KR20190089775A - Secondary battery having positive electrode comprising organic acid metal salt - Google Patents

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Abstract

Provided is a metal ion secondary battery. The metal ion secondary battery comprises: a positive electrode including a positive electrode active material capable of reverse insertion and detachment of active metal ions and an organic acid metal salt which is an organic acid salt of the active metal; a negative electrode having a negative electrode active material; and an electrolyte. The battery performance can be enhanced by enhancing an initial charge capacity of the metal ion secondary battery.

Description

금속 유기산염 함유 양극을 구비하는 이차전지 {Secondary battery having positive electrode comprising organic acid metal salt}[0001] The present invention relates to a secondary battery having a positive electrode containing a metal organic acid salt,

본 발명은 이차전지에 관한 것으로 구체적으로는 차세대 이차전지에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a secondary battery, and more particularly, to a next-generation secondary battery.

이차전지는 방전뿐 아니라 충전이 가능하여 반복적으로 사용할 수 있는 전지를 말한다. 이차전지 중 대표적인 리튬 이차전지는 양극활물질에 포함된 리튬이온이 전해질을 거쳐 음극으로 이동한 후 음극활물질의 층상 구조 내로 삽입되며(충전), 이 후 음극활물질의 층상 구조 내로 삽입되었던 리튬 이온이 다시 양극으로 되돌아가는(방전) 원리를 통해 작동한다. 이러한 리튬 이차전지는 현재 상용화되어 휴대전화, 노트북 컴퓨터 등의 소형전원으로 사용되고 있으며, 하이브리드 자동차 등의 대형 전원으로도 사용가능할 것으로 예측되고 있어, 그 수요가 증대될 것으로 예상된다.The secondary battery refers to a battery that can be charged repeatedly as well as discharged. In a typical lithium secondary battery of the secondary battery, lithium ions contained in the positive electrode active material are transferred to the negative electrode through the electrolyte and then inserted (filled) into the layered structure of the negative electrode active material. Then, lithium ions, which have been inserted into the layered structure of the negative electrode active material, It works through the principle of returning to the anode (discharging). Such a lithium secondary battery is currently commercialized and is being used as a small power source for a cellular phone, a notebook computer, and the like, and it is expected that the lithium secondary battery will also be usable as a large power source such as a hybrid car, and the demand is expected to increase.

그러나, 리튬 이차전지에서 양극활물질로 주로 사용되는 복합금속산화물은 리튬 등의 희소금속원소를 포함하고 있어, 수요증대에 부응하지 못할 염려가 있다. 이에 따라, 공급량이 풍부고 값싼 금속을 양극활물질로 사용하는 차세대 이차전지가 연구되고 있다. 이러한 차세대 이차전지의 일 예로서, 나트륨 이온을 사용하는 나트륨 이차전지가 연구되고 있고, 대한민국 공개특허 제2012-0133300호는 나트륨 이차전지 양극활물질로서 NaxMnPO4F(0 < x ≤ 2)을 개시하고 있다.However, the composite metal oxide, which is mainly used as a cathode active material in a lithium secondary battery, contains a rare metal element such as lithium and may not meet the increase in demand. Accordingly, a next-generation secondary battery using a metal having a rich and cheap supply as a cathode active material has been studied. As an example of such a next-generation secondary battery, there has been studied a sodium secondary battery using sodium ion, Korean Patent Laid-Open Publication No. 2012-0133300 discloses a sodium secondary battery using Na x MnPO 4 F (0 <x ≤ 2) Lt; / RTI &gt;

그러나, 이러한 나트륨 이차전지 양극활물질은 결정구조 내에 나트륨의 함량이 부족하거나 혹은 비활성 나트륨의 함량이 높은 것이 일반적인다. 이 경우, 음극에 나트륨 이온 소오스가 없는 풀셀(full cell)로 전지를 구성하는 경우 충분한 초기 충전용량을 나타낼 수 없다. 이러한 문제점은 다른 차세대 금속이온 이차전지를 풀셀로 구성할 경우에도 나타날 수 있다.However, such a sodium secondary battery cathode active material generally has a low content of sodium in the crystal structure or a high content of inactive sodium. In this case, when the battery is composed of a full cell having no sodium ion source at the cathode, sufficient initial charge capacity can not be exhibited. Such a problem may also occur when another next-generation metal-ion secondary battery is configured as a full cell.

따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 초기 충전용량이 크게 개선된 차세대 금속이온 이차전지를 제공함에 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a next generation metal ion secondary battery in which the initial charging capacity is greatly improved.

상기 과제를 이루기 위하여 본 발명의 일 측면은 금속 이온 이차전지를 제공한다. 상기 금속 이온 이차전지는 활성 금속 이온의 가역적인 삽입과 탈리가 가능한 양극활물질과 상기 활성 금속의 유기산염인 금속 유기산염(organic acid metal salt)을 함유하는 양극; 음극 활물질을 구비하는 음극; 및 전해질을 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a metal ion secondary battery. The metal ion secondary battery includes: a cathode containing a cathode active material capable of reversibly intercalating and desorbing active metal ions and an organic acid metal salt as an organic acid salt of the active metal; A negative electrode having a negative electrode active material; And an electrolyte.

상기 활성 금속 이온은 나트륨 이온, 칼륨 이온, 아연 이온 또는 마그네슘 이온일 수 있다. 상기 음극 활물질은 탄소 재료일 수 있다. 상기 금속 유기산염은 상기 활성 금속의 카복실레이트염인 금속 카복실레이트염(metal carboxylate salt) 또는 상기 활성 금속의 카복실레이트염인 금속 술포네이트염(metal sulfonate salt)일 수 있다. The active metal ion may be a sodium ion, a potassium ion, a zinc ion, or a magnesium ion. The negative electrode active material may be a carbon material. The metal organic acid salt may be a metal carboxylate salt which is a carboxylate salt of the active metal or a metal sulfonate salt which is a carboxylate salt of the active metal.

상기 금속 폴리카복실레이트염은 하기 화학식 1로 나타낸 금속 아미노폴리카복실레이트염일 수 있다.The metal polycarboxylate salt may be a metal aminopolycarboxylate salt represented by the following formula (1).

[화학식 1][Chemical Formula 1]

A - xMm+ ·(n-mx)HA - xMm +. (N-mx) H

상기 화학식 1에서, A는 2 또는 5 개의 카복실기가 포함된 아미노폴리카복실레이트(aminopolycarboxylate)이고, M은 활성 금속 이온으로, Na, K, Zn, 또는 Mg이고, m은 활성 금속 이온의 산화수로서, 활성 금속 이온의 종류에 따라서 1 또는 2이고, n은 상기 아미노폴리카복실레이트에 포함된 카복실기의 개수로서 2 내지 5이고, n-mx는 0 이상을 만족하는 범위 내에서 x는 1 내지 5의 정수이다.Wherein A is an aminopolycarboxylate having 2 or 5 carboxyl groups, M is an active metal ion, Na, K, Zn, or Mg, m is an oxidation number of an active metal ion, N is 1 or 2, and n is 2 to 5 in terms of the number of carboxyl groups contained in the aminopolycarboxylate, and x is an integer of 1 to 5 It is an integer.

상기 금속 유기산염은 EDTA(Ethylene Diamine Tetraacetic Acid)-nM이고, 여기서 M은 Na, K, Zn, 또는 Mg이고, M이 Na 또는 K일 때 n은 1 내지 4의 정수이고, M이 Zn 또는 Mg 일 때 n은 1 또는 2일 수 있다.Wherein M is Na, K, Zn, or Mg, n is an integer of 1 to 4 when M is Na or K, and M is Zn or Mg N may be 1 or 2.

상기 과제를 이루기 위하여 본 발명의 일 측면은 금속 이온 이차전지를 제공한다. 상기 금속 이온 이차전지는 활성 금속 이온의 가역적인 삽입과 탈리가 가능한 활물질과 상기 활성 금속의 유기산염인 금속 유기산염(organic acid metal salt)을 함유하는 전극을 구비한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a metal ion secondary battery. The metal ion secondary battery includes an electrode containing an active material capable of reversibly intercalating and desorbing active metal ions and an organic acid metal salt as an organic acid salt of the active metal.

본 발명에 따르면, 금속 유기산염에 포함된 활성 금속 이온은 전지의 초기 충전과정에서 활성 금속 이온의 공급원 역할을 할 수 있다. 이 경우, 금속이온 이차전지의 초기 충전용량을 향상시켜 전지 성능을 향상시킬 수 있다. According to the present invention, the active metal ion contained in the metal organic acid salt can serve as a source of active metal ion during the initial charging process of the battery. In this case, the initial charge capacity of the metal ion secondary battery can be improved and the battery performance can be improved.

도 1은 반전지 비교예 A2에 따른 반전지에 대한 순환전압주사(cyclic voltammetry) 그래프이다.
도 2는 양극 비교예 A2에 따른 전극 및 이를 양극으로 구비하는 반전지 비교예 A2에 따른 반전지에 4.5V를 인가하여 완전히 충전시킨 후의 양극에 대한 XRD (X-ray Diffraction) 패턴을 나타낸다.
도 3은 양극 비교예 A3에 따른 전극과 이를 양극으로 구비하는 반전지 비교예 A3에 따른 반전지를 충전시키는 과정에서 3.83V, 3.86V, 4.2V, 및 4.5V인가한 후의 양극들에 대한 FT-IR 패턴을 나타낸다.
도 4는 양극 비교예 A2에 따른 양극을 사용한 반전지 비교예 A2에 따른 반전지에 대한 충방전 곡선을 나타낸다.
도 5는 양극 비교예 A1에 따른 양극을 사용한 반전지 비교예 A1에 따른 반전지에 대한 충방전 곡선을 나타낸다.
도 6은 양극 제조예 A1에 따른 양극을 사용한 반전지 제조예 A1에 따른 반전지에 대한 충방전 곡선을 나타낸다.
도 7은 양극 제조예들 A1, A2, 및 A3에 따른 양극을 사용한 반전지 제조예 A1, A2, 및 A3에 따른 반전지에 대한 충방전 곡선들을 나타낸다.
도 8은 반전지 비교예 B2에 따른 반전지에 대한 순환전압주사(cyclic voltammetry) 그래프이다.
도 9는 양극 비교예 B2에 따른 전극(a) 및 이를 양극으로 구비하는 반전지 비교예 B2에 따른 반전지를 4.5V로 완전 충전시킨 후의 양극(b)에 대한 SEM 및 EDS mapping 결과들을 나타낸다.
도 10은 양극 비교예 B2에 따른 양극을 사용한 반전지 비교예 B2에 따른 반전지에 대한 충방전 곡선을 나타낸다.
도 11은 양극 비교예 B3에 따른 전극을 양극으로 구비하는 반전지 비교예 B3에 따른 반전지를 충전시키는 과정에서 전압을 인가하지 않거나(OCV, open circuit volatge), 3.89V, 3.92V, 4.03V, 및 4.5V를 인가한 후의 양극들에 대한 FT-IR 패턴을 나타낸다.
도 12는 양극 제조예 B1에 따른 양극을 사용한 반전지 제조예 B1에 따른 반전지와 양극 비교예 B1에 따른 양극을 사용한 반전지 비교예 B1에 따른 반전지에 대한 충방전 곡선을 나타낸다.
FIG. 1 is a cyclic voltammetry graph for a reverse battery according to Comparative Example A2.
FIG. 2 shows an X-ray diffraction (XRD) pattern of an anode according to Comparative Example A2 and an anode after it was fully charged by applying a voltage of 4.5 V to a battery according to Comparative Example A2.
FIG. 3 is a graph showing the results of FT-IR spectroscopy for positive electrodes after applying 3.83 V, 3.86 V, 4.2 V, and 4.5 V in the process of charging the electrode according to Comparative Example A3 and the electrode according to Comparative Example A3, IR pattern.
4 shows the charging / discharging curve for the half-cell according to Comparative Example A2 using the positive electrode according to Comparative Example A2.
Fig. 5 shows the charging / discharging curve for the half-cell according to Comparative Example A1 using the positive electrode according to Comparative Example A1.
FIG. 6 shows charge / discharge curves for a half-cell according to a half cell preparation example A1 using a cathode according to cathode production example A1.
FIG. 7 shows charging / discharging curves for the reversible batteries according to the examples A 1, A 2, and A 3 using the positive electrode according to the positive electrode manufacturing examples A 1, A 2, and A 3.
8 is a cyclic voltammetry graph for a half-cell according to the half-cell comparative example B2.
FIG. 9 shows SEM and EDS mapping results for the electrode (a) according to the anode comparison example B2 and the anode (b) after the full charge of the half-cell according to the comparator B2 of the comparator B2 having the anode as the anode.
10 shows a charge / discharge curve for a half-cell according to Comparative Example B2 using a positive electrode according to Comparative Example B2.
FIG. 11 is a graph showing the relationship between an open circuit voltage (OCV), 3.89 V, 3.92 V, 4.03 V, and 3.9 V in the process of charging a half-cell according to Comparative Example B3 comprising an anode according to Comparative Example B3, And an FT-IR pattern for anodes after applying 4.5V.
12 shows the charging / discharging curve for the half-cell according to Comparative Example B1 of the half-cell using the positive electrode according to Comparative Example B1 and the half-cell according to the half-cell preparation example B1 using the positive electrode according to the positive electrode manufacturing example B1.

이하, 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein but may be embodied in other forms. Like reference numerals designate like elements throughout the specification.

본 명세서에서, 어떤 층이 다른 층 "상"에 위치한다고 함은 이들 층들이 직접적으로 접해있는 것 뿐 아니라 이들 층들 사이에 또 다른 층(들)이 위치하는 것을 의미한다. In this specification, the term " on top of another layer " means that not only these layers are directly in contact but also another layer (s) is located between these layers.

본 발명의 일 실시예에 따른 금속 이온 이차전지는 양극, 음극, 및 이들 사이에 위치하는 전해질을 구비한다. 이러한 이차전지는 금속 이온이 양극에서 나와 전해질을 통해 음극으로 이동하는 충전과정과 금속 이온이 음극에서 나와 전해질을 통해 양극으로 이동하는 방전과정을 여러번 수행할 수 있는 것으로, 상기 금속 이온은 활성 금속 이온이라고 명명할 수 있다.A metal ion secondary battery according to an embodiment of the present invention includes an anode, a cathode, and an electrolyte disposed therebetween. Such a secondary battery can perform a charging process in which metal ions move from the anode to an anode through an electrolyte and a discharging process in which metal ions move from the cathode to the anode through the electrolyte, .

본 실시예에서 상기 활성 금속 이온은 나트륨 이온, 칼륨 이온, 아연 이온 또는 마그네슘 이온일 수 있다. 이와 같이 리튬 이온이 아닌 금속 이온을 활성 금속 이온으로 사용하는 금속 이온 이차전지는 비리튬 이차전지라고 명명하기도 한다. 그러나, 이에 한정되지 않고 본 실시예에 따른 금속 이온 이차전지는 리튬 이온 이차전지에도 적용할 수 있다.In this embodiment, the active metal ion may be a sodium ion, a potassium ion, a zinc ion, or a magnesium ion. The metal ion secondary battery using the non-lithium metal ion as the active metal ion is also called a non-lithium secondary battery. However, the present invention is not limited to this, and the metal ion secondary battery according to this embodiment can be applied to a lithium ion secondary battery.

양극anode

양극은 양극재료를 함유하는 양극 활물질층을 구비할 수 있다. 이 때, 양극재료는 활성 금속 이온의 가역적인 삽입과 탈리가 가능한 양극활물질과 상기 활성 금속의 유기산염인 금속 유기산염(organic acid metal salt)을 함유할 수 있다.The anode may have a cathode active material layer containing a cathode material. At this time, the cathode material may contain a cathode active material capable of reversible insertion and desorption of active metal ions and an organic acid metal salt, which is an organic acid salt of the active metal.

상기 활성 금속 이온이 나트륨 이온인 경우에, 상기 양극활물질은 나트륨 전이금속산화물 또는 나트륨을 함유하지 않는 결정성 물질일 수 있다. 상기 나트륨을 함유하지 않는 결정성 물질은 일 예로서, 인 β-FeOOH일 수 있다. 상기 나트륨 전이금속산화물은 Nax[M1 1-y-zM2 yM3 z]O2-αAα (0<x≤1, 0≤y<1, 0≤z<1, 0≤α≤0.1, M1, M2, 및 M3는 Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nd, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Pb, Ag, Cd, Al, Ga, In, Sn, 및 Bi로 이루어진 군에서 선택되는 서로 다른 금속이고, A는 N,O,F, 또는 S임) 일 예로서, NaxFeO2, NaxMnO2, NaxNiO2, NaxCoO2, NaxCrO2, NaxNi0.5Mn0.5O2 (0<x≤1)등일 수 있다. 일 예로서, x는 0.4 내지 0.7일 수 있다.When the active metal ion is a sodium ion, the cathode active material may be a sodium transition metal oxide or a crystalline material containing no sodium. The sodium-free crystalline material may be, for example, phosphorus [beta] -FeOOH. Wherein the sodium transition metal oxide is at least one selected from the group consisting of Na x [M 1 1 -yz M 2 y M 3 z ] O 2 -α A α (0 <x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z <1, 0 ≦ 0.1, M 1 , M 2 and M 3 are Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nd, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Pb, A, N, O, F, or S). As an example, Na x FeO 2 , Na x MnO 2 , Na x NiO 2 , Na x CoO 2 , Na x CrO 2 , Na x Ni 0.5 Mn 0.5 O 2 (0 <x? 1), and the like. As an example, x may be 0.4 to 0.7.

상기 활성 금속 이온이 칼륨 이온인 경우에, 상기 양극 활물질은 니켈 헥사시아노페레이트(Nickel hexacyanoferrate) 또는 구리 헥사시아노페레이트(Copper hexacyanoferrate)일 수 있다. 상기 활성 금속 이온이 마그네슘 이온인 경우에, 상기 양극 활물질은 MgxMo6S8-ySey (y=0,1, 또는 2), α-MnO2, MoS2, WSe2, 또는 TiS2일 수 있다. 상기 활성 금속 이온이 아연 이온인 경우에, 상기 양극 활물질은 α-MnO2, Na0.95MnO2, 또는 NiOOH일 수 있다. When the active metal ion is potassium ion, the cathode active material may be nickel hexacyanoferrate or copper hexacyanoferrate. In the case where the active metal ions are magnesium ions, the positive electrode active material is Mg x Mo 6 S 8-y Se y (y = 0,1, or 2), α-MnO 2, MoS 2, WSe 2, TiS 2, or Lt; / RTI &gt; When the active metal ion is a zinc ion, the cathode active material may be? -MnO 2 , Na 0.95 MnO 2 , or NiOOH.

상기 금속 유기산염은 상기 활성 금속의 카복실레이트염인 금속 카복실레이트염(metal carboxylate salt) 또는 상기 활성 금속의 술포네이트염인 금속 술포네이트염(metal sulfonate salt)일 수 있다. The metal organic acid salt may be a metal carboxylate salt which is a carboxylate salt of the active metal or a metal sulfonate salt which is a sulfonate salt of the active metal.

상기 금속 카복실레이트염은 하나의 분자 내에 다수의 카복실레이트기와 활성 금속 이온을 갖는 금속 폴리카복실레이트염일 수 있다. 일 예로서, 금속 폴리카복실레이트염은 하기 화학식 1로 나타낸 금속 아미노폴리카복실레이트염일 수 있다.The metal carboxylate salt may be a metal polycarboxylate salt having a plurality of carboxylate groups and an active metal ion in one molecule. As an example, the metal polycarboxylate salt may be a metal aminopolycarboxylate salt represented by the following formula (1).

[화학식 1][Chemical Formula 1]

A - xMm+ ·(n-mx)HA - xMm +. (N-mx) H

상기 화학식 1에서, A는 2 또는 5 개의 카복실기가 포함된 아미노폴리카복실레이트(aminopolycarboxylate)일 수 있다. M은 활성 금속 이온으로, Na, K, Zn, 또는 Mg일 수 있다. m은 활성 금속 이온의 산화수로서, 활성 금속 이온의 종류에 따라서 1 또는 2일 수 있다. n은 상기 아미노폴리카복실레이트에 포함된 카복실기의 개수로서 2 내지 5일 수 있고, n-mx는 0 이상을 만족하는 범위 내에서 x는 1 내지 5의 정수일 수 있다. In Formula 1, A may be an aminopolycarboxylate containing two or five carboxyl groups. M is an active metal ion, which can be Na, K, Zn, or Mg. m is an oxidation number of the active metal ion, and may be 1 or 2, depending on the kind of the active metal ion. n may be 2 to 5 as the number of carboxyl groups contained in the aminopolycarboxylate, and x may be an integer of 1 to 5 within the range of n-mx satisfying 0 or more.

상기 아미노폴리카복실레이트는 일 예로서, EDTA (ethylene diamine tetra acetate), DTPA (diethylene triamine penta acetate), EGTA (Ethylene glycol-bis(2-aminoethylether)-N,N,N′,N′-tetraacetate), IDA (2,2'-azanediyldiacetate), NTA (2,2',2''-nitrilotriacetate), BAPTA (1,2-bis(o-aminophenoxy)ethane-N,N,N',N'-tetraacetate), DOTA (1,4,7,10-tetraazacyclododecane-1,4,7,10-tetraacetate), NOTA (2,2',2''-(1,4,7-triazanonane-1,4,7-triyl)triacetate), Nicotianamine, EDDHA(2-[2-[[2-Hydroxy-1-(2-hydroxyphenyl)-2-oxoethyl]amino]ethylamino]-2-(2-hydroxyphenyl)acetate) 등이 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.Examples of the aminopolycarboxylate include ethylene diamine tetra acetate (EDTA), diethylene triamine penta acetate (DTPA), ethylene glycol-bis (2-aminoethylether) -N, N, N ' , IDA (2,2'-azanediyldiacetate), NTA (2,2 ', 2''-nitrilotriacetate), BAPTA (1,2-bis (o-aminophenoxy) ethane-N, N, N'N'-tetraacetate ), DOTA (1,4,7,10-tetraazacyclododecane-1,4,7,10-tetraacetate), NOSA (2,2 ', 2 "- (1,4,7-triazanonane-1,4,7 -triyl) triacetate, Nicotianamine, EDDHA (2- [2- [2-Hydroxy-1- (2-hydroxyphenyl) -2-oxoethyl] amino] ethylamino] -2- (2-hydroxyphenyl) , But is not limited thereto.

일 예로서, 상기 금속 유기산염이 EDTA(Ethylene Diamine Tetraacetic Acid)-xM(M이 Na 또는 K일 때 x은 1 내지 4, M이 Zn 또는 Mg일 때 x은 1 내지 2) 또는 상기 금속 유기산염이 DTPA(Diethylene Triamine Pentacetic Acid)-nM(M이 Na 또는 K일 때 n은 1 내지 5, M이 Zn 또는 Mg 일 때 n은 1 내지 2)일 수 있다. 일 예로, 상기 활성 금속 이온이 나트륨인 경우에, 상기 금속 카복실레이트염은 EDTA-4Na 또는 DTPA-5Na일 수 있다. 이러한 금속 유기산염에 포함된 활성 금속 이온은 전지의 초기 충전과정에서 활성 금속 이온의 공급원 역할을 할 수 있다. 이 경우, 금속이온 이차전지의 초기 충전용량을 향상시켜 전지 성능을 향상시킬 수 있다. 상기 금속 유기산염의 첨가량은 상기 양극활물질 100 중량부에 대해 1 내지 50 중량부, 구체적으로 3 내지 40 중량부로 함유될 수 있으나, 이에 한정되지 않고 상기 양극활물질이 활성 금속 이온을 함유하는지 여부에 따라 달라질 수 있다. For example, when the metal organic acid salt is EDTA-xM (x is 1 to 4 when M is Na or K, x is 1 to 2 when M is Zn or Mg) or the metal organic acid salt (Diethylene Triamine Pentacetic Acid) -nM (n is 1 to 5 when M is Na or K, and n is 1 or 2 when M is Zn or Mg). In one example, when the active metal ion is sodium, the metal carboxylate salt may be EDTA-4Na or DTPA-5Na. The active metal ion contained in the metal organic acid salt may serve as a source of active metal ions during the initial charging of the battery. In this case, the initial charge capacity of the metal ion secondary battery can be improved and the battery performance can be improved. The amount of the metal organic acid salt to be added may be 1 to 50 parts by weight, specifically 3 to 40 parts by weight, based on 100 parts by weight of the cathode active material, but is not limited thereto and varies depending on whether the cathode active material contains an active metal ion .

상기 양극재료는 도전재를 더 포함할 수 있다. 상기 도전재는 천연 흑연, 인조 흑연, 코크스류, 카본 블랙, 탄소 나노튜브, 그라핀 등의 탄소 재료일 수 있다. 상기 도전재는 상기 양극활물질 100 중량부에 대해 2 내지 20 중량부로 함유될 수 있다. The cathode material may further include a conductive material. The conductive material may be a carbon material such as natural graphite, artificial graphite, coke, carbon black, carbon nanotube, and graphene. The conductive material may be contained in an amount of 2 to 20 parts by weight based on 100 parts by weight of the cathode active material.

상기 양극재료는 바인더를 더 포함할 수 있다. 상기 바인더는 열가소성 수지 예를 들어, 폴리불화비닐리덴, 폴리테트라플루오로에틸렌, 사불화에틸렌, 불화비닐리덴계 공중합체, 육불화프로필렌 등의 불소 수지, 및/또는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀 수지를 포함할 수 있다. 상기 바인더는 상기 양극활물질 100 중량부에 대해 2 내지 20 중량부로 함유될 수 있다. The cathode material may further include a binder. The binder may be a thermoplastic resin such as polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, tetrafluoroethylene, vinylidene fluoride copolymer, fluorine resin such as propylene hexafluoride, and / or a polyolefin resin such as polyethylene or polypropylene . &Lt; / RTI &gt; The binder may be contained in an amount of 2 to 20 parts by weight based on 100 parts by weight of the cathode active material.

상기 양극재료를 양극 집전체 상에 도포하여 양극 집전체 상에 양극 활물질층을 형성할 수 있다. 양극 집전체는 Al, Ni, 스테인레스 등의 도전체일 수 있다. 양극재료를 양극 집전체 상에 도포하는 것은 가압 성형, 또는 유기 용매등을 사용하여 페이스트를 만든 후 이 페이스트를 집전체 상에 도포하고 프레스하여 고착화하는 방법을 사용할 수 있다. 유기 용매는 N,N-디메틸아미노프로필아민, 디에틸트리아민 등의 아민계; 에틸렌옥시드, 테트라히드로푸란 등의 에테르계; 메틸에틸케톤 등의 케톤계; 아세트산메틸 등의 에스테르계; 디메틸아세트아미드, N-메틸-2-피롤리돈 등의 비양성자성 극성 용매 등일 수 있다. 페이스트를 양극 집전체 상에 도포하는 것은 예를 들면, 그라비아 코팅법, 슬릿다이 코팅법, 나이프 코팅법, 스프레이 코팅법을 사용하여 수행할 수 있다.The positive electrode material may be coated on the positive electrode collector to form a positive electrode active material layer on the positive electrode collector. The positive electrode current collector may be a conductive material such as Al, Ni, or stainless steel. The positive electrode material may be applied on the positive electrode collector by a method such as a pressing method using a paste or an organic solvent, applying the paste on a current collector, and pressing and fixing the paste. Examples of the organic solvent include amine-based solvents such as N, N-dimethylaminopropylamine and diethyltriamine; Ethers such as ethylene oxide and tetrahydrofuran; Ketone type such as methyl ethyl ketone; Esters such as methyl acetate; Aprotic polar solvent such as dimethylacetamide, N-methyl-2-pyrrolidone and the like. The paste may be applied on the positive electrode current collector using, for example, a gravure coating method, a slit die coating method, a knife coating method, or a spray coating method.

음극cathode

음극재료는 음극활물질을 포함하는데, 이 음극활물질은 상기 활성 금속 이온을 삽입/탈리하거나 변환(conversion) 반응을 일으킬 수 있는 금속, 금속합금, 금속산화물, 금속불화물, 금속황화물, 및 천연 흑연, 인조흑연, 코크스류, 카본 블랙, 탄소나노튜브, 그라핀 등의 탄소 재료 등을 사용하여 형성할 수도 있다. 그러나, 이차전지를 풀셀로 구성하는 경우 음극은 탄소 재료를 음극활물질로 구비할 수 있다.The negative electrode material includes a negative electrode active material, which is a metal, a metal alloy, a metal oxide, a metal fluoride, a metal sulfide, and a natural graphite, which are capable of intercalating / deintercalating or converting the active metal ion Carbon material such as graphite, coke, carbon black, carbon nanotube, and graphene. However, when the secondary battery is composed of a full cell, the negative electrode may include a carbon material as a negative electrode active material.

상기 음극재료는 도전재 및/또는 바인더를 더 포함할 수 있다. 이 때, 도전재는 천연 흑연, 인조 흑연, 코크스류, 카본 블랙, 탄소 나노튜브, 그라핀 등의 탄소 재료일 수 있다. 바인더는 열가소성 수지 예를 들어, 폴리불화비닐리덴, 폴리테트라플루오로에틸렌, 사불화에틸렌, 불화비닐리덴계 공중합체, 육불화프로필렌 등의 불소 수지, 및/또는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀 수지를 포함할 수 있다.The negative electrode material may further include a conductive material and / or a binder. At this time, the conductive material may be a carbon material such as natural graphite, artificial graphite, coke, carbon black, carbon nanotube, and graphene. The binder may be a thermoplastic resin such as polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, tetrafluoroethylene, vinylidene fluoride copolymer, fluorine resin such as propylene hexafluoride, and / or a polyolefin resin such as polyethylene or polypropylene .

음극재료를 음극 집전체 상에 도포하여 음극 집전체 상에 음극 활물질층을 형성할 수 있다. The negative electrode material may be coated on the negative electrode collector to form the negative electrode active material layer on the negative electrode collector.

전해질Electrolyte

전해질은 상기 활성 금속 이온의 염과 유기용매의 혼합물일 수 있다.The electrolyte may be a mixture of a salt of the active metal ion and an organic solvent.

상기 활성 금속 이온이 나트륨인 경우, 상기 활성 금속 이온의 염은 NaClO4, NaPF6, NaAsF6, NaSbF6, NaBF4, NaCF3SO3, NaN(SO2CF3)2, 저급 지방족 카르복실산나트륨염, NaAlCl4 등일 수 있고, 이들의 2종 이상의 혼합물을 사용할 수도 있다. 이들 중에서도 불소를 포함하는 전해질을 사용하는 것이 바람직하다. 유기 용매로는, 예를 들면 프로필렌카르보네이트, 에틸렌카르보네이트, 디메틸카르보네이트, 디에틸카르보네이트, 에틸메틸카르보네이트, 이소프로필메틸카르보네이트, 비닐렌카르보네이트, 4-트리플루오로메틸-1,3-디옥솔란-2-온, 1,2-디(메톡시카르보닐옥시)에탄 등의 카르보네이트류; 1,2-디메톡시에탄, 1,3-디메톡시프로판, 펜타플루오로프로필메틸에테르, 2,2,3,3-테트라플루오로프로필디플루오로메틸에테르, 테트라히드로푸란, 2-메틸테트라히드로푸란 등의 에테르류; 포름산메틸, 아세트산메틸, γ-부티로락톤 등의 에스테르류; 아세토니트릴, 부티로니트릴 등의 니트릴류; N,N-디메틸포름아미드, N,N-디메틸아세트아미드 등의 아미드류; 3-메틸-2-옥사졸리돈 등의 카르바메이트류; 술포란, 디메틸술폭시드, 1,3-프로판술톤 등의 황 함유 화합물; 또는 상기한 유기 용매에 추가로 불소 치환기를 도입한 것을 사용할 수 있다. 상기 활성 금속 이온이 아연인 경우, 상기 활성 금속 이온의 염은 ZnSO4·7H2O, ZnCl2, Zn(NO3)2·6H2O, C2F6O6S2Zn 등 일 수 있으며, 2종을 혼용하여 사용 할 수도 있다. 그러나, 이에 한정되지 않고 활성 금속 이온의 염은 공지된 물질들 중 하나를 사용할 수 있다.If the active metal ions are sodium, salts of the active metal ions NaClO 4, NaPF 6, NaAsF 6 , NaSbF 6, NaBF 4, NaCF 3 SO 3, NaN (SO 2 CF 3) 2, lower aliphatic carboxylic acid Sodium salt, NaAlCl 4 , and the like, or a mixture of two or more thereof may be used. Among them, it is preferable to use an electrolyte containing fluorine. Examples of the organic solvent include propylene carbonate, ethylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, isopropyl methyl carbonate, vinylene carbonate, 4- Carbonates such as trifluoromethyl-1,3-dioxolan-2-one and 1,2-di (methoxycarbonyloxy) ethane; 1,2-dimethoxyethane, 1,3-dimethoxypropane, pentafluoropropylmethylether, 2,2,3,3-tetrafluoropropyldifluoromethylether, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydro Ethers such as furan; Esters such as methyl formate, methyl acetate and? -Butyrolactone; Nitriles such as acetonitrile and butyronitrile; Amides such as N, N-dimethylformamide and N, N-dimethylacetamide; Carbamates such as 3-methyl-2-oxazolidone; Sulfur-containing compounds such as sulfolane, dimethylsulfoxide, and 1,3-propanesultone; Or an organic solvent in which a fluorine-substituted group is further introduced may be used. When the active metal ion is zinc, the salt of the active metal ion may be ZnSO 4 .7H 2 O, ZnCl 2 , Zn (NO 3 ) 2 .6H 2 O, C 2 F 6 O 6 S 2 Zn, , Or two types may be used in combination. However, without being limited thereto, salts of active metal ions may use one of the known materials.

이와는 달리, 고체 전해질을 이용할 수도 있다. 고체 전해질로는 폴리에틸렌옥시드계의 고분자 화합물, 폴리오르가노실록산쇄 또는 폴리옥시알킬렌쇄 중 적어도 1종 이상을 포함하는 고분자 화합물 등의 유기계 고체 전해질일 수 있다. 또한, 고분자 화합물에 비수전해액을 담지한, 이른바 겔 타입의 전해질을 이용할 수도 있다. 한편, Na2S-SiS2, Na2S-GeS2, NaTi2(PO4)3, NaFe2(PO4)3, Na2(SO4)3, Fe2(SO4)2(PO4), Fe2(MoO4)3 등의 무기계 고체 전해질을 이용할 수도 있다. 이들 고체 전해질을 이용하여 이차 전지의 안전성을 보다 높일 수 있는 경우가 있다. 또한, 고체 전해질이 후술하는 세퍼레이터의 역할을 하는 경우도 있고, 그 경우에는 세퍼레이터를 필요로 하지 않는 경우도 있다.Alternatively, a solid electrolyte may be used. The solid electrolyte may be an organic solid electrolyte such as a polymer compound of a polyethylene oxide system, a polymer compound containing at least one or more of a polyorganosiloxane chain or a polyoxyalkylene chain. A so-called gel type electrolyte in which a non-aqueous electrolyte is supported on the polymer compound may also be used. On the other hand, Na 2 S-SiS 2, Na 2 S-GeS 2, NaTi 2 (PO 4) 3, NaFe 2 (PO 4) 3, Na 2 (SO 4) 3, Fe 2 (SO 4) 2 (PO 4 ), Fe 2 (MoO 4 ) 3, and the like may be used. In some cases, the safety of the secondary battery can be enhanced by using these solid electrolytes. Further, the solid electrolyte may serve as a separator to be described later, in which case a separator may not be required.

세퍼레이터Separator

양극과 음극 사이에 세퍼레이터가 배치될 수 있다. 이러한 세퍼레이터는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀 수지, 불소 수지, 질소 함유 방향족 중합체 등의 재질로 이루어지는 다공질 필름, 부직포, 직포 등의 형태를 가지는 재료일 수 있다. 세퍼레이터의 두께는, 전지의 부피 에너지 밀도가 높아지고, 내부 저항이 작아진다는 점에서, 기계적 강도가 유지되는 한 얇을수록 바람직하다. 세퍼레이터의 두께는, 일반적으로 5 내지 200 ㎛ 정도일 수 있고, 더 구체적으로는 5 내지 40 ㎛일 수 있다.A separator may be disposed between the anode and the cathode. Such a separator may be a material having a form such as a porous film made of a material such as a polyolefin resin such as polyethylene or polypropylene, a fluororesin or a nitrogen-containing aromatic polymer, a nonwoven fabric or a woven fabric. The thickness of the separator is preferably as thin as long as the mechanical strength is maintained in that the volume energy density of the battery is high and the internal resistance is small. The thickness of the separator may generally be about 5 to 200 mu m, and more specifically, 5 to 40 mu m.

이차 전지의 제조 방법Manufacturing Method of Secondary Battery

양극, 세퍼레이터, 및 음극을 순서대로 적층하여 전극군을 형성한 후 필요하다면 전극군을 말아서 전지캔에 수납하고, 전극군에 비수전해액을 함침시킴으로써 이차 전지를 제조할 수 있다. 이와는 달리, 양극, 고체 전해질, 및 음극을 적층하여 전극군을 형성한 후 필요하다면 전극군을 말아서 전지캔에 수납하여 이차 전지를 제조할 수 있다.A secondary battery can be manufactured by stacking an anode, a separator, and a cathode in this order to form an electrode group, if necessary, the electrode group is rolled up and stored in a battery can, and the electrode group is impregnated with a non-aqueous electrolyte. Alternatively, the positive electrode, the solid electrolyte, and the negative electrode may be laminated to form an electrode group, and if necessary, the electrode group may be rolled up and stored in a battery can to manufacture a secondary battery.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실험예(example)를 제시한다. 다만, 하기의 실험예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명이 하기의 실험예에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in order to facilitate understanding of the present invention. It should be understood, however, that the following examples are intended to aid in the understanding of the present invention and are not intended to limit the scope of the present invention.

[실험예들; Examples][Experimental Examples; Examples]

<제조예들>&Lt; Preparation Examples &

양극 제조예 A1: EDTA·4Na 함유 양극 제조 Cathode Production Example A1: Production of cathode containing EDTA · 4Na

양극 활물질인 β-FeOOH, 금속 유기산염인 EDTA ·4Na (Ethylene Diamine Tetraacetic Acid Tetrasodium), 도전재인 카본 블랙, 및 바인더인 PVdF(polyvinylidene fluoride)를 60:20:10:10의 중량비율로 용매인 NMP(N-methyl-2-pyrrolidone) 내에 넣고 혼합한 후, 집전체인 알루미늄 호일 상에 100 ㎛로 코팅하여 알루미늄 호일 상에 양극 활물질층을 형성하였다. 코팅된 양극 활물질층을 포함하는 전극을 건조하였다.EDTA · 4Na (Ethylene Diamine Tetraacetic Acid Tetrasodium) as a cathode active material, carbon black as a conductive material, and PVdF (polyvinylidene fluoride) as a binder were mixed in a weight ratio of 60: 20: 10: (N-methyl-2-pyrrolidone), followed by mixing. The mixture was coated on an aluminum foil as a current collector to have a thickness of 100 μm to form a cathode active material layer on the aluminum foil. The electrode comprising the coated positive electrode active material layer was dried.

양극 제조예 A2: EDTA·4Na 함유 양극 제조Anode Preparation Example A2: Preparation of positive electrode containing EDTA · 4Na

β-FeOOH, EDTA·4Na, 카본 블랙, 및 PVdF를 50:30:10:10의 중량비율로 사용한 것을 제외하고는 양극 제조예 A1와 동일한 방법으로 양극을 제조하였다.A positive electrode was prepared in the same manner as in Production Example A1 of Al cathode except that β-FeOOH, EDTA · 4Na, carbon black and PVdF were used in a weight ratio of 50: 30: 10: 10.

양극 제조예 A3: EDTA·4Na 함유 양극 제조Cathode Preparation Example A3: Preparation of positive electrode containing EDTA · 4Na

β-FeOOH, EDTA·4Na, 카본 블랙, 및 PVdF를 40:40:10:10의 중량비율로 사용한 것을 제외하고는 양극 제조예 A1와 동일한 방법으로 양극을 제조하였다.A positive electrode was prepared in the same manner as in Production Example A1 of Al cathode except that the weight ratio of β-FeOOH, EDTA · 4Na, carbon black, and PVdF was used in a weight ratio of 40:40:10:10.

양극 비교예 A1Bipolar Comparative Example A1

EDTA·4Na를 제외한 양극 활물질인 β-FeOOH, 카본 블랙, 및 PVdF를 80:10:10의 중량비율로 NMP 내에서 혼합하는 것을 제외하고는 양극 제조예 A1와 동일한 방법으로 양극을 제조하였다.A cathode was prepared in the same manner as in Production Example A1 of Al cathode except that β-FeOOH, carbon black, and PVdF as cathode active materials except EDTA · 4Na were mixed in NMP at a weight ratio of 80:10:10.

양극 비교예 A2Bipolar Comparative Example A2

양극 활물질인 β-FeOOH 제외한 EDTA·4Na, 카본 블랙, 및 PVdF를 80:10:10의 중량비율로 NMP 내에서 혼합하는 것을 제외하고는 양극 제조예 A1와 동일한 방법으로 양극을 제조하였다.A cathode was prepared in the same manner as in Production Example A1 of Al cathode except that EDTA · 4Na, carbon black, and PVdF except for β-FeOOH, which is a cathode active material, were mixed in NMP at a weight ratio of 80:10:10.

양극 비교예 A3Bipolar Comparative Example A3

양극 활물질인 β-FeOOH 제외한 EDTA·4Na, 카본 블랙, 및 PVdF를 89:10:1의 중량비율로 NMP 내에서 혼합하는 것을 제외하고는 양극 제조예 A1와 동일한 방법으로 양극을 제조하였다.A cathode was prepared in the same manner as in Production Example A1 of Al cathode except that EDTA · 4Na, carbon black, and PVdF except for β-FeOOH as a cathode active material were mixed in NMP at a weight ratio of 89: 10: 1.

반전지 제조예들 A1, A2, 및 A3Examples of reversal electrode production examples A1, A2, and A3

상기 양극 제조예 A1, A2, 및 A3 중 어느 하나에 따른 양극을 사용하고, 금속 나트륨을 음극으로 사용하였고, 유리 필터를 분리막으로 사용하고, 전해질로서 NaPF6와 유기용매로서 프로필렌 카보네이트(PC, 98vol.%)와 플루오로에틸렌 카보네이트(FEC, 2vol.%)를 함유하는 비수전해액을 사용하여 R2032 크기의 반전지를 제조하였다.A glass filter was used as a separator, and NaPF 6 as an electrolyte and propylene carbonate (PC, 98 vol) as an organic solvent were used as the positive electrode according to any one of the anode production examples A1, A2, and A3, %) And fluoroethylene carbonate (FEC, 2vol.%) Were used to prepare an R2032-size half-cell.

반전지 비교예 A1, A2, 및 A3Comparative Examples A1, A2, and A3

상기 양극 비교예 A1, A2, 및 A3 중 어느 하나에 따른 양극을 사용한 것을 제외하고는 반전지 제조예 A1와 동일한 방법을 사용하여 반전지를 제조하였다.Anodes The same procedure as in Preparation Example A1 was used to prepare a semi-conductive paper, except that the positive electrode according to any one of Comparative Examples A1, A2, and A3 was used.

양극 제조예 B1: DTPA·5Na 함유 양극 제조Anode Preparation Example B1: Preparation of cathode containing DTPA 占 5Na

양극 활물질인 Na0.44MnO2, 금속 유기산염인 DTPA·5Na (Diethylene Triamine Pentaacetic Acid Pentasodium), 도전재인 카본 블랙, 및 바인더인 PVdF(polyvinylidene fluoride)를 72:8:10:10의 중량비율로 용매인 NMP(N-methyl-2-pyrrolidone) 내에 넣고 혼합한 후, 집전체인 알루미늄 호일 상에 100 ㎛로 코팅하여 알루미늄 호일 상에 양극 활물질층을 형성하였다. 코팅된 양극 활물질층을 포함하는 전극을 건조하였다.The solvent in a weight ratio of 10: positive electrode active material in Na 0.44 MnO 2, a metal organic acid salt of DTPA · 5Na (Diethylene Triamine Pentaacetic Acid Pentasodium), conductive recognition of carbon black, and a binder of PVdF (polyvinylidene fluoride), 72: 8: 10 N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), and the mixture was coated on an aluminum foil as a current collector to have a thickness of 100 μm to form a cathode active material layer on the aluminum foil. The electrode comprising the coated positive electrode active material layer was dried.

양극 비교예 B1Bipolar Comparative Example B1

DTPA·5Na를 제외한 양극 활물질인 Na0.44MnO2, 카본 블랙, 및 PVdF를 80:10:10의 중량비율로 NMP 내에서 혼합하는 것을 제외하고는 양극 제조예 B1와 동일한 방법으로 양극을 제조하였다.A cathode was prepared in the same manner as in Preparation Example B1, except that Na 0.44 MnO 2 , a cathode active material except DTPA · 5Na, carbon black, and PVdF were mixed in NMP at a weight ratio of 80:10:10.

양극 비교예 B2Bipolar Comparative Example B2

양극 활물질인 Na0.44MnO2 제외한 DTPA·5Na, 카본 블랙, 및 PVdF를 80:10:10의 중량비율로 NMP 내에서 혼합하는 것을 제외하고는 양극 제조예 B1와 동일한 방법으로 양극을 제조하였다.A positive electrode was prepared in the same manner as in Preparation Example B1, except that DTPA · 5Na, carbon black, and PVdF except for the Na 0.44 MnO 2 cathode active material were mixed in NMP at a weight ratio of 80:10:10.

양극 비교예 B3Bipolar Comparative Example B3

DTPA·5Na, 카본 블랙, 및 PVdF를 87:10:3의 중량비율로 NMP 내에서 혼합하는 것을 제외하고는 양극 제조예 B2와 동일한 방법으로 양극을 제조하였다.A positive electrode was prepared in the same manner as in Preparation Example B2, except that DTPA · 5Na, carbon black, and PVdF were mixed in NMP at a weight ratio of 87: 10: 3.

반전지 제조예 B1Example 1

상기 양극 제조예 B1에 따른 양극을 사용하고, 금속 나트륨을 음극으로 사용하였고, 유리 필터를 분리막으로 사용하고, 전해질로서 NaPF6와 유기용매로서 프로필렌 카보네이트(PC, 98vol.%)와 플루오로에틸렌 카보네이트(FEC, 2vol.%)를 함유하는 비수전해액을 사용하여 R2032 크기의 반전지를 제조하였다.A glass filter was used as a separator, and NaPF 6 as an electrolyte and propylene carbonate (PC, 98 vol.%) As an organic solvent and fluoroethylene carbonate (PC) were used as an organic solvent, (FEC, 2 vol.%) Was used to prepare an R2032-size half-cell.

반전지 비교예 B1, B2, 및 B3Comparative Examples B1, B2, and B3

상기 양극 비교예 B1, B2, 및 B3 중 어느 하나에 따른 양극을 사용한 것을 제외하고는 반전지 제조예 B1와 동일한 방법을 사용하여 반전지를 제조하였다.A half cell was manufactured using the same method as in the case of the half cell preparation example B1, except that the positive electrode according to any one of the above cathode comparison examples B1, B2, and B3 was used.

상기 제조예들 및 비교예들을 하기 표에 정리하여 나타내었다.The above Preparation Examples and Comparative Examples are summarized in the following table.

양극anode 반전지Half 양극 제조예 A1Anode Production Example A1 β-FeOOH, EDTA·4Na, 카본블랙, PVdF (중량비: 60:20:10:10)(weight ratio: 60: 20 : 10: 10) ,? -FeOOH, EDTA ? 4Na , carbon black, PVdF 반전지 제조예 A1Half cell production example A1 양극 제조예 A2Anode Production Example A2 β-FeOOH, EDTA·4Na, 카본블랙, PVdF (중량비: 50:30:10:10)(weight ratio: 50: 30 : 10: 10) ,? -FeOOH, EDTA ? 4Na , carbon black, PVdF 반전지 제조예 A2Secondary battery production example A2 양극 제조예 A3Anode Production Example A3 β-FeOOH, EDTA·4Na, 카본블랙, PVdF (중량비: 40:40:10:10)(weight ratio: 40: 40 : 10: 10) ,? -FeOOH, EDTA ? 4Na , carbon black, PVdF 반전지 제조예 A3Half cell production example A3 양극 비교예 A1Bipolar Comparative Example A1 β-FeOOH, 카본블랙, PVdF (중량비: 80:10:10)? -FeOOH, carbon black, PVdF (weight ratio: 80:10:10) 반전지 비교예 A1Comparative Example A1 양극 비교예 A2Bipolar Comparative Example A2 EDTA·4Na, 카본블랙, PVdF (중량비: 80:10:10) EDTA · 4Na , carbon black, PVdF (weight ratio: 80:10:10) 반전지 비교예 A2Comparative Example A2 양극 비교예 A3Bipolar Comparative Example A3 EDTA·4Na, 카본블랙, PVdF (중량비: 89:10:1) EDTAN Na , carbon black, PVdF (weight ratio: 89 : 10: 1) 반전지 비교예 A3Comparative Example A3 양극 제조예 B1Anode Preparation Example B1 Na0.44MnO2, DTPA·5Na, 카본블랙, PVdF (중량비: 72:8:10:10)Na 0.44 MnO 2 , DTPA · 5Na , carbon black, PVdF (weight ratio: 72: 8: 10: 10) 반전지 제조예 B1Example 1 양극 비교예 B1Bipolar Comparative Example B1 Na0.44MnO2, 카본블랙, PVdF (중량비: 80:10:10)Na 0.44 MnO 2 , carbon black, PVdF (weight ratio: 80:10:10) 반전지 비교예 B1Comparative Example B1 양극 비교예 B2Bipolar Comparative Example B2 DTPA·5Na, 카본블랙, PVdF (중량비: 80:10:10) DTPA · 5Na , carbon black, PVdF (weight ratio: 80:10:10) 반전지 비교예 B2Comparative Example B2 양극 비교예 B3Bipolar Comparative Example B3 DTPA·5Na, 카본블랙, PVdF (중량비: 87:10:3) DTPA 占) Na , carbon black, PVdF (weight ratio: 87 : 10: 3) 반전지 비교예 B3Comparative Example B3

<전지의 충방전 특성 시험>&Lt; Charging / discharging characteristics test of battery &

전지를 하루정도 안정화시킨 후에, 30mA/g의 전류밀도 및 1.1-4.3V의 전압범위 조건에서 충전을 수행한 후 방전을 수행하였다. 다만, 충전과 방전 사이에 10분 정도 휴지시간을 주었다.After the battery was stabilized for a day, the battery was charged at a current density of 30 mA / g and a voltage range of 1.1-4.3 V, and discharge was performed. However, we gave a downtime of about 10 minutes between charging and discharging.

도 1은 반전지 비교예 A2에 따른 반전지에 대한 순환전압주사(cyclic voltammetry) 그래프이다. 이는 반전지 비교예 A2에 따른 전지를 하루정도 안정화시킨 후에, 양극에 0.5 mV/s 로 1.5-4.3V의 전압을 인가하면서 순환전압주사(Cyclic Voltammetry)법을 시행하여 얻은 결과이다.FIG. 1 is a cyclic voltammetry graph for a reverse battery according to Comparative Example A2. This is a result obtained by cyclic voltammetry with a voltage of 1.5-4.3 V applied to the anode at 0.5 mV / s after stabilizing the battery according to Comparative Example A2 for one day.

도 1을 참고하면, 양극 비교예 A2에 따른 전극(동작전극, 양극)에 인가하는 전압을 증가시키는 과정에서 인가되는 전압이 약 4V에 이르면 양극 비교예 A2에 따른 전극에 흐르는 전류가 급격하게 증가하는 것을 알 수 있다. 그러나, 인가전압을 1.5V까지 감소시키는 과정에서는 양극 비교예 A2에 따른 전극에 흐르는 전류의 변화는 거의 없는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 1, when the voltage applied to the electrode (working electrode, positive electrode) according to Comparative Example A2 is increased to about 4 V, the current flowing to the electrode according to Comparative Example A2 rapidly increases . However, in the process of reducing the applied voltage to 1.5 V, it can be seen that there is almost no change in the current flowing through the electrode according to the anode comparison example A2.

이로부터, 양극 비교예 A2에 따른 전극 즉, 양극 활물질인 β-FeOOH를 함유하지 않고 EDTA·4Na를 함유하는 전극에 4V 근처의 전압이 인가되면 EDTA·4Na가 급격하게 산화하는 것을 알 수 있다. 이는 EDTA·4Na로부터 Na+이온들이 탈리되는 것을 의미할 수 있다. 그러나, 양극 비교예 A2에 따른 전극에 인가전압을 1.5V까지 감소시키는 과정에서는 전류 피크가 나타나지 않는 것으로 보아, 탈리되었던 Na+이온들은 다시 EDTA와 결합하지는 못하는 것으로 이해되었다.From this, it can be seen that EDTA · 4Na is rapidly oxidized when a voltage of about 4 V is applied to an electrode containing positive electrode active material A2, ie, an electrode containing EDTA · 4Na without containing β-FeOOH as a positive electrode active material. This may mean that Na + ions are desorbed from EDTA · 4Na. However, in the process of reducing the applied voltage to 1.5 V in the electrode according to the anode comparison example A2, no current peak appeared, and it was understood that the desorbed Na + ions could not bind again with the EDTA.

도 2는 양극 비교예 A2에 따른 전극 및 이를 양극으로 구비하는 반전지 비교예 A2에 따른 반전지에 4.5V를 인가하여 완전히 충전시킨 후의 양극에 대한 XRD (X-ray Diffraction) 패턴을 나타낸다. FIG. 2 shows an X-ray diffraction (XRD) pattern of an anode according to Comparative Example A2 and an anode after it was fully charged by applying a voltage of 4.5 V to a battery according to Comparative Example A2.

도 2를 참조하면, 양극 비교예 A2에 따른 전극 (Fresh EDTA-4Na)은 매우 다양한 XRD 피크들을 나타내나, 충전 과정을 거친 후(Charged EDTA-4Na)에는 기존의 피크들 중 대부분이 사라지고 매우 넓은 폭을 가진 새로운 피크들이 생성된 것을 확인 할 수 있다. 이 새로운 피크들의 일부는 명확히 확인되지 않는 물질(비정질상태의 EDTA-4Na로 추정)과 다른 일부는 C3N에 대한 피크들로 확인되었다. 이로부터, EDTA-4Na는 완전충전 후에는 완전히 분해되어 카본과 관련된 피크들로 변한다는 것을 확인 할 수 있다.2, Fresh EDTA-4Na according to Comparative Example A2 shows very different XRD peaks. However, after charging (Charged EDTA-4Na), most of the existing peaks disappear, It can be confirmed that new peaks having a width are generated. Some of these new peaks have been identified as peaks for C 3 N and some others that are not clearly identified (assumed to be EDTA-4Na in amorphous state). From this, it can be seen that EDTA-4Na completely decomposes and changes to carbon-related peaks after full charge.

도 3은 양극 비교예 A3에 따른 전극과 이를 양극으로 구비하는 반전지 비교예 A3에 따른 반전지를 충전시키는 과정에서 3.83V, 3.86V, 4.2V, 및 4.5V인가한 후의 양극들에 대한 FT-IR 패턴을 나타낸다.FIG. 3 is a graph showing the results of FT-IR spectroscopy for positive electrodes after applying 3.83 V, 3.86 V, 4.2 V, and 4.5 V in the process of charging the electrode according to Comparative Example A3 and the electrode according to Comparative Example A3, IR pattern.

도 3을 참조하면, 양극 비교예 A3에 따른 전극(Fresh EDTA-4Na)은 EDTA·4Na, 카본 블랙, 및 PVdF를 89:10:1의 중량비로 함유하는 바, 이에 대한 FT-IR 패턴의 피크들은 주로 EDTA·4Na에 기인하는 것으로 추정할 수 있다. 그러나, 이 전극에 3.83V(1 step)인가된 경우 피크들이 점차로 사라지며 3.86V(2 step)인가된 이후부터는 완전히 사라지는 것을 확인할 수 있다. 이로부터, EDTA-4Na는 충전과정에서 분해되어 완전 충전 후에는 완전히 분해되어 버린다는 것을 다시 한번 확인할 수 있다.3, Fresh EDTA-4Na according to Comparative Example A3 contains EDTA · 4Na, carbon black, and PVdF in a weight ratio of 89: 10: 1. The peak of the FT-IR pattern Can be estimated to be mainly due to EDTA · 4Na. However, when 3.83 V (1 step) is applied to this electrode, the peaks disappear gradually and disappear completely after 3.86 V (2 step) is applied. From this, it can be confirmed once again that EDTA-4Na is decomposed in the charging process and completely decomposed after complete charging.

도 4는 양극 비교예 A2에 따른 양극을 사용한 반전지 비교예 A2에 따른 반전지에 대한 충방전 곡선을 나타낸다. 4 shows the charging / discharging curve for the half-cell according to Comparative Example A2 using the positive electrode according to Comparative Example A2.

도 4를 참조하면, 반전지 비교예 A2에 따른 반전지는 첫 번째 사이클의 충전과정에서 약 430 mAh/g의 충전 용량을 나타내었으나, 방전 용량은 미미한 것으로 나타났고, 이에 따라 두 번째 사이클에서의 충전과 방전은 이루어지지 못한 것으로 나타났다.Referring to FIG. 4, the reversed battery according to Comparative Example A2 showed a charging capacity of about 430 mAh / g in the first cycle of charging, but the discharge capacity was insignificant. Thus, charging in the second cycle And the discharge did not occur.

도 1 및 도 4를 동시에 참조하면, 양극 비교예 A2에 따른 전극 즉, 양극 활물질인 β-FeOOH를 함유하지 않고 EDTA·4Na를 함유하는 양극은, 충전 과정에서 Na+이온들을 충분히 공급하지만, 양극 활물질을 함유하지 않으므로 공급된 Na+이온들을 다시 흡수하지는 못하는 것을 알 수 있다.Referring to FIGS. 1 and 4 simultaneously, the anode according to Comparative Example A2, that is, the cathode containing EDTA · 4Na without containing β-FeOOH as the cathode active material sufficiently supplies Na + ions during the charging process, It can be seen that it does not absorb the supplied Na + ions again because it contains no active material.

도 5는 양극 비교예 A1에 따른 양극을 사용한 반전지 비교예 A1에 따른 반전지에 대한 충방전 곡선을 나타낸다. Fig. 5 shows the charging / discharging curve for the half-cell according to Comparative Example A1 using the positive electrode according to Comparative Example A1.

도 5를 참조하면, EDTA·4Na를 함유하지 않으면서 양극 활물질인 β-FeOOH를 함유하는 양극을 구비하는 전지는 첫 번째 사이클에서 충전이 제대로 이루어지지 않아 약 4 mAh/g의 초기충전용량을 나타내는 것을 알 수 있다. 이는 양극 내에 나트륨 이온 소오스가 존재하지 않기 때문인 것으로 이해되었다. 한편, 상기 전지는 약 180 mAh/g의 방전용량을 나타내었는데, 이는 나트륨 금속인 음극으로부터 나트륨 이온이 공급되었기 때문으로 이해되었다.Referring to FIG. 5, a battery having an anode containing β-FeOOH, which is a cathode active material without EDTA · 4Na, exhibits an initial charge capacity of about 4 mAh / g due to insufficient charging in the first cycle . This was understood to be due to the absence of a sodium ion source in the anode. On the other hand, the battery exhibited a discharge capacity of about 180 mAh / g, which was understood to be due to the supply of sodium ions from the negative electrode, which is a sodium metal.

도 6은 양극 제조예 A1에 따른 양극을 사용한 반전지 제조예 A1에 따른 반전지에 대한 충방전 곡선을 나타낸다.FIG. 6 shows charge / discharge curves for a half-cell according to a half cell preparation example A1 using a cathode according to cathode production example A1.

도 6을 참조하면, 양극 활물질인 β-FeOOH와 더불어 EDTA·4Na를 함유하는 양극을 구비하는 전지는 첫 번째 사이클에서 충전이 충분히 이루어져 약 109 mAh/g의 충전용량을 나타내고 또한 약 200 mAh/g의 방전용량을 나타내는 것을 알 수 있다. 이를 도 5에 따른 결과와 비교할 때, 초기 충전용량의 큰 증가와 더불어서 초기 방전용량 또한 다소 증가된 것을 알 수 있다. 이는 EDTA·4Na가 충전과정에서 Na+ 이온의 공급원 역할을 하였기 때문으로 추정되었다. Referring to FIG. 6, a battery having a positive electrode containing β-FeOOH as a positive electrode active material and containing an EDTA · 4Na was sufficiently charged in the first cycle to exhibit a charge capacity of about 109 mAh / g and a charge capacity of about 200 mAh / The discharge capacity of the discharge cell. Comparing this with the result according to FIG. 5, it can be seen that the initial discharge capacity was increased slightly in addition to the large increase in the initial charge capacity. It was assumed that EDTA · 4Na served as a source of Na + ions during the charging process.

도 7은 양극 제조예들 A1, A2, 및 A3에 따른 양극을 사용한 반전지 제조예 A1, A2, 및 A3에 따른 반전지에 대한 충방전 곡선들을 나타낸다.FIG. 7 shows charging / discharging curves for the reversible batteries according to the examples A 1, A 2, and A 3 using the positive electrode according to the positive electrode manufacturing examples A 1, A 2, and A 3.

도 7을 참조하면, EDTA-4Na의 첨가된 양이 증가 될수록 충전되는 용량도 점차적으로 증가하는 것을 알 수 있다. 하지만, 많은 양의 첨가제 예를 들어 40 wt% 이상의 EDTA-4Na를 사용한 반전지 제조예 A3의 경우 전극활물질의 양이 감소되어 전극물질의 방전용량에 약간 감소되는 경향이 있다. 이러한 결과로부터 전극 내에 첨가제의 사용가능한 양은 약 40wt% 미만 나아가 30 wt% 이하인 것이 바람직함을 알 수 있다.Referring to FIG. 7, it can be seen that as the amount of EDTA-4Na added increases, the capacity to be charged gradually increases. However, the amount of the electrode active material is reduced in the case of the positive electrode preparation example A3 using a large amount of additive, for example, 40 wt% or more of EDTA-4Na, so that the discharge capacity of the electrode material tends to be slightly reduced. From these results, it can be understood that the usable amount of the additive in the electrode is preferably less than about 40 wt% and preferably not more than 30 wt%.

도 8은 반전지 비교예 B2에 따른 반전지에 대한 순환전압주사(cyclic voltammetry) 그래프이다. 이는 반전지 비교예 B2에 따른 전지를 하루정도 안정화시킨 후에, 양극에 0.2 mV/s 로 1.5-4.3V의 전압을 인가하면서 순환전압주사(Cyclic Voltammetry)법을 시행하여 얻은 결과이다.8 is a cyclic voltammetry graph for a half-cell according to the half-cell comparative example B2. This is a result obtained by stabilizing the battery according to Comparative Example B2 for one day and then applying cyclic voltammetry with a voltage of 1.5-4.3 V at 0.2 mV / s to the anode.

도 8을 참고하면, 양극 비교예 B2에 따른 전극(동작전극, 양극)에 인가하는 전압을 증가시키는 과정에서 인가되는 전압이 약 3.61V에 이르면 양극 비교예 A2에 따른 전극에 흐르는 전류가 급격하게 증가하는 것을 알 수 있다. 그러나, 인가전압을 1.5V까지 감소시키는 과정에서는 양극 비교예 B2에 따른 전극에 흐르는 전류의 변화는 거의 없는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 8, when the voltage applied to the electrode (working electrode, anode) according to the anode comparison example B2 is increased to about 3.61 V, the current flowing through the electrode according to the anode comparison example A2 rapidly As shown in FIG. However, in the process of reducing the applied voltage to 1.5 V, it can be seen that there is almost no change in the current flowing through the electrode according to the anode comparison example B2.

이로부터, 양극 비교예 B2에 따른 전극 즉, 양극 활물질인 Na0.44MnO2를 함유하지 않고 DTPA·5Na를 함유하는 전극에 3.6V 근처의 전압이 인가되면 DTPA·5Na가 급격하게 산화하는 것을 알 수 있다. 이는 DTPA·5Na로부터 Na+이온들이 탈리되는 것을 의미할 수 있다. 그러나, 양극 비교예 B2에 따른 전극에 인가전압을 1.5V까지 감소시키는 과정에서는 전류 피크가 나타나지 않는 것으로 보아, 탈리되었던 Na+이온들은 다시 DTPA와 결합하지는 못하는 것으로 이해되었다.From this, it can be seen that DTPA · 5Na is rapidly oxidized when a voltage of about 3.6 V is applied to an electrode containing DTPA · 5Na without the electrode according to Comparative Example B2, ie, Na 0.44 MnO 2 , which is a cathode active material have. This may mean that Na + ions are desorbed from DTPA · 5Na. However, in the process of decreasing the applied voltage to 1.5 V to the electrode according to the anode comparison example B2, no current peak appeared, and it was understood that the desorbed Na + ions could not bind again with DTPA.

도 9는 양극 비교예 B2에 따른 전극(a) 및 이를 양극으로 구비하는 반전지 비교예 B2에 따른 반전지를 4.5V로 완전 충전시킨 후의 양극(b)에 대한 SEM 및 EDS mapping 결과들을 나타낸다.FIG. 9 shows SEM and EDS mapping results for the electrode (a) according to the anode comparison example B2 and the anode (b) after the full charge of the half-cell according to the comparator B2 of the comparator B2 having the anode as the anode.

도 9를 참조하면, 양극 비교예 B2에 따른 전극(a)에는 많은 양의 DTPA-5Na의 Na 원소들이 검출된 것을 확인할 수 있다. 그러나, 완전 충전시킨 후의 양극(b)에는 매우 소량의 Na 원소들((a) 대비 약 2%)만 검출된 것을 확인할 수 있다. 이로부터, DTPA-5Na를 양극 첨가제로 함유하는 전극을 충전하면 Na 이온은 양극으로부터 방출되는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 9, it can be seen that a large amount of Na elements of DTPA-5Na was detected on the electrode (a) according to the anode comparative example B2. However, it can be confirmed that only a very small amount of Na elements (about 2% of (a)) was detected in the anode (b) after being completely charged. From this, it can be seen that when the electrode containing DTPA-5Na as a positive electrode additive is charged, Na ions are released from the anode.

도 10은 양극 비교예 B2에 따른 양극을 사용한 반전지 비교예 B2에 따른 반전지에 대한 충방전 곡선을 나타낸다. 10 shows a charge / discharge curve for a half-cell according to Comparative Example B2 using a positive electrode according to Comparative Example B2.

도 10을 참조하면, 반전지 비교예 B2에 따른 반전지는 첫 번째 사이클의 충전과정에서 약 375 mAh/g의 충전 용량을 나타내었으나, 방전 용량은 미미한 것으로 나타났고, 이에 따라 두 번째 사이클에서의 충전과 방전은 이루어지지 못한 것으로 나타났다.Referring to FIG. 10, the reversed battery according to Comparative Example B2 showed a charging capacity of about 375 mAh / g in the first cycle charging process, but the discharging capacity was insignificant. As a result, And the discharge did not occur.

도 8 및 도 10을 동시에 참조하면, 양극 비교예 B2에 따른 전극 즉, 양극 활물질을 함유하지 않고 DTPA-5Na를 함유하는 양극은, 충전 과정에서 Na+이온들을 충분히 공급하지만, 양극 활물질을 함유하지 않으므로 공급된 Na+이온들을 다시 흡수하지는 못하는 것을 알 수 있다.8 and 10, the anode according to Comparative Example B2, that is, the anode containing DTPA-5Na without containing the cathode active material sufficiently supplies Na + ions during the charging process, but contains the cathode active material It is not possible to absorb the supplied Na + ions again.

도 11은 양극 비교예 B3에 따른 전극을 양극으로 구비하는 반전지 비교예 B3에 따른 반전지를 충전시키는 과정에서 전압을 인가하지 않거나(OCV, open circuit volatge), 3.89V, 3.92V, 4.03V, 및 4.5V를 인가한 후의 양극들에 대한 FT-IR 패턴을 나타낸다.FIG. 11 is a graph showing the relationship between an open circuit voltage (OCV), 3.89 V, 3.92 V, 4.03 V, and 3.9 V in the process of charging a half-cell according to Comparative Example B3 comprising an anode according to Comparative Example B3, And an FT-IR pattern for anodes after applying 4.5V.

도 11을 참조하면, 양극 비교예 B3에 따른 전극(OCV 상태, step 1)은 DTPA·5Na, 카본 블랙, 및 PVdF를 87:10:3의 중량비로 함유하는 바, 이에 대한 FT-IR 패턴의 피크들은 주로 DTPA·5Na에 기인하는 것으로 추정할 수 있다. 그러나, 이 전극에 3.89 V(step 2)와 3.92 V(step 3)가 인가된 경우 인가된 점압이 증가할수록 FT-IR 패턴의 피크들이 점차로 사라지며, 4.03 V(step 4)가 인가된 이후부터는 완전히 사라지는 것을 확인할 수 있다. 이로부터, DTPA·5Na는 충전과정에서 분해되어 완전 충전 후에는 완전히 분해되어 버린다는 것을 확인할 수 있다.11, the electrode according to Comparative Example B3 (OCV state, step 1) contains DTPA · 5Na, carbon black, and PVdF in a weight ratio of 87: 10: 3, and the FT- The peaks are presumably attributed mainly to DTPA · 5Na. However, when 3.89 V (step 2) and 3.92 V (step 3) are applied to this electrode, the peaks of the FT-IR pattern gradually disappear as the applied pressure increases. After the application of 4.03 V (step 4) You can see that it disappears completely. From this, it can be confirmed that DTPA · 5Na is decomposed in the charging process and completely decomposed after complete charging.

도 12는 양극 제조예 B1에 따른 양극을 사용한 반전지 제조예 B1에 따른 반전지와 양극 비교예 B1에 따른 양극을 사용한 반전지 비교예 B1에 따른 반전지에 대한 충방전 곡선을 나타낸다.12 shows the charging / discharging curve for the half-cell according to Comparative Example B1 of the half-cell using the positive electrode according to Comparative Example B1 and the half-cell according to the half-cell preparation example B1 using the positive electrode according to the positive electrode manufacturing example B1.

도 12를 참조하면, DTPA·5Na를 함유하지 않으면서 양극 활물질인 Na0.44MnO2를 함유하는 양극을 구비하는 전지(반전지 비교예 B1, Bare Na0.44MnO2)는 첫 번째 사이클에서 약 81 mAh/g의 초기충전용량을 나타내는 것을 알 수 있다. 상기 전지는 초기충전용량에 비해 더 큰 약 109 mAh/g의 방전용량을 나타내었는데, 이는 나트륨 금속인 음극으로부터 나트륨 이온이 공급되었기 때문으로 이해되었다.Referring to FIG. 12, a battery (Comparative Battery B1, Bare Na 0.44 MnO 2 ) having a positive electrode containing Na 0.44 MnO 2 as a cathode active material without containing DTPA · 5Na, had a current density of about 81 mAh / g. &lt; / RTI &gt; The battery exhibited a discharge capacity of about 109 mAh / g, which was greater than the initial charge capacity, which was understood to be due to the supply of sodium ions from the negative electrode, which is a sodium metal.

한편, 양극 활물질인 Na0.44MnO2와 더불어 DTPA·5Na를 함유하는 양극을 구비하는 전지(반전지 제조예 B1, Na0.44MnO2/ DTPA·5Na 10 wt%)는 첫 번째 사이클에서 약 115 mAh/g의 충전용량을 나타내고 약 109 mAh/g의 방전용량을 나타내는 것을 알 수 있다. 이를 DTPA·5Na를 함유하지 않으면서 양극 활물질인 Na0.44MnO2를 함유하는 양극을 구비하는 전지(반전지 비교예 B1, Bare Na0.44MnO2)와 비교할 때, 초기 충전용량이 크게 증가됨을 알 수 있다. 이는 DTPA·5Na가 충전과정에서 Na+ 이온의 공급원 역할을 하였기 때문으로 추정되었다. On the other hand, a battery (Half Battery Production Example B1, Na 0.44 MnO 2 / DTPA · 5Na 10 wt%) having a positive electrode containing DTPA · 5Na in addition to Na 0.44 MnO 2 as a cathode active material was about 115 mAh / g and a discharge capacity of about 109 mAh / g. It was found that the initial charge capacity was greatly increased when compared with the battery (Comparative Example B1, Bare Na 0.44 MnO 2 ) having a positive electrode containing Na 0.44 MnO 2 as a cathode active material without containing DTPA · 5Na have. It was assumed that DTPA · 5Na served as a source of Na + ions during the charging process.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 및 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러가지 변형 및 변경이 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, but, on the contrary, This is possible.

Claims (13)

활성 금속 이온의 가역적인 삽입과 탈리가 가능한 양극활물질과 상기 활성 금속의 유기산염인 금속 유기산염(organic acid metal salt)을 함유하는 양극;
음극 활물질을 구비하는 음극; 및
전해질을 포함하는 금속 이온 이차전지.
A positive electrode containing a positive electrode active material capable of reversible insertion and desorption of active metal ions and an organic acid metal salt as an organic acid salt of the active metal;
A negative electrode having a negative electrode active material; And
(JP) METAL ION SECONDARY BATTERY COMPRISING ELECTROLYTE.
제1항에 있어서,
상기 활성 금속 이온은 나트륨 이온, 칼륨 이온, 아연 이온 또는 마그네슘 이온인 금속 이온 이차전지.
The method according to claim 1,
Wherein the active metal ion is a sodium ion, a potassium ion, a zinc ion, or a magnesium ion.
제1항에 있어서,
상기 음극 활물질은 탄소 재료인 금속 이온 이차전지.
The method according to claim 1,
Wherein the negative electrode active material is a carbon material.
제1항에 있어서,
상기 금속 유기산염은 상기 활성 금속의 카복실레이트염인 금속 카복실레이트염(metal carboxylate salt) 또는 상기 활성 금속의 카복실레이트염인 금속 술포네이트염(metal sulfonate salt)인 금속 이온 이차전지.
The method according to claim 1,
Wherein the metal organic acid salt is a metal carboxylate salt which is a carboxylate salt of the active metal or a metal sulfonate salt which is a carboxylate salt of the active metal.
제4항에 있어서,
상기 금속 폴리카복실레이트염은 하기 화학식 1로 나타낸 금속 아미노폴리카복실레이트염인 금속 이온 이차전지:
[화학식 1]
A - xMm+ ·(n-mx)H
상기 화학식 1에서,
A는 2 또는 5 개의 카복실기가 포함된 아미노폴리카복실레이트(aminopolycarboxylate)이고,
M은 활성 금속 이온으로, Na, K, Zn, 또는 Mg이고, m은 활성 금속 이온의 산화수로서, 활성 금속 이온의 종류에 따라서 1 또는 2이고,
n은 상기 아미노폴리카복실레이트에 포함된 카복실기의 개수로서 2 내지 5이고,
n-mx는 0 이상을 만족하는 범위 내에서 x는 1 내지 5의 정수이다.
5. The method of claim 4,
Wherein the metal polycarboxylate salt is a metal aminopolycarboxylate salt represented by the following Formula 1:
[Chemical Formula 1]
A - xMm +. (N-mx) H
In Formula 1,
A is an aminopolycarboxylate containing 2 or 5 carboxyl groups,
M is an active metal ion, Na, K, Zn, or Mg, m is an oxidation number of an active metal ion, 1 or 2 depending on the kind of the active metal ion,
n is 2 to 5 in terms of the number of carboxyl groups contained in the aminopolycarboxylate,
n-mx is an integer of 1 to 5 within a range satisfying 0 or more.
제4항에 있어서,
상기 금속 유기산염은 EDTA(Ethylene Diamine Tetraacetic Acid)-nM이고, 여기서 M은 Na, K, Zn, 또는 Mg이고, M이 Na 또는 K일 때 n은 1 내지 4이고, M이 Zn 또는 Mg 일 때 n은 1 내지 2인 금속 이온 이차전지.
5. The method of claim 4,
Wherein M is Na, K, Zn, or Mg, n is 1 to 4 when M is Na or K, and M is Zn or Mg, wherein said metal organic acid salt is Ethylene Diamine Tetraacetic Acid and n is 1 to 2. &lt; RTI ID = 0.0 &gt;
제4항에 있어서,
상기 금속 유기산염은 DTPA(Diethylene Triamine Pentacetic Acid)-nM이고, 여기서 M은 Na, K, Zn, 또는 Mg이고, M이 Na 또는 K일 때 n은 1 내지 5, M이 Zn 또는 Mg 일 때 n은 1 내지 2인 금속 이온 이차전지.
5. The method of claim 4,
Wherein the metal organic acid salt is DTPA (Diethylene Triamine Pentacetic Acid) -nM wherein M is Na, K, Zn, or Mg, n is 1-5 when M is Na or K, n Lt; RTI ID = 0.0 &gt; 1 &lt; / RTI &gt;
활성 금속 이온의 가역적인 삽입과 탈리가 가능한 활물질과 상기 활성 금속의 유기산염인 금속 유기산염(organic acid metal salt)을 함유하는 전극을 구비하는 금속 이온 이차전지.An electrode comprising an active material capable of reversible insertion and desorption of an active metal ion and an organic acid metal salt as an organic acid salt of the active metal. 제8항에 있어서,
상기 활성 금속 이온은 나트륨 이온, 칼륨 이온, 아연 이온 또는 마그네슘 이온인 금속 이온 이차전지.
9. The method of claim 8,
Wherein the active metal ion is a sodium ion, a potassium ion, a zinc ion, or a magnesium ion.
제8항에 있어서,
상기 금속 유기산염은 상기 활성 금속의 카복실레이트염인 금속 카복실레이트염(metal carboxylate salt) 또는 상기 활성 금속의 카복실레이트염인 금속 술포네이트염(metal sulfonate salt)인 금속 이온 이차전지.
9. The method of claim 8,
Wherein the metal organic acid salt is a metal carboxylate salt which is a carboxylate salt of the active metal or a metal sulfonate salt which is a carboxylate salt of the active metal.
제10항에 있어서,
상기 금속 폴리카복실레이트염은 하기 화학식 1로 나타낸 금속 아미노폴리카복실레이트염인 금속 이온 이차전지:
[화학식 1]
A - xMm+ ·(n-mx)H
상기 화학식 1에서,
A는 2 또는 5 개의 카복실기가 포함된 아미노폴리카복실레이트(aminopolycarboxylate)이고,
M은 활성 금속 이온으로, Na, K, Zn, 또는 Mg이고, m은 활성 금속 이온의 산화수로서, 활성 금속 이온의 종류에 따라서 1 또는 2이고,
n은 상기 아미노폴리카복실레이트에 포함된 카복실기의 개수로서 2 내지 5이고,
n-mx는 0 이상을 만족하는 범위 내에서 x는 1 내지 5의 정수이다.
11. The method of claim 10,
Wherein the metal polycarboxylate salt is a metal aminopolycarboxylate salt represented by the following Formula 1:
[Chemical Formula 1]
A - xMm +. (N-mx) H
In Formula 1,
A is an aminopolycarboxylate containing 2 or 5 carboxyl groups,
M is an active metal ion, Na, K, Zn, or Mg, m is an oxidation number of an active metal ion, 1 or 2 depending on the kind of the active metal ion,
n is 2 to 5 in terms of the number of carboxyl groups contained in the aminopolycarboxylate,
n-mx is an integer of 1 to 5 within a range satisfying 0 or more.
제8항에 있어서,
상기 금속 유기산염은 EDTA(Ethylene Diamine Tetraacetic Acid)-nM이고, 여기서 M은 Na, K, Zn, 또는 Mg이고, M이 Na 또는 K일 때 n은 1 내지 4이고, M이 Zn 또는 Mg 일 때 n은 1 내지 2인 금속 이온 이차전지.
9. The method of claim 8,
Wherein M is Na, K, Zn, or Mg, n is 1 to 4 when M is Na or K, and M is Zn or Mg, wherein said metal organic acid salt is Ethylene Diamine Tetraacetic Acid and n is 1 to 2. &lt; RTI ID = 0.0 &gt;
제8항에 있어서,
상기 금속 유기산염은 DTPA(Diethylene Triamine Pentacetic Acid)-nM이고, 여기서 M은 Na, K, Zn, 또는 Mg이고, M이 Na 또는 K일 때 n은 1 내지 5, M이 Zn 또는 Mg 일 때 n은 1 내지 2인 금속 이온 이차전지.
9. The method of claim 8,
Wherein the metal organic acid salt is DTPA (Diethylene Triamine Pentacetic Acid) -nM wherein M is Na, K, Zn, or Mg, n is 1-5 when M is Na or K, n Lt; RTI ID = 0.0 &gt; 1 &lt; / RTI &gt;
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07254436A (en) * 1994-03-16 1995-10-03 Fuji Elelctrochem Co Ltd Lithium secondary battery and manufacture thereof
JPH11265719A (en) * 1998-03-17 1999-09-28 Toshiba Corp Lithium secondary battery
JP2005197174A (en) * 2004-01-09 2005-07-21 Sony Corp Battery

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07254436A (en) * 1994-03-16 1995-10-03 Fuji Elelctrochem Co Ltd Lithium secondary battery and manufacture thereof
JPH11265719A (en) * 1998-03-17 1999-09-28 Toshiba Corp Lithium secondary battery
JP2005197174A (en) * 2004-01-09 2005-07-21 Sony Corp Battery

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