KR20130121515A - 리튬 이온 전지용 전극 조성물 및 이의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 리튬 이온 전지용 전극 조성물에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 금속 헥사시아노퍼레이트 나노입자를 포함하는 리튬 이온 전지용 전극 조성물 및 이의 제조 방법에 대한 것이다.
Description
본 발명은 리튬 이온 전지용 전극 조성물에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 금속 헥사시아노퍼레이트 나노입자를 포함하는 리튬 이온 전지용 전극 조성물 및 이의 제조 방법에 대한 것이다.
리튬 이온 전지는 전자장치에서 가장 널리 쓰이는 전지이다. 전기적 저장장치에서 가역적으로 이온을 삽입/제거(insertion/extraction)할 수 있는 저비용의 전극 재료를 제조하는 것이 매우 중요하다.
따라서 최근 전지에 대한 연구 및 상업적 개발은 저비용이면서 친환경적인 방법에 의해 제작되는 새로운 음극 및 양극 전극 재료를 도입하는 것이 주된 목적이다.
리튬 이온 전지용 잠재적 전극으로서 다양한 금속 산화물 나노입자들에 대해 광범위하게 연구되고 있지만[(a) Bruce, P. G.; Scrosati, B.; Tarascon, J. -M. Angew. Chem. Int. Ed. 2008, 47, 2930-2946. (b) Piao, Y.; Kim, H. S.; Sung, Y.-E.; Hyeon, T. Chem. Commun. 2010, 46, 118-120. (c) Han, S.; Jang, B.; Kim, T.; Oh, S. M.; Hyeon, T. Adv. Funct. Mater. 2005, 15, 1845-1850], 이러한 금속 산화물 나노입자의 경우에는 어렵고 복잡한 제조 공정과 느린 충전속도로 인한 문제점이 존재한다[(a) Zhang, W.-M.; Wu, X.-L.; Hu, J.-S.; Guo, Y.-G.; Wan, L.-J. Adv. Funct. Mater. 2008, 18, 3941-3946. (b) Scrosati, B.; Hassoun, J.; Sun, Y.-K. Energy Environ. Sci. 2011, 4, 3287-3295. (c) Liu, Y.; Liu, D.; Zhang, Q.; Cao, G. J. Mater. Chem. 2011, 21, 9969-9983].
또한, 가장 널리 사용되는 LiCoO2를 포함하는 일부 양극 재료는 비용과 안전의 측면에서 볼 때 고전력(high power) 분야에 대한 엄격한 요구 조건을 만족시키지 못하고 있다[(a) Zhou, Y.; Wang, J.; Hu, Y.; O'Hayre, R.; Shao, Z. Chem. Commun. 2010, 46, 7151-7153. (b) Choi, S. H.; Kim, J.; Yoon, Y. S. J. Power Sources 2004, 138, 360-363. (c) Nazri, G.-A.; Pistoia, G. Lithium Batteries: Science and Technology, Springer 2009].
다양한 나노구조 재료 중에서, 나노미터 크기의 금속-유기물 프레임웍(metal-organic framework (MOF))이 독특한 물성 및 촉매, 약물 전달, 가스 저장 및 정제와 같은 다양한 분야에 적용할 수 있는 잠재적인 가능성으로 인하여 점점 관심을 끌고 있다[(a) Murray, L. J.; Dinca, M.; Long, J. R. Chem. Soc. Rev. 2009, 38, 1294-1314. (b) Dhakshinamoorthy, A.; Alvaro, M.; Garcia, H. Catal. Sci. Technol. 2011, 1, 856-867. (c) Yoon, M.; Srirambalaji, R.; Kim, K. Chem. Rev. 2012, 112, 1196-1231. (d) Rocca, J. D.; Liu, D.; Lin, W. Acc. Chem. Res. 2011, 44, 957-968].
MOF는 분자나 이온이 삽입될 수 있는, 조절가능한 기공(pore)을 갖고 있기 때문에, 가능한 새로운 전극 후보로 인정될 수 있다. 더욱이, 상기 기공은, 리간드 분자나 금속 이온을 교체함으로써 용이하게 제어될 수 있다.
프러시안 블루 유사체들(Prussian blue analogues), 혼성원자가 금속 헥사시아노퍼레이트(mixed-valence metal hexacyanoferrate (MHCF))와 같은 다공성 배위중합체(coordination polymer)는, 이러한 개방형 프레임웍 구조체에 대한 기본형(prototype) 재료이다. 이러한 MHCF는 일반적으로 간단한 합성 과정을 통해 제조되고, MHCF의 물리적 성질은 잘 밝혀져 있다.
MHCF는 화학식 KxMII y[FeIII(CN)6]로 표시되는, 물을 포함하는 고체상 화합물이다. MHCF의 구조는 면심입방구조이고, 두 가지 다른 금속(M) 중심인 M2 +와 M3 +가 CN-에 의해 브리지되어 있다[(a) Uemura, T.; Kitagawa, S. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 7814-7815. (b) MacGillivray, L. R. Metal-Organic Frameworks: Design and Application, Wiley 2010. (c) Larionova, J.; Guari, Y.; Sangregorio, C.; Guerin, C. New J. Chem. 2009, 33, 1177-1190].
3차원적으로 연결된 다공성 프러시안 블루 유사체 내부로 다양한 양이온들(예를 들면, K+, Na+ 및 Li+)의 삽입 및 제거는 여러 가지 전기화학반응에 있어서 중요하다[(a) Neff, V. D. J. Electrochem. Soc. 1978, 125, 886-887. (b) Eftekhari, A. J. Power Sources 2004, 132, 291-295. (c) Itaya, K.; Uchida, I.; Neff, V. D. Acc. Chem. Res. 1986, 19, 162-168. (d) Stilwell, D. E.; Park, K. H.; Miles, M. H. J. Appl. Electrochem. 1992, 22, 325-331].
단단한(rigid) MHCF의 개방형 프레임웍 구조는 몇 가지 장점을 제공하는데, 실리콘 합금 및 금속 산화물과 같이 더 광범위하게 연구된 대체 전지 전극 재료와 대비하여 더 큰 내구성 및 더 빠른 반응속도(kinetics)가 이에 해당한다[(a) Okubo, M.; Asakura, D.; Mizuno, Y.; Kim, J.-D.; Mizokawa, T.; Kudo, T.; Honma, I. J. Phys. Chem. Lett. 2010, 1, 2063-2071. (b) Karyakin, A. A. Electroanalysis 2001, 13, 813-819. (c) Eftekhari, A. J. Power Sources 2004, 126, 221-228].
또한, 이러한 특성은, 그리드-스케일(grid-scale) 전지 및 하이브리드 전기 차량을 포함하는 전기에너지 저장 장치의 중요한 특징인 신속한 충전 속도를 가능케 한다[(a) Kang, B.; Ceder, G. Nature 2009, 458, 190-193. (b) Yang, Z.; Zhang, J.; Kintner-Meyer, M. C. W.; Lu, X.; Choi, D.; Lemmon, J. P.; Liu, J. Chem. Rev. 2011, 111, 3577-3613. (c) Zhang, H.; Yu, X.; Braun, P. V. Nat. Nanotech. 2011, 6, 277-281].
실제로, 저렴한 금속 헥사시아노퍼레이트 프레임웍은 대규모 고정형 에너지 저장 및 상업적 관점에서의 전지의 응용을 위한 전극으로서 사용되기에 매우 유망한 재료이다[(a) Xu, K. Chem. Rev. 2004, 104, 4303-4417. (b) Soloveichik, G. L. Annu. Rev. Chem. Biomol. Eng. 2011, 2, 503-527. (c) Dunn, B.; Kamath, H.; Tarascon, J.-M. Science 2011, 334, 928-935. (d) Lee, H.-W.; Muralidharan, P.; Ruffo, R.; Mari, C. M.; Cui, Y.; Kim, D. K. Nano. Lett. 2010, 10, 3852-3856. (e) Hochbaum, A. I.; Yang, P. Chem. Rev. 2010, 110, 527-546].
그러나 현재까지 금속 헥사시아노퍼레이트 나노입자를 리튬 이온 전지에 적용한 예가 보고된 바 없다.
본 발명자들은 금속 헥사시아노퍼레이트 나노입자를 리튬 이온 전지의 전극 재료로 사용할 수 있음에 착안하여 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
본 발명의 목적은 금속 헥사시아노퍼레이트 나노입자를 포함하는 리튬 이온 전지용 전극 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 (i) 금속염와 헥사시아노퍼레이트를 물 내에서 반응시켜 금속 헥사시아노퍼레이트 나노입자를 합성하는 단계; 및 (ii) 상기 금속 헥사시아노페레이트 나노입자를 전도성 입자 및 결합제와 혼합하는 단계를 포함하는, 리튬 이온 전지용 전극 조성물 제조 방법을 제공하는 것이다.
전술한 본 발명의 목적은 금속 헥사시아노퍼레이트 나노입자를 포함하는 리튬 이온 전지용 전극 조성물을 제공함으로써 달성될 수 있다.
본 발명의 리튬 이온 전지용 전극 조성물은, 메탈 헥사시아노퍼레이트 나노입자의 높은 속도 용량(rate capability)으로 인하여 그리드-스케일 전지 및 하이브리드 전기차량을 포함하는 전기에너지 저장 장치용 전극 재료로 사용될 수 있다.
본 발명의 전극 조성물은 리튬 이온 전지의 양극과 음극에 모두 적용할 수 있다. 본 발명의 전극 조성물에 포함되는 금속 헥사시아노퍼레이트는 니켈, 코발트, 망간, 아연, 철 또는 구리의 헥사시아노퍼레이트일 수 있다.
또한, 상기 금속 헥사시아노퍼레이트 나노입자의 크기를 달리 하여도 리튬 이온 전지의 성능은 동일하게 유지된다. 바람직하게는, 상기 금속 헥사시아노퍼레이트 나노입자의 크기가 25 nm 내지 50 nm이다.
본 발명의 전극 조성물은, 리튬 이온 전지의 전극에 사용되는 것으로 알려져 있는 전도성 입자 및 결합제를 추가로 포함할 수 있다. 상기 전도성 입자는 카본 블랙일 수 있고, 상기 결합제는 폴리비닐리덴플루오라이드일 수 있다.
전술한 본 발명의 또 다른 목적은 (i) 금속염와 헥사시아노퍼레이트를 물 내에서 반응시켜 금속 헥사시아노퍼레이트 나노입자를 합성하는 단계; 및 (ii) 상기 금속 헥사시아노페레이트 나노입자를 전도성 입자 및 결합제와 혼합하는 단계를 포함하는, 리튬 이온 전지용 전극 조성물 제조 방법을 제공함으로써 달성될 수 있다.
본 발명의 방법에 사용되는 금속염은 금속 아세테이트(metal acetate)일 수 있고, 상기 금속은 니켈, 코발트, 망간, 아연, 철 또는 구리로부터 선택될 수 있다. 또한, 본 발명의 방법에 사용되는 상기 금속 헥사시아노퍼레이트는 K3[Fe(CN)6]일 수 있다.
상기 (i)단계에서, 상기 금속염과 상기 헥사시아노퍼레이트와의 비율과 무관하게 금속 헥사시아노퍼레이트 나노입자를 합성할 수 있다. 이 경우에 상기 나노입자에 포함되는 원소들의 비율이 달라질 뿐이다.
본 발명의 방법의 (i)단계에서, 물의 양을 변화시켜 상기 금속 헥사시아노퍼레이트 나노입자의 크기를 조절할 수 있고, 이렇게 제조된 금속 헥사시아노퍼레이트 나노입자의 크기는 25 nm 내지 50 nm일 수 있다. 보다 상세하게는, 상기 (i)단계에서 반응물들에 대한 물의 상대적인 비율을 늘리면, 생성되는 금속 헥사퍼레이트 나노입자의 크기가 감소한다. 이때, 상기 (i)단계의 반응온도는 30℃ 내지 90℃인 것이 바람직하다.
본 발명의 방법에 사용되는 상기 전도성 물질은 카본 블랙일 수 있고, 상기 결합제는 폴리비닐리덴플루오라이드일 수 있다.
본 발명의 방법에 따르면, 간단하고 경제적인 방법에 의해 금속 헥사시아노퍼레이트 나노입자를 포함하는 리튬 이온 전지용 전극 조성물을 대량으로 생산할 수 있다. 또한, 본 발명의 방법에 의해 다양한 금속 헥사시아노퍼레이트 나노입자를 포함하는 리튬 이온 전지용 전극 조성물을 제조할 수 있다.
본 발명의 전극 조성물을 사용하면, 매우 높은 전류 밀도에서 매우 안정한 용량을 갖는 리튬 이온 전지를 제조할 수 있다.
또한, 본 발명의 전극 조성물은 제조가 용이하고 비용이 적게 들며, 상업적 규모로 스케일-업이 용이한 장점을 갖는다.
또한, 본 발명의 리튬 이온 전지용 전극 조성물 제조 방법은 아무런 제약 없이 대량생산에 적용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예 1 및 실시예 2에서 합성한 니켈 헥사시아노퍼레이트 나노입자(도 1a) 및 코발트 헥사시아노퍼레이트 나노입자(도 1b)에 대한 TEM 사진이다.
도 2는 본 발명의 니켈 헥사시아노퍼레이트 나노입자 및 코발트 헥사시아노퍼레이트 나노입자에 대한 X-선 회절 패턴을 보여 준다.
도 3은 본 발명의 니켈 헥사시아노퍼레이트 나노입자(도 3a) 및 코발트 헥사시아노퍼레이트 나노입자(도 3b)에 대한 XPS 스펙트럼을 보여 준다.
도 4는 본 발명의 니켈 헥사시아노퍼레이트 나노입자 및 코발트 헥사시아노퍼레이트 나노입자에 대한 ATR-IR 스펙트럼이다.
도 5 본 발명의 니켈 헥사시아노퍼레이트 나노입자(도 5a) 및 코발트 헥사시아노퍼레이트 나노입자(도 5b)에 대한 열중량 분석(TGA) 곡선이다.
도 6a는 100 mA g-1의 전류 밀도에서 초기 3 사이클 이후, 1000 mA g-1의 전류 밀도에서 니켈 헥사시아노퍼레이트 나노입자의 사이클 성능(Cycling performance)을 보여 준다. 도 6a의 삽입도는 초기 10 사이클을 보여 준다. ○은 리튬첨가(lithiation) 과정이고, ●은 리튬제거(delithiation) 과정을 나타낸다. 도 6b는 100 mA g-1의 전류 밀도(적색, 두번째 사이클) 및 1000 mA g-1의 전류 밀도(청색, 다섯번째 사이클)에서의 니켈 헥사시아노퍼레이트 나노입자의 충전-방전 프로파일을 나타낸다.
도 7a는, 0.1 mV s-1의 스캐닝 속도(scanning rate)에서 2.0 V 내지 4.3 V(vs. Li/Li+) 전압 범위에서의 니켈 헥사시아노퍼레이트 나노입자의 순환 전압전류법(cyclic voltammogram) 결과이고, 도 7b는 0.01 V 내지 3.0 V(vs. Li/Li+) 전압 범위 및 200 mA g-1의 전류 밀도에서 코발트 헥사시아노퍼레이트 나노입자의 충전-방전 프로파일이다.
도 8a는 100 mA g-1의 전류 밀도에서 초기 3 사이클 이후, 1000 mA g-1의 전류 밀도에서 코발트 헥사시아노퍼레이트 나노입자의 사이클 성능(Cycling performance)을 보여 준다. ○은 리튬첨가(lithiation) 과정이고, ●은 리튬제거(delithiation) 과정을 나타낸다. 도 8b는 100 mA g-1의 전류 밀도(적색, 두번째 사이클) 및 1000 mA g-1의 전류 밀도(청색, 다섯번째 사이클)에서의 코발트 헥사시아노퍼레이트 나노입자의 충전-방전 프로파일을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 니켈 헥사시아노퍼레이트 나노입자 및 코발트 헥사시아노퍼레이트 나노입자에 대한 X-선 회절 패턴을 보여 준다.
도 3은 본 발명의 니켈 헥사시아노퍼레이트 나노입자(도 3a) 및 코발트 헥사시아노퍼레이트 나노입자(도 3b)에 대한 XPS 스펙트럼을 보여 준다.
도 4는 본 발명의 니켈 헥사시아노퍼레이트 나노입자 및 코발트 헥사시아노퍼레이트 나노입자에 대한 ATR-IR 스펙트럼이다.
도 5 본 발명의 니켈 헥사시아노퍼레이트 나노입자(도 5a) 및 코발트 헥사시아노퍼레이트 나노입자(도 5b)에 대한 열중량 분석(TGA) 곡선이다.
도 6a는 100 mA g-1의 전류 밀도에서 초기 3 사이클 이후, 1000 mA g-1의 전류 밀도에서 니켈 헥사시아노퍼레이트 나노입자의 사이클 성능(Cycling performance)을 보여 준다. 도 6a의 삽입도는 초기 10 사이클을 보여 준다. ○은 리튬첨가(lithiation) 과정이고, ●은 리튬제거(delithiation) 과정을 나타낸다. 도 6b는 100 mA g-1의 전류 밀도(적색, 두번째 사이클) 및 1000 mA g-1의 전류 밀도(청색, 다섯번째 사이클)에서의 니켈 헥사시아노퍼레이트 나노입자의 충전-방전 프로파일을 나타낸다.
도 7a는, 0.1 mV s-1의 스캐닝 속도(scanning rate)에서 2.0 V 내지 4.3 V(vs. Li/Li+) 전압 범위에서의 니켈 헥사시아노퍼레이트 나노입자의 순환 전압전류법(cyclic voltammogram) 결과이고, 도 7b는 0.01 V 내지 3.0 V(vs. Li/Li+) 전압 범위 및 200 mA g-1의 전류 밀도에서 코발트 헥사시아노퍼레이트 나노입자의 충전-방전 프로파일이다.
도 8a는 100 mA g-1의 전류 밀도에서 초기 3 사이클 이후, 1000 mA g-1의 전류 밀도에서 코발트 헥사시아노퍼레이트 나노입자의 사이클 성능(Cycling performance)을 보여 준다. ○은 리튬첨가(lithiation) 과정이고, ●은 리튬제거(delithiation) 과정을 나타낸다. 도 8b는 100 mA g-1의 전류 밀도(적색, 두번째 사이클) 및 1000 mA g-1의 전류 밀도(청색, 다섯번째 사이클)에서의 코발트 헥사시아노퍼레이트 나노입자의 충전-방전 프로파일을 나타낸다.
이하, 다음의 실시예 또는 도면을 들어 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나 다음의 실시예 또는 도면에 대한 설명은 본 발명의 구체적인 실시 태양을 특정하여 설명하고자 하는 것일 뿐이며, 본 발명의 권리 범위를 이들에 기재된 내용으로 한정하거나 제한해석하고자 의도하는 것은 아니다.
실시예
1. 니켈
헥사시아노퍼레이트
(
NiHCF
) 나노입자의 합성
100 ml의 0.1 M Ni(OCOCH3)2 및 이와 동일 당량의 K3[Fe(CN)6] 용액을, 50℃의 탈이온수 100 ml 내에서 격렬히 교반하면서 첨가하였다. 상기 용액을 실온으로 냉각하였다. 고체 생성물을 원심분리를 통하여 분리하였고, 물로 수차례 세척하였으며, 90℃ 및 감압하에서 건조하였다.
실시예
2. 코발트
헥사시아노퍼레이트(CoHCF)
나노입자의 합성
100 ml의 0.1 M Co(OCOCH3)2 및 이와 동일 당량의 K3[Fe(CN)6] 용액을, 50℃의 탈이온수 100 ml 내에서 격렬히 교반하면서 첨가하였다. 상기 용액을 실온으로 냉각하였다. 고체 생성물을 원심분리를 통하여 분리하였고, 물로 수차례 세척하였으며, 90℃ 및 감압하에서 건조하였다.
실시예
3. 니켈 및 코발트
헥사시아노퍼레이트
나노입자의 특성 평가
200 kV에서 JEOL EM-2010 현미경을 사용하여, 실시예 1 및 실시예 2에서 얻은 나노입자의 투과전자현미경(TEM) 사진을 얻었다(도 1a 및 1b). 도 1에 나타나 있듯이, 상기 나노입자들의 평균 크기는 약 20 nm 내지 50 nm이다.
Rigaku Dmax 2500 회절분석기 시스템을 사용하여, 실시예 1 및 실시예 2에서 얻은 나노입자의 X-선 회절 패턴을 얻었다(도 2). 도 2의 X-선 분말 회절 패턴을 보면, 면심입방체인 프러시안 블루 유사체에 대한 지수 200, 220, 400, 420, 422, 440, 600 및 620에서 회절 피크를 나타내었다.
또한, X-선 광전자 분광계(XPS) 데이터를 보면, 상기 나노입자들이 Ni2 + 및 Fe3+로 이루어져 있음을 알 수 있다(도 3a 및 3b).
NiHCF 나노입자 및 CoHCF 나노입자에 대한 ATR-IR 스펙트럼은, 배위 고분자 격자(coordination polymer lattice)에서 특징적인 강한 C≡N 신축 진동(streching vibration)이 2075 cm-1에서 나타남을 보여 준다(도 4).
유도결합 플라즈마 질량분석기(inductively coupled plasma mass spectroscopy, ICP-MS)를 사용한 원소 분석 결과, CHN 분석 및 열질량분석법(thermal gravimetric analysis, TGA)은 NiHCF 및 CoHCF의 형성을 확인해 주었다(도 5a 및 5b).
실시예
4. 전지의 제작 및 평가
양극(cathode)에 적용하기 위하여, 중량비 70:15:15의 NiCHF 나노입자, 카본 블랙(Super P®) 및 폴리비닐리덴플루오라이드를 n-메틸-2-피롤리디논(n-methyl-2-pyrrolidinone)에 용해시킨 슬러리(slurry)를 알루미늄 포일 집전장치(aluminium foil current collector) 위에 코팅하였다.
음극(anode)에 적용하기 위하여, 중량비 70:15:15의 CoHCF 나노입자, 카본 블랙(Super P®) 및 폴리비닐리덴플루오라이드를 n-메틸-2-피롤리디논(n-methyl-2-pyrrolidinone)에 용해시킨 슬러리를 함유하는 슬러리를 구리 포일(copper foil) 위에 코팅하였다.
상대 전극 및 기준 전극으로서 리튬 포일(lithium foil)을 사용하고 전해질로서 에틸렌 카보네이트 및 디에틸 카보네이트(1:1 v/v) 내의 1.0 M의 LiPF6를 사용하여 코인형 반쪽전지(coin-type half cell: 2016형)를 제작하였다.
2.0 V 내지 4.3 V 및 0.01 V 내지 3.0 V의 전압 범위 각각(vs. Li/Li+)에서 정전류 충전-방전 사이클링(galvanostatical charge-discharge cycling)에 의해 NiHCF 나노입자와 CoHCF 나노입자의 전기화학적 성능을 평가하였다. 100 mA g-1의 전류 밀도에서 초기 3 사이클 이후, 1000 mA g-1의 전류 밀도에서 상기 전지를 충전 및 방전시켰다. 양극에 대해 1000 mA g-1의 매우 높은 전류 밀도를 적용하였는데, NiHCF 나노입자의 이론적 용량이 60 mA g-1임을 고려하면, 이는 약 17 C과 동등하다. 100 mA g-1의 전류 밀도에서 NiCHF 나노입자의 가역용량(reversible capacity)은 약 56 mAh g-1이었다. 놀랍게도, 1000 mA g-1의 전류 밀도에서 35 mAh g-1에 달하는 가역용량을 달성하였다(도 6). 초기 200 사이클 동안에 비용량(specific capacity)이 감소하였고, 이후에 안정화되었다. 초기 사이클 동안에, 반응 전위(reaction potential)가 더 낮은 전위로 이동(shift)하였는데, 이는 리튬과 포타슘 간의 반응 전위차로 설명될 수 있다. 리튬의 반응 전위는 포타슘의 반응 전위보다 더 낮고, 용량에 대한 리튬의 상대적인 기여도는 사이클 횟수가 늘어날수록 증가한다. 결과적으로, 총 반응 전위는 사이클이 진행함에 따라 더 낮은 전위로 이동하였다(도 7a).
음극 재료로서 CoHCF 나노입자를 적용하는 경우, 100 mA g-1의 전류 밀도에서 가역용량이 약 544 mAh g-1이었다. 상기 CoHCF 나노입자는 1000 mA g-1의 매우 높은 전류 밀도에서 544 mAh g-1의 매우 안정한 가역용량을 나타내었다(도 8). 첫번째 사이클에서의 비가역적 용량 손실은 전해질 분해 및 고체 전해질 계면(solid electrolyte interface (SEI))층의 형성에 기인한다. CoHCF 나노입자의 충전-방전 프로파일은, 종래에 보고된 금속-유기물 프레임웍-기반 음극 재료에 대한 충전-방전 프로파일과 매우 유사하다(도 7b).
Claims (15)
- 금속 헥사시아노퍼레이트 나노입자를 포함하는 리튬 이온 전지용 전극 조성물.
- 제1항에 있어서, 상기 금속이 니켈, 코발트, 망간, 아연, 철 및 구리로 이루어진 군으로부터 선택되는 것임을 특징으로 하는 리튬 이온 전지용 전극 조성물.
- 제1항에 있어서, 상기 금속 헥사시아노퍼레이트 나노입자의 크기는 25 nm 내지 50 nm인 것임을 특징으로 하는 리튬 이온 전지용 전극 조성물.
- 제1항에 있어서, 추가로 전도성 입자 및 결합제를 포함하는 리튬 이온 전지용 전극 조성물.
- 제4항에 있어서, 상기 전도성 입자는 카본 블랙인 것임을 특징으로 하는 리튬 이온 전지용 전극 조성물.
- 제4항에 있어서, 상기 결합제는 폴리비닐리덴플루오라이드인 것임을 특징으로 하는 리튬 이온 전지용 전극 조성물.
- (i) 금속염와 헥사시아노퍼레이트를 물 내에서 반응시켜 금속 헥사시아노퍼레이트 나노입자를 합성하는 단계; 및
(ii) 상기 금속 헥사시아노페레이트 나노입자를 전도성 입자 및 결합제와 혼합하는 단계를 포함하는,
리튬 이온 전지용 전극 조성물 제조 방법. - 제7항에 있어서, 상기 금속염은 금속 아세테이트(metal acetate)인 것임을 특징으로 하는 리튬 이온 전지용 전극 조성물 제조 방법.
- 제8항에 있어서, 상기 금속은 니켈, 코발트, 망간, 아연, 철 및 구리로 이루어진 군으로부터 선택되는 것임을 특징으로 하는 리튬 이온 전지용 전극 조성물 제조 방법.
- 제7항에 있어서, 상기 금속 헥사시아노퍼레이트는 K3[Fe(CN)6]인 것임을 특징으로 하는 리튬 이온 전지용 전극 조성물 제조 방법.
- 제7항에 있어서, 상기 (i)단계의 반응온도는 30℃ 내지 90℃인 것을 특징으로 하는 리튬 이온 전지용 전극 조성물 제조 방법.
- 제7항에 있어서, 상기 전도성 물질이 카본 블랙인 것임을 특징으로 하는 리튬 이온 전지용 전극 조성물 제조 방법.
- 제7항에 있어서, 상기 결합제가 폴리비닐리덴플루오라이드인 것임을 특징으로 하는 리튬 이온 전지용 전극 조성물 제조 방법.
- 제7항에 있어서, 상기 금속 헥사시아노퍼레이트 나노입자의 크기가 25 nm 내지 50 nm인 것임을 특징으로 하는 리튬 이온 전지용 전극 조성물 제조 방법.
- 제7항에 있어서, 상기 (i)단계의 물의 양을 변화시켜 상기 금속 헥사시아노퍼레이트 나노입자의 크기를 조절하는 것을 특징으로 하는 리튬 이온 전지용 전극 조성물 제조 방법.
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WO2020111404A1 (ko) * | 2018-11-27 | 2020-06-04 | 한양대학교 산학협력단 | 프러시안 블루 아날로그를 사용한 리튬-전이금속 산화물 제조 방법, 리튬-전이금속 산화물, 및 리튬 이차 전지 |
WO2022050769A1 (ko) * | 2020-09-04 | 2022-03-10 | 주식회사 엘지에너지솔루션 | 리튬-황 전지용 양극 및 이를 포함하는 리튬-황 전지 |
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- 2012-04-27 KR KR1020120044779A patent/KR20130121515A/ko not_active Application Discontinuation
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