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KR20230139299A - 양극 재료, 배터리, 전자기기 - Google Patents

양극 재료, 배터리, 전자기기 Download PDF

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KR20230139299A
KR20230139299A KR1020230002161A KR20230002161A KR20230139299A KR 20230139299 A KR20230139299 A KR 20230139299A KR 1020230002161 A KR1020230002161 A KR 1020230002161A KR 20230002161 A KR20230002161 A KR 20230002161A KR 20230139299 A KR20230139299 A KR 20230139299A
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KR
South Korea
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positive electrode
peak
electrode material
battery
rpm
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Application number
KR1020230002161A
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English (en)
Inventor
지아쟝 쩡
딩궈 샤
수리 리
지앤원 류
Original Assignee
주하이 코스엠엑스 배터리 컴퍼니 리미티드
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Filing date
Publication date
Application filed by 주하이 코스엠엑스 배터리 컴퍼니 리미티드 filed Critical 주하이 코스엠엑스 배터리 컴퍼니 리미티드
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Abstract

본 발명은 양극 재료, 배터리, 전자기기를 제공한다. 본 발명의 제1양태는 양극 재료를 제공하며, 상기 양극 재료는 Lin-xNaxCo1-yMeyO2이고, 0.7≤n≤1, 0＜x≤0.15, 0≤y≤0.15이며, Me는 Al, Mg, Ti, Zr, Ni, Mn, Y, La, Sr, W, Sc, Ce, P, Nb, V, Ta, Te 중에서 선택된 하나 또는 복수이고; 상기 양극 재료의 X선 회절 패턴에는 002 결정면에 대응되는 002 피크, 004 결정면에 대응되는 004 피크, 101 결정면에 대응되는 101 피크, 102 결정면에 대응되는 102 피크, 103 결정면에 대응되는 103 피크가 있고; 상기 101 피크와 004 피크의 피크 강도 비율은 m이고, m≥1.5이다. 본 발명에서 제공하는 양극 재료는 보다 높은 방전 그램 용량과 보다 안정된 구조를 가져, 배터리의 용량과 순환 성능을 향상시키는데 유리하다.

Description

양극 재료, 배터리, 전자기기{Positive electrode material, battery, and electronic device}
본 발명은 양극 재료, 배터리, 전자기기에 관한 것으로, 전기 화학 기술분야에 관한 것이다.
휴대폰, 태블릿 등 소비류 가전제품의 경량화와 박형화에 따라, 배터리 에너지 밀도에 대한 요구도 점점 높아지고 있는 바, 현재 높은 에너지 밀도 배터리에 사용되는 양극 재료는 코발트산 리튬이다. 하지만, 에너지 밀도가 상승함에 따라, 코발트산 리튬의 충전 차단 전압을 향상시키는 것은 하나의 효과적인 수단이지만, 충전 전압≥4.55V(vs.Li)일 때, 일반 구조의 코발트산 리튬은 비가역적인 상변화, 즉 O3상에서 H1-3상으로의 비가역적인 상변화가 발생하게 되고, H1-3상은 이온 전달과 전자 전달이 보다 약하므로, 코발트산 리튬의 용량이 감쇄되어 배터리의 순환 성능에 영향을 미치게 된다.
코발트산 리튬 구조 안정성을 개선하는 방법으로서 코발트산 리튬 중 도핑 원소의 함량을 증가시키지만, 도핑 원소 함량이 증가함에 따라, 그 그램 용량의 상승이 뚜렷하지 않은 바, 예를 들어, 코발트산 리튬의 4.5V에서의 그램 용량이 186mAh/g(vs.C/0.2C)로 발휘되고, 4.53V에서의 그램 용량이 189 mAh/g(vs.C/0.2C)로 발휘되며, 그 증폭이 작아지므로, 어떻게 코발트산 리튬 구조를 개선하여 양극 재료의 그램 용량과 구조 안정성을 향상시킴으로써, 배터리의 용량과 순환 성능을 향상시킬지는 본 분야의 기술자들이 시급히 해결해야 할 과제로 대두되고 있다.
본 발명은 양극 재료의 그램 용량과 구조 안정성을 향상시키고, 배터리의 용량과 순환 성능을 향상시키는 양극 재료를 제공한다.
본 발명은 또한, 상기 양극 재료를 포함하는 배터리와 전자기기를 제공한다.
본 발명의 제1 양태는 양극 재료를 제공하며, 상기 양극 활성재료는 Lin-xNaxCo1-yMeyO2이고, 0.7≤n≤1, 0＜x≤0.15, 0≤y≤0.15이며, Me는 Al, Mg, Ti, Zr, Ni, Mn, Y, La, Sr, W, Sc, Ce, P, Nb, V, Ta, Te 중에서 선택된 하나 또는 복수이고;
상기 양극 재료의 X선 회절 패턴에는 002 결정면에 대응되는 002 피크, 004 결정면에 대응되는 004 피크, 101 결정면에 대응되는 101 피크, 102 결정면에 대응되는 102 피크, 103 결정면에 대응되는 103 피크가 있고;
상기 101 피크와 004 피크의 피크 강도 비율은 m이고, m≥1.5이다.
본 발명은 양극 재료를 제공하며, 그 구조식은 Lin-xNaxCo1-yMeyO2이고, 0.7≤n≤1, 0＜x≤0.15, 0≤y≤0.15이며, Me는 Al, Mg, Ti, Zr, Ni, Mn, Y, La, Sr, W, Sc, Ce, P, Nb, V, Ta, Te 중에서 선택된 하나 또는 복수이고, 설명해야 할 점은, 양극 재료는 상이한 탈리튬 상태에서, n의 값도 상이하며, 해당 양극 재료를 포함하는 양극 시트의 형성 및 용량 테스트 전에, 양극 재료(분말 상태)에서 n의 값은 1이고, 양극 시트의 형성 및 용량 테스트 후, 동작 전압이 3.6 - 4.0V일 때, n의 값은 0.70 - 1로 감소되는데, 이는 주로 배터리가 처음으로 충방전하는 과정에서, 일부분 리튬 이온이 양극, 음극 표면의 보호층, 즉 CEI 필름과 SEI 필름을 형성하며 사용되어, 일부분 Li+의 비가역적인 손실을 초래하므로, 형성 및 용량 테스트 후의 양극 시트 중 양극 재료의 Li 함량이 감소되기 때문이고; 이와 동시에, 상기 양극 재료의 X선 회절 패턴으로부터 알 수 있는 바와 같이, 이는 002 결정면에 대응되는 002 피크, 004 결정면에 대응되는 004 피크, 101 결정면에 대응되는 101 피크, 102 결정면에 대응되는 102 피크, 103 결정면에 대응되는 103 피크를 가지며, 여기서 002 결정면에 대응되는 002 피크, 102 결정면에 대응되는 102 피크 및 103 결정면에 대응되는 103 피크는 본 발명에 따른 양극 재료가 일반 코발트산 리튬 재료와 상이한 특징 피크를 가지고, 뚜렷한 층상 구조 특징을 갖는다는 것을 나타내며, 충방전 과정에서 복수의 충방전 소형 플랫폼을 나타낼 수 있고, 동일한 충방전 차단 전압과 충방전 배율 조건에서, 더 높은 그램 용량과 보다 안정된 구조를 가지며, 한편, 101 피크와 004 피크의 피크 강도 비율(m)이 클수록, 양극 재료의 구조 안정성을 향상시키는데 유리하므로, 리튬 이온의 탈리 및 흡장에 더욱 유리하며, 그렇지 않을 경우, 양극 재료의 구조 안정성이 떨어져, 반응이 완전히 이루어지지 않고, 결정성이 떨어지는 등 상태가 존재하여 전기 화학 성능이 저하될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 양극 재료는 배터리의 용량과 순환 성능을 향상시키는데 유리하여, 배터리 박형화 수요를 만족시킨다.
일 구체적인 실시형태에서, 상기 002 피크에 대응되는 회절각 2θ=18.6°±0.5°이고, 상기 102 피크에 대응되는 회절각 2θ=41.7°±0.5°이며, 상기 103 피크에 대응되는 회절각 2θ=47.1°±0.5°이다.
상기 양극 재료의 입도는 6 ~ 18μm이고, 입도는 양극 재료 입자의 크기로서, 말번 레이저 입도계로 테스트하여 얻을 수 있다.
테스트 결과, 양극 재료 0.1C의 그램 용량≥196mAh/g(3.0 ~ 4.5V, vs.Li)이고, 3.0 ~ 4.5V전압에서, 0.1C의 배율에서 충방전할 경우, 그 얻은 방전 그램 용량은 C0 mAh/g로 정의하고, 방전이 시작되고부터 4.4V까지의 방전 그램 용량은 C1 mAh/g이며, 3.8V ~ 3.7V 전압 범위 내의 그램 용량은 C2 mAh/g이고, C1/C0≥9%, C2/C0≥25%이다.
본 발명은 상기 양극 재료의 제조 방법을 더 제공하며, 구체적으로, 적어도 Co, Na 원소 함유 화합물 NaxCoO2를 제조하되, 0.68＜x＜0.74인 단계 1; Co, Na를 함유하는 화합물 NaxCoO2와 리튬 원소 함유 화합물을 탈이온수에 분산시켜, 이온 교환 반응을 진행하여, NaxCoO2 중의 부분 Na 이온을 Li 이온으로 치환하여 양극 재료를 얻는 단계 2를 포함한다.
일 구체적인 실시형태에서, 양극 재료의 제조는 구체적으로 아래의 단계들을 포함한다.
단계 1-1, 코발트 원소 함유 화합물, 나트륨 원소 함유 화합물을 필요한 화학 계량 비율에 따라 칭량한 후, 고속 믹서, 샌드밀 기기, 볼밀 기기, 콜터 믹서, 경사 믹서 중 하나의 믹서를 사용하여 충분히 균일하게 혼합하여 혼합 물료를 얻되, 혼합 과정에서, 물, 알콜 또는 기타 용매 매질을 추가할 수 있고, 균일하게 혼합한 후 건조하면 된다.
여기서, 코발트 원소 함유 화합물은 수산화 코발트, 사산화삼코발트, 도핑형 사산화삼코발트, 산화코발트, 옥시수산화코발트, 질산코발트, 황산코발트 중 하나 또는 복수일 수 있고; 나트륨 원소 함유 화합물은 나트륨을 포함하는 산화물, 탄산나트륨, 질산나트륨, 수산화나트륨, 탄산수소나트륨, 황산나트륨 중 하나 또는 복수일 수 있으며;
이 외에, 도핑 원소 Me 함유 화합물을 더 추가할 수 있으며, 상기 도핑 원소 Me는 Al, Mg, Ti, Zr, Ni, Mn, Y, La, Sr, W, Sc, Ce, P, Nb, V, Ta, Te 중 하나 또는 복수를 포함하고, 구체적으로는 염기성 탄산마그네슘, 수산화마그네슘, 산화지르코늄, 산화알루미늄, 이트리아, 란타나 등 도핑 원소 함유 화합물일 수 있으며;
나아가, 코발트 함유 화합물, 나트륨 함유 화합물 및 Me 함유 화합물을 Na: Co: Me=x: (1-y): y, 0.68＜x＜0.74, 0≤y≤0.15에 따라 혼합하되, 혼합 시간을 적어도 4h로 하여 화합물이 충분히 균일하게 혼합되도록 하며, 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들은 SEM 전자 현미경을 통해 화합물의 혼합 상태를 관찰할 수 있다.
단계 1-2, 단계 1-1에서 제조하여 얻은 혼합 물료를 도가니에 넣은 후, 머플로, 터널로, 롤러 가마, 튜브로 등 고온 소결 기기에 넣고, 공기 또는 산소 분위기에서 고온 소결하여 제1 화합물 NaxCo1-yMeyO2를 얻되, 0.68＜x＜0.74, 0≤y≤0.15이다.
나아가, 상기 소결하는 온도는 700 ~ 900℃이고, 시간은 8 ~ 50h이다.
단계 2, 단계 1-2에서 합성하여 얻은 제1 화합물과 리튬 원소 함유 화합물을 원하는 비율에 따라 혼합하고 탈이온수에 분산시켜 이온 교환 반응을 진행하며, 나트륨 이온과 리튬 이온의 수용액에서의 자유 이동 확산 작용을 통해 제1 화합물 중 대부분 Na 이온을 Li 이온으로 치환하고, 반응이 끝난 후, 반응 생성물을 세척, 건조하여 양극 재료를 얻으며;
리튬 원소 함유 화합물은 탄산리튬, 염화리튬, 브롬화리튬, 요오드화리튬, 질산리튬, 수산화리튬, 불화리튬 중 하나 또는 복수일 수 있고, 필요할 경우, 일부 탄소 함유 화합물 또는 고속 이온 전도체 화합물 등을 추가하여 양극 재료의 전도성을 개선할 수 있다.
리튬 함유 화합물과 제1 화합물의 질량비는 ≥1, 더 구체적으로는 1 ~ 3이고; 용매와 제1 화합물의 질량비는 ≥5, 더 구체적으로는 20 ~ 150이다.
사용한 반응 기기는 밀폐 기능과 교반 능력을 갖춘 예컨대 습식 코팅 반응 기기, 공침 반응 기기 등과 같은 밀폐 용기 기기를 포함하고; 반응 과정에서의 교반 속도는 10-200rpm이며, 반응 온도는 70 ~ 125℃이고, 반응 시간≥5H이고, 더 구체적으로 반응 시간은 10 ~ 15H이고;
건조에 사용되는 기기는 송풍 오븐, 진공 건조 오븐, 회전로, 디스크 건조기 등을 들 수 있고, 건조 온도는 80 ~ 180℃이며, 건조 시간은 ≥10H이다.
본 발명의 제2 양태는 배터리를 제공하며, 상기 배터리는 양극 시트를 포함하고, 상기 양극 시트는 양극 집전체 및 양극 집전체의 적어도 하나의 표면에 설치되는 양극 활성층을 포함하며, 상기 양극 활성층은 상술한 어느 하나에 따른 양극 재료를 포함한다.
본 발명은 배터리를 제공하며, 구체적으로는 상술한 양극 재료로 양극 시트를 제조하고, 음극 시트, 세퍼레이터 및 전해액과 함께 조립하여 얻어지며, 구체적으로, 양극 시트는 양극 집전체 및 양극 집전체 표면에 설치되는 양극 활성층을 포함하고, 양극 활성층은 상술한 양극 재료, 도전제 및 바인더를 포함하며, 여기서, 상기 바인더는 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF), 테프론(PTFE), 폴리아크릴산리튬(PAALi)에서 선택된 하나 또는 복수이고, 상기 도전제는 전도성 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 전도성 흑연, 전도성 탄소 섬유, 탄소 나노튜브, 단일벽 탄소 나노튜브, 다중벽 탄소 나노튜브, 탄소 섬유에서 선택된 하나 또는 복수이며, 양극 활성층에서 양극 재료, 도전제 및 바인더의 질량비는 (70 ~ 99): (0.5 ~ 15): (0.5 ~ 15)이고, 더 나아가, 양극 재료, 도전제 및 바인더의 질량비는 (80 ~ 98): (1 ~ 10): (1 ~ 10)이다.
양극 시트의 제조 과정에서, 상술한 양극 재료, 도전제 및 바인더를 일정한 비율로 혼합한 후 용매에 분산시켜 양극 활성층 슬러리를 얻고, 양극 집전체 표면에 도포하여 양극 시트를 얻으며, 양극 집전체는 알루미늄 호일일 수 있다.
음극 시트는 음극 집전체 및 음극 집전체 표면에 설치되는 음극 활성층을 포함하고, 음극 활성층은 음극 재료, 도전제 및 바인더를 포함하며, 음극 재료는 인조 흑연, 천연 흑연, 하드카본, 메조카본마이크로비드, 티탄산리튬, 실리콘카본, 실리콘옥사이드에서 선택된 하나 또는 복수이고, 도전제 및 바인더의 종류는 양극 활성층과 동일하며, 음극 재료, 도전제 및 바인더의 질량비는 (70 ~ 99): (0.5 ~ 15): (0.5 ~ 15)이고, 나아가, 음극 재료, 도전제 및 바인더의 질량비는 (80 ~ 98): (1 ~ 10): (1 ~ 10)이다.
음극 시트의 제조 과정에서, 상술한 음극 재료, 도전제 및 바인더를 일정한 비율에 따라 혼합한 후, 용매에 분산시켜 음극 활성층 슬러리를 얻고, 음극 집전체 표면에 도포하여 음극 시트를 얻으며, 음극 집전체는 구리 호일일 수 있다.
세퍼레이터는 본 분야에서 일반적으로 사용하는 재료인 바, 예를 들면 폴리프로필렌을 기재로 하는 재료이거나, 또는 이 기재 상에 일면 또는 양면에 세라믹이 도포된 글루잉 세퍼레이터일 수 있다.
전해액은 본 분야의 일반 재료로서, 유기 용매, 리튬염 및 첨가제를 포함하며, 유기 용매는 에틸렌 카보네이트(EC), 디에틸 카보네이트(DEC), 프로필렌 카보네이트(PC), 플루오로에틸렌 카보네이트(FEC)를 포함하고, 첨가제는 아래 식에 도시되는 구조를 가지며, 그 질량은 전해액 전체 질량의 0.1 ~ 10%이다.
본 발명에서 제공하는 양극 재료는 고전압 배터리에 적용되고, 상기 배터리의 동작 전압은 구체적으로 3.0 ~ 4.5V이다.
본 출원의 제3 양태는 전자기기를 더 제공하며, 본 발명의 제2 양태에서 제공하는 배터리를 포함한다. 상기 배터리는 상기 전자기기의 전원 또는 에너지 저장 유닛으로서 사용될 수 있다. 상기 기기는 모바일 기기(예컨대, 휴대폰, 태블릿 컴퓨터, 노트북 등), 전기차(예컨대, 순수 전기 자동차, 하이브리드 전기 자동차, 플러그인 하이브리드 전기 자동차, 전기 자전거, 전기 스쿠터, 전기 골프 카트, 전기 트럭 등) 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
휴대폰, 태블릿 컴퓨터, 노트북 등의 모바일 기기에 대하여, 통상적으로 경박화를 요구하며, 리튬 이온 배터리를 전원으로서 사용할 수 있다.
본 발명의 실시는 적어도 아래와 같은 우세를 갖는다.
1. 본 발명에서 제공하는 양극 재료는 특수한 상 구조를 가지는 바, 충방전 과정에서 복수의 충방전 소형 플랫폼을 표현하여, 동일한 충방전 차단 전압과 충방전 배율 조건에서 더 높은 그램 용량과 보다 안정된 구조를 가지므로, 배터리의 용량과 순환 성능을 향상시키는데 유리하여, 배터리 박형화 수요를 만족시킬 수 있다.
2. 본 발명에서 제공하는 배터리는 보다 우수한 용량과 순환 성능을 가진다.
도 1은 본 발명의 실시예 1에서 제공하는 양극 재료의 XRD 테스트 데이터 그래프이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1에서 제공하는 양극 재료의 3.0 ~ 4.5V(vs.Li), 0.1C 배율에서의 충방전 그래프이다.
본 발명의 목적, 기술적 해결수단 및 이점이 더욱 명확하도록, 이하 본 발명의 실시예를 참조하여 본 발명의 실시예의 기술적 해결수단을 명확하고 완전하게 설명하며, 설명되는 실시예는 단지 본 발명의 일부 실시예일 뿐, 모든 실시예가 아님은 자명하다. 본 발명의 실시예에 기반하여, 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들이 진보적인 노동을 들이지 않고도 획득한 모든 기타 실시예는 모두 본 발명의 보호범위에 속한다.
후술하는 실시예에서 사용한 실험 방법은 특별한 설명이 없는 한, 모두 통상적인 방법이고; 후술하는 실시예에서 사용한 시약, 재료 등은 특별한 설명이 없는 한, 모두 상업적인 경로를 통해 얻을 수 있다.
실시예 1
본 실시예에서 제공하는 양극 재료의 제조 방법은 아래의 단계들을 포함한다.
(1) 3.656kg의 탄산나트륨 분말과 29.105kg의 질산코발트 6수화물 분말을 칭량하여, 이를 고속 믹서에 넣고, 300rpm으로 3분 동안 믹싱한 후, 500rpm으로 5분 동안 믹싱한 다음, 다시 1000rpm으로 10분 동안 믹싱하여 혼합료를 취출하고, 혼합료에 흰색의 탄산나트륨 흰 점이 존재하지 않는 것을 확인한 후, 균일하게 믹싱된 것으로 간주하고;
(2) 30g의 혼합료를 취하여 세라믹 도가니에 넣고, 기기 모델이 VBF-1200X인 우물형 머플로에서 고온 소결하며, 소결하는 승온 곡선의 승온 속도는 5℃/min이고, 750℃까지 승온된 경우, 10시간 동안 항온 소결하며, 소결한 후, 상온까지 자연적으로 온도를 내린 다음 샘플을 취출하여 소결된 코발트, 나트륨 함유 화합물 Na0.69CoO2를 수득하고;
(3) 반응용기에 200ml의 탈이온수, 10.49g의 수산화리튬 1수화물 및 10.59g의 염화리튬을 넣고, 78℃의 수온, 20rpm의 회전 속도 조건에서 5분 동안 교반한 후, 단계 2에서 수득한 코발트, 나트륨 원소 함유 화합물 Na0.69CoO2를 10g 칭량하여 78℃, 회전 속도 20rpm을 유지하는 조건 하에, 8시간 동안 지속적으로 반응시키며;
(4) 반응 완료 후, 반응 결과물을 취출하고, 3회의 탈이온수 흡입 여과 세척을 거친 다음, 90℃의 송풍 건조 오븐에서 8시간 동안 건조하여 양극 재료를 수득한다.
실시예 2
본 실시예에서 제공하는 양극 재료의 제조 방법은 실시예 1을 참조할 수 있으며, 다른 점은 아래와 같다.
(3) 반응용기에 200ml의 탈이온수, 10.49g의 수산화리튬 1수화물 및 21.71g의 브롬화리튬을 넣고, 78℃의 수온, 20rpm의 회전 속도 조건에서 5분 동안 교반한 후, 단계 2에서 수득한 코발트, 나트륨 원소 함유 화합물 Na0.69CoO2를 10g 칭량하여, 78℃, 회전 속도 20rpm을 유지하는 조건 하에, 8시간 동안 지속적으로 반응시킨다.
실시예 3
본 실시예에서 제공하는 양극 재료의 제조 방법은 실시예 1을 참조할 수 있으며, 다른 점은 아래와 같다.
(3) 반응용기에 200ml의 탈이온수, 10.49g의 수산화리튬 1수화물 및 33.46g의 요오드화리튬을 넣고, 78℃의 수온, 20rpm의 회전 속도 조건에서 5분 동안 교반한 후, 단계 2에서 수득한 코발트, 나트륨 원소 함유 화합물 Na0.69CoO2를 10g 칭량하여, 78℃, 회전 속도 20rpm을 유지하는 조건 하에, 8시간 동안 지속적으로 반응시킨다.
실시예 4
본 실시예에서 제공하는 양극 재료의 제조 방법은 실시예 1을 참조할 수 있으며, 다른 점은 아래와 같다.
(3) 반응용기에 200ml의 탈이온수, 10.49g의 수산화리튬 1수화물 및 6.48g의 불화리튬을 넣고, 78℃의 수온, 20rpm의 회전 속도 조건에서 5분 동안 교반한 후, 단계 2에서 수득한 코발트, 나트륨 원소 함유 화합물 Na0.69CoO2를 10g 칭량하여, 78℃, 회전 속도 20rpm을 유지하는 조건 하에, 8시간 동안 지속적으로 반응시킨다.
실시예 5
본 실시예에서 제공하는 양극 재료의 제조 방법은 실시예 1을 참조할 수 있으며, 다른 점은 아래와 같다.
(3) 반응용기에 200ml의 탈이온수, 16.78g의 수산화리튬 1수화물 및 3.69g의 탄산리튬을 넣고, 78℃의 수온, 20rpm의 회전 속도 조건에서 5분 동안 교반한 후, 단계 2에서 수득한 코발트, 나트륨 원소 함유 화합물 Na0.69CoO2를 10g 칭량하여, 78℃, 회전 속도 20rpm을 유지하는 조건 하에, 8시간 동안 지속적으로 반응시킨다.
실시예 6
본 실시예에서 제공하는 양극 재료의 제조 방법은 실시예 1을 참조할 수 있으며, 다른 점은 아래와 같다.
(3) 반응용기에 200ml의 탈이온수, 16.78g의 수산화리튬 1수화물 및 16.96g의 염화리튬을 넣고, 78℃의 수온, 20rpm의 회전 속도 조건에서 5분 동안 교반한 후, 단계 2에서 수득한 코발트, 나트륨 원소 함유 화합물 Na0.69CoO2를 10g 칭량하여, 78℃, 회전 속도 20rpm을 유지하는 조건 하에, 8시간 동안 지속적으로 반응시킨다.
실시예 7
본 실시예에서 제공하는 양극 재료의 제조 방법은 실시예 1을 참조할 수 있으며, 다른 점은 아래와 같다.
(3) 반응용기에 200ml의 탈이온수, 16.78g의 수산화리튬 1수화물 및 4.24g의 염화리튬을 넣고, 78℃의 수온, 20rpm의 회전 속도 조건에서 5분 동안 교반한 후, 단계 2에서 수득한 코발트, 나트륨 원소 함유 화합물 Na0.69CoO2를 10g 칭량하여, 78℃, 회전 속도 20rpm을 유지하는 조건 하에, 8시간 동안 지속적으로 반응시킨다.
실시예 8
본 실시예에서 제공하는 양극 재료의 제조 방법은 실시예 1을 참조할 수 있으며, 다른 점은 아래와 같다.
(3) 반응용기에 200ml의 탈이온수, 10.49g의 수산화리튬 1수화물 및 10.59g의 염화리튬을 넣고, 78℃의 수온, 30rpm의 회전 속도 조건에서 5분 동안 교반한 후, 단계 2에서 수득한 코발트, 나트륨 원소 함유 화합물 Na0.69CoO2를 10g 칭량하여, 78℃, 회전 속도 30rpm을 유지하는 조건 하에, 8시간 동안 지속적으로 반응시킨다.
실시예 9
본 실시예에서 제공하는 양극 재료의 제조 방법은 실시예 1을 참조할 수 있으며, 다른 점은 아래와 같다.
(1) 2.138kg의 산화나트륨 분말과 29.105kg의 질산코발트 6수화물 분말을 칭량하여, 이를 고속 믹서에 넣고, 300rpm으로 3분 동안 믹싱한 후, 500rpm으로 5분동안 믹싱한 다음, 다시 1000rpm으로 10분 동안 믹싱한 후 혼합료를 취출하고, 혼합료에 백색의 산화나트륨 흰 점이 존재하지 않는 것이 확인되면, 균일하게 믹싱된 것으로 간주한다.
실시예 10
본 실시예에서 제공하는 양극 재료의 제조 방법은 실시예 1을 참조할 수 있으며, 다른 점은 아래와 같다.
(1) 3.656kg의 탄산나트륨 분말과 7.493kg의 코발트 산화물 분말을 칭량하여, 이를 고속 믹서에 넣고, 300rpm으로 3분 동안 믹싱한 후, 500rpm으로 5분 동안 믹싱한 다음 다시 1000rpm으로 10분 동안 믹싱한 후 혼합료를 취출하고, 혼합료에 백색의 산화나트륨 흰 점이 존재하지 않는 것이 확인되면, 균일하게 믹싱된 것으로 간주한다.
실시예 11
본 실시예에서 제공하는 양극 재료의 제조 방법은 실시예 1을 참조할 수 있으며, 다른 점은 아래와 같다.
(1) 3.656kg의 탄산나트륨 분말과 9.293kg의 수산화코발트 분말을 칭량하여, 이를 고속 믹서에 넣고, 300rpm으로 3분 동안 믹싱한 후, 500rpm으로 5분 동안 믹싱한 다음 다시 1000rpm으로 10분 동안 믹싱한 후 혼합료를 취출하고, 혼합료에 백색의 탄산나트륨 흰 점이 존재하지 않는 것이 확인되면, 균일하게 믹싱된 것으고 간주한다.
실시예 12
본 실시예에서 제공하는 양극 재료의 제조 방법은 실시예 1을 참조할 수 있으며, 다른 점은 아래와 같다.
(1) 3.656kg의 탄산나트륨 분말과 8.026kg의 사산화삼코발트 분말을 칭량하여, 이를 고속 믹서에 넣고, 300rpm으로 3분 동안 믹싱한 후, 500rpm으로 5분 동안 믹싱한 다음 다시 1000rpm으로 10분 동안 믹싱한 후 혼합료를 취출하고, 혼합료에 백색의 탄산나트륨 흰 점이 존재하지 않는 것이 확인되면, 균일하게 믹싱된 것으로 간주한다.
실시예 13
본 실시예에서 제공하는 양극 재료의 제조 방법은 실시예 1을 참조할 수 있으며, 다른 점은 아래와 같다.
(1) 3.656kg의 탄산나트륨 분말, 9.200kg의 수산화코발트 분말 및 50.98g의 나노 산화알루미늄 분말을 칭량하여, 이를 고속 믹서에 넣고, 300rpm으로 3분 동안 믹싱한 후, 500rpm으로 5분 동안 믹싱한 다음 다시 1000rpm으로 10분 동안 믹싱한 후 혼합료를 취출하고, 혼합료에 백색의 탄산나트륨 흰 점이 존재하지 않는 것이 확인되면, 균일하게 믹싱된 것으로 간주한다.
실시예 14
본 실시예에서 제공하는 양극 재료의 제조 방법은 실시예 1을 참조할 수 있으며, 다른 점은 아래와 같다.
(1) 3.656kg의 탄산나트륨 분말, 9.014kg의 수산화코발트 분말 및 152.94g의 나노 산화알루미늄 분말을 칭량하여, 이를 고속 믹서에 넣고, 300rpm으로 3분 동안 믹싱한 후, 500rpm으로 5분 동안 믹싱한 다음 다시 1000rpm으로 10분 동안 믹싱한 후 혼합료를 취출하고, 혼합료에 백색의 탄산나트륨 흰 점이 존재하지 않는 것이 확인되면, 균일하게 믹싱된 것으로 간주한다.
실시예 15
본 실시예에서 제공하는 양극 재료의 제조 방법은 실시예 1을 참조할 수 있으며, 다른 점은 아래와 같다.
(1) 3.656kg의 탄산나트륨 분말, 8.828kg의 수산화코발트 분말 및 254.9g의 나노 산화알루미늄 분말을 칭량하여, 이를 고속 믹서에 넣고, 300rpm으로 3분 동안 믹싱한 후, 500rpm으로 5분 동안 믹싱한 다음 다시 1000rpm으로 10분 동안 믹싱한 후 혼합료를 취출하고, 혼합료에 백색의 탄산나트륨 흰 점이 존재하지 않는 것이 확인되면, 균일하게 믹싱된 것으로 간주한다.
실시예 16
본 실시예에서 제공하는 양극 재료의 제조 방법은 실시예 1을 참조할 수 있으며, 다른 점은 아래와 같다.
(1) 3.656kg의 탄산나트륨 분말, 9.200kg의 수산화코발트 분말 및 40.30g의 나노 산화마그네슘 분말을 칭량하여, 이를 고속 믹서에 넣고, 300rpm으로 3분 동안 믹싱한 후, 500rpm으로 5분 동안 믹싱한 다음, 다시 1000rpm으로 10분 동안 믹싱한 후 혼합료를 취출하고, 혼합료에 백색의 탄산나트륨 흰 점이 존재하지 않는 것이 확인되면, 균일하게 믹싱된 것으로 간주한다.
실시예 17
본 실시예에서 제공하는 양극 재료의 제조 방법은 실시예 1을 참조할 수 있으며, 다른 점은 아래와 같다.
(1) 3.656kg의 탄산나트륨 분말, 9.014kg의 수산화코발트 분말 및 120.91g의 나노 산화마그네슘 분말을 칭량하여, 이를 고속 믹서에 넣고, 300rpm으로 3분 동안 믹싱한 후, 500rpm으로 5분 동안 믹싱한 다음 다시 1000rpm으로 10분 동안 믹싱한 후 혼합료를 취출하고, 혼합료에 백색의 탄산나트륨 흰 점이 존재하지 않는 것이 확인되면, 균일하게 믹싱된 것으로 간주한다.
실시예 18
본 실시예에서 제공하는 양극 재료의 제조 방법은 실시예 1을 참조할 수 있으며, 다른 점은 아래와 같다.
(1) 3.656kg의 탄산나트륨 분말, 8.828kg의 수산화코발트 분말 및 201.52g의 나노 산화마그네슘 분말을 칭량하여 이를 고속 믹서에 넣고, 300rpm으로 3분 동안 믹싱한 후, 500rpm으로 5분 동안 믹싱한 다음 다시 1000rpm으로 10분 동안 믹싱한 후 혼합료를 취출하고, 혼합료에 백색의 탄산나트륨 흰 점이 존재하지 않는 것이 확인되면, 균일하게 믹싱된 것으로 간주한다.
실시예 19
본 실시예에서 제공하는 양극 재료의 제조 방법은 실시예 1을 참조할 수 있으며, 다른 점은 아래와 같다.
(1) 2.138kg의 산화나트륨 분말과 9.293kg의 수산화코발트 분말을 칭량하여, 이를 고속 믹서에 넣고, 300rpm으로 3분 동안 믹싱한 후, 500rpm으로 5분 동안 믹싱한 다음 다시 1000rpm으로 10분 동안 믹싱한 후 혼합료를 취출하고, 혼합료에 백색의 산화나트륨 흰 점이 존재하지 않는 것이 확인되면, 균일하게 믹싱된 것으로 간주한다.
실시예 20
본 실시예에서 제공하는 양극 재료의 제조 방법은 실시예 1을 참조할 수 있으며, 다른 점은 아래와 같다.
(1) 2.138kg의 산화나트륨 분말, 9.200kg의 수산화코발트 분말 및 50.98g의 나노 산화알루미늄 분말을 칭량하여, 이를 고속 믹서에 넣고, 300rpm으로 3분 동안 믹싱한 후, 500rpm으로 5분 동안 믹싱한 다음 다시 1000rpm으로 10분 동안 믹싱한 후, 혼합료를 취출하고, 혼합료에 백색의 산화나트륨 흰 점이 존재하지 않는 것이 확인되면, 균일하게 믹싱된 것으로 간주한다.
실시예 21
본 실시예에서 제공하는 양극 재료의 제조 방법은 실시예 1을 참조할 수 있으며, 다른 점은 아래와 같다.
(1) 2.138kg의 산화나트륨 분말, 9.014kg의 수산화코발트 분말 및 152.94g의 나노 산화알루미늄 분말을 칭량하여, 이를 고속 믹서에 넣고, 300rpm으로 3분 동안 믹싱한 후, 500rpm으로 5분 동안 믹싱한 다음 다시 1000rpm으로 10분 동안 믹싱한 후 혼합료를 취출하고, 혼합료에 백색의 탄산나트륨 흰 점이 존재하지 않는 것이 확인되면, 균일하게 믹싱된 것으로 간주한다.
실시예 22
본 실시예에서 제공하는 양극 재료의 제조 방법은 실시예 1을 참조할 수 있으며, 다른 점은 아래와 같다.
(1) 2.138kg의 산화나트륨, 8.828kg의 수산화코발트 분말 및 254.9g의 나노 산화알루미늄 분말을 칭량하여, 이를 고속 믹서에 넣고, 300rpm으로 3분 동안 믹싱한 후, 500rpm으로 5분 동안 믹싱한 다음 다시 1000rpm으로 10분 동안 믹싱한 후 혼합료를 취출하고, 혼합료에 백색의 산화나트륨 흰 점이 존재하지 않는 것이 확인되면, 균일하게 믹싱된 것으로 간주한다.
비교예 1
본 비교예에서 제공하는 양극 재료는 일반적인 비도핑 코발트산 리튬이고, 그 화학적 조성은 Li1.003CoO2이며, 제조 방법은 아래의 단계들을 포함한다.
(1) Li:Co＝100.3:100의 몰비로 탄산리튬과 시중에서 구입한 일반적인 비도핑 구형 Co3O4 입자를 칭량하고, 두 가지 물질을 실시예와 동일한 교반 기기를 사용하여 300rpm으로 3분 동안 믹싱한 후, 500rpm으로 5분 동안 믹싱한 다음 다시 1000rpm으로 10분 동안 믹싱한 후 혼합료를 취출하고, 혼합료에 백색의 탄산리튬 흰 점이 존재하지 않는 것이 확인되면, 균일하게 믹싱된 것으로 간주하고;
(2) 30g의 혼합료를 세라믹 도가니에 넣고, 기기 모델이 VBF-1200X인 우물형 머플로를 사용하여 고온 소결하되, 소결하는 승온 곡선의 승온 속도는 5℃/min이고, 1050℃까지 승온하였을 때, 10시간 동안 항온 소결하며, 소결한 후, 상온까지 자연적으로 온도를 낮춘 다음 샘플을 취출하여, 소결된 코발트, 리튬 함유 화합물 Li1.003CoO2를 수득하고;
(3) 소결하여 수득한 코발트산리튬을 분쇄 연마 처리한 후, 다시 분말을 머플로에 넣고, 950℃에서 소결 시간은 8시간으로 하며, 그 다음 소결 생성물을 분쇄 처리하여 D50이 15.2μm인 그 어떤 도핑 피복도 없는 Li1.003CoO2를 수득한다.
비교예 2
본 비교예에서 제공하는 양극 재료는 고전압 도핑 피복 코발트산 리튬이고, 그 화학 조성은 Li1.0028Co0.982Al0.014Mg0.002La0.002O2이며;
해당 양극 재료의 제조 방법은 아래의 단계들을 포함한다.
(1) Li:Co:Mg＝100.28:98.2:0.2의 몰비로 탄산리튬과 시중에서 구입한 일반적인 도핑 Al과 La를 갖는 구형 Co3O4 입자 및 산화마그네슘 입자를 칭량하되, 해당 Co3O4 입자의 화학 계량 비율은 Co:Al:La＝98.2:1.4:0.2이고, 두 가지 물질을 실시예와 동일한 교반 기기를 사용하여 300rpm으로 3분 동안 믹싱한 후, 500rpm으로 5분 동안 믹싱한 다음 다시 1000rpm으로 10분 동안 믹싱한 후 혼합료를 취출하고, 혼합료에 백색의 탄산리튬 흰 점이 존재하지 않는 것이 확인되면, 균일하게 믹성된 것으로 간주하고;
(2) 30g 혼합료를 세라믹 도가니에 넣고, 기기 모델이 VBF-1200X인 우물형 머플로를 사용하여 고온 소결하되, 소결하는 승온 곡선의 승온 속도는 5℃/min이고, 1030℃까지 승온되었을 때, 10시간 동안 항온 소결하며, 소결한 후, 상온까지 자연적으로 온도를 낮춘 다음 샘플을 취출하여, 소결된 코발트, 리튬 함유 화합물 Li1.0028Co0.982Al0.014Mg0.002La0.002O2를 수득하고;
(3) 소결하여 얻은 코발트산 리튬을 분쇄 연마 처리한 후, 이산화티타늄과 Co:Ti=98.2:0.2의 몰비로 칭량한 다음 두 가지 물료를 고속 믹서에 넣고, 믹싱 프로그램을 설정하여, 300rpm으로 3분 동안 믹싱한 후, 500rpm으로 5분 동안 믹싱한 다음 다시 1000rpm으로 10분 동안 믹싱한 후 혼합료를 취출하고, 다시 분말을 머플로에 넣고 950℃에서 소결 시간은 8시간으로 하며, 그 다음 소결 생성물을 분쇄 처리하여 D50이 14.8μm인 도핑 피복형 고전압 코발트산 리튬 재료인 Li1.0028Co0.982Al0.014Mg0.002La0.002Ti0.002O2를 얻는다.
비교예 3
본 비교예에서 제공하는 양극 재료의 제조 방법은 실시예 1을 참조할 수 있는 바, 다른 점은 아래와 같다.
(3) 10.49g의 수산화리튬 1수화물, 10.59g의 염화리튬 및 10g의 단계 2에서 수득한 코발트, 나트륨 원소 함유 화합물 Na0.69CoO2를 칭량하여 믹서에 넣고, 균일하게 믹싱한 후 300℃에서 5시간 동안 고온 소결한다.
비교예 4
본 비교예에서 제공하는 양극 재료의 제조 방법은 실시예 1을 참조할 수 있는 바, 다른 점은 아래와 같다.
(3) 10.49g의 수산화리튬 1수화물, 10.59g의 염화리튬 및 단계 2에서 수득한 코발트, 나트륨 함유 화합물 Na0.69CoO2를 10g 칭량하여 믹서에 넣고, 균일하게 믹싱한 후 250℃에서 5H 동안 고온 소결한다.
실시예 1 ~ 실시예 22와 비교예 1 ~ 비교예 4에서 제공하는 양극 재료에 대해 XRD 테스트를 진행하며, 도 1은 본 발명의 실시예 1에서 제공하는 양극 재료의 XRD테스트 데이터 그래프로서, 도 1을 참조하면, 실시예 1에서 제공하는 양극 재료의 XRD 패턴에는 002 결정면에 대응되는 002 피크, 102 결정면에 대응되는 102 피크, 103 결정면에 대응되는 103 피크, 101 결정면에 대응되는 101 피크 및 004 결정면에 대응되는 004 피크가 포함되는 것을 확인할 수 있고, 대응되는 회절각과 피크 강도를 나열하는 바, 표 1에 나타난 바와 같다.
[표 1] 실시예 1 ~ 22와 비교예 1 ~ 4에서 제공하는 양극 재료의 테스트 결과
002 결정면2θ 값(°) 102 결정면2θ 값(°) 103 결정면2θ 값(°) 004 결정면 피크 강도 101 결정면 피크 강도 101 결정면/004 결정면 피크 강도 비율m
실시예 1 18.5937 41.7818 47.139 1799.23 3236.43 1.799
실시예 2 18.62 41.7687 47.0864 1542.01 3111.83 2.018
실시예 3 18.6069 41.703 47.0733 1393.6 4775.51 3.427
실시예 4 18.5675 41.6768 47.0208 1305.81 5078.15 3.889
실시예 5 18.5675 41.6768 47.0208 1241.2 5071.88 4.086
실시예 6 18.5806 41.6899 47.047 1259.84 3540.2 2.81
실시예 7 18.5675 41.703 47.0339 856.25 3942.59 4.604
실시예 8 18.5675 41.6899 47.047 1652.05 3029.03 1.833
실시예 9 18.5675 41.6899 47.047 1499.32 4205.86 2.805
실시예 10 18.5543 41.6768 47.0208 1556.6 2638.51 1.695
실시예 11 18.5543 41.6636 47.0208 1602.74 4142.8 2.585
실시예 12 18.5806 41.6899 47.0339 1257.34 2717.86 2.162
실시예 13 18.5806 41.703 47.047 1284.85 3809.11 2.965
실시예 14 18.5806 41.6899 47.0339 1603.14 5367.07 3.348
실시예 15 18.5675 41.703 47.0339 1047.47 4753.9 4.538
실시예 16 18.5806 41.703 47.047 1043.66 2195.1 2.103
실시예 17 18.5675 41.703 47.0208 1029.42 4484.2 4.356
실시예 18 18.5675 41.6899 47.0208 546.35 2922.41 5.349
실시예 19 18.5675 41.6899 47.047 1438.28 3646.54 2.535
실시예 20 18.5675 41.6768 47.0339 1174.97 4204.03 3.578
실시예 21 18.5543 41.6899 47.0339 681.77 3926.77 5.76
실시예 22 18.5543 41.6899 47.0208 469.15 3219.22 6.862
비교예 1 특징 피크가 없음 특징 피크가 없음 특징 피크가 없음 / / /
비교예 2 특징 피크가 없음 특징 피크가 없음 특징 피크가 없음 / / /
비교예 3 18.5825 41.6885 47.0338 428.32 624.92 1.459
비교예 4 18.5782 41.6977 47.0309 478.20 651.78 1.363
표 1 중 실시예 1 ~ 12에서 제공하는 XRD 데이터를 참조하면, 상이한 제조 원료 및 비율 관계는 양극 재료의 상 피크 위치와 피크 강도에 일정한 영향을 미치는 것을 확인할 수 있고; 실시예 13 ~ 실시예 22에서 제공하는 XRD 데이터를 참조하면, 도핑 원소 함량의 증가와 더불어 양극 재료 중 101 결정면과 004 결정면의 피크 강도 비율이 현저히 향상되는 것을 확인할 수 있고; 비교예 3 ~ 4를 참조하면, 소결 방식을 사용하여 이온 교환 반응을 진행하는 것에 비해 본 발명에서 제공하는 솔루션 방법으로 제조하여 얻은 양극 재료 중 101 결정면/004 결정면 피크 강도 비율 m이 현저히 향상된다.
실시예 1 ~ 22와 비교예 1 ~ 4에서 제조하여 얻은 양극 재료에 대해 버튼셀 용량 테스트를 진행하며, 버튼셀의 제조 방법은 아래와 같다. 실시예 1 ~ 22와 비교예 1 ~ 2에서 제조한 양극 재료와 전도성 카본 블랙(SP), PVDF를 80:10:10의 중량비로 혼합하고, 용매에 분산시켜 양극 슬러리를 얻으며, 이 슬러리를 알루미늄 호일 집전체에 도포하고, 압연하여 양극 시트를 제조한 다음, 양극 시트를 몰드로 직경이 12mm인 작은 원형 시트로 펀칭하며, 건조 및 질량 측정 처리한 다음, Ar 보호 분위기 하의 글러브박스에서, 2025의 버튼형 배터리 케이스를 사용하여 Li 금속 원형시트를 음극으로서 사용하고, 일반적인 고전압 코발트산 리튬 전해액을 함께 조립하여 버튼셀을 제조한다. 버튼셀 제조 완료 후, 일반 환경에서 4H 동안 휴지한 후, 최초의 충방전 용량 테스트를 진행하며, 테스트 조건은, 0.1C로 4.5V까지 충전시키고, 정전압으로 0.025C까지 충전한 다음 차단하며, 3min 휴지한 후, 0.1C로 3.0V까지 방전시키는 것이며, 실시예 1에서 제공하는 양극 재료의 충방전 곡선은 도 2에 도시된 바와 같고, 최초의 충전 그램 용량, 최초의 방전 그램 용량 C0 mAh/g을 기록하고, 동시에 방전을 시작하고부터 4.4V 전압 차단 범위 내의 방전 그램 용량 C1 mAh/g, 방전 용량 중 방전 전압 범위 3.8V ~ 3.7V 내에서 방출한 그램 용량 C2 mAh/g를 정의하고, 첫 번째 효율, C1/C0 및 C2/C0을 계산하며, 표 2에 그 결과를 표시하였다.
실시예 1 ~ 실시예 22 및 비교예 1 ~ 비교예 4에 따라 제공하는 양극 재료를 일정한 양으로 확대한 후, 전도성 카본 블랙, PVDF와 96:2:2의 중량비로 혼합하고, 용매에 분산시켜 양극 활성층 슬러리를 제조하고, 양극 알루미늄 집전체 표면에 도포하여 양극 시트를 얻은 다음, 음극 시트, 세퍼레이터 및 전해액과 조립하여 리튬 이온 배터리를 얻으며, 구체적인 제조 방법은 아래와 같다.
인조 흑연(충전 차단 전압 4.5V), 스티렌부타디엔 고무(SBR), 카르복시메틸셀룰로오스 나트륨, 전도성 카본 블랙을 94:3:2:1의 중량비로 혼합하고, 물에 분산시켜 공전 - 자전 혼합 장치로 혼합한 후, 음극 활성층 슬러리를 얻고, 음극 구리 집전체에 도포하여 음극 시트를 얻는다.
전해액은 유기 용매와 첨가제를 포함하며, 유기 용매는 에틸렌 카보네이트(EC), 디에틸 카보네이트(DEC), 프로필렌 카보네이트(PC) 및 플루오로에틸렌 카보네이트(FEC)를 포함하고, 첨가제는 아래에 도시된 구조를 가진다.
그 다음, 리튬 이온 배터리 순환 성능 테스트를 진행하며, 순환 성능 테스트 과정은, 25℃에서 1C의 충전 배율로 정전류로 4.50V까지 충전하고, 다시 0.05C의 충전 배율로 정전압으로 4.50V까지 충전한 다음, 1C의 방전 배율로 3.0V까지 방전하고, 이러한 충방전 순환을 500회 반복하여, 최초 순환 시의 방전 용량과 제500회 순환 시의 방전 용량을 측정하고, 다음 계산 방식: 순환 후의 용량 유지율 = (제500회 순환 시의 방전 용량)/(최초 순환 시의 방전 용량)*100%로 순환한 후의 용량 유지율을 구하고, 표 2에 그 결과를 표시하였다.
[표 2] 실시예 1 ~ 실시예 22와 비교예 1 ~ 비교예 4에서 제공하는 양극 재료의 그램 용량 및 배터리 성능 테스트 결과
버튼셀 최초 충전 그램 용량(mAh/g) 버튼셀 최초 방전 그램 용량C0(mAh/g) 버튼셀 최초 효율 C1/C0 C2/C0 풀셀 500회 순환 후의 용량 유지율
실시예 1 210.5 201.2 95.60% 11.30% 29.60% 85.30%
실시예 2 209.8 200.7 95.70% 10.90% 29.90% 85.83%
실시예 3 208.3 200.3 96.20% 10.30% 30.20% 84.97%
실시예 4 209.2 201.4 96.30% 11.10% 29.70% 86.56%
실시예 5 211.3 202.5 95.80% 11.90% 29.60% 86.02%
실시예 6 209.7 202 96.30% 12.20% 30.10% 84.83%
실시예 7 210.8 199.8 94.80% 12.60% 31.50% 86.39%
실시예 8 208.9 201.3 96.40% 11.50% 28.90% 83.98%
실시예 9 209.7 201 95.90% 11.30% 29.80% 85.76%
실시예 10 211 200.8 95.20% 12.10% 30.05% 86.13%
실시예 11 212.4 202.3 95.20% 10.85% 31.06% 85.93%
실시예 12 210.6 201.4 95.60% 12.30% 29.45% 86.77%
실시예 13 211.2 199.5 94.50% 11.70% 30.64% 87.81%
실시예 14 208.5 198.4 95.20% 12.34% 31.47% 88.34%
실시예 15 208.1 197.4 94.90% 12.98% 32.05% 88.76%
실시예 16 210.9 200 94.80% 11.87% 29.86% 86.98%
실시예 17 211.3 198.7 94.00% 12.48% 30.96% 87.44%
실시예 18 208.6 198 94.90% 13.13% 31.07% 88.65%
실시예 19 210.6 201.4 95.60% 11.59% 29.64% 84.86%
실시예 20 209.5 199.9 95.40% 11.78% 29.63% 86.76%
실시예 21 208.9 199.1 95.30% 12.18% 30.32% 87.95%
실시예 22 207.8 198.4 95.50% 13.04% 31.05% 88.35%
비교예 1 205.2 195.4 95.20% 6.54% 0.46% 56.32%
비교예 2 199 187.8 94.40% 5.87% 0.52% 78.42%
비교예 3 206.5 189.6 91.8% 9.08% 24.89% 79.45%
비교예 4 207.3 190.4 91.8% 8.17% 24.68% 78.87%
표 2를 참조하면, 비교예1 ~ 비교예 4에 비해 본 발명의 실시예 1 ~ 실시예 22에서 제공하는 양극 재료는 리튬 이온 배터리의 용량과 순환 성능을 향상시키는데 유리하고, 500회 순환한 후의 용량 유지율은 적어도 80% 이상이라는 것을 발견하였으며, 실시예 13 ~ 실시예 22 및 비교예 3 ~ 비교예 4를 참조하면, 피크 강도 비율 m이 상승함에 따라, 리튬 이온 배터리의 순환 성능도 어느 정도 향상되었다. 종합하면, 본 발명에서 제공하는 양극 재료는 리튬 이온 배터리가 고전압에서 높은 방전 그램 용량과 우수한 순환 성능을 구현하도록 하여, 리튬 이온 배터리에 대한 사용자들의 박형화 수요를 만족시킬 수 있다.
마지막으로 설명해야 할 점은, 이상의 각 실시예는 단지 본 발명의 기술적 해결수단을 설명하기 위한 것일 뿐, 이에 대해 한정하는 것은 아니고; 비록 상술한 각 실시예를 참조하여 본 발명을 상세히 설명하였으나, 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들은, 여전히 상술한 각 실시예에 기재된 기술적 해결수단에 대해 수정하거나, 그 중 일부 기술특징에 동등한 치환을 수행할 수 있으며; 이러한 수정 또는 치환에 의해 상응한 기술적 해결수단의 본질이 본 발명의 각 실시예의 기술적 해결수단의 범위를 벗어나는 것은 아니라는 점을 이해하여야 한다.

Claims (10)

  1. 양극 재료에 있어서,
    상기 양극 재료는 Lin-xNaxCo1-yMeyO2이고, 0.7≤n≤1, 0＜x≤0.15, 0≤y≤0.15이며, Me는 Al, Mg, Ti, Zr, Ni, Mn, Y, La, Sr, W, Sc, Ce, P, Nb, V, Ta, Te 중에서 선택된 하나 또는 복수이고;
    상기 양극 재료의 X선 회절 패턴에는 002 결정면에 대응되는 002 피크, 004 결정면에 대응되는 004 피크, 101 결정면에 대응되는 101 피크, 102 결정면에 대응되는 102 피크, 103 결정면에 대응되는 103 피크가 있고;
    상기 101 피크와 004 피크의 피크 강도 비율은 m이고, m≥1.5인 것을 특징으로 하는 양극 재료.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 002 피크에 대응되는 회절각 2θ=18.6°±0.5°이고, 상기 102 피크에 대응되는 회절각 2θ=41.7°±0.5°이며, 상기 103 피크에 대응되는 회절각 2θ=47.1°±0.5°인 것을 특징으로 하는 양극 재료.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 양극 재료의 입도는 6 ~ 18μm인 것을 특징으로 하는 양극 재료.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    3.0 ~ 4.5V의 전압에서, 상기 양극 재료의 그램 용량≥196mAh/g이고, 0.1C의 배율에서, 방전 그램 용량은 C0 mAh/g이며, 방전이 시작되고부터 4.4V까지의 방전 그램 용량은 C1 mAh/g이고, 3.8V ~ 3.7V 내에서의 방전 그램 용량은 C2 mAh/g이며, C1/C0≥9%, C2/C0≥25%인 것을 특징으로 하는 양극 재료.
  5. 배터리에 있어서,
    양극 시트를 포함하되, 상기 양극 시트는 양극 집전체 및 양극 집전체의 적어도 하나의 표면에 설치되는 양극 활성층을 포함하고, 상기 양극 활성층은 제1항 또는 제2항에 따른 양극 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 양극 재료의 질량은 상기 양극 활성층 전체 질량의 70 ~ 99%인 것을 특징으로 하는 배터리.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 양극 활성층은 바인더와 도전제를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 바인더는 폴리비닐리덴 플루오라이드, 테프론, 폴리아크릴산리튬에서 선택된 하나 또는 복수인 것; 및, 상기 도전제는 전도성 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 전도성 흑연, 전도성 탄소 섬유, 탄소 나노튜브, 단일벽 탄소 나노튜브, 다중벽 탄소 나노튜브, 탄소 섬유에서 선택된 하나 또는 복수인 것; 중 적어도 하나를 특징으로 하는 배터리.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 바인더의 질량은 상기 양극 활성층 전체 질량의 0.5 ~ 15%이고, 상기 도전제의 질량은 상기 양극 활성층 전체 질량의 0.5 ~ 15%인 것을 특징으로 하는 배터리.
  10. 제5항에 따른 배터리를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기기.
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