KR101605146B1 - Cnt-lto complex for lithium secondary battery, and preparing method of the same, and lithium secondary battery including the same - Google Patents

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Abstract

Provided are a method for manufacturing a CNT-LTO complex for a lithium secondary battery, a CNT-LTO complex for a lithium secondary battery manufactured by the manufacturing method, and a lithium secondary battery comprising the CNT-LTO complex. The method for manufacturing the CNT-LTO complex for a lithium secondary battery comprises the following steps: dispersing a carbon nanotube (CNT) in a solvent; and adding lithium-titanium oxide in the solvent, mixing, and sintering the same.

Description

리튬이차전지용 CNT-LTO 복합체 및 그의 제조방법, 및 CNT-LTO 복합체를 포함하는 리튬이차전지 {CNT-LTO COMPLEX FOR LITHIUM SECONDARY BATTERY, AND PREPARING METHOD OF THE SAME, AND LITHIUM SECONDARY BATTERY INCLUDING THE SAME}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a CNT-LTO composite for a lithium secondary battery, a method for manufacturing the same, and a lithium secondary battery including a CNT-LTO composite. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0002]

리튬이차전지용 CNT-LTO 복합체의 제조방법, 상기 제조방법에 의해 제조된 리튬이차전지용 CNT-LTO 복합체, 및 상기 CNT-LTO 복합체를 포함하는 리튬이차전지에 관한 것이다.
A CNT-LTO composite for a lithium secondary battery, and a lithium secondary battery comprising the CNT-LTO composite.

최근의 에너지 저장 소재는 이차전지의 출력 특성을 향상시켜 하이브리드 차량에 적용시키거나 고출력을 가지는 커패시터를 보조 출력장치로 활용하여 연비를 향상시키는 방향으로 연구가 진행되고 있다. 자동차용 이차전지는 충방전이 가능한 니켈수소전지, 리튬전지 등을 말하며, 수퍼커패시터는 종래의 정전 커패시터에 비하여 비축전 용량이 약 1,000배 이상 향상된 커패시터를 뜻한다.Recently, energy storage materials are being studied in order to improve the output characteristics of secondary batteries and to apply them to hybrid vehicles or to utilize high output capacitors as auxiliary output devices to improve fuel efficiency. A secondary battery for an automobile refers to a nickel-metal hydride battery and a lithium battery that can be charged and discharged. A supercapacitor is a capacitor having a capacity of about 1,000 times higher than that of a conventional electrostatic capacitor.

이차전지 또는 수퍼커패시터 등 전기화학 소자들은 전극 활물질로서 산화환원 반응에 의하여 전기화학적 활성을 갖는 전이금속 화합물을 이용하며, 이러한 전극 활물질들이 갖는 이론적 용량과 전압 특성들이 효과적으로 발현 되도록 하기 위해서는 전기전도성 및 이온전도성의 증가 등 전기화학적 특성과 내식성, 분산성 등의 물리화학적 특성을 조절하거나 보완하여야 할 필요가 있으며, 이를 위한 많은 노력들이 있어 왔다.Electrochemical devices such as a secondary battery or a supercapacitor use a transition metal compound having an electrochemical activity by an oxidation-reduction reaction as an electrode active material. In order to effectively exhibit the theoretical capacity and voltage characteristics of such electrode active materials, It is necessary to adjust or complement the physico-chemical properties such as electrochemical characteristics, corrosion resistance, and dispersibility, and so on.

이러한 노력의 예로서는 전이금속 화합물 입자의 나노화, 이종 원소의 고용, 입자 표면에 보호막 형성, 전기전도성 물질의 혼합 등이 있다. 전이금속 화합물 입자의 표면에 피복되는 물질로서는, 내식성과 내화학성이 우수하면서도 전극 재료의 전기 전도성을 향상시키는 탄소 물질이나 세라믹 물질이 흔히 사용된다.Examples of such efforts include nano-particleization of transition metal compound particles, employment of hetero elements, formation of a protective film on the surface of particles, and mixing of electrically conductive materials. As the substance coated on the surface of the transition metal compound particles, a carbon material or a ceramic material which is excellent in corrosion resistance and chemical resistance and improves the electric conductivity of the electrode material is often used.

특히, 탄소 물질은 높은 전기전도성, 화학적 및 물리적 안정성 등의 장점을 지니기 때문에, 전이금속 화합물의 보호 및 기능 향상 등을 위해 탄소 물질을 전이금속 화합물에 혼합 또는 복합화하거나 전이금속 화합물 입자 표면에 피복하는 방법들이 다수 제안되었다. 방법적으로는 기계적 혼합법을 이용하여 탄소를 단순히 전이금속 화합물에 혼합하거나 화학증착법 등을 이용하여 탄소를 전이금속 화합물의 입자 표면에 피복시킨다. 일반적으로 탄소 물질의 혼합보다는 개별 입자 표면을 피복하는 것이 입자의 표면 보호 및 전기전도성 부여에 더욱 효과적인 것으로 알려져 있다. 탄소 물질의 장점으로서는 전극 재료의 전기전도성 향상, 외부의 물리화학적 영향으로부터 전이금속 화합물 입자의 보호, 열처리할 때 전이금속 화합물 입자가 지나치게 성장하는 것을 제한하는 것 등이 있다.Particularly, since the carbon material has advantages such as high electric conductivity, chemical and physical stability, it is necessary to mix or compound the carbon material with the transition metal compound or to coat the surface of the transition metal compound particle A number of methods have been proposed. As a method, carbon is simply mixed with a transition metal compound using a mechanical mixing method, or carbon is coated on the surface of a transition metal compound particle by a chemical vapor deposition method or the like. It is generally known that covering individual particle surfaces rather than mixing carbon materials is more effective in protecting the surface of particles and imparting electrical conductivity. Advantages of the carbon material include the improvement of the electrical conductivity of the electrode material, the protection of the transition metal compound particles from the external physico-chemical effects, and the restriction of the excessive growth of the transition metal compound particles in the heat treatment.

최근, 탄소 물질을 입자에 피복하는 것에 필적할 효과를 거둘 수 있는 방법으로서 탄소나노튜브(carbon nanotube, CNT) 같은 섬유형 탄소 물질을 적용하는 방법이 제안되고 있다.In recent years, a method of applying a fibrous carbon material such as carbon nanotube (CNT) has been proposed as a method capable of achieving an effect comparable to coating of a carbon material on particles.

대한민국 등록특허 제10-1103606호는 전극 활물질인 전이금속 화합물의 1 차 입자들의 응집체와 탄소물질을 포함하는 복합체에 관한 것이다. 그러나, 상기와 같은 복합체는 활물질의 전기전도성을 높이기 위해, 탄소물질을 혼합하는 형태로서, 표면 기능화에 한계가 있다. 더불어, 상기 탄소물질을 균일하게 분산시키는 것이 어렵기 때문에, 분무 건조 등의 공정에 적용할 경우, 수율 및 생산성이 낮아질 수 있다.
Korean Patent No. 10-1103606 relates to a composite comprising an aggregate of primary particles of a transition metal compound, which is an electrode active material, and a carbon material. However, in order to increase the electrical conductivity of the active material, such a composite is a form of mixing a carbon material and has a limitation in surface functionalization. In addition, since it is difficult to uniformly disperse the carbon material, the yield and productivity may be lowered when applied to processes such as spray drying.

본원은, 리튬이차전지용 CNT-LTO(carbon nanotube-lithium titanium oxide) 복합체의 제조방법, 상기 제조방법에 의해 제조된 리튬이차전지용 CNT-LTO 복합체, 및 상기 CNT-LTO 복합체를 포함하는 리튬이차전지를 제공하고자 한다.The present invention relates to a method for producing a carbon nanotube-lithium titanium oxide (CNT-LTO) composite for a lithium secondary battery, a CNT-LTO composite for a lithium secondary battery produced by the manufacturing method, and a lithium secondary battery including the CNT- .

그러나, 본원이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
However, the problems to be solved by the present invention are not limited to the above-mentioned problems, and other problems not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

본원의 제 1 측면은, 용매에 탄소나노튜브(carbon nanotube, CNT)를 분산시키는 단계; 및, 상기 용매 상에 리튬-티탄 산화물 및 티탄 산화물을 첨가하여 혼합하고, 이를 소성하는 단계를 포함하며, 상기 소성 단계 중, 리튬-티탄-산화물(lithium-titanium-oxide, LTO) 복합체가 상기 탄소나노튜브 상에 성장하는 것인, 리튬이차전지용 CNT-LTO 복합체의 제조방법을 제공한다.According to a first aspect of the present invention, there is provided a method for producing a carbon nanotube, comprising: dispersing a carbon nanotube (CNT) in a solvent; And a step of adding and mixing lithium-titanium oxide and titanium oxide on the solvent, and firing the mixture, wherein a lithium-titanium-oxide (LTO) Wherein the CNT-LTO composite is grown on a nanotube.

본원의 제 2 측면은, 상기 본원의 제 1 측면에 따른 방법에 의해 제조된, 리튬이차전지용 CNT-LTO 복합체를 제공한다.A second aspect of the present invention provides a CNT-LTO composite for a lithium secondary battery produced by the method according to the first aspect of the present invention.

본원의 제 3 측면은, 양극, 음극, 분리막, 및 유기 전해질을 포함하고, 상기 양극은 리튬-금속 박막을 포함하고, 상기 음극은 음극 활물질로서 상기 본원의 제 2 측면에 따른 CNT-LTO 복합체를 포함하는, 리튬이차전지를 제공한다.
A third aspect of the present invention is directed to a CNT-LTO composite according to the second aspect of the present invention, comprising a cathode, a cathode, a separator, and an organic electrolyte, wherein the anode comprises a lithium-metal thin film, The lithium secondary battery, which is included, is provided.

본원의 일 구현예에 의하면, 분산된 탄소나노튜브(CNT)를 이용하며, 상기 분산된 CNT와 리튬-티탄 산화물 및 티탄 산화물의 혼합 및 소성 과정에서 상기 CNT 상에 리튬-티탄-산화물(LTO) 복합체가 직접 성장하므로, 우수한 표면 기능화를 달성할 수 있다. 더불어, 상기 소성 과정 중, 상기 CNT 상에 상기 LTO가 성장하기 때문에, 건조공정을 생략할 수 있어, 반응에 소요되는 시간 및 비용을 낮출 수 있다.According to one embodiment of the present invention, a carbon nanotube (CNT) is dispersed and lithium-titanium-oxide (LTO) is deposited on the CNT during mixing and firing of the dispersed CNT, lithium-titanium oxide, Since the composite grows directly, excellent surface functionalization can be achieved. In addition, since the LTO is grown on the CNT during the firing process, the drying process can be omitted, and the time and cost required for the reaction can be reduced.

더불어, 본원의 일 구현예에 의하면, 리튬이차전지용 음극활물질로서 CNT-LTO 복합체를 사용하며, 상기 CNT는 매우 강한 강도를 가지기 때문에 파괴에 대한 저항이 높고, 충방전에 의한 집전체 변형 및 산화 방지를 막아 안정성이 높은 리튬이차전지를 제조할 수 있다.
In addition, according to one embodiment of the present invention, a CNT-LTO composite is used as a negative electrode active material for a lithium secondary battery. Since the CNT has a very strong strength, resistance against fracture is high, It is possible to manufacture a lithium secondary battery having high stability.

도 1은 본원의 일 구현예에 따른 CNT-LTO 복합체의 모식도이다.
도 2는 본원의 일 실시예에 있어서 주사전자현미경(scanning electron microscope)의 이미지이다.
도 3은 본원의 일 구현예에 따른 탄소나노튜브와 기상합성탄소섬유(VGCF)의 라만분광에 대한 그래프이다.
도 4는 본원의 일 실시예에 따른 라만분광에 대한 그래프이다.
도 5는 본원의 일 실시예에 따른 리튬이차전지의 수명에 대한 용량의 변화 그래프이다.
도 6은 본원의 일 실시예에 따른 리튬이차전지의 고율특성(C-rate) 평가에 대한 그래프이다.
1 is a schematic diagram of a CNT-LTO complex according to one embodiment of the present invention.
Figure 2 is an image of a scanning electron microscope in one embodiment of the invention.
3 is a graph of Raman spectroscopy of a carbon nanotube and a vapor-phase synthetic carbon fiber (VGCF) according to an embodiment of the present invention.
4 is a graph of Raman spectroscopy according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a graph showing a change in capacity with respect to the lifetime of a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a graph illustrating the evaluation of a high-rate characteristic (C-rate) of a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. It should be understood, however, that the present invention may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In the drawings, the same reference numbers are used throughout the specification to refer to the same or like parts.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 “연결”되어 있다고 할 때, 이는 “직접적으로 연결”되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 “전기적으로 연결”되어 있는 경우도 포함한다. Throughout this specification, when a part is referred to as being "connected" to another part, it is not limited to a case where it is "directly connected" but also includes the case where it is "electrically connected" do.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 “상에” 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.Throughout this specification, when a member is " on " another member, it includes not only when the member is in contact with the other member, but also when there is another member between the two members.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 “포함” 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 “약”, “실질적으로” 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 “~(하는) 단계” 또는 “~의 단계”는 “~ 를 위한 단계”를 의미하지 않는다.Throughout this specification, when an element is referred to as " including " an element, it is understood that the element may include other elements as well, without departing from the other elements unless specifically stated otherwise. The terms " about ", " substantially ", etc. used to the extent that they are used throughout the specification are intended to be taken to mean the approximation of the manufacturing and material tolerances inherent in the stated sense, Accurate or absolute numbers are used to help prevent unauthorized exploitation by unauthorized intruders of the referenced disclosure. The word " step (or step) " or " step " used to the extent that it is used throughout the specification does not mean " step for.

본원 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 “이들의 조합(들)”의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.Throughout this specification, the term " combination (s) thereof " included in the expression of the machine form means a mixture or combination of one or more elements selected from the group consisting of the constituents described in the expression of the form of a marker, Quot; means at least one selected from the group consisting of the above-mentioned elements.

본원 명세서 전체에서, “A 및/또는 B”의 기재는 “A 또는 B, 또는 A 및 B”를 의미한다.
Throughout this specification, the description of "A and / or B" means "A or B, or A and B".

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본원의 구현예 및 실시예를 상세히 설명한다. 그러나, 본원이 이러한 구현예 및 실시예와 도면에 제한되지 않을 수 있다.
Hereinafter, embodiments and examples of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to these embodiments and examples and drawings.

본원의 제 1 측면은, 용매에 탄소나노튜브(CNT)를 분산시키는 단계, 및 상기 용매 상에 리튬-티탄 산화물 및 티탄 산화물을 첨가하여 혼합하고, 이를 소성하는 단계를 포함하며, 상기 소성 단계 중, 리튬-티탄-산화물(LTO) 복합체가 상기 탄소나노튜브 상에 성장하는 것인, 리튬이차전지용 CNT-LTO 복합체의 제조방법을 제공한다.According to a first aspect of the present invention, there is provided a method for producing a carbon nanotube, comprising the steps of: dispersing carbon nanotubes (CNT) in a solvent; and adding lithium-titanium oxide and titanium oxide to the solvent, And a lithium-titanium-oxide (LTO) composite is grown on the carbon nanotube. The present invention also provides a method for producing a CNT-LTO composite for a lithium secondary battery.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 용매는 비이온성 분산제로서, 상기 비이온성 분산제는 분자 내에 하이드록시기 또는 에테르와 같은 비이온성 친수기를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 상기 비이온성 분산제는 친수기의 형태에 따라 폴리옥시에틸렌 글리콜형과 다가알콜형 분산제를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 용매는 폴리옥시에틸렌글리콜, 글리콜, 글리세롤, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the solvent is a nonionic dispersant, which may include, but is not limited to, a nonionic hydrophilic group such as a hydroxyl group or ether in the molecule. The nonionic dispersant may include, but is not limited to, a polyoxyethylene glycol type and a polyhydric alcohol type dispersant depending on the type of the hydrophilic group. For example, the solvent may include, but is not limited to, those selected from the group consisting of polyoxyethylene glycols, glycols, glycerol, and combinations thereof.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 탄소나노튜브는 전극 내에 포함되어 있는 티타늄 산화물이 용이하게 전자 이동할 수 있는 경로를 제공하며, 리튬 이차전지의 고유 특성을 향상시킬 수 있다. 더불어, 상기 탄소나노튜브는 매우 강한 강도를 가지며, 이로 인해 파괴에 대한 저항이 높고, 충방전에 의한 집전체 변형 및 산화 방지를 막을 수 있어, 상기 리튬이차전지의 안정성을 높일 수 있다. In one embodiment of the present invention, the carbon nanotube provides a path through which the titanium oxide included in the electrode can easily move electronically, and can improve the intrinsic characteristics of the lithium secondary battery. In addition, the carbon nanotubes have a very strong strength, which has a high resistance to breakage, and can prevent deformation of the collector and prevention of oxidation by charging and discharging, thereby enhancing the stability of the lithium secondary battery.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 탄소나노튜브는 단일벽 탄소나노튜브 또는 다중벽 탄소나노튜브를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 상기 탄소나노튜브는 6 개의 탄소 원자가 결합하여 이루어진 6 각형들이 서로 연결되어 하나의 관 형상을 나타내는 것으로서, 상기 단일벽 탄소나노튜브는 이러한 벽(wall, 그라파이트 면)의 개수가 하나인 탄소나노튜브를 뜻하며, 상기 다중벽 탄소나노튜브는 상기 벽(wall, 그라파이트 면)의 개수가 다수 개인 탄소나노튜브를 뜻한다. 본원의 일 구현예에 있어서, 상기 단일벽 탄소나노튜브는 1 차원 구조에 기인하는 뛰어난 전기적 특성을 나타내며, 6 각형 벌집 모양의 분자 비대칭(chirality) 구조와 그 직경에 따라 다양한 전기적인 특성을 나타낸다. 본원의 일 구현예에 있어서, 상기 탄소나노튜브는 선형 또는 커브형일 수 있고, 상기 탄소나노튜브의 종횡비(aspect ratio)는 약 40 내지 약 6,000일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 탄소나노튜브의 종횡비가 약 40 미만인 경우, 상기 탄소나노튜브 고유의 물성(전기 전도도 등)이 구현되지 않을 수 있다. 본원의 일 구현예에 따르면, 상기 탄소나노튜브의 길이는 약 3 ㎛ 내지 약 20 ㎛인 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 탄소나노튜브의 길이는 약 3 ㎛ 내지 약 20 ㎛, 약 3 ㎛ 내지 약 15 ㎛, 약 3 ㎛ 내지 약 10 ㎛, 약 3 ㎛ 내지 약 5 ㎛, 약 5 ㎛ 내지 약 20 ㎛, 약 10 ㎛ 내지 약 20 ㎛, 또는 약 15 ㎛ 내지 약 20 ㎛일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the present invention, the carbon nanotubes may include, but are not limited to, single-walled carbon nanotubes or multi-walled carbon nanotubes. The single-walled carbon nanotube is a single-walled carbon nanotube. The single-walled carbon nanotube is a carbon nanotube having one wall (graphite surface) , And the multi-walled carbon nanotube refers to a carbon nanotube having a plurality of walls (graphite surfaces). In one embodiment of the present invention, the single-walled carbon nanotube exhibits excellent electrical characteristics due to a one-dimensional structure, and exhibits various electrical characteristics depending on the molecular asymmetric structure of a hexagonal honeycomb structure and its diameter. In one embodiment of the present invention, the carbon nanotubes may be linear or curved, and the aspect ratio of the carbon nanotubes may be about 40 to about 6,000, but the present invention is not limited thereto. For example, when the aspect ratio of the carbon nanotubes is less than about 40, the inherent physical properties (electrical conductivity, etc.) of the carbon nanotubes may not be realized. According to one embodiment of the present invention, the length of the carbon nanotubes may be about 3 탆 to about 20 탆, but the present invention is not limited thereto. For example, the length of the carbon nanotubes may range from about 3 microns to about 20 microns, from about 3 microns to about 15 microns, from about 3 microns to about 10 microns, from about 3 microns to about 5 microns, from about 5 microns to about 20 microns , From about 10 microns to about 20 microns, or from about 15 microns to about 20 microns.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 탄소나노튜브의 직경은 약 20 nm 내지 약 80 nm인 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 탄소나노튜브의 직경은 약 20 nm 내지 약 80 nm, 약 20 nm 내지 약 70 nm, 약 20 nm 내지 약 60 nm, 약 20 nm 내지 약 50 nm, 약 20 nm 내지 약 40 nm, 약 20 nm 내지 약 30 nm, 약 30 nm 내지 약 80 nm, 약 40 nm 내지 약 80 nm, 약 50 nm 내지 약 80 nm, 약 60 nm 내지 약 80 nm, 또는 약 70 nm 내지 약 80 nm일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the diameter of the carbon nanotubes may be about 20 nm to about 80 nm, but the present invention is not limited thereto. For example, the diameter of the carbon nanotubes may range from about 20 nm to about 80 nm, from about 20 nm to about 70 nm, from about 20 nm to about 60 nm, from about 20 nm to about 50 nm, from about 20 nm to about 40 nm , About 20 nm to about 30 nm, about 30 nm to about 80 nm, about 40 nm to about 80 nm, about 50 nm to about 80 nm, about 60 nm to about 80 nm, or about 70 nm to about 80 nm But may not be limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 용매 상에 상기 리튬-티탄 산화물 및 상기 티탄 산화물의 첨가시, 촉매로서 지르코니아 볼을 첨가하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 용매 상에 상기 리튬-티탄 산화물 및 상기 티탄 산화물의 첨가시, 지르코니아 볼이 채워진 플라스틱 및 지르코니아 재질의 용기에 투입하고, 밀링하여 혼합하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 플라스틱은 폴리프로필렌(PP)또는 폴리에틸렌(PE)일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, zirconia balls may be added as a catalyst when the lithium-titanium oxide and the titanium oxide are added to the solvent, but the present invention is not limited thereto. For example, when the lithium-titanium oxide and the titanium oxide are added to the solvent, they may be added to plastic and zirconia containers filled with zirconia balls, milled and mixed, but the present invention is not limited thereto. For example, the plastic may be polypropylene (PP) or polyethylene (PE).

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 용매 상에 리튬-티탄 산화물 및 티탄 산화물을 혼합하는 것은 볼 밀(ball mill) 방법에 의해 수행되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the mixing of the lithium-titanium oxide and the titanium oxide on the solvent may be performed by a ball mill method, but the present invention is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 용매에 분산된 상기 탄소나노튜브, 리튬-티탄 산화물 및 티탄 산화물은 충분한 온도 및 시간 동안 소성되는 것을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 용매에 분산된 상기 탄소나노튜브, 리튬-티탄 산화물 및 티탄 산화물은 약 400℃ 내지 약 650℃의 온도에서, 약 6 시간 내지 약 8 시간 동안 소성되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 본원의 일 구현예에 있어서, 소성 온도가 약 400℃ 이하일 경우, 탄소나노튜브와 리튬-티탄 산화물 및 티탄 산화물이 결합되지 않아 합성이 이루어지지 않을 수 있으며, 이 경우 산화물의 전기전도성에 영향을 미쳐 전지 성능이 감소하게 된다.In one embodiment of the present invention, the carbon nanotubes, lithium-titanium oxide, and titanium oxide dispersed in the solvent may include, but are not limited to, baking for a sufficient temperature and time. For example, the carbon nanotubes, lithium-titanium oxide, and titanium oxide dispersed in the solvent may be calcined at a temperature of about 400 ° C. to about 650 ° C. for about 6 hours to about 8 hours, . In one embodiment of the present invention, when the calcination temperature is about 400 ° C or lower, the carbon nanotubes may not be synthesized because lithium-titanium oxide and titanium oxide are not bonded to each other. In this case, the electrical conductivity of the oxide is affected The battery performance is reduced.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 소성은 약 400℃ 내지 약 650℃의 온도에서 수행되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 소성은 약 400℃ 내지 약 650℃, 약 400℃ 내지 약 600℃, 약 400℃ 내지 약 550℃, 약 400℃ 내지 약 500℃, 약 400℃ 내지 약 450℃, 약 450℃ 내지 약 650℃, 약 500℃ 내지 약 650℃, 약 550℃ 내지 약 650℃, 또는 약 600℃ 내지 약 650℃일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 소성 온도가 높을수록, 상기 소성 단계 중, 리튬-티탄-산화물(LTO) 복합체가 상기 탄소나노튜브 상에 성장하는 속도 또한 향상될 수 있다.According to one embodiment of the present application, the firing may be performed at a temperature of about 400 ° C. to about 650 ° C., but may not be limited thereto. For example, the firing may be performed at a temperature of about 400 캜 to about 650 캜, about 400 캜 to about 600 캜, about 400 캜 to about 550 캜, about 400 캜 to about 500 캜, To about 650 占 폚, from about 500 占 폚 to about 650 占 폚, from about 550 占 폚 to about 650 占 폚, or from about 600 占 폚 to about 650 占 폚. For example, the higher the firing temperature, the higher the rate at which the lithium-titanium-oxide (LTO) composite is grown on the carbon nanotube during the firing step.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 용매에 분산된 상기 탄소나노튜브, 리튬-티탄 산화물 및 티탄 산화물은 분 당 약 10℃ 이하의 가속비로 가열될 수 있다. 상기 가속비는, 더 높거나 낮은 가속비가 이용 가능한 장비, 바람직한 소요 시간, 및 다른 인자에 따라 선택될 수 있으며, 상기 용매에 분산된 상기 탄소나노튜브, 리튬-티탄 산화물 및 티탄 산화물을 직접 예비-가열된 오븐에 넣음으로써 수행될 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 상기 용매에 분산된 상기 탄소나노튜브, 리튬-티탄 산화물 및 티탄 산화물은 약 6 시간 내지 약 8 시간 동안 약 400℃ 내지 약 650℃에서 유지된다. 상기 소성 반응은 최종 반응 온도에서 수 시간 동안 가열되는 것일 수 있으며, 상기 가열은 바람직하게 비-산화 또는 불활성 기체, 예를 들면, 아르곤, 진공, 또는 환원 대기의 존재 하에서 실시된다.In one embodiment of the present invention, the carbon nanotubes, lithium-titanium oxide, and titanium oxide dispersed in the solvent can be heated at an acceleration ratio of about 10 캜 or less per minute. The acceleration ratio can be selected according to the equipment to which a higher or lower acceleration ratio is available, the desired elapsed time, and other factors, and the carbon nanotubes, lithium-titanium oxide and titanium oxide dispersed in the solvent can be directly pre- Or by placing it in a heated oven. The carbon nanotubes, lithium-titanium oxide, and titanium oxide dispersed in the solvent are maintained at about 400 ° C to about 650 ° C for about 6 hours to about 8 hours. The calcination reaction may be heated at the final reaction temperature for several hours and the heating is preferably carried out in the presence of a non-oxidizing or inert gas, such as argon, vacuum, or a reducing atmosphere.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 용매에 분산된 상기 탄소나노튜브, 리튬-티탄 산화물 및 티탄 산화물의 혼합은 산소 또는 공기 중에서 수행될 수 있으며, 상기 소성 반응은 상기 소성 반응 중 발생하는 환원 반응을 방해하지 못하도록, 비-산화 대기에서 수행된다. 예를 들어, 상기 비-산화 대기는 진공 또는 불활성 기체의 존재를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 상기 불활성 기체는 아르곤 또는 질소를 포함할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the mixing of the carbon nanotubes, the lithium-titanium oxide, and the titanium oxide dispersed in the solvent may be performed in oxygen or air, and the calcination reaction may include a reduction reaction occurring during the calcination reaction Is conducted in a non-oxidizing atmosphere. For example, the non-oxidizing atmosphere may include, but is not limited to, the presence of a vacuum or an inert gas. The inert gas may include argon or nitrogen.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 소성 반응시, 산화 기체(산소 또는 공기)가 존재할 경우, 상기 산화 기체가 열탄소 환원을 방해하거나 또는 반응 생성물의 질을 낮출 수 있다. 예를 들어, 상기 소성 반응시, 상기 산화 기체의 존재는 환원 탄소와 반응하고, 반응에 참여하는 탄소의 이용 가능성을 낮출 수 있으므로, 상기 소성 반응은 비-산화 대기에서 수행하는 것이 바람직하다.In one embodiment of the present invention, in the firing reaction, when an oxidizing gas (oxygen or air) is present, the oxidizing gas may interfere with the thermal carbon reduction or reduce the quality of the reaction product. For example, in the firing reaction, the presence of the oxidizing gas reacts with reducing carbon and may lower the availability of carbon involved in the reaction, so that the firing reaction is preferably performed in a non-oxidizing atmosphere.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 환원 대기는 순수한 환원 기체, 또는 다른 기체와 상기 환원 기체의 혼합물로서 제공될 수 있다. 예를 들어, 상기 환원 대기는 수소, 아르곤, 질소, 일산화탄소, 아르곤, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 본원의 일 구현예에 있어서, 상기 환원 기체는 화학량적으로 과량으로 제공될 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the invention, the reducing atmosphere may be provided as a pure reducing gas, or as a mixture of another gas and the reducing gas. For example, the reducing atmosphere may include, but is not limited to, selected from the group consisting of hydrogen, argon, nitrogen, carbon monoxide, argon, and combinations thereof. In one embodiment of the present invention, the reducing gas may be provided in a stoichiometric excess, but it is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 환원 기체는 반응에 요구되는 시료의 크기, 가열실의 부피, 기체의 과량 같은 인자에 따라 약 0.01 대기압 내지 초대기압의 부분압으로 사용될 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the invention, the reducing gas may be used at a partial pressure of from about 0.01 atmospheric pressure to a super-atmospheric pressure, depending on factors such as the size of the sample required for the reaction, the volume of the heating chamber, have.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 소성 반응 후, 수득된 CNT-LTO 생성물을 냉각하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 냉각은 분 당 약 10℃ 이하의 가속비로 냉각될 수 있다. 상기 가속비는, 더 높거나 낮은 가속비가 이용 가능한 장비, 바람직한 소요 시간, 및 다른 인자에 따라 선택될 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 상기 냉각 공정을 통해, 상기 CNT-LTO 생성물의 결합구조가 더욱 바람직해 질 수 있다. 약 100℃/분 이상의 높은 냉각 속도를 수득하기 위하여, 상기 소성 반응 후 수득된 상기 CNT-LTO 생성물을 켄칭(quenching)할 수도 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the present invention, the CNT-LTO product obtained may be cooled, but not limited thereto, after the firing reaction. For example, the cooling may be cooled at an acceleration rate of about 10 DEG C per minute or less. The acceleration ratio may be selected, but not limited, to higher or lower acceleration ratios depending on the equipment available, the desired duration, and other factors. Through the cooling process, the bonding structure of the CNT-LTO product may be more preferable. In order to obtain a high cooling rate of about 100 ° C / min or more, the CNT-LTO product obtained after the calcination reaction may be quenched, but may not be limited thereto.

도 1은 본원의 일 구현예에 따른, CNT-LTO 복합체의 모식도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본원에 따른 CNT-LTO 복합체는 탄소나노튜브(200) 상에 리튬-티탄-산화물(100)이 성장된 형태이다.Figure 1 is a schematic diagram of a CNT-LTO complex, according to one embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the CNT-LTO composite according to the present invention is a lithium-titanium-oxide (100) grown on a carbon nanotube 200.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 리튬이차전지용 CNT-LTO 복합체는 약 1 wt% 내지 약 5 wt%의 탄소나노튜브를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 CNT-LTO 복합체는 약 1 wt%, 약 2 wt%, 약 3 wt%, 약 4 wt%, 또는 약 5 wt%의 탄소나노튜브를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 본원의 일 구현예에 있어서, 상기 탄소나노튜브의 함량이 약 5 wt% 이상일 경우, 탄소나노튜브와 티타늄 산화물이 결합되지 않아, 전지 성능을 감소시킬 수 있다.
According to one embodiment of the present invention, the CNT-LTO composite for a lithium secondary battery may include about 1 wt% to about 5 wt% of carbon nanotubes, but the present invention is not limited thereto. For example, the CNT-LTO complex may comprise, but is not limited to, about 1 wt%, about 2 wt%, about 3 wt%, about 4 wt%, or about 5 wt% carbon nanotubes . In one embodiment of the present invention, when the content of the carbon nanotubes is about 5 wt% or more, the carbon nanotubes and the titanium oxide are not bonded to each other, thereby reducing battery performance.

본원의 제 2 측면은 상기 본원의 제 1 측면에 따른 방법에 의해 제조된, 리튬이차전지용 CNT-LTO 복합체를 제공한다.The second aspect of the present invention provides a CNT-LTO composite for a lithium secondary battery produced by the method according to the first aspect of the present invention.

본원의 제 2 측면은 본원의 제 1 측면에 따른 리튬이차전지용 CNT-LTO 복합체의 제조방법에 의해 제조된, 리튬이차전지용 CNT-LTO 복합체에 관한 것으로서, 본원의 제 1 측면과 중복되는 부분들에 대해서는 상세한 설명을 생략하였으나, 본원의 제 1 측면에 대해 설명한 내용은 본원의 제 2 측면에서 그 설명이 생략되었더라도 동일하게 적용될 수 있다.
The second aspect of the present invention relates to a CNT-LTO composite for a lithium secondary battery, which is produced by the method for manufacturing a CNT-LTO composite for a lithium secondary battery according to the first aspect of the present invention, The detailed description of the first aspect of the present invention may be applied to the second aspect of the present invention.

본원의 제 3 측면은 양극, 음극, 분리막, 및 유기 전해질을 포함하고, 상기 양극은 리튬-금속 박막을 포함하고, 상기 음극은 음극 활물질로서 상기 본원의 제 2 측면에 따른 CNT-LTO 복합체를 포함하는, 리튬이차전지를 제공한다.The third aspect of the invention comprises a cathode, a cathode, a separator, and an organic electrolyte, wherein the anode comprises a lithium-metal thin film and the anode comprises a CNT-LTO composite according to the second aspect of the present invention as an anode active material Lithium secondary battery.

본원의 제 3 측면은 본원의 제 2 측면에 따른 리튬이차전지용 CNT-LTO 복합체를 포함하는, 리튬이차전지에 관한 것으로서, 본원의 제 1 측면 및 제 2 측면과 중복되는 부분들에 대해서는 상세한 설명을 생략하였으나, 본원의 제 1 측면 및 제 2 측면에 대해 설명한 내용은 본원의 제 3 측면에서 그 설명이 생략되었더라도 동일하게 적용될 수 있다.The third aspect of the present invention relates to a lithium secondary battery including the CNT-LTO composite for a lithium secondary battery according to the second aspect of the present invention, and a detailed description of portions overlapping with the first and second aspects of the present invention Although the description of the first aspect and the second aspect of the present invention is omitted in the third aspect of the present application, the same can be applied.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 음극 활물질은 상기 CNT-LTO 복합체, 도전제, 및 결합제가 용매에 혼합되어 있는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 음극은, 상기 CNT-LTO 복합체에 도전제와 결합제를 적절한 용매에 현탁하고, 이 현탁물을 알루미늄 호일 등의 집전체에 도포하고 건조한 후, 프레스하여 제조할 수 있다. 예를 들어, 상기 도전제로는 도전성 금속, 도전성 카본, 도전성 고분자, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 사용할 수 있으며, 구체적으로 케첸 블랙, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 흑연, 활성탄, 수퍼-P(super-P), 도전성 고분자 수지, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 사용할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 결합제로는 비닐리덴플루오라이드, 폴리아크로니트릴, 또는 폴리에틸렌옥사이드를 사용하는 것이 바람직하다.In one embodiment of the present invention, the CNT-LTO composite, the conductive agent, and the binder may be mixed in a solvent, but the present invention is not limited thereto. For example, the negative electrode can be produced by suspending a conductive agent and a binder in an appropriate solvent in the CNT-LTO complex, applying the suspension to a current collector such as aluminum foil, drying, and pressing. For example, the conductive agent may be selected from the group consisting of a conductive metal, a conductive carbon, a conductive polymer, and combinations thereof. Specific examples thereof include Ketjen black, carbon black, acetylene black, graphite, activated carbon, P (super-P), a conductive polymer resin, and combinations thereof may be used, but the present invention is not limited thereto. For example, it is preferable to use vinylidene fluoride, polyacronitrile, or polyethylene oxide as the binder.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 유기 전해질은 유기 용매 및 리튬염을 포함할 수 있다. 상기 유기 용매는 당업계에 공지된 물질을 사용할 수 있으며, 이온의 해리도를 높여 이온의 전도를 원활하게 하기 위하여 유전율(극성)이 크고 저점도를 가지며, 리튬 금속에 대한 반응성이 작은 것을 사용하는 것이 바람직하다. In one embodiment of the present invention, the organic electrolyte may include an organic solvent and a lithium salt. The organic solvent may be a material known in the art and may be one having a high dielectric constant (polarity), a low viscosity, and a low reactivity with a lithium metal in order to increase the degree of dissociation of ions and smooth the conduction of ions desirable.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 유기 용매는 환형 카보네이트류, 선형 카보네이트류, 환형 에테르류, 선형 에테르류, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 유기 용매는 프로필렌카보네이트(PC), 에틸렌 카보네이트(EC), 비닐렌카보네이트, 디에틸 카보네이트(DEC), 디메틸 카보네이트(DMC), 메틸 에틸카보네이트(MEC), 테트라히드로푸란(THF), 2-메틸 테트라히드로푸란(2-Me THF), 디옥솔란(DOX), 디메톡시 에탄(DME), 디에톡시 에탄(DEE), γ-부티로락톤(GBL), 아세토니트릴(AN), 술폴란(SL), 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. In one embodiment of the invention, the organic solvent may include, but is not limited to, those selected from the group consisting of cyclic carbonates, linear carbonates, cyclic ethers, linear ethers, and combinations thereof . For example, the organic solvent may be at least one selected from the group consisting of propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), vinylene carbonate, diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC), methyl ethyl carbonate (MEC), tetrahydrofuran , 2-methyltetrahydrofuran (2-Me THF), dioxolane (DOX), dimethoxyethane (DME), diethoxyethane (DEE), gamma -butyrolactone (GBL), acetonitrile But are not limited to, those selected from the group consisting of polystyrene, poly (SL), and combinations thereof.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 리튬염은 당업계에 공지된 물질을 사용할 수 있으며, 격자 에너지가 작아 해리도가 커서 이온전도도가 우수하고 열안전성 및 내산화성이 좋은 것을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 리튬염은, 예를 들어, 리튬퍼클로레이트(LiClO4), 리튬헥사플루오로포스페이트(LiPF6), 리튬 테트라플루 오로보레이트(LiBF4), 리튬 헥사플루오로아르세네이트(LiAsF6), 리튬트리플루오로메타술포네이트(LiCF3SO3), 비스-트리플루오로메틸 술포닐 이미드 리튬[LiN(CF3SO2)2], 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 리튬염으로서 높은 전위 하에서도 산화가 용이하지 않은 전해질을 사용하는 것이 바람직하며, 특히, LiPF6를 리튬염으로서 사용하는 것이 가장 바람직하다.In one embodiment of the present invention, the lithium salt may be a material known in the art, and it is preferable to use a material having a high degree of dissociation due to a small lattice energy, excellent ionic conductivity, and good thermal stability and oxidation resistance. The lithium salt may be, for example, lithium perchlorate (LiClO 4 ), lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ), lithium hexafluoroarsenate (LiAsF 6 ) (LiCF 3 SO 3 ), bis-trifluoromethylsulfonylimide lithium [LiN (CF 3 SO 2 ) 2 ], and combinations thereof, but is limited thereto It is not. For example, as the lithium salt, it is preferable to use an electrolyte which is not easily oxidized even under a high electric potential, and it is most preferable to use LiPF 6 as a lithium salt.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 리튬-금속 박막은 양극화 물질로서, 리튬-니켈 복합 산화물, 리튬-코발트 복합 산화물, 리튬-니켈-코발트 복합 산화물, 스피넬형 리튬-망간-니켈 복합 산화물, 리튬-망간-코발트 복합 산화물, 리튬-니켈-코발트-망간 복합 산화물, 리튬-철 포스페이트, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 리튬-금속 박막은 LixMn2O4, LixNiO2, LixCoO2, LixNi1 - yCoyO2, LixMn2 - yNiyO4, LixMnyCo1-yO2, LixNi1 - yz CoyMnzO2, LixFePO4, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다(상기 리튬 금속 박막의 x, y, 및 z 각각의 몰비는 0≤x≤1, 0≤y≤1, 및 0≤z≤1 임). 본원의 일 구현예에 있어서, 본원에 따른 음극 활성 물질은 양극 전압을 고전압으로 하는 것을 가능하게 하는 것이다. 특히, 상기 리튬-금속 박막으로서 LiaNibCocMndO2로 표시되는 화합물을 사용하는 것이 바람직하다(이중, a, b, c, 및 d의 각각의 몰비는 0≤a≤1.1, 0.1≤b≤0.5, 0≤c≤0.9, 0.1≤d≤0.5이며, 더욱 바람직하게는 상기 b, c, 및 d의 몰비는 0.3≤b≤0.4, 0.3≤c≤0.4, 및 0.3≤d≤0.4 임).
In one embodiment of the present invention, the lithium-metal thin film is formed of a lithium-nickel composite oxide, a lithium-cobalt composite oxide, a lithium-nickel-cobalt composite oxide, a spinel type lithium-manganese- But are not limited to, those selected from the group consisting of manganese-cobalt composite oxides, lithium-nickel-cobalt-manganese composite oxides, lithium-iron phosphates, and combinations thereof. For example, the lithium metal thin film is Li x Mn 2 O 4, Li x NiO 2, Li x CoO 2, Li x Ni 1-y Co y O 2, Li x Mn 2-y Ni y O 4, Li x Mn y Co 1-y O 2, Li x Ni 1 - yz Co y Mn z O 2, Li x FePO 4, and, but could be to include those selected from the group consisting of the combinations thereof, is not limited to, (The molar ratios of x, y and z of the lithium metal thin film are 0? X? 1, 0? Y? 1, and 0? Z? 1). In one embodiment of the present invention, the negative electrode active material according to the present invention makes it possible to set the positive electrode voltage to a high voltage. In particular, it is preferable to use a compound represented by Li a Ni b Co c Mn d O 2 as the lithium-metal thin film, wherein the molar ratio of each of a, b, c, and d is 0? A? The molar ratio of b, c, and d is preferably in the range of 0.3? B? 0.4, 0.3? C? 0.4, and 0.3? D? 0.4).

이하, 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나, 본원이 이에 제한되지 않을 수 있다.
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. However, the present invention is not limited thereto.

[[ 실시예Example ]]

[[ CNTCNT 상에 성장된  Grown on LTOLTO (( 실시예Example 1)의 제조] 1)

Li2CO3 20.0 g, TiO2 39.8 g, 및 분산된 CNT 3 wt%를 부피 0.5 L의 원통형 지르코니아 용기에 지름 10 mm의 지르코니아 볼 200 g과 함께 넣고, 볼 밀(ball mill)을 이용하여 3 시간 동안 혼합한 후, 아르곤(Ar) 분위기 하의 소성로에서 650℃에서 8 시간 동안 소성하여 최종적으로 CNT-LTO 복합체 분말을 제조하였다.
20.0 g of Li 2 CO 3 , 39.8 g of TiO 2 and 3 wt% of dispersed CNT were charged into a cylindrical zirconia container having a volume of 0.5 L together with 200 g of a zirconia ball having a diameter of 10 mm, And then calcined at 650 ° C for 8 hours in an argon (Ar) atmosphere to finally prepare a CNT-LTO composite powder.

[순수 [pure LTOLTO (( 비교예Comparative Example 1)의 제조] 1)

Li2CO3 20.0 g, TiO2 39.8 g를 부피 0.5 L의 원통형 지르코니아 용기에 지름 10 mm의 지르코니아 볼 200 g과 함께 넣고, 볼 밀을 이용하여 3 시간 동안 혼합한 후, 공기(air) 분위기 하의 소성로에서 650℃에서 8 시간 동안 소성하여 최종적으로 LTO 분말을 제조하였다.
20.0 g of Li 2 CO 3 and 39.8 g of TiO 2 were placed in a cylindrical zirconia container having a volume of 0.5 L together with 200 g of a zirconia ball having a diameter of 10 mm and mixed for 3 hours using a ball mill, And calcined at 650 DEG C for 8 hours in a firing furnace to finally produce LTO powder.

[[ CNTCNT -- LTOLTO 혼합 분말( Mixed powder ( 비교예Comparative Example 2)의 제조] 2)

상기 비교예 1에서 제조된 순수 LTO 20 g 및 CNT 3 wt%를 부피 0.5 L의 원통형 지르코니아 용기에 지름 10 nm의 지르코니아 볼 200 g과 함께 넣고, 볼밀을 이용하여 3 시간 동안 혼합하여 최종적으로 CNT-LTO 혼합 분말을 제조하였다.
20 g of the pure LTO prepared in Comparative Example 1 and 3 wt% of CNT were put into a cylindrical zirconia container having a volume of 0.5 L together with 200 g of a zirconia ball having a diameter of 10 nm and mixed for 3 hours using a ball mill, LTO mixed powder was prepared.

[기상합성 [Vapor synthesis 탄소섬유Carbon fiber (( vaporvapor growngrown carboncarbon fiberfiber , , VGCFVGCF ) 상에 성장된 ) ≪ / RTI > LTOLTO (( 비교예Comparative Example 3)의 제조] 3)

Li2CO3 20.0 g, TiO2 39.8 g, 및 분산된 VGCF 3 wt%를 부피 0.5 L의 원통형 지르코니아 용기에 지름 10 mm의 지르코니아 볼 200 g과 함께 넣고, 볼 밀을 이용하여 3 시간 동안 혼합한 후, 아르곤(Ar) 분위기 하의 소성로에서 650℃에서 8 시간 동안 소성하여 최종적으로 VGCF-LTO 복합체 분말을 제조하였다.
20.0 g of Li 2 CO 3 , 39.8 g of TiO 2 and 3 wt% of dispersed VGCF were placed in a cylindrical zirconia container having a volume of 0.5 L together with 200 g of a zirconia ball having a diameter of 10 mm and mixed for 3 hours using a ball mill And then calcined at 650 DEG C for 8 hours in a firing furnace under an argon (Ar) atmosphere to finally prepare a VGCF-LTO composite powder.

[[ 리튬이차전지용For lithium secondary battery 전극 및  The electrodes and 코인형Coin type 반쪽 전지의 제조] Manufacture of half-cell]

상기 실시예 1 및 비교예 1 내지 3에서 수득한 최종 분말을 전극 활물질로서 이용하여, 리튬 이차전지용 전극과 코인형 반쪽 전지(coin half cell)를 제조하였다.Using the final powder obtained in Example 1 and Comparative Examples 1 to 3 as an electrode active material, an electrode for a lithium secondary battery and a coin half cell were produced.

상기 실시예 1 및 비교예 1 내지 3을 통해 제조된 전극 재료 중량부:super-P:KS6 중량부:폴리비닐리덴 플루오라이드(polyvinylidenefluoride, PVDF) 중량부의 비율을 89:6:5로 고정하고, N-메틸피롤리돈(N-methylj pyrrolidone, NMP)에 첨가하고 믹서에서 혼합하여 LTO 혼합물 슬러리를 제조하였다. 이 중, 상기 super-P:KS6의 비율은 2:8이며 도전제로서 사용되었고, 상기 PVDF는 결합제로서 사용되었다.The ratio of the weight of the electrode material weight portion: super-P: KS 6 weight portion: polyvinylidenefluoride (PVDF) produced through Example 1 and Comparative Examples 1 to 3 was fixed at 89: 6: 5, Was added to N-methyl pyrrolidone (NMP) and mixed in a mixer to prepare an LTO mixture slurry. Among them, the super-P: KS6 ratio was 2: 8 and was used as a conductive agent, and the PVDF was used as a binder.

상기 LTO 혼합물 슬러리를 알루미늄 호일의 일면에 도포하고 건조한 후, 프레싱(pressing) 공정을 이용하여 압연함으로써 음극 극판을 제조하였다. 상기 음극 극판을 지름 1.11 cm의 원형 시편으로 타발하여, 음극으로서 사용하였고, 리튬 금속 박판을 양극으로서 사용하였다. 더불어, 에틸렌카보네이트(EC):에틸메틸카보네이트(EMC):디메틸카보네이트(DMC)를 15:50:30의 부피 비율로 혼합한 용액에 1.2 M의 LiPF6를 용해하여 전해질로서 사용하였으며, 분리막으로서 W-scope C500 필름을 이용하여 리튬이차전지를 제조하였다. 충전은 2.8 V, 방전은 1.5 V에서 각각 컷 오프하고, 수명 특성 평가시 0.1 C로 충방전을 실시하였으며, 고율특성평가시, 각각 0.1 C, 0.5 C, 1.0 C, 2.0 C, 5.0 C, 및 10.0 C에서 충방전을 실시하였다.
The LTO mixture slurry was coated on one side of an aluminum foil, dried, and then rolled using a pressing process to produce a negative electrode plate. The negative electrode plate was punched out with a circular specimen having a diameter of 1.11 cm and used as a negative electrode, and a lithium metal thin plate was used as a positive electrode. In addition, 1.2 M of LiPF 6 was dissolved in a mixed solution of ethylene carbonate (EC): ethylmethyl carbonate (EMC): dimethyl carbonate (DMC) at a volume ratio of 15:50:30 and used as an electrolyte. -scope C500 film to prepare a lithium secondary battery. 0.5 C, 1.0 C, 2.0 C, 5.0 C, and 0.1 V, respectively, when charging and discharging were performed at a rate of 2.8 V and 1.5 V, respectively, Charge and discharge were performed at 10.0 C.

[라만 특성 평가][Raman characteristic evaluation]

도 3 및 도 4와 같이, 라만 스펙트럼을 이용하여 CNT와 같이 탄소로 이루어진 고체물질의 결정구조 분석을 할 경우, TEM 분석보다 간단하고, 단시간 내에 분석이 가능하다. 본 실시예에서는 라만 분석법을 이용하여 상기 CNT, CNT-LTO, VGCF, VGCF-LTO의 결정 상태를 분석하여 물질들 간의 결합상태를 확인하였다. As shown in FIG. 3 and FIG. 4, when the crystal structure of a carbon material such as CNT is analyzed using a Raman spectrum, the analysis can be performed in a shorter time than the TEM analysis. In this embodiment, the crystal states of the CNTs, CNT-LTOs, VGCFs, and VGCF-LTOs were analyzed using the Raman analysis method to confirm the bonding state between the materials.

도 3은 본원의 일 실시예에 있어서, CNT 및 VGCF의 라만분광을 비교한 그래프이다. CNT 및 VGCF의 탄소질(carbonaceous)의 파티클 또는 결함(defect)을 가진 D 밴드와 전형적인 흑연(graphite)구조를 나타내는 G 밴드의 비를 나타내는 ID/IG 값은, CNT의 경우 0.289, VGCF의 경우 0.097로 나타났다. 분석 결과 VGCF보다 CNT가 구조적으로 결함이 많이 존재한다는 것을 확인할 수 있었다.3 is a graph comparing Raman spectra of CNT and VGCF in one embodiment of the present invention. I D / I G values indicating the ratio of the D band having carbonaceous particles or defects of CNT and VGCF to the G band indicating a typical graphite structure are 0.289 for CNT, 0.097. As a result of the analysis, it was confirmed that CNTs are structurally more defective than VGCFs.

도 4는 상기 실시예 1에서 제조한 CNT-LTO 복합체와 상기 비교예 3에서 제조한 VGCF-LTO 복합체의 라만 분광을 비교한 그래프이다. 상기 실시예 1에서 제조된 CNT-LTO 복합체의 ID/IG 값이 0.289에서 0.054로 변화된 것을 확인할 수 있었다. 이는 CNT의 결함 부분에서 리튬-티탄-산화물(LTO)과의 화학적 결합이 이루어져 구조적으로 안정적인 형태로 변화하는 것에 기인한 것으로 사료되었다. 그러나, 비교예 3에서 제조된 VGCF-LTO 복합체의 ID/IG 값은 0.097에서 0.07로 소폭 감소되었음을 확인할 수 있었다. 이는, VGCF의 결함부분이 거의 존재하지 않기 때문에, 산화티탄산화물과의 화학적 결합이 거의 이루어지지 않았다는 것을 확인할 수 있었다.
4 is a graph comparing Raman spectra of the CNT-LTO composite prepared in Example 1 and the VGCF-LTO composite prepared in Comparative Example 3. FIG. It was confirmed that the I D / I G value of the CNT-LTO composite prepared in Example 1 was changed from 0.289 to 0.054. It is considered that this is due to the fact that the chemical bond with the lithium-titanium-oxide (LTO) in the defective portion of the CNT changes to a structurally stable form. However, the I D / I G value of the VGCF-LTO composite prepared in Comparative Example 3 was slightly decreased from 0.097 to 0.07. It was confirmed that almost no chemical bond with the titanium oxide oxide was observed because the defective portion of VGCF hardly existed.

[전극 특성 및 전지의 전기화학적 특성 측정][Measurement of Electrode Properties and Electrochemical Properties of Batteries]

상기 실시예 1 및 비교예 1 내지 3에서 수득한 최종 분말을 전극 활물질로서 이용하여 제조한 리튬 이차전지용 전극과 코인형 반쪽 전지(coin half cell)를 이용하여 전극 특성 및 전지의 전기화학적 특성을 비교하였다.The electrode characteristics and the electrochemical characteristics of the battery were compared using a lithium secondary battery electrode and a coin half cell manufactured using the final powder obtained in Example 1 and Comparative Examples 1 to 3 as an electrode active material Respectively.

도 5는 상기 실시예 1 및 비교예 1 내지 3을 이용하여 코인형 반쪽 전지를 제조한 후 사이클에 대한 전지의 회복율 평가 그래프이다. 5 is a graph showing a recovery rate of a battery with respect to a cycle after manufacturing a coin type half-cell using the above-described Example 1 and Comparative Examples 1 to 3. FIG.

상기 실시예 1의 CNT-LTO 복합체는 200 사이클 후, 92%의 우수한 용량 유지율을 나타내었으며, 비교예 1, 비교예 2, 및 비교예 3에서는 각각 84%, 88%, 및 90%의 용량 유지율을 나타냈다.The CNT-LTO composite of Example 1 exhibited an excellent capacity retention ratio of 92% after 200 cycles. In Comparative Example 1, Comparative Example 2 and Comparative Example 3, the capacity retention ratios of 84%, 88%, and 90% Respectively.

도 6은 상기 실시예 1 및 비교예 1 내지 3을 이용하여 코인형 반쪽 전지를 제조한 후 다양한 C-rate에서의 전지의 용량특성을 평가한 그래프로서, 그 결과를 하기 표 1에 나타냈다. 전기화학적 특성결과를 통해 CNT-LTO 복합체 제조시 CNT의 결함부분에 LTO가 성장함으로써 CNT의 구조적 안정성의 증가를 통해 전도도의 증가를 야기하며, 화학적 결합을 통해 LTO에서의 전자 이동이 용이한 경로를 제공하는 것으로 사료되었다.6 is a graph showing capacity characteristics of a battery at various C-ratios after manufacturing a coin type half-cell using the above-described Example 1 and Comparative Examples 1 to 3. The results are shown in Table 1 below. The electrochemical properties of the CNT-LTO composites show that LTO is grown on the CNT-deficient part of the CNT-LTO complex, increasing the conductivity of the CNT by increasing the structural stability and facilitating electron transfer in the LTO through chemical bonding It is considered that

Figure 112014128669012-pat00001
Figure 112014128669012-pat00001

전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.It will be understood by those of ordinary skill in the art that the foregoing description of the embodiments is for illustrative purposes and that those skilled in the art can easily modify the invention without departing from the spirit or essential characteristics thereof. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive. For example, each component described as a single entity may be distributed and implemented, and components described as being distributed may also be implemented in a combined form.

본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than the detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be construed as being included within the scope of the present invention.

100 : 리튬티탄산화물
200 : 탄소나노튜브(CNT)
100: Lithium titanium oxide
200: Carbon nanotube (CNT)

Claims (10)

용매에 탄소나노튜브(CNT)를 분산시키는 단계; 및,
상기 용매 상에 리튬-티탄 산화물 및 티탄 산화물을 첨가하여 혼합하고, 이를 소성하는 단계
를 포함하며,
상기 소성 단계 중, 리튬-티탄-산화물(LTO) 복합체가 상기 탄소나노튜브 상에 직접 성장하여, CNT-LTO 복합체가 형성되는 것이며,
상기 CNT-LTO 복합체를 냉각하는 것을 포함하는 것인, 리튬이차전지용 CNT-LTO 복합체의 제조방법.
Dispersing carbon nanotubes (CNTs) in a solvent; And
Adding lithium-titanium oxide and titanium oxide to the solvent, mixing them, and firing the mixture
/ RTI >
In the firing step, a lithium-titanium-oxide (LTO) composite is directly grown on the carbon nanotubes to form a CNT-LTO complex,
And cooling the CNT-LTO complex. ≪ RTI ID = 0.0 > 11. < / RTI >
제 1 항에 있어서,
상기 용매는 폴리옥시에틸렌글리콜, 글리콜, 글리세롤, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것인, 리튬이차전지용 CNT-LTO 복합체의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the solvent comprises one selected from the group consisting of polyoxyethylene glycol, glycol, glycerol, and combinations thereof.
제 1 항에 있어서,
상기 탄소나노튜브의 길이는 3 ㎛ 내지 20 ㎛인 것인, 리튬이차전지용 CNT-LTO 복합체의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the length of the carbon nanotubes is from 3 mu m to 20 mu m.
제 1 항에 있어서,
상기 탄소나노튜브의 직경은 20 nm 내지 80 nm인 것인, 리튬이차전지용 CNT-LTO 복합체의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the diameter of the carbon nanotubes is 20 nm to 80 nm.
제 1 항에 있어서,
상기 용매 상에 상기 리튬-티탄 산화물 및 상기 티탄 산화물의 첨가시, 촉매로서 지르코니아 볼을 첨가하는 것인, 리튬이차전지용 CNT-LTO 복합체의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein a zirconia ball is added as a catalyst when the lithium-titanium oxide and the titanium oxide are added to the solvent.
제 1 항에 있어서,
상기 용매 상에 리튬-티탄 산화물 및 티탄 산화물을 혼합하는 것은 볼 밀 방법에 의해 수행되는 것인, 리튬이차전지용 CNT-LTO 복합체의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the mixing of lithium-titanium oxide and titanium oxide on the solvent is performed by a ball mill method.
제 1 항에 있어서,
상기 소성은 400℃ 내지 650℃의 온도에서 수행되는 것인, 리튬이차전지용 CNT-LTO 복합체의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the calcination is performed at a temperature of 400 ° C to 650 ° C.
제 1 항에 있어서,
상기 리튬이차전지용 CNT-LTO 복합체는 1 wt% 내지 5 wt%의 탄소나노튜브를 포함하는 것인, 리튬이차전지용 CNT-LTO 복합체의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the CNT-LTO composite for a lithium secondary battery comprises 1 wt% to 5 wt% of carbon nanotubes.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 제조되며, 리튬-티탄-산화물 복합체 상에 탄소나노튜브가 직접 성장된 것인, 리튬이차전지용 CNT-LTO 복합체.
8. A CNT-LTO composite for a lithium secondary cell, produced by the method according to any one of claims 1 to 8, wherein carbon nanotubes are directly grown on the lithium-titanium-oxide composite.
양극, 음극, 분리막, 및 유기 전해질을 포함하고,
상기 양극은 리튬-금속 박막을 포함하고,
상기 음극은 음극 활물질로서 제 9 항에 따른 리튬-티탄-산화물 복합체 상에 탄소나노튜브가 직접 성장된 CNT-LTO 복합체를 포함하는,
리튬이차전지.
An anode, a cathode, a separator, and an organic electrolyte,
Wherein the anode comprises a lithium-metal thin film,
Wherein the negative electrode comprises a CNT-LTO composite in which carbon nanotubes are directly grown on the lithium-titanium-oxide composite according to claim 9 as an anode active material.
Lithium secondary battery.
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