하프늄이 도핑된 리튬 니켈계 산화물 리튬이차전지 양극재 및 그 제조 방법
Hafnium-doped lithium nickel-based oxide lithium secondary battery cathode material and manufacturing method thereof
특허 요약
리튬이차전지 양극재의 제조 방법이 제공된다. 상기 리튬이차전지 양극재의 제조 방법은, 산화 하프늄 및 수산화 리튬이 혼합된 제1 베이스 소스를 준비하는 단계, 상기 제1 베이스 소스 및 하프늄이 도핑된 수산화 니켈을 섞어 제2 베이스 소스를 제조하는 단계, 및 상기 제2 베이스 소스를 열처리하여 하프늄이 도핑된 리튬 니켈 산화물(LNO) 양극재를 제조하는 단계를 포함할 수 있다.
청구항
번호청구항
1

산화 하프늄 및 수산화 리튬이 혼합된 제1 베이스 소스를 준비하는 단계;상기 제1 베이스 소스 및 하프늄이 도핑된 수산화 니켈을 섞어 제2 베이스 소스를 제조하는 단계; 및 상기 제2 베이스 소스를 열처리하여 하프늄이 도핑된 리튬 니켈 산화물 양극재를 제조하는 단계를 포함하는 리튬이차전지 양극재의 제조 방법.

2

제1 항에 있어서, 상기 제2 베이스 소스를 제조하는 단계는, 황산 니켈과 황산 하프늄을 혼합하여 황산 전이금속 용액을 제조하는 단계; 상기 황산 전이금속 용액, 암모니아수, 및 수산화 나트륨을 공침 반응기에서 반응시켜 상기 하프늄이 도핑된 수산화 니켈을 제조하는 단계; 및상기 제1 베이스 소스 및 상기 하프늄이 도핑된 수산화 니켈을 섞는 단계를 포함하는 리튬이차전지 양극재의 제조 방법.

3

제1 항에 있어서, 상기 제1 베이스 소스를 준비하는 단계는, 상기 산화 하프늄을 준비하는 단계; 상기 산화 하프늄을 그라인딩하는 단계; 그라인딩된 상기 산화 하프늄과 상기 수산화 리튬을 혼합하는 단계; 및 그라인딩된 상기 산화 하프늄과 상기 수산화 리튬이 혼합된 물질을 그라인딩하는 단계를 포함하는 리튬이차전지 양극재의 제조 방법.

4

제1 항에 있어서, 상기 하프늄이 도핑된 리튬 니켈 산화물 양극제를 제조하는 단계는, 상기 제2 베이스 소스를 제1 온도까지 제1 승온 속도로 열처리한 후 제1 시간 동안 유지하는 제1 열처리 단계; 상기 제1 온도까지 열처리된 상기 제2 베이스 소스를 상기 제1 온도보다 높은 제2 온도까지 상기 제1 승온 속도로 열처리한 후 상기 제1 시간보다 긴 제2 시간 동안 유지하는 제2 열처리 단계; 및 상기 제2 온도까지 열처리된 상기 제2 베이스 소스의 온도를 감소시키는 단계를 포함하는 리튬이차전지 양극재의 제조 방법.

5

제4 항에 있어서, 상기 제1 열처리 단계는 2℃/min의 승온 속도로 500℃까지 열처리한 후 5시간 동안 유지하고, 상기 제2 열처리 단계는 2℃/min의 승온 속도로 650℃까지 열처리한 후 10시간 동안 유지하는 것을 포함하는 리튬이차전지 양극재의 제조 방법.

6

산화 하프늄 및 수산화 리튬이 혼합된 제1 베이스 소스를 준비하는 단계;상기 제1 베이스 소스 및 리튬 니켈 산화물을 섞어 제2 베이스 소스를 제조하는 단계; 및상기 제2 베이스 소스를 열처리하여 하프늄이 도핑된 리튬 니켈 산화물 양극재를 제조하는 단계를 포함하는 리튬이차전지 양극재의 제조 방법

7

하프늄이 도핑된 리튬 니켈 산화물을 포함하는 리튬이차전지 양극재에 있어서,리튬 니켈 산화물의 표면에 도핑된 하프늄의 농도가 리튬 니켈 산화물의 내부에 도핑된 하프늄의 농도보다 높은 것을 포함하고,리튬 니켈 산화물에 도핑된 하프늄의 몰 비율이 제어됨에 따라, 상기 리튬이차전지 양극재가 적용된 리튬이차전지의 충방전 사이클 안정성이 제어되는 것을 포함하는 리튬이차전지 양극재.

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제7 항에 있어서, 리튬 니켈 산화물에 도핑된 하프늄의 몰 비율이 0.5 mol% 초과 2.0 mol% 미만으로 제어됨에 따라, 상기 리튬이차전지 양극재가 적용된 리튬이차전지의 충방전 사이클 안정성이 향상되는 것을 포함하는 리튬이차전지 양극재.

9

제6 항에 있어서, 하프늄이 도핑되지 않은 리튬 니켈 산화물을 포함하는 리튬이차전지 양극재와 비교하여, 상기 리튬이차전지 양극재는 리튬이차전지의 동작에 따라 양극재의 표면에 생성되는 잔류 리튬의 양이 상대적으로 적은 것을 포함하는 리튬이차전지 양극재.

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제6 항에 있어서, 하프늄이 도핑되지 않은 리튬 니켈 산화물을 포함하는 리튬이차전지 양극재와 비교하여, 상기 리튬이차전지 양극재는 리튬이차전지의 동작 이후 양극재의 표면 XPS(X-ray Photoelectron Spectroscopy) 분석 결과 카보네이트 피크가 상대적으로 작게 나타나는 것을 포함하는 리튬이차전지 양극재.

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제6 항에 있어서, 상기 리튬이차전지 양극재가 적용된 리튬이차전지의 초기 용량이 향상되는 것을 포함하는 리튬이차전지 양극재.

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하프늄이 도핑된 리튬 니켈 산화물을 포함하는 리튬이차전지 양극재에 있어서,리튬 니켈 산화물의 표면에 도핑된 하프늄의 농도와 리튬 니켈 산화물의 내부에 도핑된 하프늄의 농도가 동일한 것을 포함하고,상기 리튬이차전지 양극재가 적용된 리튬이차전지의 충방전 사이클 안정성이 향상되는 것을 포함하는 리튬이차전지 양극재.

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제12 항에 있어서, 리튬 니켈 산화물에 도핑된 하프늄의 몰 비율이 0.5 mol% 이상 1 mol% 이하인 것을 포함하는 리튬이차전지 양극재.

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