KR101561608B1 - The method for preparation of positive active material for lithium air battery and the positive active material thereby - Google Patents

The method for preparation of positive active material for lithium air battery and the positive active material thereby Download PDF

Info

Publication number
KR101561608B1
KR101561608B1 KR1020140138112A KR20140138112A KR101561608B1 KR 101561608 B1 KR101561608 B1 KR 101561608B1 KR 1020140138112 A KR1020140138112 A KR 1020140138112A KR 20140138112 A KR20140138112 A KR 20140138112A KR 101561608 B1 KR101561608 B1 KR 101561608B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
active material
precursor
aluminum
ruthenium
cathode active
Prior art date
Application number
KR1020140138112A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
우미혜
최성호
정하균
강영구
Original Assignee
한국화학연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국화학연구원 filed Critical 한국화학연구원
Priority to KR1020140138112A priority Critical patent/KR101561608B1/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101561608B1 publication Critical patent/KR101561608B1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/86Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/90Selection of catalytic material
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M12/00Hybrid cells; Manufacture thereof
    • H01M12/02Details
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M12/00Hybrid cells; Manufacture thereof
    • H01M12/08Hybrid cells; Manufacture thereof composed of a half-cell of a fuel-cell type and a half-cell of the secondary-cell type
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/86Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/88Processes of manufacture
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/026Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
    • H01M2004/028Positive electrodes
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Abstract

Provided is a preparation method of a positive electrode active material for a lithium air battery which may include the steps of: manufacturing a mixed solution having a pH of 0.05-1.0 by adding acids and mixing an aluminum precursor, a zinc precursor, and a ruthenium precursor to a solvent (Step 1); manufacturing a positive electrode active material precursor which includes ZnO:Al and RuO_2 by heating the mixed solution manufactured by the step 1 (Step 2); and thermal-treating the positive electrode active material precursor manufactured by the step 2 at 300-450°C (Step 3). The preparation method of a positive electrode active material for a lithium air battery can obtain a positive electrode active material having excellent functions without an additional catalyst process. In addition, by adjusting a mol ratio of the aluminum precursor, the zinc precursor, and the ruthenium precursor, a positive electrode active material having even more excellent functions can be obtained. By using microwaves, a positive electrode active material containing ZnO:Al and RuO_2 can be obtained simply and quickly.

Description

리튬 공기 전지용 양극활물질의 제조방법 및 이에 따라 제조되는 양극활물질{The method for preparation of positive active material for lithium air battery and the positive active material thereby}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a positive active material for a lithium ion battery,

본 발명은 리튬 공기 전지용 양극활물질의 제조방법 및 이에 따라 제조되는 양극활물질에 관한 것으로, 상세하게는 알루미늄 도핑된 산화아연(ZnO:Al) 및 산화루테늄(RuO2)를 포함하는 리튬 공기 전지용 양극활물질의 제조방법에 관한 것이다.
The invention method of producing a lithium-air battery, the positive electrode active material and thus relates to a positive electrode active material produced in accordance with, specifically, the aluminum-doped zinc oxide (ZnO: Al) and lithium air battery positive electrode active material containing ruthenium oxide (RuO 2) And a method for producing the same.

최근 첨단 전자 산업의 발달로 전자장비의 소량화 및 경량화가 가능하게 됨에 따라 휴대용 전자 기기의 사용이 증대되고 있다. 이러한 휴대용 전자 기기의 전원의 일 예로 리튬 공기 전지가 개발되고 있다. 리튬 공기 전지는 리튬을 공기와 접촉시킴에 따라, 리튬 이온 전지에 비해 현저히 높은 에너지 밀도를 나타내고 소형화, 경량화 등이 용이한 장점을 가진 전지이다. 따라서, 전기 자동차에 적용시키는 경우, 주행 거리를 500 km 이상으로 향상시킬 수 있어, 주행 거리가 160 km에 불과한 리튬 이온 전지 대신, 전기 자동차에 유용하게 사용할 수 있는 전지로 연구되고 있다.
Recently, with the development of advanced electronic industry, it has become possible to reduce the size and weight of electronic equipment, and the use of portable electronic devices is increasing. Lithium air cells are being developed as an example of power sources for such portable electronic devices. The lithium air battery has a remarkably high energy density as compared with a lithium ion battery, and has advantages of miniaturization and light weight, by bringing lithium into contact with air. Therefore, when applied to an electric vehicle, it is possible to improve the mileage to 500 km or more, and a lithium ion battery having a mileage of only 160 km is being studied as a battery useful for electric vehicles.

이러한, 리튬 공기 전지의 양극재로는 우수한 전기화학적 성능을 나타내는 다공성 탄소 소재가 주로 사용되고 있다. 구체적인 일례로써, 대한민국 공개특허 제10-2014-0110572호에는 리튬 공기 전지용 양극이 개시된 바 있으며, 상세하게는 바인더에 담지된 제1 도전성 물질 및 제2 도전성 물질에 담지된 촉매를 포함하는 촉매층; 및 전류 집전체를 포함하는 리튬 공기 전지용 양극에 관한 것이다. 이때, 상기 제1 도전성 물질 및 제2 도전성 물질은 흑연, 덴카 블랙, 케첸 블랙 등의 탄소 소재이다.Such a porous carbon material exhibiting excellent electrochemical performance is mainly used as a cathode material of lithium air cells. As a specific example, Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2014-0110572 discloses an anode for a lithium air battery, and more particularly, to a catalyst layer comprising a first conductive material supported on a binder and a catalyst supported on a second conductive material; And an anode for a lithium air battery including a current collector. At this time, the first conductive material and the second conductive material are carbon materials such as graphite, denka black, and ketjen black.

그러나, 양극재로 탄소 소재를 사용하는 경우에는 탄소와 Li2O2 사이의 반응 부산물로 탄산리튬이 생성되어 전지의 성능이 저하되는 단점이 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 비탄소계 물질을 리튬 공기전지의 양극재로 사용하는 방법이 제시되고 있다.
However, when a carbon material is used as a cathode material, lithium carbonate is generated as a reaction by-product between carbon and Li 2 O 2 , thereby deteriorating the performance of the battery. In order to solve this problem, a method of using a non-carbon material as a cathode material of a lithium air cell has been proposed.

이때, 비탄소계 물질을 양극재로 적용하기 위해서는 전기전도도가 높은 물질을 사용하여야 하고 전해질과 반응성이 없어야 하며 전위창이 넓은 것이 바람직하다. 이러한 조건을 만족하는 다양한 산화물 중 산화아연은 합성이 용이하고 가격이 저렴하다는 장점이 있다.
At this time, in order to apply the non-carbon material as the cathode material, a material having a high electric conductivity should be used, no reactivity with the electrolyte, and a wide potential window is preferable. Of the various oxides satisfying these conditions, zinc oxide has advantages of easy synthesis and low cost.

이에, 본 발명자들은 리튬 공기 전지용 양극활물질의 제조방법에 대하여 연구하던 중, 알루미늄이 도핑된 산화아연(ZnO:Al)과 산화루테늄을 포함하는 양극활물질을 제조하는 경우, 알루미늄 전구체, 아연 전구체 및 루테늄 전구체를 pH가 0.05 내지 1.0인 용매에 혼합하여 제조하고, 300 ℃ 내지 450 ℃의 온도로 열처리함으로써 추가적인 촉매 도입 단계를 거치지 않을 뿐만 아니라, 우수한 성능을 가지는 양극활물질의 제조방법을 개발하고, 본 발명을 완성하였다.
The inventors of the present invention have been studying a method for producing a cathode active material for a lithium air battery in which when a cathode active material containing aluminum-doped zinc oxide (ZnO: Al) and ruthenium oxide is prepared, an aluminum precursor, a zinc precursor and a ruthenium The precursor is mixed with a solvent having a pH of from 0.05 to 1.0 and heat-treated at a temperature of from 300 to 450 ° C to develop a method for producing a cathode active material having an excellent performance as well as an additional catalyst introduction step, .

본 발명의 목적은 리튬 공기 전지용 양극활물질의 제조방법 및 이에 따라 제조되는 양극활물질을 제공하는 데 있다.
An object of the present invention is to provide a method for producing a cathode active material for a lithium air battery and a cathode active material produced thereby.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은In order to achieve the above object,

알루미늄 전구체, 아연 전구체 및 루테늄 전구체를 용매에 혼합하고 산을 첨가하여 pH가 0.05 내지 1.0인 혼합 용액을 제조하는 단계(단계 1);Mixing the aluminum precursor, the zinc precursor and the ruthenium precursor in a solvent and adding an acid to prepare a mixed solution having a pH of 0.05 to 1.0 (Step 1);

상기 단계 1에서 제조된 혼합 용액을 가열하여 알루미늄 도핑된 산화아연(ZnO:Al) 및 산화루테늄(RuO2)을 포함하는 양극활물질 전구체를 제조하는 단계(단계 2); 및(Step 2 ) a cathode active material precursor including aluminum-doped zinc oxide (ZnO: Al) and ruthenium oxide (RuO 2 ) by heating the mixed solution prepared in step 1; And

상기 단계 2에서 제조된 양극활물질 전구체를 300 ℃ 내지 450 ℃의 온도로 열처리하는 단계(단계 3);를 포함하는 리튬 공기 전지용 양극활물질의 제조방법을 제공한다.
And heat treating the cathode active material precursor prepared in step 2 at a temperature of 300 to 450 ° C (step 3).

또한, 본 발명은In addition,

알루미늄 도핑된 산화아연(ZnO:Al) 및 산화루테늄(RuO2)을 포함하고, 상기의 제조방법으로 제조된 900 mAh/g 이상의 방전용량을 가지는 것을 특징으로 하는 리튬 공기 전지용 양극활물질을 제공한다.
The present invention provides a cathode active material for a lithium air battery, which comprises aluminum-doped zinc oxide (ZnO: Al) and ruthenium oxide (RuO 2 ) and has a discharge capacity of 900 mAh / g or more.

나아가, 본 발명은Further,

알루미늄 도핑된 산화아연(ZnO:Al) 및 산화루테늄(RuO2)을 포함하고, 상기의 제조방법으로 제조된 양극활물질을 포함하는 리튬 공기 전지용 양극을 제공한다.
There is provided a positive electrode for a lithium air battery including a positive electrode active material comprising aluminum-doped zinc oxide (ZnO: Al) and ruthenium oxide (RuO 2 )

더욱 나아가, 본 발명은Further,

알루미늄 도핑된 산화아연(ZnO:Al) 및 산화루테늄(RuO2)을 포함하고, 상기의 제조방법으로 제조된 양극활물질을 포함하는 리튬 공기 전지용 양극을 포함하는 리튬 공기 전지를 제공한다.
There is provided a lithium air battery including a positive electrode for a lithium air battery including a positive electrode active material including aluminum-doped zinc oxide (ZnO: Al) and ruthenium oxide (RuO 2 ).

본 발명에 따른 리튬 공기 전지용 양극활물질의 제조방법은 알루미늄 전구체, 아연 전구체 및 루테늄 전구체를 용매에 혼합한 후, 산도를 특정범위로 조절하여 제조하고, 300 ℃ 내지 450 ℃의 온도로 열처리함으로써, 추가적인 촉매 도입 단계를 거치지 않고 우수한 성능을 가지는 양극활물질을 얻을 수 있다. 또한, 알루미늄 전구체, 아연 전구체 및 루테늄 전구체의 몰비를 조절하여 더욱 우수한 성능의 양극활물질을 얻을 수 있으며, 마이크로파를 이용하여 쉽고 빠르게 알루미늄 도핑된 산화아연(ZnO:Al) 및 산화루테늄(RuO2)을 포함하는 양극활물질을 제조할 수 있다.
The method for preparing a cathode active material for a lithium-air battery according to the present invention comprises mixing an aluminum precursor, a zinc precursor and a ruthenium precursor in a solvent, adjusting the acidity to a specific range, and performing heat treatment at a temperature of 300 ° C to 450 ° C, It is possible to obtain a cathode active material having excellent performance without the catalyst introduction step. In addition, it is possible to obtain a cathode active material having a better performance by controlling the molar ratio of the aluminum precursor, the zinc precursor and the ruthenium precursor, and to easily and rapidly form the aluminum doped zinc oxide (ZnO: Al) and ruthenium oxide (RuO 2 ) The cathode active material can be produced.

도 1은 본 발명에 따른 실시예 1 및 비교예 2 내지 5에서 제조된 양극활물질의 주사 전자 현미경(SEM) 사진이고;
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 실시예 1 및 비교예 1 내지 4에서 제조된 양극활물질의 15 mA/g 전류밀도에서의 충방전 그래프이다.
1 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of the cathode active material prepared in Example 1 and Comparative Examples 2 to 5 according to the present invention;
FIG. 2 and FIG. 3 are graphs showing the charge and discharge at 15 mA / g current density of the cathode active material prepared in Example 1 and Comparative Examples 1 to 4 according to the present invention.

본 발명은The present invention

알루미늄 전구체, 아연 전구체 및 루테늄 전구체를 용매에 혼합하고 산을 첨가하여 pH가 0.05 내지 1.0인 혼합 용액을 제조하는 단계(단계 1);Mixing the aluminum precursor, the zinc precursor and the ruthenium precursor in a solvent and adding an acid to prepare a mixed solution having a pH of 0.05 to 1.0 (Step 1);

상기 단계 1에서 제조된 혼합 용액을 가열하여 알루미늄 도핑된 산화아연(ZnO:Al) 및 산화루테늄(RuO2)을 포함하는 양극활물질 전구체를 제조하는 단계(단계 2); 및(Step 2 ) a cathode active material precursor including aluminum-doped zinc oxide (ZnO: Al) and ruthenium oxide (RuO 2 ) by heating the mixed solution prepared in step 1; And

상기 단계 2에서 제조된 양극활물질 전구체를 300 ℃ 내지 450 ℃의 온도로 열처리하는 단계(단계 3);를 포함하는 리튬 공기 전지용 양극활물질의 제조방법을 제공한다.
And heat treating the cathode active material precursor prepared in step 2 at a temperature of 300 to 450 ° C (step 3).

이하, 본 발명에 따른 리튬 공기 전지용 양극활물질의 제조방법에 대하여 각 단계별로 상세히 설명한다.
Hereinafter, the method for producing the positive electrode active material for a lithium air battery according to the present invention will be described in detail for each step.

먼저, 본 발명에 따른 리튬 공기 전지용 양극활물질의 제조방법에 있어서, 단계 1은 알루미늄 전구체, 아연 전구체 및 루테늄 전구체를 용매에 혼합하고 산을 첨가하여 pH가 0.05 내지 1.0인 혼합 용액을 제조하는 단계이다.First, in the method for producing a cathode active material for a lithium air battery according to the present invention, step 1 is a step of preparing a mixed solution having a pH of 0.05 to 1.0 by mixing an aluminum precursor, a zinc precursor and a ruthenium precursor in a solvent and adding an acid .

탄소를 포함하지 않는 전도성 산화물인 산화아연을 사용하여 양극활물질을 제조하는 경우, 탄소재에 비해 탄산리튬의 생성을 억제할 수 있다. 이러한 산화아연 양극 활물질은 크기 및 형태에 따라 비표면적과 기공 부피가 달라져 전기화학적 특성이 달라지는데, 비표면적이 넓으면 반응할 수 있는 면적이 넓어져 반응에 유리하므로 수백 나노 이하의 작은 입자를 가지는 것이 유리하다.When the cathode active material is produced using zinc oxide, which is a conductive oxide containing no carbon, generation of lithium carbonate can be suppressed as compared with carbon materials. The zinc oxide cathode active material has different specific surface area and pore volume depending on its size and shape, and its electrochemical characteristics are different. When the specific surface area is wide, it is possible to react with a wider surface area, It is advantageous.

따라서, 수백 나노 이하의 입자 크기를 가지는 산화아연 양극 활물질을 제조함으로써 리튬-공기전지의 성능을 개선할 수 있다.Therefore, the performance of a lithium-air battery can be improved by preparing a zinc oxide cathode active material having a particle size of several hundred nanometers or less.

또한, 본 발명의 단계 1에서는 알루미늄 전구체 및 아연 전구체와 더불어, 촉매 역할을 수행할 루테늄 전구체를 동시에 첨가하여 양극활물질을 제조한다. 이와 같이, 상기 단계 1에서 알루미늄 전구체, 아연 전구체 및 루테늄 전구체를 모두 혼합하여 양극활물질을 제조하기 때문에, 추가적인 촉매 도입 단계가 불필요하며, 이에 따라 제조 단계가 축소되어 더욱 짧은 시간 내에 손쉽게 양극활물질을 제조할 수 있다. 나아가, 상기 제조방법을 통해 알루미늄 도핑된 산화아연과 산화루테늄을 물리적으로 혼합하여 사용하는 방법에 비해 균일하고 접촉이 개선된 혼합을 얻을 수 있으므로 양극활물질은 더욱 우수한 성능을 나타낼 수 있다.
In addition, in step 1 of the present invention, a cathode active material is prepared by simultaneously adding an aluminum precursor and a zinc precursor together with a ruthenium precursor serving as a catalyst. Since the cathode active material is prepared by mixing the aluminum precursor, the zinc precursor, and the ruthenium precursor together in the step 1, no additional catalyst introduction step is required. Thus, the production step is reduced and the cathode active material is easily produced can do. Furthermore, the cathode active material can exhibit superior performance because a uniform and improved contact can be obtained as compared with a method of physically mixing aluminum-doped zinc oxide with ruthenium oxide through the above-described method.

이때, 상기 단계 1에서는 상기 산의 pH를 특정 범위로 조절하는데, pH의 범위를 0.05 내지 1.0으로 조절하는 것에 의해, 제조된 양극활물질의 성능이 개선된다. 상기 조건은 산화아연 양극 활물질의 입자의 형태 형성에 중요 변수로서 작용하여, pH에 따라 특정 입자의 형상 및 크기를 갖게 된다. 이러한 범위로 조절됨으로써 제조되는 양극활물질은 현저히 개선된 전기화학적 특성 및 비용량을 가질 수 있다.
At this time, in step 1, the pH of the acid is adjusted to a specific range. By adjusting the pH range to 0.05 to 1.0, the performance of the prepared cathode active material is improved. These conditions serve as important parameters for the morphogenesis of the particles of the zinc oxide cathode active material, and have the shape and size of specific particles according to the pH. The cathode active material prepared by adjusting to such a range can have significantly improved electrochemical characteristics and specific capacity.

또한, 상기 단계 1의 pH의 범위는 0.05 내지 1.0인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 pH의 범위는 0.1 내지 0.5일 수 있다. 만약, 상기 pH의 범위가 상기 범위 미만이거나 초과인 경우, 제조되는 양극활물질의 입자 크기가 마이크론 크기의 큰 입자를 포함하는 문제점이 발생할 수 있다. 이에 따라, 제조되는 양극활물질의 전기화학적 성능이 저하되는 문제점이 발생할 수 있다.
The pH of step 1 is preferably 0.05 to 1.0, and more preferably 0.1 to 0.5. If the pH is less than or greater than the above range, the resulting cathode active material may have large particles of micron size. As a result, the electrochemical performance of the produced cathode active material may be deteriorated.

나아가, 상기 단계 1의 혼합 용액 내 알루미늄 전구체, 아연 전구체 및 루테늄 전구체의 몰비는 1 : 9 : 0.5 내지 1 : 9 : 3.0인 것이 바람직하고, 1 : 9 : 1.0 내지 2.0인 것이 더욱 바람직하다. 만약, 상기 단계 1의 혼합 용액 내 알루미늄 전구체, 아연 전구체 및 루테늄 전구체의 몰비가 상기 범위를 벗어나는 경우에는 입자 형상이 변화할 뿐만 아니라, 이에 따라 촉매활성이 저하되는 문제점이 발생할 수 있다.
Further, the molar ratio of the aluminum precursor, the zinc precursor and the ruthenium precursor in the mixed solution of Step 1 is preferably 1: 9: 0.5 to 1: 9: 3.0, more preferably 1: 9: 1.0 to 2.0. If the molar ratio of the aluminum precursor, the zinc precursor and the ruthenium precursor in the mixed solution of the step 1 is out of the above range, the particle shape may be changed and the catalytic activity may be deteriorated.

상기 단계 1의 알루미늄 전구체는 질산알루미늄ㆍ9수화물(Al(NO3)3ㆍ9H2O), 염화알루미늄(AlCl3), 황산알루미늄(Al2(SO4)3), 수산화알루미늄(Al(OH)3) 및 아세트산알루미늄(Al(CH3CO2)3) 등일 수 있으며, 상기 단계 1의 아연 전구체는 질산아연ㆍ6수화물(Zn(NO3)3ㆍ9H2O), 염화아연(ZnCl2), 황산아연(ZnSO4), 수산화아연(Zn(OH)2) 및 아세트산아연(Zn(CH3CO2)2) 등 일 수 있고, 루테늄 전구체는 염화루테늄(RuCl3), 질산루테늄(RuNO3) 및 플루오르화루테늄(RuF6) 등일 수 있으나, 이에 제한되지 않고 사용할 수 있다.
The aluminum precursor of step 1 is selected from the group consisting of aluminum nitrate 9 hydrate (Al (NO 3 ) 3 .9H 2 O), aluminum chloride (AlCl 3 ), aluminum sulfate (Al 2 (SO 4 ) 3 ) 3) 3), and ethyl aluminum (Al (CH 3 CO 2) 3) , and the like, zinc precursor of step 1 is zinc nitrate and hexahydrate (Zn (NO 3) 3 and 9H 2 O), zinc chloride (ZnCl 2 ), Zinc sulfate (ZnSO 4 ), zinc hydroxide (Zn (OH) 2 ) and zinc acetate (Zn (CH 3 CO 2 ) 2 ) and the ruthenium precursor may be ruthenium chloride (RuCl 3 ), ruthenium nitrate 3 ) and ruthenium fluoride (RuF 6 ), and the like, but it is not limited thereto.

또한, 상기 단계 1의 용매는 증류수 및 C1 내지 C3 알콜 등을 포함할 수 있으며, 상기 알콜과 증류수를 혼합하여 사용하는 경우, 알콜과 증류수의 부피비는 1 : 1 내지 9 : 1일 수 있다. 이때, C1 내지 C3 알콜은 메탄올, 에탄올, 프로판올 및 이소프로판올 일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. The solvent of step 1 may include distilled water, C 1 to C 3 alcohol, and the like. When the alcohol and distilled water are mixed, the volume ratio of alcohol to distilled water may be 1: 1 to 9: 1 . Here, the C 1 to C 3 alcohol may be methanol, ethanol, propanol, and isopropanol, but is not limited thereto.

만약, 상기 알콜 및 증류수의 부피비를 벗어나는 경우에는 입자의 크기가 커지거나 형상이 변하여 제조되는 양극활물질의 비표면적과 기공 부피가 감소하는 문제점이 발생할 수 있다.
If the volume ratio of the alcohol and the distilled water is out of the range, the particle size may increase or the shape may change, which may result in a decrease in specific surface area and pore volume of the cathode active material.

다음으로, 본 발명에 따른 리튬 공기 전지용 양극활물질의 제조방법에 있어서, 단계 2는 상기 단계 1에서 제조된 혼합 용액을 가열하여 알루미늄 도핑된 산화아연(ZnO:Al) 및 산화루테늄(RuO2)을 포함하는 양극활물질 전구체를 제조하는 단계이다.Next, in the method for producing a cathode active material for a lithium air battery according to the present invention, step 2 is a step of heating aluminum oxide-doped zinc oxide (ZnO: Al) and ruthenium oxide (RuO 2 ) Thereby producing a cathode active material precursor.

상기 단계 2에서는 상기 단계 1에서 제조된 혼합용액을 가열함으로써, 전구체들의 반응에 의하여 알루미늄 도핑된 산화아연(ZnO:Al) 및 산화루테늄(RuO2)을 포함하는 양극활물질 전구체의 침전을 얻을 수 있다.
In the step 2, a precursor of the cathode active material containing aluminum-doped zinc oxide (ZnO: Al) and ruthenium oxide (RuO 2 ) can be obtained by heating the mixed solution prepared in the step 1 by the reaction of the precursors .

상기 단계 2에서 혼합 용액의 가열 방법으로는 마이크로파 가열을 사용하는 것이 바람직하며, 마이크로파 가열법은 종래의 가열법에 비해 현저히 짧은 시간 안에 알루미늄 도핑된 산화아연(ZnO:Al) 및 산화루테늄(RuO2)을 포함하는 양극활물질 전구체를 얻을 수 있는 장점이 있으나, 상기 가열방법이 이에 제한되는 것은 아니다.
In the step 2, it is preferable to use microwave heating as the heating method of the mixed solution. In the microwave heating method, aluminum-doped zinc oxide (ZnO: Al) and ruthenium oxide (RuO 2 ). However, the method of heating is not limited thereto.

또한, 상기 단계 2의 가열은 130 ℃ 내지 250 ℃의 온도에서 10 분 내지 120 분 동안 수행할 수 있으며, 바람직하게는 비표면적과 기공 부피를 증가시키기 위해 150 ℃ 내지 200 ℃의 온도에서 15 분 내지 30 분 동안 가열할 수 있다. 만약, 상기 단계 2의 가열 조건이 상기 범위를 벗어나는 경우에는 침전이 생성되지 않을 수 있고 입자의 크기가 커지거나 형상이 변하여 비표면적과 기공 부피가 감소하는 문제점이 발생할 수 있다.
The heating in step 2 may be performed at a temperature of 130 ° C to 250 ° C for 10 minutes to 120 minutes, preferably at a temperature of 150 ° C to 200 ° C for 15 minutes to 200 ° C to increase specific surface area and pore volume. It can be heated for 30 minutes. If the heating condition of the step 2 is out of the above range, precipitation may not be generated, and the particle size may be increased or the shape may be changed to cause a decrease in specific surface area and pore volume.

다음으로, 본 발명에 따른 리튬 공기 전지용 양극활물질의 제조방법에 있어서, 단계 3은 상기 단계 2에서 제조된 양극활물질 전구체를 300 ℃ 내지 450 ℃의 온도로 열처리하는 단계이다.Next, in the method for producing a cathode active material for a lithium air battery according to the present invention, step 3 is a step of heat treating the cathode active material precursor prepared in step 2 at a temperature of 300 ° C to 450 ° C.

상기 단계 3에서는 상기 단계 2에서 제조된 양극활물질 전구체를 열처리함으로써, 양극활물질을 형성할 수 있으며, 특히 300 ℃ 내지 450 ℃의 온도로 열처리함으로써 우수한 성능의 양극활물질을 제조할 수 있다.
In the step 3, the cathode active material precursor may be formed by heat-treating the precursor of the cathode active material prepared in the step 2, and the cathode active material may be heat-treated at a temperature of 300 ° C to 450 ° C.

구체적으로, 상기 단계 3의 열처리는 300 ℃ 내지 450 ℃의 온도로 수행되는 것이 바람직하며, 320 ℃ 내지 380 ℃의 온도에서 수행되는 것이 더욱 바람직하고, 열처리가 수행되는 시간은 30 분 내지 300 분인 것이 바람직하다. 만약, 상기 온도 범위를 벗어나는 경우에는 산화루테늄이 형성되지 않거나, 전기화학적 성능이 감소하는 문제점이 발생할 수 있다.Specifically, the heat treatment in step 3 is preferably performed at a temperature of 300 ° C to 450 ° C, more preferably at a temperature of 320 ° C to 380 ° C, and a time of 30 minutes to 300 minutes desirable. If the temperature is out of the above range, ruthenium oxide may not be formed or electrochemical performance may be deteriorated.

또한, 상기 단계 3의 열처리는 산화분위기에서 수행하는 것이 바람직하다.
The heat treatment in step 3 is preferably performed in an oxidizing atmosphere.

본 발명에 따른 양극활물질의 제조방법은 상기에서 언급한 바와 같이, 알루미늄 전구체, 아연 전구체 및 루테늄 전구체를 용매에 모두 혼합한 후, 산도를 특정범위로 조절하여 제조하고, 300 ℃ 내지 450 ℃의 온도로 열처리함으로써, 추가적인 촉매 도입 단계를 거치지 않고 우수한 성능을 가지는 양극활물질을 얻을 수 있다.
As described above, the method of producing a cathode active material according to the present invention comprises mixing an aluminum precursor, a zinc precursor, and a ruthenium precursor in a solvent, adjusting the acidity to a specific range, , It is possible to obtain a cathode active material having excellent performance without further catalyst introduction steps.

또한, 본 발명은In addition,

알루미늄 도핑된 산화아연(ZnO:Al) 및 산화루테늄(RuO2)을 포함하고, 상기의 제조방법으로 제조된 900 mAh/g 이상의 방전용량을 가지는 것을 특징으로 하는 리튬 공기 전지용 양극활물질을 제공한다.
The present invention provides a cathode active material for a lithium air battery, which comprises aluminum-doped zinc oxide (ZnO: Al) and ruthenium oxide (RuO 2 ) and has a discharge capacity of 900 mAh / g or more.

본 발명에 따른 양극활물질은 각 금속들의 전구체를 혼합한 혼합 용액의 pH를 조절함과 더불어 열처리 온도를 조절하여 제조된 양극활물질로써, 알루미늄 도핑된 산화아연(ZnO:Al) 및 산화루테늄(RuO2)을 포함한다.The positive electrode active material according to the present invention as a cathode active material prepared by adjusting the heat treatment temperature, with also to adjust the pH of the mixed solution of a mixture of precursors of the respective metal, aluminum-doped zinc oxide (ZnO: Al) and ruthenium oxide (RuO 2 ).

본 발명에 따른 양극활물질은 900 mAh/g 이상의 방전용량을 가짐으로써 우수한 성능을 나타낼 수 있다.
The cathode active material according to the present invention can exhibit excellent performance by having a discharge capacity of 900 mAh / g or more.

본 발명에 따른 양극활물질은 전체 양극활물질에 대하여 산화루테늄을 8.75 중량% 내지 55 중량%를 포함하는 것이 바람직하다. 만약, 상기 양극활물질이 산화루테늄을 8.75 중량% 미만으로 포함하고 있는 경우에는 방전용량 등의 전기화학적 성능이 떨어지는 문제가 있으며, 55 중량%를 초과하여 포함하고 있는 경우에도 전기화학적 성능이 떨어지는 문제가 있다.
The cathode active material according to the present invention preferably contains 8.75 wt% to 55 wt% of ruthenium oxide with respect to the total cathode active material. If the cathode active material contains less than 8.75 wt% of ruthenium oxide, the electrochemical performance such as discharge capacity tends to deteriorate. Even if the cathode active material contains more than 55 wt% of the ruthenium oxide, the electrochemical performance deteriorates have.

나아가, 본 발명은Further,

알루미늄 도핑된 산화아연(ZnO:Al) 및 산화루테늄(RuO2)을 포함하고, 제1항의 제조방법으로 제조된 양극활물질을 포함하는 리튬 공기 전지용 양극을 제공한다.
There is provided a positive electrode for a lithium air battery including a positive electrode active material comprising aluminum-doped zinc oxide (ZnO: Al) and ruthenium oxide (RuO 2 ).

본 발명에 따른 양극활물질은 각 금속들의 전구체를 혼합한 혼합 용액의 pH를 조절함과 더불어 열처리 온도를 조절하여 제조된 양극활물질로써, 알루미늄 도핑된 산화아연(ZnO:Al) 및 산화루테늄(RuO2)을 포함한다.The positive electrode active material according to the present invention as a cathode active material prepared by adjusting the heat treatment temperature, with also to adjust the pH of the mixed solution of a mixture of precursors of the respective metal, aluminum-doped zinc oxide (ZnO: Al) and ruthenium oxide (RuO 2 ).

본 발명에 따른 양극활물질은 900 mAh/g 이상의 방전용량을 가짐으로써 우수한 성능을 나타내어 리튬 공기 전지의 양극으로 사용하는 경우 우수한 성능을 나타낼 수 있다.
The positive electrode active material according to the present invention exhibits excellent performance by having a discharge capacity of 900 mAh / g or more and can exhibit excellent performance when used as a positive electrode of a lithium air battery.

더욱 나아가, 본 발명은Further,

알루미늄 도핑된 산화아연(ZnO:Al) 및 산화루테늄(RuO2)을 포함하고, 제1항의 제조방법으로 제조된 양극활물질을 포함하는 리튬 공기 전지용 양극을 포함하는 리튬 공기 전지를 제공한다.
There is provided a lithium air battery including a positive electrode for a lithium air battery including a positive electrode active material comprising aluminum-doped zinc oxide (ZnO: Al) and ruthenium oxide (RuO 2 )

본 발명에 따른 양극활물질은 각 금속들의 전구체를 혼합한 혼합 용액의 pH를 조절함과 더불어 열처리 온도를 조절하여 제조된 양극활물질로써, 알루미늄 도핑된 산화아연(ZnO:Al) 및 산화루테늄(RuO2)을 포함한다.The positive electrode active material according to the present invention as a cathode active material prepared by adjusting the heat treatment temperature, with also to adjust the pH of the mixed solution of a mixture of precursors of the respective metal, aluminum-doped zinc oxide (ZnO: Al) and ruthenium oxide (RuO 2 ).

본 발명에 따른 양극활물질은 900 mAh/g 이상의 방전용량을 가짐으로써 우수한 성능을 나타내어 리튬 공기 전지의 양극으로 사용하여 제조된 리튬 공기 전지는우수한 성능을 나타낼 수 있다.
The cathode active material according to the present invention exhibits excellent performance by having a discharge capacity of 900 mAh / g or more, so that the lithium air battery manufactured using the anode as the anode of the lithium air battery can exhibit excellent performance.

이하, 하기 실시예 및 실험예에 의하여 본 발명을 상세히 설명한다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the following examples and experimental examples.

단, 하기 실시예 및 실험예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 발명의 범위가 실시예 및 실험예에 의해 한정되는 것은 아니다.
It should be noted, however, that the following examples and experimental examples are illustrative of the present invention, but the scope of the invention is not limited by the examples and the experimental examples.

<실시예 1> 양극활물질의 제조 1&Lt; Example 1 > Preparation of cathode active material 1

단계 1: 알루미늄 전구체, 아연 전구체 및 루테늄 전구체가 1 : 9 : 1.11의 몰비가 되도록 질산알루미늄ㆍ9수화물(Al(NO3)3ㆍ9H2O) 0.3755 g, 질산아연ㆍ6수화물(Zn(NO3)3ㆍ9H2O) 2.6799 g, 염화루테늄(RuCl3) 0.2302 g을 이소프로판올 16 ml와 증류수 4 ml를 혼합한 용액을 넣은 후 염산을 pH가 0.1이 되도록 첨가하여 교반하여 혼합 용액을 제조하였다.
Step 1: 0.3755 g of aluminum nitrate 9 hydrate (Al (NO 3 ) 3 .9H 2 O), zinc nitrate hexahydrate (Zn (NO 3 ) 3 .9H 2 O) were added so that the aluminum precursor, zinc precursor and ruthenium precursor had a molar ratio of 1: 3) 3 · 9H 2 O) 2.6799 g, ruthenium chloride (RuCl 3) the mixed solution was stirred, hydrochloric acid was placed to 0.2302 g of a mixed solution of isopropanol 16 ml) and distilled water (4 ml was added to a pH of 0.1 was prepared .

단계 2: 상기 단계 1에서 제조된 혼합용액을 마이크로파 가열기에 넣고 170 ℃의 온도에서 20 분간 반응시키고, 반응 후 증류수 및 에탄올로 세척해 잔류 용매를 제거한 후 90 ℃의 온도에서 건조하여 양극활물질 전구체를 제조하였다.
Step 2: The mixed solution prepared in Step 1 was placed in a microwave heater, reacted at 170 ° C for 20 minutes, washed with distilled water and ethanol to remove residual solvent, and dried at 90 ° C to obtain a cathode active material precursor .

단계 3: 상기 단계 2에서 제조된 양극활물질 전구체를 산화분위기 하에서 350 ℃의 온도로 1 시간 동안 반응시켜 알루미늄 도핑된 산화아연 및 산화루테늄을 포함하는 양극활물질을 제조하였다.
Step 3: The cathode active material precursor prepared in the step 2 was reacted at 350 DEG C for 1 hour in an oxidizing atmosphere to prepare a cathode active material containing aluminum-doped zinc oxide and ruthenium oxide.

<비교예 1>&Lt; Comparative Example 1 &

단계 1: 알루미늄 전구체와 아연 전구체를 1:9의 몰비가 되도록 질산알루미늄ㆍ9수화물(Al(NO3)3ㆍ9H2O) 0.3755 g, 질산아연ㆍ6수화물(Zn(NO3)3ㆍ9H2O) 2.6799 g을 이소프로판올 16 ml와 증류수 4 ml를 혼합한 용액을 넣은 후 염산을 pH가 0.1이 되도록 첨가하여 교반하였다.
Step 1: 0.3755 g of aluminum nitrate 9 hydrate (Al (NO 3 ) 3 .9H 2 O) and zinc nitrate hexahydrate (Zn (NO 3 ) 3 .9H 2 O) (2.6799 g) was mixed with 16 ml of isopropanol and 4 ml of distilled water, and hydrochloric acid was added thereto at a pH of 0.1, followed by stirring.

단계 2: 상기 단계 1에서 제조된 혼합용액을 마이크로파 가열기에 넣고 170 ℃의 온도에서 20 분간 반응시키고, 반응 후 증류수 및 에탄올로 세척해 잔류 용매를 제거한 후 90 ℃의 온도에서 건조하여 산화아연 전구체를 제조하였다.
Step 2: The mixed solution prepared in step 1 was placed in a microwave heater, reacted at a temperature of 170 ° C for 20 minutes, washed with distilled water and ethanol to remove residual solvent, and then dried at 90 ° C to obtain a zinc oxide precursor .

단계 3: 상기 단계 2에서 제조된 산화아연 전구체를 산화분위기 하에서 600 ℃의 온도로 2 시간 동안 반응시켜 산화아연 양극활물질을 제조하였다.
Step 3: A zinc oxide cathode active material was prepared by reacting the zinc oxide precursor prepared in the above step 2 at 600 DEG C for 2 hours in an oxidizing atmosphere.

단계 4: 상기 단계 2에서 제조된 산화아연 양극활물질과 루테늄 전구체의 질량비가 9 : 1이 되도록 산화아연 양극활물질 0.09 g, 염화루테늄 0.01 g을 에틸렌글리콜 20 ml에 수산화나트륨 0.086 g을 녹여 pH를 12 내지 13으로 한 용액에 넣은 후, 교반하며 질소분위기 하에서 160 ℃의 온도로 3 시간 동안 가열하였다. 가열이 끝난 후 0.1 M 염산 용액을 이용해 pH를 5로 한 후 12 시간 이상 교반하여 루테늄이 첨가된 산화아연 양극활물질을 제조하였다.Step 4: 0.09 g of zinc oxide cathode active material and 0.01 g of ruthenium chloride were dissolved in 20 ml of ethylene glycol so that the mass ratio of zinc oxide cathode active material and ruthenium precursor produced in step 2 was 9: 1, To 13, and the mixture was heated with stirring at a temperature of 160 DEG C under a nitrogen atmosphere for 3 hours. After heating, the pH was adjusted to 5 with a 0.1 M hydrochloric acid solution and then stirred for 12 hours or longer to prepare a zinc oxide cathode active material containing ruthenium.

이때, 상기 비교예 1과 상기 실시예 1은 동일한 양(20 중량%)의 귀금속 촉매를 포함한다.
At this time, Comparative Example 1 and Example 1 contained the same amount (20 wt%) of noble metal catalyst.

<비교예 2>&Lt; Comparative Example 2 &

상기 실시예 1의 단계 3에서 열처리 온도를 500 ℃의 온도로 수행한 것을 제외하고 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 양극활물질을 제조하였다.
The cathode active material was prepared in the same manner as in Example 1, except that the heat treatment was carried out at a temperature of 500 ° C in the step 3 of Example 1.

<비교예 3>&Lt; Comparative Example 3 &

상기 실시예 1의 단계 3에서 열처리 온도를 600 ℃의 온도로 수행한 것을 제외하고 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 양극활물질을 제조하였다.
The cathode active material was prepared in the same manner as in Example 1 except that the heat treatment was performed at a temperature of 600 ° C in the step 3 of Example 1.

<비교예 4>&Lt; Comparative Example 4 &

상기 비교예 3의 단계 1에서 알루미늄 전구체, 아연 전구체 및 루테늄 전구체가 1 : 9 : 0.4의 몰비가 되도록 수행한 것을 제외하고 상기 비교예 3과 동일하게 수행하여 양극활물질을 제조하였다.The cathode active material was prepared in the same manner as in Comparative Example 3 except that the aluminum precursor, the zinc precursor and the ruthenium precursor were mixed in a molar ratio of 1: 9: 0.4 in the step 1 of Comparative Example 3.

<비교예 5>&Lt; Comparative Example 5 &

상기 비교예 3의 단계 1에서 알루미늄 전구체, 아연 전구체 및 루테늄 전구체가 1 : 9 : 0.33의 몰비가 되도록 수행한 것을 제외하고 상기 비교예 3과 동일하게 수행하여 양극활물질을 제조하였다.
The cathode active material was prepared in the same manner as in Comparative Example 3, except that the aluminum precursor, the zinc precursor, and the ruthenium precursor were mixed in a molar ratio of 1: 9: 0.33 in the step 1 of Comparative Example 3.

<실험예 1> AZO/RuO2 양극 활물질의 미세구조<Experimental Example 1> Microstructure of AZO / RuO 2 cathode active material

본 발명에 따른 제조방법으로 제조된 양극활물질의 미세구조를 확인하기 위하여, 상기 실시예 1 및 비교예 2 내지 5에서 제조된 양극활물질을 주사 전자 현미경(SEM, Tescan Mira 3 LMU FEG, 가속전압 10kV, Coater는 Quorum Q150T ES / 10 mA, 120 s Pt coating)으로 관찰하였으며, 그 결과를 도 1에 나타내었다.
In order to confirm the microstructure of the cathode active material prepared by the production method according to the present invention, the cathode active materials prepared in Example 1 and Comparative Examples 2 to 5 were observed under a scanning electron microscope (SEM, Tescan Mira 3 LMU FEG, , Coater was observed with Quorum Q150T ES / 10 mA, 120 s Pt coating). The results are shown in Fig.

도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 열처리 온도 범위인 350 ℃의 온도에서 열처리가 수행된 양극활물질인 실시예 1의 경우에는 100 nm 이하의 불균일한 짧은 막대 형태와 수십 나노 크기의 불균일한 형상의 입자가 혼합된 구조임을 확인할 수 있다. As shown in FIG. 1, in the case of Example 1, which is a cathode active material subjected to heat treatment at a temperature of 350 ° C., which is a heat treatment temperature range of the present invention, a nonuniform short rod shape of 100 nm or less and a nonuniform shape It can be confirmed that the particles are mixed.

한편, 본 발명의 열처리 온도 범위를 벗어나 500 ℃의 온도 및 600 ℃의 온도에서 열처리가 수행된 양극활물질인 비교예 2 내지 5의 경우에는 수십 나노 크기의 불균일한 형상의 입자를 가지는 것을 확인할 수 있다
On the other hand, in the case of Comparative Examples 2 to 5, which were the cathode active materials subjected to the heat treatment at a temperature of 500 ° C and a temperature of 600 ° C outside the heat treatment temperature range of the present invention, it was confirmed that the particles had a heterogeneous shape with a size of several tens of nanometers

따라서, 본 발명에 따른 제조방법의 열처리 온도로 조절되어 제조된 양극활물질의 미세구조는 100 nm 이하의 불균일한 짧은 막대 형태와 수십나노 크기의 불균일한 형상의 입자가 혼합된 구조를 제공하며, 열처리 범위에 따라 입자의 형상이 변화하는 것을 확인할 수 있었다. 한편, 출발물질(알루미늄 전구체, 아연 전구체 및 루테늄 전구체)의 몰 비에 따라서는 입자의 형상이 크게 변하지는 않는다는 것을 확인할 수 있었다.
Accordingly, the microstructure of the cathode active material prepared by controlling the heat treatment temperature according to the present invention provides a structure in which uneven short rod shapes of 100 nm or less and heterogeneous particles of several tens of nanometers are mixed, It was confirmed that the shape of the particles varies according to the range. On the other hand, it was confirmed that the shape of the particles did not change greatly depending on the molar ratio of the starting materials (aluminum precursor, zinc precursor and ruthenium precursor).

<실험예 2> 양극활물질의 전기화학적 특성 분석<Experimental Example 2> Electrochemical Characterization of Cathode Active Materials

본 발명에 따른 제조방법으로 제조된 양극활물질의 전기화학적 특성을 확인하기 위하여, 상기 실시예 1 및 비교예 1 내지 5에서 제조된 양극활물질을 사용하여 하기와 같은 실험을 수행하였다.In order to confirm the electrochemical characteristics of the cathode active material prepared by the production method according to the present invention, the following experiment was conducted using the cathode active material prepared in Example 1 and Comparative Examples 1 to 5.

상기 실시예 1 및 비교예 1 내지 5에서 제조된 양극활물질을 사용하여 전극을 제조하여 반쪽 전지를 형성하였다. 전극의 제작과정은 다음과 같다. 바인더로 사용된 PTFE(Polytetrafluoroethylene)를 증류수와 이소프로판올을 1 : 1 부피비로 혼합한 용액에 녹인 후 양극활물질과 혼합한다. 이때, 양극활물질과 바인더의 무게비는 8 : 2로 하였다. 상기와 같이 제조된 슬러리를 원형으로 천공한 SUS(Steel Use Stainless)망 위에 도포한 후 120 ℃의 온도로 조절된 오븐에서 15 분 동안 건조하였다. 반쪽 전지는 2 극 형태의 반쪽 전지를 2032-타입 코인 셀(2032-type coin cell)을 사용하여 제작하였다. 음극은 리튬 금속 호일을 사용하였으며, 분리막은 글래스 필터(glass fiber)를 사용하였다. 전해질은 1.0 M의 LiNO3가 녹아 있는 N,N-디메틸아세트아미드(N,N-Dimethylacetamide, DMAc)를 사용하였다. 반쪽 전지는 비활성인 아르곤(Ar) 분위기의 드라이 박스에서 제작하였다.
The electrodes were fabricated using the cathode active materials prepared in Example 1 and Comparative Examples 1 to 5 to form half cells. The manufacturing process of the electrode is as follows. The PTFE (Polytetrafluoroethylene) used as a binder is dissolved in a mixture of distilled water and isopropanol in a volume ratio of 1: 1, and then mixed with the cathode active material. At this time, the weight ratio of the cathode active material and the binder was 8: 2. The slurry thus prepared was coated on a SUS (Steel Use Stainless) net having a circular shape and then dried in an oven controlled at a temperature of 120 ° C for 15 minutes. The half-cell was fabricated using a 2032-type coin cell with a bipolar half-cell. Lithium metal foil was used for the cathode, and glass fiber was used for the separation membrane. The electrolyte used was N, N-dimethylacetamide (DMAc) in which 1.0 M of LiNO 3 was dissolved. Half cells were fabricated in a dry box in an inert argon (Ar) atmosphere.

형성된 전지에 대하여 충방전 실험은 25 ℃의 온도에서 정전류 방식 (CC, constant current) 을 이용하여 수행하였고, 15 mA/g의 정전류를 인가하였다. 이때, 방전 컷 오프(cut-off) 전압은 2.0 V(vs. Li/Li+)로, 충전 컷 오프 전압은 4.2 V(vs. Li/Li+)로 고정하였다. 그 결과를 하기 표 1, 도 2 및 도 3에 나타내었다
Charging and discharging tests were carried out at 25 ° C using a constant current (CC) and a constant current of 15 mA / g was applied. At this time, the discharge cut-off voltage was fixed to 2.0 V (vs. Li / Li + ) and the charge cut-off voltage was fixed to 4.2 V (vs. Li / Li + ). The results are shown in the following Tables 1, 2 and 3

실시예 1Example 1 비교예 1Comparative Example 1 비교예 2Comparative Example 2 비교예 3Comparative Example 3 비교예 4Comparative Example 4 비교예 5Comparative Example 5 양극활물질의
방전용량(mAh/g)
Cathode active material
Discharge capacity (mAh / g)
920920 880880 830830 292292 1212 1212
양극활물질의
과전압(V)
Cathode active material
Overvoltage (V)
0.90.9 1.11.1 1.11.1 1.31.3 1.71.7 1.71.7

표 1, 도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 먼저, 알루미늄 도핑된 산화아연 양극활물질을 제조하고 루테늄을 촉매로 도입한 경우인 비교예 1의 경우에는 880 mAh/g의 방전용량과 1.1 V의 과전압을 나타내는 것을 확인할 수 있었다. 반면, 알루미늄 전구체, 아연 전구체 및 루테늄 전구체를 모두 사용하여 제조된 양극활물질인 실시예 1의 경우에는 920 mAh/g의 우수한 방전용량과 0.9 V의 우수한 전기화학적 성능을 나타내는 것을 확인할 수 있었다.As shown in Table 1, FIG. 2 and FIG. 3, in Comparative Example 1 in which aluminum-doped zinc oxide cathode active material was prepared and ruthenium was introduced as a catalyst, a discharge capacity of 880 mAh / And the overvoltage was confirmed. On the other hand, Example 1, which is a cathode active material produced by using both aluminum precursor, zinc precursor and ruthenium precursor, showed excellent discharge capacity of 920 mAh / g and excellent electrochemical performance of 0.9 V.

또한, 마이크로파 가열 후 열처리 온도에 따라 양극활물질의 전기화학적 특성이 큰 차이를 보이는 것을 확인할 수 있었다. 본 발명에 따른 온도 범위로 350 ℃의 온도로 산화분위기에서 열처리 한 실시예 1의 경우 920 mAh/g의 높은 용량과 0.9 V의 상대적으로 낮은 과전압을 보이지만 500 ℃의 온도로 산화분위기에서 열처리하여 한 비교예 2의 경우 830 mAh/g의 용량과 1.1 V의 과전압으로 실시예 1에 비해 전기화학적 성능이 감소한 것을 확인할 수 있었다. 또한, 600 ℃의 온도로 산화분위기에서 열처리 한 비교예 3의 경우 292 mAh/g의 용량과 1.3 V의 높은 과전압으로 전기화학적 성능이 크게 감소하였다. In addition, it was confirmed that the electrochemical characteristics of the cathode active material differ greatly according to the heat treatment temperature after microwave heating. Example 1, which was heat-treated in an oxidizing atmosphere at a temperature range of 350 ° C. according to the present invention, exhibited a high capacity of 920 mAh / g and a relatively low overvoltage of 0.9 V, but was heat-treated in an oxidizing atmosphere at a temperature of 500 ° C. It was confirmed that the electrochemical performance of Comparative Example 2 was lower than that of Example 1 at a capacity of 830 mAh / g and an overvoltage of 1.1 V. Also, in the case of Comparative Example 3 which was heat-treated in an oxidizing atmosphere at a temperature of 600 ° C, the electrochemical performance was greatly reduced with a capacity of 292 mAh / g and a high overvoltage of 1.3 V.

열처리 온도에 따른 상기와 같은 차이점은 산화루테늄의 결정성에서 기인하는 것으로 보인다. 산화루테늄의 결정성이 낮아질수록 우수한 촉매 활성을 보이며, 따라서 비정질 산화루테늄이 결정질 산화루테늄보다 우수한 촉매 활성을 가져 이로 인해 비정질 산화루테늄이 도입된 양극활물질이 높은 용량과 낮은 과전압이라는 우수한 전기화학적 성능을 나타내게 된다. 또한, 알루미늄 도핑된 산화아연 및 산화루테늄을 포함하는 양극활물질의 합성 시 알루미늄, 아연 및 루테늄의 몰 비에 따라 전기화학적 특성에 차이를 보이는데, 알루미늄, 아연 및 루테늄의 몰 비가 1 : 9 : 1.11인 비교예 3의 292 mAh/g의 방전용량과 비교하여 알루미늄, 아연 및 루테늄의 몰 비가 1 : 9 : 0.40인 비교예 4 및 알루미늄, 아연 및 루테늄의 몰 비가 1 : 9 : 0.33인 비교예 5는 12 mAh/g 수준의 매우 낮은 방전용량과 1.7 V의 높은 과전압을 나타내는 것을 확인할 수 있었다.
The above difference according to the heat treatment temperature seems to be due to the crystallinity of ruthenium oxide. As the crystallinity of the ruthenium oxide is lowered, the amorphous ruthenium oxide exhibits superior catalytic activity, and thus the amorphous ruthenium oxide has better catalytic activity than the crystalline ruthenium oxide, and thus the amorphous ruthenium-doped cathode active material has excellent electrochemical performance such as high capacity and low overvoltage . In addition, the electrochemical characteristics are different according to the molar ratio of aluminum, zinc and ruthenium in the synthesis of the cathode active material including aluminum-doped zinc oxide and ruthenium oxide. When the molar ratio of aluminum, zinc and ruthenium is 1: 9: 1.11 Comparative Example 5 in which the molar ratio of aluminum, zinc and ruthenium was 1: 9: 0.40 and the molar ratio of aluminum, zinc and ruthenium was 1: 9: 0.33 as compared with the discharge capacity of 292 mAh / g in Comparative Example 3 It was confirmed that the discharge capacity of 12 mAh / g and the overvoltage of 1.7 V were exhibited.

따라서, 알루미늄, 아연 및 루테늄의 몰 비를 1 : 9 : 0.5 내지 3.0, 특히 1 : 9 : 1.11로 혼합하고 열처리 온도를 300 ℃ 내지 450 ℃, 특히 350 ℃의 온도로 조절하는 경우 제조되는 양극활물질의 전기화학적 성능이 최적화됨을 알 수 있다.Therefore, when the molar ratio of aluminum, zinc and ruthenium is mixed at 1: 9: 0.5 to 3.0, especially 1: 9: 1.11 and the heat treatment temperature is controlled at 300 to 450 캜, particularly 350 캜, Lt; RTI ID = 0.0 &gt; electrochemical &lt; / RTI &gt;

Claims (10)

알루미늄 전구체, 아연 전구체 및 루테늄 전구체를 용매에 혼합하고 산을 첨가하여 pH가 0.05 내지 1.0인 혼합 용액을 제조하는 단계(단계 1);
상기 단계 1에서 제조된 혼합 용액을 가열하여 알루미늄 도핑된 산화아연(ZnO:Al) 및 산화루테늄(RuO2)을 포함하는 양극활물질 전구체를 제조하는 단계(단계 2); 및
상기 단계 2에서 제조된 양극활물질 전구체를 300 ℃ 내지 450 ℃의 온도로 열처리하는 단계(단계 3);를 포함하는 리튬 공기 전지용 양극활물질의 제조방법.
Mixing the aluminum precursor, the zinc precursor and the ruthenium precursor in a solvent and adding an acid to prepare a mixed solution having a pH of 0.05 to 1.0 (Step 1);
(Step 2 ) a cathode active material precursor including aluminum-doped zinc oxide (ZnO: Al) and ruthenium oxide (RuO 2 ) by heating the mixed solution prepared in step 1; And
And heat treating the cathode active material precursor prepared in the step 2 at a temperature of 300 ° C to 450 ° C (step 3).
제1항에 있어서,
상기 단계 1의 혼합 용액 내 알루미늄 전구체, 아연 전구체 및 루테늄 전구체의 몰비는 1 : 9 : 0.5 내지 1 : 9 : 3.0인 것을 특징으로 하는 리튬 공기 전지용 양극활물질의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the molar ratio of the aluminum precursor, zinc precursor and ruthenium precursor in the mixed solution of step 1 is 1: 9: 0.5 to 1: 9: 3.0.
제1항에 있어서,
상기 단계 1의 알루미늄 전구체는 질산알루미늄ㆍ9수화물(Al(NO3)3ㆍ9H2O), 염화알루미늄(AlCl3), 황산알루미늄(Al2(SO4)3), 수산화알루미늄(Al(OH)3) 및 아세트산알루미늄(Al(CH3CO2)3)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 종 이상이고, 아연 전구체는 질산아연ㆍ6수화물(Zn(NO3)3ㆍ9H2O), 염화아연(ZnCl2), 황산아연(ZnSO4), 수산화아연(Zn(OH)2) 및 아세트산아연(Zn(CH3CO2)2)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 종 이상이고, 루테늄 전구체는 염화루테늄(RuCl3), 질산루테늄(RuNO3) 및 플루오르화루테늄(RuF6)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 종 이상인 것을 특징으로 하는 리튬 공기 전지용 양극활물질의 제조방법.
The method according to claim 1,
The aluminum precursor of step 1 is selected from the group consisting of aluminum nitrate 9 hydrate (Al (NO 3 ) 3 .9H 2 O), aluminum chloride (AlCl 3 ), aluminum sulfate (Al 2 (SO 4 ) 3 ) ) 3 ) and aluminum acetate (Al (CH 3 CO 2 ) 3 ), and the zinc precursor is at least one selected from zinc nitrate hexahydrate (Zn (NO 3 ) 3 .9H 2 O), zinc chloride (ZnCl 2 ), zinc sulfate (ZnSO 4 ), zinc hydroxide (Zn (OH) 2 ) and zinc acetate (Zn (CH 3 CO 2 ) 2 ), and the ruthenium precursor is at least one selected from the group consisting of ruthenium chloride Wherein the positive electrode active material is at least one selected from the group consisting of RuCl 3 , ruthenium nitrate (RuNO 3 ), and ruthenium fluoride (RuF 6 ).
제1항에 있어서,
상기 단계 1의 산은 염산인 것을 특징으로 하는 리튬 공기 전지용 양극활물질의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the acid of step 1 is hydrochloric acid.
제1항에 있어서,
상기 단계 1의 용매는 증류수 및 C1 내지 C3 알콜로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 종 이상을 포함하며, 상기 알콜과 증류수의 부피비는 1 : 1 내지 9 : 1인 것을 특징으로 하는 리튬 공기 전지용 양극활물질의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the solvent of step 1 comprises at least one selected from the group consisting of distilled water and C 1 to C 3 alcohols, and the volume ratio of the alcohol to the distilled water is 1: 1 to 9: 1. A method for producing an active material.
제1항에 있어서,
상기 단계 2의 가열은 130 ℃ 내지 250 ℃의 온도에서 10 분 내지 120 분 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 리튬 공기 전지용 양극활물질의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the heating of step 2 is performed at a temperature of 130 ° C to 250 ° C for 10 minutes to 120 minutes.
제1항에 있어서,
상기 단계 3의 열처리는 320 ℃ 내지 380 ℃의 온도에서 30 분 내지 300 분 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 리튬 공기 전지용 양극활물질의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the heat treatment in step 3 is performed at a temperature of 320 ° C to 380 ° C for 30 minutes to 300 minutes.
알루미늄 도핑된 산화아연(ZnO:Al) 및 산화루테늄(RuO2)을 포함하고, 제1항의 제조방법으로 제조된 900 mAh/g 이상의 방전용량을 가지는 것을 특징으로 하는 리튬 공기 전지용 양극활물질.
A cathode active material for a lithium air battery, comprising aluminum-doped zinc oxide (ZnO: Al) and ruthenium oxide (RuO 2 ), and having a discharge capacity of 900 mAh / g or more manufactured by the manufacturing method of claim 1.
알루미늄 도핑된 산화아연(ZnO:Al) 및 산화루테늄(RuO2)을 포함하고, 제1항의 제조방법으로 제조된 양극활물질을 포함하는 리튬 공기 전지용 양극.
An anode for a lithium air battery comprising a cathode active material comprising aluminum-doped zinc oxide (ZnO: Al) and ruthenium oxide (RuO 2 ), and produced by the manufacturing method of claim 1.
알루미늄 도핑된 산화아연(ZnO:Al) 및 산화루테늄(RuO2)을 포함하고, 제1항의 제조방법으로 제조된 양극활물질을 포함하는 리튬 공기 전지용 양극을 포함하는 리튬 공기 전지.A lithium air battery comprising a cathode for a lithium air battery comprising a cathode active material comprising aluminum-doped zinc oxide (ZnO: Al) and ruthenium oxide (RuO 2 ) and produced by the manufacturing method of claim 1.
KR1020140138112A 2014-10-14 2014-10-14 The method for preparation of positive active material for lithium air battery and the positive active material thereby KR101561608B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140138112A KR101561608B1 (en) 2014-10-14 2014-10-14 The method for preparation of positive active material for lithium air battery and the positive active material thereby

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140138112A KR101561608B1 (en) 2014-10-14 2014-10-14 The method for preparation of positive active material for lithium air battery and the positive active material thereby

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101561608B1 true KR101561608B1 (en) 2015-10-20

Family

ID=54399977

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140138112A KR101561608B1 (en) 2014-10-14 2014-10-14 The method for preparation of positive active material for lithium air battery and the positive active material thereby

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101561608B1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109192968A (en) * 2018-10-15 2019-01-11 湖南金富力新能源股份有限公司 Composite positive pole, preparation method and anode and lithium battery
KR101984424B1 (en) 2018-01-23 2019-05-30 동국대학교 산학협력단 Cathode for lithium-air battery comprising palladium oxide layer between palladium nanoparticle and Ni-Co oxide nanosheet, and preparation method thereof

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001122628A (en) 1999-10-27 2001-05-08 Sakai Chem Ind Co Ltd Lithium-manganese multi-component oxide particulate composition, method for manufacturing the same and secondary battery
KR101406512B1 (en) 2012-12-14 2014-06-12 삼성정밀화학 주식회사 Positive active material, method of preparing the same, and lithium secondary battery using the same

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001122628A (en) 1999-10-27 2001-05-08 Sakai Chem Ind Co Ltd Lithium-manganese multi-component oxide particulate composition, method for manufacturing the same and secondary battery
KR101406512B1 (en) 2012-12-14 2014-06-12 삼성정밀화학 주식회사 Positive active material, method of preparing the same, and lithium secondary battery using the same

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ACS PUBLICATIONS, NANO LETTERS. 2013, 13, 4702-4707 (2013.10.09)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101984424B1 (en) 2018-01-23 2019-05-30 동국대학교 산학협력단 Cathode for lithium-air battery comprising palladium oxide layer between palladium nanoparticle and Ni-Co oxide nanosheet, and preparation method thereof
CN109192968A (en) * 2018-10-15 2019-01-11 湖南金富力新能源股份有限公司 Composite positive pole, preparation method and anode and lithium battery

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wang et al. Nickel-doped La0. 8Sr0. 2Mn1–x Ni x O3 nanoparticles containing abundant oxygen vacancies as an optimized bifunctional catalyst for oxygen cathode in rechargeable lithium–air batteries
KR101624805B1 (en) Secondary battery comprising solid electrolyte layer
US20120115048A1 (en) Positive electrode for lithium air battery, method of preparing the positive electrode, and lithium air battery including the positive electrode
KR20180063860A (en) Nickel-based active material precursor for lithium secondary battery, preparing method thereof, nickel-based active material for lithium secondary battery formed thereof, and lithium secondary battery comprising positive electrode including the nickel-based active material
CN107681147B (en) Preparation method and application of solid electrolyte coated modified lithium ion battery positive electrode material
Surendran et al. Ni 2 P 2 O 7 microsheets as efficient Bi-functional electrocatalysts for water splitting application
KR101561608B1 (en) The method for preparation of positive active material for lithium air battery and the positive active material thereby
KR102213101B1 (en) Anode Active Materials comprising Si or Si AlloySystems With MoP Coating For Li Ion Batteries, And Anodes comprising The Same And Manufacturing Methods Thereof
KR20140048822A (en) Silicon oxide??carbon composite and manufacturing method thereof
KR101671964B1 (en) An Air Electrode for Lithium air battery using a composite catalyst of RuO2/MnO2/C and the manufacturing method thereof.
KR101905703B1 (en) Anode materials with high rate-capability and preparation method thereof and lithium secondary battery using the same
KR20190017097A (en) A low-temperature synthesis method of cathode material for metal-air battery and a metal-air battery fabricated thereby
KR102237756B1 (en) Anode comprising iridium oxide and titanium oxide, membrane electrode assembly comprising same and method of preparing same
KR101769589B1 (en) Synthesis of electrochemical active multiphase cobalt oxides for electrode materials
JPWO2019093441A1 (en) Amorphous transition metal oxides and their uses
KR20160042357A (en) Manufacturing Methods of Silicon Anode withLTO-Coating in Reduced Environment
KR102477409B1 (en) Air electrode for Lithium Air Battery and Method of manufacturing the same
KR101468582B1 (en) Preparation method of electrode active material using porous silica support, and the electrode active material
JP6310413B2 (en) Lithium air secondary battery, method for producing catalyst for air electrode, and method for producing lithium air secondary battery
KR101621299B1 (en) Manufacturing process of cathode active materials containing noble metal catalyst and cathode active materials using the Same
KR101633739B1 (en) Method for manufacturing of zinc oxide positive active material and the zinc oxide positive active material thereby
KR101794454B1 (en) Method of manufacturing a cobalt having a hierarchical flower shape
KR101904380B1 (en) The method for preparing complex oxide catalyst for cathode material of lithium air battery and the cathode material of lithium air battery
KR102379667B1 (en) Titanium dioxide coated carbon nanotube support via solution layer by layer coating and Manufacturing method of the Same
KR102466387B1 (en) Manufacturing method of negative active material for sodium rechargeable batteries, negative active material made by the same, and sodium rechargeable batteries comprising the same

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20181015

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20191001

Year of fee payment: 5