KR20230078732A - 양극 활물질, 전기화학 장치 및 전자 기기 - Google Patents

양극 활물질, 전기화학 장치 및 전자 기기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 양극 활물질, 전기화학 장치 및 전자 기기를 제공한다. 양극 활물질은 전도성 매트릭스 물질 및 전도성 매트릭스 물질에 분포된 활물질을 포함하고, 활물질은 코어 쉘 구조를 가지며, 코어 쉘 구조는 코어층 물질 및 쉘층 물질로 구성된다. 코어층 물질은 인산계 나트륨염 물질을 포함하고, 쉘층 물질은 금속 산화물을 포함하며, 전도성 매트릭스 물질은 탄소 물질을 포함한다. 본 발명에서 제공된 양극 활물질, 전기화학 장치 및 전자 기기는 양극 활물질의 전도성을 효과적으로 향상시키고, 물질의 그램 당 용량 및 역학적 성능을 향상시키며, 부반응의 발생을 줄이고 양극 활물질의 순환 성능을 향상시킬 수 있다.

Description

양극 활물질, 전기화학 장치 및 전자 기기
관련 출원의 상호 참조
본 출원은 2021년 06월 26일에 제출한 명칭이 “양극 활물질, 전기화학 장치 및 전자 기기”인 중국 특허 출원 제202110742609.6호의 우선권을 주장하는 바, 그 전부 내용은 참조로서 본 발명에 인용된다.
본 발명은 이차 전지 기술분야에 관한 것으로, 구체적으로 양극 활물질, 전기화학 장치 및 전자 기기에 관한 것이다.
에너지와 환경 문제가 날로 부각되면서 신에너지 산업에 대한 관심이 높아지고 있다. 리튬 이온 배터리는 이의 에너지 밀도가 높고, 순환 성능이 양호한 등 특성으로 인해, 최근 몇년간 중요한 신형 에너지 저장 장치로서 널리 사용되었다. 그러나 리튬 이온 배터리와 관련된 활물질 리소스의 희소성으로 인해 배터리의 비용은 항상 고가인 동시에 관련 리소스의 고갈 등 심각한 문제가 있어 다른 저비용 금속 이온 이차 전지 시스템의 개발이 필요하다.
나트륨 이온 배터리는 이의 비용이 저렴하고, 나트륨 금속 리소스가 풍부하며, 리튬 이온 배터리 제조 공정과 유사한 등 우세로 인해 최근 몇년간 뜨거운 연구 방향으로 되었다. 나트륨 이온 이차 전지 시스템에서, 피로인산계 양극 물질은 이의 우수한 순환 성능과 저렴한 비용으로 인해 널리 관심을 받아왔다. 그러나 피로인산계 양극 물질 자체의 전도성이 낮기 때문에 직접 사용하면 피로인산계 양극 물질의 그램 당 용량의 발휘에 영향을 미치고 전기화학적 성능이 좋지 않아 대규모 적용에 심각하게 방해되고 있다.
본 발명은 양극 활물질의 전도성을 효과적으로 향상시키고, 물질의 그램 당 용량 및 역학적 성능을 향상시키며, 부반응의 발생을 줄이고 양극 활물질의 순환 성능을 향상시킬 수 있는 양극 활물질, 전기화학 장치 및 전자 기기를 제공한다.
제1 양태에서, 본 발명은 양극 활물질을 제공하며, 상기 양극 활물질은 전도성 매트릭스 물질 및 상기 전도성 매트릭스 물질에 분포된 활물질을 포함하고; 상기 활물질은 코어 쉘 구조를 가지며, 상기 코어 쉘 구조는 코어층 물질 및 쉘층 물질로 구성되고, 여기서 상기 코어층 물질은 인산계 나트륨염 물질을 포함하고, 상기 쉘층 물질은 금속 산화물을 포함하는, 상기 전도성 매트릭스 물질은 탄소 물질을 포함한다.
본 발명의 제1 양태에 따른 구현 방식에서, 상기 금속 산화물은 WO3, Al2O3, ZnO, CuO, TiO2 중 적어도 하나를 포함한다.
본 발명의 제1 양태에 따른 구현 방식에서, 상기 양극 활물질은 하기 특징 중 적어도 하나를 가지며, 상기 특징은,
(1) 상기 인산계 나트륨염 물질의 화학식은 Nax1Ry1(PO4)Z1이고, 1≤x1≤3, 1≤y1≤2, 1≤z1≤3이며, R은 Mg, Al, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Zr, Nb, Mo, Sn, Hf, Ta, W 및 Pb 중 적어도 하나를 포함하고;
(2) 상기 인산계 나트륨염 물질의 화학식은 Nax2Ry2(P2O7)Z2이며, 1≤x2≤7, 1≤y2≤3, 1≤z2≤4이고, R은 Mg, Al, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Zr, Nb, Mo, Sn, Hf, Ta, W 및 Pb 중 적어도 하나를 포함하며;
(3) 상기 인산계 나트륨염 물질의 화학식은 Nax3Ry3(PO4)Z3(P2O7)k3이고, 1≤x3≤7, 1≤y3≤4, 1≤z3≤2, 1≤k3≤4이며, R은 Mg, Al, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Zr, Nb, Mo, Sn, Hf, Ta, W 및 Pb 중 적어도 하나를 포함하고;
(4) 상기 인산계 나트륨염 물질의 화학식은 Nax4Ry4(PO4)Z4Ml1이며, 1≤x4≤3, 1≤y4≤2, 1≤z4≤2, 1≤l1≤3이고, R은 Mg, Al, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Zr, Nb, Mo, Sn, Hf, Ta, W 및 Pb 중 적어도 하나를 포함하며, M은 F, Cl, Br 중 적어도 하나를 포함하는 것이다.
본 발명의 제1 양태에 따른 구현 방식에서, 상기 인산계 나트륨염 물질은 NaFePO4, Na3V2(PO4)3, Na2FeP2O7, Na2MnP2O7, NaCoP2O7, Na7V3(P2O7)4, Na2FePO4F, Na3V2(PO4)2F3, Na4Fe3(PO4)2(P2O7), Na4Mn3(PO4)2(P2O7), Na4Co3(PO4)2(P2O7), Na4Ni3(PO4)2(P2O7), Na7V4(PO4)(P2O7)4 중 적어도 하나를 포함한다.
본 발명의 제1 양태에 따른 구현 방식에서, 상기 금속 산화물 중 실제 산소 원자의 질량은 상기 금속 산화물 중 이론적 산소 원자의 질량의 70%~95%이다.
본 발명의 제1 양태에 따른 구현 방식에서, 상기 양극 활물질은 하기 특징 중 적어도 하나를 가지며, 상기 특징은,
(5) 상기 쉘층 물질의 두께는 50nm~400nm이고;
(6) 상기 양극 활물질에서 상기 쉘층 물질의 질량 함량은 1% 내지 10%이며;
(7) 상기 양극 활물질에서 상기 코어층 물질의 질량 함량은 90% 내지 99%이고;
(8) 상기 양극 활물질에서 상기 전도성 매트릭스 물질의 질량 함량은 1% 내지 10%인 것이며;
본 발명의 제1 양태에 따른 구현 방식에서, 상기 양극 활물질은 하기 특징 중 적어도 하나를 가지며, 상기 특징은,
(9) 상기 탄소 물질은 탄소나노튜브, 그래핀, 탄소 섬유, 천연 흑연, 인조 흑연 중 적어도 하나를 포함하고;
(10) 상기 탄소 물질은 산소 함유 그룹을 포함하며, 상기 산소 함유 그룹은 카르복실기, 히드록실기 및 에테르기 중 적어도 하나로부터 선택되고;
(11) 상기 탄소 물질은 산소 함유 그룹을 포함하며, 상기 탄소 물질 중의 산소 원자의 질량 함량≥0.1%이고;
(12) 상기 전도성 매트릭스 물질은 탄소 물질인 것이다.
본 발명의 제1 양태에 따른 구현 방식에서, 상기 양극 활물질은 하기 특징 중 적어도 하나를 가지며, 상기 특징은,
(13) 20MPa 압력에서 상기 양극 활물질의 저항률은 0.005Ω·cm 내지 100Ω·cm이고;
(14) 상기 양극 활물질의 평균 입경은 5μm 내지 20μm이며;
(15) 상기 양극 활물질의 그램 당 용량은 100mAh/g 내지 180mAh/g인 것이다.
제2 양태에서, 본 발명은 양극편, 음극편, 분리막 및 전해액을 포함하되, 상기 양극편은 상기 양극 활물질을 포함하는 전기화학 장치를 제공한다.
제3 양태에서, 본 발명은 상기 전기화학 장치를 포함하는 전자 기기를 제공한다.
본 발명에서 제공된 기술적 해결수단은 적어도 하기와 같은 유익한 효과를 갖는다.
본 발명은 양극 활물질을 제공하며, 인산계 나트륨염 물질 표면에 금속 산화물이 피복되어 있고, 금속 산화물은 비교적 강한 기계적 강도를 가지며, 충방전 시 물질의 부피가 변하더라도 여전히 피복층의 안정성을 유지할 수 있고, 동시에 대량의 산소 빈자리는 일정한 전도성을 가져오며, 이 밖에 금속 산화물은 셔틀 나트륨 이온과 높은 나트륨 이온 전도율을 갖는 금속 나트륨염을 형성할 수 있고, 물질의 역학적 성능을 향상시킨다. 종합해보면, 상기 피복층은 한편으로 인산계 나트륨염 물질의 전도성을 개선하여 이의 그램 당 용량의 발휘와 역학적 성능을 개선할 수 있고, 다른 한편으로 인산계 나트륨염 물질과 전해액의 직접적인 접촉을 방지하여 부반응 발생을 줄이며 양극 활물질의 순환 성능을 향상시킨다. 피복된 활물질을 전도성 매트릭스 물질에 부착함으로써, 전도성 매트릭스 물질의 높은 전도성능을 이용하여 물질의 전도성을 더욱 향상시킬 수 있어 전도성 폴리머 피복 구조 및 전도성 매트릭스 물질을 갖는 양극 활물질이 더 높은 그램 당 용량, 더 나은 역학적 성능 및 순환 성능을 발휘할 수 있도록 한다.
본 발명의 실시예의 기술적 해결수단을 보다 명확하게 설명하기 위해, 아래에서 실시예에 사용되어야 하는 도면에 대해 간단하게 소개할 것이며, 이해해야 할 것은, 이하 도면은 단지 본 발명의 일부 실시예를 도시하는 것에 불과하므로, 본 발명의 범위에 대한 한정으로 간주되어서는 안된다.
도 1은 본 발명의 실시예에서 제공된 양극 활물질의 구조 모식도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에서 제공된 양극 활물질 중의 활물질의 구조 모식도이다.
본 발명의 목적, 기술적 해결수단 및 이점이 보다 명확해지도록 하기 위해, 이하 도면과 실시예를 결부하여 본 발명에 대해 더 상세하게 설명한다. 이해해야 할 것은, 여기서 설명되는 구체적인 실시예는 단지 본 발명을 해석하기 위한 것에 불과하며 본 발명을 한정하려는 것이 아니다.
본 명세서의 설명에서, 달리 명확하게 규정되고 한정되지 않는 한, 용어 “제1”, “제2”는 단지 설명을 위한 것이고, 상대적인 중요성을 명시하거나 암시하는 것이 아니다. 달리 규정되거나 설명되지 않는 한, 용어 “복수”는 둘 또는 둘 이상을 의미하고; 용어 “연결”, “고정” 등은 모두 넓은 의미로 이해되어야 하며, 예를 들어 “연결”은 고정 연결이거나 탈착 가능 연결, 또는 일체형 연결, 또는 전기적 연결일 수도 있으며; 직접 연결이거나 중간 매체를 통한 간접 연결일 수도 있다.
당업자라면 구체적인 상황에 따라 본 발명에서 상기 용어의 구체적인 의미를 이해할 수 있을 것이다.
본 명세서의 설명에서, 이해해야 할 것은, 본 발명의 실시예에서 설명된 “상”, “하” 등 지시어는 도면에 도시된 각도로 설명되며, 본 발명의 실시예에 대한 한정으로 이해되어서는 안된다. 이 밖에, 컨텍스트에서 더 이해해야 할 것은, 하나의 구성요소가 다른 구성요소의 “위” 또는 “아래”에 있다고 언급될 경우, 다른 구성요소의 “위” 또는 “아래”에 직접 연결될 수 있을 뿐만 아니라, 중간 구성요소를 통해 다른 요소의 “위” 또는 “아래”에 간접적으로 연결될 수도 있다.
제1 양태에서, 본 발명은 양극 활물질을 제공하며, 도 1은 본 발명의 실시예에서 제공된 양극 활물질의 구조 모식도이고; 도 1에 도시된 바와 같이, 양극 활물질은 전도성 매트릭스 물질(1) 및 전도성 매트릭스 물질(1)에 분포된 활물질(2)을 포함한다. 활물질(2)은 코어 쉘 구조를 가지고, 도 2는 본 발명의 실시예에서 제공된 양극 활물질 중의 활물질의 구조 모식도이며, 도 2에 도시된 바와 같이, 코어 쉘 구조는 코어층 물질(21) 및 쉘층 물질(22)로 구성된다. 여기서, 코어층 물질(21)은 인산계 나트륨염 물질을 포함하고, 쉘층 물질(22)은 금속 산화물을 포함하며, 전도성 매트릭스 물질(1)은 탄소 물질을 포함한다.
본 발명에서, 전도성 매트릭스 물질(1)은 전도성 네트워크를 구축하는데 사용되고, 활물질(2)은 전도성 매트릭스 물질(1)의 표면에 부착되거나, 전도성 매트릭스 물질(1)의 공동 구조 내부에 부착될 수 있으며, 이에 한정되지 않는다. 활물질(2)을 전도성 매트릭스 물질(1)에 부착함으로써, 전도성 매트릭스 물질의 높은 전도성을 이용하여 양극 활물질의 전도 성능을 향상시킬 수 있다.
상기 해결수단에서, 전도성 매트릭스 물질(1)은 탄소 물질이고, 여기서 탄소 물질은 탄소나노튜브, 그래핀, 탄소 섬유, 천연 흑연, 인조 흑연 중 적어도 하나를 포함한다. 구체적으로, 탄소 물질은 산소 함유 그룹을 포함하고, 산소 함유 그룹은 카르복실기, 히드록실기 및 에테르기 중 적어도 하나로부터 선택된다. 산소 함유 그룹 중의 산소 원자의 질량 함량≥0.1%이고, 선택적으로 산소 함유 그룹 중의 산소 원자의 질량 함량은 구체적으로 0.1%, 0.2%, 0.3%, 0.4%, 0.5%, 0.6%, 0.7%, 0.8%, 0.9%, 1% 등일 수 있으며, 이에 한정되지 않는다. 탄소 물질 중의 산소 원자의 질량 함량을 제어하여 전도성 매트릭스 물질의 과전위를 감소시킬 수 있고, 활물질과 양극 집전체의 친화성이 바람직하지 못한 현상을 개선할 수 있으며 활물질과 양극 집전체의 접착력을 향상시킨다.
실제 응용 과정에서, 양극 활물질에서 전도성 매트릭스 물질(1)의 질량 함량은 1% 내지 10%이고, 선택적으로 양극 활물질에서 전도성 매트릭스 물질의 질량 함량은 구체적으로 1%, 2%, 3%, 4%, 5%, 6%, 7%, 8%, 9%, 10% 등일 수 있으며 이에 한정되지 않는다. 양극 활물질에서 전도성 매트릭스 물질(1)의 질량 함량이 너무 높으면, 비표면적이 높고 용량이 없고 압축 밀도가 낮은 탄소 물질이 너무 많아 배터리 용량이 작아지게 되어 배터리 에너지 밀도 및 순환 수명을 줄인다. 양극 활물질에서 전도성 매트릭스 물질(1)의 질량 함량이 너무 낮으면, 활물질(2) 사이에 효과적인 전도성 네트워크가 형성되기 어렵고 전도율이 감소되며 배터리 전도 성능과 수명이 줄어든다. 바람직하게는, 양극 활물질에서 전도성 매트릭스 물질(1)의 질량 함량은 4% 내지 8%일 수 있다.
상기 해결수단에서, 전도성 매트릭스 물질(1) 상의 활물질(2)은 코어 쉘 구조를 가지고, 코어 쉘 구조는 코어층 물질(21) 및 쉘층 물질(22)로 구성되며, 코어층 물질(21)은 쉘층 물질(22)에 의해 피복되고, 피복 구조는 전체 피복 또는 절반 피복이며, 피복 방식은 고체상 피복법, 액체상 피복법 또는 기체상 피복법 등일 수 있고, 구체적인 피복 방식은 실제 필요에 따라 선택될 수 있으며 이에 한정되지 않는다. 구체적으로, 활물질(2)의 쉘층 물질(22)과 코어층 물질(21)은 전하의 쿨롱 인력에 의해 흡착되거나 코어층 물질(21)과 쉘층 물질(22) 사이의 견고한 화학 결합에 의해 단단히 연결된다.
구체적으로, 코어층 물질(21)의 조성은 인산계 나트륨염 물질을 포함하고, 인산계 나트륨염 물질의 화학식은 Nax1Ry1(PO4)Z1, Nax2Ry2(P2O7)Z2, Nax3Ry3(PO4)Z3(P2O7)k3, Nax4Ry4(PO4)Z4Ml1 중 적어도 하나를 포함한다. 여기서, 1≤x1≤3, 1≤y1≤2, 1≤z1≤3, 1≤x2≤7, 1≤y2≤3, 1≤z2≤4, 1≤x3≤7, 1≤y3≤4, 1≤z3≤2, 1≤k3≤4, 1≤x4≤3, 1≤y4≤2, 1≤z4≤2, 1≤l1≤3이고, R은 Mg, Al, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Zr, Nb, Mo, Sn, Hf, Ta, W 및 Pb 중 적어도 하나를 포함하며, M은 F, Cl, Br 중 적어도 하나를 포함한다.
선택적으로, 인산계 나트륨염 물질은 구체적으로 NaFePO4, Na3V2(PO4)3, Na2FeP2O7, Na2MnP2O7, NaCoP2O7, Na7V3(P2O7)4, Na2FePO4F, Na3V2(PO4)2F3, Na4Fe3(PO4)2(P2O7), Na4Mn3(PO4)2(P2O7), Na4Co3(PO4)2(P2O7), Na4Ni3(PO4)2(P2O7), Na7V4(PO4)(P2O7)4 등일 수 있고 이에 한정되지 않는다. 바람직하게는, 인산계 나트륨염 물질은 Na4Fe3(PO4)2(P2O7)일 수 있다.
코어층 물질(21)을 피복하기 위한 쉘층 물질(22)은 금속 산화물을 포함하되, 여기서 금속 산화물은 WO3, Al2O3, ZnO, CuO, TiO2 중 적어도 하나를 포함한다. 구체적으로, 금속 산화물 중의 실제 산소 원자 질량은 금속 산화물 중의 이론적 산소 원자 질량의 70%~95%이다. 선택적으로, 금속 산화물 중의 실제 산소 원자 질량은 금속 산화물 중의 이론적 산소 원자 질량의 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 95% 등이며, 이에 한정되지 않는다. 설명해야 할 것은, 금속 산화물 중의 실제 산소 원자 질량과 이론적 산소 원자 질량은 차이가 있는데, 이는 산소 빈자리 결핍이 존재하기 때문이며, 즉 원래의 금속 산화물 표면이 일부 산소를 잃어 산소 빈자리 결핍을 풍부하게 함유한 무질서 구조층을 형성함으로써, 금속 산화물 표면에 일정한 양의 산소 빈자리가 형성된다. 산소 빈자리가 너무 많으면 물질의 금속성이 높아져 기계적 강도를 감소시키는 동시에 나트륨 이온과 결합하여 형성되는 높은 이온 전도율을 가진 금속 나트륨염의 비율을 감소시키고, 나트륨 이온의 전도율을 감소시킨다. 산소 빈자리가 너무 적으면 산소 이온이 그 안에서 자유롭게 이동할 수 없으며 전계 저항 효과에서 전기장에 의한 산소 이온의 이동 조절을 구현할 수 없다. 바람직하게는, 금속 산화물 중의 실제 산소 원자 질량은 금속 산화물 중의 이론적 산소 원자 질량의 85%이다.
본 발명의 선택적인 기술적 해결수단으로서, 금속 산화물 피복 구조의 양극 활물질은 충방전 과정에서 보다 우위적인 가역성을 가진다. 금속 산화물은 비교적 양호한 기계적 강도, 비교적 높은 전도성을 가지므로, 한편으로 양극 활물질의 전도성을 개선하여 양극 활물질의 그램 당 용량 발휘 및 역학적 성능을 향상시킬 수 있다. 다른 한편으로 양극 활물질과 전해액의 직접적인 접촉을 방지하여 부반응 발생을 줄이며 양극 활물질의 순환 성능을 향상시킬 수 있다. 양극 활물질에서 활물질(2)은 전도성 매트릭스 물질(1) 상에 부하되며, 대량의 고립된 활물질(2)을 외부에서 구축된 1차원 또는 2차원 전도성 네트워크로 연결하여 전도성을 더욱 향상시킬 수 있다. 또한, 전도성 매트릭스 물질(1)의 산소 함유 작용기를 증가시키고, 산소 함유 작용기를 이용하여 활물질(2) 표면의 쉘층 물질(22)과 더 강한 수소 결합을 형성함으로써 활물질(2)과 전도성 매트릭스 물질(1)의 결합 강도를 향상시킨다.
실제 응용 과정에서, 양극 활물질에서 코어층 물질(21)의 질량 함량은 90% 내지 99%이다. 선택적으로, 양극 활물질에서 코어층 물질(21)의 질량 함량은 구체적으로 90%, 91%, 92%, 93%, 96%, 97%, 98%, 99% 등일 수 있고, 이에 한정되지 않는다. 양극 활물질에서 코어층 물질(21)의 질량 함량이 너무 크면 코어층 물질을 피복한 금속 산화물의 점유율이 너무 작아, 양극 활물질의 전도성이 감소되고, 배터리의 그램 당 용량 발휘 및 역학적 성능에 영향을 미친다. 양극 활물질에서 코어층 물질(21)의 질량 함량이 너무 작으면 양호한 순환 성능을 가진 인산계 나트륨염 물질의 점유율이 너무 작아, 배터리의 순환 성능을 감소시킨다. 바람직하게는, 양극 활물질에서 코어층 물질(21)의 질량 함량은 95%일 수 있다.
양극 활물질에서 쉘층 물질(22)의 질량 함량은 1% 내지 10%이고, 선택적으로, 양극 활물질에서 쉘층 물질(22)의 질량 함량은 구체적으로 1%, 2%, 3%, 4%, 5%, 6%, 7%, 8%, 9%, 10% 등일 수 있고, 쉘층 물질의 두께는 50nm 내지 400nm이며, 선택적으로, 쉘층 물질의 두께는 구체적으로 50nm, 100nm, 150nm, 200nm, 300nm, 350nm, 400nm, 450nm, 500nm 등일 수 있으며, 이에 한정되지 않는다. 양극 활물질에서 쉘층 물질(22)의 질량 함량과 두께가 너무 높으면, 쉘층이 너무 두꺼워져 금속 산화물의 질량비가 너무 높아지고, 코어층 물질 중 순환 성능이 양호한 인산계 나트륨염 물질 질량비가 작아지며, 최종 배터리의 순환 성능에 영향을 미친다. 양극 활물질에서 쉘층 물질(22)의 질량 함량과 두께가 너무 낮으면, 코어층 물질에 피복된 금속 산화물의 피복층이 너무 얇아 양극 활물질의 전도성이 감소되며, 양극 활물질 표면이 전해액과 쉽게 직접적으로 접촉되어 부반응을 발생시킨다. 바람직하게는, 양극 활물질에서 쉘층 물질(22)의 질량 함량은 4% 내지 8%일 수 있고, 쉘층 물질의 두께는 100nm 내지 300nm일 수 있다.
본 발명의 선택적인 기술적 해결수단으로서, 양극 활물질의 평균 입경은 5μm≤Dv50≤20μm를 만족하고, 선택적으로, 양극 활물질의 평균 입경 Dv50은 구체적으로 5μm, 7μm, 9μm, 11μm, 13μm, 15μm, 17μm, 19μm, 20μm 등일 수 있으며, 이에 한정되지 않는다. 양극 활물질의 평균 입경이 너무 작으면, 양극 활물질의 입자 응집 현상이 쉽게 나타나 전해액과의 부반응이 발생하기 쉽다. 양극 활물질의 평균 입경이 너무 크면, 양극 활물질 내부에서 활성 이온의 확산 속도를 감소시켜 역학적 성능이 감소되고 양극 활물질의 그램 당 용량 발휘 및 배터리 순환 성능에 영향을 미친다. 바람직하게는, 양극 활물질의 입경 Dv50은 8μm≤Dv50≤15μm를 만족한다.
제2 양태에서, 본 발명은 양극편, 음극편, 분리막 및 전해액을 포함하되, 양극편은 상기 양극 활물질을 포함하는 전기화학 장치를 제공한다.
양극편은 양극 집전체 및 양극 집전체 상에 위치하는 양극 활물질층을 포함하고, 양극 활물질층은 상기 제1 양태의 양극 활물질을 포함한다.
음극편은 음극 집전체 및 음극 집전체 상에 위치하는 음극 활물질층을 포함한다. 음극 활물질층은 음극 활물질을 포함한다.
본 발명의 선택적인 기술적 해결수단으로서, 음극 활물질은 흑연, 실리콘 물질, 실리콘 산화물 물질, 주석 물질, 주석 산화물 물질 또는 실리콘 탄소 복합 물질 중 적어도 하나를 포함한다.
본 발명의 선택적인 기술적 해결수단으로서, 음극 활물질층은 점착제를 포함하고, 점착제는 폴리비닐 알코올(polyvinyl alcohol), 카르복시메틸 셀룰로오스(carboxymethyl cellulose), 히드록시프로필 셀룰로오스(hydroxypropyl cellulose), 디아세틸 셀룰로오스(diacetyl cellulose), 폴리염화비닐(polyvinyl chloride), 카르복실화 폴리염화비닐(carboxylated polyvinyl chloride), 폴리불화비닐(polyvinyl fluoride), 산화에틸렌 함유 폴리머(ethylene oxide containing polymers), 폴리비닐피롤리돈(Polyvinylpyrrolidone), 폴리우레탄(Polyurethane), 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene), 폴리비닐리덴 1,1-디플루오로에틸렌(Polyvinylidene 1,1-difluoroethylene), 폴리에틸렌(Polyethylene), 폴리프로필렌(polypropylene), 스티렌-부타디엔 고무(styrene-butadiene rubber), 아크릴화 스티렌-부타디엔 고무(acrylated styrene-butadiene rubber), 에폭시 수지(epoxy resin) 또는 나일론(nylon) 등을 포함하지만 이에 한정되지 않는다.
본 발명의 선택적인 기술적 해결수단으로서, 음극 활물질층은 전도성 물질을 더 포함하고, 전도성 물질은 천연 흑연, 인조 흑연, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 탄소 섬유, 금속 분말, 금속 섬유, 구리, 니켈, 알루미늄, 은 또는 폴리페닐렌 유도체(Polyphenylene Derivatives) 등을 포함하지만 이에 한정되지 않는다.
본 발명의 선택적인 기술적 해결수단으로서, 동박, 니켈박, 스테인리스강박, 티타늄박, 발포니켈, 발포구리 또는 복합 집전체를 포함하지만 이에 한정되지 않는다.
나트륨 이온은 알루미늄과 합금을 형성하지 않으므로 비용 절감 및 경량화를 고려하여, 알루미늄박, 알루미늄 합금 호일 및 알루미늄계 복합 집전체 중 어느 하나를 포함하는 알루미늄계 집전체를 사용하는 것이 바람직하며, 알루미늄계 복합 집전체는 고분자 베이스 필름 및 상기 고분자 베이스 필름의 양측에 형성된 알루미늄박 및/또는 알루미늄 합금 호일을 포함한다. 구체적으로, 알루미늄계 복합 집전체는 “샌드위치” 구조이고, 고분자 베이스 필름이 중간에 위치하며, 이의 양측에 알루미늄박이 제공되거나, 이의 양측에 알루미늄 합금 호일이 제공되며, 고분자 베이스 필름의 일측에 알루미늄박이 제공되고 타측에 알루미늄 합금 호일이 제공될 수도 있다. 고분자 베이스 필름은 폴리아미드(Polyamide), 폴리테레프탈레이트(Polyterephthalate), 폴리이미드(Polyimide), 폴리에틸렌(Polyethylene), 폴리프로필렌(Polypropylene), 폴리스티렌(Polystyrene), 폴리염화비닐(Polyvinyl Chloride), 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체(Acrylonitrile-Butadiene-Styrene Copolymer), 폴리부틸렌테레프탈레이트 에스테르(Polybutylene Terephthalate Ester), 폴리파라페닐렌테레프탈아미드(polyparaphenylene terephthalamide), 폴리프로필렌(polypropylene), 폴리옥시메틸렌(polyoxymethylene), 에폭시 수지, 페놀 수지, 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene), 폴리불화비닐리덴(polyvinylidene fluoride), 실리콘 고무, 폴리카보네이트(polycarbonate) 중 어느 하나일 수 있다. 바람직하게는, 본 발명은 나트륨 증착/스트리핑 과정에서 전극의 무결성을 유지하는데 유리한 더 나은 연성을 갖도록 알루미늄계 복합 집전체를 선택한다.
본 발명의 선택적인 기술적 해결수단으로서, 분리막은 본 기술분야의 전기화학적 에너지 저장 장치의 분리막에 적합한 다양한 재료일 수 있으며, 예를 들어 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리불화비닐리덴, 아라미드, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리아크릴로니트릴, 폴리이미드, 폴리아미드, 폴리에스테르 및 천연섬유 중 적어도 하나를 포함할 수 있지만 이에 한정되지 않는다.
본 발명의 선택적인 기술적 해결수단으로서, 전기화학 장치는 전해액을 더 포함하고, 상기 전해액은 유기용매, 나트륨염 및 첨가제를 포함한다.
본 발명에 따른 전해액의 유기용매는 종래의 기술에서 공지된 전해액의 용매로 사용되는 임의의 유기용매일 수 있다. 본 발명에 따른 전해액에 사용되는 전해질은 한정되지 않으며, 종래의 기술에서 공지된 임의의 전해질일 수 있다. 본 발명에 따른 전해액의 첨가제는 종래의 기술에서 공지된 전해액의 첨가제로 사용되는 임의의 첨가제일 수 있다.
구체적인 실시예에서, 상기 유기용매는 에틸렌 카보네이트(Ethylene carbonate, EC), 프로필렌 카보네이트(propylene carbonate, PC), 디에틸 카보네이트(diethyl carbonate, DEC), 에틸 메틸 카보네이트(ethyl methyl carbonate, EMC), 디메틸 카보네이트(dimethyl carbonate, DMC), 비닐렌 카보네이트(vinylene carbonate), 플루오로에틸렌 카보네이트(fluoroethylene carbonate), 탄산 프로필렌(carbonic acid Propylene), 프로피오네이트(Propionate) 또는 에틸프로피오네이트(Ethylpropionate) 중 적어도 하나를 포함하지만 이에 한정되지 않는다.
구체적인 실시예에서, 나트륨염은 유기 나트륨염 또는 무기 나트륨염 중 적어도 하나를 포함한다.
구체적인 실시예에서, 나트륨염은 헥사플루오로인산나트륨(NaPF6), 테트라플루오로붕산나트륨(NaBF4), 디플루오로디옥소인산나트륨(NaPO2F2), 나트륨 비스트리플루오로메탄술폰이미드NaN(CF3SO2)2(NaTFSI), 나트륨 비스(플루오로술포닐)이미드Na(N(SO2F)2)(NaFSI), 나트륨 비속살라토보레이트NaB(C2O4)2(NaBOB), 디플루오로옥살산나트륨NaBF2(C2O4)(NaDFOB) 또는 과염소산나트륨을 포함하지만 이에 한정되지 않는다.
본 발명의 선택적인 기술적 해결수단으로서, 본 발명의 전기화학 장치는 모든 유형의 일차전지, 이차전지를 포함하지만 이에 한정되지 않는다. 상기 배터리는 소프트팩, 사각형 알루미늄 쉘, 사각형 스틸 쉘, 원통형 알루미늄 쉘 및 원통형 스틸 쉘 배터리 중 적어도 하나를 포함한다.
제3 양태에서, 본 발명은 상기 전기화학 장치를 포함하는 전자 기기를 제공한다. 전기화학 장치는 전자 기기에 전원을 제공하는데 사용될 수 있다.
본 발명의 선택적인 기술적 해결수단으로서, 상기 전자 장치는 노트북 컴퓨터, 펜 입력 컴퓨터, 모바일 컴퓨터, 전자책 플레이어, 휴대용 전화기, 휴대용 팩스, 휴대용 복사기, 휴대용 프린터, 헤드폰, VCR, LCD TV, 휴대용 청소기, 휴대용 CD 플레이어, 미니어처 CD, 송수신기, 전자 메모장, 계산기, 메모리 카드, 휴대용 녹음기, 라디오, 백업 전원, 모터, 자동차, 오토바이, 전동 자전거, 자전거, 조명 장비, 장난감, 게임 콘솔, 시계, 전동 공구, 손전등, 카메라, 가정용 대형 배터리, 에너지 저장 또는 나트륨 이온 커패시터 등을 포함하지만 이에 한정되지 않는다.
제4 양태에서, 본 발명은 양극 활물질의 제조 방법을 더 제공하며, 하기와 같은 단계를 포함한다.
단계 S10에서, 탄소 물질을 농황산:농질산 = 3:1의 용액에 넣고 4시간 동안 교반하고, 탈이온수로 세척하고 여과한 후 오븐에 넣고 80℃의 온도 조건에서 건조시키되; 여기서 필터 스크린의 기공 크기는 400 메쉬를 선택한다.
단계 S20에서, 상기 처리된 탄소 물질을 물에 넣어 초음파 분산시킨 다음, 화학양론적 비율의 질산제2철 및 인산이수소나트륨 용액과 혼합하여 균일하게 교반하며, 이어서 분무 건조 기술을 이용하여 전구체 분말을 제조한다.
여기서, 초음파 분산된 탄소 물질의 평균 입경 크기는 50nm 내지 20μm를 만족하고, 분무 건조의 입구 온도는 150℃ 내지 250℃이며, 분무 건조의 출구 온도는 80℃ 내지 150℃이다.
단계 S30에서, 전구체 분말을 600℃의 고온에서 6시간 동안 소성한 후 금속 산화물 용액에 넣고 충분히 교반하고, pH 값을 조절하여 전구체 겔을 인산계 나트륨염 물질 표면에 피복한 다음, 400℃ 내지 800℃의 온도에서 수소 분위기 하에 소성하고, 얻은 생성물을 체질하여 양극 활물질을 얻는다.
여기서, 교반시간은 2h-8h이고, 조정된 pH값은 10-12이며, 소성시간은 4h-10h이고, 체질된 양극 활물질의 평균 입경은 8μm≤Dv50≤15μm를 만족한다.
상기 제조 방법 및 쉘층 물질의 질량분율, 전도성 매트릭스 물질의 질량분율, 쉘층 물질의 종류, 양극 활물질의 입경 조정을 통해 최종적으로 양극 활물질을 얻는다.
당업자가 본 발명의 기술적 해결수단을 보다 잘 이해할 수 있도록 하기 위해, 아래에 구체적인 실시형태를 결합하여 본 발명에 대해 더 상세하게 설명한다.
실시예 1:
(1) 음극편의 제조:
먼저 탄소 물질을 부피비 3:1의 농황산과 농질산의 혼합용액에 넣고 4시간 동안 교반하고, 탈이온수로 세척하고 여과한 후 오븐에 넣어 80℃의 온도 조건에서 건조시켰다. 탄소 물질과 고분자 폴리머를 N-메틸피롤리돈에 넣고 교반하여 균일한 슬러리를 형성하고, 슬러리를 동박에 코팅하고 건조하여 탄소 물질 코팅층을 얻었다. Ar 분위기에서 나트륨 금속을 스테인리스강 도가니에 넣고 200℃의 온도로 가열하여 완전히 녹인 다음, 합금 성분 분말을 액체 나트륨 금속에 첨가하고 2시간 동안 충분하게 교반하여 금속 분말과 나트륨 금속 액체가 균일하게 혼합되도록 보장하며, 냉각시킨 후 나트륨 금속 합금 활물질을 얻을 수 있었다. 나트륨 금속 합금 활물질을 냉간 압착하여 탄소 물질 코팅층 표면에 복합시켜 나트륨 금속 음극편을 얻었다.
(2) 양극편의 제조:
10wt% 폴리불화비닐리덴 바인더를 N-메틸피롤리돈에 충분하게 용해시키고, 10wt% 카본 블랙 도전제 및 80wt% 양극 활물질을 첨가하여 균일하게 분산된 슬러리를 제조하였다. 슬러리를 지르코늄 표면에 균일하게 도포한 후 진공 건조 오븐으로 옮겨 완전히 건조시켰다. 얻은 극편을 압연한 후 펀칭하여 타깃 웨이퍼를 얻었다.
(3) 분리막의 제조:
폴리프로필렌 폴리머 필름을 사용하였다.
(4) 전해액의 제조:
에틸렌글리콜디메틸에테르(DME)를 유기용매로 사용하고, 충분하게 건조된 나트륨염 NaPF6을 혼합된 유기용매에 용해시켜 1mol/L 농도의 전해액으로 조제하였다.
(5) 버튼 배터리의 제조:
상기 양극편, 분리막, 음극편을 차례대로 적층하고, 분리막이 양극편과 음극편 사이에서 분리 작용을 하도록 하며, 상기 전해액을 추가하여 버튼 배터리로 조립하였다.
상기 방법에 따라 실시예 1~22 및 비교예 1~7을 얻었으며 구체적인 파라미터는 표 1을 참조한다.
Figure pct00001
성능 테스트:
(1) 양극 활물질의 저항률: 분말 저항 시험기를 사용하여 20MPa의 압력에서 양극 활물질 분말을 테스트하였다.
(2) 양극 활물질의 그램 당 용량:
25℃의 온도에서, 실시예 및 비교예에서 제조된 배터리를 0.1C의 배율로 4V까지 충전하고 0.1C의 배율로 1V까지 방전하여 완전 충전 및 완전 방전 테스트를 수행하여 얻은 방전 용량을 물질 그램 당 용량으로 사용하였다.
(3) 배터리의 순환 성능: 25℃의 온도에서 실시예 및 비교예에서 제조된 배터리를 0.1C의 배율로 4V까지 충전하고, 0.1C의 배율로 1V까지 방전하여 완전 충전 및 완전 방전 순환 테스트를 수행하여 나트륨 이온 배터리의 용량이 초기 용량의 80% 미만이 되면 순환 횟수를 기록하였으며, 이의 테스트 결과는 표 2에 표시된 바와 같다.
Figure pct00002
실시예 1 내지 실시예 4로부터 알 수 있다시피, 조성 성분이 상이한 양극 활물질은, 제조된 배터리의 그램 당 용량 발휘 및 배터리 순환 횟수에 차이가 있을 수 있다. 바람직하게는, 양극 활물질은 Na4Fe3(PO4)2(P2O7)이다.
실시예 5 내지 실시예 9 및 비교예 1 내지 비교예 2로부터 알 수 있다시피, 양극 활물질에서 쉘층 물질의 질량 함량이 1% 내지 10% 범위 내에 있을 경우, 배터리의 그램 당 용량 발휘, 역학적 성능 및 순환 성능은 양호하다. 양극 활물질에서 쉘층 물질의 질량 함량이 너무 높고, 코어층 두께가 너무 높으며, 금속 산화물 질량비가 너무 높으면, 코어층 물질 중 순환 성능이 양호한 인산계 나트륨염 물질의 질량비가 작아져 최종 배터리의 순환 성능에 영향을 미친다. 양극 활물질에서 쉘층 물질의 질량 함량이 너무 낮고, 코어층 물질 상에 피복된 금속 산화물의 피복층이 너무 얇으면, 양극 활물질의 전도성이 감소되고 양극 활물질 표면이 전해액과 쉽게 직접적으로 접촉되어 부반응을 발생시킨다. 바람직하게는, 양극 활물질에서 쉘층 물질의 질량 함량은 4% 내지 8%이다.
실시예 10 내지 실시예 14 및 비교예 3 내지 비교예 4로부터 알 수 있다시피, 양극 활물질에서 전도성 매트릭스 물질의 질량 함량이 1% 내지 10% 범위 내에 있을 경우, 물질의 전도 성능이 향상되고 물질의 그램 당 용량이 향상된다. 양극 활물질에서 전도성 매트릭스 물질의 질량 함량이 너무 높으면, 비표면적이 높고 용량이 없고 압축 밀도가 낮은 탄소 물질이 너무 많아 배터리 용량이 작아지게 되어 배터리 에너지 밀도 및 순환 수명을 줄인다. 양극 활물질에서 전도성 매트릭스 물질의 질량 함량이 너무 낮으면, 활물질 사이에 효과적인 전도성 네트워크가 형성되기 어렵고 배터리의 전도율이 감소되며 활물질의 그램 당 용량 발휘가 어려워져 배터리 수명이 줄어든다. 바람직하게는, 양극 활물질에서 전도성 매트릭스 물질의 질량 함량은 4% 내지 8%이다.
실시예 15 내지 실시예 17로부터 알 수 있다시피, 금속 산화물 종류의 선택은 배터리의 그램 당 용량 발휘와 순환 수명에 영향을 미칠 것이다. 바람직하게는, 쉘층 물질은 TiO2일 수 있다.
실시예 18 내지 실시예 22 및 비교예 5 내지 비교예 6으로부터 알 수 있다시피, 양극 활물질의 평균 입경이 5μm 내지 20μm 범위 내에 있을 경우, 배터리의 그램 당 용량 발휘 및 순환 성능이 가장 좋다. 양극 활물질의 평균 입경이 너무 작으면, 응집이 쉽게 나타나 전해액과의 부반응이 발생하기 쉽다. 양극 활물질의 평균 입경이 너무 크면, 물질 내부에서 활성 이온의 확산 속도를 감소시켜 역학적 성능이 감소되고 배터리의 그램 당 용량 발휘 및 배터리 순환 성능에 영향을 미친다. 바람직하게는, 양극 활물질의 평균 입경은 8μm≤Dv50≤15μm를 만족한다.
실시예 1 내지 실시예 22, 비교예 7로부터 알 수 있는 데이터로부터 보다시피, 실시예 1 내지 실시예 22에서, 전도성 매트릭스 물질 질량분율, 쉘층 물질 종류, 양극 활물질 입경의 변화에 따라, 양극 활물질의 그램 당 용량 발휘에 약간 영향을 미치고, 배터리의 순환 수명에 약간 영향을 미치지만; 비교예 7에 비해, 코어층 물질의 표면에 쉘층 물질이 피복되지 않아, 양극 활물질의 전도성을 감소시키고, 저항률이 높아져 물질의 그램 당 용량이 대폭 감소되며; 또한 코어층 물질과 전해액이 직접 접촉되어 부반응을 발생시키며 배터리의 순환 성능이 감소된다.
당업자가 이해해야 할 것은, 상기 실시예는 모두 제한적이 아닌 예시적인 것이다. 상이한 실시예에서 나타나는 상이한 기술 특징은 조합되어 유익한 효과를 얻을 수 있다. 당업자는 도면, 명세서 및 청구범위의 연구에 기반하여, 개시된 실시예의 다른 변형 실시예를 이해해야 할 것이다. 청구범위에서, 용어 “포함”은 다른 장치 또는 단계를 배제하지 않고; 물품이 수량사에 의해 수식되지 않는 경우, 하나/한 가지 이상의 물품을 포함하는 것으로 의도되며, “하나/한 가지 이상의 물품”과 호환 가능하게 사용될 수 있고; 용어 “제1”, “제2”는 임의의 특정 순서를 나타내는 것이 아니라 명칭을 표시하는데 사용된다. 청구범위의 임의의 도면의 부호는 모두 보호 범위에 대한 한정으로 이해되어서는 안된다. 청구범위에 나타나는 복수의 일부 기능은 하나의 독립적인 하드웨어 또는 소프트웨어 모듈에 의해 구현될 수 있다. 일부 기술 특징이 상이한 종속항에 나타난다고 하여 유익한 효과를 얻기 위해 이러한 기술 특징을 결합할 수 없다는 것은 아니다.
1: 전도성 매트릭스 물질;
2: 활물질;
21: 코어층 물질;
22: 쉘층 물질

Claims (10)

  1. 양극 활물질로서,
    전도성 매트릭스 물질; 및
    상기 전도성 매트릭스 물질에 분포된 활물질을 포함하고, 상기 활물질은 코어 쉘 구조를 가지며, 상기 코어 쉘 구조는 코어층 물질 및 쉘층 물질로 구성되고,
    상기 전도성 매트릭스 물질은 탄소 물질을 포함하며, 상기 코어층 물질은 인산계 나트륨염 물질을 포함하고, 상기 쉘층 물질은 금속 산화물을 포함하는 양극 활물질.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 금속 산화물은 WO3, Al2O3, ZnO, CuO, TiO2 중 적어도 하나를 포함하는 양극 활물질.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 양극 활물질은 하기 특징 중 적어도 하나를 가지며, 상기 특징은,
    (1) 상기 인산계 나트륨염 물질의 화학식은 Nax1Ry1(PO4)Z1이되, 1≤x1≤3, 1≤y1≤2, 1≤z1≤3이며, R은 Mg, Al, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Zr, Nb, Mo, Sn, Hf, Ta, W 및 Pb 중 적어도 하나를 포함하고;
    (2) 상기 인산계 나트륨염 물질의 화학식은 Nax2Ry2(P2O7)Z2이되, 1≤x2≤7, 1≤y2≤3, 1≤z2≤4이고, R은 Mg, Al, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Zr, Nb, Mo, Sn, Hf, Ta, W 및 Pb 중 적어도 하나를 포함하며;
    (3) 상기 인산계 나트륨염 물질의 화학식은 Nax3Ry3(PO4)Z3(P2O7)k3이되, 1≤x3≤7, 1≤y3≤4, 1≤z3≤2, 1≤k3≤4이며, R은 Mg, Al, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Zr, Nb, Mo, Sn, Hf, Ta, W 및 Pb 중 적어도 하나를 포함하고;
    (4) 상기 인산계 나트륨염 물질의 화학식은 Nax4Ry4(PO4)Z4Ml1이되, 1≤x4≤3, 1≤y4≤2, 1≤z4≤2, 1≤l1≤3이고, R은 Mg, Al, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Zr, Nb, Mo, Sn, Hf, Ta, W 및 Pb 중 적어도 하나를 포함하며, M은 F, Cl, Br 중 적어도 하나를 포함하는 것인 양극 활물질.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 인산계 나트륨염 물질은 NaFePO4, Na3V2(PO4)3, Na2FeP2O7, Na2MnP2O7, NaCoP2O7, Na7V3(P2O7)4, Na2FePO4F, Na3V2(PO4)2F3, Na4Fe3(PO4)2(P2O7), Na4Mn3(PO4)2(P2O7), Na4Co3(PO4)2(P2O7), Na4Ni3(PO4)2(P2O7), Na7V4(PO4)(P2O7)4 중 적어도 하나를 포함하는 양극 활물질.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 금속 산화물 중 실제 산소 원자의 질량은 상기 금속 산화물 중 이론적 산소 원자의 질량의 70%~95%인 양극 활물질.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 양극 활물질은 하기 특징 중 적어도 하나를 가지며, 상기 특징은,
    (5) 상기 쉘층 물질의 두께는 50nm~400nm이고;
    (6) 상기 양극 활물질에서 상기 쉘층 물질의 질량 함량은 1% 내지 10%이며;
    (7) 상기 양극 활물질에서 상기 코어층 물질의 질량 함량은 90% 내지 99%이고;
    (8) 상기 양극 활물질에서 상기 전도성 매트릭스 물질의 질량 함량은 1% 내지 10%인 것인 양극 활물질.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 양극 활물질은 하기 특징 중 적어도 하나를 가지며, 상기 특징은,
    (9) 상기 탄소 물질은 탄소나노튜브, 그래핀, 탄소 섬유, 천연 흑연, 인조 흑연 중 적어도 하나를 포함하고;
    (10) 상기 탄소 물질은 산소 함유 그룹을 포함하며, 상기 산소 함유 그룹은 카르복실기, 히드록실기 및 에테르기 중 적어도 하나로부터 선택되고;
    (11) 상기 탄소 물질은 산소 함유 그룹을 포함하며, 상기 탄소 물질 중의 산소 원자의 질량 함량≥0.1%이고;
    (12) 상기 전도성 매트릭스 물질은 탄소 물질인 것인 양극 활물질.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 양극 활물질은 하기 특징 중 적어도 하나를 가지며, 상기 특징은,
    (13) 20MPa 압력에서 상기 양극 활물질의 저항률은 0.005Ω·cm 내지 100Ω·cm이고;
    (14) 상기 양극 활물질의 평균 입경은 5μm 내지 20μm이며;
    (15) 상기 양극 활물질의 그램 당 용량은 100mAh/g 내지 180mAh/g인 것인 양극 활물질.
  9. 전기화학 장치로서,
    양극편, 음극편, 분리막 및 전해액을 포함하되, 상기 양극편은 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 양극 활물질을 포함하는 전기화학 장치.
  10. 제9항에 따른 전기화학 장치를 포함하는 전자 기기.
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