KR20140013130A - Method for manufacturing manganese rich composite transition metal hydroxide and the manganese rich composite transition metal hydroxide particle - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 하나 또는 복수의 유입구 및 중심축이 동일한 고정 원통과 회전 원통을 포함하는 이중 원통 반응기의 상기 고정 원통과 회전 원통 사이에 형성되어 있고 외부 공기의 유입이 차단된 반응공간으로, 니켈 염과 망간 염의 수용액 및 염기성 수용액을 포함하는 반응액을 하나 또는 복수의 유입구를 통해 투입하고, 상기 반응액의 pH를 9 내지 13 으로 유지하며, 반응공간 내에서 중심 축 방향을 따라 주기적으로 배열되고 서로 반대방향으로 회전하는 고리모양의 와류쌍들의 흐름을 따라 반응액을 혼합 또는 교반하여, 망간 산화물의 생성을 억제하고 하기 화학식 1의 복합 전이금속 수산화물을 제조하는 것을 특징으로 하는 제조방법 및 이로부터 제조된 복합 전이금속 수산화물 입자에 대한 것이다.
NiaMn1-a(OH1-x)2 (1)
(a, x 값은 명세서에서 정의된 바와 같다.)The present invention relates to a reaction chamber which is formed between the fixed cylinder and a rotary cylinder of a double cylindrical reactor having one or a plurality of inlets and a central cylinder of the same fixed cylinder and a rotary cylinder, A reaction solution containing an aqueous solution of manganese salt and a basic aqueous solution is introduced through one or a plurality of inlets and the pH of the reaction solution is kept at 9 to 13 and the reaction solution is periodically arranged along the central axis direction in the reaction space, Characterized in that the reaction liquid is mixed or agitated along the flow of annular vortex pairs rotating in the opposite direction to inhibit the formation of manganese oxides and to produce a complex transition metal hydroxide represented by the following formula ≪ / RTI > complex transition metal hydroxide particles.
Ni a Mn 1-a (OH 1-x ) 2 (1)
(a, x values are as defined in the specification).
Description
본 발명은 망간이 외부 공기와 접촉하여 산화되는 것을 억제하여 공침반응으로 망간 고함량의 복합 전이금속 수산화물을 제조하는 방법 및 이로부터 제조된 망간 고함량의 복합 전이금속 수산화물 입자에 관한 것이다. The present invention relates to a method for producing a high manganese complex transition metal hydroxide by a coprecipitation reaction in which manganese is prevented from being oxidized by contact with external air, and a manganese high-content complex transition metal hydroxide particle produced therefrom.
IT(Information Technology) 기술이 눈부시게 발달함에 따라 다양한 휴대형 정보통신 기기의 확산이 이뤄짐으로써, 21세기는 시간과 장소에 구애 받지 않고 고품질의 정보서비스가 가능한 ‘유비쿼터스 사회’로 발전되고 있다. As information technology (IT) technology has developed remarkably, various portable information and communication devices have been spreading, so that the 21st century is being developed into a "ubiquitous society" capable of providing high quality information services regardless of time and place.
이러한 유비쿼터스 사회로의 발전 기반에는, 리튬 이차전지가 중요한 위치를 차지하고 있다. As a development base for such a ubiquitous society, a lithium secondary battery occupies an important position.
리튬이차전지는 다른 이차전지에 비해 작동 전압 및 에너지 밀도가 높을 뿐 아니라 오래 사용할 수 있어 기기의 다양화와 복합화에 따른 복잡한 요구조건을 충족시킬 수 있는 특성이 있다. Lithium secondary batteries have higher operating voltages and energy densities than other secondary batteries and can be used for a long time, thus meeting the complex requirements of diversification and combination of devices.
최근 기존의 리튬이차전지 기술을 더욱 발전시켜 전기자동차 등 친환경 수소시스템뿐만 아니라, 전력저장 등으로 응용분야를 확대하기 위한 노력이 전세계적으로 활발히 진행되고 있다. In recent years, efforts have been actively made worldwide to further expand the application fields of not only an environmentally friendly hydrogen system such as electric vehicles but also electric power storage by further developing the existing lithium secondary battery technology.
리튬이차전지의 구성요소 중에서 양극재는 전지 내에서 전지의 용량 및 성능을 좌우하는데 중요한 역할을 한다. Among the components of the lithium secondary battery, the cathode material plays an important role in determining the capacity and performance of the battery in the battery.
리튬 코발트 산화물(LiCoO2)은 가장 먼저 상업화에 성공한 양극재로서, 여타 리튬 전이금속 산화물들에 비해 상대적으로 우수한 구조적 안정성 및 대량생산의 용이성으로 인해 현재까지도 양극재로 많이 사용되고 있으나, 코발트 금속의 자원적 한계로 인해 가격이 비싸다는 문제가 있다.Lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ) is a cathode material that has been commercialized for the first time, and is still used as a cathode material because of its relatively excellent structural stability and mass production ease compared to other lithium transition metal oxides. However, There is a problem that the price is expensive due to limitations.
이에, 리튬 코발트 산화물을 대체할 수 있는 양극재에 대한 다양한 연구가 이루어져 왔다.Therefore, various studies have been made on a cathode material that can replace lithium cobalt oxide.
스피넬 구조의 리튬 망간 산화물(LiMn2O4)는 상대적으로 저렴한 가격 및 고출력 등의 장점을 가지고 있지만, 에너지 밀도가 리튬 코발트 산화물에 비해 낮은 단점이 있다. Lithium manganese oxide (LiMn 2 O 4 ) with a spinel structure has advantages such as relatively low cost and high power, but has a disadvantage in that the energy density is lower than that of lithium cobalt oxide.
상기한 단점을 극복하기 위하여 LiMn2O4 에서 망간(Mn)의 일부를 니켈(Ni)로치환하는 기술이 연구되었다. 이처럼, 망간의 일부가 니켈로 치환된 스피넬 구조의 리튬 망간 산화물은, 4.7 V의 높은 작동전위를 가지므로, 고출력 특성이 요구되는 전기 자동차용 리튬 이차전지의 양극재로 활용될 가능성이 매우 높은 장점이 있다. In order to overcome the disadvantages described above, a technique of converting a part of manganese (Mn) into nickel (Ni) in LiMn 2 O 4 has been studied. Since the lithium manganese oxide having a spinel structure in which a part of manganese is substituted with nickel has a high operating potential of 4.7 V, it is very likely to be utilized as a cathode material for lithium secondary batteries for electric vehicles requiring high output characteristics .
이러한 리튬 망간 산화물은 고상법이나, 습식 밀링법으로 제조되는 것이 일반적이다. 최근에는 양산 공정성 측면에서 공침법을 이용하여 상기와 같이 망간의 일부를 니켈로 치환한 리튬 망간 산화물을 합성하려는 시도가 있었으나, 망간(Mn) 고?량의 경우에는, 합성과정에서 반응기 내로 혼입된 공기로 인해 망간 산화물이 형성되므로 균일한 복합 전이금속 수산화물 입자를 얻기 어려운 문제점이 있었다.Such lithium manganese oxide is generally produced by a solid phase method or a wet milling method. In recent years, attempts have been made to synthesize lithium manganese oxides in which a part of manganese is substituted with nickel as described above by coprecipitation in view of the mass productivity, but in the case of high manganese (Mn) content, Manganese oxides are formed due to the air, which makes it difficult to obtain uniform composite transition metal hydroxide particles.
또한, 종래의 공침반응에는 연속 교반 탱크 반응기(Continuous Stirred Tank Reactor; CSTR)가 주로 사용되었으나, CSTR 반응기의 구조 상 망간의 산화를 억제하는 환원가스를 투입하는 것만으로는, 상기와 같은 문제점을 해결하는데 한계가 있었다. In addition, although a continuous stirred tank reactor (CSTR) is mainly used in the conventional coprecipitation reaction, only a reducing gas for suppressing the oxidation of manganese in the CSTR reactor is added to solve the above problems .
따라서, 본 발명은, 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고, 망간 고함량의 복합 전이금속 수산화물을 공침반응을 이용하여 제조하는 방법 및 이로부터 제조된 망간 고함량의 복합 전이금속 수산화물 입자를 제공하는 것을 목적으로 한다. DISCLOSURE Technical Problem Accordingly, the present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art and to provide a method for producing a high manganese complex transition metal hydroxide using a coprecipitation reaction and a manganese high- .
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 망간 고함량의 복합 전이금속 수산화물의 제조방법은, In order to accomplish the above object, the present invention provides a method for preparing a high manganese complex transition metal hydroxide,
하나 또는 복수의 유입구 및 중심축이 동일한 고정 원통과 회전 원통을 포함하는 이중 원통 반응기의 상기 고정 원통과 회전 원통 사이에 형성되어 있고 외부 공기의 유입이 차단된 반응공간으로, 니켈 염과 망간 염의 수용액 및 염기성 수용액을 포함하는 반응액을 하나 또는 복수의 유입구를 통해 투입하고, A reaction chamber in which one or a plurality of inlets and a central axis are formed of the same fixed cylinder and a rotating cylinder and which is formed between the fixed cylinder and the rotating cylinder of the double cylindrical reactor and in which the inflow of external air is blocked, And a basic aqueous solution are introduced through one or a plurality of inlets,
상기 반응액의 pH를 9 내지 13, 보다 구체적으로는 pH 10 내지 12 으로 유지하며, 반응공간 내에서 중심 축 방향을 따라 주기적으로 배열되고 서로 반대방향으로 회전하는 고리모양의 와류쌍들의 흐름을 따라 반응액을 혼합 또는 교반하여, 망간 산화물의 생성을 억제하고 하기 화학식 1의 복합 전이금속 수산화물을 제조하는 것을 특징으로 한다. Maintaining the pH of the reaction solution at 9 to 13, more specifically at a pH of 10 to 12, along the flow of annular vortex pairs arranged periodically along the central axis direction in the reaction space and rotating in opposite directions And the reaction liquid is mixed or stirred to inhibit the formation of manganese oxide to produce a complex transition metal hydroxide represented by the following formula (1).
NiaMn1-a(OH1-x)2 (1)Ni a Mn 1-a (OH 1-x ) 2 (1)
상기 식에서, 0.2≤a≤0.25; 0<x<0.5 이다.Wherein 0.2? A? 0.25; 0 < x < 0.5.
종래의 CSTR 반응기의 내부에는, 반응액 상부 공간에 10 내지 20 vol%의 공기 존(zone)이 형성되어 있으므로, 상기한 바와 같이, 반응 중에 공기의 유입을 완벽하게 차단할 수 없다. In the conventional CSTR reactor, an air zone of 10 to 20 vol% is formed in the upper space of the reaction liquid, so that the inflow of air can not be completely blocked during the reaction as described above.
반면에, 본 발명은, 상기 이중 원통 반응기의 고정 원통과 회전 원통 사이에 형성되어 있는 밀폐구조의 반응공간 내에 반응액이 가득 찬 상태로 니켈 염과 망간 염의 공침반응이 이루어진다. On the other hand, in the present invention, a coprecipitation reaction of a nickel salt and a manganese salt is performed in a state in which the reaction liquid is filled in a reaction space of a closed structure formed between the fixed cylinder and the rotating cylinder of the double cylindrical reactor.
이 때, 밀폐구조는, 실질적으로 종래의 CSTR 반응기 대비 공기의 유입이 최소화된 구조를 의미하고, 공기의 유입이 반드시 100 % 차단되는 구조임을 의미하는 것은 아니다. At this time, the closed structure means a structure in which the inflow of air is minimized substantially in comparison with the conventional CSTR reactor, and does not mean that the inflow of air is necessarily blocked by 100%.
상기한 이중 원통 반응기에서 반응공간으로 공기가 유입될 수 있는 유일한 공간은, 하나 또는 복수개의 유입구 또는 배출구이고, 이러한 유입구 및 배출구는, CSTR 반응기에 비해 상대적으로 좁은 폭으로 형성되어 있다. 따라서 본 발명은 반응 중 외부 공기의 유입을 효율적으로 차단하여 망간 산화물의 생성을 억제할 수 있다. The only space in which the air can be introduced into the reaction space in the double cylindrical reactor is one or a plurality of inlets or outlets which are formed to have a relatively narrow width as compared with the CSTR reactor. Therefore, the present invention can effectively prevent the inflow of outside air during the reaction and suppress the formation of manganese oxide.
본 출원의 발명자들은, 종래의 CSTR 반응기로 제조된 망간 고함량의 복합 전이금속 수산화물과 달리, 본 발명에 따라 제조된 망간 고함량의 복합 전이금속 수산화물에서는 망간 산화물이 생성되지 않음을 XRD 결과로부터 확인할 수 있었다. The inventors of the present application have found from the XRD results that manganese oxides are not produced in the complex transition metal hydroxides of high manganese content prepared according to the present invention, unlike the manganese high-content complex transition metal hydroxides prepared by the conventional CSTR reactor I could.
하나의 구체적인 실시예에서, 상기 유입구의 유로 폭은 상기 고정 원통과 회전 원통 사이의 이격 거리 대비 10 내지 100% 일 수 있다. In one specific embodiment, the flow path width of the inlet may be 10 to 100% of the separation distance between the stationary cylinder and the rotary cylinder.
이러한, 유입구는 반응 공간과 연통된 유입부의 폭이 외부 공간과 연통된 유입부의 폭과 동일한 구조 또는 외부 공간과 연통되어 있는 유입부로부터 반응 공간과 연통되어 있는 유입부로 갈수록 유입구의 폭이 좁아지는 테이퍼진 구조로 이루어져 있을 수 있다. The inlet has a structure in which the width of the inlet communicated with the reaction space is the same as the width of the inlet communicated with the external space, or a taper width of the inlet becomes narrower from the inlet communicating with the external space to the inlet communicating with the reaction space. It may consist of a true structure.
복수개의 유입구가 형성되어 있는 구조에서는, 일부는, 반응 공간과 연통된 유입부의 폭이 외부 공간과 연통된 유입부의 폭과 동일한 구조이고, 나머지는 외부 공간과 연통되어 있는 유입부로부터 반응 공간과 연통되어 있는 유입부로 갈수록 유입구의 폭이 좁아지는 테이퍼진 구조일 수 있다. In the structure in which a plurality of inlets are formed, part of the inlet and the outlet are communicated with each other from the inlet portion communicating with the outer space, And the width of the inlet is narrowed toward the inlet.
상기한 이중 원통 반응기는, 중심축이 동일한 고정 원통과 회전 원통; 상기 회전 원통을 회전시키는 동력을 발생시키는 모터; 및 상기 고정 원통과 회전 원통 사이의 반응 공간으로 반응 유체를 도입 및 배출하는 하나 또는 복수 개의 유입구와 배출구;를 포함하는 구조로 이루어져 있을 수 있다. The double cylindrical reactor includes a fixed cylinder having the same central axis and a rotating cylinder; A motor for generating power for rotating the rotating cylinder; And one or a plurality of inlets and outlets for introducing and discharging the reaction fluid into and from the reaction space between the fixed cylinder and the rotating cylinder.
하나의 구체적인 실시예에서, 상기한 이중 원통 반응기는, 상기 회전 원통이 고정 원통의 내부 공간 내에 수용되고 유입구 및 배출구는, 고정 원통의 외주면에 형성되어 있는 구조로서, 중공형의 고정 원통; In one specific embodiment, the above-mentioned double cylindrical reactor has a structure in which the rotary cylinder is accommodated in the inner space of the fixed cylinder, the inlet and the outlet are formed on the outer peripheral surface of the fixed cylinder, and the hollow cylindrical fixed cylinder;
상기 고정 원통과 동축을 이루며, 고정 원통의 내경보다 작은 외경을 가지는 회전 원통; A rotating cylinder coaxial with the fixed cylinder and having an outer diameter smaller than an inner diameter of the fixed cylinder;
상기 회전 원통의 회전운동을 위한 동력을 발생시키는 전동기;An electric motor for generating power for rotating the rotary cylinder;
상기 고정 원통과 회전 원통 사이의 이격 공간으로서, 회전 축 방향을 따라 주기적으로 배열되고 서로 반대방향으로 회전하는 고리모양의 와류 쌍들이 생성되는 회전 반응공간; 및 A rotation reaction space in which annular vortex pairs periodically arranged along the rotation axis direction and rotating in opposite directions are generated as a spacing space between the fixed cylinder and the rotation cylinder; And
상기 회전 반응공간으로 반응 유체를 도입 및 배출하는 유입구와 배출구;An inlet and an outlet for introducing and discharging the reaction fluid into the rotary reaction space;
를 포함하는 밀폐구조로 이루어져 있을 수 있다. 이 때, 망간의 산화를 억제하기 위해 추가적으로 환원가스를 복수의 유입구를 통해 투입하는 것이 매우 용이하다. As shown in FIG. At this time, it is very easy to additionally supply the reducing gas through the plurality of inlets in order to suppress oxidation of manganese.
또한, 다른 하나의 구체적인 실시예예서, 회전 원통의 외경 반지름에 대한 고정 원통과 회전 원통 사이의 간격의 비가 0.05 초과 내지 0.4 미만일 수 있다. In another embodiment, the ratio of the distance between the fixed cylinder and the rotary cylinder to the outer diameter radius of the rotary cylinder may be more than 0.05 to less than 0.4.
이러한 특징으로 인해, 본 발명에 따른 제조방법은, 혼합 또는 교반과정이, 1 내지 6 시간 동안 이루어질 수 있다. 구체적으로, 종래의 CSTR 반응기로 공침반응을 수행하는 경우, 6 시간 이상의 높은 체류시간이 요구되었다. Due to this feature, the production process according to the invention can be carried out for a period of 1 to 6 hours, with the mixing or stirring process being carried out. Specifically, when a coprecipitation reaction is performed in a conventional CSTR reactor, a high residence time of 6 hours or more is required.
이러한 반응시간의 감소는, 약 1.5 내지 10 배의 부피당 생산량의 증가로 이어짐을 본 출원의 발명자들은 확인한 바 있다. The inventors of the present application have confirmed that such a reduction in reaction time leads to an increase in the production amount per volume of about 1.5 to 10 times.
상기한 효과는 회전 원통의 외경 반지름에 대한 고정 원통과 회전 원통 사이의 간격의 비율이 0.05 초과인 경우에 발현될 수 있다. The above-mentioned effect can be expressed when the ratio of the distance between the fixed cylinder and the rotary cylinder to the outer diameter radius of the rotary cylinder is over 0.05.
구체적으로, 회전 원통의 외경 반지름에 대한 고정 원통과 회전 원통 사이의 간격의 비율이 0.05 이하인 경우에는, 고정 원통과 회전 원통 사이의 간격이 너무 미세하여 제작이 불가능하다. 또한, 제작이 가능한 경우에도, 상기 와류 쌍들이 생성되는 회전 반응공간의 유효 체적이 작아져서 체류시간이 감소하기 때문에 생산량이 대폭 감소하므로 바람직하지 않다. Specifically, when the ratio of the distance between the fixed cylinder and the rotary cylinder to the outer diameter radius of the rotary cylinder is 0.05 or less, the distance between the fixed cylinder and the rotary cylinder is too small to manufacture. Also, even if manufacture is possible, the effective volume of the rotating reaction space in which the vortex pairs are generated is reduced, and the residence time is reduced, which is not preferable because the production amount is greatly reduced.
한편, 하나의 와류 쌍은 실질적으로 1개의 미세 CSTR의 역할을 수행하므로, 회전 축을 따라 주기적으로 배열되는 와류 쌍들은 미세 CSTR들이 연결되어 있는 것과 같은 역할을 하고, 상기 와류 쌍들의 개수가 많아질수록 유동특성이 강화된다. On the other hand, since one vortex pair substantially plays the role of one fine CSTR, the vortex pairs periodically arranged along the rotation axis act as if the fine CSTRs are connected, and as the number of the vortex pairs increases The flow characteristics are enhanced.
그러나, 상기 하나의 와류 쌍의 크기는 고정 원통과 회전 원통 사이의 간격과 거의 유사하므로, 회전 원통의 외경 반지름에 대한 고정 원통과 회전 원통 사이의 간격의 비율이 커질수록 또는 고정 원통과 회전 원통 사이의 간격이 커질수록, 반응기 내 상기 와류 쌍들의 개수(‘CSTR의 개수’)는 점차 감소한다. However, since the size of the one vortex pair is substantially similar to the interval between the fixed cylinder and the rotating cylinder, the larger the ratio of the distance between the fixed cylinder and the rotating cylinder to the outer diameter radius of the rotating cylinder, The number of vortex pairs (' CSTR number ') in the reactor gradually decreases.
따라서, 회전 원통의 외경 반지름에 대한 고정 원통과 회전 원통 사이의 간격의 비율이 0.4 이상인 경우에는, 회전 원통의 외경 반지름에 대한 고정 원통과 회전 원통 사이의 간격의 비율이 0.05 초과 내지 0.4 미만인 경우에 비해 상기 와류 쌍들의 유동특성이 저하되어 작은 입경 분포를 보이고 작은 평균 입경을 갖는 균일한 전구체 입자 생성이 어렵다.Therefore, when the ratio of the distance between the fixed cylinder and the rotary cylinder to the outer diameter radius of the rotary cylinder is 0.4 or more, when the ratio of the distance between the fixed cylinder and the rotary cylinder to the outer diameter radius of the rotary cylinder is less than 0.4 The flow characteristics of the vortex pairs are lowered and it is difficult to produce uniform precursor particles having a small particle diameter distribution and a small average particle diameter.
또한, 회전 원통의 외경 반지름에 대한 고정 원통과 회전 원통 사이의 간격의 비율이 0.4 이상인 경우에는, 회전 원통의 회전속도의 증가에 따라 회전 축 방향을 따라 주기적으로 배열되고 서로 반대방향으로 회전하는 고리모양의 와류 쌍들(‘층류의 와류’), 파동 와류, 변조된 파동 와류, 난류의 와류의 연속적인 와류의 특성이 나타나지 않고, 상기 층류의 와류 영역에서 난류의 와류 영역으로의 전이가 바로 일어나므로, 상기 와류 쌍들의 유동특성이 저하되어 작은 입경 분포를 보이고 작은 평균 입경을 갖는 균일한 전구체 입자 생성이 어렵다.When the ratio of the distance between the fixed cylinder and the rotary cylinder with respect to the radius of the outer diameter of the rotary cylinder is 0.4 or more, (Vortices of 'laminar flow'), wave vortices, modulated vortex vortices and turbulent vortices do not appear, and the transition from turbulent flow areas of the laminar flow to turbulent flow areas occurs immediately , It is difficult to produce uniform precursor particles having a small average particle diameter and a small particle diameter distribution due to a decrease in flow characteristics of the vortex pairs.
즉, 본 발명의 반응기를 이용하여 제조된 복합 전이금속 수산화물은 CSTR을 이용하여 제조된 복합 전이금속 수산화물에 비해 작은 입경 분포를 보이고 작은 평균 입경을 갖는 균일한 전구체 입자로 제조될 수 있으나, 이러한 입경 분포 및 평균 입경의 제어는 회전 원통의 외경 반지름에 대한 고정 원통과 회전 원통 사이의 간격의 비율이 0.4 미만인 경우에 발현될 수 있다. That is, the complex transition metal hydroxide prepared using the reactor of the present invention can be produced as uniform precursor particles having a small particle size distribution and a small average particle diameter as compared with the complex transition metal hydroxide prepared using the CSTR, The distribution and the control of the average particle diameter can be expressed when the ratio of the distance between the fixed cylinder and the rotating cylinder to the outer diameter radius of the rotating cylinder is less than 0.4.
상기 반응기는 리튬 이차전지용 리튬 복합 전이금속 산화물의 전구체로서, 복합 전이금속 수산화물의 제조를 위해 최적화 설계된 것으로서, 상기 반응기 내에서 동점도가 0.4 내지 400 cP인 반응액의 혼합 또는 교반속도는, 단위 질량당 동력 소모량으로서 0.05 내지 100 W/kg일 수 있다. 상기 단위 질량당 동력 소모량은 회전 원통의 교반 속도로 정의할 수 있다. The reactor is a precursor of a lithium complex transition metal oxide for a lithium secondary battery and is optimally designed for the production of a complex transition metal hydroxide. The mixing or stirring rate of a reaction solution having a kinetic viscosity of 0.4 to 400 cP in the reactor is preferably in the range of The power consumption may be 0.05 to 100 W / kg. The power consumption per unit mass can be defined as the stirring speed of the rotating cylinder.
상기 와류 쌍들이 발생하는 임계 레이놀즈 수는 약 300이고, 상기 와류 쌍들은 레이놀즈 수가 300 이상인 경우, 중심이 같은 고정 원통과 회전 원통 사이를 흐르는 유체가, 원심력에 의해 고정 원통 방향으로 나가려는 경향으로 인해 불안정해짐으로써 회전 반응공간 전면에 걸쳐 형성된다.The number of critical Reynolds in which the vortex pairs occur is about 300, the vortex pairs have a Reynolds number of 300 , The fluid flowing between the stationary cylinder having the same center and the rotating cylinder is formed over the entire surface of the rotating reaction space by becoming unstable due to the tendency to move toward the fixed cylinder by the centrifugal force.
본 발명의 반응기는 상기와 같은 고리 모양의 와류 쌍들을 이용하여, CSTR 반응기에 비해 작은 입도의 균일한 전구체 입자를 제조할 수 있다. The reactor of the present invention can produce uniform precursor particles having a smaller particle size than the CSTR reactor using the above-mentioned annular vortex pairs.
상기 화학식 1로 표현되는 복합 전이금속 수산화물 입자는 이중 원통 반응기의 배출구를 통해 수득할 수 있다. The complex transition metal hydroxide particles represented by Formula 1 can be obtained through the outlet of the double cylindrical reactor.
종래의 공침법으로 제조된 복합 전이금속 수산화물 입자는 최소 평균 입경이 6 내지 10 ㎛인 반면에, 본 발명의 복합 전이금속 수산화물 입자는 전구체 입자는 1 내지 5 ㎛의 최소 평균 입경을 가질 수 있고, 입경 분포의 표준편차가 1 내지 5로 종래의 복합 전이금속 수산화물 입자에 비해 단분산된 입경 분포를 보인다. The composite transition metal hydroxide particles prepared by the conventional coprecipitation method have a minimum average particle diameter of 6 to 10 탆, whereas the composite transition metal hydroxide particles of the present invention may have a minimum average particle diameter of 1 to 5 탆, The standard deviation of the particle size distribution is 1 to 5, which shows a monodispersed particle size distribution compared to the conventional composite transition metal hydroxide particles.
따라서, 본 발명의 전구체 입자들은 종래의 전구체 입자들에 비해 단분산된 작은 입도를 가지기 때문에 충방전시 리튬의 이동거리가 작아지므로 레이트 특성이 좋아진다. 또한, 저온 레이트 특성에서는 이런 향상도가 더 크게 나타나고, 기존 큰 입자들과 함께 투입하게 되면 전극 압축밀도(packing density)가 증가한다. Therefore, since the precursor particles of the present invention have a monodispersed small particle size as compared with the conventional precursor particles, the moving distance of lithium is small during charging and discharging, and the rate characteristic is improved. In addition, the improvement in the low-temperature rate characteristic is larger than that in the low-temperature rate characteristic, and the electrode packing density is increased when the large particles are added.
하나의 구체적인 실시예에서, 전구체 입자들의 평균 입경은 1 내지 5 ㎛이고, 이 때 표준편차는 1 내지 5 일 수 있다. 또한, 변동계수(Coefficient of Variation)가 0.2 내지 0.7일 수 있다. 상기 변동계수는 표준편차를 평균입경(D50)으로 나눈 값이다. In one specific embodiment, the average particle size of the precursor particles is from 1 to 5 占 퐉, where the standard deviation can be from 1 to 5. In addition, the coefficient of variation may be 0.2 to 0.7. The coefficient of variation is a value obtained by dividing the standard deviation by the average particle diameter (D50).
상기한 복합 전이금속 수산화물 입자는 종래의 전구체에 비해 높은 결정화도를 나타낸다. 구체적으로, 상기 결정화도는 복합 전이금속 수산화물 제조용 전이금속 염으로부터 유래되는 불순물의 함유량으로 판단할 수 있다. The complex transition metal hydroxide particles exhibit higher crystallinity than conventional precursors. Specifically, the degree of crystallinity can be judged from the content of impurities derived from the transition metal salt for producing a complex transition metal hydroxide.
상기 니켈 염 및 망간 염은 소성 시 용이하게 분해되고 휘발되기 쉬운 음이온을 갖는 것이 바람직한 바, 황산염 또는 질산염일 수 있다. The nickel salt and the manganese salt preferably have an anion which is easily decomposed and easily volatilized during firing, and may be a sulfate or a nitrate.
예를 들어, 황산 니켈, 황산 망간, 질산 니켈, 질산 망간 등으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 둘 이상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.For example, one or more selected from the group consisting of nickel sulfate, manganese sulfate, nickel nitrate, manganese nitrate, and the like, but is not limited thereto.
본 출원의 발명자들이 확인한 바에 따르면, 상기 복합 전이금속 수산화물 입자는, 복합 전이금속 수산화물 제조용 전이금속 염으로부터 유래되는 불순물을 복합 전이금속 수산화물 입자의 전체 중량 대비 0.4 중량%이하로 포함한다. 상기 불순물은 황산화 이온(SO4) 함유 염 이온일 수 있다.The inventors of the present application have found that the composite transition metal hydroxide particles contain an impurity derived from a transition metal salt for preparing a complex transition metal hydroxide in an amount of 0.4% by weight or less based on the total weight of the composite transition metal hydroxide particles. The impurity may be sulfate ion (SO 4 ) -containing salt ion.
상기 불순물은 황산화 이온(SO4) 함유 염 이온일 수 있다. 상기 황산화 이온(SO4) 함유 염 이온이 유래되는 전이금속 염은 황산염일 수 있으며, 이러한 황산염의 예로는 황산 니켈, 황산 망간 등을 들 수 있으며, 이들은 단독으로 사용될 수도 있고, 둘 이상의 조합으로 사용될 수도 있다. The impurity may be sulfate ion (SO 4 ) -containing salt ion. The transition metal salt from which the sulfate ion (SO 4 ) -containing salt ion is derived may be a sulfate, and examples of the sulfate include nickel sulfate and manganese sulfate. These sulfate salts may be used alone or in combination of two or more. .
경우에 따라서는, 상기 황산화 이온(SO4) 함유 염 이온은 질산화 이온(NO3)을 추가로 포함할 수 있으며, 이러한 질산화 이온은 전이금속 염으로서의 질산 니켈, 질산 망간 등으로부터 유래될 수 있다. In some cases, the sulfate ion (SO 4 ) -containing salt ion may further contain nitrate ions (NO 3 ), which may be derived from nickel nitrate, manganese nitrate, etc. as transition metal salts .
더욱 바람직한 황산화 이온(SO4) 함유 염 이온의 함량은 복합 전이금속 수산화물 입자의 전체 중량 대비 0.3 내지 0.4 중량%일 수 있다.More preferably, the content of the sulfate ion (SO 4 ) -containing salt ion may be 0.3 to 0.4% by weight based on the total weight of the composite transition metal hydroxide particles.
전구체 입자 중 염 이온의 함량을 측정하는 방법은 다양할 수 있으며, 바람직하게는 하기에서 정의하는 이온 크로마토그래피(ion chromatograph) 법에 의한 검출 방식이 사용될 수 있다. The method of measuring the content of salt ions in the precursor particles may be various, and preferably a detection method by an ion chromatograph method defined below can be used.
상기 염기성 수용액은 수산화나트륨 수용액, 수산화칼륨 수용액, 수산화 리튬 수용액 등을 들 수 있고, 바람직하게는 수산화나트륨 수용액이 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. The basic aqueous solution may be an aqueous solution of sodium hydroxide, an aqueous solution of potassium hydroxide, or an aqueous solution of lithium hydroxide, preferably an aqueous solution of sodium hydroxide, but is not limited thereto.
한편, 상기 원료물질들의 수용액에는 전이금속과 착체를 형성할 수 있는 첨가제 및/또는 탄산 알칼리를 추가로 첨가할 수 있다. 상기 첨가제는, 예를 들어, 암모늄 이온 공급체, 에틸렌 디아민류 화합물, 구연산류 화합물 등이 사용될 수 있다. 상기 암모늄 이온 공급체는, 예를 들어, 암모니아수, 황산암모늄염 수용액, 질산암모늄염 수용액 등을 들 수 있다. 상기 탄산 알칼리는 탄산 암모늄,탄산나트륨,탄산 칼륨 및 탄산 리튬으로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. 경우에 따라서는, 이들을 2 이상 혼합하여 사용할 수도 있다. Meanwhile, an additive capable of forming a complex with the transition metal and / or alkali carbonate may be further added to the aqueous solution of the raw materials. As the additive, for example, an ammonium ion source, an ethylene diamine compound, a citric acid compound, or the like can be used. Examples of the ammonium ion supplier include ammonia water, ammonium sulfate aqueous solution, ammonium nitrate aqueous solution and the like. The alkali carbonate may be selected from the group consisting of ammonium carbonate, sodium carbonate, potassium carbonate and lithium carbonate. In some cases, these may be used by mixing two or more thereof.
상기 첨가제와 탄산 알칼리의 첨가량은 전이금속 함유 염의 양, pH 등을 고려하여 적절히 결정할 수 있다.The addition amount of the additive and alkali carbonate can be appropriately determined in consideration of the amount of transition metal-containing salt, pH, and the like.
본 출원의 발명자들은 본 발명의 제조방법에 따라 복합 전이금속 수산화물을 제조하는 경우, 착체 형성 첨가제, 예를 들어, 암모니아 수용액의 사용량을 감소시킬 수 있음을 확인하였다. The inventors of the present application have confirmed that when the complex transition metal hydroxide is produced according to the production method of the present invention, the amount of the complex formation additive, for example, the aqueous ammonia solution can be reduced.
본 발명의 구체적인 실시예에서, 상기 암모니아 수용액은 니켈 염 및 망간 염들의 전체량을 기준으로 5 내지 90 mol%의 범위 내에서 투입된다.In a specific embodiment of the present invention, the aqueous ammonia solution is based on the total amount of nickel salts and
이는 CSTR을 이용하여 복합 전이금속 수산화물을 제조하는 경우에 비해 약 60 % 정도의 첨가제만으로 복합 전이금속 수산화물을 제조하는 것으로서, 본 발명에 따른 제조방법은 상대적으로 저렴한 리튬 복합 전이금속 산화물을 제공할 수 있음을 의미한다. This is because the complex transition metal hydroxide is prepared with about 60% of the additive compared to the case where the complex transition metal hydroxide is prepared by using CSTR. The process according to the present invention can provide a relatively inexpensive lithium complex transition metal oxide .
본 발명은 또한, 상기한 전구체 입자들을 리튬 전구체와 소성 반응시켜 제조한 것을 특징으로 하는 하기 화학식 2의 리튬 복합 전이금속 산화물을 제공한다. The present invention also provides a lithium complex transition metal oxide represented by the following Chemical Formula 2, which is produced by subjecting the precursor particles to a calcination reaction with a lithium precursor.
Li1+bNiyMn2-yO4-z (2)Li 1 + b Ni y Mn 2-y O 4 -z (2)
상기 식에서, 0≤b≤0.1; 0.2≤y≤0.5; 0≤z≤0.1; 이다. Wherein 0? B? 0.1; 0.2? Y? 0.5; 0? Z? 0.1; to be.
상기 리튬 전구체는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 수산화 리튬, 탄산 리튬, 산화 리튬 등을 들 수 있고, 바람직하게는 탄산 리튬(Li2CO3) 및/또는 수산화 리튬(LiOH)일 수 있다.The lithium precursor is not particularly limited and includes, for example, lithium hydroxide, lithium carbonate, lithium oxide and the like, preferably lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) and / or lithium hydroxide (LiOH).
또한, 본 발명은, 상기 리튬 복합 전이금속 산화물을 양극 활물질로 포함하는 리튬 이차전지를 제공한다. The present invention also provides a lithium secondary battery comprising the lithium composite transition metal oxide as a cathode active material.
본 발명에 따른 이차전지는 소형 디바이스의 전원으로 사용되는 전지셀에 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 다수의 전지셀들을 포함하는 중대형 전지모듈에 단위전지로도 바람직하게 사용될 수 있다.The secondary battery according to the present invention can be used not only in a battery cell used as a power source for a small device but also as a unit cell in a middle or large battery module including a plurality of battery cells.
또한, 본 발명은 상기 전지모듈을 중대형 디바이스의 전원으로 포함하는 전지팩을 제공하고, 상기 중대형 디바이스는 전기자동차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기자동차(Hybrid Electric Vehicle, HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV) 등을 포함하는 전기차 및 전력 저장장치 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. Also, the present invention provides a battery pack including the battery module as a power source of a middle- or large-sized device, wherein the middle- or large-sized device is an electric vehicle (EV), a hybrid electric vehicle (HEV) An electric vehicle including a plug-in hybrid electric vehicle (PHEV), a power storage device, and the like, but the present invention is not limited thereto.
리튬 복합 전이금속 산화물, 리튬 이차전지, 전지팩 등의 제조방법, 반응조건, 구성요소 등은 당업계에 공지되어 있으므로 이하에서 자세한 설명은 생략한다. Lithium complex transition metal oxide, lithium secondary battery, battery pack, etc., reaction conditions, constituent elements, etc. are well known in the art and will not be described in detail below.
본 발명은, 외부 공기와의 접촉이 차단된 밀폐된 반응 공간 내에서 공침반응을 수행함으로써, 망간 산화물의 생성을 억제하고, 상기한 와류 쌍을 이용하여 반응액을 혼합함으로써, 작고 균일한 입도를 가지는 망간 고함량의 복합 전이금속 수산화물 입자를 제조할 수 있는 장점이 있다. The present invention relates to a process for producing a manganese oxide which suppresses the formation of manganese oxides by carrying out a coprecipitation reaction in a closed reaction space in which contact with external air is blocked and mixes the reaction solution using the above- It is advantageous to produce complex transition metal hydroxide particles having a high manganese content.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반응기의 측면 모식도이다;
도 2는 도 1의 반응기의 회전 반응공간 내에서 발생하는 고리 모양의 와류 쌍들 및 반응 유체의 유동형태를 모식적으로 도시한 것이다;
도 3은 CSTR과 본 발명에 따른 반응기의 단위 질량당 동력 소모량을 비교한 그래프이다.1 is a side schematic view of a reactor according to one embodiment of the present invention;
Figure 2 schematically illustrates the flow patterns of annular vortex pairs and reaction fluids occurring in the rotating reaction space of the reactor of Figure 1;
3 is a graph comparing the power consumption per unit mass of the CSTR and the reactor according to the present invention.
이하, 실시예 및 그에 따른 도면을 통해 본 발명을 더욱 상술하지만, 본 발명의 범주가 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in further detail with reference to examples and drawings, but the scope of the present invention is not limited thereto.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반응기의 측면 모식도이고, 도 2는 도 1의 반응기의 회전 반응공간 내에서 발생하는 고리 모양의 와류 쌍들 및 반응 유체의 유동형태를 모식적으로 도시한 것이다. FIG. 1 is a schematic side view of a reactor according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a schematic view of a flow pattern of annular vortex pairs and a reaction fluid occurring in a rotating reaction space of the reactor of FIG. 1 .
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 리튬 이차전지용 리튬 복합 전이금속 산화물의 전구체 제조용 반응기(100)는, 지표면과 수평으로 설치되어 있는 원통형의 고정 원통(110)의 중공 내부에 고정 원통(110)과 동일한 회전축을 이루며, 고정 원통의 내경(2×r1)보다 작은 외경(2×r2)을 가지는 원통형의 회전 원통(120)이 설치되어 있고, 고정 원통(110)과 회전 원통(120) 사이에는 반응공간이 형성되어 있으며, 고정 원통(110) 상에는 반응공간으로 반응 유체를 도입하는 복수개의 유입구들(140, 141, 142)와 반응 유체를 배출하는 배출구(151)가 구비되어 있고, 고정 원통(110)의 일 측면에는 회전 원통(120)을 회전시키기 위한 동력을 발생시키는 전동기(130)가 구비되어 있다.Referring to FIG. 1, a
회전 원통(120)의 외경 반지름(r2)에 대한 고정 원통(110)과 회전 원통 (120)사이의 간격(d)의 비율(d/r2)에 의해 반응공간의 유효 체적이 결정된다. The effective volume of the reaction space is determined by the ratio (d / r2) of the distance d between the
도 1 및 도 2를 함께 참조하면, 전동기(130)으로부터 발생된 동력으로 회전 원통(120)이 회전하여 임계 레이놀즈 수에 이르면, 유입구들(140, 141, 142)를 통해 회전 반응공간으로 투입된 니켈 염 및 망간 염의 수용액, 암모니아 수용액, 수산화나트륨 수용액 등의 반응액은, 회전 원통(120)으로부터 고정 원통(110)방향으로 원심력을 받아 불안정해지고, 그 결과, 회전 축 방향을 따라 서로 반대방향으로 회전하는 고리 모양의 와류 쌍들(160)이 반응공간 내에서 주기적으로 배열된다. Referring to FIGS. 1 and 2 together, when the
고리 모양의 와류 쌍들(160)의 중력 방향의 길이는 고정 원통(110)과 회전 원통 (120)사이의 간격(d)과 거의 동일하다. The length of the annular vortex pairs 160 in the gravitational direction is substantially equal to the distance d between the
회전 원통(120)의 회전시 회전축과 베어 링 사이 틈으로 흡입되는 공기를 차단하기 위해 회전축 외부에 오링(O-ring)과 같은 밀봉 수단을 이용하여 밀봉할 수 있다.The outer circumference of the
또한, 반응액은 유입구(140)을 통해 회전 반응공간으로 유입될 수 있고, 환원가스는 유입구(141) 또는 유입구(142)를 통해 반응공간으로 유입될 수 있다. The reaction liquid may be introduced into the reaction space through the
도 3은 CSTR과 본 발명에 따른 반응기의 단위 질량당 동력 소모량을 비교한 그래프이다. 4L CSTR의 경우, 전구체 합성 시 원하는 입도 형성을 위해 1200 내지 1500 rpm의 회전력이 소모되고, 이를 단위 질량당 교반동력으로 환산하면, 약 13 내지 27 W/kg 이 된다. 반면에, 본 발명에 따른 0.5 L 반응기는, 600 내지 1400 rpm의 범위에서 원하는 입도를 갖는 전구체 합성이 가능하며, 이를 단위 질량당 교반동력으로 환산하면, 1 내지 8 W/kg이 된다. 3 is a graph comparing the power consumption per unit mass of the CSTR and the reactor according to the present invention. In the case of a 4L CSTR, a rotational force of 1200 to 1500 rpm is consumed to form a desired particle size when the precursor is synthesized, and is converted to about 13 to 27 W / kg in terms of stirring power per unit mass. On the other hand, the 0.5 L reactor according to the present invention can synthesize a precursor having a desired particle size in the range of 600 to 1400 rpm, which is 1 to 8 W / kg in terms of stirring power per unit mass.
즉, 본 발명의 반응기는 CSTR에 비해 작은 단위 질량당 교반동력으로 원하는 입도의 전구체 합성이 가능하다. 이는 본 발명의 반응기가 CSTR에 비해 교반 효율성이 뛰어남을 나타낸다.
That is, the reactor of the present invention is capable of synthesizing a precursor having a desired particle size with stirring power per unit mass, which is smaller than that of CSTR. This indicates that the reactor of the present invention has better stirring efficiency than CSTR.
<실시예 1> ≪ Example 1 >
니켈 황산염 및 망간 황산염을 0.25 : 0.75의 비율(몰비)로 혼합하여 1.5M 농도의 전이금속 수용액을 준비하고, 3M 수산화 나트륨 수용액을 준비하였다. 암모니아 용액은 25wt%의 암모늄 이온이 용해된 수용액을 준비하였다. Nickel sulfate and manganese sulfate were mixed at a ratio (molar ratio) of 0.25: 0.75 to prepare a 1.5 M concentration transition metal aqueous solution, and a 3M aqueous sodium hydroxide solution was prepared. The ammonia solution prepared an aqueous solution in which 25 wt% of ammonium ions were dissolved.
상기 준비된 전이금속 수용액을 체류시간이 1시간이 되도록 정량펌프를 사용하여 반응기 내로 투입하였다. 상기 수산화 나트륨 수용액은 pH가 11.0이 유지되도록 정량펌프를 사용하여 가변적으로 투입하였다. 상기 암모니아 수용액은 전이금속 수용액 대비 30mol%의 농도를 연속적으로 공급하였다. The prepared transition metal aqueous solution was introduced into the reactor using a metering pump so that the residence time was 1 hour. The sodium hydroxide aqueous solution was variably added using a metering pump so that pH was maintained at 11.0. The aqueous ammonia solution was continuously supplied at a concentration of 30 mol% based on the aqueous solution of the transition metal.
반응이 지속되는 동안 질소 가스를 0.06 L/h의 속도로 공급하였다.Nitrogen gas was fed at a rate of 0.06 L / h while the reaction was continued.
평균 체류시간은 1시간으로 정상 상태에 도달 후 20시간 동안 지속적으로 반응하여 제조된 니켈-망간 복합 전이금속 전구체를 증류수로 여러 번 세척하고, 120℃ 항온 건조기에서 24시간 건조시켜, 니켈-망간 복합 전이금속 전구체를 제조하였다.
Manganese complex transition metal precursor prepared by reacting continuously for 20 hours after reaching a steady state with an average residence time of 1 hour was washed several times with distilled water and dried in a constant temperature drier at 120 ° C. for 24 hours to obtain a nickel- Transition metal precursors were prepared.
<비교예 1>≪ Comparative Example 1 &
5L 크기의 CSTR(Continuous Stirred Tank Reactor)을 사용하고 암모니아 수용액을 전이금속 수용액 대비 50mol%의 농도로 공급하고, 질소가스의 투입량을 1 L/h로한 것을 제외하고는 실시예 1와 동일한 방법으로 니켈-망간 복합 전이금속 전구체를 제조하였다.
The same procedure as in Example 1 was repeated except that a CSTR (Continuous Stirred Tank Reactor) having a size of 5 L was used and an ammonia aqueous solution was supplied at a concentration of 50 mol% based on the aqueous solution of the transition metal and the amount of nitrogen gas was changed to 1 L / h. - manganese complex transition metal precursor.
코인 전지의 제조Manufacture of Coin Cell
실시예 1 및 비교예 1에서 각각 제조된 니켈-망간 복합 전이금속 전구체들을 Li2CO3와 1: 1의 비율(몰 비)로 혼합한 후에 5℃/분의 승온 속도로 가열하여 950℃에서 10 시간 동안 소성시켜 Li[Ni0.25Mn0.75]2O4의 양극 활물질 분말을 제조하였다.The nickel-manganese complex transition metal precursors prepared in Example 1 and Comparative Example 1 were mixed with Li 2 CO 3 at a ratio (molar ratio) of 1: 1, heated at a heating rate of 5 ° C / min, And then fired for 10 hours to prepare a cathode active material powder of Li [Ni 0.25 Mn 0.75 ] 2 O 4 .
이렇게 제조된 양극 활물질 분말에 도전재로서 덴카 블랙(Denka Black)과 바인더로서 KF1100을 95: 2.5: 2.5의 중량비로 혼합하여 슬러리를 제조하여, 20 ㎛ 두께의 알루미늄 박(Al foil)에 균일하게 코팅하였다. 이를 130℃로 건조하여 리튬 이차전지용 양극을 제조하였다.Denka Black as a conductive material and KF1100 as a binder were mixed in a weight ratio of 95: 2.5: 2.5 to the cathode active material powder thus prepared to prepare a slurry and uniformly coated on an aluminum foil having a thickness of 20 占 퐉 Respectively. This was dried to 130 ℃ to prepare a positive electrode for a lithium secondary battery.
상기에서 제조된 리튬 이차전지용 양극과, 상대 전극(음극)으로서 리튬 메탈 박과, 분리막으로서 폴리 에틸렌막(Celgard, 두께: 20 ㎛), 및 에틸렌 카보네이트, 디메틸렌 카보네이트, 디에틸 카보네이트가 1: 2: 1로 혼합된 용매에 LiPF6가 1M로 녹아 있는 액체 전해액을 사용하여, 2016 코인 전지를 제조하였다.
A lithium secondary battery positive electrode prepared above, a lithium metal foil as a counter electrode (cathode), a polyethylene film (Celgard, thickness: 20 μm) as a separator, and ethylene carbonate, dimethylene carbonate, diethyl carbonate were 1: 2 : A 2016 coin battery was manufactured using a liquid electrolyte in which LiPF 6 was dissolved in 1 M in a solvent mixed with 1.
<실험예 1>초기 충방전 특성 <Experimental Example 1> The initial charge-discharge characteristics
상기 실시예 1 및 비교예 1에서 각각 제조된 코인 전지들에 대해, 0.1C 전류로 3.5~4.9V 전압범위에서 1회 충방전 하여 충방전 특성을 평가 하였다. 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.Coin batteries prepared in Example 1 and Comparative Example 1 were charged and discharged once at a voltage range of 3.5 to 4.9 V at a current of 0.1 C to evaluate charge and discharge characteristics. The results are shown in Table 1 below.
(mAh/g)Initial charge capacity
(mAh / g)
(mAh/g)Initial discharge capacity
(mAh / g)
(%)Initial charge and discharge efficiency
(%)
<실험예 2><Experimental Example 2>
수명 특성Life characteristics
상기 실시예 1 및 비교예 1에서 각각 제조된 코인 전지들에 대해, 1.0C의 전류로 50회 충방전 하여 수명 특성을 평가 하였다. 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.Coin batteries prepared in Example 1 and Comparative Example 1 were charged and discharged 50 times at a current of 1.0 C to evaluate the life characteristics. The results are shown in Table 2 below.
50th/1st 방전용량(%)Life characteristics
50 th / 1 st discharge capacity (%)
전기화학 특성 평가 결과, 적은 환원가스 투입량에도 불구하고 높은 망간함량을 가지고 있는 전구체가 효과적으로 합성되어 성능을 발휘하고 있음을 확인할 수 있었다.As a result of the electrochemical characterization, it was confirmed that the precursor having a high manganese content was effectively synthesized and exhibited its performance despite a small amount of the reducing gas.
Claims (23)
니켈 염과 망간 염의 수용액 및 염기성 수용액을 포함하는 반응액을 하나 또는 복수의 유입구를 통해 투입하고, 상기 반응액의 pH를 9 내지 13 으로 유지하며,
반응공간 내에서 중심 축 방향을 따라 주기적으로 배열되고 서로 반대방향으로 회전하는 고리모양의 와류쌍들의 흐름을 따라 반응액을 혼합 또는 교반하여,
망간 산화물의 생성을 억제하고 하기 화학식 1의 복합 전이금속 수산화물을 제조하는 것을 특징으로 하는 제조방법:
NiaMn1-a(OH1-x)2 (1)
상기 식에서, 0.2≤a≤0.25; 0<x<0.5 이다.A reaction space formed between the fixed cylinder and the rotary cylinder of the double cylindrical reactor in which one or a plurality of inlets and a central axis are the same fixed cylinder and a rotary cylinder,
A reaction solution containing an aqueous solution of a nickel salt and a manganese salt and a basic aqueous solution is introduced through one or more inlets and the pH of the reaction solution is maintained at 9 to 13,
The reaction liquid is mixed or agitated along the flow of annular vortex pairs periodically arranged along the central axis direction in the reaction space and rotating in opposite directions,
A process for producing a complex transition metal hydroxide represented by the following formula (1), wherein the production of manganese oxide is inhibited:
Ni a Mn 1-a (OH 1-x ) 2 (1)
Wherein 0.2? A? 0.25; 0 <x <0.5.
중심축이 동일한 고정 원통과 회전 원통;
상기 회전 원통을 회전시키는 동력을 발생시키는 모터; 및
상기 고정 원통과 회전 원통 사이의 반응 공간으로 반응 유체를 도입 및 배출하는 하나 또는 복수 개의 유입구와 배출구;를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조방법.2. The dual cylinder reactor according to claim 1,
A fixed cylinder and a rotating cylinder having the same central axis;
A motor for generating power for rotating the rotating cylinder; And
And one or a plurality of inlets and outlets for introducing and discharging the reaction fluid into and from the reaction space between the fixed cylinder and the rotating cylinder.
NiaMn1-a(OH1-x)2 (1)
상기 식에서, 0.2≤a≤0.25; 0<x<0.5 이다.1. A composite transition metal hydroxide particle represented by a composition represented by the following formula (1) and having an average particle diameter within a range of 1 to 10 占 퐉, a monodispersed particle diameter distribution, and a standard deviation of 1 to 5:
Ni a Mn 1-a (OH 1-x ) 2 (1)
Wherein 0.2? A? 0.25; 0 <x <0.5.
Li1+bNiyMn2-yO4-z (2)
상기 식에서, 0≤b≤0.1; 0.2≤y≤0.5; 0≤z≤0.1; 이다. A lithium composite transition metal oxide having a composition represented by the following Chemical Formula 2 prepared by calcining the composite transition metal hydroxide particles according to claim 15 with a lithium precursor.
Li 1 + b Ni y Mn 2-y O 4 -z (2)
Wherein 0? B? 0.1; 0.2? Y? 0.5; 0 ≦ z ≦ 0.1; to be.
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