리튬 이차 전지용 양극 활물질, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지
POSITIVE ACTIVE MATERIAL FOR RECHARGEABLE LITHIUM BATTERY, METHOD OF PREPARING THE SAME, AND RECHARGEABLE LITHIUM BATTERY INCLUDING THE SAME
특허 요약
리튬을 삽입 및 탈리할 수 있는 화합물을 포함하는 1차 입자; 및 상기 1차 입자가 모여서 형성된 2차 입자를 포함하고, 상기 2차 입자는 코어부분이 비어있는 구조를 가지는 것인 리튬 이차 전지용 양극 활물질, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지를 제공한다.
청구항
번호청구항
1

리튬을 삽입 및 탈리할 수 있는 화합물을 포함하는 1차 입자; 및상기 1차 입자가 모여서 형성된 2차 입자를 포함하고,상기 1차 입자는 입자 표면의 일부 또는 전체 면이 탄소로 코팅되어 있으며,상기 2차 입자는 코어부분이 비어있는 구조를 가지는 것인 리튬 이차 전지용 양극 활물질.

2

제1항에 있어서,상기 1차 입자는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 리튬철인산염 입자를 포함하는 것인 리튬 이차 전지용 양극 활물질:[화학식 1]Li1+aFe1-xMx(PO4-b)Xb상기 화학식 1에서,M은 Al, Mg, Ni, Co, Mn, Ti, Ga, Cu, V, Nb, Zr, Ce, In, Zn, Y 또는 이들의 조합이고,X는 F, S, N 또는 이들의 조합이고,-0.5≤a≤0.5, 0≤x≤0.5, 0≤b≤0.1이다.

3

제2항에 있어서,상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 LiFePO4인 리튬 이차 전지용 양극 활물질.

4

제1항에 있어서,상기 탄소는 비정질인 리튬 이차 전지용 양극 활물질.

5

삭제

6

삭제

7

제1항에 있어서,상기 탄소 코팅은 2 nm 내지 6 nm의 두께를 가지는 것인 리튬 이차 전지용 양극 활물질.

8

제1항에 있어서,상기 1차 입자는 25 nm 내지 70 nm의 평균 입자 직경을 가지는 것인 리튬 이차 전지용 양극 활물질.

9

제1항에 있어서,상기 2차 입자는 구형 또는 타원형의 형상을 가지는 것인 리튬 이차 전지용 양극 활물질.

10

제1항에 있어서,상기 2차 입자의 단면에서 코어부분의 빈 공간은 모여 있는 1차 입자들의 연결된 표면에 의해 형성되는 것인 리튬 이차 전지용 양극 활물질.

11

제1항에 있어서,상기 2차 입자는 200 nm 내지 500 nm의 평균 입자 직경을 가지는 것인 리튬 이차 전지용 양극 활물질.

12

제1항에 있어서,상기 리튬 이차 전지용 양극 활물질은 전체 리튬 이차 전지용 양극 활물질에 대하여, 상기 코팅된 탄소를 1 중량% 내지 5 중량%로 포함하는 것인 리튬 이차 전지용 양극 활물질.

13

리튬 공급원, 인산 공급원, 및 용매를 혼합하여 제1 침전물을 포함하는 제1 혼합물을 형성하는 단계;탄소 공급원, 철 공급원, 및 용매를 혼합한 제2 혼합물을 준비하는 단계; 상기 제1 혼합물과 상기 제2 혼합물을 혼합하여 제2 침전물을 형성하고, 상기 제1 침전물과 상기 제2 침전물의 공 침전물을 형성하는 단계; 및상기 공 침전물을 수열 반응시키는 단계를 포함하는 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법.

14

제13항에 있어서,상기 리튬 공급원, 인산 공급원, 및 용매를 혼합하여 제1 침전물을 형성하는 단계는, 상기 리튬 공급원을 5 중량% 내지 15 중량%, 상기 인산 공급원을 80 중량% 내지 85 중량%, 및 상기 용매를 잔부로 혼합하는 단계를 포함하는 것인 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법.

15

제13항에 있어서,상기 리튬 공급원은 수산화리튬 1수화물(LiOH·H2O), 수산화리튬(LiOH), 질산리튬(LiNO3), 염화리튬(LiCl), 또는 이들의 조합을 포함하는 것인 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법.

16

제13항에 있어서,상기 인산 공급원은 인산(H3PO4), 제2인산암모늄((NH4)2HPO4), 인산암모늄 3수화물((NH4)3PO4·3H2O), 또는 이들의 조합을 포함하는 것인 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법.

17

제13항에 있어서,상기 제1 침전물은 리튬인산염(Li3PO4)을 포함하는 것인 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법.

18

제13항에 있어서,상기 탄소 공급원, 철 공급,원 및 용매를 혼합한 혼합물을 준비하는 단계는, 상기 탄소 공급원을 25 중량% 내지 30 중량%, 상기 철 공급원을 35 내지 40 중량%, 및 상기 용매를 잔부로 혼합하는 단계를 포함하는 것인 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법.

19

제13항에 있어서,상기 탄소 공급원은 하기 화학식 2로 표시되는 화합물을 포함하는 계면활성제, 카본젤, 탄수화물, 아스코르빈산(ascorbic acid), 시트르산 (citric acid), 또는 이들의 조합을 포함하는 것인 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법:[화학식 2]상기 화학식 2에서,R1 내지 R4는 동일하거나 서로 상이하며, 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 지방족 유기기이고,X는 F, Cl, Br 또는 I이다.

20

제13항에 있어서,상기 철 공급원은 황산철(Ⅱ) 7수화물(FeSO4·7H2O), 황산철(II)암모늄((NH4)2Fe(SO4)2), 또는 이들의 조합을 포함하는 것인 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법.

21

제13항에 있어서,상기 제2 침전물은 인산철(Ⅱ)(Fe3(PO4)2)을 포함하는 것인 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법.

22

제13항에 있어서,상기 용매는 H2O, 폴리올(polyol), 또는 이들의 조합을 포함하는 것인 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법.

23

제13항에 있어서,상기 제1 혼합물과 상기 제2 혼합물을 혼합하여 제2 침전물을 형성하고, 상기 제1 침전물과 상기 제2 침전물의 공 침전물을 형성하는 단계는 20℃ 내지 40℃의 온도에서 수행하는 것인 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법.

24

제13항에 있어서,상기 수열 반응은 3 kPa 내지 4 kPa의 압력 및 115℃ 내지 130℃의 온도에서 수행하는 것인 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법.

25

제13항에 있어서,상기 수열 반응 후, 상기 공 침전물을 열처리하는 단계를 더 포함하는 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법.

26

제25항에 있어서,상기 열처리는 비활성 분위기 또는 환원 분위기에서 수행하는 것인 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법.

27

제25항에 있어서,상기 열처리는 650℃ 내지 750℃의 온도에서 수행하는 것인 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법.

28

양극 활물질을 포함하는 양극;음극 활물질을 포함하는 음극; 및전해질을 포함하고,상기 양극 활물질은 제1항 내지 제4항, 및 제7항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 리튬 이차 전지용 양극 활물질인 리튬 이차 전지.