KR101092400B1 - Method For Preparing Lithium manganese oxide And Lithium manganese metal oxide With Spinel And Nanostructure - Google Patents
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Abstract
본원발명은 스피넬 결정구조 및 나노구조를 갖는 리튬 망간 산화물의 제조방법에 관한 것으로서, 망간 산화물을 제조하는 단계, 상기 망간 산화물에 리튬염을 혼합하여 혼합물을 형성하는 단계 및 상기 혼합물을 고상반응법(Solid-state reaction)에 의해 열처리하는 단계를 포함하며, 상기 리튬 망간 산화물의 화학식은 LiMn2O4 이다.The present invention relates to a method for producing a lithium manganese oxide having a spinel crystal structure and nanostructure, comprising the steps of preparing a manganese oxide, mixing a lithium salt with the manganese oxide to form a mixture and the mixture in a solid phase reaction method ( Heat-treating by a solid-state reaction, wherein the formula of the lithium manganese oxide is LiMn 2 O 4 .
또한, 본원발명은 스피넬 결정구조 및 나노구조를 갖는 리튬 망간 금속 산화물의 제조방법에 관한 것으로서, 망간 산화물을 제조하는 단계, 상기 망간 산화물에 리튬염 및 금속염을 혼합하여 혼합물을 형성하는 단계 및 상기 혼합물을 고상반응법(Solid-state reaction)에 의해 열처리하는 단계를 포함하며, 상기 리튬 망간 금속 산화물의 화학식은 LiMxMn(2-x)O4(0 < x < 2, M은 금속)이다.In addition, the present invention relates to a method for producing a lithium manganese metal oxide having a spinel crystal structure and nanostructure, comprising the steps of preparing a manganese oxide, mixing a lithium salt and a metal salt to the manganese oxide to form a mixture and the mixture Heat-treating by a solid-state reaction, the formula of the lithium manganese metal oxide is LiM x Mn (2-x) O 4 (0 <x <2, M is a metal).
본원발명의 스피넬 결정구조 및 나노구조를 갖는 리튬 망간 산화물 및 리튬 망간 금속산화물의 제조방법은, 망간을 이용하므로 친환경적이며 제조비용이 적게 든다. 또한, 상기 방법에 의해 제조된 리튬 망간 산화물 및 리튬 망간 금속 산화물은 리튬 이차 전지의 양극 활물질로 이용될 수 있다.The method for producing lithium manganese oxide and lithium manganese metal oxide having the spinel crystal structure and nanostructure of the present invention is environmentally friendly and low in manufacturing cost since manganese is used. In addition, lithium manganese oxide and lithium manganese metal oxide prepared by the above method can be used as a positive electrode active material of a lithium secondary battery.
망간 산화물, 리튬염, 금속염, 스피넬, 나노구조, 리튬 망간 산화물, 리튬 망간 금속 산화물 Manganese Oxide, Lithium Salt, Metal Salt, Spinel, Nanostructure, Lithium Manganese Oxide, Lithium Manganese Metal Oxide
Description
본원발명은 스피넬 결정구조 및 나노구조를 갖는 리튬 망간 산화물 및 리튬 망간 금속 산화물의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing lithium manganese oxide and lithium manganese metal oxide having a spinel crystal structure and nanostructures.
리튬 이차 전지는 높은 전위, 높은 이온 용량, 저렴한 생산 가격 등의 많은 장점을 지니고 있다. 이러한 이유로, 리튬 이차 전지는 노트북 컴퓨터, 휴대폰, MP3 플레이어 등의 휴대용 전자기기 분야에 많이 사용되며, 전기자전거, 전기자동차 등의 고출력이 요구되는 전지 산업에서도 그 수요가 증가하고 있다.Lithium secondary batteries have many advantages such as high potential, high ion capacity, and low production cost. For this reason, lithium secondary batteries are widely used in the field of portable electronic devices, such as notebook computers, mobile phones, MP3 players, and the demand is increasing in the battery industry that requires high power, such as electric bicycles, electric vehicles.
상기 리튬 이차 전지의 양극과 음극은 LiCoO2와 탄소가 주로 이용되는데, 이는 안정한 충·방전의 장점 때문이다. 그러나 LiCoO2의 Co는 가격이 비싸고 친환경적인 재료가 되지 못한다는 문제점을 지니고 있다.LiCoO 2 and carbon are mainly used for the positive electrode and the negative electrode of the lithium secondary battery because of the advantages of stable charging and discharging. However, Co of LiCoO 2 has a problem that it is expensive and does not become an environmentally friendly material.
상기 문제점을 해결하기 위하여, 상기 LiCoO2를 대체할 양극 활물질 개발이 활발히 이루어지고 있다. 상기 양극 활물질의 하나로서 스피넬 양극 활물질인 LiMn2O4가 있다. 상기 LiMn2O4는 망간을 출발 물질로 하여, 단가가 낮을 뿐만 아니라 환경 친화적이다. 그러나 스피넬 구조의 LiMn2O4 은 망간 3+에 기인한 얀텔러 뒤틀림 (Jahn-Teller distortion)의 문제점과, 망간이 전해질 속으로 용해되는 현상에 기인하여 충·방전 수명이 짧다는 문제점이 있다. 충·방전 수명을 증가시키려면 격자 상수를 유연하게 변화시킴으로써 얀텔러 뒤틀림을 감소시켜야 한다. 이를 위해, 평균 입자의 크기가 작으며 입자의 분포가 균일한 양극 활물질의 개발이 절실하다.In order to solve the problem, development of a positive electrode active material to replace the LiCoO 2 has been actively made. One of the positive electrode active materials is LiMn 2 O 4 which is a spinel positive electrode active material. The LiMn 2 O 4 has manganese as a starting material, which is low in cost and environmentally friendly. However, the spinel structure LiMn 2 O 4 has a problem of Jahn-Teller distortion due to manganese 3+ and a short charge / discharge life due to a phenomenon in which manganese is dissolved into an electrolyte. In order to increase the charge and discharge life, it is necessary to flexibly change the lattice constant, thereby reducing the jitter distortion. To this end, the development of a positive electrode active material having a small average particle size and uniform distribution of particles is urgently needed.
상기의 문제점을 해결하기 위하여, 본원발명은 양극 활물질로 사용될 수 있는 평균 입자의 크기가 작고, 입자의 분포가 균일한 리튬 망간 산화물 및 리튬 망간 금속 산화물의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.In order to solve the above problems, the present invention aims to provide a method for producing lithium manganese oxide and lithium manganese metal oxide having a small average particle size and uniform distribution of particles that can be used as the positive electrode active material.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본원발명은 스피넬 결정구조 및 나노구조를 갖는 리튬 망간 산화물(LiMn2O4)의 제조방법을 제공하며, 상기 방법은 망간 산화물을 제조하는 단계, 상기 망간 산화물에 리튬염을 혼합하여 혼합물을 형성하는 단계 및 상기 혼합물을 고상반응법(Solid-state reaction)에 의해 열처리하는 단계를 포함한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a method for preparing lithium manganese oxide (LiMn 2 O 4 ) having a spinel crystal structure and nanostructure, the method comprises the steps of preparing a manganese oxide, lithium salt in the manganese oxide Mixing the mixture to form a mixture, and heat treating the mixture by a solid-state reaction.
또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여 본원발명은 스피넬 결정구조 및 나노구조를 갖는 리튬 망간 금속 산화물(LiMxMn(2-x)O4(0 < x < 2, M은 금속))의 제조방법을 제공하며, 상기 방법은 망간 산화물을 제조하는 단계, 상기 망간 산화물에 리튬염 및 금속염을 혼합하여 혼합물을 형성하는 단계 및 상기 혼합물을 고상반응법(Solid-state reaction)에 의해 열처리하는 단계를 포함한다.In addition, the present invention in order to achieve the above object is a method of manufacturing a lithium manganese metal oxide (LiM x Mn (2-x) O 4 (0 <x <2, M is a metal)) having a spinel crystal structure and nanostructures The method includes preparing a manganese oxide, mixing a lithium salt and a metal salt with the manganese oxide to form a mixture, and heat treating the mixture by a solid-state reaction. do.
본원발명의 스피넬 결정구조 및 나노구조를 갖는 리튬 망간 산화물 및 리튬 망간 금속 산화물의 제조방법에 따르면, 입자 크기가 작고 입자 분포도가 균일한 리튬 망간 산화물 및 리튬 망간 금속 산화물을 제공할 수 있으므로 우수한 양극 활물질로 활용할 수 있다.According to the manufacturing method of lithium manganese oxide and lithium manganese metal oxide having a spinel crystal structure and nanostructure of the present invention, it is possible to provide lithium manganese oxide and lithium manganese metal oxide having a small particle size and uniform particle distribution, so that an excellent cathode active material Can be utilized as
또한, 본원발명에 의해 제조된 리튬 망간 산화물 및 리튬 망간 금속 산화물은 크기가 작은 나노구조를 가지므로 리튬 이차 전지의 양극재료로 이용될 경우, 높은 분말 밀도를 제공하여 이차 전지의 용량을 증가시킬 수 있다. In addition, since lithium manganese oxide and lithium manganese metal oxide prepared by the present invention have a small nanostructure, when used as a cathode material of a lithium secondary battery, it is possible to increase the capacity of the secondary battery by providing a high powder density. have.
본원발명은 스피넬 결정구조 및 나노구조를 갖는 리튬 망간 산화물의 제조방법에 관한 것이다. 상기 제조방법은 망간 산화물을 제조하는 단계, 상기 망간 산화물에 리튬염을 혼합하여 혼합물을 형성하는 단계 및 상기 혼합물을 고상반응법(Solid-state reaction)에 의해 열처리하는 단계를 포함하며, 상기 리튬 망간 산화물의 화학식은 LiMn2O4이다.The present invention relates to a method for producing lithium manganese oxide having a spinel crystal structure and a nanostructure. The method includes preparing a manganese oxide, mixing a lithium salt with the manganese oxide to form a mixture, and heat treating the mixture by a solid-state reaction. The chemical formula of the oxide is LiMn 2 O 4 .
또한, 본원발명은 스피넬 결정구조 및 나노구조를 갖는 리튬 망간 금속 산화물의 제조방법에 관한 것이다. 상기 제조방법은 망간 산화물을 제조하는 단계, 상기 망간 산화물에 리튬염 및 금속염을 혼합하여 혼합물을 형성하는 단계 및 상기 혼합물을 고상반응법(Solid-state reaction)에 의해 열처리하는 단계를 포함하며, 상기 리튬 망간 금속 산화물의 화학식은 LiMxMn(2-x)O4(0 < x < 2, M은 금속)이다.The present invention also relates to a method for producing a lithium manganese metal oxide having a spinel crystal structure and a nanostructure. The manufacturing method includes preparing a manganese oxide, mixing a lithium salt and a metal salt with the manganese oxide to form a mixture, and heat treating the mixture by a solid-state reaction. The chemical formula of lithium manganese metal oxide is LiM x Mn (2-x) O 4 (0 <x <2, M is a metal).
바람직하게, 상기 망간 산화물은 MnSO4, Mn(NO3)2, Mn(CH3COO)2 및 MnCl2 으로 구성된 그룹에서 선택된 어느 하나의 망간염이 수열합성법 또는 용매합성법에 의해 제조될 수 있다. 상기 방법으로 제조된 망간 산화물은 입자 분포도가 고르며, 입자 크기의 균일성이 90%에 이른다.Preferably, the manganese oxide may be prepared by any one of manganese salts selected from the group consisting of MnSO 4 , Mn (NO 3 ) 2 , Mn (CH 3 COO) 2 and MnCl 2 by hydrothermal synthesis or solvent synthesis. The manganese oxide prepared by the above method has an even particle distribution and uniformity of the particle size reaches 90%.
바람직하게, 상기 리튬염은 LiOH, LiNO3, Li2CO3, Li2SO4 및 LiCH3CO2 으로 구성된 그룹에서 선택된 어느 하나가 사용될 수 있다. 상기 리튬염은 크기가 작을수록 상기 망간염과 균일하게 혼합되기 때문에, 본원 발명에서는 리튬염을 매우 작게 분쇄하거나 용매에 용해하여 사용할 수 있다.Preferably, the lithium salt may be any one selected from the group consisting of LiOH, LiNO 3 , Li 2 CO 3 , Li 2 SO 4 and LiCH 3 CO 2 . Since the lithium salt is smaller in size and uniformly mixed with the manganese salt, in the present invention, the lithium salt may be pulverized very small or dissolved in a solvent.
바람직하게, 상기 리튬 망간 산화물 또는 리튬 망간 금속 산화물은 1 내지 50 nm 직경의 나노와이어 또는 30 내지 200 nm 직경의 나노로드가 될 수 있다. 또한, 상기 리튬 망간 산화물 또는 리튬 망간 금속 산화물은 10 nm 내지 10 ㎛ 길이의 나노와이어 또는 0.5 ㎛ 내지 10 ㎛ 길이의 나노로드가 될 수 있다.Preferably, the lithium manganese oxide or lithium manganese metal oxide may be nanowires of 1 to 50 nm diameter or nanorods of 30 to 200 nm diameter. In addition, the lithium manganese oxide or lithium manganese metal oxide may be a nanowire of 10 nm to 10 ㎛ length or nanorods of 0.5 ㎛ to 10 ㎛ length.
바람직하게, 상기 금속염은 Ni(니켈), Zn(아연), Al(알루미늄), Co(코발트), Fe(철), Cr(크롬), Zr(지르코늄), Nb(니오브), Cu(구리), V(바나듐), Mo(몰리브데늄), Ti(티타늄), Ga(갈륨), Mg(마그네슘) 및 B(붕소) 으로 구성된 그룹에서 선택된 어느 하나의 금속을 포함하는 염이 사용될 수 있다.Preferably, the metal salt is Ni (nickel), Zn (zinc), Al (aluminum), Co (cobalt), Fe (iron), Cr (chromium), Zr (zirconium), Nb (niobium), Cu (copper) Salts comprising any one metal selected from the group consisting of V (vanadium), Mo (molybdenum), Ti (titanium), Ga (gallium), Mg (magnesium) and B (boron) can be used.
바람직하게, 상기 열처리는 350 내지 800 ℃의 온도범위에서 실행할 수 있다. 또한, 상기의 온도범위에서 열처리를 하면 LiMn2O4 및 LiMxMn(2-x)O4 가 스피넬 구조로 잘 형성되며, LiMn2O4 및 LiMxMn(2-x)O4를 구성하는 입자들의 분포가 매우 고르 다.Preferably, the heat treatment may be carried out in a temperature range of 350 to 800 ℃. In addition, when the heat treatment in the above temperature range, LiMn 2 O 4 and LiM x Mn (2-x) O 4 is well formed in the spinel structure, and LiMn 2 O 4 and LiM x Mn (2-x) O 4 The distribution of particles is very even.
또한, 상기 열처리는 상압 및 진공의 조건에서 산소, 질소 및 아르곤으로 구성된 그룹에서 선택된 어느 하나 이상의 가스 분위기에서 실행할 수 있다.In addition, the heat treatment may be performed in any one or more gas atmosphere selected from the group consisting of oxygen, nitrogen and argon under the conditions of atmospheric pressure and vacuum.
상기 열처리는 리튬염의 리튬이 망간 산화물 속으로 완전히 인터칼레이션이 일어날 수 있도록 약 10시간 정도 실행하는 것이 바람직하다. 너무 짧은 시간동안 열처리를 할 경우에는 스피넬 결정구조가 완전히 형성되지 못하고, 너무 오랜 시간동안 열처리를 할 경우에는 열처리 비용에 따른 생산비의 부담이 증가하기 때문이다.The heat treatment is preferably performed for about 10 hours so that lithium of lithium salt can be completely intercalated into manganese oxide. This is because the spinel crystal structure is not fully formed when the heat treatment is performed for a too short time, and the production cost increases according to the heat treatment cost when the heat treatment is performed for too long time.
또한, 나노와이어 형태의 리튬 망간 산화물 또는 리튬 망간 금속 산화물을 제조하기 위하여 나노와이어 형태의 망간 산화물을 사용하는 경우에는, 상기 열처리는 350 내지 550 ℃의 온도범위에서 실행하는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 상기의 온도 이상에서 열처리를 하면 나노와이어 형태가 유지되지 않기 때문이다. 다만, 상기의 350 내지 550 ℃의 온도에서는 망간염, 리튬염, 금속염과 같은 전구체가 불순물로서 잔류할 수 있다. 그러나, 진공펌프를 이용하여 약 10 Torr 정도의 진공의 조건을 설정해주고 산소, 질소 또는 아르곤 가스를 흘려주면, 상기 불순물은 완전히 제거될 수 있다.In addition, when using a nanowire-type manganese oxide in order to produce a nanowire-type lithium manganese oxide or lithium manganese metal oxide, the heat treatment is preferably performed at a temperature range of 350 to 550 ℃. This is because the nanowire shape is not maintained when the heat treatment is performed above the temperature. However, at the temperature of 350 to 550 ° C., precursors such as manganese salt, lithium salt, and metal salt may remain as impurities. However, by setting a vacuum condition of about 10 Torr using a vacuum pump and flowing oxygen, nitrogen or argon gas, the impurities can be completely removed.
또한, 나노로드 형태의 리튬 망간 산화물 또는 리튬 망간 금속 산화물을 제조하기 위하여 나노로드 형태의 망간 산화물을 사용하는 경우에는, 상기 열처리는 550 내지 800 ℃의 온도범위에서 실행하는 것이 바람직하다. 나노로드 형태의 망간 산화물은 나노와이어 형태의 망간 산화물보다 열적으로 안정하여 나노와이어 형태 의 제조 온도보다 높은 온도에서 열처리한다. 800 ℃ 이상의 온도에서 열처리를 하면 나노로드의 형태가 유지되지 않으므로 상기 온도 범위에서 열처리하는 것이 바람직하다. In addition, when using a nanorod-shaped manganese oxide in order to produce a nanorod lithium manganese oxide or lithium manganese metal oxide, the heat treatment is preferably performed at a temperature range of 550 to 800 ℃. Manganese oxide in the form of nanorods is more thermally stable than manganese oxide in the form of nanowires and heat-treated at temperatures higher than the preparation temperature of the nanowire form. If the heat treatment at a temperature of 800 ℃ or more is not maintained the shape of the nanorods is preferably heat treatment in the above temperature range.
이하에서, 본원발명의 바람직한 제조예를 참조하여 상세히 설명한다. 아래의 제조예는 본원발명의 내용을 이해하기 위해 제시된 것일 뿐이며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본원발명의 기술적 사상 내에서 많은 변형이 가능할 것이다. 따라서 본원발명의 권리범위가 이러한 제조예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다.Hereinafter, with reference to the preferred production examples of the present invention will be described in detail. The following preparation examples are only presented to understand the content of the present invention, and those skilled in the art will be capable of many modifications within the spirit of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be construed as being limited to these examples.
<제조예 1> : 나노와이어 형태의 망간 산화물을 이용한 LiMn2O4 제조 Preparation Example 1 Preparation of LiMn 2 O 4 Using Manganese Oxide in Nanowire Form
망간염으로서 망간 아세테이트(Mn(CH3COO)2)를 사용하여, (NH4)2S2O8 및(NH4)2SO4 과 수열합성하여 평균 직경이 8 nm, 평균 길이가 2 μm인 망간 산화물인α-MnO2 나노와이어를 제조하였다. 도 1에 상기 α-MnO2 나노와이어의 전자현미경 사진을 나타냈다.Hydrothermally synthesized with (NH 4 ) 2 S 2 O 8 and (NH 4 ) 2 SO 4 using manganese acetate (Mn (CH 3 COO) 2 ) as manganese salt with an average diameter of 8 nm and an average length of 2 μm Α-MnO 2 nanowires, which were phosphorus manganese oxides, were prepared. 1 shows an electron micrograph of the α-MnO 2 nanowires.
상기 α-MnO2 나노와이어에 리튬염인 LiOH를 균일하게 혼합하여 리튬과 망간의 몰 비율(molar ratio)이 1:2 가 되도록 하여 혼합물을 형성하였다. 그 후, 상기 혼합물을 로(furnace)에 넣고 450 ℃의 온도에서 10시간 동안 열처리 하였다. 상기 열처리는 진공펌프를 이용한 진공분위기 및 산소를 흘려주는 산소 분위기에서 실행하였다. LiOH, a lithium salt, was uniformly mixed with the α-MnO 2 nanowire so that a molar ratio of lithium and manganese was 1: 2 to form a mixture. Thereafter, the mixture was placed in a furnace and heat-treated at a temperature of 450 ° C. for 10 hours. The heat treatment was performed in a vacuum atmosphere using a vacuum pump and an oxygen atmosphere for flowing oxygen.
그 결과 남아있던 불순물은 완전히 제거되고, 스피넬 결정구조 및 나노구조의 리튬 망간 산화물 LiMn2O4 가 제조되었다. 상기 LiMn2O4 는 평균 직경 9 nm, 평균 길이 1.2 μm의 나노와이어 형태였다. 도 2에 상기 나노와이어 형태의 LiMn2O4 의 전자현미경 사진을 나타내고, 도 3에 상기 나노와이어 형태의 LiMn2O4 의 투과전자현미경 사진을 나타냈다.As a result, the remaining impurities were completely removed, and lithium manganese oxide LiMn 2 O 4 having a spinel crystal structure and a nanostructure was prepared. The LiMn 2 O 4 was in the form of nanowires having an average diameter of 9 nm and an average length of 1.2 μm. 2 shows an electron micrograph of LiMn 2 O 4 in the nanowire form, and a transmission electron micrograph of LiMn 2 O 4 in the nanowire form is shown in FIG. 3.
<제조예 2> : 나노로드 형태의 망간 산화물을 이용한 LiMn2O4 제조Preparation Example 2 Preparation of LiMn 2 O 4 Using Nanorod Manganese Oxide
망간염으로서 망간 아세테이트(Mn(CH3COO)2)를 사용하여, Na2S2O8과 수열합성하여 평균 직경이 90 nm, 평균 길이가 1.5 μm인 망간 산화물 β-MnO2 나노로드를 제조하였다. 도 4에 상기 β-MnO2 나노로드의 전자현미경 사진을 나타냈다. 또한, 상기 β-MnO2 나노로드의 결정구조를 파악하기 위하여 XRD 분석을 하여 얻은 그래프를 도 5에 나타냈다. Hydrothermal synthesis with Na 2 S 2 O 8 using manganese acetate (Mn (CH 3 COO) 2 ) as the manganese salt to prepare manganese oxide β-MnO 2 nanorods having an average diameter of 90 nm and an average length of 1.5 μm. It was. 4 shows an electron micrograph of the β-MnO 2 nanorods. In addition, the graph obtained by XRD analysis in order to grasp the crystal structure of the β-MnO 2 nanorods is shown in FIG.
상기 β-MnO2 나노로드에 리튬염인 LiOH를 균일하게 혼합하여 리튬과 망간의 몰 비율(molar ratio)이 1:2 가 되도록 하여 혼합물을 형성하였다. 그 후, 상기 혼합물을 로(furnace)에 넣고 700 ℃의 온도에서 10시간 동안 열처리 하였다.LiOH, a lithium salt, was uniformly mixed with the β-MnO 2 nanorod so that a molar ratio of lithium and manganese was 1: 2 to form a mixture. Thereafter, the mixture was placed in a furnace and heat-treated at a temperature of 700 ° C. for 10 hours.
그 결과 스피넬 결정구조 및 나노구조의 리튬 망간 산화물 LiMn2O4 가 제조되었다. 상기 LiMn2O4 는 평균 직경이 100 nm, 평균 길이가 1.2 μm인 나노로드 형태였다. 도 6에 상기 나노로드 형태의 LiMn2O4 의 전자현미경 사진을 나타냈다. 또한, 상기 나노로드 형태의 LiMn2O4 의 결정구조를 파악하기 위하여 XRD 분석을 하여 얻은 그래프를 도 7에 나타냈다.As a result, spinel crystal structure and nano structure lithium manganese oxide LiMn 2 O 4 It was prepared. The LiMn 2 O 4 was in the form of nanorods having an average diameter of 100 nm and an average length of 1.2 μm. 6 shows an electron micrograph of the nanorod type LiMn 2 O 4 . In addition, the graph obtained by XRD analysis to determine the crystal structure of the nanorod form LiMn 2 O 4 is shown in FIG.
<제조예 3> : 나노로드 형태의 망간 산화물을 이용한 LiNi0.5Mn1.5O4 제조Preparation Example 3 Preparation of LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 Using Nanorod Manganese Oxide
망간염으로서 망간 아세테이트(Mn(CH3COO)2)를 사용하여, Na2S2O8과 수열합성하여 평균 직경이 90 nm, 평균 길이가 1.5 μm인 망간 산화물 β-MnO2 나노로드를 제조하였다. Hydrothermal synthesis with Na 2 S 2 O 8 using manganese acetate (Mn (CH 3 COO) 2 ) as the manganese salt to prepare manganese oxide β-MnO 2 nanorods having an average diameter of 90 nm and an average length of 1.5 μm. It was.
상기 β-MnO2 나노로드에 리튬염인 LiOH 및 금속염인 NiOH를 혼합하되, 리튬 : 니켈 : 망간의 몰 비율(molar ratio)이 2:1:3 이 되도록 하여 혼합물을 형성하였다. 그 후, 상기 혼합물을 로(furnace)에 넣고 700 ℃의 온도에서 10시간 동안 고상반응법(Solid-state reaction)에 의해 열처리 하였다. 이때, 상기 로(furnace)에 산소를 흘려주어 산소 분위기에서 열처리를 실행하였다.LiOH and LiOH, which are metal salts, were mixed with the β-MnO 2 nanorod, but a mixture was formed such that a molar ratio of lithium: nickel: manganese was 2: 1: 3. Thereafter, the mixture was placed in a furnace and heat-treated by a solid-state reaction at a temperature of 700 ° C. for 10 hours. At this time, oxygen was flowed into the furnace to perform heat treatment in an oxygen atmosphere.
그 결과 스피넬 결정구조 및 나노구조의 리튬 망간 금속 산화물 LiNi0.5Mn1.5O4 가 제조되었다. 상기 LiNi0.5Mn1.5O4 는 평균 직경 100 nm, 평균 길이 1.2 μm의 나노로드 형태였다. 도 8은 상기 나노로드 형태의 LiNi0.5Mn1.5O4 의 전자현미경 사진을 나타냈다. 또한, 상기 나노로드 형태의 LiNi0.5Mn1.5O4 의 결정구조를 파악하기 위하여 XRD 분석을 하여 얻은 그래프를 도 9에 나타냈다.As a result, spinel crystal structure and nano structure lithium manganese metal oxide LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 was prepared. The LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 was in the form of a nanorod having an average diameter of 100 nm and an average length of 1.2 μm. 8 shows an electron micrograph of the nanorod type LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 . In addition, in order to understand the crystal structure of the nanorod type LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 is shown in Figure 9 the graph obtained by XRD analysis.
이상 본원발명의 구체적 실시형태와 관련하여 본원발명을 설명하였으나 이는 예시에 불과하며 본원발명은 이에 제한되지 않는다. 당업자는 본원발명의 범위를 벗어나지 않고 설명된 실시형태를 변경 또는 변형할 수 있으며, 이러한 변경 또는 변형도 본원발명의 범위에 속한다. 또한, 본 명세서에서 설명한 각 구성요소의 물질은 당업자가 공지된 다양한 물질로부터 용이하게 선택하여 대체할 수 있다. 또한 당업자는 본 명세서에서 설명된 구성요소 중 일부를 성능의 열화 없이 생략하거나 성능을 개선하기 위해 구성요소를 추가할 수 있다. 뿐만 아니라, 당업자는 공정 환경이나 장비에 따라 본 명세서에서 설명한 방법 단계의 순서를 변경할 수도 있다. 따라서 본원발명의 범위는 설명된 실시형태가 아니라 특허청구범위 및 그 균등물에 의해 결정되어야 한다.The present invention has been described above in connection with specific embodiments of the present invention, but this is only an example and the present invention is not limited thereto. Those skilled in the art can change or modify the described embodiments without departing from the scope of the invention, and such changes or modifications are within the scope of the invention. In addition, the materials of each component described herein can be readily selected and substituted for various materials known to those skilled in the art. Those skilled in the art will also appreciate that some of the components described herein can be omitted without degrading performance or adding components to improve performance. In addition, those skilled in the art may change the order of the method steps described herein depending on the process environment or equipment. Therefore, the scope of the present invention should be determined not by the embodiments described, but by the claims and their equivalents.
도 1은 제조예 1에서 제조한 평균 직경이 8 nm, 평균 길이가 2 μm인 α-MnO2 나노와이어의 전자현미경 사진이다.1 is an electron micrograph of α-MnO 2 nanowires having an average diameter of 8 nm and an average length of 2 μm prepared in Preparation Example 1. FIG.
도 2는 제조예 1에서 제조한 나노와이어 형태의 리튬 망간 산화물 LiMn2O4 의 전자현미경 사진이다.2 is an electron micrograph of the lithium manganese oxide LiMn 2 O 4 in the nanowire form prepared in Preparation Example 1. FIG.
도 3은 제조예 1에서 제조한 나노와이어 형태의 리튬 망간 산화물 LiMn2O4 의 투과전자현미경 사진이다.3 is a transmission electron micrograph of the lithium manganese oxide LiMn 2 O 4 of the nanowire type prepared in Preparation Example 1.
도 4는 제조예 2에서 제조한 평균 직경이 90 nm, 평균 길이가 1.5 μm의 β-MnO2 나노로드의 전자현미경 사진이다.4 is an electron micrograph of β-MnO 2 nanorods having an average diameter of 90 nm and an average length of 1.5 μm prepared in Preparation Example 2. FIG.
도 5는 제조예 2에서 제조한 β-MnO2 나노로드의 XRD 그래프이다.5 is an XRD graph of β-MnO 2 nanorods prepared in Preparation Example 2. FIG.
도 6은 제조예 2에서 제조한 나노로드 형태의 리튬 망간 산화물 LiMn2O4 의 전자현미경 사진이다.6 is an electron micrograph of the nanorod lithium manganese oxide LiMn 2 O 4 prepared in Preparation Example 2.
도 7은 제조예 2에서 제조한 나노로드 형태의 리튬 망간 산화물 LiMn2O4 의 XRD 그래프이다.7 is an XRD graph of lithium manganese oxide LiMn 2 O 4 in the form of nanorods prepared in Preparation Example 2. FIG.
도 8은 제조예 3에서 제조한 나노로드 형태의 리튬 망간 금속 산화물 LiNi0.5Mn1.5O4 의 전자현미경 사진이다.FIG. 8 is an electron micrograph of the nanorod lithium oxide manganese metal oxide LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 prepared in Preparation Example 3.
도 9는 제조예 3에서 제조한 나노로드 형태의 리튬 망간 금속 산화물 LiNi0.5Mn1.5O4 의 XRD 그래프이다.9 is an XRD graph of lithium manganese metal oxide LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 in the form of nanorods prepared in Preparation Example 3. FIG.
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