KR20080063063A - Negative active material for rechargeable lithium battery and rechargeable lithium battery including same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은, 리튬 이차 전지용 음극 활물질 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지에 관한 것이고, 더욱 상세하게는 리튬 바나듐 복합 산화물 음극 활물질을 포함하는 리튬 이차 전지에 관한 것이다. The present invention relates to a negative electrode active material for a lithium secondary battery and a lithium secondary battery including the same, and more particularly, to a lithium secondary battery including a lithium vanadium composite oxide negative electrode active material.
리튬 이차 전지는 일반적으로 LiCoO2을 양극 활물질로 사용하고, 흑연을 음극 활물질로 사용하고 또한 비수 용액을 전해액으로 사용하는 전지로서, 휴대폰, 디지털 스틸 카메라, 디지털 비데오 카메라, 노트북 등의 전원으로서 광범위하게 보급되고 있다. Lithium secondary batteries generally use LiCoO 2 as a positive electrode active material, graphite as a negative electrode active material, and a nonaqueous solution as an electrolyte, and are widely used as power sources for mobile phones, digital still cameras, digital video cameras, and notebook computers. It is spreading.
이 리튬 이차 전지의 음극 활물질로는, 리튬의 삽입/이탈이 가능한 인조흑연, 천연흑연, 하드 카본을 포함한 여러가지 형태의 탄소계 재료가 적용되어 왔다. 상기 탄소계 재료 중 흑연은 리튬 대비 방전 전위가 약 0.2V로 낮아, 이와 같이 리튬 대비 방전 전위가 낮은 재료를 음극에 사용한 리튬 이차 전지는 방전 전위가 3.6V로 높고, 또 에너지 밀도면에서 우수한 특성을 가진다. As the negative electrode active material of this lithium secondary battery, various types of carbon-based materials including artificial graphite, natural graphite, and hard carbon capable of inserting / removing lithium have been applied. In the carbon-based material, graphite has a low discharge potential of about 0.2 V compared to lithium, and thus, a lithium secondary battery using a material having a low discharge potential relative to lithium as a negative electrode has a high discharge potential of 3.6 V and excellent energy density. Has
상기 흑연 음극 활물질은 또한 우수한 가역성을 갖기 때문에, 리튬 이차 전지의 장수명 관점에서도 현재에는 가장 널리 사용되고 있다. Since the graphite negative electrode active material also has excellent reversibility, it is currently most widely used in view of the long life of a lithium secondary battery.
그러나, 흑연은 그 밀도(이론밀도 2.2g/cc)가 낮기 때문에, 흑연을 음극 활물질로 이용한 음극 전극의 에너지 밀도는 단위 체적당 작고, 전지에 이용했을 때에 그 용량이 작아지는 문제점이 있다. However, since graphite has a low density (theoretical density of 2.2 g / cc), the energy density of the negative electrode using graphite as the negative electrode active material is small per unit volume, and when used in a battery, there is a problem that the capacity thereof becomes small.
이러한 문제를 해결하기 위하여, 최근에는 산화물을 이용한 음극이 개발되어 있다. 예를 들면, 음극 활물질로, LiaMgbVOc(0.05≤a≤3, 0.12≤b≤2, 2≤(2c-a-2b)≤5) 조성의 음극 활물질이 일본특허공개 제2002-216753호에 기술되어 있다. In order to solve this problem, a cathode using an oxide has recently been developed. For example, as a negative electrode active material, a negative electrode active material having a composition of Li a Mg b VO c (0.05 ≦ a ≦ 3, 0.12 ≦ b ≦ 2, 2 ≦ (2c-a-2b) ≦ 5) is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2002-. 216753.
그러나 이러한 종래의 산화물 음극 활물질은 충분한 체적당의 에너지 밀도나 용량을 나타내지 않음에 따라, 음극으로서 만족할 수 있는 정도의 전지 성능을 얻을 수 없다. However, such a conventional oxide negative electrode active material does not exhibit sufficient energy density or capacity per volume, and thus battery performance that is satisfactory as a negative electrode cannot be obtained.
이 때문에, 산화물 음극 활물질에 관한 연구는 현재 활발하게 이루어지고 있다. For this reason, research on an oxide negative electrode active material is actively performed now.
본 발명의 목적은 체적당의 에너지 밀도가 높고, 고용량이고, 향상된 사이클 수명을 나타내며 안전성이 높은 리튬 이차 전지용 음극 활물질을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a negative electrode active material for lithium secondary batteries having high energy density per volume, high capacity, improved cycle life and high safety.
본 발명의 다른 목적은 상기 음극 활물질을 포함하는 리튬 이차 전지를 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a lithium secondary battery including the negative electrode active material.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Technical problems to be achieved by the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 LixMyVzO2+d(단, 조성비를 나타내는 x, y, z, d는 0.1 ≤ x ≤ 2.5, 0 ≤ y ≤ 0.5, 0.5 ≤ z ≤ 1.5, 0 ≤ d ≤ 0.5이며, M은 Al, Cr, Mo, Ti, W, Zr 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 원소이다)로 표시되는 리튬 바나듐 복합 산화물의 표면에, 2족 내지 15족 원소 중 1종 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 원소를 포함하는 화합물이 부착된 리튬 이차 전지용 음극 활물질을 제공한다. In order to achieve the above object, the present invention is Li x M y V z O 2 + d (where x, y, z, d representing the composition ratio is 0.1 ≦ x ≦ 2.5, 0 ≦ y ≦ 0.5, 0.5 ≦ z On the surface of the lithium vanadium composite oxide represented by ≤ 1.5, 0 ≤ d ≤ 0.5, M is an element selected from the group consisting of Al, Cr, Mo, Ti, W, Zr, and combinations thereof. Provided is a negative electrode active material for a lithium secondary battery to which a compound containing an element selected from the group consisting of one type of group elements and combinations thereof is attached.
상기 화합물은 Zr, Mg, Al, Y 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 원소를 포함하는 화합물인 것이 바람직하다. The compound is preferably a compound containing an element selected from the group consisting of Zr, Mg, Al, Y and combinations thereof.
상기 화합물은 Zr, Mg, Al, Y 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 원소를 포함하는 산화물, 질화물, 할로겐화물, 황화물, 수산화물 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것이 바람직하다. The compound is preferably selected from the group consisting of oxides, nitrides, halides, sulfides, hydroxides and combinations thereof including elements selected from the group consisting of Zr, Mg, Al, Y and combinations thereof.
상기 화합물은 산화 이트륨, 산화 지르코늄 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것이 바람직하다. The compound is preferably selected from the group consisting of yttrium oxide, zirconium oxide and combinations thereof.
본 발명은 또한 양극 활물질을 포함하는 양극, 상기 음극 활물질을 포함하는 음극 및 비수 전해질을 포함하는 리튬 이차 전지를 제공한다.The present invention also provides a lithium secondary battery comprising a positive electrode including a positive electrode active material, a negative electrode including the negative electrode active material and a nonaqueous electrolyte.
상기 리튬 이차 전지용 음극 활물질은 LixMyVzO2+d로 표현되는 리튬 바나듐 복합 산화물의 표면에, 2족 내지 15족 원소 중 어느 1종 또는 2종 이상의 원소를 포함하는 화합물, 바람직하게는 Zr, Mg, Al, Y 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 원소를 포함하는 화합물, 보다 바람직하게는 Zr, Mg, Al, Y 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 원소를 포함하는 산화물, 질화물, 할로겐화물, 황화물, 수산화물 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 화합물, 더욱 바람직하게는 산화 이트륨, 산화 지르코늄 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 화합물이 부착되어있어, 리튬 바나듐 복합 산화물에 대하여 리튬 이온 삽입시 리튬 복합 산화물의 반응성을 저하시킬 수 있다. The negative electrode active material for a lithium secondary battery is a compound containing any one or two or more elements of Group 2 to Group 15 elements on the surface of the lithium vanadium composite oxide represented by Li x M y V z O 2 + d , preferably Is a compound containing an element selected from the group consisting of Zr, Mg, Al, Y and combinations thereof, more preferably an oxide containing an element selected from the group consisting of Zr, Mg, Al, Y and combinations thereof , A compound selected from the group consisting of nitrides, halides, sulfides, hydroxides, and combinations thereof, more preferably yttrium oxide, zirconium oxide, and combinations thereof; Reactivity of the lithium composite oxide may be reduced when the lithium ion is inserted.
따라서, 이러한 음극 활물질을 포함하는 리튬 이차 전지는 리튬 이온 삽입시 음극 활물질 표면에서의 비수 전해질의 분해 반응을 억제 할 수 있다. Therefore, the lithium secondary battery including the negative electrode active material can suppress the decomposition reaction of the nonaqueous electrolyte on the surface of the negative electrode active material at the time of lithium ion insertion.
또한, 리튬 이차 전지의 열안정성을 높일 수 있다. In addition, the thermal stability of the lithium secondary battery can be improved.
또한, 상기 음극 활물질은 LixMyVzO2+d로 표현되는 리튬 바나듐 복합 산화물을 포함하므로, 에너지 밀도를 높일 수 있고, 리튬 대비 방전 전위를 흑연 정도로 저하시킬 수 있다. In addition, since the negative electrode active material includes a lithium vanadium composite oxide represented by Li x M y V z O 2 + d , the energy density may be increased, and the discharge potential relative to lithium may be reduced to about graphite.
따라서, 이러한 음극 활물질을 포함하는 리튬 이차 전지는 체적당의 에너지 밀도를 높일 수 있는 동시에, 사이클 수명의 장수명화를 도모할 수 있다. Therefore, the lithium secondary battery containing such a negative electrode active material can raise the energy density per volume, and can also lengthen the cycle life.
본 발명에 의하면, 체적당의 에너지 밀도가 높고, 고용량으로 사이클 수명이 길고 안전성이 높은 리튬 이차 전지용 음극 활물질 및 그 음극 활물질을 포함하는 리튬 이차 전지를 제공할 수 있다. According to the present invention, it is possible to provide a negative electrode active material for a lithium secondary battery having a high energy density per volume, a long cycle life at a high capacity, and high safety, and a lithium secondary battery including the negative electrode active material.
이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. However, this is presented as an example, by which the present invention is not limited and the present invention is defined only by the scope of the claims to be described later.
본 발명의 일 구현예에 따른 리튬 이차 전지는 양극, 음극 및 비수 전해질을 포함한다.Lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention includes a positive electrode, a negative electrode and a nonaqueous electrolyte.
본 발명의 리튬 이차 전지에서, 음극에 포함되는 음극 활물질로는 리튬 바나듐 복합 산화물의 표면에 2족 내지 15족 원소 중 어느 1종 또는 2종 이상의 원소를 포함하는 화합물이 부착되어 있는 음극 활물질을 포함한다. 이러한 음극 활물질을 포함함에 따라 리튬 이차 전지의 열적 안정성을 높이고, 안전성을 향상시킬 수 있다.In the lithium secondary battery of the present invention, the negative electrode active material included in the negative electrode includes a negative electrode active material to which a compound containing any one or two or more elements of group 2 to group 15 elements is attached to the surface of the lithium vanadium complex oxide. do. By including such an anode active material, thermal stability of the lithium secondary battery may be increased and safety may be improved.
이하, 본 발명의 리튬 이차 전지를 구성하는 양극, 음극 및 비수 전해질에 대해서 상세하게 설명하도록 한다.Hereinafter, the positive electrode, the negative electrode, and the nonaqueous electrolyte constituting the lithium secondary battery of the present invention will be described in detail.
(양극) (anode)
본 발명의 리튬 이차 전지에서는 양극으로 리튬의 삽입 및 탈리가 가능한 양극 활물질, 도전 조재와 결착제를 포함하는 양극 합재와, 이 양극 합재에 접합되는 양극 집전체로 이루어지는 시트형의 전극을 이용할 수 있다. In the lithium secondary battery of the present invention, a sheet-shaped electrode composed of a positive electrode active material capable of inserting and desorbing lithium into a positive electrode, a positive electrode mixture containing a conductive assistant and a binder, and a positive electrode current collector bonded to the positive electrode mixture can be used.
또한 양극으로 상기 양극 합재를 원판형으로 형성시켜서 되는 펠릿형 또는 시트 형의 양극도 이용할 수 있다. In addition, a pellet-type or sheet-type anode obtained by forming the cathode mixture in a disc shape as the anode can also be used.
또한 상기 양극 합재는 피막 형성 화합물을 함유할 수도 있다. 이러한 피막형성 화합물은 충방전 초기 효율을 보상하기 위해 초충전시 양극에 Li을 제공하고, 방전할 때에는 Li을 다시 받아들일 수 있는 역할을 하는 화합물은 어떠한 것도 사용할 수 있다. . The positive electrode mixture may also contain a film-forming compound. Such a film-forming compound may provide Li to the anode during supercharge in order to compensate for the initial charging and discharging efficiency, and any compound that plays a role of receiving Li again during discharge may be used. .
양극 활물질로는 Li을 포함한 화합물, 산화물, 황화물을 들 수 있고, 포함되는 금속으로는, 예를 들면, Mn, Co, Ni, Fe, Al 등, 적어도 한 종류이상 포함하는 물질을 예시할 수 있다. 더 구체적으로 LiMn2O4, LiCoO2, LiNiO2, LiFeO2, LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2, LiNi0.8Co0.2O2 등을 예시할 수 있다. Examples of the positive electrode active material include a compound containing Li, an oxide, and a sulfide. Examples of the metal included may include a material containing at least one or more of Mn, Co, Ni, Fe, Al, and the like. . More specifically, LiMn 2 O 4 , LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiFeO 2 , LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 , LiNi 0.8 Co 0.2 O 2 , and the like can be exemplified.
또 결착제로는 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리테트라플루오로에틸렌 등을 예시할 수 있다. Moreover, polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, etc. can be illustrated as a binder.
또한 도전 조재로는, 카본블랙, 케쳇 블랙(KETJEN BLACK), 흑연 등의 탄소화물을 예시할 수 있다. Moreover, as a conductive support material, carbonide, such as carbon black, KETJEN BLACK, graphite, can be illustrated.
또한 양극 집전체로는, 알루미늄, 스테인리스강 등으로 구성된 금속박 또는 금속망을 예시할 수 있다. Moreover, as a positive electrode electrical power collector, the metal foil or the metal net which consisted of aluminum, stainless steel, etc. can be illustrated.
(음극) (cathode)
음극으로는, 리튬의 삽입 및 탈리가 가능한 음극 활물질 및 결착제를 포함하고, 또한 필요에 따라 도전 조재를 포함하는 음극 합재와, 이 음극 합재에 접합되는 음극 집전체로 이루어진 시트형의 전극을 이용할 수 있다. As the negative electrode, a sheet-shaped electrode made of a negative electrode material containing a negative electrode active material and a binder capable of intercalating and deintercalating lithium, and containing a conductive additive as necessary, and a negative electrode current collector bonded to the negative electrode material can be used. have.
또, 음극으로 상기 음극 합재를 원판형으로 형성시킨 펠릿형 또는 시트형의 전극도 이용할 수 있다. Moreover, the pellet type or sheet | seat type electrode which formed the said negative electrode mixture in disk shape as a negative electrode can also be used.
상기 결착제는 유기질 또는 무기질 중 어느 것도 사용할 수 있고, 음극 활물질과 함께 용매에 분산 또는 용해시킨 후, 용매를 제거하는 공정에 따라 음극 활물질을 결착시킬 수 있으면 어떠한 것도 사용할 수 있다.Any one of organic and inorganic materials may be used as the binder, and any one may be used as long as the negative electrode active material can be bound by a step of dispersing or dissolving it in a solvent together with the negative electrode active material and then removing the solvent.
또한 음극 활물질과 함께 혼합하고, 가압 형성 등의 고착화 형성을 행하는 공정에 의해 음극 활물질을 결착시킬 수 있는 것도 사용할 수 있다.Moreover, what mix | blends a negative electrode active material by the process of mixing with a negative electrode active material and performing solidification formation, such as pressure formation, can also be used.
이러한 결착제로는 예를 들면, 비닐계수지, 셀룰로오스계 수지, 페놀 수지, 열 가소성 수지, 열변화성수지 등을 사용할 수 있고, 예를 들면 폴리 비닐리덴 플루오라이드, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로오스, 스티렌부타디엔 러버 등의 수지를 예시할 수 있다. As such a binder, for example, a vinyl resin, a cellulose resin, a phenol resin, a thermoplastic resin, a heat changeable resin, or the like can be used. For example, polyvinylidene fluoride, polyvinyl alcohol, carboxymethyl cellulose, styrene Resin, such as butadiene rubber, can be illustrated.
또, 음극 활물질 및 결착제 이외에, 도전 조재로서 카본블랙, 흑연분말, 탄소 섬유, 금속분말, 금속섬유 등을 첨가 할 수도 있다. In addition to the negative electrode active material and the binder, carbon black, graphite powder, carbon fiber, metal powder, metal fiber, or the like may be added as the conductive assistant.
또한 음극 집전체로는구리로 형성되는 금속박 또는 금속망을 예시할 수 있 다. In addition, the negative electrode current collector may be exemplified by a metal foil or a metal mesh formed of copper.
음극 활물질로는 LixMyVzO2+d로 표현되는 리튬 바나듐 복합 산화물의 표면에, 2족 내지 15족 원소 중 어느 1종 또는 2종 이상의 원소를 포함하는 화합물, 바람직하게는 Zr, Mg, Al,Y 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 원소를 포함하는 화합물, 더욱 바람직하게는 Zr, Mg, Al, Y 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 산화물, 질화물, 할로겐화물, 황화물, 수산화물 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 화합물, 더욱 바람직하게는 산화 이트륨, 산화 지르코늄 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 화합물이 부착된 것을 이용할 수 있다. As the negative electrode active material, a compound containing any one or two or more elements of Group 2 to Group 15 elements on the surface of the lithium vanadium composite oxide represented by Li x M y V z O 2 + d , preferably Zr, Compounds comprising an element selected from the group consisting of Mg, Al, Y and combinations thereof, more preferably oxides, nitrides, halides, sulfides selected from the group consisting of Zr, Mg, Al, Y and combinations thereof And a compound selected from the group consisting of hydroxides and combinations thereof, more preferably yttrium oxide, zirconium oxide and combinations thereof.
LixMyVzO2 +d는 조성비를 나타내는 x, y, z 및 d가 각각, 0.1 ≤ x ≤ 2.5, 0 ≤ y ≤ 0.5, 0.5 ≤ z ≤ 1.5, 0 ≤ d ≤ 0.5이며, M 원소는 Al, Cr, Mo, Ti, W, Zr 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 원소인 리튬 바나듐 복합 산화물이다. Li x M y V z O 2 + d is x, y, z and d representing the composition ratio, respectively, 0.1 ≦ x ≦ 2.5, 0 ≦ y ≦ 0.5, 0.5 ≦ z ≦ 1.5, 0 ≦ d ≦ 0.5, and M The element is a lithium vanadium composite oxide which is an element selected from the group consisting of Al, Cr, Mo, Ti, W, Zr, and combinations thereof.
상기 LixMyVzO2+d는 흑연에 거의 가까운 방전 전위 및 수명특성을 제공할 수 있다. 상기 조성식으로 나타낸 리튬 바나듐 복합 산화물을 이용했을 경우, 1000mAh/cc 이상의 단위체적당 용량을 얻는 것이 가능하다. The Li x M y V z O 2 + d may provide a discharge potential and lifespan characteristic close to graphite. When the lithium vanadium composite oxide represented by the above composition formula is used, it is possible to obtain a capacity per unit volume of 1000 mAh / cc or more.
LixMyVzO2+d는 Li와 산소, 전이금속원소와 산소가 각각 교대로 층상의 형태를 한 R-3M 구조를 포함한다. 즉, LiVO2 구조에 있어서, 전이금속(V)의 일부를, Li으로 치환해서 Li를 풍부하게 하고, 또 다른 제3 전이금속 (예를 들면, Ti, Mo, Cr, Al등)으로 치환함으로써, 가역적인 리튬의 삽입/탈리가 가능하게 한 것이다. Li x M y V z O 2 + d includes an R-3M structure in which Li and oxygen, transition metal elements, and oxygen are alternately layered. In other words, in the LiVO 2 structure, a part of the transition metal (V) is replaced with Li to enrich Li and substituted with another third transition metal (for example, Ti, Mo, Cr, Al, etc.). , Reversible insertion / desorption of lithium is possible.
한편, 상기 R-3M 구조에서 "-3" 라는 표기는 본래, "3" 위에 바(-)를 기재한 표기를 말한다. On the other hand, in the R-3M structure, the notation "-3" refers to a notation in which a bar (-) is written above "3".
즉, LiVO2의 구조는, 육각형의 클로즈드 패킹(hexagonal closed packing)을 하고 있는 산소 이온 사이의 산소 이온 팔면체(octahedral)사이트에 V 금속 이온층(Li와 제3 금속으로 치환된)이 존재하고, Li 이온은 그 하층에 있는 팔면체 사이트에 존재한다. That is, in the structure of LiVO 2 , a V metal ion layer (substituted with Li and a third metal) is present at an oxygen octahedral site between oxygen ions in hexagonal closed packing. Ions are present at octahedral sites below them.
여기에 리튬이 삽입되어 Li2VO2이 되면, 그 구조는, V 금속 이온층(Li와 제3 금속으로 치환된)이 존재하고, 그 다음 층에 산소 이온층이 존재하고, Li층이 복층으로 위치하고, 그 다음 층에 산소 이온층이 존재하고, 그 다음 층은 다시 V 금속 이온층(Li와 제3 금속으로 치환된)이 존재하는 구조로 변하게 된다. When lithium is inserted into Li 2 VO 2 , the structure includes a V metal ion layer (substituted with Li and a third metal), an oxygen ion layer in the next layer, and a Li layer in multiple layers. In the next layer, an oxygen ion layer is present, and the next layer is changed into a structure in which a V metal ion layer (substituted with Li and a third metal) is present.
LixMyVzO2+d는 저전위라도 리튬이 원활하게 삽입/이탈되게, V 금속 이온층의 일부를 다른 제3 금속과 Li으로 치환해서 격자정수, 즉 a축간 거리를 증가시킨 것이다. Li x M y V z O 2 + d is a part of the V metal ion layer that is replaced with another third metal and Li to increase lithium lattice constant, that is, the distance between a axes, so that lithium is smoothly inserted / deleted even at a low potential.
이것에 의해 리튬층이 넓어져, 리튬이 삽입되는 결정구조에있어서의 리튬의 삽입/이탈이 용이해진다. This makes the lithium layer wider and facilitates insertion / deletion of lithium in the crystal structure into which lithium is inserted.
이렇게 리튬의 삽입/이탈이 용이해지면, 충방전시의 리튬 확산 속도가 증가하므로, 전지의 수명 및 충방전시의 효율이 향상된다. In this way, when the insertion / extraction of the lithium becomes easy, the lithium diffusion rate during charge and discharge increases, so that the life of the battery and the efficiency during charge and discharge are improved.
본 실시 형태에서는, 전술한 격자구조의 변화를 이용하고, 저전위에서 리튬 이 원활한 삽입/탈리가 가능한 최적인 조성을 갖는 상기 LixMyVzO2+d 조성의 리튬 바나듐 복합 산화물을 이용한다. In the present embodiment, the above-described change in lattice structure is used, and a lithium vanadium composite oxide having the Li x M y V z O 2 + d composition having an optimal composition capable of smooth insertion / desorption at lithium at low potential is used.
LixMyVzO2+d는 바나듐(V)의 평균 산화수가 +1가 내지 +4가의 범위이고, 보다 바람직하게는 +1가 내지 +3가의 범위이다. 다시 말해, 이 리튬 바나듐 복합 산화물의 바나듐(V)은 산화 환원 반응이 +1가 내지 +4가의 범위에서 리튬 복합 산화물을 양극 활물질로 이용했을 때의 산화 환원 전위는 리튬 금속대비 1V 이하가 된다. 이것에 대하여, 종래 양극 활물질로 이용된 바나듐 산화물의 산화 환원 반응 커플은 주로 +3가 내지 +4가, +4가 내지 +5가이며, 초기 산화 환원 전위는 리튬 금속대비 2V이상이다. Li x M y V z O 2 + d is an average oxidation number of vanadium (V) in the range of + 1-valent to + 4-valent, and more preferably in the range of + 1-valent to + trivalent. In other words, the vanadium (V) of this lithium vanadium composite oxide has a redox potential when the lithium composite oxide is used as the positive electrode active material in the range of +1 to +4 valence, which is 1 V or less than that of lithium metal. On the other hand, the redox reaction couple of vanadium oxide conventionally used as a positive electrode active material is mainly + 3-valent to + 4-valent, + 4-valent to + 5-valent, and the initial redox potential is 2V or more relative to lithium metal.
이것과 비교하면, 상기 리튬 바나듐 복합 산화물의 산화 환원 전위가 1V이하라고 하는 것은, LixMyVzO2+d는 굉장히 낮은 전위로 산화 환원 반응이 가능한 것이다. 다시 말해, LixMyVzO2+d 조성의 산화물을 음극 활물질로서 이용했을 경우, 전지의 방전 전압은 높은 값을 나타냄을 예상할 수 있다. In comparison with this, the redox potential of the lithium vanadium composite oxide is 1 V or less, which means that the redox reaction is possible at a very low potential of Li x M y V z O 2 + d . In other words, when an oxide having a composition of Li x M y V z O 2 + d is used as the negative electrode active material, the discharge voltage of the battery can be expected to show a high value.
LixMyVzO2+d의 조성비를 나타내는 x, y, z 및 d가 전술한 범위를 넘으면, 리튬 금속대비 평균 전위는 2.5V 이상으로 높아지고, 그 결과 방전 전압이 낮아지므로, x, y, z 및 d는 전술한 범위내인 것이 바람직하다. When x, y, z and d representing the composition ratio of Li x M y V z O 2 + d exceed the above-mentioned range, the average potential of the lithium metal becomes higher than 2.5 V, and as a result, the discharge voltage is lowered, so that x, It is preferable that y, z, and d are in the above-mentioned range.
또 상기 LixMyVzO2+d는 리튬 삽입전의 결정 축간의 거리비(c/a축비)가 2.5 내지 6.5이며, 보다 바람직하게는 3.0 내지 6.2이다. The Li x M y V z O 2 + d has a distance ratio (c / a axis ratio) between crystal axes before lithium insertion of 2.5 to 6.5, more preferably 3.0 to 6.2.
리튬 삽입전의 결정축간의 거리비(c/a축비)가 상술한 범위를 넘으면, 리튬의 삽입 및 탈리가 구조적으로 어려워지고, 리튬의 삽입/탈리 전위도 0.6V 이상으로 증가하여, 음이온인 산소의 반응 기여에 의한 삽입과 이탈의 사이의 전위차가 커지는 이력(hysteris)현상이 발생하므로, 바람직하지 않다. When the distance ratio (c / a-axis ratio) between crystal axes before lithium insertion exceeds the above-mentioned range, insertion and desorption of lithium becomes structurally difficult, and the insertion / desorption potential of lithium also increases to 0.6 V or more, thereby reducing oxygen The hysteris phenomenon, in which the potential difference between insertion and departure due to the reaction contribution becomes large, occurs, which is not preferable.
상기 LixMyVzO2+d는 리튬 삽입후의 결정 축간의 거리비 (c/a축비)는 3.5 내지 7.0이며, 바람직하게는 4.0 내지 7.0이다. 상기 범위보다 작은 경우는 삽입된 Li에 의한 격자의 변화가 적어서 격자내로 Li의 확산이 어렵고, 상기 범위보다 클 경우에는 결정 구조를 유지하는 것이 어려워진다. The distance ratio (c / a axis ratio) between the crystal axes after lithium insertion in the Li x M y V z O 2 + d is 3.5 to 7.0, and preferably 4.0 to 7.0. If it is smaller than the above range, the change of the lattice due to the inserted Li is small, making it difficult to diffuse Li into the lattice, and if larger than the above range, it is difficult to maintain the crystal structure.
상기 LixMyVzO2+d는 단위체적당의 이론밀도가 4.2g/cc으로, 실제로 극판으로 제조했을 때의 단위체적당의 밀도는 대략 3.0g/cc이상의 값을 나타낸다. 또한 용량이 300mAh/g일 때, 단위체적당 이론용량은 1200mAh/cc이상이며, 실측값으로는 900mAh/cc 이상의 단위체적당 용량을 얻음을 알 수 있다. The Li x M y V z O 2 + d has a theoretical density of 4.2 g / cc per unit volume, and a density per unit volume of about 3.0 g / cc or more when actually manufactured with an electrode plate. In addition, when the capacity is 300mAh / g, the theoretical capacity per unit volume is 1200mAh / cc or more, it can be seen that the actual capacity per unit volume of 900mAh / cc or more is obtained.
이것은, 종래 음극 활물질인 흑연의 단위체적당 이론밀도 2.0g/cc, 실제로 음극으로 이용했을 경우의 밀도 1.6g/cc, 용량 360mAh/g때의 단위 체적당의 실측 값 용량 570mAg/cc과 비교하면, 에너지 밀도가 약 2배 향상된 것이다. This is compared with a theoretical density of 2.0 g / cc per unit volume of graphite which is a conventional negative electrode active material, an actual value capacity of 570 mAg / cc per unit volume at a density of 1.6 g / cc when actually used as a negative electrode and a capacity of 360 mAh / g. The density is about 2 times better.
그 다음에, LixMyVzO2+d의 표면에 부착되는 화합물로는, 2족 내지 15족 원소 중 어느 1종 또는 2종 이상의 원소를 포함하는 화합물, 바람직하게는 Zr, Mg, Al, Y 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 원소를 포함하는 화합물, 보다 바람직하게는 Zr, Mg, Al, Y 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 원소를 포함하는 산화물, 질화물, 할로겐화물, 황화물, 수산화물 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 원소를 포함하는 화합물, 더욱 바람직하게는 산화 이트륨, 산화 지르코늄 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것이다.Subsequently, the compound attached to the surface of Li x M y V z O 2 + d is a compound containing any one or two or more elements of Group 2 to Group 15 elements, preferably Zr, Mg, Compounds comprising an element selected from the group consisting of Al, Y and combinations thereof, more preferably oxides, nitrides and halides comprising an element selected from the group consisting of Zr, Mg, Al, Y and combinations thereof , Compounds containing an element selected from the group consisting of sulfides, hydroxides and combinations thereof, more preferably is selected from the group consisting of yttrium oxide, zirconium oxide and combinations thereof.
상기 화합물은 후술하는 바와 같이, Zr 등의 탄산염과 LixMyVzO2+d를 혼합해서 소성하는 방법이나, Zr 등의 탄산염과, LixMyVzO2+d를 구성하는 Li 원료 물질, M 원료 물질 및 V 원료 물질을 동시에 소성하는 방법이나, Zr 등의 탄산염과 LixMyVzO2+d를 미케노케미칼에 의해 일체화하는 방법 등에 따라 LixMyVzO2+d의 표면에 부착시킬 수 있다. As described later, the compound is a method of mixing a carbonate such as Zr with Li x M y V z O 2 + d and baking, or forming a carbonate such as Zr with Li x M y V z O 2 + d Li raw material, M raw material and V method of raw materials at the same time, calcining the material, or a carbonate, such as Zr and Li x M y V along the z O 2 + d to a method for integrating by the furnace Chemical Mike Li x M y V z It can be attached to the surface of O 2 + d .
이 때문에, 2족 내지 15족 중 어느 원소 중에서도, 특히 V(바나듐)보다도 이온 반경이 큰 것을 사용하는 것이, LixMyVzO2+d의 표면에 상기 화합물을 부착시키기 위해서 보다 바람직하다. V(바나듐)보다 이온 반경이 큰 원소로는, Y(이트륨) 또는 Zr(지르코늄)을 예시할 수 있다. For this reason, among which the elements of Group 2 to Group 15, in particular, V (vanadium), than it is to use the large ion radius, more preferred in order to attach the compound to the surface of the Li x M y V z O 2 + d . As an element whose ion radius is larger than V (vanadium), Y (yttrium) or Zr (zirconium) can be illustrated.
여기에서, 「부착 」이란, LixMyVzO2+d 표면의 일부를 상기 화합물이 피복한 상태를 말한다. LixMyVzO2+d의 표면의 전부가 상기 화합물에 의해 피복되면, LixMyVzO2+d에 대한 리튬이온의 삽입/탈리 반응이 저해될 우려가 있어서 바람직하지 않다. Here, "attachment" means the state which the said compound coat | covered a part of Li x M y V z O 2 + d surface. If the entire surface of Li x M y V z O 2 + d is covered by the compound, the insertion / desorption reaction of lithium ions to Li x M y V z O 2 + d may be inhibited, which is not preferable. .
또한 LixMyVzO2+d의 내부에, 상기 화합물을 구성하는 2족 내지 15족 중의 어느 원소가, 침입하거나 또는 V 또는 M원소와 치환하는 형태로 확산되어 있어도 된다. In addition, any element of Groups 2 to 15 constituting the compound may be infiltrated into Li x M y V z O 2+ d in the form of invading or substituting with V or M elements.
LixMyVzO2+d의 내부에, 2족 내지 15족 중의 1종 또는 2종 이상의 원소가 확산됨에 따라 LixMyVzO2+d 최표면의 결정 조직이 변성되어서, 특성개선에 기여할 수도 있다. In the inside of Li x M y V z O 2 + d , one or two or more elements of Groups 2 to 15 are diffused to denature the crystal structure of the Li x M y V z O 2 + d outermost surface, It may also contribute to the improvement of characteristics.
LixMyVzO2+d의 표면은, 흑연과 비교하여, 충전시에 불안정해지고, 비수 전해질을 분해해버릴 우려가 있지만, 상기한 바와 같이, LixMyVzO2 +d의 표면에 상기 화합물이 부착된 음극 활물질을 사용함에 따라 리튬 삽입시의 LixMyVzO2 +d 표면에서의 비수 전해질을 분해 반응을 억제할 수 있으며, 열적 안정성을 높일 수 있다. Although the surface of Li x M y V z O 2 + d may become unstable at the time of charging and decompose the nonaqueous electrolyte as compared with graphite, as described above, Li x M y V z O 2 + d By using the negative electrode active material having the compound attached to the surface of the non-aqueous electrolyte at the surface of Li x M y V z O 2 + d during lithium insertion can inhibit the decomposition reaction, it is possible to increase the thermal stability.
한편, 리튬 바나듐 복합 산화물에 대한, 2족 내지 15족 중의 어느 1종 또는 2종 이상의 원소를 포함하는 화합물의 부착량은 0.5 중량% 이상, 10 중량% 이하, 더욱 바람직하게는 0.5 중량% 이상, 5 중량% 이하, 더욱 바람직하게는 0.5 중량% 이상, 3 중량% 이하가 바람직하다. 상기 부착량이 0.5 중량% 이상이면, 음극 활물질의 열적 안정성을 높일 수 있다. 또한 부착량이 10 중량% 이하이면, 음극 활물질의 방전 용량이 대폭적인 저하가 방지되어 바람직하다. On the other hand, the adhesion amount of the compound containing any one or two or more elements of Groups 2 to 15 to the lithium vanadium composite oxide is 0.5% by weight or more, 10% by weight or less, more preferably 0.5% by weight or more, 5 It is preferably at most% by weight, more preferably at least 0.5% by weight and at most 3% by weight. If the adhesion amount is 0.5% by weight or more, the thermal stability of the negative electrode active material can be improved. Moreover, when adhesion amount is 10 weight% or less, since the fall of the discharge capacity of a negative electrode active material is prevented significantly, it is preferable.
본 발명의 음극 활물질은 열적 안정성이 매우 우수한 화합물로서, 그 발열량이 40mW/g 내지 0mW/g으로 매우 작다. 발열량은 활물질이 충방전시 발생되는 열량을 나타내는 것으로서, 작으면 작을수록 안정성이 매우 우수함을 나타낸다.The negative electrode active material of the present invention is a compound having excellent thermal stability, and its calorific value is very small, from 40 mW / g to 0 mW / g. The calorific value indicates the amount of heat generated during charging and discharging of the active material, and the smaller the value, the more excellent the stability.
상기 음극 활물질은, 예를 들면, 다음 3가지의 방법으로 제조된다. The said negative electrode active material is manufactured by the following three methods, for example.
제1 방법으로는, LixMyVzO2+d 조성의 리튬 바나듐 복합 산화물과, Zr, Mg, Al, Y 등의 탄산염 또는 수산화물을 준비한다. 그리고, 상기 복합 산화물 및 탄산염 등을 습식 또는 건식으로 혼합하고, 이 혼합물을 질소, 아르곤 등의 비산화성 분위기에서 예를 들면 400 내지 1400℃의 온도로 소성한다. 한편, 소성 시간은 소성 온도에 따라 적당하게 변경할 수 있다. 이러한 방법에 따라 Zr, Mg, Al, Y 등의 산화물이 리튬 바나듐 복합 산화물의 표면에 부착된 음극 활물질이 제조된다. The first method, to prepare a carbonate or a hydroxide, such as Li x M y V z O 2 + d lithium vanadium composite oxide of the composition and, Zr, Mg, Al, Y. The composite oxide, carbonate, and the like are mixed by wet or dry, and the mixture is calcined at a temperature of, for example, 400 to 1400 ° C. in a non-oxidizing atmosphere such as nitrogen and argon. In addition, baking time can be suitably changed with baking temperature. According to this method, a negative electrode active material in which oxides such as Zr, Mg, Al, and Y adhere to the surface of the lithium vanadium composite oxide is prepared.
상기 LixMyVzO2+d 조성의 리튬 바나듐 복합 산화물을 미리 제조하는 방법으로는 먼저, 바나듐 원료물질, 리튬 원료물질 및 M원소 원료물질을 고상 혼합한다. 이 때, 바나듐 원료물질, 리튬 원료물질 및 M원소 원료물질의 혼합 비율은 LixMyVzO2+d의 조성이 얻어지는 범위에서 적절하게 조절 할 수 있다. As a method of preparing the lithium vanadium composite oxide having the Li x M y V z O 2 + d composition in advance, first, the vanadium raw material, the lithium raw material and the M element raw material are mixed in solid phase. At this time, the mixing ratio of the vanadium raw material, the lithium raw material and the M element raw material can be appropriately adjusted in the range where the composition of Li x M y V z O 2 + d is obtained.
상기 바나듐 원료 물질로는 바나듐 금속, VO, V2O3, V2O4, V2O5, V407, VOSO4·nH2O 또는 NH4VO3을 이용할 수 있다. 상기 리튬 원료 물질로는 리튬 카보네이트, 수산화 리튬, 질산 리튬 및 아세트산 리튬으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것을 이용할 수 있다. 상기 M 원소 원료 물질로는 Al, Cr, Mo, Ti, W 및 Zr로부터 이루어지는 군으로부터 선택되는 금속을 포함하는 산화물 또는 수산화물로부터 이루어지는군으로부터 선택되는 물질을 이용할 수 있다. 이들의 예로는 Al(OH)3, Al2O3, Cr2O3, MoO3, TiO2, WO3, 또는 ZrO2 등을 들 수 있다. As the vanadium raw material, vanadium metal, VO, V 2 O 3 , V 2 O 4 , V 2 O 5 , V 4 0 7 , VOSO 4 nH 2 O or NH 4 VO 3 may be used. The lithium raw material may be selected from the group consisting of lithium carbonate, lithium hydroxide, lithium nitrate and lithium acetate. As the M element raw material, a material selected from the group consisting of an oxide or a hydroxide containing a metal selected from the group consisting of Al, Cr, Mo, Ti, W and Zr can be used. Examples thereof include Al (OH) 3 , Al 2 O 3 , Cr 2 O 3 , MoO 3 , TiO 2 , WO 3 , or ZrO 2 .
바나듐 원료물질, 리튬 원료물질 및 M원소 원료물질로 이루어진 혼합물을 환원 분위기 하에서 500 내지 1400℃, 바람직하게는 900 내지 1200℃의 온도로 열처리하여, 리튬 바나듐 복합 산화물을 제조한다. A mixture consisting of a vanadium raw material, a lithium raw material and a M element raw material is heat-treated at a temperature of 500 to 1400 ° C., preferably 900 to 1200 ° C. under a reducing atmosphere to prepare a lithium vanadium composite oxide.
이 때, 상기 열처리 온도가 500 내지 1400℃ 범위를 벗어나면, 불순물(예를 들면, Li3VO4 등)이 형성될 우려가 있고, 이 불순물 때문에 전지의 용량 및 수명이 저하되므로 바람직하지 않다. At this time, when the heat treatment temperature is out of the range of 500 to 1400 ° C., impurities (for example, Li 3 VO 4, etc.) may be formed, which is not preferable because the capacity and life of the battery are lowered due to the impurities.
상기 환원 분위기에서실시되는 열처리는, 질소분위기, 아르곤 분위기, N2/H2 혼합 가스 분위기, CO/CO2 혼합 가스 분위기 또는 헬륨 분위기에서실시한다. 이 때, 환원 분위기의 산소 분압은 2 X 10-1Pa 미만이 바람직하다. 환원 분위기의 산소 분압이 2 X 10-1Pa 이상이면, 산화 분위기가 되어버려, 상기 혼합물이 산소가 풍부한 다른 물질로 합성되거나, 산소수가 2이상의 다른 불순물과 혼합물이 되어, 금속 산화물이 산화된 상태가 변한 상태가 발생하여 바람직하지않다. The heat treatment carried out in the reducing atmosphere is carried out in a nitrogen atmosphere, an argon atmosphere, an N 2 / H 2 mixed gas atmosphere, a CO / CO 2 mixed gas atmosphere, or a helium atmosphere. At this time, the oxygen partial pressure in the reducing atmosphere is preferably less than 2 × 10 −1 Pa. When the oxygen partial pressure of the reducing atmosphere is 2 × 10 −1 Pa or more, the oxygen atmosphere becomes an oxidizing atmosphere, and the mixture is synthesized with another material rich in oxygen, or the oxygen water is mixed with two or more other impurities and the metal oxide is oxidized. It is not desirable to have a changed state.
음극 활물질을 제조하는 제2 방법으로는, 바나듐 원료물질, 리튬 원료물질 및 M원소 원료물질과, Zr, Mg, Al, Y 등의 탄산염 또는 수산화물을 준비한다. 바나듐 원료물질, 리튬 원료물질 및 M원소 원료물질의 혼합 비율은, LixMyVzO2+d의 조성이 얻어지는 범위에서 적절하게 조절한다. As a 2nd method of manufacturing a negative electrode active material, a vanadium raw material, a lithium raw material, and a M element raw material, and carbonates or hydroxides, such as Zr, Mg, Al, and Y, are prepared. The mixing ratio of the vanadium raw material, the lithium raw material and the M element raw material is appropriately adjusted in the range where the composition of Li x M y V z O 2 + d is obtained.
이어서, 이들을 습식 또는 건식으로 혼합하고, 질소, 아르곤 등의 비산화성 분위기 중에서 예를 들면, 400 내지 1400℃의 온도로 소성한다. 한편, 소성 시간 은 소성 온도에 따라 적당히 변경한다. 이러한 방법에 따라 Zr, Mg, Al, Y 등의 산화물이 리튬 바나듐 복합 산화물의 표면에 부착된 음극 활물질이 제조된다. Then, these are mixed in a wet or dry manner and fired at a temperature of, for example, 400 to 1400 ° C. in a non-oxidizing atmosphere such as nitrogen and argon. On the other hand, the firing time is appropriately changed depending on the firing temperature. According to this method, a negative electrode active material in which oxides such as Zr, Mg, Al, and Y adhere to the surface of the lithium vanadium composite oxide is prepared.
제3 방법으로는, LixMyVzO2+d 조성의 리튬 바나듐 복합 산화물과, 2족 내지 15족 중의 어느 1종 또는 2종이상의 원소를 포함하는 산화물, 질화물, 할로겐화물, 황화물, 수산화물 또는 이들의 조합을 준비하고, 이것들을 습식 또는 건식으로 혼합한다. In the third method, an oxide, nitride, halide, sulfide, containing a lithium vanadium composite oxide having a composition of Li x M y V z O 2 + d and any one or two or more elements of Groups 2 to 15, Hydroxides or combinations thereof are prepared and mixed either wet or dry.
이어서, 혼합물을 미케노케미칼(mechanochemical)법으로처리함으로써, 리튬 바나듐 복합 산화물의 표면에, 상기의 산화물, 질화물, 할로겐화물, 황화물, 수산화물 또는 이들의 조합을 물리적으로 부착시킨다. Subsequently, the mixture is treated by a mechanochemical method to physically attach the above oxides, nitrides, halides, sulfides, hydroxides, or a combination thereof to the surface of the lithium vanadium composite oxide.
이와 같이 하여, 리튬 바나듐 복합 산화물의 표면에, 2족 내지 15족의 어느 1종 또는 2종이상의 원소를 포함하는 산화물, 질화물, 할로겐화물, 황화물, 수산화물 또는 이들의 조합이 부착된 음극 활물질이 제조된다. In this way, a negative electrode active material having an oxide, nitride, halide, sulfide, hydroxide, or a combination thereof containing any one or two or more elements of Groups 2 to 15 on the surface of the lithium vanadium composite oxide is prepared. do.
(비수 전해질) (Nonaqueous electrolyte)
비수 전해질로는 예를 들면, 비양성자성 용매에 리튬 염이 용해된 비수 전해질을 예시할 수 있다. Examples of the nonaqueous electrolyte include a nonaqueous electrolyte in which a lithium salt is dissolved in an aprotic solvent.
비양성자성 용매는 환형 카보네이트 단독 혹은 쇄상 카보네이트와 혼합 사용되는 것이 일반적이지만, 혼합할 경우, 다음 조합 예를 들 수 있다. The aprotic solvent is generally used alone or in combination with a linear carbonate. However, when mixed, the following combination examples may be mentioned.
에틸렌 카보네이트와 디메틸 카보네이트; 에틸렌 카보네이트와 메틸에틸 카보네이트; 에틸렌 카보네이트와 디에틸카보네이트; 프로필렌 카보네이트와 디메틸 카보네이트; 프로필렌 카보네이트와 메틸에틸 카보네이트;프로필렌 카보네이트와 디에틸카보네이트; 에틸렌 카보네이트, 프로필렌 카보네이트와 디메틸 카보네이트; 에틸렌 카보네이트, 프로필렌 카보네이트와 메틸에틸 카보네이트; 에틸렌 카보네이트, 프로필렌 카보네이트와 디에틸카보네이트; 에틸렌 카보네이트, 디메틸 카보네이트와 메틸에틸 카보네이트; 에틸렌 카보네이트, 디메틸 카보네이트와 디에틸 카보네이트 에틸렌 카보네이트, 메틸에틸 카보네이트와 디에틸카보네이트; 에틸렌 카보네이트, 디메틸 카보네이트, 메틸에틸 카보네이트와 디에틸카보네이트; 에틸렌 카보네이트, 프로필렌 카보네이트, 디메틸 카보네이트와 메틸에틸 카보네이트; 에틸렌 카보네이트, 프로필렌 카보네이트, 디메틸 카보네이트와 디에틸 카보네이트; 에틸렌 카보네이트, 프로필렌 카보네이트, 메틸에틸 카보네이트와 디에틸카보네이트; 에틸렌 카보네이트, 프로필렌 카보네이트, 디메틸 카보네이트, 메틸에틸 카보네이트와 디에틸카보네이트. Ethylene carbonate and dimethyl carbonate; Ethylene carbonate and methylethyl carbonate; Ethylene carbonate and diethyl carbonate; Propylene carbonate and dimethyl carbonate; Propylene carbonate and methylethyl carbonate; propylene carbonate and diethyl carbonate; Ethylene carbonate, propylene carbonate and dimethyl carbonate; Ethylene carbonate, propylene carbonate and methylethyl carbonate; Ethylene carbonate, propylene carbonate and diethyl carbonate; Ethylene carbonate, dimethyl carbonate and methylethyl carbonate; Ethylene carbonate, dimethyl carbonate and diethyl carbonate ethylene carbonate, methylethyl carbonate and diethyl carbonate; Ethylene carbonate, dimethyl carbonate, methylethyl carbonate and diethyl carbonate; Ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate and methylethyl carbonate; Ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate and diethyl carbonate; Ethylene carbonate, propylene carbonate, methylethyl carbonate and diethyl carbonate; Ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate, methylethyl carbonate and diethyl carbonate.
환형 카보네이트와 쇄상 카보네이트와의 혼합비(환형 카보네이트 : 쇄상 카보네이트)는 중량비로 바람직하게는 1:99 내지 99:1, 보다 바람직하게는 5:95 내지 70:30, 더욱 바람직하게는 10:90 내지 60:40이다. 이 혼합 비율에 포함될 때 리튬 이차 전지의 충방전 특성을 해치지 않으면서 양호한 전기 전도성을 갖는 비수 전해질을 제공할 수 있다.The mixing ratio of the cyclic carbonate to the linear carbonate (cyclic carbonate: chain carbonate) is preferably 1:99 to 99: 1 by weight, more preferably 5:95 to 70:30, and even more preferably 10:90 to 60. : 40. When included in this mixing ratio, it is possible to provide a nonaqueous electrolyte having good electrical conductivity without compromising the charge and discharge characteristics of a lithium secondary battery.
한편, 리튬 염으로는 LiPF6, LiBF4, LiClO4, LiAsF6, Li2SiF6, LiOSO2CkF(2k+1)(k는 1 내지 8의 정수), LiPFnCkF(2k+1)(6-n)(n은 1 내지 5의 정수, k는 1 내지 8의 정수) 등의 리튬 염을 들 수 있다. 또, 다음 일반식에서 나타내는 리튬 염도 사용 할 수 있다: LiC(SO2R5)(SO2R6)(SO2R7), LiN(SO2OR8)(SO2OR9), LiN(SO2R10)(SO2OR11), LiN(SO2R12)(SO2R13). On the other hand, as the lithium salt, LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , Li 2 SiF 6 , LiOSO 2 C k F (2k + 1) (k is an integer of 1 to 8), LiPF n C k F (2k Lithium salt, such as +1) (6-n) (n is an integer of 1-5, k is an integer of 1-8), etc. are mentioned. Lithium salts represented by the following general formula may also be used: LiC (SO 2 R 5 ) (SO 2 R 6 ) (SO 2 R 7 ), LiN (SO 2 OR 8 ) (SO 2 OR 9 ), LiN (SO 2 R 10 ) (SO 2 OR 11 ), LiN (SO 2 R 12 ) (SO 2 R 13 ).
여기에서, R5 내지 R13은 서로 동일하거나 상이하며, 탄소수 1 내지 8의 퍼플루오로알킬기이다. 이들의 리튬 염은 단독으로 사용 할 수도 있고, 또 2종류 이상을 혼합해서 사용 할 수도 있다. Here, R 5 to R 13 are the same as or different from each other, and are a perfluoroalkyl group having 1 to 8 carbon atoms. These lithium salts may be used alone or in combination of two or more thereof.
또 비수 전해질로서, 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리비닐 알코올 등의 폴리머에 상기 리튬 염중 하나를 혼합한 것이나, 팽윤성이 높은 폴리머에, 상기 비양성자성용매 및 리튬 염을 함침시킨 것, 즉 폴리머 전해질을 이용할 수도 있다. As the nonaqueous electrolyte, one obtained by mixing one of the lithium salts with a polymer such as polyethylene oxide, polyvinyl alcohol, or the like, in which the polymer having high swellability is impregnated with the aprotic solvent and the lithium salt, that is, a polymer electrolyte may be used. .
또한, 본 발명의 리튬 이차 전지는, 양극, 음극 및 비수 전해질 이외에 필요에 따라 다른 부재 등을 포함할 수도 있으며, 예를 들면 양극과 음극을 격리하는 세퍼레이터를 포함할 수도 있다.In addition, the lithium secondary battery of the present invention may include other members and the like, in addition to the positive electrode, the negative electrode, and the nonaqueous electrolyte, and may include, for example, a separator that separates the positive electrode and the negative electrode.
세퍼레이터는 비수 전해질이 폴리머 전해질이 아닐 경우에는 필수적이며, 다공질의 폴리프로필렌 필름, 다공질의 폴리에틸렌 필름 등, 공지된 세퍼레이터를 적당하게 사용할 수 있다.A separator is essential when a nonaqueous electrolyte is not a polymer electrolyte, and well-known separators, such as a porous polypropylene film and a porous polyethylene film, can be used suitably.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 음극 활물질은 LixMyVzO2+d로 나타내는 리튬 바나듐 복합 산화물의 표면에, 2족 내지 15족 중의 어느 1종 또는 2종 이상의 원소를 포함하는 화합물, 바람직하게는 Zr, Mg, Al, Y 및 이들의 조합으로 이루어 진 군에서 선택되는 원소를 포함하는 화합물, 보다 바람직하게는 Zr, Mg, Al, Y 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 원소를 포함하는 산화물, 질화물, 할로겐화물, 황화물, 수산화물 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 화합물, 또한 바람직하게는 산화 이트륨, 산화 지르코늄 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 화합물이 부착되어 있어, 리튬 바나듐 복합 산화물에 대한 리튬 이온 삽입시의 리튬 바나듐 복합 산화물의 반응성을 저하시킬 수 있다. As described above, the negative electrode active material of the present invention is a compound containing any one or two or more elements of Groups 2 to 15 on the surface of the lithium vanadium composite oxide represented by Li x M y V z O 2 + d , Preferably a compound comprising an element selected from the group consisting of Zr, Mg, Al, Y and combinations thereof, more preferably an element selected from the group consisting of Zr, Mg, Al, Y and combinations thereof A compound selected from the group consisting of oxides, nitrides, halides, sulfides, hydroxides, and combinations thereof, and preferably a compound selected from the group consisting of yttrium oxide, zirconium oxide, and combinations thereof; The reactivity of the lithium vanadium composite oxide at the time of lithium ion insertion with respect to a vanadium complex oxide can be reduced.
따라서, 이러한 음극 활물질을 포함하는 리튬 이차 전지는 리튬 이온 삽입시의 음극 활물질 표면에서의 비수 전해질의 분해 반응을 억제 할 수 있다. 또한, 리튬 이차 전지의 열적 안정성을 높일 수 있다. Therefore, the lithium secondary battery including the negative electrode active material can suppress the decomposition reaction of the nonaqueous electrolyte on the surface of the negative electrode active material at the time of lithium ion insertion. In addition, the thermal stability of the lithium secondary battery can be improved.
또한 본 발명의 음극 활물질은 LixMyVzO2+d로 나타내는 리튬 바나듐 복합 산화물을 포함하므로, 에너지 밀도를 높일 수 있고, 리튬 대비 방전 전위를 흑연 정도로 저하시킬 수 있다. Also, since the negative electrode active material of the present invention includes a lithium vanadium composite oxide represented by Li x M y V z O 2 + d, it is possible to increase the energy density, the lithium compared to a discharging potential can be lowered so graphite.
따라서, 이러한 음극 활물질을 포함하는 리튬 이차 전지는 체적당의 에너지 밀도를 높일 수 있는 동시에, 사이클 수명의 장수명화를 도모할 수 있다. Therefore, the lithium secondary battery containing such a negative electrode active material can raise the energy density per volume, and can also lengthen the cycle life.
이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나 하기한 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일뿐 본 발명이 하기한 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, preferred examples and comparative examples of the present invention are described. However, the following examples are only preferred embodiments of the present invention and the present invention is not limited to the following examples.
「실시예 1」 "Example 1"
먼저, V2O4의 분말과, LiCO3의 분말을 혼합해서 혼합 분말을 제조하였다. 이 때, 리튬과 바나듐의 몰비는 Li:V=1.1:0.9로 하였다. First, a powder of V 2 O 4 and a powder of LiCO 3 were mixed to prepare a mixed powder. At this time, the molar ratio of lithium and vanadium was Li: V = 1.1: 0.9.
이어서, 상기 혼합 분말을, 유량 5L/분으로 질소를 흘리는 질소 분위기 하에서 1100℃로 10시간 소성함으로써, Li1.1V0.9O2 조성의 리튬 바나듐 복합 산화물을 제조하였다. Subsequently, the mixed powder was calcined at 1100 ° C. for 10 hours under a nitrogen atmosphere flowing nitrogen at a flow rate of 5 L / min to prepare a lithium vanadium composite oxide having a Li 1.1 V 0.9 O 2 composition.
그 다음에, 얻어진 리튬 바나듐 복합 산화물 97 중량%에 대하여 3 중량%의 탄산 지르코늄을 첨가하고, 건식혼합한 후, 유량 5L/분으로 질소를 흘리는 질소 분위기 하에서 1100℃로 10시간 동안 소성하였다. 이와 같이 하여, 실시예 1의 음극 활물질을 제조하였다. Next, 3% by weight of zirconium carbonate was added to 97% by weight of the obtained lithium vanadium composite oxide, and dry mixed, and then calcined at 1100 ° C. for 10 hours under a nitrogen atmosphere flowing nitrogen at a flow rate of 5 L / min. Thus, the negative electrode active material of Example 1 was manufactured.
실시예 1의 음극 활물질에 대해서, X선 회절을 측정한 바, ZrO2(산화 지르코늄)의 존재가 확인되었다. 한편, 탄산 지르코늄은검출되지 않았다. Example 1, the presence of, a bar, ZrO 2 (zirconium oxide) measured by X-ray diffraction with respect to the negative electrode active material was confirmed in. On the other hand, zirconium carbonate was not detected.
「실시예 2」 "Example 2"
탄산 지르코늄 대신, 탄산 이트륨을 첨가한 것 이외에는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하여 실시예 2의 음극 활물질을 제조하였다. A negative active material of Example 2 was prepared in the same manner as in Example 1, except that yttrium carbonate was added instead of zirconium carbonate.
실시예 2의 음극 활물질에 대해서, X선 회절을 측정한 바, Y2O3(산화 이트륨)의 존재가 확인되었다. 한편, 탄산 이트륨은 검출되지 않았다. Example 2 is present with respect to the negative electrode active material, as measured by X-ray diffraction bars, Y 2 O 3 (yttrium oxide) was confirmed in. On the other hand, yttrium carbonate was not detected.
「실시예 3」 "Example 3"
상기 실시예 1과 동일하게 실시하여 Li1.1V0.9O2 조성의 리튬 바나듐 복합 산화물을 제조하였다. In the same manner as in Example 1, a lithium vanadium composite oxide having a Li 1.1 V 0.9 O 2 composition was prepared.
이어서, 얻어진 리튬 바나듐 복합 산화물 94 중량%에 대하여 3 중량%의 탄산 지르코늄과 3 중량%의 탄산 이트륨을 첨가하고, 건식혼합한 후, 유량 5L/분으로 질소를 흘리는 질소 분위기 하에서 1100℃로 10시간동안 소성하였다. Subsequently, 3% by weight of zirconium carbonate and 3% by weight of yttrium carbonate were added to 94% by weight of the obtained lithium vanadium composite oxide, followed by dry mixing, followed by 10 hours at 1100 ° C. under a nitrogen atmosphere flowing nitrogen at a flow rate of 5 L / min. Calcined for
이와 같이 하여, 실시예 3의 음극 활물질을 제조하였다. Thus, the negative electrode active material of Example 3 was manufactured.
실시예 3의 음극 활물질에 대해서, X선 회절을 측정한 바, ZrO2(산화 지르코늄) 및 Y2O3(산화 이트륨)의 존재가 확인되었다. 한편, 탄산 지르코늄 및 탄산 이트륨은 검출되지 않았다. X-ray diffraction was measured on the negative electrode active material of Example 3, and the presence of ZrO 2 (zirconium oxide) and Y 2 O 3 (yttrium oxide) was confirmed. On the other hand, zirconium carbonate and yttrium carbonate were not detected.
「실시예 4」 "Example 4"
V2O4의 분말과, LiCO3의 분말을 혼합해서 혼합 분말을 제조하였다. 이때, 리튬과 바나듐의 몰비는 Li:V=1.1:0.9로 하였다. A powder of V 2 O 4 and a powder of LiCO 3 were mixed to prepare a mixed powder. At this time, the molar ratio of lithium and vanadium was Li: V = 1.1: 0.9.
이어서, 혼합 분말 97 중량%에 대하여 3 중량%의 탄산 지르코늄을 첨가하고, 물을 첨가해서 습식혼합하고, 건조한 후, 유량 5L/분으로 질소를 흘리는 질소 분위기 하에서 1100℃로 10시간 동안 소성하였다. Subsequently, 3% by weight of zirconium carbonate was added to 97% by weight of the mixed powder, wet mixed with water, dried, and calcined at 1100 ° C. for 10 hours under a nitrogen atmosphere flowing nitrogen at a flow rate of 5 L / min.
이와 같이 하여, 실시예 4의 음극 활물질을 제조하였다. Thus, the negative electrode active material of Example 4 was manufactured.
실시예 4의 음극 활물질에 대해서, X선 회절을 측정한 바, Li1.1V0.9O2 조성의 리튬 바나듐 복합 산화물과, ZrO2(산화 지르코늄)과의 존재가 확인되었다. 한편, 탄산 지르코늄은 검출되지 않았다. X-ray diffraction measurement of the negative electrode active material of Example 4 confirmed the presence of a lithium vanadium composite oxide having a Li 1.1 V 0.9 O 2 composition and ZrO 2 (zirconium oxide). On the other hand, zirconium carbonate was not detected.
「실시예 5」 "Example 5"
상기 실시예 1과 동일하게 실시하여 Li1.1V0.9O2 조성의 리튬 바나듐 복합 산 화물을 제조하였다. In the same manner as in Example 1, a lithium vanadium composite oxide having a Li 1.1 V 0.9 O 2 composition was prepared.
이어서, 얻어진 리튬 바나듐 복합 산화물 97 중량%에 대하여 3 중량%의 ZrO2(산화 지르코늄)을 첨가해서 건식혼합하였다. Next, 3% by weight of ZrO 2 (zirconium oxide) was added to 97% by weight of the obtained lithium vanadium composite oxide, followed by dry mixing.
그 후, 건식 혼합후 혼합물을 미케노케미칼법으로 처리하여 실시예 5의 음극 활물질을 제조하였다. Thereafter, the mixture after dry mixing was treated with a microchemical method to prepare an anode active material of Example 5.
한편, 미케노케미칼법에 의한 처리는 미케노퓨전(Mechanofusion)(AMS)(호소카와 미크론사(Hosokawa micron corporation)제)을 이용하고, 5분간 실시하였다. In addition, the process by the Mykenochemical method was performed for 5 minutes using Mechanofusion (AMS) (made by Hosokawa micron corporation).
실시예 5의 음극 활물질에 대해서, X선 회절을 측정한 바, Li1.1V0.9O2 조성의 리튬 바나듐 복합 산화물과, ZrO2(산화 지르코늄)과의 존재가 확인되었다. X-ray diffraction measurement of the negative electrode active material of Example 5 confirmed the presence of a lithium vanadium composite oxide having a Li 1.1 V 0.9 O 2 composition and ZrO 2 (zirconium oxide).
「비교예 1」 `` Comparative Example 1 ''
상기 실시예 1과 동일하게 실시하여 Li1.1V0.9O2 조성의 리튬 바나듐 복합 산화물을 제조하고, 이를 비교예 1의 음극 활물질로 하였다. In the same manner as in Example 1, a lithium vanadium composite oxide having a Li 1.1 V 0.9 O 2 composition was prepared, which was used as a negative electrode active material of Comparative Example 1.
「비교예 2」 `` Comparative Example 2 ''
상기 실시예 1과 동일하게 실시하여 Li1.1V0.9O2 조성의 리튬 바나듐 복합 산화물을 제조하였다. In the same manner as in Example 1, a lithium vanadium composite oxide having a Li 1.1 V 0.9 O 2 composition was prepared.
이어서, 얻어진 리튬 바나듐 복합 산화물의 97 중량%에 대하여 3 중량%의 ZrO2(산화 지르코늄)을 첨가하고, 볼 밀을 이용하여 건식혼합을 2시간 동안 실시하여 비교예 2의 음극 활물질을 제조하였다. Subsequently, 3% by weight of ZrO 2 (zirconium oxide) was added to 97% by weight of the obtained lithium vanadium composite oxide, and dry mixing was performed for 2 hours using a ball mill to prepare a negative electrode active material of Comparative Example 2.
「비교예 3」 `` Comparative Example 3 ''
상기 실시예 1과 동일하게 실시하여 Li1.1V0.9O2 조성의 리튬 바나듐 복합 산화물을 제조하였다. In the same manner as in Example 1, a lithium vanadium composite oxide having a Li 1.1 V 0.9 O 2 composition was prepared.
이어서, 얻어진 리튬 바나듐 복합 산화물 97 중량%에 대하여 3 중량%의 Y2O3(산화 이트륨)을 첨가하고, 볼 밀을 이용하여 건식혼합을 2시간 동안 실시함에 따라 비교예 3의 음극 활물질을 제조하였다.Next, 3% by weight of Y 2 O 3 (yttrium oxide) was added to 97% by weight of the obtained lithium vanadium composite oxide, and dry mixing was performed for 2 hours using a ball mill to prepare a negative electrode active material of Comparative Example 3. It was.
「평가」 "evaluation"
제조된 음극 활물질 중, 실시예 1 및 비교예 1의 음극 활물질에 대해서, 주사형 전자 현미경을 이용하여, 음극 활물질의 표면형태를 관찰하였다. 실시예 1의 음극 활물질의 SEM 사진을 도 1에 나타내고, 비교예 1의 음극 활물질의 SEM 사진을 도 2에 나타내었다. Of the prepared negative electrode active materials, the negative electrode active materials of Example 1 and Comparative Example 1 were observed using a scanning electron microscope to observe the surface form of the negative electrode active material. The SEM photograph of the negative electrode active material of Example 1 is shown in FIG. 1, and the SEM photograph of the negative electrode active material of Comparative Example 1 is shown in FIG.
또한 실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 3의 음극 활물질 각각 80 중량부와, 카본블랙(도전 조재) 10 중량부와, 폴리비닐리덴 플루오라이드 10 중량부를 N-메틸 피롤리돈에 용해해서 슬러리를 조제하고, 이 슬러리를 Cu박에 도포해서 건조하고, 또한 적당한 크기로 잘라서, 평가용 전극을 제조하였다. Further, 80 parts by weight of the negative electrode active materials of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 3, 10 parts by weight of carbon black (conductive aid), and 10 parts by weight of polyvinylidene fluoride were dissolved in N-methyl pyrrolidone to prepare a slurry. Was prepared, and this slurry was apply | coated to Cu foil, it dried, it cut | disconnected to the moderate magnitude | size, and the electrode for evaluation was produced.
또한 금속 리튬 박막 전극(대극)을 준비하였다. 얻어진 전극 및 대극 사이에 폴리프로필렌제 세퍼레이터를 위치시켜 전극군을 형성하고, 이 전극군을 코인형의 전지 용기에 수납하였다. In addition, a metal lithium thin film electrode (counter electrode) was prepared. A polypropylene separator was positioned between the obtained electrode and the counter electrode to form an electrode group, and the electrode group was housed in a coin-type battery container.
또한 에틸렌 카보네이트(EC)와 디메틸 카보네이트(DMC)가 부피비로 EC:DMC=3:7의 비율로 혼합된 혼합 용매에 1.3M의 LiPF6이 용해된 전해액을 주액하고, 그 후, 전지용기를 밀봉함으로써, 실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 3의 평가용 전지를 제조하였다. In addition, an electrolyte solution containing 1.3 M of LiPF 6 dissolved in a mixed solvent in which ethylene carbonate (EC) and dimethyl carbonate (DMC) were mixed at a volume ratio of EC: DMC = 3: 7 was poured, and then the battery container was sealed. By doing so, the batteries for evaluation of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 3 were prepared.
실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 3의 평가용 전지에 대해서, 0.2C의 충전 전류에서 충전 종지 전압 0V가 될 때까지 정전류 충전을 행하고, 그 후, 3시간 동안 정전압충전을 행하는 것에 의해 충전을 실시하였다. The evaluation batteries of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 3 were subjected to constant current charging until the end-of-charge voltage was 0V at a charging current of 0.2C, and then charged by constant voltage charging for 3 hours. Was carried out.
그 후, 전압이 2.0V가 될 때까지 0.2C의 방전 전류로 방전을 실시하였다. 하기 표 1에, 각 전지의 방전 용량을 나타내었다. Thereafter, discharge was performed at a discharge current of 0.2C until the voltage became 2.0V. Table 1 shows the discharge capacity of each battery.
또한 0.2C의 충전 전류에서 충전 종지 전압 0V가 될 때까지 다시 충전을 행한 후, 평가용 전지를 분해해서 평가용 음극을 꺼냈다. 개시온도 40℃, 승온 속도 10℃/분, 종료 온도 300℃의 조건으로 시차주사 열량측정(DSC: Differential Scanning Calorimetry)를 실시하고, 발열 피크 온도와 발열량을 측정했다. 그 결과를 표 1에 나타내었다. After charging was performed again at a charging current of 0.2C until the end voltage of charge was 0 V, the battery for evaluation was disassembled and the evaluation negative electrode was taken out. Differential scanning calorimetry (DSC) was performed under conditions of a start temperature of 40 ° C., a temperature increase rate of 10 ° C./min, and an end temperature of 300 ° C., and the exothermic peak temperature and the calorific value were measured. The results are shown in Table 1.
상기 표 1에서 첨가량만큼 리튬 바나듐 산화물 표면에 부착되므로, 첨가량은 곧 부착량을 의미한다.Since the amount added in Table 1 is attached to the surface of the lithium vanadium oxide, the added amount means the amount of adhesion.
상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 실시예 1 내지 5의 음극 활물질은 비교예 1 내지 3의 음극 활물질에 비해, 발열 피크 온도가 10℃ 정도 높고, 또한 발열량도 5분의 1 정도 작게 나타났음을 알 수 있다. 이와 같이, 실시예 1 내지 5의 음극 활물질은, 충전 상태로 가열되는 경우에도 발열량이 낮고, 또 발열 피크 온도가 높고, 열적 안정성에 우수함을 알 수 있다.As shown in Table 1, it can be seen that the negative electrode active material of Examples 1 to 5 showed a high exothermic peak temperature of about 10 ° C. and a small calorific value of about one fifth as compared with the negative electrode active materials of Comparative Examples 1 to 3. have. As described above, it can be seen that the negative electrode active materials of Examples 1 to 5 have a low calorific value, a high exothermic peak temperature, and excellent thermal stability even when heated in a charged state.
비교예 2 및 3의 음극 활물질은, 산화 지르코늄 또는 산화 이트륨을 첨가했음에도 불구하고, 피크 온도 및 발열량이 비교예 1과 유사하게 나타났다. 이는 산화 지르코늄 또는 산화 이트륨을 Li1.1V0.9O2에 단순히 혼합했을 경우에는 열적 안정성이 얻어지지 않음을 나타내고 있다. In the negative electrode active materials of Comparative Examples 2 and 3, despite the addition of zirconium oxide or yttrium oxide, the peak temperature and the calorific value appeared similarly to Comparative Example 1. This indicates that thermal stability is not obtained when zirconium oxide or yttrium oxide is simply mixed with Li 1.1 V 0.9 O 2 .
도 1 및 도 2에 실시예 1 및 비교예 1의 음극 활물질의 SEM사진을 각각 나타내었다. 도 1과 도 2을 비교하면, 실시예 1에는 Li1.1V0.9O2 입자 표면에 ZrO2이 부착되어 있음이 분명하다. SEM photographs of the negative electrode active materials of Example 1 and Comparative Example 1 are shown in FIGS. 1 and 2, respectively. Comparing FIG. 1 with FIG. 2, it is clear that in Example 1, ZrO 2 is attached to the Li 1.1 V 0.9 O 2 particle surface.
이와 같이, 음극 활물질의 열안정성을 향상시키기 위해서는 산화 지르코늄 또는 산화 이트륨을 Li1.1V0.9O2에 단순히 혼합한 경우로는 충분하지 않고, 소성 또는 미케노케미칼 등의 처리가 필요함을 알 수 있다. In this way, in order to improve the thermal stability of the negative electrode active material, it is not enough to simply mix zirconium oxide or yttrium oxide with Li 1.1 V 0.9 O 2 , and it is understood that firing or processing such as a chemical chemical is required.
또한 실시예 1 내지 5의 음극 활물질은 비교예 1 내지 3의 음극 활물질에 비해, 방전 용량이 거의 동등하고, 산화 지르코늄 또는 산화 이트륨을 부착시킨 경우에도 표 1에 나타내는 첨가율의 범위이면, 방전 용량에 특별히 영향이 없는 것을 알 수 있다. In addition, compared with the negative electrode active materials of Comparative Examples 1 to 3, the negative electrode active materials of Examples 1 to 5 had almost equal discharge capacities, and even when zirconium oxide or yttrium oxide were attached, the discharge capacities were in the ranges of addition ratios shown in Table 1, respectively. It turns out that there is no influence in particular.
「실시예 6 내지 10」 "Examples 6 to 10"
상기 실시예 1과 동일하게 실시하여 Li1.1V0.9O2 조성의 리튬 바나듐 복합 산화물을 제조하였다. In the same manner as in Example 1, a lithium vanadium composite oxide having a Li 1.1 V 0.9 O 2 composition was prepared.
그 다음에, 얻어진 리튬 바나듐 복합 산화물에 탄산 지르코늄을 첨가하여 건식 혼합하였다. 이때, 첨가량은 리튬 바나듐 복합 산화물 99.5 : 탄산 지르코늄 0.5 중량%(실시예 6), 99 : 1 중량%(실시예 7), 97 : 3 중량%(실시예 8), 95 : 5 중량%(실시예 9) 및 90 : 10 중량%(실시예 10)으로 변화시켰다.Next, zirconium carbonate was added to the obtained lithium vanadium composite oxide and dry mixed. At this time, the addition amount of lithium vanadium composite oxide 99.5: 0.5% by weight of zirconium carbonate (Example 6), 99: 1% by weight (Example 7), 97: 3% by weight (Example 8), 95: 5% by weight (implementation Example 9) and 90:10 wt% (Example 10).
또한, 탄산 지르코늄을 첨가하지 않고 리튬 바나듐 복합 산화물 100 중량%를 사용한 것을 비교예 4로 하였다.In addition, what used 100 weight% of lithium vanadium complex oxides without adding a zirconium carbonate was made into the comparative example 4.
얻어진 생성물을 유량 5L/분으로 질소를 흘리는 질소 분위기 하에서 1100℃로 10시간 동안 소성하였다. 이 공정에 따라 실시예 6 내지 10 및 비교예 4의 음극 활물질을 제조하였다. The obtained product was calcined at 1100 ° C. for 10 hours under a nitrogen atmosphere flowing nitrogen at a flow rate of 5 L / min. According to this process, the negative electrode active materials of Examples 6 to 10 and Comparative Example 4 were prepared.
얻어진 실시예 6 내지 10의 음극 활물질에 대해 X선 회절을 측정한 바, ZrO2(산화 지르코늄)의 존재가 확인되었다. 한편, 탄산 지르코늄은 검출되지 않았다. X-ray diffraction was measured on the obtained negative electrode active materials of Examples 6 to 10, and the presence of ZrO 2 (zirconium oxide) was confirmed. On the other hand, zirconium carbonate was not detected.
또한, 실시예 6 내지 10 및 비교예 4의 음극 활물질에 대해 실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 3과 동일하게 실시하여, 방전 용량을 측정하는 동시에, 발열량을 측정했다. 그 결과를 도 3에 나타내었다. 도 3에 나타낸 방전 용량은, 산화 지르코늄의 첨가량이 0%인 비교예 4의 방전 용량을 100%로 했을 때의 용량비이다.In addition, the negative electrode active materials of Examples 6 to 10 and Comparative Example 4 were carried out in the same manner as in Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 3, the discharge capacity was measured, and the calorific value was measured. The results are shown in FIG. The discharge capacity shown in FIG. 3 is a capacity ratio when the discharge capacity of the comparative example 4 whose addition amount of zirconium oxide is 0% is made into 100%.
도 3에 도시한 바와 같이, 산화 지르코늄의 첨가량이 증가함에 따라서, 발열량이 감소하지만, 방전 용량도 저하되는 경향에 있는 것을 알 수 있다. 도 3에 의하면, 리튬 바나듐 복합 산화물에 대한 산화 지르코늄의첨가량은, 0.5 중량% 이상 10 중량% 이하, 바람직하게는 5 중량% 이하, 더욱 바람직하게는 3 중량% 이하가 바람직한 것을 알 수 있다. As shown in Fig. 3, it can be seen that as the amount of addition of zirconium oxide increases, the amount of heat generated decreases, but the discharge capacity also tends to decrease. According to FIG. 3, the addition amount of zirconium oxide with respect to lithium vanadium complex oxide is 0.5 weight% or more and 10 weight% or less, Preferably it is 5 weight% or less, More preferably, 3 weight% or less is preferable.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited thereto, and various modifications and changes can be made within the scope of the claims and the detailed description of the invention and the accompanying drawings. Naturally, it belongs to the scope of the invention.
도 1은 본 발명의 실시예 1의 음극 활물질의 SEM사진이다. 1 is a SEM photograph of the negative electrode active material of Example 1 of the present invention.
도 2는 비교예 1의 음극 활물질의 SEM사진이다. 2 is a SEM photograph of the negative electrode active material of Comparative Example 1.
도 3은 본 발명의 실시예 6 내지 10 및 비교예 4의 산화 지르코늄 첨가량에 따른 방전 용량 및 발열량 결과를 나타낸 그래프이다.3 is a graph showing discharge capacity and calorific value results according to the amount of zirconium oxide added in Examples 6 to 10 and Comparative Example 4 of the present invention.
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