KR20110111056A - Process for preparing manganese composite oxide - Google Patents

Process for preparing manganese composite oxide Download PDF

Info

Publication number
KR20110111056A
KR20110111056A KR1020100030440A KR20100030440A KR20110111056A KR 20110111056 A KR20110111056 A KR 20110111056A KR 1020100030440 A KR1020100030440 A KR 1020100030440A KR 20100030440 A KR20100030440 A KR 20100030440A KR 20110111056 A KR20110111056 A KR 20110111056A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
manganese
composite oxide
manganese composite
solution
prepared
Prior art date
Application number
KR1020100030440A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR101171962B1 (en
Inventor
권오상
Original Assignee
주식회사 이엔드디
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 이엔드디 filed Critical 주식회사 이엔드디
Priority to KR1020100030440A priority Critical patent/KR101171962B1/en
Publication of KR20110111056A publication Critical patent/KR20110111056A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101171962B1 publication Critical patent/KR101171962B1/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01GCOMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G45/00Compounds of manganese
    • C01G45/12Manganates manganites or permanganates
    • C01G45/1221Manganates or manganites with a manganese oxidation state of Mn(III), Mn(IV) or mixtures thereof
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/40Electric properties
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052Li-accumulators
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/50Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of manganese
    • H01M4/505Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of manganese of mixed oxides or hydroxides containing manganese for inserting or intercalating light metals, e.g. LiMn2O4 or LiMn2OxFy
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Abstract

본 발명은 공침법을 기반으로 하는 망간복합산화물의 제조방법에 관한 것으로서, 본 발명의 방법은 종래 공침법과는 달리 pH 조절제로 알칼리 수용액을 사용하지 않고, 망간복합수용액으로부터 망간복합수산화물이 형성되는 단계를 생략하고 바로 망간복합산화물((Mn1-xMx)3O4)이 형성되도록 한다.The present invention relates to a method for producing a manganese complex oxide based on the coprecipitation method, unlike the conventional coprecipitation method, without using an alkaline aqueous solution as a pH adjusting agent, manganese complex hydroxide is formed from the manganese complex aqueous solution The step is omitted and the manganese composite oxide ((Mn 1-x M x ) 3 O 4 ) is formed immediately.

Description

망간복합산화물의 제조방법{Process for preparing manganese composite oxide}Process for preparing manganese composite oxide

본 발명은 리튬과의 소성 절차를 더 거치는 경우 리튬이차전지의 양극 활물질로 사용 가능한 망간복합산화물([Mn1-xMx]3O4)의 제조방법에 관한 기술이다.
The present invention relates to a method for manufacturing a manganese composite oxide ([Mn 1-x M x ] 3 O 4 ) that can be used as a cathode active material of a lithium secondary battery when further undergoing a firing procedure with lithium.

산업계에서 이용되는 산화망간은 제철, 제강, 비철금속 제조 시 특성을 향상 시키기 위한 첨가제의 용도와 알카라인1차 배터리의 양극재로서의 용도로 양분되어 있었으나, 최근 하이브리드 및 전기자동차의 수요급증이 예상됨에 따라 리튬이차전지의 용도로 주목받고 있다.
Manganese oxide used in the industry has been divided into the use of additives to improve properties in the manufacturing of steel, steel, and nonferrous metals, and as a cathode material for alkaline primary batteries. However, as the demand for hybrid and electric vehicles is expected to increase rapidly, Attention has been drawn to the use of secondary batteries.

리튬이차전지 중 리튬 코발트계 산화물을 양극 활물질로 사용하는 전지는 우수한 전극 수명과 높은 고속 충방전 효율로 인해 가장 많이 사용되고 있는 전지이다. 그러나 이러한 리튬 코발트계 산화물은 고온 안전성이 떨어지고 원료로서 사용되는 코발트가 고가의 물질이므로 가격 경쟁력에 한계가 있다는 단점이 있다. 전기자동차에 사용하기 위해서는 저가격, 고안정성, 고출력의 특성을 만족하여야 하는데, 산화망간을 이용하여 제조한 스피넬형 리튬산화망간(LiMn2O4)이 상기 조건을 만족시킬 수 있는 대안으로 활발한 연구가 진행 중에 있다.
Among lithium secondary batteries, a battery using lithium cobalt oxide as a cathode active material is the most used battery because of its excellent electrode life and high fast charge and discharge efficiency. However, such lithium cobalt-based oxides have a disadvantage in that the high temperature safety is low and the cobalt used as a raw material is an expensive material and thus the price competitiveness is limited. In order to use in electric vehicles, low cost, high stability, high power characteristics should be satisfied. Spinel type lithium manganese oxide (LiMn 2 O 4 ) manufactured using manganese oxide is an active researcher as an alternative to satisfy the above conditions. In progress.

상기 스피넬형 리튬산화망간은 3차원적인 결정구조를 가지고 있어 리튬이온의 빠른 확산이 가능해 출력 특성이 양호하고, 저가의 망간을 사용하므로 대용량 전지의 저비용화를 실현하는데 유리하다. 그러나 고온에서 망간이온이 전해질로 용출되어 충방전을 반복함에 따라 용량이 급격하게 줄어든다는 단점이 있다. 이와 같은 문제를 해결하기 위한 방법으로 전해액과 직접적으로 접촉하는 양극재의 비표면적을 제어하는 기술과 리튬산화망간 내 Al, Mg와 같은 전이금속을 첨가하거나 F와 같은 음이온을 첨가하여 양극활물질의 결정구조를 강화시키는 기술이 연구되어 왔다.
Since the spinel type lithium manganese oxide has a three-dimensional crystal structure, it is possible to rapidly diffuse lithium ions, and thus has good output characteristics, and it is advantageous to realize low cost of a large capacity battery because low cost manganese is used. However, there is a disadvantage that the capacity is drastically reduced as manganese ions are eluted into the electrolyte at high temperatures and repeatedly charged and discharged. In order to solve this problem, the crystal structure of the positive electrode active material is controlled by the technology of controlling the specific surface area of the positive electrode material in direct contact with the electrolyte and by adding transition metals such as Al and Mg or adding anions such as F in lithium manganese oxide. Techniques to enhance this have been studied.

한편, 리튬 2차전지의 양극 활성물질과 같은 복합 금속 산화물을 제조하는 종래의 방법은 크게 세 가지로 분류된다. 첫째는 고체상의 반응물을 분쇄, 혼합 및 조립하여 고온에서 하소(calcination) 및 소결(sintering)하는 고온고상법, 둘째는 고체상의 반응물을 용매에 녹여 용액을 얻고 용매를 증발시켜 겔을 얻은 다음, 이 겔을 열처리하는 졸겔법, 셋째는 반응물을 고온고압 반응기에서 습식 열처리하는 수열법이다. 고상법은 전체 공정이 복잡하고, 순도가 높지 않고, 입도 분포가 균일하지 않아 리튬이차전지에 적용하기에 많은 문제점을 갖고 있으며, 졸겔법은 반응물을 용해시키기 위하여 필수 화학성분 이외에도 원료로서 용매 또는 용제를 사용하므로, 나중에 이들을 제거하기 위한 필요 이상의 열처리 공정이 추가되어 많은 에너지 손실을 발생시킬 뿐 아니라, 필수 화학성분 이외의 물질을 소모시키므로 비경제적이다. 수열법의 경우는 제조 가능한 복합 금속 산화물의 종류가 매우 한정되며, 제조 공정 중 고온고압 반응기가 밀폐되어야 하므로 연속 및 대량 생산이 불가능하다. 또한 이와 같은 공정에서 발생되는 폐수는 수질 오염을 야기한다.
On the other hand, the conventional method for producing a composite metal oxide, such as the positive electrode active material of a lithium secondary battery is largely classified into three. The first is a high temperature solid phase method of calcination and sintering solid reactants at high temperature, the second is a solid phase reactant in a solvent to obtain a solution, and the solvent is evaporated to obtain a gel. The sol-gel method of heat-treating the gel, and the third is the hydrothermal method of wet heat treatment of the reactants in a high temperature and high pressure reactor. The solid phase method has a lot of problems to be applied to a lithium secondary battery because the whole process is complicated, the purity is not high, and the particle size distribution is not uniform, and the sol-gel method is a solvent or solvent as a raw material in addition to the essential chemical components to dissolve the reactants. As a result, more heat treatment process than necessary to remove them later is added, which not only generates a lot of energy loss, but also consumes materials other than essential chemicals, which is uneconomical. In the case of hydrothermal method, the type of composite metal oxide that can be manufactured is very limited, and since the high temperature and high pressure reactor must be sealed during the manufacturing process, continuous and mass production is impossible. In addition, wastewater from these processes causes water pollution.

이러한 고상법, 졸겔법, 수열법 등의 종래 방법들의 문제를 해결하기 위하여 공침법을 바탕으로 하는 망간복합산화물을 제조하는 기술이 다수 제시되었다.
In order to solve the problems of the conventional methods such as the solid phase method, the sol-gel method and the hydrothermal method, a number of techniques for producing manganese composite oxide based on the coprecipitation method have been proposed.

예를 들어, 대한민국특허등록 제815583호는 니켈, 코발트 및 망간을 포함하는 제1금속, 선택적으로 제2금속을 함유하는 금속염 수용액, 킬레이팅제 및For example, Korean Patent Registration No. 815583 is a metal salt aqueous solution containing a first metal, optionally a second metal, including nickel, cobalt and manganese, a chelating agent and

염기성 수용액을 혼합하여 공침 화합물을 제조하는 단계를 특징으로 하는 LiaNixCoyMnzM1-x-y-zO2-δQδ 형태의 망간복합산화물을 제조하는 방법을 제시하고 있다.
A method for preparing a manganese composite oxide of the form Li a Ni x Co y Mn z M 1-xyz O 2-δ Q δ characterized by mixing the basic aqueous solution is provided.

또한, 대한민국특허등록 제694567호는 니켈-코발트-망간염 수용액과, 알칼리금속 수산화물 수용액과, 암모늄 이온 공급체를 각각 연속적 또는 간헐적으로 반응계에 공급하고 일정 pH를 유지하여, 니켈-코발트-망간 복합 수산화물을 석출시켜 얻어지는 일차 입자가 응집하여 이차 입자를 형성한 니켈-코발트-망간 복합 수산화물 응집 입자를 합성하고, 상기 복합 수산화물 응집 입자에 산화제를 작용시켜 니켈-코발트-망간 복합 옥시 수산화물 응집 입자를 합성하여, 적어도 상기 복합 옥시 수산화물과 리튬염을 건식 혼합하여 산소 함유 분위기에서 소성하여 이루어지는, 일반식 LipNixMn1 -x- yCoyO2 - qFq로 표시되는 리튬-니켈-코발트-망간 함유 복합 산화물의 제조방법을 제시하고 있다.
In addition, Korean Patent Registration No. 694567 provides a nickel-cobalt-manganese salt solution, an alkali metal hydroxide aqueous solution, and an ammonium ion supply to the reaction system continuously or intermittently to maintain a constant pH. Synthesis of nickel-cobalt-manganese composite hydroxide aggregated particles in which primary particles obtained by precipitation of hydroxides aggregated to form secondary particles, and synthesis of nickel-cobalt-manganese composite oxy hydroxide aggregated particles by acting an oxidizing agent on the composite hydroxide aggregated particles Lithium-nickel-cobalt represented by the general formula Li p Ni x Mn 1 -x- y Co y O 2 - q F q by dry mixing at least the composite oxyhydroxide and lithium salt and baking in an oxygen-containing atmosphere. A method for producing a manganese-containing composite oxide is proposed.

또한, 대한민국특허등록 제668050호는 공침법으로 전이금속이 첨가된 망간복합수산화물(Mn1-xMx(OH)2)을 형성하고, 다시 산화시켜 망간복합산화물((Mn1-xMx)3O4)로 변환하여 단분산 구형의 분말을 제조하는 기술을 제시하고 있다.
In addition, Korean Patent Registration No. 668050 forms a manganese complex hydroxide (Mn 1-x M x (OH) 2 ) to which a transition metal is added by coprecipitation, and oxidizes again to manganese complex oxide ((Mn 1-x M x). ) 3 O 4) to be converted and to present a technique for producing a powder of a monodisperse spherical.

그러나 상기 종래의 공침법을 이용한 망간복합산화물의 제조방법의 경우, 반응에 대한 제어를 국소 지역에서 측정되는 pH에 의존하기 때문에 투입된 원료가 전체적으로 균일하게 분포되었는지 대표할 수 없고, 반응기 내 수산화물과 산화물을 동시에 형성하여야 하므로, 산화가 완료된 제품만을 연속적으로 얻어내기가 매우 까다롭다는 단점이 있다. 이러한 문제점은 제품의 양산화를 이루기 위해 반드시 해결되어야 하는 부분으로 공정제어가 보다 쉽고 안정적으로 망간복합산화물을 생산할 수 있는 방법이 필요하다.
However, in the conventional method of manufacturing manganese composite oxide using the coprecipitation method, since the control of the reaction depends on the pH measured at the local region, it cannot be represented whether the input raw materials are uniformly distributed throughout, and the hydroxides and oxides in the reactor. Since it must be formed at the same time, there is a disadvantage that it is very difficult to obtain only the product that has been oxidized continuously. This problem is a part that must be solved in order to achieve mass production of the product. Therefore, a process control is needed more easily and stably to produce manganese composite oxide.

본 발명의 목적은 입도 및 조성의 확보가 용이하고 공정 제어가 간단한 망간복합산화물의 제조방법을 제공하는 것이다. It is an object of the present invention to provide a method for producing a manganese composite oxide, which is easy to secure particle size and composition and has simple process control.

본 발명의 또 다른 목적은 망간과 전이금속의 원료물질로부터 망간복합수산화물이라는 중간체를 거치지 않고, 최종 목적물질인 망간복합산화물로 제조가 가능한 방법을 제공하는 데 있다.
Still another object of the present invention is to provide a method capable of producing a manganese composite oxide, which is a final target material, without passing an intermediate of manganese composite hydroxide from manganese and transition metal raw materials.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 pH 조절제인 알칼리 수용액을 사용하지 않는 망간복합산화물((Mn1 - xMx)3O4, 여기서 0.01≤ x ≤ 0.1, M은 전이금속)의 제조방법으로서, 망간 수용액, 전이금속 수용액, 암모니아 수용액 및 공기를 혼합 반응시켜 제조하는 것을 특징으로 하는 망간복합산화물의 제조방법을 제공한다.
In order to achieve the above object, the present invention provides a method for preparing a manganese composite oxide ((Mn 1 - x M x ) 3 O 4 , wherein 0.01≤ x ≤ 0.1, M is a transition metal) without using an alkaline aqueous solution as a pH adjuster It provides a method for producing a manganese complex oxide, characterized in that the mixture is prepared by mixing a manganese solution, a transition metal solution, ammonia solution and air.

특히, 상기 망간 수용액은 황화망간, 질산화망간, 염화망간 및 불화망간 중 1종 이상의 망간염의 수용액인 것이 바람직하다.
In particular, the aqueous solution of manganese is preferably an aqueous solution of at least one of manganese salts of manganese sulfide, manganese nitrate, manganese chloride and manganese fluoride.

특히, 상기 전이금속은 Al, Mg, Co, Ni, Cr, Mo, Fe, Zn 및 W 중에서 선택되는 1종 이상인 것이 바람직하다.
In particular, the transition metal is preferably at least one selected from Al, Mg, Co, Ni, Cr, Mo, Fe, Zn and W.

특히, 상기 반응물의 체류시간은 4 시간 내지 12 시간인 것이 바람직하다.
In particular, the residence time of the reactants is preferably 4 hours to 12 hours.

특히, 상기 반응온도는 40 내지 60℃인 것이 바람직하다.
In particular, the reaction temperature is preferably 40 to 60 ℃.

종래의 공침법에서는 반응에 대한 제어를 국소 지역에서 측정되는 pH에 의존하기 때문에 투입된 원료가 전체적으로 균일하게 분포되었는지 대표할 수 없고, 반응기 내 망간복합수산화물(Mn1 - xMx(OH)2)을 형성하고, 다시 산화시켜 망간복합산화물((Mn1-xMx)3O4)로 변환하여야 하므로, 망간복합산화물만을 연속적으로 얻어내기가 매우 까다로우나, 본 발명은 pH 조절제를 사용하지 않으므로 상기의 종래 기술의 문제점을 일거에 해결할 수 있는 장점이 있다.
In the conventional coprecipitation method, since the control of the reaction depends on the pH measured at the local area, it is not possible to represent whether the input material is uniformly distributed throughout, and the manganese complex hydroxide in the reactor (Mn 1 - x M x (OH) 2 ) It is very difficult to obtain only manganese complex oxide continuously because it must be converted to manganese complex oxide ((Mn 1-x M x ) 3 O 4 ) by oxidizing again, and the present invention does not use a pH adjuster. Therefore, there is an advantage that can solve the problems of the prior art at a time.

도 1은 실시예 1에 의해 제조된 망간복합산화물의 FE-SEM 측정사진이다.
도 2는 실시예 2에 의해 제조된 리튬망간복합산화물의 FE-SEM 측정사진이다.
도 3은 실시예 3에 의해 제조된 망간복합산화물의 FE-SEM 측정사진이다.
도 4는 실시예 4에 의해 제조된 리튬망간복합산화물의 FE-SEM 측정사진이다.
도 5는 실시예 5에 의해 제조된 망간복합산화물의 FE-SEM 측정사진이다.
도 6은 실시예 6에 의해 제조된 리튬망간복합산화물의 FE-SEM 측정사진이다.
도 7은 비교예 1에 의해 제조된 망간복합산화물의 FE-SEM 측정사진이다.
도 8은 비교예 2에 의해 제조된 리튬망간복합산화물의 FE-SEM 측정사진이다.
도 9는 실시예 1, 3, 5 및 비교예 1에 의해 제조된 망간복합산화물의 XRD 측정결과이다.
도 10은 실시예 2, 4, 6 및 비교예 2에 의해 제조된 리튬망간복합산화물의 XRD 측정결과이다.
1 is a FE-SEM photograph of the manganese composite oxide prepared in Example 1.
Figure 2 is a FE-SEM photograph of the lithium manganese composite oxide prepared in Example 2.
3 is a FE-SEM measurement photograph of the manganese composite oxide prepared in Example 3.
Figure 4 is a FE-SEM photograph of the lithium manganese composite oxide prepared in Example 4.
5 is a FE-SEM photograph of the manganese composite oxide prepared in Example 5.
Figure 6 is a FE-SEM photograph of the lithium manganese composite oxide prepared in Example 6.
7 is a FE-SEM photograph of the manganese composite oxide prepared in Comparative Example 1.
8 is a FE-SEM photograph of the lithium manganese composite oxide prepared by Comparative Example 2.
9 is an XRD measurement result of the manganese composite oxide prepared in Examples 1, 3, 5 and Comparative Example 1.
10 shows XRD results of lithium manganese composite oxides prepared in Examples 2, 4, 6, and Comparative Example 2. FIG.

본 발명은 망간복합산화물((Mn1 - xMx)3O4, 0.01 ≤ x ≤0.1, M은 전이금속)을 제조하는 방법을 제공한다. 특히, 본 발명은 종래의 공침법과는 달리 pH를 조절할 필요없이 반응물질로부터 망간복합수산화물이라는 중간체를 거치지 않고 바로 망간복합산화물로 제조되는 것을 특징으로 하는 공침법을 이용한 복합망간산화물의 제조방법을 제공한다.
The present invention provides a method for preparing a manganese composite oxide ((Mn 1 - x M x ) 3 O 4 , 0.01 ≦ x ≦ 0.1, M is a transition metal). In particular, the present invention provides a method for producing a composite manganese oxide using the coprecipitation method, characterized in that it is prepared directly from manganese complex oxide without passing through the intermediate of manganese complex hydroxide from the reactants, unlike the conventional coprecipitation method to provide.

본 발명은 망간 수용액, 전이금속 수용액, 암모니아 수용액 및 공기를 정량공급하여 제조되는 것을 특징으로 하는 망간복합산화물의 제조방법을 제공한다.
The present invention provides a method for producing a manganese complex oxide, characterized in that prepared by supplying a fixed amount of aqueous solution of manganese, aqueous transition metal, ammonia solution and air.

상기 망간 수용액으로는 통상의 망간 수용액이 모두 가능하다. 예를 들어, 황화망간, 질산화망간, 염화망간, 불화망간 등의 망간염이 용해된 수용액이 모두 가능하며, 1종 이상이 혼합하여 사용할 수 있다.
As said manganese aqueous solution, all normal manganese aqueous solution is possible. For example, an aqueous solution in which manganese salts such as manganese sulfide, manganese nitrate, manganese chloride, and manganese fluoride are dissolved may be all used, and one or more kinds thereof may be mixed and used.

상기 전이금속 수용액으로는 Al, Mg, Ni, Co, Cr, Mo, Fe, Zn 및 W 중에서 선택되는 1 종 이상의 전이금속의 염, 예를 들어, 황화알루미늄, 염화알루미늄 등이 용해된 수용액이 모두 가능하다.
As the transition metal aqueous solution, an aqueous solution in which salts of at least one transition metal selected from Al, Mg, Ni, Co, Cr, Mo, Fe, Zn, and W, for example, aluminum sulfide and aluminum chloride, are dissolved It is possible.

본 발명에서는 종래 공침법과는 달리 pH 조절제로서 알칼리 수용액, 예를 들어, 수산화나트륨 수용액을 사용하지 않는 것을 특징으로 한다. 본 발명에서는 종래의 공침법을 이용한 기술과는 달리 망간복합수산화물이 생성되지 않고 바로 망간복합산화물이 형성되도록 하는 것을 특징으로 하며, 따라서 반응 중간단계에서 망간복합수산화물의 제조를 위하여 필요한 수산화나트륨과 같은 알칼리 수용액이 필요하지 않다. 즉, 기존 공침법에 이용되었던 알칼리 용액을 사용하지 않았기 때문에 pH 조절을 시행하지 않았으며, 대신 반응이 진행되는 동안 원료공급펌프의 정확성을 주기적으로 확인하여 원료의 투입속도에 의한 반응비를 맞출 수 있다.
Unlike the conventional coprecipitation method, an aqueous alkali solution, for example, an aqueous sodium hydroxide solution, is not used as the pH adjusting agent. In the present invention, unlike the conventional coprecipitation technique, the manganese complex hydroxide is formed without forming manganese complex hydroxide, and thus, such as sodium hydroxide required for the preparation of manganese complex hydroxide in the intermediate stage of the reaction. No aqueous alkali solution is required. In other words, the pH control was not performed because the alkaline solution used in the existing coprecipitation method was not used. Instead, the reaction rate can be adjusted by checking the accuracy of the raw material supply pump periodically during the reaction. have.

반응은 일정온도를 유지시킬 수 있는 항온반응기에 물 일정량과, 암모니아수용액을 넣고 원하는 온도를 유지시킨 후, 일정한 rpm으로 교반하여 주며, 일정한 속도로 망간 수용액, 전이금속 수용액과 암모니아 수용액을 공급하여 준다. 동시에 공기를 일정한 속도로 넣어주어 산화분위기를 형성해 망간복합산화물([Mn1 - xMx]3O4)이 형성되도록 한다. 상기 반응 온도는 40 내지 60℃ 정도가 바람직하다. 본 발명에서 반응물의 체류시간은 4 시간 내지 12 시간을 갖는 것이 바람직하다. 상기 반응물의 체류시간 내에서 반응용기의 크기 및 반응물의 주입속도를 조절할 수 있다.
The reaction is put in a constant amount of water and an aqueous ammonia solution in a constant temperature reactor that can maintain a constant temperature, the desired temperature is maintained and stirred at a constant rpm, supplying a manganese solution, a transition metal solution and an aqueous ammonia solution at a constant rate. . At the same time, air is introduced at a constant rate to form an oxidizing atmosphere to form manganese composite oxide ([Mn 1 - x M x ] 3 O 4 ). As for the said reaction temperature, about 40-60 degreeC is preferable. The residence time of the reactants in the present invention preferably has 4 to 12 hours. Within the residence time of the reactants, the size of the reaction vessel and the rate of injection of the reactants can be controlled.

본 발명의 방법에 의해 제조된 망간복합산화물은 약 0.1 ㎛ 내지 1 ㎛의 1차입자가 모여, 5 ㎛ 내지 15 ㎛의 2차입자를 형성하는 것을 특징으로 한다.
The manganese composite oxide prepared by the method of the present invention is characterized in that primary particles of about 0.1 μm to 1 μm are collected to form secondary particles of 5 μm to 15 μm.

또한, 본 발명의 방법에 의해 제조된 망간복합산화물을 이용하여 리튬이차전지용 양극활물질인 Li1 MxMn2 -α- xO4(여기서, 0.01 ≤ x ≤0.1, 0 ≤ α ≤0.1)를 제조할 수 있다.
In addition, using a manganese composite oxide prepared by the method of the present invention Li 1 + α M x Mn 2 -α- x O 4 which is a cathode active material for a lithium secondary battery (where 0.01 ≦ x ≦ 0.1, 0 ≦ α ≦ 0.1 ) Can be prepared.

예를 들어, 본 발명의 방법으로 제조된 복합망간산화물 분말과 탄산리튬을 일정한 비율로 측량한 후 혼합하여 알루미나 용기에 담아 소성로에 넣고 일정속도로 700℃정도까지 승온하고, 이후 공기 분위기 하에서 8시간 이상 열처리하여 Li1 [MxMn2 -α-x]O4를 제조할 수 있다. [Mn1 - xMx]3O4 분말로부터 Li과의 소성과정을 통하여 Li1+α[MxMn2 -α-x]O4분말로 제조하는 방법은 매우 잘 알려진 기술이므로, 자세한 설명은 생략하기로 한다.
For example, the composite manganese oxide powder prepared by the method of the present invention and lithium carbonate were measured at a predetermined ratio, mixed, put in an alumina container, placed in a calcination furnace, and heated up to about 700 ° C. at a constant rate, followed by 8 hours in an air atmosphere. Li 1 + α [M x Mn 2 -α-x ] O 4 may be prepared by the above heat treatment. The method of preparing Li 1 + α [M x Mn 2 -α-x ] O 4 powder from the [Mn 1 - x M x ] 3 O 4 powder by firing with Li is very well known. Will be omitted.

이하에서는 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 설명하기로 한다.
Hereinafter, the present invention will be described through examples.

[실시예 1]Example 1

황산망간과 황산알루미늄을 0.975:0.025의 몰비로 칭량하여 2M 농도의 황화망간 복합수용액을 제조한 후 50℃로 유지하였다. 일정온도를 유지시킬 수 있는 항온 반응기(용량 5L)에 물 4.7L와 암모니아수용액 0.3L를 넣고 50℃로 유지시킨 후 900rpm의 속도로 교반하여 제조된 황화망간 복합수용액과 암모니아수용액을 일정 속도로 정량공급하였다. 동시에 공기를 2L/Min의 속도로 넣어주어 산화분위기를 형성해 망간복합산화물을 형성하도록 유도하였다.
Manganese sulfate and aluminum sulfate were weighed in a molar ratio of 0.975: 0.025 to prepare a manganese sulfide complex aqueous solution of 2M concentration, and then maintained at 50 ° C. Into a constant temperature reactor (capacity 5L) capable of maintaining a constant temperature, 4.7L of water and 0.3L of ammonia solution were added and maintained at 50 ° C., followed by stirring at 900 rpm to quantify the manganese sulfide complex solution and ammonia solution at a constant speed. Supplied. At the same time, air was introduced at a rate of 2 L / Min to form an oxidizing atmosphere to form manganese composite oxide.

상기 암모니아수용액은 28wt% 농도의 것을 사용하였으며, 초기 0.3L 투입 후 0.04L/min의 속도로 반응기에 지속적으로 정량공급하였고, 황화망간 복합수용액은 0.56L/min의 속도로 정량 공급하였다. 망간 및 알루미늄 착화합물을 산화시켜 망간복합산화물을 형성시키기 위하여 별도의 추가재료 없이 고순도 공기만을 사용하였으며, 투입되는 전체용액의 평균체류속도는 약 8.3시간으로 했다. 상기 과정에서는 기존 공침 제조법에 이용되었던 알카리 용액을 사용하지 않았기 때문에 별도의 pH조절을 시행하지 않았으며, 반응이 진행되는 동안 원료공급펌프의 정확성을 주기적으로 확인하여 원료의 투입속도에 의해 반응비를 맞추고자 하였다. 반응이 시작한 후 약 8시간 이후 반응기 상단부에 위치한 배출구로부터 넘어오는 망간복합산화물을 수득한 후 수세하였다. 수세된 망간복합산화물 분말을 진공 여과기를 이용하여 물을 여과한 후 120℃의 건조기에서 12시간 동안 건조하여 잔여 수분을 제거하였다. 제조된 최종 분말 망간복합산화물 (Mn0 .975Al0 .025)3O4의 FE-SEM 측정사진은 도 1과 같았다.
The aqueous ammonia solution was used 28wt% concentration, and after the initial 0.3L input was continuously quantitatively supplied to the reactor at a rate of 0.04L / min, the manganese sulfide complex aqueous solution was quantitatively supplied at a rate of 0.56L / min. In order to oxidize manganese and aluminum complexes to form manganese composite oxides, only high-purity air was used without any additional materials, and the average residence rate of the total solution added was about 8.3 hours. In the above process, since the alkali solution used in the existing coprecipitation method was not used, no separate pH adjustment was performed. During the reaction, the reaction rate was determined by periodically checking the accuracy of the raw material supply pump. I tried to fit it. After about 8 hours after the start of the reaction, manganese composite oxides were obtained from the outlet located at the top of the reactor and washed with water. The washed manganese composite oxide powder was filtered through water using a vacuum filter and dried in a dryer at 120 ° C. for 12 hours to remove residual water. Final powder prepared Manganese composite oxide (Mn 0 .975 Al 0 .025) 3 FE-SEM picture of the measured O 4 was like that of FIG.

[실시예 2][Example 2]

실시예 1의 망간복합산화물과 탄산리튬(Li2CO3)을 1:0.7875 몰비로 칭량한 후 혼합하여 알루미나 용기에 담아 소성로에 넣고 3℃/min의 속도로 730℃까지 승온하였다. 이 후 Air 분위기하에서 에서 8시간 동안 열처리되어 얻어진 분말 Li1..05Al0.05Mn1.9O4의 FE-SEM 측정사진은 도 2와 같았다.
The manganese composite oxide of Example 1 and lithium carbonate (Li 2 CO 3) were weighed in a molar ratio of 1: 0.7875, mixed, put in an alumina container, put into a calcination furnace, and heated up to 730 ° C. at a rate of 3 ° C./min. After that, the FE-SEM measurement photograph of the powder Li 1..05 Al 0.05 Mn 1.9 O 4 obtained by heat treatment at 8 hours under an air atmosphere was as shown in FIG. 2.

[실시예 3]Example 3

황산망간과 황산마그네슘을 0.975:0.025의 몰비로 혼합하여 황산망간 복합수용액을 제조한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 망간복합산화물 (Mn0.975Mg0.025)3O4을 제조하였다. 실시예 3에 의해 제조된 분말의 FE-SEM 측정사진은 도 3과 같았다.
Manganese sulfate and magnesium sulfate were mixed in a molar ratio of 0.975: 0.025 to prepare manganese composite oxide (Mn 0.975 Mg 0.025 ) 3 O 4 in the same manner as in Example 1, except that a composite manganese sulfate solution was prepared. The FE-SEM measurement photograph of the powder prepared in Example 3 was as shown in FIG. 3.

[실시예 4]Example 4

실시예 3의 망간복합산화물을 실시예2와 같이 탄산리튬과 반응시켜 Li1.05Mg0.05Mn1.9O4을 제조하였으며, FE-SEM 측정사진은 도 4와 같았다.
The manganese composite oxide of Example 3 was reacted with lithium carbonate as in Example 2 to prepare Li 1.05 Mg 0.05 Mn 1.9 O 4 , and the FE-SEM measurement photograph was shown in FIG. 4.

[실시예 5]Example 5

황산망간과 황산코발트를 0.975:0.025의 몰비로 혼합하여 황산망간 복합수용액을 제조한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 복합사산화삼망간(Mn0.975Co0.025)3O4을 제조하였다. 실시예 3에 의해 제조된 분말의 FE-SEM 측정사진은 도 5와 같았다.
Manganese sulfate and cobalt sulfate were mixed in a molar ratio of 0.975: 0.025 to prepare a composite manganese tetraoxide (Mn 0.975 Co 0.025 ) 3 O 4 in the same manner as in Example 1 except for preparing a composite manganese sulfate solution. The FE-SEM measurement photograph of the powder prepared in Example 3 was as shown in FIG. 5.

[실시예 6]Example 6

실시예 5의 망간복합산화물을 실시예 2와 같이 제조하여 탄산리튬과 반응시켜 Li1 .05Co0 .05Mn1 .9O4을 제조하였으며, FE-SEM 측정사진은 도 6와 같았다.
Example 5 was prepared as the manganese complex oxide as in Example 2 was prepared in the lithium carbonate to yield Li 1 .05 Co 0 .05 Mn 1 .9 O 4, FE-SEM picture measurement was as Fig.

[비교예 1]Comparative Example 1

다른 금속염의 혼합없이 순수 황산망간수용액을 제조한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 Mn3O4 입자를 제조하였으며, FE-SEM 측정사진은 도 7과 같았다.
Mn 3 O 4 in the same manner as in Example 1, except that a pure manganese sulfate solution was prepared without mixing other metal salts. Particles were prepared, and the FE-SEM photographs were as shown in FIG. 7.

[비교예 2]Comparative Example 2

비교예 1의 망간복합산화물을 이용하여 실시예 2와 같은 방법으로 리튬망간산화물 LiMn2O4를 제조하였으며, FE-SEM 측정사진은 도 8과 같았다.
A lithium manganese oxide LiMn 2 O 4 was prepared in the same manner as in Example 2 using the manganese composite oxide of Comparative Example 1, and the FE-SEM measurement photo was shown in FIG. 8.

[실험예 1]Experimental Example 1

표 1에는 실시예 1, 실시예 3, 실시예 5에 의해 제조된 망간복합산화물 각각에 대한 성분분석을 한 결과를 나타내었다. 전체 금속 대비(망간 및 전이금속 합계) 0.025 몰비로 혼합하여 투입한 Al, Mg, Co의 함량비가 이론치에 근접하게 나타나 상기 망간복합산화물의 제조방법이 첨가성분을 함침하는데 효과적인 방법임을 판단할 수 있었다.Table 1 shows the results of the component analysis for each of the manganese composite oxide prepared in Example 1, Example 3, Example 5. Total metals (total manganese and transition metals) The content ratios of Al, Mg and Co added by mixing at a molar ratio of 0.025 were close to the theoretical values, indicating that the method for preparing manganese composite oxide was an effective method for impregnating additives.


첨가금속성분
Additional metal component
이론값Theoretical value 실측값Measured value
금속비
(전체 금속 대비)
Metal ratio
Of all metals
함량비
(wt%)
Content ratio
(wt%)
함량비
(wt%)
Content ratio
(wt%)
실시예1Example 1 AlAl 0.0250.025 0.890.89 0.820.82 실시예3Example 3 MgMg 0.0250.025 0.800.80 0.780.78 실시예5Example 5 CoCo 0.0250.025 1.931.93 1.951.95

[실험예 2]Experimental Example 2

도 9에는 실시예 1, 실시예 3, 실시예 5에서 제조된 복합사산화삼망간과 비교예 1에서 제조된 사산화삼망간에 대한 XRD 패턴분석을 하여 비교한 결과를 나타내었다. 타 성분을 첨가하지 않은 사산화삼망간과 Al, Mg, Co를 첨가한 망간복합산화물의 XRD패턴이 유사하고 불순물상이 검출되지 않아 첨가성분이 산화물 결정 내 잘 고용되어 있음을 판단할 수 있었다.
Figure 9 shows the results of the XRD pattern analysis for the composite trimanganese tetraoxide prepared in Example 1, Example 3, Example 5 and the comparative trimanganese tetramanganese prepared in Comparative Example 1. The XRD patterns of trimanganese tetraoxide without manganese tetraoxide and manganese composite oxide with Al, Mg, and Co were similar, and impurity phase was not detected.

[실험예 3][Experimental Example 3]

도 10에는 실시예 2, 실시예 4, 실시예 6에서 제조된 리튬망간복합산화물과 비교예 2에서 제조된 리튬망간복합산화물에 대한 XRD 패턴분석을 하여 비교한 결과를 나타내었다. Al, Mg, Co이 첨가된 리튬복합망간산화물과 리튬망간산화물이 동일한 패턴을 보여 상기 방법으로 제조된 복합사산화삼망간으로부터 스피넬형 리튬복합망간산화의 제조가 용이함을 확인하였다.FIG. 10 shows the results of XRD pattern analysis of the lithium manganese composite oxides prepared in Examples 2, 4, and 6 and the lithium manganese composite oxides prepared in Comparative Example 2. FIG. It was confirmed that the spinel-type lithium complex manganese oxide was easily prepared from the trimanganese tetraoxide prepared by the above method by showing the same pattern of lithium manganese oxide and lithium manganese oxide to which Al, Mg, and Co were added.

Claims (5)

pH 조절제인 알칼리 수용액을 사용하지 않는 망간복합산화물((Mn1 - xMx)3O4, 0.01 ≤ x ≤0.1, M은 전이금속)의 제조방법으로서, 망간 수용액, 전이금속 수용액, 암모니아 수용액 및 공기를 혼합 반응시켜 제조하는 것을 특징으로 하는 망간복합산화물의 제조방법.
Manganese composite oxide ((Mn 1 - x M x ) 3 O 4 , 0.01 ≤ x ≤ 0.1, M is a transition metal) without using an alkaline aqueous solution as a pH adjuster, manganese solution, transition metal solution, ammonia solution And a method of producing manganese composite oxides by mixing and reacting air.
제 1 항에서, 상기 망간 수용액은 황화망간, 질산화망간, 염화망간 및 불화망간 수용액 중 1종 이상의 수용액인 것을 특징으로 하는 망간복합산화물의 제조방법.
The method of claim 1, wherein the manganese aqueous solution is at least one aqueous solution of manganese sulfide, manganese nitrate, manganese chloride, and manganese fluoride solution.
제 1 항에서, 상기 전이금속은 Al, Mg, Co, Ni, Cr, Mo, Fe, Zn 및 W 중에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 망간복합산화물의 제조방법.
The method of claim 1, wherein the transition metal is one or more selected from Al, Mg, Co, Ni, Cr, Mo, Fe, Zn, and W.
제 1 항에서, 상기 반응물의 체류시간은 4 시간 내지 12 시간인 것을 특징으로 하는 망간복합산화물의 제조방법.
The method of claim 1, wherein the residence time of the reactants is 4 hours to 12 hours.
제 1 항에서, 상기 반응온도는 40 내지 60℃인 것을 특징으로 하는 망간복합산화물의 제조방법.The method of claim 1, wherein the reaction temperature is 40 to 60 ℃ manufacturing method of manganese composite oxide.
KR1020100030440A 2010-04-02 2010-04-02 Process for preparing manganese composite oxide KR101171962B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100030440A KR101171962B1 (en) 2010-04-02 2010-04-02 Process for preparing manganese composite oxide

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100030440A KR101171962B1 (en) 2010-04-02 2010-04-02 Process for preparing manganese composite oxide

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20110111056A true KR20110111056A (en) 2011-10-10
KR101171962B1 KR101171962B1 (en) 2012-08-08

Family

ID=45027340

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020100030440A KR101171962B1 (en) 2010-04-02 2010-04-02 Process for preparing manganese composite oxide

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101171962B1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104220378A (en) * 2012-04-05 2014-12-17 东曹株式会社 Metal-containing trimanganese tetraoxide composite particles and method for producing same

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4305629B2 (en) 2003-03-27 2009-07-29 戸田工業株式会社 Trimanganese tetroxide powder and production method thereof, positive electrode active material for nonaqueous electrolyte secondary battery and production method thereof, and nonaqueous electrolyte secondary battery
KR100668050B1 (en) 2005-05-27 2007-01-11 대정화금주식회사 Manganese Oxides, Spinel type cathode active material for lithium secondary batteries using thereby and Preparation of the same
KR100765970B1 (en) 2006-09-29 2007-10-10 대정화금주식회사 Manganese complex oxides by co-precipitation method and preparation method of the same, and spinel type cathode active material for lithium secondary batteries using thereby and preparation method of the same

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104220378A (en) * 2012-04-05 2014-12-17 东曹株式会社 Metal-containing trimanganese tetraoxide composite particles and method for producing same
US10109857B2 (en) 2012-04-05 2018-10-23 Tosoh Corporation Metal-containing trimanganese tetraoxide composite particles and method for producing same

Also Published As

Publication number Publication date
KR101171962B1 (en) 2012-08-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5057179B2 (en) Method for manufacturing core-shell spinel cathode active material for lithium secondary battery
KR101306532B1 (en) Inorganic Compounds
KR100738192B1 (en) Core-shell spinel cathode active materials for lithium secondary batteries, lithium secondary batteries using the same and Method for preparing thereof
EP2712010B1 (en) Method for producing a positive electrode active material for lithium ion batteries
KR100639526B1 (en) 3V spinel complex-oxide as cathode material of lithium secondary batteries, the carbonate precipitation method thereof, and the lithium secondary batteries using the same
KR101313575B1 (en) Manufacturing method of positive active material precursor and lithium metal composite oxides for lithium secondary battery
CN111834631B (en) Preparation method of high-nickel cathode material of lithium ion battery
CN114057177B (en) Ferrous manganese phosphate and preparation method and application thereof
CN103153871B (en) Mn oxide and manufacture method thereof and use its manufacture method of lithium manganese system complex oxide
CN109678219B (en) Preparation method of nano layered lithium nickel cobalt manganese oxide
TW201424100A (en) Li-Ni COMPLEX OXIDE PARTICLE POWDER AND NON-AQUEOUS ELECTROLYTE SECONDARY BATTERY
US11909041B2 (en) Method to produce cathode materials for Li-ion batteries
CN107579225B (en) Preparation method of titanium-doped nickel-cobalt-manganese ternary material
CN106684374A (en) Preparation method for porous spherical lithium nickel cobalt manganate used as ternary positive electrode material of lithium ion battery
CN107863526A (en) A kind of preparation method for adulterating cobalt acid lithium
CA3048267A1 (en) One-pot synthesis for lithium ion battery cathode material precursors
CN107579226B (en) Preparation method of strontium-improved nickel-cobalt-manganese ternary material
KR20110111058A (en) Crystallized manganese composite oxide, lithium-manganese composite oxide for lithium secondary battery and the method for manufacturing the same
Chang et al. Syntheses of LiCoO2 for cathode materials of secondary batteries from reflux reactions at 130–200 C
KR101171961B1 (en) Process for preparing Mn3O4
KR101171962B1 (en) Process for preparing manganese composite oxide
KR100679380B1 (en) Low temperature lithiation of cobalt, nickel and manganese containning hydroxides using a wet process
CN109037619A (en) A kind of lithium chromate cladding monocrystalline type nickel-cobalt-manganternary ternary anode material and preparation method thereof
CN111115714A (en) Micron-sized non-agglomerated primary particle lithium-rich manganese-based material and preparation method thereof
KR101458505B1 (en) The maufacturing method of Lithium-Nickel-Cobalt-Manganese complex oxide by using thermal degradation of oxalate anion

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170801

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180731

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190801

Year of fee payment: 8