KR100814329B1 - Negative active material, manufacturing method thereof and lithium secondary battery comprising the same - Google Patents

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도칠훈
김성일
신혜민
진봉수
김현수
문성인
이동준
이경직
이형동
박철완
이상은
최현기
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Abstract

An anode active material is provided to improve electrochemical properties including conductivity and charge/discharge characteristics, and to inhibit a swelling phenomenon during repeated charge/discharge cycles. An anode active material for a lithium secondary battery comprises a composite of FexMnySi (wherein each of x and y is greater than 0 and equal to or less than 2) doped with a dopant, wherein the composite of FexMnySi is coated with a carbon precursor and then heat treated. The carbon precursor is at least one material selected from the group consisting of pitch and conductive polymers. The carbon precursor is coated on the composite in an amount of 2-20 parts by weight based on 100 parts by weight of the composite.

Description

음극 활물질. 그 제조방법 및 이를 구비한 리튬이차전지{Negative Active Material, Manufacturing Method thereof And Lithium Secondary Battery Comprising The Same}Negative electrode active material. The manufacturing method and a lithium secondary battery having the same {Negative Active Material, Manufacturing Method and And Lithium Secondary Battery Comprising The Same}

도 1은 도판트의 양에 따른 전기전도도를 측정한 도,1 is a diagram measuring the electrical conductivity according to the amount of dopant,

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 피치코팅 유무에 따른 XRD 회절분석 결과도,2 is an XRD diffraction analysis result with or without pitch coating according to an embodiment of the present invention;

도 3 및 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 피치코팅 유무에 따른 FE-SEM 사진,3 and 4 are FE-SEM picture with or without pitch coating according to an embodiment of the present invention,

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 FeMnSi 복합체의 TGA를 이용한 열적 거동 분석 결과,5 is a thermal behavior analysis results using TGA of the FeMnSi composite according to an embodiment of the present invention,

도 6 및 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 FeMnSi 복합체를 사용한 리튬이차전지의 정전류 충방전 시험 결과,6 and 7 are the results of the constant current charge and discharge test of the lithium secondary battery using the FeMnSi composite according to an embodiment of the present invention,

도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 음극 활물질의 구성 개략 단면도이다.8 is a schematic cross-sectional view of a negative electrode active material according to an embodiment of the present invention.

** 도면의 주요부호에 대한 설명*** Description of the main symbols in the drawings *

1: 리튬이차전지 2: 음극1: lithium secondary battery 2: negative electrode

3: 양극 4: 세퍼레이터3: anode 4: separator

5: 전지용기 6: 봉입부재5: battery container 6: sealing member

본 발명은 음극 활물질, 그 제조방법 및 이를 구비한 리튬이차전지에 관한 것이며, 보다 상세하게는 도판트로 도핑된 FexMnySi 복합체를 포함하는 음극활물질, 그 제조방법 및 이를 구비한 리튬이차전지에 관한 것이다.The present invention relates to a negative electrode active material, a method for manufacturing the same, and a lithium secondary battery having the same, and more particularly, to an anode active material including a Fe x Mn y Si composite doped with a dopant, a method for manufacturing the same, and a lithium secondary battery having the same It is about.

휴대정보통신 산업의 급속한 기술발전에 따라 이들 전원도 고성능의 리튬이차전지로 채용되고 있으며, 수요가 급증하고 있다. 뿐만 아니라 리튬이차전지의 고성능화 개발을 위하여 세계 각국은 기술 경쟁을 하고 있다. 리튬이차전지의 성능향상은 양극, 음극, 전해액의 핵심 3대 구성요소의 성능향상에 의하여 가능하다. With the rapid development of technology in the portable information and communication industry, these power sources are also being used as high-performance lithium secondary batteries, and demand is increasing rapidly. In addition, countries around the world are competing for technology to develop high performance lithium batteries. The performance improvement of the lithium secondary battery is possible by the performance improvement of the three core components of the positive electrode, the negative electrode, and the electrolyte.

리튬 이차 전지는 리튬금속을 이용한 이차전지뿐만 아니라 리튬이온 이차전지를 포함하는 광의의 개념으로서, 높은 전압과 높은 에너지 밀도를 가지고 있어 가장 주목받고 있는 전지이며 전해질에 따라서 액체를 쓰는 액체형 전지, 액체와 폴리머를 혼용해서 쓰는 젤형 폴리머 전지와 순수하게 고분자만을 사용하는 고체형 폴리머 전지로 구분하기도 한다. Lithium secondary battery is a broad concept that includes not only secondary battery using lithium metal but also lithium ion secondary battery, and has high voltage and high energy density. It is also divided into a gel polymer battery using a mixture of polymers and a solid polymer battery using pure polymers.

리튬이차전지의 핵심 구성 3요소는 양극, 음극, 전해질이다.The core components of a lithium secondary battery are the positive electrode, the negative electrode, and the electrolyte.

리튬이차전지는 양극, 음극, 전해질, 격리막(separator), 외장재 등으로 주로 구성된다. 양극은 전류집전체에 양극 활물질, 도전제와 바인더(binder) 등의 혼합물이 결착되어 구성된다. 양극 활물질로는 LiCoO2 , LiMn2O4 , LiNiO2, LiMnO2 등의 리튬 전이금속 화합물이 주로 사용되며 이들 물질들은 결정구조 내로 리튬이온이 삽입/탈리(intercalation/deintercalation)가 되면서 전기화학 전위가 높다.The lithium secondary battery is mainly composed of a positive electrode, a negative electrode, an electrolyte, a separator, a packaging material, and the like. The positive electrode is formed by binding a mixture of a positive electrode active material, a conductive agent, and a binder to a current collector. Lithium transition metal compounds such as LiCoO 2 , LiMn 2 O 4 , LiNiO 2 , and LiMnO 2 are mainly used as positive electrode active materials, and these materials have an electrochemical potential as lithium ions are intercalated / deintercalated into the crystal structure. high.

음극 활물질은 리튬금속, 탄소 또는 흑연 등이 주로 사용되며 양극 활물질과는 반대로 전기화학적 반응 전위가 낮다. Lithium metal, carbon or graphite is mainly used as the negative electrode active material and has a low electrochemical reaction potential as opposed to the positive electrode active material.

전해질은 주로 에틸렌 카보네이트, 프로필렌 카보네이트, 디메틸 카보네이트, 디에틸 카보네이트, 메틸에틸 카보네이트 등의 극성 유기용매에 LiCF3SO3, Li(CF3SO2)2, LiPF6 , LiBF4, LiClO4, LiN(SO2C2F5)2 등의 리튬이온을 포함하는 염을 용해시켜 사용한다. The electrolyte is mainly composed of LiCF 3 SO 3 , Li (CF 3 SO 2 ) 2 , LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiN ( A salt containing lithium ions such as SO 2 C 2 F 5 ) 2 is dissolved and used.

그 외 양극과 음극을 전기적으로 절연시키며 이온의 통로를 제공해주는 역할을 하는 격리막은 다공성 폴리에틸렌 등 폴리올레틴계 폴리머를 주로 사용한다. 전지의 내용물을 보호하며 전지외부로 전기적 통로를 제공하는 외장재로는 금속캔 또는 알루미늄과 몇 겹의 폴리머층으로 구성된 포장재를 주로 사용한다.In addition, the separator, which electrically insulates the positive electrode and the negative electrode and provides a passage of ions, mainly uses a polyoletin-based polymer such as porous polyethylene. As an exterior material that protects the contents of the battery and provides an electrical passage to the outside of the battery, a metal can or a packaging material composed of aluminum and several layers of polymer layers is mainly used.

리튬이차전지는 현존의 최고성능 이차전지임에도 불구하고 전자기기 측면에 서는 보다 고성능의 전지를 필요로 하고 있다. 리튬이차전지의 고성능화는 양극과 음극의 특성 향상이 중요한 역할을 점하고 있는 바, 고성능의 음극재료의 개발은 중요한 과제이다. Although lithium secondary batteries are the highest performance secondary batteries in existence, they require higher performance batteries in terms of electronic devices. High performance of lithium secondary batteries plays an important role in improving the characteristics of the positive electrode and the negative electrode, and the development of high performance negative electrode material is an important problem.

음극 재료는 비약적인 비용량의 향상이 진행되고 있다. 현재의 흑연재료는 이론비용량이 372 mAh/g 으로서 밀도가 2.2 g/ml인 재료이지만, 근래 개발 중인 실리콘의 경우 이론용량 4200 mAh/g의 현격히 높은 값을 가지며 밀도도 2.33 g/ml 이다. 리튬 인터컬레이션 전위 또한 흑연과 유사한 특징을 나타낸다. 하지만 실리콘 재료의 경우 전기전도도가 반도체 영역인 ~10-4 S/cm로서 낮고, 리튬 삽입으로 인하여 297 %(Li21Si5)까지 부피팽창이 일어난다는 문제점을 가지고 있다.Significant improvements in the specific amount of the anode material have been made. The current graphite material has a theoretical specific capacity of 372 mAh / g and a density of 2.2 g / ml, but the silicon currently under development has a significantly higher value of 4200 mAh / g of theoretical capacity and a density of 2.33 g / ml. Lithium intercalation potential also shows similar characteristics as graphite. However, in the case of silicon materials, the electrical conductivity is low as ˜10-4 S / cm, which is a semiconductor region, and has a problem that volume expansion occurs up to 297% (Li 21 Si 5 ) due to lithium insertion.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 소량의 보론(Boron)이나 비소(As)나 인(P) 등의 도판트로 도핑되어 전기전도도가 개선된 실리콘 재료를 기반으로 하는 음극 활물질을 제공하는 것을 목적으로 한다. The present invention is to solve the above problems, to provide a negative electrode active material based on a silicon material doped with a small amount of boron (Boron), arsenic (As), phosphorus (P), etc. improved electrical conductivity For the purpose of

또한, 도판트로 도핑되어 전기전도도가 개선된 실리콘 재료에 철(Fe)과 망간(Mn)을 실리콘과 함께 복합체를 형성하여, 실리콘의 사이클에 따른 부피팽창을 억제할 수 있는 음극 활물질을 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, by forming a composite of the iron (Fe) and manganese (Mn) with the silicon in a silicon material doped with a dopant improved electrical conductivity to provide a negative electrode active material that can suppress the volume expansion according to the cycle of the silicon The purpose.

또한, 상기 복합체를 피치 코팅하여 전기 전도도를 더욱 우수하게 하고, 성능을 향상시켜, 개선된 특성의 고용량 음극활물질을 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, it is an object to pitch coating the composite to further improve the electrical conductivity, improve the performance, to provide a high capacity negative electrode active material of improved properties.

또한, 상기 특징을 갖는 음극 활물질을 제조하는 방법 및 이를 이용한 리튬이차전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, an object of the present invention is to provide a method for producing a negative electrode active material having the above characteristics and a lithium secondary battery using the same.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은,The present invention for achieving the above object,

리튬이차전지의 음극 활물질에 있어서, 도판트로 도핑된 FexMnySi(0<x≤2, 0<y≤2) 복합체를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 음극 활물질을 제공한다. 또한, 상기 FexMnySi 복합체의 x, y 값은 각각 0.9 ~ 1.1 범위내인 것이 바람직하다. 또한, 상기 FexMnySi 복합체의 x 값은 0.4 ~ 0.6 범위이고 y 값은 0.0 ~ 0.2 범위 내이거나 x 값은 0.0 ~ 0.2 범위이고 y 값은 각각 0.4 ~ 1.2 범위인 것도 좋다.In the negative electrode active material of a lithium secondary battery, it provides a negative electrode active material comprising a Fe x Mn y Si (0 <x ≤ 2, 0 < y ≤ 2) composite doped with a dopant. In addition, x and y values of the Fe x Mn y Si composite is preferably in the range of 0.9 to 1.1, respectively. The x value of the FexMnySi composite may be in the range of 0.4 to 0.6, the y value is in the range of 0.0 to 0.2, or the x value is in the range of 0.0 to 0.2, and the y value is in the range of 0.4 to 1.2, respectively.

또한, 상기 FexMnySi 복합체는 탄소전구체로 코팅된 후 열처리되는 것을 특징으로 하는 음극 활물질을 제공한다.In addition, the Fe x Mn y Si composite provides a negative electrode active material, characterized in that the heat treatment after coating with a carbon precursor.

또한, 상기 탄소전구체는 피치(Pitch), 및 전도성 고분자 중에서 적어도 하나 선택되는 것을 특징으로 하는 음극 활물질을 제공한다.In addition, the carbon precursor provides a negative electrode active material, characterized in that at least one selected from the pitch (Pitch), and the conductive polymer.

또한, 상기 탄소전구체는 상기 FexMnySi 복합체 100 중량 대비 2 ~ 20 중량 부로 코팅되는 것을 특징으로 하는 음극 활물질을 제공한다.In addition, the carbon precursor provides a negative electrode active material, characterized in that the coating of 2 to 20 parts by weight based on 100 parts by weight of the Fe x Mn y Si composite.

또한, 상기 FexMnySi 복합체는 전도성 향상을 위해 전도성 금속이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 음극 활물질을 제공한다.In addition, the Fe x Mn y Si composite provides a negative electrode active material further comprises a conductive metal to improve conductivity.

또한, 상기 도판트로 도핑된 FexMnySi 복합체는, 도판트로 도핑된 실리콘을 이용하여 제조되는 것을 특징으로 하는 음극 활물질을 제공한다.In addition, the Fe x Mn y Si composite doped with the dopant provides a negative electrode active material, characterized in that it is prepared using a silicon doped with a dopant.

또한, 상기 도판트는 보론(Boron), 비소(As) 및 인(Phosphorus) 중에서 적어도 하나 선택되는 것을 특징으로 하는 음극 활물질을 제공한다.In addition, the dopant provides a negative electrode active material, characterized in that at least one selected from boron (Boron), arsenic (As) and phosphorus (Phosphorus).

본 발명은 또한, 철(Fe), 실리콘(Si) 및 망간(Mn)을 혼합하여 FexMnySi(0<x≤2, 0<y≤2) 복합물을 제조하는 단계; 탄소전구체를 용제에 넣어 코팅액을 만들고 상기 FexMnySi 복합물을 상기 코팅액과 혼합, 교반하여 코팅하는 단계; 및 상기 탄소전구체로 코팅된 FexMnySi 복합물을 열처리하는 단계;를 포함하여 이루어지는 음극 활물질의 제조방법을 제공한다.The present invention also provides a process for preparing a Fe x Mn y Si (0 <x≤2, 0 <y≤2) composite by mixing iron (Fe), silicon (Si) and manganese (Mn); Putting a carbon precursor in a solvent to form a coating solution and coating the Fe x Mn y Si composite by mixing and stirring the coating solution; And heat-treating a Fe x Mn y Si composite coated with the carbon precursor.

또한, 상기 FexMnySi 복합물을 제조하는 단계는 볼 밀러(ball miller)를 이 용하여 기계적으로 혼합하여 상기 FexMnySi 복합체를 제조하는 것을 특징으로 하는 음극 활물질의 제조방법을 제공한다.In addition, the method for producing the Fe x Mn y Si composite are mixed mechanically using a ball miller (ball miller) it provides a method for preparing a negative active material, characterized in that for preparing the Fe x Mn y Si composite.

또한, 상기 각 단계 중 하나 이상은 비활성가스 분위기에서 수행하는 것을 특징으로 하는 음극 활물질의 제조방법을 제공한다.In addition, at least one of the above steps provides a method for producing a negative electrode active material, characterized in that performed in an inert gas atmosphere.

또한, 상기 비활성가스는 아르곤(Ar) 가스인 것을 특징으로 하는 음극 활물질의 제조방법을 제공한다.In addition, the inert gas provides a method for producing a negative electrode active material, characterized in that the argon (Ar) gas.

또한, 상기 열처리하는 단계는, 800 ~ 1400 ℃ 범위에서 수행하는 것을 특징으로 하는 음극 활물질의 제조방법을 제공한다.In addition, the heat treatment step provides a method for producing a negative electrode active material, characterized in that performed in the range of 800 ~ 1400 ℃.

본 발명은 또한, 음극 활물질을 포함하는 음극과 양극 활물질을 포함하는 양극 및 이온전도체를 구비한 리튬이차전지에 있어서, 상기 음극 활물질은 도판트로 도핑된 FexMnySi(0<x≤2, 0<y≤2)를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 리튬이차전지를 제공한다.The present invention also provides a lithium secondary battery including a negative electrode including a negative electrode active material and a positive electrode and an ion conductor including a positive electrode active material, wherein the negative electrode active material is doped with a dopant Fe x Mn y Si (0 <x≤2, Provided is a lithium secondary battery comprising 0 <y ≤ 2).

또한, 상기 음극 활물질은 전술한 음극 활물질인 것을 특징으로 하는 리튬이차전지를 제공한다.In addition, the negative electrode active material provides a lithium secondary battery, characterized in that the above-described negative electrode active material.

또한, 상기 음극 활물질은 게르마늄(Gr)이 더 포함된 것을 특징으로 하는 리튬이차전지를 제공한다.In addition, the negative electrode active material provides a lithium secondary battery, characterized in that further comprises germanium (Gr).

또한, 상기 음극은 도전재인 카본 블랙(Super P Black)을 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 리튬이차전지를 제공한다.In addition, the negative electrode provides a lithium secondary battery, characterized in that further comprises a carbon black (Super P Black) as a conductive material.

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

먼저, 본 발명에 따른 음극 활물질을 설명한다.First, the negative electrode active material according to the present invention will be described.

본 발명에 따른 음극 활물질은, 도판트로 도핑된 FexMnySi(0<x≤2, 0<y≤2) 복합체를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다. 상기 FexMnySi 복합체는 탄소전구체로 코팅된 후 열처리될 수 있다. 또한, 본 발명의 기술 분야에서 사용되는 음극 활물질을 혼합하여 사용할 수 있으며 이도 본 발명에 포함된다. The negative electrode active material according to the present invention is characterized in that it comprises a Fe x Mn y Si (0 <x ≤ 2, 0 < y ≤ 2) composite doped with a dopant. The Fe x Mn y Si composite may be heat-treated after coating with a carbon precursor. In addition, a negative electrode active material used in the technical field of the present invention may be mixed and used in the present invention.

본 발명의 FexMnySi 복합체는 도판트로 도핑되어 전기전도도를 증가시키는 것을 특징으로 한다. 상기 도판트로는 전기전도도를 증가시키는 역할을 하는 재료라면 모두 본 발명에 포함된다. 바람직한 예로는 보론(Boron), 비소(As), 인(Phosphorus) 등을 들 수 있으며, 하나 또는 혼합하여 사용될 수 있다.Fe x Mn y Si composite of the present invention is characterized in that it is doped with a dopant to increase the electrical conductivity. As the dopant, any material that serves to increase the electrical conductivity is included in the present invention. Preferred examples include boron, arsenic, phosphorus, and the like, and may be used alone or in combination.

도판트의 양은 일반적인 첨가량으로 첨가될 수 있으며, 제한되지 않으나 실리콘 100 중량 대비 0.01 ~ 10 중량부 포함되는 것이 좋다.The amount of the dopant may be added in a general addition amount, but is not limited but is preferably included 0.01 to 10 parts by weight based on 100 weight of silicon.

실리콘의 경우 부도체에 가까워 전기전도도가 매우 낮은 문제점이 있는데, 상기 복합체를 형성할 때, 도판트로 도핑된 실리콘을 사용하여 복합체를 형성할 경우, 보다 효과적으로 FexMnySi 복합체의 전기전도도를 증가시킬 수 있다. 상기 도판트로 도핑된 실리콘은 특별한 제한은 없으며, 단결정, 다결정, 비정질의 실리콘이 모두 포함되며, 도판트의 종류도 특별히 제한되지 않는다.In the case of silicon, there is a problem that the electrical conductivity is very low because it is close to the insulator. When forming the composite, when the composite is formed using silicon doped with a dopant, the electrical conductivity of the Fe x Mn y Si composite may be more effectively increased. Can be. Silicon doped with the dopant is not particularly limited, and includes all of single crystal, polycrystalline and amorphous silicon, and the type of dopant is not particularly limited.

상기 철, 망간 및 실리콘의 혼합비, 즉 원자비율을 나타내는 x, y는 각각 제한되지 않으나 0 < x ≤ 2인 것이 좋으며 특히 x, y는 0.9 ~ 1.1의 범위내가 바람직하다. 또한, 상기 FexMnySi 복합체의 x 값은 0.4 ~ 0.6 범위이고 y 값은 0.0 ~ 0.2 범위 내이거나 x 값은 0.0 ~ 0.2 범위이고 y 값은 각각 0.4 ~ 1.2 범위인 것도 좋다. 상기 x, y의 값 등은 오차범위 내 및 균등범위로 볼 수 있는 범위의 혼합 중량비도 포함한다.The mixing ratio of the iron, manganese and silicon, that is, x, y indicating the atomic ratio is not limited, respectively, but is preferably 0 <x ≤ 2, and particularly, x, y is preferably in the range of 0.9 to 1.1. The x value of the FexMnySi composite may be in the range of 0.4 to 0.6, the y value is in the range of 0.0 to 0.2, or the x value is in the range of 0.0 to 0.2, and the y value is in the range of 0.4 to 1.2, respectively. The values of x, y and the like also include mixed weight ratios within an error range and an equivalent range.

또한, 상기 FexMnySi 복합체는 탄소전구체로 코팅될 수 있다. 상기 탄소전구체로 코팅함으로써 전기전도도를 더욱 증가시킬 수 있으며, 복합체의 팽창을 보다 효율적으로 억제할 수 있다. 상기 탄소전구체의 코팅량은 제한되지 않는다. 바람직하기로는 상기 FexMnySi 복합체의 100 중량 대비 2 ~ 20 중량부로 코팅되는 것이 바람직하다. 상기 코팅양의 범위를 벗어나서 소량 코팅되면 효과가 미약하고 초과될 경우 복합체의 결정성이 다소 떨어질 수 있다.In addition, the Fe x Mn y Si composite may be coated with a carbon precursor. By coating with the carbon precursor can further increase the electrical conductivity, it is possible to more efficiently suppress the expansion of the composite. The coating amount of the carbon precursor is not limited. Preferably it is preferably coated with 2 to 20 parts by weight based on 100 parts by weight of the Fe x Mn y Si composite. If the coating amount is out of the range of the coating amount is a small amount and the effect may be slightly lower the crystallinity of the composite.

또한, 상기 탄소전구체로 코팅한 후에, 열처리를 하는 것이 더욱 바람직하다. 열처리를 통해 탄화시킴으로써 탄소 코팅시켜 보다 특성을 우수하게 할 수 있다. 상기 열처리의 조건은 제한되지 않으나 서서히 승온하여 800 ~1400 ℃ 범위내에서 30분 ~ 2시간 동안 열처리하는 것이 좋다.Further, after coating with the carbon precursor, heat treatment is more preferable. Carbonization through heat treatment can result in carbon coating to further improve properties. The condition of the heat treatment is not limited, but the temperature is gradually increased to heat treatment for 30 minutes to 2 hours in the 800 ~ 1400 ℃ range.

상기 탄소전구체의 예로는 제한되지 않으나, 피치(Pitch), 및 전도성 고분자 중에서 적어도 하나 선택되는 것이 좋다. 전도성 고분자는 그 자체로 전도성을 띄고 있어 좋다. 전도성 고분자의 예로, 폴리아닐린(PAn), 폴리아세틸렌(Polyacetylene), 폴리피롤(Polypyrrole), 폴리티오펜(Polythiophene) 등이 열거될 수 있다. 상기 전도성 고분자는 염산 등을 이용하여 도핑된 전도성 고분자일 수 있다.Examples of the carbon precursor are not limited, but at least one selected from a pitch and a conductive polymer. The conductive polymer may be conductive in itself. Examples of the conductive polymer may include polyaniline (PAn), polyacetylene, polypyrrole, polythiophene, and the like. The conductive polymer may be a conductive polymer doped with hydrochloric acid or the like.

또한, 상기 FexMnySi 복합체는 전도성 향상을 위해 전도성 금속이 더 포함될 수 있다. 전도성 금속으로는 본 기술분야에서 활물질로 사용되거나 기대되는 금속을 예로 들 수 있으며, 잘 알려져 있으므로 설명을 생략한다.In addition, the Fe x Mn y Si composite may further include a conductive metal to improve conductivity. Examples of the conductive metal include metals that are used or expected as active materials in the art, and are well known and will not be described.

본 발명에 따른 음극 활물질은 이온의 삽입/탈리(intercalation/ deintercalation) 현상을 이용한 전지라면 제한되지 않고 음극 활물질로 적용될 수 있다.The negative electrode active material according to the present invention is not limited as long as it is a battery using an intercalation / deintercalation phenomenon of ions, and may be applied as a negative electrode active material.

이하에서는 본 발명에 따른 음극 활물질의 제조방법을 설명한다. 이하의 제조방법에 대한 설명은 상기의 음극 활물질에 대한 설명도 포함된다.Hereinafter will be described a method of manufacturing a negative electrode active material according to the present invention. Description of the following manufacturing method also includes a description of the negative electrode active material.

본 발명에 따른 음극 활물질의 제조방법은, Method for producing a negative electrode active material according to the present invention,

철(Fe), 실리콘(Si) 및 망간(Mn)을 혼합하여 FexMnySi(0<x≤2, 0<y≤2) 복합물을 제조하는 단계, 탄소전구체를 용제에 넣어 코팅액을 만들고 상기 FexMnySi 복합물을 상기 코팅액과 혼합, 교반하여 코팅하는 단계, 및 상기 탄소전구체로 코팅된 FexMnySi 복합물을 열처리하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.Iron (Fe), silicon (Si) and manganese (Mn) is mixed to prepare a Fe x Mn y Si (0 <x ≤ 2, 0 < y ≤ 2) composite, putting a carbon precursor in a solvent to form a coating solution And mixing and stirring the Fe x Mn y Si composite with the coating solution, and heat treating the Fe x Mn y Si composite coated with the carbon precursor.

상기 각 단계 중 하나 이상은 비활성가스 분위기에서 수행하는 것이 좋으며, 상기 비활성가스는 아르곤(Ar) 가스가 바람직하다. At least one of each of the steps is preferably carried out in an inert gas atmosphere, the inert gas is preferably argon (Ar) gas.

또한, 상기 각 단계 중 하나 이상은 얻어진 결과물을 분쇄하여 입도를 조절하는 것이 좋다. 분쇄방법은 종래에 잘 알려져 있으므로 그에 의한다.In addition, at least one of the above steps is preferably to control the particle size by grinding the obtained result. Grinding method is well known in the art and accordingly.

상기 FexMnySi 복합물을 제조하는 단계는 철(Fe), 망간(Mn) 및 실리콘(Si)을 혼합하여 FexMnySi 복합물을 제조하는 단계이다. 상기 복합물의 조성 x, y는 전술 하였으므로 생략한다.A step of producing the Fe x Mn y Si composite is a mixture of iron (Fe), manganese (Mn) and silicon (Si) is a step for preparing a Fe x Mn y Si composite. Compositions x and y of the composite are omitted because they have been described above.

상기 각 성분들을 혼합하여 FexMnySi 복합물을 제조하는 방법은 제한되지 않으나 합금의 방법을 이용할 수 있으며, 특히 유동(Planetary) 볼 밀러(Ball Miller)를 회전시키면서 기계적으로 합금시키는 것이 좋다. 상기 회전속도는 제한되지 않으나 50 ~ 200 rpm으로 회전시키며, 시간은 20 ~ 100 시간이 적정하나 필요에 따라 변형이 가능하다. 상기 볼 밀러에서 사용되는 볼은 일종을 이용할 수 있으나 직경이 다른 여러 종류의 볼을 사용할 수도 있다. 합금 용기는 산소 및 수분의 혼입에 따른 재료의 산화를 방지하기 위해 실링된 용기를 사용하고 불활성 가스, 특히 아르곤 가스 분위기 하에서 수행하는 것이 좋다.The method of preparing the Fe x Mn y Si composite by mixing the above components is not limited, but an alloying method may be used, and in particular, the alloy may be mechanically rotated while rotating the planetary ball miller. The rotation speed is not limited but rotates at 50 to 200 rpm, and the time is appropriate for 20 to 100 hours, but may be modified as necessary. The ball used in the ball miller may use a kind, but various kinds of balls having different diameters may be used. The alloy container preferably uses a sealed container to prevent oxidation of the material due to the incorporation of oxygen and moisture and is carried out under an inert gas, in particular argon gas atmosphere.

Fe1 - xMnxSi2 복합물 제조 후에는 제한되지 않으나 입자를 분쇄(grinding)하고 체질(seiving)하여 입도를 조절하는 것이 좋다.After the Fe 1 - x Mn x Si 2 composite is not limited, it is preferable to adjust the particle size by grinding and sieving the particles.

다음, 탄소전구체로 상기 복합체를 코팅하는 단계에 대하여 설명한다. 먼저, 탄소전구체를 용제에 넣어 코팅액을 만들고 그 후에, 상기 코팅액에 상기 FexMnySi 복합물을 넣어 코팅액과 혼합, 교반시켜서 코팅한다. 상기 용제는 제한되지 않으나 유기용제, 특히 테트라히드로퓨란(THF)이 좋다. 탄소전구체는 전술하였으므로 생략한다.Next, the step of coating the composite with a carbon precursor will be described. First, a carbon precursor is added to a solvent to form a coating solution, and then, the Fe x Mn y Si composite is added to the coating solution, mixed with the coating solution, and stirred to coat. The solvent is not limited, but an organic solvent, particularly tetrahydrofuran (THF) is preferable. The carbon precursor is omitted because it has been described above.

다음, 상기 코팅이 끝난 후, 열처리하는 것이 보다 바람직하다. 열처리를 통해 피치로 코팅된 복합체를 더욱 안정화시킬 수 있다. 상기 열처리는 제한되지 않으나 서서히 승온하여 800 ~1400 ℃ 범위내에서 30분 ~ 2시간 동안 열처리하는 것이 좋다.Next, after the coating is finished, it is more preferable to heat treatment. The heat treatment can further stabilize the composite coated with pitch. The heat treatment is not limited, but is gradually heated to a heat treatment for 30 minutes to 2 hours in the 800 ~ 1400 ℃ range.

상기의 과정을 통해 제조된 본 발명의 일실시예에 따라 제조한 재료의 물리적 특성을 측정하였으며 그 측정결과를 후술할 실시예 및 실험예에서 보다 상세하게 설명한다.Physical properties of the material prepared according to the embodiment of the present invention manufactured by the above process was measured and the measurement results will be described in more detail in Examples and Experimental Examples to be described below.

이하에서는, 본 발명의 일실시예에 따른 음극 활물질을 구비한 리튬이차전지를 상세히 설명한다.Hereinafter, a lithium secondary battery having a negative electrode active material according to an embodiment of the present invention will be described in detail.

본 발명에 따른 음극 활물질을 구비한 리튬이차전지는, 음극 활물질을 포함하는 음극과 양극 활물질을 포함하는 양극 및 이온전도체를 구비한 리튬이차전지에 있어서, 상기 음극 활물질은 도판트로 도핑된 FexMnySi(0<x≤2, 0<y≤2) 복합체를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다. 상기 음극 활물질은 전술한 음극 활물질인 것이 보다 바람직하다. In a lithium secondary battery having a negative electrode active material according to the present invention, a lithium secondary battery having a negative electrode including a negative electrode active material and a positive electrode and an ion conductor including a positive electrode active material, the negative electrode active material is doped with a dopant Fe x Mn It is characterized by comprising a y Si (0 <x ≤ 2, 0 < y ≤ 2) composite. As for the said negative electrode active material, it is more preferable that it is the above-mentioned negative electrode active material.

또한, 상기 음극 활물질에 게르마늄(Gr)을 더 첨가할 수 있다. 첨가량은 제한되지 않으나 상기 FexMnySi 복합체와 1:1의 중량비로 혼합될 수 있다.In addition, germanium (Gr) may be further added to the anode active material. The addition amount is not limited but may be mixed with the Fe x Mn y Si composite at a weight ratio of 1: 1.

도판트로 도핑된 FexMnySi(0<x≤2, 0<y≤2) 복합체를 제외한 나머지 구성은 본 기술 분야에서 알려진 구성을 제한되지 않고 선택하여 적용할 수 있다. 바람직하기로는, 상기 음극은 도전재인 카본 블랙(Super P Black)을 더 포함할 수 있으며, 상기 음극은 바인더인 폴리비닐리덴플로라이드(PVDF)와 집전체를 더 포함하여 이루어질 수 있다. 또한, 상기 이온전도체는 전해액 또는 고분자 전해질일 수 있다.Except the Fe x Mn y Si (0 <x ≤ 2, 0 < y ≤ 2) composite doped with a dopant can be applied to select the configuration known in the art without limitation. Preferably, the negative electrode may further include carbon black (Super P Black) as a conductive material, and the negative electrode may further include a polyvinylidene fluoride (PVDF) as a binder and a current collector. In addition, the ion conductor may be an electrolyte solution or a polymer electrolyte.

본 발명의 일실시예에 따른 리튬이차전지는 전술한 음극 활물질 이외에도 본 발명의 기술분야에서 알려진 음극 활물질을 더 포함하여 이루어질 수 있다. 즉 제한되지 않으나, 리튬금속, 난흑연화성 탄소, 이흑연화성 탄소, 천연흑연, 인조흑연 등을 더 포함할 수 있다. 또한 활성탄소를 더 사용할 수도 있다. The lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention may further include a negative electrode active material known in the art, in addition to the above-described negative electrode active material. That is, although not limited, it may further include lithium metal, non-graphitizable carbon, digraphitizable carbon, natural graphite, artificial graphite, and the like. It is also possible to use more activated carbon.

도 8은 본 발명의 실시 형태인 리튬이차전지(1)를 나타낸 것이다. 리튬이차전지(1)는 음극(2), 전극(3), 상기 음극(2)과 양극(3) 사이에 배치된 세퍼레이터(4), 상기 음극(2), 양극(3) 및 세퍼레이터(4)에 함침된 이온전도체와, 전지 용기(5)와, 전지 용기(5)를 봉입하는 봉입부재(6)를 주된 부분으로 하여 구성되어 있다. 도 2에 도시된 리튬이차전지의 형태는 원통형이나 이외에 원통형, 각형, 코인형, 또는 쉬트형 등의 다양한 형상으로 될 수 있다.8 shows a lithium secondary battery 1 according to an embodiment of the present invention. The lithium secondary battery 1 includes a negative electrode 2, an electrode 3, a separator 4 disposed between the negative electrode 2 and the positive electrode 3, the negative electrode 2, the positive electrode 3, and the separator 4. ), The ion conductor impregnated in the ()), the battery container (5), and the sealing member (6) for sealing the battery container (5) as a main portion. The shape of the lithium secondary battery illustrated in FIG. 2 may be in the form of a cylinder, in addition to a cylindrical shape, a square shape, a coin shape, a sheet shape, or the like.

상기 양극(3)은 양극 활물질, 도전재 및 바인더로 이루어진 양극 합제를 구비하여 된 것이다. 양극 활물질로는 리튬을 가역적으로 인터칼레이션/디인터칼레이션 할 수 있는 화합물로 LiMn2O4, LiCoO2, LiNiO2, LiFeO2 , V2O5, TiS, MoS 등이 있으며 제한되지 않는다.The positive electrode 3 is provided with a positive electrode mixture composed of a positive electrode active material, a conductive material and a binder. The positive electrode active material is a compound capable of reversibly intercalating / deintercalating lithium, including LiMn 2 O 4 , LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiFeO 2 , V 2 O 5 , TiS, MoS, and the like.

세퍼레이터로는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 올레핀계 다공질 필름을 사용할 수 있다.As the separator, an olefin porous film such as polyethylene or polypropylene can be used.

상기 이온전도체는, 전해액으로 프로필렌 카보네이트(이하, PC), 에틸렌 카보네이트(이하 EC), 부틸렌 카보네이트, 벤조니트릴, 아세토니트릴, 테트라히드로퓨란, 2-메틸 테트라히드로퓨란, γ-부티로락톤, 디옥솔란, 4-메틸디옥솔란, N,N-디메틸포름아미드, 디메틸아세토아미드, 디메틸설폭사이드, 디옥산, 1,2-디메톡시에탄, 설포란, 디클로로에탄, 클로로벤젠, 니트로벤젠, 디메틸 카보네이트(이하, DMC), 에틸메틸 카보네이트(이하, EMC), 디에틸 카보네이트, 메틸프로필 카보네이트, 메틸이소프로필 카보네이트, 에틸부틸 카보네이트, 디프로필 카보네이트, 디이소프로필카보네이트, 디부틸 카보네이트, 디에틸렌글리콜, 디메틸에테르 등의 비프로톤성 용매, 또는 이들 용매 중 2종 이상을 혼합한 혼합 용매에, LiCF3SO3, Li(CF3SO2)2, LiPF6 , LiBF4, LiClO4, LiN(SO2C2F5)2 등의 리튬염으로 이루어진 전해질 1종 또는 2종 이상을 혼합시킨 것을 용해한 것을 사용할 수 있다.The ion conductor may be propylene carbonate (hereinafter referred to as PC), ethylene carbonate (hereinafter referred to as EC), butylene carbonate, benzonitrile, acetonitrile, tetrahydrofuran, 2-methyl tetrahydrofuran, γ-butyrolactone, dioxane, and the like. Solan, 4-methyldioxolane, N, N-dimethylformamide, dimethylacetoamide, dimethyl sulfoxide, dioxane, 1,2-dimethoxyethane, sulfolane, dichloroethane, chlorobenzene, nitrobenzene, dimethyl carbonate ( Hereinafter, DMC), ethyl methyl carbonate (hereinafter EMC), diethyl carbonate, methyl propyl carbonate, methyl isopropyl carbonate, ethyl butyl carbonate, dipropyl carbonate, diisopropyl carbonate, dibutyl carbonate, diethylene glycol, dimethyl ether LiCF 3 SO 3 , Li (CF 3 SO 2 ) 2 , LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiN (S) in an aprotic solvent such as or a mixed solvent of two or more of these solvents mixed. O 2 C 2 F 5) may be used that prepared by dissolving a mixture of the electrolyte alone or in combination of two or more made of a lithium salt of 2, and so on.

또한 상기 전해액 대신에 고분자 고체 전해질을 사용하여도 좋으며, 이 경우는 리튬이온에 대한 이온도전성이 높은 고분자를 사용하는 것이 바람직하고, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리프로필렌옥사이드, 폴리에틸렌이민 등을 사용할 수 있고, 또한 이것의 고분자에 상기 용매와 용질을 첨가하여 겔상으로 한 것을 사용할 수도 있다.In addition, a polymer solid electrolyte may be used instead of the electrolyte solution. In this case, it is preferable to use a polymer having high ion conductivity with respect to lithium ions, and polyethylene oxide, polypropylene oxide, polyethyleneimine and the like can be used. The solvent and the solute may be added to the polymer of to form a gel.

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

<실시예><Example>

(a) 도판트로 도핑된 FeMnSi 복합체의 제조(a) Preparation of FeMnSi Composite Doped with Dopant

도판트로 도핑된 FeMnSi의 합성은 기계적 볼밀링(ballmilling)법을 통해 수행하였다. 실리콘(Si)은 보론(Boron)이 소량 도핑된 단결정 실리콘 웨이퍼를 파쇄하여 사용하였으며 철(Fe)은 High Purity Chemicals 사의 53㎛ 이하의 입도를 가지며 순도는 99.9% 이상인 제품을 사용하였으며 망간(Mn)은 알드리치(Aldrich)사의 325 메쉬(mesh) 이하의 순도 99%이상인 것을 사용하였다. Synthesis of FeMnSi doped with dopant was performed by mechanical ball milling. Silicon (Si) was used by crushing a small amount of boron-doped single crystal silicon wafer, and iron (Fe) had a particle size of less than 53㎛ of High Purity Chemicals, and a purity of 99.9% or more, and manganese (Mn) was used. Silver having a purity of 99% or more of 325 mesh (Aldrich) company or less was used.

각각의 재료를 몰비를 계산하여 밀링용기(milling pot)에 넣고 아르곤(Ar) 분위기에서 100 시간 동안 300rpm의 조건으로 볼밀링법을 통하여 도판트로 도핑된 FeMnSi 복합체를 합성하였다. 사용된 볼(Ball)은 지르코니아(zirconia) 재질이며 5, 10㎜ 크기의 것을 무게비로 1:2로 혼합하여 사용하였다. The molar ratio of each material was calculated in a milling pot, and a FeMnSi composite doped with a dopant was synthesized through a ball milling method at 300 rpm for 100 hours in an argon (Ar) atmosphere. Ball used was zirconia (zirconia) material and 5, 10㎜ size was used by mixing 1: 2 by weight ratio.

(b) 피치(pitch) 코팅된 FeMnSi 복합체의 제조(b) Preparation of pitch coated FeMnSi composite

상기에서 제조된 도판트로 도핑된 FeMnSi 복합체를 전도성을 높이기 위해 피치(pitch) 코팅을 하였다. 먼저 FeMnSi 대비 10 중량부의 피치를 테트라하이드로퓨란(THF)에 넣고 30분간 교반하여 코팅액을 만들고 미리 만들어둔 제조된 FeSiMn 복합체를 투입한 후 다시 30분가량 교반하였다. 코팅이 끝난 후 건조시키고 열처리를 하였다. 열처리는 아르곤(Ar) 분위기에서 진행하였으며 5℃/min의 속도로 1200℃까지 온도를 올린 후 1시간 동안 유지시켜 피치(pitch) 코팅된 FeMnSi 복합체를 제조하였다.Pitch coating of the FeMnSi composite doped with the dopant prepared above to increase the conductivity. First, 10 parts by weight of the pitch of FeMnSi was added to tetrahydrofuran (THF) and stirred for 30 minutes to prepare a coating solution, and the prepared FeSiMn composite was prepared, and then stirred for about 30 minutes. After the coating was finished and dried. The heat treatment was performed in an argon (Ar) atmosphere, and the temperature was raised to 1200 ° C. at a rate of 5 ° C./min, and maintained for 1 hour to prepare a pitch coated FeMnSi composite.

(c) 리튬 이차 전지의 제조(c) Preparation of Lithium Secondary Battery

상기에서 제조된 FeMnSi 복합체를 포함한 활물질을 구비한 리튬이차전지를 제조하였다. 합성된 재료의 충방전 거동을 알아보기 위해 Li 호일(foil)을 카운터(counter) 전극으로 적용한 코인전지(coin cell)를 제작하였다. 전극제작 시 활물질로는 FeMnSi 복합체와 게르마늄(Gr)을 1:1로 혼합한 재료를 사용하였으며 게르마늄은 (주)소디프신소재의 DAG-68을 사용하였다. 도전재는 Super-P Black, 결합제로는 PVDF를 사용하였으며 각각의 조성은 활물질/도전재/결합제=80/10/10 wt.% 로 하였다. 전해액은 (주)테크노세미켐의 1M LiPF6+EC/EMC(1/1 vol.%)+VC2%를 사용하였다.A lithium secondary battery having an active material including the prepared FeMnSi composite was prepared. In order to investigate the charge and discharge behavior of the synthesized material, a coin cell using Li foil as a counter electrode was fabricated. When manufacturing the electrode, a material in which a FeMnSi composite material and germanium (Gr) were mixed 1: 1 was used, and germanium was made of DAG-68 manufactured by Sodiff Advanced Materials. Super-P Black was used as the conductive material and PVDF was used as the binder, and each composition was set to active material / conductive material / binder = 80/10/10 wt.%. As the electrolyte, 1M LiPF6 + EC / EMC (1/1 vol.%) + VC2% of Techno Semichem Co., Ltd. was used.

<실험예>Experimental Example

합성된 FeMnSi은 FE-SEM을 통해 모폴로지(morphology)를 확인하였다. FE-SEM 분석은 Hitachi사의 S-4800을 이용하여 수행하였다. FeSiMn의 열적거동은 TA사의 Q600 series를 통하여 조사하였다. The synthesized FeMnSi confirmed the morphology (morphology) through FE-SEM. FE-SEM analysis was performed using Hitachi S-4800. The thermal behavior of FeSiMn was investigated by TA Q600 series.

또한, 제작된 coin cell의 충방전은 토요(Toyo)사의 Toscat-3000 series를 이용하여 진행하였다. 충전은 0.1C rate의 정전류로 1.5V로하여 차단(cut-off)하였으며 방전은 두 가지 방법으로 진행하였다. 첫 번째는 0.01V까지 0.1C rate의 정전류 및 0.01C rate의 정전압으로 하였고, 다른 방법은 700mAh/g 의 용량을 차단(cut-off) 조건으로 하였다. In addition, charging and discharging of the manufactured coin cell was performed using Toyo's Toscat-3000 series. Charging was cut off at 1.5V with a constant current of 0.1C rate, and discharge was performed in two ways. The first was a constant current of 0.1C rate and a constant voltage of 0.01C rate up to 0.01V, and the other method was a cut-off condition of a capacity of 700mAh / g.

실험결과는 다음과 같다.The experimental results are as follows.

앞서 기술한 바와 같이 실리콘의 높은 이론용량에도 불구하고 상용화되지 못하는 이유는 충방전됨에 따라 리튬 이온이 삽입 탈리될 때 부피팽창이 매우 크다는 것과 전기전도도가 매우 낮다는 것이다. 순수 실리콘은 부도체에 가까운데 이런 문제를 해결하기위해 소량의 도판트(dopant)가 첨가된 실리콘 재료를 사용하였다. As described above, the reason why it is not commercialized despite the high theoretical capacity of silicon is that the volume expansion is very large and the electrical conductivity is very low when lithium ions are inserted and detached as they are charged and discharged. Pure silicon is close to insulators. To solve this problem, silicon materials with a small amount of dopant are used.

도 1은 전자전도에 영향을 미치는 도판트의 농도에 따른 저항의 변화를 나타낸 것이다. 그림에서 알 수 있듯이 도판트의 양이 증가함에 따라 전기전도도는 꾸 준히 상승하고 있다. 본 실험에서는 5×10-3 ㎝ 수준의 실리콘 재료를 사용하여 실험을 진행하였다.Figure 1 shows the change in resistance according to the concentration of the dopant affects the electron conductivity. As the figure shows, the conductivity increases steadily as the amount of dopant increases. In this experiment, the experiment was performed using a silicon material of 5 × 10 -3 cm level.

도 2는 제조된 FeMnSi의 피치코팅 유무에 따른 XRD 패턴을 나타낸 것이다. JCPDS 분석을 통해 FeSi와 Si의 피크가 함께 나타났으며 피치 코팅에 따라 결정성이 약간 떨어지는 것을 알 수 있었다. 이런 결과는 전자전도성의 향상으로 인해 충방전 효율특성에서는 나아지겠지만 사이클 수명 특성에서 문제를 나타낼 수 있다고 예상되어 진다. 따라서 피치 코팅의 양과 열처리 조건은 전술한 범위가 바람직하다고 판단된다.Figure 2 shows the XRD pattern according to the presence or absence of the pitch coating of the prepared FeMnSi. JCPDS analysis showed that the peaks of FeSi and Si appeared together and the crystallinity was slightly decreased depending on the pitch coating. This result is expected to show a problem in cycle life characteristics, although better in charge and discharge efficiency characteristics due to the improvement of electronic conductivity. Therefore, it is judged that the amount of pitch coating and heat treatment condition are in the above-mentioned ranges.

도 3 및 4는 피치 코팅 전후 각각 열처리한 후에 FE-SEM 사진을 나타낸 것이다. 도 3 및 4에서 합성된 FeMnSi의 입자들은 2~3㎛ 정도에서 크게는 10㎛정도의 크기로 형성되어 있으며 피치 코팅한 재료의 경우 액화된 피치가 소량 분포되어 있는 것을 확인할 수 있었다. 3 and 4 show FE-SEM photographs after heat treatment before and after pitch coating. The particles of FeMnSi synthesized in FIGS. 3 and 4 were formed in a size of about 10 μm in size from 2 to 3 μm, and a small amount of liquefied pitch was distributed in the case of pitch coated material.

도 5는 전술한 방법으로 합성된 볼밀링(ballmilling) 법을 통해 합성된 FeMnSi 재료를 TGA를 이용해 열적거동을 분석한 결과이며, 도 6 및 도 7은 제조된 리튬 이차 전지의 충방전 특성을 나타낸 도이다. 도시된 바와 같이 열적거동 및 충방전 특성이 우수한 것을 알 수 있다.5 is a result of analyzing the thermal behavior of the FeMnSi material synthesized by the ball milling (ballmilling) method synthesized by the above method using TGA, Figure 6 and 7 shows the charge and discharge characteristics of the manufactured lithium secondary battery It is also. As shown, it can be seen that the thermal behavior and the charge and discharge characteristics are excellent.

본 발명에 따른 음극 활물질 및 리튬이차전지는, 물리적 특성 및 전기 화학적 특성을 분석한 결과, 전기 전도성이 뛰어나며, 충방전 특성 등 전기화학적 물성이 뛰어나 산업적으로 유용하다. The negative electrode active material and the lithium secondary battery according to the present invention, as a result of analyzing physical and electrochemical properties, are excellent in electrical conductivity, and excellent in electrochemical properties such as charge and discharge characteristics, and are industrially useful.

Claims (20)

삭제delete 리튬이차전지의 음극 활물질에 있어서,In the negative electrode active material of a lithium secondary battery, 도판트(dopant)로 도핑된 FexMnySi(0<x≤2, 0<y≤2) 복합체를 포함하여 이루어진 음극 활물질로서,An anode active material comprising a Fe x Mn y Si (0 <x ≤ 2, 0 < y ≤ 2) composite doped with a dopant, 상기 FexMnySi 복합체는 탄소전구체로 코팅된 후 열처리되는 것을 특징으로 하는 음극 활물질.The Fe x Mn y Si composite is coated with a carbon precursor and then heat-treated negative electrode active material. 제2항에 있어서, 상기 탄소전구체는 피치(Pitch), 및 전도성 고분자 중에서 적어도 하나 선택되는 것을 특징으로 하는 음극 활물질.The negative active material of claim 2, wherein the carbon precursor is selected from at least one of a pitch and a conductive polymer. 제2항에 있어서, 상기 탄소전구체는 상기 FexMnySi 복합체 100 중량 대비 2 ~ 20 중량부로 코팅되는 것을 특징으로 하는 음극 활물질.The negative active material of claim 2, wherein the carbon precursor is coated with 2 to 20 parts by weight based on 100 parts by weight of the Fe x Mn y Si composite. 리튬이차전지의 음극 활물질에 있어서,In the negative electrode active material of a lithium secondary battery, 도판트(dopant)로 도핑된 FexMnySi(0<x≤2, 0<y≤2) 복합체를 포함하여 이루어진 음극 활물질로서,An anode active material comprising a Fe x Mn y Si (0 <x ≤ 2, 0 < y ≤ 2) composite doped with a dopant, 상기 FexMnySi 복합체는 전도성 향상을 위해 전도성 금속이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 음극 활물질.The Fe x Mn y Si composite is a negative electrode active material, characterized in that it further comprises a conductive metal to improve conductivity. 리튬이차전지의 음극 활물질에 있어서,In the negative electrode active material of a lithium secondary battery, 도판트(dopant)로 도핑된 FexMnySi(0<x≤2, 0<y≤2) 복합체를 포함하여 이루어진 음극 활물질로서,An anode active material comprising a Fe x Mn y Si (0 <x ≤ 2, 0 < y ≤ 2) composite doped with a dopant, 상기 도판트로 도핑된 FexMnySi 복합체는, 도판트로 도핑된 실리콘을 이용하여 제조되는 것을 특징으로 하는 음극 활물질.The Fe x Mn y Si composite doped with the dopant is manufactured using silicon doped with a dopant. 리튬이차전지의 음극 활물질에 있어서,In the negative electrode active material of a lithium secondary battery, 도판트(dopant)로 도핑된 FexMnySi(0<x≤2, 0<y≤2) 복합체를 포함하여 이루어진 음극 활물질로서,An anode active material comprising a Fe x Mn y Si (0 <x ≤ 2, 0 < y ≤ 2) composite doped with a dopant, 상기 FexMnySi 복합체의 x, y 값은 각각 0.9 ~ 1.1 범위내인 것을 특징으로 하는 음극 활물질.The x, y value of the Fe x Mn y Si composite is each in the range of 0.9 to 1.1, the negative electrode active material. 삭제delete 리튬이차전지의 음극 활물질에 있어서,In the negative electrode active material of a lithium secondary battery, 도판트(dopant)로 도핑된 FexMnySi(0<x≤2, 0<y≤2) 복합체를 포함하여 이루어진 음극 활물질로서,An anode active material comprising a Fe x Mn y Si (0 <x ≤ 2, 0 < y ≤ 2) composite doped with a dopant, 상기 도판트는 보론(Boron), 비소(As) 및 인(Phosphorus) 중에서 적어도 하나 선택되는 것을 특징으로 하는 음극 활물질.The dopant is at least one selected from boron (Boron), arsenic (As) and phosphorus (Phosphorus). 철(Fe), 실리콘(Si) 및 망간(Mn)을 혼합하여 FexMnySi(0<x≤2, 0<y≤2) 복합물을 제조하는 단계;Mixing Fe (Fe), silicon (Si) and manganese (Mn) to produce a Fe x Mn y Si (0 <x≤2, 0 <y≤2) composite; 탄소전구체를 용제에 넣어 코팅액을 만들고 상기 FexMnySi 복합물을 상기 코팅액과 혼합, 교반하여 코팅하는 단계; 및Putting a carbon precursor in a solvent to form a coating solution and coating the Fe x Mn y Si composite by mixing and stirring the coating solution; And 상기 탄소전구체로 코팅된 FexMnySi 복합물을 열처리하는 단계;를 포함하여 이루어지는 음극 활물질의 제조방법.And heat-treating the Fe x Mn y Si composite coated with the carbon precursor. 제10항에 있어서, 상기 FexMnySi 복합물을 제조하는 단계는 볼 밀러(ball miller)를 이용하여 기계적으로 철, 망간 및 실리콘을 혼합하여 상기 FexMnySi 복합체를 제조하는 것을 특징으로 하는 음극 활물질의 제조방법.The method of claim 10, wherein the manufacturing of the Fe x Mn y Si composite comprises using a ball miller to mechanically mix iron, manganese, and silicon to produce the Fe x Mn y Si composite. The manufacturing method of the negative electrode active material. 제10항에 있어서, 상기 각 단계 중 하나 이상은 비활성가스 분위기에서 수행하는 것을 특징으로 하는 음극 활물질의 제조방법.The method of claim 10, wherein at least one of the steps is performed in an inert gas atmosphere. 제12항에 있어서, 상기 비활성가스는 아르곤(Ar) 가스인 것을 특징으로 하는 음극 활물질의 제조방법.The method of claim 12, wherein the inert gas is argon (Ar) gas. 제10항에 있어서, 상기 열처리하는 단계는, 800 ~ 1400 ℃ 범위에서 수행하는 것을 특징으로 하는 음극 활물질의 제조방법.The method of claim 10, wherein the heat treatment is performed at 800 to 1400 ° C. 12. 삭제delete 음극 활물질을 포함하는 음극과 양극 활물질을 포함하는 양극 및 이온전도체를 구비한 리튬이차전지에 있어서, In a lithium secondary battery provided with a negative electrode including a negative electrode active material, a positive electrode containing a positive electrode active material and an ion conductor, 상기 음극 활물질은 도판트로 도핑된 FexMnySi(0<x≤2, 0<y≤2)를 포함하여 이루어진 리튬이차전지로서,The negative electrode active material is a lithium secondary battery comprising Fe x Mn y Si (0 <x ≤ 2, 0 < y ≤ 2) doped with a dopant, 상기 음극 활물질은 제2항 내지 제7항, 제9항 중 어느 한 항에 기재된 음극 활물질인 것을 특징으로 하는 리튬이차전지.The said negative electrode active material is a negative electrode active material in any one of Claims 2-7, The lithium secondary battery characterized by the above-mentioned. 제16항에 있어서, 상기 음극 활물질은 게르마늄(Gr)이 더 포함된 것을 특징으로 하는 리튬이차전지.The lithium secondary battery of claim 16, wherein the anode active material further comprises germanium (Gr). 제16항에 있어서, 상기 음극은 카본 블랙(Super P Black)을 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 리튬이차전지.The lithium secondary battery of claim 16, wherein the negative electrode further comprises carbon black (Super P Black). 제16항에 있어서, 상기 음극은 바인더인 폴리비닐리덴플로라이드(PVDF)를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 리튬이차전지.The lithium secondary battery of claim 16, wherein the anode further comprises polyvinylidene fluoride (PVDF) as a binder. 제16항에 있어서, 상기 이온전도체는 전해액 또는 고분자 전해질인 것을 특징으로 하는 리튬이차전지. The lithium secondary battery of claim 16, wherein the ion conductor is an electrolyte or a polymer electrolyte.
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