하이브리드 코팅막을 포함하는 올리빈 양극 활물질 및 이의 제조방법
An olivine cathode active material including a hybrid coating film and its production method
특허 요약
본 발명은 하이브리드 코팅막을 포함하는 올리빈 양극 활물질 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 상기 양극 활물질 표면에 비정질 탄소와 고체 전해질을 포함하는 하이브리드 코팅층을 형성하여, 우수한 율속 특성(rate capability) 및 사이클 안정성을 달성함으로써, 전반적인 전기화학적 특성을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
청구항
번호청구항
1

올리빈 전구체, 리튬 이온 전도성 고체 전해질 전구체 및 탄소 전구체를 준비하는 제 1단계;상기 올리빈 전구체를 합성하여 올리빈 구조의 양극 활물질을 제조하는 제 2단계; 상기 고체 전해질 전구체 및 탄소 전구체를 포함하는 코팅을 위한 전구체를 상기 제조된 올리빈 구조의 양극 활물질과 혼합하는 제 3단계; 및상기 코팅을 위한 전구체를 상기 올리빈 구조의 양극 활물질과 합성하는 제 4단계를 포함하고,상기 제 1단계 및 제 3단계는 회전 속도 200 내지 400 rpm에서 2 내지 4시간 동안 볼밀링으로 수행되고, 상기 제 2단계 및 제 4단계의 합성은 고상법을 통해 아르곤 가스 하에서 120℃에서 3시간 동안 퍼지한 후, 370℃에서 4시간 동안 처리되어 올리빈 구조의 양극 활물질 표면 상에 리튬 이온 전도성 고체 전해질 및 탄소가 동시에 코팅되는 것을 특징으로 하는 올리빈 양극 활물질의 제조방법.

2

제 1 항에 있어서,상기 올리빈 구조의 양극 활물질은 하기 화학식 2를 만족하는 것을 특징으로 하는 올리빈 양극 활물질의 제조방법:[화학식 2]LiMxM′yM″zN1-x-y-zPO4상기 화학식 2에서, M, M′, M″ 및 N은 서로 독립적으로 Fe, Mn, Co, Ni및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 원소이고, 0≤x,y,z≤1, x+y+z≤1이다.

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제 2 항에 있어서,상기 올리빈 구조의 양극 활물질은 Cr, Zr, Nb, Cu, V, Mo, Ti, Zn 및 Al로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 금속 원소가 도핑된 것을 특징으로 하는 올리빈 양극 활물질의 제조방법.

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제 1 항에 있어서,상기 리튬 이온 전도성 고체 전해질은 하기 화학식 3을 만족하는 것을 특징으로 하는 올리빈 양극 활물질의 제조방법:[화학식 3]Li1+yAlyTi2-y(PO4)3상기 화학식 3에서, 0≤y<2이다.

5

제 1 항에 있어서,상기 탄소 전구체는 수크로오스(sucrose), 글루코스(glucose), 락토오스(lactose), 아세틸렌 블랙(acetylene balck), 탄소 나노튜브, 그래핀, 옥살레이트(oxalate), 아세테이트(acetate), 카보네이트(carbonate) 및 시트르산염(citrate)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 올리빈 양극 활물질의 제조방법.

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제 1 항에 있어서, 상기 제 4단계는 4〜6시간 동안 600〜700 ℃에서 열처리하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 올리빈 양극 활물질의 제조방법.

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제 1 항에 따라 제조된 올리빈 양극 활물질로,올리빈 구조의 양극 활물질 표면 상에 리튬 이온 전도성 고체 전해질 및 탄소가 동시에 코팅되어 160 mAh g-1 이상의 방전용량 및 90% 이상의 장기 사이클 유지율을 나타내는 것을 특징으로 하는, 올리빈 양극 활물질.

8

청구항 제7항에 따른 양극 활물질을 포함하는 전극.

9

청구항 제8항의 전극을 포함하는 리튬 이차전지.

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