단결정을 갖는 양극활물질, 및 그 제조 방법
Cathode active material having single crystal, and fabrication method of the same
특허 요약
본 발명에 따른 양극활물질의 제조 방법은, 전구체를 준비하는 단계, 상기 전구체, 제1 리튬 염, 및 제2 리튬 염을 혼합하여 양극활물질 소스를 제조하는 단계, 상기 양극활물질 소스를 소성하고, 냉각하고, 분쇄하여, 예비 양극활물질을 제조하는 단계, 및 상기 예비 양극활물질을 수세하고, 건조하고, 소성하여, 상기 양극활물질을 제조하는 단계를 포함할 수 있다.
청구항
번호청구항
1

전구체를 준비하는 단계;상기 전구체, 제1 리튬 염, 및 제2 리튬 염을 혼합하여, 양극활물질 소스를 제조하는 단계;상기 양극활물질 소스를 소성하고, 냉각하고, 분쇄하여, 예비 양극활물질을 제조하는 단계; 및상기 예비 양극활물질을 수세하고, 건조하고, 소성하여, 양극활물질을 제조하는 단계를 포함하는 양극활물질의 제조 방법.

2

제1 항에 있어서,상기 전구체를 준비하는 단계는,니켈 소스와 망간 소스를 혼합하여, 전이금속 소스를 제조하는 단계; 및상기 전이금속 소스, 킬레이트제, 및 pH 조절제를 반응시켜, 상기 전구체를 제조하는 단계를 포함하는 양극활물질의 제조 방법.

3

제1 항에 있어서,상기 양극활물질 소스를 소성하는 과정은,상기 양극활물질 소스를 제1 온도에서 1차 열처리하고, 상기 제1 온도보다 높은 제2 온도에서 2차 열처리하는 것을 포함하는 양극활물질의 제조 방법.

4

제3 항에 있어서,상기 제1 온도는 500℃인 것을 포함하고,상기 제2 온도는 850℃인 것을 포함하는 양극활물질의 제조 방법.

5

제1 항에 있어서,상기 예비 양극활물질을 소성하는 과정은,상기 예비 양극활물질을 제3 온도에서 1차 열처리하고, 상기 제3 온도보다 높은 제4 온도에서 2차 열처리하는 것을 포함하는 양극활물질의 제조 방법.

6

제5 항에 있어서,상기 제3 온도는 500℃인 것을 포함하고,상기 제4 온도는 650℃인 것을 포함하는 양극활물질의 제조 방법.

7

제1 항에 있어서,상기 제1 리튬 염은 수산화 리튬(Lithium Hydroxide)을 포함하고,상기 제2 리튬 염은, 탄산 리튬(Lithium Carbonate), 황산 리튬(Lithium Sulfate), 또는 질산 리튬(Lithium Nitrate) 중에서 어느 하나를 포함하는 양극활물질의 제조 방법.

8

전이금속을 포함하는 전구체, 제1 리튬 염, 및 제2 리튬 염이 혼합된 양극활물질 소스를 이용한 양극활물질의 제조 방법에서 있어서,상기 양극활물질 소스 내에 상기 제2 리튬 염의 몰 비율에 따라, 상기 양극활물질이 적용된 리튬이차전지의 성능이 제어되는 것을 포함하는 양극활물질의 제조 방법.

9

제8 항에 있어서,상기 양극활물질 소스 내에 상기 제2 리튬 염의 몰 비율이 0.25 이하로 제어되어, 상기 리튬이차전지의 초기 용량이 향상되는 것을 포함하는 양극활물 질의 제조 방법.

10

제8 항에 있어서,상기 양극활물질 소스 내에 상기 제2 리튬 염의 몰 비율이 0.25초과 0.455 미만으로 제어되어, 상기 리튬이차전지의 용량 유지율이 향상되는 것을 포함하는 양극활물질의 제조 방법.

11

제8 항에 있어서.상기 전구체 내에 전이금속인 니켈과 망간의 몰 비율이 95:5로 제어되는 것을 포함하는 양극활물질의 제조 방법.

12

제8 항에 있어서,상기 양극활물질 소스 내에 리튬과 전이금속의 몰 비율이 2.2:1로 제어되는 것을 포함하는 양극활물질의 제조 방법.

13

니켈, 상기 니켈보다 적은 양의 망간, 및 산소를 포함하는 양극활물질에 있어서,상기 양극활물질에 대한 Williamson-Hall plot의 기울 값이 0.105 이상 0.239 미만인 것을 포함하고,상기 기울기 값은, 상기 양극활물질의 격자 변형(lattice strain)에 대응되는 값인 것을 포함하는 양극활물질.

14

제13항에 있어서,상기 양극활물질에 대해 SAED(selected area electron diffraction) 및 IFFT(inverse-fast-fourier-transform) 분석 시,상기 양극활물질의 입자의 내부에 결정립계(grain boundary)나 다결정(poly crystalline) 특유의 경계선이 관찰되지 않는 것을 포함하는 양극활물질.

15

제13 항에 있어서,상기 양극활물질은 단결정(single crystalline)인 것을 포함하고,상기 양극활물질의 입자의 평균 크기는, 1㎛ 내지 2㎛ 인 것을 포함하는 양극활물질.

16

니켈, 상기 니켈보다 적은 양의 망간, 및 산소를 포함하는 양극활물질에 있어서,상기 양극활물질에 대해 XRD 분석 결과, (006) 면에 대응되는 피크 세기인 I(006), (102)면에 대응되는 피크 세기인 I(102), 및 (101)면에 대응되는 피크 세기인 I(101)의 관계가, 상기 양극활물질의 육방 구조(hexagonal structure)의 결정성에 대해 정량화된 값인 R factor로 표시되는 것을 포함하고,R factor = [I(006)/ I(102)]/[I(101)]상기 양극활물질의 상기 R factor 값에 따라, 상기 양극활물질이 적용된 리튬이차전지의 성능이 제어되는 것을 포함하는 양극활물질.

17

제16 항에 있어서,상기 양극활물질의 상기 R factor 값이 1.36x10-5 이하로 제어되어, 상기 리튬이차전지의 초기 용량이 향상되는 것을 포함하는 양극활물질.

18

제16 항에 있어서,상기 양극활물질의 상기 R factor 값이 1.36x10-5 초과 1.88x10-5 미만으로 제어되어, 상기 리튬이차전지의 용량 유지율이 향상되는 것을 포함하는 양극활물질.