高容量负极活性材料及包含其的锂二次电池的制作方法_4

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化物,不同之处在于,将根据实施例1 合成的结晶LiVO 3和根据比较例2的DAG 87以30:70的重量比进行了混合。
[0112] 〈实施例5>
[0113] 以与实施例1中相同的方式制备过渡金属氧化物,不同之处在于,将根据实施例1 合成的结晶LiVO 3和根据比较例2的DAG 87以90:10的重量比进行混合。
[0114] 〈实施例6>
[0115] 以与实施例1中相同的方式制备过渡金属氧化物,不同之处在于,将根据实施例1 合成的结晶LiVO 3和根据比较例2的DAG 87以70:30的重量比进行混合。
[0116] 〈实施例7>
[0117] 以与实施例1中相同的方式制备过渡金属氧化物,不同之处在于,将根据实施例1 合成的结晶LiVO 3和根据比较例2的DAG 87以50:50的重量比进行混合。
[0118] 〈实验例1>
[0119] X射线衍射分析实验和粒子形状的观察
[0120] 为了测定根据本发明制备的过渡金属氧化物的结晶化,对根据实施例1~4和比 较例1的过渡金属氧化物进行了 X射线衍射分析。另外,为了确认根据本发明制备的过渡 金属氧化物的粒子形状,利用电子显微镜对根据实施例1~4和比较例1的过渡金属氧化 物进行了观察。
[0121] 如在图Ia和Ib中所示,在实施例1的LiVO^情况中,作为X射线衍射结果,观 察到了 LiVOj^特征峰。因此,确认了 LiVO 3是结晶的、以及不具有明确形状的几微米的粒 子。
[0122] 如在图2a和2b中所示,在实施例2的NaVO^情况中,作为X射线衍射结果,观 察到了 NaVOj^特征峰。因此,确认了 NaVO 3是结晶的、以及具有纹理图案的几微米到几十 微米的粒子。
[0123] 如在图3a和3b中所示,在实施例3的1^03的情况中,作为X射线衍射结果,观察 到了 1^03的特征峰。因此,确认了 KVO 3是结晶的、以及具有纹理图案的几微米到几十微米 的粒子。
[0124] 如在图4a和4b中所示,在实施例4的LiVO^情况中,作为X射线衍射结果,未 观察到显著的峰。因此,确认了 LiVO3是非晶质的、以及不具有明确形状的几微米的粒子。
[0125] 如在图5a和5b中所示,在比较例1的V2O5的情况中,作为X射线衍射结果,观察 到了 V2O5的特征峰。因此,确认了 V2O5是结晶的、以及不具有明确形状的几微米的粒子。
[0126] 电极的制诰
[0127] 为了确认使用根据本发明的实施例和比较例的负极活性材料的锂二次电池的充 放电容量以及评价锂二次电池的电化学特性,单独或混合地使用根据实施例1~7和比较 例1~4制备的过渡金属氧化物从而制造电极。
[0128] 为了向电极提供导电性,使用炭黑作为导电材料且使用聚偏二氟乙烯(PvdF)作 为聚合物粘合剂。使用溶解在N-甲基吡咯烷酮中的粘合剂作为粘合剂。
[0129] 在将活性材料:导电材料:粘合剂以80:10:10的重量比进行混合并且充分搅拌 后,将所得混合物涂布在铜集电器上并且在120°C下进行干燥从而去除N-甲基吡咯烷酮。 使用辊压机对干燥的电极进行压制,然后切成期望的尺寸。将切下的电极在120°C的真空烘 箱中干燥12小时以上从而去除水。
[0130] 使用如上所述制造的电极,在手套箱中在氩气氛下制造了 2032硬币型单电池。就 这一点而言,使用锂金属箱作为对电极,且使用如下的混合物作为电解质:1摩尔的LiPF6/ 碳酸亚乙酯(EC):碳酸二甲酯(DMC)(体积比1:2)的混合物。结果,制造了电化学单电池。
[0131] 〈实验例2>
[0132] 材料的反应电压和容量的确认
[0133] 在恒定电流下对使用根据实施例1~4和比较例1制备的过渡金属氧化物制造的 硬币型单电池进行了充放电实验。在充放电时,基于活性材料的重量,在〇. 〇〇IV~3. OV (相 对于Li/Li+)的电压区域中使用了 50mA/g的电流。
[0134] 作为实验的结果,在实施例1的LiVOj^情况中,如图6中所示,在初次充电时观 察到了在1.5V附近的电位平坦面(potential flat side)。没有从第二次循环观察到电位 平坦面,但在I. 5V~2. 5V的范围内观察到了平缓的电位变化。
[0135] 另外,在0. 5V附近观察到了另一个平缓的电位变化,且在0.0 V附近存在非常长的 电位平坦面。另外,实现了约1300mAh/g的总容量和lOOOmAh/g以上的可逆放电容量。
[0136] 所述放电容量指的是每个LiVO3*子有四个锂元素进行可逆的充放电。另外,在 放电过程中,容量显现为平缓倾斜的状态而没有形成平坦部分。
[0137] 如图7中所示,在实施例2的NaVO^情况中,当进行初次充电时,在1.0 V附近观 察到了平缓的电位变化。没有从第二次循环观察到这种电位变化,但在〇. OV~I. 5V的范 围内观察到了平缓的电位变化。
[0138] 随后,在0.0 V附近,观察到了非常长的电位平坦面、储存了约900mAh/g的容量并 且显示了 700mAh/g以上的可逆容量。这样的放电容量指的是每个NaVfV^ 3. 6个锂元素进 行可逆的充放电。另外,如在实施例1中,在OV~I. 5V的范围内,显示出平缓的电压增加, 同时显示出容量。
[0139] 如在图8中所示,在实施例3的1^03的情况中,当进行第一次充电时在0. 8V附近 观察到了平缓的电位变化。这种电位变化从第二次循环变成了 0.0 V~I. 5V处的平缓的电 位变化。然后,在0.0 V附近,观察到了非常长的电位平坦面、储存锂高至约1200mAh/g并且 显现出700mAh/g以上的可逆容量。
[0140] 这样的放电容量指的是每个1^03有3. 66个锂元素进行可逆的充放电。在第二次 循环中,在〇. OV附近,观察到了长的电位平坦面并且观察到了 600mAh/g的可逆容量。另外, 如上所述,在OV~I. 5V的区域中显示了平缓的电压增加和容量。
[0141] 如图9中所示,在实施例4的非晶质LiVO^情况中,当进行第一次充电时从I. 7V 观察到了平缓的电位变化。然后,在0.0 V附近,在显示电位平坦面的同时储存了约970mAh/ g的容量,且在〇. 5V~3. OV的区域中平缓地显现了 700mAh/g的可逆容量。
[0142] 这样的放电容量指的是每个1^¥03有2. 84个锂元素进行可逆的充放电。
[0143] 如图10中所示,在比较例1的结晶V2O5的情况中,当进行初次充电时,在3. 0V、 2. 5V、2. 2V、1. 8V和0. 6V附近观察到了电位平坦面且储存了大于800mAh/g的容量。然而, 仅放出了对应于每个V2O 5为1. 9个锂元素的小于300mAh/g的容量,在0. 6V和2. 3V附近具 有平坦部、同时显现出容量。
[0144] 〈实验例3>
[0145] 电池的寿命特件
[0146] 对使用根据实施例1制备的过渡金属氧化物的硬币型单电池以恒定电流/恒定电 压的方式进行充电并且以恒定电流进行放电。随后,对利用相应的材料制造的电池的寿命 特性进行测定。当进行恒定电流充电时,使用基于活性材料重量的100mA/g电流进行充电 直至50mV(相对于Li/Li +)的电压区域,然后在50mV下进行恒定电压充电。
[0147] 当基于活性材料重量的电流的绝对大小小于10mA/g时停止恒定电压充电,并且 开始恒定电流放电。进行恒定电流放电直至3V(相对于Li/Li +)的电压区域,其中使用了 基于活性材料的重量的100mA/g的电流。
[0148] 作为实验的结果,如图11中所示,确认了在直至初期15次循环观察到了充放电 容量的降低,但随后显示了对应于每个LiVO 3为三个以上锂元素的700mAh/g以上的可逆容 量,直至50次循环没有显现容量衰减。
[0149] 〈实验例4>
[0150] 材料的枏据充放电的结构夺化的特件
[0151] 在恒定电流下对使用根据实施例1制备的过渡金属氧化物制造的硬币型单电池 进行充放电实验的同时,根据非原位法对所述硬币型单电池进行X射线衍射分析。
[0152] 在充放电时,在0. 001V~3. 0V(相对于Li/Li+)的电压区域中使用50mA/g的电 流。通过如下进行X射线衍射分析:当进行第一次循环充电时在I. 5V、0. 5V和0.0 V处停止 充电且在3. OV处停止放电,
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