KR20190097781A - Zinc secondary battery having an alkali metal vanadium oxide electrode - Google Patents

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김성진
조정근
힐미 알바루기 무함마드
김석훈
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전남대학교산학협력단
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Abstract

The present invention relates to a zinc secondary battery having an alkali metal vanadium oxide electrode. More specifically, the zinc secondary battery having an alkali metal vanadium oxide electrode of the present invention comprises: a positive electrode portion made of an alkali metal vanadium oxide; a negative electrode portion made of zinc or zinc alloy; a separator provided between the positive electrode portion and the negative electrode portion and electrically separating the positive electrode portion and the negative electrode portion; and an electrolyte for ion migration of the positive electrode portion and the negative electrode portion. The present invention has an excellent effect to enhance the life characteristics of the secondary battery.

Description

알칼리금속 바나듐 산화물 전극을 갖는 아연 이차전지{Zinc secondary battery having an alkali metal vanadium oxide electrode}Zinc secondary battery having an alkali metal vanadium oxide electrode

본 발명은 알칼리금속 바나듐 산화물 전극을 갖는 아연 이차전지에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 아연 이차전지의 양극재로 알칼리금속 바나듐 산화물을 이용하고 음극재로 아연 또는 아연 합금을 이용하여 가역적으로 아연 이온의 삽탈리 및 아연 이온의 저장이 가능하며, 아연 이온의 삽탈리 과정에서도 구조가 붕괴되지 않아 수명특성을 향상시킬 수 있는 알칼리금속 바나듐 산화물 전극을 갖는 아연 이차전지에 관한 것이다. The present invention relates to a zinc secondary battery having an alkali metal vanadium oxide electrode, and more particularly, using an alkali metal vanadium oxide as a cathode material of a zinc secondary battery and using zinc or a zinc alloy as a cathode material. The present invention relates to a zinc secondary battery having an alkali metal vanadium oxide electrode, which can store insertion and zinc ions, and can improve life characteristics since the structure is not collapsed even during insertion and removal of zinc ions.

이차전지는 재사용이 가능한 전지로 통상 음극, 양극, 분리막, 전해질로 구성된다. A secondary battery is a reusable battery, which is generally composed of a negative electrode, a positive electrode, a separator, and an electrolyte.

이때, 음극과 양극은 이온의 삽입-탈 리가 가능한 음극 활물질 및 양극 활물질을 포함하며, 분리막은 양극과 음극 사이에서 물리적인 전지 접촉을 방지하는 역할을 하고 이때 분리막을 통한 이온의 이동은 자유롭다. In this case, the negative electrode and the positive electrode include a negative electrode active material and a positive electrode active material capable of insertion-removal of ions, and the separator serves to prevent physical battery contact between the positive electrode and the negative electrode, and the movement of ions through the separator is free.

한편, 전해액은 양극과 음극 사이에서 이온이 자유롭게 이동할 수 있는 통로 역할을 한다.Meanwhile, the electrolyte serves as a path through which ions can move freely between the anode and the cathode.

이차전지의 종류 중에서 리튬 이차전지는 고에너지 밀도 특성으로 현재 휴대용 장비와 같은 소형 전자기기에서부터 자동차 및 에너지 저장장치까지 여러 분야에서 사용되고 있다.Among the secondary batteries, lithium secondary batteries have high energy density and are currently used in various fields from small electronic devices such as portable equipment to automobiles and energy storage devices.

한편, 리튬 이차전지의 적용 분야가 확대됨에 따라 그 수요가 커지고 그에 따른 리튬 및 고가의 전이금속의 매장량이 줄어들어 현재 리튬 이차전지의 제조가격이 높아지고 있는 실정이다.On the other hand, as the field of application of lithium secondary batteries expands, the demand for them grows, and thus, the reserves of lithium and expensive transition metals decrease, and the current manufacturing price of lithium secondary batteries is increasing.

이러한 리튬 이처전지의 문제점에 대한 대안으로 매장량이 풍부하고 가격이 저렴한 아연을 이용한 아연 이차 전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. As an alternative to the problem of the lithium secondary battery, research on a zinc secondary battery using zinc having abundant reserves and low cost is being actively conducted.

아연 이온 이차전지는 conversion 반응을 이용한 일차전지인 알카라인 전지와 다르게 아연 이온이 삽입-탈리가 가능한 소재를 양극으로 사용함으로써, 가역적으로 전기 에너지를 저장 및 사용할 수 있다.Unlike alkaline batteries, which are primary batteries using a conversion reaction, zinc ion secondary batteries use a material capable of inserting and detaching zinc ions as a positive electrode, thereby reversibly storing and using electrical energy.

한편, 종래 아연 이온 이차전지의 경우 아연 이온의 큰 이온 반경으로 인하여 삽입-탈리가 가능한 결정 구조를 가진 소재가 매우 제한적이며 현재 α,β,γ,δ-MnO2, V2O5 ·xH2O, K3[Fe(CN)6] (Prussian blue) 등의 소재들이 연구 및 보고 되어지고 있다.Meanwhile, in the case of the conventional zinc ion secondary battery, a material having a crystal structure capable of insertion-desorption due to the large ion radius of zinc ions is very limited, and currently α, β, γ, δ-MnO 2 , V 2 O 5 · xH 2 Materials such as O, K 3 [Fe (CN) 6 ] (Prussian blue) have been studied and reported.

그러나, 현재 연구단계인 상기 소재들은 이차전지의 충·방전 과정 중에 coversion 반응 및 부가적인 반응으로 인하여 구조가 붕괴되고 이러한 구조적 붕괴로 인하여 수명특성이 매우 떨어지는 문제점이 있었다. However, these materials, which are currently in the research stage, have a problem in that the structure collapses due to coversion reaction and additional reactions during the charging and discharging process of the secondary battery, and the lifespan characteristics are very poor due to such structural collapse.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 아연 이차전지의 양극재로 알칼리금속 바나듐 산화물을 이용하고 음극재로 아연 또는 아연 합금을 이용하여 가역적으로 아연 이온의 삽탈리 및 아연 이온의 저장이 가능하며, 아연 이온의 삽탈리 과정에서도 구조가 붕괴되지 않아 수명특성을 향상시킬 수 있는 알칼리금속 바나듐 산화물 전극을 갖는 아연 이차전지의 제공을 목적으로 한다. The present invention was devised to solve the above-mentioned problems, and the reversal of zinc ions and the storage of zinc ions reversibly using an alkali metal vanadium oxide as a cathode material of a zinc secondary battery and using zinc or a zinc alloy as a cathode material. It is possible to provide a zinc secondary battery having an alkali metal vanadium oxide electrode, which is capable of improving life characteristics since the structure is not collapsed even during insertion and removal of zinc ions.

한편, 본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.On the other hand, the objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects that are not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

본 발명의 실시 예들에 따른 알칼리금속 바나듐 산화물 전극을 갖는 아연 이차전지는 상술한 목적을 달성하기 위하여 먼저, 알칼리금속 바나듐 산화물로 이루어지는 양극부, 아연 또는 아연합금으로 이루어지는 음극부, 상기 양극부와 음극부의 사이에 구비되며 상기 양극부와 음극부를 전기적으로 분리하기 위한 분리막 및 상기 양극부와 음극부의 이온 이동을 위한 전해질을 포함할 수 있다.Zinc secondary battery having an alkali metal vanadium oxide electrode according to an embodiment of the present invention, in order to achieve the above object, first, the positive electrode portion made of alkali metal vanadium oxide, the negative electrode portion made of zinc or zinc alloy, the positive electrode portion and the negative electrode It is provided between the portions and may include a separator for electrically separating the positive electrode and the negative electrode and an electrolyte for ion migration of the positive electrode and the negative electrode.

바람직하게는 상기 알칼리금속 바나듐 산화물은 MxVyOz의 화학식으로 이루어지되, 상기 M은 리튬(Li), 소듐(Na) 및 포타슘(K)으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나이며, x=1, y=1~6, z=1~15일 수 있다.Preferably, the alkali metal vanadium oxide is made of a chemical formula of M x V y O z , wherein M is any one selected from the group consisting of lithium (Li), sodium (Na) and potassium (K), x = 1 , y = 1-6, z = 1-15.

바람직하게는 상기 알칼리금속 바나듐 산화물은 리튬 카보네이트(Li2CO3)와 산화 바나듐(V2O5)분말에 아세톤을 첨가한 후 고상 합성법, 수열 합성법 또는 졸-겔 합성법을 이용할 수 있다.Preferably, the alkali metal vanadium oxide may be prepared by adding acetone to lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) and vanadium oxide (V 2 O 5 ) powder, and then using solid phase synthesis, hydrothermal synthesis, or sol-gel synthesis.

바람직하게는 상기 알칼리금속 바나듐 산화물은 리튬 바나듐 산화물(LiV3O8)일 수 있다.Preferably, the alkali metal vanadium oxide may be lithium vanadium oxide (LiV 3 O 8 ).

바람직하게는 상기 알칼리금속 바나듐 산화물은 V2O5 및 NaOH 전구체를 증류수에 용해시킨 후, 수열 합성법을 이용하여 제조될 수 있다.Preferably the alkali metal vanadium oxide is V 2 O 5 And after dissolving the NaOH precursor in distilled water, it can be prepared using hydrothermal synthesis.

바람직하게는 상기 알칼리금속 바나듐 산화물은 소듐 바나듐 산화물(NaV3O8)일 수 있다.Preferably, the alkali metal vanadium oxide may be sodium vanadium oxide (NaV 3 O 8 ).

바람직하게는 상기 알칼리금속 바나듐 산화물은 V2O5, 옥살산나트륨 및 옥살산을 증류수에 용해시킨 후, 졸-겔 합성법을 이용하여 제조될 수 있다.Preferably, the alkali metal vanadium oxide is V 2 O 5 , Sodium oxalate and oxalic acid may be dissolved in distilled water and then prepared using sol-gel synthesis.

바람직하게는 상기 알칼리금속 바나듐 산화물은 소듐 바나듐 산화물(NaV6O15)일 수 있다.Preferably, the alkali metal vanadium oxide may be sodium vanadium oxide (NaV 6 O 15 ).

바람직하게는 상기 알칼리금속 바나듐 산화물은 V2O5 및 KOH 전구체를 증류수에 용해 시킨 후, 수열 합성법을 이용할 수 있다.Preferably the alkali metal vanadium oxide is V 2 O 5 And after dissolving the KOH precursor in distilled water, hydrothermal synthesis may be used.

바람직하게는 상기 알칼리금속 바나듐 산화물은 포타슘 바나듐 산화물(KV2O5)일 수 있다.Preferably, the alkali metal vanadium oxide may be potassium vanadium oxide (KV 2 O 5 ).

바람직하게는 상기 전해질은 수계전해질 또는 비수계전해질 일 수 있다.Preferably, the electrolyte may be an aqueous electrolyte or a non-aqueous electrolyte.

본 발명은 아연 이차전지의 양극재로 알칼리금속 바나듐 산화물을 이용하고 음극재로 아연 또는 아연 합금을 이용하여 가역적으로 아연 이온의 삽탈리 및 아연 이온의 저장이 가능하며, 아연 이온의 삽탈리 과정에서도 구조가 붕괴되지 않아 수명특성을 향상시킬 수 있는 우수한 효과가 있다.The present invention is capable of reversibly removing zinc ions and storing zinc ions using alkali metal vanadium oxide as a cathode material of a zinc secondary battery and using zinc or zinc alloy as a cathode material. Since the structure is not collapsed, there is an excellent effect to improve the life characteristics.

도 1은 본 발명의 제1실시 예에 따른 리튬 바나듐 산화물을 전극재로 갖는 아연 이차전지의 메커니즘을 도시한 개략도(a), 리튬 바나듐 산화물의 X선 회절분석 결과(b)이며, (c)~(f)는 리튬 바나듐 산화물의 FE-SEM, TEM, HR-TEM 이미지다.
도 2는 리튬 바나듐 산화물을 전극재로 이용하여 제작한 코인 셀의 순환 전압 전류 분석(a), 충방전곡선(b), 수명특성(c) 및 율속특성(d) 결과를 보여주는 그래프다.
도 3은 리튬 바나듐 산화물을 전극재로 이용하여 제작한 코인 셀의 충전 및 방전 시 구조변화를 분석한 In-Situ XRD 결과 그래프다.
도 4는 리튬 바나듐 산화물 전극재의 바나듐원소에 대한 XAFS 분석 결과 그래프다.
도 5는 본 발명의 제2실시 예에 따른 소듐 바나듐 산화물 전극재의 X-선 회절분석 결과 그래프, 도 6은 도 5의 소듐 바나듐 산화물 전극재의 배율에 따른 FE-SEM 이미지, 도 7은 도 5의 소듐 바나듐 산화물 전극재를 이용하여 제작한 코인 셀의 순환 전압 전류 분석, 충방전곡선, 수명특성 및 율속특성 결과를 보여주는 그래프다.
도 8은 본 발명의 제3실시 예에 따른 소듐 바나듐 산화물 전극재의 X-선 회절분석 결과 그래프, 도 9는 도 8의 소듐 바나듐 산화물 전극재를 이용하여 제작한 코인 셀의 충전 및 방전용량의 전위 곡선 및 수명특성을 나타내는 그래프이며, 도 10은 도 8의 소듐 바나듐 산화물 전극재의 FE-TEM 이미지다.
도 11은 본 발명의 제4실시 예에 따른 포타슘 바나듐 산화물 전극재의 X-선 회절분석 결과 그래프, 도 12는 도 11의 포타슘 바나듐 산화물 전극재를 이용하여 제작한 코인 셀의 충전 및 방전용량 전위 곡선 및 수명특성을 나타내는 그래프이며, 도 13은 도 11의 포타슘 바나듐 산화물 전극재의 FE-TEM 이미지다.1 is a schematic diagram (a) showing the mechanism of a zinc secondary battery having lithium vanadium oxide as an electrode material according to a first embodiment of the present invention, X-ray diffraction analysis (b) of lithium vanadium oxide, and (c) ˜ (f) is FE-SEM, TEM, HR-TEM images of lithium vanadium oxide.
2 is a graph showing the results of a cyclic voltage current analysis (a), a charge and discharge curve (b), a life characteristic (c) and a rate characteristic (d) of a coin cell fabricated using lithium vanadium oxide as an electrode material.
FIG. 3 is a graph of In-Situ XRD results analyzing structural changes during charge and discharge of a coin cell fabricated using lithium vanadium oxide as an electrode material.
4 is a graph showing the results of XAFS analysis of the vanadium element of the lithium vanadium oxide electrode material.
5 is an X-ray diffraction graph of a sodium vanadium oxide electrode material according to a second embodiment of the present invention, FIG. 6 is an FE-SEM image according to the magnification of the sodium vanadium oxide electrode material of FIG. 5, and FIG. 7 is of FIG. 5. The graph shows the results of cyclic voltammetry, charge and discharge curve, lifespan, and rate-of-speed characteristics of a coin cell fabricated using sodium vanadium oxide electrode material.
8 is an X-ray diffraction graph of a sodium vanadium oxide electrode material according to a third embodiment of the present invention, Figure 9 is a potential of the charge and discharge capacity of the coin cell manufactured using the sodium vanadium oxide electrode material of FIG. It is a graph which shows a curve and a lifetime characteristic, FIG. 10 is FE-TEM image of the sodium vanadium oxide electrode material of FIG.
11 is a graph showing the results of X-ray diffraction analysis of the potassium vanadium oxide electrode material according to the fourth embodiment of the present invention, and FIG. 12 is a charge and discharge capacity potential curve of a coin cell manufactured using the potassium vanadium oxide electrode material of FIG. 11. And a graph showing lifetime characteristics, and FIG. 13 is an FE-TEM image of the potassium vanadium oxide electrode material of FIG. 11.

본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있는데 이 경우에는 단순한 용어의 명칭이 아닌 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에 기재되거나 사용된 의미를 고려하여 그 의미가 파악되어야 할 것이다. The terms used in the present invention are selected as general terms that are widely used at present, but in certain cases, the term is arbitrarily selected by the applicant. In this case, the meanings described or used in the detailed contents for carrying out the invention are not merely names of the terms. Considering this, the meaning should be grasped.

이하, 첨부한 도면에 도시된 바람직한 실시 예들을 참조하여 본 발명의 기술적 구성을 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the preferred embodiments shown in the accompanying drawings will be described in detail the technical configuration of the present invention.

이와 관련하여 먼저, 도 1은 본 발명의 제1실시 예에 따른 리튬 바나듐 산화물을 전극재로 갖는 아연 이차전지의 메커니즘을 도시한 개략도(a), 리튬 바나듐 산화물의 X선 회절분석 결과(b)이며, (c)~(f)는 리튬 바나듐 산화물의 FE-SEM, TEM, HR-TEM 이미지다.In this regard, first, Figure 1 is a schematic diagram showing the mechanism of a zinc secondary battery having a lithium vanadium oxide as an electrode material according to a first embodiment of the present invention (a), X-ray diffraction analysis results of lithium vanadium oxide (b) (C) to (f) are FE-SEM, TEM and HR-TEM images of lithium vanadium oxide.

도 2는 리튬 바나듐 산화물을 전극재로 이용하여 제작한 코인 셀의 순환 전압 전류 분석(a), 충방전곡선(b), 수명특성(c) 및 율속특성(d) 결과를 보여주는 그래프다.2 is a graph showing the results of a cyclic voltage current analysis (a), a charge and discharge curve (b), a life characteristic (c) and a rate characteristic (d) of a coin cell fabricated using lithium vanadium oxide as an electrode material.

도 3은 리튬 바나듐 산화물을 전극재로 이용하여 제작한 코인 셀의 충전 및 방전 시 구조변화를 분석한 In-Situ XRD 결과 그래프다.FIG. 3 is a graph of In-Situ XRD results analyzing structural changes during charge and discharge of a coin cell fabricated using lithium vanadium oxide as an electrode material.

도 4는 리튬 바나듐 산화물 전극재의 바나듐원소에 대한 XAFS 분석 결과 그래프다.4 is a graph showing the results of XAFS analysis of the vanadium element of the lithium vanadium oxide electrode material.

도 5는 본 발명의 제2실시 예에 따른 소듐 바나듐 산화물 전극재의 X-선 회절분석 결과 그래프, 도 6은 도 5의 소듐 바나듐 산화물 전극재의 배율에 따른 FE-SEM 이미지, 도 7은 도 5의 소듐 바나듐 산화물 전극재를 이용하여 제작한 코인 셀의 순환 전압 전류 분석, 충방전곡선, 수명특성 및 율속특성 결과를 보여주는 그래프다.5 is an X-ray diffraction graph of a sodium vanadium oxide electrode material according to a second embodiment of the present invention, FIG. 6 is an FE-SEM image according to the magnification of the sodium vanadium oxide electrode material of FIG. 5, and FIG. 7 is of FIG. 5. The graph shows the results of cyclic voltammetry, charge and discharge curve, lifespan, and rate-of-speed characteristics of a coin cell fabricated using sodium vanadium oxide electrode material.

도 8은 본 발명의 제3실시 예에 따른 소듐 바나듐 산화물 전극재의 X-선 회절분석 결과 그래프, 도 9는 도 8의 소듐 바나듐 산화물 전극재를 이용하여 제작한 코인 셀의 충전 및 방전용량의 전위 곡선 및 수명특성을 나타내는 그래프이며, 도 10은 도 8의 소듐 바나듐 산화물 전극재의 FE-TEM 이미지다.8 is an X-ray diffraction graph of a sodium vanadium oxide electrode material according to a third embodiment of the present invention, Figure 9 is a potential of the charge and discharge capacity of the coin cell manufactured using the sodium vanadium oxide electrode material of FIG. It is a graph which shows a curve and a lifetime characteristic, FIG. 10 is FE-TEM image of the sodium vanadium oxide electrode material of FIG.

도 11은 본 발명의 제4실시 예에 따른 포타슘 바나듐 산화물 전극재의 X-선 회절분석 결과 그래프, 도 12는 도 11의 포타슘 바나듐 산화물 전극재를 이용하여 제작한 코인 셀의 충전 및 방전용량 전위 곡선 및 수명특성을 나타내느 그래프이며, 도 13은 도 11의 포타슘 바나듐 산화물 전극재의 FE-TEM 이미지다.11 is a graph showing the results of X-ray diffraction analysis of the potassium vanadium oxide electrode material according to the fourth embodiment of the present invention, and FIG. 12 is a charge and discharge capacity potential curve of a coin cell manufactured using the potassium vanadium oxide electrode material of FIG. 11. And a graph showing lifespan characteristics, and FIG. 13 is an FE-TEM image of the potassium vanadium oxide electrode material of FIG. 11.

상기 도 1을 참조하면 본 발명의 실시 예들에 따른 알칼리금속 바나듐 산화물 전극을 갖는 아연 이차전지는 알칼리금속 바나듐 산화물로 이루어지는 양극부, 아연 또는 아연합금으로 이루어지는 음극부, 상기 양극부와 음극부의 사이에 구비되며 상기 양극부와 음극부를 전기적으로 분리하기 위한 분리막 및 상기 양극부와 음극부의 이온 이동을 위한 전해질을 포함한다. Referring to FIG. 1, a zinc secondary battery having an alkali metal vanadium oxide electrode according to embodiments of the present invention includes a positive electrode portion made of an alkali metal vanadium oxide, a negative electrode portion made of zinc or zinc alloy, between the positive electrode portion and the negative electrode portion. And a separator for electrically separating the positive electrode and the negative electrode, and an electrolyte for ion movement of the positive electrode and the negative electrode.

이때, 상기 알칼리금속 바나듐 산화물은 MxVyOz의 화학식으로 이루어지며, 상기 M은 알카리금속을 나타내는 것으로 상기 알카리금속은 리튬(Li), 소듐(Na) 및 포타슘(K)으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나이다. In this case, the alkali metal vanadium oxide is made of a chemical formula of M x V y O z , wherein M represents an alkali metal in the group consisting of lithium (Li), sodium (Na) and potassium (K). It is either chosen.

한편, 본 발명의 실시 예들에 있어서 상기 화학식의 x, y, z는 x=1, y=1~6, z=1~15이다. On the other hand, in the embodiments of the present invention x, y, z of the formula is x = 1, y = 1-6, z = 1-15.

이때, 상기 알칼리금속 바나듐 산화물은 상술한 바와 같이 MxVyOz의 화학식으로 이루어지되 단일 소재에 국한되지 않고 복합체, 표면 코팅, 전이금속 도핑 처리된 형태를 포함할 수 있다.At this time, the alkali metal vanadium oxide is made of a chemical formula of MxVyOz as described above, but is not limited to a single material may include a composite, surface coating, transition metal doped form.

한편, 본 발명의 실시 예들에 따른 알칼리금속 바나듐 산화물 전극을 갖는 아연 이차전지는 아연 또는 아연합금으로 이루어지는 음극부를 포함하며 이때, 상기 음극부는 아연 또는 아연합금으로 이루어지는 호일 형태, 분말상 또는 플레이트 형태를 포함하는 다양한 형상으로 이루어질 수 있다. Meanwhile, a zinc secondary battery having an alkali metal vanadium oxide electrode according to embodiments of the present invention includes a negative electrode portion made of zinc or zinc alloy, wherein the negative electrode portion includes a foil form, powder form or plate form made of zinc or zinc alloy. It can be made in a variety of shapes.

아울러, 본 발명의 실시 예들에 따른 알칼리금속 바나듐 산화물 전극을 갖는 아연 이차전지는 상기 양극부와 음극부의 사이에 구비되며 상기 양극부와 음극부를 전기적으로 분리하기 위한 분리막 및 상기 양극부와 음극부의 이온 이동을 위한 전해질을 포함하며 이때, 상기 전해질은 수계전해질 또는 비수계전해질 일 수 있으며, 상기 전해질이 수계전해질일 경우 ZnSO4, ZnNO3 및 ZnCl2로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 이용한다.In addition, the zinc secondary battery having an alkali metal vanadium oxide electrode according to embodiments of the present invention is provided between the positive electrode and the negative electrode, the separator for electrically separating the positive electrode and the negative electrode and the ion of the positive electrode and the negative electrode It includes an electrolyte for migration, wherein the electrolyte may be an aqueous electrolyte or a non-aqueous electrolyte, and when the electrolyte is an aqueous electrolyte, any one selected from the group consisting of ZnSO 4 , ZnNO 3 and ZnCl 2 is used.

이하에서는 본 발명의 실시 예들에 따른 알칼리금속 바나듐 산화물에 대해 상세히 설명한다. Hereinafter, an alkali metal vanadium oxide according to embodiments of the present invention will be described in detail.

먼저, 본 발명이 제1실시 예에 따른 알칼리금속 바나듐 산화물은 리튬 바나듐 산화물(LiV3O8)로, 상기 리튬 바나듐 산화물은 고상합성법, 수열합성법 또는 졸-겔합성법을 이용하여 제조될 수 있다. First, the alkali metal vanadium oxide according to the first embodiment of the present invention is lithium vanadium oxide (LiV 3 O 8 ), and the lithium vanadium oxide may be prepared using a solid phase synthesis method, hydrothermal synthesis method, or sol-gel synthesis method.

이에 대해 보다 상세하게 설명하면, 본 발명의 제1실시 예에 따른 리튬 바나듐 산화물은 아세톤에 카보네이트(Li2CO3)와 산화 바나듐(V2O5)분말을 첨가한 후, 볼 밀링한다.In more detail, the lithium vanadium oxide according to the first embodiment of the present invention is ball milled after adding carbonate (Li 2 CO 3 ) and vanadium oxide (V 2 O 5 ) powder to acetone.

이때, 상기 볼 밀링은 180rpm의 회전속도로 48시간 동안 수행되며, 상기 볼 밀링된 카보네이트(Li2CO3)와 산화 바나듐(V2O5)의 혼합물은 120℃의 진공 오븐에서 건조된 후, 400℃에서 12시간 동안 열처리하여 리튬 바나듐 산화물(LiV3O8)을 제조한다.At this time, the ball milling is performed for 48 hours at a rotation speed of 180rpm, the mixture of the ball milled carbonate (Li 2 CO 3 ) and vanadium oxide (V 2 O 5 ) is dried in a vacuum oven at 120 ℃, Heat treatment at 400 ℃ for 12 hours to produce lithium vanadium oxide (LiV 3 O 8 ).

한편, 본 발명의 제2실시 예에 따른 알칼리금속 바나듐 산화물은 소듐 바나듐 산화물(NaV3O8)로, 상기 제2실시 예에 따른 소듐 바나듐 산화물은 전자기파 수열합성법(Microwave assisted hydrothermal process)을 통해 제조될 수 있다.Meanwhile, the alkali metal vanadium oxide according to the second embodiment of the present invention is sodium vanadium oxide (NaV 3 O 8 ), and the sodium vanadium oxide according to the second embodiment is manufactured through a microwave assisted hydrothermal process. Can be.

이에 대해 상세히 설명하면, 본 발명의 제2실시 예에 따른 소듐 바나듐 산화물은 V2O5 및 NaOH 전구체를 증류수에 용해시킨 후, 전자기파 수열 합성법을 180℃에서 3시간 동안 수행한다.In detail, the sodium vanadium oxide according to the second embodiment of the present invention is V 2 O 5 And after dissolving the NaOH precursor in distilled water, the electromagnetic hydrothermal synthesis method is carried out at 180 ℃ for 3 hours.

이후, 80℃의 진공 오븐에서 일정시간 동안 건조시킨 후, 400℃에서 3시간 동안 열처리 하여 상기 소듐 바나듐 산화물(NaV3O8)을 제조한다.Then, after drying for a predetermined time in a vacuum oven at 80 ℃, heat treatment at 400 ℃ for 3 hours to prepare the sodium vanadium oxide (NaV 3 O 8 ).

한편, 본 발명의 제3실시 예에 따른 소듐 바나듐 산화물(NaV6O15)은 졸-겔합성법을 통해 제조될 수도 있으며, 이에 대해 상세히 설명하면 본 발명의 제3실시 예에 따른 소듐 바나듐 산화물은 전구체인 V2O5, 옥살산나트륨 및 옥살산을 증류수에 용해시킨 후, 다양한 방식의 교반기를 이용하여 2시간 동안 교반한다.Meanwhile, sodium vanadium oxide (NaV 6 O 15 ) according to the third embodiment of the present invention may be prepared through a sol-gel synthesis method, and in detail, sodium vanadium oxide according to the third embodiment of the present invention Precursor is V 2 O 5 , Sodium oxalate and oxalic acid are dissolved in distilled water and then stirred for 2 hours using various types of stirrers.

이후, 80℃의 진공 오븐에서 일정시간 동안 건조한 후, 400℃로 5시간 동안 열처리하여 소듐 바나듐 산화물(NaV6O15)을 제조한다.Then, after drying for a predetermined time in a vacuum oven at 80 ℃, heat treatment at 400 ℃ for 5 hours to prepare sodium vanadium oxide (NaV 6 O 15 ).

한편, 본 발명의 제4실시 예에 따른 알칼리금속 바나듐 산화물은 포타슘 바나듐 산화물(KV2O5)로, 이에 대해 상세히 설명하면 본 발명의 제4실시 예에 따른 포타슘 바나듐 산화물은 수열합성법을 통해 제조되며 V2O5 및 KOH 전구체를 증류수에 용해 시킨 후, Tetraethylene glycol을 첨가하여 2시간 동안 교반한다.Meanwhile, the alkali metal vanadium oxide according to the fourth embodiment of the present invention is potassium vanadium oxide (KV 2 O 5 ), which will be described in detail. The potassium vanadium oxide according to the fourth embodiment of the present invention may be prepared by a hydrothermal synthesis method. And V 2 O 5 And after dissolving the KOH precursor in distilled water, Tetraethylene glycol was added and stirred for 2 hours.

이후, autoclave를 통해 180℃를 24시간 유지한 다음 80℃의 진공 오븐에서 건조하여 포타슘 바나듐 산화물(KV2O5)을 제조한다. Subsequently, potassium vanadium oxide (KV 2 O 5 ) is prepared by maintaining 180 ° C. through an autoclave for 24 hours and then drying in a vacuum oven at 80 ° C.

한편, 상기 도 1을 참조하면 본 발명의 제1실시 예에 따른 리튬 바나듐 산화물은 X선 회절 분석 결과 합성된 LiV3O8 전극활물질이 층상형 구조(JCPDS #72-1193)의 피크 위치와 일치함을 확인할 수 있다.Meanwhile, referring to FIG. 1, in the lithium vanadium oxide according to the first embodiment of the present invention, the LiV 3 O 8 electrode active material synthesized by the X-ray diffraction analysis coincides with the peak position of the layered structure (JCPDS # 72-1193). Can be confirmed.

상기 LiV3O8 전극활물질의 입자 형상과 형태를 파악하기 위해 FE-SEM 및 FE-TEM을 관찰한 결과, 200~500nm의 크기를 가진 박편 형태의 입자들이 성장하고 응집되어 있는 형상을 확인할 수 있다.As a result of observing FE-SEM and FE-TEM to determine the particle shape and shape of the LiV 3 O 8 electrode active material, it is possible to determine the shape in which the flake-shaped particles having a size of 200 to 500 nm grow and aggregate. .

또한, 도 1의 (e) 및 (f)에 도시된 바와 같이 나노사이즈의 입자를 고배율로 확인한 결과 층상형 구조(JCPDS #72-1193)의 (100), (011)면에 해당하는 lattice fringe가 관찰되는 것을 확인할 수 있다.In addition, as shown in (e) and (f) of FIG. 1, the nano-sized particles were identified at high magnification. As a result, lattice fringes corresponding to the (100) and (011) planes of the layered structure (JCPDS # 72-1193) were identified. It can be seen that is observed.

이 결과를 바탕으로 카본 네트워크 사이의 입자들 사이에 층상형 구조의 LiV3O8가 형성되어 있고, 정대축(011) 면을 바탕으로 주기적인 배열을 갖는 결정임을 확인할 수 있다. Based on this result, it can be confirmed that the LiV 3 O 8 having a layered structure is formed between the particles between the carbon networks, and that the crystal has a periodic arrangement based on the surface of the diaphragm axis.

한편, 상기 도 2를 참조하면, 도 2의 (a)는 충 방전 시 산화 환원 포텐셜 및 전류량을 나타내고 있는데, 스캔 비율은 0.5mV/s이며, 전압 범위는 1.2 ~ 0.6V 조건에서 측정한 특성이다. On the other hand, referring to Figure 2, Figure 2 (a) shows the redox potential and current amount during charge and discharge, the scan rate is 0.5mV / s, the voltage range is a characteristic measured under the conditions 1.2 ~ 0.6V .

한편, 도 2의 (a)를 참조하면 0.8V와 1.1V에서 산화 피크를 보여주고 있으며, 방전 시 0.8V와 0.65V 부근에서 환원 피크를 보여주고 있음을 알 수 있다. On the other hand, referring to Figure 2 (a) shows an oxidation peak at 0.8V and 1.1V, it can be seen that the reduction peak near 0.8V and 0.65V during discharge.

이때, 사이클이 진행됨에 따라 산화피크는 오른쪽, 환원피크는 왼쪽으로 이동되는 것을 알 수 있으며, 충전 및 방전용량의 전위곡선을 나타내는 도 2의 (b)를 참조하면 도 2의 (b)는 16mA/g의 전류밀도로 1.2 ~ 0.6V 조건에서 전기화학 특성평가를 하였다. At this time, it can be seen that as the cycle progresses, the peak of oxidation is shifted to the right, and the reduced peak is shifted to the left. Referring to FIG. 2 (b) showing the potential curve of the charge and discharge capacities, FIG. Electrochemical characterization was performed at 1.2 ~ 0.6V with current density of / g.

이때, 본 발명의 제1실시 예에 따른 리튬 바나듐 산화물은 초기 방전용량이 250mAh/g의 방전용량을 보여주고 있음을 확인할 수 있으며, 충 방전 시 각각 2개의 평탄 구간이 나타나는데 이는 도 2 (a)의 산화 환원 피크와 유사함을 확인할 수 있다. In this case, it can be seen that the initial discharge capacity of the lithium vanadium oxide according to the first embodiment of the present invention shows a discharge capacity of 250 mAh / g, and two flat sections appear during charging and discharging. It can be confirmed that it is similar to the redox peak of.

도 2의 (c)는 전기화학 특성 중 수명특성을 나타내는 것으로, 도 2의 (c)는 정전류 밀도 133mA/g, 전압범위 1.2 ~ 0.6V 조건에서 65 싸이클 측정하였다. Figure 2 (c) shows the life characteristics of the electrochemical characteristics, Figure 2 (c) was measured 65 cycles at a constant current density of 133mA / g, voltage range 1.2 ~ 0.6V conditions.

이때, 65 싸이클까지 방전용량 유지율은 100%로서, 충방전이 진행되면서 활성화도에 따라 증가하는 모습을 보였다. At this time, the discharge capacity retention rate up to 65 cycles was 100%, which increased with activation as charging and discharging progressed.

도 2의 (d)에서는 다양한 전류밀도에서의 방전용량을 알아보기 위한 고율특성 결과로, 각각 16 ~ 1,666mA/g까지 전류밀도를 증가시켜 높은 전류밀도에서도 29mAh/g의 방전용량을 나타내었으며, 16mA/g의 초기 전류밀도로 돌아갔을 때 191mAh/g으로 용량이 회복되는 것을 알 수 있다. In (d) of FIG. 2, as a result of a high rate characteristic for determining discharge capacities at various current densities, the current capacities were increased to 16 to 1,666 mA / g, respectively, indicating a discharge capacity of 29 mAh / g even at high current densities. It can be seen that the capacity is restored to 191 mAh / g when the initial current density of 16 mA / g is returned.

이를 통해 본 발명의 제1실시 예에 따른 리튬 바나듐 산화물이 아연전지로 사용되었을 때 높은 출력능력을 제공함을 확인할 수 있었다. Through this, it was confirmed that the lithium vanadium oxide according to the first embodiment of the present invention provides high output capability when used as a zinc battery.

한편, 도 3을 참조하면 충전과 방전 반응과정 중에 측정 한 38개의 XRD 결과를 단계별로 나열하여 구조적인 변화를 보여주고 있으며, 충전과 방전 시 결정구조가 가역적으로 변화함을 보여준다.On the other hand, referring to Figure 3 shows the structural change by listing the 38 XRD results measured during the charging and discharging reaction step by step, it shows that the crystal structure reversibly changes during charging and discharging.

이때, LiV3O8의 회절피크는 각각 14°, 23°, 25.9°, 28°, 30.7°, 39°, 40.5°, 50.5°에서 (100), (003), (011), (-111), (103), (-114), (-301), (020) 면을 의미한다. At this time, the diffraction peaks of LiV 3 O 8 are (100), (003), (011), (-111) at 14 °, 23 °, 25.9 °, 28 °, 30.7 °, 39 °, 40.5 °, and 50.5 °, respectively. ), (103), (-114), (-301), (020) plane.

한편, 상기 도 4는 바나듐 3가, 4가, 5가, LiV3O8, 방전깊이(DOD) 0.83V, DOD 0.6V, 잔존용량(SOC) 0.95V, SOC 1.2V 총 8개의 XAFS 결과를 비교한 것으로, 도 4 (a)의 pre-edge 결과를 비교해보면 LiV3O8의 바나듐이 팔면체 배열에서 약간 뒤틀려 자리를 잡고 있어 낮은 pre-edge 강도 값을 갖는다. 4 shows vanadium trivalent, tetravalent, pentavalent, LiV 3 O 8 , discharge depth (DOD) 0.83V, DOD 0.6V, residual capacity (SOC) 0.95V, and SOC 1.2V. In comparison, when comparing the pre-edge results of FIG. 4 (a), the vanadium of LiV 3 O 8 is slightly distorted in the octahedral arrangement and has a low pre-edge strength value.

이때, 아연이온의 삽입반응 때문에 바나듐이 환원되고 이는 주흡수대(main absorption edge)의 낮은 에너지 영역대로 이동하게 된다. 더 낮은 방전 전압에서 pre-edge의 강도 값 감소는 팔면체의 대칭성이 높아지는 것을 의미한다. 완전 방전상태인 DOD 0.6V의 바나듐 K-edge 스펙트럼은 바나듐 4가와 유사함을 알 수 있다. 반대로 도 4(b)의 pre-edge의 높은 에너지 영역대로의 강도 값 증가는 바나듐 산화수 증가를 보여준다. 완전 충전상태인 SOC 1.2V의 바나듐 K-edge 스펙트럼은 LiV3O8의 스펙트럼과 유사한 것으로 보아 바나듐 4가에서 5가로 되돌아가는 것을 의미한다. At this time, vanadium is reduced due to the insertion reaction of zinc ions, which moves to the low energy region of the main absorption edge. Decreasing the strength value of the pre-edge at lower discharge voltages means higher octahedral symmetry. It can be seen that the vanadium K-edge spectrum of the fully discharged DOD 0.6V is similar to the vanadium tetravalent. Conversely, increasing the intensity value of the pre-edge to the high energy region of FIG. 4 (b) shows an increase in the vanadium oxide number. The vanadium K-edge spectrum of the fully charged SOC 1.2V is similar to that of LiV 3 O 8 , which means that it returns from vanadium tetravalent to pentavalent.

이를 통해 바나듐 산화수가 LiV3O8의 전극을 통해 아연이온이 삽탈리되면서 변화하는 것을 확인할 수 있다.Through this, it can be seen that the vanadium oxide water is changed as the zinc ion is removed through the electrode of LiV 3 O 8 .

한편, 상기 도 5 내지 7을 참조하면 본 발명의 제2실시 예에 따른 NaV3O8은 단사정계 구조(JCPDS #35-0436)의 피크위치와 일치함을 확인할 수 있었으며, 200~500nm의 크기를 가진 박편 형태의 입자들이 성장하고 응집되어 있는 형상을 확인할 수 있다. Meanwhile, referring to FIGS. 5 to 7, it was confirmed that NaV 3 O 8 according to the second embodiment of the present invention coincided with the peak position of the monoclinic structure (JCPDS # 35-0436), and the size of 200 to 500 nm. You can check the shape of the particles in the form of flakes growing and aggregated.

한편, 도 7의 (a)는 충 방전 시 산화 환원 포텐셜 및 전류량을 나타내고 있는데, 스캔 비율은 0.5mV/s이며, 전압 범위는 1.2 ~ 0.5V 조건에서 측정한 특성이다. 0.95V에서 산화 피크를 보여주고 있으며, 방전 시 0.93V와 0.7V 부근에서 환원 피크를 보여주고 있음을 알 수 있다. 사이클이 진행됨에 따라 산화, 환원피크가 감소함을 확인할 수 있다.On the other hand, Figure 7 (a) shows the redox potential and current amount during charge and discharge, the scan rate is 0.5mV / s, the voltage range is a characteristic measured under the conditions 1.2 ~ 0.5V. It shows the oxidation peak at 0.95V and the reduction peak near 0.93V and 0.7V during discharge. As the cycle progresses, the oxidation and reduction peaks are reduced.

한편, 도 7의 (b)는 50mA/g의 전류로 1.3 ~ 0.6V 조건에서 전기화학 특성평가를 하였다. On the other hand, Figure 7 (b) was subjected to electrochemical characteristics evaluation at 1.3 ~ 0.6V conditions with a current of 50mA / g.

이때, 소듐 바나듐 산화물은 초기 방전용량이 165mAh/g의 방전용량을 보여주고 있음을 확인할 수 있으며, 충 방전 시 평탄 구간을 확인해보면 도 7 (a)의 산화 환원 피크와 유사함을 확인할 수 있다. At this time, the sodium vanadium oxide can be seen that the initial discharge capacity shows a discharge capacity of 165mAh / g, it can be seen that similar to the redox peak of Figure 7 (a) by checking the flat section during charge and discharge.

한편, 도 7의 (c)는 전기화학 특성 중 수명특성을 나타낸 것으로 이때, 도 7의 (c)는 정전류 150mA/g, 전압범위 1.3 ~ 0.6V 조건에서 100 싸이클 측정하였다. On the other hand, Figure 7 (c) shows the life characteristics of the electrochemical characteristics, at this time, Figure 7 (c) was measured 100 cycles in a constant current 150mA / g, voltage range 1.3 ~ 0.6V conditions.

이때, 100 싸이클까지 방전용량 유지율은 100%로서, 충방전이 진행되면서 활성화로 인해 방전용량이 증가하고 100 싸이클 이후에도 90% 이상의 수명특성을 보였다. At this time, the discharge capacity retention rate up to 100 cycles was 100%, and as the charge and discharge proceeded, the discharge capacity increased due to activation and showed a life characteristic of 90% or more even after 100 cycles.

도 7의 (d)에서는 다양한 전류에서의 방전용량을 알아보기 위한 고율특성 결과로, 각각 50 ~ 800mA/g까지 전류밀도를 증가시켜 높은 전류밀도의 800mA/g에서도 60mAh/g의 방전용량을 나타내었으며 50mA의 초기 전류로 돌아갔을 때 170mAh/g으로 초기용량이 회복되는 것을 알 수 있다. In (d) of FIG. 7, as a result of a high rate characteristic for determining discharge capacities at various currents, the current density is increased to 50 to 800 mA / g, respectively, indicating a discharge capacity of 60 mAh / g even at a high current density of 800 mA / g. It can be seen that the initial capacity is restored to 170mAh / g when it is returned to the initial current of 50mA.

이를 통해 본 발명의 제2실시 예에 따른 NaV3O8이 아연전지로 사용되었을 때 높은 출력능력을 제공함을 확인할 수 있었다. Through this, it was confirmed that NaV 3 O 8 according to the second embodiment of the present invention provides high output capability when used as a zinc battery.

한편, 상기 도 8 내지 10을 참조하면, 본 발명의 제3실시 예에 따른 소듐 바나듐 산화물(NaV6O15)은 단사정계 구조(JCPDS #77-0146)의 피크 위치와 일치함을 확인할 수 있다.Meanwhile, referring to FIGS. 8 to 10, it can be seen that sodium vanadium oxide (NaV 6 O 15 ) according to the third embodiment of the present invention coincides with the peak position of the monoclinic structure (JCPDS # 77-0146). .

한편, 도 9의 (a)는 충전 및 방전용량의 전위곡선을 나타낸 것으로, 이때 도 9의 (a)는 500mA/g의 전류밀도로 1.4 ~ 0.4V 조건에서 전기화학 특성평가를 하였다. On the other hand, Figure 9 (a) shows the potential curve of the charge and discharge capacity, wherein Figure 9 (a) was subjected to electrochemical characteristics evaluation at 1.4 ~ 0.4V conditions with a current density of 500mA / g.

이때, 본 발명의 제3실시 예에 따른 NaV6O15는 초기 방전용량이 425mAh/g의 방전용량을 보여주고 있음을 확인할 수 있으며, 사이클이 진행됨에 따라 활성화가 일어나 방전용량이 증가하는 특성을 보인다.At this time, the NaV 6 O 15 according to the third embodiment of the present invention can be seen that the initial discharge capacity shows a discharge capacity of 425mAh / g, the activation occurs as the cycle proceeds to increase the discharge capacity characteristics see.

한편, 도 9의 (b)는 전기화학 특성 중 수명특성을 나타낸 것으로, 이때 도 9의 (b)는 전류밀도 1A/g, 전압범위 1.4 ~ 0.4V 조건에서 350 싸이클 측정하였다. 350싸이클까지 방전용량 유지율은 100%로서, 충방전이 진행되면서 활성화로 인한 방전용량 증가를 보인 후, 350 싸이클 이후 초기 방전용량보다 다소 증가한 수치를 보였다. On the other hand, Figure 9 (b) shows the life characteristics of the electrochemical characteristics, at this time Figure 9 (b) was measured 350 cycles in the current density 1A / g, voltage range 1.4 ~ 0.4V conditions. The discharge capacity retention rate up to 350 cycles was 100%, which showed an increase in discharge capacity due to activation as charging and discharging progressed, and then slightly increased from the initial discharge capacity after 350 cycles.

아울러, 상기 도 10을 참조하면, 길이 760nm, 두께 90nm의 막대형태의 형상을 확인할 수 있다. In addition, referring to FIG. 10, a rod-shaped shape having a length of 760 nm and a thickness of 90 nm may be confirmed.

한편, 상기 도 11 내지 13을 참조하면, 본 발명의 제4실시 예에 따른 포타슘 바나듐 산화물(KV2O5)은 단사정계 구조(JCPDS #79-2335)의 피크 위치와 일치함을 확인할 수 있다.Meanwhile, referring to FIGS. 11 to 13, it can be seen that potassium vanadium oxide (KV 2 O 5 ) according to the fourth embodiment of the present invention coincides with the peak position of the monoclinic structure (JCPDS # 79-2335). .

또한, 도 12의 (a)는 100mA/g의 전류밀도로 1.4 ~ 0.4V 조건에서 전기화학 특성을 평가한 것으로, 본 발명의 제4실시 예에 따른 KV2O5는 초기 방전용량이 350mAh/g의 방전용량을 보여주고 있음을 확인할 수 있으며, 사이클이 진행됨에 따라 활성화가 일어나 방전용량이 증가하는 특성을 보인다.In addition, (a) of FIG. 12 is an evaluation of the electrochemical characteristics at 1.4 ~ 0.4V conditions with a current density of 100mA / g, KV 2 O 5 according to the fourth embodiment of the present invention has an initial discharge capacity of 350mAh / It can be seen that it shows the discharge capacity of g, the activation occurs as the cycle progresses, showing a characteristic that the discharge capacity increases.

아울러, 도 12의 (b)는 전기화학 특성 중 수명특성을 나타낸 것으로, 전류밀도 6A/g, 전압범위 1.4 ~ 0.4V 조건에서 1,500 싸이클 측정하였다. In addition, Figure 12 (b) shows the life characteristics of the electrochemical characteristics, 1,500 cycles measured under the current density of 6A / g, voltage range 1.4 ~ 0.4V conditions.

이때, 1,500 싸이클까지 방전용량 유지율은 100%로서, 충방전이 진행되면서 활성화로 인한 방전용량 증가를 보인 후, 1,500 싸이클 이후 초기 방전용량과 비슷한 수치를 보였다. At this time, the discharge capacity retention rate up to 1,500 cycles was 100%, showing the increase in discharge capacity due to activation as charging and discharging progressed, and then showing a similar value to the initial discharge capacity after 1,500 cycles.

아울러, 도 13을 참조하면, 본 발명의 제4실시 예에 따른 KV2O5는 길이 2.6um, 두께 0.2um의 막대형태의 형상을 확인할 수 있다.In addition, referring to FIG. 13, the KV 2 O 5 according to the fourth embodiment of the present invention may confirm a rod-shaped shape having a length of 2.6 μm and a thickness of 0.2 μm.

결과적으로 본 발명의 실시 예들에 따른 알칼리금속 바나듐 산화물 전극을 갖는 아연 이차전지는 상술한 기술적 구성들을 통해 아연 이차전지의 양극재로 알칼리금속 바나듐 산화물을 이용하고 음극재로 아연 또는 아연 합금을 이용하여 가역적으로 아연 이온의 삽탈리 및 아연 이온의 저장이 가능하며, 아연 이온의 삽탈리 과정에서도 구조가 붕괴되지 않아 수명특성을 향상시킬 수 있는 우수한 효과가 있다.As a result, the zinc secondary battery having the alkali metal vanadium oxide electrode according to the embodiments of the present invention uses the alkali metal vanadium oxide as the cathode material of the zinc secondary battery and the zinc or zinc alloy as the anode material through the above-described technical configurations. It is possible to reversibly remove zinc ions and store zinc ions, and also have excellent effect of improving life characteristics since the structure does not collapse even during the insertion and removal of zinc ions.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 바람직한 실시 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능하다 할 것이다.As described above, the present invention has been illustrated and described with reference to preferred embodiments, but is not limited to the above-described embodiments, and is provided to those skilled in the art without departing from the spirit of the present invention. Various changes and modifications are possible by this.

Claims (11)

알칼리금속 바나듐 산화물로 이루어지는 양극부;
아연 또는 아연합금으로 이루어지는 음극부;
상기 양극부와 음극부의 사이에 구비되며 상기 양극부와 음극부를 전기적으로 분리하기 위한 분리막; 및
상기 양극부와 음극부의 이온 이동을 위한 전해질을 포함하는 것을 특징으로 하는 알칼리금속 바나듐 산화물 전극을 갖는 아연 이차전지.
An anode part made of an alkali metal vanadium oxide;
A cathode part made of zinc or zinc alloy;
A separator provided between the anode portion and the cathode portion to electrically separate the anode portion and the cathode portion; And
Zinc secondary battery having an alkali metal vanadium oxide electrode comprising an electrolyte for ion migration of the positive electrode and negative electrode.
제 1 항에 있어서,
상기 알칼리금속 바나듐 산화물은 MxVyOz의 화학식으로 이루어지되,
상기 M은 리튬(Li), 소듐(Na) 및 포타슘(K)으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나이며, x=1, y=1~6, z=1~15인 것을 특징으로 하는 알칼리금속 바나듐 산화물 전극을 갖는 아연 이차전지.
The method of claim 1,
The alkali metal vanadium oxide is made of a chemical formula of M x V y O z ,
The M is any one selected from the group consisting of lithium (Li), sodium (Na) and potassium (K), and alkali metal vanadium oxide, characterized in that x = 1, y = 1-6, z = 1-15. Zinc secondary battery having an electrode.
제 2 항에 있어서,
상기 알칼리금속 바나듐 산화물은 리튬 카보네이트(Li2CO3)와 산화 바나듐(V2O5)분말에 아세톤을 첨가한 후 고상 합성법, 수열 합성법 또는 졸-겔 합성법을 이용하여 제조되는 것을 특징으로 하는 알칼리금속 바나듐 산화물 전극을 갖는 아연 이차전지.
The method of claim 2,
The alkali metal vanadium oxide is an alkali characterized in that it is prepared by adding acetone to lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) and vanadium oxide (V 2 O 5 ) powder and then using a solid phase synthesis method, hydrothermal synthesis method or sol-gel synthesis method Zinc secondary battery having a metal vanadium oxide electrode.
제 3 항에 있어서,
상기 알칼리금속 바나듐 산화물은 리튬 바나듐 산화물(LiV3O8)인 것을 특징으로 하는 알칼리금속 바나듐 산화물 전극을 갖는 아연 이차전지.
The method of claim 3, wherein
The alkali metal vanadium oxide is a lithium vanadium oxide (LiV 3 O 8 ) zinc secondary battery having an alkali metal vanadium oxide electrode, characterized in that.
제 2 항에 있어서,
상기 알칼리금속 바나듐 산화물은 V2O5 및 NaOH 전구체를 증류수에 용해시킨 후, 수열 합성법을 이용하여 제조되는 것을 특징으로 하는 알칼리금속 바나듐 산화물 전극을 갖는 아연 이차전지.
The method of claim 2,
The alkali metal vanadium oxide is V 2 O 5 And a zinc secondary battery having an alkali metal vanadium oxide electrode, wherein the NaOH precursor is dissolved in distilled water and then manufactured by hydrothermal synthesis.
제 5 항에 있어서,
상기 알칼리금속 바나듐 산화물은 소듐 바나듐 산화물(NaV3O8)인 것을 특징으로 하는 알칼리금속 바나듐 산화물 전극을 갖는 아연 이차전지.
The method of claim 5,
The alkali metal vanadium oxide is sodium vanadium oxide (NaV 3 O 8 ) Zinc secondary battery having an alkali metal vanadium oxide electrode, characterized in that.
제 2 항에 있어서,
상기 알칼리금속 바나듐 산화물은 V2O5, 옥살산나트륨 및 옥살산을 증류수에 용해시킨 후, 졸-겔 합성법을 이용하여 제조되는 것을 특징으로 하는 알칼리금속 바나듐 산화물 전극을 갖는 아연 이차전지.
The method of claim 2,
The alkali metal vanadium oxide is V 2 O 5 , A zinc secondary battery having an alkali metal vanadium oxide electrode, which is prepared by dissolving sodium oxalate and oxalic acid in distilled water and then using a sol-gel synthesis method.
제 7 항에 있어서,
상기 알칼리금속 바나듐 산화물은 소듐 바나듐 산화물(NaV6O15)인 것을 특징으로 하는 알칼리금속 바나듐 산화물 전극을 갖는 아연 이차전지.
The method of claim 7, wherein
The alkali metal vanadium oxide is sodium vanadium oxide (NaV 6 O 15 ) Zinc secondary battery having an alkali metal vanadium oxide electrode, characterized in that.
제 2 항에 있어서,
상기 알칼리금속 바나듐 산화물은 V2O5 및 KOH 전구체를 증류수에 용해 시킨 후, 수열 합성법을 이용하여 제조되는 것을 특징으로 하는 알칼리금속 바나듐 산화물 전극을 갖는 아연 이차전지.
The method of claim 2,
The alkali metal vanadium oxide is V 2 O 5 And a zinc secondary battery having an alkali metal vanadium oxide electrode, which is prepared by dissolving a KOH precursor in distilled water and using a hydrothermal synthesis method.
제 9 항에 있어서,
상기 알칼리금속 바나듐 산화물은 포타슘 바나듐 산화물(KV2O5)인 것을 특징으로 하는 알칼리금속 바나듐 산화물 전극을 갖는 아연 이차전지.
The method of claim 9,
The alkali metal vanadium oxide is potassium vanadium oxide (KV 2 O 5 ) characterized in that the zinc secondary battery having an alkali metal vanadium oxide electrode.
제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전해질은 수계전해질 또는 비수계전해질인 것을 특징으로 하는 알칼리금속 바나듐 산화물 전극을 갖는 아연 이차전지.The method according to any one of claims 1 to 10,
The electrolyte is a zinc secondary battery having an alkali metal vanadium oxide electrode, characterized in that the aqueous or non-aqueous electrolyte.
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