KR101491092B1 - Anode active material for rechargeable battery, rechargeable battery, and method for manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

이차전지용 음극 활물질이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 음극 활물질은, 인편상 흑연 절편인 제1 입자 전구체가 결구(結球)되어 구형화된 제1 입자; 및 상기 제1 입자 내의 인편상 흑연 절편 사이에 분산된 제2 입자를 포함하고, 상기 제2 입자가, (i) SiOx, Si1-xMxOy, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나; (ii) SiOx 와 Si의 조합; 및 (iii) Si1 - xMxOy와 Si의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 물질을 포함한다.Disclosed is a negative electrode active material for a secondary battery. An anode active material according to an embodiment of the present invention includes a first particle sphericalized by a first particle precursor serving as a flaky graphite flute, And a second particle dispersed between scaly graphite sections in the first particles and the second particles, (i) SiO x, Si 1-x M x O y, and from the group consisting of At least one selected; (ii) SiO x And Si; And (iii) a combination of Si 1 - x M x O y and Si.

Description

이차전지용 음극 활물질, 이를 구비한 이차전지, 및 그 제조방법{ANODE ACTIVE MATERIAL FOR RECHARGEABLE BATTERY, RECHARGEABLE BATTERY, AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}TECHNICAL FIELD The present invention relates to a negative electrode active material for a secondary battery, a secondary battery having the negative electrode active material for the secondary battery, and a method of manufacturing the same. BACKGROUND ART < RTI ID = 0.0 >

본 발명은 이차전지용 음극 활물질, 이를 포함하는 이차전지용 음극 및 이차전지, 그리고 그 제조방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 본 발명은 사이클 수명이 우수한 고용량 리튬 이차전지를 구현하기 위한 음극 활물질, 및 이를 포함하는 리튬 이차전지에 관한 것이다. The present invention relates to a negative electrode active material for a secondary battery, a negative electrode and a secondary battery for the same, and a method of manufacturing the same. More specifically, the present invention relates to a negative electrode active material for realizing a high capacity lithium secondary battery having excellent cycle life, and a lithium secondary battery comprising the same.

리튬 이차전지는 높은 에너지 밀도를 가지고 있고, 자가 방전이나 기억 효과가 다른 배터리보다 적기 때문에 노트북, 디지털 카메라, 핸드폰과 같은 휴대용 전자기기에서 광범위하게 사용되고 있다. 그런데 최근 휴대용 전자기기의 소형화 및 다기능화에 따라 전원으로서 리튬 이차전지의 고용량화가 요구된다. 현재 음극 활물질로서 상용화되어 있는 흑연은 이론적 용량이 372 mAh/g으로 제한되어 있어서 새로운 고용량 음극 활물질 개발이 시급하다.Lithium secondary batteries have a high energy density and are widely used in portable electronic devices such as notebook computers, digital cameras, and mobile phones because they have less self-discharge and memory effect than other batteries. However, with the recent miniaturization and multifunctionalization of portable electronic devices, it is required to increase the capacity of a lithium secondary battery as a power source. Current theoretical capacity of graphite commercialized as an anode active material is limited to 372 mAh / g, and it is urgent to develop a new high capacity anode active material.

흑연의 대체 물질로서 종래부터 실리콘(Si) 또는 그 화합물이 검토되고 있다. 실리콘은 리튬과의 화합물 형성 반응을 통해 리튬을 가역적으로 흡장 및 방출하며, 이론적 최대용량이 4020 mAh/g(9800 mAh/㎤, 비중 2.23)으로서 흑연에 비해 매우 크기 때문에 고용량 음극 재료로 유망하다. 그러나 충·방전 시 리튬과의 반응에 의해 부피 변화가 발생하고, 이로 인해 실리콘 활물질 분말의 미분화 및 실리콘 활물질 분말과 집전체와의 전기적 접촉 불량이 발생한다. 이로 인해 전지의 충·방전 사이클이 진행됨에 따라 전지 용량이 급격하게 감소하고 사이클 수명이 짧아진다.Conventionally, silicon (Si) or a compound thereof has been studied as a substitute for graphite. Silicon reversibly intercalates and deintercalates lithium through a compound formation reaction with lithium. The silicon has a theoretical maximum capacity of 4020 mAh / g (9800 mAh / cm3, specific gravity: 2.23) However, the volume change occurs due to the reaction with lithium during charging and discharging, resulting in undifferentiation of the silicon active material powder and poor electrical contact between the silicon active material powder and the current collector. As a result, as the charge / discharge cycle of the battery progresses, the battery capacity sharply decreases and the cycle life is shortened.

이러한 문제를 해결하기 위하여, 한국등록특허 제10-0830612호에서는 인편상 흑연 절편인 제1 입자 전구체가 결구되어 구형화된 흑연 제1 입자; 및 상기 구형화된 흑연 제1 입자 내의 인편상 흑연 절편 사이에 분산된 Si, Sn, Al, Ge, Pb 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 원소 입자; Si, Sn, Al, Ge, Pb 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 원소 화합물 입자; Si, Sn, Al, Ge, Pb 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 원소 함유 복합체 입자; Si, Sn, Al, Ge, Pb 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 원소 함유 탄소 복합체 입자; 및 이 입자들의 조합으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나의 제2 입자를 포함하며, 상기 박리된 인편상 흑연 절편은 상기 구형화된 흑연 제1 입자 내에서 상기 박리된 인편상 흑연 절편이 동심원 방향으로 적층되어 결구된 입자를 리튬 이차전지용 음극 활물질이 제안되었다. In order to solve such a problem, Korean Patent Registration No. 10-0830612 discloses a method for producing a graphite first particle, which is a sphered first particle precursor which is a flaky graphite flake; And at least one elementary particle selected from the group consisting of Si, Sn, Al, Ge, Pb and combinations thereof dispersed between the flaky graphite flakes in the spherical graphite first particles; At least one element compound particle selected from the group consisting of Si, Sn, Al, Ge, Pb and combinations thereof; At least one element-containing composite particle selected from the group consisting of Si, Sn, Al, Ge, Pb and combinations thereof; At least one element-containing carbon composite particle selected from the group consisting of Si, Sn, Al, Ge, Pb and combinations thereof; And at least one second particle selected from the group consisting of a combination of these particles, wherein the peeled scaly graphite slice is such that in the spherical graphite first particle, the scraped scaly graphite slice is concentrically oriented The anode active material for a lithium secondary battery has been proposed as a laminated and assembled particle.

충·방전 중의 실리콘 상의 체적 변화를 효과적으로 제어하기 위해서는 실리콘 함유 합금 입자의 크기를 0.1 ㎛ 이하로 최소화하는 것이 바람직하다. 그러나 입자의 크기가 너무 작으면 제조비용이 높고 상기 복합체 제조 시 균일한 분산이 어려운 문제점이 있다. 실리콘 함유 합금 입자의 사이즈를 증가시킬 경우에는, 실리콘 함유 합금 입자의 제조비용이 저렴하고, 이를 이용한 복합체의 제조가 용이한 장점이 있지만, 리튬 삽입 및 탈리 반응 시 실리콘 상의 부피팽창에 따른 체적 변화를 효과적으로 제어하는 것이 어려울 수 있다. It is desirable to minimize the size of the silicon-containing alloy particles to 0.1 mu m or less in order to effectively control the volume change of the silicon phase during charging and discharging. However, if the size of the particles is too small, there is a problem that the manufacturing cost is high and uniform dispersion is difficult during the production of the composite. In the case of increasing the size of the silicon-containing alloy particles, the manufacturing cost of the silicon-containing alloy particles is low, and the composite using the same is easy to manufacture. However, the volume change due to the volume expansion of the silicon phase during the lithium- Effective control can be difficult.

한편, 최근 연구 결과에 의하면, 실리콘 산화물(SiOx)이 비정질 Si-O 매트릭스 내에 2~3㎚ 크기의 Si상이 분포하고 있는 상태에서는 충·방전 반응 시 리튬 삽입 및 탈리에 따른 기존의 Si의 체적 변화의 문제점이 크게 완화될 수 있다.On the other hand, according to recent research results, in the state where silicon oxide (SiO x ) is distributed in the amorphous Si-O matrix with a Si phase of 2 to 3 nm size, the volume of existing Si due to lithium insertion and desorption during charging / The problem of change can be greatly alleviated.

또한, SiOx에 다른 원소를 첨가 및 도핑한 실리콘 복합 산화물 (Si1 - xMxOy)을 리튬 이차전지용 음극 활물질로 사용하면, 전기 전도성 및 구조적 안정성이 향상될 수 있다. 하지만, 여전히 충·방전시 리튬과의 반응에 의한 산화물의 체적 변화를 더욱 완충시켜 줄 수 있는 리튬 이차전지용 음극 활물질의 개발이 요망된다.Further, when a silicon composite oxide (Si 1 - x M x O y ) doped and doped with another element to SiO x is used as a negative electrode active material for a lithium secondary battery, electrical conductivity and structural stability can be improved. However, development of an anode active material for a lithium secondary battery which can further cushion the volume change of an oxide due to a reaction with lithium during charging and discharging is desired.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 비교적 사이즈가 큰 Si계 산화물 입자를 사용함으로써, 제조비용이 저렴하고 제조가 용이하며, 사이클 안정성이 크게 향상된 고용량 리튬 이차전지용 음극 활물질 및 이를 제조하는 방법을 제공한다.Disclosure of the Invention The present invention has been conceived to solve the problems described above, and it is an object of the present invention to provide a negative electrode active material for a high capacity lithium secondary battery, which uses Si-based oxide particles having a relatively large size, . ≪ / RTI >

본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 음극 활물질은, 인편상 흑연 절편인 제1 입자 전구체가 결구(結球)되어 구형화된 흑연 제1 입자; 및 상기 제1 입자 내의 인편상 흑연 절편 사이에 분산된 제2 입자를 포함하고, 상기 제2 입자는 (i) SiOx, Si1 - xMxOy, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나; (ii) SiOx 와 Si의 조합; 및 (iii) Si1 - xMxOy와 Si의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 물질을 포함한다.The negative electrode active material for a secondary battery according to an embodiment of the present invention includes a first graphite particle having a sphered first particle precursor as a flaky graphite segment, And a second particle dispersed between the flake graphite flakes in the first particle, wherein the second particle is selected from the group consisting of (i) SiO x , Si 1 - x M x O y , and combinations thereof At least one being; (ii) SiO x And Si; And (iii) a combination of Si 1 - x M x O y and Si.

본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 음극 활물질의 제조방법은, 인편상 흑연을 박리하여 인편상 흑연 절편인 제1 입자 전구체를 제조하는 단계; 상기 제1 입자 전구체와 제2 입자를 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계; 및 상기 혼합물을 조립화하는 단계를 포함하고, 상기 제2 입자는 (i) SiOx, Si1 - xMxOy, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나; (ii) SiOx 와 Si의 조합; 및 (iii) Si1 - xMxOy와 Si의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 물질을 포함한다.A method for manufacturing a negative electrode active material for a secondary battery according to an embodiment of the present invention includes: preparing a first particle precursor as a flaky graphite flake by peeling flake graphite; Mixing the first particle precursor and the second particle to produce a mixture; And assembling the mixture, wherein the second particles are at least one selected from the group consisting of (i) SiO x , Si 1 - x M x O y , and combinations thereof; (ii) SiO x And Si; And (iii) a combination of Si 1 - x M x O y and Si.

본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 음극 활물질의 제조방법은, 인편상 흑연을 박리하여 인편상 흑연 절편인 제1 입자 전구체를 제조하는 단계; 상기 제1 입자 전구체, 제2 입자 및 비정질 탄소 전구체 또는 소프트 카본 전구체를 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계; 상기 혼합물을 조립화하여 상기 제2 입자와 비정질 탄소 전구체 또는 소프트 카본 전구체가 분산된 조립체를 제조하는 단계; 및 상기 조립체를 열처리하여 상기 비정질 탄소 또는 소프트 카본 전구체를 탄화시키는 단계를 포함하고, 상기 제2 입자는 (i) SiOx, Si1 -xMxOy, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나; (ii) SiOx 와 Si의 조합; 및 (iii) Si1 - xMxOy와 Si의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 물질을 포함한다.A method for manufacturing a negative electrode active material for a secondary battery according to an embodiment of the present invention includes: preparing a first particle precursor as a flaky graphite flake by peeling flake graphite; Mixing the first particle precursor, the second particle, and the amorphous carbon precursor or soft carbon precursor to produce a mixture; Assembling the mixture to produce an assembly in which the second particles and the amorphous carbon precursor or soft carbon precursor are dispersed; And heat-treating the assembly, and comprising the step of carbonizing the amorphous carbon or soft carbon precursor, wherein the second particles (i) SiO x, Si 1 -x M x O y, and selected from the group consisting of At least one being; (ii) SiO x And Si; And (iii) a combination of Si 1 - x M x O y and Si.

본 발명에 따른 이차전지용 음극 활물질은 특히 리튬 이차전지용 음극으로 적합하다.The negative electrode active material for a secondary battery according to the present invention is particularly suitable for a negative electrode for a lithium secondary battery.

본 발명은 이차전지용 음극 활물질로서 비교적 사이즈가 큰 Si계 산화물 입자를 사용한다. Si계 산화물의 경우, 산화물 내 Si 상의 크기가 수 nm 크기로 분산되어 있어서 산화물 입자가 커도 충·방전 시 리튬과의 반응에 의해 실리콘 산화물의 부피 변화의 완충효과가 우수하여 리튬 이차전지의 사이클 안정성을 향상시킬 수 있다.The present invention uses Si oxide particles having relatively large sizes as negative electrode active materials for secondary batteries. In the case of the Si-based oxide, since the size of the Si phase in the oxide is dispersed to a size of several nm, even when the oxide particles are large, the buffering effect of the volume change of the silicon oxide is excellent by the reaction with lithium during charging and discharging, Can be improved.

또한, 본 발명에 따른 음극 활물질은 분산성이 우수한 비교적 사이즈가 큰 Si계 산화물 입자를 사용하므로 복합체 제조공정이 용이하고, 그로 인해 제조원가를 절감할 수 있다.Further, since the anode active material according to the present invention uses Si-based oxide particles having a relatively large size and excellent dispersibility, the composite manufacturing process is easy and the production cost can be reduced.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 음극 활물질의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 음극 활물질의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 음극 활물질의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 실리콘 산화물 분말의 입도 분포에 대한 레이저 회절 산란식 입도 분포 측정 결과를 나타낸 도면이다.
도 5는 비교예에 따라 제조된 실리콘 분말의 입도 분포에 대한 레이저 회절 산란식 입도 분포 측정 결과를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 제조된 실리콘 산화물 분말의 주사전자현미경 사진이다.
도 7은 비교예에 따라 제조된 실리콘 분말의 주사전자현미경 사진이다.
도 8 내지 10은 본 발명의 실시예 및 비교예에 따라 각각 제조된 음극 활물질의 주사전자현미경 사진이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따라 제조된 실리콘 산화물의 결정성에 대한 X-선 회절 패턴 분석 결과를 나타내는 도면이다.
도 12는 비교예에서 제조된 실리콘의 결정성에 대한 X-선 회절 패턴 분석 결과를 나타내는 도면이다.
도 13은 본 발명의 실시예 및 비교예에 따라 제조된 음극 활물질 각각의 X-선 회절 패턴 분석 결과를 나타낸 도면이다.
도 14 및 도 15는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 테스트용 셀의 초기 충·방전 특성에 대한 평가 결과를 나타내는 도면이다.
도 16은 비교예에 따라 제조된 테스트용 셀의 초기 충·방전 특성에 대한 평가 결과를 나타내는 도면이다
1 is a cross-sectional view of an anode active material according to an embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view of an anode active material according to another embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional view of a negative electrode active material according to another embodiment of the present invention.
4 is a graph showing the results of measurement of particle size distribution of laser diffraction scattering with respect to particle size distribution of silicon oxide powder produced according to an embodiment of the present invention.
5 is a graph showing the results of measurement of the particle size distribution of the laser diffraction scattering type particle size distribution of the silicon powder produced according to the comparative example.
6 is a scanning electron micrograph of a silicon oxide powder prepared according to an embodiment of the present invention.
7 is a scanning electron micrograph of the silicon powder prepared according to the comparative example.
8 to 10 are SEM micrographs of the negative electrode active materials prepared according to Examples and Comparative Examples of the present invention, respectively.
11 is a diagram showing the results of X-ray diffraction pattern analysis on the crystallinity of silicon oxide produced according to an embodiment of the present invention.
12 is a diagram showing the X-ray diffraction pattern analysis results on the crystallinity of silicon produced in the comparative example.
13 is a graph showing the results of X-ray diffraction pattern analysis of each of the negative electrode active materials prepared according to Examples and Comparative Examples of the present invention.
FIGS. 14 and 15 are views showing evaluation results of initial charge / discharge characteristics of a test cell manufactured according to an embodiment of the present invention. FIG.
16 is a diagram showing the evaluation results of initial charging and discharging characteristics of a test cell manufactured according to a comparative example

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention and the manner of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described in detail below with reference to the accompanying drawings. However, it is to be understood that the present invention is not limited to the disclosed embodiments, but may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. It is intended that the disclosure of the present invention be limited only by the terms of the appended claims. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.

본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차전지용 음극 활물질은 인편상 흑연 절편인 제1 입자 전구체가 결구되어 구형화된 흑연 제1 입자; 및 상기 구형화된 흑연 제 1 입자 내의 인편상 흑연 절편 사이에 분산된 제2 입자를 포함한다. The anode active material for a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention includes a spherical graphite first particle having a first particle precursor, which is a flake graphite slice, And a second particle dispersed between the flaky graphite flakes in the spherical graphite first particle.

상기 제2 입자는 바람직하게는 5nm 내지 5000nm, 더 바람직하게는 20 nm 내지 1000nm 의 크기를 갖는다. 상기 원소 입자의 크기가 5000nm를 초과하는 경우, 상기 원소 입자가 구형화된 흑연 제1 입자 내의 인편상 흑연절편 사이에 균일하게 분산되기 어렵고, 상기 원소 입자의 크기가 5nm 미만인 경우에는 복합입자 제조 시 분산이 어렵다.The second particles preferably have a size of 5 nm to 5000 nm, more preferably 20 nm to 1000 nm. When the size of the elemental grains exceeds 5,000 nm, the elemental grains are hardly uniformly dispersed in the spherical graphite first grains within the first graphite grains, and when the size of the elemental grains is less than 5 nm, Dispersion is difficult.

본 발명의 일 실시예에 따른 제2 입자는 SiOx를 함유한다. 여기서, x는 바람직하게는 0 < x <1.5, 더욱 바람직하게는 0.001 ≤ x ≤ 1이다. x 가 1.5 이상이면 리튬에 대한 활성원소인 Si의 양이 감소하여 단위 중량당 가역용량이 감소한다. The second particle according to an embodiment of the present invention contains SiO x . Here, x is preferably 0 < x < 1.5, more preferably 0.001 x 1. When x is 1.5 or more, the amount of Si, which is an active element for lithium, decreases, and the reversible capacity per unit weight decreases.

본 발명의 일 실시예에 따른 제2 입자는 Si1 - xMxOy를 함유한다. 여기서, x 는 바람직하게는 0 < x <1.0 이고, 더욱 바람직하게는 0.001 ≤ x ≤ 0.5이다. x 가 0.5 이상이면 리튬에 대한 활성원소인 Si의 양이 감소하여 단위 중량당 가역용량이 감소한다. M은 Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh, Pd, La, Hf, Ta, W, Re, Os, Mg, Ca, B, P, Al, Ge, Sn, Sb, Bi, Li 및 이들의 조합으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나의 원소인 것이 바람직하다. 또한, y 는 바람직하게는 0.1 ≤ y ≤ 1.7 이며, 더욱 바람직하게는 0.3 ≤ y ≤ 1.5이다. y 가 0.3 이하이면 사이클 수명 특성이 저하되며, y 가 1.5 이상이면 Si1 -xMxOy을 함유하는 복합 실리콘 산화물 분말 내의 리튬에 대한 비활성 상의 양이 많아 리튬 저장용량이 감소한다. The second particle according to an embodiment of the present invention contains Si 1 - x M x O y . Here, x is preferably 0 < x < 1.0, more preferably 0.001 x 0.5. When x is 0.5 or more, the amount of Si, which is an active element for lithium, decreases, and the reversible capacity per unit weight decreases. M is at least one element selected from Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh, Pd, La, Hf, Ta, W, At least one element selected from the group consisting of Ca, B, P, Al, Ge, Sn, Sb, Bi, Li and combinations thereof. Y is preferably 0.1? Y? 1.7, more preferably 0.3? Y? 1.5. When y is 0.3 or less, the cycle life characteristics are degraded. When y is 1.5 or more, the amount of the inactive phase to lithium in the composite silicon oxide powder containing Si 1 -x M x O y is large, and the lithium storage capacity is decreased.

본 발명의 일 실시예에 따른 Si1 - xMxOy을 함유한 복합 실리콘 산화물에서, 제 2의 원소 M은 SiOx 산화물에 도핑되어 Si-O-M으로 이루어진 비정질 매트릭스를 형성하거나 결정질 화합물을 형성할 수 있다. 여기서, 형성된 Si-O-M으로 이루어진 비정질 매트릭스 및 결정질 화합물은 구조적으로 안정하며 도전성을 향상시킬 수 있다. In a composite silicon oxide containing Si 1 - x M x O y according to an embodiment of the present invention, the second element M is doped into SiO x oxide to form an amorphous matrix of Si - OM or form a crystalline compound can do. Here, the amorphous matrix and the crystalline compound made of the formed Si-OM are structurally stable and can improve the conductivity.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 인편상 흑연 절편인 제1 입자 전구체는 양배추 모양으로 결구되고, 결구된 흑연 절편 사이에 상기 제2 입자가 분산되어 있다. 또한, 인편상 흑연 절편 사이에 공극이 존재하여 상기 제2 입자의 부피 팽창 시 완충공간이 제공되고, 흑연 절편입자들의 슬라이딩 현상으로 완충효과를 얻을 수 있다.In one embodiment of the present invention, the first particle precursor, which is a flaky graphite flake, is corrugated in a cabbage shape, and the second particles are dispersed between the flaked graphite flakes. Also, voids exist between the flaky graphite flakes to provide a buffer space for volume expansion of the second flakes, and a buffering effect can be obtained by sliding the graphite flake particles.

인편상 흑연 절편인 제1 입자 전구체의 표면과 평행한 방향으로는 탄소가 강한 공유결합을 이루고 있어 상기 제2 입자의 부피 팽창 시 인편상 흑연 절편인 제1 입자 전구체의 기계적 파괴에 대한 인성을 강화시킨다. 또한, 인편상 흑연 절편인 제1 입자 전구체는 두께가 얇기 때문에 상기 제2 입자의 부피 팽창 시 유연성을 제공하여, 보다 향상된 사이클 특성을 얻을 수 있다.The carbon has a strong covalent bond in a direction parallel to the surface of the first particle precursor, which is a flake graphite flake, so that the toughness of the first particle precursor, which is a graphite flake, . In addition, since the first particle precursor, which is a flaky graphite flake, is thin, it provides flexibility in the volume expansion of the second particles, and more improved cycle characteristics can be obtained.

상기 본 발명의 일 실시예에 따른 음극 활물질의 단면을 도 1에 나타내었다.1 is a cross-sectional view of an anode active material according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 음극 활물질(1)은 인편상 흑연 절편인 제1 입자 전구체(11)가 결구되어 이루어지며, 양배추의 형상을 가진다. 상기 인편상 흑연 절편인 제1 입자 전구체(11) 사이에 상기 제2 입자(12)가 분산되어 있다.Referring to FIG. 1, the negative electrode active material 1 is formed of a first particle precursor 11, which is a flaky graphite piece, and has a shape of cabbage. The second particles (12) are dispersed among the first particle precursors (11) which are flaky graphite pieces.

상기 구형화된 흑연 제1 입자는 인편상 흑연 절편 사이에 공극을 포함할 수 있다. 상기 구형화된 흑연 제1 입자 내의 인편상 흑연 절편 사이에 형성된 수직 또는 수평 방향의 공극은 상기 제2 입자의 부피 팽창에 대한 완충작용을 더욱 향상시킨다.The spherical graphite first particles may include voids between the flake graphite flakes. The voids in the vertical or horizontal direction formed between the flaky graphite flakes in the spheronized graphite first particles further improve the buffering action against the volume expansion of the second particles.

상기 음극 활물질은 구형화된 흑연 제1 입자 전체 중량에 대하여 상기 제2 입자를 1 내지 70 중량%로 포함하는 것이 바람직하고, 5 내지 30 중량%로 포함하는 것이 더욱 바람직하다. 상기 제2 입자가 1 중량% 미만인 경우, 용량 증가 효과가 미미하고, 70 중량%을 초과하는 경우, 리튬의 흡장 시 과도한 부피 팽창으로 인하여 완충효과를 기대하기 어렵다.The negative electrode active material preferably contains 1 to 70% by weight, more preferably 5 to 30% by weight, of the second particles relative to the total weight of the spherical graphite first particles. When the second particles are less than 1 wt%, the capacity increasing effect is insignificant. When the second particles are more than 70 wt%, it is difficult to expect a buffering effect due to excessive volume expansion when lithium is occluded.

상기 인편상 흑연 절편인 제1 입자 전구체의 두께는 2 ㎛ 이하로 박리된 것이 바람직하고, 0.1 ㎛ 이하로 박리된 것이 더욱 바람직하고, 0.01 ㎛ 내지 0.1 ㎛로 박리된 것이 더욱더 바람직하다. 상기 인편상 흑연 절편인 제1 입자 전구체의 두께가 2 ㎛를 초과하는 경우, 인편상 흑연 절편 사이에 상기 제2 입자를 충분히 분산시키기가 어렵고, 또한 충·방전 시 상기 제2 입자의 부피 팽창에 대한 완충효과가 충분하지 못하다.The thickness of the first particle precursor which is the flaky graphite flake is desirably 2 탆 or less, more preferably 0.1 탆 or less, and more preferably 0.01 탆 to 0.1 탆. When the thickness of the first particle precursor as the flaky graphite section exceeds 2 탆, it is difficult to sufficiently disperse the second particles between the flake graphite flakes and the volume expansion of the second particles during charging / The buffering effect is insufficient.

본 실시예에 따른 음극 활물질은 상기 구형화된 흑연 제1 입자 내의 인편상 흑연 절편 사이에 분산된 비정질 탄소 또는 소프트 카본을 더 포함할 수 있다. 여기서, 비정질 탄소는 탄소 원자가 무질서하게 배열되어 있고, 온도를 높여도 결정질 흑연으로 변화되지 않는 하드 카본(hard carbon)을 의미한다. 반면, 소프트 카본은 높은 온도로 가열할 경우 결정질 흑연으로 변화가 일어나는 저결정성 탄소를 의미한다. 소프트 카본 전구체를 2000℃ 이하로 열처리할 경우, 상기 소프트 카본 전구체는 순수 흑연에 비하여 결정성이 낮은 저결정성 상태로 존재하게 된다.The negative electrode active material according to this embodiment may further include amorphous carbon or soft carbon dispersed among the graphite pieces in the spherical graphite first particles. Here, the amorphous carbon means a hard carbon in which carbon atoms are randomly arranged and can not be changed into crystalline graphite even when the temperature is raised. Soft carbon, on the other hand, is a low-crystalline carbon in which changes to crystalline graphite occur when heated to high temperatures. When the soft carbon precursor is heat-treated at 2000 ° C or less, the soft carbon precursor is present in a low crystalline state with a lower crystallinity than pure graphite.

본 발명의 다른 실시예에 따른 음극 활물질은 인편상 흑연 절편의 제1입자 전구체가 결구되어 구형화된 흑연 제1입자; 상기 구형화된 흑연 제1 입자 내의 인편상 흑연 절편 사이에 분산된 상기 제2 입자; 및 상기 구형화된 흑연 제1 입자 내의 인편상 흑연 절편인 제1 입자 전구체 사이에 분산된 비정질 탄소 또는 소프트 카본을 포함한다. The negative electrode active material according to another embodiment of the present invention includes a first graphite particle having a sphered first particle precursor of a flake graphite slice; The second particles dispersed between the flaky graphite flakes in the spherical graphite first particles; And amorphous carbon or soft carbon dispersed between the first particle precursor which is a flake graphite flake in the spheronized graphite first particle.

도 2에 도시된 바와 같이, 음극 활물질(2)는 인편상 흑연 절편의 제1 입자 전구체(11)가 결구되어 이루어지며, 양배추형상을 가진다. 상기 인편상 흑연 절편인 제1 입자 전구체(11) 사이에는 상기 제2 입자(12) 및 비정질 탄소 또는 소프트 카본(14)이 분산되어 있다.As shown in FIG. 2, the negative electrode active material 2 is formed of a first particle precursor 11 of a flaky graphite flute, and has a cabbage shape. The second particles 12 and the amorphous carbon or soft carbon 14 are dispersed between the first particle precursors 11, which are flaky graphite pieces.

도 2에 도시된 실시예에 따른 음극 활물질(2)은 구형화된 흑연 제1 입자 내의 인편상 흑연 절편 사이에 분산된 비정질 탄소 또는 소프트 카본에 형성된 마이크로 포러스 채널을 포함할 수 있다. 상기 마이크로 포러스 채널은 비정질 탄소 전구체 또는 소프트 카본 전구체를 포함한 구형화된 흑연 제1 입자의 열처리 과정에서 비정질 탄소 전구체 또는 소프트 카본 전구체가 탄화됨으로써 형성된다.The negative electrode active material 2 according to the embodiment shown in FIG. 2 may include a microporous channel formed on amorphous carbon or soft carbon dispersed between scaly graphite slices in spherical graphite first particles. The microporous channel is formed by carbonizing an amorphous carbon precursor or a soft carbon precursor in a heat treatment process of a spherical graphite first particle containing an amorphous carbon precursor or a soft carbon precursor.

상기 비정질 탄소 또는 소프트 카본은 음극 활물질 전체 무게에 대하여 1 내지 50 중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 비정질 탄소 또는 소프트 카본이 음극 활물질 전체 무게에 대하여 1 중량% 미만으로 포함된 경우, 비정질 탄소 또는 소프트 카본을 포함시키는 충분한 효과를 기대하기 어렵고, 50 중량%를 초과하여 포함된 경우, 구형화된 흑연 제1 입자 내부에 많은 너무 많은 양의 비정질 탄소 또는 소프트 카본이 존재하게 되어 이온 전도도 및 전기 전도도가 떨어져 충방전 속도가 저하되는 문제가 있다.The amorphous carbon or soft carbon is preferably contained in an amount of 1 to 50% by weight based on the total weight of the negative electrode active material. When amorphous carbon or soft carbon is contained in an amount of less than 1% by weight based on the total weight of the negative electrode active material, it is difficult to expect sufficient effect to include amorphous carbon or soft carbon, and when it exceeds 50% by weight, A large amount of amorphous carbon or soft carbon is present in the first particle, so that the ionic conductivity and the electric conductivity are lowered and the charging / discharging rate is lowered.

본 발명의 일 실시예에 따라 음극 활물질은 구형화된 흑연 제1 입자 표면이 비정질 탄소 또는 소프트 카본재료로 코팅될 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 음극 활물질(3)은 구형화된 흑연 제1 입자를 감싸고 있는 비정질 탄소 또는 소프트 카본으로 이루어지는 코팅막(13)을 포함하며, 이 코팅막은 전해액과의 반응성을 향상시킬 수 있다. 따라서, 본 실시예에 따른 음극 활물질(3)을 이용할 경우 리튬 이차전지의 충·방전 효율이 증가한다.According to an embodiment of the present invention, the negative electrode active material may be coated with amorphous carbon or soft carbon material on the spherical graphite first particle surface. 3, the negative electrode active material 3 includes a coating film 13 made of amorphous carbon or soft carbon surrounding spherical graphite first particles, and this coating film can improve the reactivity with the electrolyte have. Therefore, when the negative electrode active material 3 according to the present embodiment is used, the charge / discharge efficiency of the lithium secondary battery increases.

상기 비정질 탄소 또는 소프트 카본재료로 이루어지는 코팅막(13)은 0.01 ㎛ 내지 1 ㎛ 의 두께를 갖는 것이 바람직하다. 상기 코팅막의 두께가 0.01 ㎛ 미만일 경우에는, 구형화된 흑연 제1 입자의 표면과 전해질 사이에서 반응이 일어나 전해질이 분해되고, 코인터칼레이션이 일어나는 등의 부반응이 충분히 억제되기 어렵다. 반면, 코팅막의 두께가 1 ㎛ 를 초과하는 경우에는, 비정질 탄소 또는 소프트 카본의 양이 많게 되어 용량증가 효과가 떨어지고, 전기적 특성이 저하되어 충·방전 특성이 감소한다.It is preferable that the coating film 13 made of amorphous carbon or soft carbon material has a thickness of 0.01 탆 to 1 탆. When the thickness of the coating film is less than 0.01 탆, a reaction occurs between the surface of the spheroidized graphite first particles and the electrolyte, so that the electrolyte is decomposed and side reactions such as co-intercalation occur are not sufficiently suppressed. On the other hand, when the thickness of the coating film is more than 1 탆, the amount of amorphous carbon or soft carbon is increased, the capacity increasing effect is lowered, and the electrical characteristics are lowered and the charge and discharge characteristics are decreased.

한편, 도 2에 도시된 음극 활물질(2)도 구형화된 흑연 제1 입자 표면이 비정질 탄소 또는 소프트 카본재료로 코팅될 수 있다.On the other hand, the negative electrode active material 2 shown in Fig. 2 can also be coated with amorphous carbon or soft carbon material on the spherical graphite first particle surface.

도 2에 도시된 실시예에서, 구형화된 흑연 복합체 형성 시 인편상 흑연 절편인 제1 입자 전구체와 상기 제2 입자와의 결합 강화 및 구형화 흑연 복합체의 내부 충진 밀도 증가를 위해 비정질 탄소 전구체 또는 소프트 카본 전구체를 포함할 수 있다. 이 경우, 비정질 탄소 전구체를 600 내지 2000℃에서 탄화 열처리하여 리튬 이차전지용 음극 활물질을 제조한다.In the embodiment shown in FIG. 2, in order to strengthen the bond between the first particle precursor, which is a flake graphite slice, and the second particle, and to increase the internal packing density of the spheroidized graphite composite in the formation of the spherical graphite composite, Soft carbon precursor. In this case, the amorphous carbon precursor is subjected to carbonization heat treatment at 600 to 2000 ° C. to produce an anode active material for a lithium secondary battery.

상기 비정질 탄소 전구체로는 수크로오스(sucrose), 폴리비닐 알코올 (poly vinyl alcohol: PVA), 페놀 수지(phenol resin), 퓨란 수지(furan resin), 퍼푸릴 알코올(furfuryl alcohol), 폴리아크릴로니트릴(polyacrilonitrile), 셀룰로오스(cellulose), 스티렌(styrene), 폴리이미드(polyimide), 에폭시 수지(epoxy resin) 등의 하드 카본 전구체를 사용하는 것이 바람직하다.Examples of the amorphous carbon precursor include sucrose, polyvinyl alcohol (PVA), phenol resin, furan resin, furfuryl alcohol, polyacrylonitrile It is preferable to use a hard carbon precursor such as epoxy resin, cellulose, styrene, polyimide, or epoxy resin.

상기 소프트 카본 전구체로는, 석유계 피치, 석탄계 피치, 폴리 비닐 클로라이드(polyvinyl chloride: PVC), 메조페이스 피치, 저분자량 중질유 등의 소프트카본 전구체를 사용하는 것이 바람직하다.As the soft carbon precursor, it is preferable to use soft carbon precursors such as petroleum pitch, coal pitch, polyvinyl chloride (PVC), mesophase pitch, and low molecular weight heavy oil.

상기 탄화 열처리 과정을 거치면서 비정질 탄소 또는 소프트 카본 내에 마이크로 포러스 채널이 형성된다. 상기 비정질 탄소 전구체 또는 소프트 카본 전구체의 탄화 열처리 과정에서 형성되는 비정질 탄소 또는 소프트 카본에 형성된 마이크로 포러스 채널은 충·방전 시 상기 제2 입자의 부피 변화에 대한 완충 역할을 할 뿐만 아니라, 전해액이 쉽게 활물질 내로 함침 될 수 있도록 하는 역할을 한다.The microporous channel is formed in the amorphous carbon or the soft carbon through the carbonization heat treatment process. The microporous channel formed in the amorphous carbon or soft carbon formed in the carbonization heat treatment process of the amorphous carbon precursor or the soft carbon precursor not only plays a buffer against the volume change of the second particles during charge and discharge, And the like.

상기 비정질 탄소 전구체 또는 소프트 카본 전구체를 첨가하는 경우, 첨가 물질을 고상 또는 액상으로 첨가할 수 있다. 고상으로 첨가하는 경우에는 상기 인편상 흑연 절편인 제1 입자 전구체와 상기 제2 입자, 및 분말상의 비정질 탄소 전구체 또는 소프트 카본 전구체를 혼합하고, 그 혼합물을 구형화를 위한 장비에 투입하여 인편상 흑연 절편인 제1 입자 전구체를 양배추 형상으로 결구시켜 조립체를 제조하고, 비정질 탄소 전구체 또는 소프트 카본 전구체를 탄화시키기 위하여 상기 조립체를 600 내지 2000℃ 범위의 온도에서 열처리한다.When the amorphous carbon precursor or the soft carbon precursor is added, the additive material may be added in solid or liquid form. In the case of solid phase addition, the first particle precursor, the second particle, and the powdery amorphous carbon precursor or the soft carbon precursor, which are the flaky graphite flakes, are mixed, and the mixture is put into an equipment for spheronization, The first particle precursor as a section is cut into a cabbage shape to produce an assembly, and the assembly is heat treated at a temperature in the range of 600 to 2000 ° C to carbonize the amorphous carbon precursor or soft carbon precursor.

상기 비정질 탄소 전구체 또는 소프트 카본 전구체를 액상으로 첨가하는 경우에는, 상기 인편상 흑연 절편인 제1 입자 전구체와 상기 제2 입자, 및 비정질 탄소 전구체 또는 소프트 카본 전구체를 용매에 균일하게 혼합하고, 상기 혼합물을 건조하고, 건조된 혼합물을 적절한 크기로 가공하고, 상기 적절한 크기로 가공된 혼합물을 상기 구형화 장비에 투입하여, 인편상 흑연 절편인 제1 입자 전구체를 양배추 모양으로 결구시켜 조립체를 제조하고, 비정질 탄소 전구체 또는 소프트 카본 전구체를 탄화시키기 위하여 상기 조립체를 600 내지 2000℃ 범위의 온도에서 열처리한다.When the amorphous carbon precursor or soft carbon precursor is added in a liquid phase, the first particle precursor, the second particle, and the amorphous carbon precursor or the soft carbon precursor, which are the flaky graphite flakes, are uniformly mixed in a solvent, , Drying the mixture to a suitable size, adding the processed mixture to an appropriate size into the sphering machine, assembling a first particle precursor, which is a flaky graphite piece, in a cabbage shape to form an assembly, The assembly is heat treated at a temperature in the range of 600 to 2000 ° C to carbonize the amorphous carbon precursor or soft carbon precursor.

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 조립체 내에서 인편상 흑연 절편인 제1 입자 전구체와 상기 제2 입자 사이의 접촉성 향상시킬 수 있도록 비정질 탄소 전구체 또는 소프트 카본 전구체의 열처리 단계 전에 구형화 흑연 입자를 등방적으로 가압 처리할 수 있다. 여기서, 등방적 가압이란 상기 조립체를 삼차원적으로 균일하게 가압하는 것을 말한다. 등방적으로 가압하는 방법은 예를 들어 실온에서 물 또는 아르곤 등을 매체로 사용하거나, 실온에서 등방적으로 가압하는 냉간 등방 가압처리를 사용할 수 있다. 상기 등방적 가압 과정에서, 압력은, 특별히 한정되지는 않지만, 50 기압 내지 100 기압이 바람직하고, 100 기압 내지 200 기압이 더욱 바람직하다.According to an embodiment of the present invention, there is provided a method of manufacturing a graphite particle, comprising the steps of: preparing a spheroidized graphite particle before a heat treatment step of an amorphous carbon precursor or a soft carbon precursor so as to improve contactability between the first particle precursor, Can be isotropically pressed. Here, isotropic pressing refers to pressing the assembly uniformly and three-dimensionally. As a method of isotropically pressing, for example, cold isotropic pressing treatment in which water or argon is used as a medium at room temperature or isotropically is pressed at room temperature can be used. In the isotropic pressing process, the pressure is not particularly limited, but is preferably 50 to 100 atm, more preferably 100 to 200 atm.

상기 인편상 흑연 절편인 제1 입자 전구체와 상기 제2 입자의 혼합물을 조립화하여 상기 조립체는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어, 종래의 구형화된 흑연 제조에 이용되는 장치(일본공개특허 평11-263612호, 한국공개특허 제2003-0087986호 참조)를 이용하거나 이와 유사한 방법으로 제조할 수 있다. The assembly of the first particle precursor and the second particles, which are the flaky graphite flakes, is assembled into a granulated mixture. However, the assembly is not limited to a specific one. For example, a conventional apparatus for producing spherical graphite -263612, Korean Patent Publication No. 2003-0087986) or by a similar method.

상기 제조 장치에 인편상 흑연 절편인 제1 입자 전구체와 제2 입자를 동시에 투입하여, 인편상 흑연 절편인 제1 입자 전구체가 양배추 모양으로 결구되도록 하여 조립체를 형성시키고, 상기 조립체 내의 인편상 흑연 절편 사이에 상기 제2 입자가 균일하게 분산되도록 한다.The first particle precursor and the second particle, which are flaky graphite flakes, are simultaneously injected into the production apparatus to form an assembly by making the first particle precursor, which is flaky graphite flake, into a cabbage shape so as to form an assembly, Thereby uniformly dispersing the second particles.

본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 전술한 실시예들에 따른 음극 활물질에 기초하여 리튬 이차전지용 음극을 제작할 수 있을 것이며, 또한, 그러한 음극을 리튬 이온을 인터칼레이션 및 디인터칼레이션 할 수 있는 양극 활물질을 포함하는 양극, 및 전해질과 조합하여 리튬 이차전지를 제작할 수 있을 것이다.
Those skilled in the art will be able to fabricate a negative electrode for a lithium secondary battery based on the negative electrode active material according to the embodiments described above and also to prepare a negative electrode for intercalating and deintercalating lithium ions A lithium secondary battery can be manufactured in combination with a positive electrode containing a positive electrode active material capable of being activated, and an electrolyte.

실시예Example 1 One

평균입경(D50)이 11.9 ㎛인 실리콘산화물(SiO)을 볼 밀링 방법으로 분쇄하여 평균입경(D50)이 0.91 ㎛인 실리콘산화물(SiO)을 제조하였다. 상기 제조된 실리콘산화물(SiO)을 입경이 3 ㎛ 내외인 천연 흑연과 60:40 중량비로 혼합하여 혼합물을 제조하였다.Silicon oxide (SiO) having an average particle diameter (D50) of 11.9 占 퐉 was pulverized by a ball milling method to prepare silicon oxide (SiO) having an average particle diameter (D50) of 0.91 占 퐉. The prepared silicon oxide (SiO) was mixed with natural graphite having a particle size of about 3 탆 at a weight ratio of 60:40 to prepare a mixture.

상기 혼합물을 상기 혼합물 무게의 30 중량%의 비정질 또는 준결정질 탄소 전구체인 석유계 피치(탄소수율 38 질량%)가 용해된 테트라하이드로퓨란(Tetrahydrofuran) 용액과 혼합하여 볼 밀링 방법으로 교반하고, 80 ℃에서 12시간 동안 진공 건조하여 복합체를 제조하였다. The mixture was mixed with a tetrahydrofuran solution in which a petroleum pitch (carbon yield: 38 mass%), which is an amorphous or quasi-crystalline carbon precursor of 30% by weight of the mixture weight, was dissolved and stirred by a ball milling method, Lt; / RTI &gt; for 12 hours to form a composite.

제조된 복합체를 로터 블레이드 밀(수초 내지 수분에 5000 내지 20000 rpm으로 회전됨)에 투입하여 블레이드 회전력과 마찰력에 의하여 구상화된 1차 입자를 얻었다. 제조한 1차 입자와 비정질 또는 준결정질 탄소 전구체인 석유계 피치(탄소수율 38 질량%)를 85:15 중량비로 혼합하여 로터 블레이드 밀(수초 내지 수분에 5000 내지 20000 rpm으로 회전됨)에 투입하여 블레이드 회전력과 마찰력에 의하여 구상화된 2차 입자를 얻었다. 2차 입자를 아르곤 분위기하에서 1,000 ℃의 온도로 열처리하여 음극 활물질을 제조하였다.
The prepared composite was put into a rotor blade mill (rotated at a speed of 5000 to 20000 rpm in a few seconds to several minutes) to obtain spherical primary particles by the rotational force and the frictional force of the blades. The prepared primary particles and a petroleum pitch (carbon yield: 38% by mass) which is an amorphous or quasi-crystalline carbon precursor were mixed at a weight ratio of 85:15, and the mixture was introduced into a rotor blade mill (rotated at a speed of 5000 to 20000 rpm in a few seconds to several minutes) Secondary spherical particles were obtained by blade rotational force and frictional force. The secondary particles were heat-treated at a temperature of 1,000 ° C under an argon atmosphere to prepare an anode active material.

실시예Example 2 2

평균입경이(D50)이 12.7 ㎛인 실리콘을 볼 밀링 방법으로 분쇄하여 평균입경(D50)이 0.9 ㎛인 실리콘을 제조하였다. 상기 제조된 실리콘과 실시예 1에서 제조한 평균입경(D50)이 0.91 ㎛인 실리콘산화물(SiO)과 입경이 3 ㎛ 내외인 천연 흑연을 13:37:50 중량비로 혼합하여 혼합물을 제조였다.Silicon having an average particle diameter (D50) of 12.7 占 퐉 was pulverized by a ball milling method to produce silicon having an average particle diameter (D50) of 0.9 占 퐉. Silicon oxide (SiO) having an average particle diameter (D50) of 0.91 mu m prepared in Example 1 and natural graphite having a particle size of about 3 mu m were mixed at a weight ratio of 13:37:50 to prepare a mixture.

제조한 혼합물을 실시예 1과 동일하게 실시하여 음극활물질을 제조하였다.
The prepared mixture was treated in the same manner as in Example 1 to prepare an anode active material.

비교예Comparative Example 1 One

실시예 2에서 제조한 평균입경(D50)이 0.9 ㎛인 실리콘을 입경이 3 ㎛ 내외인 천연 흑연과 32:78 중량비로 혼합하여 혼합물을 제조하였다.Silicon having an average particle diameter (D50) of 0.9 탆 prepared in Example 2 was mixed with natural graphite having a particle size of about 3 탆 at a ratio of 32:78 by weight to prepare a mixture.

제조한 혼합물을 실시예 1과 동일하게 실시하여 음극 활물질을 제조하였다.
The prepared mixture was treated in the same manner as in Example 1 to prepare an anode active material.

<평가 1 : 실리콘산화물(SiO)과 실리콘의 입도 분포 분석><Evaluation 1: Analysis of Particle Size Distribution of Silicon Oxide (SiO) and Silicon>

실시예 1과 2 및 비교예 1에서 제조된 실리콘산화물(SiO)과 실리콘 각각의 입도 분포를 레이저 회절 산란식 입도 분포 측정법으로 측정하여 그 결과를 도 4와 도 5에 나타내었다.
The particle size distribution of each of the silicon oxide (SiO 2) and silicon produced in Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 was measured by a laser diffraction scattering particle size distribution measurement method, and the results are shown in FIG. 4 and FIG.

<평가 2 : 음극활물질의 주사전자현미경(SEM) 사진 분석>&Lt; Evaluation 2: Scanning electron microscope (SEM) photograph analysis of an anode active material >

실시예 1과 2 및 비교예 1에서 제조된 실리콘산화물(SiO)과 실리콘 분말의 주사전자현미경 사진을 도 6과 도 7에 나타내었다. Scanning electron micrographs of the silicon oxide (SiO) and silicon powder prepared in Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 are shown in FIG. 6 and FIG.

실시예 1과 2 및 비교예 1에서 제조된 음극 활물질의 주사전자현미경 사진을 도 8 내지 도 10에 나타내었다.Scanning electron micrographs of the negative electrode active materials prepared in Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 are shown in FIG. 8 to FIG.

도 8 내지 도 10을 참고하면, 실시예 1과 2 및 비교예 1에서 제조된 음극 활물질이 구형의 형태로 매끄러운 표면을 가지며 이들 사이의 입경 및 형상의 차이가 없는 것으로 나타났다.
Referring to FIGS. 8 to 10, the negative electrode active materials prepared in Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 have a smooth surface in a spherical form and show no difference in particle size and shape between them.

<평가 3 : 음극활물질의 X-선 회절 패턴 분석>&Lt; Evaluation 3: Analysis of X-ray diffraction pattern of an anode active material >

실시예 1과 2 및 비교예 1에서 제조된 실리콘산화물(SiO)과 실리콘의 결정성을 X-선 회절 패턴 분석기를 이용하여 측정하였고, 그 결과를 도 11과 도 12에 나타내었다.The crystallinity of the silicon oxide (SiO) and silicon prepared in Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 was measured using an X-ray diffraction pattern analyzer, and the results are shown in FIGS. 11 and 12.

실시예 1과 2 및 비교예 1에서 제조된 음극 활물질 각각의 X-선 회절 패턴 분석 결과를 도 13에 나타내었다.The X-ray diffraction pattern analysis results of the negative electrode active materials prepared in Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 are shown in FIG.

도 11은 실시예 1과 2에서 사용된 실리콘산화물(SiO)의 볼 밀링 전후의 X-선 회절패턴으로 볼 밀링 방법으로 분쇄한 후에도 차이가 없는 것을 볼 수 있다. Fig. 11 shows X-ray diffraction patterns of the silicon oxide (SiO) used in Examples 1 and 2 before and after ball milling, showing that there is no difference even after pulverization by the ball milling method.

도 12는 실시예 2와 비교예 1에서 사용된 실리콘의 볼 밀링 전후의 X-선 회절패턴으로 볼 밀링 방법으로 분쇄한 후에도 차이가 없는 것을 볼 수 있다. 도 13은 실시예 1과 2 및 비교예 1에서 제조된 음극 활물질의 X-선 회절 패턴으로 실리콘과 흑연의 결정성이 손상됨 없이 잘 결구되어 있는 것을 볼 수 있다.
12 is an X-ray diffraction pattern before and after ball milling of the silicon used in Example 2 and Comparative Example 1, and it can be seen that there is no difference even after milling by ball milling method. FIG. 13 shows X-ray diffraction patterns of the negative electrode active materials prepared in Examples 1 and 2 and Comparative Example 1, showing that the crystallinity of silicon and graphite is well-formed without being damaged.

테스트용 셀의 제조Manufacture of test cell

상기 실시예 1과 2 및 비교예 1에서 제조된 각각의 음극 활물질을 카본 블랙 및 CMC/SBR(카리복실 메틸 셀룰로오스/스틸렌 부타디엔루버)과 85:5:10 의 중량비로 증류수에서 혼합하여 음극 슬러리를 제조하였다. 상기 음극 슬러리를 구리 호일 상에 코팅한 후, 건조 및 압연하여 각각의 음극을 제조하였다.Each of the negative electrode active materials prepared in Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 was mixed with distilled water at a weight ratio of carbon black and CMC / SBR (carboxymethylcellulose / styrene butadiene louver) of 85: 5: 10 to prepare an anode slurry . The negative electrode slurry was coated on a copper foil, followed by drying and rolling to prepare respective negative electrodes.

상기 음극과 리튬 금속을 양극으로 하여, 음극과 양극 사이에 분리막을 개재하여 적층시키고, 디에틸 카보네이트(DEC)와 에틸렌 카보네이트(EC)의 혼합 용매(DEC:EC = 1:1)에 1M의 LiPF6을 용해시킨 전해액을 첨가하여 테스트용 셀을 제작하였다.
(DEC: EC = 1: 1) mixed with diethyl carbonate (DEC) and ethylene carbonate (EC) was added with 1M of LiPF 6 6 dissolved therein was added to prepare a test cell.

<평가 4 : 초기 충방전 특성 분석><Evaluation 4: Initial charge / discharge characteristics analysis>

상기 제조된 테스트용 셀을 이용하여 다음과 같은 방법으로 상기 실시예 1 과 2 및 비교예 1에 따른 초기 충·방전 특성을 평가하였으며, 그 결과를 하기 표 1 과 도 14 내지 16에 나타내었다.Initial charging and discharging characteristics according to Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 were evaluated by the following method using the prepared test cell, and the results are shown in the following Table 1 and FIGS. 14 to 16.

충전은 0.2 mA/cm2의 전류밀도로 CC/CV mode로 행하였고 종지전압은 0.02 V으로 유지하였으며 전류가 0.02 mA 일 때, 충전을 종료하였다. 방전은 0.2 mA/cm2의 전류밀도로 CC mode로 행하였고 종지전압은 1.5 V으로 유지하였다.Charging was performed in CC / CV mode with a current density of 0.2 mA / cm 2, the end voltage was maintained at 0.02 V, and the charge was terminated when the current was 0.02 mA. The discharge was performed in a CC mode with a current density of 0.2 mA / cm 2 and the end voltage was maintained at 1.5V.

실시예 1과 2에 따른 음극 활물질을 포함하는 전지는 30 사이클 이후에도 우수한 용량 특성을 보였다. 이로부터 실시예 1과 2에 따른 음극 활물질은 우수한 용량특성과 사이클 특성을 가짐을 알 수 있다.The battery including the negative electrode active material according to Examples 1 and 2 showed excellent capacity characteristics even after 30 cycles. From this, it can be seen that the negative electrode active materials according to Examples 1 and 2 have excellent capacity characteristics and cycle characteristics.

이에 비하여 비교예 1에서 제조된 음극 활물질은 충방전 사이클 진행에 따라 큰 용량 감소 현상이 나타나는 사이클 특성을 가짐을 알 수 있다. On the other hand, the negative electrode active material prepared in Comparative Example 1 has a cycle characteristic in which a large capacity decrease phenomenon occurs as the charge and discharge cycle progresses.

3rd cycle 방전용량(mAh/g)3 rd cycle discharge capacity (mAh / g) 30th cycle 방전용량(mAh/g)30 th cycle Discharge capacity (mAh / g) 30th 방전용량 /3rd 방전용량(%)30 th discharge capacity / 3 rd discharge capacity (%) 실시예 1Example 1 607607 612612 100100 실시예 2Example 2 745745 735735 9999 비교예 1Comparative Example 1 655655 374374 5757

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, You will understand.

1, 2, 3 : 음극 활물질 11 : 제1 입자 전구체
12 : 제2 입자 13 : 코팅막
14 : 비정질 탄소/소프트 카본
1, 2, 3: negative electrode active material 11: first particle precursor
12: second particle 13: coating film
14: amorphous carbon / soft carbon

Claims (20)

인편상 흑연 절편인 제1 입자 전구체가 결구(結球)되어 구형화된 제1 입자; 및
상기 제1 입자 내의 인편상 흑연 절편 사이에 분산된 제2 입자
를 포함하되,
상기 제2 입자가,
(i) SiOa (0 < a < 1); 및
(ii) SiOx (0 < x < 1.5)와 Si의 조합
으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 물질을 포함하는, 이차전지용 음극 활물질.
A first particle spheroidized by a first particle precursor, which is a flaky graphite segment, And
And a second particle dispersed between the flaky graphite flakes in the first particle
, &Lt; / RTI &
Wherein the second particle comprises,
(i) SiO a (0 < a &lt;1); And
(ii) a combination of SiO x (0 &lt; x &lt; 1.5) and Si
And at least one material selected from the group consisting of:
삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 제2 입자는 5nm 내지 5000nm 의 크기를 갖는, 이차전지용 음극 활물질.
The method according to claim 1,
And the second particle has a size of 5 nm to 5000 nm.
제1항에 있어서,
상기 제1 입자 내의 인편상 흑연 절편 사이에 분산된 비정질 탄소 또는 소프트 카본을 더 포함하는, 이차전지용 음극 활물질.
The method according to claim 1,
Further comprising amorphous carbon or soft carbon dispersed between the flaky graphite flakes in the first particles.
제1항에 있어서,
상기 인편상 흑연 절편인 제1 입자 전구체는 두께 2 ㎛ 이하로 박리된 것인, 이차전지용 음극 활물질.
The method according to claim 1,
Wherein the first particle precursor as the flaky graphite flake is peeled to a thickness of 2 mu m or less.
제1항에 있어서,
상기 인편상 흑연 절편인 제1 입자 전구체는 두께 0.01 ㎛ 내지 0.1 ㎛로 박리된 것인, 이차전지용 음극 활물질.
The method according to claim 1,
Wherein the first particle precursor as the flaky graphite flake is peeled off at a thickness of 0.01 mu m to 0.1 mu m.
제1항에 있어서,
상기 구형화된 흑연 제1 입자의 표면에 비정질 탄소 또는 소프트 카본으로 된 코팅막을 더 포함하는, 이차전지용 음극 활물질.
The method according to claim 1,
Further comprising a coating film made of amorphous carbon or soft carbon on the surface of said spherical graphite first particles.
제9항에 있어서,
상기 코팅막의 두께는 0.01 ㎛ 내지 1 ㎛인, 이차전지용 음극 활물질.
10. The method of claim 9,
Wherein the thickness of the coating film is 0.01 占 퐉 to 1 占 퐉.
제1항에 있어서,
상기 음극 활물질은 상기 제1 입자 전체 중량에 대하여 상기 제2 입자를 1 내지 70 중량%로 포함하는, 이차전지용 음극 활물질.
The method according to claim 1,
Wherein the negative electrode active material comprises 1 to 70% by weight of the second particles with respect to the total weight of the first particles.
제6항에 있어서,
상기 비정질 탄소 또는 소프트 카본은 음극 활물질 전체 무게에 대하여 1 내지 50 중량%로 포함되는, 이차전지용 음극 활물질.
The method according to claim 6,
Wherein the amorphous carbon or soft carbon is contained in an amount of 1 to 50 wt% based on the total weight of the negative electrode active material.
제6항에 있어서,
상기 비정질 탄소의 전구체는 수크로오스(sucrose), 폴리비닐 알코올 (poly vinyl alcohol: PVA), 페놀 수지(phenol resin), 퓨란 수지(furan resin), 퍼푸릴 알코올(furfuryl alcohol), 폴리아크릴로니트릴(polyacrilonitrile), 셀룰로오스(cellulose), 스티렌(styrene), 폴리이미드(polyimide), 또는 에폭시 수지(epoxy resin)인, 이차전지용 음극 활물질.
The method according to claim 6,
The precursor of the amorphous carbon is selected from the group consisting of sucrose, poly vinyl alcohol (PVA), phenol resin, furan resin, furfuryl alcohol, polyacrylonitrile ), A cellulose, a styrene, a polyimide, or an epoxy resin.
제6항에 있어서,
상기 소프트 카본의 전구체는 석유계 피치, 석탄계 피치, 폴리 비닐 클로라이드(polyvinyl chloride: PVC), 메조페이스 피치, 또는 저분자량 중질유인, 이차전지용 음극 활물질.
The method according to claim 6,
Wherein the precursor of the soft carbon is a petroleum pitch, a coal pitch, a polyvinyl chloride (PVC), a mesophase pitch, or a low molecular weight heavy oil.
인편상 흑연을 박리하여 인편상 흑연 절편의 제1 입자 전구체를 제조하는 단계;
상기 제1 입자 전구체와 제2 입자를 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계; 및
상기 혼합물을 조립화하는 단계
를 포함하되,
상기 제2 입자가,
(i) SiOa (0 < a < 1); 및
(ii) SiOx (0 < x < 1.5)와 Si의 조합
으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 물질을 포함하는, 이차전지용 음극 활물질의 제조방법.
Peeling the flaky graphite to produce a first particle precursor of flaky graphite flakes;
Mixing the first particle precursor and the second particle to produce a mixture; And
The step of granulating the mixture
, &Lt; / RTI &
Wherein the second particle comprises,
(i) SiO a (0 < a &lt;1); And
(ii) a combination of SiO x (0 &lt; x &lt; 1.5) and Si
And at least one material selected from the group consisting of lithium, lithium, and lithium.
인편상 흑연을 박리하여 인편상 흑연 절편의 제1 입자 전구체를 제조하는 단계;
상기 제1 입자 전구체에 제2 입자, 및 비정질 탄소 전구체 또는 소프트 카본 전구체를 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계;
상기 혼합물을 조립화하여 상기 제2 입자와 비정질 탄소 전구체 또는 소프트 카본 전구체가 분산된 조립체를 제조하는 단계; 및
상기 조립체를 열처리하여 상기 비정질 탄소 전구체 또는 소프트 카본 전구체를 탄화시키는 단계
를 포함하되,
상기 제2 입자가,
(i) SiOa (0 < a < 1); 및
(ii) SiOx (0 < x < 1.5)와 Si의 조합
으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 물질을 포함하는, 이차전지용 음극 활물질의 제조방법.
Peeling the flaky graphite to produce a first particle precursor of flaky graphite flakes;
Mixing the first particle precursor with a second particle, and an amorphous carbon precursor or a soft carbon precursor to produce a mixture;
Assembling the mixture to produce an assembly in which the second particles and the amorphous carbon precursor or soft carbon precursor are dispersed; And
And heating the assembly to carbonize the amorphous carbon precursor or soft carbon precursor
, &Lt; / RTI &
Wherein the second particle comprises,
(i) SiO a (0 < a &lt;1); And
(ii) a combination of SiO x (0 &lt; x &lt; 1.5) and Si
And at least one material selected from the group consisting of lithium, lithium, and lithium.
제16항에 있어서,
상기 제2 입자와 비정질 탄소 전구체 또는 소프트 카본 전구체가 분산된 조립체를 제조한 후, 흑연 입자를 등방적으로 가압하는 단계를 더 포함하는, 이차전지용 음극 활물질의 제조방법.
17. The method of claim 16,
Further comprising the step of isotropically pressing the graphite particles after preparing the assembly in which the second particles and the amorphous carbon precursor or the soft carbon precursor are dispersed.
제1항, 및 제5항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 이차전지용 음극 활물질을 포함하는 이차전지용 음극.A negative electrode for a secondary battery comprising the negative electrode active material for a secondary battery according to any one of claims 1 to 15. 제1항, 및 제5항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 이차전지용 음극 활물질을 포함하는 이차전지용 음극을 포함하는, 이차전치.A secondary transposition comprising a negative electrode for a secondary battery comprising the negative electrode active material for a secondary battery according to any one of claims 1 to 14. 리튬 이온을 인터칼레이션 및 디인터칼레이션 할 수 있는 양극 활물질을 포함하는 양극;
제1항, 및 제5항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 음극 활물질을 포함하는 음극; 및
전해질
을 포함하는 리튬 이차전지.
A positive electrode comprising a positive electrode active material capable of intercalating and deintercalating lithium ions;
A negative electrode comprising the negative active material according to any one of claims 1 to 14; And
Electrolyte
&Lt; / RTI &gt;
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