KR20130066770A - Manufacturing method of lifepo4 cathode active material for lithium battery and lifepo4 cathode active material using the method - Google Patents

Manufacturing method of lifepo4 cathode active material for lithium battery and lifepo4 cathode active material using the method Download PDF

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Abstract

PURPOSE: A manufacturing method of a positive electrode active material is provided to control the size of the positive electrode active material by using cetyltrimethyl ammonium bromide when synthesizing a LiFePO4 positive electrode active material. CONSTITUTION: A manufacturing method of a positive electrode active material comprises: a step of dissolving lithium salt, ferrous salt, phosphate salt, and cetyltrimethylammonium bromide into an organic solvent; a step of putting the mixture solution into a reactor; a step of heating the reactor; a step of precipitating A LiFePO4 precursor by gravity difference through maintaining the temperature of the reactor; a step of cleaning and drying the precipitate; and a step of obtaining a LiFePO4 positive electrode active material by heat-treating the dried precipitate.

Description

리튬이온전지용 리튬인산철 양극 활물질의 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 리튬이온전지용 리튬인산철 양극 활물질{Manufacturing method of LiFePO4 cathode active material for lithium battery and LiFePO4 cathode active material using the method}Manufacturing method of lithium iron phosphate positive electrode active material for lithium ion battery and lithium iron phosphate positive electrode active material manufactured using the same {Manufacturing method of LiFePO4 cathode active material for lithium battery and LiFePO4 cathode active material using the method}

본 발명은 리튬이온전지용 양극 활물질 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 입자의 표면 및 벌크에 2∼300㎚의 직경을 갖는 복수의 기공들이 분포되어 다공성을 나타내므로 충전 또는 방전 동작에 따라 상기 복수의 기공들을 통해 상기 입자의 표면 및 벌크 모두에서 양이온의 삽입 또는 탈리가 가능하고, 마이크로 크기를 갖는 균일한 구형 입자를 가짐으로써 종래의 LiFePO4 양극 활물질보다 탭 밀도(겉보기밀도)가 향상되고 리튬이온전지용 양극 제조시에 바인더의 절대 사용량을 감소시킬 수 있으며, LiFePO4 양극 활물질 합성 시에 세틸트리메틸암모늄브로마이드(cetyltrimethylammonium bromide; CTAB)를 이용함으로써 양극 활물질의 크기를 조절할 수 있는 리튬이온전지용 리튬인산철(LiFePO4) 양극 활물질의 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 LiFePO4 양극 활물질에 관한 것이다.
The present invention relates to a cathode active material for a lithium ion battery and a method of manufacturing the same, and more particularly, because a plurality of pores having a diameter of 2 to 300 nm are distributed on the surface and bulk of the particles to show porosity, and thus, depending on a charging or discharging operation. The plurality of pores allow insertion or desorption of cations on both the surface and the bulk of the particles, and by having uniform spherical particles having a micro size, the conventional LiFePO 4 The tap density (apparent density) is improved compared to the positive electrode active material, and the absolute amount of the binder can be reduced when manufacturing a positive electrode for a lithium ion battery, and LiFePO 4 A method of preparing a lithium iron phosphate (LiFePO 4 ) positive electrode active material for a lithium ion battery capable of controlling the size of the positive electrode active material by using cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) in synthesizing the positive electrode active material and a LiFePO 4 positive electrode manufactured using the same It relates to an active material.

리튬이온 전지용 LiFePO4 양극 활물질은 충전과 방전 시 구조적 안정성과 열적 안정성으로 인하여 하이브리드 전기자동차, 전동공구용 전지, 전력 저장용 전지 등과 같이 장시간 사용하는 분야에 사용되고 있다. LiFePO 4 positive electrode active material for lithium ion batteries has been used in the field of long-term use, such as hybrid electric vehicles, power tool batteries, power storage batteries due to the structural stability and thermal stability during charging and discharging.

하지만 충전과 방전 시 리튬이온의 확산에 의한 상경계 이동에 의하여 용량이 발현되는 LiFePO4 양극 활물질은 느린 리튬이온의 확산 속도를 높이기 위하여 높은 비표면적를 갖는 나노 크기의 LiFePO4를 양극 활물질로 사용한다. 따라서 상대적으로 양극 활물질의 부피는 증가하고 이에 따라 사용되어지는 바인더의 함량 또한 증가하여 부피적 에너지밀도의 감소를 초래하게 된다.
However, LiFePO 4 positive electrode active material, whose capacity is expressed by phase boundary movement due to diffusion of lithium ions during charging and discharging, uses nano-sized LiFePO 4 having a high specific surface area as a positive electrode active material in order to increase diffusion rate of slow lithium ions. Therefore, the volume of the positive electrode active material is relatively increased, and thus the amount of the binder used is also increased, resulting in a decrease in the volumetric energy density.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 입자의 표면 및 벌크에 2∼300㎚의 직경을 갖는 복수의 기공들이 분포되어 다공성을 나타내므로 충전 또는 방전 동작에 따라 상기 복수의 기공들을 통해 상기 입자의 표면 및 벌크 모두에서 양이온의 삽입 또는 탈리가 가능하고, 마이크로 크기를 갖는 균일한 구형 입자를 가짐으로써 종래의 LiFePO4 양극 활물질보다 탭 밀도(겉보기밀도)가 향상되고 리튬이온전지용 양극 제조시에 바인더의 절대 사용량을 감소시킬 수 있으며, LiFePO4 양극 활물질 합성 시에 세틸트리메틸암모늄브로마이드(cetyltrimethylammonium bromide; CTAB)를 이용함으로써 양극 활물질의 크기를 조절할 수 있는 리튬이온전지용 LiFePO4 양극 활물질의 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 LiFePO4 양극 활물질을 제공함에 있다.
The problem to be solved by the present invention is a plurality of pores having a diameter of 2 ~ 300nm is distributed on the surface and the bulk of the particles exhibit a porosity, so that the surface and bulk of the particles through the plurality of pores according to the charging or discharging operation It is possible to insert or desorption of cations in all, and to have a uniform spherical particle having a micro size, the conventional LiFePO 4 The tap density (apparent density) is improved compared to the positive electrode active material, and the absolute amount of the binder can be reduced when manufacturing a positive electrode for a lithium ion battery, and LiFePO 4 Is a method and LiFePO 4 cathode active material it is manufactured by using the; (CTAB cetyltrimethylammonium bromide) for use by a cathode active material for lithium ion batteries capable of controlling LiFePO 4 anode size active materials to provide cetyltrimethylammonium bromide when the positive electrode active material synthesized .

본 발명은, 리튬계 염, 철계 염, 인산계 염 및 세틸트리메틸암모늄브로마이드를 유기용매에 용해시키는 단계와, 내부를 밀폐할 수 있는 반응기에 리튬계 염, 철계 염, 인산계 염 및 세틸트리메틸암모늄브로마이드의 혼합용액을 넣고 상기 반응기를 덮개로 덮어 밀봉하는 단계와, 밀폐된 상기 반응기를 가열하여 유기용매의 끓는점과 같거나 유기용매의 끓는점 보다 높은 목표 반응온도로 상승시키는 단계와, 상기 목표 반응온도에서 상기 반응기의 온도를 유지함에 따라, 상기 세틸트리메틸암모늄브로마이드는 친수성기가 내측에 위치하고 소수성기가 외측에 위치하는 역 마이셀을 형성하며, 리튬계 염, 철계 염 및 인산계 염이 반응하여 구형의 LiFePO4 전구체가 형성되면서 상기 소수성기 주변에 분포되어 상기 역 마이셀을 둘러싸는 구조를 이루고, 반응이 진행됨에 따라 상기 LiFePO4 전구체가 점차 성장되면서 구형 입자 구조를 갖게 되고, 비중차에 의해 상기 반응기의 바닥에 첨전되는 단계와, 상기 반응기의 바닥에 가라앉은 구형의 LiFePO4 전구체인 침전물을 선택적으로 분리해 내는 단계와, 선택적으로 분리해낸 상기 침전물을 세정 및 건조하는 단계 및 건조된 침전물을 열처리하여 LiFePO4 양극 활물질을 수득하는 단계를 포함하며, 첨가되는 상기 세틸트리메틸암모늄브로마이드의 함량에 따라 상기 침전물의 크기가 조절되는 리튬이온전지용 LiFePO4 양극 활물질의 제조방법을 제공한다. The present invention comprises the steps of dissolving lithium salts, iron salts, phosphate salts and cetyltrimethylammonium bromide in an organic solvent, lithium salts, iron salts, phosphate salts and cetyltrimethylammonium in a reactor that can be sealed inside Adding a mixed solution of bromide and covering the reactor with a cover to seal the reactor; By maintaining the temperature of the reactor at, the cetyltrimethylammonium bromide forms an inverted micelle, in which a hydrophilic group is located inside and a hydrophobic group is located outside, and lithium salts, iron salts, and phosphoric acid salts react to form spherical LiFePO 4. As the precursor is formed and distributed around the hydrophobic group to form a structure surrounding the reverse micelle, half In accordance with the progress as the LiFePO 4 precursor it is gradually grown and have a spherical particle structure, a spherical shape of LiFePO 4 precursor precipitate and steps cheomjeon the bottom of the reactor, which had sunk to the bottom of the reactor by the difference in specific gravity optionally Separating and separating the precipitate, optionally washing and drying the precipitate, and heat treating the dried precipitate to obtain a LiFePO 4 positive electrode active material, wherein the precipitate according to the amount of cetyltrimethylammonium bromide added It provides a method for producing a LiFePO 4 positive electrode active material for a lithium ion battery is controlled in size.

상기 리튬계 염은 리튬아세트산염, 리튬탄산염, 리튬염화물, 리튬수산화물, 리튬질산염 및 리튬황산염 중에서 선택된 1종 이상의 염일 수 있고, 상기 철계 염은 철 염화물, 철 황산염, 철 시트로산염 및 철 질산염 중에서 선택된 1종 이상의 염일 수 있으며, 상기 인산계 염은 인산암모늄 및 인산 중에서 선택된 1종 이상의 염일 수 있다.The lithium salt may be at least one salt selected from lithium acetate, lithium carbonate, lithium chloride, lithium hydroxide, lithium nitrate, and lithium sulfate, and the iron salt is selected from iron chloride, iron sulfate, iron citrate and iron nitrate. It may be at least one salt selected, and the phosphate salt may be at least one salt selected from ammonium phosphate and phosphoric acid.

상기 유기용매로 에탄올을 사용할 수 있고, 상기 목표 반응온도는 78∼200℃로 설정하는 것이 바람직하다. Ethanol may be used as the organic solvent, and the target reaction temperature is preferably set to 78 to 200 ° C.

상기 유기용매로 에틸렌글리콜을 사용할 수 있고, 상기 목표 반응온도는 198∼300℃로 설정하는 것이 바람직하다. Ethylene glycol may be used as the organic solvent, and the target reaction temperature is preferably set to 198 to 300 ° C.

상기 열처리는 500∼900℃의 온도에서 환원성 가스 분위기 또는 비활성 가스 분위기에서 수행하는 것이 바람직하다. The heat treatment is preferably carried out in a reducing gas atmosphere or an inert gas atmosphere at a temperature of 500 ~ 900 ℃.

상기 리튬이온전지용 LiFePO4 양극 활물질의 제조방법은, 건조된 침전물을 미분화하고 균일한 입도를 갖게 하면서 상기 세정 공정에서 미처 제거되지 않은 염(salt) 성분을 제거하기 위하여 상기 열처리 전에 습식 분쇄하는 단계를 더 포함할 수 있다.The method of manufacturing a LiFePO 4 positive electrode active material for a lithium ion battery includes the steps of wet grinding prior to the heat treatment to remove salt components which are not removed in the cleaning process while micronizing the dried precipitate and having a uniform particle size. It may further include.

또한, 본 발명은, 상기 방법으로 제조되고, 구형 구조의 입자를 가지며, 상기 입자의 표면 및 벌크에 2∼300㎚의 직경을 갖는 복수의 기공들이 분포되어 다공성을 나타내고, 상기 입자의 평균 입경이 1∼20㎛이며, 충전 또는 방전 동작에 따라 상기 복수의 기공들을 통해 상기 입자의 표면 및 벌크 모두에서 양이온의 삽입 또는 탈리가 가능한 리튬이온전지용 LiFePO4 양극 활물질을 제공한다. In addition, the present invention is produced by the above method, has a spherical structure, a plurality of pores having a diameter of 2 ~ 300nm on the surface and bulk of the particles are distributed to show porosity, the average particle diameter of the particles It provides a LiFePO 4 positive electrode active material for a lithium ion battery having a size of 1 ~ 20㎛, which is capable of inserting or detaching cations on both the surface and the bulk of the particles through the plurality of pores according to a charging or discharging operation.

상기 구형 구조의 입자는 1∼50%의 기공율을 가질 수 있다.The spherical structure particles may have a porosity of 1 to 50%.

상기 구형 구조 입자의 비표면적은 0.1∼100㎡/g 범위일 수 있다.
The specific surface area of the spherical structure particles may range from 0.1 to 100 m 2 / g.

본 발명에 의하면, 입자의 표면 및 벌크에 2∼300㎚의 직경을 갖는 복수의 기공들이 분포되어 다공성을 나타내고 마이크로 크기를 갖는 균일한 구형의 LiFePO4 양극 활물질을 제조함으로써, 종래의 LiFePO4 양극 활물질보다 탭 밀도(겉보기밀도)를 향상시키고, 리튬이온전지용 양극 제조시에 바인더의 절대 사용량을 감소시킬 수 있다. According to the present invention, a plurality of pores having a diameter of 2 ~ 300nm is distributed on the surface and bulk of the particles to produce a uniform spherical LiFePO 4 positive electrode active material exhibiting porosity and having a micro size, the conventional LiFePO 4 It is possible to improve the tap density (apparent density) than the positive electrode active material, and to reduce the absolute amount of binder used in the production of a positive electrode for a lithium ion battery.

또한, 입자의 표면 및 벌크에 2∼300㎚의 직경을 갖는 복수의 기공들이 분포되어 다공성을 나타내므로 충전 또는 방전 동작에 따라 상기 복수의 기공들을 통해 상기 입자의 표면 및 벌크 모두에서 양이온의 삽입 또는 탈리가 가능하다. In addition, since a plurality of pores having a diameter of 2 ~ 300nm is distributed on the surface and the bulk of the particles and exhibits porosity, insertion of cations on both the surface and the bulk of the particles through the plurality of pores according to a charging or discharging operation or Desorption is possible.

또한, LiFePO4 양극 활물질 합성 시에 세틸트리메틸암모늄브로마이드(cetyltrimethylammonium bromide; CTAB)를 이용함으로써 양극 활물질의 크기를 조절할 수 있다. In addition, LiFePO 4 When synthesizing the positive electrode active material, the size of the positive electrode active material may be controlled by using cetyltrimethylammonium bromide (CTAB).

또한, 간단한 방법으로 LiFePO4 양극 활물질을 제조할 수 있고, 저가의 출발물질을 사용할 수 있으므로 경제적이며, 공정이 간단하여 대량 생산이 가능하다.
In addition, the LiFePO 4 positive electrode active material can be produced by a simple method, and since a low-cost starting material can be used, it is economical, and the process is simple and mass production is possible.

도 1은 충방전 시 LiFePO4 양극 활물질의 상경계 이동을 보여주는 모식도이다.
도 2는 LiFePO4 전구체를 합성하기 위한 반응장치를 도시한 도면이다.
도 3은 실험예 1에 따라 유기용매로 에탄올이 사용되는 경우에 반응기 내에서의 온도에 따른 증기압 곡선을 보여주는 그래프이다.
도 4는 실험예 1에 따라 제조된 LiFePO4 양극 활물질의 X-선 회절(X-ray diffraction; XRD) 패턴을 보여주는 그래프이다.
도 5 내지 도 10은 실험예 1에 따라 제조된 LiFePO4 양극 활물질을 보여주는 주사전자현미경(scanning electron microscope; SEM) 사진들이다.
1 is a schematic diagram showing the phase boundary movement of the LiFePO 4 positive electrode active material during charge and discharge.
2 is a view showing a reactor for synthesizing a LiFePO 4 precursor.
3 is a graph showing a vapor pressure curve according to the temperature in the reactor when ethanol is used as the organic solvent according to Experimental Example 1.
4 is a graph showing an X-ray diffraction (XRD) pattern of a LiFePO 4 positive electrode active material prepared according to Experimental Example 1. FIG.
5 to 10 are scanning electron microscope (SEM) images showing a LiFePO 4 positive electrode active material prepared according to Experimental Example 1. FIG.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나, 이하의 실시예는 이 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, it should be understood that the following embodiments are provided so that those skilled in the art will be able to fully understand the present invention, and that various modifications may be made without departing from the scope of the present invention. It is not.

이하에서, 나노 크기라 함은 나노미터(㎚) 단위의 크기로서 1∼1000㎚ 범위의 크기를 의미하는 것으로 사용하고, 마이크로 크기라 함은 마이크로미터(㎛) 단위의 크기로서 1∼1000㎛ 범위의 크기를 의미하는 것으로 사용한다. 또한, 벌크라 함은 입자의 표면에서부터 내부로 향하는 부분으로서 입자를 구성하는 표면 이외의 모든 부분을 의미하는 것으로 사용한다. Hereinafter, nano size is used as a size in the range of 1 to 1000 nm as a size in nanometer (nm), and micro size is a size in the range of 1 to 1000 μm as a size in micrometer (μm). Used to mean the size of. In addition, bulk is used as what means all parts other than the surface which comprises a particle as a part which goes inward from the surface of a particle | grain.

LiFePO4 양극 활물질은 도 1에 도시된 바와 같이 충전과 방전 시 리튬이온의 확산에 의한 상경계 이동 반응을 한다. 종래에는 리튬이온의 확산 속도 증가를 위하여 입자의 크기를 나노 크기로 제조하여 사용하고, 작은 나노 크기의 양극 활물질 입자로 인하여 양극 활물질 대비 바인더의 사용량이 증가하게 되고, 이에 따라 부피적 에너지밀도의 감소에 따른 용량 감소가 나타난다. As shown in FIG. 1, the LiFePO 4 positive electrode active material undergoes a phase boundary transfer reaction by diffusion of lithium ions during charging and discharging. Conventionally, in order to increase the diffusion rate of lithium ions, the particle size is manufactured and used in a nano size, and the use amount of the binder is increased compared to the positive electrode active material due to the small size of the positive electrode active material, thereby reducing the volumetric energy density. A decrease in capacity appears.

그러나, 본 발명에서는 입자의 표면 및 벌크에 2∼300㎚의 직경을 갖는 복수의 기공들이 분포되어 다공성을 나타내고 마이크로 크기를 갖는 균일한 구형의 LiFePO4 양극 활물질을 제조함으로써, 종래의 LiFePO4 양극 활물질보다 탭 밀도(겉보기밀도)를 향상시키고, 리튬이온전지용 양극 제조시에 바인더의 절대 사용량을 감소시킬 수 있다. 또한, LiFePO4 양극 활물질 합성 시에 세틸트리메틸암모늄브로마이드(cetyltrimethylammonium bromide; CTAB)를 이용함으로써 양극 활물질의 크기를 조절할 수 있다. However, in the present invention, a plurality of pores having a diameter of 2~300㎚ the surface and bulk of the particles are distributed by producing a cathode active material LiFePO 4 having a uniform rectangle denotes a porous having a micro size, the conventional LiFePO 4 It is possible to improve the tap density (apparent density) than the positive electrode active material, and to reduce the absolute amount of binder used in the production of a positive electrode for a lithium ion battery. In addition, LiFePO 4 When synthesizing the positive electrode active material, the size of the positive electrode active material may be controlled by using cetyltrimethylammonium bromide (CTAB).

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 리튬이온전지용 리튬인산철(LiFePO4) 양극 활물질의 제조방법은, 리튬계 염, 철계 염, 인산계 염 및 세틸트리메틸암모늄브로마이드를 유기용매에 용해시키는 단계와, 내부를 밀폐할 수 있는 반응기에 리튬계 염, 철계 염, 인산계 염 및 세틸트리메틸암모늄브로마이드의 혼합용액을 넣고 상기 반응기를 덮개로 덮어 밀봉하는 단계와, 밀폐된 상기 반응기를 가열하여 유기용매의 끓는점과 같거나 유기용매의 끓는점 보다 높은 목표 반응온도로 상승시키는 단계와, 상기 목표 반응온도에서 상기 반응기의 온도를 유지함에 따라, 상기 세틸트리메틸암모늄브로마이드는 친수성기가 내측에 위치하고 소수성기가 외측에 위치하는 역 마이셀을 형성하며, 리튬계 염, 철계 염 및 인산계 염이 반응하여 구형의 LiFePO4 전구체가 형성되면서 상기 소수성기 주변에 분포되어 상기 역 마이셀을 둘러싸는 구조를 이루고, 반응이 진행됨에 따라 상기 LiFePO4 전구체가 점차 성장되면서 구형 입자 구조를 갖게 되고, 비중차에 의해 상기 반응기의 바닥에 첨전되는 단계와, 상기 반응기의 바닥에 가라앉은 구형의 LiFePO4 전구체인 침전물을 선택적으로 분리해 내는 단계와, 선택적으로 분리해낸 상기 침전물을 세정 및 건조하는 단계 및 건조된 침전물을 열처리하여 LiFePO4 양극 활물질을 수득하는 단계를 포함하며, 첨가되는 상기 세틸트리메틸암모늄브로마이드의 함량에 따라 상기 침전물의 크기가 조절될 수 있다. Method for producing a lithium iron phosphate (LiFePO 4 ) positive electrode active material for a lithium ion battery according to a preferred embodiment of the present invention, the step of dissolving a lithium salt, iron salt, phosphate salt and cetyltrimethylammonium bromide in an organic solvent, and Putting a mixed solution of lithium salt, iron salt, phosphate salt and cetyltrimethylammonium bromide into a reactor capable of sealing the reactor, and then covering the reactor with a lid to seal the reactor; Ascending to a target reaction temperature equal to or higher than the boiling point of the organic solvent, and maintaining the temperature of the reactor at the target reaction temperature, the cetyltrimethylammonium bromide has an inverted micelle having a hydrophilic group on the inside and a hydrophobic group on the outside the formation, and lithium-based salts, iron salts, and phosphate salts the reaction of the spherical-type LiFePO 4 precursor As the steps are distributed around the hydrophobic group which forms a structure surrounding said reverse micelles, while as the reaction proceeds, the LiFePO 4 precursor is gradually grown and have a spherical particle structure, cheomjeon by the difference in specific gravity to the bottom of the reactor Selectively separating the precipitate, which is a spherical LiFePO 4 precursor that has settled to the bottom of the reactor, washing and drying the precipitate that has been selectively separated, and heat treating the dried precipitate to obtain a LiFePO 4 cathode active material. It includes a step, the size of the precipitate can be adjusted according to the content of the cetyltrimethylammonium bromide is added.

상기 리튬계 염은 리튬아세트산염, 리튬탄산염, 리튬염화물, 리튬수산화물, 리튬질산염 및 리튬황산염 중에서 선택된 1종 이상의 염일 수 있고, 상기 철계 염은 철 염화물, 철 황산염, 철 시트로산염 및 철 질산염 중에서 선택된 1종 이상의 염일 수 있으며, 상기 인산계 염은 인산암모늄 및 인산 중에서 선택된 1종 이상의 염일 수 있다.The lithium salt may be at least one salt selected from lithium acetate, lithium carbonate, lithium chloride, lithium hydroxide, lithium nitrate, and lithium sulfate, and the iron salt is selected from iron chloride, iron sulfate, iron citrate and iron nitrate. It may be at least one salt selected, and the phosphate salt may be at least one salt selected from ammonium phosphate and phosphoric acid.

상기 유기용매로 에탄올을 사용할 수 있고, 이 경우에 상기 목표 반응온도는 78∼200℃로 설정하는 것이 바람직하다. Ethanol may be used as the organic solvent, and in this case, the target reaction temperature is preferably set to 78 to 200 ° C.

또한, 상기 유기용매로 에틸렌글리콜을 사용할 수 있고, 이 경우에 상기 목표 반응온도는 198∼300℃로 설정하는 것이 바람직하다. In addition, ethylene glycol may be used as the organic solvent, and in this case, the target reaction temperature is preferably set to 198 to 300 ° C.

상기 열처리는 500∼900℃의 온도에서 환원성 가스 분위기 또는 비활성 가스 분위기에서 수행하는 것이 바람직하다. The heat treatment is preferably carried out in a reducing gas atmosphere or an inert gas atmosphere at a temperature of 500 ~ 900 ℃.

상기 리튬이온전지용 LiFePO4 양극 활물질의 제조방법은, 건조된 침전물을 미분화하고 균일한 입도를 갖게 하면서 상기 세정 공정에서 미처 제거되지 않은 염(salt) 성분을 제거하기 위하여 상기 열처리 전에 습식 분쇄하는 단계를 더 포함할 수 있다.The method of manufacturing a LiFePO 4 positive electrode active material for a lithium ion battery includes the steps of wet grinding prior to the heat treatment to remove salt components which are not removed in the cleaning process while micronizing the dried precipitate and having a uniform particle size. It may further include.

상기 리튬이온전지용 LiFePO4 양극 활물질의 제조방법을 이용하여 제조된 리튬이온전지용 LiFePO4 양극 활물질은, 구형 구조의 입자를 가지며, 상기 입자의 표면 및 벌크에 2∼300㎚의 직경을 갖는 복수의 기공들이 분포되어 다공성을 나타내고, 상기 입자의 평균 입경이 1∼20㎛이며, 충전 또는 방전 동작에 따라 상기 복수의 기공들을 통해 상기 입자의 표면 및 벌크 모두에서 양이온의 삽입 또는 탈리가 가능하다. The LiFePO 4 positive electrode active material for a lithium ion battery manufactured using the method for preparing a LiFePO 4 positive electrode active material for a lithium ion battery has particles having a spherical structure, and has a plurality of pores having a diameter of 2 to 300 nm on the surface and bulk of the particle. Are distributed to show porosity, and the average particle diameter of the particles is 1 to 20 µm, and insertion or desorption of cations is possible at both the surface and the bulk of the particles through the plurality of pores according to a charging or discharging operation.

상기 구형 구조의 입자는 1∼50%의 기공율을 가질 수 있다.The spherical structure particles may have a porosity of 1 to 50%.

상기 구형 구조 입자의 비표면적은 0.1∼100㎡/g 범위일 수 있다.
The specific surface area of the spherical structure particles may range from 0.1 to 100 m 2 / g.

이하에서, 본 발명에 따른 실시예를 더욱 구체적으로 제시하며, 다음에 제시하는 실시예에 본 발명이 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to Examples, but the present invention is not limited to the following Examples.

<실시예 1>&Lt; Example 1 >

도 2는 LiFePO4 전구체를 합성하기 위한 반응장치를 개략적으로 도시한 도면이다. 2 is a view schematically showing a reactor for synthesizing a LiFePO 4 precursor.

도 2를 참조하면, 리튬계 염, 철계 염, 인산계 염 및 세틸트리메틸암모늄브로마이드(cetyltrimethylammonium bromide; CTAB)를 유기용매에 용해시킨다. 이때, 리튬(Li), 철(Fe) 및 인(P)이 몰비로 1:1:1의 비율로 혼합될 수 있도록 리튬계 염, 철계 염 및 인산계 염의 함량을 조절하여 유기용매에 첨가한다. Referring to FIG. 2, lithium salts, iron salts, phosphate salts and cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) are dissolved in an organic solvent. At this time, lithium (Li), iron (Fe) and phosphorus (P) is added to the organic solvent by adjusting the content of the lithium salt, iron salt and phosphate salt to be mixed in a molar ratio of 1: 1: 1. .

상기 리튬계 염은 리튬아세트산염(lithium acetate), 리튬탄산염(Li2CO3; lithium carbonate), 리튬염화물(lithium chloride), 리튬수산화물(lithium hydroxide), 리튬질산염(LiNO3; lithium nitrate) 및 리튬황산염(Li2SO4; lithium sulfate) 중에서 선택된 1종 이상의 염인 것이 바람직하다. The lithium salt is lithium acetate, lithium carbonate (Li 2 CO 3 ; lithium carbonate), lithium chloride (lithium chloride), lithium hydroxide, lithium nitrate (LiNO 3 ; lithium nitrate) and lithium It is preferably at least one salt selected from lithium sulfate (Li 2 SO 4 ).

상기 철계 염은 철 염화물(iron chloride), 철 황산염(FeSO4; iron sulfate), 철 시트로산염(iron citrate) 및 철 질산염(Fe(NO3)3; iron nitrate) 중에서 선택된 1종 이상의 염인 것이 바람직하다.The iron salts are iron chloride (iron chloride), iron sulfate that;; (iron nitrate Fe (NO 3) 3) at least one selected from a salt (FeSO 4 iron sulfate), salts (iron citrate) and iron nitrate to iron sheet desirable.

상기 인산계 염은 인산암모늄(ammonium phosphate) 및 인산(H3PO4; phosphoric acid) 중에서 선택된 1종 이상의 염인 것이 바람직하다. 상기 인산암모늄은 제1 인산암모늄(NH4H2PO4) 또는 제2 인산암모늄((NH4)2HPO4)일 수 있다. The phosphate salt is preferably at least one salt selected from ammonium phosphate and phosphoric acid (H 3 PO 4 ; phosphoric acid). The ammonium phosphate may be first ammonium phosphate (NH 4 H 2 PO 4 ) or second ammonium phosphate ((NH 4 ) 2 HPO 4 ).

상기 유기용매는 에탄올(ethanol) 및 에틸렌글리콜(ethylene glycol) 중에서 선택된 1종 이상의 물질인 것이 바람직하다. The organic solvent is preferably at least one material selected from ethanol and ethylene glycol.

세틸트리메틸암모늄브로마이드(cetyltrimethylammonium bromide; CTAB)는 머리부분은 친수성이고 꼬리부분은 소수성을 갖는 상반된 성질을 가지며, 용액이 증발되면서 세틸트리메틸암모늄브로마이드(CTAB)의 농도가 임계 마이셀 농도 이하가 되었을 때 모여서 구형 혹은 실린더 형태의 역 마이셀(reverse micelle)을 형성한다. 역 마이셀은 양친성(兩親性), 예컨대 친수성기와 소수성기를 동시에 갖는 저분자량 또는 고분자량의 물질들이 이루는 열역학적으로 안정하고 균일한 구형의 구조를 지칭한다. Cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) has the opposite properties of hydrophilicity in the head and hydrophobicity in the head, and is spherical when the concentration of cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) is below the critical micelle concentration as the solution evaporates. Or to form a reverse micelle in the form of a cylinder. Inverted micelles refer to thermodynamically stable and uniform spherical structures of low molecular or high molecular weight materials having both amphiphilic, for example, hydrophilic and hydrophobic groups.

리튬계 염, 철계 염, 인산계 염 및 세틸트리메틸암모늄브로마이드(CTAB)의 혼합용액(130)을 내부를 완전히 밀폐할 수 있는 반응기(100)에 넣고, 스크류 캡 타입과 같이 반응기(100)를 완전히 밀봉할 수 있는 덮개(110)로 반응기(100)를 덮어 밀봉한다. 반응기(100)는 덮개(110)로 완전히 밀봉됨으로써, 반응기(100) 안의 증기압을 높이면서도 증발량을 억제하여 반응을 촉진할 수 있다. The mixed solution 130 of lithium salt, iron salt, phosphate salt and cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) is placed in a reactor 100 which can be completely sealed inside, and the reactor 100 is completely The reactor 100 is covered and sealed with a sealable cover 110. Since the reactor 100 is completely sealed by the cover 110, the reaction may be promoted by suppressing the amount of evaporation while increasing the vapor pressure in the reactor 100.

가열수단(미도시)을 이용하여 반응기(100)의 온도를 유기용매의 끓는점 이상의 목표하는 반응온도(예컨대, 유기용매로 에탄올을 사용하는 경우에는 78∼200℃, 유기용매로 에틸렌글리콜을 사용하는 경우에는 198∼300℃)로 상승시킨다. 상기 반응온도는 유기용매로 에탄올을 사용하는 경우에는 78∼200℃ 정도인 것이 바람직한데, 반응온도가 78℃ 미만일 경우에는 리튬계 염, 철계 염 및 인산계 염 간에 충분한 반응이 일어나지 않을 수 있고, 200℃를 초과하는 경우에는 높은 증기압에 의해 위험할 수 있으므로 상기 범위의 온도에서 반응시키는 것이 바람직하다. Using a heating means (not shown), the temperature of the reactor 100 is set at a target reaction temperature above the boiling point of the organic solvent (eg, 78 to 200 ° C. when ethanol is used as the organic solvent, and ethylene glycol is used as the organic solvent. In the case of 198-300 degreeC, it raises. The reaction temperature is preferably about 78 ~ 200 ℃ when using ethanol as the organic solvent, when the reaction temperature is less than 78 ℃ may not sufficiently react between the lithium salt, iron salt and phosphate salt, If it exceeds 200 ℃ it may be dangerous by the high vapor pressure it is preferable to react at the temperature in the above range.

반응기(100) 내의 온도가 목표하는 반응온도에 도달하면 상기 반응온도에서 소정 시간(예컨대, 1∼48시간) 동안 유지하여 리튬계 염, 철계 염 및 인산계 염을 반응시킨다. 리튬계 염, 철계 염 및 인산계 염이 충분히 반응할 수 있는 시간(예컨대, 1∼48시간) 동안 유지하여 충분히 반응이 일어나게 한다. 이때, 반응기(100)는 덮개(110)에 의해 밀봉되어 있으므로 반응기(100) 안의 증기압은 높아지지만 용액의 증발량은 억제될 수 있다. 반응기(100)가 덮개(110)에 의해 밀봉되므로 반응기(100) 내의 압력을 증가시킬 수 있으며, 덮개(110)를 사용하지 않았을 때 보다 빠른 시간 내에 반응시킬 수 있고 구형의 LiFePO4 전구체를 얻을 수 있는 장점이 있다. 리튬계 염, 철계 염 및 인산계 염이 반응하는 동안에 교반기(120)를 이용하여 소정 교반속도(예컨대, 10∼500rpm)로 교반하는 것이 혼합 용액 전체에서의 균일한 반응과 반응 촉진 측면에서 바람직하다. When the temperature in the reactor 100 reaches the target reaction temperature, it is maintained at the reaction temperature for a predetermined time (for example, 1 to 48 hours) to react the lithium salt, iron salt and phosphate salt. Lithium salts, iron salts and phosphate salts are maintained for a sufficient time (eg, 1 to 48 hours) to allow sufficient reaction to occur. At this time, since the reactor 100 is sealed by the cover 110, the vapor pressure in the reactor 100 increases, but the amount of evaporation of the solution may be suppressed. Since the reactor 100 is sealed by the cover 110, it is possible to increase the pressure in the reactor 100, to react in a faster time than when the cover 110 is not used, and to obtain a spherical LiFePO 4 precursor. There is an advantage. While the lithium salt, the iron salt and the phosphate salt are reacting, it is preferable to stir at a predetermined stirring speed (eg, 10 to 500 rpm) using the stirrer 120 in view of uniform reaction and reaction promotion throughout the mixed solution. .

상기 반응 과정에서 세틸트리메틸암모늄브로마이드(CTAB)는 친수성기가 내측에 위치하고 소수성기가 외측에 위치하는 역 마이셀을 형성하며, 소수성기 주변에 LiFePO4 전구체가 분포하면서 역 마이셀을 둘러싸는 구조를 이루게 되며, 구형의 역 마이셀을 씨드(seed)로 LiFePO4 전구체가 점차 성장되면서 구형 입자 구조를 갖게 된다. 이와 같은 원리에 의해 첨가되는 세틸트리메틸암모늄브로마이드(CTAB)의 함량에 따라 LiFePO4 전구체인 침전물의 크기가 조절될 수 있게 된다.In the reaction process, cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) forms a reverse micelle in which a hydrophilic group is located inside and a hydrophobic group is located outside, and a LiFePO 4 precursor is distributed around the hydrophobic group to form a structure surrounding the reverse micelle. As the reverse micelle is seeded, the LiFePO 4 precursor is gradually grown to have a spherical particle structure. By this principle, the size of the precipitate of LiFePO 4 precursor can be adjusted according to the content of cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) added.

충분한 반응이 이루어진 후 반응기(100)의 온도를 냉각시키면 구형의 LiFePO4 전구체인 침전물이 얻어지게 된다. 상기 반응기(100)의 냉각은 가열수단의 전원을 차단하여 자연적인 상태로 냉각되게 하거나, 임의적으로 온도 하강률(예컨대, 10℃/min)을 설정하여 냉각되게 할 수도 있다. 상기 반응에 의해 형성된 LiFePO4 전구체는 비중이 커서 무겁기 때문에 반응기(100) 하부로 가라앉아 침전물을 형성한다. After sufficient reaction, the temperature of the reactor 100 is cooled to obtain a precipitate which is a spherical LiFePO 4 precursor. Cooling of the reactor 100 may be cooled in a natural state by shutting off the power of the heating means, or may be cooled by setting a temperature drop rate (for example, 10 ° C / min) arbitrarily. Since the LiFePO 4 precursor formed by the reaction has a large specific gravity and is heavy, it sinks to the bottom of the reactor 100 to form a precipitate.

이렇게 얻어진 LiFePO4 전구체인 연두색의 침전물을 선택적으로 분리해 낸다. 상기 침전물을 선택적으로 분리해 내는 방법으로는 필터를 이용하여 여과하거나 원심분리법과 같은 방법 등을 이용할 수 있다. The lime green precipitate, thus obtained LiFePO 4 precursor, is selectively separated off. As a method of selectively separating the precipitate, it may be filtered using a filter or a method such as centrifugation.

선택적으로 분리한 침전물을 에탄올 등과 같은 알코올, 물(H2O) 등으로 적어도 1회 이상 세정한다. 상기 세정 공정에 의해 침전물 표면에 잔류하는 염(salt) 성분 등이 제거되게 된다. The precipitates which have been selectively separated are washed at least once with an alcohol such as ethanol, water (H 2 O), or the like. The salt component and the like remaining on the surface of the precipitate are removed by the cleaning process.

세정 후에는 건조 공정을 수행한다. 상기 건조 공정은 열풍 건조, 진공 건조, 분무 건조 등의 일반적인 건조 공정을 통해 이루어질 수 있다. After washing, a drying process is performed. The drying process may be performed through a general drying process such as hot air drying, vacuum drying, spray drying and the like.

건조 공정을 수행한 후에 침전물을 미분화하고 균일한 입도를 갖게 하기 위하여 볼 밀링(ball milling), 제트밀(Jet mill)과 같은 분쇄 공정을 수행하여 목표하는 크기의 입자를 갖게 할 수도 있다. 상기 분쇄는 건식 분쇄 공정을 이용할 수 있으나, 침전물 표면에 묻어있으면서 미처 세정되지 않은 불순물 성분 등을 제거할 수 있는 습식 분쇄(예컨대, 습식 볼 밀링) 공정을 이용하는 것이 바람직하다. After performing the drying process, a milling process such as ball milling or jet milling may be performed in order to micronize the precipitate and have a uniform particle size. The grinding may use a dry grinding process, but it is preferable to use a wet grinding (eg, wet ball milling) process that can remove impurities or the like which are not washed while remaining on the surface of the precipitate.

습식 볼 밀링 공정을 예로 들어 설명하면, 침전물을 균일하게 분쇄하기 위하여 볼밀링기(ball milling machine)에 장입하여 물, 알코올과 같은 용매와 함께 습식 혼합한다. 볼 밀링기를 이용하여 일정 속도로 회전시켜 침전물을 기계적으로 분쇄하면서 균일하게 혼합한다. 볼 밀링에 사용되는 볼은 알루미나, 지르코니아와 같은 세라믹으로 이루어진 볼을 사용할 수 있으며, 볼은 모두 같은 크기의 것일 수도 있고 2가지 이상의 크기를 갖는 볼을 함께 사용할 수도 있다. 볼의 크기, 밀링 시간, 볼 밀링기의 분당 회전속도 등을 조절하여 목표하는 입자의 크기로 분쇄한다. 예를 들면, 입자의 크기를 고려하여 볼의 크기는 1㎜∼10㎜ 정도의 범위로 설정하고, 볼 밀링기의 회전속도는 50∼500rpm 정도의 범위로 설정할 수 있다. 볼 밀링은 목표하는 입자의 크기 등을 고려하여 1∼48 시간 동안 실시하는 것이 바람직하다. 볼 밀링에 의해 침전물은 미세한 크기의 입자로 분쇄되고, 균일한 입자 크기 분포를 갖게 되며, 균일하게 혼합되게 된다. 습식 볼밀링 공정을 이용한 경우, 분쇄된 침전물을 건조한다. 상기 건조는 60∼120℃의 온도에서 30분∼24시간 동안 수행하는 것이 바람직하다. 습식 볼 밀링 과정에서 침전물 표면에 묻어있는 염 성분 등이 제거될 수 있고 후속의 열처리 공정에서 순도가 높은 LiFePO4 양극 활물질을 얻을 수 있는 장점이 있다. Taking a wet ball milling process as an example, it is charged to a ball milling machine (ball milling machine) in order to uniformly grind the precipitate and wet mixed with a solvent such as water and alcohol. The ball mill is rotated at a constant speed to uniformly mix the precipitate while mechanically crushing it. The ball used for ball milling may be a ball made of ceramics such as alumina or zirconia, and the balls may be all the same size or may be used together with balls having two or more sizes. The size of the balls, the milling time, and the rotation speed per minute of the ball miller are adjusted so as to be crushed to the target particle size. For example, the size of the balls may be set in a range of about 1 mm to 10 mm in consideration of the size of the particles, and the rotational speed of the ball miller may be set in a range of about 50 to 500 rpm. The ball milling is preferably performed for 1 to 48 hours in consideration of the target particle size and the like. By ball milling the precipitate is pulverized into finely sized particles, having a uniform particle size distribution, and evenly mixed. If a wet ball milling process is used, the milled precipitate is dried. The drying is preferably carried out for 30 minutes to 24 hours at a temperature of 60 ~ 120 ℃. In the wet ball milling process, the salt component deposited on the surface of the precipitate may be removed, and a high purity LiFePO 4 cathode active material may be obtained in a subsequent heat treatment process.

이렇게 얻어진 구형의 LiFePO4 전구체를 열처리하여 LiFePO4 양극 활물질을 제조한다. 상기 열처리 공정은 다음과 같은 방식으로 이루어질 수 있다. The spherical LiFePO 4 precursor thus obtained was heat-treated to prepare a LiFePO 4 positive electrode active material. The heat treatment process may be performed in the following manner.

LiFePO4 전구체를 전기로와 같은 퍼니스(furnace)에 장입하고, 목표하는 열처리 온도로 상승시킨다. 이때 퍼니스의 승온 속도는 2∼50℃/min 정도인 것이 바람직한데, 퍼니스의 승온 속도가 너무 느린 경우에는 시간이 오래 걸려 생산성이 떨어지고 퍼니스의 승온 속도가 너무 빠른 경우에는 급격한 온도 상승에 의해 LiFePO4 전구체에 열적 스트레스(thermal stress)가 가해질 수 있으므로 상기 범위의 승온 속도로 퍼니스의 온도를 올리는 것이 바람직하다. 이때 퍼니스 내의 압력은 상압을 유지하는 것이 바람직하다. The LiFePO 4 precursor is charged to a furnace, such as an electric furnace, and raised to the desired heat treatment temperature. In this case it is preferred heating rate of the furnace of about 2~50 ℃ / min, if the heating rate of the furnace is too slow, long that the productivity is poor so fast heating rate of the furnace, the LiFePO 4 by a rapid temperature rise Since thermal stress can be applied to the precursor, it is desirable to raise the temperature of the furnace at a rate of temperature rise within this range. At this time, the pressure in the furnace is preferably maintained at atmospheric pressure.

퍼니스의 온도가 목표하는 열처리 온도로 상승하면, 일정 시간(예컨대, 1∼48시간)을 유지한다. 상기 열처리는 수소(H2) 또는 수소(H2) 혼합가스와 같은 환원성 가스 분위기 또는 아르곤(Ar), 질소(N2)과 같은 비활성 가스 분위기에서 수행하는 것이 바람직하다. 열처리 온도에서 일정 시간을 유지시키게 되면 LiFePO4 양극 활물질을 얻을 수가 있다. When the temperature of the furnace rises to the target heat treatment temperature, a constant time (for example, 1 to 48 hours) is maintained. The heat treatment is preferably performed in a reducing gas atmosphere such as hydrogen (H 2 ) or hydrogen (H 2 ) mixed gas or in an inert gas atmosphere such as argon (Ar) and nitrogen (N 2 ). Maintaining a predetermined time at the heat treatment temperature can obtain a LiFePO 4 positive electrode active material.

상기 열처리 온도는 500∼900℃ 정도인 것이 바람직한데, 열처리 온도가 너무 높은 경우에는 리튬(Li)이 휘발될 가능성이 있고 입자 성장이 일어나서 기계적 물성이 저하될 수 있으며, 열처리 온도가 너무 낮은 경우에는 LiFePO4 전구체가 LiFePO4 양극 활물질로 미처 변환되지 않을 수 있으므로 상기 범위의 열처리 온도에서 열처리하는 것이 바람직하다. 열처리 동안에 유기물인 세틸트리메틸암모늄브로마이드(CTAB)은 태워져서 제거되며, 세틸트리메틸암모늄브로마이드(CTAB)가 위치된 자리(site)에는 기공(pore)이 형성되게 된다. Preferably, the heat treatment temperature is about 500 to 900 ° C. If the heat treatment temperature is too high, lithium (Li) may volatilize, grain growth may occur, and mechanical properties may decrease. When the heat treatment temperature is too low, Since the LiFePO 4 precursor may not be converted into the LiFePO 4 cathode active material, heat treatment at the heat treatment temperature in the above range is preferable. During heat treatment, the organic material cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) is burned off, and pores are formed at sites where cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) is located.

열처리 공정을 수행한 후, 상기 퍼니스 온도를 하강시켜 LiFePO4 양극 활물질을 언로딩한다. 상기 퍼니스 냉각은 퍼니스 전원을 차단하여 자연적인 상태로 냉각되게 하거나, 임의적으로 온도 하강률(예컨대, 10℃/min)을 설정하여 냉각되게 할 수도 있다. 퍼니스 온도를 하강시키는 동안에도 퍼니스 내부의 압력은 일정하게 유지하는 것이 바람직하다. After performing the heat treatment process, the furnace temperature is lowered to unload the LiFePO 4 cathode active material. The furnace cooling may be effected by shutting down the furnace power source to cool it in a natural state, or optionally by setting a temperature decreasing rate (for example, 10 DEG C / min). It is preferable to keep the pressure inside the furnace constant even while the furnace temperature is being lowered.

상기와 같은 방법으로 제조된 LiFePO4 양극 활물질은 리튬이온전지의 양극으로 사용될 수 있다. 리튬이온전지의 양극은 통상적인 방법에 따라 LiFePO4 양극 활물질을 바인더 및 도전재와 함께 혼합하여 전극을 제조할 수 있다. 상기와 같은 리튬이온전지의 양극 제조방법은 일반적으로 알려져 있는 방법을 이용할 수 있으며, 특별히 한정되는 것은 아니다. LiFePO4 양극 활물질을 이용하여 제조된 양극은 리튬이온전지에 사용될 수 있다. The LiFePO 4 positive electrode active material prepared by the above method may be used as a positive electrode of a lithium ion battery. The positive electrode of a lithium ion battery may be prepared by mixing a LiFePO 4 positive electrode active material with a binder and a conductive material according to a conventional method. As a method of manufacturing a cathode of a lithium ion battery as described above, a generally known method may be used, and it is not particularly limited. A cathode prepared using a LiFePO 4 cathode active material may be used in a lithium ion battery.

이렇게 제조된 리튬이온전지용 LiFePO4 양극 활물질은, 구형 구조의 입자를 가지며, 상기 입자의 표면 및 벌크에 2∼300㎚의 직경을 갖는 복수의 기공들이 분포되어 다공성을 나타내고, 상기 입자의 평균 입경이 1∼20㎛ 정도이다. 상기 구형 구조의 입자는 1∼50%의 기공율을 가지며, 상기 구형 구조 입자의 비표면적은 0.1∼100㎡/g 범위 일 수 있다.The LiFePO 4 positive electrode active material for a lithium ion battery prepared as described above has particles having a spherical structure, and a plurality of pores having a diameter of 2 to 300 nm are distributed on the surface and bulk of the particles, indicating porosity, and the average particle diameter of the particles It is about 1-20 micrometers. The spherical structure particles have a porosity of 1 to 50%, and the specific surface area of the spherical structure particles may range from 0.1 to 100 m 2 / g.

리튬이온전지용 LiFePO4 양극 활물질은 리튬이온전지에 사용되는 경우에 충전 또는 방전 동작에 따라 상기 복수의 기공들을 통해 상기 입자의 표면 및 벌크 모두에서 양이온의 삽입 또는 탈리가 가능하다. LiFePO4 양극 활물질의 표면 뿐만 아니라 벌크(vulk)에 형성된 기공들을 따라 LiFePO4 양극 활물질의 내부 깊숙한 위치에서도 양이온의 삽입과 탈리 과정이 일어날 수 있다.
LiFePO 4 positive electrode active material for a lithium ion battery is capable of inserting or detaching cations on both the surface and bulk of the particles through the plurality of pores according to a charging or discharging operation when used in a lithium ion battery. Only the surface of LiFePO 4 as the positive electrode active material may permit insertion and desorption processes of the cation in the deep interior position of the cathode active material LiFePO 4 according to the pores formed in the bulk (vulk).

이하에서, 본 발명에 따른 실험예를 제시한다.Hereinafter, experimental examples according to the present invention are presented.

<실험예 1><Experimental Example 1>

에탄올 35㎖에 세틸트리메틸암모늄브로마이드(CTAB) 1∼5g을 용해시키고, 여기에 리튬계 염인 리튬아세테이트(lithium acetate) 2.86g을 용해시킨 후, 철계 염인 질산철(iron nitrate) 11.31g을 용해시킨 다음, 인산계 염인 인산 3.2g을 넣고 균일하게 혼합하여 투명한 노란색의 혼합용액을 만들었다. 이때, 리튬(Li), 철(Fe) 및 인(P)이 몰비로 1:1:1의 비율로 혼합될 수 있도록 리튬아세테이트, 질산철 및 인산의 함량을 조절하였다.Dissolve 1-5 g of cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) in 35 ml of ethanol, dissolve 2.86 g of lithium acetate, lithium salt, and dissolve 11.31 g of iron nitrate, iron salt. , 3.2 g of phosphoric acid, phosphate salt, was added and mixed uniformly to form a clear yellow mixed solution. At this time, the content of lithium acetate, iron nitrate and phosphoric acid was adjusted so that lithium (Li), iron (Fe) and phosphorus (P) can be mixed in a ratio of 1: 1: 1.

균일하게 혼합된 혼합용액을 반응기에 넣고 덮개로 덮어 밀봉하였다. The homogeneously mixed solution was placed in a reactor and sealed with a cover.

가열수단을 이용하여 상기 반응기의 온도를 에탄올의 끓는점 보다 높은 160℃의 반응온도로 상승시키고, 상기 반응온도에서 7시간 동안 유지하여 리튬계 염, 철계 염 및 인산계 염을 반응시켰다. The temperature of the reactor was raised to a reaction temperature of 160 ° C. higher than the boiling point of ethanol by using heating means, and maintained at the reaction temperature for 7 hours to react lithium salts, iron salts and phosphate salts.

160℃의 온도에서 7시간을 유지하여 충분한 반응이 이루어지게 한 다음, 반응기의 온도를 상온으로 냉각시켜 연두색의 침전물을 얻었다. The reaction was maintained at a temperature of 160 ° C. for 7 hours to allow sufficient reaction to occur, and then the reactor temperature was cooled to room temperature to obtain a light green precipitate.

상기 침전물을 선택적으로 분리해 내었다. 상기 침전물은 원심분리 방법으로 선택적으로 분리해 내었다. The precipitate was selectively separated off. The precipitate was selectively separated off by centrifugation.

선택적으로 분리한 침전물을 에탄올로 2회 세정하였다. 상기 세정은 300㎖의 증류수에 침전물을 담그고 3800rpm의 교반 속도로 10분 동안 교반하는 과정으로 이루어졌다. The selectively separated precipitate was washed twice with ethanol. The washing consisted of dipping the precipitate in 300 ml of distilled water and stirring for 10 minutes at a stirring speed of 3800 rpm.

세정 후에는 건조 오븐에서 80℃의 온도로 24시간 동안 건조 공정을 수행하였다. After the cleaning, the drying process was performed in a drying oven at a temperature of 80 DEG C for 24 hours.

건조 공정을 거친 침전물을 전기로에 장입하고, 5℃/min의 승온 속도로 600℃의 온도까지 승온한 후, 수소(H2) 가스 2%와 아르곤(Ar) 가스 98%의 혼합 가스 분위기에서 12시간 동안 열처리하여 구형의 LiFePO4 양극 활물질을 수득하였다.
And then charged to the drying step, coarse precipitates in an electric furnace, and heated to a temperature of 600 ℃ at a heating rate of 5 ℃ / min, in the hydrogen (H 2) gas of 2% with argon (Ar), a mixed gas atmosphere of a gas of 98% 12 Heat treatment for a time to obtain a spherical LiFePO 4 positive electrode active material.

도 3은 실험예 1에 따라 유기용매로 에탄올이 사용되는 경우에 반응기 내에서의 온도에 따른 증기압 곡선을 보여주는 그래프이다. 3 is a graph showing a vapor pressure curve according to the temperature in the reactor when ethanol is used as the organic solvent according to Experimental Example 1.

도 4는 실험예 1에 따라 제조된 LiFePO4 양극 활물질의 X-선 회절(X-ray diffraction; XRD) 패턴을 보여주는 그래프이다. 4 is a graph showing an X-ray diffraction (XRD) pattern of a LiFePO 4 positive electrode active material prepared according to Experimental Example 1. FIG.

도 4를 참조하면, 실험예 1에 따라 제조된 LiFePO4 양극 활물질은 LiFePO4 결정상을 갖는 것을 확인할 수 있었다.Referring to FIG. 4, it was confirmed that the LiFePO 4 cathode active material prepared according to Experimental Example 1 had a LiFePO 4 crystal phase.

도 5 내지 도 10은 실험예 1에 따라 제조된 LiFePO4 양극 활물질을 보여주는 주사전자현미경(SEM) 사진들이다. 도 5는 세틸트리메틸암모늄브로마이드(CTAB)이 1g 사용된 경우이고, 도 6은 세틸트리메틸암모늄브로마이드(CTAB)이 2g 사용된 경우이며, 도 7은 세틸트리메틸암모늄브로마이드(CTAB)이 3g 사용된 경우이고, 도 8은 세틸트리메틸암모늄브로마이드(CTAB)이 4g 사용된 경우이며, 도 9는 세틸트리메틸암모늄브로마이드(CTAB)이 5g 사용된 경우이다. 도 10은 도 6을 확대하여 보여주는 주사전자현미경(SEM) 사진이다. 5 to 10 are scanning electron microscope (SEM) images showing a LiFePO 4 positive electrode active material prepared according to Experimental Example 1. FIG. 5 is a case where 1 g of cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) is used, FIG. 6 is a case where 2 g of cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) is used, and FIG. 7 is a case where 3 g of cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) is used. 8 illustrates a case where 4 g of cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) is used, and FIG. 9 illustrates a case where 5 g of cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) is used. FIG. 10 is a scanning electron microscope (SEM) photograph showing an enlarged view of FIG. 6.

도 5 내지 도 10을 참조하면, LiFePO4 양극 활물질은, 구형 구조의 입자를 가지며, 상기 입자의 표면 및 벌크에 100∼300㎚의 직경을 갖는 복수의 기공들이 분포되어 다공성을 나타내고, 입자의 입경이 1∼20㎛ 정도인 것을 확인할 수 있었다. 또한, 세틸트리메틸암모늄브로마이드(CTAB)의 함량이 증가함에 따라 LiFePO4 양극 활물질의 입자 직경이 증가하는 것을 확인할 수 있었다.
5 to 10, the LiFePO 4 positive electrode active material has particles having a spherical structure, and a plurality of pores having a diameter of 100 to 300 nm are distributed on the surface and bulk of the particles, indicating porosity, and the particle diameter of the particles. It was confirmed that it was about 1-20 micrometers. In addition, it was confirmed that the particle diameter of the LiFePO 4 positive electrode active material increased as the content of cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) increased.

이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, This is possible.

100: 반응기 110: 덮개
120: 교반기 130: 혼합용액
100: reactor 110: cover
120: stirrer 130: mixed solution

Claims (9)

리튬계 염, 철계 염, 인산계 염 및 세틸트리메틸암모늄브로마이드를 유기용매에 용해시키는 단계;
내부를 밀폐할 수 있는 반응기에 리튬계 염, 철계 염, 인산계 염 및 세틸트리메틸암모늄브로마이드의 혼합용액을 넣고 상기 반응기를 덮개로 덮어 밀봉하는 단계;
밀폐된 상기 반응기를 가열하여 유기용매의 끓는점과 같거나 유기용매의 끓는점 보다 높은 목표 반응온도로 상승시키는 단계;
상기 목표 반응온도에서 상기 반응기의 온도를 유지함에 따라, 상기 세틸트리메틸암모늄브로마이드는 친수성기가 내측에 위치하고 소수성기가 외측에 위치하는 역 마이셀을 형성하며, 리튬계 염, 철계 염 및 인산계 염이 반응하여 구형의 LiFePO4 전구체가 형성되면서 상기 소수성기 주변에 분포되어 상기 역 마이셀을 둘러싸는 구조를 이루고, 반응이 진행됨에 따라 상기 LiFePO4 전구체가 점차 성장되면서 구형 입자 구조를 갖게 되고, 비중차에 의해 상기 반응기의 바닥에 첨전되는 단계;
상기 반응기의 바닥에 가라앉은 구형의 LiFePO4 전구체인 침전물을 선택적으로 분리해 내는 단계;
선택적으로 분리해낸 상기 침전물을 세정 및 건조하는 단계; 및
건조된 침전물을 열처리하여 LiFePO4 양극 활물질을 수득하는 단계를 포함하며,
첨가되는 상기 세틸트리메틸암모늄브로마이드의 함량에 따라 상기 침전물의 크기가 조절되는 것을 특징으로 하는 리튬이온전지용 LiFePO4 양극 활물질의 제조방법.
Dissolving lithium salt, iron salt, phosphate salt and cetyltrimethylammonium bromide in an organic solvent;
Putting a mixed solution of lithium salt, iron salt, phosphate salt and cetyltrimethylammonium bromide into a reactor capable of sealing the inside, and sealing the reactor with a cover;
Heating the sealed reactor to raise a target reaction temperature equal to or higher than the boiling point of the organic solvent;
As the temperature of the reactor is maintained at the target reaction temperature, the cetyltrimethylammonium bromide forms an inverted micelle in which a hydrophilic group is located inside and a hydrophobic group is located outside, and lithium salt, iron salt, and phosphate salt react with each other. As the spherical LiFePO 4 precursor is formed, it is distributed around the hydrophobic group to form a structure surrounding the reverse micelle, and as the reaction proceeds, the LiFePO 4 precursor gradually grows to have a spherical particle structure, and the reactor is caused by specific gravity difference. Electrified at the bottom of the;
Selectively separating out the precipitate which is a spherical LiFePO 4 precursor that sank to the bottom of the reactor;
Washing and drying the precipitate which has been selectively separated; And
Heat treating the dried precipitate to obtain a LiFePO 4 positive electrode active material,
The method of manufacturing a LiFePO 4 positive electrode active material for a lithium ion battery, characterized in that the size of the precipitate is adjusted according to the content of the cetyltrimethylammonium bromide added.
제1항에 있어서, 상기 리튬계 염은 리튬아세트산염, 리튬탄산염, 리튬염화물, 리튬수산화물, 리튬질산염 및 리튬황산염 중에서 선택된 1종 이상의 염이고,
상기 철계 염은 철 염화물, 철 황산염, 철 시트로산염 및 철 질산염 중에서 선택된 1종 이상의 염이며,
상기 인산계 염은 인산암모늄 및 인산 중에서 선택된 1종 이상의 염인 것을 특징으로 하는 리튬이온전지용 LiFePO4 양극 활물질의 제조방법.
The method of claim 1, wherein the lithium salt is at least one salt selected from lithium acetate, lithium carbonate, lithium chloride, lithium hydroxide, lithium nitrate and lithium sulfate,
The iron salt is at least one salt selected from iron chloride, iron sulfate, iron citrate and iron nitrate,
The phosphate salt is a method for producing a LiFePO 4 positive electrode active material for a lithium ion battery, characterized in that at least one salt selected from ammonium phosphate and phosphoric acid.
제1항에 있어서, 상기 유기용매로 에탄올을 사용하고, 상기 목표 반응온도는 78∼200℃로 설정하는 것을 특징으로 하는 리튬이온전지용 LiFePO4 양극 활물질의 제조방법.
According to claim 1, using ethanol as the organic solvent, and the target reaction temperature process for producing a lithium ion battery positive electrode active material is LiFePO 4, characterized in that set to 78~200 ℃.
제1항에 있어서, 상기 유기용매로 에틸렌글리콜을 사용하고, 상기 목표 반응온도는 198∼300℃로 설정하는 것을 특징으로 하는 리튬이온전지용 LiFePO4 양극 활물질의 제조방법.
The method of claim 1, wherein the organic solvent using a glycol, wherein the production of the target reaction temperature of the lithium ion battery positive electrode characterized in that LiFePO 4 is set to 198~300 ℃ active material.
제1항에 있어서, 상기 열처리는 500∼900℃의 온도에서 환원성 가스 분위기 또는 비활성 가스 분위기에서 수행하는 것을 특징으로 하는 리튬이온전지용 LiFePO4 양극 활물질의 제조방법.
The method of claim 1, wherein the heat treatment is a lithium ion battery, characterized in that at a temperature of 500~900 ℃ in a reducing gas atmosphere or inert gas atmosphere LiFePO 4 method of producing a positive electrode active material.
제1항에 있어서, 건조된 침전물을 미분화하고 균일한 입도를 갖게 하면서 상기 세정 공정에서 미처 제거되지 않은 염(salt) 성분을 제거하기 위하여 상기 열처리 전에 습식 분쇄하는 단계를 더 포함하는 리튬이온전지용 LiFePO4 양극 활물질의 제조방법.
The method of claim 1, further comprising the step of wet grinding prior to the heat treatment to remove the salt component that is not removed in the cleaning process while micronizing the dried precipitate to have a uniform particle size LiFePO for lithium ion battery 4 Method for producing a positive electrode active material.
제1항에 기재된 방법으로 제조되고, 구형 구조의 입자를 가지며, 상기 입자의 표면 및 벌크에 2∼300㎚의 직경을 갖는 복수의 기공들이 분포되어 다공성을 나타내고, 상기 입자의 평균 입경이 1∼20㎛이며, 충전 또는 방전 동작에 따라 상기 복수의 기공들을 통해 상기 입자의 표면 및 벌크 모두에서 양이온의 삽입 또는 탈리가 가능한 리튬이온전지용 LiFePO4 양극 활물질.
It is produced by the method according to claim 1, has a spherical structure, a plurality of pores having a diameter of 2 ~ 300nm on the surface and bulk of the particles are distributed to show porosity, the average particle diameter of the particles 1 ~ 20 μm, the LiFePO 4 positive electrode active material for a lithium ion battery capable of inserting or detaching cations on both the surface and the bulk of the particles through the plurality of pores according to a charging or discharging operation.
제7항에 있어서, 상기 구형 구조의 입자는 1∼50%의 기공율을 갖는 것을 특징으로 하는 리튬이온전지용 LiFePO4 양극 활물질.
The LiFePO 4 positive electrode active material of claim 7, wherein the spherical particles have a porosity of 1 to 50%.
제7항에 있어서, 상기 구형 구조 입자의 비표면적은 0.1∼100㎡/g 범위인 것을 특징으로 리튬이온전지용 LiFePO4 양극 활물질.8. The LiFePO 4 positive electrode active material for lithium ion batteries according to claim 7, wherein the specific surface area of the spherical structure particles is in the range of 0.1 to 100 m 2 / g.
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