KR20070071732A - Negative electrode for lithium secondary battery and lithium secondary battery comprising same - Google Patents

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Abstract

Provided are a negative electrode for a lithium secondary battery, and a lithium secondary battery containing the negative electrode of which discharge capacity, initial efficiency and lifetime characteristics are improved. The negative electrode comprises a current collector; and a negative electrode active material layer which comprises a negative electrode active material represented by Li_xM_yV_z O_(2+d), a conducting material, graphite and a binder, wherein the ratio of the negative electrode active material and the conducting material is 90:10 to 99;1 by weight; 0.1<=x<=2.5; 0<=y<=0.5; 0.5<=z<=1.5; 0<=d<=0.5; and M is at least one metal selected from the group consisting of Al, Cr, Mo, Ti, W and Z. Preferably the conducting material is at least one selected from the group consisting of a carbon-based material, a metal material, a metal oxide and an electrically conductive polymer.

Description

리튬 이차 전지용 음극 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지{NEGATIVE ELECTRODE FOR LITHIUM SECONDARY BATTERY AND LITHIUM SECONDARY BATTERY COMPRISING SAME}A negative electrode for a lithium secondary battery and a lithium secondary battery including the same TECHNICAL FIELD

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차 전지의 개략 단면도.1 is a schematic cross-sectional view of a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention.

[산업상 이용 분야][Industrial use]

본 발명은 리튬 이차 전지용 음극 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전지의 효율 및 수명 특성을 향상시킬 수 있는 리튬 이차 전지용 음극 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지에 관한 것이다.The present invention relates to a negative electrode for a lithium secondary battery and a lithium secondary battery including the same, and more particularly, to a negative electrode for a lithium secondary battery capable of improving efficiency and lifespan characteristics of a battery, and a lithium secondary battery including the same.

[종래 기술][Prior art]

최근의 휴대용 소형 전자기기의 전원으로서 각광받고 있는 리튬 이차 전지는 유기 전해액을 사용하여 기존의 알칼리 수용액을 사용한 전지보다 2배 이상의 높은 방전 전압을 보임으로써 높은 에너지 밀도를 나타내는 전지이다.Lithium secondary batteries, which are in the spotlight as power sources of recent portable small electronic devices, exhibit high energy density by showing a discharge voltage that is twice as high as that of a battery using an alkaline aqueous solution using an organic electrolyte solution.

리튬 이차 전지의 양극 활물질로는 LiCoO2, LiMn2O4, LiNi1 -xCoxO2(0 < X < 1) 등과 같이, 리튬의 인터칼레이션이 가능한 구조를 가진 리튬과 전이 금속으로 이루어진 산화물을 주로 사용하였다. As a cathode active material of a lithium secondary battery, lithium and a transition metal having a structure capable of intercalation of lithium, such as LiCoO 2 , LiMn 2 O 4 , and LiNi 1- x Co x O 2 (0 <X <1), etc. Oxides were mainly used.

음극 활물질로는 리튬의 삽입 및 탈리가 가능한 인조 흑연, 천연 흑연 및 하드 카본을 포함한 다양한 형태의 탄소계 재료가 적용되어 왔다. 상기 탄소 계열중 흑연은 리튬 대비 방전 전압이 -0.2V로 낮아, 흑연을 음극 활물질로 사용한 전지는 3.6V의 높은 방전 전압을 나타내어, 리튬 전지의 에너지 밀도면에서 이점을 제공하며, 또한 뛰어난 가역성으로 리튬 이차 전지의 장수명을 보장하여 가장 널리 사용되고 있다. 그러나 흑연을 활물질로 극판을 제조할 경우 극판 밀도가 낮아져 극판의 단위 부피당 에너지 밀도 측면에서 용량이 낮은 문제점이 있다 또한, 높은 방전 전압에서는 흑연이 사용되는 유기 전해액과의 부반응이 일어나기 쉬워, 전지의 오동작 및 과충전 등에 의해 발화 혹은 폭발의 위험성이 있다. As the negative electrode active material, various types of carbon-based materials including artificial graphite, natural graphite, and hard carbon capable of inserting and desorbing lithium have been applied. The graphite in the carbon series has a low discharge voltage of -0.2V compared to lithium, and the battery using graphite as a negative electrode active material exhibits a high discharge voltage of 3.6V, providing an advantage in terms of energy density of the lithium battery and providing excellent reversibility. It is the most widely used to ensure the long life of the lithium secondary battery. However, when the electrode plate is manufactured using graphite as an active material, there is a problem in that the electrode plate density is low, and thus the capacity is low in terms of energy density per unit volume of the electrode plate. Also, at high discharge voltages, side reactions with the organic electrolyte in which graphite is used easily occur, thereby causing battery malfunction. And risk of fire or explosion due to overcharging.

이러한 문제를 해결하기 위하여, 산화물의 음극 활물질이 최근 개발되고 있다. 일례로 후지 필름이 연구 개발한 비정질의 주석 산화물은 중량당 800 mAh/g의 고용량을 나타내나, 초기 비가역 용량이 50% 정도 되는 치명적인 문제가 있다. 또한 충방전에 의해 주석 산화물 중 일부가 산화물에서 주석 금속으로 환원되는 등 부수적인 문제도 심각하게 발생되고 있어 전지에의 사용을 더욱 어렵게 하고 있는 실정이다. In order to solve this problem, an anode active material of oxide has been recently developed. For example, the amorphous tin oxide researched and developed by Fujifilm has a high capacity of 800 mAh / g per weight, but has a fatal problem of having an initial irreversible capacity of about 50%. In addition, incidental problems such as reduction of some tin oxides from oxides to tin metals due to charging and discharging are also seriously occurring, making it more difficult to use them in batteries.

이외에 산화물 음극으로 일본 특허 공개 번호 제2002-216753호에 LiaMgbVOc(0.05≤a≤3, 0.12≤b≤2, 2≤2c-a-2b≤5) 음극 활물질이 기술되어 있다. 또한, 일본 전지 토론회 2002년 요지집번호 3B05에서는 Li1 .1V0 .9O2의 리튬 이차 전지 음극 특성에 대해 발표된 바 있다. In addition, Japanese Patent Laid-Open No. 2002-216753 describes Li a Mg b VO c (0.05 ≦ a ≦ 3, 0.12 ≦ b ≦ 2, 2 ≦ 2c-a-2b ≦ 5) as an oxide cathode. Further, in the Japanese Battery discussion yojijip number 3B05 2002 years been published for a lithium secondary battery negative electrode characteristics of the Li 1 .1 V 0 .9 O 2 .

그러나 아직 산화물 음극으로는 만족할만한 전지 성능을 나타내지 못하여 그에 관한 연구가 계속 진행중에 있다.However, the oxide negative electrode does not yet exhibit satisfactory battery performance, and research on it is ongoing.

본 발명의 목적은 전지의 초기 효율 및 수명 특성을 향상시킬 수 있는 리튬 이차 전지용 음극을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a negative electrode for a lithium secondary battery that can improve the initial efficiency and life characteristics of the battery.

본 발명의 또 다른 목적은 또한 상기 음극을 포함하는 리튬 이차 전지를 제공하는 것이다.Still another object of the present invention is to provide a lithium secondary battery including the negative electrode.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따르면 집전체 및 상기 집전체에 형성되며, 하기 화학식 1의 음극 활물질, 도전재, 흑연 및 바인더를 포함하는 음극 활물질층을 포함하는 리튬 이차 전지용 음극을 제공한다. 이때 상기 음극 활물질과 도전재는 90:10 내지 99:1의 중량비로 포함되는 것이 바람직하다.In order to achieve the above object, according to an embodiment of the present invention is formed on the current collector and the current collector, for a lithium secondary battery comprising a negative electrode active material layer comprising a negative electrode active material, a conductive material, graphite and a binder of the formula (1) Provide a cathode. In this case, the negative electrode active material and the conductive material are preferably included in a weight ratio of 90:10 to 99: 1.

[화학식 1][Formula 1]

LixMyVzO2 +d Li x M y V z O 2 + d

(상기 화학식 1에서, 0.1 ≤ x ≤ 2.5, 0 ≤ y ≤ 0.5, 0.5 ≤ z ≤ 1.5, 0 ≤ d ≤ 0.5 이며, M은 Al, Cr, Mo, Ti, W, 및 Zr로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 금속이다.) (In Formula 1, 0.1 ≤ x ≤ 2.5, 0 ≤ y ≤ 0.5, 0.5 ≤ z ≤ 1.5, 0 ≤ d ≤ 0.5, M is selected from the group consisting of Al, Cr, Mo, Ti, W, and Zr Is one or more metals.)

본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 상기 음극, 양극 활물질을 포함하는 양극 및 전해질을 포함하는 리튬 이차 전지를 제공한다.According to another embodiment of the present invention, there is provided a lithium secondary battery including the cathode, an anode including an anode active material, and an electrolyte.

이하 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

본 발명은 리튬 이차 전지용 음극에 관한 것으로서, 상기 음극은 집전체; 및 상기 집전체에 형성되며, 상기 화학식 1의 음극 활물질, 도전재, 흑연 및 바인더를 포함하는 음극 활물질층을 포함한다. The present invention relates to a negative electrode for a lithium secondary battery, wherein the negative electrode comprises a current collector; And a negative electrode active material layer formed on the current collector and including the negative electrode active material, the conductive material, the graphite, and the binder of Chemical Formula 1.

본 발명에서는 음극 활물질층에서의 음극 활물질과 도전재의 함량을 최적화함으로써, 전지의 초기 효율 및 수명 특성을 향상시킬 수 있었다.In the present invention, by optimizing the content of the negative electrode active material and the conductive material in the negative electrode active material layer, it was possible to improve the initial efficiency and life characteristics of the battery.

이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차 전지용 음극에서의 음극 활물질층은 상기 음극 활물질과 도전재를 90:10 내지 99:1의 중량비로 포함하며, 보다 바람직하게는 93:7 내지 97:3의 중량비로 포함한다. 상기 음극 활물질과 도전재의 혼합 중량비가 상기 범위 내에서는 초기효율특성이나 초기 방전 용량 값이 커서 전지 설계시 고용량 전지 설계가 가능하며 또한 수명특성 또한 우수하여 바람직하고, 상기 범위를 벗어나면 초기효율특성이나 방전용량특성이 떨어져 셀 설계시 고용량 전지의 설계에 있어서 어려움이 있어 바람직하지 않다.Accordingly, the negative electrode active material layer in the negative electrode for a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention includes the negative electrode active material and the conductive material in a weight ratio of 90:10 to 99: 1, more preferably 93: 7 to 97 It is included in the weight ratio of 3: 3. When the mixed weight ratio of the negative electrode active material and the conductive material is within the above range, the initial efficiency characteristic or the initial discharge capacity value is large, so that a high capacity battery can be designed in the battery design, and the lifespan characteristics are also excellent. The discharge capacity characteristics are not preferable because of the difficulty in designing a high capacity battery when designing a cell.

본 발명에서의 음극 활물질은 하기 화학식 1로 표시되는 층상 구조(layered structure)를 갖는 화합물이다.The negative electrode active material in the present invention is a compound having a layered structure represented by the following formula (1).

[화학식 1][Formula 1]

LixMyVzO2 +d Li x M y V z O 2 + d

(상기 화학식 1에서, 0.1 ≤ x ≤ 2.5, 0 ≤ y ≤ 0.5, 0.5 ≤ z ≤ 1.5, 0 ≤ d ≤ 0.5 이며, M은 Al, Cr, Mo, Ti, W, 및 Zr로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 금속이다.)(In Formula 1, 0.1 ≤ x ≤ 2.5, 0 ≤ y ≤ 0.5, 0.5 ≤ z ≤ 1.5, 0 ≤ d ≤ 0.5, M is selected from the group consisting of Al, Cr, Mo, Ti, W, and Zr Is one or more metals.)

상기 음극 활물질은 LiCoO2 구조에서의 Co를 다른 전이 금속 원소인 V와 또 다른 제2의 금속 원소인 Al, Mo, W, Ti, Cr, Zr로 치환함으로써 합성될 수 있으며, 흑연에 유사한 방전 전위와 수명 특성을 나타낸다. 특히, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 음극 활물질로 사용하였을 경우 1000 mAh/cc 이상의 단위 체적당 용량을 얻을 수 있다. 상기 화학식 1에서 M으로 표시된 상기 금속 원소 중에서도 Mo과 W이 바람직하다. The anode active material may be synthesized by substituting Co in another LiCoO 2 structure with another transition metal element V and another second metal element Al, Mo, W, Ti, Cr, Zr, and discharging potential similar to that of graphite. And life characteristics. In particular, when the compound represented by Formula 1 is used as the negative electrode active material, a capacity per unit volume of 1000 mAh / cc or more can be obtained. Among the metal elements represented by M in Formula 1, Mo and W are preferable.

상기 화학식 1에 있어서 x, y, z 및 d가 상술한 범위를 벗어나는 경우에는 리튬 금속 대비 평균 전위가 1.0 V 이상으로서 높은 값을 가지므로, 음극 활물질로 이용하게 될 경우, 전지의 방전 전압이 너무 낮아지는 문제점이 있다. 이를 구체적으로 설명하면, Li을 포함하지 않는 금속 바나듐 산화물의 음극 활물질(즉, x=0)이 Solid State Ionics, 139, 57~65, 2001 및 Journal of Power Source, 81~82, 651~655, 1999에 이 기재되어 있다. 그러나 상기 논문에 기재된 활물질은 본 발명의 활물질과 결정 구조가 상이하며, 평균 방전 전위 역시 1.0 V 이상으로 음극으로 사용하기에는 문제점이 있다.When x, y, z and d in the above formula 1 is out of the above-described range, since the average potential is 1.0 V or more compared to lithium metal, the discharge voltage of the battery is too high when used as a negative electrode active material. There is a problem of being lowered. Specifically, the negative electrode active material (ie, x = 0) of a metal vanadium oxide that does not contain Li is Solid State Ionics, 139, 57-65, 2001 and Journal of Power Source, 81-82, 651-655, This is described in 1999. However, the active material described in the paper has a different crystal structure from the active material of the present invention, and there is a problem in that the average discharge potential is also 1.0 V or more to be used as the negative electrode.

상기 도전재는 음극 활물질의 전도성을 향상시키는 역할을 하는 것으로, 이차 전지 내에서 화학변화를 야기하지 않고 전자 전도성을 갖는 것이라면 어떠한 것 이라도 사용가능하다. 대표적으로는, 탄소계 물질, 금속 물질, 금속 산화물, 전기 전도성 고분자 등을 들 수 있다. The conductive material serves to improve conductivity of the negative electrode active material, and any material may be used as long as the conductive material has electronic conductivity without causing chemical change in the secondary battery. Representative examples thereof include carbonaceous materials, metal materials, metal oxides, electrically conductive polymers, and the like.

도전재로 상기 탄소계 물질을 사용할 경우, 상기 탄소계 물질은 50m2/g 내지 1000m2/g의 비표면적을 갖는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 100m2/g 내지 800m2/g의 비표면적을 가질 수 있다. 탄소계 물질의 비표면적이 상기 범위를 벗어날 경우 탄소계 물질 자체의 비가역 용량이 커서 초기효율이 나빠지는 문제가 있어 실제 수명 특성이 향상되더라도 전지용량에서는 낮은 용량을 보이기 때문에 바람직하지 않다.When the carbonaceous material is used as the conductive material, the carbonaceous material preferably has a specific surface area of 50 m 2 / g to 1000 m 2 / g, and more preferably 100 m 2 / g to 800m 2 / g. Can have If the specific surface area of the carbon-based material is out of the above range, the irreversible capacity of the carbon-based material itself is large, and thus the initial efficiency is deteriorated. Thus, even though the actual lifespan characteristics are improved, the battery capacity shows a low capacity, which is not preferable.

바람직하게는 상기 탄소계 물질로는 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 퍼니스 블랙, 카본 파이버 또는 플러렌 등을 사용할 수 있으며, 또한 상기 금속 물질로는 구리, 니켈, 알루미늄 또는 은 등을 사용할 수 있다. 또한 상기 금속 산화물로는 산화 코발트 또는 산화 티탄 등을 사용할 수 있으며, 또한 상기 전기 전도성 고분자로는 폴리페닐렌, 폴리페닐렌 유도체, 폴리티오펜, 폴리아센, 폴리아세틸렌. 폴리피롤, 또는 폴리아닐린 등을 바람직하게 사용할 수 있다. Preferably, the carbon-based material may be carbon black, acetylene black, Ketjen black, furnace black, carbon fiber or fullerene, and the like, and the metal material may be copper, nickel, aluminum, or silver. In addition, cobalt oxide or titanium oxide may be used as the metal oxide, and as the electrically conductive polymer, polyphenylene, polyphenylene derivative, polythiophene, polyacene, polyacetylene. Polypyrrole, polyaniline, etc. can be used preferably.

상기 도전재는 음극 활물질층 구성 물질들과의 단순 혼합에 의해 음극 활물질층내에 분산되어 포함될 수도 있고, 또는 음극 활물질 표면을 둘러싸도록 음극 활물질 표면에 코팅되어 도전재층을 형성할 수도 있다.The conductive material may be dispersed and included in the negative electrode active material layer by simple mixing with the negative electrode active material layer constituent materials, or may be coated on the surface of the negative electrode active material to surround the surface of the negative electrode active material to form a conductive material layer.

상기 흑연은 음극 활물질의 전도성을 향상시키는 역할을 하는 것으로, 판상, 구형 또는 섬유형의 천연 흑연 또는 인조 흑연 등을 사용할 수 있다. 상기 흑연은 상기 음극 활물질층 전체에 대하여 10 내지 90 중량%으로 포함될 수 있으며, 보다 바람직하게는 20 내지 80중량%로 포함될 수 있다. 흑연의 함량이 10중량% 미만이면 초기효율이 나빠 용량 메리트가 없어 바람직하지 않고, 90중량%를 초과하면 극판밀도가 떨어져 이 또한 용량 메리트가 없어 하여 바람직하지 않다.The graphite serves to improve conductivity of the negative electrode active material, and may use natural graphite or artificial graphite of plate shape, spherical shape or fiber shape. The graphite may be included in 10 to 90% by weight, more preferably 20 to 80% by weight based on the entire negative electrode active material layer. If the content of graphite is less than 10% by weight, the initial efficiency is poor and there is no capacity merit, which is not preferable.

상기 바인더로는 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로즈, 히드록시프로필렌셀룰로즈, 디아세틸렌셀룰로즈, 폴리비닐클로라이드, 폴리비닐피롤리돈, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.As the binder, polyvinyl alcohol, carboxymethyl cellulose, hydroxypropylene cellulose, diacetylene cellulose, polyvinyl chloride, polyvinylpyrrolidone, polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, polyethylene or polypropylene may be used. It may be, but is not limited thereto.

상기 바인더는 음극 활물질층 총 중량에 대하여 10중량% 이하로 포함될 수 있으며, 보다 바람직하게는 0.1중량% 내지 10중량%로 포함될 수 있다. 바인더의 함량이 0.1중량% 미만이면 바인더 사용에 따른 효과가 미미하여 바람직하지 않고, 10중량%를 초과하면 바인더 함량 증가에 따른 활물질의 상대적인 함량 감소로 인해 체적당 용량이 저하될 우려가 있어 바람직하지 않다.The binder may be included in an amount of 10 wt% or less, more preferably 0.1 wt% to 10 wt%, based on the total weight of the negative electrode active material layer. If the content of the binder is less than 0.1% by weight, it is not preferable because the effect of using the binder is insignificant. If the content of the binder is more than 10% by weight, the capacity per volume may decrease due to the decrease in the relative content of the active material due to the increase in the content of the binder. .

상기 음극 활물질, 도전재, 흑연 및 바인더를 포함하는 음극 활물질층은 집전체에 의해 지지된다.The negative electrode active material layer containing the negative electrode active material, the conductive material, the graphite, and the binder is supported by the current collector.

상기 집전체로는 구리 박, 니켈 박, 스테인레스강 박, 티타늄 박, 니켈 발포체(foam), 구리 발포체 및 전도성 금속이 코팅된 폴리머 기재로 이루어진 군에서 선택되는 것을 사용하는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 구리 박 또는 니켈 박을 사용할 수 있다.As the current collector, it is preferable to use one selected from the group consisting of copper foil, nickel foil, stainless steel foil, titanium foil, nickel foam, copper foam, and a polymer substrate coated with a conductive metal, more preferably. Copper foil or nickel foil can be used.

상기와 같은 구성을 갖는 리튬 이차 전지용 음극은, 상기 화학식 1의 음극 활물질, 도전재, 흑연 및 바인더를 혼합하여 음극 활물질층 형성용 조성물을 제조하고, 상기 조성물을 집전체에 도포한 후 건조, 압연하여 제조할 수 있다.The negative electrode for a lithium secondary battery having the above structure is prepared by mixing the negative electrode active material, the conductive material, the graphite, and the binder of Formula 1 to prepare a composition for forming the negative electrode active material layer, and applying the composition to the current collector, followed by drying and rolling. Can be prepared.

먼저 상기 음극 활물질, 도전재, 흑연 및 바인더를 용매중에 분산시켜 음극 활물질층 형성용 조성물을 제조한다. 상기 음극 활물질, 도전재, 흑연 및 바인더는 앞서 설명한 바와 동일하다. First, the negative electrode active material, the conductive material, the graphite, and the binder are dispersed in a solvent to prepare a composition for forming a negative electrode active material layer. The negative electrode active material, the conductive material, the graphite, and the binder are the same as described above.

다만, 상기 도전재를 음극 활물질에 코팅하여 사용할 경우, 먼저 도전재를 음극 활물질 표면에 코팅한 후, 흑연, 바인더 및 용매와 혼합하여 음극 활물질층 형성용 조성물을 제조한다.When the conductive material is coated on the negative electrode active material, first, the conductive material is coated on the surface of the negative electrode active material, and then mixed with graphite, a binder, and a solvent to prepare a composition for forming the negative electrode active material layer.

상기 도전재에 의한 음극 활물질 코팅은 도전재와 음극 활물질을 고상 또는 액상으로 혼합한 후 코팅공정을 실시함으로써 도전재를 음극 활물질에 코팅할 수 있다. 고상으로 혼합하는 경우에는 주로 기계적인 혼합 방법으로 코팅공정을 실시할 수 있는데, 기계적 혼합 방법의 일 예로 니딩(kneading)하는 방법 및 혼합시 전단 응력(shear stress)이 걸릴 수 있도록 혼합기(mixer)의 날개 구조를 바꾼 미케니컬 혼합(mechanical mixing) 또는 기계적으로 입자간의 전단력을 가하여 입자 표면간의 융합을 유도하는 미케노케미칼(mechanochemical)법 등을 이용하는 방법을 들 수 있다. In the negative electrode active material coating by the conductive material, the conductive material may be coated on the negative electrode active material by mixing the conductive material and the negative electrode active material in a solid or liquid state and then performing a coating process. In the case of mixing in a solid phase, a coating process may be mainly performed by a mechanical mixing method. As an example of the mechanical mixing method, a kneading method and a shear stress may occur during mixing. Or a mechanical mixing method in which the wing structure is changed, or a mechanochemical method for inducing fusion between particle surfaces by mechanically applying shear force between particles.

또한 액상으로 혼합하는 경우에는 고상으로 혼합하는 경우와 같이 기계적으로 혼합하거나, 또는 분무 건조(spray drying)하거나, 분무 열분해(spray pyrolysis)하거나, 냉동 건조(freeze drying)하여 혼합할 수 있다. 액상 혼합의 경우 첨가되는 용매로는 물, 유기 용매 또는 그의 혼합물을 사용할 수 있으며, 상 기 유기 용매로는 에탄올, 이소프로필 알콜, 톨루엔, 벤젠, 헥산, 테트라하이드로퓨란 등을 사용할 수 있다.In the case of mixing in a liquid phase, as in the case of mixing in a solid phase, mechanical mixing, spray drying, spray pyrolysis, or freeze drying may be mixed. In the case of liquid phase mixing, water, an organic solvent, or a mixture thereof may be used as the solvent, and the organic solvent may be ethanol, isopropyl alcohol, toluene, benzene, hexane, tetrahydrofuran, or the like.

상기 제조된 조성물을 집전체상에 일반적인 코팅 공정으로 도포한 후 건조, 압연하여 리튬 이차 전지용 음극을 제조할 수 있다. 이러한 음극의 형태는 일반적으로는 쉬트 상 음극이나, 이에 제한되지 않고, 원주상, 원반상, 판상 또는 기둥상 음극도 사용할 수 있다. 또한 상기 슬러리에 금속 집전체를 침적한 후, 건조하여 제조할 수도 있다.The prepared composition may be coated on a current collector by a general coating process, followed by drying and rolling to prepare a negative electrode for a lithium secondary battery. The form of such a cathode is generally a sheet-shaped cathode, but is not limited thereto, and a columnar, disk, plate or columnar cathode may also be used. Furthermore, after dipping a metal current collector in the said slurry, it can also manufacture by drying.

상기와 같이 하여 제조된 리튬 이차 전지용 음극은 최적의 혼합 중량비로 음극 활물질과 도전재를 포함함으로써 우수한 비표면적 및 합재 밀도를 나타낸다.The negative electrode for a lithium secondary battery manufactured as described above exhibits an excellent specific surface area and mixture density by including a negative electrode active material and a conductive material in an optimal mixing weight ratio.

또한 상기 음극은 1.7 내지 3.5g/cc의 합재 밀도를 가질 수 있으며, 보다 바람직하게는 2.0 내지 3.0g/cc의 합재 밀도를 가질 수 있다. 일반적으로 합재 밀도가 증가할수록 많은 양의 활물질을 극판에 사용할 수 있어 고용량 전지를 제공할 수 있으나, 합재 밀도가 지나치게 증가할 경우, 극판의 기공이 급격히 감소할 수 있어 전해액 함침이 어렵게 됨으로써 고율 특성의 저하가 심각해지는 문제가 있다. 따라서 합재 밀도가 3.5g/cc보다 증가되는 경우에는 고율 특성 저하 문제가 발생하며, 합재 밀도가 1.7g/cc보다 작을 경우 용량이 감소되는 문제가 있다.In addition, the negative electrode may have a mixture density of 1.7 to 3.5 g / cc, and more preferably, may have a mixture density of 2.0 to 3.0 g / cc. In general, as the density of the mixture increases, a large amount of active material can be used in the electrode plate, thereby providing a high capacity battery. However, when the mixture density is excessively increased, the pores of the electrode plate may rapidly decrease, so that the impregnation of the electrolyte becomes difficult. There is a problem that the degradation is serious. Therefore, when the mixture density is increased to more than 3.5g / cc, a problem of high rate characteristics occurs, and when the mixture density is less than 1.7g / cc, there is a problem that the capacity is reduced.

상기와 같이 본 발명의 리튬 이차 전지용 음극은 우수한 비표면적 및 합재 밀도를 가지며, 이에 따라 전지의 초기 효율 및 수명특성을 향상시킬 수 있다.As described above, the negative electrode for a lithium secondary battery of the present invention has excellent specific surface area and mixture density, thereby improving initial efficiency and lifespan characteristics of the battery.

본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 상기 음극, 양극 활물질을 포함하는 양극 및 전해질을 포함하는 리튬 이차 전지를 제공한다.According to another embodiment of the present invention, there is provided a lithium secondary battery including the cathode, an anode including an anode active material, and an electrolyte.

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. 이들 전지의 구조와 제조방법은 이 분야에 널리 알려져 있으므로 상세한 설명은 생략한다.The lithium secondary battery may be classified into a lithium ion battery, a lithium ion polymer battery, and a lithium polymer battery according to the type of separator and electrolyte used, and may be classified into a cylindrical shape, a square shape, a coin type, a pouch type, and the like, Depending on the size, it can be divided into bulk type and thin film type. Since the structure and manufacturing method of these batteries are well known in the art, detailed description thereof will be omitted.

도 1은 본 발명의 리튬 이차 전지의 구조를 나타낸 도면이다. 1 is a view showing the structure of a lithium secondary battery of the present invention.

도 1을 들어 본 발명의 리튬 이차 전지의 제조과정을 설명을 하면, 상기 리튬 이차 전지(3)는 양극(5), 음극(6) 및 상기 양극(5)과 음극(6) 사이에 존재하는 세퍼레이터(7)를 포함하는 전극조립체(4)를 케이스(8)에 넣은 다음, 케이스(8)의 상부에 전해액을 주입하고 캡 플레이트(11) 및 가스켓(12)으로 밀봉하여 조립하여 제조될 수 있다.Referring to Figure 1 describes the manufacturing process of the lithium secondary battery of the present invention, the lithium secondary battery 3 is present between the positive electrode 5, the negative electrode 6 and the positive electrode 5 and the negative electrode 6 The electrode assembly 4 including the separator 7 may be manufactured by placing the electrode assembly 4 into the case 8, injecting an electrolyte into the upper part of the case 8, and sealing the cap plate 11 and the gasket 12. have.

상기 음극은 앞서 설명한 바와 동일하다.The cathode is the same as described above.

상기 양극은 양극 활물질을 포함하며, 상기 양극 활물질로는 리튬의 가역적인 인터칼레이션 및 디인터칼레이션이 가능한 화합물(리티에이티드 인터칼레이션 화합물)을 사용할 수 있다. 구체적으로는 코발트, 망간, 니켈로부터 선택되는 적어도 1종과 리튬과의 복합 산화물 중 1종 이상의 것을 사용할 수 있으며, 보다 바람직하게는 하기 화학식 2 내지 19중 어느 하나로 나타내어지는 화합물을 사용할 수 있다: The positive electrode includes a positive electrode active material, and as the positive electrode active material, a compound capable of reversible intercalation and deintercalation of lithium (lithiated intercalation compound) may be used. Specifically, at least one selected from cobalt, manganese, nickel and at least one of complex oxides with lithium may be used, and more preferably, a compound represented by one of the following Chemical Formulas 2 to 19 may be used:

[화학식 2][Formula 2]

LiNiO2 LiNiO 2

[화학식 3][Formula 3]

LiCoO2 LiCoO 2

[화학식 4][Formula 4]

LiMnO2 LiMnO 2

[화학식 5][Formula 5]

LiMn2O4 LiMn 2 O 4

[화학식 6][Formula 6]

LiaNibBcMdO2 Li a Ni b B c M d O 2

(상기 식에서, 0.90 = a = 1.1, 0 = b = 0.9, 0 = c = 0.5, 0.001 = d = 0.1이다.)(Wherein 0.90 = a = 1.1, 0 = b = 0.9, 0 = c = 0.5, 0.001 = d = 0.1)

[화학식 7][Formula 7]

LiaNibCocMndMeO2 Li a Ni b Co c Mn d M e O 2

(상기 식에서, 0.90 = a = 1.1, 0 = b = 0.9, 0 = c = 0.5, 0 = d = 0.5, 0.001 = e = 0.1이다.)(Wherein 0.90 = a = 1.1, 0 = b = 0.9, 0 = c = 0.5, 0 = d = 0.5, 0.001 = e = 0.1)

[화학식 8][Formula 8]

LiaNiMbO2 Li a NiM b O 2

(상기 식에서, 0.90 = a = 1.1, 0.001 = b = 0.1이다.)(Wherein 0.90 = a = 1.1, 0.001 = b = 0.1)

[화학식 9][Formula 9]

LiaCoMbO2 Li a CoM b O 2

(상기 식에서, 0.90 = a = 1.1, 0.001 = b = 0.1이다.)(Wherein 0.90 = a = 1.1, 0.001 = b = 0.1)

[화학식 10][Formula 10]

LiaMnMbO2 Li a MnM b O 2

(상기 식에서, 0.90 = a = 1.1, 0.001 = b = 0.1이다.)(Wherein 0.90 = a = 1.1, 0.001 = b = 0.1)

[화학식 11][Formula 11]

LiaMn2MbO4 Li a Mn 2 M b O 4

(상기 식에서, 0.90 = a = 1.1, 0.001 = b = 0.1이다.)(Wherein 0.90 = a = 1.1, 0.001 = b = 0.1)

[화학식 12][Formula 12]

DS2 DS 2

[화학식 13][Formula 13]

LiDS2 LiDS 2

[화학식 14][Formula 14]

V2O5 V 2 O 5

[화학식 15][Formula 15]

LiV2O5 LiV 2 O 5

[화학식 16][Formula 16]

LiEO2 LiEO 2

[화학식 17][Formula 17]

LiNiVO4 LiNiVO 4

[화학식 18][Formula 18]

Li(3-x)F2(PO4)3(0 = x = 3) Li (3-x) F 2 (PO 4 ) 3 (0 = x = 3)

[화학식 19][Formula 19]

Li(3-x)Fe2(PO4)3(0 = x = 2) Li (3-x) Fe 2 (PO 4 ) 3 (0 = x = 2)

상기 화학식 2 내지 19에 있어서, B는 Co 또는 Mn이고; D는 Ti 또는 Mo이며; E는 Cr, V, Fe, Sc, 및 Y로 이루어진 군에서 선택되고; F는 V, Cr, Mn, Co, Ni, 및 Cu로 이루어진 군에서 선택되며; 그리고, M은 Al, Cr, Mn, Fe, Mg, La, Ce, Sr, 및 V로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 전이 금속 또는 란탄족 원소이다.In Chemical Formulas 2 to 19, B is Co or Mn; D is Ti or Mo; E is selected from the group consisting of Cr, V, Fe, Sc, and Y; F is selected from the group consisting of V, Cr, Mn, Co, Ni, and Cu; And M is at least one transition metal or lanthanide element selected from the group consisting of Al, Cr, Mn, Fe, Mg, La, Ce, Sr, and V.

또한, 상기 외에 무기 유황(S8, elemental sulfur) 및 황계 화합물을 사용할 수도 있으며, 상기 황계 화합물로는 Li2Sn(n≥1), 캐솔라이트(catholyte)에 용해된 Li2Sn(n≥1), 유기 황 화합물 또는 탄소-황 폴리머((C2Sx)n: x= 2.5 내지 50, n≥2) 등을 사용할 수 있다.In addition, inorganic sulfur (S 8 , elemental sulfur) and sulfur compounds may be used in addition to the above, and the sulfur compounds include Li 2 S n (n ≧ 1) and Li 2 S n (n dissolved in catholyte). ≧ 1), an organic sulfur compound or a carbon-sulfur polymer ((C 2 S x ) n : x = 2.5 to 50, n ≧ 2) and the like.

상기 양극 역시 음극과 마찬가지로 상기 양극 활물질, 바인더 및 선택적으로 도전재를 혼합하여 양극 활물질층 형성용 조성물을 제조한 후, 이 조성물을 알루미늄 등의 양극 전류 집전체에 도포하여 제조할 수 있다.Like the negative electrode, the positive electrode may also be prepared by mixing the positive electrode active material, a binder, and optionally a conductive material to prepare a composition for forming a positive electrode active material layer, and then applying the composition to a positive electrode current collector such as aluminum.

상기 리튬 이차 전지에 충전되는 전해질로는 비수성 전해질 또는 공지된 고체 전해질 등이 사용가능하다.As the electrolyte charged in the lithium secondary battery, a non-aqueous electrolyte or a known solid electrolyte may be used.

상기 비수성 전해질로는 리튬염을 비수성 유기용매에 용해시킨 것을 사용할 수 있다. 상기 리튬염은 전지 내에서 리튬 이온의 공급원으로 작용하여 기본적인 리튬 이차 전지의 작동을 가능하게 한다. 상기 리튬염으로는 LiPF6, LiBF4, LiSbF6, LiAsF6, LiClO4, LiCF3SO3, LiN(CF3SO2)2, LiN(C2F5SO2)2, LiAlO4, LiAlCl4, LiN(CxF2x+1SO2)(CyF2y+1SO2)(여기서, x 및 y는 자연수임) 및 LiSO3CF3로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 것을 사용할 수 있다. 상기 리튬염 중에서 LiBF4를 적어도 포함하는 것이 좋고, 가장 바람직하게는 LiPF6와 LiBF4를 혼합하여 사용한다. As the non-aqueous electrolyte, one in which a lithium salt is dissolved in a non-aqueous organic solvent can be used. The lithium salt acts as a source of lithium ions in the battery to enable operation of the basic lithium secondary battery. Examples of the lithium salt include LiPF 6 , LiBF 4 , LiSbF 6 , LiAsF 6 , LiClO 4 , LiCF 3 SO 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 , LiAlO 4 , LiAlCl 4 , At least one selected from the group consisting of LiN (C x F 2x + 1 SO 2 ) (C y F 2y + 1 SO 2 ), wherein x and y are natural numbers, and LiSO 3 CF 3 Can be used. It is good to contain at least LiBF 4 in the said lithium salt, Most preferably, LiPF 6 and LiBF 4 are mixed and used.

상기 리튬염의 농도는 0.6 내지 2.0 M 범위 내에서 사용할 수 있으며, 0.7 내지 1.6 M 범위가 보다 바람직하다. 리튬염의 농도가 0.6 M 미만이면 전해액의 전도가 낮아져 전해액 성능이 떨어지고, 2.0 M을 초과하는 경우에는 전해액의 점도가 증가하여 리튬 이온의 이동성이 감소되는 문제점이 있다.The concentration of the lithium salt can be used in the range of 0.6 to 2.0 M, more preferably in the range of 0.7 to 1.6 M. If the concentration of the lithium salt is less than 0.6 M, the conductivity of the electrolyte is lowered and the performance of the electrolyte is lowered. If the concentration of the lithium salt is more than 2.0 M, the viscosity of the electrolyte is increased, thereby reducing the mobility of lithium ions.

상기 비수성 유기용매는 전지의 전기화학적 반응에 관여하는 이온들이 이동할 수 있는 매질 역할을 한다. 비수성 유기용매로는 카보네이트계, 에스테르계, 에테르계 또는 케톤계 용매를 사용할 수 있다. 상기 카보네이트계 용매로는 디메틸 카보네이트(DMC), 디에틸 카보네이트(DEC), 디프로필 카보네이트(DPC), 메틸프로필 카보네이트(MPC), 에틸프로필 카보네이트(EPC), 메틸에틸 카보네이트(MEC), 에틸메틸 카보네이트(EMC), 에틸렌 카보네이트(EC), 프로필렌 카보네이트(PC), 부틸렌 카보네이트(BC) 등이 사용될 수 있으며, 상기 에스테르계 용매로는 n-메틸 아세테이트, n-에틸 아세테이트, n-프로필 아세테이트 등이 사용될 수 있다. The non-aqueous organic solvent serves as a medium through which ions involved in the electrochemical reaction of the battery can move. As the non-aqueous organic solvent, a carbonate, ester, ether or ketone solvent may be used. Examples of the carbonate solvents include dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), dipropyl carbonate (DPC), methylpropyl carbonate (MPC), ethylpropyl carbonate (EPC), methylethyl carbonate (MEC), and ethylmethyl carbonate. (EMC), ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), butylene carbonate (BC), etc. may be used. Examples of the ester solvent include n-methyl acetate, n-ethyl acetate, n-propyl acetate, and the like. Can be used.

또한, 상기 카보네이트계 용매의 경우 환형(cyclic) 카보네이트와 사슬형(chain) 카보네이트를 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다. 이 경우 환형 카보네이트와 사슬형 카보네이트는 1:1 내지 1:9의 부피비로 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다. 상기 부피비로 혼합되어야 전해액의 성능이 바람직하게 나타난다. In addition, in the case of the carbonate solvent, it is preferable to use a mixture of cyclic carbonate and chain carbonate. In this case, it is preferable to use the cyclic carbonate and the chain carbonate by mixing in a volume ratio of 1: 1 to 1: 9. The performance of the electrolytic solution is desirable when mixed in the above volume ratio.

본 발명의 비수성 유기용매는 상기 카보네이트계 용매에 방향족 탄화수소계 유기용매를 더 포함할 수도 있다. 이때 상기 카보네이트계 용매와 방향족 탄화수소계 유기용매는 1:1 내지 30:1의 부피비로 혼합되는 것이 바람직하다.The non-aqueous organic solvent of the present invention may further include an aromatic hydrocarbon organic solvent in the carbonate solvent. In this case, the carbonate solvent and the aromatic hydrocarbon organic solvent are preferably mixed in a volume ratio of 1: 1 to 30: 1.

상기 방향족 탄화수소계 유기용매로는 하기 화학식 20의 방향족 탄화수소계 화합물이 사용될 수 있다.As the aromatic hydrocarbon-based organic solvent, an aromatic hydrocarbon compound of Formula 20 may be used.

[화학식 20][Formula 20]

Figure 112005078460172-PAT00001
Figure 112005078460172-PAT00001

(상기 화학식 20에서 R은 할로겐, 탄소수 1 내지 10의 알킬기 및 이들의 조합에서 선택되며, n은 0 내지 6의 정수이다.)(In Formula 20, R is selected from halogen, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, and a combination thereof, and n is an integer of 0 to 6.)

바람직하게는 상기 방향족 탄화수소계 유기용매는 벤젠, 플루오로벤젠, 톨루엔, 플루오로톨루엔, 트리플루오로톨루엔, 및 자일렌으로 이루어진 군에서 선택되 는 적어도 하나의 용매이다.Preferably, the aromatic hydrocarbon organic solvent is at least one solvent selected from the group consisting of benzene, fluorobenzene, toluene, fluorotoluene, trifluorotoluene, and xylene.

상기 비수성 전해질은 과충전 방지제와 같은 첨가제를 더 포함할 수도 있다. The non-aqueous electrolyte may further include an additive such as an overcharge inhibitor.

또한 상기 고체 전해질로는 폴리에틸렌 산화물 중합체의 전해질 또는 하나 이상의 폴리오가노실록산 측쇄 또는 폴리옥시알킬렌 측쇄를 함유하는 중합체 전해질, Li2S-SiS2, Li2S-GeS2, Li2S-P2S5, Li2S-B2S3 등과 같은 황화물 전해질, Li2S-SiS2-Li3PO4, Li2S-SiS2-Li3SO4 등과 같은 무기 전해질 등이 바람직하게 사용될 수 있다.The solid electrolyte may also be an electrolyte of polyethylene oxide polymer or a polymer electrolyte containing at least one polyorganosiloxane side chain or polyoxyalkylene side chain, Li 2 S-SiS 2 , Li 2 S-GeS 2 , Li 2 SP 2 S 5 , Sulfide electrolytes such as Li 2 SB 2 S 3 and the like, inorganic electrolytes such as Li 2 S-SiS 2 -Li 3 PO 4 , Li 2 S-SiS 2 -Li 3 SO 4, and the like, may be preferably used.

리튬 이차 전지의 종류에 따라 양극과 음극 사이에 세퍼레이터가 존재할 수 있다. 이러한 세퍼레이터로는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드 또는 이들의 2층 이상의 다층막이 사용될 수 있으며, 폴리에틸렌/폴리프로필렌 2층 세퍼레이터, 폴리에틸렌/폴리프로필렌/폴리에틸렌 3층 세퍼레이터, 폴리프로필렌/폴리에틸렌/폴리프로필렌 3층 세퍼레이터 등과 같은 혼합 다층막이 사용될 수 있음은 물론이다.The separator may exist between the positive electrode and the negative electrode according to the type of the lithium secondary battery. As the separator, polyethylene, polypropylene, polyvinylidene fluoride or two or more multilayer films thereof may be used, and polyethylene / polypropylene two-layer separator, polyethylene / polypropylene / polyethylene three-layer separator, polypropylene / polyethylene / poly It goes without saying that a mixed multilayer film such as a propylene three-layer separator can be used.

이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나 하기한 실시에는 본 발명의 바람직한 일 실시예일뿐 본 발명이 하기한 실시예에 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, preferred examples and comparative examples of the present invention are described. However, the following embodiments are only preferred embodiments of the present invention, and the present invention is not limited to the following embodiments.

(실시예 1)  (Example 1)

Li2CO3, V2O3, 및 MoO3를 고상 혼합하여 Li:V:Mo의 비가 1.08:0.9:0.02가 되게 하고, 질소분위기, 1,000℃로 10시간 열처리한 후 상온까지 냉각하여 음극 활물질을 제조하였다. Li 2 CO 3 , V 2 O 3 , and MoO 3 are mixed in a solid phase so that the ratio of Li: V: Mo is 1.08: 0.9: 0.02, heat-treated at nitrogen atmosphere for 10 hours at 1,000 ° C., and then cooled to room temperature to obtain a negative electrode active material. Was prepared.

상기 제조된 음극 활물질을 흑연과 50:50으로 섞은 후 상기 음극 활물질에 대해 도전재로 덴카블랙(비표면적 150m2/g)을 99:1의 중량비로 분말 믹싱을 한 후 10중량%의 폴리비닐리덴플루오라이드/N-메틸피롤리돈(PVdF/NMP) 용액을 조금씩 믹서에 넣어주면서 믹싱을 실시하여 슬러리를 제조하였다. 이때 최종적으로 사용된 PVdF의 양은 전체 합재의 10중량%가 되도록 조절하였다. The prepared negative active material was mixed with graphite at 50:50, and then powder mixed with denca black (specific surface area 150 m 2 / g) at a weight ratio of 99: 1 as a conductive material with respect to the negative electrode active material, followed by 10% by weight of polyvinyl. A slurry was prepared by mixing a lithium denfluoride / N-methylpyrrolidone (PVdF / NMP) solution into the mixer little by little. At this time, the amount of PVdF finally used was adjusted to 10% by weight of the total mixture.

상기 음극 슬러리를 10㎛ 두께의 구리박(Cu-foil) 위에 코팅하여 얇은 극판의 형태로 만든 후, 135℃에서 3시간 이상 건조시킨 후, 압연(pressing)하여 40㎛의 두께를 갖는 음극 극판을 제조하였다. The negative electrode slurry was coated on a copper foil (Cu-foil) having a thickness of 10 μm to form a thin electrode plate, dried at 135 ° C. for at least 3 hours, and then pressed to obtain a negative electrode plate having a thickness of 40 μm. Prepared.

(실시예 2) (Example 2)

Li2CO3, V2O3, 및 MoO3를 고상 혼합하여 Li:V:Mo의 비가 1.08:0.9:0.02가 되게 하고, 질소분위기, 1,000℃로 10시간 열처리한 후 상온까지 냉각하여 음극 활물질을 제조하였다. Li 2 CO 3 , V 2 O 3 , and MoO 3 are mixed in a solid phase so that the ratio of Li: V: Mo is 1.08: 0.9: 0.02, heat-treated at nitrogen atmosphere for 10 hours at 1,000 ° C., and then cooled to room temperature to obtain a negative electrode active material. Was prepared.

상기 제조된 음극 활물질을 흑연과 50:50으로 섞은 후 상기 음극 활물질에 대해 도전재로 덴카블랙(비표면적 150m2/g)을 95:5의 중량비로 분말믹싱을 한 후 10중량%의 PVdF/NMP 용액을 조금씩 믹서에 넣어주면서 믹싱을 실시하여 슬러리를 제조하였다. 이때 최종적으로 사용된 PVdF의 양은 전체 합재의 10중량%가 되도록 조절하였다. The prepared negative active material was mixed with graphite at 50:50, and then powder mixed with denca black (specific surface area 150 m 2 / g) at a weight ratio of 95: 5 with respect to the negative electrode active material, followed by 10 wt% of PVdF / The slurry was prepared by mixing the NMP solution into the mixer little by little. At this time, the amount of PVdF finally used was adjusted to 10% by weight of the total mixture.

상기 음극 슬러리를 10㎛ 두께의 구리박(Cu-foil) 위에 코팅하여 얇은 극판의 형태로 만든 후, 135℃에서 3시간 이상 건조시킨 후, 압연(pressing)하여 40㎛ 의 두께를 갖는 음극 극판을 제조하였다. The negative electrode slurry was coated on a copper foil (Cu-foil) having a thickness of 10 μm to form a thin electrode plate, dried at 135 ° C. for at least 3 hours, and then pressed to obtain a negative electrode plate having a thickness of 40 μm. Prepared.

(실시예 3)(Example 3)

Li2CO3, V2O3, 및 MoO3를 고상 혼합하여 Li:V:Mo의 비가 1.08:0.9:0.02가 되게 하고, 질소분위기, 1,000℃로 10시간 열처리한 후 상온까지 냉각하여 음극 활물질을 제조하였다. Li 2 CO 3 , V 2 O 3 , and MoO 3 are mixed in a solid phase so that the ratio of Li: V: Mo is 1.08: 0.9: 0.02, heat-treated at nitrogen atmosphere for 10 hours at 1,000 ° C., and then cooled to room temperature to obtain a negative electrode active material. Was prepared.

상기 제조된 음극 활물질을 흑연과 50:50으로 섞은 후 음극 활물질에 대해 도전재로 덴카블랙(비표면적 150m2/g)을 90:10의 중량비로 분말믹싱을 한 후 10중량%의 PVdF/NMP 용액을 조금씩 믹서에 넣어주면서 믹싱을 실시하여 슬러리를 제조하였다. 이때 최종적으로 사용된 PVdF의 양은 전체 합재의 10중량%가 되도록 조절하였다. The negative electrode active material prepared above was mixed with graphite at 50:50, and then powder mixed with denca black (specific surface area 150 m 2 / g) at a weight ratio of 90:10 as a conductive material for the negative electrode active material, followed by 10 wt% of PVdF / NMP. The slurry was prepared by mixing while gradually adding the solution to the mixer. At this time, the amount of PVdF finally used was adjusted to 10% by weight of the total mixture.

상기 음극 슬러리를 10㎛ 두께의 구리박(Cu-foil) 위에 코팅하여 얇은 극판의 형태로 만든 후, 135℃에서 3시간 이상 건조시킨 후, 압연(pressing)하여 40㎛의 두께를 갖는 음극 극판을 제조하였다. The negative electrode slurry was coated on a copper foil (Cu-foil) having a thickness of 10 μm to form a thin electrode plate, dried at 135 ° C. for at least 3 hours, and then pressed to obtain a negative electrode plate having a thickness of 40 μm. Prepared.

(비교예 1) (Comparative Example 1)

Li2CO3, V2O3, 및 MoO3를 고상 혼합하여 Li:V:Mo의 비가 1.08:0.9:0.02가 되게 하고, 질소분위기, 1,000℃로 10시간 열처리한 후 상온까지 냉각하여 음극 활물질을 제조하였다. Li 2 CO 3 , V 2 O 3 , and MoO 3 are mixed in a solid phase so that the ratio of Li: V: Mo is 1.08: 0.9: 0.02, heat-treated at nitrogen atmosphere for 10 hours at 1,000 ° C., and then cooled to room temperature to obtain a negative electrode active material. Was prepared.

상기 제조된 음극 활물질을 흑연과 50:50으로 섞은 후 10중량%의 PVdF/NMP 용액을 조금씩 믹서에 넣어주면서 믹싱을 실시하여 슬러리를 제조하였다. 이때 최 종적으로 사용된 PVdF의 량은 전체 합재의 10중량%가 되도록 조절하였다. The slurry was prepared by mixing the prepared negative active material with graphite at 50:50 and then mixing the mixture with a 10 wt% PVdF / NMP solution in small portions. At this time, the amount of PVdF finally used was adjusted to 10% by weight of the total mixture.

상기 음극 슬러리를 10㎛ 두께의 구리박(Cu-foil) 위에 코팅하여 얇은 극판의 형태로 만든 후, 135℃에서 3시간 이상 건조시킨 후, 압연(pressing)하여 40㎛의 두께를 갖는 음극 극판을 제조하였다. The negative electrode slurry was coated on a copper foil (Cu-foil) having a thickness of 10 μm to form a thin electrode plate, dried at 135 ° C. for at least 3 hours, and then pressed to obtain a negative electrode plate having a thickness of 40 μm. Prepared.

(비교예 2)(Comparative Example 2)

Li2CO3, V2O3, 및 MoO3를 고상 혼합하여 Li:V:Mo의 비가 1.08:0.9:0.02가 되게 하고, 질소분위기, 1,000℃로 10시간 열처리한 후 상온까지 냉각하여 음극 활물질을 제조하였다. Li 2 CO 3 , V 2 O 3 , and MoO 3 are mixed in a solid phase so that the ratio of Li: V: Mo is 1.08: 0.9: 0.02, heat-treated at nitrogen atmosphere for 10 hours at 1,000 ° C., and then cooled to room temperature to obtain a negative electrode active material. Was prepared.

상기 제조된 음극 활물질을 흑연과 50:50으로 섞은 후 음극 활물질에 대해 도전재로 덴카블랙(비표면적 150m2/g)을 85:15의 혼합 중량비로 넣은 후 분말 믹싱을 실시한 후 10중량%의 PVdF/NMP 용액을 조금씩 믹서에 넣어주면서 믹싱을 실시하여 슬러리를 제조하였다. 이때 최종적으로 사용된 PVdF의 량은 전체 합재의 10중량%가 되도록 조절하였다. The prepared negative active material was mixed with graphite at 50:50, and then charged with denca black (specific surface area 150 m 2 / g) at a mixing weight ratio of 85:15 as a conductive material for the negative electrode active material, followed by powder mixing. The slurry was prepared by mixing the PVdF / NMP solution into the mixer little by little. At this time, the amount of PVdF finally used was adjusted to be 10% by weight of the total mixture.

상기 음극 슬러리를 10㎛ 두께의 구리박(Cu-foil) 위에 코팅하여 얇은 극판의 형태로 만든 후, 135℃에서 3시간 이상 건조시킨 후, 압연(pressing)하여 40㎛의 두께를 갖는 음극 극판을 제조하였다. The negative electrode slurry was coated on a copper foil (Cu-foil) having a thickness of 10 μm to form a thin electrode plate, dried at 135 ° C. for at least 3 hours, and then pressed to obtain a negative electrode plate having a thickness of 40 μm. Prepared.

상기 실시예 1, 2, 3 및 비교예 1, 2의 음극을 각각 작용극으로 하고 금속 리튬박을 대극으로 하여, 작용극과 대극 사이에 다공질 폴리프로필렌 필름으로 이루어진 세퍼레이터를 삽입하고, 전해액으로서 프로필렌 카보네이트(PC), 디에틸 카 보네이트(DEC)와 에틸렌 카보네이트(EC)의 혼합 용매(PC:DEC:EC=1:1:1)에 LiPF6가 1(몰/L)의 농도가 되도록 용해시킨 것을 사용하여 2016 코인타입(coin type)의 반쪽셀(half cell)을 구성하였다. With the cathodes of Examples 1, 2 and 3 and Comparative Examples 1 and 2 as the working electrode and the metal lithium foil as the counter electrode, a separator made of a porous polypropylene film was inserted between the working electrode and the counter electrode and propylene as the electrolyte solution. Dissolve LiPF 6 in a concentration of 1 (mol / L) in a mixed solvent of carbonate (PC), diethyl carbonate (DEC) and ethylene carbonate (EC) (PC: DEC: EC = 1: 1: 1) The half-cell (half cell) of the 2016 coin type (coin type) was used.

상기 전지의 전기적 특성 평가는 0.01 내지 2.0 V 사이에서 0.2C ↔ 0.2C (1회 충방전), 0.01 내지 1.0 V 사이에서 0.2C ↔ 0.2C (1회 충방전), 0.01 내지 1.0 V 사이에서 1C ↔ 1C (100회 충방전)의 조건으로 실시하였다. 초기 충전 용량, 중량당 초기 방전 용량 및 부피당 초기 방전 용량, 초기 효율 및 사이클 수명 특성(1C로 100 사이클 충방전을 실시한 후, 측정된 방전 용량을 초기 방전 용량에 대해 % 비율로 나타낸 값)을 측정하고 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.The electrical characteristics of the battery were evaluated between 0.2C ↔ 0.2C (single charge and discharge) between 0.01 and 2.0 V, 0.2C ↔ 0.2C (single charge and discharge) between 0.01 and 1.0 V, and 1C between 0.01 and 1.0 V. It was carried out under the condition of ↔ 1C (100 charge / discharge). Initial charge capacity, initial discharge capacity per weight and initial discharge capacity per volume, initial efficiency and cycle life characteristics (after 100 cycle charge / discharge at 1C, measured discharge capacity expressed as percentage of initial discharge capacity) The results are shown in Table 1 below.

극판 밀도 (g/cc)Plate density (g / cc) 초기 충전 용량 (mAh/g)Initial charge capacity (mAh / g) 초기 방전 용량 (mAh/g)Initial discharge capacity (mAh / g) 초기 방전 용량 (mAh/cc)Initial discharge capacity (mAh / cc) 초기 효율(%)Initial Efficiency (%) 사이클 수명(%)Cycle life (%) 실시예 1Example 1 2.32.3 352352 321321 738.3738.3 91.291.2 9191 실시예 2Example 2 2.22.2 350350 322322 708.4708.4 92.092.0 9595 실시예 3Example 3 2.12.1 343343 316316 663.6663.6 92.192.1 9292 비교예 1Comparative Example 1 2.32.3 357357 319319 733.7733.7 89.489.4 8383 비교예 2Comparative Example 2 1.91.9 320320 295295 560.5560.5 92.292.2 9292

상기 표 1에 나타낸 것과 같이, 실시예 1 내지 3의 음극은 비교예 1 의 음극에 비해 초기 방전 용량이 적지만, 효율이나 수명 측면에서 우수하다. 또한 비교예 2의 음극에 비해서는 합재 밀도가 우수하기 때문에 극판 체적당 방전용량이 우수하다. 이에 따라 실시예 1 과 2 그리고 3의 음극을 이용한 전지는 중량당 방전 용량 및 부피당 방전 용량이 비교예 1 및 2의 음극을 포함하는 전지에 비하여 우수하고 또한 충방전 효율과 사이클 수명 특성 또한 우수함을 알 수 있다. As shown in Table 1, the negative electrodes of Examples 1 to 3 have a smaller initial discharge capacity than the negative electrodes of Comparative Example 1, but are excellent in terms of efficiency and lifetime. In addition, since the mixture density is superior to that of the negative electrode of Comparative Example 2, the discharge capacity per electrode plate volume is excellent. Accordingly, the batteries using the negative electrodes of Examples 1, 2, and 3 had better discharge capacity per weight and discharge capacity per volume than those of the negative electrode of Comparative Examples 1 and 2, and also showed excellent charge and discharge efficiency and cycle life characteristics. Able to know.

본 발명에 따른 리튬 이차 전지용 음극은 전지의 초기 효율 및 수명특성을 향상시킬 수 있다.The negative electrode for a lithium secondary battery according to the present invention can improve the initial efficiency and lifespan characteristics of the battery.

Claims (12)

집전체; 및Current collector; And 상기 집전체에 형성되며, 하기 화학식 1의 음극 활물질, 도전재, 흑연, 및 바인더를 포함하는 음극 활물질층을 포함하며,It is formed on the current collector, and comprises a negative electrode active material layer including a negative electrode active material, a conductive material, graphite, and a binder of the formula (1), 상기 음극 활물질과 도전재는 90:10 내지 99:1의 중량비로 포함되는 것인 리튬 이차 전지용 음극.The negative electrode active material and the conductive material is a lithium secondary battery negative electrode that is included in a weight ratio of 90:10 to 99: 1. [화학식 1][Formula 1] LixMyVzO2 +d Li x M y V z O 2 + d (상기 화학식 1에서, 0.1 ≤ x ≤ 2.5, 0 ≤ y ≤ 0.5, 0.5 ≤ z ≤ 1.5, 0 ≤ d ≤ 0.5 이며, M은 Al, Cr, Mo, Ti, W, 및 Zr로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 금속이다.)(In Formula 1, 0.1 ≤ x ≤ 2.5, 0 ≤ y ≤ 0.5, 0.5 ≤ z ≤ 1.5, 0 ≤ d ≤ 0.5, M is selected from the group consisting of Al, Cr, Mo, Ti, W, and Zr Is one or more metals.) 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 음극 활물질과 도전재는 93:7 내지 97:3의 중량비로 포함되는 것인 리튬 이차 전지용 음극.The negative electrode active material and the conductive material is a lithium secondary battery negative electrode which is included in a weight ratio of 93: 7 to 97: 3. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 M은 Mo 또는 W인 리튬 이차 전지용 음극.M is a negative electrode for a rechargeable lithium battery of Mo or W. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 도전재는 탄소계 물질, 금속 물질, 금속 산화물 및 전기 전도성 고분자로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 것인 리튬 이차 전지용 음극.The conductive material is a negative electrode for a lithium secondary battery of at least one selected from the group consisting of carbon-based materials, metal materials, metal oxides and electrically conductive polymers. 제4항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 탄소계 물질은 50m2/g 내지 1000m2/g의 비표면적을 갖는 것인 리튬 이차 전지용 음극.The carbonaceous material is a negative electrode for a lithium secondary battery having a specific surface area of 50m 2 / g to 1000m 2 / g. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 도전재는 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 퍼니스 블랙, 카본 파이버, 플러렌, 구리, 니켈, 알루미늄, 은, 산화 코발트, 산화 티탄, 폴리페닐렌 유도체, 폴리티오펜, 폴리아센, 폴리아세틸렌, 폴리피롤 및 폴리아닐린으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 것인 리튬 이차 전지용 음극. The conductive material is carbon black, acetylene black, Ketjen black, furnace black, carbon fiber, fullerene, copper, nickel, aluminum, silver, cobalt oxide, titanium oxide, polyphenylene derivative, polythiophene, polyacene, polyacetylene, polypyrrole And polyaniline and at least one selected from the group consisting of lithium secondary batteries. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 도전재는 음극 활물질 표면을 둘러싸고 있는 것인 리튬 이차 전지용 음극. The conductive material is a negative electrode for a lithium secondary battery that surrounds the surface of the negative electrode active material. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 흑연은 인조 흑연 또는 천연 흑연인 것인 리튬 이차 전지용 음극.The graphite is a negative electrode for a lithium secondary battery that is artificial graphite or natural graphite. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 흑연은 음극 활물질층 총 중량에 대하여 10 내지 90 중량%로 포함되는 것인 리튬 이차 전지용 음극.The graphite is a lithium secondary battery negative electrode that is contained in 10 to 90% by weight based on the total weight of the negative electrode active material layer. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 바인더는 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로즈, 히드록시프로필렌셀룰로즈, 디아세틸렌셀룰로즈, 폴리비닐클로라이드, 폴리비닐피롤리돈, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 것인 리튬 이차 전지용 음극. The binder is polyvinyl alcohol, carboxymethyl cellulose, hydroxypropylene cellulose, diacetylene cellulose, polyvinyl chloride, polyvinylpyrrolidone, polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, polyethylene and polypropylene The negative electrode for lithium secondary batteries which is 1 or more types selected. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 집전체는 구리 박, 니켈 박, 스테인레스강 박, 티타늄 박, 니켈 발포체(foam), 구리 발포체 및 전도성 금속이 코팅된 폴리머 기재로 이루어진 군에서 선택되는 것인 리튬 이차 전지용 음극.The current collector is selected from the group consisting of copper foil, nickel foil, stainless steel foil, titanium foil, nickel foam (foam), copper foam and a conductive metal coated polymer substrate. 제1항 내지 제11항중 어느 한 항에 따른 음극; 및 A cathode according to any one of claims 1 to 11; And 양극 활물질을 포함하는 양극; 및 A positive electrode including a positive electrode active material; And 전해질Electrolyte 을 포함하는 리튬 이차 전지.Lithium secondary battery comprising a.
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