KR100635740B1 - 리튬 이차전지용 음극 활물질 및 이를 포함하는 리튬 이차전지 - Google Patents

리튬 이차전지용 음극 활물질 및 이를 포함하는 리튬 이차전지 Download PDF

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Abstract

본 발명은 리튬 이차전지용 음극 활물질 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 충방전 용량과 용량유지율이 향상된 리튬 이차 전지용 음극활물질과 이를 채용한 리튬 이차 전지를 제공하는 것이다.
음극 활물질, 판상형 흑연, 구형 흑연, 이차전지

Description

리튬 이차전지용 음극 활물질 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지{NEGATIVE ACTIVE MATERIAL FOR LITHIUM SECONDARY BATTERY AND LITHIUM SECONDARY BATTERY COMPRISING SAME}
도 1은 본 발명의 리튬 이차 전지의 구조를 개략적으로 나타낸 도면.
본 발명은 리튬 이차전지용 음극 활물질 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 충방전 용량과 용량 유지율이 향상된 리튬 이차 전지용 음극활물질과 이를 채용한 리튬 이차 전지를 제공하는 것이다.
최근 휴대용 전자기기의 소형화 및 경량화 추세와 관련하여 이들 기기의 전원으로 사용되는 전지의 고성능화 및 대용량화에 대한 필요성이 높아지고 있다. 또한, 안전성이 우수하고 경제성이 우수한 전지에 대해서도 집중적으로 연구되고 있다.
일반적으로 전지는 1회용으로 사용하는 1차 전지와 재충전하여 사용할 수 있는 2차 전지로 나눌 수 있다. 상기 1차 전지로는 망간 전지, 알칼리 전지, 수은 전지, 산화은 전지 등이 있으며, 2차 전지로는 납축전지, Ni-MH 전지, 밀폐형 니켈- 카드뮴 전지, 리튬 금속전지, 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 리튬-황 전지 등이 있다.
이들 전지 중에서 비수 전해액 이차 전지는 양극 활물질로 4V급의 전압을 나타내는 리튬 함유 금속 산화물을 사용하며, 음극으로는 리튬을 인터칼레이션 혹은 디인터칼레이션 할 수 있는 탄소질 재료를 사용하고 있으며, 고전압 및 고에너지 밀도를 가진 전지로서 기대가 크다.
리튬 이차 전지는 음극, 양극 및 이 사이에서 리튬 이온의 이동 경로를 제공하는 유기 전해액과 세퍼레이터를 결합시켜 제조한 전지로서, 리튬 이온이 양극 및 음극에서 삽입(intercalation)/탈리(deintercalation)될 때의 산화, 환원 반응에 의해 전기에너지를 생성한다. 이와 같은 리튬 이차 전지는 세퍼레이터의 종류에 따라서 액체 전해질을 사용하는 리튬 이온 전지와 고체형 전해질을 사용하는 리튬 폴리머 전지로 나눌 수 있다.
리튬 이차 전지에서 양극과 음극은 리튬 이온의 삽입 및 탈삽입이 가능한 물질로 이루어진다. 전극의 형성재료에 대하여 살펴보면, 양극(cathode) 활물질로는 LiCoO2, LiMn2O4, LiNiO2, LiMnO2 등과 같은 리튬 함유 금속 산화물을 사용한다.
리튬 전지의 음극(anode) 활물질로는 구조적, 전기적 성질을 유지하면서 리튬 이온을 가역적으로 받아들이거나 공급할 수 있는 리튬 금속, 리튬 함유 합금, 또는 리튬 이온의 삽입/탈삽입시의 케미칼 포텐셜이 금속 리튬과 거의 유사한 탄소계 물질이 주로 사용된다. 음극 활물질로 리튬 금속 또는 그 합금을 사용하는 것을 리튬 금속 전지라고 하며, 탄소재료를 사용하는 것을 리튬 이온 전지라고 한다.
리튬 금속 또는 리튬 합금을 음극으로 사용하는 리튬 금속 전지는 덴드라이트(dentrite)의 형성으로 인한 전지 단락 때문에 폭발위험성이 있으므로, 이러한 위험성이 없는 탄소재료를 음극 활물질로 사용하는 리튬 이온 전지로 대체되어 가고 있다. 리튬 이온 전지는 충방전시 리튬이온의 이동만 있을 뿐 전극 활물질이 원형 그대로 유지되므로 리튬 금속 전지에 비하여 전지수명 및 안정성이 향상된다.
음극 활물질로 사용되는 탄소재료로서 결정질계 탄소 또는 비정질계 탄소가 주로 사용되고 있다. 결정질계 탄소는 밀도가 높아 활물질 충진시 유리하고, 전위 평탄성 및 충방전 과정의 가역성이 양호하나 전해액과의 부반응이 많은 단점이 있다. 비정질계 탄소는 소프트 가본, 하드카본 등이 있으며, 충방전 용량이 작고 충방전 과정에서의 비가역성이 큰 단점이 있다.
대용량화 전지를 위해서 일반적으로 탄소의 밀도가 높은 상기 결정질계 탄소가 많이 사용되고 있으며, 상기한 결정질계 탄소에는 천연 흑연과 핏치 등의 고분자 탄소 원료를 고온에서 소성하여 얻어지는 인조 흑연이 있다. 인조 흑연은 용량은 낮지만 높은 용량 유지율을 갖으며, 천연 흑연은 용량 유지율은 낮지만 용량이 큰 장점이 있다.
즉, 고용량의 전지를 제조하기 위해서는 천연 흑연을 사용하여야 하나, 일반적으로 천연 흑연은 입자가 판상형을 나타내고 있어, 음극 집전체에 도포시 낮은 점도로 인하여 균일하게 도포되기 어려우며, 압연 공정에서 충진 밀도가 높아 전해액의 함침이 어렵고, 용량 유지율이 저하되는 문제점이 있다. 천연 흑연뿐만 아니 라 판상형 구조를 갖는 인조 흑연에서도 이러한 문제점이 있다.
본 발명은 리튬 이차전지용 음극 활물질 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 충방전 용량과 용량 유지율이 향상된 리튬 이차 전지용 음극활물질을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 상기 음극 활물질을 이용함으로써 충방전 용량과 용량 유지율이 향상된 리튬 이차 전지를 제공함에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 400~500℃에서 핏치를 열처리하여 제조된 벌크 메조페이스 탄소 전구체를 평균입경 5~10㎛로 분쇄하여 얻어진 판상형 메조페이스계 흑연 및 구형 흑연을 포함하는 리튬 이차 전지용 음극 활물질을 제공한다.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은 리튬이온을 가역적으로 삽입 및 탈리할 수 있는 양극 활물질을 포함하는 양극과, 리튬이온을 가역적으로 삽입 및 탈리할 수 있는 음극 활물질을 포함하는 음극과, 그 사이에 개재되는 세퍼레이터 및 비수성 유기 용매에 리튬염이 용해된 전해액을 포함하고, 상기 음극 활물질은 400~500℃에서 핏치를 열처리하여 제조된 벌크 메조페이스 탄소 전구체를 평균입경 5~10㎛로 분쇄하여 얻어진 판상형 메조페이스계 흑연 및 구형 흑연을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지를 제공한다.
이하, 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
본 발명은 400~500℃에서 핏치를 열처리하여 제조된 벌크 메조페이스 탄소 전구체를 평균입경 5~10㎛로 분쇄하여 얻어진 판상형 메조페이스계 흑연 및 구형 흑연을 포함하여 충방전 용량과 용량 유지율이 향상된 음극 활물질 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 상기 판상형 메조페이스계 흑연은 평균 입경이 5 내지 10㎛인 것이 바람직하다. 평균 입경이 5㎛ 미만일 경우, 비표면적이 커서 전해액과의 부반응이 발생될 수 있으며, 10㎛를 초과할 경우, 충진 밀도를 높일 수 없어 고율 충방전 용량을 가질 수 없다.
구형 흑연의 평균 입경은 15 내지 25㎛인 것이 바람직하다. 15㎛ 미만일 경우 충진 밀도가 너무 높아 져서 충방전 효율이 저하되며, 25㎛를 초과할 경우 음극판에 도포시 음극 활물질이 너무 벌크(Bulk)해져서 충방전 용량이 낮다. 상기 구형 흑연은 메조카본 마이크로비드(Mesocarbon microbeads)를 흑연화 함으로써 제조된 것이 바람직하다.
상기 판상형 메조페이스계 흑연은 전체 음극 활물질의 10 내지 90 중량%이 바람직하며, 50 내지 90 중량%인 것이 더욱 바람직하다. 10 중량% 미만일 경우 충방전 용량이 좋지 않으며, 90 중량%를 초과할 경우 충진 밀도가 높아 전해액의 함침이 어렵고, 고율 충방전 특성이 저하되는 문제점이 있다.
상기 구형 흑연은 전체 음극 활물질의 90 내지 10 중량%인 것이 바람직하며, 50 내지 10 중량%인 것이 더욱 바람직하다. 구형 흑연의 함량이 90 중량%를 초과할 경우, 충진 밀도가 낮아져 충방전 용량이 감소하는 문제점이 있으며, 10 중량%를 미만일 경우, 충진 밀도가 너무 높아지는 문제점이 있다.
본 발명에서 일실시예에 따른 판상형 메조페이스계 흑연은 석유, 석탄 및 핏 치를 열처리하여 메조페이스 핏치를 제조 후, 탄화 공정을 거쳐 평균 입경이 5 내지 10㎛가 되도록 분쇄하고 흑연화하여 얻을 수 있다.
이와 같이 구형 흑연과 판상형 메조페이스계 흑연을 일정 비율로 혼합함으로써, 구형 흑연 또는 판상형 흑연을 각각 사용하는 경우의 문제점을 방지할 수 있다. 일반적으로 구형 흑연은 불균일한 입경 및 형상으로 충진성과 접촉 도전성이 높지 않아 충방전 용량이 높지 않은 문제점이 있었다. 또한 이 문제를 해결하기 위하여 제조된 판상형 흑연은 충진성은 우수하나, 높은 충진 밀도로 인하여 전해액의 접촉 면적이 증가하고, 전해액과의 부반응이 증가하여 충방전 효율이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명에서는 구형 흑연과 판상형 흑연을 혼합하여 사용함으로써 충방전 용량 및 충방전 효율 향상시킬 수 있었다. 즉, 본 발명의 음극 활물질은 구형 흑연들 사이의 공극에 도전성이 높은 판상형 흑연이 고르게 분포되므로 최적의 충진성을 가지며, 높은 용량을 제공하고, 충방전 효율이 우수한 음극 활물질을 제공한다.
이하에서 본 발명에 따른 리튬 이차 전지용 음극 활물질을 채용한 리튬 이차전지에 대하여 설명한다.
본 발명의 일실시예에 따른 리튬 이차전지는 리튬이온을 가역적으로 삽입 및 탈리할 수 있는 양극 활물질을 포함하는 양극과, 리튬이온을 가역적으로 삽입 및 탈리할 수 있는 음극 활물질을 포함하는 음극과, 그 사이에 개재되는 세퍼레이터 및 비수성 유기 용매에 리튬염이 용해된 전해액을 포함하고, 상기 음극 활물질은 평균 입경이 5 내지 10㎛인 판상형 메조페이스계 흑연 및 구형 흑연을 포함할 수 있다.
상기 음극은 음극 활물질층과 음극 집전체로 구성된다. 상기 음극 활물질층은 본 발명에 따른 음극 활물질 바인더를 용매 중에 혼합, 분산시켜 얻은 음극 활물질 슬러리를 음극 집전체에 도포하고 그것을 건조 및 압연하여 형성된다. 음극 활물질과 바인더 등을 혼합 분산시킬 때 사용되는 용매로는 비수용매 또는 수계용매를 사용할 수 있다.
비수용매로는 N-메틸-2-프롤리돈(NMP), 디메틸포름아미드, 테트라히드로푸란 등을 사용할 수 있다. 상기 바인더는 PVDF, 비닐리덴 클로라이드와 헥사루오로프로필렌의 공중합체 등과 같이 불소함유 바인더 또는 SBR 바인더를 사용할 수 있다. 상기 SBR 바인더를 사용하는 경우 증점제를 더 포함할 수 있다.
상기 바인더의 함량은 음극 활물질 전체의 중량을 기준으로 0.8 내지 5 중량%인 것이 바람직하고, 1 내지 5 중량%인 것이 더욱 바람직하고, 1 내지 2 중량%인 것이 가장 바람직하다. SBR 바인더의 함량이 0.8 중량% 미만이면 바인더의 함량이 너무 적어 음극 활물질과 집전체 사이의 접착력이 불충분하며, 함량이 5 중량%를 초과할 경우 초과된 양 만큼 음극 활물질의 함량이 감소하여 전지용량의 고용량화가 이루어지기 어렵다.
본 발명에 따른 상기 음극 활물질의 점도조절의 목적에서 사용되는 상기 증점제는 카르복시 메틸 셀룰로오스, 하이드록시 메틸 셀룰로오스, 하이드록시 에틸 셀룰로오스 및 하이드록시 프로필 셀룰로오스로 이루어진 군에서 1종 이상 선택될 수 있다. 상기 증점제의 함량은 음극 활물질 전체를 기준으로 0.8 내지 5 중량%인 것이 바람직하고, 1 내지 5 중량%인 것이 더욱 바람직하고, 1 내지 2 중량%인 것이 가장 바람직하다.
상기 증점제의 함량이 0.8 중량% 미만이면 상기 음극 활물질 코팅시 음극 활물질이 흘러내리는 문제점이 있으며, 5 중량%를 초과하면 점도가 높아져 음극 활물질의 코팅이 어렵고, 저항으로 작용하는 문제점이 있다. 또한, 초과된 함량만큼의 음극 활물질의 함량이 감소하여 전지용량의 고용량화가 이루어지기 어려운 문제점이 있다.
상기 음극 집전체로는 스테인레스강, 니켈, 구리, 티탄 또는 이들의 합금 등을 사용할 수 있고, 이들 중 구리 또는 구리 합금이 바람직하다.
상기 양극 활물질은 LiCoO2, LiMnO2, LiNiO2, LiCrO2, 및 LiMn 2O4로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 하나 이상을 포함할 수 있으며, 바인더와 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 케텐 블랙으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 도전제를 더 포함할 수 있다. 상기 양극 집전체는 알루미늄 또는 알루미늄 합금 등을 사용할 수 있다.
상기 양극 활물질에 첨가되는 상기 바인더는 PVDF, 비닐리덴 클로라이드와 헥사플루오로프로필렌의 공중합체 등과 같이 불소함유 바인더가 사용될 수 있다.
본 발명의 전해액은 비수성 유기 용매와 리튬염을 포함할 수 있다. 이 비수성 유기 용매는 전지의 전기화학적인 반응에 관여하는 이온들이 이동할 수 있는 매개질 역할을 한다. 상기 비수성 유기 용매로는 환상 카보네이트, 비환상 카보네이 트, 지방족 카르복실산 에스테르, 비환상 에테르, 환상 에테르, 알킬 인산 에스테르 혹은 그 플루오르화물로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 둘 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
또한, 상기 비수성 유기 용매는 상기 환상 카보네이트, 비환상 카보네이트, 지방족 카르볼실산 에스테르로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 둘 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 상기 리튬염은 전지 내에서 리튬 이온의 공급원으로 작용하여 기본적인 리튬 전지의 작동을 가능하게 한다. 상기 리튬염으로는 상기 리튬염은 LiPF6, LiBF4, LiAsF6, LiClO4, LiCF3SO3, LiSbF6, LiN(SO2CF3)2, LiC4F9SO 3, LiAlF4, LiAlCl4, LiN(SO2C2F5)2, LiN(CXF 2X+1SO2)(CyF2y+1SO2)(여기서, x 및 y는 자연수임), LiCl 및 LiI 등 중의 하나 혹은 둘 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 상기 세퍼레이터는 양극 및 음극 사이에 단락을 방지하는 상기 세퍼레이터로는 폴리올레핀, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 등의 고분자막 또는 이들의 다중막, 미세다공성 필름, 직포 및 부직포와 같은 공지된 것을 사용할 수 있다.
리튬 이차전지는 상술한 리튬이온을 가역적으로 삽입 및 탈리할 수 있는 양극 활물질을 포함하는 양극과 리튬이온을 가역적으로 삽입 및 탈리할 수 있는 음극과 사이에 개재된 세퍼레이터가 권취되어 형성된 전극 조립체와 이 전극 조립체를 내장하는 캔이 구비되어 형성될 수 있다.
이러한 구성을 갖는 본 발명의 리튬 이차 전지의 대표적인 예를 도 1에 나타내었다. 도 1을 참조하면, 리튬 이차 전지는 양극(13), 음극(15) 및 상기 양극(13)과 음극(15) 사이에 위치하는 세퍼레이터(14)로 구성되는 전극조립체(12)를 전해액과 함께 캔(10)에 수납하고, 이 캔(10)의 상단부를 캡조립체(100)로 밀봉함으로써 형성된다. 상기 캡조립체(100)는 캡플레이트(110)와 절연플레이트(140)와 터미널플레이트(150) 및 전극단자(120)를 포함하여 구성된다. 상기 캡조립체(100)는 절연케이스(170)와 결합되어 캔(10)을 밀봉하게 된다.
상기 캡플레이트(110)의 중앙에 형성되어 있는 단자통공(111)에는 전극단자(120)가 삽입된다. 상기 전극단자(120)가 단자통공에 삽입될 때는 전극단자(120)와 캡플레이트(110)의 절연을 위하여 전극단자(120)의 외면에 튜브형 개스켓(130)이 결합되어 함께 삽입된다. 상기 캡조립체(100)가 상기 캡(10)의 상단부에 조립된 후 전해액주입구(112)를 통하여 전해액이 주입되고 전해액주입구(112)은 마개(160)에 의하여 밀폐된다.
상기 전극단자(120)는 상기 음극(15)의 음극탭(17) 또는 상기 양극(13)의 양극탭(16)에 연결되어 음극단자 또는 양극단자로 작용하게 된다.
본 발명의 리튬 이차 전지는 상기 형상으로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 음극 활물질을 포함하여 전지로서 작용할 수 있는 원통형, 파우치 등 어떠한 형상도 가능함은 당연하다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나 하기한 실시예는 본 발명의 바람직한 일실시예일 뿐 본 발명이 하기한 실시예에 한정되는 것은 아니다.
(실시예 1)
핏치를 450℃에서 열처리 후 벌크 메조페이스 탄소 전구체를 제조한 후, 평균입경이 7㎛가 되도록 분쇄하고, 흑연화 하여 판상형 메조페이스계 흑연을 제조하였다. 메조카본 마이크로비드를 흑연화시켜 평균입경 20㎛인 구형 흑연을 제조하였다. 상기 판상형 메조페이스계 흑연과 구형 흑연을 30:70 중량%비로 혼합하여 음극 활물질을 제조하였다.
pH 7의 NMP에 PVDF 바인더 분말을 용해한 바인더 용매를 호모지나이저에서 교반하면서 상기 음극 활물질을 첨가하여 균일하게 혼합하였다. 이 음극 활물질 슬러리를 두께 10㎛의 구리 호일에 코팅하고 70℃에서 건조, 압연하여 음극을 제조하였다.
LiCoO2 양극 활물질, 폴리비닐리덴 플루오라이드 바인더 및 카본 도전제를 92:4:4의 중량비로 N-메틸-2-피롤리돈 용매 중에서 분산시켜 양극 활물질 슬러리를 제조하였다. 상기 양극 활물질 슬러리를 두께 15㎛의 알루미늄 포일에 코팅하고 건조, 압연하여 양극을 제조하였다.
위와 같이 제조된 양극 및 음극과 두께 16㎛의 폴리에틸렌 재질의 세퍼레이터를 사용하여 권취 및 압축하여 케이스에 삽입하였다. 이 케이스에 전해액을 첨가하여 리튬 이차 전지를 제조하였다.
(실시예 2)
음극 활물질 제조에 있어서 판상형 메조페이스 흑연의 평균 입경을 5㎛가 되도록 분쇄하였다. 구형 MCMB와 혼합하여 음극 활물질을 제조하였다.
pH 7DML 순수에 CMC 증점제 분말을 교반하면서 첨가한 후 상온에서 침전물이 없는 상태가 될 때까지 교반하여 수용액을 제조하였다. 이 수용액을 약 3시간 상온에서 방치한 후 CMC 수용액을 호모지나이저에서 교반하면서 상기 음극 활물질을 첨가하여 균일하게 혼합하였다. 그 후, SBR 바인더 수성 에멀션을 상기 혼합물에 첨가하여 음극 활물질 슬러리를 제조한 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 실시하였다.
(실시예 3)
음극 활물질 제조에 있어서 판상형 메조페이스 흑연의 평균 입경을 10㎛가 되도록 분쇄한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하였다.
(실시예 4)
음극 활물질 제조에 있어서 구형 흑연과 판상형 메조페이스 흑연을 60:40 중량%비로 혼합한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하였다.
(비교예 1)
음극 활물질 제조에 있어서 구형 흑연을 첨가하지 않는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하였다.
(비교예 2)
음극 활물질 제조에 있어서 판상형 메조페이스 흑연을 첨가하지 않는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하였다.
상기 실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 2의 리튬 이차 전지에 대하여 25℃에서 정전류-정전압(CC-CV) 조건하에서 0.5C, 4.2V의 충전 전압으로 충전한 후, 정전류 조건하에서 0.2C에서 2.75V까지 방전하여 전지의 화성 공정을 실시하고, 0.5C 충전 및 0.2C 방전을 실시하였다.
용량 특성을 알아보기 위하여 정전류-정전압(CC-CV) 조건하에서 0.5C(82mA cut-off) 4.2V의 충전 전압으로 충전한 후, 정전류 조건하에서 0.5C에서 2.7V까지 방전하였다.
또한, 상기 전지를 1.0C 충전 및 1.0C 방전 조건으로 300회 충방전을 실시한 후, 용량 유지율을 측정하였다.
상기 실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 2의 방법으로 제조된 이차전지의 충방전 용량과 충방전 효율을 측정하여 그 결과를 표1에 나타내었다.
구분 충진 밀도 용량[mAh/g] 300사이클째 용량 유지율[%]
충전 방전
실시예1 1.5 367 345 85
실시예2 1.4 370 345 84
실시예3 1.6 362 345 82
실시예4 1.5 370 345 86
비교예1 1.3 380 345 73
비교예2 1.4 367 345 75
상기 표 1에서 나타낸 것과 같이, 비교예 1은 판상형 흑연만을 사용한 것으로, 충방전 용량은 높지만, 충진 밀도가 높아 전해액의 침투가 어렵고, 전해액과의 부반응이 활발하여 용량 유지율이 저하됨을 알 수 있다. 비교예 2의 경우 구형 흑연만을 사용하여 충방전 용량이 낮음을 알 수 있다.
실시예 1은 판상형 흑연과 구형 흑연을 30:70 중량%비로 혼합한 것으로, 충방전 용량 및 용량 유지율이 높음을 알 수 있다. 실시예 2 내지 3은 판상형 흑연의 평균 입경을 5㎛ 또는 10㎛로 분쇄한 것이며, 실시예 4는 구형 흑연과 판상형 흑연을 60:40 중량%비로 혼합한 것으로 판상형 흑연과 구형 흑연을 혼합하지 않은 비교예 1 내지 2와 비교해 볼 때, 용량 유지율이 향상되었음을 알 수 있으며, 판상형 흑연의 입경이 작을수록 충진 밀도와 충방전 용량이 높음을 알 수 있다.
본 발명에 따른 구형 흑연과 판상형 메조페이스계 흑연을 포함하는 음극 활물질을 사용한 리튬 이차 전지는 충방전 용량과 용량 유지율이 향상되는 효과가 있다.

Claims (8)

  1. 400~500℃에서 핏치를 열처리하여 제조된 벌크 메조페이스 탄소 전구체를 평균입경 5~10㎛로 분쇄하여 얻어진 판상형 메조페이스계 흑연; 및
    구형 흑연;
    을 포함하는 리튬 이차 전지용 음극 활물질.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 구형 흑연은 15 내지 25㎛인 리튬 이차 전지용 음극 활물질.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 판상형 메조페이스계 흑연은 전체 음극 활물질의 10 내지 90 중량%이며, 상기 구형 흑연은 전체 음극 활물질의 90 내지 10 중량%인 리튬 이온 이차 전지용 음극 활물질.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 판상형 메조페이스계 흑연은 전체 음극 활물질의 50 내지 90 중량%이며, 상기 구형 흑연은 전체 음극 활물질의 50 내지 10 중량%인 리튬 이온 이차 전지용 음극 활물질.
  5. 리튬이온을 가역적으로 삽입 및 탈리할 수 있는 양극 활물질을 포함하는 양극;
    리튬이온을 가역적으로 삽입 및 탈리할 수 있는 음극 활물질을 포함하는 음극;
    그 사이에 개재되는 세퍼레이터; 및
    비수성 유기 용매에 리튬염이 용해된 전해액을 포함하고,
    상기 음극 활물질은 400~500℃에서 핏치를 열처리하여 제조된 벌크 메조페이스 탄소 전구체를 평균입경 5~10㎛로 분쇄하여 얻어진 판상형 메조페이스계 흑연 및 구형 흑연을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 구형 흑연은 15 내지 25㎛인 리튬 이차 전지
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 판상형 메조페이스계 흑연은 전체 음극 활물질의 10 내지 90 중량%이며, 상기 구형 흑연은 전체 음극 활물질의 90 내지 10 중량%인 리튬 이온 이차 전지.
  8. 제 5항에 있어서,
    상기 판상형 메조페이스계 흑연은 전체 음극 활물질의 50 내지 90 중량%이며, 상기 구형 흑연은 전체 음극 활물질의 50 내지 10 중량%인 리튬 이온 이차 전지.
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