KR100347882B1 - Conducting Polymer/Manganese Oxide Composite Cathode Material for Lithium Secondary Batteries and Method for Making Same - Google Patents
Conducting Polymer/Manganese Oxide Composite Cathode Material for Lithium Secondary Batteries and Method for Making Same Download PDFInfo
- Publication number
- KR100347882B1 KR100347882B1 KR1020000039621A KR20000039621A KR100347882B1 KR 100347882 B1 KR100347882 B1 KR 100347882B1 KR 1020000039621 A KR1020000039621 A KR 1020000039621A KR 20000039621 A KR20000039621 A KR 20000039621A KR 100347882 B1 KR100347882 B1 KR 100347882B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- active material
- cathode active
- conductive polymer
- manganese oxide
- lithium secondary
- Prior art date
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
본 발명은 전도성 고분자를 망간 산화물의 표면에 합성하여 리튬이차전지용 복합 양극활물질을 제조하는 방법에 관한 것으로서 (A) -4 ℃∼4 ℃로 조절한 0.5∼1.5M의 도판트 수용액에 금속 산화물을 첨가한 후 교반시키는 단계와; (B) 상기 (A)단계의 반응혼합액에 중량비가 조절된 단량체를 첨가하고 30분 내지 2시간 동안 반응시키는 단계와; (C) (B)단계의 반응혼합액을 과량의 메탄올에 침전시켜 여과한 다음 세척한 후 80℃의 진공 오븐에서 24시간 이상 건조시키는 단계로 구성되는 제조방법을 제공한다. 상기의 방법에 따라 제조된 전도성고분자/망간산화물 복합분말은 고성능 리튬이차전지 및 축전지 등과 같이 상온에서 우수한 전기전도도와 전기적 활성을 요구하는 자동차와 전자부품 분야에서 매우 유용하게 사용될 수 있다.The present invention relates to a method for preparing a composite cathode active material for a lithium secondary battery by synthesizing a conductive polymer on the surface of a manganese oxide. (A) A metal oxide Adding and stirring; (B) adding a monomer having a controlled weight ratio to the reaction mixture of step (A) and allowing the monomer to react for 30 minutes to 2 hours; (C) precipitating the reaction mixture of step (B) in an excess amount of methanol, filtering, washing and then drying in a vacuum oven at 80 DEG C for more than 24 hours. The conductive polymer / manganite oxide composite powder prepared according to the above method can be very usefully used in the fields of automobiles and electronic parts requiring high electrical conductivity and electrical activity at room temperature, such as high performance lithium secondary batteries and batteries.
Description
본 발명은 리튬이차전지용 복합 양극활물질 및 그 제조방법에 관한 것으로써, 특히 전도성 고분자를 망간 산화물의 표면에 합성하여 새로운 리튬이차전지용 복합 양극활물질을 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a composite cathode active material for a lithium secondary battery and a method for producing the composite cathode active material, and more particularly, to a method for preparing a composite cathode active material for a lithium secondary battery by synthesizing a conductive polymer on the surface of a manganese oxide.
일반적으로 현재 상업용 소형 리튬이차전지에 사용되고 있는 양극활물질인 코발트 산화물 (LiCoO2)은 희귀 원소로서 고가이며 환경 문제를 유발할 수 있는 문제점이 있기 때문에 1990년대 중반부터 저가의 니켈 산화물(LiNiO2)또는 망간 산화물 (MnO2또는 LiMn2O4)이 이용되어 왔다. 니켈 산화물은 코발트 산화물과 같이 이차원의 층상 구조이며 3.6 V의 작동 전압과 높은 방전 용량을 가지고 있으나 합성 과정을 제어하기가 매우 어려운 단점이 있는 반면에 삼차원 스피넬 구조의 망간 산화물(LiMn2O4)은 저가이며 합성이 용이하고 환경 친화적인 장점이 있다.Generally, cobalt oxide (LiCoO 2 ), which is a cathode active material used in a commercial small-sized lithium secondary battery, is expensive as a rare element and has a problem that can cause environmental problems. Therefore, low-priced nickel oxide (LiNiO 2 ) Oxides (MnO 2 or LiMn 2 O 4 ) have been used. Nickel oxide is a two-dimensional layered structure like cobalt oxide and has an operating voltage of 3.6 V and a high discharge capacity, but it has a disadvantage that it is difficult to control the synthesis process, whereas a three-dimensional spinel structure manganese oxide (LiMn 2 O 4 ) Low cost, easy to synthesize, and environmentally friendly.
그러나 망간산화물은 전기 전도도가 약 10-4S/cm로 매우 낮고 결정 구조의 불안정성과 낮은 열적 안정성으로 충·방전중에 전지의 수명이 급격히 저하되는 단점이 있다. 일반적으로 금속 산화물의 전기 전도도는 10-3S/cm 이하로 매우 낮기 때문에 충·방전시 전류의 흐름을 원활하게 하기 위하여 양극 전체 중량당 약 10 중량% 내외의 탄소 분말을 도전재로 사용하게 된다. 활물질인 금속 산화물과 탄소 도전재 분말은 전극의 성형 후에 물리적 접촉에 의해 전류의 흐름이 발생하는데 망간산화물의 경우 과방전시 결정구조가 입방형(cubic)에서 정방형 (tetragonal)으로 바뀌고 부피가 약 6.5% 증가하여 활물질과 탄소 도전재의 국부적인 단락이 발생하면서 저항이 증가하여 전지의 수명이 급속하게 단축된다. 이를 억제하기 위하여 망간 이온을 이가 또는 삼가의 이온으로 치환하는 방법 등이 제기되었으나 아직까지 상업적인 성공을 기대하기 어려운 상태이다.However, the manganese oxide has a low electric conductivity of about 10 -4 S / cm and has a disadvantage in that the lifetime of the battery is drastically lowered during charging and discharging due to instability of crystal structure and low thermal stability. Generally, since the electric conductivity of the metal oxide is very low such as 10 -3 S / cm or less, carbon powder of about 10 wt% or less per total weight of the anode is used as a conductive material in order to smooth current flow during charging and discharging . In the case of the manganese oxide, the overdispersed crystal structure is changed from cubic to tetragonal and the volume is about 6.5%. In the case of the metal oxide and the carbon conductive material powder, The local short-circuiting of the active material and the carbon conductive material occurs, and the resistance is increased, thereby shortening the life of the battery rapidly. In order to suppress this, manganese ions were replaced with bivalent or trivalent ions. However, it is difficult to expect commercial success.
한편 전도성 고분자는 사용하는 도판트의 극성에 따라 이차전지의 음극과 양극활물질로 모두 사용이 가능하지만 주로 음이온 도핑에 의해 리튬이차전지의 양극활물질로 활용되어 왔다. 리튬메탈과 음이온 도핑된 전도성 고분자 전지의 경우에 전지의 충전 반응은 리튬 음극에서 리튬 이온의 환원과 고분자 양극에서 음이온의 고분자 사슬 내로의 도핑에 의해서 이루어지며, 방전 반응은 이의 역반응으로 구성된다. 폴리아세틸렌 (Polyacetylene), 폴리아닐린 (Polyaniline) 및 폴리피롤 (Polypyrrole) 등의 전도성 고분자가 이차전지의 양극활물질로 사용될 수 있는데, 일본의 브릿지스톤(Bridgestone)/세이코(Seiko)와 독일의 바르타(Varta)/바스프(BASF)는 폴리아닐린 (Polyaniline)과 폴리피롤(Polypyrrole)을 이용한 소형 리튬전지를 1980년대 후반에 개발하여 부분적으로 상업화한 바 있다.On the other hand, the conductive polymer can be used both as a cathode and a cathode active material of a secondary battery according to the polarity of a dopant used, but it has been utilized as a cathode active material of a lithium secondary battery mainly by anion doping. In the case of lithium metal and anionically doped conductive polymer battery, the charging reaction of the battery is performed by reduction of lithium ions at the lithium anode and doping of the anion into the polymer chain at the polymer anode, and the discharge reaction consists of the reverse reaction thereof. Conductive polymers such as polyacetylene, polyaniline and polypyrrole can be used as the cathode active material of secondary batteries. Bridgestone / Seiko of Japan and Varta of Germany, / BASF has developed a small lithium battery using polyaniline and polypyrrole in the late 1980s and partially commercialized it.
그러나 상기의 리튬/전도성 고분자 전지는 자기 방전율이 매우 높으며, 도핑/탈도핑 반응 중에 고분자 사슬 내에서의 도판트 이온의 이동 속도가 느리므로 전지 수명이 급격히 단축되는 단점이 있어 기존의 니켈/카드뮴 전지에 비해 가격과 성능면에서 경쟁력을 잃었다. 또한 전도성 고분자의 최대 도핑 수준은 폴리피롤 약 35%, 폴리티오펜(Polythiophene) 약 25% 및 폴리아닐린 약 50% 등으로 근본적으로 양극 활물질로써 용량의 한계를 가지고 있어 실제 중량당 에너지 밀도가 금속 산화물보다 높지 않은 것으로 밝혀졌다.However, since the lithium / conductive polymer battery has a high self-discharge rate and a slow moving speed of the dopant ions in the polymer chain during the doping / dedoping reaction, the life of the battery is rapidly shortened. Compared to its competitors in terms of price and performance. In addition, the maximum doping level of the conductive polymer is basically a capacity limit of the cathode active material, such as about 35% of polypyrrole, about 25% of polythiophene and about 50% of polyaniline, so that the energy density per weight is higher than the metal oxide .
상기의 문제점을 해결하기 위해서 일본특허 제9073920호에는 바나듐 산화물과 폴리피롤의 나노복합물질이 개시된 바 있으며 또한 폴리피롤/MnO2복합 양극활물질을 화학적으로 제조하는 방법 (J.Chem. Soc.,Chem.Commun. 198, (1991)) , 폴리피롤/LiMn2O4복합 양극활물질을 전기화학적 또는 화학적으로 제조하는 방법이 보고된 바 있다.(Chem.Lett.,1067, (1989)).In order to solve the above problems, Japanese Patent No. 9073920 discloses a nanocomposite material of vanadium oxide and polypyrrole and a method of chemically preparing a polypyrrole / MnO 2 composite cathode active material ( J. Chem. Soc., Chem. Commun. 198, (1991)), a method of electrochemically or chemically preparing a polypyrrole / LiMn 2 O 4 composite cathode active material has been reported ( Chem . Lett ., 1067, (1989)).
그러나 상기의 방법은 중합되는 전도성 고분자의 두께를 조절하기가 어렵고 특수한 형판 위에 복합 전극을 얻어야 하는 단점이 있다. 그리고 합성시 도판트로서 ClO4 -와 같은 무기 음이온을 사용하므로 충·방전 반응에서 전도성 고분자 내·외로 음이온의 도핑/탈도핑 반응이 발생하므로 금속산화물에 삽입/탈리되는 리튬 이온과 고분자 층에서 염을 형성하여 용량의 감소를 일으킬 수 있는 문제점이 있으며, 전도성 고분자 사슬의 구조가 밀집된 형태를 가지게 되므로 유기 액체 전해액에 의한 고분자의 팽윤이 어렵기 때문에 고분자 층을 통과하여 삽입/탈리되는 리튬 양이온의 이동 속도를 감소시킬 수 있다. 이외에도 무기 음이온으로 도핑된 전도성 고분자는 필름이 치밀하고 취성(brittleness)이 강하여 쉽게 깨지는 단점이 있다.However, it is difficult to control the thickness of the conductive polymer to be polymerized, and a composite electrode must be obtained on a specific template. In addition, since an inorganic anion such as ClO 4 - is used as a dopant in the synthesis, a doping / dedoping reaction of anions inside and outside the conductive polymer occurs in the charge / discharge reaction, And the capacity of the lithium ion can be reduced. Since the conductive polymer chains have a dense structure, it is difficult to swell the polymer due to the organic liquid electrolyte. Therefore, migration of the lithium cation through the polymer layer The speed can be reduced. In addition, the conductive polymer doped with an inorganic anion is disadvantageous in that the film is dense and brittleness is strong, so that it is easily broken.
본 발명은 상기한 종래의 망간 산화물과 전도성 고분자의 단점을 해결하기 위해 제안된 것으로써, 본 발명의 목적은 거대 분자 구조의 알킬벤젠술폰산을 도판트로 사용하여 수용액중에서 망간 산화물의 표면에 폴리아닐린 또는 폴리피롤을 화학적으로 합성하여 환경친화적인 전도성고분자/망간산화물 복합 양극활물질의 제조방법을 제공하는 것이다.The object of the present invention is to solve the disadvantages of the conventional manganese oxide and the conductive polymer described above, and it is an object of the present invention to provide a polyaniline or polypyrrole And a method for manufacturing an environmentally friendly conductive polymer / manganese oxide composite cathode active material.
도 1은 도판트를 변화시켜 제조한 실시예 1-6의 폴리피롤을 엑스레이회절기로 측정하여 얻은 스펙트럼이다.1 is a spectrum obtained by measuring the polypyrrole of Example 1-6 prepared by changing the dopant with an X-ray diffractometer.
도 2는 복합 양극활물질에서의 망간산화물 함량의 변화에 따른 전기 전도도의 변화를 나타낸 그래프이다.2 is a graph showing a change in electric conductivity according to a change in manganese oxide content in a composite cathode active material.
도 3은 실시예 1, 6-7, 비교예 1-2의 복합 양극활물질의 방전 용량 변화를 나타낸 그래프이다.3 is a graph showing discharge capacity changes of the composite cathode active materials of Examples 1, 6-7, and Comparative Example 1-2.
도 4는 실시예 7과 비교예 1의 복합 양극활물질의 충방전 속도에 따른 방전용량을 나타낸 그래프이다.4 is a graph showing discharge capacities of the composite cathode active material according to Example 7 and Comparative Example 1 according to charge / discharge rates.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 (A) -4 ℃ ∼ 4 ℃로 조절한 0.5∼1.5 M의 도판트 수용액에 금속 산화물을 첨가한 후 교반시키는 단계와; (B) 상기 (A)단계의 반응혼합액에 중량비가 조절된 단량체를 첨가하고 30분 내지 2시간 동안 반응시키는 단계와; (C) (B)단계의 반응혼합액을 과량의 메탄올에 침전시켜 여과한 다음 세척한 후 80℃의 진공 오븐에서 24시간 이상 건조시키는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 리튬이차전지용 복합 양극활물질 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.(A) adding a metal oxide to an aqueous solution of a dopant of 0.5 to 1.5 M adjusted at -4 ° C to 4 ° C, followed by stirring; (B) adding a monomer having a controlled weight ratio to the reaction mixture of step (A) and allowing the monomer to react for 30 minutes to 2 hours; (C) precipitating a reaction mixture of step (B) in an excess amount of methanol, filtering, washing and drying in a vacuum oven at 80 ° C for at least 24 hours. Method.
상기 (A) 단계의 금속산화물은 LixCo1-xMn2O4, LiCoO2, Mn2O4, LiMn2O4을 사용할 수 있으며 상기 (B)단계의 단량체는 피롤 또는 아닐린을 사용할 수 있다. 단량체와 금속 산화물의 중량비는 1 : 1에서 1 : 3으로 사용 목적에 따라 조절이 가능하다.The metal oxide of step (A) may be Li x Co 1-x Mn 2 O 4 , LiCoO 2 , Mn 2 O 4 , LiMn 2 O 4 , and the monomer of step (B) may be pyrrole or aniline. have. The weight ratio of monomers to metal oxide is 1: 1 to 1: 3 and can be adjusted according to the purpose of use.
상기 (A) 단계의 도판트는 캄포술폰산(camphorsulfonic acid), 알킬벤젠술폰산(alkylbenzenesulfonic acid), 알킬벤젠술폰산 나트륨염 (alkylbenzenesulfonic acid, sodium salt)을 사용할 수 있으며 도판트의 알킬 사슬의 길이(n)는 0에서 12까지 조절이 가능하고 중합시 도판트 수용액의 농도는 약 0.5 M 내지 1.5 M로서 사용 목적에 따라 조절이 가능하다.The dopant of step (A) may be selected from the group consisting of camphorsulfonic acid, alkylbenzenesulfonic acid, and alkylbenzenesulfonic acid (sodium salt). The length (n) of the alkyl chain of the dopant is It is adjustable from 0 to 12, and the concentration of the dopant aqueous solution during polymerization is about 0.5 M to 1.5 M, which can be adjusted depending on the purpose of use.
상기의 도판트중에서 알킬벤젠술폰산은 긴 알킬 사슬을 가지고 있어 전도성 고분자 사슬을 일정한 간격으로 확장시키는 역할을 하여에틸렌카아보네이트(ethylene carbonate), 디메틸카아보네이트(dimethyl carbonate) 등의 혼합 용매에 리튬헥사플루오르포스페이트(lithium hexafluorophosphate)가 첨가된 유기 전해액에 의한 전도성 고분자의 팽윤을 용이하게 하고 도핑된 알킬벤젠술폰산 음이온은 거대 분자 구조로 인하여 충·방전 반응중에 고분자 사슬내에 고정되어 리튬 양이온에 의한 산화·환원 반응만이 발생하므로 리튬이차전지용 양극활물질로 매우 적합한 특징을 지닌다.Among the above dopants, the alkylbenzenesulfonic acid has a long alkyl chain and serves to expand the conductive polymer chains at regular intervals. Lithium (Li) is added to a mixed solvent such as ethylene carbonate and dimethyl carbonate, The swelling of the conductive polymer by the organic electrolyte added with lithium hexafluorophosphate is facilitated, and the doped alkylbenzenesulfonic acid anion is fixed in the polymer chain during the charging / discharging reaction due to the macromolecular structure, And only the reduction reaction occurs. Therefore, it is very suitable as a cathode active material for a lithium secondary battery.
또한 알킬벤젠술폰산과 같은 유연한 구조의 고분자가 망간 산화물의 표면에 코팅되므로 전극 제조시 첨가되는 폴리비닐리덴풀루오라이드(polyvinylidene fluoride) 또는 폴리테트라플루오르에틸렌(polytetrafluoro-ethylene) 등의 고분자 결합재와의 결합력을 향상시킬 수 있으며, 복합 양극활물질에서 3 내지 5 중량%의 고분자 함량으로도 우수한 전기 전도성을 나타내므로 탄소 도전재의 첨가량을 감소시켜 중량당 및 부피당 에너지 밀도를 효과적으로 향상시킬 수 있다.Since the polymer having a flexible structure such as alkylbenzenesulfonic acid is coated on the surface of the manganese oxide, the bonding strength with a polymer binder such as polyvinylidene fluoride or polytetrafluoro-ethylene And exhibits excellent electrical conductivity even with a polymer content of 3 to 5% by weight in the composite cathode active material. Therefore, the addition amount of the carbon conductive material can be reduced, and the energy density per weight and volume can be effectively improved.
산화제로는 암모늄퍼설페이트(ammonium persulfate(APS), Acros), 페릭퍼클로레이트(ferric perchlorate) , 페릭클로라이드(ferric chloride), 페릭나이트레이트(ferric nitrate), 암모늄페릭설페이트(ammonium ferric sulfate) 및 포타슘퍼설페이트(potassium persulfate)등을 사용할 수 있고 단량체와 산화제의 비율은 1 :1에서 1:7.5로 사용 목적에 따라 조절이 가능하며, 망간산화물(LiMn2O4)의 경우에는 산화제 없이 중합이 가능하다.Examples of the oxidizing agent include ammonium persulfate (APS), Acros, ferric perchlorate, ferric chloride, ferric nitrate, ammonium ferric sulfate, and potassium persulfate (potassium persulfate) can be used. The ratio of monomers to oxidant is 1: 1 to 1: 7.5, and it can be controlled depending on the purpose of use. In the case of manganese oxide (LiMn 2 O 4 ), polymerization can be carried out without oxidizing agent.
본 발명을 실시예에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같은 바, 본 발명이실시예에 한정되는 것은 아니다.The present invention will now be described in more detail with reference to the following examples, but it should be understood that the invention is not construed as being limited thereto.
< 실시예 1>≪ Example 1 >
도판트로서 도데실벤젠술폰산(dodecylbenzenesulfonic acid(DBSA), Acros) 23.1g을 증류수 350ml에 용해시킨 후 LiMn2O4(KMG co.) 10g을 도판트 수용액에 첨가한 후 10 분간 자석 교반기를 이용하여 교반한다. 이때 수용액의 온도는 -4 ℃ ∼ 4 ℃로 유지하고 피롤 단량체(Acros) 10g을 첨가한 후 약 380 rpm의 속도로 30분 내지 2시간 동안 반응시킨다. 반응을 종결시키기 위하여 반응 혼합액을 과량의 메탄올에 침전시킨 후 침전물을 글라스 필터를 이용하여 여과하고 증류수, 메탄올및 아세톤으로 계면 활성제 계통의 미반응 도판트가 완전히 제거될 때까지 세척한 후 80℃의 진공오븐에서 건조하여 폴리피롤/망간스피넬 복합 양극활물질 분말을 제조하였다.As a dopant, 23.1 g of dodecylbenzenesulfonic acid (DBSA) (Acros) was dissolved in 350 ml of distilled water, and 10 g of LiMn 2 O 4 (KMG co.) Was added to the aqueous solution of the dopant. The solution was stirred for 10 minutes using a magnetic stirrer Lt; / RTI > At this time, the temperature of the aqueous solution is maintained at -4 ° C. to 4 ° C., 10 g of pyrrole monomer (Acros) is added, and the reaction is carried out at a rate of about 380 rpm for 30 minutes to 2 hours. In order to terminate the reaction, the reaction mixture was precipitated in an excess amount of methanol. The precipitate was filtered using a glass filter, washed with distilled water, methanol and acetone until the unreacted dopant of the surfactant system was completely removed, And dried in a vacuum oven to prepare a polypyrrole / manganese spinel composite cathode active material powder.
상기와 같이 제조된 복합 양극활물질 분말에 대하여 4-탐침법으로 전기 전도도를 측정하여 도 2에 나타내었으며, X선 회절기를 이용하여 전도성 고분자의 구조적 특성을 측정한 후 도 1에 나타내었다.FIG. 2 shows the electrical conductivity measured by the 4-probe method for the composite cathode active material powder prepared as described above, and the structural characteristics of the conductive polymer were measured using an X-ray diffractometer. FIG.
전지의 충방전 실험은 에틸렌카보네이트(ethylene carbonate)/디메틸카보네이트(dimet hyl carbonate)/LiPF6(Merck Battery Grade, EC/DMC = 1/1, 1 M LiPF6) 유기 액체 전해액을 사용하여 리튬메탈/복합양극활물질의 리튬이온전지를 조립한 후 3.0 ∼4.2 V 구간에서 C/3의 정전류와 4.2 V의 정전압으로 충전한 후 C/3의 정전류로 방전하여 전지의 성능을 조사하였다. 음극활물질로는 리튬금속 (ChemettalCo.)을 사용하였다. 폴리피롤/LiMn2O4복합 전극 제조시 결합재로는 폴리비닐리덴플로라이드 (PVdF, Altochem Kynar 761)를 사용하였고, 도전재로는 그래파이트/아세틸렌블랙 (sfg6/acetylene black, Lonza Co.)과 아세틸렌 블랙(미쯔비시 케미칼)을 7/3으로 혼합하여 사용하였다. 폴리피롤/LiMn2O4전극(2×2cm2)은 활물질/결합재/도전재 분말을 n-메틸-피롤리디논(n-methyl-pyrrolidinone)/아세톤의 혼합 용매에 분산시킨 후 알루미늄 박막위에 코팅하여 건조한 후 압착하였으며 이때 조성은 활물질/결합재/도전재 = 100/6/10의 중량비로 고정하였고 이차전지 제조시 전극 중의 활물질 중량을 0.05 g/cm2로 조절하였다. 충방전 실험 결과를 도 3에 나타내었다.The charge / discharge test of the battery was performed by using an organic liquid electrolyte of ethylene carbonate / dimethyl carbonate / LiPF 6 (EC / DMC = 1/1, 1 M LiPF 6 ) After assembling the lithium ion battery of the composite cathode active material, the battery was charged at a constant current of C / 3 and a constant voltage of 4.2 V at 3.0 to 4.2 V and discharged at a constant current of C / 3. Lithium metal (Chemettal Co.) was used as an anode active material. Polyvinylidene fluoride (PVdF, Altochem Kynar 761) was used as a binder in the preparation of the polypyrrole / LiMn 2 O 4 composite electrode, and graphite / acetylene black (sfg6 / acetylene black, Lonza Co.) and acetylene black (Mitsubishi Chemical) were mixed at 7/3. The polypyrrole / LiMn 2 O 4 electrode (2 × 2 cm 2 ) was prepared by dispersing the active material / binder / conductive material powder in a mixed solvent of n-methyl-pyrrolidinone / acetone, The composition was fixed at a weight ratio of active material / binder / conductive material = 100/6/10, and the weight of the active material in the electrode was adjusted to 0.05 g / cm 2 during the production of the secondary battery. The results of charge-discharge experiments are shown in Fig.
< 실시예 2>≪ Example 2 >
도판트로서 옥틸벤젠술폰산[othylbenzenesulfonic acid(OBSA), Aldrich] 19.2g을 증류수 350ml에 용해시킨 후 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하였다. 상기와 같이 제조된 복합 양극활물질 분말에 대하여 X선 회절기를 이용하여 전도성 고분자의 구조적 특성을 측정한 후 도 1에 나타내었다.19.2 g of octylbenzenesulfonic acid (OBSA) (Aldrich) as a dopant was dissolved in 350 ml of distilled water, and then the solution was prepared in the same manner as in Example 1. The composite cathode active material powder thus prepared was measured for structural characteristics of the conductive polymer using an X-ray diffractometer, and the result is shown in FIG.
< 실시예 3>≪ Example 3 >
도판트로서 부틸벤젠술폰산[butylbenzenesufonic acid(BBSA)] 15.2 g을 증류수 350ml에 용해시킨 후 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하였다. 상기와 같이 제조된 복합 양극활물질 분말에 대하여 X선 회절기를 이용하여 전도성 고분자의 구조적 특성을 측정한 후 도 1에 나타내었다.15.2 g of butylbenzenesufonic acid (BBSA) as a dopant was dissolved in 350 ml of distilled water, and then the solution was prepared in the same manner as in Example 1. The composite cathode active material powder thus prepared was measured for structural characteristics of the conductive polymer using an X-ray diffractometer, and the result is shown in FIG.
< 실시예 4><Example 4>
도판트로서 파라-톨루엔술폰산[p-toluenesulfonic acid(TSA), Aldrich] 12.2 g을 증류수 350ml에 용해시킨 후 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하였다. 상기와 같이 제조된 복합 양극활물질 분말에 대하여 X선 회절기를 이용하여 전도성 고분자의 구조적 특성을 측정한 후 도 1에 나타내었다.12.2 g of para-toluenesulfonic acid (TSA) (Aldrich) was dissolved in 350 ml of distilled water as a dopant, and then the solution was prepared in the same manner as in Example 1. The composite cathode active material powder thus prepared was measured for structural characteristics of the conductive polymer using an X-ray diffractometer, and the result is shown in FIG.
< 실시예 5>≪ Example 5 >
도판트로서 벤젠술폰산[bezenesufonic acid(BSA), TCI] 11.2 g을 증류수 350ml에 용해시킨 후 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하였다. 상기와 같이 제조된 복합 양극활물질 분말에 대하여 X선 회절기를 이용하여 전도성 고분자의 구조적 특성을 측정한 후 도 1에 나타내었다.11.2 g of benzenesulfonic acid (BSA) (TCI) as a dopant was dissolved in 350 ml of distilled water, and then the solution was prepared in the same manner as in Example 1. The composite cathode active material powder thus prepared was measured for structural characteristics of the conductive polymer using an X-ray diffractometer, and the result is shown in FIG.
도 1은 실시예 1-5의 도판트를 변화시켜 제조한 폴리피롤의 엑스레이회절기 스펙트럼을 나타낸 것으로 도판트 변화에 따라 25 ∼ 27o근처의 피이크의 강도가 달라지는 것을 확인할 수 있었다. 특히 실시예 1의 도데실벤젠술폰산으로 도핑되었을 때 2θ= 3.34。로부터 브래그식에 의해 고분자 사슬의 디스페이싱(d-spacing)이 26.4 Å인 층상 구조를 확인할 수 있었다. 이 결과로부터 도데실벤젠술폰산을 도판트로 사용하는 경우에 배향된 고분자 사슬에서의 분자간 전도로부터 우수한 전기 전도성능을 나타내며 유기 전해액에 의한 고분자층의 팽윤에 의한 충방전시 빠른 리튬 이온의 이동을 나타냄을 알 수 있다.FIG. 1 shows the X-ray diffraction spectrum of polypyrrole prepared by varying the dopant of Example 1-5, and it was confirmed that the intensity of the peak near 25 to 27 o varies according to the dopant change. In particular embodiments the D spacing (d -spacing) of the polymer chains by the Bragg's equation from 2θ = 3.34. This confirmed the layered structure is 26.4 Å when doped with Example 1 of dodecylbenzenesulfonic acid. From these results, it can be seen that when dodecylbenzenesulfonic acid is used as a dopant, it exhibits excellent electric conduction performance due to intermolecular conduction in the oriented polymer chain, and exhibits fast lithium ion migration upon charging / discharging due to swelling of the polymer layer by the organic electrolytic solution Able to know.
< 실시예 6>≪ Example 6 >
망간산화물(LiMn2O4) 20g을 사용하여 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하였다. 상기와 같이 제조된 복합 양극 활물질 분말의 전기 전도도 측정 및 충방전 실험을 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하였으며 그 결과를 각각 도 2, 도 3에 나타내었다.And 20 g of manganese oxide (LiMn 2 O 4 ) were used. Electric conductivity measurement and charge / discharge tests of the composite cathode active material powder thus prepared were carried out in the same manner as in Example 1, and the results are shown in FIGS. 2 and 3, respectively.
< 실시예 7>≪ Example 7 >
망간산화물(LiMn2O4) 30g을 사용하여 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하였다. 상기와 같이 제조된 복합 양극 활물질 분말에 전기 전도도 측정및 충방전 실험을 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하였으며 그 결과를 각각 도 2, 도 3 및 도 4에 나타내었다.And 30 g of manganese oxide (LiMn 2 O 4 ) were used. The composite cathode active material powder thus prepared was subjected to electrical conductivity measurement and charge / discharge tests in the same manner as in Example 1, and the results are shown in FIGS. 2, 3 and 4, respectively.
도 2는 실시예 1, 6-7을 포함하여 복합 양극활물질에서의 망간산화물 함량의 변화에 따른 전기 전도도의 변화를 나타낸 것으로 같은 중량비에서 전도성 고분자와 LiMn2O4의 물리적 혼합 분말과 비교하여 나타내었다. 도 2의 결과로부터 물리적 혼합 분말과 비교하여 본 발명에 의하여 제조된 복합 양극활물질은 우수한 전도성을 나타냄을 알 수 있다.FIG. 2 is a graph showing changes in electric conductivity according to changes in manganese oxide content in the composite cathode active material including Examples 1 and 6-7. Compared to the physical mixture powder of conductive polymer and LiMn 2 O 4 at the same weight ratio, . From the results of FIG. 2, it can be seen that the composite cathode active material produced by the present invention exhibits excellent conductivity as compared with the physical mixed powder.
<비교예 1>≪ Comparative Example 1 &
양극활물질로 LiMn2O4을 사용하여 리튬메탈/LiMn2O4전지를 제조한 후 전지의 성능을 조사하였다. 전극 제조 방법과 충방전 실험은 실시예 1과 동일하며 그 그 결과를 도 3 및 도 4에 나타내었다.The performance of the lithium metal / LiMn 2 O 4 battery was investigated using LiMn 2 O 4 as the cathode active material. The electrode manufacturing method and the charge-discharge test were the same as in Example 1, and the results are shown in FIG. 3 and FIG.
<비교예 2>≪ Comparative Example 2 &
양극활물질로 LiCoO2(Seimi Co.)를 사용하여 리튬메탈/LiCoO2전지를 제조한 후 전지의 성능을 조사하였다. 전극 제조 방법과 충방전 실험은 실시예 1과 동일하며 그 결과를 도 3에 나타내었다.The lithium metal / LiCoO 2 battery was manufactured using LiCoO 2 (Seimi Co.) as a cathode active material, and the performance of the battery was examined. The electrode manufacturing method and the charge-discharge test were the same as in Example 1, and the results are shown in FIG.
도 3은 실시예 1, 6-7, 비교예 1-2의 방전 용량 변화를 나타낸 것으로 실시예 7의 폴리피롤 4 중량%의 복합 양극활물질이 기존의 상용 LiMn2O4에 비하여 우수한 방전용량을 나타냄을 알 수 있다. 도 4 는 실시예 7과 비교예 1의 충방전 속도에 따른 방전 용량을 나타낸 것으로 실시예 7의 복합 양극활물질이 고율에서도 높은 용량을 나타냄을 알 수 있다.FIG. 3 shows the discharge capacity change of Examples 1, 6-7 and Comparative Example 1-2, showing that the composite cathode active material of 4 wt% of polypyrrole of Example 7 exhibited excellent discharge capacity as compared with conventional LiMn 2 O 4 . FIG. 4 shows the discharge capacity according to the charging and discharging speeds of Example 7 and Comparative Example 1. It can be seen that the composite cathode active material of Example 7 shows a high capacity even at a high rate.
상술한 바와 같이, 본 발명의 전도성 고분자와 금속산화물로 구성되는 리튬이차전지용 복합 양극활물질은 전기 전도도가 증가함에 따라 전자의 전달이 용이해지므로 고율 충·방전이 가능하며, 양극활물질 슬러리에서 저밀도 탄소 도전재의 첨가량을 줄일 수 있으므로 부피당 에너지 밀도와 중량당 에너지 밀도를 향상시킬 수 있어 기존의 망간 산화물에 비하여 전지 성능이 매우 우수하다. 본 발명의 조성물로 제조된 복합 양극활물질은 고성능 리튬이차전지 및 축전지 등과 같이 상온에서 우수한 전기전도도와 전기적 활성을 요구하는 자동차와 전자부품 분야에서 매우 유용하게 사용될 수 있으며 자기 테이프 도포 기술, IC 카드 또는 메모리 카드를 제조하는 회로 설계 기술 및 초박막 전지에 응용할 수 있는 효과가 있다.As described above, the composite cathode active material for a lithium secondary battery composed of the conductive polymer and the metal oxide of the present invention facilitates the transfer of electrons as the electric conductivity increases, so that it is possible to charge and discharge at a high rate. In the cathode active material slurry, The amount of the conductive material to be added can be reduced, so that the energy density per volume and the energy density per weight can be improved, so that the cell performance is superior to that of the conventional manganese oxide. The composite cathode active material prepared by the composition of the present invention can be very usefully used in the fields of automobiles and electronic parts requiring high electric conductivity and electrical activity at room temperature such as high performance lithium secondary batteries and batteries, A circuit design technique for manufacturing a memory card, and an effect applicable to an ultra thin film battery.
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020000039621A KR100347882B1 (en) | 2000-07-11 | 2000-07-11 | Conducting Polymer/Manganese Oxide Composite Cathode Material for Lithium Secondary Batteries and Method for Making Same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020000039621A KR100347882B1 (en) | 2000-07-11 | 2000-07-11 | Conducting Polymer/Manganese Oxide Composite Cathode Material for Lithium Secondary Batteries and Method for Making Same |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20020006134A KR20020006134A (en) | 2002-01-19 |
KR100347882B1 true KR100347882B1 (en) | 2002-08-10 |
Family
ID=19677396
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020000039621A KR100347882B1 (en) | 2000-07-11 | 2000-07-11 | Conducting Polymer/Manganese Oxide Composite Cathode Material for Lithium Secondary Batteries and Method for Making Same |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR100347882B1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100674011B1 (en) | 2004-02-07 | 2007-01-24 | 주식회사 엘지화학 | Electrode additives coated with electro conductive material and lithium secondary comprising the same |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4184057B2 (en) * | 2002-12-05 | 2008-11-19 | Tdk株式会社 | Electrode forming coating liquid, electrode and electrochemical element, and electrode forming coating liquid manufacturing method, electrode manufacturing method and electrochemical element manufacturing method |
CN100341174C (en) * | 2005-06-13 | 2007-10-03 | 西安交通大学 | Method for modifying lithium ion battery cathode |
CN100336248C (en) * | 2005-10-10 | 2007-09-05 | 西安交通大学 | Surface modifying methal forlithium ion cell cathode active material |
KR101770820B1 (en) | 2015-07-09 | 2017-08-23 | 이환 | A production method of lithium manganese oxide for positive electrode active material |
-
2000
- 2000-07-11 KR KR1020000039621A patent/KR100347882B1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100674011B1 (en) | 2004-02-07 | 2007-01-24 | 주식회사 엘지화학 | Electrode additives coated with electro conductive material and lithium secondary comprising the same |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR20020006134A (en) | 2002-01-19 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10886560B2 (en) | All-solid-state lithium secondary battery containing LLZO solid electrolyte and method for preparing same | |
US10651473B2 (en) | Lithium-doped pernigraniline-based materials | |
JP2717890B2 (en) | Lithium secondary battery | |
US8242213B2 (en) | Method for manufacturing polyradical compound and battery | |
US5518841A (en) | Composite cathode | |
JP5625151B2 (en) | Compound having a radical, polymer, and electricity storage device using the polymer | |
JP2008547157A (en) | Rechargeable cathode for lithium-ion batteries | |
JP7084587B2 (en) | Polymers, electrode active materials and secondary batteries | |
KR20150108761A (en) | Cathode Active Material and Lithium Secondary Battery Comprising the Same | |
KR20170042660A (en) | Electrolyte for nonaqueous secondary battery and nonaqueous secondary battery using same | |
US20130252096A1 (en) | Nonaqueous Electrolyte Rechargeable Battery Having Electrode Containing Conductive Polymer | |
US20130252102A1 (en) | Nonaqueous Electrolyte Rechargeable Battery Having Electrode Containing Conductive Polymer | |
JP5391832B2 (en) | Secondary battery and manufacturing method thereof | |
KR100347882B1 (en) | Conducting Polymer/Manganese Oxide Composite Cathode Material for Lithium Secondary Batteries and Method for Making Same | |
EP2910590B1 (en) | New lithium-doped Pernigraniline-based materials, their methods of preparation and their uses in various applications | |
US20030134196A1 (en) | Non-aqueous organic secondary battery | |
JP5455669B2 (en) | Secondary battery active material and secondary battery | |
JP3723140B2 (en) | Power storage device using quinoxaline compound | |
JP5471324B2 (en) | Secondary battery | |
KR100574639B1 (en) | Sulfonated compound binder for lithium polymer battery, composite electrode comprising the same, and lithium polymer battery comprising the said composite electrode | |
JP2021163558A (en) | Electrode active material for secondary battery, and secondary battery using the same | |
JP2528693B2 (en) | Polymer battery | |
JP3444463B2 (en) | Electrode containing organic disulfide compound and method for producing the same | |
JP2607571B2 (en) | Novel conductive polymer and secondary battery using it as cathode material | |
KR100454504B1 (en) | Cathode material including poly(aminothiophenol) derivatives, non-aqueous secondary battery obtained therefrom and manufacturing methods thereof |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
N231 | Notification of change of applicant | ||
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20120724 Year of fee payment: 11 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20130711 Year of fee payment: 12 |
|
LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |