KR20210042578A - 양극 활물질을 포함하는 리튬 이온 전지 및 그것을 포함하는 전자 장치 - Google Patents

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Abstract

리튬 이온 전지가 개시된다. 양극, 음극, 전해질, 및 상기 양극과 음극 사이에 개재되는 분리막을 포함하는 리튬 이온 전지는, 상기 양극은 활 물질로서, 제1 LiCoO2(LCO), 제2 LCO, 및 표면에 코팅층이 형성된 LiCoxMnyFezPO4를 포함하고, 상기 제1 LCO는 제1 크기를 가지고, 상기 제2 LCO는 상기 제1 LCO에 의해 형성되는 공극(cavity) 에 개재될 수 있도록 상기 제1 크기보다 작은 제2 크기를 가지고, 상기 LiCoxMnyFezPO4는 상기 제1 LCO 및 상기 제2 LCO 중 적어도 하나에 의해 형성되는 공극(cavity) 에 개재될 수 있도록 상기 제1 크기 및 상기 제2 크기보다 작은 제3 크기를 가지고, 상기 LiCoxMnyFezPO4의 조성비가 x + y + z = 1 (단, 0.5 ≤ y ≤ 1) 일 수 있다. 다른 실시 예가 가능하다.

Description

양극 활물질을 포함하는 리튬 이온 전지 및 그것을 포함하는 전자 장치{A LITHUM ION BATTERY COMPRISING CATHODE MATERIALS AND AN ELECTRONIC DEVICE COMPRISING THE SAME}
다양한 실시예들은 양극 활물질을 포함하는 리튬 이온 전지 및 그것을 포함하는 전자 장치에 관한 것이다.
도 1은 비교 실시 예에 따른 제1 양극 활물질의 모식도를 나타낸다.
도 1에 도시된 제1 양극 활물질(100)은 본 개시의 다양한 실시 예들과 대비되는 종래 기술로 참조될 수 있다.
도 1을 참조하면, 제1 양극 활물질(100)은 서로 다른 입경을 갖는 LiCoO2(이하 LCO) 입자들, 예를 들면 제1 LCO(110) 및 제2 LCO(120)을 포함할 수 있다. 상대적으로 작은 크기의 제2 LCO(120) 입자들이 상대적으로 큰 크기의 제1 LCO(110) 입자들 사이에 채워짐으로써, 제1 양극 활물질(100)의 부피당 에너지 밀도가 향상될 수 있다.
제1 LCO(110) 및/또는 제2 LCO(12) 로만 구성된 제1 양극 활물질(100)은 리튬 이온(Li+)이 삽입 또는 탈리되는 과정에서 코발트(Co)가 용출되거나, 산소가 발생할 수 있다. 제1 양극 활물질(100)은 리튬 이온이 삽입 또는 탈리된 정도에 따라 육방정계(hexagonal)와 단사정계(monoclinic) 간의 상전이가 발생할 수 있으며, 이로 인한 구조적 붕괴가 발생할 수 있다. 예를 들면, 리튬 이온 전지는 이론 용량의 일정 범위 내에서는 리튬 이온이 빠져나오더라도 가역적으로 육방정계구조를 유지할 수 있으나, 일정 범위 이상으로 리튬 이온이 빠져나오면, 구조가 불안정해지면서 단사정계 구조로의 비가역적 상전이가 발생할 수 있다. 제1 양극 활물질(100)은 고용량 리튬 이온 전지의 발현을 위하여 4.2 V 이상으로 상한 전압을 올리기 어려울 수 있으며, 이론 용량(274 mAh/g)의 약 절반만을 사용할 수 있다.
한편, 모바일 기기 등과 같은 소형 전자 장치의 고성능화 및 소형화되고 있으며, 이에 따라 높은 용량, 급속 충전 및 고출력 특성을 갖는 리튬 이온 전지의 수요가 증가되고 있다.
그러나 상술한 제1 양극 활물질(100)의 현상은 급속 충전 상황에서 심화될 수 있다. 급속 충전 시, 제1 양극 활물질(100) 내부의 리튬 이온은 일반적인 충전 상황보다 더 빠른 속도로 탈리되어 전해질을 통해 음극재로 이동할 수 있다. 이 경우, LCO 입자 표면의 리튬 이온 농도는 LCO 입자 내부의 리튬 이온 농도에 비해 상대적으로 더 낮게 형성될 수 있다. 표면과 내부간 농도 구배에 의해 LCO 입자 표면의 화학적 또는 구조적 안정성이 저하될 수 있고, 제1 양극 활물질(100)의 수명 특성이 열화될 수 있다.
일 실시 예에서, LCO 입자의 표면 안정성을 개선하기 위하여, 제1 양극 활물질(100)은 표면이 코팅 처리된 LCO 입자들을 포함할 수 있으나, LCO 입자의 표면 코팅 처리로 인해 리튬 이온 전지의 내부 저항이 증가될 수 있다. 내부 저항이 큰 리튬 이온 전지는 겨울철과 같이 온도가 낮은 상황, 급속 충전 또는 급속 방전 상황(예를 들면, 순간적으로 고출력을 요구하는 5G 통신 상황)에서 사용하는 것이 적합하지 않을 수 있다.
또한, 리튬 이온 전지의 사용 중 금속의 수지상 (dendrite)이 석출되거나, 음극재에 포함되는 구리(Cu)가 산화되어 용출되거나, 분리막에 결함이 생기거나, 고체 전해질 계면막(SEI, solid electrolyte interphase)이 분해되거나, 또는 리튬 이온 전지에 물리적 충격이 가해지는 경우 리튬 이온 전지 내부에서 의도하지 않은 단락이 발생할 수 있다. 내부 단락으로 인해 리튬 이온 전지의 온도가 상승하는 경우, 전해질과 산소가 반응하여 리튬 이온 전지의 발화 및 폭발이 발생할 수 있다.
LiCoO2(LCO)를 양극 활물질로 사용하는 리튬 이온 전지는, 급속 충전 시 비가역적 상전이 현상과 같은 구조적 문제와 코발트(Co) 용출 또는 산소 방출과 같은 화학적 부반응이 발생할 수 있다. 이와 같은 구조적, 화학적 문제로 인하여 리튬 이온 전지의 안전성 및 수명 특성이 열화될 수 있다.
상술한 현상들을 개선하기 위하여 이종 금속 치환 및 금속 산화물 코팅 처리를 한 LCO를 사용하더라도, 전지 내부의 저항이 증가할 수 있다. 이로 인한 전지 내부 저항은 급속 충전 시 리튬 이온 전지의 성능을 열화시킬 수 있다.
본 개시(disclosure)에 따른 다양한 실시예들은, 높은 에너지 밀도, 급속 충전과 고출력 특성, 안전성과 수명 특성을 확보할 수 있는 리튬 이온 전지를 제공한다.
다양한 실시 예에 따른 리튬 이온 전지는, 양극, 음극, 전해질, 및 상기 양극과 음극 사이에 개재되는 분리막을 포함하는 리튬 이온 전지에 있어서, 상기 양극은 활물질(active material)로서, 제1 LiCoO2(LCO), 제2 LCO, 및 표면에 코팅층이 형성된 LiCoxMnyFezPO4를 포함하고, 상기 제1 LCO는 제1 크기를 가지고, 상기 제2 LCO는 상기 제1 LCO에 의해 형성되는 공극(cavity) 에 개재될 수 있도록 상기 제1 크기보다 작은 제2 크기를 가지고, 상기 LiCoxMnyFezPO4는 상기 제1 LCO 및 상기 제2 LCO 중 적어도 하나에 의해 형성되는 공극(cavity) 에 개재될 수 있도록 상기 제1 크기 및 상기 제2 크기보다 작은 제3 크기를 가지고, 상기 LiCoxMnyFezPO4의 조성비가 x + y + z = 1 (단, 0.5 ≤ y ≤ 1) 일 수 있다.
다양한 실시 예에 따른 전자 장치는, 전력 관리 모듈, 및 상기 전력 관리 모듈에 의해 상기 전자 장치에 필요한 전력을 공급하도록 구성되는 리튬 이온 전지를 포함하고, 상기 리튬 이온 전지는, 양극, 음극, 전해질, 및 상기 양극과 음극 사이에 개재되는 분리막을 포함하고, 상기 양극은 활물질로서, 제1 LiCoO2(LCO), 제2 LCO, 및 표면에 코팅층이 형성된 LiCoxMnyFezPO4를 포함하고, 상기 제1 LCO는 제1 크기를 가지고, 상기 제2 LCO는 상기 제1 LCO에 의해 형성되는 공극(cavity)에 개재될 수 있도록 상기 제1 크기보다 작은 제2 크기를 가지고, 상기 LiCoxMnyFezPO4는 상기 제1 LCO 및 상기 제2 LCO 중 적어도 하나에 의해 형성되는 공극(cavity) 에 개재될 수 있도록 상기 제1 크기 및 상기 제2 크기보다 작은 제3 크기를 가지고, 상기 LiCoxMnyFezPO4의 조성비가 x + y + z = 1 (단, 0.5 ≤ y ≤ 1) 일 수 있다.
대립자의 LiCoO2(LCO)와 소립자의 LCO, 그리고 카본 코팅된 리튬 금속 인산화물 미립자가 혼합된 Tri-modal 형태의 양극 활물질을 사용함으로써 리튬 이온 전지의 출력 특성, 에너지 밀도 및 사용에 따른 전지의 열화 특성을 개선할 수 있으며, 내부 단락 상황에서도 향상된 열적 안정성을 확보할 수 있다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다
도 1은 비교 실시 예에 따른 제1 양극 활물질의 모식도를 나타낸다.
도 2는 일 실시 예에 따른 제2 양극 활물질을 나타내는 모식도이다.
도 3은 일 실시 예에 따른 LiCoO2(LCO)의 구조를 나타내는 모식도이다.
도 4는 일 실시 예에 따른 리튬 금속 인산화물(LiMPO4)(LMP)의 구조를 나타내는 모식도이다.
도 5는 일 실시 예에 따른 제2 양극 활물질(200) 및 제1 양극 활물질(100)의 방전 프로파일을 나타내는 그래프이다.
도 6은 일 실시 예에 따른 전지의 수명이 열화된 상태에서 제2 양극 활물질(200) 및 제1 양극 활물질(100)의 방전 프로파일을 나타내는 그래프이다.
도 7은 일 실시 예에 따른 저온 상황에서의 제2 양극 활물질(200) 및 제1 양극 활물질(100)의 방전 프로파일을 나타내는 그래프이다.
도 8은 일 실시 예에 따른 제2 양극 활물질에 포함되는 입자들의 크기에 따른 부피비를 나타내는 그래프이다.
도 9는 일 실시 예에 따른 올리빈 구조를 갖는 LMP(230)를 제조하는 방법을 나타내는 순서도이다.
다양한 실시 예에 따르면, 전자 장치에 사용되는 리튬 이온 전지는 양극재, 음극재, 전해질, 및 분리막을 포함할 수 있다.
양극재는 양극 활물질, 및 집전체를 포함할 수 있다. 양극 활물질은 리튬 이온 전지의 전극 반응에 직접 관여하는 물질로서, 층상 구조를 갖는 리튬 산화물, 특히 LiCoO2(LCO)가 사용될 수 있다. 양극용 집전체는 외부 회로와 연결되어 충전 또는 방전 과정에서 발생하는 전자를 양극재 외부 또는 내부로 공급하기 위하여 사용되며, 알루미늄 포일(aluminum foil)이 주로 사용될 수 있다.
음극재는 음극 활물질 및 집전체를 포함할 수 있다. 음극 활물질은 리튬 원자를 저장할 수 있으며, 상기 음극 활물질의 재료로 흑연(graphite)이 사용될 수 있다. 음극용 집전체는 외부 회로와 연결되어 충전 또는 방전 과정에서 발생하는 전자를 음극재 내부 또는 외부로 공급하기 위하여 사용되며, 구리 포일(copper foil)이 사용될 수 있다.
상술한 양극 활물질 및 음극 활물질은 도전재 및 바인더와 혼합될 수 있다. 도전재는 이온 전도성 및 전자 전도성을 향상시키기 위하여 첨가될 수 있다. 바인더는 활물질(또는 합제)이 집전체에 용이하게 부착될 수 있도록 하는 물질로서, PVDF(polyvinylidene fluoride) 등의 고분자 소재가 사용될 수 있다.
분리막은 양극재와 음극재가 물리적으로 접촉되지 않도록 하여 전지의 안정성을 향상시키는 기능을 가질 수 있다.
전해질(electrolyte)은 리튬 이온이 이동할 수 있는 경로를 제공할 수 있으며, 분리막과 전극에 스며들도록 전지 내부로 주입될 수 있다. 전해질은 액체 전해질(liquid electrolyte) 또는 고체 전해질(solid electrolyte)을 포함할 수 있다.
리튬 이온 전지는, 충전 시 리튬 이온이 양극 활물질에서 탈리되어 전해질을 통해 음극 활물질로 이동할 수 있다. 음극 활물질로 이동한 리튬 이온은 환원 반응이 일어나면서 음극 활물질에 삽입(intercalation)될 수 있다. 리튬 이온의 탈리(deintercalation) 과정에서 생성된 전자는 전지 외부의 회로를 통해 음극 활물질로 이동할 수 있다. 상술한 리튬 이온의 양극 활물질에서의 거동은 비자발적 반응이므로, 외부에서 인위적인 전위 차를 주어야 발생할 수 있다.
리튬 이온 전지는, 방전 시 음극 활물질에 삽입된 리튬 이온이 탈리되어 전해질로 이온화하게 되고, 이온화된 리튬 이온은 전해질을 통해 양극 활물질로 이동할 수 있다. 리튬 이온의 탈리로 생성된 전자는 외부 회로를 통해 양극 활물질로 이동할 수 있다. 리튬 이온은 전자와 만나 환원 반응을 일으키며 양극 활물질 내부로 삽입될 수 있다. 상술한 리튬 이온의 음극 활물질에서의 거동은 자발적 반응이므로, 외부 회로를 통과하는 전자는 일을 할 수 있다.
도 2는 일 실시 예에 따른 제2 양극 활물질을 나타내는 모식도이다.
도 2을 참조하면, 제2 양극 활물질(200)은 제1 LCO(210), 제2 LCO(220) 및 리튬 금속 인산화물(LMP)(230)을 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 제1 LCO(210) 및 제2 LCO(220)의 화학적 특징은 각각 도 1에서 전술한 제1 LCO (110) 및 제2 LCO(120) 에 대응될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 제1 LCO(210) 및 제2 LCO(220)는 층상 구조(layered structure)를 가질 수 있다. 상기 층상 구조에 관한 구체적인 특징은 도 3의 설명을 통해 후술될 것이다.
일 실시 예에서, LMP(230)는 올리빈 구조(olivine structure)를 가질 수 있다. 올리빈 구조에 관한 특징은 도 4의 설명을 통해 후술될 것이다.
일 실시 예에 따르면, LMP(230)는 하기의 화학식 1을 포함할 수 있다.
Figure pat00001
상기 화학식 1에서, x + y + z = 1 (단, 0.5 ≤ y ≤ 1)일 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 화학식 1의 조성은, 전자 장치에서 요구되는 리튬 이온 전지의 특성에 따라 바람직하게 설계될 수 있다.
일 실시 예에서, Fe의 함량(z)이 상대적으로 증가할수록 리튬 이온의 반응 속도가 향상되어 리튬 이온 전지의 출력 특성이 향상될 수 있으나, 리튬 이온 전지의 작동 전압 및 용량이 감소될 수 있다. 일 실시 예에서, Mn의 함량(y)이 상대적으로 증가할수록, 리튬 이온 전지의 작동 전압 및 에너지(용량)가 증가될 수 있다.
일 실시 예에서, LMP(230)를 포함하는 제2 양극 활물질(200)은 전지의 수명 특성이 향상될 수 있다. 예를 들면, 동일한 조건에서 전지의 수명이 열화된 상태에서, 제2 양극 활물질(200)은 제1 양극 활물질(100)보다 전지의 작동 전압 및 가용 용량이 더 높을 수 있다. 일 실시 예에 따르면, LMP(230)를 포함함으로써, 전지의 수명 특성이 향상되는 특징은 LMP(230) 물질의 고유 성질에 기인한 것일 수 있다.
일 실시 예에서, LMP(230)를 포함하는 제2 양극 활물질(200)은 저온 환경에서 제1 양극 활물질(100)보다 전지의 성능이 향상될 수 있다. 예를 들면, 저온의 환경, 예컨대 약 -20 ℃ 내지 -10 ℃에서 제2 양극 활물질(200)은 제1 양극 활물질(100)보다 전지의 작동 전압 및 가용 용량이 더 높을 수 있다. 일 실시 예에 따르면, LMP(230)를 포함함으로써, 전지의 성능이 향상되는 특징은 LMP(230) 물질의 고유 성질에 기인한 것일 수 있다.
일 실시 예에서, 제2 양극 활물질(200)은 서로 다른 크기 또는 입경을 갖는 제1 LCO(210), 제2 LCO(220) 및 LMP(230)를 포함하는 Tri-modal 형태로 형성될 수 있다. 제1 LCO(210), 제2 LCO(220) 및 LMP(230)의 크기에 따른 부피 분포는 도 8의 설명을 통해 후술될 것이다.
일 실시 예에서, LMP(230)는 코팅층(232)을 포함할 수 있다. LMP(230)는 전기적으로 부도체의 성질을 갖고 있으므로, 전자 전도성 및 이온 전도성을 위하여 LMP(230)의 표면에 전기 전도도가 높은 물질, 예컨대 카본(carbon)과 같은 물질로 코팅될 수 있다. 코팅층(232)은 0.5 nm 내지 10 nm의 두께로 형성될 수 있다. 카본 코팅된 LMP(230)는 제1 LCO(210) 및 제2 LCO(220)를 전기적으로 연결할 수 있다.
일 실시 예에서, 제1 LCO(210) 및/또는 제2 LCO(220)의 표면 처리로 인해 리튬 이온 전지의 내부 저항이 증가하더라도, 제1 LCO(210)와 제2 LCO(220)를 전기적으로 연결시킴으로써 제2 양극 활물질(200)은 고출력 특성이 향상될 수 있다.
일 실시 예에서, LMP(230)의 제1 LCO(210) 및 제2 LCO(220) 보다 작은 크기와 LMP(230) 표면의 탄소 코팅으로 인해, 리튬 이온은 제1 LCO(210) 및 제2 LCO(220)보다 LMP(230)에 더 빨리 삽입될 수 있다. LMP(230)를 포함하는 제2 양극 활물질(200)은 리튬 이온 전지의 내부 또는 외부의 단락 상황에서도 발열량이 감소될 수 있다. LMP(230)를 포함하는 제2 양극 활물질(200)은 단락 상황에서도 리튬 이온 전지 내부의 온도가 급격하게 올라가는 것을 방지할 수 있다.
일 실시 예에서, 서로 다른 입경을 갖는 제1 LCO(210), 제2 LCO(220), 및 LMP(230)가 혼합되어 전극의 압연 시에 더 높은 압연 밀도를 구현할 수 있고, LMP(230) 또한 활물질로서 기능할 수 있기 때문에, 제2 양극 활물질(200)의 에너지 밀도는 향상될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 LiCoO2(LCO)의 구조를 나타내는 모식도이다.
도 3을 참조하면, LCO(예: 도 2의 제1 LCO(210) 및 제2 LCO(220))는 층상 구조(layered structure)를 가질 수 있다.
일 실시 예에서, LCO의 구조는 리튬 이온(122)들로 형성되는 리튬 이온층(120) 및 CoO2 층(130)이 교번하여 적층되어 구성될 수 있다. CoO2 층(130은 복수의 팔면체 구조(또는 팔면체)(132)들로 형성되고, 양이온인 Co 이온이 팔면체 구조(132)의 중심에 위치하며 음이온인 산소 이온(O2-)이 팔면체(132)의 꼭지점에 위치할 수 있다. 복수의 팔면체들은 모서리들을 공유하며 하나의 층을 형성할 수 있다.
일 실시 예에서, LCO의 층상 구조로 인해, LCO의 리튬 이온은 2차원적인 확산 경로를 가질 수 있다. 예를 들면, 리튬 이온은 층상 구조의 z 방향으로는 낮은 확산 속도를 가지나, 층상 구조 내부에서 x 방향 및 y 방향으로는 높은 확산 속도를 가질 수 있다.
도 4는 일 실시 예에 따른 LiMnPO4 (LMP)의 구조를 나타내는 모식도이다.
도 4를 참조하면, LMP(230)는 올리빈 구조를 가질 수 있다.
일 실시 예에서, 올리빈 구조를 갖는 LMP(230)는 리튬 이온(402), MnO6 팔면체(404), PO4 사면체(406), 및 LiO6 팔면체(408)를 포함할 수 있다.
리튬 이온(402) 및 망간(Mn) 이온은 팔면체 (404) 자리의 절반을 차지할 수 있고, 인(P) 이온은 사면체(406) 자리의 1/8 위치에 배치될 수 있다. MnO6 팔면체(404)들은 서로 모서리를 공유하면서 교번하여 교차된 상태로 배치될 수 있다. MnO6 팔면체(404)의 모서리 중 한 모서리는 PO4 사면체(406)의 모서리와 공유되며, MnO6 팔면체(404)의 두 모서리는 LiO6 팔면체(408)와 공유될 수 있다. 도 4에서, LiO6 팔면체(408)들은 서로 모서리를 공유하며 MnO6 팔면체(404) 층들 사이에서 선형으로 배치될 수 있다.
일 실시 예에서, 상술한 구조적 특징으로 인해, 올리빈 구조 화합물의 직선 방향으로의 리튬 이온의 확산은 매우 빠르지만, 리튬 이온의 삽입 거동에서 리튬 이온의 침체 현상이 발생할 수 있다.
일 실시 예에서, 올리빈 구조 화합물은 1 차원적인 리튬 이온의 확산 경로를 갖으므로, 스피넬(spinel) 구조(3차원) 및 층상 구조(2차원)를 갖는 다른 소재들보다 리튬 이온의 확산 속도가 느릴 수 있다.
일 실시 예에서, 올리빈 구조 화합물의 구조적 특징으로 인해, LMP(230)는 LCO와 달리, 리튬 이온(402)이 탈리되더라도 구조적으로 안정될 수 있다.
도 5는 일 실시 예에 따른 제2 양극 활물질(200) 및 제1 양극 활물질(100)의 방전 프로파일을 나타내는 그래프이다.
일 실시 예에서, 제2 양극 활물질(200)은 LMP(230)를 포함하지 않는 제1 양극 활물질(100)보다 작동 전압 및 에너지(용량)가 더 높을 수 있다.
예를 들면, 도 5의 제2 양극 활물질(200)의 방전 곡선 (a)와 제1 양극 활물질(100)의 방전 곡선 (b)를 참조하면, LMP(230)를 포함하는 제2 양극 활물질(200)은 LMP(230)를 포함하지 않는 제1 양극 활물질(100)보다, 전지의 작동 전압 및 가용 용량이 더 높을 수 있다.
일 실시 예에서, 리튬 철 인산화물은 약 3.4 V에서 작동하기 때문에, LMP(230)의 철(Fe)의 함량이 상대적으로 높아질수록 전지의 안정성 및 출력 특성은 향상될 수 있으나, 부피 또는 중량당 에너지 밀도는 감소될 수 있다.
일 실시 예에서, 리튬 망간 인산화물은 약 4.1 V에서 작동하기 때문에, LMP(230)의 망간(Mn)의 함량이 상대적으로 높아질수록 전지의 안정성 및 출력 특성 향상과 함께, 부피 또는 중량당 에너지 밀도의 손실을 줄일 수 있다.
도 6은 일 실시 예에 따른 전지의 수명이 열화된 상태에서 제2 양극 활물질(200) 및 제1 양극 활물질(100)의 방전 프로파일을 나타내는 그래프이다.
일 실시 예에서, LMP(230)를 포함하는 제2 양극 활물질(200)은 전지의 수명 특성이 향상될 수 있다. 예를 들면, 도 6의 제2 양극 활물질(200)의 방전 곡선 (a)와 제1 양극 활물질(100)의 방전 곡선 (b)를 참조하면, 수명이 열화된 상태에서도 LMP(230)를 포함하는 제2 양극 활물질(200)은 LMP(230)를 포함하지 않는 제1 양극 활물질(100)보다 전지의 작동 전압 및 가용 용량이 더 높을 수 있다.
도 7은 일 실시 예에 따른 저온 상황에서의 제2 양극 활물질(200) 및 제1 양극 활물질(100)의 방전 프로파일을 나타내는 그래프이다.
도 7을 참조하면, LMP(230)를 포함하는 제2 양극 활물질(200)은 저온 환경에서 제1 양극 활물질(100)보다 전지의 성능이 향상될 수 있다.
일 실시 예에서, 리튬 이온 전지는 리튬 이온이 이동 또는 확산하는 원리에 의해 동작할 수 있다. 리튬 이온의 이동은 전지의 외부 환경 또는 전지 내부의 온도에 의한 영향을 받을 수 있다. 예를 들면, 상기 온도가 낮아지는 경우, 리튬 이온의 확산의 정도 및 확산 속도는 낮아질 수 있다. 리튬 이온 전지는 내부 또는 외부의 온도가 떨어짐에 따라, 작동 전압이 낮아질 수 있다.
일 실시 예에서, LMP(230)를 포함하는 제2 양극 활물질(200)은 온도가 낮은 환경에서도 향상된 작동 전압을 가질 수 있다. 예를 들면, 도 7의 제2 양극 활물질(200)의 방전 곡선 (a)와 제1 양극 활물질(100)의 방전 곡선 (b)를 참조하면, 온도가 낮은 환경(예: 약 -20 ℃ 내지 -10 ℃)에서도 LMP(230)를 포함하는 제2 양극 활물질(200)은 LMP(230)를 포함하지 않는 제1 양극 활물질(100)보다 전지의 작동 전압 및 가용 용량이 더 높을 수 있다.
도 8은 일 실시 예에 따른 제2 양극 활물질에 포함되는 입자들의 크기에 따른 부피비를 나타내는 그래프이다.
도 8을 참조하면, 제2 양극 활물질(200)에 포함되는 입자들(또는 제2 양극 활물질(200))은 Tri-modal 형태의 입도 분포를 가질 수 있다.
예를 들면, 제1 LCO(210)는 제1 크기를 가질 수 있다. 제1 LCO(210)의 입경은 10 um 내지 50 um 일 수 있다. 제1 LCO(210)는 71 % 내지 79 %의 부피 백분율을 가질 수 있다.
예를 들면, 제2 LCO(220)는 상기 제1 크기보다 작은 제2 크기를 가질 수 있다. 제2 LCO(220)의 입경은 1 um 내지 10 um 일 수 있다. 제2 LCO(220)는 15 % 내지 23 %의 부피 백분율을 가질 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 제2 LCO(220)는 제1 LCO(210)에 의해 형성된 빈 공간(interstitial volume) 또는 공극(cavity)에 채워질 수 있다. 일 실시 예에서, 제2 LCO(220)가 제1 LCO(210) 사이에 배치됨에 따라, 제2 양극 활물질(200)의 에너지 밀도가 증가될 수 있다.
예를 들면, LMP(230)는 상기 제2 크기보다 작은 제3 크기를 가질 수 있다. LMP(230)의 입경은 50 nm 내지 200 nm 일 수 있다. 일 실시 예에서, LMP(230)는 미립자 형태일 수 있다. LMP(230)는 3 % 내지 9 %의 부피 백분율을 가질 수 있다.
일 실시 예에 따르면, LMP(230)는 제1 LCO(210) 및 제2 LCO(220)에 의해 형성된 빈 공간(interstitial volume) 또는 공극(cavity)에 채워질 수 있다. LMP(230)는 제1 LCO(210) 및/또는 제2 LCO(220)에 접할 수 있다.
일 실시 예에서, 제2 양극 활물질(200)에서 제1 LCO(210), 제2 LCO(220), 및 LMP(230)의 질량비는 72~80 : 15~24 : 1~6 일 수 있다. 제2 양극 활물질(200)에서 LMP(230)의 질량 및 질량비는 상술한 화학식 1의 조성에 따라 달라질 수 있다.
도 9는 일 실시 예에 따른 올리빈 구조를 갖는 LMP(230)를 제조하는 방법을 나타내는 순서도이다.
도 9를 참조하면, 단계 902에서 전구체 용액을 준비할 수 있다. 예를 들면, 물(H2O) 및 N, N-dimethylformamide(DMF)를 용매로 사용한 용매열 합성(solvothermal synthesis) 방식으로 LMP(230) 응집 용액(aggregation solution)을 합성할 수 있다. 먼저 (Co(CH3COO)2·4H2O), (Mn(CH3COO)2·4H2O) 및 (Fe(NO3)3·9H2O)을 각각 합성하고자 하는 조성에 맞도록 몰 비율을 맞출 수 있다. 조성비를 맞춘 총 0.01 mol의 (Co(CH3COO)2·4H2O), (Mn(CH3COO)2·4H2O) 및 (Fe(NO3)3·9H2O)을 10 ml의 탈 이온수에 용해시킬 수 있다. (Co(CH3COO)2·4H2O), (Mn(CH3COO)2·4H2O) 및 (Fe(NO3)3·9H2O)가 용해된 탈 이온수를 80℃에서 140 ml의 DMF와 혼합하여 전구체 용액을 제조할 수 있다.
단계 904에서, 전구체 용액에 고용체를 형성할 수 있다. 예를 들면, 상기 전구체 수용액을 80℃에서 1 시간 동안 교반한 후 실온으로 냉각시켜 Co, Mn, 그리고 Fe의 고용체를 형성할 수 있다.
단계 906에서, 고용체가 형성된 용액과 인산, 수산화 리튬 일 수화물, 및 아스코르브 산을 혼합할 수 있다. 예를 들면, 지정된 양의 인산(H3PO4), 수산화 리튬 일 수화물(LiOH·H2O) 및 아스코르브 산(C6H8O6)을 상기 전구체 용액에 도입한 뒤 교반할 수 있다. 일 실시 예에서, 혼합 용액 중의 몰 비는 Li : 전이 금속 (TM) : PO4 = 3 : 1 : 1.3 일 수 있다.
일 실시 예에서, LMP(230)의 최종 입자 형태는 전술한 열 용매 합성 과정의 pH 값에 좌우되기 때문에, 지정된 양의 질산(HNO3)을 주입하여 pH를 조절할 수 있다.
단계 908에서, 혼합 용액을 후 처리할 수 있다. 예를 들면, 교반이 끝난 혼합 용액을 테프론 재질의 오토 클레이브(autoclave)에 옮기고, 180 ℃에서 12 시간 가열할 수 있다. 열처리된 혼합 용액을 원심 분리하여 탈 이온수 및 아세톤으로 세척한 후, 60℃에서 24 시간 이상 건조시킬 수 있다. 얻어진 LMP(230) 응집 분말(aggregation powder)은 카본 코팅을 위하여 LMP(230)와 source(예: 코팅 하고자 하는 나노 입자 또는 카본 소스)의 비율이 7 : 3을 갖도록 충분히 섞어준 뒤 건조를 마치고, Ar 분위기 하에서 700℃에서 약 3 시간 동안 소성시킬 수 있다.
도 10은, 다양한 실시예들에 따른, 네트워크 환경(1000) 내의 전자 장치(1001)의 블록도이다. 도 10을 참조하면, 네트워크 환경(1000)에서 전자 장치(1001)는 제 1 네트워크(1098)(예: 근거리 무선 통신 네트워크)를 통하여 전자 장치(1002)와 통신하거나, 또는 제 2 네트워크(1099)(예: 원거리 무선 통신 네트워크)를 통하여 전자 장치(1004) 또는 서버(1008)와 통신할 수 있다. 일실시예에 따르면, 전자 장치(1001)는 서버(1008)를 통하여 전자 장치(1004)와 통신할 수 있다. 일실시예에 따르면, 전자 장치(1001)는 프로세서(1020), 메모리(1030), 입력 장치(1050), 음향 출력 장치(1055), 표시 장치(1060), 오디오 모듈(1070), 센서 모듈(1076), 인터페이스(1077), 햅틱 모듈(1079), 카메라 모듈(1080), 전력 관리 모듈(1088), 배터리(1089), 통신 모듈(1090), 가입자 식별 모듈(1096), 또는 안테나 모듈(1097)을 포함할 수 있다. 어떤 실시예에서는, 전자 장치(1001)에는, 이 구성요소들 중 적어도 하나(예: 표시 장치(1060) 또는 카메라 모듈(1080))가 생략되거나, 하나 이상의 다른 구성 요소가 추가될 수 있다. 어떤 실시예에서는, 이 구성요소들 중 일부들은 하나의 통합된 회로로 구현될 수 있다. 예를 들면, 센서 모듈(1076)(예: 지문 센서, 홍채 센서, 또는 조도 센서)은 표시 장치(1060)(예: 디스플레이)에 임베디드된 채 구현될 수 있다
프로세서(1020)는, 예를 들면, 소프트웨어(예: 프로그램(1040))를 실행하여 프로세서(1020)에 연결된 전자 장치(1001)의 적어도 하나의 다른 구성요소(예: 하드웨어 또는 소프트웨어 구성요소)을 제어할 수 있고, 다양한 데이터 처리 또는 연산을 수행할 수 있다. 일실시예에 따르면, 데이터 처리 또는 연산의 적어도 일부로서, 프로세서(1020)는 다른 구성요소(예: 센서 모듈(1076) 또는 통신 모듈(1090))로부터 수신된 명령 또는 데이터를 휘발성 메모리(1032)에 로드하고, 휘발성 메모리(1032)에 저장된 명령 또는 데이터를 처리하고, 결과 데이터를 비휘발성 메모리(1034)에 저장할 수 있다. 일실시예에 따르면, 프로세서(1020)는 메인 프로세서(1021)(예: 중앙 처리 장치 또는 어플리케이션 프로세서), 및 이와는 독립적으로 또는 함께 운영 가능한 보조 프로세서(1023)(예: 그래픽 처리 장치, 이미지 시그널 프로세서, 센서 허브 프로세서, 또는 커뮤니케이션 프로세서)를 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대체적으로, 보조 프로세서(1023)는 메인 프로세서(1021)보다 저전력을 사용하거나, 또는 지정된 기능에 특화되도록 설정될 수 있다. 보조 프로세서(1023)는 메인 프로세서(1021)와 별개로, 또는 그 일부로서 구현될 수 있다.
보조 프로세서(1023)는, 예를 들면, 메인 프로세서(1021)가 인액티브(예: 슬립) 상태에 있는 동안 메인 프로세서(1021)를 대신하여, 또는 메인 프로세서(1021)가 액티브(예: 어플리케이션 실행) 상태에 있는 동안 메인 프로세서(1021)와 함께, 전자 장치(1001)의 구성요소들 중 적어도 하나의 구성요소(예: 표시 장치(1060), 센서 모듈(1076), 또는 통신 모듈(1090))와 관련된 기능 또는 상태들의 적어도 일부를 제어할 수 있다. 일실시예에 따르면, 보조 프로세서(1023)(예: 이미지 시그널 프로세서 또는 커뮤니케이션 프로세서)는 기능적으로 관련 있는 다른 구성 요소(예: 카메라 모듈(1080) 또는 통신 모듈(1090))의 일부로서 구현될 수 있다.
메모리(1030)는, 전자 장치(1001)의 적어도 하나의 구성요소(예: 프로세서(1020) 또는 센서 모듈(1076))에 의해 사용되는 다양한 데이터를 저장할 수 있다. 데이터는, 예를 들어, 소프트웨어(예: 프로그램(1040)) 및, 이와 관련된 명령에 대한 입력 데이터 또는 출력 데이터를 포함할 수 있다. 메모리(1030)는, 휘발성 메모리(1032) 또는 비휘발성 메모리(1034)를 포함할 수 있다.
프로그램(1040)은 메모리(1030)에 소프트웨어로서 저장될 수 있으며, 예를 들면, 운영 체제(1042), 미들 웨어(1044) 또는 어플리케이션(1046)을 포함할 수 있다.
입력 장치(1050)는, 전자 장치(1001)의 구성요소(예: 프로세서(1020))에 사용될 명령 또는 데이터를 전자 장치(1001)의 외부(예: 사용자)로부터 수신할 수 있다. 입력 장치(1050)는, 예를 들면, 마이크, 마우스, 키보드, 또는 디지털 펜(예: 스타일러스 펜)을 포함할 수 있다.
음향 출력 장치(1055)는 음향 신호를 전자 장치(1001)의 외부로 출력할 수 있다. 음향 출력 장치(1055)는, 예를 들면, 스피커 또는 리시버를 포함할 수 있다. 스피커는 멀티미디어 재생 또는 녹음 재생과 같이 일반적인 용도로 사용될 수 있고, 리시버는 착신 전화를 수신하기 위해 사용될 수 있다. 일실시예에 따르면, 리시버는 스피커와 별개로, 또는 그 일부로서 구현될 수 있다.
표시 장치(1060)는 전자 장치(1001)의 외부(예: 사용자)로 정보를 시각적으로 제공할 수 있다. 표시 장치(1060)는, 예를 들면, 디스플레이, 홀로그램 장치, 또는 프로젝터 및 해당 장치를 제어하기 위한 제어 회로를 포함할 수 있다. 일실시예에 따르면, 표시 장치(1060)는 터치를 감지하도록 설정된 터치 회로(touch circuitry), 또는 상기 터치에 의해 발생되는 힘의 세기를 측정하도록 설정된 센서 회로(예: 압력 센서)를 포함할 수 있다.
오디오 모듈(1070)은 소리를 전기 신호로 변환시키거나, 반대로 전기 신호를 소리로 변환시킬 수 있다. 일실시예에 따르면, 오디오 모듈(1070)은, 입력 장치(1050)를 통해 소리를 획득하거나, 음향 출력 장치(1055), 또는 전자 장치(1001)와 직접 또는 무선으로 연결된 외부 전자 장치(예: 전자 장치(1002)) (예: 스피커 또는 헤드폰))를 통해 소리를 출력할 수 있다.
센서 모듈(1076)은 전자 장치(1001)의 작동 상태(예: 전력 또는 온도), 또는 외부의 환경 상태(예: 사용자 상태)를 감지하고, 감지된 상태에 대응하는 전기 신호 또는 데이터 값을 생성할 수 있다. 일실시예에 따르면, 센서 모듈(1076)은, 예를 들면, 제스처 센서, 자이로 센서, 기압 센서, 마그네틱 센서, 가속도 센서, 그립 센서, 근접 센서, 컬러 센서, IR(infrared) 센서, 생체 센서, 온도 센서, 습도 센서, 또는 조도 센서를 포함할 수 있다.
인터페이스(1077)는 전자 장치(1001)가 외부 전자 장치(예: 전자 장치(1002))와 직접 또는 무선으로 연결되기 위해 사용될 수 있는 하나 이상의 지정된 프로토콜들을 지원할 수 있다. 일실시예에 따르면, 인터페이스(1077)는, 예를 들면, HDMI(high definition multimedia interface), USB(universal serial bus) 인터페이스, SD카드 인터페이스, 또는 오디오 인터페이스를 포함할 수 있다.
연결 단자(1078)는, 그를 통해서 전자 장치(1001)가 외부 전자 장치(예: 전자 장치(1002))와 물리적으로 연결될 수 있는 커넥터를 포함할 수 있다. 일실시예에 따르면, 연결 단자(1078)는, 예를 들면, HDMI 커넥터, USB 커넥터, SD 카드 커넥터, 또는 오디오 커넥터(예: 헤드폰 커넥터)를 포함할 수 있다.
햅틱 모듈(1079)은 전기적 신호를 사용자가 촉각 또는 운동 감각을 통해서 인지할 수 있는 기계적인 자극(예: 진동 또는 움직임) 또는 전기적인 자극으로 변환할 수 있다. 일실시예에 따르면, 햅틱 모듈(1079)은, 예를 들면, 모터, 압전 소자, 또는 전기 자극 장치를 포함할 수 있다.
카메라 모듈(1080)은 정지 영상 및 동영상을 촬영할 수 있다. 일실시예에 따르면, 카메라 모듈(1080)은 하나 이상의 렌즈들, 이미지 센서들, 이미지 시그널 프로세서들, 또는 플래시들을 포함할 수 있다.
전력 관리 모듈(1088)은 전자 장치(1001)에 공급되는 전력을 관리할 수 있다. 일실시예에 따르면, 전력 관리 모듈(388)은, 예를 들면, PMIC(power management integrated circuit)의 적어도 일부로서 구현될 수 있다.
배터리(1089)는 전자 장치(1001)의 적어도 하나의 구성 요소에 전력을 공급할 수 있다. 일실시예에 따르면, 배터리(1089)는, 예를 들면, 재충전 불가능한 1차 전지, 재충전 가능한 2차 전지 또는 연료 전지를 포함할 수 있다. 일 실시 예에서, 배터리(1089)는 도 3에 도시된 제2 양극 활물질(200) 및 상기 제2 양극 활물질(200)을 포함하는 리튬 이온 전지를 포함할 수 있다.
통신 모듈(1090)은 전자 장치(1001)와 외부 전자 장치(예: 전자 장치(1002), 전자 장치(1004), 또는 서버(1008))간의 직접(예: 유선) 통신 채널 또는 무선 통신 채널의 수립, 및 수립된 통신 채널을 통한 통신 수행을 지원할 수 있다. 통신 모듈(1090)은 프로세서(1020)(예: 어플리케이션 프로세서)와 독립적으로 운영되고, 직접(예: 유선) 통신 또는 무선 통신을 지원하는 하나 이상의 커뮤니케이션 프로세서를 포함할 수 있다. 일실시예에 따르면, 통신 모듈(1090)은 무선 통신 모듈(1092)(예: 셀룰러 통신 모듈, 근거리 무선 통신 모듈, 또는 GNSS(global navigation satellite system) 통신 모듈) 또는 유선 통신 모듈(1094)(예: LAN(local area network) 통신 모듈, 또는 전력선 통신 모듈)을 포함할 수 있다. 이들 통신 모듈 중 해당하는 통신 모듈은 제 1 네트워크(1098)(예: 블루투스, Wi-Fi direct 또는 IrDA(infrared data association) 같은 근거리 통신 네트워크) 또는 제 2 네트워크(1099)(예: 셀룰러 네트워크, 인터넷, 또는 컴퓨터 네트워크(예: LAN 또는 WAN)와 같은 원거리 통신 네트워크)를 통하여 외부 전자 장치와 통신할 수 있다. 이런 여러 종류의 통신 모듈들은 하나의 구성 요소(예: 단일 칩)으로 통합되거나, 또는 서로 별도의 복수의 구성 요소들(예: 복수 칩들)로 구현될 수 있다. 무선 통신 모듈(1092)은 가입자 식별 모듈(1096)에 저장된 가입자 정보(예: 국제 모바일 가입자 식별자(IMSI))를 이용하여 제 1 네트워크(1098) 또는 제 2 네트워크(1099)와 같은 통신 네트워크 내에서 전자 장치(1001)를 확인 및 인증할 수 있다.
안테나 모듈(1097)은 신호 또는 전력을 외부(예: 외부 전자 장치)로 송신하거나 외부로부터 수신할 수 있다. 일실시예에 따르면, 안테나 모듈은 서브 스트레이트(예: PCB) 위에 형성된 도전체 또는 도전성 패턴으로 이루어진 방사체를 포함하는 하나의 안테나를 포함할 수 있다. 일실시예에 따르면, 안테나 모듈(1097)은 복수의 안테나들을 포함할 수 있다. 이런 경우, 제 1 네트워크(1098) 또는 제 2 네트워크(1099)와 같은 통신 네트워크에서 사용되는 통신 방식에 적합한 적어도 하나의 안테나가, 예를 들면, 통신 모듈(1090)에 의하여 상기 복수의 안테나들로부터 선택될 수 있다. 신호 또는 전력은 상기 선택된 적어도 하나의 안테나를 통하여 통신 모듈(1090)과 외부 전자 장치 간에 송신되거나 수신될 수 있다. 어떤 실시예에 따르면, 방사체 이외에 다른 부품(예: RFIC)이 추가로 안테나 모듈(1097)의 일부로 형성될 수 있다.
상기 구성요소들 중 적어도 일부는 주변 기기들간 통신 방식(예: 버스, GPIO(general purpose input and output), SPI(serial peripheral interface), 또는 MIPI(mobile industry processor interface))를 통해 서로 연결되고 신호(예: 명령 또는 데이터)를 상호간에 교환할 수 있다.
일실시예에 따르면, 명령 또는 데이터는 제 2 네트워크(1099)에 연결된 서버(1008)를 통해서 전자 장치(1001)와 외부의 전자 장치(1004)간에 송신 또는 수신될 수 있다. 전자 장치(1002, 1004) 각각은 전자 장치(1001)와 동일한 또는 다른 종류의 장치일 수 있다. 일실시예에 따르면, 전자 장치(1001)에서 실행되는 동작들의 전부 또는 일부는 외부 전자 장치들(1002, 1004, or 1008) 중 하나 이상의 외부 장치들에서 실행될 수 있다. 예를 들면, 전자 장치(1001)가 어떤 기능이나 서비스를 자동으로, 또는 사용자 또는 다른 장치로부터의 요청에 반응하여 수행해야 할 경우에, 전자 장치(1001)는 기능 또는 서비스를 자체적으로 실행시키는 대신에 또는 추가적으로, 하나 이상의 외부 전자 장치들에게 그 기능 또는 그 서비스의 적어도 일부를 수행하라고 요청할 수 있다. 상기 요청을 수신한 하나 이상의 외부 전자 장치들은 요청된 기능 또는 서비스의 적어도 일부, 또는 상기 요청과 관련된 추가 기능 또는 서비스를 실행하고, 그 실행의 결과를 전자 장치(1001)로 전달할 수 있다. 전자 장치(1001)는 상기 결과를, 그대로 또는 추가적으로 처리하여, 상기 요청에 대한 응답의 적어도 일부로서 제공할 수 있다. 이를 위하여, 예를 들면, 클라우드 컴퓨팅, 분산 컴퓨팅, 또는 클라이언트-서버 컴퓨팅 기술이 이용될 수 있다.
본 문서에 개시된 다양한 실시예들에 따른 전자 장치는 다양한 형태의 장치가 될 수 있다. 전자 장치는, 예를 들면, 휴대용 통신 장치 (예: 스마트폰), 컴퓨터 장치, 휴대용 멀티미디어 장치, 휴대용 의료 기기, 카메라, 웨어러블 장치, 또는 가전 장치를 포함할 수 있다. 본 문서의 실시예에 따른 전자 장치는 전술한 기기들에 한정되지 않는다.
본 문서의 다양한 실시예들 및 이에 사용된 용어들은 본 문서에 기재된 기술적 특징들을 특정한 실시예들로 한정하려는 것이 아니며, 해당 실시예의 다양한 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 또는 관련된 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다. 아이템에 대응하는 명사의 단수 형은 관련된 문맥상 명백하게 다르게 지시하지 않는 한, 상기 아이템 한 개 또는 복수 개를 포함할 수 있다. 본 문서에서, "A 또는 B", "A 및 B 중 적어도 하나","A 또는 B 중 적어도 하나,""A, B 또는 C," "A, B 및 C 중 적어도 하나,"및 "A, B, 또는 C 중 적어도 하나"와 같은 문구들 각각은 그 문구들 중 해당하는 문구에 함께 나열된 항목들 중 어느 하나, 또는 그들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. "제 1", "제 2", 또는 "첫째" 또는 "둘째"와 같은 용어들은 단순히 해당 구성요소를 다른 해당 구성요소와 구분하기 위해 사용될 수 있으며, 해당 구성요소들을 다른 측면(예: 중요성 또는 순서)에서 한정하지 않는다. 어떤(예: 제 1) 구성요소가 다른(예: 제 2) 구성요소에, "기능적으로" 또는 "통신적으로"라는 용어와 함께 또는 이런 용어 없이, "커플드" 또는 "커넥티드"라고 언급된 경우, 그것은 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로(예: 유선으로), 무선으로, 또는 제 3 구성요소를 통하여 연결될 수 있다는 것을 의미한다.
본 문서에서 사용된 용어 "모듈"은 하드웨어, 소프트웨어 또는 펌웨어로 구현된 유닛을 포함할 수 있으며, 예를 들면, 로직, 논리 블록, 부품, 또는 회로 등의 용어와 상호 호환적으로 사용될 수 있다. 모듈은, 일체로 구성된 부품 또는 하나 또는 그 이상의 기능을 수행하는, 상기 부품의 최소 단위 또는 그 일부가 될 수 있다. 예를 들면, 일실시예에 따르면, 모듈은 ASIC(application-specific integrated circuit)의 형태로 구현될 수 있다.
본 문서의 다양한 실시예들은 기기(machine)(예: 전자 장치(1001)) 의해 읽을 수 있는 저장 매체(storage medium)(예: 내장 메모리(1036) 또는 외장 메모리(1038))에 저장된 하나 이상의 명령어들을 포함하는 소프트웨어(예: 프로그램(1040))로서 구현될 수 있다. 예를 들면, 기기(예: 전자 장치(1001))의 프로세서(예: 프로세서(1020))는, 저장 매체로부터 저장된 하나 이상의 명령어들 중 적어도 하나의 명령을 호출하고, 그것을 실행할 수 있다. 이것은 기기가 상기 호출된 적어도 하나의 명령어에 따라 적어도 하나의 기능을 수행하도록 운영되는 것을 가능하게 한다. 상기 하나 이상의 명령어들은 컴파일러에 의해 생성된 코드 또는 인터프리터에 의해 실행될 수 있는 코드를 포함할 수 있다. 기기로 읽을 수 있는 저장매체는, 비일시적(non-transitory) 저장매체의 형태로 제공될 수 있다. 여기서, '비일시적'은 저장매체가 실재(tangible)하는 장치이고, 신호(signal)(예: 전자기파)를 포함하지 않는다는 것을 의미할 뿐이며, 이 용어는 데이터가 저장매체에 반영구적으로 저장되는 경우와 임시적으로 저장되는 경우를 구분하지 않는다.
일실시예에 따르면, 본 문서에 개시된 다양한 실시예들에 따른 방법은 컴퓨터 프로그램 제품(computer program product)에 포함되어 제공될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 상품으로서 판매자 및 구매자 간에 거래될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 기기로 읽을 수 있는 저장 매체(예: compact disc read only memory (CD-ROM))의 형태로 배포되거나, 또는 어플리케이션 스토어(예: 플레이 스토어TM)를 통해 또는 두개의 사용자 장치들(예: 스마트폰들) 간에 직접, 온라인으로 배포(예: 다운로드 또는 업로드)될 수 있다. 온라인 배포의 경우에, 컴퓨터 프로그램 제품의 적어도 일부는 제조사의 서버, 어플리케이션 스토어의 서버, 또는 중계 서버의 메모리와 같은 기기로 읽을 수 있는 저장 매체에 적어도 일시 저장되거나, 임시적으로 생성될 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 상기 기술한 구성요소들의 각각의 구성요소(예: 모듈 또는 프로그램)는 단수 또는 복수의 개체를 포함할 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 전술한 해당 구성요소들 중 하나 이상의 구성요소들 또는 동작들이 생략되거나, 또는 하나 이상의 다른 구성요소들 또는 동작들이 추가될 수 있다. 대체적으로 또는 추가적으로, 복수의 구성요소들(예: 모듈 또는 프로그램)은 하나의 구성요소로 통합될 수 있다. 이런 경우, 통합된 구성요소는 상기 복수의 구성요소들 각각의 구성요소의 하나 이상의 기능들을 상기 통합 이전에 상기 복수의 구성요소들 중 해당 구성요소에 의해 수행되는 것과 동일 또는 유사하게 수행할 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 모듈, 프로그램 또는 다른 구성요소에 의해 수행되는 동작들은 순차적으로, 병렬적으로, 반복적으로, 또는 휴리스틱하게 실행되거나, 상기 동작들 중 하나 이상이 다른 순서로 실행되거나, 생략되거나, 또는 하나 이상의 다른 동작들이 추가될 수 있다.
상술한 다양한 실시 예에 따른, 양극, 음극, 전해질, 및 상기 양극과 음극 사이에 개재되는 분리막을 포함하는 리튬 이온 전지(예: 도 10의 배터리(1089))는 상기 양극은 활물질(예: 도 2의 제2 양극 활물질(200))로서, 제1 LiCoO2(LCO)(예: 도 2의 제1 LCO(210)), 제2 LCO(예: 도 2의 제2 LCO(220)), 및 표면에 코팅층(예: 도 2의 코팅층(232))이 형성된 LiCoxMnyFezPO4(예: 도 2의 LMP(230))를 포함하고, 상기 제1 LCO는 제1 크기를 가지고, 상기 제2 LCO는 상기 제1 LCO에 의해 형성되는 공극(cavity)에 개재될 수 있도록 상기 제1 크기보다 작은 제2 크기를 가지고, 상기 LiCoxMnyFezPO4는 상기 제1 LCO 및 상기 제2 LCO 중 적어도 하나에 의해 형성되는 공극(cavity) 에 개재될 수 있도록 상기 제1 크기 및 상기 제2 크기보다 작은 제3 크기를 가지고, 상기 LiCoxMnyFezPO4의 조성비가 x + y + z = 1 (단, 0.5 ≤ y ≤ 1) 일 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 제1 크기는 10 um 이상 50 um 미만일 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 제2 크기는 1 um 이상 10um 미만일 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 제3 크기는 50 nm 이상 200 nm 미만일 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 양극에 포함되는 상기 활물질은 Tri-modal 형태의 입도 분포를 가질 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 코팅층은 카본(carbon)을 포함하고, 0.5 nm 이상 10nm 미만의 두께를 가질 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 제1 LCO는 상기 제2 LCO 및 상기 LiCoxMnyFezPO4와의 관계에서, 72% 이상 80% 미만의 질량 백분율을 가질 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 제2 LCO는 상기 제1 LCO 및 상기 LiCoxMnyFezPO4와의 관계에서, 15% 이상 24% 미만의 질량 백분율을 가질 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 LiCoxMnyFezPO4는 상기 제1 LCO 및 제2 LCO와의 관계에서, 1% 이상 6% 미만의 질량 백분율을 가질 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 LiCoxMnyFezPO4는 제1 LCO 및 제2 LCO 중 적어도 하나와 접할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 제1 LCO 및 상기 제2 LCO는 층상 구조(layered structure)를 가질 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 LiCoxMnyFezPO4는 올리빈 구조(olivine structure)를 가질 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 LiCoxMnyFezPO4는 미립자일 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 양극은, 상기 활물질에 혼합되는 도전재, 및 상기 활물질 및 상기 도전재와 결합되는 집전체를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 음극은 활물질로서 흑연(graphite), 및 상기 음극의 상기 활물질이 부착되는 집전체를 포함할 수 있다.
상술한 다양한 실시 예에 따른 전자 장치(예: 도 10의 전자 장치(1000)는 전력 관리 모듈(예: 도 10의 전력 관리 모듈(1088)) 및 상기 전력 관리 모듈에 의해 상기 전자 장치에 필요한 전력을 공급하도록 구성되는 리튬 이온 전지(예: 도 10의 배터리(1089))를 포함하고, 상기 리튬 이온 전지는, 양극, 음극, 전해질, 및 상기 양극과 음극 사이에 개재되는 분리막을 포함하고, 상기 양극은 활물질(예: 도 2의 제2 양극 활물질(200))로서, 제1 LiCoO2(LCO)(예: 도 2의 제1 LCO(210)), 제2 LCO(예: 도 2의 제2 LCO(220)), 및 표면에 코팅층(예: 도 2의 코팅층(232))이 형성된 LiCoxMnyFezPO4(예: 도 2의 LMP(230))를 포함하고, 상기 제1 LCO는 제1 크기를 가지고, 상기 제2 LCO는 상기 제1 LCO에 의해 형성되는 공극(cavity) 에 개재될 수 있도록 상기 제1 크기보다 작은 제2 크기를 가지고, 상기 LiCoxMnyFezPO4는 상기 제1 LCO 및 상기 제2 LCO 중 적어도 하나에 의해 형성되는 공극(cavity) 에 개재될 수 있도록 상기 제1 크기 및 상기 제2 크기보다 작은 제3 크기를 가지고, 상기 LiCoxMnyFezPO4의 조성비가 x + y + z = 1 (단, 0.5 ≤ y ≤ 1) 일 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 제1 크기는 10 um 이상 50 um 미만일 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 제2 크기는 1 um 이상 10um 미만일 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 제3 크기는 50 nm 이상 200 nm 미만일 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 LiCoxMnyFezPO4는 올리빈 구조(olivine structure)를 가질 수 있다.
상술한 본 개시의 구체적인 실시 예들에서, 개시에 포함되는 구성 요소는 제시된 구체적인 실시 예에 따라 단수 또는 복수로 표현되었다. 그러나, 단수 또는 복수의 표현은 설명의 편의를 위해 제시한 상황에 적합하게 선택된 것으로서, 본 개시가 단수 또는 복수의 구성 요소에 제한되는 것은 아니며, 복수로 표현된 구성 요소라 하더라도 단수로 구성되거나, 단수로 표현된 구성 요소라 하더라도 복수로 구성될 수 있다.
한편 본 개시의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 개시의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 개시의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (20)

  1. 양극, 음극, 및 전해질, 및 상기 양극 및 상기 음극 사이에 개재되는 분리막을 포함하는 리튬 이온 전지에 있어서,
    상기 양극은 활물질로서, 제1 LiCoO2(LCO), 제2 LCO, 및 표면에 코팅층이 형성된 LiCoxMnyFezPO4를 포함하고,
    상기 제1 LCO는 제1 크기를 가지고,
    상기 제2 LCO는 상기 제1 LCO에 의해 형성되는 공극(cavity)에 개재될 수 있도록 상기 제1 크기보다 작은 제2 크기를 가지고,
    상기 LiCoxMnyFezPO4는 상기 제1 LCO 및 상기 제2 LCO 중 적어도 하나에 의해 형성되는 공극(cavity)에 개재될 수 있도록 상기 제1 크기 및 상기 제2 크기보다 작은 제3 크기를 가지고,
    상기 LiCoxMnyFezPO4의 조성비가 x + y + z = 1 (단, 0.5 ≤ y ≤ 1) 인 리튬 이온 전지.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 크기는 10 um 이상 50 um 미만인 리튬 이온 전지.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 크기는 1 um 이상 10um 미만인 리튬 이온 전지.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제3 크기는 50 nm 이상 200 nm 미만인 리튬 이온 전지.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 양극에 포함되는 상기 활물질은 Tri-modal 형태의 입도 분포를 갖는 리튬 이온 전지.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 코팅층은 카본(carbon)을 포함하고, 0.5 nm 이상 10nm 미만의 두께를 갖는 리튬 이온 전지.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 LCO는 상기 제2 LCO 및 상기 LiCoxMnyFezPO4와의 관계에서, 72% 이상 80% 미만의 질량 백분율을 갖는 것을 특징으로 하는, 리튬 이온 전지.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 LCO는 상기 제1 LCO 및 상기 LiCoxMnyFezPO4와의 관계에서, 15% 이상 24% 미만의 질량 백분율을 갖는 것을 특징으로 하는, 리튬 이온 전지.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 LiCoxMnyFezPO4는 상기 제1 LCO 및 제2 LCO와의 관계에서, 1% 이상 6% 미만의 질량 백분율을 갖는 것을 특징으로 하는, 리튬 이온 전지.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 LiCoxMnyFezPO4는 제1 LCO 및 제2 LCO 중 적어도 하나와 접하는 것을 특징으로 하는, 리튬 이온 전지.
  11. 청구항 1에 있어서, 상기 제1 LCO 및 상기 제2 LCO는 층상 구조(layered structure)를 갖는, 리튬 이온 전지.
  12. 청구항 1에 있어서, 상기 LiCoxMnyFezPO4는 올리빈 구조(olivine structure)를 갖는 리튬 이온 전지.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 LiCoxMnyFezPO4는 미립자인 것을 특징으로 하는 리튬 이온 전지.
  14. 청구항 1에 있어서,
    상기 양극은,
    상기 활물질에 혼합되는 도전재; 및
    상기 활물질 및 상기 도전재와 결합되는 집전체;를 더 포함하는 리튬 이온 전지.
  15. 청구항 1에 있어서,
    상기 음극은:
    활물질로서 흑연(graphite); 및
    상기 음극의 상기 활물질이 부착되는 집전체;를 포함하는 리튬 이온 전지.
  16. 전자 장치에 있어서,
    전력 관리 모듈; 및
    상기 전력 관리 모듈에 의해 상기 전자 장치에 필요한 전력을 공급하도록 구성되는 리튬 이온 전지를 포함하고,
    상기 리튬 이온 전지는,
    양극, 음극, 전해질, 및 상기 양극과 음극 사이에 개재되는 분리막을 포함하고,
    상기 양극은 활물질로서, 제1 LiCoO2(LCO), 제2 LCO, 및 표면에 코팅층이 형성된 LiCoxMnyFezPO4를 포함하고,
    상기 제1 LCO는 제1 크기를 가지고,
    상기 제2 LCO는 상기 제1 LCO에 의해 형성되는 공극(cavity)에 개재될 수 있도록 상기 제1 크기보다 작은 제2 크기를 가지고,
    상기 LiCoxMnyFezPO4는 상기 제1 LCO 및 상기 제2 LCO 중 적어도 하나에 의해 형성되는 공극(cavity)에 개재될 수 있도록 상기 제1 크기 및 상기 제2 크기보다 작은 제3 크기를 가지고,
    상기 LiCoxMnyFezPO4의 조성비가 x + y + z = 1 (단, 0.5 ≤ y ≤ 1) 인 전자 장치.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 제1 크기는 10 um 이상 50 um 미만인 전자 장치.
  18. 청구항 16에 있어서,
    상기 제2 크기는 1 um 이상 10um 미만인 전자 장치.
  19. 청구항 16에 있어서,
    상기 제3 크기는 50 nm 이상 200 nm 미만인 전자 장치.
  20. 청구항 16에 있어서,
    상기 LiCoxMnyFezPO4는 올리빈 구조(olivine structure)를 갖는 전자 장치.
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