KR101610772B1 - Anode active materials and manufacturing method thereof, and anode and lithium battery using the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 금속산화물 전구체가 용해된 제 1용액, 탄소섬유 전구체인 고분자가 용해된 제 2용액, 및 질소 도핑 및 다공성 구조 형성을 위한 이온성액체용액을 혼합하여 전기방사용액을 제조하는 단계, 상기 전기방사용액을 전기방사하여 금속산화물-질소-다공성탄소나노섬유 복합물질을 제조하는 단계, 및 상기 복합물질을 열처리하는 단계;를 포함하는 음극활물질의 제조방법, 및 이를 채용하는 음극 및 리튬전지에 관한 것이다.The present invention relates to a process for producing an electrospinning liquid by mixing a first solution in which a metal oxide precursor is dissolved, a second solution in which a polymer as a carbon fiber precursor is dissolved, and an ionic liquid solution for nitrogen doping and porous structure formation, A step of electrospinning the electrospinning liquid to produce a metal oxide-nitrogen-porous carbon nanofiber composite material, and a step of heat-treating the composite material; and a method of manufacturing a negative electrode and a lithium battery .

Description

음극활물질의 제조방법, 및 이를 채용하는 음극 및 리튬전지{ANODE ACTIVE MATERIALS AND MANUFACTURING METHOD THEREOF, AND ANODE AND LITHIUM BATTERY USING THE SAME}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a method for producing a negative electrode active material, and a negative electrode and a lithium battery employing the same. BACKGROUND ART < RTI ID = 0.0 >

본 발명은 탄소나노섬유 음극활물질을 제조하는 방법과 이를 채용하는 음극 및 리튬전지에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 나노크기의 금속산화물을 함유하는 질소 도핑 된 다공성 탄소나노섬유로 이루어진 음극활물질의 제조방법, 및 이를 채용하는 음극 및 리튬전지에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for producing a carbon nanofiber negative electrode active material, and a negative electrode and a lithium battery employing the same. More particularly, the present invention relates to a method for manufacturing a negative electrode active material comprising nitrogen-doped porous carbon nanofibers And a negative electrode and a lithium battery employing the same.

최근, 리튬전지의 활용은 휴대폰, 노트북과 같은 소형 전자기기의 주요 전력원을 넘어서 전기 자동차 및 전력저장 장치로 그 영역이 확대되고 있다. 이와 같이 전기화학 에너지 저장체로써 리튬전지는 그 사용 범위가 다양해지고 있으며, 잦은 충방전에도 용량감소가 적은 리튬전지가 요구되고 있다. In recent years, the use of lithium batteries has been expanding into electric vehicles and electric power storage devices beyond the main power sources of small electronic devices such as mobile phones and notebook computers. As the electrochemical energy storage material, the lithium battery has been used in a wide range of uses, and a lithium battery having a small capacity reduction with frequent charge and discharge is required.

현재, 리튬전지에 사용되는 음극활물질로서는 양호한 수명 특성을 갖는 탄소계 물질인 흑연이 상용화되고 있으나, 이론용량이 372 mAh/g로 매우 낮고, 충방전 시 활물질 표면에 형성되는 고체전해질막은 리튬전지의 안전성 문제를 일으키고 있다. 이러한 낮은 용량 및 안전성에 문제가 있는 흑연을 대체하기 위해 많은 연구들이 수행되었으며, 대표적으로 TiO2, Li4Ti5O12, KNb5O13, Fe2O3, Co3O4, MnO2, MoO2, MoO3, NiO, CuO 등의 삽입(additional) 또는 보존(conversion) 반응이 일어나는 금속산화물을 음극활물질로 사용하는 연구가 진행되고 있다. At present, graphite, which is a carbon-based material having good life characteristics, has been commercialized as a negative electrode active material used in a lithium battery. However, the theoretical capacity of the graphite material is very low at 372 mAh / g, Causing safety problems. In order to overcome the problems of low capacity and safety, many studies have been carried out to replace graphite. Typical examples are TiO 2 , Li 4 Ti 5 O 12 , KNb 5 O 13 , Fe 2 O 3 , Co 3 O 4 , MnO 2 , Studies have been made on the use of metal oxides in which an additional or conversion reaction such as MoO 2 , MoO 3 , NiO, CuO or the like occurs, as an anode active material.

그러나 TiO2, Li4Ti5O12, KNb5O13 등 삽입 반응이 일어나는 금속산화물은 이론용량의 제한이 있으며, 보존반응이 일어나는 Fe2O3, Co3O4, MnO2 등은 리튬의 전달 속도가 제한되어 있고 리튬과의 반응시 부피팽창을 수반하여 전극 내에서 전기적으로 고립되는 활물질을 발생시켜 결과적으로 율특성이 낮은 특징을 보이고 있다. However, metal oxides such as TiO 2 , Li 4 Ti 5 O 12 , and KNb 5 O 13 have limited theoretical capacity, and Fe 2 O 3 , Co 3 O 4 , MnO 2 , It has a limited transfer rate and volumetric expansion upon reaction with lithium generates electrically isolated active materials in the electrode, resulting in a low rate characteristic.

이러한 문제점을 해결하기 위한 방법으로, 나노 구조화된 물질의 연구가 광범위하게 진행되고 있다. 이러한 나노 구조화된 물질은 1, 2, 또는 3 차원 구조화된 나노 물질을 말하며, Nano Lett., 9, (2009) 1045, Angew. Chem., Int. Ed., 48 (2009) 1660 , J. Phys. Chem. C, 112 (2008) 4836, Chem. Commun. (2006) 2783 에서는 나노막대(nanorod), 나노선(nanowire), 나노꽃(nanoflower), 또는 나노구(nanosphere) 등이 제안되어 있다. 이러한 나노 구조화된 물질은 활물질의 깨짐, 응집 현상을 완화시켜 충방전 시 전극 내에서 발생되는 응력 및 부피변화를 완화시킴으로써 고용량, 고안정성의 전지 특성을 보였다. 그러나 표면적이 높은 전극 활물질의 사용으로 인해 전해액과의 부반응 현상이 증가하였고, 부피당 에너지 밀도가 감소되는 문제점을 가지고 있다. As a method for solving such problems, researches on nanostructured materials have been extensively conducted. These nanostructured materials refer to 1, 2, or 3-dimensional structured nanomaterials and are described in Nano Lett., 9, (2009) 1045, Angew. Chem., Int. Ed., 48 (2009) 1660, J. Phys. Chem. C, 112 (2008) 4836, Chem. Commun. (2006) 2783 proposes a nanorod, a nanowire, a nanoflower, or a nanosphere. These nanostructured materials mitigate cracking and agglomeration of the active material, thereby alleviating stress and volume changes in the electrodes during charging and discharging, thereby exhibiting high capacity and high stability of battery characteristics. However, due to the use of an electrode active material having a high surface area, a side reaction with an electrolyte increases and energy density per volume decreases.

따라서, 이러한 문제를 해결하기 위한 고용량, 고안정성의 특성을 갖는 리튬전지를 구현할 수 있는 음극활물질의 도입이 요구된다.
Therefore, it is required to introduce a negative electrode active material capable of realizing a lithium battery having characteristics of a high capacity and high stability to solve such a problem.

본 발명은 리튬이차전지에 있어서, 전도도를 향상시킬 뿐만 아니라 용량 및 안정성을 향상시키기 위한 음극활물질의 제조방법에 관한 것으로, 상세하게는 금속산화물 전구체/탄소섬유 전구체 용액/이온성액체 용액을 전기방사한 후 열처리함으로써 생성된 다공성 탄소나노섬유로 이루어진 음극활물질의 제조방법, 및 이를 채용하는 음극 및 리튬전지를 제공하기 위한 것이다.The present invention relates to a method for preparing an anode active material for improving the capacity and stability as well as improving the conductivity of a lithium secondary battery. More specifically, the present invention relates to a method for preparing a metal oxide precursor / carbon fiber precursor solution / And then subjecting the porous carbon nanofibers to heat treatment, thereby providing a negative electrode and a lithium battery employing the same.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않는다.
The technical objects to be achieved by the present invention are not limited to the above-mentioned technical problems.

상기 과제를 실현하기 위한 본 발명의 음극활물질의 제조방법은, 금속산화물 전구체가 용해된 제 1용액, 탄소섬유 전구체인 고분자가 용해된 제 2용액, 및 질소 도핑과 다공성 구조 형성을 위한 이온성액체용액을 혼합하여 전기방사용액을 제조하는 단계, 상기 전기방사용액을 전기방사하여 금속산화물-질소-다공성탄소나노섬유 복합물질을 제조하는 단계, 및 상기 복합물질을 열처리하는 단계를 포함할 수 있다.In order to achieve the above object, the present invention provides a method for producing an anode active material, comprising the steps of: preparing a first solution in which a metal oxide precursor is dissolved, a second solution in which a polymer as a carbon fiber precursor is dissolved and an ionic liquid Mixing the solution to prepare an electrospinning liquid, electrospinning the electrospinning liquid to produce a metal oxide-nitrogen-porous carbon nanofiber composite material, and heat-treating the composite material.

구체적으로, 상기 제 1용액과 제 2용액의 용매로는 증류수, 디메틸포름아미드, 페놀, 톨루엔, 에탄올, 메탄올, 및 프로판올로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나일 수 있다.Specifically, the solvent of the first solution and the second solution may be any one selected from the group consisting of distilled water, dimethylformamide, phenol, toluene, ethanol, methanol, and propanol.

상기 금속산화물 전구체로는 티타늄부톡사이드(TBO) 또는 금속염화염일 수 있다.The metal oxide precursor may be titanium butoxide (TBO) or a metal salt flame.

상기 금속염화염은, 티타늄 이소프록사이드(Ti(OCH(CH3)2)4), 염화티타늄(TiCl4, 또는 TiCl3), 주석 수화물(SnCl2·H2O) 및 염화철(FeCl3), 염화니켈(NiCl2), 염화구리(CuCl2), 염화마그네슘(MgCl2), 염화팔라듐(PdCl2), 염화코발트(CoCl2), 염화탄탈(TaCl2), 염화망간(MnCl2), 질산철(Fe(NO3)2, Fe(NO3)3), 질산니켈(Ni(NO3)2), 질산구리(Cu(NO3)2), 질산마그네슘(Mg(NO3)2), 질산코발트(Co(NO3)2), 질산망간(Mn(NO3)2), 망간 아세테이트(Mn(CO2CH3)2), 철아세테이트(Fe(CO2CH3)2), 니켈 아세테이트(Ni(CO2CH3)2), 코발트 아세테이트(Co(CO2CH3)2), 아연 아세테이트(Zn(CO2CH3)2), 및 구리 아세테이트(Cu(CO2CH3)2)로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나일 수 있다.The metal salt flame, titanium iso-proxy-side (Ti (OCH (CH 3) 2) 4), titanium chloride (TiCl 4, or TiCl 3), tin hydrate (SnCl 2 · H 2 O) and ferric chloride (FeCl 3), nickel chloride (NiCl 2), copper chloride (CuCl 2), magnesium chloride (MgCl 2), palladium chloride (PdCl 2), cobalt chloride (CoCl 2), chloride, tantalum (TaCl 2), manganese chloride (MnCl 2), nitric acid iron (Fe (NO 3) 2, Fe (NO 3) 3), nickel nitrate (Ni (NO 3) 2) , copper nitrate (Cu (NO 3) 2) , magnesium nitrate (Mg (NO 3) 2) , cobalt nitrate (Co (NO 3) 2) , manganese nitrate (Mn (NO 3) 2) , manganese acetate (Mn (CO 2 CH 3) 2), iron acetate (Fe (CO 2 CH 3) 2), nickel acetate (Ni (CO 2 CH 3) 2), cobalt acetate (Co (CO 2 CH 3) 2), zinc acetate (Zn (CO 2 CH 3) 2), and copper acetate (Cu (CO 2 CH 3) 2) And the like.

상기 고분자는 폴리비닐피롤리돈(polyvinylpyrrolidone; PVP), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate; PMMA), 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol; PVA), 폴리비닐아세테이트(polyvinylacetate; PVAC), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile; PAN), 폴리퍼퓨릴알콜(polyfurfuryl alcohol), 셀룰로오스(cellulose), 글루코오스(glucose), 폴리비닐클로라이드(polyvinylchloride; PVC), 폴리아크릴산(polyacrylic acid), 폴리락트산(polylactic acid), 폴리에틸렌옥사이드(polyethylene oxide; PEO), 폴리피롤(polypyrrole), 폴리이미드(polyimide), 폴리아미드이미드(polyamideimide), 폴리아라미드(polyaramid), 폴리아닐린(Polyaniline; PANI), 페놀수지, 및 피치류로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나일 수 있다.The polymer may be selected from the group consisting of polyvinylpyrrolidone (PVP), polymethylmethacrylate (PMMA), polyvinyl alcohol (PVA), polyvinylacetate (PVAC), polyacrylonitrile PAN, polyfurfuryl alcohol, cellulose, glucose, polyvinylchloride (PVC), polyacrylic acid, polylactic acid, polyethylene oxide (polyethylene) (PEI), polypyrrole, polyimide, polyamideimide, polyaramid, polyaniline (PANI), phenol resin, and pitch. .

상기 이온성액체용액은 에틸메틸이미다졸리움 클로라이드(EMIM Cl), 에틸메틸이미다졸리움 디시아나미드(EMIM DCA), 에틸메틸이미다졸리움 트리플루오르메탄설포네이트 (EMIM Otf), 에틸메틸이미다졸리움 트리플루오르메틸설포닐이마이드 (EMIM TFSI), 에틸메틸이미다졸리움 아세테이트(EMIM Ac), 에틸메틸이미다졸리움 수화물(EMIM OH), 에틸메틸이미다졸리움 디에틸포스페이트(EMIM DEP), 에틸메틸이미다졸리움 메틸 카보네이트(EMIM MeOCO2), 에틸메틸이미다졸리움 락테이트(EMIM Lactate), 부틸메틸이미다졸리움 클로라이드(BMIM Cl), 부틸메틸이미다졸리움 메틸카보네이트 용액(BMIM MeOCO2), 부틸메틸이미다졸리움 트리플루오르메탄설포네이트 (BMIM Otf), 부틸메틸이미다졸리움 트리플루오르메틸설포닐이마이드 (EMIM TFSI), 부틸메틸이미다졸리움 트리플루오르아세테이트(BMIM CF3CO2), 및 디메틸이미다졸리움 메탄설포네이트(MMIM CH3SO3)로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나일 수 있다.Wherein the ionic liquid solution is selected from the group consisting of ethylmethylimidazolium chloride (EMIM Cl), ethylmethylimidazolium dicyanamide (EMIM DCA), ethylmethylimidazolium trifluoromethanesulfonate (EMIM Otf), ethylmethylimidazolium (EMIM TFSI), ethylmethylimidazolium acetate (EMIM Ac), ethylmethylimidazolium hydrate (EMIM OH), ethylmethylimidazolium diethylphosphate (EMIM DEP), ethylmethylimidazolium iodide imidazolium methyl carbonate (EMIM MeOCO 2), ethyl methyl imidazolium lactate (EMIM lactate), butyl-methyl-imidazolium chloride (BMIM Cl), butyl methyl imidazolium methyl carbonate solution (BMIM MeOCO 2), butyl methyl (BMIM Otf), butylmethylimidazolium trifluoromethylsulfonylimide (EMIM TFSI), butylmethylimidazolium trifluoroacetate (BM (methylimidazolium trifluoromethanesulfonate) IM CF 3 CO 2 ), and dimethylimidazolium methanesulfonate (MMIM CH 3 SO 3 ).

상기 복합물질을 제조하는 단계는, 상기 전기방사용액을 70℃ 이하로 유지하고, 상기 전기방사용액을 0.1 내지 1mL/h의 유량으로 공급함과 동시에, 10 내지 25kV 전압을 인가하여 전기방사를 수행할 수 있다.In the step of preparing the composite material, the electric spinning solution is maintained at 70 ° C or lower, the electric spinning solution is supplied at a flow rate of 0.1 to 1 mL / h, and electrospinning is performed by applying a voltage of 10 to 25 kV .

상기 열처리하는 단계는, 상기 복합물질을 280℃까지 1차 승온시키는 단계, 상기 1차 승온시킨 이후에 상기 복합물질을 3 내지 5시간 동안 공기분위기 하에서 열처리하는 단계, 상기 공기분위기 하에서 열처리하는 단계 이후에 상기 복합물질을 500℃까지 2차 승온시키는 단계, 및 상기 2차 승온시킨 이후에 상기 복합물질을 1 내지 5 시간 동안 아르곤(Ar)분위기 하에서 열처리하는 단계를 포함하고, 상기 공기분위기 하에서 열처리하는 단계와 상기 2차 승온시키는 단계는 바로 연이어 이루어질 수 있다.The step of heat-treating may include a step of heating the composite material up to 280 ° C, a step of heat-treating the composite material for 3 to 5 hours under an air atmosphere after the primary temperature-rise, a step of heat- A second step of heating the composite material to 500 ° C, and a second step of heat-treating the composite material for 1 to 5 hours in an argon (Ar) atmosphere, And the step of raising the secondary temperature may be carried out consecutively.

또한, 상기의 방법으로 제조된 음극활물질을 채용하는 음극을 제조할 수 있다. 구체적으로, 상기 과제를 실현하기 위한 본 발명의 음극은, 집전체 상에 음극활물질, 도전재, 결합재, 및 용매가 혼합된 슬러리가 코팅형성되어 이루어지는 음극에 있어서, 상기 음극활물질은 금속산화물을 함유하는 질소가 도핑 된 다공성 탄소나노섬유로 이루어질 수 있다.In addition, a negative electrode employing the negative electrode active material produced by the above method can be produced. Specifically, the negative electrode of the present invention for realizing the above object is a negative electrode in which a slurry in which a negative electrode active material, a conductive material, a binder, and a solvent are mixed is coated on the current collector, and the negative electrode active material contains a metal oxide Doped porous carbon nanofibers.

상기 다공성 탄소나노섬유는 평균입경이 0.1 이상 1μm 이하로 이루어질 수 있다.The porous carbon nanofibers may have an average particle diameter of 0.1 to 1 μm.

상기 금속산화물은 티타늄산화물일 수 있다.The metal oxide may be titanium oxide.

또한, 상기의 방법으로 제조된 음극활물질을 채용하는 리튬전지를 제조할 수 있다. 구체적으로, 상기 과제를 실현하기 위한 본 발명의 리튬전지는, 양극, 음극, 및 세퍼레이터를 포함하여 구성되는 리튬전지에 있어서, 상기 음극은 금속산화물을 함유하는 질소가 도핑 된 다공성 탄소나노섬유로 이루어질 수 있다.In addition, a lithium battery employing the negative electrode active material produced by the above method can be produced. Specifically, the lithium battery of the present invention for realizing the above object is a lithium battery comprising a positive electrode, a negative electrode and a separator, wherein the negative electrode is made of a nitrogen-doped porous carbon nanofiber containing a metal oxide .

상기 다공성 탄소나노섬유는 평균입경이 0.1 이상 1μm 이하로 이루어질 수 있다.The porous carbon nanofibers may have an average particle diameter of 0.1 to 1 μm.

상기 금속산화물은 티타늄산화물일 수 있다.
The metal oxide may be titanium oxide.

이상에서 설명한 음극활물질의 제조방법에 의하면, 질소 도핑 된 다공성 탄소나노섬유 내부에 수 나노의 티타늄 산화물을 쉽게 제조할 수 있으며, 질소 함량, 티타늄 산화물의 함량, 구멍(pore)의 크기, 탄소섬유의 직경 및 티타늄 산화물의 크기를 적절하게 제어할 수 있다. According to the method of manufacturing the anode active material as described above, it is possible to easily produce titanium oxide of several nanometers in the inside of the nitrogen-doped porous carbon nanofiber, and the nitrogen content, the content of the titanium oxide, the size of the pore, The diameter and the size of the titanium oxide can be appropriately controlled.

또한, 본 발명의 음극활물질은 향상된 용량과 사이클 특성을 나타내므로, 이를 채용한 음극 및 리튬전지는 우수한 전기적 특성을 제공할 수 있다.Further, since the negative electrode active material of the present invention exhibits improved capacity and cycle characteristics, the negative electrode and the lithium battery employing the negative electrode active material can provide excellent electrical characteristics.

또한, 본 발명의 음극활물질의 매우 빠른 전자 이동속도를 응용하여, 태양전지, 연료전지, 리튬공기전지 등의 전극물질 및 촉매 등을 제조할 수 있다.
In addition, electrode materials and catalysts for solar cells, fuel cells, lithium air cells, etc. can be manufactured by applying a very fast electron transfer rate of the negative electrode active material of the present invention.

도 1은 본 발명의 음극활물질의 제조방법을 순서에 따라 도시한 순서도이다.
도 2는 본 발명의 음극활물질을 제조하기 위한 전기방사장치를 나타낸 개념도이다.
도 3은 본 발명의 음극활물질의 제조방법 중 열처리하는 단계를 구체적으로 도시한 순서도이다.
도 4a 내지 도 4c는 실시예들에서 제조된 음극활물질의 주사전자현미경(SEM) 사진이다.
도 4d는 비교예1에서 제조된 음극활물질의 주사전자현미경(SEM) 사진이다.
도 5a는 실시예2에서 제조된 음극활물질의 투과전자현미경(TEM) 사진이다.
도 5b는 실시예2 음극활물질의 투과전자현미경의 SADP(selected area diffraction pattern) 사진이다.
도 5c는 실시예2에서 제조된 음극활물질의 EDS(energy dispersive x-ray spectroscopy) 원소 분석 결과이다.
도 6은 비교예1에서 제조된 음극활물질의 투과전자현미경(TEM) 사진이다.
도 7은 실시예2와 비교예1에서 제조된 각각의 음극활물질의 엑스선회절(XRD) 그래프이다.
도 8은 실시예2에서 제조된 음극활물질의 X선 광전자분광(XPS) 그래프이다.
도 9a는 실시예1, 실시예2, 실시예3, 및 비교예1에서 제조된 각각의 음극활물질의 BET 표면적 분석 그래프이다.
도 9b는 실시예2에서 제조된 음극활물질의 BJH 구멍(pore) 사이즈 분석 그래프이다.
도 10은 실시예4, 실시예5, 실시예6, 및 비교예2에서 제조된 각각의 리튬전지의 충방전 실험 결과이다.
도 11은 실시예5와 비교예2에서 제조된 각각의 리튬전지의 율특성 결과이다.
도 12는 실시예5와 비교예2에서 제조된 각각의 리튬전지의 임피던스 결과이다.
1 is a flowchart showing a method of manufacturing the negative electrode active material of the present invention in order.
2 is a conceptual diagram showing an electrospinning apparatus for producing the negative electrode active material of the present invention.
FIG. 3 is a flowchart specifically showing a step of heat-treating the negative active material of the present invention.
4A to 4C are scanning electron microscope (SEM) photographs of the negative electrode active material prepared in Examples.
FIG. 4D is a scanning electron microscope (SEM) photograph of the negative electrode active material prepared in Comparative Example 1. FIG.
FIG. 5A is a transmission electron microscope (TEM) photograph of the negative electrode active material prepared in Example 2. FIG.
5B is a SADP (selected area diffraction pattern) photograph of a transmission electron microscope of the negative active material of Example 2.
FIG. 5C is a result of EDS (energy dispersive x-ray spectroscopy) analysis of the negative electrode active material prepared in Example 2. FIG.
6 is a transmission electron microscope (TEM) photograph of the negative electrode active material prepared in Comparative Example 1. Fig.
FIG. 7 is an X-ray diffraction (XRD) graph of each of the negative electrode active materials prepared in Example 2 and Comparative Example 1. FIG.
8 is an X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) graph of the negative electrode active material prepared in Example 2. Fig.
FIG. 9A is a BET surface area analysis graph of each of the negative electrode active materials prepared in Examples 1, 2, 3, and Comparative Example 1. FIG.
FIG. 9B is a BJH pore size analysis graph of the negative electrode active material prepared in Example 2. FIG.
10 is a graph showing the results of charging and discharging tests of the respective lithium batteries prepared in Examples 4, 5, 6 and Comparative Example 2. FIG.
FIG. 11 shows the results of the rate characteristics of the respective lithium batteries manufactured in Example 5 and Comparative Example 2. FIG.
12 shows the impedance results of the respective lithium batteries manufactured in Example 5 and Comparative Example 2. Fig.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세하게 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 어느 곳에서든지 동일한 부호로 표시한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same components are denoted by the same reference symbols whenever possible. In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail since they would obscure the invention in unnecessary detail.

본 발명은 금속산화물(특히 티타늄산화물)을 함유하는 질소 도핑 된 다공성 탄소나노섬유를 음극활물질로서 제공하며, 상기 음극활물질은 초기 효율이 우수하면서도 용량 유지 특성이 뛰어나므로 이를 채용한 리튬전지용 음극과 해당 전극을 채용한 리튬전지에 유용하게 사용할 수 있다.The present invention provides nitrogen-doped porous carbon nanofibers containing a metal oxide (particularly titanium oxide) as a negative electrode active material. Since the negative electrode active material has excellent initial efficiency and excellent capacity retention characteristics, And can be usefully used for a lithium battery employing an electrode.

본 발명의 실시예에 따른 음극활물질은, 티타늄 산화물(TiO2), 탄소(C), 질소(N)로 구성되어있으며, 이들은 티타늄 산화물이 질소가 도핑 된 다공성 탄소에 고르게 분포된 형태로 존재하여 우수한 초기 효율 및 용량 유지 특성을 지니게 된다. The anode active material according to an embodiment of the present invention is composed of titanium oxide (TiO 2 ), carbon (C), and nitrogen (N), and titanium oxide is present in a uniformly distributed form in the nitrogen-doped porous carbon Excellent initial efficiency and capacity retention characteristics.

여기서, 티타늄 산화물은 결정구조의 변형 없이 안정적으로 리튬이온의 탈/삽입이 가능하지만, 전기적 전도성이 낮은 단점이 있어, 고율특성의 문제점이 있다. 그러나, 질소가 탄소나노섬유에 도핑 되어 있고 탄소나노섬유가 다공성 구조를 가지고있어, 이와 같은 문제점이 해소됨에 따라 싸이클 특성 및 고율특성이 향상된다. Here, titanium oxide is capable of stably intercalating / deintercalating lithium ions without deforming the crystal structure, but has a disadvantage of low electrical conductivity and high-rate characteristics. However, since nitrogen is doped in the carbon nanofibers and the carbon nanofibers have a porous structure, such problems are solved, and the cycle characteristics and the high-rate characteristics are improved.

구체적으로, 본 발명의 음극활물질은, 구성원소인 질소 또는 다공성 탄소 중 적어도 하나 이상이 티타늄 산화물과 결합하고 있는 것이 바람직하다. 즉, 질소 도핑 된 다공성 탄소나노섬유가 티타늄 산화물과 결합함으로써, 티타늄 산화물의 낮은 전기 전도도로부터 기인 된 사이클 특성의 저하를 방지할 수 있을 뿐만 아니라 오히려 전기 전도도를 향상시키게 된다.Specifically, in the negative electrode active material of the present invention, it is preferable that at least one of nitrogen, which is a constituent element, or porous carbon is bonded to titanium oxide. That is, by bonding the nitrogen-doped porous carbon nanofibers with the titanium oxide, it is possible not only to prevent deterioration of the cycle characteristics caused by the low electrical conductivity of the titanium oxide, but also to improve the electric conductivity.

또한, 다공성 구조의 탄소섬유는 빠른 리튬의 확산을 가져오며, 이에 의해 고율특성을 향상시키게 된다.In addition, the carbon fiber of the porous structure leads to rapid diffusion of lithium, thereby improving the high-rate characteristics.

이와 같은 탄소는 비정질의 형태로 존재할 수 있으며, 특히 티타늄 산화물 성분들 사이의 입계(grain boundary)에 비정질 형태로 존재하게 된다.These carbons can exist in the amorphous form, especially in the amorphous form at the grain boundary between the titanium oxide components.

이러한 본 발명의 음극활물질은 전기방사법에 의하여 제조할 수 있다.The negative electrode active material of the present invention can be produced by electrospinning.

구체적으로, 도 1의 순서도에 도시된 바와 같이, 음극활물질의 제조방법은 전기방사용액을 제조하는 단계(S10), 금속산화물-질소-다공성탄소나노섬유 복합물질을 제조하는 단계(S20), 및 상기 복합물질을 열처리하는 단계(S30)를 포함하여 이루어진다.Specifically, as shown in the flowchart of FIG. 1, a method of manufacturing an anode active material includes the steps of (S10) manufacturing an electrospinning liquid, (S20) producing a metal oxide-nitrogen-porous carbon nanofiber composite material, and And heat treating the composite material (S30).

우선, 금속산화물 전구체가 용해된 제 1용액, 탄소섬유 전구체인 고분자가 용해된 제 2용액, 및 질소 도핑 및 다공성 구조 형성을 위한 이온성액체용액을 혼합하여 전기방사용액을 제조한다.(S10) First, an electrolytic solution is prepared by mixing a first solution in which a metal oxide precursor is dissolved, a second solution in which a polymer as a carbon fiber precursor is dissolved, and an ionic liquid solution for nitrogen doping and forming a porous structure.

제 1용액과 제 2용액의 용매로는 증류수, 디메틸포름아미드, 페놀, 톨루엔, 에탄올, 메탄올, 및 프로판올로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나가 이용된다. 또한, 금속산화물 전구체로는 티타늄부톡사이드(TBO) 또는 금속염화염이 이용된다. 여기서, 금속염화염은 티타늄 이소프록사이드(Ti(OCH(CH3)2)4), 염화티타늄(TiCl4, 또는 TiCl3), 주석 수화물(SnCl2·H2O) 및 염화철(FeCl3), 염화니켈(NiCl2), 염화구리(CuCl2), 염화마그네슘(MgCl2), 염화팔라듐(PdCl2), 염화코발트(CoCl2), 염화탄탈(TaCl2), 염화망간(MnCl2), 질산철(Fe(NO3)2, Fe(NO3)3), 질산니켈(Ni(NO3)2), 질산구리(Cu(NO3)2), 질산마그네슘(Mg(NO3)2), 질산코발트(Co(NO3)2), 질산망간(Mn(NO3)2), 망간 아세테이트(Mn(CO2CH3)2), 철아세테이트(Fe(CO2CH3)2), 니켈 아세테이트(Ni(CO2CH3)2), 코발트 아세테이트(Co(CO2CH3)2), 아연 아세테이트(Zn(CO2CH3)2), 및 구리 아세테이트(Cu(CO2CH3)2)로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나일 수 있다.As the solvent of the first solution and the second solution, any one selected from the group consisting of distilled water, dimethylformamide, phenol, toluene, ethanol, methanol, and propanol may be used. As the metal oxide precursor, titanium butoxide (TBO) or a metal salt flame is used. Here, the metal salt flame is titanium iso-proxy-side (Ti (OCH (CH 3) 2) 4), titanium chloride (TiCl 4, or TiCl 3), tin hydrate (SnCl 2 · H 2 O) and ferric chloride (FeCl 3), nickel chloride (NiCl 2), copper chloride (CuCl 2), magnesium chloride (MgCl 2), palladium chloride (PdCl 2), cobalt chloride (CoCl 2), chloride, tantalum (TaCl 2), manganese chloride (MnCl 2), nitric acid iron (Fe (NO 3) 2, Fe (NO 3) 3), nickel nitrate (Ni (NO 3) 2) , copper nitrate (Cu (NO 3) 2) , magnesium nitrate (Mg (NO 3) 2) , cobalt nitrate (Co (NO 3) 2) , manganese nitrate (Mn (NO 3) 2) , manganese acetate (Mn (CO 2 CH 3) 2), iron acetate (Fe (CO 2 CH 3) 2), nickel acetate (Ni (CO 2 CH 3) 2), cobalt acetate (Co (CO 2 CH 3) 2), zinc acetate (Zn (CO 2 CH 3) 2), and copper acetate (Cu (CO 2 CH 3) 2) And the like.

그리고, 탄소섬유 전구체의 역할을 하는 고분자는 폴리비닐피롤리돈(polyvinylpyrrolidone; PVP), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate; PMMA), 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol; PVA), 폴리비닐아세테이트(polyvinylacetate; PVAC), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile; PAN), 폴리퍼퓨릴알콜(polyfurfuryl alcohol), 셀룰로오스(cellulose), 글루코오스(glucose), 폴리비닐클로라이드(polyvinylchloride; PVC), 폴리아크릴산(polyacrylic acid), 폴리락트산(polylactic acid), 폴리에틸렌옥사이드(polyethylene oxide; PEO), 폴리피롤(polypyrrole), 폴리이미드(polyimide), 폴리아미드이미드(polyamideimide), 폴리아라미드(polyaramid), 폴리아닐린(Polyaniline; PANI), 페놀수지, 및 피치류로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나가 이용된다.Polymers acting as carbon fiber precursors include polyvinylpyrrolidone (PVP), polymethylmethacrylate (PMMA), polyvinyl alcohol (PVA), polyvinylacetate (PVA) ), Polyacrylonitrile (PAN), polyfurfuryl alcohol, cellulose, glucose, polyvinylchloride (PVC), polyacrylic acid, polylactic acid polylactic acid, polyethylene oxide (PEO), polypyrrole, polyimide, polyamideimide, polyaramid, polyaniline (PANI), phenolic resin, Is used.

전기방사용액의 제조를 위하여 혼합되는 이온성액체용액은 에틸메틸이미다졸리움 클로라이드(EMIM Cl), 에틸메틸이미다졸리움 디시아나미드(EMIM DCA), 에틸메틸이미다졸리움 트리플루오르메탄설포네이트 (EMIM Otf), 에틸메틸이미다졸리움 트리플루오르메틸설포닐이마이드 (EMIM TFSI), 에틸메틸이미다졸리움 아세테이트(EMIM Ac), 에틸메틸이미다졸리움 수화물(EMIM OH), 에틸메틸이미다졸리움 디에틸포스페이트(EMIM DEP), 에틸메틸이미다졸리움 메틸 카보네이트(EMIM MeOCO2), 에틸메틸이미다졸리움 락테이트(EMIM Lactate), 부틸메틸이미다졸리움 클로라이드(BMIM Cl), 부틸메틸이미다졸리움 메틸카보네이트 용액(BMIM MeOCO2), 부틸메틸이미다졸리움 트리플루오르메탄설포네이트 (BMIM Otf), 부틸메틸이미다졸리움 트리플루오르메틸설포닐이마이드 (EMIM TFSI), 부틸메틸이미다졸리움 트리플루오르아세테이트(BMIM CF3CO2), 및 디메틸이미다졸리움 메탄설포네이트(MMIM CH3SO3)로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나를 이용한다.The ionic liquid solution to be mixed for the preparation of the electrical spinning solution is ethylmimidazolium chloride (EMIM Cl), ethylmethylimidazolium dicyanamide (EMIM DCA), ethylmethylimidazolium trifluoromethanesulfonate (EMIM (EMIM TFSI), ethylmethylimidazolium acetate (EMIM Ac), ethylmethylimidazolium hydrate (EMIM OH), ethylmethylimidazolium diethylphosphate (EMIM DEP), ethyl methyl imidazolium methyl carbonate (EMIM MeOCO 2 ), ethyl methyl imidazolium lactate (EMIM Lactate), butyl methyl imidazolium chloride (BMIM Cl), butyl methyl imidazolium methyl carbonate solution BMIM MeOCO 2), butyl methyl imidazolium trifluoro methane sulfonate (BMIM Otf), butyl methyl imidazolium trifluoro methylsulfonyl a polyimide (EMIM TFSI), butyl methyl already Imidazolium trifluoro acetate (BMIM CF 3 CO 2), and the dimethyl use any one selected from the group consisting of imidazolium methane sulfonate (MMIM CH 3 SO 3).

다음으로, 도 2과 같이 구성된 전기방사장치를 이용하여 제조된 전기방사용액을 전기방사함으로써 금속산화물-질소-다공성탄소나노섬유 복합물질을 수득한다.(S20) 여기서, 금속산화물-질소-다공성탄소나노섬유 복합물질은 구체적으로 금속산화물을 함유하는 질소 도핑 된 다공성 탄소나노섬유의 형태일 수 있다. Next, a metal oxide-nitrogen-porous carbon nanofiber composite material is obtained by electrospinning an electrospinning liquid prepared by using the electrospinning device configured as shown in FIG. 2. (S20) Here, the metal oxide-nitrogen- The nanofiber composite material may specifically be in the form of nitrogen-doped porous carbon nanofibers containing a metal oxide.

한편, 이때 사용되는 전기방사장치는, 공지된 장치를 활용할 수도 있고 공지된 장치를 수득률을 높이기 위하여 일부 개조한 장치를 활용할 수도 있다. 단, 본 발명의 금속산화물-질소-다공성탄소나노섬유 복합물질은 전기방사 장치 내부에 형성된 전기방사 노즐의 팁으로부터 20 - 30cm 이격 된 드럼 타입 포집부에서 수득되는 것이 특징이다. On the other hand, the electrospinning device used at this time may utilize a known device or utilize a device that has been modified to improve the yield of a known device. However, the metal oxide-nitrogen-porous carbon nanofiber composite material of the present invention is obtained in a drum-type collector portion spaced 20 to 30 cm from the tip of the electrospinning nozzle formed inside the electrospinning device.

그리고, 전기방사는 전기방사용액이 포함된 챔버의 온도를 70℃ 이하로 유지하고 전기방사용액을 0.1 내지 1mL/h의 유량으로 공급하면서 10 내지 25kV 전압을 인가함으로써 실시할 수 있다. 여기서, 인가되는 전압의 크기가 10kV 미만인 경우 전압이 낮아 본 발명의 탄소나노섬유가 제조되기 어려우며, 전압의 크기가 25kV 초과이면 전압이 과도하게 높아 제조된 탄소나노섬유가 소실되거나 변형될 수 있다.The electrospinning can be carried out by maintaining the temperature of the chamber containing the electric spinning solution at 70 DEG C or lower and applying the voltage of 10 to 25 kV while supplying the electric spinning solution at a flow rate of 0.1 to 1 mL / h. When the applied voltage is less than 10 kV, the voltage is low, so that it is difficult to produce the carbon nanofibers of the present invention. If the voltage is more than 25 kV, the voltage is excessively high, so that the produced carbon nanofibers may be lost or deformed.

이후, 금속산화물-질소-다공성탄소나노섬유 복합물질은 열처리하는 과정을 거치게 된다(S30). 열처리 과정은 도 3의 순서도에서 보듯이, 복합물질을 1차 승온(S31)시킨 이후에, 공기분위기 하에서 3 내지 5시간 동안 1차 열처리(S33)하고, 이어 2차 승온(S35)시키고, 아르곤(Ar) 분위기 하에서 1 내지 5시간 동안 2차 열처리(S37)하는 순서에 따라 이루어지게 되며, 여기서 공기분위기 하에서 1차 열처리(S33)와 2차 승온(S35)은 시간 간격 없이 바로 연이어 이루어지는 것이 특징이다.Thereafter, the metal oxide-nitrogen-porous carbon nanofiber composite material undergoes a heat treatment process (S30). As shown in the flow chart of FIG. 3, the heat treatment process is performed by first heating the composite material (S31), then performing a first heat treatment (S33) for 3 to 5 hours in an air atmosphere, (S37) in an atmosphere of argon (Ar) for 1 to 5 hours. Here, the first heat treatment (S33) and the second heat raising (S35) to be.

구체적으로, 금속산화물-질소-다공성탄소나노섬유 복합물질을 280℃까지 승온시키고(S31), 공기분위기 하에서 3 내지 5시간 열처리시킨 후(S33), 바로 550℃까지 승온시킨 이후(S35), 아르곤(Ar) 분위기 하에서 1 내지 5 시간 열처리(S37)를 수행하는 것이 바람직하다. Specifically, the metal oxide-nitrogen-porous carbon nanofiber composite material is heated to 280 ° C (S31), heat-treated for 3 to 5 hours in an air atmosphere (S33), heated up to 550 ° C (S35) (S37) in an atmosphere of argon (Ar) for 1 to 5 hours.

첫 번째 열처리 구간인 1차 승온 및 1차 열처리(S31, S33)를 통해, 금속산화물-질소-다공성탄소나노섬유 복합물질의 탄소나노섬유 형태가 안정적으로 유지된다. 두 번째 열처리 과정인 2차 승온 및 2차 열처리(S35, S37)는 탄소나노섬유의 형태가 유지된 상태에서 금속산화물 전구체를 금속산화물로 변환시킨다. 여기서, 금속산화물을 함유하는 질소 도핑 된 다공성 탄소나노섬유의 열처리 과정이 700℃ 를 초과하여 수행되는 경우, 나노섬유 형태의 변형이 나타나거나 열처리 과정 중 탄소가 소진되는 문제점이 있을 수 있다. The carbon nanofiber morphology of the metal oxide-nitrogen-porous carbon nanofiber composite material is stably maintained through the first heat treatment and the first heat treatment (S31, S33). The second heat treatment, the second heat-up and the second heat treatment (S35, S37), converts the metal oxide precursor into metal oxide while maintaining the shape of the carbon nanofibers. Here, when the heat treatment of the nitrogen-doped porous carbon nanofibers containing the metal oxide is performed at a temperature higher than 700 ° C., deformation of the nanofiber type may occur or carbon may be exhausted during the heat treatment process.

또한, 상기 음극활물질의 제조시, 처리 조건을 적절히 변화시켜 금속산화물의 평균 크기, 구멍(pore)의 크기 및 탄소섬유의 두께를 변화시키는 것도 가능하다. 또한, 음극활물질 제조에 사용되는 금속산화물은 티타늄 산화물인 것이 바람직하다.It is also possible to change the average size of the metal oxide, the pore size, and the thickness of the carbon fiber by suitably changing the processing conditions during the production of the negative electrode active material. The metal oxide used for producing the negative electrode active material is preferably titanium oxide.

이렇게 제조된 음극활물질과 도전재, 결합재, 용매 등을 함께 혼합하여 슬러리를 제조한 후 집전체 상에 코팅하고 건조시켜 음극을 제조할 수 있다.The negative electrode active material thus prepared, the conductive material, the binder, the solvent, and the like may be mixed together to prepare a slurry, followed by coating on the current collector and drying the negative electrode.

본 발명의 금속산화물을 함유하는 질소가 도핑 된 탄소나노섬유 음극활물질은 도전재, 결합재 등과 함께 음극활물질층을 구성하며, 상기 음극활물질층은 집전체 상에 형성되어 음극을 형성하게 된다. 여기서, 금속산화물은 티타늄 산화물일 수 있다.The nitrogen-doped carbon nanofiber negative electrode active material containing the metal oxide of the present invention together with a conductive material, a binder and the like constitutes a negative electrode active material layer, and the negative electrode active material layer is formed on the current collector to form a negative electrode. Here, the metal oxide may be titanium oxide.

한편, 음극을 구성하는 집전체로서는 구리, 니켈 또는 SUS 집전체를 사용할 수 있으며, 이 중 전기 전도도가 가장 좋은 구리 집전체가 바람직하다. 집전체 상에 형성되는 음극활물질층은 음극활물질, 도전재, 결합재 및 용매를 혼합하여 음극활물질 조성물을 제조한 후, 이를 상기 집전체에 직접 코팅하거나, 별도의 지지체상에 캐스팅하고 이 지지체로부터 박리시킨 음극활물질 필름을 집전체에 라미네이션하여 얻어진다.On the other hand, copper, nickel or SUS current collectors can be used as the current collector constituting the negative electrode, and a copper current collector having the best electric conductivity is preferable. The negative electrode active material layer formed on the current collector may be prepared by preparing a negative electrode active material composition by mixing a negative electrode active material, a conductive material, a binder and a solvent and then directly coating the negative electrode active material composition on the current collector, casting the same on a separate support, And then laminating the obtained negative electrode active material film on a current collector.

또한, 음극활물질층을 형성하기 위하여 사용되는 도전재로는, 카본 블랙, 흑연 미립자 등이 사용될 수 있으나, 이들로 한정되지 않으며, 당해 기술분야에서 도전재로 사용될 수 있는 것이라면 모두 사용되는 것이 가능하다.As the conductive material used for forming the anode active material layer, carbon black, graphite fine particles, or the like may be used. However, the conductive material is not limited thereto, and any conductive material can be used as long as it can be used as a conductive material in the related art .

또한, 결합재로는 비닐리덴 플루오라이드/헥사플루오로프로필렌 코폴리머, 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리아크릴로니트릴, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 및 그의 혼합물, 또는 스티렌 부타디엔 고무계 폴리머(SBR) 등이 사용될 수 있으나 이들로 한정되지 않고 당해 기술분야에서 결합재로 사용가능한 것이라면 모두 사용될 수 있다. The binder may also include vinylidene fluoride / hexafluoropropylene copolymer, polyvinylidene fluoride (PVDF), polyacrylonitrile, polymethylmethacrylate, polytetrafluoroethylene (PTFE), and mixtures thereof, Or a styrene-butadiene rubber-based polymer (SBR) may be used, but not limited thereto, and any of them can be used as long as it can be used as a binder in the art.

용매로는 N-메틸피롤리돈, 에탄올, 아세톤 또는 물 등이 사용될 수 있으나 이들로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 사용될 수 있는 것이라면 모두 사용될 수 있다.As the solvent, N-methylpyrrolidone, ethanol, acetone, water, or the like may be used, but not limited thereto, and any of those that can be used in the technical field can be used.

본 발명을 이용하여 리튬전지의 제조 시, 음극활물질, 도전재, 결합재, 및 용매의 함량은 리튬전지에서 통상적으로 사용되는 수준으로 혼합하는 것이 가능하며, 리튬전지의 용도 및 구성에 따라 상기 도전재, 결합재, 및 용매 중 하나 이상이 생략되어 혼합될 수 있다.The content of the negative electrode active material, the conductive material, the binder and the solvent in the production of the lithium battery according to the present invention can be mixed at a level commonly used in the lithium battery, , A binder, and a solvent may be omitted and mixed.

한편, 리튬전지는 다음과 같은 방법으로 제조될 수 있다. On the other hand, a lithium battery can be manufactured by the following method.

전술된 바와 같이, 음극을 제조하여 준비한다. As described above, a negative electrode is prepared and prepared.

이어, 음극과 마찬가지로, 양극활물질, 도전재, 결합재, 및 용매를 혼합하여 양극활물질 조성물을 준비한다. 그리고, 양극활물질 조성물을 알루미늄 집전체상에 직접 코팅 및 건조하여 양극을 준비하거나, 양극활물질 조성물을 별도의 지지체상에 캐스팅한 다음, 이 지지체로부터 박리하여 얻은 필름을 상기 알루미늄 집전체 상에 라미네이션하여 양극을 제조하는 것도 가능하다.Next, the cathode active material composition, the conductive material, the binder, and the solvent are mixed together in the same manner as the cathode. Then, the positive electrode active material composition is coated directly on the aluminum current collector and dried to prepare a positive electrode. Alternatively, the positive electrode active material composition is cast on a separate support, and then a film obtained by peeling the support from the support is laminated on the aluminum current collector It is also possible to manufacture the anode.

여기서, 양극활물질은 LiCoO2, LiMnxO2x(x=1, 2), LiNi1 -xMnxO2(0<x<1), LiNi1 -x-yCoxMnyO2(0=x=0.5, 0=y=0.5), LiFeO2, LiFePO4 V2O5, TiS, MoS 등이 사용될 수 있으나 이들로 한정되지 않고 당해 기술 분야에서 양극활물질로 사용가능한 것이라면 모두 사용될 수 있다. Here, the cathode active material is LiCoO 2 , LiMn x O 2 x (x = 1, 2), LiNi 1 -x Mn x O 2 (0 <x <1), LiNi 1 -xy Co x Mn y O 2 = 0.5, 0 = y = 0.5), LiFeO 2 , LiFePO 4 V 2 O 5 , TiS, MoS and the like can be used, but not limited thereto, and any of them can be used as the cathode active material in the related art.

또한, 양극활물질, 도전재, 결합재 및 용매의 함량은 리튬전지에서 통상적으로 사용되는 수준으로 혼합되며, 리튬전지의 용도 및 구성에 따라 상기 도전재, 결합재, 및 용매 중 하나 이상이 생략되어 혼합될 수 있다.The content of the positive electrode active material, the conductive material, the binder and the solvent are mixed at a level commonly used in the lithium battery, and one or more of the conductive material, the binder and the solvent are omitted and mixed according to the use and configuration of the lithium battery. .

한편, 경우에 따라서는 상기 양극활물질 조성물 및 음극활물질 조성물에 가소제를 더 부가하여 전극판 내부에 기공을 형성시키기도 한다.In some cases, a plasticizer is further added to the cathode active material composition and the anode active material composition to form pores inside the electrode plate.

다음으로, 양극과 음극 사이에 삽입될 세퍼레이터가 준비된다. 세퍼레이터는 리튬전지에서 통상적으로 사용되는 것이라면 모두 사용될 수 있다. 전해질의 이온 이동에 대하여 저저항이면서 전해액 함습 능력이 우수한 것이 바람직하다. 예를 들어, 유리 섬유, 폴리에스테르, 테프론, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 또는 이들의 조합물 중에서 선택된 것으로서, 부직포 또는 직포 형태일 수 있다. Next, a separator to be inserted between the positive electrode and the negative electrode is prepared. The separator can be used as long as it is conventionally used in a lithium battery. It is preferable to have a low resistance to the ion movement of the electrolyte and an excellent ability to impregnate the electrolyte. For example, selected from glass fibers, polyester, Teflon, polyethylene, polypropylene, polytetrafluoroethylene (PTFE) or a combination thereof, in the form of a nonwoven fabric or a woven fabric.

이외, 전해액은 고체, 액체, 또는 겔(gel) 상태일 수 있다. 예를 들어 유기전해액, 보론 산화물, 리튬옥시나이트라이드 등일 수 있으나 이들로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 액체, 고체, 또는 겔 형태의 전해질로 사용될 수 있는 것이라면 모두 사용 가능하다. 한편, 전해액이 고체 전해질인 경우, 스퍼터링, 기상증착법 등의 방법으로 음극 상에 형성시킬 수 있다. Alternatively, the electrolyte may be in a solid, liquid, or gel state. For example, organic electrolytic solution, boron oxide, lithium oxynitride, and the like, but not limited thereto, and can be used as long as it can be used as an electrolyte in liquid, solid, or gel form in the art. On the other hand, when the electrolyte is a solid electrolyte, it can be formed on the negative electrode by a method such as sputtering or vapor deposition.

일례로, 리튬전지의 전해액으로서 유기전해액이 준비될 수 있다. 이러한 유기전해액은 유기용매에 리튬염을 용해시켜 제조한다. 이때 유기용매는 당해 기술분야에서 유기 용매로 사용될 수 있는 것이라면 모두 사용될 수 있다. 예를 들어, 프로필렌 카보네이트, 에틸렌 카보네이트, 플루오로에틸렌 카보네이트, 디에틸 카보네이트, 메틸에틸 카보네이트, 메틸프로필 카보네이트, 부틸렌 카보네이트, 벤조니트릴, 아세토니트릴, 테트라히드로퓨란, 2-메틸테트라히드로퓨란, γ-부티로락톤, 디옥소란, 4-메틸디옥소란, N,N-디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드, 디메틸설폭사이드, 디옥산, 1,2-디메톡시에탄, 설포란, 디클로로에탄, 클로로벤젠, 니트로벤젠, 디메틸카보네이트, 메틸이소프로필카보네이트, 에틸프로필카보네이트, 디프로필카보네이트, 디부틸카보네이트, 디에틸렌글리콜, 디메틸에테르, 또는 이들의 혼합물 등이다. 또한, 이때 용해되는 리튬염도 당해 기술분야에서 리튬염으로 사용될 수 있는 것이라면 모두 사용될 수 있다. 예를 들어, LiPF6, LiBF4, LiSbF6, LiAsF6, LiClO4, LiCF3SO3, Li(CF3SO2)2N, LiC4F9SO3, LiAlO2, LiAlCl4, LiN(CxF2x+1SO2)(CyF2y+1SO2)(단 x, y는 자연수), LiCl, LiI, 또는 이들의 혼합물이다.As an example, an organic electrolytic solution may be prepared as an electrolyte solution of a lithium battery. Such an organic electrolytic solution is prepared by dissolving a lithium salt in an organic solvent. The organic solvent may be any organic solvent that can be used in the art. Examples of the solvent include propylene carbonate, ethylene carbonate, fluoroethylene carbonate, diethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, methyl propyl carbonate, butylene carbonate, benzonitrile, acetonitrile, tetrahydrofuran, 2- methyltetrahydrofuran, But are not limited to, butyrolactone, dioxolane, 4-methyldioxolane, N, N-dimethylformamide, dimethylacetamide, dimethylsulfoxide, dioxane, 1,2-dimethoxyethane, sulfolane, dichloroethane, , Nitrobenzene, dimethyl carbonate, methyl isopropyl carbonate, ethyl propyl carbonate, dipropyl carbonate, dibutyl carbonate, diethylene glycol, dimethyl ether, or mixtures thereof. Also, the lithium salt dissolved at this time can be used as long as it can be used as a lithium salt in the related art. For example, LiPF 6 , LiBF 4 , LiSbF 6 , LiAsF 6 , LiClO 4 , LiCF 3 SO 3 , Li (CF 3 SO 2 ) 2 N, LiC 4 F 9 SO 3 , LiAlO 2 , LiAlCl 4 , x F 2x + 1 SO 2 ) (CyF 2y + 1 SO 2 ) (where x and y are natural numbers), LiCl, LiI, or a mixture thereof.

이렇게 제조된 리튬전지는 양극, 음극, 및 세퍼레이터를 포함한다. 구체적으로 양극, 음극, 및 세퍼레이터가 와인딩되거나 접혀서 전지케이스에 수용되도록 형성된다. 이어서, 전지케이스에 유기전해액이 주입되고 캡(cap) 어셈블리로 밀봉되어 리튬전지가 완성되는 것이다. 이러한, 전지케이스는 원통형, 각형, 박막형 등일 수 있다. 특징적으로는 본 발명의 리튬전지는 박막형 전지이거나, 리튬이온전지일 수 있다.The thus-produced lithium battery includes a positive electrode, a negative electrode, and a separator. Specifically, the positive electrode, the negative electrode, and the separator are wound or folded to be accommodated in the battery case. Then, an organic electrolytic solution is injected into the battery case and sealed with a cap assembly to complete the lithium battery. The battery case may be cylindrical, square, thin film, or the like. Characteristically, the lithium battery of the present invention may be a thin film battery or a lithium ion battery.

한편, 본 발명의 음극활물질을 이용하여 리튬이온폴리머전지를 제조할 수 있다. 이러한 리튬이온폴리머전지를 제조하기 위하여, 우선 본 발명의 음극활물질이 채용된 음극 및 양극 사이에 세퍼레이터가 배치되어 전지구조체를 형성시킨다. 다음으로 이러한 전지구조체를 바이셀 구조로 적층 시킨 다음, 유기 전해액에 함침시키고, 마지막으로 얻어진 결과물을 파우치에 수용시켜 밀봉시키면 리튬이온폴리머전지가 완성된다.Meanwhile, a lithium ion polymer battery can be manufactured using the negative electrode active material of the present invention. In order to manufacture such a lithium ion polymer battery, first, a separator is disposed between a cathode and an anode in which the anode active material of the present invention is employed to form a battery structure. Next, this battery structure is laminated with a bi-cell structure, then impregnated with an organic electrolyte solution, and finally the resultant is housed in a pouch and sealed to complete a lithium ion polymer battery.

또는, 리튬이온폴리머전지를 제조하기 위하여 미리 형성시킨 상기 전지구조체를 복수개 적층시켜 전지팩을 형성시킬 수 있는데, 이렇게 제조된 전지팩은 고용량 및 고출력이 요구되는 모든 기기에 사용될 수 있다. Alternatively, a battery pack may be formed by laminating a plurality of the battery structures previously formed to manufacture a lithium ion polymer battery. The battery pack thus manufactured may be used for all devices requiring high capacity and high output.

이상에서 설명한 금속산화물을 함유하는 질소 도핑 된 다공성 탄소나노섬유와 그의 제조방법에 의하면, 질소 도핑 된 다공성 탄소나노섬유 내부에 수 나노의 티타늄 산화물을 쉽게 제조할 수 있으며, 질소 함량, 금속산화물의 함량, 구멍(pore)의 크기 및 함량, 탄소섬유의 직경, 및 금속산화물의 크기를 적절하게 제어할 수 있다. 본 발명의 금속산화물은 티타늄 산화물을 사용하는 것이 가장 효과적일 수 있다.According to the above-described nitrogen-doped porous carbon nanofibers containing a metal oxide and a method for producing the same, it is possible to easily produce titanium oxide nanosized in the inside of the nitrogen-doped porous carbon nanofiber, and the nitrogen content, the content of the metal oxide The size and content of the pores, the diameter of the carbon fibers, and the size of the metal oxide can be suitably controlled. The metal oxide of the present invention may be most effective to use titanium oxide.

또한, 본 발명의 금속산화물을 함유하는 질소 도핑 된 다공성 탄소나노섬유는 향상된 용량과 사이클 특성을 나타내므로, 이를 채용한 음극 및 리튬전지는 우수한 전기적 특성을 제공할 수 있다.Also, since the nitrogen-doped porous carbon nanofiber containing the metal oxide of the present invention exhibits improved capacity and cycle characteristics, the negative electrode and the lithium battery employing the same can provide excellent electrical characteristics.

또한, 금속산화물을 함유하는 질소 도핑 된 다공성 탄소나노섬유는 매우 빠른 전자 이동속도를 지니는 것이 특징이며, 이를 응용하여, 태양전지, 연료전지, 리튬공기전지 등의 전극물질 및 촉매 등을 제조할 수 있다.
In addition, the nitrogen-doped porous carbon nanofibers containing metal oxides are characterized in that they have a very high electron mobility and can be used to produce electrode materials and catalysts for solar cells, fuel cells, lithium air cells, etc. have.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

<실시예1 음극활물질>&Lt; Example 1: Negative electrode active material &

금속산화물 전구체인 티타늄부톡사이드(TBO) 1.5g과 아세트산 3mL를 에탄올 3mL 넣고 30 분 동안 혼합시켜 제조된 용액(제 1용액), 폴리리비닐피롤리돈(polyvinylpyrrolidone; PVP) 0.529g을 에탄올 7.4mL에 용해시켜 제조된 용액(제 2용액), 및 에틸메틸이미다졸리움 디시아나미드(EMIM DCA) 0.1mL이 함유되어 있는 이온성액체용액을 30분 동안 균질하게 혼합하여 전기방사용액을 제조하였다.(S10)(First solution) and 0.529 g of polyvinylpyrrolidone (PVP) prepared by adding 1.5 g of titanium oxide butoxide (TBO) as a metal oxide precursor and 3 mL of acetic acid into 3 mL of ethanol and mixing for 30 minutes were mixed with 7.4 mL , And 0.1 mL of ethylmethylimidazolium dicyanamide (EMIM DCA) were homogeneously mixed for 30 minutes to prepare an electric discharge solution. (S10)

이와 같이 제조된 전기방사용액을 실린지에 넣고 실린지 펌프를 이용하여 0.5mL/h의 유량으로 전기방사장치 내부로 공급하면서 20kV의 전압을 인가하여 전기방사하였다. 이때 노즐의 팁에서 포집부까지의 거리는 20cm로 고정하였고, 균일한 포집을 위해 드럼 타입 포집부를 이용하여 질소 도핑 된 다공성 탄소나노섬유를 얻었다.(S20)The electric discharge solution thus prepared was placed in a syringe and supplied with a syringe pump at a flow rate of 0.5 mL / h into the electrospinning apparatus while applying a voltage of 20 kV to electrospray. At this time, the distance from the tip of the nozzle to the trapping portion was fixed to 20 cm, and nitrogen-doped porous carbon nanofibers were obtained using a drum type trapping portion for uniform collection (S20).

이러한 과정을 통해 얻어진 질소 도핑 된 다공성 탄소나노섬유를 280℃에서 공기 분위기 하에 5시간 동안 산화시켜 구조를 안정화시키고, 550℃에서 아르곤 분위기 하에 3시간 동안 탄화공정을 수행하여 금속산화물을 함유하는 질소 도핑 된 다공성 탄소나노섬유 음극활물질을 제조하였다.(S30)
The nitrogen-doped porous carbon nanofibers obtained through this process were oxidized at 280 ° C. for 5 hours in an air atmosphere to stabilize the structure. Carbonization was carried out at 550 ° C. for 3 hours under an argon atmosphere to obtain a nitrogen doping Thereby preparing a porous carbon nanofiber anode active material. (S30)

<실시예2 음극활물질>&Lt; Example 2: Anode active material &

티타늄부톡사이드(TBO) 1.5g과 아세트산 3mL를 에탄올 3mL에 넣고 30 분 동안 혼합시켜 제조된 용액(제 1용액), 폴리리비닐피롤리돈(polyvinylpyrrolidone; PVP) 0.514g을 에탄올 7.2mL에 용해시켜 제조된 용액(제2 용액), 및 에틸메틸이미다졸리움 디시아나미드(EMIM DCA) 0.3mL이 함유되어 있는 이온성액체용액을 30분 동안 균질하게 혼합하여 전기방사용액을 제조하였다. 0.514 g of a solution (first solution) and polyvinylpyrrolidone (PVP) prepared by adding 1.5 g of titanium butoxide (TBO) and 3 mL of acetic acid into 3 mL of ethanol and mixing them for 30 minutes were dissolved in 7.2 mL of ethanol An ionic liquid solution containing 0.3 mL of the prepared solution (the second solution) and ethylmethylimidazolium dicyanamide (EMIM DCA) was homogeneously mixed for 30 minutes to prepare an electric spinning solution.

이와 같이 제조된 전기방사용액을 실린지에 넣고 실린지 펌프를 이용하여 0.5mL/h의 유량으로 전기방사장치 내부로 공급하면서 20kV의 전압을 인가하여 전기방사하였다. 이때 노즐의 팁에서 포집부까지의 거리는 20cm로 고정하였고, 균일한 포집을 위해 드럼 타입 포집부를 이용하여 질소 도핑 된 다공성 탄소나노섬유를 얻었다. The electric discharge solution thus prepared was placed in a syringe and supplied with a syringe pump at a flow rate of 0.5 mL / h into the electrospinning apparatus while applying a voltage of 20 kV to electrospray. At this time, the distance from the tip of the nozzle to the trapping portion was fixed to 20 cm, and nitrogen-doped porous carbon nanofibers were obtained using a drum-type trapping portion for uniform collection.

이러한 과정을 통해 얻어진 질소 도핑 된 다공성 탄소나노섬유를 280℃에서 공기 분위기 하에 5시간 동안 산화시켜 구조를 안정화시키고, 550℃에서 아르곤 분위기 하에 3시간 동안 탄화공정을 수행하여 금속산화물을 함유하는 질소 도핑 된 다공성 탄소나노섬유 음극활물질을 제조하였다.
The nitrogen-doped porous carbon nanofibers obtained through this process were oxidized at 280 ° C. for 5 hours in an air atmosphere to stabilize the structure. Carbonization was carried out at 550 ° C. for 3 hours under an argon atmosphere to obtain a nitrogen doping Thereby preparing a porous carbon nanofiber anode active material.

<실시예3 음극활물질>&Lt; Example 3 Negative electrode active material >

티타늄부톡사이드(TBO) 1.5g과 아세트산 3mL를 에탄올 3mL에 넣고 30 분 동안 혼합시켜 제조된 용액(제 1용액), 폴리리비닐피롤리돈(polyvinylpyrrolidone; PVP) 0.5g을 에탄올 7mL에 용해시켜 제조된 용액(제2 용액), 및 에틸메틸이미다졸리움 디시아나미드(EMIM DCA) 0.5mL이 함유되어 있는 이온성액체용액을 30분 동안 균질하게 혼합하여 전기방사용액을 제조하였다. Prepared by dissolving 0.5 g of polyvinylpyrrolidone (PVP) in 7 mL of ethanol, prepared by mixing 1.5 g of titanium butoxide (TBO) and 3 mL of acetic acid in 3 mL of ethanol and mixing for 30 minutes. And an ionic liquid solution containing 0.5 mL of ethylmethylimidazolium dicyanamide (EMIM DCA) were homogeneously mixed for 30 minutes to prepare an electric spinning solution.

이와 같이 제조된 전기방사용액을 실린지에 넣고 실린지 펌프를 이용하여 0.5mL/h의 유량으로 전기방사장치 내부로 공급하면서 20kV의 전압을 인가하여 전기방사하였다. 이때 노즐의 팁에서 포집부까지의 거리는 20cm로 고정하였고, 균일한 포집을 위해 드럼 타입 포집부를 이용하여 질소 도핑 된 다공성 탄소나노섬유를 얻었다. The electric discharge solution thus prepared was placed in a syringe and supplied with a syringe pump at a flow rate of 0.5 mL / h into the electrospinning apparatus while applying a voltage of 20 kV to electrospray. At this time, the distance from the tip of the nozzle to the trapping portion was fixed to 20 cm, and nitrogen-doped porous carbon nanofibers were obtained using a drum-type trapping portion for uniform collection.

이러한 과정을 통해 얻어진 질소 도핑 된 다공성 탄소나노섬유를 280℃에서 공기 분위기 하에 5시간 동안 산화시켜 구조를 안정화시키고, 550℃에서 아르곤 분위기 하에 3시간 동안 탄화공정을 수행하여 금속산화물을 함유하는 질소 도핑 된 다공성 탄소나노섬유 음극활물질을 제조하였다.
The nitrogen-doped porous carbon nanofibers obtained through this process were oxidized at 280 ° C. for 5 hours in an air atmosphere to stabilize the structure. Carbonization was carried out at 550 ° C. for 3 hours under an argon atmosphere to obtain a nitrogen doping Thereby preparing a porous carbon nanofiber anode active material.

<실시예4 음극 및 리튬전지(코인셀)>Example 4 Negative electrode and lithium battery (coin cell)

실시예1에서 제조된 음극활물질 80wt%와 탄소분말(Super C65, Timcal) 10wt%, 및 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF) 10wt%와 함께 마노 유발에서 혼합하여 슬러리를 제조하였다. 그리고 이렇게 제조된 슬러리를 닥터 블레이드를 사용하여 구리 호일 위에 약 80μm 두께로 도포하고 상온에서 2시간 건조시킨 후 진공 분위기, 120℃ 온도 조건에서 2시간 동안 다시 한 번 건조하여 음극을 제조하였다. 80 wt% of the negative electrode active material prepared in Example 1, 10 wt% of carbon powder (Super C65, Timcal) and 10 wt% of polyvinylidene fluoride (PVDF) were mixed in agate induction to prepare a slurry. The slurry thus prepared was coated on a copper foil to a thickness of about 80 μm using a doctor blade, dried at room temperature for 2 hours, and dried again in a vacuum atmosphere at 120 ° C. for 2 hours to form a negative electrode.

한편, 이와 같이 제조된 음극과, 리튬금속으로 된 양극을 준비한 후, 격리막으로 폴리프로필렌 격리막(Celgard 2400)을 사용하고, 1M LiPF6가 EC(에틸렌 카보네이트) + DEC(디에틸렌 카보네이트)(1:1 부피비)에 녹아 있는 용액을 전해질로 사용하여 CR-2032 규격의 리튬전지(코인셀)를 제조하였다.
(Celgard 2400) was used as a separator, 1M LiPF 6 was added to a mixture of EC (ethylene carbonate) + DEC (diethylene carbonate) (1: 1 volume ratio) was used as an electrolyte to prepare a CR-2032 lithium battery (coin cell).

<실시예5 음극 및 리튬전지>&Lt; Example 5 Cathode and lithium battery >

실시예2에서 제조된 음극활물질을 이용하여 실시예4에서와 같은 방법으로 음극 및 리튬전지(코인셀)을 제조하였다.
A negative electrode and a lithium battery (coin cell) were prepared in the same manner as in Example 4 using the negative electrode active material prepared in Example 2.

<실시예6 음극 및 리튬전지>&Lt; Example 6 Cathode and lithium battery >

실시예3에서 제조된 음극활물질을 이용하여 실시예4에서와 같은 방법으로 음극 및 리튬전지(코인셀)을 제조하였다.
A negative electrode and a lithium battery (coin cell) were prepared in the same manner as in Example 4, using the negative active material prepared in Example 3.

<비교예1>&Lt; Comparative Example 1 &

티타늄부톡사이드(TBO) 1.5g과 아세트산 3mL를 에탄올 3mL 넣고 30 분 동안 혼합시켜 제조된 용액(제 1용액)과 폴리리비닐피롤리돈 (polyvinylpyrrolidone; PVP) 0.536g을 에탄올 7mL에 용해시켜 제조된 용액(제 2용액)을 30분 동안 균질하게 혼합하여 전기방사용액을 제조하였다. (First solution) prepared by dissolving 0.536 g of polyvinylpyrrolidone (PVP) in 7 mL of ethanol was prepared by adding 1.5 g of titanium butoxide (TBO) and 3 mL of acetic acid into 3 mL of ethanol and mixing for 30 minutes (Second solution) were homogeneously mixed for 30 minutes to prepare an electric discharge solution.

이와 같이 제조된 전기방사용액을 실린지에 넣고 실린지 펌프를 이용하여 0.5mL/h의 유량으로 전기방사장치 내부로 공급하면서 20kV의 전압을 인가하여 전기방사하였다. 이때 노즐의 팁에서 포집부까지의 거리는 20cm로 고정하였고, 균일한 포집을 위해 드럼 타입 포집부를 이용하여 질소 도핑 된 탄소나노섬유를 얻었다. The electric discharge solution thus prepared was placed in a syringe and supplied with a syringe pump at a flow rate of 0.5 mL / h into the electrospinning apparatus while applying a voltage of 20 kV to electrospray. At this time, the distance from the tip of the nozzle to the trapping portion was fixed at 20 cm, and nitrogen-doped carbon nanofibers were obtained using a drum-type trapping portion for uniform collection.

이러한 과정을 통해 얻어진 질소 도핑 된 탄소나노섬유를 280℃에서 공기 분위기 하에 5시간 동안 산화시켜 구조를 안정화시키고, 550℃에서 아르곤 분위기 하에 3시간 동안 탄화공정을 수행하여 금속산화물을 함유하는 질소 도핑 된 탄소나노섬유 음극활물질을 제조하였다.
The nitrogen-doped carbon nanofibers thus obtained were oxidized at 280 ° C. for 5 hours in an air atmosphere to stabilize the structure. Carbonization was carried out at 550 ° C. under an argon atmosphere for 3 hours to obtain a nitrogen-doped Carbon nanofiber anode active material was prepared.

<비교예2>&Lt; Comparative Example 2 &

비교예1에서 제조된 음극활물질을 이용하여 실시예4에서와 같은 방법으로 음극 및 리튬전지(코인셀)을 제조하였다.
A negative electrode and a lithium battery (coin cell) were prepared in the same manner as in Example 4, using the negative active material prepared in Comparative Example 1.

이와 같이 제조된 본 발명의 바람직한 실시예들을 정리하면 다음 [표1]과 같다.The preferred embodiments of the present invention thus produced are summarized in the following Table 1.

구분division 재료material 이온성액체(IL)The ionic liquid (IL) PVP / 에탄올PVP / ethanol 실시예 1Example 1 음극활물질Anode active material TiO2 + PVP + 이온성액체TiO 2 + PVP + ionic liquid 0.1mL0.1 mL 0.529g / 7.4mL0.529 g / 7.4 mL 실시예2Example 2 음극활물질Anode active material TiO2 + PVP + 이온성액체TiO 2 + PVP + ionic liquid 0.3mL0.3 mL 0.514g / 7.2mL0.514 g / 7.2 mL 실시예 3Example 3 음극활물질Anode active material TiO2 + PVP + 이온성액체TiO 2 + PVP + ionic liquid 0.5mL0.5 mL 0.5g / 7mL0.5 g / 7 mL 실시예4Example 4 음극 및
리튬전지
Cathode and
Lithium battery
실시예 1의 음극활물질을 이용하여 제작된 음극,
및 이를 채용한 리튬전지
A negative electrode prepared using the negative electrode active material of Example 1,
And a lithium battery employing the same
실시예5Example 5 음극 및
튬전지
Cathode and
Lithium battery
실시예2의 음극활물질을 이용하여 제작된 음극,
및 이를 채용한 리튬전지
A negative electrode prepared using the negative electrode active material of Example 2,
And a lithium battery employing the same
실시예6Example 6 음극 및
리튬전지
Cathode and
Lithium battery
실시예 3의 음극활물질을 이용하여 제작된 음극,
및 이를 채용한 리튬전지
A negative electrode prepared using the negative electrode active material of Example 3,
And a lithium battery employing the same
비교예1Comparative Example 1 음극활물질Anode active material TiO2 + PVPTiO 2 + PVP -- 0.536g / 7.5mL0.536 g / 7.5 mL 비교예2Comparative Example 2 음극 및
리튬전지
Cathode and
Lithium battery
비교예1의 음극활물질을 이용하여 제작된 음극,
및 이를 채용한 리튬전지
The negative electrode prepared using the negative electrode active material of Comparative Example 1,
And a lithium battery employing the same

도 4a 내지 도 4c는 실시예1, 실시예2, 및 실시예3에서 제조된 각각의 음극활물질의 주사전자현미경(SEM) 사진이고, 도 4d는 비교예1에서 제조된 음극활물질의 주사전자현미경(SEM) 사진이다. 본 도 4a 내지 도 4d의 사진에 나타난 바와 같이, 이온성액체를 첨가하여 제조된 다공성 탄소나노섬유(도 4a 내지 4c)와 이온성액체를 첨가하지 않고 제조된 탄소나노섬유(도 4d) 모두 섬유의 직경이 200 내지 300 um 범위이고, 일차원 형태의 섬유상을 나타내고 있다. 이로써, 이온성액체의 첨가가 음극활물질을 이루는 탄소나노섬유의 형태와 크기(직경)에 영향을 미치지 않음을 확인할 수 있다. 4A to 4C are SEM photographs of each of the negative electrode active materials prepared in Example 1, Example 2 and Example 3, and FIG. 4D is a scanning electron microscope (SEM) image of each of the negative electrode active materials prepared in Example 1, (SEM) photo. As shown in the photographs of FIGS. 4A to 4D, both the porous carbon nanofibers (FIGS. 4A to 4C) prepared by adding the ionic liquid and the carbon nanofibers (FIG. 4D) Has a diameter in the range of 200 to 300 μm and shows a fibrous phase in a one-dimensional form. As a result, it can be confirmed that the addition of the ionic liquid does not affect the shape and size (diameter) of the carbon nanofibers constituting the negative electrode active material.

도 5a는 실시예2에서 제조된 음극활물질의 투과전자현미경(TEM) 사진이다. 여기서, 실시예2의 음극활물질의 고배율 TEM 사진을 살펴보면, 음극활물질을 이루는 탄소나노섬유 내부에 금속산화물 뿐만 아니라 구멍(pore)가 형성되어 있음을 확인할 수 있다. 그리고, 도 5b의 실시예2 음극활물질의 SADP(selected area diffraction pattern) 사진에서 살펴보면, 이온성액체를 사용한 실시예2 음극활물질의 경우, 결정 영역의 평균 크기가 10nm이고, 격자거리가 0.189 nm인 아나타제(anatase)형 티타늄 산화물의 (200)면 프린지(fringe)가 잘 나타남을 확인할 수 있다. 이는 이온성액체와 탄소 섬유 전구체로 사용된 폴리리비닐피롤리돈 (polyvinylpyrrolidone; PVP)이 서로 다른 탄화 온도를 가지고 있어 열처리 과정 중 구멍(pore)를 만들게 되어 탄소나노섬유가 다공성 형태를 유지하게 되기 때문이다. FIG. 5A is a transmission electron microscope (TEM) photograph of the negative electrode active material prepared in Example 2. FIG. Here, high-rate TEM photographs of the negative electrode active material of Example 2 reveal that pores are formed in the carbon nanofiber forming the negative electrode active material as well as the metal oxide. 5B, in the case of the SADP (selected area diffraction pattern) of the negative electrode active material of Example 2, in the case of the negative electrode active material of Example 2 using the ionic liquid, the mean size of the crystal region was 10 nm and the lattice distance was 0.189 nm (200) surface fringes of anatase-type titanium oxide are well visible. This is because the ionic liquid and the polyvinylpyrrolidone (PVP) used as the carbon fiber precursor have different carbonization temperatures, so that the pores are formed during the heat treatment process, so that the carbon nanofibers maintain the porous form Because.

이와같이 탄소나노섬유가 다공성 형태로 형성되면, 탄소나노섬유의 긴 축 방향에 수직한 방향으로 리튬이온이 쉽게 확산 될 수 있어 고율 특성이 좋아지게 된다. 그리고, 탄소와 티타늄 산화물이 유기적으로 연결되어 있어 입자 간에 좋은 전기적 연결을 하게 되고, 이로 인해 입계 사이의 저항을 줄일 수 있다. 또한, 탄소섬유가 다공성 형태를 가지고 있어 티타늄 산화물과 리튬이온과의 반응 면적이 증가되어 실효량이 증대된다. When the carbon nanofibers are formed in a porous form, the lithium ions can be easily diffused in a direction perpendicular to the long axis direction of the carbon nanofibers, thereby improving the high-rate characteristics. And, carbon and titanium oxide are organically connected to each other to make a good electrical connection between the particles, which can reduce the resistance between the grain boundaries. In addition, since the carbon fiber has a porous form, the reaction area of the titanium oxide and the lithium ion is increased and the effective amount is increased.

한편, 도 5c의 실시예2 음극활물질의 EDS(energy dispersive x-ray spectroscopy) 원소 분석 결과, 티타늄(Ti), 산소(O), 탄소(C), 질소(N)가 다공성 탄소나노섬유 내에 균일하게 분포되어 있음을 확인할 수 있다.On the other hand, the energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) analysis of the anode active material of Example 2 of FIG. 5C showed that titanium (Ti), oxygen (O), carbon (C), and nitrogen (N) As shown in Fig.

반면 이온성액체를 사용하지 않은 비교예1의 경우, 도 6의 TEM 사진에서 보듯이 탄소나노섬유는 섬유내에 구멍(pore)이 없이 밀집된 형태를 나타내고 있다.On the other hand, in the case of Comparative Example 1 in which an ionic liquid is not used, as shown in the TEM photograph of FIG. 6, the carbon nanofibers are densely packed without pores in the fibers.

즉, 본 발명에서는 이온성액체를 적절히 조절하여 첨가함으로써, 금속산화물을 함유하는 질소 도핑 된 다공성 탄소나노섬유를 제조하고, 이를 리튬이차전지의 음극 물질로 사용함으로써 실효량 증대 및 고속 충방전이 가능하도록 하였다.That is, in the present invention, the nitrogen-doped porous carbon nanofiber containing metal oxide is prepared by appropriately regulating and adding an ionic liquid, and it is possible to increase the effective amount and increase the charge / discharge rate by using the carbon nanofiber as a cathode material of a lithium secondary battery Respectively.

도 7은 실시예2와 비교예1의 X선 회절(XRD) 그래프이다. 실시예2의 경우, 질소 도핑 된 비정질 탄소나노섬유 내에 결정성 아나타제(anatase)형 티타늄 산화물이 형성되었고, 탄소는 비정질 상태로 존재하고 있다. 그러나, 비교예1의 경우 질소 도핑 된 비정질 탄소 외에 결정성 아나타제(anatase)형 티타늄 산화물이 형성되지 않았다. 이로써, 이온성액체를 넣어 금속산화물을 함유하는 질소 도핑 된 탄소나노섬유를 제조할 경우, 이온성액체가 티타늄 산화물의 결정화도를 높이는 역할을 함을 확인할 수 있다.7 is an X-ray diffraction (XRD) graph of Example 2 and Comparative Example 1. Fig. In the case of Example 2, a crystalline anatase-type titanium oxide was formed in the nitrogen-doped amorphous carbon nanofiber, and the carbon was present in an amorphous state. However, in Comparative Example 1, crystalline anatase-type titanium oxide was not formed in addition to nitrogen-doped amorphous carbon. Thus, it can be confirmed that when the nitrogen-doped carbon nanofiber containing the metal oxide is put into an ionic liquid, the ionic liquid plays a role of increasing the degree of crystallization of the titanium oxide.

도 8은 실시예2의 X선 광전자분광(XPS) 그래프이다. 금속산화물을 함유하는 질소 도핑 된 다공성 탄소섬유 내에 티타늄(Ti) 2p, 산소(O) 1s, 탄소(C) 1s, 질소(N) 1s 피크가 분명하게 나타나있다. Ti 2p의 경우 459.1 eV와 464.8 eV에서 Ti 2p3/2와 Ti 2p1 /2 과 관련된 두 개의 주요 피크가 나타나 있다. 이것은 8면체(tahedral) 내의 Ti4 + 과 관련이 있으며, Ti 2p 피크들은 티타늄 산화물 결합의 전형적인 에너지 형태를 보이고 있다. C 1s 피크는 탄소-탄소 결합 (C-C 285.1 eV), 탄소-질소 결합 (C=N 286.7 eV, C-N 288 eV), 탄소-산소 결합 (C-O 289.5 eV)이 나타나고 있다. N 1s 피크는 C 1s 피크에서 나타난 바와 같이 질소의 다양한 산화상태로 인해 혼합결합 상태로 나타나고 있다. 탄소-질소 결합 중 단일결합인 C-N 결합은 398.5 eV에서 보이고, 이중결합인 C=N은 400.8 eV에서 나타난다. 이는 탄소 내에 질소가 도핑 되었을 때 나타나는 효과로, 탄소가 질소를 함유하고 있을 경우 질소를 함유하지 않은 탄소에 비해 높은 전기적 전도성을 가질 수 있어, 고속 충방전을 가능하게 한다.8 is an X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) graph of Example 2. Fig. Titanium (Ti) 2p, oxygen (O) 1s, carbon (C) 1s and nitrogen (N) 1s peaks clearly appear in the nitrogen-doped porous carbon fiber containing the metal oxide. In the case of Ti 2p at 459.1 eV and 464.8 eV are shown the two main peaks associated with the Ti 2p 3/2 and Ti 2p 1/2. This is associated with Ti 4 + in the octahedral (tahedral), Ti 2p peak may show a typical energy in the form of titanium oxide bonded. The C 1s peak shows a carbon-carbon bond (CC 285.1 eV), a carbon-nitrogen bond (C = N 286.7 eV, CN 288 eV) and a carbon-oxygen bond (CO 289.5 eV). The N 1s peak appears as a mixed state due to the various oxidation states of nitrogen, as shown in the C 1s peak. The CN bond as a single bond in the carbon-nitrogen bond is shown at 398.5 eV, and the double bond, C = N, appears at 400.8 eV. This is an effect that occurs when nitrogen is doped in the carbon, and when the carbon contains nitrogen, it can have a higher electrical conductivity than the carbon that does not contain nitrogen, thereby enabling high-speed charging and discharging.

도 9a는 실시예 1, 실시예2, 실시예 3, 및 비교예1의 BET 표면적 분석 그래프이다. 본 그래프를 참조하면, 금속산화물을 함유하는 질소 도핑 된 탄소나노섬유가 meso 구멍(pore)를 함유하고 있음을 확인할 수 있으며, 실시예1의 표면적은 11 m2/g, 실시예2의 표면적은 191 m2/g, 실시예 3의 표면적은 90 m2/g, 이고 비교예1의 표면적은 8 m2/g 임을 알 수 있다. 특히, 실시예2의 경우 최대의 표면적을 보였다. 큰 BET 표면적을 가지는 나노섬유의 형태는 충방전 중에 빠른 리튬의 확산을 가져오며, 이에 의해 향상된 고속 율특성을 보이게 된다. 그리고, 도 9b는 실시예2의 BJH 구멍(pore) 사이즈 분석 그래프로서, 분석된 구멍(pore)의 평균 크기는 10 nm 이었다. 9A is a BET surface area analysis graph of Example 1, Example 2, Example 3, and Comparative Example 1. Fig. Referring to this graph, it can be seen that the nitrogen-doped carbon nanofibers containing the metal oxide contain meso pores. The surface area of Example 1 is 11 m 2 / g, the surface area of Example 2 is 191 m 2 / g, the surface area of Example 3 is 90 m 2 / g, and the surface area of Comparative Example 1 is 8 m 2 / g. In particular, the maximum surface area was shown in Example 2. The shape of the nanofiber with a large BET surface area leads to a rapid diffusion of lithium during charging and discharging, thereby exhibiting improved high rate characteristics. FIG. 9B is a BJH pore size analysis graph of Example 2, wherein the average size of the analyzed pores was 10 nm.

도 10은 실시예4, 실시예5, 실시예6, 및 비교예2의 충방전 실험 결과이다. 10 shows the charge / discharge test results of Example 4, Example 5, Example 6, and Comparative Example 2. Fig.

구체적으로, 실시예4, 실시예5, 실시예6의 리튬전지, 및 비교예2의 리튬전지 각각에 포함된 실시예1, 실시예2, 실시예3, 및 비교예1의 각각의 음극활물질 1g당 30mA의 전류로 전압이 1.0V (vs. Li)에 이를 때까지 방전하고, 다시 동일한 전류로 전압이 3.0V (vs. Li)에 이를 때까지 충전하였다. 이어서, 동일한 전류와 전압 구간에서 충전 및 방전을 총 30회 반복하였다. 도 10의 상온 충방전 실험 결과를 하기 [표 2]에 나타내었다.Specifically, each of the negative electrode active materials of Example 1, Example 2, Example 3, and Comparative Example 1 contained in each of the lithium batteries of Examples 4, 5, and 6 and the lithium battery of Comparative Example 2 Discharge was performed until the voltage reached 1.0 V (vs. Li) at a current of 30 mA per 1 g, and then charged to the same current until the voltage reached 3.0 V (vs. Li). Subsequently, charging and discharging were repeated 30 times in total in the same current and voltage section. The results of the normal charge-discharge test at Fig. 10 are shown in Table 2 below.

초기용량
(mAh/g)
Initial Capacity
(mAh / g)
28회 충방전 후
용량유지율 (%)
28 times after charge / discharge
Capacity retention rate (%)
실시예4(실시예1을이용한리튬전지)Example 4 (Lithium battery using Example 1) 250250 6767 실시예5(실시예2를이용한리튬전지)Example 5 (Lithium battery using Example 2) 352352 7373 실시예6(실시예3을이용한리튬전지)Example 6 (Lithium battery using Example 3) 270270 4646 비교예2(비교예1을이용한리튬전지)Comparative Example 2 (Lithium battery using Comparative Example 1) 282282 6565

상기 [표 2]를 참조하면, 실시예5의 리튬전지는 상온 충방전 실험 후 리튬전지 용량의 감소량이 비교예2의 리튬전지의 상온 충방전 실험 후 리튬전지 용량의 감소량에 비하여 더 적음을 확인할 수 있다. 즉, 실시예5의 리튬전지는 비교예2의 리튬전지에 비하여 다소 높은 초기용량을 나타내었을 뿐만 아니라, 용량유지율이 현저히 향상되었음을 알 수 있다.Referring to Table 2, it was confirmed that the lithium battery of Example 5 had a reduced amount of the lithium battery capacity after the normal temperature charge-discharge test as compared with the decrease amount of the lithium battery capacity after the normal temperature charge and discharge test of the lithium battery of Comparative Example 2 . That is, it can be seen that the lithium battery of Example 5 exhibited somewhat higher initial capacity than the lithium battery of Comparative Example 2, and the capacity retention ratio was remarkably improved.

도 11은 실시예5와 비교예2의 리튬전지에 대하여 상온 율특성 실험 결과이다. 구체적으로, 실시예5 및 비교예2의 리튬전지의 전압을 동일하게 유지하면서, 충전시 전류값은 동일하게 두고, 방전시 전류값을 다르게 두어 각각 충방전 단계마다 10회씩 순차적으로 반복 시행하였다. 이때, 충전시 전류값은 각각의 리튬전지에 포함된 음극활물질 1g 당 방전시 전류값을 각각 충방전 반복 단계마다 30mA, 150mA, 300mA, 900mA, 1500mA으로 전압이 1.0V (vs. Li)에 이를 때까지 방전하였고, 충전시 전류값을 30mA의 전류로 전압이 3.0V (vs. Li)에 이를 때까지 충전하였다. 본 그래프를 참조하면, 실시예5의 리튬전지의 율특성이 비교예2의 리튬전지의 율특성에 비하여 더 우수함을 확인할 수 있다.11 is a graph showing the results of experiments on the room temperature rate characteristics of the lithium batteries of Example 5 and Comparative Example 2. Fig. Specifically, while keeping the same voltage of the lithium battery of Example 5 and Comparative Example 2, the current value at the time of charging was kept the same, and the current value at the time of discharging was made different. At this time, the current value at the time of charging is 30 mA, 150 mA, 300 mA, 900 mA, 1500 mA, and the voltage is 1.0 V (vs. Li) for each 1 g of the negative electrode active material contained in each lithium battery , And the current value at the time of charging was charged at a current of 30 mA until the voltage reached 3.0 V (vs. Li). Referring to this graph, it is confirmed that the rate characteristic of the lithium battery of Example 5 is superior to the rate characteristic of the lithium battery of Comparative Example 2.

도 12는 실시예5와 비교예2의 리튬전지의 임피던스 실험 결과이다. 구체적으로, 실시예5, 및 비교예2의 리튬전지 각각에 포함된 각각의 음극활물질 1g당 30mA의 전류로 전압이 1.0V (vs. Li)에 이를 때까지 방전하고, 다시 동일한 전류로 전압이 3.0V (vs. Li)에 이를 때까지 충전하였다. 이어서, 동일한 전류와 전압 구간에서 충전 및 방전을 20회 반복한 후, 전압이 3.0V (vs. Li)인 상태에서 임피던스 분석을 시행하였다. 본 그래프를 참조하면, 실시예2의 리튬전지가 비교예2의 리튬전지에 비하여 더욱 안정성이 높음을 확인할 수 있다.12 shows the impedance test results of the lithium batteries of Example 5 and Comparative Example 2. Fig. Specifically, discharging was performed until the voltage reached 1.0 V (vs. Li) at a current of 30 mA per 1 g of each negative electrode active material contained in each of the lithium batteries of Example 5 and Comparative Example 2, Lt; / RTI &gt; and then charged to 3.0 V (vs. Li). Subsequently, charging and discharging were repeated 20 times in the same current and voltage section, and impedance analysis was performed under the condition that the voltage was 3.0 V (vs. Li). Referring to this graph, it is confirmed that the lithium battery of Example 2 is more stable than the lithium battery of Comparative Example 2.

상기와 같은 음극활물질의 제조방법에 의하면, 나노크기의 금속산화물이 분산되어 있는 질소 도핑 된 다공성 탄소나노섬유를 쉽게 제조할 수 있으며, 질소 함량, 티타늄 산화물의 함량, 탄소섬유의 직경 및 티타늄 산화물의 크기를 적절하게 제어할 수 있다. According to the method for manufacturing an anode active material as described above, it is possible to easily produce nitrogen-doped porous carbon nanofibers in which nano-sized metal oxide is dispersed. The nitrogen content, the content of titanium oxide, the diameter of carbon fiber, The size can be appropriately controlled.

또한, 본 발명의 금속산화물을 함유하는 질소 도핑 된 다공성 탄소섬유를 음극활물질로 채용하여, 율특성, 안정성, 및 수명특성이 향상되어 전기적으로 우수한 음극 및 리튬전지를 제조할 수 있다.Further, the nitrogen-doped porous carbon fiber containing the metal oxide of the present invention is employed as a negative electrode active material, and the rate characteristics, stability, and lifetime characteristics are improved, so that an excellent negative electrode and lithium battery can be produced.

또한, 본 발명의 음극활물질의 매우 빠른 전자 이동속도를 응용하여, 태양전지, 연료전지, 리튬공기전지 등의 전극물질 및 촉매 등을 제조할 수 있다.In addition, electrode materials and catalysts for solar cells, fuel cells, lithium air cells, etc. can be manufactured by applying a very fast electron transfer rate of the negative electrode active material of the present invention.

상기와 같은 음극활물질의 제조방법, 및 이를 채용하는 음극 및 리튬전지는 위에서 설명된 실시예들의 구성과 작동 방식에 한정되는 것이 아니다. 상기 실시예들은 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 구성될 수도 있다.
The method of manufacturing the negative electrode active material as described above, and the negative electrode and the lithium battery employing the negative electrode active material are not limited to the configuration and operation of the embodiments described above. The embodiments may be configured so that all or some of the embodiments may be selectively combined so that various modifications may be made.

1: 챔버 2: 전기방사 노즐
3: 포집부 4: 파워 서플라이
5: 포집부 콘트롤러
1: chamber 2: electrospinning nozzle
3: Collecting part 4: Power supply
5: Collector controller

Claims (14)

금속산화물 전구체가 용해된 제 1용액, 탄소섬유 전구체인 고분자가 용해된 제 2용액, 및 질소 도핑과 다공성 구조 형성을 위한 이온성액체용액을 혼합하여 전기방사용액을 제조하는 단계;
상기 전기방사용액을 전기방사하여 금속산화물-질소-다공성탄소나노섬유 복합물질을 제조하는 단계; 및
상기 복합물질을 열처리하는 단계;를 포함하되,
상기 제 1용액과 제 2용액의 용매로는 증류수, 디메틸포름아미드, 페놀, 톨루엔, 에탄올, 메탄올, 및 프로판올로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나이고,
상기 금속산화물 전구체로는 티타늄부톡사이드(TBO) 또는 금속염화염이며,
상기 금속염화염은, 티타늄 이소프록사이드(Ti(OCH(CH3)2)4), 염화티타늄(TiCl4, 또는 TiCl3), 주석 수화물(SnCl2·H2O) 및 염화철(FeCl3), 염화니켈(NiCl2), 염화구리(CuCl2), 염화마그네슘(MgCl2), 염화팔라듐(PdCl2), 염화코발트(CoCl2), 염화탄탈(TaCl2), 염화망간(MnCl2), 질산철(Fe(NO3)2, Fe(NO3)3), 질산니켈(Ni(NO3)2), 질산구리(Cu(NO3)2), 질산마그네슘(Mg(NO3)2), 질산코발트(Co(NO3)2), 질산망간(Mn(NO3)2), 망간 아세테이트(Mn(CO2CH3)2), 철아세테이트(Fe(CO2CH3)2), 니켈 아세테이트(Ni(CO2CH3)2), 코발트 아세테이트(Co(CO2CH3)2), 아연 아세테이트(Zn(CO2CH3)2), 및 구리 아세테이트(Cu(CO2CH3)2)로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나로,
상기 열처리하는 단계는,
상기 복합물질을 280℃까지 1차 승온시키는 단계;
상기 1차 승온시킨 이후에 상기 복합물질을 3 내지 5시간 동안 공기분위기 하에서 열처리하는 단계;
상기 공기분위기 하에서 열처리하는 단계 이후에 상기 복합물질을 500℃까지 2차 승온시키는 단계; 및
상기 2차 승온시킨 이후에 상기 복합물질을 1 내지 5 시간 동안 아르곤(Ar)분위기 하에서 열처리하는 단계를 포함하고,
상기 공기분위기 하에서 열처리하는 단계와 상기 2차 승온시키는 단계는 바로 연이어 이루어지는 음극활물질의 제조방법.
Preparing a first solution in which a metal oxide precursor is dissolved, a second solution in which a polymer as a carbon fiber precursor is dissolved, and an ionic liquid solution for nitrogen doping and forming a porous structure;
Preparing a metal oxide-nitrogen-porous carbon nanofiber composite material by electrospinning the electrorheological fluid; And
And heat treating the composite material,
The solvent of the first solution and the second solution may be any one selected from the group consisting of distilled water, dimethylformamide, phenol, toluene, ethanol, methanol, and propanol,
The metal oxide precursor may be titanium butoxide (TBO) or a metal salt flame,
The metal salt flame, titanium iso-proxy-side (Ti (OCH (CH 3) 2) 4), titanium chloride (TiCl 4, or TiCl 3), tin hydrate (SnCl 2 · H 2 O) and ferric chloride (FeCl 3), nickel chloride (NiCl 2), copper chloride (CuCl 2), magnesium chloride (MgCl 2), palladium chloride (PdCl 2), cobalt chloride (CoCl 2), chloride, tantalum (TaCl 2), manganese chloride (MnCl 2), nitric acid iron (Fe (NO 3) 2, Fe (NO 3) 3), nickel nitrate (Ni (NO 3) 2) , copper nitrate (Cu (NO 3) 2) , magnesium nitrate (Mg (NO 3) 2) , cobalt nitrate (Co (NO 3) 2) , manganese nitrate (Mn (NO 3) 2) , manganese acetate (Mn (CO 2 CH 3) 2), iron acetate (Fe (CO 2 CH 3) 2), nickel acetate (Ni (CO 2 CH 3) 2), cobalt acetate (Co (CO 2 CH 3) 2), zinc acetate (Zn (CO 2 CH 3) 2), and copper acetate (Cu (CO 2 CH 3) 2) , &Lt; / RTI &gt;
The step of heat-
Heating the composite material to 280 ° C;
Heat-treating the composite material under an air atmosphere for 3 to 5 hours after the primary heating;
Heating the composite material to a temperature of 500 ° C after the heat treatment in the air atmosphere; And
Heat-treating the composite material for 1 to 5 hours in an argon (Ar) atmosphere after the secondary heating,
Wherein the step of heat-treating in the air atmosphere and the step of raising the secondary temperature are performed successively.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 고분자는 폴리비닐피롤리돈(polyvinylpyrrolidone; PVP), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate; PMMA), 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol; PVA), 폴리비닐아세테이트(polyvinylacetate; PVAC), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile; PAN), 폴리퍼퓨릴알콜(polyfurfuryl alcohol), 셀룰로오스(cellulose), 글루코오스(glucose), 폴리비닐클로라이드(polyvinylchloride; PVC), 폴리아크릴산(polyacrylic acid), 폴리락트산(polylactic acid), 폴리에틸렌옥사이드(polyethylene oxide; PEO), 폴리피롤(polypyrrole), 폴리이미드(polyimide), 폴리아미드이미드(polyamideimide), 폴리아라미드(polyaramid), 폴리아닐린(Polyaniline; PANI), 페놀수지, 및 피치류로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나인 음극활물질의 제조방법.
The method according to claim 1,
The polymer may be selected from the group consisting of polyvinylpyrrolidone (PVP), polymethylmethacrylate (PMMA), polyvinyl alcohol (PVA), polyvinylacetate (PVAC), polyacrylonitrile PAN, polyfurfuryl alcohol, cellulose, glucose, polyvinylchloride (PVC), polyacrylic acid, polylactic acid, polyethylene oxide (polyethylene) (PEI), polypyrrole, polyimide, polyamideimide, polyaramid, polyaniline (PANI), phenol resin, and pitches. A method for producing an anode active material.
청구항 1에 있어서,
상기 이온성액체용액은 에틸메틸이미다졸리움 클로라이드(EMIM Cl), 에틸메틸이미다졸리움 디시아나미드(EMIM DCA), 에틸메틸이미다졸리움 트리플루오르메탄설포네이트 (EMIM Otf), 에틸메틸이미다졸리움 트리플루오르메틸설포닐이마이드 (EMIM TFSI), 에틸메틸이미다졸리움 아세테이트(EMIM Ac), 에틸메틸이미다졸리움 수화물(EMIM OH), 에틸메틸이미다졸리움 디에틸포스페이트(EMIM DEP), 에틸메틸이미다졸리움 메틸 카보네이트(EMIM MeOCO2), 에틸메틸이미다졸리움 락테이트(EMIM Lactate), 부틸메틸이미다졸리움 클로라이드(BMIM Cl), 부틸메틸이미다졸리움 메틸카보네이트 용액(BMIM MeOCO2), 부틸메틸이미다졸리움 트리플루오르메탄설포네이트 (BMIM Otf), 부틸메틸이미다졸리움 트리플루오르메틸설포닐이마이드 (EMIM TFSI), 부틸메틸이미다졸리움 트리플루오르아세테이트(BMIM CF3CO2), 및 디메틸이미다졸리움 메탄설포네이트(MMIM CH3SO3)로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나인 음극활물질의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the ionic liquid solution is selected from the group consisting of ethylmethylimidazolium chloride (EMIM Cl), ethylmethylimidazolium dicyanamide (EMIM DCA), ethylmethylimidazolium trifluoromethanesulfonate (EMIM Otf), ethylmethylimidazolium (EMIM TFSI), ethylmethylimidazolium acetate (EMIM Ac), ethylmethylimidazolium hydrate (EMIM OH), ethylmethylimidazolium diethylphosphate (EMIM DEP), ethylmethylimidazolium iodide imidazolium methyl carbonate (EMIM MeOCO 2), ethyl methyl imidazolium lactate (EMIM lactate), butyl-methyl-imidazolium chloride (BMIM Cl), butyl methyl imidazolium methyl carbonate solution (BMIM MeOCO 2), butyl methyl (BMIM Otf), butylmethylimidazolium trifluoromethylsulfonylimide (EMIM TFSI), butylmethylimidazolium trifluoroacetate (BM (methylimidazolium trifluoromethanesulfonate) IM CF 3 CO 2 ), and dimethylimidazolium methanesulfonate (MMIM CH 3 SO 3 ).
청구항 1에 있어서,
상기 복합물질을 제조하는 단계는,
상기 전기방사용액을 70℃ 이하로 유지하고, 상기 전기방사용액을 0.1 내지 1mL/h의 유량으로 공급함과 동시에, 10 내지 25kV 전압을 인가하여 전기방사를 수행하는 음극활물질의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the step of preparing the composite material comprises:
Wherein the electric spinning solution is maintained at 70 占 폚 or lower, the electric spinning solution is supplied at a flow rate of 0.1 to 1 ml / h, and a voltage of 10 to 25 kV is applied to conduct electrospinning.
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