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KR20230012315A - Anode active material, method for preparing the same, and rechargeable lithium battery comprising the same - Google Patents

Anode active material, method for preparing the same, and rechargeable lithium battery comprising the same Download PDF

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KR20230012315A
KR20230012315A KR1020210092992A KR20210092992A KR20230012315A KR 20230012315 A KR20230012315 A KR 20230012315A KR 1020210092992 A KR1020210092992 A KR 1020210092992A KR 20210092992 A KR20210092992 A KR 20210092992A KR 20230012315 A KR20230012315 A KR 20230012315A
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KR
South Korea
Prior art keywords
active material
negative electrode
core
silicon
resin
Prior art date
Application number
KR1020210092992A
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Korean (ko)
Inventor
권세만
홍순호
강성환
박병훈
공민경
Original Assignee
주식회사 한솔케미칼
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Publication date
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Abstract

The present invention relates to a negative electrode active material, a manufacturing method thereof, and a lithium secondary battery including the same, wherein the negative electrode active material includes: a core including metal particles; and a shell surrounding the core, and the pore volume of the core is 0.1 cc/g or less. The present invention allows a negative electrode active material to be manufactured with high efficiency and low costs.

Description

음극 활물질, 그의 제조방법 및 이를 포함하는 리튬 이차전지{Anode active material, method for preparing the same, and rechargeable lithium battery comprising the same}Anode active material, method for preparing the same, and lithium secondary battery comprising the same {Anode active material, method for preparing the same, and rechargeable lithium battery comprising the same}

본 발명은 음극 활물질, 그의 제조방법 및 이를 포함하는 리튬 이차전지에 관한 것으로서, 구체적으로는 리튬 함유 산화물 입자를 도입하여 높은 전류밀도 하에서도 안정적인 충/방전 거동이 가능한 음극 활물질, 그의 제조방법 및 이를 포함하는 리튬 이차전지에 관한 것이다.The present invention relates to a negative electrode active material, a manufacturing method thereof, and a lithium secondary battery including the same, and specifically, a negative electrode active material capable of stable charge/discharge behavior even under high current density by introducing lithium-containing oxide particles, a manufacturing method thereof, and the same It relates to a lithium secondary battery comprising

리튬 이온 전지(Lithium Ion Battery: LIB)는 높은 에너지 밀도를 가지고, 설계가 용이하여, 모바일 전자기기의 주요 전력 공급원으로 채택되어 사용되고 있으며, 향후 전기자동차 혹은 신재생 에너지의 전력저장장치 등으로 그 응용 범위가 더욱 넓어지고 있다. Lithium Ion Battery (LIB) has high energy density and is easy to design, so it is adopted and used as a major power supply source for mobile electronic devices. The range is getting wider.

새로운 응용 분야에 적용을 하기 위해서는 보다 높은 에너지 밀도, 장수명 등의 특성을 가지는 LIB 소재에 대한 연구가 지속적으로 요구되고 있다. In order to apply to new application fields, research on LIB materials having characteristics such as higher energy density and longer life is continuously required.

특히, 음극 소재의 경우 탄소를 비롯하여 실리콘, 주석, 게르마늄 등 여러 가지 물질에 대해 연구가 진행되어 왔다.In particular, in the case of cathode materials, research has been conducted on various materials such as carbon, silicon, tin, and germanium.

이 가운데 실리콘계 음극 소재는 현재 상용화된 흑연 음극 소재에 비하여 매우 높은 에너지 밀도를 가지고 있어서 많은 관심을 받아 왔다. Among them, silicon-based anode materials have received a lot of attention because they have a very high energy density compared to currently commercialized graphite anode materials.

그러나, 실리콘계 음극 소재는 실리콘 표면과 전해질의 부반응으로 인해 불안정한 SEI층이 형성되어 전기화학적 특성이 저하되거나, 충방전 시 발생하는 급격한 부피 팽창으로 인한 내부 응력으로 전극 물질의 분쇄가 일어나는 등의 치명적인 단점을 가지고 있다.However, the silicon-based negative electrode material has fatal disadvantages such as deterioration of electrochemical properties due to the formation of an unstable SEI layer due to side reactions between the silicon surface and the electrolyte, or crushing of the electrode material due to internal stress due to rapid volume expansion occurring during charging and discharging. has

이를 해결하기 위해 실리콘계 음극 소재의 다양한 표면 처리를 통해 표면에서의 가역성을 향상시키는 연구가 많이 진행되어 왔고, 특히 탄소 소재를 표면 코팅하거나 복합화하는 방법이 널리 연구되고 있다.In order to solve this problem, a lot of research has been conducted on improving reversibility on the surface through various surface treatments of silicon-based negative electrode materials, and in particular, methods of surface coating or compounding carbon materials have been widely studied.

한편, 탄소 소재를 활용한 다양한 표면 처리에는 복잡하고 고비용의 공정이 필요하였고, 탄소 소재를 활용한 표면 처리를 통해서 실리콘계 음극 소재의 일부 수명 특성은 개선되었지만, 실리콘계 음극 소재의 이온 전도도가 낮아져서 최근 수요가 커지고 있는 고속 충방전 LIB 구현을 위한 출력 특성 개선에는 한계가 있었다.On the other hand, various surface treatments using carbon materials required complex and expensive processes, and although some lifespan characteristics of silicon-based anode materials were improved through surface treatment using carbon materials, the ionic conductivity of silicon-based anode materials was lowered, resulting in recent demand. There was a limit to improving the output characteristics for the implementation of the high-speed charge-discharge LIB, which is increasing.

즉, 종래의 탄소 소재를 활용한 표면처리는 실리콘계 음극 소재의 낮은 이온 전도도를 개선하지 않은 상태로 탄소와의 복합화를 진행하였기 때문에 고속 충방전 LIB에 요구되는 출력 특성에 도달하기가 어려웠다.That is, since the conventional surface treatment using a carbon material proceeds with complexing with carbon without improving the low ionic conductivity of the silicon-based negative electrode material, it is difficult to reach the output characteristics required for a high-speed charge/discharge LIB.

따라서, 실리콘계 음극 소재의 부피 팽창을 억제하는 동시에 실리콘계 음극 소재의 낮은 이온 전도도를 개선하는 고용량 실리콘계 음극 활물질의 표면 처리에 관한 기술 개발이 요구되고 있는 실정이다.Therefore, there is a demand for developing a technology for surface treatment of a high-capacity silicon-based negative electrode active material that suppresses the volume expansion of the silicon-based negative electrode material and at the same time improves the low ionic conductivity of the silicon-based negative electrode material.

대한민국 공개특허공보 제2016-0104720호Republic of Korea Patent Publication No. 2016-0104720

이에 본 발명은 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 고용량 및 고에너지 밀도를 가지면서도, 높은 전류밀도 하에서 안정적인 충/방전 거동이 가능한 고출력의 이차전지를 위한 음극 활물질을 제공하는데 그 목적이 있다. Accordingly, an object of the present invention is to provide an anode active material for a high-output secondary battery capable of stable charge/discharge behavior under high current density while having high capacity and high energy density.

또한, 고효율, 저비용으로 상기 음극 활물질을 제조 가능한 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.In addition, it is an object of the present invention to provide a manufacturing method capable of manufacturing the negative electrode active material at high efficiency and low cost.

이와 더불어, 상기 음극 활물질을 포함하는 전극 및 리튬 이차전지를 제공하는데 그 목적이 있다.In addition, an object of the present invention is to provide an electrode and a lithium secondary battery including the negative electrode active material.

그러나, 본원이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the problem to be solved by the present application is not limited to the above-mentioned problem, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.

본원의 일 측면은 금속 입자를 포함하는 코어(core); 및One aspect of the present disclosure is a core including metal particles (core); and

상기 코어를 둘러싸는 쉘(shell);을 포함하며,Includes; a shell surrounding the core,

상기 금속 입자는 Mg, Al, Si, Ca, Fe, Mg, Mn, Co, Ni, Zn 및 Ge로 이루어진 그룹에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하고,The metal particles include at least one selected from the group consisting of Mg, Al, Si, Ca, Fe, Mg, Mn, Co, Ni, Zn, and Ge,

상기 코어의 공극(기공) 부피가 0.1 cc/g 이하인,The pore (pore) volume of the core is 0.1 cc / g or less,

음극 활물질을 제공한다.An anode active material is provided.

본원의 다른 측면은, 금속 함유 입자를 포함하는 용액을 분무 건조하여 전구체 분말 제조하는 단계;Another aspect of the present disclosure is to prepare a precursor powder by spray drying a solution containing metal-containing particles;

상기 전구체 분말 및 제1 비정질 탄소를 혼합하고 제1 열처리하여, 열처리 분말을 제조하는 단계;preparing a heat-treated powder by mixing the precursor powder and the first amorphous carbon and performing a first heat treatment;

상기 열처리 분말, 결정질 탄소 및 제2 비정질 탄소를 혼합하여 복합화하는 단계; 및mixing and complexing the heat-treated powder, crystalline carbon, and second amorphous carbon; and

제2 열처리하는 단계;를 포함하고,A second heat treatment step; including,

상기 금속은 Si, Al, Ti, Mn, Ni, Cu, V, Zr, Mn, Co, Fe 및 Nb 중에서 선택되는 1종 이상인,The metal is at least one selected from Si, Al, Ti, Mn, Ni, Cu, V, Zr, Mn, Co, Fe and Nb,

음극 활물질의 제조방법을 제공한다.A method for producing a negative electrode active material is provided.

본원의 또 다른 측면은, 상기 음극 활물질을 포함하는,Another aspect of the present application, including the negative electrode active material,

전극을 제공한다.electrodes are provided.

본원의 또 다른 측면은, 상기 음극 활물질을 포함하는 음극;Another aspect of the present application is a negative electrode including the negative electrode active material;

상기 음극과 대항하여 위치하는 양극; 및an anode positioned opposite to the cathode; and

상기 음극과 상기 양극 사이에 배치된 전해질;을 포함하는 리튬 이차전지를 제공한다.It provides a lithium secondary battery comprising an electrolyte disposed between the negative electrode and the positive electrode.

본 발명에 따른 음극 활물질은 고용량 및 고에너지 밀도를 가지면서도, 높은 전류밀도 하에서 안정적인 충/방전 거동이 가능한 고출력의 이차전지를 제공하는 효과가 있다. The negative electrode active material according to the present invention has an effect of providing a high-output secondary battery capable of stable charge/discharge behavior under high current density while having high capacity and high energy density.

또한, 음극 활물질을 고효율, 저비용으로 제조할 수 있는 효과가 있다.In addition, there is an effect of producing a negative electrode active material with high efficiency and low cost.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 코어-쉘 구조의 음극 활물질을 나타내는 모식도이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1에 따른 음극 활물질의 BET로 측정한 코어부 공극 부피의 측정 결과이다.
도 3은 본 발명의 실시예 1에 따른 음극 활물질의 단면의 주사전자현미경(Scanning Electron Microscopy, SEM) 사진이다.
1 is a schematic diagram showing an anode active material having a core-shell structure according to an embodiment of the present invention.
2 is a result of measuring the pore volume of the core part measured by BET of the negative electrode active material according to Example 1 of the present invention.
3 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of a cross section of the negative electrode active material according to Example 1 of the present invention.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.The terms or words used in this specification and claims should not be construed as being limited to ordinary or dictionary meanings, and the inventors may appropriately define the concept of terms in order to explain their invention in the best way. It should be interpreted as a meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the principle that there is.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예의 구성은 본 발명의 가장 바람직한 하나의 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 존재할 수 있음을 이해하여야 한다.Therefore, since the configuration of the embodiments described in this specification is only one of the most preferred embodiments of the present invention and does not represent all of the technical spirit of the present invention, various equivalents and modifications that can replace them at the time of the present application It should be understood that examples may exist.

본 명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다", "구비하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 구성 요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 구성 요소, 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.In this specification, singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, terms such as "comprise", "comprise" or "having" are intended to indicate that there is an embodied feature, number, step, component, or combination thereof, but one or more other features or It should be understood that the presence or addition of numbers, steps, components, or combinations thereof is not precluded.

본원의 일 측면에 따른 음극 활물질은 도 1에 나타낸 바와 같이, 금속 입자를 포함하는 포함하는 코어 및 상기 코어를 둘러싸는 쉘을 포함할 수 있다.As shown in FIG. 1 , the negative active material according to one aspect of the present disclosure may include a core including metal particles and a shell surrounding the core.

또한, 상기 금속 입자는 Mg, Al, Si, Ca, Fe, Mg, Mn, Co, Ni, Zn 및 Ge로 이루어진 그룹에서 선택된 어느 하나 이상을 포함할 수 있고, 구(球)상 또는 인편상일 수 있다.In addition, the metal particles may include at least one selected from the group consisting of Mg, Al, Si, Ca, Fe, Mg, Mn, Co, Ni, Zn, and Ge, and may be spherical or scaly. there is.

한편, 상기 코어의 공극 부피가 0.1 cc/g 이하일 수 있다. 상기 코어의 공극 부피가 0.1 cc/g을 초과하면, 음극 활물질의 AC 저항이 높아지고, 이에 따라서 음극 활물질을 포함하는 전지의 출력 특성이 저하될 수 있다.Meanwhile, the pore volume of the core may be 0.1 cc/g or less. When the void volume of the core exceeds 0.1 cc/g, AC resistance of the negative active material increases, and thus, output characteristics of a battery including the negative active material may deteriorate.

또한, 상기 공극은 전지의 초기 비가역 용량을 줄이고, 금속 입자의 부피 팽창 완화를 도울 수 있다. 상기 코어의 중심에서 멀어질 수록, 공극의 비중이 감소할 수 있다.In addition, the voids may reduce the initial irreversible capacity of the battery and help mitigate the volume expansion of the metal particles. As the distance from the center of the core increases, the specific gravity of the void may decrease.

일 구현예에 있어서, 상기 금속 입자는 실리콘(Si) 함유 입자일 수 있고, 상기 실리콘(Si) 함유 입자는 실리콘 입자, 실리콘 산화물 입자, 실리콘 탄화물 입자 및 실리콘 합금 입자로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.In one embodiment, the metal particle may be a silicon (Si)-containing particle, and the silicon (Si)-containing particle is at least one selected from the group consisting of a silicon particle, a silicon oxide particle, a silicon carbide particle, and a silicon alloy particle. can include

또한, 상기 실리콘(Si) 함유 입자의 평균 입경(D50)이 50~200nm 이고, 하기 화학식 1로 표시될 수 있다.In addition, the average particle diameter (D50) of the silicon (Si)-containing particles is 50 to 200 nm, and may be represented by Formula 1 below.

[화학식 1][Formula 1]

SiOx (0≤x≤0.5)SiOx (0≤x≤0.5)

상기 화학식 1에서 x가 0.5를 초과하는 경우, 전지 용량과 효율에서 불리한 효과가 있을 수 있다. 즉, 리튬 이온이 산소와 반응하여 Li2O, Li-silicate (LixSiyOz)와 같은 비가역 생성물이 생성된다. 이로 인하여, 음극재와 반응한 리튬 이온이 전해질 혹은 양극재로 돌아가지 못하고 음극 내부에 갇히게 되어 용량을 발현하지 못하게 되고, 효율도 저하된다.In Formula 1, when x exceeds 0.5, there may be adverse effects on battery capacity and efficiency. That is, lithium ions react with oxygen to produce irreversible products such as Li 2 O and Li-silicate (Li x Si y O z ). Due to this, lithium ions that have reacted with the negative electrode material cannot return to the electrolyte or the positive electrode material and are trapped inside the negative electrode, so that capacity cannot be expressed and efficiency is also reduced.

또한, 예를 들어, 상기 실리콘 탄화물은 SiC일 수 있고, 상기 실리콘 합금은 예를 들어, Si-Z 합금 (상기 Z는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 13족 원소, 14족 원소, 전이금속, 희토류 원소 및 이들의 조합으로부터 선택된 1종 이상의 원소이며, Si는 아님)일 수 있다.In addition, for example, the silicon carbide may be SiC, and the silicon alloy may be, for example, a Si—Z alloy (where Z is an alkali metal, an alkaline earth metal, a group 13 element, a group 14 element, a transition metal, or a rare earth element) And one or more elements selected from combinations thereof, but not Si).

상기 실리콘 함유 입자의 평균 입경은 상기 실리콘 함유 입자가 분산된 유기계 용액을 사용하여 입도 측정계(Mastersizer3000, Malvern Panalytical)로 측정하였다.The average particle diameter of the silicon-containing particles was measured with a particle size measuring instrument (Mastersizer 3000, Malvern Panalytical) using an organic solution in which the silicon-containing particles were dispersed.

상기 실리콘 함유 입자의 평균 입경이 200nm를 초과하는 경우, 높은 전지 용량을 얻을 수 있으나 전지 수명이 매우 짧아질 수 있고, 상기 실리콘 함유 입자의 평균 입경이 50nm 미만인 경우, 전지 용량 및 효율이 낮아지고 제조 경비가 높아질 수 있다.When the average particle diameter of the silicon-containing particles exceeds 200 nm, high battery capacity may be obtained, but battery life may be very short, and when the average particle diameter of the silicon-containing particles is less than 50 nm, battery capacity and efficiency are lowered and manufacturing Expenses may increase.

일 구현예에 있어서 상기 금속 입자의 결정립의 크기가 5~50nm일 수 있고, 바람직하게는 10~20nm일 수 있다.In one embodiment, the size of the crystal grains of the metal particles may be 5 to 50 nm, preferably 10 to 20 nm.

상기 금속 입자의 결정립의 크기는 X선 회절 분석법(XRD)으로 측정되었다. 즉, XRD로 측정된 특정 피크에 대하여 Scherrer equation을 적용하여 상기 금속 입자의 결정립의 크기를 측정하였다.The grain size of the metal particles was measured by X-ray diffraction analysis (XRD). That is, the crystal grain size of the metal particle was measured by applying the Scherrer equation to a specific peak measured by XRD.

상기 금속 입자의 결정립의 크기가 50nm를 초과하는 경우, 제조 경비가 높아지고, 수명 안정성이 저하될 수 있고, 상기 금속 입자의 결정립의 크기가 5nm 미만인 경우, 전지 용량이 저하될 수 있다.When the grain size of the metal particle exceeds 50 nm, manufacturing cost increases and lifetime stability may deteriorate. When the grain size of the metal particle size is less than 5 nm, battery capacity may decrease.

일 구현예에 있어서, 상기 금속 입자는 상기 코어의 전체 중량을 기준으로 50~95 중량% 포함될 수 있다. 즉, 전체 코어의 중량을 100 중량%로 할 때, 이중 50~95 중량%는 상기 금속 입자의 중량에 해당할 수 있다.In one embodiment, the metal particles may be included in 50 to 95% by weight based on the total weight of the core. That is, when the weight of the entire core is 100% by weight, 50 to 95% by weight may correspond to the weight of the metal particles.

일 구현예에 있어서, 서로 인접한 상기 금속 입자간 거리는 각 입자의 중심으로부터 200nm 이내일 수 있다.In one embodiment, the distance between the metal particles adjacent to each other may be within 200 nm from the center of each particle.

즉, 상기 코어에 포함되는 금속 입자들은 서로 매우 근접해 있고, 예를 들어, 한 금속 입자의 중심과 인접한 다른 한 금속 입자의 중심 사이의 거리가 200nm 이내로 매우 근접해 있다. That is, the metal particles included in the core are very close to each other, for example, the distance between the center of one metal particle and the center of another adjacent metal particle is very close to each other within 200 nm.

금속 입자의 중심은 예를 들어, 구상의 금속 입자의 경우에는 금속 입자의 지름의 가운데 점일 수 있고, 인편상 금속 입자의 경우에는 금속 입자의 장축 또는 단축의 가운데 점일 수 있다.The center of the metal particle may be, for example, the middle point of the diameter of the metal particle in the case of a spherical metal particle, or the center point of a major axis or a minor axis of the metal particle in the case of a scaly metal particle.

한편, 한 금속 입자의 표면의 일부는 인접한 다른 한 금속 입자의 표면의 일부와 서로 닿을 수도 있다.Meanwhile, a part of the surface of one metal particle may come into contact with a part of the surface of another adjacent metal particle.

코어 내에서 상기 금속 입자들이 서로 근접할수록, 상기 음극 활물질의 코어의 공극 부피는 작아지고, 이는 전지의 출력 특성 등에 영향을 미치게 된다.As the metal particles are closer to each other in the core, the pore volume of the core of the negative electrode active material decreases, which affects the output characteristics of the battery.

또한, 상기 코어의 밀도가 0.5~2.0 g/cc일 수 있고, 상기 쉘의 밀도가 1.0~2.3 g/cc일 수 있다.In addition, the density of the core may be 0.5 to 2.0 g/cc, and the density of the shell may be 1.0 to 2.3 g/cc.

상기 코어나 쉘의 밀도가 상술한 범위를 하회하는 경우, 전극을 형성하기 어려워질 수 있다.When the density of the core or the shell is less than the above range, it may be difficult to form an electrode.

일 구현예에 있어서, 상기 음극 활물질의 평균 입도(D50)가 5~20μm일 수 있다.In one embodiment, the negative electrode active material may have an average particle size (D50) of 5 μm to 20 μm.

상기 음극 활물질의 평균 입도는 상기 음극 활물질이 분산된 유기계 용액을 사용하여 입도 측정계(Mastersizer3000, Malvern Panalytical)로 측정하였다.The average particle size of the anode active material was measured using a particle size measuring instrument (Mastersizer 3000, Malvern Panalytical) using an organic solution in which the anode active material was dispersed.

또한, 상기 코어의 평균 입경(D50)과 상기 음극 활물질의 평균 입경(D50)의 비(상기 코어의 평균 입경(D50)/상기 음극 활물질의 평균 입경(D50))가 0.1~0.9일 수 있다.In addition, the ratio of the average particle diameter (D50) of the core and the average particle diameter (D50) of the negative electrode active material (average particle diameter (D50) of the core/average particle diameter (D50) of the negative electrode active material) may be 0.1 to 0.9.

상기 코어의 평균 입경은 상기 코어가 분산된 유기계 용액을 사용하여 입도 측정계(Mastersizer3000, Malvern Panalytical)로 측정하였다.The average particle diameter of the core was measured with a particle size measuring system (Mastersizer 3000, Malvern Panalytical) using an organic solution in which the core was dispersed.

이때, 상기 음극 활물질의 제조방법에서 1 차 열처리 단계를 거친 열처리 분말을 코어로 보았다.At this time, in the manufacturing method of the negative electrode active material, the heat-treated powder that had undergone the first heat treatment step was regarded as the core.

일 구현예에 있어서, 상기 음극 활물질의 전기 전도도가 50 S/cm 이하일 수 있고, 바람직하게는 30~50 S/cm일 수 있다.In one embodiment, the electrical conductivity of the negative electrode active material may be 50 S/cm or less, preferably 30 to 50 S/cm.

일 구현예에 있어서, 상기 음극 활물질은 라만 분석을 통한 비정질 탄소 해당 피크(Id)와 결정질 탄소 해당 피크(Ig)의 높이 비(Id/Ig)가 0.5 내지 2.0일 수 있다.In one embodiment, the anode active material may have a height ratio (I d /I g ) of a peak corresponding to amorphous carbon (I d ) and a corresponding peak (I g ) of crystalline carbon through Raman analysis of 0.5 to 2.0.

또한, 상기 음극 활물질은 라만 분석을 통한 비정질 탄소에 해당하는 D band 피크의 반치전폭은 50 내지 150이고, 라만 분석을 통한 결정질 탄소에 해당하는 G band 피크의 반치전폭은 30 내지 80일 수 있다.In addition, the negative electrode active material may have a full width at half maximum of a D band peak corresponding to amorphous carbon through Raman analysis of 50 to 150, and a full width at half maximum of a G band peak corresponding to crystalline carbon through Raman analysis of 30 to 80.

일 구현예에 있어서, 상기 코어는 비정질 탄소를 추가로 포함하고, 상기 쉘은 결정질 탄소를 포함할 수 있다.In one embodiment, the core may further include amorphous carbon, and the shell may include crystalline carbon.

특히, 상기 쉘은 대부분 결정질 탄소로 이루어질 수 있고, 상기 코어의 추가되는 탄소 성분은 대부분 비정질 탄소일 수 있다.In particular, the shell may be mostly composed of crystalline carbon, and the additional carbon component of the core may be mostly amorphous carbon.

또한, 상기 쉘은 소량의 비정질 탄소를 포함할 수 있고, 상기 코어는 소량의 결정질 탄소를 포함할 수 있다.In addition, the shell may include a small amount of amorphous carbon, and the core may include a small amount of crystalline carbon.

상기 코어에 소량의 결정질 탄소가 포함되는 경우, 상기 코어의 중심에서 멀어질 수록 흑연의 비중이 증가할 수 있다.When a small amount of crystalline carbon is included in the core, the specific gravity of graphite may increase as the distance from the center of the core increases.

상기 코어의 비정질 탄소는 금속 입자들의 사이에 위치하면서 금속 입자들을 둘러싸고 있을 수 있다. 즉, 비정질 탄소가 매트릭스가 되어 금속 입자가 분산된 형태의 코어가 될 수 있다.The amorphous carbon of the core may surround the metal particles while being located between the metal particles. That is, the amorphous carbon may serve as a matrix and become a core in which metal particles are dispersed.

상기 쉘과 코어의 추가되는 탄소 성분은 충방전시 리튬 함유 산화물 입자가 표면에 코팅된 실리콘 함유 입자의 부피 팽창을 완화시키는 역할을 할 수 있다.The added carbon component of the shell and core may play a role of mitigating the volume expansion of silicon-containing particles coated with lithium-containing oxide particles on their surfaces during charging and discharging.

본원의 다른 측면에 따른 음극 활물질의 제조방법은 금속 함유 입자를 포함하는 용액을 분무 건조하여 전구체 분말을 제조하는 단계; 상기 전구체 분말 및 제1 비정질 탄소를 혼합하고 제1 열처리하여, 열처리 분말을 제조하는 단계; 상기 열처리 분말, 결정질 탄소 및 제2 비정질 탄소를 혼합하여 복합화하는 단계; 및 제2 열처리하는 단계;를 포함할 수 있다.A method for producing an anode active material according to another aspect of the present disclosure includes preparing a precursor powder by spray-drying a solution containing metal-containing particles; preparing a heat-treated powder by mixing the precursor powder and the first amorphous carbon and performing a first heat treatment; mixing and complexing the heat-treated powder, crystalline carbon, and second amorphous carbon; and performing a second heat treatment.

상기 금속은 Si, Al, Ti, Mn, Ni, Cu, V, Zr, Mn, Co, Fe 및 Nb 중에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.The metal may be at least one selected from Si, Al, Ti, Mn, Ni, Cu, V, Zr, Mn, Co, Fe, and Nb.

상기 전구체 분말을 제조하는 단계에서 제공되는 금속 함유 입자는 분쇄 과정을 통해서 원하는 평균 입경을 가지도록 분쇄되어 준비될 수 있다.The metal-containing particles provided in the step of preparing the precursor powder may be prepared by being pulverized to have a desired average particle diameter through a pulverization process.

일 구현예에 있어서, 상기 제1 및 제2 비정질 탄소는 각각 석탄계 피치, 메조페이스 피치(mesophase pitch), 석유계 피치, 타르, 석탄계 오일, 석유계 중질유, 유기 합성 피치, 수크로오스(sucrose), 나프탈렌 수지, 폴리비닐알코올 수지, 퍼푸릴 알코올(furfuryl alcohol) 수지, 폴리아크릴로니트릴 수지, 폴리아미드 수지, 페놀 수지, 퓨란 수지, 셀룰로오스 수지, 스티렌 수지, 에폭시 수지 또는 염화 비닐 수지, 블록 공중합체, 폴리올 및 폴리이미드 수지로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다.In one embodiment, the first and second amorphous carbons are respectively coal-based pitch, mesophase pitch, petroleum-based pitch, tar, coal-based oil, petroleum-based heavy oil, organic synthetic pitch, sucrose, naphthalene Resins, polyvinyl alcohol resins, furfuryl alcohol resins, polyacrylonitrile resins, polyamide resins, phenolic resins, furan resins, cellulose resins, styrene resins, epoxy resins or vinyl chloride resins, block copolymers, polyols And it may be any one or more selected from the group consisting of polyimide resin.

또한, 상기 결정질 탄소는 천연흑연, 인조흑연, 팽창흑연, 그래핀, 카본블랙 및 플러렌로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다.In addition, the crystalline carbon may be at least one selected from the group consisting of natural graphite, artificial graphite, expanded graphite, graphene, carbon black, and fullerene.

천연흑연은 천연적으로 산출되는 흑연으로, 인상(flake) 흑연, 고결정질(high crystalline) 흑연, 비정질(microcrystalline or cryptocrystalline; amorphous) 흑연 등이 있다. 인조흑연은 인공적으로 합성된 흑연으로, 무정형 탄소를 고온으로 가열하여 만들어지며, 일차(primary) 혹은 전기흑연(electrographite), 이차(secondary) 흑연, 흑연섬유(graphite fiber) 등이 있다. Natural graphite is naturally occurring graphite, and includes flake graphite, high crystalline graphite, and microcrystalline or cryptocrystalline (amorphous) graphite. Artificial graphite is artificially synthesized graphite, which is made by heating amorphous carbon to a high temperature, and includes primary or electrographite, secondary graphite, graphite fiber, and the like.

팽창흑연 흑연의 층간에 산이나 알칼리 같은 화학품을 삽입(intercalation)하고 가열하여 분자 구조의 수직 층을 부풀린 것이다. 그래핀은 흑연의 단일층 또는 복수의 단일층을 포함한다. Expanded graphite Inflates vertical layers of molecular structure by intercalating chemicals such as acids or alkalis between graphite layers and heating them. Graphene includes a single layer or multiple monolayers of graphite.

카본블랙은 흑연보다 규칙성이 작은 결정성 물질로서, 카본 블랙을 약 3,000℃에서 장시간 가열하면 흑연으로 변할 수 있다. 플러렌은 60개 또는 그 이상의 탄소원자로 이루어진 다면체 다발모양의 화합물인 플러렌이 적어도 3중량% 포함된 탄소 혼합물이다. 상기 제1 탄소계 소재는 이러한 결정질 탄소를 1종 단독 또는 2종 이상 조합하여 사용할 수 있다. 예를 들어, 천연흑연 또는 인조흑연이 사용될 수 있다. 상기 결정질 탄소는 구상, 판상, 섬유상, 튜브상 또는 분말 형태를 가질 수 있다.Carbon black is a crystalline material with a smaller regularity than graphite, and when carbon black is heated at about 3,000° C. for a long time, it can be changed into graphite. Fullerene is a carbon mixture containing at least 3% by weight of fullerene, which is a polyhedral bundle-shaped compound of 60 or more carbon atoms. As the first carbon-based material, one kind or a combination of two or more kinds of these crystalline carbons may be used. For example, natural graphite or artificial graphite may be used. The crystalline carbon may have a spherical, plate-like, fibrous, tubular or powdery form.

바람직하게는 상기 비정질 탄소로 피치를 사용할 수 있다. 피치는 연화점 100~250℃의 피치를 사용할 수 있고, 특히 QI(Quinolone Insoluble) 성분이 5 중량% 이하, 더욱 바람직하게는 1 중량% 이하인 석유계 또는 석탄계 피치를 사용할 수 있다.Preferably, pitch may be used as the amorphous carbon. The pitch may use a pitch having a softening point of 100 to 250 ° C, and in particular, a petroleum or coal-based pitch having a QI (quinolone insoluble) component of 5% by weight or less, more preferably 1% by weight or less may be used.

한편, 결정질 탄소로는 바람직하게는 천연 흑연을 사용할 수 있다. 흑연의 순도는 고정탄소(Fixed Carbon) 함량이 99 중량% 이상, 더욱 바람직하게는 99.95 중량% 이상의 고순도 품위를 사용할 수 있다. Meanwhile, as the crystalline carbon, natural graphite may be preferably used. As for the purity of the graphite, a high purity grade having a fixed carbon content of 99% by weight or more, more preferably 99.95% by weight or more can be used.

또한, 인편상 흑연은 실리콘과의 접촉을 통하여 전도성을 높여주는데 적합할 수 있다.In addition, flaky graphite may be suitable for enhancing conductivity through contact with silicon.

일 구현예에 있어서, 상기 복합화 단계는 물리적 방법에 의해서 수행될 수 있다.In one embodiment, the conjugation step may be performed by a physical method.

상기 물리적 방법은 고에너지 공정인 밀링, 교반, 혼합 및 압축 등으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. The physical method may include at least one selected from the group consisting of high-energy processes such as milling, stirring, mixing, and compression.

예를 들어, 상기 복합화 단계는 볼 밀링에 의해 수행될 수 있다. 특히, 플래너터리 볼밀(planetary ball mill)은 조성물과 비접촉식 방식으로 자전 및 공전하는 혼합방식으로 혼합물을 효율적으로 혼합 및 분쇄할 수 있다. For example, the compounding step may be performed by ball milling. In particular, the planetary ball mill can efficiently mix and pulverize the mixture in a non-contact manner with the composition in a rotating and revolving mixing manner.

볼 밀링에 사용할 수 있는 볼은 예를 들어 지르코니아 볼 등 일 수 있으며, 볼의 종류에는 제한이 없고, 볼의 크기는 예를 들어 약 0.3에서 10 mm일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.A ball that can be used for ball milling may be, for example, a zirconia ball, and the type of ball is not limited, and the size of the ball may be, for example, about 0.3 to 10 mm, but is not limited thereto.

한편, 상기 복합화 단계의 반응 시간은 1분 내지 24시간, 반응 온도는 40~250℃, 반응 분위기는 대기 또는 비활성분위기의 조건 하에서 수행될 수 있다.On the other hand, the reaction time of the complexation step is 1 minute to 24 hours, the reaction temperature is 40 ~ 250 ℃, the reaction atmosphere can be carried out under the conditions of the atmosphere or inert atmosphere.

일 구현예에 있어서 상기 제1 열처리 단계는 진공 하에서 수행될 수 있고, 열처리 온도는 100~500℃일 수 있다.In one embodiment, the first heat treatment step may be performed under vacuum, and the heat treatment temperature may be 100 to 500 °C.

또한, 상기 제1 열처리 시간은 특별히 제한되는 것은 아니지만, 예를 들어 10분 내지 48시간 범위에서 수행될 수 있다.In addition, the first heat treatment time is not particularly limited, but may be performed in the range of 10 minutes to 48 hours, for example.

상기 제1 열처리 단계를 통해서 상기 제 1 비정질 탄소가 상기 전구체 분말 내부로 혼입되고, 상기 전구체 분말의 공극을 채우게 된다. 즉, 상기 제1 열처리 단계를 통해서 상기 음극 활물질의 공극 부피를 조절할 수 있다.Through the first heat treatment step, the first amorphous carbon is incorporated into the precursor powder and fills the pores of the precursor powder. That is, the pore volume of the negative electrode active material may be adjusted through the first heat treatment step.

일 구현예에 있어서, 상기 제2 열처리 단계의 처리 온도는 700~1,100℃일 수 있다. In one embodiment, the treatment temperature of the second heat treatment step may be 700 ~ 1,100 ℃.

상기 제2 열처리 시간은 특별히 제한되는 것은 아니지만, 예를 들어 10분 내지 24시간 범위에서 수행될 수 있다.The second heat treatment time is not particularly limited, but may be performed in the range of 10 minutes to 24 hours, for example.

본원의 또 다른 측면에 따른 전극은 상기 음극 활물질을 포함할 수 있고, 리튬이차전지는 상기 음극 활물질을 포함하는 전극을 음극으로 하고, 상기 음극과 대항하여 위치하는 양극; 및 상기 음극과 상기 양극 사이에 배치된 전해질을 포함할 수 있다. An electrode according to another aspect of the present disclosure may include the negative active material, and a lithium secondary battery may include an electrode including the negative active material as a negative electrode and a positive electrode positioned opposite the negative electrode; and an electrolyte disposed between the negative electrode and the positive electrode.

상기 음극은 상기 음극 활물질을 포함하고, 예를 들어, 상기 음극 활물질, 바인더 및 선택적으로 도전제를 용매 중에 혼합하여 음극 활물질 조성물을 제조한 후, 이를 일정한 형상으로 성형하거나, 동박(copper foil) 등의 집전체에 도포하는 방법으로 제조될 수 있다. The negative electrode includes the negative electrode active material. For example, after preparing a negative active material composition by mixing the negative electrode active material, a binder, and optionally a conductive agent in a solvent, the negative electrode active material composition is molded into a predetermined shape, or copper foil, etc. It can be manufactured by a method of applying to the current collector of.

상기 음극은 상술한 음극 활물질 외에 당해 기술분야에서 리튬 전지의 음극 활물질로서 통상적으로 사용되는 음극 활물질 재료를 추가적으로 더 포함할 수 있다. 통상적으로 사용되는 음극 활물질 재료로는, 예를 들어, 리튬 금속, 리튬과 합금 가능한 금속, 전이금속 산화물, 비전이금속산화물 및 탄소계 재료로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. The anode may further include an anode active material commonly used as an anode active material of a lithium battery in the art in addition to the anode active material described above. Commonly used anode active materials may include, for example, at least one selected from the group consisting of lithium metal, metals alloyable with lithium, transition metal oxides, non-transition metal oxides, and carbon-based materials.

예를 들어, 상기 리튬과 합금가능한 금속은 Si, Sn, Al, Ge, Pb, Bi, Sb Si-Y 합금(상기 Y는 알칼리 금속, 알 칼리 토금속, 13족 원소, 14족 원소, 전이금속, 희토류 원소 또는 이들의 조합 원소이며, Si는 아님), Sn-Y 합 금(상기 Y는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 13족 내지 16족 원소, 전이금속, 희토류 원소 또는 이들의 조합 원소 이며, Sn은 아님) 등일 수 있다. 상기 원소 Y로는 Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Sc, Y, Ti, Zr, Hf, Rf, V, Nb, Ta, Db, Cr, Mo, W, Sg, Tc, Re, Bh, Fe, Pb, Ru, Os, Hs, Rh, Ir, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, B, Al, Ga, Sn, In, Ti, Ge, P, As, Sb, Bi, S, Se, Te, Po, 또는 이들의 조합일 수 있다. For example, the metal alloyable with lithium is Si, Sn, Al, Ge, Pb, Bi, Sb Si—Y alloy (where Y is an alkali metal, an alkaline earth metal, a Group 13 element, a Group 14 element, a transition metal, A rare earth element or a combination thereof, but not Si), a Sn-Y alloy (wherein Y is an alkali metal, an alkaline earth metal, a Group 13 to Group 16 element, a transition metal, a rare earth element, or a combination thereof, and Sn is not), etc. The element Y is Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Sc, Y, Ti, Zr, Hf, Rf, V, Nb, Ta, Db, Cr, Mo, W, Sg, Tc, Re, Bh, Fe, Pb, Ru, Os, Hs, Rh, Ir, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, B, Al, Ga, Sn, In, Ti, Ge, P, As, Sb, Bi, S, It may be Se, Te, Po, or a combination thereof.

예를 들어, 상기 전이금속 산화물은 리튬티탄 산화물, 바나듐 산화물, 리튬 바나듐 산화물 등일 수 있다. For example, the transition metal oxide may be lithium titanium oxide, vanadium oxide, or lithium vanadium oxide.

예를 들어, 상기 비전이금속 산화물은 SnO2, SiOx(0<x≤2) 등일 수 있다. 상기 탄소계 재료로는 결정질 탄소, 비정질 탄소 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 상기 결정질 탄소는 무정형, 판상, 린편상(flake), 구형 또는 섬유형의 천연 흑연 또는 인조 흑연과 같은 흑연일 수 있으며, 상기 비정질 탄소는 소프트 카본(soft carbon: 저온 소성 탄소) 또는 하드 카본(hard carbon), 메조페이스 피치(mesophase pitch) 탄화물, 소성된 코크스 등일 수 있다. For example, the non-transition metal oxide may be SnO 2 , SiOx (0<x≤2), and the like. The carbon-based material may be crystalline carbon, amorphous carbon, or a mixture thereof. The crystalline carbon may be graphite such as amorphous, plate, flake, spherical or fibrous natural graphite or artificial graphite, and the amorphous carbon may be soft carbon (low-temperature calcined carbon) or hard carbon carbon), mesophase pitch carbide, calcined coke, and the like.

상기 음극 활물질과 탄소계 재료를 함께 사용하는 경우, 실리콘계 활물질의 산화 반응을 억 제하게 되고 SEI막을 효과적으로 형성하여 안정된 피막을 형성하고 전기전도도의 향상을 가져와서 리튬의 충방전 특성을 더 향상시킬 수 있다. When the anode active material and the carbon-based material are used together, the oxidation reaction of the silicon-based active material is suppressed, an SEI film is effectively formed to form a stable film, and electrical conductivity is improved, thereby further improving the charge and discharge characteristics of lithium. there is.

통상적인 음극 활물질 재료는 상술한 음극 활물질과 혼합하여 블렌딩되거나, 상술한 음극 활물질의 표면에 코팅 되거나, 또는 기타 임의의 조합된 형태로 사용될 수 있다. Conventional anode active materials may be mixed and blended with the anode active material described above, coated on the surface of the anode active material, or used in any other combination.

상기 음극 활물질 조성물에 사용되는 바인더는, 음극 활물질과 도전제 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력 하는 성분으로서, 음극 활물질 100 중량부를 기준으로 하여 1 내지 50 중량부로 첨가된다. 예를 들어 음극 활 물질 100 중량부를 기준으로 하여 1 내지 30 중량부, 1 내지 20 중량부, 또는 1 내지 15 중량부의 범위로 바인더를 첨가할 수 있다. The binder used in the negative electrode active material composition is a component that assists in the bonding of the negative electrode active material and the conductive agent and the bonding to the current collector, and is added in an amount of 1 to 50 parts by weight based on 100 parts by weight of the negative electrode active material. For example, the binder may be added in an amount of 1 to 30 parts by weight, 1 to 20 parts by weight, or 1 to 15 parts by weight based on 100 parts by weight of the negative electrode active material.

이러한 바인더의 예로는, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리비닐리덴클로라이드, 폴리벤지미다졸, 폴리이미드, 폴리비닐아세테이트, 폴리아크릴로니트릴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로오스 (CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로오스, 재생 셀룰로오스, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리아닐린, 아크릴로니트릴부타디엔스티렌, 페놀 수지, 에폭시 수지, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리페닐설파이드, 폴리아미드이미드, 폴리에테르이미드, 폴리에틸렌술폰, 폴리아미드, 폴리아세탈, 폴리페닐렌옥사이드, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 에틸 렌-프로필렌-디엔테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 부타디엔 고무, 불소 고무, 다양한 공중합체 등을 들 수 있다. Examples of such binders include polyvinylidene fluoride, polyvinylidene chloride, polybenzimidazole, polyimide, polyvinyl acetate, polyacrylonitrile, polyvinyl alcohol, carboxymethylcellulose (CMC), starch, hydroxypropyl Cellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene, polyethylene, polypropylene, polystyrene, polymethyl methacrylate, polyaniline, acrylonitrile butadiene styrene, phenol resin, epoxy resin, polyethylene terephthalate, polytetrafluoro Roethylene, polyphenylsulfide, polyamideimide, polyetherimide, polyethylenesulfone, polyamide, polyacetal, polyphenylene oxide, polybutyleneterephthalate, ethylene-propylene-dienter polymer (EPDM), sulfonated EPDM , styrene butadiene rubber, fluororubber, various copolymers, and the like.

상기 음극은 상기 음극 활물질에 도전 통로를 제공하여 전기 전도성을 보다 향상시키기 위하여 선택적으로 도전제를 더욱 포함할 수 있다. The negative electrode may optionally further include a conductive agent in order to further improve electrical conductivity by providing a conductive passage to the negative electrode active material.

상기 도전제로는 일반적으로 리튬 전지에 사용되는 것은 어떠한 것도 사용할 수 있으며, 그 예로 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸블랙, 탄소섬유(예. 기상성장 탄소섬유) 등의 탄소계 물질; 구리, 니켈, 알루미늄, 은 등의 금속 분말 또는 금속 섬유 등의 금속계 물질; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 폴리머, 또는 이들의 혼합물을 포함하는 도전성 재료를 사용할 수 있다. 도전재의 함량은 적당하게 조절하여 사용 할 수 있다. 예를 들어, 상기 음극 활물질 및 도전제의 중량비가 99:1 내지 90:10 범위로 첨가될 수 있다. As the conductive agent, anything generally used in a lithium battery may be used, and examples thereof include carbon-based materials such as carbon black, acetylene black, ketjen black, and carbon fiber (eg vapor grown carbon fiber); metal-based materials such as metal powders or metal fibers, such as copper, nickel, aluminum, and silver; A conductive material comprising a conductive polymer such as a polyphenylene derivative or a mixture thereof can be used. The content of the conductive material can be appropriately adjusted and used. For example, the weight ratio of the negative electrode active material and the conductive agent may be added in a range of 99:1 to 90:10.

상기 용매로는 N-메틸피롤리돈(NMP), 아세톤, 물 등이 사용될 수 있다. 상기 용매의 함량은 음극 활물질 100 중량부를 기준으로 하여 1 내지 10 중량부를 사용한다. 용매의 함량이 상기 범위일 때 활물질층을 형성하기 위한 작업이 용이하다. N-methylpyrrolidone (NMP), acetone, water, etc. may be used as the solvent. The amount of the solvent is 1 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the negative electrode active material. When the content of the solvent is in the above range, the operation for forming the active material layer is easy.

또한, 상기 집전체는 일반적으로 3 내지 500 ㎛의 두께로 만들어진다. 상기 집전체로는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니고, 예를 들어, 구리, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인레스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다.In addition, the current collector is generally made to have a thickness of 3 to 500 μm. The current collector is not particularly limited as long as it does not cause chemical change in the battery and has conductivity. For example, the surface of copper, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, fired carbon, copper or stainless steel A surface treated with carbon, nickel, titanium, silver, or the like, an aluminum-cadmium alloy, or the like may be used.

또한, 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용 될 수 있다. In addition, fine irregularities may be formed on the surface to enhance the bonding strength of the negative electrode active material, and may be used in various forms such as films, sheets, foils, nets, porous materials, foams, and nonwoven fabrics.

제조된 음극 활물질 조성물을 집전체 위에 직접 코팅하여 음극 극판을 제조하거나, 별도의 지지체 상에 캐스팅 하고 상기 지지체로부터 박리시킨 음극 활물질 필름을 동박 집전체에 라미네이션하여 음극 극판을 얻을 수 있다. 상기 음극은 상기에서 열거한 형태에 한정되는 것은 아니고 상기 형태 이외의 형태일 수 있다. A negative electrode plate may be obtained by directly coating the prepared negative active material composition on a current collector to prepare a negative electrode plate, or by casting on a separate support and laminating a negative active material film peeled from the support to a copper foil current collector. The negative electrode is not limited to the forms listed above and may have forms other than the above forms.

상기 음극 활물질 조성물은 리튬 이차 전지의 전극 제조에 사용될 뿐만 아니라, 유연한(flexible) 전극 기판 위 에 인쇄되어 인쇄 전지(printable battery) 제조에도 사용될 수 있다. The negative active material composition may be used not only for manufacturing an electrode of a lithium secondary battery, but also for manufacturing a printable battery by being printed on a flexible electrode substrate.

이와 별도로, 양극을 제작하기 위하여 양극 활물질, 도전제, 바인더 및 용매가 혼합된 양극 활물질 조성물이 준비된다. Separately, a cathode active material composition in which a cathode active material, a conductive agent, a binder, and a solvent are mixed is prepared to manufacture a cathode.

상기 양극 활물질로는 리튬 함유 금속 산화물로서, 당해 기술 분야에서 통상적으로 사용되는 것이면 모두 사용할 수 있다. As the cathode active material, any lithium-containing metal oxide commonly used in the art may be used.

예를 들어, LiaA1-bBbD2(상기 식에서, 0.90≤a≤1.8, 및 0≤b≤0.5이다); LiaE1-bBbO2-cDc(상기 식에서, 0.90≤a≤1.8, 0≤b≤0.5, 0≤c≤0.05이다); LiE2-bBbO4-cDc(상기 식에서, 0≤b≤0.5, 0≤c≤0.05이다); LiaNi1-b-cCobBcDα(상기 식에서, 0.90≤a≤1.8, 0≤b≤0.5, 0≤c≤0.05, 0<α≤2이다); LiaNi1-b-cCobBcO2-αFα(상기 식에서, 0.90≤a≤1.8, 0≤b≤0.5, 0≤c≤0.05, 0<α<2이다); LiaNi1-b-cCobBcO2-αFα(상기 식에서, 0.90≤a≤1.8, 0≤b≤0.5, 0≤c≤0.05, 0<α<2이다); LiaNi1-b-cMnbBcDα(상기 식에서, 0.90≤a≤1.8, 0≤b≤0.5, 0≤c≤0.05, 0<α≤2이다); LiaNi1-b-cMnbBcO2-αFα(상기 식에서, 0.90≤a≤1.8, 0≤b≤0.5, 0≤c≤0.05, 0<α<2이다); LiaNi1-b-cMnbBcO2-αFα(상기 식에서, 0.90≤a≤1.8, 0≤b≤0.5, 0≤c≤0.05, 0<α<2이다); LiaNibEcGdO2(상기 식에서, 0.90≤a≤1.8, 0≤b≤0.9, 0≤c≤0.5, 0.001≤d≤ 0.1이다.); LiaNibCocMndGeO2(상기 식에서, 0.90≤a≤1.8, 0≤b≤0.9, 0≤c≤0.5, 0≤d≤0.5, 0.001≤e≤0.1이다.); LiaNiGbO2(상기 식에서, 0.90≤a≤1.8, 0.001≤b≤0.1이다.); LiaCoGbO2(상기 식에서, 0.90≤a≤1.8, 0.001≤b≤0.1이다.); LiaMnGbO2(상기 식에서, 0.90≤a≤1.8, 0.001≤b≤0.1이다.); LiaMn2GbO4(상기 식에서, 0.90≤a≤1.8, 0.001≤b≤0.1이다.); QO2; QS2; LiQS2; V2O5; LiV2O5; LiIO2; LiNiVO4; Li(3-f)J2(PO4)3(0≤f≤2); Li(3-f)Fe2(PO4)3(0≤f≤2); LiFePO4의 화학식 중 어느 하나로 표현되는 화합물을 사용할 수 있다.For example, Li a A 1-b B b D 2 (wherein 0.90≤a≤1.8 and 0≤b≤0.5); Li a E 1-b B b O 2-c D c (wherein 0.90≤a≤1.8, 0≤b≤0.5, 0≤c≤0.05); LiE 2-b B b O 4-c D c (wherein 0≤b≤0.5 and 0≤c≤0.05); Li a Ni 1-bc Co b B c D α (wherein 0.90≤a≤1.8, 0≤b≤0.5, 0≤c≤0.05, 0<α≤2); Li a Ni 1-bc Co b B c O 2-α F α (wherein 0.90≤a≤1.8, 0≤b≤0.5, 0≤c≤0.05, 0<α<2); Li a Ni 1-bc Co b B c O 2-α F α (wherein 0.90≤a≤1.8, 0≤b≤0.5, 0≤c≤0.05, 0<α<2); Li a Ni 1-bc Mn b B c D α (wherein 0.90≤a≤1.8, 0≤b≤0.5, 0≤c≤0.05, 0<α≤2); Li a Ni 1-bc Mn b B c O 2-α F α (wherein 0.90≤a≤1.8, 0≤b≤0.5, 0≤c≤0.05, 0<α<2); Li a Ni 1-bc Mn b B c O 2-α F α (wherein 0.90≤a≤1.8, 0≤b≤0.5, 0≤c≤0.05, 0<α<2); Li a Ni b E c G d O 2 (wherein 0.90≤a≤1.8, 0≤b≤0.9, 0≤c≤0.5, 0.001≤d≤0.1); Li a Ni b Co c Mn d GeO 2 (wherein 0.90≤a≤1.8, 0≤b≤0.9, 0≤c≤0.5, 0≤d≤0.5, 0.001≤e≤0.1); Li a NiG b O 2 (in the above formula, 0.90≤a≤1.8, 0.001≤b≤0.1); Li a CoG b O 2 (in the above formula, 0.90≤a≤1.8, 0.001≤b≤0.1); Li a MnG b O 2 (in the above formula, 0.90≤a≤1.8, 0.001≤b≤0.1); Li a Mn 2 G b O 4 (wherein, 0.90≤a≤1.8, 0.001≤b≤0.1); QO 2 ; QS 2 ; LiQS 2 ; V 2 O 5 ; LiV 2 O 5 ; LiIO 2 ; LiNiVO 4 ; Li (3-f) J 2 (PO 4 ) 3 (0≤f≤2); Li (3-f) Fe 2 (PO 4 ) 3 (0≤f≤2); A compound represented by any one of the chemical formulas of LiFePO 4 may be used.

상기 화학식에 있어서, A는 Ni, Co, Mn, 또는 이들의 조합이고; B는 Al, Ni, Co, Mn, Cr, Fe, Mg, Sr, V, 희토류 원소 또는 이들의 조합이고; D는 O, F, S, P, 또는 이들의 조합이고; E는 Co, Mn, 또는 이들의 조합이고; F는 F, S, P, 또는 이들의 조합이고; G는 Al, Cr, Mn, Fe, Mg, La, Ce, Sr, V, 또는 이들의 조합이고; Q는 Ti, Mo, Mn, 또는 이들의 조합이고; I는 Cr, V, Fe, Sc, Y, 또는 이들의 조합이며; J는 V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, 또는 이들의 조합이다.In the above formula, A is Ni, Co, Mn, or a combination thereof; B is Al, Ni, Co, Mn, Cr, Fe, Mg, Sr, V, a rare earth element, or a combination thereof; D is O, F, S, P, or a combination thereof; E is Co, Mn, or a combination thereof; F is F, S, P, or a combination thereof; G is Al, Cr, Mn, Fe, Mg, La, Ce, Sr, V, or combinations thereof; Q is Ti, Mo, Mn, or a combination thereof; I is Cr, V, Fe, Sc, Y, or a combination thereof; J is V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, or combinations thereof.

물론 이 화합물 표면에 코팅층을 갖는 것도 사용할 수 있고, 또는 상기 화합물과 코팅층을 갖는 화합물을 혼합하여 사용할 수도 있다. 이 코팅층은 코팅 원소의 옥사이드, 하이드록사이드, 코팅 원소의 옥시하이드록사이드, 코팅 원소의 옥시카보네이트, 또는 코팅 원소의 하이드록시카보네이트의 코팅 원소 화합물을 포함할 수 있다. 이들 코팅층을 이루는 화합물은 비정질 또는 결정질일 수 있다. 상기 코팅층에 포함되는 코팅 원소로는 Mg, Al, Co, K, Na, Ca, Si, Ti, V, Sn, Ge, Ga, B, As, Zr 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 코팅층 형성 공정은 상기 화합물에 이러한 원소들을 사용하여 양극 활물질의 물성에 악영향을 주지 않는 방법(예를 들어 스프레이 코팅, 침지법 등)으로 코팅할 수 있으면 어떠한 코팅 방법을 사용하여도 무방하며, 이에 대하여는 당해 분야에 종사하는 사람들에게 잘 이해될 수 있는 내용이므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.Of course, one having a coating layer on the surface of this compound may be used, or a mixture of the compound and a compound having a coating layer may be used. The coating layer may include a coating element compound of an oxide, a hydroxide, an oxyhydroxide of a coating element, an oxycarbonate of a coating element, or a hydroxycarbonate of a coating element. Compounds constituting these coating layers may be amorphous or crystalline. As the coating element included in the coating layer, Mg, Al, Co, K, Na, Ca, Si, Ti, V, Sn, Ge, Ga, B, As, Zr, or mixtures thereof may be used. In the process of forming the coating layer, any coating method may be used as long as the compound can be coated in a method (eg, spray coating, dipping method, etc.) that does not adversely affect the physical properties of the positive electrode active material by using these elements. Since it is a content that can be well understood by those skilled in the art, a detailed description thereof will be omitted.

예를 들어, LiNiO2, LiCoO2, LiMnxO2x(x=1, 2), LiNi1-xMnxO2(0<x<1), LiNi1-x-yCoxMnyO2 (0≤x≤0.5, 0≤y≤0.5), LiFeO2, V2O5, TiS, MoS 등이 사용될 수 있다.For example, LiNiO 2 , LiCoO 2 , LiMn x O 2x (x=1, 2), LiNi 1-x Mn x O 2 (0<x<1), LiNi 1-xy Co x Mn y O 2 (0 ≤x≤0.5, 0≤y≤0.5), LiFeO 2 , V 2 O 5 , TiS, MoS, and the like may be used.

양극 활물질 조성물에서 도전제, 바인더 및 용매는 상술한 음극 활물질 조성물의 경우와 동일한 것을 사용할 수 있다. 경우에 따라서는 상기 양극 활물질 조성물 및 음극 활물질 조성물에 가소제를 더 부가하여 전극판 내부에 공극을 형성하는 것도 가능하다. 상기 양극 활물질, 도전제, 바인더 및 용매의 함량은 리튬 전지에서 통상적으로 사용하는 수준이다.In the cathode active material composition, the conductive agent, binder, and solvent may be the same as those of the anode active material composition described above. In some cases, it is also possible to form voids in the electrode plate by further adding a plasticizer to the positive active material composition and the negative active material composition. The content of the cathode active material, conductive agent, binder, and solvent is at a level commonly used in a lithium battery.

상기 양극 집전체는 3 내지 500 ㎛의 두께로서, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테리인레스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것 등이 사용될 수 있다. 집전체는 그것의 표면에 미세한 요철을 형성하여 양극 활물질의 접착력을 높일 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태가 가능하다.The cathode current collector has a thickness of 3 to 500 μm, and is not particularly limited as long as it does not cause chemical change in the battery and has high conductivity. For example, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, fired carbon, Alternatively, aluminum or stainless steel surface treated with carbon, nickel, titanium, silver, or the like may be used. The current collector may form fine irregularities on its surface to increase the adhesion of the positive electrode active material, and various forms such as films, sheets, foils, nets, porous materials, foams, and non-woven fabrics are possible.

준비된 양극 활물질 조성물은 양극 집전체 상에 직접 코팅 및 건조되어 양극 극판을 제조할 수 있다. 다르게는, 상기 양극 활물질 조성물을 별도의 지지체 상에 캐스팅한 다음, 상기 지지체로부터 박리하여 얻은 필름을 양극 집전체 상에 라미네이션하여 양극 극판을 제조할 수 있다.The prepared cathode active material composition may be directly coated on a cathode current collector and dried to prepare a cathode electrode plate. Alternatively, a positive electrode plate may be manufactured by casting the positive active material composition on a separate support and then laminating a film obtained by peeling from the support on a positive current collector.

상기 양극과 음극은 세퍼레이터에 의해 분리될 수 있으며, 상기 세퍼레이터로는 리튬 전지에서 통상적으로 사용되는 것이라면 모두 사용될 수 있다. 특히 전해질의 이온 이동에 대하여 저저항이면서 전해액 함습 능력이 우수한 것이 적합하다. 예를 들어, 유리 섬유, 폴리에스테르, 테프론, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 그 조합물중에서 선택된 재질로서, 부직포 또는 직포 형태이여도 무방하다. 상기 세퍼레이타는 공극 직경이 0.01 ~ 10 ㎛이고, 두께는 일반적으로 5 ~ 300 ㎛인 것을 사용한다.The positive electrode and the negative electrode may be separated by a separator, and any separator commonly used in a lithium battery may be used. In particular, those having low resistance to ion migration of the electrolyte and excellent ability to absorb the electrolyte are suitable. For example, it is a material selected from glass fiber, polyester, Teflon, polyethylene, polypropylene, polytetrafluoroethylene (PTFE), and combinations thereof, and may be in the form of non-woven fabric or woven fabric. The separator has a pore diameter of 0.01 to 10 μm and a thickness of generally 5 to 300 μm.

리튬염 함유 비수계 전해질은, 비수 전해질과 리튬으로 이루어져 있다. 비수 전해질로는 비수 전해액, 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용된다.The lithium salt-containing non-aqueous electrolyte is composed of a non-aqueous electrolyte and lithium. A non-aqueous electrolyte, a solid electrolyte, an inorganic solid electrolyte, and the like are used as the non-aqueous electrolyte.

상기 비수 전해액으로는, 예를 들어, N-메틸-2-피롤리디논, 프로필렌 카르보네이트, 에틸렌 카르보네이트, 부틸렌 카르보네이트, 디메틸 카르보네이트, 디에틸 카르보네이트, 감마-부틸로 락톤, 1,2-디메톡시 에탄, 테트라하이드로푸란, 2-메틸 테트라하이드로푸란, 디메틸술폭시드, 1,3-디옥소란, 포름아미드, 디메틸포름아미드, 아세토니트릴, 니트로메탄, 포름산 메틸, 초산메틸, 인산 트리에스테르, 트리메톡시 메탄, 디옥소란 유도체, 설포란, 메틸 설포란, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 프로필렌 카르보네이트 유도체, 테트라하이드로푸란 유도체, 에테르, 피로피온산 메틸, 프로피온산 에틸 등의 비양자성 유기용매가 사용될 수 있다.Examples of the non-aqueous electrolyte include N-methyl-2-pyrrolidinone, propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and gamma-butyl Rolactone, 1,2-dimethoxyethane, tetrahydrofuran, 2-methyl tetrahydrofuran, dimethylsulfoxide, 1,3-dioxolane, formamide, dimethylformamide, acetonitrile, nitromethane, methyl formate, Methyl acetate, phosphoric acid triesters, trimethoxy methane, dioxolane derivatives, sulfolane, methyl sulfolane, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, propylene carbonate derivatives, tetrahydrofuran derivatives, ether, An aprotic organic solvent such as methyl propionate or ethyl propionate may be used.

상기 유기 고체 전해질로는, 예를 들어, 폴리에틸렌 유도체, 폴리에틸렌 옥사이드 유도체, 폴리프로필렌 옥사이드 유도체, 인산 에스테르 폴리머, 폴리 에지테이션 리신(agitation lysine), 폴리에스테르 술파이드, 폴리비닐 알코올, 폴리 불화 비닐리덴, 이온성 해리기를 포함하는 중합체 등이 사용될 수 있다.Examples of the organic solid electrolyte include polyethylene derivatives, polyethylene oxide derivatives, polypropylene oxide derivatives, phosphoric acid ester polymers, poly agitation lysine, polyester sulfide, polyvinyl alcohol, polyvinylidene fluoride, A polymer containing an ionic dissociation group or the like can be used.

상기 무기 고체 전해질로는, 예를 들어, Li3N, LiI, Li5NI2, Li3N-LiI-LiOH, LiSiO4, LiSiO4-LiI-LiOH, Li2SiS3, Li4SiO4, Li4SiO4-LiI-LiOH, Li3PO4-Li2S-SiS2 등의 Li의 질화물, 할로겐화물, 황산염 등이 사용될 수 있다.Examples of the inorganic solid electrolyte include Li 3 N, LiI, Li 5 NI 2 , Li 3 N-LiI-LiOH, LiSiO 4 , LiSiO 4 -LiI-LiOH, Li 2 SiS 3 , Li 4 SiO 4 , Nitride, halide, sulfate, and the like of Li such as Li 4 SiO 4 -LiI-LiOH, Li 3 PO 4 -Li 2 S-SiS 2 , etc. may be used.

상기 리튬염은 리튬 전지에서 통상적으로 사용되는 것이라면 모두 다 사용가능하며, 상기 비수계 전해질에 용해되기 좋은 물질로서, 예를 들어, LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, CF3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, 리튬클로로보레이트, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4 페닐 붕산 리튬, 이미드 등의 물질을 하나 이상 사용할 수 있다.The lithium salt can be used as long as it is commonly used in lithium batteries, and is a material that is good for dissolving in the non-aqueous electrolyte, for example, LiCl, LiBr, LiI, LiClO 4 , LiBF 4 , LiB 10 Cl 10 , LiPF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiCF 3 CO 2 , LiAsF 6 , LiSbF 6 , LiAlCl 4 , CH 3 SO 3 Li, CF 3 SO 3 Li, (CF 3 SO 2 ) 2 NLi, lithium chloroborate, lower aliphatic carbolic acid One or more materials such as lithium carbonate, lithium 4 phenyl borate, imide, etc. may be used.

리튬 이차 전지는 사용하는 세퍼레이터와 전해질의 종류에 따라 리튬 이온 전지, 리튬 이온 폴리머 전지 및 리튬 폴리머 전지로 분류될 수 있고, 형태에 따라 원통형, 각형, 코인형, 파우치형 등으로 분류될 수 있으며, 사이즈에 따라 벌크 타입과 박막 타입으로 나눌 수 있다.Lithium secondary batteries can be classified into lithium ion batteries, lithium ion polymer batteries, and lithium polymer batteries according to the type of separator and electrolyte used, and can be classified into cylindrical, prismatic, coin, pouch, etc. depending on the shape, Depending on the size, it can be divided into a bulk type and a thin film type.

이들 전지의 제조방법은 이 분야에 널리 알려져 있으므로 상세한 설명은 생략한다.Methods for manufacturing these batteries are well known in the art, so detailed descriptions are omitted.

이하, 실시예 및 비교예를 이용하여 본원을 좀 더 구체적으로 설명하지만, 본원이 이에 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, the present application will be described in more detail using Examples and Comparative Examples, but the present application is not limited thereto.

[실시예 1] [Example 1]

실리콘 분말(평균 입경(D50): 15 um) 을 5 중량부, 이소프로필 알코올(Isopropyl alcohol, IPA) 20 중량부, 스테아린산 1 중량부 및 LiOH 0.1 중량부를 혼합하여 비드밀에 투입하여, 평균 입경(D50)이 110 nm가 되도록 분쇄하였다(분쇄 단계).5 parts by weight of silicon powder (average particle diameter (D 50 ): 15 um), 20 parts by weight of isopropyl alcohol (IPA), 1 part by weight of stearic acid, and 0.1 part by weight of LiOH were mixed and put into a bead mill to obtain an average particle size (D 50 ) was ground to 110 nm (grinding step).

분쇄된 실리콘 함유 용액을 분무 건조하여 평균 입경(D50)이 5μm 인 전구체 분말을 제조하였다(전구체 분말 제조 단계). 상기 전구체 분말을 석유계 피치와 65 대 35 의 무게비로 혼합하여 180℃, 진공 하에서 6 시간 동안 열처리하였다(제1 열처리단계).The pulverized silicon-containing solution was spray-dried to prepare a precursor powder having an average particle diameter (D 50 ) of 5 μm (precursor powder preparation step). The precursor powder was mixed with petroleum-based pitch at a weight ratio of 65:35 and heat-treated at 180° C. for 6 hours under vacuum (first heat treatment step).

실리콘, 석유계 피치, 흑연을 탄화 후 중량 기준 60: 20: 20 의 비율로 복합화기에 투입하여 30 분간 복합화를 진행한 후(복합화 단계), 900℃, 비활성 분위기에서 열처리하여 음극 활물질을 제조하였다(제2 열처리단계).After carbonization, silicon, petroleum pitch, and graphite were put into a compounding machine at a ratio of 60: 20: 20 by weight, and compounding was performed for 30 minutes (composite step), and then heat treatment was performed at 900 ° C. in an inert atmosphere to prepare a negative electrode active material. (Second heat treatment step).

[실시예 2] [Example 2]

실리콘 입자의 평균 입경(D50)을 800 nm 로 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 음극 활물질을 제조하였다. An anode active material was prepared in the same manner as in Example 1, except that the average particle diameter (D 50 ) of the silicon particles was 800 nm.

[실시예 3] [Example 3]

실리콘 입자의 평균 입경(D50)을 45 nm 로 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 음극 활물질을 제조하였다. An anode active material was prepared in the same manner as in Example 1, except that the average particle diameter (D 50 ) of the silicon particles was 45 nm.

[실시예 4] [Example 4]

분쇄 단계에서 실리콘 분말의 투입량을 1 중량부로 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 음극 활물질을 제조하였다.An anode active material was prepared in the same manner as in Example 1, except that 1 part by weight of the silicon powder was added in the grinding step.

[비교예 1] [Comparative Example 1]

제1 열처리 단계를 실시하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 음극 활물질을 제조하였다. An anode active material was prepared in the same manner as in Example 1, except that the first heat treatment step was not performed.

[비교예 2] [Comparative Example 2]

제1 열처리단계에서 석유계 피치를 혼합하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 음극 활물질을 제조하였다. An anode active material was prepared in the same manner as in Example 1, except that petroleum pitch was not mixed in the first heat treatment step.

[제조예] [Production Example]

코인 하프 셀 제작Coin Half Cell Fabrication

상기 실시예 1 내지 4와 비교예 1 및 2에 의해서 제조된 음극 활물질, 도전재(Super P) 및 바인더(SBR-CMC)을 93:3:4 중량비로 균일하게 혼합하여 음극 슬러리를 준비하였다.An anode slurry was prepared by uniformly mixing the anode active material, conductive material (Super P), and binder (SBR-CMC) prepared in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2 in a weight ratio of 93:3:4.

준비한 음극 슬러리를 두께가 20㎛인 구리 호일 집전체에 코팅하고, 코팅이 완료된 극판은 120℃에서 30분 동안 건조시킨 다음, 압연(pressing)하여 음극을 제조하였다. The prepared negative electrode slurry was coated on a copper foil current collector having a thickness of 20 μm, and the coated electrode plate was dried at 120° C. for 30 minutes, and then pressed to prepare a negative electrode.

상기 음극 및 대극(counter electrode)으로는 금속 리튬을 사용하고, 분리막으로 PE 분리막(separator)을 사용하고, 전해질로는 EC(에틸렌카보네이트):DEC(디에틸카보네이트):DMC(디메틸카보네이트) (3:5:2 부피비) 혼합 용매에 1.0M LiPF6이 용해된 것을 사용하여 CR2032 type의 코인 하프 셀을 제조하였다.Metal lithium is used as the anode and counter electrode, a PE separator is used as the separator, and EC (ethylene carbonate): DEC (diethyl carbonate): DMC (dimethyl carbonate) (3 :5:2 volume ratio) A CR2032 type coin half cell was prepared by using 1.0M LiPF6 dissolved in a mixed solvent.

코인 풀 셀 제작coin full cell fabrication

상기 코인 하프 셀에 사용된 음극을 사용하고, 양극은 다음과 같이 제조하였다. 양극 활물질로서 LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2 및 바인더로서 PVA-PAA를 1:1의 중량비로 혼합하여 양극 슬러리를 준비하고, 상기 양극 슬러리를 두께가 12㎛인 알루미늄 호일 집전체에 코팅하고, 코팅이 완료된 극판을 120℃에서 15분 동안 건조시킨 다음, 압연(pressing)하여 양극을 제조하였다.Using the negative electrode used in the coin half cell, the positive electrode was prepared as follows. A positive electrode slurry was prepared by mixing LiNi 0.6 Co 0.2 Mn 0.2 O 2 as a positive electrode active material and PVA-PAA as a binder in a weight ratio of 1: 1, and the positive electrode slurry was coated on an aluminum foil current collector having a thickness of 12 μm, and the coating The completed electrode plate was dried at 120° C. for 15 minutes, and then pressed to prepare a positive electrode.

상기 양극 및 음극을 사용하고, 분리막으로 PE 분리막(separator)을 사용하고, 전해질로는 EC(에틸렌 카보네이트): DEC(디에틸카보네이트):DMC(디메틸카보네이트)(2:1:7 부피비) + FEC 20% 혼합 용매에 1.5M LiPF6이 용해된 것을 사용하여 CR2032 type의 코인 풀 셀을 제조하였다.The anode and cathode are used, a PE separator is used as the separator, and the electrolyte is EC (ethylene carbonate): DEC (diethyl carbonate): DMC (dimethyl carbonate) (2: 1: 7 volume ratio) + FEC A CR2032 type coin full cell was prepared by dissolving 1.5M LiPF6 in a 20% mixed solvent.

평가예 1: Raman, BET, 밀도 및 전도도 분석Evaluation Example 1: Raman, BET, density and conductivity analysis

Raman 분석Raman analysis

LabRam HR Evolution 라만 분광계(Horiba Jobin-Yvon, France)를 사용하여 실시예 1 내지 4에서 제조한 음극 활물질을 분석하였다.The negative active materials prepared in Examples 1 to 4 were analyzed using a LabRam HR Evolution Raman spectrometer (Horiba Jobin-Yvon, France).

라만 시스템은 514 nm의 여기 파장을 가지고 10 mW의 힘으로 작동하는 Ar+ ion 레이저를 사용하였다.The Raman system used an Ar+ ion laser operating at a power of 10 mW with an excitation wavelength of 514 nm.

분석 결과, 실리콘에 해당하는 피크(500 cm-1부근)과 비정질 탄소의 D 밴드(1320 cm-1부근) 및 결정질 탄소의 G 밴드(1600 cm-1부근)에 해당하는 피크를 각각 확인할 수 있었다.As a result of the analysis, peaks corresponding to the peak corresponding to silicon (near 500 cm -1 ), the D band of amorphous carbon (near 1320 cm -1 ) and the G band of crystalline carbon (near 1600 cm -1 ) were identified, respectively. .

또한, 비정질 탄소 해당 피크(Id)와 결정질 탄소 해당 피크(Ig)의 높이 비(Id/Ig)가 0.5 내지 2.0이고, D band 피크의 반치전폭은 50 내지 150이고, G band 피크의 반치전폭은 30 내지 80임을 확인할 수 있었다.In addition, the height ratio (I d /I g ) of the amorphous carbon corresponding peak (I d ) and the crystalline carbon corresponding peak (I g ) is 0.5 to 2.0, the full width at half maximum of the D band peak is 50 to 150, and the G band peak It was confirmed that the full width at half maximum of was 30 to 80.

BET 분석BET Analysis

실시예 1 내지 4와 비교예 1및 2의 음극 활물질의 표면적 및 공극 부피를 Micromeritics 사의 TriStar II 3020 장비로 측정하여, 하기 표 1에 나타내었다. The surface area and pore volume of the negative electrode active materials of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2 were measured using a Micromeritics TriStar II 3020 instrument, and are shown in Table 1 below.

또한, 실시예 1 및 비교예 2의 BET측정을 통한 흡/탈착 특성을 도 2에 나타내었다.In addition, the absorption / desorption characteristics of Example 1 and Comparative Example 2 through BET measurement are shown in FIG. 2.

표면적 및 공극 부피는 액체질소 온도 (77K)에서 상대압력 변화에 따른 질소가스의 흡착량을 통해 측정되었다.The surface area and pore volume were measured through the adsorption amount of nitrogen gas according to the relative pressure change at liquid nitrogen temperature (77K).

제1 열처리 단계의 실시하지 않은 비교예 1이나 제1 열처리 단계에서 석유계 피치를 혼합하지 않은 비교예 2에 비해서 실시예 1 내지 4의 공극 부피가 매우 작다는 것을 확인할 수 있었다.It was confirmed that the pore volume of Examples 1 to 4 was very small compared to Comparative Example 1 in which the first heat treatment step was not performed or Comparative Example 2 in which the petroleum pitch was not mixed in the first heat treatment step.

즉, 1 차 열처리 단계를 통해서 음극 활물질의 공극 부피를 조절할 수 있다는 것을 확인할 수 있었다.That is, it was confirmed that the pore volume of the negative electrode active material could be adjusted through the first heat treatment step.

전도도 분석Conductivity analysis

실시예 1 내지 4와 비교예 1및 2의 음극 활물질의 전기 전도도를 가변전위 및 전류발생 장치와 연결된 4침법으로 측정하여, 하기 표 1에 나타내었다. The electrical conductivity of the anode active materials of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2 was measured by a 4-needle method connected to a variable potential and current generator, and is shown in Table 1 below.

구체적으로 펠렛(pellet)화된 음극 활물질의 분말에 800-2,400 kgf의 하중을 인가하면서 4침법으로 전기 전도도를 측정하였다.Specifically, electrical conductivity was measured by a 4-needle method while applying a load of 800-2,400 kgf to the pelletized powder of the negative electrode active material.

밀도 분석density analysis

2g의 음극 활물질을 직경 18mm의 압연기에 장입 후 하중을 인가하면서 펠렛의 두께를 측정하고, 이를 통해 밀도를 계측합니다. After loading 2g of anode active material into a rolling mill with a diameter of 18mm, measure the thickness of the pellet while applying a load, and measure the density through this.

밀도 측정시, 코어의 경우 제1 열처리된 열처리 분말을 사용하였고, 쉘의 경우, 흑연 및 비정질 탄소를 혼합 후 제2 열처리한 분말을 사용하였습니다When measuring the density, the first heat treatment powder was used for the core, and the second heat treatment powder after mixing graphite and amorphous carbon was used for the shell.

산소함량 (%)Oxygen content (%) 코어 비표면적
(m2/g)
core specific surface area
(m 2 /g)
코어
공극 부피
(cc/g)
core
void volume
(cc/g)
전도도
(S/cm)
conductivity
(S/cm)
음극 활물질 밀도
(g/cc)
negative active material density
(g/cc)
실시예 1Example 1 5.85.8 19.219.2 0.030.03 37.937.9 1.461.46 실시예 2Example 2 4.64.6 6.76.7 0.020.02 41.341.3 1.501.50 실시예 3Example 3 6.66.6 28.728.7 0.030.03 31.831.8 1.291.29 실시예 4Example 4 4.94.9 2.12.1 0.010.01 11.311.3 1.071.07 비교예 1Comparative Example 1 5.95.9 24.524.5 0.250.25 12.612.6 1.191.19 비교예 2Comparative Example 2 8.18.1 97.297.2 0.680.68 42.742.7 1.531.53

평가예 2: SEM 분석Evaluation Example 2: SEM analysis

실시예 1에 의해서 제조된 음극 활물질의 단면에 대하여 전자주사현미경(SEM) 분석을 실시한 결과를 도 3a에 나타내었다.The results of scanning electron microscope (SEM) analysis on the cross section of the negative electrode active material prepared in Example 1 are shown in FIG. 3A.

실리콘 입자를 포함하는 코어와 코어를 둘러싸고 있는 탄소계 쉘을 확인할 수 있었다.A core containing silicon particles and a carbon-based shell surrounding the core were identified.

또한, 코어의 실리콘 입자의 형상을 확인하기 위해서 전자주사현미경(SEM) 분석을 실시한 결과를 도3b에 나타내었다.In addition, in order to confirm the shape of the silicon particles of the core, the results of scanning electron microscopy (SEM) analysis are shown in FIG. 3B.

구상과 인편상의 실리콘 입자를 확인할 수 있었고, 실리콘 입자들은 서로 인접해 있고, 한 실리콘 입자의 중심으로부터 인접한 다른 한 실리콘 입자의 중심까지의 거리가 200nm 이하일 수 있음을 확인할 수 있었다.Spherical and scaly silicon particles were confirmed, and it was confirmed that the silicon particles are adjacent to each other, and the distance from the center of one silicon particle to the center of another adjacent silicon particle may be 200 nm or less.

즉, SEM 분석을 통해서, 본원의 음극 활물질이 코어-쉘 구조이고, 코어에 서로 인접하여 위치하는 실리콘 입자들이 포함됨을 확인할 수 있었다.That is, through SEM analysis, it was confirmed that the anode active material of the present disclosure has a core-shell structure, and includes silicon particles located adjacent to each other in the core.

평가예 3: 전지 특성 평가Evaluation Example 3: Battery Characteristics Evaluation

실시예 1 내지 4와 비교예 1 및 2에 의해서 제조된 음극 활물질을 이용하여 제조한 코인 하프 셀 및 코인 풀 셀에 대하여 전지 특성을 아래와 같이 평가하였다.The battery characteristics of the coin half cell and the coin full cell manufactured using the anode active material prepared in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2 were evaluated as follows.

수명 특성 측정을 위해서는 코인 풀 셀을 사용하였고, 이외의 전지 특성 평가에는 코인 하프 셀이 사용되었다.A coin full cell was used to measure lifespan characteristics, and a coin half cell was used to evaluate other battery characteristics.

실시예 1 내지 4와 비교예 1 및 2 에 의해서 제조된 음극 활물질을 이용하여 제조한 코인 하프 셀을 각각 25℃에서 0.1C rate의 전류로 전압이 0.01V(vs. Li)에 이를 때까지 정전류 충전하고, 0.01V를 유지하면서 전류가 0.05C가 될 때까지 정전압 충전하였다. 충전이 완료된 셀을 10분간 휴지시킨 후, 방전시에 전압이 1.5V(vs. Li)에 이를 때까지 0.1C의 정전류로 방전하였다(2회 실시, 초기 formation). 상기 "C"는 셀의 방전속도로서, 셀의 총 용량을 총 방전시간으로 나누어 얻어진 값을 의미한다. The coin half-cells manufactured using the negative electrode active materials prepared in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2 were subjected to constant current until the voltage reached 0.01V (vs. Li) at a current of 0.1C rate at 25 ° C, respectively. After charging, constant voltage charging was performed until the current reached 0.05C while maintaining 0.01V. After resting the charged cell for 10 minutes, it was discharged with a constant current of 0.1C until the voltage reached 1.5V (vs. Li) during discharge (2 times, initial formation). The "C" is the discharge rate of the cell, which means a value obtained by dividing the total capacity of the cell by the total discharge time.

실시예 1 내지 4와 비교예 1 및 2 에 의해서 제조된 음극 활물질을 이용하여 제조한 코인 풀 셀을 각각 25℃에서 0.1C rate의 전류로 전압이 4.2V(vs. Li)에 이를 때까지 정전류 충전하고, 4.2V를 유지하면서 전류가 0.05C가 될 때까지 정전압 충전하였다. 충전이 완료된 셀을 10분간 휴지시킨 후, 방전시에 전압이 2.7V(vs. Li)에 이를 때까지 0.1C의 정전류로 방전하였다(2회 실시, 초기 formation).The coin full cells manufactured using the negative electrode active materials prepared in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2 were subjected to constant current until the voltage reached 4.2V (vs. Li) at a current of 0.1C rate at 25 ° C, respectively. After charging, constant voltage charging was performed until the current reached 0.05C while maintaining 4.2V. After resting the charged cell for 10 minutes, it was discharged with a constant current of 0.1 C until the voltage reached 2.7V (vs. Li) during discharge (2 times, initial formation).

이후, 셀을 25℃에서 1.0C rate의 전류로 전압이 4.2V(vs. Li)에 이를 때까지 정전류 충전하고, 4.2V를 유지하면서 전류가 0.05C가 될 때까지 정전압 충전하였다. 충전이 완료된 코인셀을 10분간 휴지시킨 후, 방전시에 전압이 2.7V(vs. Li)에 이를 때까지 1.0C의 정전류로 방전하는 사이클을 반복하였다(1~100번째 사이클).Thereafter, the cell was charged with a constant current at 25 ° C. at a current of 1.0C rate until the voltage reached 4.2V (vs. Li), and was charged with a constant voltage until the current reached 0.05C while maintaining 4.2V. After resting the charged coin cell for 10 minutes, a cycle of discharging at a constant current of 1.0 C was repeated until the voltage reached 2.7V (vs. Li) during discharge (cycles 1 to 100).

실시예 1 내지 4와 비교예 1 및 2 에 의해서 제조된 음극 활물질을 이용한 셀의 측정된 초기 방전용량, 초기 효율 및 수명 특성을 하기 표 2에 나타내었다.Table 2 below shows the measured initial discharge capacity, initial efficiency, and lifespan characteristics of cells using negative electrode active materials prepared in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2.

초기 방전용량은 1번째 사이클에서의 방전 용량이다. The initial discharge capacity is the discharge capacity in the first cycle.

초기효율 및 수명특성은 각각 하기 수학식 1 및 2로부터 계산되었다.Initial efficiency and lifetime characteristics were calculated from Equations 1 and 2, respectively.

<수학식 1><Equation 1>

초기효율[%]=[1번째 사이클에서의 방전용량 / 1번째 사이클에서의 충전용량]Х100Initial efficiency [%]=[Discharge capacity in the 1st cycle / Charge capacity in the 1st cycle]Х100

<수학식 2><Equation 2>

수명 특성[%]=[100번째 사이클의 방전용량 / 1번째 사이클의 방전용량]Х100Life characteristics [%]=[Discharge capacity at the 100th cycle / Discharge capacity at the 1st cycle]Х100

초기 방전용량
(mAh/g)
initial discharge capacity
(mAh/g)
초기 효율
(%)
initial efficiency
(%)
수명특성
(%@100th)
life characteristics
(%@100th)
실시예 1Example 1 1374.31374.3 84.284.2 88.488.4 실시예 2Example 2 1489.21489.2 88.988.9 72.472.4 실시예 3Example 3 1318.61318.6 81.781.7 88.188.1 실시예 4Example 4 1174.31174.3 85.885.8 87.987.9 비교예 1Comparative Example 1 1329.61329.6 86.286.2 85.985.9 비교예 2Comparative Example 2 1299.41299.4 77.977.9 86.486.4

제1 열처리 단계의 실시하지 않은 비교예 1이나 제1 열처리 단계에서 석유계 피치를 혼합하지 않은 비교예 2에 비해서 실시예 1은 높은 초기 방전 용량과 우수한 수명 특성을 가짐을 알 수 있었다.Compared to Comparative Example 1 in which the first heat treatment step was not performed or Comparative Example 2 in which the petroleum pitch was not mixed in the first heat treatment step, Example 1 was found to have a high initial discharge capacity and excellent life characteristics.

한편, 실시예 1 내지 4와 비교예 1 및 2 에 의해서 제조된 음극 활물질을 이용하여 제조한 코인 하프 셀의 측정된 출력 특성 및 내부 저항 특성을 하기 표 3에 나타내었다.Meanwhile, the measured output characteristics and internal resistance characteristics of the coin half cells manufactured using the negative electrode active materials prepared in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2 are shown in Table 3 below.

출력 특성은 하기 수학식 3으로부터 계산되었다.The output characteristics were calculated from Equation 3 below.

<수학식 3><Equation 3>

출력특성[%]=[2.0C의 속도로 방전시킬 ‹š의 방전용량/0.1C의 속도로 발정시킬 때의 방전용량] Х100Output characteristics [%] = [discharge capacity of when discharged at a rate of 2.0C/discharge capacity when heat is generated at a rate of 0.1C] Х100

또한, 실시예 1 내지 4와 비교예 1 및 2 에 의해서 제조된 음극 활물질을 이용하여 제조한 코인 하프 셀을 상온(25℃에서 4.1 mA 및 0.01V로 충전하고 0.01V 에서 컷-오프 하여, 5 내지 10 mV의 아주 작은 여기 진폭(excitation amplitude)과 1 MHz 내지 1 mHz의 주파수(frequency) 조건 하에서 AC 저항값을 측정하였다.In addition, the coin half-cells prepared using the negative electrode active materials prepared in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2 were charged at room temperature (25 ° C. at 4.1 mA and 0.01V and cut-off at 0.01V, so that 5 AC resistance values were measured under the conditions of a very small excitation amplitude of 1 to 10 mV and a frequency of 1 MHz to 1 mHz.

출력특성
(%@2.0 C)
output characteristics
(%@2.0 C)
AC 저항 (Ω)AC Resistance (Ω)
실시예 1Example 1 82.882.8 48.348.3 실시예 2Example 2 78.378.3 49.149.1 실시예 3Example 3 75.175.1 63.163.1 실시예 4Example 4 69.169.1 46.246.2 비교예 1Comparative Example 1 79.179.1 59.159.1 비교예 2Comparative Example 2 72.172.1 55.755.7

상기 표 3에 나타낸 바와 같이, 제1 열처리 단계만이 상이한 실시예 1과 비표예 1 및 2의 제조된 음극 활물질을 이용하여 제조한 전지의 특성을 비교해 보면, 제1 열처리 단계를 거치지 않은 비교예 1이나 제1 열처리 단계에서 석유계 피치를 혼합하지 않은 비교예 2에 비해서 실시예 1은 AC 저항 측정값이 낮았고, 출력 특성이 우수하였다.As shown in Table 3, comparing the characteristics of the batteries manufactured using the negative electrode active materials prepared in Example 1 and Non-Table Examples 1 and 2, in which only the first heat treatment step is different, Comparative Example not subjected to the first heat treatment step Compared to Comparative Example 2 in which petroleum pitch was not mixed in the first heat treatment step or the first heat treatment step, Example 1 had a low AC resistance measurement value and excellent output characteristics.

즉, 음극 활물질의 제조시 제1 열처리 단계의 유무 및 제1 열처리 단계의 공정 조건 변화에 의해서 전지의 출력 특성과 AC 저항 특성이 영향을 받음을 알 수 있었다.That is, it was found that the output characteristics and AC resistance characteristics of the battery were affected by the presence or absence of the first heat treatment step and the change in process conditions of the first heat treatment step during the manufacture of the negative electrode active material.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위, 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is indicated by the claims to be described later rather than the detailed description above, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and equivalent concepts thereof are interpreted as being included in the scope of the present invention. It should be.

Claims (18)

금속 입자를 포함하는 코어; 및
상기 코어를 둘러싸는 쉘;을 포함하고,
상기 금속 입자는 Mg, Al, Si, Ca, Fe, Mg, Mn, Co, Ni, Zn 및 Ge로 이루어진 그룹에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하며,
상기 코어의 공극 부피가 0.1 cc/g 이하인,
음극 활물질.
A core containing metal particles; and
Including; a shell surrounding the core;
The metal particles include at least one selected from the group consisting of Mg, Al, Si, Ca, Fe, Mg, Mn, Co, Ni, Zn, and Ge,
The void volume of the core is 0.1 cc / g or less,
cathode active material.
제1항에 있어서,
상기 금속 입자는 실리콘(Si) 함유 입자인,
음극 활물질.
According to claim 1,
The metal particle is a particle containing silicon (Si),
cathode active material.
제2항에 있어서,
상기 실리콘(Si) 함유 입자는 실리콘 입자, 실리콘 산화물 입자, 실리콘 탄화물 입자 및 실리콘 합금 입자로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하는,
음극 활물질.
According to claim 2,
The silicon (Si)-containing particles include at least one selected from the group consisting of silicon particles, silicon oxide particles, silicon carbide particles, and silicon alloy particles,
cathode active material.
제2항에 있어서,
상기 실리콘(Si) 함유 입자의 평균 입경(D50)이 50~200nm 이고,
하기 화학식 1로 표시되는,
음극 활물질.

[화학식 1]
SiOx (0≤x≤0.5)
According to claim 2,
The average particle diameter (D50) of the silicon (Si)-containing particles is 50 to 200 nm,
Represented by Formula 1 below,
cathode active material.

[Formula 1]
SiOx (0≤x≤0.5)
제1항에 있어서,
상기 금속 입자의 결정립의 크기가 5~50nm 인,
음극 활물질.
According to claim 1,
The size of the crystal grains of the metal particles is 5 to 50 nm,
cathode active material.
제1항에 있어서,
상기 금속 입자는 상기 코어의 전체 중량을 기준으로 50~95 중량% 포함되는,
음극 활물질.
According to claim 1,
The metal particles are contained in 50 to 95% by weight based on the total weight of the core,
cathode active material.
제1항에 있어서,
서로 인접한 상기 금속 입자간 거리는 각 입자의 중심으로부터 200nm 이내인,
음극 활물질.
According to claim 1,
The distance between the metal particles adjacent to each other is within 200 nm from the center of each particle,
cathode active material.
제1항에 있어서,
평균 입도(D50)가 5~20μm인,
음극 활물질.
According to claim 1,
The average particle size (D50) is 5 to 20 μm,
cathode active material.
제1항에 있어서,
상기 코어의 평균 입경(D50)과 상기 음극 활물질의 평균 입경(D50)의 비(상기 코어의 평균 입경(D50)/상기 음극 활물질의 평균 입경(D50))가 0.1~0.9인,
음극 활물질.
According to claim 1,
The ratio of the average particle diameter (D50) of the core and the average particle diameter (D50) of the negative active material (average particle diameter (D50) of the core/average particle diameter (D50) of the negative electrode active material) is 0.1 to 0.9,
cathode active material.
제1항에 있어서
전기 전도도가 50 S/cm 이하인,
음극 활물질.
According to claim 1
electrical conductivity of 50 S/cm or less;
cathode active material.
제1항에 있어서,
라만 분석을 통한 비정질 탄소 해당 피크(Id)와 결정질 탄소 해당 피크(Ig)의 높이 비(Id/Ig)가 0.5 내지 2.0인,
음극 활물질.
According to claim 1,
The height ratio (I d /I g ) of the amorphous carbon corresponding peak (I d ) and the crystalline carbon corresponding peak (I g ) through Raman analysis is 0.5 to 2.0,
cathode active material.
제1항에 있어서,
라만 분석을 통한 비정질 탄소의 D band 피크의 반치전폭은 50 내지 150이고,
라만 분석을 통한 결정질 탄소의 G band 피크의 반치전폭은 30 내지 80인,
음극 활물질.
According to claim 1,
The full width at half maximum of the D band peak of amorphous carbon through Raman analysis is 50 to 150,
The full width at half maximum of the G band peak of crystalline carbon through Raman analysis is 30 to 80,
cathode active material.
금속 함유 입자를 포함하는 용액을 분무 건조하여 전구체 분말을 제조하는 단계;
상기 전구체 분말 및 제1 비정질 탄소를 혼합하고 제1 열처리하여, 열처리 분말을 제조하는 단계;
상기 열처리 분말, 결정질 탄소 및 제2 비정질 탄소를 혼합하여 복합화하는 단계; 및
제2 열처리하는 단계;를 포함하고,
상기 금속은 Si, Al, Ti, Mn, Ni, Cu, V, Zr, Mn, Co, Fe 및 Nb 중에서 선택되는 1종 이상인,
음극 활물질의 제조방법.
preparing a precursor powder by spray drying a solution containing metal-containing particles;
preparing a heat-treated powder by mixing the precursor powder and the first amorphous carbon and performing a first heat treatment;
mixing and complexing the heat-treated powder, crystalline carbon, and second amorphous carbon; and
A second heat treatment step; including,
The metal is at least one selected from Si, Al, Ti, Mn, Ni, Cu, V, Zr, Mn, Co, Fe and Nb,
A method for producing an anode active material.
제13항에 있어서,
상기 제1 및 제2 비정질 탄소는 각각 석탄계 피치, 메조페이스 피치(mesophase pitch), 석유계 피치, 타르, 석탄계 오일, 석유계 중질유, 유기 합성 피치, 수크로오스(sucrose), 나프탈렌 수지, 폴리비닐알코올 수지, 퍼푸릴 알코올(furfuryl alcohol) 수지, 폴리아크릴로니트릴 수지, 폴리아미드 수지, 페놀 수지, 퓨란 수지, 셀룰로오스 수지, 스티렌 수지, 에폭시 수지 또는 염화 비닐 수지, 블록 공중합체, 폴리올 및 폴리이미드 수지로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상이고,
상기 결정질 탄소는 천연흑연, 인조흑연, 팽창흑연, 그래핀, 카본블랙 및 플러렌로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상인,
음극 활물질의 제조방법.
According to claim 13,
The first and second amorphous carbons are respectively coal-based pitch, mesophase pitch, petroleum-based pitch, tar, coal-based oil, petroleum-based heavy oil, organic synthetic pitch, sucrose, naphthalene resin, polyvinyl alcohol resin , furfuryl alcohol resin, polyacrylonitrile resin, polyamide resin, phenol resin, furan resin, cellulose resin, styrene resin, epoxy resin or vinyl chloride resin, block copolymer, polyol and polyimide resin At least one selected from the group
The crystalline carbon is at least one selected from the group consisting of natural graphite, artificial graphite, expanded graphite, graphene, carbon black and fullerene,
A method for producing an anode active material.
제13항에 있어서,
상기 복합화 단계는 밀링, 교반, 혼합 및 압축으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상에 의해서 수행되는,
음극 활물질의 제조방법.
According to claim 13,
The compounding step is performed by any one or more selected from the group consisting of milling, stirring, mixing, and compression.
A method for producing an anode active material.
제13항에 있어서,
상기 제1 열처리 단계는 진공 하에서 100~500℃로 처리되고,
상기 제2 열처리 단계의 처리 온도는 700~1,100℃인,
음극 활물질의 제조방법.
According to claim 13,
The first heat treatment step is treated at 100 to 500 ° C. under vacuum,
The treatment temperature of the second heat treatment step is 700 ~ 1,100 ℃,
A method for producing an anode active material.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항의 음극 활물질을 포함하는,
전극.
Comprising the negative electrode active material of any one of claims 1 to 12,
electrode.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항의 음극 활물질을 포함하는 음극;
상기 음극과 대항하여 위치하는 양극; 및
상기 음극과 상기 양극 사이에 배치된 전해질;을 포함하는,
리튬 이차전지.
A negative electrode comprising the negative electrode active material of any one of claims 1 to 12;
an anode positioned opposite to the cathode; and
Including, an electrolyte disposed between the cathode and the anode;
lithium secondary battery.
KR1020210092992A 2021-07-15 2021-07-15 Anode active material, method for preparing the same, and rechargeable lithium battery comprising the same KR20230012315A (en)

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