KR101349066B1 - Anode active material comprising graphite particle with modified surface and litium secondary battery employed with the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 표면 개질된 흑연 입자에 관한 것으로, 보다 구체적으로 연속적인 응력에 의하여 표면의 거친 부분이 제거되어, 결정화도가 높게 유지되면서도 부반응이 줄어들고, 미세 기공의 형성에 따른 리튬 이온의 흡장이 용이하게 이루어질 수 있어, 리튬 이차 전지의 음극 활물질로 사용되는 경우 출력 특성을 크게 향상시킬 수 있는 흑연 입자에 관한 것이다.
본 발명의 흑연 입자는 연속적인 응력에 의하여 표면의 거칠기를 낮출 수 있고, 표면의 결정화도가 높게 유지된 상태에서 비표면적을 증대시킬 수 있어, 리튬 이차 전지의 출력을 향상할 수 있다.
The present invention relates to a surface-modified graphite particles, more specifically, the rough portion of the surface is removed by the continuous stress, the side reaction is reduced while maintaining a high degree of crystallinity, and the occlusion of lithium ions due to the formation of fine pores is easy It can be made, when used as a negative electrode active material of a lithium secondary battery relates to graphite particles that can greatly improve the output characteristics.
The graphite particles of the present invention can lower the surface roughness by continuous stress, can increase the specific surface area in a state where the crystallinity of the surface is kept high, and the output of the lithium secondary battery can be improved.

Description

표면 개질된 흑연 입자로 이루어진 음극 활물질 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지{ANODE ACTIVE MATERIAL COMPRISING GRAPHITE PARTICLE WITH MODIFIED SURFACE AND LITIUM SECONDARY BATTERY EMPLOYED WITH THE SAME}Anode active material consisting of surface-modified graphite particles, and a lithium secondary battery comprising the same {ANODE ACTIVE MATERIAL COMPRISING GRAPHITE PARTICLE WITH MODIFIED SURFACE AND LITIUM SECONDARY BATTERY EMPLOYED WITH THE SAME}

본 발명은 표면 개질된 흑연 입자에 관한 것으로, 보다 구체적으로 연속적인 응력에 의하여 표면의 거친 부분이 제거되어 부반응이 줄어들고, 결정화도를 높게 유지하여 입자의 저항이 줄어들며, 미세 기공의 형성에 따른 리튬 이온의 흡장이 용이하게 이루어질 수 있어, 리튬 이차 전지의 음극 활물질로 사용되는 경우 출력 특성을 크게 향상시킬 수 있는 흑연 입자에 관한 것이다.
The present invention relates to a surface-modified graphite particles, and more particularly, to remove coarse portions of the surface by continuous stress, thereby reducing side reactions, maintaining a high degree of crystallinity, reducing the resistance of the particles, and lithium ions due to the formation of fine pores. It can be easily occluded, when used as a negative electrode active material of a lithium secondary battery relates to graphite particles that can greatly improve the output characteristics.

휴대 전화나 노트북 컴퓨터 등의 휴대용 전자기기가 발달함에 따라 그 에너지원으로서 이차 전지의 수요가 급격히 증가하고 있다. 또, 지구 온난화 문제 및 화석연료의 사용으로 인해 발생하는 문제를 감소시키기 위하여, 하이브리드 전기자동차(HEV), 전기모터로 구동되는 전기자동차(EV)가 개발되고, 이의 동력원으로서 이차 전지의 사용이 현실화되고 있다. 그에 따라, 다양한 요구에 부응할 수 있는 이차 전지에 대해 많은 연구가 행해지고 있고, 특히, 높은 에너지 밀도, 높은 방전전압 및 출력을 가지는 리튬 이차 전지에 대한 수요가 높아지는 추세이다.BACKGROUND ART Portable electronic devices such as portable telephones and notebook computers have been developed, and the demand for secondary batteries as their energy sources is rapidly increasing. In addition, in order to reduce problems caused by global warming and the use of fossil fuels, hybrid electric vehicles (EVs) and electric motor-driven electric vehicles (EVs) have been developed and the use of secondary batteries . Accordingly, a lot of research has been conducted on a secondary battery that can meet various demands, and in particular, there is a trend of increasing demand for a lithium secondary battery having a high energy density, a high discharge voltage, and an output.

리튬 이차 전지는 집전체 상에 각각 활물질이 도포되어 있는 양극과 음극 사이에 다공성의 분리막이 개재된 전극조립체에 리튬염을 포함하는 비수계 전해질이 함침되어 있는 구조로 이루어져 있다. 양극 활물질은 주로 리튬 코발트계 산화물, 리튬 망간계 산화물, 리튬 니켈계 산화물, 리튬 복합 산화물 등으로 이루어져 있으며, 음극 활물질은 주로 탄소계 물질로 이루어져 있다.The lithium secondary battery has a structure in which a non-aqueous electrolyte containing lithium salt is impregnated in an electrode assembly having a porous separator interposed between a positive electrode and a negative electrode on which an active material is coated on a current collector. The positive electrode active material is mainly composed of lithium cobalt oxide, lithium manganese oxide, lithium nickel oxide, lithium composite oxide and the like, and the negative electrode active material is mainly composed of a carbon-based material.

탄소계 물질은 흑연화 되기 쉬운 층상 결정구조(graphene structure)를 갖는 이흑연화 탄소(soft carbon)와, 흑연화 되기 어려운 난흑연화 탄소(hard carbon)와, 천연흑연과 같이 층상 결정 구조가 완전히 이루어진 흑연(graphite)으로 분류한다.Carbonaceous materials are composed of soft carbon having a layered crystal structure that is easily graphitized, hard carbon that is difficult to graphitize, and a layered crystal structure such as natural graphite. Classify as graphite.

그 중에서도 흑연은 전압 평탄성이 우수하며, 첫 번째 사이클의 쿨롱 효율이 우수한 전지를 제공할 수 있으므로 전지용 활물질에 유리하게 적용되고 있다. 결정질계 탄소 중에서도 결정성이 가장 발달한 천연 흑연은 거의 이론 용량과 비슷한 방전 용량을 나타낸다는 장점을 가지고 있다. 그러나 흑연은 이론적 최대 용량의 증대에 한계가 있어, 빠르게 변모하는 차세대 모바일 기기의 에너지원으로서 충분한 역할을 감당하기 어려운 실정이다. Among them, graphite has an excellent voltage flatness and is advantageously applied to a battery active material because it can provide a battery having excellent coulombic efficiency in the first cycle. Of the crystalline carbon, natural graphite, which has the most crystallinity, has the advantage of showing a discharge capacity almost equal to the theoretical capacity. However, graphite has a limit in increasing theoretical maximum capacity, and thus, it is difficult to play a sufficient role as an energy source of a rapidly changing next generation mobile device.

음극 활물질로 흑연을 사용함에 있어서, 결정화도가 높은 흑연을 사용하는 경우 신속한 충전 및 방전시에 음극 활성 재료 측에서의 리튬 삽입/탈리 반응이 늦어질 때, 전지 전압은 상한 또는 하한에 급속하게 이르게 되어, 반응의 추가 진행을 정지시키는 문제점이 있다. 또한 결정화도가 높은 흑연을 사용하는 경우 열처리를 고온 또는 장시간 실시해야 하며, 이에 따라 탄소의 구조가 붕괴되거나, 비가역 반응을 야기하는 불순물 상이 나타나는 바, 결정화도를 낮추어 출력 특성을 개선하고자 노력하였다. 또한 입자의 표면적을 증가시켜 효율을 증가하고자 하는 노력도 같이 진행되어 왔다. In the case of using graphite as the negative electrode active material, when the high crystallinity graphite is used, when the lithium insertion / desorption reaction on the side of the negative electrode active material becomes slow during rapid charging and discharging, the battery voltage rapidly reaches an upper limit or a lower limit. There is a problem of stopping further progression. In addition, when graphite having a high crystallinity is used, heat treatment must be performed at a high temperature or for a long time. Accordingly, an impurity phase that causes the structure of carbon to collapse or an irreversible reaction appears, and the crystallinity is lowered to improve the output characteristics. Efforts have also been made to increase the efficiency by increasing the surface area of the particles.

한편, 일본공개특허 제2002-0029720호에서는 충방전 특성이 우수한 음극 활물질로 사용될 수 있는 신규 개질 흑연 입자를 개시하고 있는데, 특히 기류 분급 장치를 이용한 표면 개질을 통하여 평균 입경과 BET 비표면적간의 비율이 특정 범위에 있는 흑연 입자를 개시하고 있다. On the other hand, Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2002-0029720 discloses a novel modified graphite particle that can be used as a negative electrode active material having excellent charge and discharge characteristics, in particular, the ratio between the average particle diameter and the BET specific surface area through surface modification using an air flow classifier. Graphite particles in a specific range are disclosed.

그러나 상기 특허에서는 흑연 입자의 결정화도 조절에 대한 언급은 나타나 있지 아니하며, 입자의 결정화도를 높게 유지하면서 우수한 출력 특성을 이끌어낼 수 있는 음극 활물질에 대한 연구는 아직 미미한 실정이다.
However, there is no mention of controlling the crystallinity of the graphite particles in the patent, and research on the negative electrode active material that can derive excellent output characteristics while maintaining the crystallinity of the particles is still insignificant.

이에 본 발명자들은, 흑연 입자의 결정화도는 유지시키면서도 우수한 출력 특성을 이끌어내고자 연구, 노력한 결과, 라만 분광 스펙트럼에서 1300 ~ 1400 cm-1의 범위의 피크 강도(Id)와 1580 ~ 1620 cm- 1 의 범위의 피크 강도(Ig) 사이의 강도비 Id/Ig가 낮게 나타나는 흑연 입자가 표면의 거칠기의 감소와 미세 기공의 형성에 의하여 음극 활물질로 적용되는 경우 전지의 출력이 크게 개선될 수 있음을 발견함으로써 본 발명을 완성하게 되었다. 1 - The present inventors have found that the crystallinity of the graphite particles while still maintaining excellent output characteristics naegoja led to research, efforts result, the Raman peak intensity (I d) and 1580 ~ 1620 cm in the range of 1300 ~ 1400 cm -1 in the spectrum When the graphite particles exhibiting a low intensity ratio I d / I g between the peak intensity (I g ) in the range are applied as the negative electrode active material by the reduction of the surface roughness and the formation of fine pores, the output of the battery can be greatly improved. The present invention was completed by discovering.

따라서, 본 발명의 목적은 표면 개질에 의하여 결정화도가 높게 유지되고 일정 비표면적을 가지며, 미세 기공이 형성된 흑연 입자, 이를 포함하는 음극합제 및 전기화학 셀을 제공하는 것이다.
Accordingly, an object of the present invention is to provide a graphite particle, a negative electrode mixture, and an electrochemical cell having high crystallinity and constant specific surface area and fine pores formed by surface modification.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 흑연 입자는 표면이 연속적인 응력으로 개질되어, 라만 분광 스펙트럼에서 1300 ~ 1400 cm-1의 범위의 피크 강도(Id)와 1580 ~ 1620 cm-1 의 범위의 피크 강도(Ig) 사이의 강도비 Id/Ig 가 0.01 ~ 0.2 범위 내에 있으며, 입자의 BET 비표면적이 3.0 ~ 10.0 m2/g 범위로 나타나는 것을 특징으로 한다. In order to achieve the above object, the graphite particles of the present invention have a surface whose surface is modified with continuous stress, so that the peak intensity (I d ) in the range of 1300 to 1400 cm −1 and the range of 1580 to 1620 cm −1 in the Raman spectral spectrum peak intensity (I g) and in the intensity ratio I d / I g 0.01 to 0.2 range between, characterized in that the BET specific surface area of particles is represented by 3.0 ~ 10.0 m 2 / g range.

또한 본 발명은 상기 흑연 입자를 음극 활물질로 사용한 음극합제 및 이를 포함하는 전기화학 셀을 특징으로 한다.
In another aspect, the present invention is characterized by a negative electrode mixture using the graphite particles as a negative electrode active material and an electrochemical cell comprising the same.

본 발명의 흑연 입자는 연속적인 응력에 의하여 표면의 거칠기를 낮출 수 있고, 표면의 결정화도가 높게 유지된 상태에서 비표면적을 증대시킬 수 있어, 리튬 이차 전지의 출력을 향상할 수 있다. 따라서 상기 입자의 코팅을 최소화하여 음극 활물질에 적용할 수 있으며, 부반응의 감소로 충방전 효율이 우수하여 산업계에서 널리 사용될 수 있는 장점이 있다.
The graphite particles of the present invention can lower the surface roughness by continuous stress, can increase the specific surface area in a state where the crystallinity of the surface is kept high, and the output of the lithium secondary battery can be improved. Therefore, the coating of the particles may be minimized and applied to the negative active material, and the charge and discharge efficiency may be excellent due to the reduction of side reactions, and thus may be widely used in the industry.

도 1은 본 발명의 표면 개질된 흑연 입자의 SEM 사진을 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 표면 개질된 흑연 입자의 기공 크기에 따른 면적 분포를 나타낸 그래프이다.
1 shows an SEM image of the surface modified graphite particles of the present invention.
Figure 2 is a graph showing the area distribution according to the pore size of the surface-modified graphite particles of the present invention.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. Advantages and features of the present invention and methods of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described in detail below. It should be understood, however, that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but is capable of many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, To fully disclose the scope of the invention to those skilled in the art, and the invention is only defined by the scope of the claims.

이하 본 발명의 표면 개질된 흑연 입자, 이를 포함하는 전기화학 셀(리튬 이차 전지)에 관하여 상세히 설명하기로 한다.
Hereinafter, the surface-modified graphite particles of the present invention and an electrochemical cell (lithium secondary battery) including the same will be described in detail.

표면 개질 흑연 입자Surface modified graphite particles

본 발명의 흑연 입자는 표면이 연속적인 응력으로 개질되어, 라만 분광 스펙트럼으로 측정된 1300 ~ 1400 cm-1의 범위의 피크 강도(Id)와 1580 ~ 1620 cm- 1 의 범위의 피크 강도(Ig) 사이의 강도비 Id/Ig 가 0.01 ~ 0.2 범위에 있는 것을 특징으로 한다. Graphite particles of the present invention the surface is modified by a continuous stress, as measured by the Raman spectroscopic spectrum peak intensity in the range of 1300-1400 cm -1 (I d) and 1580 ~ 1620 cm - peak intensity in the range from 1 (I The strength ratio I d / I g between g ) is in the range of 0.01 to 0.2.

라만 분광 스펙트럼에서 결정화도가 낮은 탄소는 비정질 탄소(amorphous carbon)에 가까운 결정화도를 나타내어 상기 Id/Ig 값이 크게 나타나고, 그와 반대로 본 발명의 흑연 입자는 일반적인 흑연 입자에 비하여 결정화도가 높게 나타나며, 1300 ~ 1400 cm-1의 범위의 피크(D 밴드)와 1580 ~ 1620 cm- 1 의 범위의 피크(G 밴드)의 구분이 명확하게 나타나게 된다. 상기 D 밴드의 피크는 입자 표면의 비정질 부분에 기인한 것이며, 상기 G 밴드의 피크는 결정 부분에 기인한 것이다. 상기 1300 ~ 1400 cm-1의 범위의 피크 강도(Id)와 1580 ~ 1620 cm- 1 의 범위의 피크 강도(Ig) 사이의 강도비 Id/Ig 는 보다 바람직하게는 0.18 이하일 수 있다. In the Raman spectral spectrum, carbon having low crystallinity shows crystallinity close to amorphous carbon, so that the I d / I g value is large, whereas the graphite particles of the present invention exhibit higher crystallinity than general graphite particles. 1300-1400 peak (D band) in the range of ~ 1620 cm -1 and 1580 cm - the distinction between the peak (G band) in the range of 1 is displayed clearly. The peak of the D band is due to the amorphous portion of the particle surface, and the peak of the G band is due to the crystalline portion. The 1300-1400 peak intensity (I d) in the range of ~ 1620 cm -1 and 1580 cm - I intensity ratio between the peak intensity range (I g) of d 1 / I g may be less than or equal to 0.18 and more preferably .

또한 본 발명의 흑연 입자는 연속적인 응력에 의하여 표면의 거친 부분이 제거되어 표면에서 발생하는 부반응이 감소되고, 이에 따라 쿨롱 효율을 개선할 수 있다. 상기 표면 개질에 의하여 상기 흑연 입자는 BET 비표면적이 3.0 ~ 10.0 m2/g, 바람직하게는 4.0 ~ 7.0 m2/g 범위에 있게 된다. 상기 BET 비표면적이란, 질소 흡착등온선을 BET(Brunauer-Emmett-Teller)법에서의 BET 다점법으로 해석함으로써 얻어지는 비표면적을 의미하는 것으로 한다. 상기 BET 비표면적이 상기 범위 미만이면 출력 특성의 향상이 이루어지기 어려우며, 상기 범위를 초과하면 전해액과 흑연 입자와의 부반응의 영향이 커지고, 제 1 사이클에서의 비가역 용량이 크고 에너지 밀도가 낮아지며, 음극의 제조시 다량의 바인더가 요구되는 문제가 있다. In addition, the graphite particles of the present invention can remove the coarse portion of the surface by the continuous stress to reduce side reactions occurring on the surface, thereby improving the coulombic efficiency. The surface modification causes the graphite particles to have a BET specific surface area in the range of 3.0 to 10.0 m 2 / g, preferably 4.0 to 7.0 m 2 / g. The said BET specific surface area shall mean the specific surface area obtained by interpreting a nitrogen adsorption isotherm by the BET multipoint method in the Brunauer-Emmett-Teller (BET) method. When the BET specific surface area is less than the above range, it is difficult to improve the output characteristics. When the above BET specific surface area is exceeded, the influence of side reaction between the electrolyte and the graphite particles is increased, the irreversible capacity in the first cycle is large, the energy density is low, and the cathode There is a problem that a large amount of binder is required in the preparation of the.

한편, 본 발명의 흑연 입자는 기공 크기가 2 nm 이하인 미세 기공 면적이 0.5 ~ 1.5 m2/g 범위로 나타난다. 한편, 약 2 ~ 10 nm 크기의 기공은 모두 막혀 있어 존재하지 않으며, 10 nm 이하의 기공 중에서는 2 nm 이하의 미세 기공 만이 형성되게 된다. 상기 미세 기공은 리튬 이온의 출입의 원활화를 도모하여, 입출력 특성의 향상을 얻을 수 있다. 이와 같이, 본 발명의 흑연 입자는 리튬 이온이 도핑, 탈도핑할 때 음극 재료의 전해액을 향해 개방한 출입구의 수를 늘리는 것에 의해 입출력 특성의 개선이 도모되는 것이다. On the other hand, the graphite particles of the present invention is a pore size of 2 nm or less appear in the range of 0.5 ~ 1.5 m 2 / g. On the other hand, the pores of about 2 to 10 nm size are all clogged and do not exist, only micropores of 2 nm or less are formed in the pores of 10 nm or less. The fine pores can facilitate the entry and exit of lithium ions, thereby improving the input and output characteristics. As described above, the graphite particles of the present invention can improve the input / output characteristics by increasing the number of entrances and exits that are open toward the electrolyte of the negative electrode material when the lithium ions are doped or undoped.

또한 본 발명의 흑연 입자는 기공 크기가 10 ~ 100 nm 인 메조 기공 면적이 1.0 ~ 4.0 m2/g 범위로 나타난다. 상기 메조 기공은 리튬의 흡장이 용이한 크기의 기공으로서 고전류가 인가 되었을 때, 저항없이 이동할 수 있는 역할을 하게 된다. 2 nm 이하 크기의 미세 기공 면적(B)에 대한 10 ~ 100 nm 크기의 메조 기공 면적(A)의 비율(A/B)이 1.0 ~ 4.5 범위 내로 존재할 때, 출력 특성이 가장 좋아지며, 바람직하게는 1.5 ~ 3.0 범위에 있는 것이 좋다.
In addition, the graphite particles of the present invention have a meso pore area having a pore size of 10 to 100 nm in the range of 1.0 to 4.0 m 2 / g. The mesopores are pores of a size that is easy to occlude lithium, and when the high current is applied, they can move without resistance. When the ratio (A / B) of the mesopore area (A) of 10 to 100 nm in size to the micropore area (B) of 2 nm or less is present within the range of 1.0 to 4.5, the output characteristic is best, and preferably Is preferably in the range 1.5 to 3.0.

한편, 상기 표면 개질된 흑연 입자의 평균 입도 D50은 10 ~ 50 ㎛ 범위로 존재하는 것이 바람직하다. 평균 입도가 상기 범위 미만인 경우에는 흑연 입자의 비표면적이 너무 커져서 음극 활물질의 응집에 의한 필터 막힘, 슬러리 점도 상승에 따른 안정성 저하와 같은 문제가 발생하고, 상기 범위를 초과하는 경우 음극 활물질의 부피 밀도가 저하되고, 전지의 충방전 용량이 낮아지는 문제가 있다.
On the other hand, the average particle size D 50 of the surface-modified graphite particles is preferably present in the range 10 ~ 50 ㎛. When the average particle size is less than the above range, the specific surface area of the graphite particles becomes too large, which causes problems such as clogging of the filter due to agglomeration of the negative electrode active material and decrease in stability due to an increase in slurry viscosity. And the charge / discharge capacity of the battery is lowered.

표면 개질 흑연 입자의 제조방법Method for producing surface modified graphite particles

본 발명의 흑연 입자는 흑연의 표면 개질을 통하여 제조되며, 구체적으로 흑연에 탄소 전구체를 코팅하는 과정을 거침으로써 표면이 연속적인 응력으로 개질된 흑연 입자를 제조될 수 있다. The graphite particles of the present invention are prepared through surface modification of graphite, and in particular, the graphite particles whose surface is modified by continuous stress may be prepared by coating a carbon precursor on graphite.

상기 흑연으로는 천연 흑연, 인공 흑연 등이 이용될 수 있으나, 이들을 혼합 사용하여도 무방하다. 상기 인조 흑연의 원료로는 수지(resin)의 탄화물 등이 이용될 수 있으나, 이에 한정되지 아니하며, 흑연화될 수 있는 물질이라면 특별히 제한없이 사용될 수 있다. Natural graphite, artificial graphite, and the like may be used as the graphite, but may be used by mixing them. As the raw material of the artificial graphite, carbides of resins and the like may be used, but the present invention is not limited thereto. Any material capable of graphitizing may be used without particular limitation.

상기 흑연으로는 통상의 판상 흑연, 구형 흑연, 섬유형 흑연 등 형상에 관계없이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 구형 흑연을 사용하는 것이 좋다. 상기 구형 흑연은 상기 통상의 판상 흑연을 기계적 분쇄 또는 화학적 방법을 통하여 제조될 수 있다. 특히 상기 기계적 분쇄는 볼밀(ball mill), 어트리션 밀(attrition mill), 진동 밀(vibration mill), 디스크 밀(disk mill), 제트 밀(jet mill), 로터 밀(rotor mill) 등과 같은 밀링기를 이용하여 밀링함으로써 수행될 수 있다. 상기 밀링은 건식 공정, 또는 습식 공정, 또는 건식 및 습식이 조합된 공정으로 진행될 수 있다. 상기 분쇄 공정에서 분쇄 속도, 압력, 시간 등으로 입자의 평균 입경 및 입도 분포도를 조절할 수 있다.The graphite may be used regardless of the shape of ordinary plate graphite, spherical graphite, fibrous graphite, and the like, and it is preferable to use spherical graphite. The spherical graphite may be prepared by mechanical grinding or chemical methods of the conventional plate-like graphite. In particular, the mechanical grinding is a mill such as a ball mill, an attention mill, a vibration mill, a disk mill, a jet mill, a rotor mill, or the like. It can be carried out by milling using. The milling can be a dry process, a wet process, or a combined dry and wet process. The average particle diameter and particle size distribution of the particles can be controlled by the pulverization speed, pressure, time, and the like in the pulverization process.

상기 흑연의 바람직한 예로 구형 흑연을 사용할 수 있다고 제시하였으나, 구형화 안하고 통상의 판상 흑연 또는 섬유형 흑연 등을 사용할 수도 있다. Although it is suggested that spherical graphite can be used as a preferable example of the graphite, ordinary plate-like graphite or fibrous graphite may be used without spherical formation.

또한, 구형화 후 후술하는 코팅을 할 수도 있으나, 흑연의 형상에 관계 없이 후술하는 코팅과정을 거친 다음에 구형화하는 것도 가능하다.In addition, although the coating described later may be performed after the spheroidization, it may be spherical after the coating process described later regardless of the shape of the graphite.

상기 흑연에 코팅하는 탄소 전구체로는 석유계 피치, 석탄계 피치, 메조페이즈 피치, 콜타르 피치, 열처리 피치, 염화비닐계 수지, 비닐계 고분자, 방향족 탄화수소, 질소환화합물, 황환화합물, 석탄액화유와 같은 석탄계 중질유, 아스팔텐과 같은 직류계 중질유, 원유, 나프타 등의 열 분해시에 부생되는 나프타 타르 등 석유계 중질유, 분해계 중질유 등이 사용될 수 있다. Carbon precursors coated on the graphite include petroleum pitch, coal pitch, mesophase pitch, coal tar pitch, heat treatment pitch, vinyl chloride resin, vinyl polymer, aromatic hydrocarbon, nitrogen ring compound, sulfur ring compound, coal liquefied oil Coal-based heavy oil, DC-based heavy oil such as asphaltene, petroleum-based heavy oil such as naphtha tar produced by thermal decomposition of crude oil, naphtha and the like, cracked heavy oil and the like can be used.

상기 코팅 과정에서 탄소 전구체는 흑연 대비 1~25 중량부로 사용하는 것이 흑연 표면에 대한 개질 효과를 고려할 경우 바람직하다. In the coating process, the carbon precursor is preferably used in an amount of 1 to 25 parts by weight relative to graphite, in consideration of a modification effect on the graphite surface.

또한, 상기 코팅은 대류식 코팅(Convective), 회전식 코팅(Tumbler), 밀착형 코팅(Impaction) 또는 전단형 코팅(High Shear)을 위한 코팅기를 이용하여 수행될 수 있다. 상기 코팅은 건식 공정 또는 습식 공정, 또는 건식 및 습식이 조합된 공정으로 진행될 수 있으며, 상기 코팅 공정에서 코팅 속도, 압력, 시간, 온도, 투입량 등을 변화시킴으로써 입자의 표면 개질 정도, 메조 기공과 미세 기공의 면적을 조절할 수 있다. In addition, the coating may be performed using a coater for convective coating, tumbler, adhesive coating, or shear coating. The coating may be performed in a dry process or a wet process, or a combination of dry and wet processes. In the coating process, the degree of surface modification of particles, mesopores and fine particles may be changed by changing the coating speed, pressure, time, temperature, and dosage. The area of the pores can be adjusted.

상기 코팅 과정을 통하여 표면이 연속적인 응력으로 개질된 흑연 입자는 마찰력 및 전단 응력에 의해 흑연 표면상의 거친 부분들이 제거되어 매끄럽게 되며, 전체 비표면적을 낮추고 조립화된 각 입자들 내부의 빈 공간을 제거하여 결과적으로 충진 밀도를 향상시켜 초기 충방전 효율을 개선시킬 수 있을 뿐 아니라, 극판 제조시 바인더가 흑연 입자 사이에 존재토록 하여 접착력을 증가시켜 수명 특성 또한 향상시키는 효과를 얻을 수 있다.Through the coating process, the graphite particles whose surface is modified with continuous stress are smoothed by removing rough parts on the graphite surface by friction and shear stress, lowering the total specific surface area and removing the empty space inside each of the granulated particles. As a result, the filling density can be improved to improve the initial charging and discharging efficiency, and the binder can be present between the graphite particles during the production of the electrode plate, thereby increasing the adhesive force, thereby improving the life characteristics.

본 발명의 흑연 입자는 열처리를 통하여 음극 활물질로 제조될 수 있으며, 상기 열처리 공정은 1,000 ℃ 이상, 바람직하게는 1,200 ~ 1,500 ℃에서 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 열처리 온도가 1,000 ℃ 미만이면 불순물의 제거가 충분하지 않게 일어난다. 또한, 탄소 성분의 산화를 방지할 수 있도록 진공 또는 불활성 분위기 하에서 수행될 수 있으며, 예를 들어 질소 또는 아르곤 분위기 하에서 수행될 수 있다.The graphite particles of the present invention may be manufactured as a negative electrode active material through heat treatment, and the heat treatment process is preferably performed at 1,000 ° C. or higher, preferably 1,200 to 1,500 ° C. If the heat treatment temperature is less than 1,000 ° C., the removal of impurities is insufficient. It may also be carried out under vacuum or inert atmosphere so as to prevent oxidation of the carbon component, for example under nitrogen or argon atmosphere.

상기 열처리는 코팅 과정 후에 진행되지만, 코팅 과정을 거치기 전에 상기 열처리 온도보다 낮은 온도에서 사전 열처리를 한 후 코팅 과정 후에 상기 열처리 온도에서 추가로 열처리를 진행하는 것도 무방하다.
Although the heat treatment is performed after the coating process, the heat treatment may be performed at a lower temperature than the heat treatment temperature before the coating process, and then further heat treatment at the heat treatment temperature after the coating process.

전기화학 셀(리튬 이차 전지)Electrochemical cell (lithium secondary battery)

한편, 본 발명은 상기한 음극 활물질을 이용한 전기화학 셀, 그 일 예로서 리튬 이차 전지를 제공할 수 있는데, 이에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다.Meanwhile, the present invention can provide an electrochemical cell using the above-mentioned negative electrode active material, for example, a lithium secondary battery, which will be described in detail below.

본 발명의 일 실시예에 따른 음극합제는 상기 이흑연화성 탄소 입자의 음극 활물질, 바인더 및 도전재를 포함하는 것으로 구성되어 있다.A negative electrode mixture according to an embodiment of the present invention is composed of a negative active material, a binder and a conductive material of the graphitizable carbon particles.

상기 바인더는 음극 활물질과 도전재 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 음극 활물질을 포함하는 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 ~ 50 중량%로 첨가된다. 이러한 바인더의 예로는, 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 부타디엔 고무, 불소 고무, 다양한 공중합체 등을 들 수 있다.The binder is a component that assists the bonding between the negative electrode active material and the conductive material and the current collector, and is generally added in an amount of 1 to 50 wt% based on the total weight of the mixture including the negative electrode active material. Examples of such binders include polyvinylidene fluoride, polyvinyl alcohol, carboxymethylcellulose (CMC), starch, hydroxypropylcellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene, polyethylene , Polypropylene, ethylene-propylene-diene polymer (EPDM), sulfonated EPDM, styrene butadiene rubber, fluorine rubber, various copolymers and the like.

상기 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 카본 블랙(carbon black), 아세틸렌블랙(acetylene black), 서멀블랙(thermal black), 채널블랙(channel black), 퍼니스블랙(furnace black), 흑연 등의 탄소류나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.The conductive material is not particularly limited as long as it has electrical conductivity without causing chemical changes in the battery. Examples of the conductive material include carbon black, acetylene black, thermal black, conductive fibers such as carbon black or metal fibers such as channel black, furnace black and graphite; Metal powders such as carbon fluoride, aluminum, and nickel powder; Conductive whiskeys such as zinc oxide and potassium titanate; Conductive metal oxides such as titanium oxide; Conductive materials such as polyphenylene derivatives and the like can be used.

상기 음극 합제는 선택적으로 충진제, 접착 촉진제 등을 포함할 수 있다.The negative electrode material mixture may optionally include a filler, an adhesion promoter, and the like.

상기 충진제는 전극의 팽창을 억제하는 보조성분으로서, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 섬유상 재료라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 섬유상 폴리에틸렌, 섬유상 폴리프로필렌 등의 섬유상 올레핀계 중합체; 유리 섬유, 탄소섬유 등의 섬유상 물질이 사용된다.The filler is an auxiliary component for suppressing the expansion of the electrode. The filler is not particularly limited as long as it is a fibrous material without causing any chemical change in the battery, and examples thereof include fibrous olefinic polymers such as fibrous polyethylene and fibrous polypropylene; Fibrous materials such as glass fibers and carbon fibers are used.

상기 접착 촉진제는 집전체에 대한 활물질의 접착력을 향상시키기 위해 첨가되는 보조성분으로서, 바인더 대비 10 중량% 이하로 첨가될 수 있으며, 예를 들어 옥살산(oxalic acid), 아디프산(adipic acid), 포름산(formic acid), 아크릴산(acrylic acid) 유도체, 이타콘산(itaconic acid) 유도체 등을 들 수 있다. The adhesion promoter may be added in an amount of 10% by weight or less based on the binder, for example, oxalic acid, adipic acid, Formic acid, acrylic acid derivatives, itaconic acid derivatives, and the like.

또한, 상기 음극 합제가 집전체 상에 도포되어 있는 음극은 예를 들어, 상기 음극 합제를 집전체에 코팅하여 제조할 수 있다. 구체적으로, 음극 합제를 소정의 용매에 첨가하여 슬러리를 제조한 후, 이를 금속 호일 등의 집전체 상에 도포하고 건조 및 압연하여 소정의 시트형 전극을 제조할 수 있다.The negative electrode to which the negative electrode mixture is applied on the current collector can be produced, for example, by coating the current collector with the negative electrode mixture. Specifically, a predetermined sheet-like electrode can be produced by applying a negative electrode mixture to a predetermined solvent to prepare a slurry, applying the slurry to a current collector such as a metal foil, and drying and rolling the slurry.

본 발명의 일 실시예에 따른 전기화학 셀은 상기 음극합제가 집전체 상에 도포되어 있는 음극을 포함하는 것으로 구성되어 있다.The electrochemical cell according to an embodiment of the present invention is configured such that the negative electrode mixture includes a negative electrode coated on a current collector.

일반적으로 음극은 음극합제를 NMP 등의 용매에 첨가하여 슬러리 형태로 제조한 후, 이를 집전체 상에 도포하여 건조 및 압연함으로써 제조된다. Generally, the negative electrode is prepared by adding a negative electrode mixture to a solvent such as NMP to prepare a slurry, coating the same on a current collector, and drying and rolling.

상기 슬러리의 제조시 사용되는 용매의 바람직한 예로는 디메틸 설폭사이드(dimethyl sulfoxide, DMSO), 알코올, N-메틸피롤리돈(NMP), 소듐 카르복시메틸셀룰로스(CMC, sodium carbonxymethylcellulose), 아세톤 등을 들 수 있으며, 이러한 용매는 음극합제 전체 중량을 기준으로 400 중량%까지 사용할 수 있고, 건조 과정에서 제거된다.Preferred examples of the solvent used in the preparation of the slurry include dimethyl sulfoxide (DMSO), alcohol, N-methylpyrrolidone (NMP), sodium carboxymethylcellulose (CMC, sodium carbonxymethylcellulose), acetone, and the like. The solvent may be used in an amount of up to 400 wt% based on the total weight of the negative electrode mixture and is removed during the drying process.

상기 음극 집전체는 일반적으로 3 ~ 500 ㎛의 두께로 만들어진다. 이러한 음극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소결 탄소, 구리나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 또한, 양극집전체와 마찬가지로, 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.The negative electrode current collector is generally made to have a thickness of 3 to 500 mu m. Such an anode current collector is not particularly limited as long as it has conductivity without causing a chemical change in the battery, and the anode current collector may be made of a material such as copper, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, sintered carbon, A surface treated with carbon, nickel, titanium, silver or the like, an aluminum-cadmium alloy, or the like can be used. In addition, like the positive electrode collector, fine unevenness can be formed on the surface to enhance the bonding force of the negative electrode active material, and it can be used in various forms such as films, sheets, foils, nets, porous bodies, foams and nonwoven fabrics.

상기 음극합제 페이스트를 음극 집전체 상에 고르게 도포하는 방법은 재료의 특성 등을 감안하여 공지의 방법 중에 선택하거나 새로운 적절한 방법으로 수행할 수 있다. 예를 들어, 페이스트를 집전체 위에 분배시킨 후, 닥터 블레이드(doctor blade) 등을 사용하여 균일하게 분산시키는 것이 바람직하다. 경우에 따라서는, 분배와 분산 과정을 하나의 공정으로 실행하는 방법을 사용할 수 있다. 이밖에 다이캐스팅, 콤마코팅, 스크린 프린팅 등의 방법을 택할 수도 있으며, 또는 별도의 기재 위에 성형한 후 프레싱 또는 라미네이션 방법에 의해 집전체와 접합시킬 수도 있다. 집전체 위에 도포된 페이스트의 건조는 50℃ 내지 200℃의 진공오븐에서 12 내지 72시간 동안 건조시키는 것이 바람직하다.The method of uniformly applying the negative electrode material mixture paste on the negative electrode collector may be selected from known methods in consideration of the characteristics of materials and the like or may be carried out by a new appropriate method. For example, it is preferable to distribute the paste on the current collector and uniformly disperse the paste using a doctor blade or the like. In some cases, a method of performing the distribution and dispersion processes in a single process may be used. Other methods such as die casting, comma coating, and screen printing may be employed, or they may be formed on a separate substrate and then joined to the current collector by a pressing or lamination method. Drying of the paste applied on the current collector is preferably performed in a vacuum oven at 50 to 200 DEG C for 12 to 72 hours.

상기 전기화학 셀은 전기화학반응을 통해 전기를 제공하는 디바이스로서, 바람직하게는 리튬염 함유 비수 전해질을 포함하고 있는 리튬 이차 전지일 수 있다.The electrochemical cell is a device for providing electricity through an electrochemical reaction, and may be a lithium secondary battery including a nonaqueous electrolyte containing a lithium salt.

상기 리튬 이차 전지는 상기 음극과 양극 사이에 분리막이 개재된 구조의 전극조립체에 리튬염 함유 비수계 전해액이 함침되어 있는 구조로 제조될 수 있다.The lithium secondary battery may have a structure in which a lithium salt-containing nonaqueous electrolyte solution is impregnated in an electrode assembly having a separator interposed between the negative electrode and the positive electrode.

본 발명에 따른 리튬 이차전지의 기타 성분들은 다음과 같다Other components of the lithium secondary battery according to the present invention are as follows

상기 양극은, 예를 들어, 양극 집전체 상에 양극 활물질, 도전재 및 바인더의 혼합물을 도포한 후 건조하여 제조되며, 필요에 따라서는, 상기 혼합물에 충진제를 더 첨가하기도 한다.The positive electrode is prepared, for example, by coating a mixture of a positive electrode active material, a conductive material and a binder on a positive electrode current collector, and then drying the mixture. Optionally, a filler may be further added to the mixture.

상기 양극 집전체는 일반적으로 3 ~ 500 ㎛의 두께로 만든다. 이러한 양극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소결 탄소, 또는 알루미늄이나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것 등이 사용될 수 있다. 집전체는 그것의 표면에 미세한 요철을 형성하여 양극 활물질의 접착력을 높일 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태가 가능하다. 상기 양극활물질은 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물이나 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 화합물; 화학식Li1 + yMn2 -yO4(여기서, y 는 0 ~ 0.33 임), LiMnO3, LiMn2O3, LiMnO2 등의 리튬 망간 산화물; 리튬 동 산화물(Li2CuO2); LiV3O8 , LiFe3O4, V2O5, Cu2VO7 등의 바나듐 산화물; 화학식 LiNi1 -yMO2(여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B 또는 Ga 이고, y =0.01 ~ 0.3 임)으로 표현되는 Ni 사이트형 리튬 니켈 산화물; 화학식 LiMn2 -yMO2(여기서, M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn 또는 Ta 이고, y = 0.01 ~ 0.1 임) 또는 Li2Mn3MO8(여기서, M = Fe, Co, Ni, Cu 또는 Zn 임)으로 표현되는 리튬 망간 복합산화물; 화학식의 Li 일부가 알칼리토금속 이온으로 치환된 LiMn2O4;디설파이드 화합물; Fe2(MoO4)3 등을 사용할 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.The cathode current collector generally has a thickness of 3 to 500 mu m. The positive electrode current collector is not particularly limited as long as it has high conductivity without causing chemical changes in the battery. For example, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, sintered carbon or a surface of aluminum or stainless steel Treated with carbon, nickel, titanium, silver or the like may be used. The current collector may have fine irregularities on the surface thereof to increase the adhesive force of the cathode active material, and various forms such as a film, a sheet, a foil, a net, a porous body, a foam, and a nonwoven fabric are possible. The cathode active material may be a layered compound such as lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ), lithium nickel oxide (LiNiO 2 ), or a compound substituted with a transition metal or higher; Lithium manganese oxides such as Li 1 + y Mn 2 -y O 4 (where y is 0 to 0.33), LiMnO 3 , LiMn 2 O 3 and LiMnO 2 ; Lithium copper oxide (Li 2 CuO 2 ); Vanadium oxides such as LiV 3 O 8 , LiFe 3 O 4 , V 2 O 5 , Cu 2 VO 7 and the like; A Ni-site type lithium nickel oxide represented by the formula LiNi 1 -y MO 2 (where M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B or Ga and y = 0.01 to 0.3); Formula LiMn 2 -y MO 2 (wherein M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn or Ta and y = 0.01 to 0.1) or Li 2 Mn 3 MO 8 (wherein M = Fe, Co, Ni, Lithium manganese composite oxide represented by Cu or Zn); A LiMn 2 O 4 disulfide compound in which a part of Li in the formula is substituted with an alkaline earth metal ion; Fe 2 (MoO 4 ) 3 , and the like can be used, but the present invention is not limited thereto.

상기 분리막은 양극과 음극 사이에 개재되며, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용된다. 이러한 분리막으로는, 예를 들어, 내화학성 및 소수성의 폴리프로필렌 등의 올레핀계 폴리머, 유리섬유 또는 폴리에틸렌 등으로 만들어진 시트나 부직포 등이 사용된다. 전해질로서 폴리머 등의 고체 전해질이 사용되는 경우에는 고체 전해질이 분리막을 겸할 수도 있다.The separation membrane is interposed between the anode and the cathode, and an insulating thin film having high ion permeability and mechanical strength is used. As such a separation membrane, for example, a sheet or a nonwoven fabric made of an olefin-based polymer such as polypropylene which is chemically resistant and hydrophobic, glass fiber, polyethylene or the like is used. When a solid electrolyte such as a polymer is used as an electrolyte, the solid electrolyte may also serve as a separation membrane.

상기 리튬염 함유 비수계 전해액은 전해액과 리튬염으로 이루어져 있으며, 상기 전해액으로는 비수계 유기용매, 유기 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용된다.The lithium salt-containing nonaqueous electrolyte solution is composed of an electrolyte solution and a lithium salt. As the electrolyte solution, a nonaqueous organic solvent, an organic solid electrolyte, and an inorganic solid electrolyte may be used.

상기 비수계 유기용매로는, 예를 들어, N-메틸-2-피롤리디논, 프로필렌 카르보네이트, 에틸렌 카르보네이트, 부틸렌 카르보네이트, 디메틸 카르보네이트, 디에틸 카르보네이트, 감마-부틸로 락톤, 1,2-디메톡시 에탄, 테트라히드록시 프랑(franc), 2-메틸 테트라하이드로푸란, 디메틸술폭시드, 1,3-디옥소런, 포름아미드, 디메틸포름아미드, 디옥소런, 아세토니트릴, 니트로메탄, 포름산 메틸, 초산메틸, 인산 트리에스테르, 트리메톡시 메탄, 디옥소런 유도체, 설포란, 메틸 설포란,1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 프로필렌 카르보네이트 유도체, 테트라하이드로푸란 유도체, 에테르, 피로피온산 메틸, 프로피온산 에틸 등의 비양자성 유기용매가 사용될 수 있다.Examples of the non-aqueous organic solvent include N-methyl-2-pyrrolidinone, propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and gamma Butyl lactone, 1,2-dimethoxy ethane, tetrahydroxy franc, 2-methyl tetrahydrofuran, dimethyl sulfoxide, 1,3-dioxorone, formamide, dimethylformamide, dioxolon , Acetonitrile, nitromethane, methyl formate, methyl acetate, phosphate triester, trimethoxy methane, dioxorone derivatives, sulfolane, methyl sulfolane, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, propylene carbo Aprotic organic solvents such as nate derivatives, tetrahydrofuran derivatives, ethers, methyl pyroionate and ethyl propionate can be used.

상기 유기 고체 전해질로는, 예를 들어, 폴리에틸렌 유도체, 폴리에틸렌 옥사이드 유도체, 폴리프로필렌 옥사이드 유도체, 인산 에스테르 폴리머, 폴리 에지테이션 리신(agitation lysine), 폴리에스테르 설파이드, 폴리비닐 알코올, 폴리불화 비닐리덴, 이온성 해리기를 포함하는 중합체 등이 사용될 수 있다.Examples of the organic solid electrolyte include a polymer electrolyte such as a polyethylene derivative, a polyethylene oxide derivative, a polypropylene oxide derivative, a phosphate ester polymer, an agitation lysine, a polyester sulfide, a polyvinyl alcohol, a polyvinylidene fluoride A polymer including an acid dissociation group, and the like can be used.

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

상기 리튬염은 상기 비수계 전해질에 용해되기 좋은 물질로서, 예를 들어, LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, CF3SO3Li, (CF3SO2)NLi, 클로로 보란 리튬, 저급 지방족카르본산 리튬, 4 페닐 붕산 리튬, 이미드 등이 사용될 수 있다.The lithium salt is a material that is readily soluble in the non-aqueous electrolyte, for example, LiCl, LiBr, LiI, LiClO 4, LiBF 4, LiB 10 Cl 10, LiPF 6, LiCF 3 SO 3, LiCF 3 CO 2, LiAsF 6, LiSbF 6, LiAlCl 4, CH 3 SO 3 Li, CF 3 SO 3 Li, (CF 3 SO 2) NLi, chloroborane lithium, lower aliphatic carboxylic acid lithium, lithium tetraphenyl borate and imide .

또한, 전해액에는 충방전 특성, 난연성 등의 개선을 목적으로, 예를 들어,피리딘, 트리에틸포스파이트, 트리에탄올아민, 환상 에테르, 에틸렌 디아민, n-글라임(glyme), 헥사 인산 트리 아미드, 니트로벤젠 유도체, 유황, 퀴논 이민 염료,N-치환 옥사졸리디논, N,N-치환 이미다졸리딘, 에틸렌 글리콜 디알킬 에테르, 암모늄염, 피롤, 2-메톡시 에탄올, 삼염화 알루미늄 등이 첨가될 수도 있다. 경우에 따라서는, 불연성을 부여하기 위하여, 사염화탄소, 삼불화에틸렌 등의 할로겐 함유 용매를 더 포함시킬 수도 있고, 고온 보존 특성을 향상시키기 위하여 이산화탄산 가스를 더 포함시킬 수도 있다.
For the purpose of improving the charge / discharge characteristics and the flame retardancy, the electrolytic solution is preferably mixed with an organic solvent such as pyridine, triethylphosphite, triethanolamine, cyclic ether, ethylenediamine, glyme, Benzene derivatives, sulfur, quinone imine dyes, N-substituted oxazolidinones, N, N-substituted imidazolidines, ethylene glycol dialkyl ethers, ammonium salts, pyrrole, 2-methoxyethanol, . In some cases, a halogen-containing solvent such as carbon tetrachloride or ethylene trifluoride may be further added to impart nonflammability, or a carbon dioxide gas may be further added to improve high-temperature storage characteristics.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통하여 본 발명의 흑연 입자에 관하여 관하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the graphite particles of the present invention will be described in detail with reference to preferred embodiments of the present invention.

이하의 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
The following examples are only for illustrating the present invention, but the scope of the present invention is not limited to the following examples.

실시예Example 1 One

구상화된 흑연 입자에 흑연 100 중량부 대비 10 중량부의 석유계 피치를 이용하여 표면 개질을 하였다. 상기 코팅은 대류식 코팅기(Convective)를 이용하여 30 rpm의 선속도로, 1 분간 이루어졌다. 상기 코팅물을 25 ℃ 에서 10 ℃/min 의 승온 속도로 가열하여 1500 ℃까지 승온한 후, 1500 ℃에서 1 시간 동안 열처리하여 표면개질된 흑연 입자를 얻었다.
The spheroidized graphite particles were subjected to surface modification using 10 parts by weight of petroleum pitch relative to 100 parts by weight of graphite. The coating was performed for 1 minute at a linear speed of 30 rpm using a convective coater. The coating was heated at 25 ° C. at a temperature increase rate of 10 ° C./min, heated to 1500 ° C., and then heat-treated at 1500 ° C. for 1 hour to obtain surface-modified graphite particles.

실시예Example 2 2

구상화된 흑연 입자에 흑연 100 중량부 대비 10 중량부 석유계 피치를 이용하여 표면 개질을 하였다. 상기 코팅은 대류식 코팅기(Convective) 를 이용하여 30 rpm의 선속도로, 5 분간 이루어졌다. 상기 코팅물을 25 ℃ 에서 10 ℃/min 의 승온 속도로 가열하여 1500 ℃까지 승온한 후, 1500 ℃에서 1 시간 동안 열처리하여 표면개질된 흑연 입자를 얻었다.
The spheroidized graphite particles were surface modified using 10 parts by weight of petroleum-based pitch with respect to 100 parts by weight of graphite. The coating was performed for 5 minutes at a linear speed of 30 rpm using a convective coater. The coating was heated at 25 ° C. at a temperature increase rate of 10 ° C./min, heated to 1500 ° C., and then heat-treated at 1500 ° C. for 1 hour to obtain surface-modified graphite particles.

실시예Example 3 3

구상화된 흑연 입자에 흑연 100 중량부 대비 10 중량부 석유계 피치를 이용하여 표면 개질을 하였다. 상기 코팅은 대류식 코팅기(Convective)를 이용하여 30 rpm의 선속도로, 10 분간 이루어졌다. 상기 코팅물을 25 ℃ 에서 10 ℃/min 의 승온 속도로 가열하여 1500 ℃까지 승온한 후, 1500 ℃에서 1 시간 동안 열처리하여 표면개질된 흑연 입자를 얻었다.
The spheroidized graphite particles were surface modified using 10 parts by weight of petroleum-based pitch with respect to 100 parts by weight of graphite. The coating was performed for 10 minutes at a linear speed of 30 rpm using a convective coater. The coating was heated at 25 ° C. at a temperature increase rate of 10 ° C./min, heated to 1500 ° C., and then heat-treated at 1500 ° C. for 1 hour to obtain surface-modified graphite particles.

실시예Example 4 4

구상화된 흑연 입자에 흑연 100 중량부 대비 10 중량부 석유계 피치를 이용하여 표면 개질을 하였다. 상기 코팅은 대류식 코팅기(Convective)를 이용하여 30 rpm의 선속도로 20 분간 이루어졌다. 상기 코팅물을 25 ℃ 에서 10 ℃/min 의 승온 속도로 가열하여 1500 ℃까지 승온한 후, 1500 ℃에서 1 시간 동안 열처리하여 표면개질된 흑연 입자를 얻었다.
The spheroidized graphite particles were surface modified using 10 parts by weight of petroleum-based pitch with respect to 100 parts by weight of graphite. The coating was done for 20 minutes at a linear speed of 30 rpm using a convective coater. The coating was heated at 25 ° C. at a temperature increase rate of 10 ° C./min, heated to 1500 ° C., and then heat-treated at 1500 ° C. for 1 hour to obtain surface-modified graphite particles.

비교예Comparative Example 1 One

구상화된 흑연 입자를 코팅 과정 없이 25 ℃ 에서 10 ℃/min 의 승온 속도로 가열하여 1500 ℃까지 승온한 후, 1500 ℃에서 1 시간 동안 열처리하여 표면개질된 흑연 입자를 얻었다.
The spheroidized graphite particles were heated at a temperature increase rate of 10 ° C./min at 25 ° C. without a coating process, and heated to 1500 ° C., and then heat-treated at 1500 ° C. for 1 hour to obtain surface modified graphite particles.

실험예Experimental Example 1 : 흑연 입자의 라만 스펙트럼 1: Raman spectrum of graphite particles

상기 실시예 및 비교예에서 제조된 흑연 입자에 대하여 아르곤 이온 레이저(파장 λ = 514 nm)를 이용하여 라만 스펙트럼을 측정하였다. 또한, 질소가스의 흡착방법을 이용하여 메조 기공과 미세 기공의 면적을 확인하였다. 상기 실시예 및 비교예의 흑연 입자를 압력 10 mmHg, 온도 250℃ 에서 3시간 동안 열처리를 하여 표면에 흡착되어 있는 가스를 모두 탈착하였다. 이후 질소로 77K 에서 탄소 슬릿 포어로 가정한 NLDFT(Non-Local Density Functional Therory) 방법을 이용하여 메조 기공과 미세 기공의 면적을 측정하였으며, 이를 하기 표 1에 나타내었다. The Raman spectra of the graphite particles prepared in Examples and Comparative Examples were measured using an argon ion laser (wavelength λ = 514 nm). In addition, the area of mesopores and micropores was confirmed using a nitrogen gas adsorption method. The graphite particles of Examples and Comparative Examples were heat treated at a pressure of 10 mmHg at a temperature of 250 ° C. for 3 hours to desorb all the gases adsorbed on the surface. Afterwards, the area of mesopores and micropores was measured using NLDFT (Non-Local Density Functional Therory) method, which was assumed to be carbon slit pores at 77K. The results are shown in Table 1 below.

Raman (Id/Ig)Raman (I d / I g ) BET(m2/g)BET (m 2 / g) 메조 기공 면적(m2/g) (A)Mesopore area (m 2 / g) (A) 미세 기공 면적(m2/g) (B)Micropore Area (m 2 / g) (B) A/B 비율A / B ratio 실시예1Example 1 0.100.10 5.15.1 2.22.2 1.01.0 2.22.2 실시예2Example 2 0.120.12 4.84.8 2.22.2 0.90.9 2.42.4 실시예3Example 3 0.170.17 4.74.7 2.02.0 0.80.8 2.52.5 실시예4Example 4 0.190.19 4.54.5 1.61.6 0.80.8 2.02.0 비교예1Comparative Example 1 0.350.35 3.53.5 0.60.6 0.50.5 1.21.2

상기 표 1에서 보는 바와 같이 실시예의 입자의 경우, 1300 ~ 1400cm-1의 범위의 피크 강도(Id)와 1580 ~ 1620 cm-1의 범위의 피크 강도(Ig) 사이의 강도 비 Id/Ig가 0.10 ~ 0.19 로 확인된 바, 표면 개질된 흑연 입자의 표면 결정화도가 높게 유지되는 것을 확인할 수 있었다.For example particles embodiment, as shown in Table 1, the strength of between 1300 ~ 1400cm peak intensity in the range of -1 (I d) and 1580 ~ (I g) peak intensity in the range of 1620 cm -1 I ratio d / When I g was confirmed to be 0.10 to 0.19, it was confirmed that the surface crystallinity of the surface-modified graphite particles was kept high.

또한 미세 기공 면적에 대한 메조 기공의 비율(A/B)이 2.0 ~ 2.5 의 범위로 존재하는 것을 확인하였다.
In addition, it was confirmed that the ratio (A / B) of mesopores to the micropore area exists in the range of 2.0 to 2.5.

그리고 실시예 1에 의하여 제조된 흑연 입자(실시예)의 SEM 사진을 도 1에 나타내었다. 상기 사진에서 보이는 바와 같이, 상기 과정에 의하여 흑연 입자의 표면에 존재하는 거친 부분이 대부분 제거되고 매끈한 입자의 형태를 나타내는 것을 확인할 수 있었다.
And the SEM photograph of the graphite particles (example) prepared in Example 1 is shown in FIG. As shown in the photograph, it was confirmed that the rough portion existing on the surface of the graphite particles was removed by the above process and exhibited the shape of smooth particles.

실험예Experimental Example 2 : 리튬 이차 전지의  2: Lithium secondary battery 충방전Charging and discharging 효율 측정 Measure efficiency

상기 실시예 및 비교예의 흑연 입자를 적용한 리튬 이차 전지의 충방전 효율을 측정하고자 하기와 같이 실험을 진행하였다. An experiment was conducted as follows to measure the charge and discharge efficiency of the lithium secondary battery to which the graphite particles of the examples and the comparative example were applied.

먼저 음극 극판은 결합제로서 폴리비닐리덴 플루오라이드 10 중량%를 N-메틸 피롤리돈 용매에 용해시킨 후, 상기 실시예 및 비교예의 흑연 입자 90 중량%와 혼합하여 슬러리로 만들고, 구리(Cu) 포일 집전체에 캐스팅(코팅)하여 도포하였고, 이를 롤 프레스로 압연하여 음극을 제조하였다. 상기 제조된 음극 극판을 120℃의 오븐에서 건조하였다.First, the negative electrode plate is dissolved in 10% by weight of polyvinylidene fluoride as a binder in a solvent of N-methyl pyrrolidone, and then mixed with 90% by weight of graphite particles of Examples and Comparative Examples to make a slurry, and copper (Cu) foil The current collector was cast (coated) and applied, and rolled by a roll press to prepare a negative electrode. The negative electrode plate thus prepared was dried in an oven at 120 ° C.

제조된 음극 활물질 극판과 대극으로 리튬 금속 포일을 사용하고 전해액으로서 1M LiPF6/에틸렌 카보네이트/디메틸 카보네이트를 사용하여 코인형 리튬 이차 전지를 제조하였다.A lithium metal foil was used as a negative electrode active material electrode and a counter electrode, and 1M LiPF 6 / ethylene carbonate / dimethyl carbonate as an electrolyte was used to produce a coin type lithium secondary battery.

다음 실온 (25℃) 분위기하에 5시간율(0.2C)로 정전류 정전압 충전 후, 5시간율(0.2C)로 방전 종지 전압 1.5V에 이를 때까지 방전하고, 재차 같은 조건으로 충전했다. 또한 고출력 특성을 측정하기 위해 25℃ 분위기하에 5시간율(0.2C)로 정전류 정전압 충전 후, 고율(5.0C)로 방전 종지 전압 1.5V에 이를 때까지 방전하여, 상온 고율 출력을 측정 하였다.The battery was charged at a constant current and a constant voltage at a rate of 5 hours (0.2 C) at room temperature (25 캜), discharged at a rate of 5 hours (0.2 C) until the discharge end voltage reached 1.5 V, and charged again under the same conditions. In addition, after measuring constant current constant voltage at a rate of 5 hours (0.2C) at 25 ° C. in a 25 ° C. atmosphere to measure high output characteristics, the battery was discharged at a high rate (5.0C) until the discharge end voltage reached 1.5V, and high temperature output was measured at room temperature.

상기 실시예 및 비교예의 음극 활물질로 제조된 리튬 이차 전지의 초기 용량 및 출력특성을 하기 표 2에 나타내었다.The initial capacity and output characteristics of the lithium secondary battery prepared with the negative electrode active materials of the Examples and Comparative Examples are shown in Table 2 below.

초기 용량(mAh/ml)Initial capacity (mAh / ml) 출력 특성(5C/0.2C)(%)Output characteristic (5C / 0.2C) (%) 실시예1Example 1 360360 7575 실시예2Example 2 362362 7272 실시예3Example 3 363363 6969 실시예4Example 4 360360 6666 비교예1Comparative Example 1 350350 5858

상기 표 2에서 보는 바와 같이 실시예의 초기용량이 비교예의 초기용량보다 더 높았으며, 아울러 실시예의 출력특성 역시 비교예의 출력특성 보다 컸다. 따라서 소형 전지에 비하여 대형 전지에서 부피당 출력의 차이는 더욱 크게 나타날 것으로 예측할 수 있었다.
As shown in Table 2, the initial capacity of the Example was higher than that of the Comparative Example, and the output characteristics of the Example were also greater than the output characteristics of the Comparative Example. Therefore, it can be expected that the difference in output per volume will be greater in large cells than in small cells.

이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 기술자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 이하에 기재되는 특허청구범위에 의해서 판단되어야 할 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims. . Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the following claims.

Claims (8)

흑연 입자의 표면이 연속적인 응력으로 개질되어, 라만 분광 스펙트럼에서 1300 ~ 1400cm-1의 범위의 피크 강도(Id)와 1580 ~ 1620 cm-1 의 범위의 피크 강도(Ig) 사이의 강도비 Id/Ig가 0.01 ~ 0.2 범위 내에 있고, 입자의 BET 비표면적이 3.0 ~ 10.0 m2/g 범위 내에 있고,
2 nm 이하 크기의 미세 기공 면적(B)에 대한 10 ~ 100 nm 크기의 메조 기공 면적(A)의 비율(A/B)이 1.0 ~ 4.5 범위 내로 존재하는 것을 특징으로 하는 흑연 입자.
The surface of the graphite particle is modified by a continuous stress, the Raman intensity ratio between the spectrum 1300 ~ 1400cm -1 peak intensity (I d) in the range of 1580-1620 and the peak intensity range (I g) of the cm -1 I d / I g is in the range of 0.01 to 0.2, BET specific surface area of the particles is in the range of 3.0 to 10.0 m 2 / g,
Graphite particles, characterized in that the ratio (A / B) of the meso pore area (A) of 10 to 100 nm to the micropore area (B) of the size of 2 nm or less is present in the range of 1.0 to 4.5.
삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 2 nm 이하 크기의 미세 기공 면적이 0.5 ~ 1.5 m2/g 범위로 나타나는 것을 특징으로 하는 흑연 입자.
The method of claim 1,
Graphite particles, characterized in that the fine pore area of 2 nm or less appear in the range of 0.5 ~ 1.5 m 2 / g.
제 1 항에 있어서,
10 ~ 100 nm 크기의 메조 기공 면적이 1.0 ~ 4.0 m2/g 범위로 나타나는 것을 특징으로 하는 흑연 입자.
The method of claim 1,
Graphite particles, characterized in that the meso pore area of 10 ~ 100 nm in the range of 1.0 ~ 4.0 m 2 / g.
제 1 항에 있어서,
상기 흑연 입자의 표면은 탄소 전구체의 코팅 과정을 통하여 개질되는 것을 특징으로 하는 흑연 입자.
The method of claim 1,
Graphite particles, characterized in that the surface of the graphite particles are modified through the coating process of the carbon precursor.
제 5 항에 있어서,
상기 코팅은 대류식 코팅(Convective), 회전식 코팅(Tumbler), 밀착형 코팅(Impaction) 또는 전단형 코팅(High Shear)을 위한 코팅기로 이루어지는 것을 특징으로 하는 흑연 입자.
The method of claim 5, wherein
The coating is graphite particles, characterized in that consisting of a coater for convective coating (Convective), rotary coating (Tumbler), adhesion coating (Impaction) or shear coating (High Shear).
제 1 항 및 제 3 항 내지 제 6 항 중 선택된 어느 한 항의 흑연 입자로 이루어진 음극 활물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 음극합제.
A negative electrode mixture comprising a negative electrode active material made of the graphite particles of any one of claims 1 and 3 to 6.
제 7 항에 따른 음극합제가 집전체 상에 도포되어 있는 음극을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지.
The lithium secondary battery according to claim 7, wherein the negative electrode mixture comprises a negative electrode coated on a current collector.
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