KR20210123378A - 무-코발트 층상 양극 재료 및 그 제조 방법, 리튬 이온 배터리 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 무-코발트 층상 양극 재료 및 그 제조 방법, 리튬 이온 배터리를 제공한다. 상기 무-코발트 층상 양극 재료는 코어-쉘 구조이며, 코어-쉘 구조의 쉘을 형성하는 재료는 질화 티탄을 포함하고, 코어-쉘 구조의 코어를 형성하는 재료는 코발트를 포함하지 않으며, 단결정 구조이다. 본 발명에 따른 무-코발트 층상 양극 재료는 코발트를 포함하지 않는 코어 표면에 고전도성 질화 티탄을 피복하여, 양극 재료의 가격 원가를 낮추는 동시에, 양극 재료의 배율 성능을 제고시킬 수 있어 무-코발트 양극 재료의 배율 성능이 보다 양호하도록 한다.
Description
본 발명은 리튬 이온 배터리 양극 재료 기술 분야에 관한 것으로, 구체적으로, 본 발명은 무-코발트 층상 양극 재료 및 그 제조 방법, 리튬 이온 배터리에 관한 것이다.
현재, 리튬 이온 동력 배터리에서의 삼원 양극 재료의 응용은 점점 광범위해지고 있다. 종래의 삼원 양극 재료에는 통상적으로 코발트가 포함되고, 코발트 원소는 3가지 원소 중 가장 높은 가격을 가지며, 따라서 삼원 양극 재료의 가격은 LiFePO4, LiMn2O4 등 기타 양극 재료에 비해 매우 비싸다. 따라서, 삼원 양극 재료는 저-코발트화 내지 무-코발트화 방향으로 발전하고 있다.
무-코발트 층상 양극 재료는 비교적 높은 용량과 비교적 낮은 원가를 가지고 있으나, 무-코발트화는 도리어 양극 재료의 전도성이 저하되도록 하고, 더 나아가 재료의 배율 성능에 영향주게 된다.
본 발명은 발명자의 하기 발견에 기반하여 완성된 것이다.
본 발명의 발명자는 무-코발트 양극 재료의 전도성이 차하고, 배율 성능이 차한 기술적 과제에 대해, 표면에 고전도성 질화 티탄이 피복된 양극 재료를 제공함으로써, 무-코발트 재료의 표면 전도성을 제고시킬 수 있을 뿐만 아니라, 무-코발트 재료의 표면 임피던스를 낮출 수 있어 무-코발트 재료의 사이클 및 배율 등 전기적 성능을 제고시킨다.
본 발명의 제1 측면에서, 본 발명은 무-코발트 양극 재료를 제공한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 무-코발트 층상 양극 재료는 코어-쉘 구조이며, 상기 코어-쉘 구조의 쉘을 형성하는 재료는 질화 티탄을 포함하고, 상기 코어-쉘 구조의 코어를 형성하는 재료는 코발트를 포함하지 않으며, 단결정 구조이다.
본 발명의 실시예의 무-코발트 층상 양극 재료는, 코발트를 포함하지 않는 코어 표면에 고전도성 질화 티탄을 피복하여, 양극 재료의 가격 원가를 낮추는 동시에, 양극 재료의 배율 성능을 제고시킬 수 있어 무-코발트 양극 재료의 배율 성능이 보다 양호하도록 한다.
또한, 본 발명의 상기 실시예에 따른 무-코발트 층상 양극 재료는 아래와 같은 추가 기술적 특징을 구비할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 코어를 형성하는 재료는 LiNixMnyO2이며, 여기서, 0.55
x≤0.95, 0.05≤y≤0.45이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 코어를 형성하는 재료 입자의 사이즈는 1 ~ 5 마이크로미터이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 질화 티탄의 입자 사이즈는 50 ~ 500 nm이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 코어-쉘 구조에서, 상기 질화 티탄의 함량은 0.13 ~ 0.39 %(wt)이다.
본 발명의 제2 측면에서, 본 발명은 무-코발트 층상 양극 재료의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 방법은, 코발트를 포함하지 않는 코어 재료를 제공하는 단계; 상기 코어 재료의 표면에 4가 티탄인 티탄 화합물을 피복하는 단계; 및 상기 피복 후의 상기 코어 재료에 대해 암모니아 처리를 수행하여 질화 티탄이 피복된 상기 무-코발트 층상 양극 재료를 획득하는 단계;를 포함한다.
본 발명의 실시예의 제조 방법을 사용하면, 우선 코어 재료 표면에 4가의 티탄 화합물을 피복한 후, 암모니아에서 질화 티탄 쉘로 처리하고, 이를 통해, 무-코발트 코어 재료의 표면에 높은 전도성을 가지는 질화 티탄 쉘을 피복시킴으로써, 제조된 무-코발트 층상 양극 재료의 전기적 성능이 더 양호하도록 하며, 또한, 상기 제조 방법은 단계가 간단하고 양산의 잠재력을 가지고 있다.
또한, 본 발명의 상기 실시예에 따른 방법은 아래와 같은 추가 기술적 특징을 구비할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 코어 재료를 제공하는 단계는, 전구체 혼합물에 대해 하소 처리를 수행하여 코어 재료를 획득하되, 전구체 혼합물은 리튬의 전구체 및 니켈 망간의 전구체를 포함하며, 상기 하소 처리는 800 ~ 1000 →에서 10 ~ 15 시간 동안 수행되는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 티탄 화합물은 이산화 티탄 및 테트라부틸 티타네이트 중 적어도 하나를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 피복의 고온 처리는 400 ~ 700 섭씨도에서 4 ~ 8 시간 동안 수행된다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 암모니아 처리는 400 ~ 700 섭씨도에서 3 ~ 5 시간 동안 수행된다.
본 발명의 제3 측면에서, 본 발명은 리튬 이온 배터리를 제공한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 리튬 이온 배터리는 양극, 전해질 및 음극을 포함하며, 상기 양극은 상기 무-코발트 층상 양극 재료로 형성된다.
본 발명의 실시예의 리튬 이온 배터리는, 양극이 원가가 더 낮고 배율 성능이 더 양호한 무-코발트 층상 양극 재료로 형성됨으로써, 상기 리튬 이온 배터리의 가격이 낮아지고 전기 화학 성능이 더 양호하도록 한다. 당업자라면 상술한 무-코발트 층상 양극 재료에 대한 특징 및 장점의 설명은, 상기 리튬 이온 배터리에도 여전히 적용될 것을 이해할 수 있을 것이며, 이에 대해 생략한다.
본 발명의 추가 측면 및 장점은 아래의 설명에서 일부 제공되며, 일부는 이하의 설명으로부터 명확하게 또는, 본 발명의 실천을 통해 이해할 수 있을 것이다.
본 발명의 발명자는 무-코발트 양극 재료의 전도성이 차하고, 배율 성능이 차한 기술적 과제에 대해, 표면에 고전도성 질화 티탄이 피복된 양극 재료를 제공함으로써, 무-코발트 재료의 표면 전도성을 제고시킬 수 있을 뿐만 아니라, 무-코발트 재료의 표면 임피던스를 낮출 수 있어 무-코발트 재료의 사이클 및 배율 등 전기적 성능을 제고시킨다.
본 발명의 전술한 측면과 하기의 도면을 결합하여 실시예에 대한 설명을 해석하며, 여기서,
도 1은 본 발명의 일 실시예의 코어-쉘 구조를 구비하는 무-코발트 층상 양극 재료의 단면 구조 개략도이고;
도 2는 본 발명의 일 실시예의 무-코발트 층상 양극 재료의 피복 전(a)(b) 및 피복 후(c)(d)의 전자 현미경 사진이고;
도 3은 본 발명의 일 실시예의 무-코발트 층상 양극 재료의 피복 전후의 첫 회 충방전 그래프이고;
도 4는 본 발명의 일 실시예의 무-코발트 층상 양극 재료의 피복 전후의 사이클 유지율 비교이고;
도 5는 본 발명의 일 실시예의 무-코발트 층상 양극 재료의 피복 전후의 상이한 배율의 방전 비용량 비교이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예의 코어-쉘 구조를 구비하는 무-코발트 층상 양극 재료의 단면 구조 개략도이고;
도 2는 본 발명의 일 실시예의 무-코발트 층상 양극 재료의 피복 전(a)(b) 및 피복 후(c)(d)의 전자 현미경 사진이고;
도 3은 본 발명의 일 실시예의 무-코발트 층상 양극 재료의 피복 전후의 첫 회 충방전 그래프이고;
도 4는 본 발명의 일 실시예의 무-코발트 층상 양극 재료의 피복 전후의 사이클 유지율 비교이고;
도 5는 본 발명의 일 실시예의 무-코발트 층상 양극 재료의 피복 전후의 상이한 배율의 방전 비용량 비교이다.
발명을 해석하기 위한 것이며, 본 발명에 대한 제한으로 간주되어서는 아니됨을 이해할 수 있을 것이다. 특별한 설명이 없는 한, 이하 실시예에서 구체적인 기술 또는 조건을 명확하게 설명하지 않은 경우, 당업자는 본 분야의 상규적인 기술 또는 조건 또는 제품 명세서에 의해 진행할 수 있다.
본 발명의 일 측면에서, 본 발명은 무-코발트 층상 양극 재료를 제공한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 도 1을 참조하면, 무-코발트 층상 양극 재료는 코어-쉘 구조이며, 코어-쉘 구조를 형성하는 쉘(200)의 재료는 질화 티탄을 포함하고, 코어-쉘 구조를 형성하는 코어(100)의 재료는 코발트를 포함하지 않는 단결정 구조이다. 본 발명의 발명자는 연구 과정에서, 리튬 이온 동력 배터리의 삼원 양극 재료는, 로우 코발트화의 발전에 따라 원가가 저감되었으나, 코발트의 함량이 낮을수록 양극 재료의 전도성도 저하되며, 이로 인해 배율 성능이 차해짐을 발견하였다. 따라서, 발명자는 무-코발트의 코어(100) 표면에 한층의 질화 티탄(TiN) 쉘(200)을 피복하여, 무-코발트 층상 양극 재료의 전도성을 뚜렷하게 증가함으로써 무-코발트 양극 재료의 배율 성능이 더 양호하도록 하였다.
본 발명의 일부 실시예에서, 코어(100)를 형성하는 재료는 LiNixMnyO2일 수 있으며, 여기서, 0.55
x≤0.95, 0.05≤y≤0.45이며, 구체적으로 예를 들면 LiNi0.75Mn0.25O2이고, 따라서, 코발트(Co)를 포함하지 않는 코어 재료는, 무-코발트 층상 양극 재료의 용량이 더 높아지고, 원가 가격이 더 낮아지도록 할 수 있어 상업화 응용에 더 유리하다.
본 발명의 일부 실시예에서, 코어(100)를 형성하는 재료 입자 사이즈는 1 ~ 5 마이크로미터일 수 있으며, 따라서, 상기 사이즈의 단결정 구조를 사용하면, 후기의 사이클 충방전 과정에서의 수축 및 팽창은 다결정 입자를 사용하는 경우와 같이 신규 결정입계 계면을 생성하거나 또는 부반응이 발생되지 않음으로써, 무-코발트 층상 양극 재료의 사이클 안정성이 보다 양호하도록 한다. 구체적으로, 도 2의 (a) 및 (b)를 참조하면, 피복 전의 코어 재료의 표면은 비교적 매끄러우며, 입자 사이즈는 1 ~ 5 마이크로미터 사이이고; 도 2의 (c) 및 (d)를 참조하면, 피복 후의 양극 재료의 표면에는 피복체가 뚜렷하게 존재한다.
본 발명의 일부 실시예에서, 쉘(200)을 형성하는 질화 티탄 재료의 입자 사이즈는 50 ~ 500 nm일 수 있고, 구체적으로 예를 들어 100 nm 이하이며, 따라서, 코어(100)의 외면에 더 균일하게 고전도성의 질화 티탄을 피복하여 무-코발트 층상 양극 재료의 사이클 안정성이 더 양호하도록 할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예에서, 코어-쉘 구조에서, 질화 티탄(TiN)의 함량은 0.13 ~ 0.39 %(wt)이며, 즉, 티탄의 첨가량은 0.10 ~ 0.30 %(wt)일 수 있으며, 따라서, 무-코발트 층상 양극 재료의 표면에 천분의 1 내지 천분의 4의 질화 티탄 쉘을 피복하면, 첫 회 충방전 비용량이 모두 3 % 제고되고, 1C 배율에서 50 회 사이클 후, 용량 유지율이 99 %보다 높으며, 2C 및 4C 배율에서의 방전 비용량이 10 % 이상 제고되도록 할 수 있다.
구체적으로, LiNi0.75Mn0.25O2를 무-코발트 단결정 양극 재료로 할 경우, 그의 첫 회 충방전 그래프는 도 3을 참조할 수 있으며, 피복 전의 양극 재료가 0.1C에서의 첫 회 충전 및 방전의 비용량은 각각 200.5 및 173.3 mAh/g이고, 그의 최초 효율은 86.4 %이며, 피복 후의 재료가 0.1C에서의 첫 회 충전 및 방전의 비용량은 각각 207.5 및 185.0 mAh/g이고, 그의 최초 효율은 89.2 %이며, 질화 티탄을 피복할 경우, 무-코발트 층상 양극 재료의 용량 및 최초 효율의 제고에 유리함을 설명한다.
또한, 25 →에서 0.5C 또는 1C의 배율, 및 전압이 3.0 ~ 4.3 V일 경우, 피복 전후의 사이클 성능 비교는 도 4를 참조할 수 있으며, 피복 전의 재료는 1C의 배율에서 50 회 사이클 후의 용량 유지율이 96.9 %이나, 피복 후의 재료는 1C의 배율에서 50 회 사이클 후의 용량 유지율이 99.3 %이다. 이는 질화 티탄의 피복층은 무-코발트 층상 양극 재료와 전해액의 접촉을 방지하였으며, 전해액과의 부반응을 감소하여 사이클 성능이 2.4 % 제고되도록 하였음을 설명한다.
또한, 피복 전후의 배율 성능은 도 5를 참조할 수 있으며, 2C의 배율에 대해, 피복 전의 양극 재료 방전 비용량은 143 mAh/g에 불과하나, 피복 후의 재료 방전 비용량은 157 mAh/g에 달하며, 4C의 배율에 대해, 피복 전의 양극 재료 방전 비용량은 132 mAh/g에 불과하나, 피복 후의 재료 방전 비용량은 146 mAh/g에 달하는데, 이는, 질화 티탄은 전도성이 양호하고, 무-코발트 층상 양극 재료의 전기화학적 활성을 제고시킬 수 있어, 재료의 배율 성능이 10 % 이상 제고되도록 하였음을 설명한다.
종합하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 본 발명은 무-코발트 층상 양극 재료를 제공하며, 코발트를 포함하지 않는 코어 표면에 고전도성의 질화 티탄을 피복하여, 양극 재료의 원가를 절감하는 동시에, 양극 재료의 배율 성능이 제고되도록 할 수 있어, 무-코발트 양극 재료의 배율 성능이 더 양호하도록 한다. 본 발명의 다른 일 측면에서, 본 발명은 무-코발트 층상 양극 재료의 제조 방법을 더 제공한다. 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 제조 방법은 아래와 같은 단계를 포함한다.
S100: 코어 재료를 제공한다.
상기 단계에서, 코어 재료를 제공하며, 코어 재료는 코발트(Co)를 포함하지 않는다. 여기서, 단계 S100은, 전구체 혼합물에 대해 하소 처리를 수행하여 코어 재료를 획득하는 것일 수 있으며, 전구체 혼합물은 리튬(Li)의 전구체 및 니켈(Ni) 망간(Mn)의 전구체를 포함하며, 하소 처리는 800 ~ 1000 →에서 10 ~ 15 시간 동안 수행될 수 있다.
본 발명의 일부 실시예에서, 리튬의 전구체는 수산화 리튬(LiOH) 또는 탄산 리튬(Li2CO3) 등 리튬염을 선택할 수 있으며, 니켈 망간의 전구체는 NixMny(OH)2를 선택할 수 있으며, 여기서, 0.55
x≤0.95, 0.05≤y≤0.45이고, 따라서 코발트를 포함하지 않는 코어 재료 LiNixMnyO2를 형성하며,구체적으로 예를 들면 LiNi0.75Mn0.25O2이고, 이를 통해, 무-코발트 층상 양극 재료의 용량이 더 높아짐과 동시에, 제조 원가 및 가격이 더 낮아지도록 할 수 있다.
구체적으로, LiOH 또는 Li2CO3 및 NixMny(OH)2(0.55≤x≤0.95, 0.05≤y≤0.45)를 고속 혼합 기기를 사용하여 혼합할 수 있으며, 여기서, 회전 속도는 800 ~ 900 rpm이고, 혼합 시간은 5 ~ 20 분이며; 상기 혼합물을 퍼니스에서 배소하고, 온도는 800 ~ 1000 →이며, 시간은 10 ~ 15 시간이고, 기체는 O2이며, O2의 농도는 90% 보다 크고; 소결 후의 원료를 롤러 파쇄 및 기계 분쇄하고 분쇄 후의 원료에 대해 300 ~ 400 메시 체질을 수행하면 코어 재료를 획득할 수 있다.
S200: 코어 재료의 표면에 티탄 화합물을 피복한다.
상기 단계에서, 코어 재료의 표면에 티탄 화합물을 피복하며, 여기서, 티탄의 화합물은 4가의 티탄(Ti4+)이다. 본 발명의 일부 실시예에서, 티탄의 화합물은 이산화 티탄 및 테트라부틸 티타네이트 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 일부 구체적인 사례에서, 티탄의 화합물은 이산화 티탄(TiO2)을 선택할 수 있으며, 따라서, 공급원이 광범위하고 원가가 낮은 산화 티탄을 피복 재료로 선택하면, 무-코발트 층상 양극 재료의 제조 원가를 더 낮출 수 있고, 피복된 쉘이 더 균일하다.
구체적으로, 우선 단계 S100에서 분쇄 체질 후의 원료와 TiO2를 혼합할 수 있으며, 여기서, Ti의 피복 함량은 0.10 ~ 0.30 %(wt)이고, 회전 속도는 800 ~ 950 rpm이며, 혼합 시간은 5 ~ 50 분이고, 그 후, 혼합 원료에 대해 400 ~ 700 도에서 4 ~ 8 시간의 고온 처리를 수행하면 피복 후의 제품을 획득할 수 있다.
S300: 피복 후의 코어 재료에 대해 암모니아 처리를 수행하여 질화 티탄이 피복된 무-코발트 층상 양극 재료를 획득한다.
상기 단계에서, 피복 후의 코어 재료에 대해 암모니아 처리를 수행하여 질화 티탄이 피복된 무-코발트 층상 양극 재료를 획득한다. 암모니아는 환원성 기체로서, 양극 재료의 불안정한 Ni3+를 안정적인 Ni2+로 환원시킬 수 있으며, 재료의 구조 안정성을 제고시키고, 아울러, 고온 조건에서 NH3은 양극 재료 표면을 질소화할 수도 있으며, 질소화 후 재료 표면의 전도성은 제고되고, 내열성 및 내부식성이 뚜렷하게 제고된다.
구체적으로, 단계 S200에서 피복 후의 제품을 암모니아에서 처리할 수 있으며, 여기서, 온도는 400 ~ 700 도이고, 시간은 3 ~ 5 시간이며, 자연 냉각시키고; 마지막으로, 질화 티탄이 피복된 재료에 대해 300 ~ 400 메시의 체질을 수행하여 최종 제품을 획득한다. 본 발명의 일부 실시예에서, 질화 티탄이 피복된 무-코발트 층상 양극 재료의 비표면적은 0.1 ~ 0.8 m2/g이고, 잔여 알칼리 함량은 0.5 % 이하이며, pH는 12 이하이다.
종합하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 본 발명은 우선 코어 재료 표면에 4가의 티탄 화합물을 피복한 후, 암모니아에서 질화 티탄 쉘로 처리하는 제조 방법을 제공하였으며, 이를 통해, 무-코발트 코어 재료의 표면에 높은 전도성을 가지는 질화 티탄 쉘을 피복시킴으로써, 제조된 무-코발트 층상 양극 재료의 전기적 성능이 더 양호하도록 하며, 또한, 상기 제조 방법은 단계가 간단하고 양산의 잠재력을 가지고 있다. 본 발명의 다른 일 측면에서, 본 발명은 리튬 이온 배터리를 제공한다. 본 발명의 실시예에 따르면, 리튬 이온 배터리는 양극, 전해질 및 음극을 포함하며, 양극은 상기 무-코발트 층상 양극 재료로 형성된다. 그리고, 리튬 이온 배터리는 양극, 전해질 및 음극 외에도, 기타 필요한 구성 및 구조를 더 포함하며, 구체적으로 예를 들어, 쉘, 전극 인출단 등이 있다. 당업자는 상기 리튬 이온 배터리의 구체적 설계 요구에 따라 상응하게 선택하여 보충할 수 있으며 이에 대해 생략한다.
본 발명의 실시예의 리튬 이온 배터리에서, 양극은 원가가 더 낮고 배율 성능이 더 양호한 무-코발트 층상 양극 재료로 형성되었으며, 따라서, 상기 리튬 이온 배터리의 가격이 낮아지도록 하고, 전기 화학 성능이 더 양호하도록 한다. 당업자라면, 상술한 무-코발트 층상 양극 재료에 대한 특징 및 장점의 설명이 상기 리튬 이온 배터리에도 여전히 적용됨을 이해할 수 있을 것이며, 이에 대해 생략한다. 본 발명의 설명에서, 용어 "제1", "제2"는 설명을 위한 목적으로 사용될 뿐, 상대적 중요성을 지시 또는 암시하거나 지시한 기술적 특징의 수량을 은연중 가리키는 것으로 이해하지 말아야 한다. 따라서, "제1", "제2"로 한정된 특징은 적어도 하나의 상기 특징을 명시적이거나 은연중 포함할 수 있다. 본 발명의 설명에서, 별도로 명확한 구체적 한정을 하지 않는 한, "복수개"의 함의는 적어도 두 개, 예를 들어, 두 개, 세 개 등일 수 있다.
본 명세서의 설명에서, 참조 용어 “일 실시예”, “일부 실시예”, "예시", "구체적인 예시" 또는 "일부 예시"등의 설명은 해당 실시예 또는 예시와 함께 설명되는 구체적 특징, 구조, 재료 또는 특점이 본 발명의 적어도 하나의 실시예 또는 예시에 포함됨을 가리킨다. 본 명세서에서, 상기 용어의 예시적 표현은 동일한 실시예 또는 예시에 대한 것이 아닐 수 있다. 또한, 설명하는 구체적 특징, 구조, 재료 또는 특점은 임의의 하나 또는 복수의 실시예 또는 예시에서 적합한 방식으로 결합될 수 있다. 또한, 서로 모순되지 않는 한, 당업자는 본 명세서에 설명된 상이한 실시예 또는 예시 및 상이한 실시예 또는 예시의 특징을 결합 및 조합할 수 있다.
상술한 내용에서 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 상기 실시예는 예시적인 것이며, 본 발명에 대한 한정으로 이해하지 말아야 하며, 당업자는 본 발명의 범위 내에서 상기 실시예에 대해 변경, 수정, 대체 및 변형을 가할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 코어
200: 쉘
200: 쉘
Claims (10)
- 무-코발트 층상 양극 재료에 있어서,
상기 무-코발트 층상 양극 재료는 코어-쉘 구조이며, 상기 코어-쉘 구조의 쉘을 형성하는 재료는 질화 티탄을 포함하고, 상기 코어-쉘 구조의 코어를 형성하는 재료는 코발트를 포함하지 않으며, 단결정 구조인 것을 특징으로 하는 무-코발트 층상 양극 재료.
- 청구항 1에 있어서,
상기 코어를 형성하는 재료는 LiNixMnyO2이며, 여기서, 0.55x≤0.95, 0.05≤y≤0.45인 것을 특징으로 하는 무-코발트 층상 양극 재료.
- 청구항 2에 있어서,
상기 코어를 형성하는 재료 입자의 사이즈는 1 ~ 5 마이크로미터인 것을 특징으로 하는 무-코발트 층상 양극 재료.
- 청구항 1에 있어서,
상기 질화 티탄의 입자 사이즈는 50 ~ 500 nm인 것을 특징으로 하는 무-코발트 층상 양극 재료.
- 청구항 1에 있어서,
상기 코어-쉘 구조에서, 상기 질화 티탄의 함량은 0.13 ~ 0.39 %(wt)인 것을 특징으로 하는 무-코발트 층상 양극 재료.
- 무-코발트 층상 양극 재료의 제조 방법에 있어서,
코발트를 포함하지 않으며, 단결정 구조인 코어 재료를 제공하는 단계;
상기 코어 재료의 표면에 4가 티탄인 티탄 화합물을 피복하는 단계; 및
상기 피복 후의 상기 코어 재료에 대해 암모니아 처리를 수행하여 질화 티탄이 피복된 상기 무-코발트 층상 양극 재료를 획득하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무-코발트 층상 양극 재료의 제조 방법.
- 청구항 6에 있어서,
상기 코어 재료를 제공하는 단계는,
전구체 혼합물에 대해 하소 처리를 수행하여 상기 코어 재료를 획득하되, 전구체 혼합물은 리튬의 전구체 및 니켈 망간의 전구체를 포함하며, 상기 하소 처리는 800 ~ 1000 →에서 10 ~ 15 시간 동안 수행되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 청구항 6에 있어서,
상기 티탄 화합물은 이산화 티탄 및 테트라부틸 티타네이트 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 청구항 6에 있어서,
상기 피복의 고온 처리는 400 ~ 700 섭씨도에서 4 ~ 8 시간 동안 수행되며; 상기 암모니아 처리는 400 ~ 700 섭씨도에서 3 ~ 5 시간 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 리튬 이온 배터리에 있어서,
양극, 전해질 및 음극을 포함하되, 상기 양극은 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 따른 무-코발트 층상 양극 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이온 배터리.
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