KR20180027906A - Nanoporous cobalt hydroxide for lithium battery, electrode, lithium battery including the cobalt hydroxide - Google Patents

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Abstract

One embodiment of the present invention relates to a manufacturing method of nanoporous cobalt hydroxide which comprises: a first step of drying a cobalt sulfate-colloid silica mixed solution to obtain cobalt sulfate/silica composite particles; and a second step of adding the composite particles to a sodium hydroxide solution. The nanoporous cobalt hydroxide having a large specific surface area and a large pore volume can be provided through the manufacturing method of the present invention.

Description

리튬전지용 나노 다공성 코발트 하이드록사이드의 제조방법, 이를 포함한 전극재, 및 리튬전지{Nanoporous cobalt hydroxide for lithium battery, electrode, lithium battery including the cobalt hydroxide}[0001] The present invention relates to a nanoporous cobalt hydroxide for lithium battery, an electrode material including the nanoporous cobalt hydroxide, and a lithium battery,

본 발명은 나노 크기의 기공을 포함하는 코발트 하이드록사이드의 제조방법, 이를 포함하는 전극재 및 리튬전지에 관한 것이다. The present invention relates to a method for producing cobalt hydroxide including nano-sized pores, an electrode material containing the same, and a lithium battery.

리튬전지는 전기화학반응을 이용하여 충전과 방전을 반복할 수 있는 화학전지로서, 휴대용 정보통신 단말기의 주 에너지원으로 소형 전자기기의 경량화, 고 성능화를 주도하고 있다. 각종 전자기기의 고성능화에 필요한 리튬전지의 성능을 향상시키기 위해서는 신뢰도 높은 대용량 전극소재를 개발하는 것이 필수적이다. Lithium battery is a chemical battery which can repeatedly charge and discharge by using electrochemical reaction. It is leading the weight saving and high performance of small electronic devices as a main energy source of portable information communication terminals. In order to improve the performance of a lithium battery required for high performance of various electronic devices, it is essential to develop a reliable high-capacity electrode material.

최근 리튬이차전지의 음극소재 분야에 대한 연구는, 고용량화를 목표로 탄소계 재료의 낮은 이론 용량의 한계를 극복하기 위해 비 탄소계 음극소재에 집중하고 있으며, 이는 실리콘과 주석 등을 이용한 금속계 소재, 산화 리튬을 생성시키는 산화물계 소재로 대별된다. Recently, researches on the anode materials of lithium secondary batteries have been focused on non-carbon anode materials in order to overcome the limit of low theoretical capacity of carbon-based materials with the aim of high capacity, And oxide-based materials that generate lithium oxide.

그 중, 산화물계 음극소재는 전이금속 산화물을 바탕으로 리튬과 반응시 나노 크기의 금속을 형성하는 산화물의 전환반응이 일어나 산화리튬에 금속이 분포하게 된다. 여기서 연속상으로 작용하는 산화리튬으로부터 전이금속 산화물을 형성하는 역반응은 미세하게 분산된 나노크기의 금속의 높은 표면에너지에 의해 일어날 수 있는 것으로 알려져 있다. On the other hand, in the case of an oxide-based cathode material, a transition reaction of an oxide forming a nano-sized metal occurs upon reaction with lithium based on a transition metal oxide, and metal is distributed in lithium oxide. It is known that the reverse reaction of forming a transition metal oxide from lithium oxide acting as a continuous phase can be caused by the high surface energy of a finely dispersed nano-sized metal.

이러한, 산화물계 음극소재는 탄소계 소재 대비 3배 이상의 고용량과 금속계 소재에 비해 우수한 수명 특성을 가지는 장점이 있다. 따라서, 이러한 산화물계 음극소재에 대한 다양한 연구가 필요한 시점이다.Such an oxide-based anode material has an advantage in that it has a high capacity over three times as high as that of a carbon-based material and has an excellent lifetime characteristic as compared with a metallic material. Therefore, it is necessary to carry out various studies on such an oxide-based anode material.

본 발명의 일 목적은 고용량 리튬전지용 전극소재의 제조방법을 제공하고자 한다. It is an object of the present invention to provide a method for producing an electrode material for a high capacity lithium battery.

본 발명의 일실시예는 코발트설페이트 및 콜로이드 실리카 혼합용액을 건조시켜 코발트설페이트/실리카 복합입자를 준비하는 제1 단계; 및 상기 복합입자를 수산화나트륨 용액에 첨가하는 제2 단계를 포함하는, 다공성 코발트 하이드록사이드의 제조방법에 관한 것이다. One embodiment of the present invention is a method for preparing a cobalt sulfate / silica composite particle, comprising: a first step of preparing a cobalt sulfate / silica composite particle by drying a cobalt sulfate and a colloidal silica mixed solution; And a second step of adding the composite particles to a sodium hydroxide solution.

다른 실시예에서, 상기 제2 단계를 통하여, 상기 복합입자의 코발트설페이트는 코발트하이드록사이드로 생성되고 동시에 실리카가 제거되어 다공성화된다. In another embodiment, through the second step, the cobalt sulfate of the multiparticulate is formed into cobalt hydroxide and at the same time the silica is removed and becomes porous.

다른 실시예에서, 상기 제2 단계는, 2회 이상 실시된다. In another embodiment, the second step is carried out two or more times.

다른 실시예에서, 상기 제조방법은, 제2 단계 이후, H2O 및 아세톤에 의하여 세척되고, 건조되는 제3 단계를 추가로 포함한다.In another embodiment, the method further comprises, after the second step, a third step of washing and drying with H 2 O and acetone.

다른 실시예에서, 상기 제1 단계의 코발트설페이트/실리카 복합입자는, Co(NO3)2·6H2O를 H2O 용매에 용해하는 (1-a) 단계; 상기 (1-a) 단계에서 제조된 혼합물에 콜로이달 실리카 용액을 혼합하는 (1-b) 단계; 상기 (1-b) 단계에서 제조된 혼합물에 황산수용액을 혼합하는 (1-c) 단계; 및 상기 (1-c) 단계 이후, 고온에서 소결함을 포함하는 공정에 의하여 준비된다. 상기 소결은 대기에서 수행될 수 있다.In another embodiment, the cobalt sulfate / silica composite particle of the first step comprises (1-a) dissolving Co (NO 3 ) 2 .6H 2 O in an H 2 O solvent; (1-b) mixing the colloidal silica solution with the mixture prepared in the step (1-a); (1-c) mixing an aqueous sulfuric acid solution with the mixture prepared in the step (1-b); And (2-c), a step including a defect at a high temperature. The sintering can be performed in the atmosphere.

다른 실시예에서, 상기 (1-a) 단계는, 자기교반기를 이용하여, Co(NO3)2·6H2O를 H2O 용매에 용해한다.In another embodiment, the step (1-a) comprises dissolving Co (NO 3 ) 2 .6H 2 O in an H 2 O solvent using a magnetic stirrer.

다른 실시예에서, 상기 (1-b) 단계는, 콜로이달 실리카 용액을 드롭와이즈(Dropwise) 방식에 의하여, (1-a) 단계에서 제조된 혼합물에 혼합한다.In another embodiment, the step (1-b) comprises mixing the colloidal silica solution with the mixture prepared in step (1-a) by a dropwise method.

다른 실시예에서, 제1 단계는, CoSO4·7H2O를 H2O 용매에 용해하는 (1-a') 단계 및 상기 (1-a') 단계에서 제조된 혼합물에 콜로이달 실리카 용액을 혼합하는 (1-b') 단계를 포함하는 공정에 의하여 준비된다.In another embodiment, the first step comprises the steps of (1-a ') dissolving CoSO 4 .7H 2 O in H 2 O solvent and adding a colloidal silica solution to the mixture prepared in step (1-a') (1-b ').≪ / RTI >

다른 실시예에서, 상기 (1-a') 단계는 자기교반기를 이용하여, CoSO4·7H2O를 H2O 용매에 용해한다. In another embodiment, the step (1-a ') employs a magnetic stirrer to dissolve CoSO 4 .7H 2 O in an H 2 O solvent.

다른 실시예에서, 상기 (1-b') 단계는, 콜로이달 실리카 용액을 드롭와이즈(Dropwise) 방식에 의하여, (1-a') 단계에서 제조된 혼합물에 혼합한다. In another embodiment, the step (1-b ') comprises mixing the colloidal silica solution with the mixture prepared in step (1-a') by a dropwise method.

다른 실시예에서, 상기 제조방법 중 어느 하나에 의하여 제조된 코발트 하이드록사이드, 도전재 및 결합제를 포함하는 리튬전지용 전극재에 관한 것이다. In another embodiment, the present invention relates to an electrode material for a lithium battery comprising cobalt hydroxide, a conductive material and a binder, which is produced by any one of the above-mentioned production methods.

다른 실시예에서, 상기 전극재로 제조된 전극을 포함하는 리튬전지에 관한 것이다. In another embodiment, the present invention relates to a lithium battery including an electrode made of the electrode material.

본 발명의 일실시예인 코발트 하이드록사이드의 제조방법을 통하여, 비표면적이 넓고, 기공 부피가 큰 나노 다공성 코발트 하이드록사이드를 제공할 수 있다. 또한, 이를 통하여, 고용량 리튬전지를 제공할 수 있다. The nanoporous cobalt hydroxide having a large specific surface area and a large pore volume can be provided through the process for producing cobalt hydroxide which is one embodiment of the present invention. In addition, through this, a high capacity lithium battery can be provided.

도 1은 실시예 1 및 2와 비교예에 대한 X-선 회절 실험 결과를 나타내는 그래프이다.
도 2는 실시예 1과 비교예에 대한 X-선 회절 실험 결과를 나타내는 그래프이다.
도 3에서 (a)는 실시예 1 및 2와 비교예에 대한 등온흡탈착곡선이고, (b)는 기공크기분포도이다.
도 4는 실시예 1 및 2와 비교예에 대한 SEM 이미지이다.
도 5에서 실시예 1 및 비교예를 이용하여 제조한 리튬전지의 충방전 실험결과로서, (a)는 1번째 사이클 충방전 곡선이고, (b)는 수명 특성을 나타내는 그래프이다.
도 6은 실시예 1 및 비교예를 이용하여 제조한 리튬전지의 충방전 실험결과를 나타내는 그래프이다.
1 is a graph showing the results of X-ray diffraction experiments for Examples 1 and 2 and Comparative Examples.
2 is a graph showing the results of X-ray diffraction experiments for Example 1 and Comparative Example.
3 (a) is an isothermal sorption desorption curve for Examples 1 and 2 and Comparative Example, and (b) is a pore size distribution diagram.
4 is an SEM image of Examples 1 and 2 and Comparative Example.
FIG. 5 is a graph showing a charge / discharge test result of a lithium battery manufactured using Example 1 and a comparative example, in which (a) is a first cycle charging / discharging curve and (b) is a lifetime characteristic graph.
6 is a graph showing the charge / discharge test results of a lithium battery manufactured by using Example 1 and Comparative Example.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 구성요소 등이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 구성요소 등이 존재하지 않거나 부가될 수 없음을 의미하는 것은 아니다.The terminology used in this application is used only to describe a specific embodiment and is not intended to limit the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, the term "comprises" or "having" is intended to designate the presence of stated features, elements, etc., and not one or more other features, It does not mean that there is none.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries are to be interpreted as having a meaning consistent with the contextual meaning of the related art and are to be interpreted as either ideal or overly formal in the sense of the present application Do not.

본 발명의 일실시예는, 다공성 코발트 하이드록사이드의 제조방법에 관한 것으로서, 코발트설페이트/실리카 복합입자를 준비하는 제1 단계 및 상기 복합입자를 수산화나트륨 용액에 첨가하는 제2 단계를 포함한다. One embodiment of the present invention relates to a process for preparing porous cobalt hydroxide, comprising a first step of preparing a cobalt sulfate / silica composite particle and a second step of adding the composite particle to a sodium hydroxide solution.

상술한, 제1 단계는, 하기 설명할 방법에 제한되는 것은 아니지만, 두 가지 종류의 방법으로 나누어서 설명될 수 있다. 첫 번째 방법은 Co(NO3)2·6H2O를 최초 개시제로 이용하는 것이고, 두 번째 방법은 CoSO4·7H2O를 최초 개시제로 이용하는 것이다. The above-described first step is not limited to the method described below, but can be explained by dividing it into two kinds of methods. The first method uses Co (NO 3 ) 2 .6H 2 O as the initial initiator, and the second method uses CoSO 4 .7H 2 O as the initial initiator.

첫 번째 방법에 의하면, 상기 제1 단계는, Co(NO3)2·6H2O(질산코발트 6수화물)을 H2O 용매에 용해하는 (1-a) 단계, 상기 (1-a) 단계에서 제조된 혼합물에 콜로이달 실리카 용액을 혼합하는 (1-b) 단계, 상기 (1-b) 단계에서 제조된 혼합물에 황산수용액을 혼합하는 (1-c) 단계 및 상기 (1-c) 단계 이후, 고온에서 소결하는 (1-d) 단계를 포함하는 공정을 포함한다. According to a first method, the first step comprises the steps of (1-a) dissolving Co (NO 3 ) 2 .6H 2 O (cobalt nitrate hexahydrate) in an H 2 O solvent, (1-b) mixing colloidal silica solution to the mixture prepared in step (1-b), (1-c) mixing the aqueous solution of sulfuric acid in the mixture prepared in step (1-b) And then (1-d) sintering at a high temperature.

상세히 설명하면, Co(NO3)2·6H2O을 준비하고, 준비된 Co(NO3)2·6H2O를 H2O 용매에 용해한 후, 자기교반기를 이용하여 혼합한다. 그리고, 콜로이달 실리카 용액을 혼합한다. 이 때, 드롭와이즈(dropwise) 방법에 의하여 혼합하는 것이 바람직하다. 이 때, 혼합된 용액은 70℃에서 교반하며 건조하는 것이 바람직하다. 그리고, 대기 분위기에서, 550℃에서 3시간 열처리를 할 수 있다. 상술한 방법에 의하여, 코발트설페이트/실리카 복합입자를 준비할 수 있으며, 이를 통하여, 상기 제1 단계를 실시할 수 있다. Specifically, Co (NO 3 ) 2 .6H 2 O is prepared, and the prepared Co (NO 3 ) 2 .6H 2 O is dissolved in an H 2 O solvent, and then mixed using a magnetic stirrer. Then, the colloidal silica solution is mixed. At this time, it is preferable to mix by a dropwise method. At this time, it is preferable to stir the mixed solution at 70 캜. Then, heat treatment can be performed at 550 캜 for 3 hours in an air atmosphere. The cobalt sulfate / silica composite particles can be prepared by the above-described method, and the first step can be carried out.

두 번째 방법에 의하면, 제1 단계는, CoSO4·7H2O(황산코발트7수화물)을 H2O 용매에 용해하는 (1-a') 단계, 및 상기 (1-a') 단계에서 제조된 혼합물에 콜로이달 실리카 용액을 혼합하는 (1-b') 단계를 포함하는 공정에 의하여 준비된다. According to the second method, the first step is a step (1-a ') in which CoSO 4 .7H 2 O (cobalt sulfate heptahydrate) is dissolved in a H 2 O solvent, and a step (1-b ') in which the colloidal silica solution is mixed with the resulting mixture.

상세히 설명하면, CoSO4·7H2O을 H2O 용매에 용해한 뒤 자기교반기를 이용하여 혼합한다. 이 후, 콜로이달 실리카 용액을 혼합한다. 이 때, 드롭와이즈 (dropwise) 방법에 의하여 혼합하는 것이 바람직하다. 그리고, 70℃에서 건조하는 것이 바람직하다. 상술한 방법에 의하여, 코발트설페이트/실리카 복합입자를 준비할 수 있으며, 이를 통하여, 상기 제1 단계를 실시할 수 있다.More specifically, CoSO 4 · are mixed using a magnetic stirrer after dissolving 7H 2 O to H 2 O solvent. Thereafter, the colloidal silica solution is mixed. At this time, it is preferable to mix by a dropwise method. It is preferable to dry at 70 캜. The cobalt sulfate / silica composite particles can be prepared by the above-described method, and the first step can be carried out.

또한, 상기 소결공정은 대기분위기에서 실시하는 것이 바람직하다. The sintering step is preferably carried out in an atmospheric environment.

여기서, 상기 제2 단계를 통하여, 수산화나트륨이 코발트설페이트의 황산을 하이드록시로 바꾸면서 실리카는 제거된다. 상기 수산화나트륨 용액은 2M을 이용할 수 있으며, 이 때, 약 1시간 가량 반응을 시킬 수 있다. 다만, 1회의 실시에 의하여 본 발명이 목적하고자 하는 만큼의 실리카를 제거하지 못한 경우, 2회 또는 그 이상의 세척을 반복적으로 실시할 수 있다. 이 때, 1회 이용한 수산화나트륨 용액을 버리고, 새로운 수산화나트륨 용액으로 처리하는 것이 바람직하다. 3회 이상 수산화나트륨 용액으로 처리하는 경우에도, 앞서 이용한 수산화나트륨은 버리고, 새로운 수산화나트륨 용액으로 처리하는 것이 바람직하다. 상기 제2 단계를 통하여, 상기 복합입자의 코발트설페이트는 코발트하이드록사이드로 생성되고 동시에 실리카가 제거되어 다공성화되는 것이다. Here, through the second step, the silica is removed while sodium hydroxide converts sulfuric acid of cobalt sulfate to hydroxy. The sodium hydroxide solution may be 2M, and the reaction can be conducted for about 1 hour. However, in the case where the silica can not be removed as much as desired by the present invention by one execution, washing twice or more can be repeatedly performed. At this time, it is preferable to discard the once-used sodium hydroxide solution and treat with a fresh sodium hydroxide solution. Even in the case of treating with sodium hydroxide solution three times or more, it is preferable to discard the previously used sodium hydroxide and treat with a fresh sodium hydroxide solution. Through the second step, the cobalt sulfate of the composite particles is formed into cobalt hydroxide and at the same time, the silica is removed to become porous.

또한, 상기 제2 단계 후, 제2 단계에서 제조된 코발트 하이드록사이드는 H2O 및 아세톤에 의하여 세척되고 건조되는 제3 단계를 추가로 포함될 수 있다.In addition, after the second step, the cobalt hydroxide prepared in the second step may be further washed and dried with H 2 O and acetone.

본 발명의 다른 일실시예인 리튬전지용 전극재는, 상술한 방법들 중 어느 하나에 의하여 제조된 코발트 하이드록사이드, 도전재 및 결합제를 포함한다. 상기 코발트 하이드록사이드는 나노 크기의 다공성 특성을 갖으며, 이를 통하여, 고성능 전극 활물질로 이용될 수 있다. 도전재 및 결합제는 각각, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 본 발명에서 의도하는 리튬전지용 전극재를 제조하기 위하여 포함되는 것으로서, 이러한 의도를 만족하는 것이라면, 어떠한 것이라도 상관없다. An electrode material for a lithium battery according to another embodiment of the present invention includes cobalt hydroxide, a conductive material and a binder prepared by any one of the above-described methods. The cobalt hydroxide has nano-sized porosity and can be used as a high-performance electrode active material. The conductive material and the binder are not particularly limited, but are included for manufacturing the electrode material for a lithium battery intended in the present invention, and any material may be used as long as such an object is satisfied.

본 발명의 또 다른 일실시예인 리튬전지는, 상술한 방법들 중 어느 하나에 의하여 제조된 코발트 하이드록사이드, 도전재 및 결합제를 포함하는 전극재로 제조된 전극을 포함한다. 상술한 전극 이외에 다른 구성요소는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 본 발명에서 의도하는 리튬전지를 제조하기 위한 것으로서, 이러한 의도를 만족하는 것이라면, 어떠한 것이라도 상관없다. A lithium battery according to another embodiment of the present invention includes an electrode made of an electrode material including cobalt hydroxide, a conductive material, and a binder manufactured by any one of the above-described methods. Other components other than the above-described electrode are not particularly limited, but are for producing a lithium battery intended in the present invention, and any of them may be used as long as they satisfy this intention.

이하, 본 발명을 실험예를 통하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to experimental examples.

(실험예 1)(Experimental Example 1)

실시예 1은 상술한 첫 번째 방법에 의하여 제조하였다. 구체적으로, Co(NO3)2·6H2O를 H2O용매에 용해한 뒤 자기교반기를 이용해 혼합하였다. 이후, 콜로이달 실리카(Ludox HS-40) 용액을 드롭와이즈(dropwise)하여 혼합한 뒤, 희석한 황산 수용액을 첨가하였다. 혼합한 용액은 70℃에서 교반하며 건조시키고, 대기 분위기에서 550℃ 3시간 열처리 하였다. 이후, 2M NaOH 수용액에 넣어 1시간 동안 반응시키는 과정을 4회 반복하여 SiO2를 제거하며, Co(OH)2를 형성시켰다. 여과한 파우더를 H2O 및 아세톤(Acetone)을 이용하여 여러 번 세척하고, 건조하여 나노 다공성 코발트 하이드록사이드(Co(OH)2)를 수득하였다. Example 1 was prepared by the first method described above. Specifically, Co (NO 3 ) 2 .6H 2 O was dissolved in a H 2 O solvent and mixed using a magnetic stirrer. Thereafter, a solution of colloidal silica (Ludox HS-40) was dropwise mixed and then diluted sulfuric acid aqueous solution was added. The mixed solution was stirred at 70 캜 and dried, and then heat-treated at 550 캜 for 3 hours in the air atmosphere. Thereafter, repeated four times a process of the reaction for 1 hour, placed in 2M NaOH aqueous solution to remove the SiO 2 and, to form a Co (OH) 2. The filtered powder was washed several times with H 2 O and acetone and dried to give nanoporous cobalt hydroxide (Co (OH) 2 ).

실시예 2는 상술한 두 번째 방법에 의하여 제조하였다. CoSO4·7H2O를 H2O용매에 용해한 뒤 자기교반기를 이용해 혼합하였다. 이후, 콜로이달 실리카(Ludox HS-40) 용액을 드롭와아즈(dropwise)하여 혼합한 뒤, 70℃에서 교반하며, 건조시켰다. 이후, 2M NaOH 수용액에 넣어, 1시간 동안 반응시키는 과정을 반복하여, SiO2를 제거하며, Co(OH)2를 형성시켰다. 여과한 파우더를 H2O 및 아세톤(Acetone)을 이용하여 여러 번 세척하고, 건조하여 나노 다공성 코발트 하이드록사이드(Co(OH)2)를 수득하였다. Example 2 was prepared by the second method described above. CoSO 4 · were mixed using a magnetic stirrer after dissolved 7H 2 O to H 2 O solvent. Thereafter, a solution of colloidal silica (Ludox HS-40) was dropwise mixed with a drop, followed by stirring at 70 DEG C and drying. Then, to put it in 2M NaOH aqueous solution, repeating the process of reaction for one hour, and removing the SiO 2, to form a Co (OH) 2. The filtered powder was washed several times with H 2 O and acetone and dried to give nanoporous cobalt hydroxide (Co (OH) 2 ).

비교예로서는 종래에 사용되는 벌크한 코발트 하이드록사이드를 사용하였다. As a comparative example, conventionally used bulk cobalt hydroxide was used.

실시예 1 및 2와 비교예에 대하여, Cu Kα (1.54 A)를 이용한 Rigaku D/MAX-2200 Ultima 회절계를 이용하여, X-선 회절 실험을 실시하였으며 그 결과를 도 1(실시예 1 및 2와 비교예) 및 2(실시예 1 및 비교예)에 나타내었다. 도 1 및 2에 나타낸 바와 같이, X-선 회절 실험 결과 제조된 실시예 1 및 실시예 2는 육방정계(hexagonal) 결정구조의 Co(OH)2를 포함하며, 벌크 분말(비교예)과 동일한 결정 구조를 갖음을 확인할 수 있었다. 추가적으로, 도 2에 나타낸 (001)회절면에 대한 결정립의 크기를 확인하기 위하여, Scherrer 식을 통해 계산하였다. 실시예 1은 19.7 nm, 비교예는 27.5 nm로 확인되었으며, 이를 통하여, 실시예 1의 결정립 크기가 더 작음을 확인할 수 있었다. X-ray diffraction experiments were carried out using Rigaku D / MAX-2200 Ultima diffractometer using Cu K? (1.54 A) for Examples 1 and 2 and Comparative Example. The results are shown in Fig. 1 (Examples 1 and 2) 2 and comparative example) and 2 (example 1 and comparative example). As shown in FIGS. 1 and 2, Examples 1 and 2 prepared as a result of the X-ray diffraction analysis show that Co (OH) 2 having a hexagonal crystal structure is contained and the same as the bulk powder Crystal structure. In addition, in order to confirm the size of the crystal grains with respect to the (001) diffractive surface shown in FIG. 2, it was calculated by the Scherrer equation. Example 1 was confirmed to be 19.7 nm, and the comparative example was confirmed to be 27.5 nm. As a result, it was confirmed that the grain size of Example 1 was smaller.

(실험예 2)(Experimental Example 2)

실시예 1 및 2와 비교예의 비표면적, 기공부피, 기공크기 분포도를 확인하기 위하여 질소흡탈착 실험을 실시하였다. 질소흡탈착 등온선의 상대압 0.05-0.20 구간에서 BET (Brunauer-Emmett-Teller) 법을 통해 비표면적을 산출하였고, 기공 크기 분포도의 경우 BJH (Barrett-Joyner-Halenda) 법을 통해 도출하였다. 하기 표 1에 비표면적과 기공부피를 나타내었다. 도 3에 흡착량 및 기공크기에 대한 결과를 그래프로 나타내었다. Nitrogen adsorption / desorption experiments were conducted to confirm the specific surface area, pore volume, and pore size distribution of Examples 1 and 2 and Comparative Examples. The specific surface area was calculated by the BET (Brunauer-Emmett-Teller) method at 0.05-0.20 relative pressure of the nitrogen adsorption / desorption isotherm. The pore size distribution was derived from the Brett-Joyner-Halenda (BJH) method. Table 1 shows specific surface area and pore volume. FIG. 3 graphically shows the results of adsorption amount and pore size.

SBET(㎡/g)S BET (m < 2 > / g) VT(㎤/g)V T (cm 3 / g) 실시예 1Example 1 6868 0.250.25 실시예 2Example 2 5252 0.240.24 비교예Comparative Example 2020 0.110.11

상기 표 1 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 실시예 1은 2.2 nm 크기의 균일한 가지며, 68 ㎡/g의 높은 표면적과 0.25 ㎤/g의 큰 기공 부피를 가짐을 확인하였다. 실시예 2 역시 실시예 1에 비하여는 약간 낮은 표면적과 기공 부피를 가지나, 비교예와 비교하여 우수한 표면적 및 기공부피를 가짐을 확인하였다. As shown in Table 1 and FIG. 3, Example 1 has a uniform size of 2.2 nm, and has a high surface area of 68 m 2 / g and a large pore volume of 0.25 cm 3 / g. Example 2 also had a surface area and pore volume that were slightly lower than those of Example 1, but had excellent surface area and pore volume as compared with Comparative Example.

(실험예 3)(Experimental Example 3)

실시예 1 및 2와 비교예의 기공 및 입자의 형태를 관찰하기 위하여, 각각 주사전자현미경(SEM)으로 관찰하였다. 각각의 이미지를 도 4에 나타내었다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 실시예 1 및 2와 비교예는 다각형의 판상형 입자로 이루어져 있는 것을 알 수 있었다. 실시예 1 및 2는 50 nm 내지 200 nm의 입자 크기 및 약 20 nm의 두께를 가짐을 확인할 수 있었으며, 이를 비교예와 비교해 보면, 더 작고 얇은 것임을 확인할 수 있다. 또한, 실시예 1 및 2의 입자 표면의 거칠기를 관찰할 수 있었다. 상술한 X-선 회절 실험 결과와 질소흡탈착 실험 결과가 보여주는 바와 같이, 실시예 1 및 2는 비교예에 비해 입자의 크기가 더 작고, 수나노미터의 작은 기공을 포함하여, 비표면적이 넓은, 나노 다공성 재료의 특성을 확보할 수 있음을 확인하였다. In order to observe the morphology of the pores and particles of Examples 1 and 2 and Comparative Examples, they were observed with a scanning electron microscope (SEM). Each image is shown in Fig. As shown in Fig. 4, it can be seen that Examples 1 and 2 and Comparative Example are composed of polygonal plate-like particles. It can be seen that Examples 1 and 2 have a particle size of 50 nm to 200 nm and a thickness of about 20 nm, which is smaller and thinner than the comparative example. In addition, the roughness of the particle surfaces of Examples 1 and 2 can be observed. As shown in the results of the X-ray diffraction experiment and the nitrogen adsorption / desorption experiment, Examples 1 and 2 have smaller particle sizes, smaller pores of several nanometers, and larger specific surface area , It is confirmed that the characteristics of the nanoporous material can be secured.

(실험예 4)(Experimental Example 4)

상기 실험예 1에서 얻은 실시예 1 및 비교예를 이용하여, 각각 전극을 제조한 후 리튬전지에 활용하여, 각각의 리튬전지의 충방전 실험을 실시하였다. 상세하게는, 실시예 1 및 비교예 각각과 탄소 도전재 (Super P, MMM), 및 10 wt.%로 N-피롤리돈 (NMP)에 용해한 결합제 (폴리 아미드/이미드, PAI) 를 70:15:15의 중량비로 혼합하여 균질한 슬러리를 제조하고, 닥터블레이드를 사용하여 구리 집전체 위에 도포하여 80℃ 컨벡션 오븐에서 건조시켰다. 이후, 진공조건에서 200℃, 2시간 열처리하여 전극을 제조하였다. 제조된 전극을 지름 12mm로 절단한 후 작동전극으로 사용하였다. 상대전극으로 리튬 금속을 사용하고, 분리막으로 폴리프로필렌 분리막 (Cellgard3510), 전해액으로 1.3M LiPF6가 에틸렌 카보네이트(EC)/디에틸카보네이트(DEC)(v/v = 3/7) 용액을 사용하여 2032형 코인 셀(coin cell)을 제조하였다. Using the example 1 and the comparative example obtained in the above Experimental Example 1, each electrode was manufactured and used in a lithium battery, and each lithium battery was subjected to charge-discharge experiments. (Polyamide / imide, PAI) dissolved in N-pyrrolidone (NMP) in an amount of 10 wt.% Were mixed with 70 parts by weight of a carbon conductive material (Super P, MMM) : 15: 15 to prepare a homogeneous slurry, which was then coated on a copper collector using a doctor blade and dried in a convection oven at 80 ° C. Thereafter, the electrode was thermally treated at 200 ° C for 2 hours in a vacuum condition. The prepared electrode was cut into a diameter of 12 mm and used as a working electrode. (Cellgard 3510) as a separation membrane and 1.3M LiPF 6 as an electrolytic solution using a solution of ethylene carbonate (EC) / diethyl carbonate (DEC) (v / v = 3/7) 2032 type coin cell was prepared.

WANATEC사의 WBCS3000S 충방전기기를 사용하여 1g 당 57.7 mA의 전류밀도로 전압이 0.001 내지 3.0 V (vs. Li)의 전압 범위 내에서, 반복적인 충방전 실험을 수행하였다. 그 실험 결과를 도 5 및 표 2에 나타내었다. Repeated charging and discharging experiments were carried out using a WBCS3000S charge / discharge device of WANATEC Co., Ltd., in a voltage range of 0.001 to 3.0 V (vs. Li) at a current density of 57.7 mA per 1 g. The experimental results are shown in Fig. 5 and Table 2.

첫번째
충전용량
(mAh/g)
first
Charging capacity
(mAh / g)
첫번째
방전용량
(mAh/g)
first
Discharge capacity
(mAh / g)
초기효율
(방전용량/
충전용량*100)
Initial efficiency
(Discharge capacity /
Charging capacity * 100)
30사이클
방전용량
(mAh/g)
30 cycles
Discharge capacity
(mAh / g)
실시예 1Example 1 17001700 11121112 65.465.4 10191019 비교예Comparative Example 16021602 472472 29.429.4 10471047

도 5 및 표 2에 나타낸 바와 같이, 실시예 1은 비교예에 비하여, 우수한 초기용량 및 초기 효율을 가짐을 보인다. 또한, 실시예 1의 경우, 높은 초기 용량을 나타내며, 30 사이클후에도, 초기용량의 92%의 용량을 발현하는 안정적인 사이클 유지 특성을 보임을 확인할 수 있었다. As shown in Fig. 5 and Table 2, Example 1 shows superior initial capacity and initial efficiency as compared with Comparative Example. In addition, it was confirmed that Example 1 exhibits a high initial capacity, and even after 30 cycles, it exhibits a stable cycle retention characteristic that exhibits a capacity of 92% of the initial capacity.

(실험예 5)(Experimental Example 5)

실험예 4에서 이용된 실시예 1 및 비교예를 포함하는 리튬전지를 다시 이용하고, 동일 조건하에서, 전류밀도(0.1 C rate = 57.7 mA/g, 0.5 C rate = 288.5 mA/g, 1.0 C rate = 577 mA/g)를 증가시키면서, 리튬전지 용량 발현 특성을 비교하기 위한 실험을 실시하였다. 그리고, 그 실험 결과를 도 6에 나타내었다. 도 6에 나타낸 바와 같이, 실시예 1과 비교예 모두 충방전율이 증가할수록 전지의 용량이 감소하는 경향을 보였다. 하지만, 실시예 1의 경우, 비교예와 달리, 고율 충방전(1.0 C-rate)에서 발현되는 용량이 저율 충방전 (0.1 C-rate) 대비 30사이클에서 43 % 정도였다. 비교예의 경우, 저율 충방전 대비 4 %의 용량만을 발현하였다. 이를 통하여, 실시예 1은 저율 충방전에서 보다 전지의 용량이 감소하는 것을 줄일 수 있다는 것을 확인할 수 있었다.The lithium battery including the example 1 and the comparative example used in Experimental Example 4 was again used and the current density (0.1 C rate = 57.7 mA / g, 0.5 C rate = 288.5 mA / g, 1.0 C rate = 577 mA / g), an experiment was conducted to compare the capacity characteristics of a lithium battery. The results of the experiment are shown in Fig. As shown in FIG. 6, in both Example 1 and Comparative Example, the capacity of the battery tended to decrease as the charge-discharge rate increased. However, unlike the comparative example, in Example 1, the capacity expressed at a high rate of charge / discharge (1.0 C-rate) was about 43% at 30 cycles of a low rate charge / discharge cycle (0.1 C-rate). In the case of the comparative example, only a capacity of 4% compared with the low rate charge / discharge was exhibited. As a result, it was confirmed that Embodiment 1 can reduce the decrease in the capacity of the battery in comparison with that in the low rate charging / discharging.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the present invention as defined by the following claims. It can be understood that it is possible.

Claims (13)

코발트설페이트 및 콜로이드 실리카 혼합용액을 건조시켜 코발트설페이트/실리카 복합입자를 준비하는 제1 단계; 및
상기 복합입자를 수산화나트륨 용액에 첨가하는 제2 단계를 포함하는, 다공성 코발트 하이드록사이드의 제조방법.
Cobalt sulfate and colloidal silica mixed solution to prepare a cobalt sulfate / silica composite particle; And
And a second step of adding the composite particles to a sodium hydroxide solution.
제1항에 있어서, 상기 제2 단계를 통하여, 상기 복합입자의 코발트설페이트는 코발트하이드록사이드로 생성되고 동시에 실리카가 제거되어 다공성화되는, 다공성 코발트 하이드록사이드의 제조방법.The method of claim 1, wherein through the second step, the cobalt sulfate of the composite particles is produced as cobalt hydroxide and at the same time the silica is removed to make the porous cobalt hydroxide porous. 제1항에 있어서, 상기 제2 단계는, 2회 이상 실시되는, 다공성 코발트 하이드록사이드의 제조방법. 2. The method of claim 1, wherein the second step is carried out two or more times. 제1항에 있어서, 상기 제조방법은, 제2 단계 이후, H2O 및 아세톤에 의하여 세척되고, 건조되는 제3 단계를 추가로 포함하는, 추가로 포함하는, 다공성 하이드록사이드의 제조방법. The method of claim 1, wherein the method further comprises a third step after the second step, wherein the third step is washed with H 2 O and acetone and dried. 제1항에 있어서, 상기 제1 단계의 코발트설페이트/실리카 복합입자는,
Co(NO3)2·6H2O를 H2O 용매에 용해하는 (1-a) 단계;
상기 (1-a) 단계에서 제조된 혼합물에 콜로이달 실리카 용액을 혼합하는 (1-b) 단계;
상기 (1-b) 단계에서 제조된 혼합물에 황산수용액을 혼합하는 (1-c) 단계; 및
상기 (1-c) 단계 이후, 고온에서 소결하는 (1-d) 단계를 포함하는 공정에 의하여 준비되는, 다공성 코발트 하이드록사이드의 제조방법.
The cobalt sulfate / silica composite particle of claim 1, wherein the cobalt sulfate /
(1-a) in which Co (NO 3 ) 2 .6H 2 O is dissolved in an H 2 O solvent;
(1-b) mixing the colloidal silica solution with the mixture prepared in the step (1-a);
(1-c) mixing an aqueous sulfuric acid solution with the mixture prepared in the step (1-b); And
Wherein the porous cobalt hydroxide is prepared by a process comprising the step (1-d) of sintering at a high temperature after the step (1-c).
제5항에 있어서, 상기 소결은 대기분위기에서 실시되는, 다공성 코발트 하이드록사이드의 제조방법.6. The method of claim 5, wherein the sintering is conducted in an atmospheric environment. 제6항에 있어서, 상기 (1-a) 단계는, 자기교반기를 이용하여, Co(NO3)2·6H2O를 H2O 용매에 용해하는, 다공성 코발트 하이드록사이드의 제조방법.7. The method for producing porous cobalt hydroxide according to claim 6, wherein the step (1-a) comprises dissolving Co (NO 3 ) 2 .6H 2 O in a H 2 O solvent using a magnetic stirrer. 제6항에 있어서, 상기 (1-b) 단계는, 콜로이달 실리카 용액을 드롭와이즈(Dropwise) 방식에 의하여, (1-a) 단계에서 제조된 혼합물에 혼합하는, 다공성 코발트 하이드록사이드의 제조방법. The method according to claim 6, wherein the step (1-b) is a step of mixing the colloidal silica solution with the mixture prepared in the step (1-a) by dropwise method to prepare porous cobalt hydroxide Way. 제1항에 있어서, 제1 단계는,
CoSO4·7H2O를 H2O 용매에 용해하는 (1-a') 단계; 및
상기 (1-a') 단계에서 제조된 혼합물에 콜로이달 실리카 용액을 혼합하는 (1-b') 단계를 포함하는 공정에 의하여 준비되는, 다공성 코발트 하이드록사이드의 제조방법.
2. The method according to claim 1,
CoSO 4 · (1-a ' ) to dissolve 7H 2 O to H 2 O solvent phase; And
And (1-b ') mixing the colloidal silica solution with the mixture prepared in the step (1-a').
제9항에 있어서, 상기 (1-a') 단계는 자기교반기를 이용하여, CoSO4·7H2O를 H2O 용매에 용해하는, 다공성 코발트 하이드록사이드의 제조방법.The method according to claim 9, wherein the step (1-a ') comprises dissolving CoSO 4 · 7H 2 O in an H 2 O solvent using a magnetic stirrer. 제9항에 있어서, 상기 (1-b') 단계는, 콜로이달 실리카 용액을 드롭와이즈(Dropwise) 방식에 의하여, (1-a') 단계에서 제조된 혼합물에 혼합하는, 다공성 코발트 하이드록사이드의 제조방법. The method according to claim 9, wherein the step (1-b ') comprises the step of mixing the colloidal silica solution with the mixture prepared in step (1-a') by dropwise method, ≪ / RTI > 제1항 내지 제11항 중 어느 하나에 의하여 제조된 코발트 하이드록사이드, 도전재 및 결합제를 포함하는 리튬전지용 전극재.11. An electrode material for a lithium battery comprising cobalt hydroxide, a conductive material and a binder prepared by any one of claims 1 to 11. 제12항에 의하여 제조된 전극재로 제조된 전극을 포함하는 리튬전지.A lithium battery comprising an electrode made of the electrode material manufactured according to claim 12.
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