 것으로, 리튬이온 농도에 따른 리튬이온 확산계수의 의존성을 나타낸 것이다. 도 5a~5e에서, 활물질 내부의 리튬이온이 감소하는 전지의 충전 과정에서는, 리튬이온의 확산계수는 점차 증가하게 된다. 이는 리튬이온이 감소할수록, 리튬이온의 확산이 더 용이해지기 때문이다. 방전 과정에서는 반대로 활물질 내부의 리튬이온이 증가함으로써, 리튬이온의 확산계수가 감소한다.Example 1 of the Li 0 .89 (Mn 0 .25 Fe 0 .75) (PO 4) 0.96 and Comparative Example 1 of Li (Mn 0 .25 Fe 0 .75 ) PO 4, Embodiment 5 of the Li 0 .91 (Co 0 .25 Fe 0 .75) (PO 4) of 0.97 as in Comparative example 5 Li (Co 0 .25 Fe 0 .75) of PO 4, example 9 Li 0.91 (Ni 0.26 Fe 0.74 ) (PO 4) 0.97 as in Comparative example 9 of the Li (Ni 0 .25 Fe 0 .75 ) PO 4, embodiment 13 of the Li 0.89 (Mn 0.33 Co 0.33 Ni 0.33) (PO 4) 0.96 Comparative example 13 of Li (Mn 0 .33 Co 0 .33 Ni 0 .33) PO 4 of example 14 Li 0.90 (Mn 0.25 Co 0.25 Ni 0.25 Fe 0.25) (PO 4) 0.97 and of Comparative example 14 Li (Mn 0 .25 Co 0 .25 Ni 0 For .25 Fe 0 .25 ) PO 4 , the lithium ion diffusion coefficient was measured under various charge and discharge conditions using the GITT method. Figures 5a, 5b, 5c, 5d, and 5e shows the results, respectively, showing the dependence of the lithium ion diffusion coefficient depending on the lithium ion concentration. 5A to 5E, in the charging process of a battery in which lithium ions inside the active material decrease, the diffusion coefficient of lithium ions gradually increases. This is because as lithium ions decrease, diffusion of lithium ions becomes easier. On the contrary, in the discharging process, lithium ions inside the active material are increased, thereby decreasing the diffusion coefficient of lithium ions.

도 5a에 나타난 바와 같이, Li0 .89(Mn0 .25Fe0 .75)(PO4)0.96의 리튬이온 확산계수는 충방전 상태에 따라 2.784×10-10~7.014×10-9cm2/s이고, Li(Mn0 .25Fe0 .75)PO4의 리튬이온 확산계수는 3.187×10-11~6.387×10-10cm2/s인데, 이로부터, Li0.89(Mn0.25Fe0.75)(PO4)0.96가 화학양론 Li(Mn0 .25Fe0 .75)PO4에 비해서, 리튬이온 확산계수 면에서 충방전 상태에 따라 약 4.62~10.98배 우수함을 알 수 있다. 도 5b에 나타난 바와 같이, Li0.91(Co0.25Fe0.75)(PO4)0.97의 리튬이온 확산계수는 충방전 상태에 따라 2.832×10-10~6.497×10-9cm2/s이고, Li(Co0 .25Fe0 .75)PO4의 리튬이온 확산계수는 3.122×10-11~6.257×10-10cm2/s인데, 이로부터, Li0 .91(Co0 .25Fe0 .75)(PO4)0.97가 화학양론 Li(Co0.25Fe0.75)PO4에 비해서, 리튬이온 확산계수 면에서 충방전 상태에 따라 약 5.29~10.38배 우수함을 알 수 있다. 도 5c에 나타난 바와 같이, Li0.91(Ni0.26Fe0.74)(PO4)0.97의 리튬이온 확산계수는 충방전 상태에 따라 2.491×10-10~5.877×10-9cm2/s이고, Li(Ni0 .25Fe0 .75)PO4의 리튬이온 확산계수는 2.989×10-11~5.990×10-10cm2/s인데, 이로부터, Li0 .91(Ni0 .26Fe0 .74)(PO4)0.97가 화학양론 Li(Ni0.25Fe0.75)PO4에 비해서, 리튬이온 확산계수 면에서 충방전 상태에 따라 약 4.59~9.81배 우수함을 알 수 있다. 도 5d에 나타난 바와 같이, Li0.89(Mn0.33Co0.33Ni0.33)(PO4)0.96의 리튬이온 확산계수는 충방전 상태에 따라 1.008×10-9~9.635×10-9cm2/s이고, Li(Mn0 .33Co0 .33Ni0 .33)PO4의 리튬이온 확산계수는 3.675×10-11~5.962×10-10cm2/s인데, 이로부터, Li0 .89(Mn0 .33Co0 .33Ni0 .33)(PO4)0.96가 화학양론 Li(Mn0.33Co0.33Ni0.33)PO4에 비해서, 리튬이온 확산계수 면에서 충방전 상태에 따라 약 12.02~27.43배 우수함을 알 수 있다. 도 5e에 나타난 바와 같이, Li0.90(Mn0.25Co0.25Ni0.25Fe0.25)(PO4)0.97의 리튬이온 확산계수는 충방전 상태에 따라 4.140×10-10~8.415×10-9cm2/s이고, Li(Mn0 .25Co0 .25Ni0 .25Fe0 .25)PO4의 리튬이온 확산계수는 2.998×10-11~6.962×10-10cm2/s인데, 이로부터, Li0.90(Mn0.25Co0.25Ni0.25Fe0.25)(PO4)0.97가 화학양론 Li(Mn0 .25Co0 .25Ni0 .25Fe0 .25)PO4에 비해서, 리튬이온 확산계수 면에서 충방전 상태에 따라 약 8.39~13.81배 우수함을 알 수 있다.As shown in Figure 5a, Li 0 .89 (Mn 0 .25 Fe 0 .75) (PO 4) Lithium-ion diffusion coefficient of 0.96 is 2.784 × 10 -10 ~ 7.014 × 10 -9 cm 2 depending on the charge and discharge state / s and, Li (Mn 0 .25 Fe 0 .75) of the Li-ion diffusivity is the PO 4 3.187 × 10 -11 ~ 6.387 × 10 -10 cm 2 / s, from which, Li 0.89 (Mn 0.25 Fe 0.75 ) (PO 4) is 0.96 to know the approximately 4.62 ~ 10.98 times Great according to, lithium ion diffusion coefficients in terms of charge-discharge conditions as compared with the stoichiometric Li (Mn 0 .25 Fe 0 .75 ) PO 4. As shown in FIG. 5B, the Li ion diffusion coefficient of Li 0.91 (Co 0.25 Fe 0.75 ) (PO 4 ) 0.97 is 2.832 × 10 −10 to 6.497 × 10 −9 cm 2 / s, depending on the state of charge and discharge. lithium ion diffusion coefficients of Co 0 .25 Fe 0 .75) PO 4 is 3.122 × 10 -11 ~ 6.257 × 10 -10 inde cm 2 / s, from which, Li 0 .91 (Co 0 .25 Fe 0 .75 ) (PO 4 ) 0.97 is about 5.29 ~ 10.38 times better than the stoichiometric Li (Co 0.25 Fe 0.75 ) PO 4 in terms of lithium ion diffusion coefficient depending on the state of charge and discharge. As shown in FIG. 5C, the Li ion diffusion coefficient of Li 0.91 (Ni 0.26 Fe 0.74 ) (PO 4 ) 0.97 is 2.491 × 10 −10 to 5.877 × 10 −9 cm 2 / s depending on the state of charge and discharge, and Li ( Ni 0 .25 Fe 0 .75) of the Li-ion diffusivity is the PO 4 2.989 × 10 -11 ~ 5.990 × 10 -10 cm 2 / s, from which, Li 0 .91 (Ni 0 .26 Fe 0 .74 ) (PO 4 ) 0.97 is about 4.59 ~ 9.81 times better than stoichiometric Li (Ni 0.25 Fe 0.75 ) PO 4 , depending on the state of charge and discharge in terms of lithium ion diffusion coefficient. As shown in FIG. 5D, the Li ion diffusion coefficient of Li 0.89 (Mn 0.33 Co 0.33 Ni 0.33 ) (PO 4 ) 0.96 is 1.008 × 10 −9 to 9.935 × 10 −9 cm 2 / s depending on the state of charge and discharge, Li (Mn 0 .33 Co 0 .33 Ni 0 .33) of the Li-ion diffusivity is the PO 4 3.675 × 10 -11 ~ 5.962 × 10 -10 cm 2 / s, from which, Li 0 .89 (Mn 0 .33 Co 0 .33 Ni 0 .33) (PO 4) 0.96 the stoichiometry Li (Mn 0.33 Co 0.33 Ni 0.33 ) compared to the PO 4, in terms of lithium ion diffusion coefficient according to the charge and discharge state of about 12.02 ~ 27.43 times Great It can be seen. As shown in FIG. 5E, the Li ion diffusion coefficient of Li 0.90 (Mn 0.25 Co 0.25 Ni 0.25 Fe 0.25 ) (PO 4 ) 0.97 is 4.140 × 10 -10 to 8.415 × 10 -9 cm 2 / s depending on the state of charge and discharge. and, Li lithium ion diffusion coefficients of (Mn 0 .25 Co 0 .25 Ni 0 .25 Fe 0 .25) PO 4 is the 2.998 × 10 -11 ~ 6.962 × 10 -10 cm 2 / s, from which, Li 0.90 (Mn 0.25 Co 0.25 Ni 0.25 Fe 0.25) (PO 4) 0.97 is compared with the stoichiometric Li (Mn 0 .25 Co 0 .25 Ni 0 .25 Fe 0 .25) PO 4, Li-ion diffusivity in the charging and surface It can be seen that it is about 8.39 ~ 13.81 times superior depending on the discharge state.

상기 리튬이온 확산계수의 비교를 통해, 리튬 전이금속 인산화합물의 음이온이 부족하면, 리튬이온 확산계수가 약 27배까지 증가함을 알 수 있는데, 이로부터 음이온 공공이 리튬이온의 확산을 용이하게 하는 효과가 있음이 확인된다.Through comparison of the lithium ion diffusion coefficient, when the anion of the lithium transition metal phosphate compound is insufficient, it can be seen that the lithium ion diffusion coefficient increases by about 27 times, from which the anion vacancies facilitate the diffusion of lithium ions. It is confirmed that it is effective.

표 9는 GITT법으로 실시예 15, 16, 및 17에서 제조된 음이온 부족형 리튬 전이금속 인산화합물의 리튬이온 확산계수를 측정한 것이다. 모두 동일하게 40%의 충전상태(SOC)에서 리튬이온 확산계수를 측정한 것이다.
Table 9 shows the lithium ion diffusion coefficients of the anion deficient type lithium transition metal phosphate compounds prepared in Examples 15, 16, and 17 by GITT method. All the same, the lithium ion diffusion coefficient was measured at 40% state of charge (SOC).

실시예 15~17에서 제조된 리튬 전이금속 인산화합물의 리튬이온 확산계수Lithium Ion Diffusion Coefficient of the Lithium Transition Metal Phosphate Compounds Prepared in Examples 15-17 실시예Example 화합물compound 리튬이온 확산계수 (cm2/s)Lithium Ion Diffusion Coefficient (cm 2 / s) 실시예 15Example 15 Li0 .88(Mg0 .07Fe0 .93)(PO4)0.96 Li 0 .88 (Mg 0 .07 Fe 0 .93) (PO 4) 0.96 2.315×10-9 2.315 × 10 -9 실시예 16Example 16 Li0 .92(Mg0 .10Mn0 .90)(PO4)0.97 Li 0 .92 (Mg 0 .10 Mn 0 .90) (PO 4) 0.97 2.697×10-9 2.697 × 10 -9 실시예 17Example 17 Li0 .85(Al0 .03Mn0 .78Fe0 .19)(PO4)0.98 Li (.19 Al 0 .03 Mn 0 .78 Fe 0) 0 .85 (PO 4) 0.98 2.214×10-9 2.214 × 10 -9

표 9로부터, 비전이금속이 포함된 음이온 부족형 리튬 전이금속 인산화합물의 경우에도, 10-9 대의 향상된 리튬이온 확산계수를 가짐을 알 수 있다. 또한 도 5a 내지 5e, 및 표 9는, M의 조성에 상관 없이, 음이온 부족으로 인해 생긴 공공이 리튬이온의 확산을 용이하게 하는 효과가 있음을 보여 준다From Table 9, it can be seen that even in the case of an anion-depleted lithium transition metal phosphate compound containing a non-transition metal, it has an improved lithium ion diffusion coefficient of 10 −9 . In addition, Figures 5a to 5e, and Table 9 shows that, regardless of the composition of M, the vacancy caused by the lack of anion has the effect of facilitating the diffusion of lithium ions.

도 6은 M에 대한 음이온 PO4의 몰비(P/M)와 리튬이온 확산계수 사이의 관계를 보여 준다. 여기서 리튬이온 확산계수는 실시예 14, 18, 19, 20, 및 21과 비교예 14 및 15에서 제조된 리튬인산망간코발트니켈철에 대해 GITT법을 이용하여 40%의 충전상태(SOC)에서 측정한 것이다. 도 6으로부터 알 수 있듯이, 몰비 P/M을 1 미만으로 함으로써 리튬이온 확산계수를 향상시킬 수 있다. 특히, P/M이 0.95≤P/M≤0.99인 경우, P/M=1일 때보다 리튬이온 확산계수 면에서 우수하고, 0.96≤P/M≤0.98인 경우 더욱 우수하다. 한편, P/M이 0.95에서 0.94로 변함에 따라 확산계수가 급격히 증가하는데, 이는 음이온 공공이 지나치게 많이 생성되어 부분적으로 결정구조가 붕괴됨에 따른 것이다. 결정구조 붕괴는 전기화학적 활성을 저하시키므로, 과다하게 음이온 공공을 생성시키는 것은 바람직하지 않다.
6 shows the relationship between the molar ratio (P / M) of the anion PO 4 to M and the lithium ion diffusion coefficient. Here, the lithium ion diffusion coefficient is measured at 40% state of charge (SOC) using the GITT method for the lithium manganese cobalt nickel iron prepared in Examples 14, 18, 19, 20, and 21 and Comparative Examples 14 and 15. It is. As can be seen from FIG. 6, the lithium ion diffusion coefficient can be improved by setting the molar ratio P / M to less than one. In particular, when P / M is 0.95 ≦ P / M ≦ 0.99, the lithium ion diffusion coefficient is better than when P / M = 1, and is more excellent when 0.96 ≦ P / M ≦ 0.98. On the other hand, as the P / M is changed from 0.95 to 0.94, the diffusion coefficient increases rapidly, due to the excessive generation of anionic vacancy and partial collapse of the crystal structure. Since crystal structure collapse lowers the electrochemical activity, it is not desirable to generate excessive anion vacancy.

충방전Charge and discharge 특성 측정 Characterization

본 발명의 음이온 부족형 리튬 전이금속 인산화합물을 이용하여 제조된 리튬 2차전지의 특성 평가를 다음과 같이 수행하였다.Characterization of the lithium secondary battery prepared using the anion-deficient lithium transition metal phosphate compound of the present invention was performed as follows.

도전재로는 Super-P®(TIMCAL Graphite & Carbon Inc., Switzerland에 의해 생산된 conductive carbon black)와 기상합성 탄소섬유(vapor-grown carbon fiber; VGCF)를 1:1의 중량 비율로 혼합한 것, 결착제로는 KF1100(Kureha Chemical Ind. Co., Ltd., Japan에 의해 생산된 polyvinylidene fluoride)을 이용하였고, 음이온 부족형 리튬 전이금속 인산화합물, 도전재 및 결착제를 90:5:5의 중량 비율로 혼합하여 전극 슬러리를 구성하였다. 상기 전극 슬러리를 알루미늄 박막 위에 0.3m/분의 속도로 도포하고, 도포기 전실 온도 90℃, 후실 온도 120℃로 건조하여 양극을 제조하였다. 전해질은 에틸렌카보네이트(EC):에틸메틸카보네이트(EMC)를 1:2 부피 비율로 혼합한 용매에 1몰의 LiPF6를 용해하여 만들었다. 코인셀 형식의 리튬 2차전지를 제조하여 Maccor series 4000을 이용하여 0.1C rate 정전류로 충방전하였다.The conductive material is a mixture of Super-P ® (conductive carbon black produced by TIMCAL Graphite & Carbon Inc., Switzerland) and vapor-grown carbon fiber (VGCF) in a weight ratio of 1: 1. As a binder, KF1100 (polyvinylidene fluoride produced by Kureha Chemical Ind. Co., Ltd., Japan) was used, and an anion-deficient lithium transition metal phosphate compound, a conductive material, and a binder had a weight of 90: 5: 5. Mixing in proportions constituted the electrode slurry. The electrode slurry was applied on an aluminum thin film at a rate of 0.3 m / min, and dried at an applicator front chamber temperature of 90 ° C. and a rear chamber temperature of 120 ° C. to prepare a positive electrode. The electrolyte was prepared 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. Coin cell-type lithium secondary batteries were prepared and charged and discharged at 0.1 C rate constant current using a Maccor series 4000.

도 7a, 7b, 및 7c는 각각 실시예 1, 2, 및 3에서 제조된 음이온 부족형 리튬인산망간철을 양극 활물질로 이용한 리튬 2차전지의 충방전 그래프이다. 방전종지전압(cutoff voltage of discharge)을 3.0V로 했을 때, 본 발명에 따른 음이온 부족형 리튬인산망간철의 방전 용량은 망간의 함량에 따라 약 136~149mAh/g로 종래의 리튬인산망간철에 비해 높은 방전 용량을 가지며, 충전 전위와 방전 전위의 차이가 좁게 나타난다. 또한 도 8은 실시예 2 및 비교예 2에서 제조된 리튬인산망간철을 양극 활물질로 이용한 리튬 2차전지의 충방전 그래프를 비교한 것으로, 비교예 2의 화학양론 리튬인산망간철의 경우 129mAh/g의 방전 용량을 나타내는데 비해, 실시예 2의 음이온 부족형 리튬인산망간철의 경우 약 138mAh/g로 더 높은 방전 용량을 가진다.
7A, 7B, and 7C are charge and discharge graphs of a lithium secondary battery using the anion deficient lithium manganese phosphate prepared in Examples 1, 2, and 3, respectively, as a positive electrode active material. When the cutoff voltage of discharge is set to 3.0 V, the discharge capacity of the anion-depleted lithium manganese phosphate according to the present invention is about 136 to 149 mAh / g depending on the content of manganese. Compared with the charging potential, the difference between the charge potential and the discharge potential is narrow. 8 is a comparison of the charge and discharge graph of the lithium secondary battery using the lithium manganese phosphate prepared in Example 2 and Comparative Example 2 as a positive electrode active material, 129 mAh / In contrast to the discharge capacity of g, the anion-depleted lithium manganese phosphate of Example 2 has a higher discharge capacity of about 138 mAh / g.

본 발명에 따른 음이온 부족형 리튬 전이금속 인산화합물은 2차전지, 메모리 소자, 및 하이브리드 캐패시터(P-EDLC)를 비롯한 캐패시터 및 기타 다른 전기화학 소자의 전극 활물질로서 사용될 수 있으며, 특히 2차전지의 양극 활물질로서 적합하다.The anion-depleted lithium transition metal phosphate compound according to the present invention can be used as an electrode active material of capacitors and other electrochemical devices, including secondary batteries, memory devices, and hybrid capacitors (P-EDLC), in particular of secondary batteries It is suitable as a positive electrode active material.

Claims (24)

전극 활물질인, 하기 화학식 1로 표시되는 음이온 부족형 리튬 전이금속 인산화합물.
(화학식 1) Li1 - xM(PO4)1-y
상기 화학식 1에서, 0≤x≤0.15이고, 0<y≤0.05이며, M은 하기 화학식 2로 표시되고,
(화학식 2) MA aMB bMT tFe1 -(a+b+t)
상기 화학식 2에서, MA는 2족 원소들로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소이고, MB는 13족 원소들로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소이고, MT는 Sc, Ti, V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, 및 Mo로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소이며, 0≤a<1이고, 0≤b<0.575이고, 0≤t≤1이며, 0≤(a+b)<1이고, 0<(a+b+t)≤1이다.
An anion deficient type lithium transition metal phosphate compound represented by the following Chemical Formula 1, which is an electrode active material.
(Formula 1) Li 1 - x M (PO 4 ) 1-y
In Formula 1, 0 ≦ x ≦ 0.15, 0 <y ≦ 0.05, M is represented by the following Formula 2,
(Formula 2) M A a M B b M T t Fe 1- (a + b + t)
In Formula 2, M A is at least one element selected from the group consisting of Group 2 elements, M B is at least one element selected from the group consisting of Group 13 elements, M T is Sc, Ti, At least one element selected from the group consisting of V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, and Mo, where 0 ≦ a <1, 0 ≦ b <0.575, and 0 ≦ t≤1, 0≤ (a + b) <1, and 0 <(a + b + t) ≤1.
제1항에 있어서, 0.01≤y≤0.05인 음이온 부족형 리튬 전이금속 인산화합물.
The anion deficient lithium transition metal phosphate compound according to claim 1, wherein 0.01 ≦ y ≦ 0.05.
제1항에 있어서, 0.02≤y≤0.05인 음이온 부족형 리튬 전이금속 인산화합물.
The anion deficient lithium transition metal phosphate compound according to claim 1, wherein 0.02 ≦ y ≦ 0.05.
제1항에 있어서, 0.03≤y≤0.05인 음이온 부족형 리튬 전이금속 인산화합물.
The anion deficient lithium transition metal phosphate compound according to claim 1, wherein 0.03 ≦ y ≦ 0.05.
제1항에 있어서, MA는 Mg 및 Ca로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소이고, MB는 B, Al, 및 Ga로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소이며, MT는 Ti, V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, Zn, Zr, Nb, 및 Mo로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소인, 음이온 부족형 리튬 전이금속 인산화합물.
The method according to claim 1, M A is at least one element selected from the group consisting of Mg and Ca, M B is at least one element selected from the group consisting of B, Al, and Ga, M T is Ti, Anion-depleted lithium transition metal phosphate compound which is at least one element selected from the group consisting of V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, Zn, Zr, Nb, and Mo.
제1항에 있어서, MA는 Mg이고, MB는 Al이며, MT는 Mn, Co, 및 Ni로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소인, 음이온 부족형 리튬 전이금속 인산화합물.
The anion deficient lithium transition metal phosphate compound according to claim 1, wherein M A is Mg, M B is Al, and M T is at least one element selected from the group consisting of Mn, Co, and Ni.
제1항에 있어서, 0≤a≤0.30이고, 0≤b≤0.20인, 음이온 부족형 리튬 전이금속 인산화합물.
The anion deficient lithium transition metal phosphate compound according to claim 1, wherein 0 ≦ a ≦ 0.30 and 0 ≦ b ≦ 0.20.
제1항에 있어서, 0≤a≤0.15이고, 0≤b≤0.10인, 음이온 부족형 리튬 전이금속 인산화합물.
The anion deficient lithium transition metal phosphate compound according to claim 1, wherein 0 ≦ a ≦ 0.15 and 0 ≦ b ≦ 0.10.
제1항에 있어서, 올리빈 결정구조를 갖는 것을 특징으로 하는 음이온 부족형 리튬 전이금속 인산화합물.
The anion deficient type lithium transition metal phosphate compound according to claim 1, which has an olivine crystal structure.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 음이온 부족형 리튬 전이금속 인산화합물을 포함하는 2차전지의 양극.
A cathode of a secondary battery comprising the anion-depleted lithium transition metal phosphate compound according to any one of claims 1 to 9.
(a) 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 음이온 부족형 리튬 전이금속 인산화합물을 포함하는 양극,
(b) 음극,
(c) 분리막, 및
(d) 전해질
을 포함하는 2차전지.
(a) a positive electrode comprising an anion deficient lithium transition metal phosphate compound according to any one of claims 1 to 9,
(b) a cathode,
(c) a membrane, and
(d) electrolyte
Secondary battery comprising a.
(a) 금속 M의 전구체, 인산화합물, 알칼리화제, 및 리튬 전구체를 혼합하여 리튬 전이금속 인산화합물 전구체를 생성하는 단계;
(b) 상기 단계 (a)의 리튬 전이금속 인산화합물 전구체를 온도 200~700℃, 압력 180~550bar인 반응조건 하에서 물과 혼합하여 음이온 부족형 리튬 전이금속 인산화합물을 합성하고, 합성된 화합물을 건조하는 단계;
(c) 상기 단계 (b)의 결과물을 하소(calcination)하거나, 또는 과립화한 후 하소하는 단계를 포함하는,
전극 활물질인, 하기 화학식 1로 표시되는 음이온 부족형 리튬 전이금속 인산화합물의 제조방법.
(화학식 1) Li1 - xM(PO4)1-y
상기 화학식 1에서, 0≤x≤0.15이고, 0<y≤0.05이며, M은 하기 화학식 2로 표시되고,
(화학식 2) MA aMB bMT tFe1 -(a+b+t)
상기 화학식 2에서, MA는 2족 원소들로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소이고, MB는 13족 원소들로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소이고, MT는 Sc, Ti, V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, 및 Mo로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소이며, 0≤a<1이고, 0≤b<0.575이고, 0≤t≤1이며, 0≤(a+b)<1이고, 0<(a+b+t)≤1이다.
(a) mixing a precursor of metal M, a phosphate compound, an alkalizing agent, and a lithium precursor to produce a lithium transition metal phosphate precursor;
(b) mixing the lithium transition metal phosphate precursor of step (a) with water under reaction conditions of temperature 200 ~ 700 ℃, pressure 180 ~ 550bar to synthesize an anion deficient type lithium transition metal phosphate compound, and synthesized Drying;
(c) calcining, or granulating and then calcining the result of step (b),
A method for producing an anion deficient type lithium transition metal phosphate compound represented by Chemical Formula 1, which is an electrode active material.
(Formula 1) Li 1 - x M (PO 4 ) 1-y
In Formula 1, 0 ≦ x ≦ 0.15, 0 <y ≦ 0.05, M is represented by the following Formula 2,
(Formula 2) M A a M B b M T t Fe 1- (a + b + t)
In Formula 2, M A is at least one element selected from the group consisting of Group 2 elements, M B is at least one element selected from the group consisting of Group 13 elements, M T is Sc, Ti, At least one element selected from the group consisting of V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, and Mo, where 0 ≦ a <1, 0 ≦ b <0.575, and 0 ≦ t≤1, 0≤ (a + b) <1, and 0 <(a + b + t) ≤1.
제12항에 있어서, 0.01≤y≤0.05인 음이온 부족형 리튬 전이금속 인산화합물의 제조방법.
The method for producing an anion deficient lithium transition metal phosphate compound according to claim 12, wherein 0.01 ≦ y ≦ 0.05.
제12항에 있어서, 0.02≤y≤0.05인 음이온 부족형 리튬 전이금속 인산화합물의 제조방법.
The method for producing an anion deficient type lithium transition metal phosphate compound according to claim 12, wherein 0.02 ≦ y ≦ 0.05.
제12항에 있어서, 0.03≤y≤0.05인 음이온 부족형 리튬 전이금속 인산화합물의 제조방법.
The method for producing an anion deficient lithium transition metal phosphate compound according to claim 12, wherein 0.03 ≦ y ≦ 0.05.
제12항에 있어서, MA는 Mg 및 Ca로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소이고, MB는 B, Al, 및 Ga로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소이며, MT는 Ti, V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, Zn, Zr, Nb, 및 Mo로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소인, 음이온 부족형 리튬 전이금속 인산화합물의 제조방법.
Of claim 12 wherein, M A is at least one element selected from the group consisting of Mg and Ca, M B is at least one element selected from the group consisting of B, Al, and Ga, M T is Ti, A method for producing an anion deficient lithium transition metal phosphate compound, which is at least one element selected from the group consisting of V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, Zn, Zr, Nb, and Mo.
제12항에 있어서, MA는 Mg이고, MB는 Al이며, MT는 Mn, Co, 및 Ni로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소인, 음이온 부족형 리튬 전이금속 인산화합물의 제조방법.
The method of claim 12, wherein M A is Mg, M B is Al, and M T is at least one element selected from the group consisting of Mn, Co, and Ni. .
제12항에 있어서, 0≤a≤0.30이고, 0≤b≤0.20인, 음이온 부족형 리튬 전이금속 인산화합물의 제조방법.
The method for producing an anion deficient lithium transition metal phosphate compound according to claim 12, wherein 0 ≦ a ≦ 0.30 and 0 ≦ b ≦ 0.20.
제12항에 있어서, 0≤a≤0.15이고, 0≤b≤0.10인, 음이온 부족형 리튬 전이금속 인산화합물의 제조방법.
The method for producing an anion deficient lithium transition metal phosphate compound according to claim 12, wherein 0 ≦ a ≦ 0.15 and 0 ≦ b ≦ 0.10.
제12항에 있어서, 올리빈(olivine) 결정구조를 갖는 것을 특징으로 하는 음이온 부족형 리튬 전이금속 인산화합물의 제조방법.
The method for producing an anion-depleted lithium transition metal phosphate compound according to claim 12, which has an olivine crystal structure.
제12항에 있어서, 단계 (b)의 상기 반응조건의 pH는 4.0을 초과하고 12.0 이하인, 음이온 부족형 리튬 전이금속 인산화합물의 제조방법.
The method of claim 12, wherein the pH of the reaction conditions of step (b) is greater than 4.0 and less than or equal to 12.0.
제12항에 있어서, 단계 (b)에서 합성된 음이온 부족형 리튬 전이금속 인산화합물의 1차 입자 평균 크기가 0.01~5μm인, 음이온 부족형 리튬 전이금속 인산화합물의 제조방법.
The method for producing an anion deficient lithium transition metal phosphate compound according to claim 12, wherein the primary particle average size of the anion deficient lithium transition metal phosphate compound synthesized in step (b) is 0.01 to 5 µm.
제12항에 있어서, 단계 (a) 내지 (c) 중, 하나 이상의 단계의 전, 후 혹은 단계 중에, 히드라진, 아인산나트륨, 아황산나트륨, 아질산나트륨, 요오드화칼륨, 설탕, 과당, 옥살산, 아스코르빅산, 수소, 탄소, 및 탄화수소로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 환원제를 투입하는 것을 특징으로 하는, 음이온 부족형 리튬 전이금속 인산화합물의 제조방법.
13. The process of claim 12, wherein during (a) to (c), before, after or during one or more of the steps, hydrazine, sodium phosphite, sodium sulfite, sodium nitrite, potassium iodide, sugar, fructose, oxalic acid, ascorbic acid Method for producing an anion-depleted lithium transition metal phosphate compound, characterized in that at least one reducing agent selected from the group consisting of hydrogen, carbon, and hydrocarbons.
제12항에 있어서, 단계 (a) 내지 (c) 중, 하나 이상의 단계의 전, 후 혹은 단계 중에, 흑연, 설탕, 과당, 옥살산, 아스코르빅산, 녹말, 셀룰로오스, 폴리비닐알콜(PVA), 폴리에틸렌글리콜(PEG)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 탄소 전구체를 투입하는 것을 특징으로 하는, 음이온 부족형 리튬 전이금속 인산화합물의 제조방법.13. The process of claim 12, wherein in steps (a) to (c), before, after or during one or more of the steps, graphite, sugar, fructose, oxalic acid, ascorbic acid, starch, cellulose, polyvinyl alcohol (PVA), A method for producing anion-deficient lithium transition metal phosphate compound, characterized in that at least one carbon precursor selected from the group consisting of polyethylene glycol (PEG) is added.
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