KR100886529B1 - Anode material of secondary battery and secondary battery using the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 2차 전지용 음극재 및 이를 이용한 2차 전지에 관한 것이다. 본 발명의 2차 전지용 음극재는 심재 탄소 재료에 저결정성 탄소를 피복하고 소성하여 제조된 것으로 성형강도 비가 0.6 이상인 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 음극재 표면에서의 전해액 분해 반응에 대한 보호 기능을 향상시켜 음극재의 효율 및 사이클 용량을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.The present invention relates to a negative electrode material for a secondary battery and a secondary battery using the same. The negative electrode material for a secondary battery of the present invention is manufactured by coating a low crystalline carbon on a core carbon material and firing it, and the molding strength ratio is 0.6 or more. According to the present invention, there is an advantage that the efficiency and cycle capacity of the negative electrode material can be improved by improving the protection against electrolyte decomposition reaction on the surface of the negative electrode material.

음극재, 2차 전지, 성형강도 비, 흑연, 피복 Negative material, secondary battery, forming strength ratio, graphite, coating

Description

2차 전지용 음극재 및 이를 이용한 2차 전지{Anode material of secondary battery and secondary battery using the same}Anode material of secondary battery and secondary battery using the same}

본 발명은 2차 전지용 음극재 및 이를 이용한 2차 전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 심재 탄소 재료에 저결정성 탄소를 피복하고 소성하여 제조된 2차 전지용 음극제의 성형강도 비를 0.6 이상이 되도록 함으로써 음극재 표면에서의 전해액 분해 반응에 대한 보호 기능을 향상시켜 음극재의 효율 및 사이클 용량을 향상시킬 수 있는 2차 전지용 음극재 및 이를 이용한 2차 전지에 관한 것이다.The present invention relates to a negative electrode material for a secondary battery and a secondary battery using the same. More specifically, the molding strength ratio of the negative electrode agent for a secondary battery manufactured by coating and sintering low crystalline carbon on a core carbon material is more than 0.6. The present invention relates to a negative electrode material for a secondary battery and a secondary battery using the same, which may improve the efficiency and cycle capacity of the negative electrode material by improving the protection against electrolyte decomposition reaction on the surface of the negative electrode material.

비디오 카메라, 무선전화기, 핸드폰, 노트북 컴퓨터 등 각종 휴대용 전자기기가 일상생활에 급속히 보급되면서 전원 공급원으로 사용되는 2차 전지의 수요가 크게 증가되었고, 그 중에서 리튬 2차 전지는 용량이 크고 에너지밀도가 높은 우수한 전지 특성 때문에 국내외적으로 활발한 연구개발이 진행되어, 현재 2차 전지 중에서 가장 광범위하게 사용되고 있다. As portable electronic devices such as video cameras, cordless phones, mobile phones, and notebook computers are rapidly spreading in daily life, the demand for secondary batteries used as a power source has increased greatly. Among them, lithium secondary batteries have high capacity and high energy density. Due to the high battery characteristics, active research and development has been carried out at home and abroad, and is currently the most widely used secondary battery.

리튬 2차 전지는 기본적으로 양극과 음극 및 전해질로 이루어지며, 따라서 리튬 2차 전지에 대한 연구개발은 크게 양극(cathode) 및 음극(anode) 재료, 전해질(electrolyte)에 관한 연구로 나눌 수 있다. A lithium secondary battery basically consists of a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte. Therefore, research and development of a lithium secondary battery can be largely divided into studies on a cathode, an anode material, and an electrolyte.

이 중에서 리튬 2차 전지의 음극재료로서 사용되고 있는 천연흑연은 초도 용량은 우수하나 효율과 사이클 용량이 떨어지는 문제점을 나타낸다. 이러한 현상은 고결정성의 천연흑연 에지(edge) 부분에서의 전해액 분해반응에 기인하는 것으로 알려져 있다. Among these, natural graphite, which is used as a negative electrode material for lithium secondary batteries, exhibits excellent initial capacity but poor efficiency and cycle capacity. This phenomenon is known to be due to the electrolyte decomposition reaction in the highly crystalline natural graphite edge portion.

이러한 문제점을 극복하기 위해, 천연흑연에 저결정성 탄소를 표면처리(피복)하고 이를 1,000 ℃ 이상에서 열처리하여 천연흑연 표면에 결정성이 낮은 탄화물을 피복함으로써 초도 용량은 소량 감소하나 효율과 사이클 용량 특성이 개선된 음극 활물질을 얻을 수 있다. 특히, 초도 용량 감소를 줄이기 위해 피복재로 쓰이는 저결정성 탄소를 고온 열처리하여 인조흑연화할 경우 초도 용량의 감소를 줄이면서 동시에 전해액 분해반응을 억제할 수 있다.In order to overcome this problem, the low-crystalline carbon is surface-treated (coated) on natural graphite and heat-treated at 1,000 ° C or higher to coat low-crystalline carbide on the surface of natural graphite, thereby reducing the initial capacity by a small amount, but increasing efficiency and cycle capacity. A negative electrode active material having improved characteristics can be obtained. In particular, when artificial graphite of low crystalline carbon, which is used as a cladding material, by high temperature heat treatment to reduce the initial capacity reduction, it is possible to reduce the initial capacity and to suppress the electrolyte decomposition reaction.

일예로, 일본공개특허공보 제2002-084836호는 심재 탄소 재료의 결정의 에지 부분 중 일부 또는 전부를 피복 형성용 탄소 재료로 피복한 흑연의 특성에 대하여 개시하고 있다. As an example, Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2002-084836 discloses a characteristic of graphite in which some or all of the edge portions of the crystal of the core carbon material are coated with the carbon material for forming the coating.

그러나, 상기와 같은 음극 활물질을 전극으로 사용하기 위해 구리 코일에 코팅한 후 압착하는 공정에서 피복된 탄화물이 깨지게 되고, 이 부분을 통해 고결정성의 천연흑연 에지(edge) 부분이 다시 전해액과 반응하게 되어 실제로 탄화물 피복 효과가 떨어진다는 문제가 있다.However, the coated carbide is broken in the process of coating the negative electrode active material as the electrode on the copper coil and then compressing it, through which the highly crystalline natural graphite edge portion reacts with the electrolyte again. There is a problem that the carbide coating effect is actually lowered.

또한, 지금까지의 특허에는 천연흑연에 피복하는 저결정성 탄소의 양과 열처리 온도 그리고 저결정성 탄소가 피복된 천연흑연의 X선 회절(X-ray diffraction), 라만 등의 분석에 대한 내용은 있으나, 실제 전극 적용에서 압착공정 중 피복된 탄 화물이 깨지는 영향에 대한 내용은 전무하였다. 또한 리튬 2차 전지의 활물질로 사용되었을 경우 충전과 방전을 반복하는 과정에서 부피 변화로 인해 활물질이 깨지는 현상이 발생하게 되는데, 상기 특허의 경우 이러한 현상으로 야기되는 영향에 대한 내용 또한 언급하지 않고 있다.In addition, the patents so far include the amount of low crystalline carbon coated on natural graphite, heat treatment temperature, and X-ray diffraction and Raman analysis of low crystalline carbon coated natural graphite. However, there was no information on the effect of cracking the coated carbide during the crimping process. In addition, when used as an active material of a lithium secondary battery, the active material is broken due to a volume change in the process of repeating charging and discharging. The patent does not mention the effect caused by this phenomenon. .

따라서, 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 노력이 관련 업계에서 지속되어 왔으며, 이러한 기술적 배경하에서 본 발명이 안출되었다.Accordingly, efforts to solve the above-mentioned problems of the prior art have been continued in the related art, and the present invention has been devised under such a technical background.

본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는, 전극밀도를 조절하기 위한 압착공정시 저결정성 탄소로 피복된 심재 탄소 재료의 표면의 탄소층이 깨지는 것을 방지하고, 음극재 표면에서의 전해액 분해 반응에 대한 보호 기능을 향상시켜 음극재의 효율 및 사이클 용량을 향상시키는데 있으며, 이러한 기술적 과제를 달성할 수 있는 [발명의 명칭]을 제공함에 본 발명의 목적이 있다.The technical problem to be achieved by the present invention is to prevent the carbon layer on the surface of the core carbon material coated with low crystalline carbon during the pressing process for controlling the electrode density, and to protect the electrolyte solution decomposition reaction on the surface of the negative electrode material It is an object of the present invention to improve the function to improve the efficiency and cycle capacity of the negative electrode material, to provide the [name of the invention] that can achieve this technical problem.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제를 달성하기 위한 2차 전지용 음극재는, 심재 탄소 재료에 저결정성 탄소를 피복하고 소성하여 제조된 2차 전지용 음극재에 있어서, 상기 음극재의 성형강도 비가 0.6 이상인 것을 특징으로 한다.In the negative electrode material for a secondary battery for achieving the technical problem to be achieved by the present invention, the secondary battery negative electrode material produced by coating a low crystalline carbon on a core carbon material and firing, the forming strength ratio of the negative electrode material is 0.6 or more Shall be.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제를 달성하기 위한 2차 전지는, 전술한 음극재를 음극으로 구비하는 것을 특징으로 한다.A secondary battery for achieving the technical problem to be achieved by the present invention is characterized in that it comprises the negative electrode material described above as a negative electrode.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석 되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예들은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail. Prior to this, terms or words used in the present specification and claims should not be construed as being limited to the ordinary or dictionary meanings, and the inventors should properly explain the concept of terms in order to best explain their own invention. Based on the principle that can be defined, it should be interpreted as meaning and concept corresponding to the technical idea of the present invention. Therefore, the embodiments described herein are only exemplary embodiments of the present invention, and do not represent all of the technical ideas of the present invention, and various equivalents and modifications that may substitute them at the time of the present application may be used. It should be understood that there may be.

본 발명에서는 심재 탄소 재료의 성형강도와 저결정성 탄소로 피복된 심재 탄소 재료의 성형강도간의 비를 측정을 통해 측정한 성형강도 비에 따라 실제 전지에 적용되는 전극 활물질의 전극상태가 유지되는 정도가 달라지고, 이는 전지의 충/방전 특성에 영향을 미침을 확인하였다.In the present invention, the degree of maintaining the electrode state of the electrode active material applied to the actual battery according to the molding strength ratio measured by measuring the ratio between the molding strength of the core carbon material and the molding strength of the core carbon material coated with low crystalline carbon It was confirmed that this affects the charge / discharge characteristics of the battery.

본 발명의 2차 전지용 음극재는 심재 탄소 재료에 저결정성 탄소를 피복하고 소성하여 제조된 2차 전지용 음극제의 성형강도 비가 0.6 이상인 것을 특징으로 한다.The negative electrode material for a secondary battery of the present invention is characterized in that the forming strength ratio of the negative electrode agent for a secondary battery manufactured by coating low crystalline carbon on a core carbon material and firing the same.

상기 음극재의 성형강도 비는 심재 탄소 재료 자체의 성형강도와 저결정성 탄소로 피복된 심재 탄소 재료의 성형강도를 측정한 후, 이를 이용하여 하기 수학식 1에 따라 구할 수 있다. 또한, 심재 탄소 재료 자체의 성형강도와 저결정성 탄소로 피복된 심재 탄소 재료의 성형강도는 압축항복강도계를 이용하여 측정할 수 있다.Forming strength ratio of the negative electrode material can be obtained according to the following equation 1 by measuring the molding strength of the core carbon material itself and the molding strength of the core carbon material coated with low crystalline carbon. In addition, the molding strength of the core carbon material itself and the molding strength of the core carbon material coated with low crystalline carbon can be measured using a compressive yield strength meter.

[수학식 1][Equation 1]

Figure 112007039408252-pat00001
Figure 112007039408252-pat00001

상기 음극재의 성형강도 비는 0.6 이상인 것이 바람직하다. 상기 음극재의 성형강도 비가 0.6 이상일 경우에는 초도효율이 93.0 % 이상이고, 30 번째 사이클에서의 방전용량(보유용량)을 97 % 이상으로 실제 전지 적용 음극재의 일반적 평가기준을 유지할 수 있는데 반하여, 상기 음극재의 성형강도 비가 0.6 미만일 경우에는 초도효율이 93.0 % 미만이고, 30 번째 사이클에서의 방전용량이 97 % 미만으로 나타나 바람직하지 않다.It is preferable that the forming strength ratio of the said negative electrode material is 0.6 or more. When the forming strength ratio of the negative electrode material is 0.6 or more, the initial efficiency is 93.0% or more, and the discharge capacity (holding capacity) in the 30th cycle can be maintained at 97% or more, whereas the general evaluation criteria of the negative electrode material applied to the battery can be maintained. If the forming strength ratio of the ash is less than 0.6, the initial efficiency is less than 93.0%, and the discharge capacity at the 30th cycle is less than 97%, which is not preferable.

또한, 본 발명의 2차 전지용 음극재는 당업계에서 실시하는 통상의 방법에 따라 심재 탄소 재료에 저결정성 탄소를 피복하고 소성하여 제조할 수 있다. 본 발명에서는 상기와 같은 음극재의 성형강도 비(0.6 이상)를 갖기 위해서는 저결정성 탄소의 종류와 이를 이용한 심재 탄소 재료의 피복 공정 조건을 최적으로 조절함으로써 달성할 수 있다.In addition, the negative electrode material for a secondary battery of the present invention can be produced by coating a low crystalline carbon on the core carbon material and firing according to a conventional method carried out in the art. In the present invention, in order to have a molding strength ratio (0.6 or more) of the negative electrode material as described above, it can be achieved by optimally adjusting the type of low crystalline carbon and the coating process conditions of the core carbon material using the same.

상기 심재 탄소 재료는 천연흑연, 인조흑연, 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있으며, 특히 천연흑연을 사용하는 것이 좋다.The core carbon material may be natural graphite, artificial graphite, or a mixture thereof, and particularly, natural graphite may be used.

상기 저결정성 탄소로는 탄소는, 피치(pitch), 타르(tar), 페놀수지, 퓨란수지, 풀푸릴알콜 등을 사용할 수 있다.As the low crystalline carbon, pitch, tar, phenol resin, furan resin, furfuryl alcohol, etc. may be used as carbon.

상기 저결정성 탄소는 심재 탄소 재료에 5 내지 10 중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 상기 저결정성 탄소의 함량한정에 있어서, 상기 하한치 미만일 경우에 는 사이클 방전용량이 감소하여 바람직하지 않으며, 상기 상한치를 초과할 경우에는 초기 방전용량 및 효율이 감소하여 바람직하지 않다.The low crystalline carbon is preferably contained in 5 to 10% by weight in the core carbon material. In the lower limit of the content of the low crystalline carbon, the cycle discharge capacity decreases when the content is less than the lower limit.

본 발명의 2차 전지용 음극재는 상기와 같은 저결정성 탄소와 심재 탄소 재료를 혼합하여 상압에서 2 시간 이상 습식 교반하고 건조한 다음, 1,100 내지 1,500 ℃의 온도에서 1 내지 2 시간 동안 소성하고, 분급하여 미분을 제거함으로써 제조할 수 있다. 이때, 음극재의 성형강도 비는 저결정성 탄소의 종류, 열처리 온도, 온도 상승속도, 냉각속도의 조건에 따라 조절이 가능하다. 이렇게 표면이 피복된 심재 탄소 재료는 심재 탄소 재료의 에지(edge) 부분의 일부 또는 전부가 저결정성 탄소에 의하여 피복될 수 있다.The negative electrode material for the secondary battery of the present invention is mixed with the low crystalline carbon and the core carbon material as described above, wet stirred and dried at normal pressure for 2 hours or more, and then calcined for 1 to 2 hours at a temperature of 1,100 to 1,500 ° C, and classified. It can manufacture by removing fine powder. At this time, the forming strength ratio of the negative electrode material can be adjusted according to the conditions of the type of low crystalline carbon, heat treatment temperature, temperature rise rate, cooling rate. The surface-coated core carbon material may be covered by some or all of the edge portions of the core carbon material with low crystalline carbon.

상기와 같이 제조한 음극재를 포함하는 극판 제조용 슬러리에는 필요에 따라 선택적으로 도전제나 바인더를 소량으로 첨가할 수 있다.A small amount of a conductive agent or a binder can be selectively added to the slurry for electrode plate production including the negative electrode material prepared as described above, if necessary.

상기 도전제나 바인더의 사용함량은 당업계에서 통상적으로 사용되는 정도로 적절히 조절하여 사용할 수 있으며, 그 범위가 본 발명에 영향을 미치는 것은 아니다.The use amount of the conductive agent or binder can be appropriately adjusted and used to the extent commonly used in the art, the range does not affect the present invention.

상기 도전제는 구성된 전지 내에서 화학변화를 일으키지 않는 전자전도성 재료이면 무엇이든지 사용가능하다. 예를 들면, 아세틸렌블랙, 케첸블랙, 파네스블랙, 서멀블랙 등과 같은 카본블랙, 천연흑연, 인조흑연, 도전성 낱소섬유 등이 있으며, 특히 카본블랙, 흑연분말 또는 탄소섬유를 사용하는 것이 바람직하다.The conductive agent may be used as long as it is an electron conductive material that does not cause chemical change in the battery configured. For example, there are carbon blacks such as acetylene black, Ketjen black, farnes black, thermal black, natural graphite, artificial graphite, conductive fibrous fibers, and the like, and in particular, carbon black, graphite powder or carbon fiber is preferably used.

상기 바인더로는 열가소성 수지, 열경화성 수지 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있으며, 특히 폴리불화비닐리덴(PVDF) 또는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 을 사용하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 폴리불화비닐리덴을 사용하는 것이다.As the binder, a thermoplastic resin, a thermosetting resin or a mixture thereof may be used, and in particular, polyvinylidene fluoride (PVDF) or polytetrafluoroethylene (PTFE) is preferably used, and more preferably polyvinylidene fluoride Is to use

상기와 같이 음극 활물질과 선택적으로 도전제 및 바인더 중 적어도 어느 하나를 포함하는 극판 제조용 슬러리는 이후 전극 집전체에 도포한 후, 건조시켜 용매나 분산매 등을 제거함으로써 집전체에 활물질을 결착시킴과 더불어 활물질간을 결착시키게 된다.As described above, the slurry for preparing a cathode plate including the negative electrode active material and optionally at least one of a conductive agent and a binder is then coated on an electrode current collector and then dried to remove a solvent or a dispersion medium, thereby binding the active material to the current collector. It binds between active materials.

상기 전극 집전체는 도전성 재료로 된 것이면 특별히 제한되지 않으나, 특히 구리, 금, 니켈, 구리합금, 또는 이들의 조합에 의해 제조된 호일을 사용하는 것이 바람직하다.The electrode current collector is not particularly limited as long as it is made of a conductive material, and it is particularly preferable to use a foil made of copper, gold, nickel, a copper alloy, or a combination thereof.

또한 본 발명은 양극, 음극, 양 전극 사이에 개재된 분리막 및 전해질을 포함하는 2차 전지에 있어서, 전술한 제조방법에 의하여 제조된 음극재를 음극으로 구비하는 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention is characterized in that in the secondary battery comprising a separator and an electrolyte interposed between the positive electrode, the negative electrode, both electrodes, the negative electrode material prepared by the above-described manufacturing method as a negative electrode.

본 발명의 2차 전지는 당 기술 분야에 알려져 있는 통상적인 방법으로 양극과 음극 사이에 다공성 분리막을 넣고 전해질을 투입하여 제조할 수 있다.The secondary battery of the present invention can be prepared by inserting a porous separator between the positive electrode and the negative electrode in a conventional manner known in the art.

상기 전해질은 리튬염과 전해액 화합물을 포함하는 비수전해액으로서, 리튬염으로는 LiClO4, LiCF3SO3, LiPF6, LiBF4, LiAsF6 및 LiN(CF3SO2)2로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 화합물이 바람직하다. 또한 전해액 화합물은 에틸렌 카보네이트(EC), 프로필렌 카보네이트(PC), 감마부티로락톤(GBL), 디에틸 카보네이트(DEC), 디메틸 카보네이트(DMC), 에틸메틸카보네이트(EMC) 및 메틸 프로필 카보 네이트(MPC)로 이루어진 군으로부터 선택된 1 종 이상인 것이 바람직하다.The electrolyte is a non-aqueous electrolyte containing a lithium salt and an electrolyte compound, wherein the lithium salt is selected from the group consisting of LiClO 4 , LiCF 3 SO 3 , LiPF 6 , LiBF 4 , LiAsF 6 and LiN (CF 3 SO 2 ) 2 . Preference is given to compounds of species or more. In addition, the electrolyte compounds include ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), gamma butyrolactone (GBL), diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC), ethylmethyl carbonate (EMC) and methyl propyl carbonate (MPC). It is preferable that it is 1 or more types chosen from the group which consists of

본 발명의 전지 제조시에는 분리막(seperator)으로서 다공성 분리막을 사용하는 것이 바람직하며, 비제한적인 예로는 폴리프로필렌계, 폴리에틸렌계, 폴리올레핀계 다공성 분리막 등이 있다.In the manufacture of the battery of the present invention, it is preferable to use a porous separator as a separator, and non-limiting examples include a polypropylene-based, polyethylene-based, and polyolefin-based porous separator.

본 발명의 2차 전지는 외형에 제한이 없으나, 캔을 사용한 원통형, 각형, 파우치(pouch)형, 코인(coin)형 등이 될 수 있다. The secondary battery of the present invention is not limited in appearance, but may be cylindrical, square, pouch type, coin type, etc. using a can.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예와 이에 대비되는 비교예를 통하여 보다 구체적으로 설명하기로 한다.Hereinafter, in order to help the understanding of the present invention will be described in more detail through preferred examples and comparative examples.

이후 기재되는 실시예들과 비교예들에서의 성형 및 성형강도, 성형강도 비는 다음과 같은 방법으로 측정하였다.Forming and molding strength in the examples and comparative examples described below, the molding strength ratio was measured by the following method.

먼저, 성형 및 성형강도는 천연흑연 2 g을 φ1.4 ㎝의 홀(hole)에 담은 후, 프레스(press)기를 이용하여 0.5 t의 힘을 φ1.4 ㎝ 면적에 2 초간 가하였다. 즉, 31,852 KPa 압력으로 2 초간 가압하여 원통형의 성형물을 얻었다. 그 다음, 압축항복강도계로 천연흑연 성형물의 파괴강도를 측정하여 성형강도를 측정하였다.First, forming and forming strength were put 2 g of natural graphite in a hole of φ 1.4 cm, and a force of 0.5 t was applied to the area of φ 1.4 cm for 2 seconds using a press. That is, it pressurized for 2 second by the pressure of 31,852 KPa, and obtained the cylindrical molded object. Then, the breaking strength of the natural graphite molded product was measured by using a compressive yield strength tester.

또한, 성형강도 비는 전술한 수학식 1에 따라 계산하였다.In addition, the molding strength ratio was calculated according to the above equation (1).

실시예 1Example 1

성형강도가 873인 구상의 천연흑연에 테트라하이드로퓨란으로 녹인 피치를 5 중량%로 섞고, 상압에서 2 시간 이상 습식 교반하여 혼합한 후 건조하여 혼합물을 제조하였다. 이 혼합물을 1,100 ℃와 1,500 ℃에서 각각 1 시간 동안 1, 2차 소성하고, 분급하여 미분을 제거함으로써 성형강도 비가 0.60인 음극재를 제조하였다.The pitch was melted with tetrahydrofuran in spherical natural graphite having a molding strength of 873 at 5% by weight, mixed by wet stirring at normal pressure for 2 hours or more, and then dried to prepare a mixture. The mixture was calcined first and second at 1,100 ° C. and 1,500 ° C. for 1 hour, and classified to remove fine powder, thereby preparing a negative electrode material having a molding strength ratio of 0.60.

상기 제조된 음극재 100 g을 500 ㎖의 반응기에 넣고 소량의 N-메틸피롤리돈(NMP)과 바인더로 폴리불화비닐리덴(PVDF)을 투입한 다음 믹서(mixer)를 이용하여 혼련하여 극판 제조용 슬러리를 제조하였다. 그 다음 상기 제조한 극판 제조용 슬러리를 구일 호일상에 압착 건조하여 전극으로 사용하였다. 이때, 전극의 압착 후 밀도는 1.65 g/㎤로 균일화하였다.100 g of the prepared negative electrode material was placed in a 500 ml reactor, a small amount of N-methylpyrrolidone (NMP) and polyvinylidene fluoride (PVDF) were added as a binder, and kneaded using a mixer to prepare a plate. Slurry was prepared. Then, the above prepared slurry for producing a plate was pressed and dried on a foil foil, and used as an electrode. At this time, the density after compression of the electrode was uniformized to 1.65 g / cm 3.

실시예 2Example 2

성형강도가 873인 구상의 천연흑연에 테트라하이드로퓨란으로 녹인 피치를 7 중량%로 섞고, 상압에서 2 시간 이상 습식 교반하여 혼합한 후 건조하여 혼합물을 제조하였다. 이 혼합물을 1,100 ℃와 1,500 ℃에서 각각 1 시간 동안 1, 2차 소성하고, 분급하여 미분을 제거함으로써 성형강도 비가 0.73인 음극재를 제조하였다. 이후 공정은 상기 실시예 1과 동일하게 실시하였다.7 wt% of the pitch dissolved in tetrahydrofuran in spherical natural graphite having a molding strength of 873 was mixed, followed by wet stirring at normal pressure for 2 hours or more, followed by drying to prepare a mixture. The mixture was calcined for 1 hour at 1,100 ° C. and 1,500 ° C. for 1 hour, and classified to remove fine powder, thereby preparing a negative electrode material having a molding strength ratio of 0.73. Since the process was carried out in the same manner as in Example 1.

실시예 3Example 3

성형강도가 873인 구상의 천연흑연에 테트라하이드로퓨란으로 녹인 피치를 10 중량%로 섞고, 상압에서 2 시간 이상 습식 교반하여 혼합한 후 건조하여 혼합물을 제조하였다. 이 혼합물을 1,100 ℃와 1,500 ℃에서 각각 1 시간 동안 1, 2차 소성하고, 분급하여 미분을 제거함으로써 성형강도 비가 0.81인 음극재를 제조하였다. 이후 공정은 상기 실시예 1과 동일하게 실시하였다.The pitch dissolved in tetrahydrofuran was mixed with spherical natural graphite having a molding strength of 873 at 10% by weight, followed by wet stirring at normal pressure for 2 hours or more, followed by drying to prepare a mixture. The mixture was calcined first and second at 1,100 ° C. and 1,500 ° C. for 1 hour, and classified to remove fine powder, thereby preparing a negative electrode material having a molding strength ratio of 0.81. Since the process was carried out in the same manner as in Example 1.

비교예Comparative example 1 One

성형강도가 873인 구상의 천연흑연에 테트라하이드로퓨란으로 녹인 피치를 2 중량%로 섞고, 상압에서 2 시간 이상 습식 교반하여 혼합한 후 건조하여 혼합물을 제조하였다. 이 혼합물을 1,100 ℃와 1,500 ℃에서 각각 1 시간 동안 1, 2차 소성하고, 분급하여 미분을 제거함으로써 성형강도 비가 0.43인 음극재를 제조하였다. 이후 공정은 상기 실시예 1과 동일하게 실시하였다.The pitch dissolved in tetrahydrofuran in spherical natural graphite having a molding strength of 873 was mixed at 2% by weight, followed by wet stirring at normal pressure for 2 hours or more, followed by drying to prepare a mixture. The mixture was calcined first and second at 1,100 ° C. and 1,500 ° C. for 1 hour, and classified to remove fine powder, thereby preparing a negative electrode material having a molding strength ratio of 0.43. Since the process was carried out in the same manner as in Example 1.

비교예 2Comparative Example 2

성형강도가 873인 구상의 천연흑연에 테트라하이드로퓨란으로 녹인 피치를 3 중량%로 섞고, 상압에서 2 시간 이상 습식 교반하여 혼합한 후 건조하여 혼합물을 제조하였다. 이 혼합물을 1,100 ℃와 1,500 ℃에서 각각 1 시간 동안 1, 2차 소성하고, 분급하여 미분을 제거함으로써 성형강도 비가 0.52인 음극재를 제조하였다. 이후 공정은 상기 실시예 1과 동일하게 실시하였다.The pitch dissolved in tetrahydrofuran was mixed with spherical natural graphite having a molding strength of 873 at 3% by weight, followed by wet stirring at normal pressure for 2 hours or more, followed by drying to prepare a mixture. The mixture was calcined first and second at 1,100 ° C. and 1,500 ° C. for 1 hour, and classified to remove fine powder, thereby preparing a negative electrode material having a molding strength ratio of 0.52. Since the process was carried out in the same manner as in Example 1.

상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 또는 2에서 제조한 전극을 이용하여 충/방전 효율을 평가하기 위해 코인셀(Coin cell)을 제조하여 다음과 같은 시험을 통하여 충/방전 특성을 평가하고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.In order to evaluate the charge / discharge efficiency using the electrodes prepared in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 or 2, a coin cell was prepared and evaluated for charge / discharge characteristics through the following test, The results are shown in Table 1 below.

먼저, 충/방전 시험은 전위를 0∼1.5 V의 범위로 규제하여 충전 전류 0.5 ㎃/㎠로 0.01 V가 될 때까지 충전하고, 0.01 V의 전압을 유지하며 충전전류가 0.02 ㎃/㎠가 될 때까지 충전을 계속하였다. 그리고, 방전전류는 0.5 ㎃/㎠로 1.5 V까지의 방전을 행하였다. 하기 표 1에서 충/방전 효율은 충전한 전기용량에 대한 방전한 전기용량의 비율을 나타낸 것이다.First, the charge / discharge test regulates the potential in the range of 0 to 1.5 V to charge until the charging current is 0.5 V / cm 2 until it becomes 0.01 V, maintains the voltage of 0.01 V, and the charging current becomes 0.02 mA / cm 2. Charging continued until. The discharge current was discharged up to 1.5 V at 0.5 mA / cm 2. In Table 1, the charge / discharge efficiency shows the ratio of the discharged capacity to the charged capacity.

구분division 실시예 1Example 1 실시예 2Example 2 실시예 3Example 3 비교예 1Comparative Example 1 비교예 2Comparative Example 2 천연흑연 성형강도(1) (N)Natural Graphite Forming Strength (1) (N) 873873 피복된 천연흑연 성형강도(2) (N)Coated Natural Graphite Forming Strength (2) (N) 523.8523.8 637.3637.3 707.1707.1 375.4375.4 454.0454.0 성형강도 비 (2)/(1)Forming Strength Ratio (2) / (1) 0.600.60 0.730.73 0.810.81 0.430.43 0.520.52 1st 사이클 방전용량 (mAh/g)1 st cycle discharge capacity (mAh / g) 357.5357.5 356.1356.1 355.9355.9 351.0351.0 354.2354.2 1st 사이클 효율 (%)1 st cycle efficiency (%) 93.093.0 93.293.2 93.793.7 91.391.3 92.592.5 보유용량 (30st 사이클 방전용량, %)Holding capacity (30 st cycle discharge capacity,%) 97.497.4 97.997.9 98.898.8 85.385.3 92.692.6

상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따라 음극재의 성형강도 비를 0.6 이상으로 조절하여 제조한 실시예 1 내지 3의 경우 초기 방전용량이나 효율에 있어서는 성형강도 비가 0.6 미만인 비교예 1 또는 2와 비교하여 유사한 정도로 나타났으나, 30 번째 사이클 방전용량에 있어서는 97.0 % 이상으로 비교예 1 또는 2와 비교하여 매우 우수함을 확인할 수 있었다.As shown in Table 1, in Examples 1 to 3 manufactured by adjusting the molding strength ratio of the negative electrode material to 0.6 or more according to the present invention, in the initial discharge capacity or the efficiency, the molding strength ratio was less than 0.6 and Compared to the similar degree, but in the 30th cycle discharge capacity was 97.0% or more was confirmed to be very excellent compared to Comparative Example 1 or 2.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.As described above, although the present invention has been described by means of a limited embodiment, the present invention is not limited thereto and will be described below by the person skilled in the art and the technical spirit of the present invention. Of course, various modifications and variations are possible within the scope of the claims.

본 발명에 따르면 심재 탄소 재료에 저결정성 탄소를 피복하고 소성하여 제조된 2차 전지용 음극제의 성형강도 비를 0.6 이상이 되도록 함으로써 음극재 표면에서의 전해액 분해 반응에 대한 보호 기능을 향상시켜 음극재의 효율 및 사이클 용량을 향상시킬 수 있다.According to the present invention, the coating strength ratio of the negative electrode agent for secondary batteries manufactured by coating and sintering low crystalline carbon on the core carbon material is made to be 0.6 or more, thereby improving the protection against electrolyte decomposition reactions on the surface of the negative electrode material. Improve ash efficiency and cycle capacity.

Claims (5)

심재 탄소 재료에 저결정성 탄소를 피복하고 소성하여 제조된 2차 전지용 음극재에 있어서, 상기 음극재의 성형강도 비가 0.6 이상인 것을 특징으로 하는 2차 전지용 음극재.A negative electrode material for a secondary battery produced by coating a core carbon material with low crystalline carbon and firing, wherein the forming strength ratio of the negative electrode material is 0.6 or more. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 심재 탄소 재료는, 천연흑연 및 인조흑연으로 이루어진 군으로부터 선택된 단일물 또는 둘 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 2차 전지용 음극재.The core carbon material is a negative electrode material for a secondary battery, characterized in that a single substance or a mixture of two or more selected from the group consisting of natural graphite and artificial graphite. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 저결정성 탄소는, 피치(pitch), 타르(tar), 페놀수지, 퓨란수지 및 풀푸릴알콜로 이루어지는 군으로부터 선택된 단일물 또는 둘 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 2차 전지용 음극재.The low crystalline carbon is a negative electrode material for a secondary battery, characterized in that a single substance or a mixture of two or more selected from the group consisting of pitch, tar (tar), phenol resin, furan resin, and furfuryl alcohol. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 저결정성 탄소는, 상기 심재 탄소 재료에 5 내지 10 중량%로 포함되는 것을 특징으로 하는 2차 전지용 음극재.The low crystalline carbon, the negative electrode material for a secondary battery, characterized in that contained in the core carbon material in 5 to 10% by weight. 제1항 내지 제4항 중 선택된 어느 한 항에 따른 음극재를 음극으로 구비하는 것을 특징으로 하는 2차 전지.A secondary battery comprising the negative electrode material according to any one of claims 1 to 4 as a negative electrode.
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