KR20140043320A - 리튬전지용 2상 양극 물질 및 그의 합성방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 리튬전지용 2상 양극 물질에 관한 것으로서, 상기 2상 양극 물질은 리튬-풍부 층상 산화물의 입자를 포함하고, 상기 입자의 표면은 화학식 Li_yVO_z (0 < y ≤ 3 및 2.5　<　z　<　4)을 갖는 금속 산화물에 의해 적어도 부분적으로 덮인다. 상기 리튬-풍부 층상 산화물은 하기 특정 화학식 Li_{1 +x}(Mn_aNi_bM_c)_{1- x}O₂ (0.1 ≤ x ≤ 0.25이고; a　+　b　+　c　=　1이고, a, b 및 c는 0이 아니며; M은 Mg, Zn, Al, Na, Ca 및 K로 이루어진 군으로부터 선택된 금속임)을 갖는다. 그러한 물질은 유리하게는 상기 리튬-풍부 층상 산화물을 수용액에 위치하는 적어도 1종의 금속 산화물의 전구체와 혼합하는 단계, 및 이후 280℃ 이상의 온도에서의 열처리를 포함하는 단계에 의해 제조된다.

Description

리튬전지용 2상 양극 물질 및 그의 합성방법{Two-phase positive electrode material for a lithium battery and method for the synthesis of same}

본 발명은 리튬전지용 2상 양극 물질 및 그의 합성방법에 관한 것이다.

새로운 모바일 기술의 출현 이후, 전기 에너지의 저장은 우리 경제의 중요한 포인트가 되었다. 이러한 저장 기술은 간헐적인 재생 에너지원 및 또한 전기 자동차와 하이브리드 자동차의 개발로 새로워진 주목을 받고 있다. 이러한 기술의 시장에서의 성장은 높은 에너지 밀도 및 긴 수명을 갖는 신뢰성이 높고 덜 비싼 저장 시스템의 개발을 포함한다.

요즈음, 리튬전지는 고밀도 및 고출력 용도를 위한 최선의 후보들 중 하나이다. 사실상, 200　Wh.kg^-1의 밀도를 얻는 것이 가능하지만, 니켈/금속 하이드라이드 또는 납/산 전지는 각각 100　Wh.kg^-1 및 40　Wh.kg^-1 수준의 에너지 밀도를 제공한다.

그럼에도 불구하고, 새로운 휴대용 전자 시스템 및 또한 미래 전기 자동차의 고에너지 요구는 200　Wh.kg^{- 1}를 초과하며 더 높은 에너지 밀도를 달성할 수 있는 새로운 전지 기술을 발견할 필요가 있게 한다. 사실, 이는, 특히 양극용 신규 전극 물질의 개발을 포함하는데, 상기 양극용 전극 물질은 여전히 제한 인자(limiting factor)이다.

이를 위한, 가능한 지침들 중의 하나는 200　mAh.g^{- 1}를 초과할 수 있는 비용량(specific capacity)을 갖는 양극 물질을 발견하는 것이다. 그러나, 일반적으로, 양극 물질로서 고 비용량의 물질을 포함하는 리튬전지는, 대신에, 1차 방전에서, 고 비가역 용량을 갖는다. 이 고 비가역 용량은 산소의 손실로 인한 것인데, 상기 산소의 손실은 리튬의 일부가 구조내로 재삽입되는 것을 방지한다. 이는, Li 이온 전지의 생산 중에, 그 자신도 비가역 용량을 나타내는 음극에 직면하는 주요한 평형(balancing)의 문제를 야기한다.

예를 들면, 특허출원 WO-A-2008/039806은 고 비용량의 양극 물질로서 O3 타입 (공간군 R3m)의 결정 구조를 갖는 (1-x)Li[Li_{1 /3}Mn_{2 /3}]O₂·xLi[Mn_{0 .5- y}Ni_{0 .5- y}Co_2y]O₂ 타입 (여기서, x는 0 내지 1이고, y는 0 내지 0.5임)의 일련의 층상 산화물을 제공한다. 1차 방전 중에 양극의 표면과 전해질 사이의 비가역 반응을 억제하기 위하여, 특허출원 WO-A-2008/039806은 Al₂O₃, ZrO₂, CeO₂, SiO₂, ZnO, TiO₂ 및 SnO₂와 같은 산화물을 갖는 층상 산화물의 표면을 개질할 것을 제안한다. 특히, [Li_{1 /3}Mn_{2 /3}]O₂와 Li[Mn_1/3Ni_1/3Co_1/3]O₂ 간의 고용체이며, Al₂O₃에 의해 개질된 표면을 갖는 Li[Li_0.20Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13]O₂는, 우수한 순환성(cyclability) 및 약 40　mAh/g의 비가역 용량과 함께 285　mAh/g의 비용량을 나타낸다. 이 경우에, 비가역 용량이 감소하기는 하지만, 완전히 제거되지는 않는다.

J. Gao 등은, 논문 "High capacity Li[Li_{0 .20}Mn_{0 .54}Ni_{0 .13}Co_{0 .13}]O₂-V₂O₅, composite cathodes with low irreversible capacity loss for lithium ion batteries" (Electrochemistry Communications, 11 (2009), 84-86)에서, 층상 산화물 Li[Li_0.20Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13]O₂을, 유리 리튬(free lithium)을 위한 삽입 호스트로 사용되는 V₂O₅와 혼합함으로써 비가역 용량을 억제할 것을 제안한다. 이후, 양극 물질이, 층상 산화물 Li[Li_{0 .20}Mn_{0 .54}Ni_{0 .13}Co_{0 .13}]O₂을 미리 결정된 양의 NH₄VO₃와 함께 분쇄하고, V₂O₅ 상을 얻기 위하여 상기 혼합물을 공기 중에서 300℃에서 4시간 동안 가열함으로써 얻어진다. 상이한 V₂O₅ 함량을 연구하던 중, 상기 저자들은 10wt% 내지 12wt%의 V₂O₅를 포함하는 양극용 복합 물질 Li[Li_{0 .20}Mn_{0 .54}Ni_{0 .13}Co_{0 .13}]O₂-V₂O₅이 매우 낮은 비가역 용량 손실 및 양호한 순환성과 함께 약 300　mAh/g의 방전 용량을 갖는다는 사실을 발견하였다.

더욱이, 다른 일련의 고용량 층상 산화물이 존재한다. 상기 고용량 층상 산화물은 Li_{1 + x}Me_{1 - x}O₂ 타입의 리튬-풍부 층상 산화물 (여기서, Me는 전이 금속으로부터 선택된 1종 이상의 원소이고, 0　<　x　<　1/3임)이다. 특허출원 EP　1　903　627에 나타내어진 것처럼, 이 타입의 리튬-풍부 층상 산화물이 또한 복합 산화물 형태로 제조될 수 있다: xLi₂Mo₃·(1-x)LiMeO₂ (여기서, 0　<　x　<　1임). Li_{1 + x}Me_{1 - x}O₂ 타입 (x　=　0.2 이상)의 양극 물질의 비가역 용량을 감소시키기 위하여, 특허출원 EP　1　903　627에서는, 이러한 리튬-풍부 산화물을, V₂O₅ 또는 VO_x (2　<　x　<　2.5임)와 같은 전이 금속의 산화물과 단순 첨가에 의해 결합하는 것이 제안되었다.

본 발명의 목적은 순환성의 손실 없이 1차 사이클에서 0 또는 실질적으로 0의 비가역 용량과 함께, 고 비용량을 얻는 것을 가능하게 하는, 리튬전지용 신규 양극 물질을 제공하는 것이다. 그러한 특성은 유리하게는 정상 사이클링 온도 (20℃ 내지 55℃)에 대하여 Li⁺/Li 대비 2V 내지 4.8V 수준의 전위 범위에서 얻어진다.

본 발명에 따르면, 이 목적은 하기로 이루어진 리튬전지용 2상 양극 물질에 의해 달성된다:

- Li_{1 +x}(Mn_aNi_bM_c)_{1- x}O₂ 타입의 리튬-풍부 층상 산화물의 입자, 및

- 리튬-풍부 층상 산화물의 입자 표면의 적어도 일부를 덮는, Li_yVO_z 타입의 금속 산화물,

여기서:

0.1 ≤ x ≤ 0.25이고,

a　+　b　+　c　=　1이고, a, b 및 c는 0이 아니며,

M은 Mg, Zn, Al, Na, Ca 및 K로 이루어진 군으로부터 선택된 금속이고,

0 < y ≤ 3이고,

2.5　<　z　<　4이다.

바람직하게는, Li_yVO_z 타입의 금속 산화물은 리튬-풍부 층상 산화물의 입자 표면을 완전히 덮는다.

더욱이, 본 발명의 일 구현예에 따르면, 리튬전지용 2상 양극 물질은 Li_1+x(Mn_aNi_bM_c)_1-xO₂ 타입의 리튬-풍부 층상 산화물로 형성된 코어, 및 상기 코어의 둘레에, Li_yVO_z 타입의 금속 산화물로 형성된 코팅으로 이루어진다.

본 발명에 따르면, 이 목적은 또한 그러한 리튬전지용 2상 양극 물질의 합성방법에 의해 달성되고, 상기 양극 물질의 합성은, 수용액에서, 미리 합성된 층상 산화물을 적어도 1종의 금속 산화물 전구체와 혼합하는 단계, 및 이후 280℃ 이상의 온도에서 열처리하는 단계를 포함한다.

다른 이점 및 특징은, 하기 비제한적 실시예로서 주어지며, 첨부된 도면에서 나타내어진 본 발명의 특정 구현예들의 설명으로부터 보다 명확하게 나타날 것이다:
- 도　1은 본 발명에 따른 합성 방법에 따라 얻어진 2상 물질 Li_1.2(Mn_0.7625Ni_0.225Mg_0.0125)_0.8O₂/LiVO₃ 및 산화물 Li_{1 .2}(Mn_{0 .7625}Ni_{0 .225}Mg_{0 .0125})_0.8O₂ 단독의 X-선 회절 다이아그램 (XRD)을, 삽입 도면으로서 이 디프랙토그램 중 일부의 확대도와 함께 나타낸 것이다.
- 도　2는 본 발명에 따른 합성방법에 따라 얻어진 화합물 Li_1.2(Mn_0.7625Ni_0.225Mg_0.0125)_0.8O₂/LiVO₃의 25　000 배로 확대된 주사 전자 현미경 (SEM) 화상을, 삽입 도면으로서 250　000 배로 확대된 동일 샘플의 SEM 화상과 함께 나타낸 것이다.
- 도　3은 화합물 Li_{1 .2}(Mn_{0 .7625}Ni_{0 .225}Mg_{0 .0125})_0.8O₂ 단독의 25　000 배로 확대된 주사 전자 현미경 (SEM) 화상을 나타낸 것이다.
- 도　4는 합성된 화합물 Li_{1 .2}(Mn_{0 .7625}Ni_{0 .225}Mg_{0 .0125})_0.8O₂/LiVO₃의 200　000 배로 확대된 투과 전자 현미경 (TEM) 화상을, 삽입 도면으로서 상기 화상의 a, b 및 c 지점에서의 에너지 분산 분석 (EDS) 스펙트럼에 각각 해당하는 3개의 그래프 a, b 및 c와 함께 나타낸 것이다.
- 도　5는 양극 활물질로서 Li_{1 .2}(Mn_{0 .7625}Ni_{0 .225}Mg_{0 .0125})_0.8O₂/LiVO₃ (곡선 A1과 A2) 및 Li_{1 .2}(Mn_{0 .7625}Ni_{0 .225}Mg_{0 .0125})_0.8O₂ (곡선 B1과 B2)를 각각 포함하는 2개의 Li-금속 전지의 전위의 변화를, 정전류식 모드(galvanostatic mode) (조건 C/10, 25℃)에서의 1차 방전의 비용량과 1차 충전의 비용량의 함수로서 나타낸 것이다.
- 도　6은 양극 활물질로서 Li_{1 .2}(Mn_{0 .7625}Ni_{0 .225}Mg_{0 .0125})_0.8O₂/LiVO₃ (곡선 C) 및 Li_1.2(Mn_0.7625Ni_0.225Mg_0.0125)_0.8O₂ (곡선 D)를 각각 포함하는 Li-금속 전지들의 방전시의 비용량의 변화를, 정전류식 모드 (조건 C/10, 25℃)에서의 사이클 수의 함수로서 나타낸 것이다.

바람직하게는, 신규 합성방법에 의해 얻어지는 리튬전지용 신규 양극 물질은, 1차 사이클에서의 0 또는 실질적으로 0의 비가역 용량과 함께 순환성의 손실 없이, 고 비용량을 얻기 위하여 제공된다. 그러한 특성은 유리하게는 정상 사이클링 온도 (20℃ 내지 55℃)에 대하여 Li⁺/Li 대비 2V 내지 4.8V 수준의 전위 범위내에서 얻어진다.

이 리튬전지용 양극 물질은 보다 특별하게는 특정 구조를 나타내는 2상 물질이다.

상기 2상 물질의 제1 상은 하기 화학식에 해당하는 리튬-풍부 층상 산화물의 입자로 이루어진다:

Li_{1 +x}(Mn_aNi_bM_c)_{1- x}O₂

여기서:

0.1 ≤ x ≤ 0.25이고,

a　+　b　+　c　=　1이고, a, b 및 c는 0이 아니며,

M은 Mg, Zn, Al, Na, Ca 및 K로 이루어진 군으로부터 선택된 금속이다.

예를 들면, 상기 층상 산화물은 화학식 Li_1.2(Mn_0.7625Ni_0.225Mg_0.0125)_0.8O₂에 해당할 수 있다.

상기 2상 물질의 제2 상은 하기 화학식 Li_yVO_z (0 < y ≤ 3 및 2.5　<　z　<　4)에 해당하는 금속 산화물로 이루어진다. 상기 금속 산화물은 유리하게는 LiVO_{3로 이루어진}다. 더욱이, 상기 금속 산화물은, 바람직하게는, 적어도 부분적으로 결정질 형태로 존재한다.

더욱이, 화학식 Li_yVO_z에 해당하는 금속 산화물로 이루어진 이 제2 상은, 적어도 부분적으로 및 바람직하게는 완전히, 상기 리튬-풍부 층상 산화물 입자의 표면을 덮는다. 더욱이, Li_yVO_z 타입의 금속 산화물의 중량 백분율은, 상기 2상 물질의 총중량에 대하여, 유리하게는 5% 내지 15%이고 바람직하게는 8% 내지 13%이며, 잔부는 상기 리튬-풍부 층상 산화물로 이루어진다.

그러한 2상 물질 및 보다 특별하게는 상기 2상 물질의 특정 구조, 다시 말해 표면이 금속 산화물 Li_yVO_z에 의해 적어도 부분적으로 및 유리하게는 완전히 덮인 코어를 형성하는 리튬-풍부 층상 산화물의 입자로 이루어진 분말상 물질이 특히 수성 경로(aqueous route)에 의한 혼합을 포함하는 합성방법을 사용하여 얻어졌다. 특히, 상기 리튬-풍부 층상 산화물은 수용액에 위치하는 적어도 1종의 Li_yVO_z 타입의 금속 산화물 전구체와 혼합된다. 이후, 상기 Li_yVO_z 타입의 금속 산화물은 280℃ 이상 및 유리하게는 300℃ 내지 600℃의 온도에서 열처리에 의해 합성된다. 상기 열처리는 유리하게는 상기 수성 경로에 의해 형성된 혼합물을 건조한 후 얻어진 건조 분말상 제품에 대하여 실시된다.

상기 얻어진 2상 물질은 하기 잇점들을 나타낸다:

- 매우 균질한 물질,

- 리튬-풍부 층상 산화물의 존재의 결과로서 고 비용량을 갖는 물질,

- 특정 금속 산화물 Li_yVO_z(0 < y ≤ 3 및 2.5　<　z　<　4)의 존재의 결과로서, 순환성의 손실 없이, 1차 사이클에서 0 또는 실질적으로 0의 비가역 용량을 나타내는 물질.

더욱이, 그러한 2상 물질을 얻는 것을 가능하게 하는 상기 특정 합성방법은, 분말의 기계적 혼합을 이용하는 종래 기술의 방법과는 대조적으로, 실시하기가 매우 쉬우며 많은 에너지를 소비하지 않는다.

위에서 언급된 상기 특정 합성방법에서, 상기 Li_yVO_z 타입의 금속 산화물 전구체는 유리하게는 NH₄VO₃ 및 NaVO₃로부터 선택된다.

더욱이, 상기 리튬-풍부 층상 산화물이 적어도 1종의 Li_yVO_z 타입의 금속 산화물 전구체와 혼합되기 전에, 상기 리튬-풍부 층상 산화물은 하기를 포함하는 혼합물에 열처리를 실시함으로써 합성될 수 있다:

- 망간 카보네이트,

- 니켈 카보네이트,

- 카보네이트, 설페이트 및 니트레이트로부터 선택되고 금속 M을 포함하는 화합물, 및

- 리튬 카보네이트 및 리튬 히드록사이드로부터 선택된 리튬 소스.

상기 리튬-풍부 층상 산화물의 합성을 위해 사용되는 상기 열처리는 800℃ 이상 및 유리하게는 900℃ 내지 1100℃의 온도까지 상기 혼합물을 가열하는 것에 특징이 있다. 이후, 예를 들어, 물 또는 액체 질소에서의 퀀칭과 같은 냉각, 또는 대기 중에서의 냉각이 실시된다.

특정 구현예에 따르면, 2상 물질 Li_{1 .2}(Mn_{0 .7625}Ni_{0 .225}Mg_{0 .0125})_0.8O₂/LiVO₃이 합성된 후 리튬전지용 양극 물질로서 시험되었다.

첫째로, 화학식 Li_{1 .2}(Mn_{0 .7625}Ni_{0 .225}Mg_{0 .0125})_0.8O₂에 해당하는 리튬-풍부 층상 산화물은 Li₂CO₃ 13.70　g, MnCO₃ 21.06　g, NiCO₃ 6.69　g 및 MgSO₄ 0.739　g을 밀접하게 혼합하고 (intimately mixing) , 이 혼합물을 1000℃에서 24　h 동안 가열하고, 이후 상기 혼합물을 매우 빠르게 냉각 (예를 들어, 퀀칭에 의함)함으로써 합성된다.

두번째로, 상기 합성된 리튬-풍부 층상 산화물의 일부는 뒤이어 NH₄VO₃의 수용액과 혼합된다. 특히, 이 단계는 하기 프로토콜에 따라 실시된다:

- 상기 미리 합성된 층상 산화물 Li_{1 .2}(Mn_{0 .7625}Ni_{0 .225}Mg_{0 .0125})_0.8O₂ 2g은, NH₄VO₃ 0.283　g을 H₂O 10　ml에 80℃에서 4 시간 동안 용해시켜 얻은 0.25M NH₄VO₃ 수용액 10　ml에 현탁되었다,

- 현탁이 실시된 직후, 상기 용액은 증발에 의한 건조를 실시하기 위하여 80℃에서 24 시간 동안 유지되었다,

- 얻어진 분말은 뒤이어 분말상 화합물을 얻기 위하여 300℃의 온도에서, 공기 중에서 4 시간 동안 열처리된다.

상기 얻어진 분말상 화합물 및 상기 미리 합성된 순수 층상 산화물 Li_1.2(Mn_0.7625Ni_0.225Mg_0.0125)_0.8O₂ (이하, 순수 층상 산화물로 지칭됨)은 각각 X-선 회절에 의해 특성화되었다 (도　1).

따라서, 순수 층상 산화물 (Li_{1 .2}(Mn_{0 .7625}Ni_{0 .225}Mg_{0 .0125})_0.8O₂)의 X-선 회절 스펙트럼과 비교해 볼 때, 상기 분말상 화합물의 X-선 회절 스펙트럼은, Li_1.2(Mn_0.7625Ni_0.225Mg_0.0125)_0.8O₂ 상이 보존되는 것 뿐만 아니라 LiVO₃ 결정상의 존재를 보여준다. 특히, X-선 회절 다이아그램의 리트벨드(Rietveld) 방법에 따른 정제에 의해 수행된 분석 (도 1의 박스 표시된 부분에 해당하는 확대도 참조)은 결정상에서의 LiVO₃의 중량 백분율이 8.9%인 것을 결정하는 것을 가능하게 한다. LiVO₃에 대하여 예측된 이론적인 중량 백분율 13%와 비교해 볼 때, 이러한 결정상에서의 LiVO₃의 중량 백분율은, 한편으로는, 비정질 형태의 Li_xVO_y 타입 (0 < y ≤ 3 및 2.5　<　z　<　4)의 금속 산화물의 존재 및 가능성 있게는 비정질 형태의 LiVO₃의 존재를 추정하게 한다.

더욱이, 상기 2상 물질 및 상기 순수 층상 산화물이 각각 주사 전자 현미경 (SEM)에 의해 관찰되었다. 따라서, 수용액에서 NH₄VO₃와의 혼합 및 열처리 후 얻어진 분말상 화합물을 나타내는 도　2에 따른 사진은, 약하게 응집된 300　nm 수준의 평균 크기를 갖는 입자를 나타낸다. 이 모폴로지는 순수 층상 산화물 (도　3 참조)에 대하여 관찰된 모폴로지와 다르지 않다. 따라서, 상기 분말상 화합물을 형성하기 위해 사용된 합성방법은 매우 균질한 복합 물질을 얻으면서도 입자 형태의 순수 층상 산화물의 모폴로지를 보존하는 것을 가능하게 한다.

투과 전자 현미경 (TEM)에 의한 상기 2상 물질의 특성화는 SEM에 의해 관찰된 평균 크기 (도　4 참조)를 확증한다. 더욱이, 입자의 중심 (도　4에서 지점 a 및 b) 및 표면 (도　4에서 지점 c)에서 수행된 에너지 분산 분석 (EDS)은 리튬-풍부 층상 산화물의 입자 표면에서의 Li_yVO_z 상의 존재를 실증한다.

특히, 층상 산화물 입자 표면에서의 Li_yVO_z 상의 코팅 두께를 3　nm 내지 15　nm로 추정하는 것이 가능하다.

합성된 직후, 2상 물질 Li_{1 .2}(Mn_{0 .7625}Ni_{0 .225}Mg_{0 .0125})_0.8O₂/LiVO₃은 리튬전지용 양극 물질로서 시험되었다. 특히, 하기를 갖는 "버튼 전지(button cell)" 타입의 제1 리튬전지가 제조되었다:

- 16　mm의 직경 및 135　㎛의 두께를 갖는 리튬 음극,

- 20　㎛의 두께를 갖는 알루미늄 시트에 의해 형성된 집전체 위에 모두 침적된, 복합 물질 Li_{1 .2}(Mn_{0 .7625}Ni_{0 .225}Mg_{0 .0125})_0.8O₂/LiVO₃ (80w%), 카본블랙 (10wt%) 및 폴리비닐리덴 헥사플루오라이드 (10w%)를 포함하는 14　mm의 직경을 갖는 양극 , 및

- 에틸렌 카보네이트 및 디메틸 카보네이트의 혼합물 중의 LiPF₆ 용액 (1　mol.l^-1)으로 이루어진 액체 전해질로 함침된 세퍼레이터.

비교로서, 제2 리튬전지가, 양극의 활물질을 제외하고는, 상기 제1 리튬전지와 동일한 구성으로 제조되었다. 이 제2 리튬전지에서, 양극의 활물질은 순수 층상 산화물에 의해 형성된다.

도　5에서, 곡선 A1 및 B1은 상기 제1 및 제2 리튬전지에 대하여 1차 충전 중의 전위의 변화를 비용량의 함수로서 각각 나타낸 것이고, 곡선 A2 및 B2는 상기 제1 및 제2 리튬전지에 대하여 1차 방전 중의 전위 변화를 비용량의 함수로서 각각 나타낸 것이다. 이러한 곡선들은, LiVO₃ 상의 첨가로 인해, 1차 사이클에서 비가역 용량의 매우 의미있는 감소(23%에서 4%까지의 변화)를 보여준다.

더욱이, 도　6에서, 곡선 C 및 D는 상기 제1 및 제2 전지에 대한 방전시의 비용량의 변화를, 정전류식 모드 (조건 C/10, 25℃)에서의 사이클 수의 함수로서 각각 나타낸 것이다. 이러한 곡선들은 상기 2상 물질이 매우 높은 비용량 및 또한 매우 양호한 순환성을 나타낸다는 것을 보여준다.

Claims (12)

1. 하기로 이루어진 리튬전지용 2상 양극 물질:
   - Li_{1 +x}(Mn_aNi_bM_c)_{1- x}O₂ 타입의 리튬-풍부 층상 산화물의 입자, 및
   - 상기 리튬-풍부 층상 산화물의 입자 표면의 적어도 일부를 덮는, Li_yVO_z 타입의 금속 산화물,
   여기서:
   0.1 ≤ x ≤ 0.25이고,
   a　+　b　+　c　=　1이고, a, b 및 c는 0이 아니며,
   M은 Mg, Zn, Al, Na, Ca 및 K로 이루어진 군으로부터 선택된 금속이고,
   0 < y ≤ 3이고,
   2.5　<　z　<　4이다.
2. 제1항에 있어서, 상기 금속 산화물이 화학식 LiVO₃에 해당하는 것을 특징으로 하는 2상 양극 물질.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 층상 산화물이 화학식 Li_1.2(Mn_0.7625Ni_0.225Mg_0.0125)_0.8O₂에 해당하는 것을 특징으로 하는 2상 양극 물질.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 Li_yVO_z 타입의 금속 산화물의 중량백분율이 상기 물질의 총중량에 대하여 5% 내지 15%인 것을 특징으로 하는 2상 양극 물질.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 Li_yVO_z 타입의 금속 산화물이 적어도 부분적으로 결정질 형태로 존재하는 것을 특징으로 하는 2상 양극 물질.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 Li_yVO_z 타입의 금속 산화물이 상기 리튬-풍부 층상 산화물의 입자 표면에 3　nm 내지 15　nm의 두께를 갖는 코팅을 형성하는 것을 특징으로 하는 2상 양극 물질.
7. Li_{1 +x}(Mn_aNi_bM_c)_{1- x}O₂ 타입의 리튬-풍부 층상 산화물의 입자 및 상기 리튬-풍부 층상 산화물의 입자 표면의 적어도 일부를 덮는 Li_yVO_z 타입의 금속 산화물로 이루어진 리튬전지용 2상 양극 물질의 합성방법으로서,
   여기서:
   0.1 ≤ x ≤ 0.25이고,
   a　+　b　+　c　=　1이고, a, b 및 c는 0이 아니며,
   M은 Mg, Zn, Al, Na, Ca 및 K로 이루어진 군으로부터 선택된 금속이고,
   0 < y ≤ 3이고, 및
   2.5　<　z　<　4이고,
   상기 양극 물질의 합성은 상기 리튬-풍부 층상 산화물을 수용액에 위치하는 적어도 1종의 금속 산화물 전구체와 혼합하는 단계, 및 이후 280℃ 이상의 온도에서 열처리하는 단계를 포함하는 합성방법.
8. 제7항에 있어서, 상기 금속 산화물 전구체가 NH₄VO₃ 및 NaVO₃로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 합성방법.
9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 금속 산화물이 화학식 LiVO₃에 해당하는 것을 특징으로 하는 합성방법.
10. 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 리튬-풍부 층상 산화물이 하기를 포함하는 분말상 혼합물에 대하여 800℃ 이상의 온도에서 열처리를 실시하고, 이후 냉각함으로써 얻어지는 것을 특징으로 하는 합성방법:
    - 망간 카보네이트,
    - 니켈 카보네이트,
    - 카보네이트, 설페이트 및 니트레이트로부터 선택되고 상기 금속 M을 포함하는 화합물, 및
    - 리튬 카보네이트 및 리튬 히드록사이드로부터 선택된 리튬 소스.
11. 제10항에 있어서, 상기 냉각이 퀀칭에 의한 냉각이거나, 또는 대기 (ambient air)로의 냉각인 것을 특징으로 하는 합성방법.
12. 제7항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 층상 산화물이 화학식 Li_1.2(Mn_0.7625Ni_0.225Mg_0.0125)_0.8O₂에 해당하는 것을 특징으로 하는 합성방법.

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