KR101611506B1 - Negative electrode active material for a lithium rechargable battery, methode for synthesising the same, and a lithium rechargable battery including the same - Google Patents

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Abstract

입경이 1nm 내지 50nm인 GeO2를 포함하는 리튬 이차 전지용 음극 활물질, 이의 제조 방법, 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지에 관한 것이다.The present invention relates to a negative electrode active material for a lithium secondary battery including GeO 2 having a particle diameter of 1 nm to 50 nm, a method for producing the same, and a lithium secondary battery comprising the same.

Description

리튬 이차 전지용 음극 활물질, 이의 제조 방법, 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지 {NEGATIVE ELECTRODE ACTIVE MATERIAL FOR A LITHIUM RECHARGABLE BATTERY, METHODE FOR SYNTHESISING THE SAME, AND A LITHIUM RECHARGABLE BATTERY INCLUDING THE SAME}TECHNICAL FIELD The present invention relates to a negative electrode active material for a lithium secondary battery, a method for producing the negative electrode active material, and a lithium secondary battery including the lithium secondary battery, and a lithium secondary battery including the same. BACKGROUND ART [0002]

GeO2를 포함하는 리튬 이차 전지용 음극 활물질, 이의 제조 방법, 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지 에 관한 것이다.A negative electrode active material for lithium secondary batteries including GeO 2 , a method for producing the same, and a lithium secondary battery comprising the same.

전자기기의 구동용 전원으로서 리튬 이차전지가 주목을 받고 있다. 리튬 이차전지의 음극 재료로서는 흑연이 주로 이용되고 있지만, 흑연은 단위질량당의 용량이 372 mAh/g로 작기 때문에 리튬 이차전지의 고용량화가 어렵다.Lithium secondary batteries have attracted attention as power sources for driving electronic devices. Graphite is mainly used as a negative electrode material of a lithium secondary battery, but it is difficult to increase the capacity of a lithium secondary battery because the capacity per unit mass of graphite is as small as 372 mAh / g.

흑연보다 고용량을 나타내는 음극 재료로는 실리콘, 주석, 저마늄 등의 합금 계열이나 산화물 계열이 있다. 이들 재료는 고용량을 구현하고 전지의 소형화를 가능하게 하는 장점이 있다. Examples of the anode material exhibiting a higher capacity than graphite include an alloy system such as silicon, tin and germanium, and an oxide system. These materials have the advantage of realizing high capacity and miniaturization of the battery.

그러나 이러한 합금 또는 금속 산화물 계열의 음극 재료들은 리튬과 결합할 때 큰 내부 장력이 생긴다. 그로 인해 충방전 과정 중에 분쇄되어 용량 손실이 발생한다. However, these alloy or metal oxide based cathode materials have a large internal tension when combined with lithium. Thereby causing a loss of capacity due to pulverization during the charging / discharging process.

리튬과 결합할 때 발생하는 장력을 줄이기 위하여 음극 활물질의 크기를 나노미터 사이즈까지 줄이는 노력을 기울인다. 하지만 수 나노미터에 이르면 양자 효과가 나타나게 되고 오히려 전기화학적 성능이 떨어질 수 있다. 또한 작은 입자일수록 표면 에너지가 증가하여, 표면 에너지에 의한 2차 입자의 형성은 리튬의 확산도를 저하시킬 수 있다. 그래서 물질마다 최상의 성능을 내는 입자 크기의 범위가 존재하게 된다. 그러나 아직까지 저마늄 계열의 산화물이나 합금계열의 음극 재료의 입자 크기에 대한 연구는 미진한 상황이다.
Efforts are being made to reduce the size of the negative electrode active material to nanometer size in order to reduce the tensile force generated when it bonds with lithium. However, at a few nanometers the quantum effect appears, and the electrochemical performance may deteriorate. Also, the surface energy increases with smaller particles, and the formation of secondary particles due to surface energy may lower the diffusion of lithium. So there is a range of particle sizes that gives the best performance per material. However, research on the particle size of the germanium-based oxide or alloy-based cathode material is still insufficient.

전기 전도도가 우수하고 충방전 특성 및 수명 특성이 우수한 GeO2를 포함하는 리튬 이차 전지용 음극 활물질과 이의 제조 방법을 제공하고, 이를 포함하는 리튬 이차 전지를 제공한다.
Disclosed is a negative active material for a lithium secondary battery comprising GeO 2 having excellent electric conductivity and excellent charge / discharge characteristics and life characteristics, and a method for producing the same, and a lithium secondary battery comprising the same.

본 발명의 일 구현예에서는 입경이 1nm 내지 50nm인 GeO2를 포함하는 리튬 이차 전지용 음극 활물질을 제공한다. In one embodiment of the present invention, there is provided a negative active material for a lithium secondary battery comprising GeO 2 having a particle size of 1 nm to 50 nm.

상기 GeO2의 입경은 구체적으로 4nm 내지 30nm일 수 있다. The particle size of the GeO 2 may be specifically 4 nm to 30 nm.

상기 GeO2의 밴드갭(band gap)은 5.3eV 내지 5.8eV일 수 있다. The band gap of the GeO 2 may be 5.3 eV to 5.8 eV.

상기 GeO2의 전기 전도도는 1.0 x 10-15S/m 내지 1.0 x 10-11S/m일 수 있다. The electrical conductivity of the GeO 2 may be 1.0 x 10 -15 S / m to 1.0 x 10 -11 S / m.

상기 음극 활물질은 입경이 1nm 내지 30nm인 Ge를 더 포함할 수 있다. The negative electrode active material may further include Ge having a particle diameter of 1 nm to 30 nm.

본 발명의 다른 일 구현예에서는 GeCl4를 94 내지 99 부피%의 알코올 및 1 내지 6 부피%의 물을 포함하는 용매에 투입하는 단계; 상기 GeCl4와 상기 용매를 혼합하여 반응시키는 단계; 및 상기 용매를 제거하여 GeO2를 수득하는 단계를 포함하는 리튬 이차 전지용 음극 활물질의 제조 방법을 제공한다. In another embodiment of the present invention, there is provided a method for producing GeCl 4 , comprising: introducing GeCl 4 into a solvent comprising 94 to 99% by volume of alcohol and 1 to 6% by volume of water; Mixing the GeCl 4 and the solvent and reacting them; And removing the solvent to obtain GeO 2. The present invention also provides a method for producing a negative active material for a lithium secondary battery.

상기 GeCl4는 상기 용매 100 부피부에 대하여 0.1 내지 1 부피부 투입될 수 있다. The GeCl 4 may be added in an amount of 0.1 to 1 part per 100 parts of the solvent.

상기 알코올은 메탄올, 에탄올, 프로판올, 이소프로판올, 부탄올, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. The alcohol may comprise methanol, ethanol, propanol, isopropanol, butanol, or a combination thereof.

상기 GeCl4와 용매를 혼합하여 반응시키는 단계는 0℃ 내지 50℃에서 수행될 수 있다. The step of mixing and reacting the GeCl 4 with a solvent may be performed at 0 ° C to 50 ° C.

상기 GeCl4와 용매를 혼합하여 반응시키는 단계는 5 내지 20 시간 동안 수행될 수 있다. The step of mixing and reacting the GeCl 4 and the solvent may be performed for 5 to 20 hours.

수득된 GeO2의 입경은 1nm 내지 50nm일 수 있다. The particle size of the obtained GeO 2 may be 1 nm to 50 nm.

본 발명의 또 다른 일 구현예에서는 상기 리튬 이차 전지용 음극 활물질을 포함하는 음극, 양극, 및 전해질을 포함하는 리튬 이차 전지를 제공한다.
Another embodiment of the present invention provides a lithium secondary battery including the negative electrode, the positive electrode, and the electrolyte including the negative active material for the lithium secondary battery.

일 구현예에 따른 GeO2를 포함하는 음극 활물질과 이를 포함하는 리튬 이차 전지는 전기 전도도가 우수하고 충방전 특성 및 수명 특성이 우수하다.
The negative electrode active material including GeO 2 according to an embodiment and the lithium secondary battery including the same have excellent electric conductivity and excellent charge / discharge characteristics and life characteristics.

도 1은 실시예의 음극 활물질에 대한 엑스선 회절 분석 그래프이다.
도 2는 실시예의 음극 활물질에 대한 투과 전자 현미경 사진이다
도 3은 실시예의 음극 활물질에 대한 자외선 분광 분석 그래프이다.
도 4는 실시예의 전지에 대한 전기화학적 임피던스 분광 분석 그래프이다.
도 5는 실시예의 전지에 대한 첫 번째 충방전 특성 평가 그래프이다.
도 6은 실시예의 첫 번째 충방전 후의 극판에 대한 투과 전자 현미경 사진이다.
도 7은 0.2 C-rate 에서 실시예의 수명 특성을 평가한 그래프이다.
도 8은 1.0 C-rate 에서 실시예의 수명 특성을 평가한 그래프이다.
도 9는 0.2 C-rate 에서 측정한 실시예의 전압 프로파일이다.
도 10은 실시예의 충방전 실시후 음극 활물질에 대한 투과 전자 현미경 사진이다.
1 is an X-ray diffraction analysis graph for a negative electrode active material of an embodiment.
2 is a transmission electron micrograph of the negative active material of the embodiment
3 is an ultraviolet spectroscopic analysis graph of the negative electrode active material of the embodiment.
4 is a graph of an electrochemical impedance spectroscopy analysis of the battery of the Example.
5 is a graph showing the evaluation of the first charge / discharge characteristic of the battery of the embodiment.
6 is a transmission electron microscope photograph of the electrode plate after the first charge and discharge of the embodiment.
7 is a graph showing the life characteristics of the example at 0.2 C-rate.
FIG. 8 is a graph showing life characteristics of an embodiment at 1.0 C-rate.
Figure 9 is a voltage profile of an embodiment measured at 0.2 C-rate.
10 is a transmission electron micrograph of a negative electrode active material after charge and discharge in the embodiment.

이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. However, the present invention is not limited thereto, and the present invention is only defined by the scope of the following claims.

본 발명의 일 구현예에서는 입경이 1nm 내지 50nm인 GeO2를 포함하는 리튬 이차 전지용 음극 활물질을 제공한다. In one embodiment of the present invention, there is provided a negative active material for a lithium secondary battery comprising GeO 2 having a particle size of 1 nm to 50 nm.

상기 GeO2의 입경은 구체적으로 1nm 내지 35nm일 수 있고, 더 구체적으로는 4nm 내지 30nm, 4nm 내지 20nm, 4nm 내지 15nm, 4nm 내지 11nm일 수 있다.The particle size of the GeO 2 may be specifically 1 nm to 35 nm, more specifically 4 nm to 30 nm, 4 nm to 20 nm, 4 nm to 15 nm and 4 nm to 11 nm.

상기 입경 범위를 만족하는 GeO2 나노 입자를 포함하는 음극 활물질은 전기 전도도 등 전기 화학적 성능이 우수하고 리튬 이차 전지의 충방전 특성과 수명 특성을 향상시킬 수 있다.The negative electrode active material including the GeO 2 nanoparticles satisfying the above range of particle size has excellent electrochemical performance such as electrical conductivity and can improve the charge / discharge characteristics and life characteristics of the lithium secondary battery.

상기 GeO2의 밴드갭(band gap)은 5.3eV 내지 5.8eV, 구체적으로 5.3eV 내지 5.7eV, 5.3eV 내지 5.6eV, 5.3eV 내지 5.5eV일 수 있다. 상기 GeO2의 밴드갭은 GeO2의 전기 전도도를 계산할 수 있는 요소로, 상기 범위의 밴드갭 범위를 가질 경우 우수한 전기 전도도를 나타낼 수 있다. The band gap of GeO 2 may be 5.3 eV to 5.8 eV, specifically 5.3 eV to 5.7 eV, 5.3 eV to 5.6 eV, and 5.3 eV to 5.5 eV. The band gap of GeO 2 is a factor that can calculate the electric conductivity of GeO 2. When the band gap is within the above range, it can exhibit excellent electric conductivity.

상기 밴드갭은 자외선 분광분석 장치(Ultraviolet spectroscopy)를 이용하여 측정될 수 있다. The bandgap may be measured using an ultraviolet spectroscopy apparatus.

상기 GeO2의 전기 전도도는 1.0 x 10-15S/m 내지 1.0 x 10-11S/m, 구체적으로 1.0 x 10-14S/m 내지 1.0 x 10-11S/m, 1.0 x 10-13S/m 내지 1.0 x 10-11S/m, 1.0 x 10-12S/m 내지 1.0 x 10-11S/m일 수 있다. 상기 범위를 만족할 경우 전하 이동 저항이 낮아 우수한 전지 특성을 구현할 수 있다. The electrical conductivity of the GeO 2 is in the range of 1.0 x 10 -15 S / m to 1.0 x 10 -11 S / m, specifically 1.0 x 10 -14 S / m to 1.0 x 10 -11 S / m, 1.0 x 10 -13 S / m to 1.0 x 10 -11 S / m, and 1.0 x 10 -12 S / m to 1.0 x 10 -11 S / m. When the above range is satisfied, the charge transfer resistance is low and excellent battery characteristics can be realized.

상기 GeO2 나노 입자는 전지의 충방전 과정에서 Ge 입자와 Li2O 입자로 나뉘어질 수 있다. 이러한 Ge 입경은 1nm 내지 30nm인 Ge일 수 있다. The GeO 2 nanoparticles can be divided into Ge particles and Li 2 O particles during charging and discharging of the battery. The Ge particle size may be Ge of 1 nm to 30 nm.

본 발명의 다른 일 구현예에서는 GeCl4를 94 내지 99 부피%의 알코올 및 1 내지 6 부피%의 물을 포함하는 용매에 투입하는 단계; 상기 GeCl4와 상기 용매를 혼합하여 반응시키는 단계; 및 상기 용매를 제거하여 GeO2를 수득하는 단계를 포함하는 리튬 이차 전지용 음극 활물질의 제조 방법을 제공한다. In another embodiment of the present invention, there is provided a method for producing GeCl 4 , comprising: introducing GeCl 4 into a solvent comprising 94 to 99% by volume of alcohol and 1 to 6% by volume of water; Mixing the GeCl 4 and the solvent and reacting them; And removing the solvent to obtain GeO 2. The present invention also provides a method for producing a negative active material for a lithium secondary battery.

상기 방법을 통하여 입경이 1nm 내지 50nm인 GeO2를 제조할 수 있고, 이를 포함하는 리튬 이차 전지용 음극 활물질은 전기 화학적 특성이 우수하고 전지의 충방전 특성과 수명 특성을 향상시킬 수 있다. Through the above process, GeO 2 having a particle diameter of 1 nm to 50 nm can be produced, and the negative electrode active material for a lithium secondary battery including the same can exhibit excellent electrochemical characteristics and improve the charge / discharge characteristics and life characteristics of the battery.

상기 용매에서 알코올의 함량은 용매 총량에 대하여 94 내지 99 부피%이고, 구체적으로 95 내지 99 부피%, 96 내지 99 부피%, 94 내지 98 부피%, 94 내지 97 부피%, 95 내지 98 부피%일 수 있다. The content of alcohol in the solvent is 94 to 99% by volume, specifically 95 to 99% by volume, 96 to 99% by volume, 94 to 98% by volume, 94 to 97% by volume, 95 to 98% .

또한 상기 물의 함량은 용매 총량에 대하여 1 내지 6 부피%이고, 구체적으로 2 내지 6 부피%, 3 내지 6 부피%, 1 내지 5 부피%, 1 내지 4 부피%, 2 내지 5 부피%일 수 있다. The content of the water may be 1 to 6% by volume based on the total amount of the solvent, specifically 2 to 6% by volume, 3 to 6% by volume, 1 to 5% by volume, 1 to 4% by volume and 2 to 5% .

상기 범위의 농도를 가지는 용매를 사용함으로써 입경이 1nm 내지 50nm이고 입도 분포가 균일한 GeO2 나노 입자를 제조할 수 있다. By using a solvent having a concentration in the above range, GeO 2 nanoparticles having a particle diameter of 1 nm to 50 nm and a uniform particle size distribution can be produced.

용매의 농도를 조절함으로써 즉, 알코올과 물의 함량을 조절함으로써 GeO2의 입자 크기를 조절할 수 있다. 구체적으로, 상기 용매 농도 범위에서 알코올의 농도가 증가할수록 수득되는 GeO2 입자 크기는 작아질 수 있다.The particle size of the GeO 2 can be controlled by adjusting the concentration of the solvent, that is, by controlling the content of alcohol and water. Specifically, as the concentration of alcohol increases in the solvent concentration range, the resulting GeO 2 particle size can be reduced.

상기 용매에서 상기 알코올은 예를 들어 메탄올, 에탄올, 프로판올, 이소프로판올, 부탄올, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.In the solvent, the alcohol may include, for example, methanol, ethanol, propanol, isopropanol, butanol, or a combination thereof.

상기 알코올의 종류를 변화시켜 수득되는 GeO2의 입자 크기를 조절할 수 있다. 예를 들어, 메탄올을 사용할 경우 입자 크기가 15nm 내지 50nm, 15nm 내지 40nm인 GeO2를 제조할 수 있다. 다른 예로, 에탄올을 사용할 경우 5nm 내지 25nm, 5nm 내지 20nm인 GeO2를 제조할 수 있고, 이소프로판올을 사용할 경우 1nm 내지 25nm, 1 내지 20nm의 GeO2를 제조할 수 있다. The particle size of the GeO 2 obtained by changing the kind of the alcohol can be controlled. For example, when methanol is used, GeO 2 having a particle size of 15 nm to 50 nm and 15 nm to 40 nm can be produced. As another example, when ethanol is used, GeO 2 having a thickness of 5 nm to 25 nm and 5 nm to 20 nm can be produced, and 1 to 25 nm and 1 to 20 nm of GeO 2 can be produced when isopropanol is used.

상기 GeCl4는 상기 용매 100 부피부에 대하여 0.1 내지 1 부피부 투입될 수 있고, 구체적으로 0.1 내지 0.9 부피부, 0.1 내지 0.8 부피부, 0.1 내지 0.7 부피부, 0.1 내지 0.6 부피부, 0.2 내지 1 부피부, 0.3 내지 1 부피부, 0.2 내지 0.9 부피부, 0.2 내지 0.8 부피부 투입될 수 있다. GeCl4의 함량이 상기 범위를 만족할 경우 입경이 1nm 내지 50nm이고 입도 분포가 균일한 GeO2 나노 입자를 제조할 수 있다. The GeCl 4 may be added to the skin of the present invention in an amount of 0.1 to 1 part per 100 parts of the skin, and specifically 0.1 to 0.9 part skin, 0.1 to 0.8 part skin, 0.1 to 0.7 part skin, 0.1 to 0.6 part skin, 0.2 to 1 part 0.3 to 1 part skin, 0.2 to 0.9 part skin, 0.2 to 0.8 part skin can be injected. When the content of GeCl 4 satisfies the above range, GeO 2 nanoparticles having a particle size of 1 nm to 50 nm and a uniform particle size distribution can be produced.

상기 GeCl4와 용매를 혼합하여 반응시키는 단계는 0℃ 내지 50℃에서 수행될 수 있고, 구체적으로 0℃ 내지 40℃, 0℃ 내지 30℃, 4℃ 내지 50℃, 4℃ 내지 40℃, 4℃ 내지 30℃에서 수행될 수 있다. 반응 온도가 상기 범위를 만족할 경우 입경이 1nm 내지 50nm이고 입도 분포가 균일한 GeO2 나노 입자를 제조할 수 있다. The step of mixing and reacting the GeCl 4 with a solvent may be carried out at 0 캜 to 50 캜 and may be carried out at 0 캜 to 40 캜, 0 캜 to 30 캜, 4 캜 to 50 캜, 4 캜 to 40 캜, 4 Lt; 0 > C to 30 < 0 > C. When the reaction temperature satisfies the above range, GeO 2 nanoparticles having a particle diameter of 1 nm to 50 nm and a uniform particle size distribution can be produced.

반응 온도를 조절함으로써 수득되는 GeO2의 입자 크기를 조절할 수 있다. 구체적으로 상기 온도 범위에서 온도를 증가시킬 수록 GeO2 입자 크기를 줄일 수 있다. 예를 들어 4℃에서 반응을 진행할 경우 입자 크기가 1nm 내지 25nm, 1nm 내지 20nm인 GeO2를 제조할 수 있고, 상온에서 반응을 진행할 경우 입자 크기가 8nm 내지 50nm, 10nm 내지 40nm인 GeO2를 제조할 수 있다.The particle size of GeO 2 obtained by controlling the reaction temperature can be controlled. Specifically, as the temperature is increased in the temperature range, the GeO 2 particle size can be reduced. For example, proceed with the reaction at 4 ℃ particle size of 1nm to 25nm, 1nm to about 20nm in the case GeO can be produced two, proceed with the reaction at room temperature, the particle size is prepared to 8nm to 50nm, 10nm to 40nm of GeO 2 can do.

상기 GeCl4와 용매를 혼합하여 반응시키는 단계는 5 내지 20 시간 동안, 구체적으로 5 내지 15 시간 동안 수행될 수 있다. 상기 시간 동안 반응을 진행할 경우 입자 크기가 1nm 내지 50nm이고 입도 분포가 균일한 GeO2 나노 입자를 제조할 수 있다. The step of mixing and reacting the GeCl 4 with the solvent may be carried out for 5 to 20 hours, specifically 5 to 15 hours. The GeO 2 nanoparticles having a particle size of 1 nm to 50 nm and a uniform particle size distribution can be prepared.

상기 반응 시간을 조절하여 수득되는 GeO2의 입자 크기를 조절할 수 있다. 구체적으로, 반응 시간을 증가시키면 더 큰 입경의 GeO2를 수득할 수 있다. The particle size of GeO 2 obtained by controlling the reaction time can be controlled. Specifically, by increasing the reaction time, GeO 2 having a larger particle size can be obtained.

본 발명의 또 다른 일 구현예에서는 상기 리튬 이차 전지용 음극 활물질을 포함하는 음극, 양극, 및 전해질을 포함하는 리튬 이차 전지를 제공한다.Another embodiment of the present invention provides a lithium secondary battery including the negative electrode, the positive electrode, and the electrolyte including the negative active material for the lithium secondary battery.

상기 음극은 집전체 및 상기 집전체 위에 형성된 음극 활물질층을 포함하며, 상기 음극 활물질층은 음극 활물질을 포함한다.The negative electrode includes a current collector and a negative active material layer formed on the current collector, and the negative active material layer includes a negative active material.

상기 음극 활물질 층은 바인더를 포함하며, 선택적으로 도전재를 포함할 수 있다.The negative electrode active material layer includes a binder, and may optionally include a conductive material.

상기 바인더는 음극 활물질 입자들을 서로 잘 부착시키고, 또한 음극 활물질을 전류 집전체에 잘 부착시키는 역할을 한다. 상기 바인더로는 비수용성 바인더, 수용성 바인더 또는 이들의 조합을 사용할 수 있다.The binder serves to adhere the anode active material particles to each other and to adhere the anode active material to the current collector. As the binder, a water-insoluble binder, a water-soluble binder, or a combination thereof may be used.

상기 비수용성 바인더로는 폴리비닐클로라이드, 카르복실화된 폴리비닐클로라이드, 폴리비닐플루오라이드, 에틸렌 옥사이드를 포함하는 폴리머, 폴리비닐피롤리돈, 폴리우레탄, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리아미드이미드, 폴리이미드 또는 이들의 조합을 들 수 있다. Examples of the water-insoluble binder include polyvinyl chloride, carboxylated polyvinyl chloride, polyvinyl fluoride, a polymer containing ethylene oxide, polyvinyl pyrrolidone, polyurethane, polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride , Polyethylene, polypropylene, polyamideimide, polyimide, or a combination thereof.

상기 수용성 바인더로는 스티렌-부타디엔 러버, 아크릴레이티드 스티렌-부타디엔 러버, 폴리비닐알콜, 폴리아크릴산 나트륨, 프로필렌과 탄소수가 2 내지 8의 올레핀 공중합체, (메타)아크릴산과 (메타)아크릴산알킬에스테르의 공중합체 또는 이들의 조합을 들 수 있다.Examples of the water-soluble binder include styrene-butadiene rubber, acrylated styrene-butadiene rubber, polyvinyl alcohol, sodium polyacrylate, propylene and olefin copolymers having 2 to 8 carbon atoms, (meth) acrylic acid and (meth) Copolymers or combinations thereof.

상기 도전재는 전극에 도전성을 부여하기 위해 사용되는 것으로, 화학변화를 야기하지 않고 전자 전도성 재료이면 어떠한 것도 사용 가능하며, 그 예로 천연 흑연, 인조 흑연, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸블랙, 탄소섬유 등의 탄소계 물질; 구리, 니켈, 알루미늄, 은 등의 금속 분말 또는 금속 섬유 등의 금속계 물질; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 폴리머; 또는 이들의 혼합물을 포함하는 도전성 재료를 사용할 수 있다.The conductive material is used for imparting conductivity to the electrode. Any electrically conductive material can be used without causing any chemical change. Examples of the conductive material include natural graphite, artificial graphite, carbon black, acetylene black, ketjen black, Carbon-based materials; Metal powders such as copper, nickel, aluminum, and silver, or metal-based materials such as metal fibers; Conductive polymers such as polyphenylene derivatives; Or a mixture thereof may be used.

상기 집전체로는 구리 박, 니켈 박, 스테인레스강 박, 티타늄 박, 니켈 발포체(foam), 구리 발포체, 전도성 금속이 코팅된 폴리머 기재, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 사용할 수 있다.The collector may be selected from the group consisting of a copper foil, a nickel foil, a stainless steel foil, a titanium foil, a nickel foam, a copper foil, a polymer substrate coated with a conductive metal, and a combination thereof.

상기 양극은 전류 집전체 및 이 전류 집전체에 형성되는 양극 활물질 층을 포함한다. 상기 양극 활물질로는 리튬의 가역적인 인터칼레이션 및 디인터칼레이션이 가능한 화합물(리티에이티드 인터칼레이션 화합물)을 사용할 수 있다. 구체적으로는 코발트, 망간, 니켈, 및 이들의 조합으로부터 선택되는 금속과 리튬과의 복합 산화물중 1종 이상의 것을 사용할 수 있다. 보다 구체적인 예로는 하기 화학식 중 어느 하나로 표현되는 화합물을 사용할 수 있다. The anode includes a current collector and a cathode active material layer formed on the current collector. As the cathode active material, a compound capable of reversibly intercalating and deintercalating lithium (a lithiated intercalation compound) can be used. Concretely, at least one of complex oxides of metal and lithium selected from cobalt, manganese, nickel, and combinations thereof may be used. As a more specific example, a compound represented by any one of the following formulas may be used.

LiaA1 - bXbD2(0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5); LiaA1 - bXbO2 - cDc(0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05); LiE1 - bXbO2 - cDc(0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05); LiE2 - bXbO4 - cDc(0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05); LiaNi1 -b- cCobXcDα(0.90 ≤ a ≤1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α ≤ 2); LiaNi1 -b- cCobXcO2 Tα(0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α < 2); LiaNi1 -b- cCobXcO2 T2(0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α < 2); LiaNi1 -b- cMnbXcDα(0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α ≤ 2); LiaNi1 -b- cMnbXcO2 Tα(0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α < 2); LiaNi1 -b-cMnbXcO2-αT2( 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α < 2); LiaNibEcGdO2(0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.9, 0 ≤ c ≤ 0.5, 0.001 ≤ d ≤ 0.1); LiaNibCocMndGeO2(0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.9, 0 ≤ c ≤ 0.5, 0 ≤ d ≤0.5, 0.001 ≤ e ≤ 0.1); LiaNiGbO2(0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0.001 ≤ b ≤ 0.1); LiaCoGbO2(0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0.001 ≤ b ≤ 0.1); LiaMnGbO2(0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0.001 ≤ b ≤ 0.1); LiaMn2GbO4(0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0.001 ≤ b ≤ 0.1); LiaMnGbPO4(0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0.001 ≤ b ≤ 0.1); QO2; QS2; LiQS2; V2O5; LiV2O5; LiZO2; LiNiVO4; Li(3-f)J2(PO4)3(0 ≤ f ≤ 2); Li(3-f)Fe2(PO4)3(0 ≤ f ≤ 2); LiFePO4 Li a A 1 - b X b D 2 (0.90? A? 1.8, 0? B? 0.5); Li a A 1 - b X b O 2 - c D c (0.90? A? 1.8, 0? B? 0.5, 0? C? 0.05); LiE 1 - b X b O 2 - c D c (0? B? 0.5, 0? C? 0.05); LiE 2 - b X b O 4 - c D c (0? B? 0.5, 0? C? 0.05); Li a Ni 1 -b- c Co b X c D ? (0.90? A? 1.8, 0? B? 0.5, 0? C? 0.05, 0 <?? 2); Li a Ni 1 -b- c Co b X c O 2 T α (0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 <α <2); Li a Ni 1 -b- c Co b X c O 2 - ? T 2 (0.90? A? 1.8, 0? B? 0.5, 0? C? 0.05, 0 <? <2); Li a Ni 1 -b- c Mn b X c D ? (0.90? A? 1.8, 0? B? 0.5, 0? C? 0.05, 0 <?? 2); Li a Ni 1 -b- c Mn b X c O 2- α T α (0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 <α <2); Li a Ni 1 -bc Mn b X c O 2-α T 2 (0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 <α <2); Li a Ni b E c G d O 2 (0.90? A? 1.8, 0? B? 0.9, 0? C? 0.5, 0.001? D? 0.1); Li a Ni b Co c Mn d G e O 2 (0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.9, 0 ≤ c ≤ 0.5, 0 ≤ d ≤ 0.5, 0.001 ≤ e ≤ 0.1); Li a NiG b O 2 (0.90? A? 1.8, 0.001? B? 0.1); Li a CoG b O 2 (0.90? A? 1.8, 0.001? B? 0.1); Li a MnG b O 2 (0.90? A? 1.8, 0.001? B? 0.1); Li a Mn 2 G b O 4 (0.90? A? 1.8, 0.001? B? 0.1); Li a MnG b PO 4 (0.90? A? 1.8, 0.001? B? 0.1); QO 2; QS 2 ; LiQS 2 ; V 2 O 5 ; LiV 2 O 5 ; LiZO 2 ; LiNiVO 4; Li (3-f) J 2 (PO 4 ) 3 (0? F? 2); Li (3-f) Fe 2 (PO 4 ) 3 (0? F? 2); LiFePO 4

상기 화학식에 있어서, A는 Ni, Co, Mn, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되고; X는 Al, Ni, Co, Mn, Cr, Fe, Mg, Sr, V, 희토류 원소 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되고; D는 O, F, S, P, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되고; E는 Co, Mn, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되고; T는 F, S, P, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되고; G는 Al, Cr, Mn, Fe, Mg, La, Ce, Sr, V, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되고; Q는 Ti, Mo, Mn, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되고; Z는 Cr, V, Fe, Sc, Y, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되며; J는 V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된다.In the above formula, A is selected from the group consisting of Ni, Co, Mn, and combinations thereof; X is selected from the group consisting of Al, Ni, Co, Mn, Cr, Fe, Mg, Sr, V, rare earth elements and combinations thereof; D is selected from the group consisting of O, F, S, P, and combinations thereof; E is selected from the group consisting of Co, Mn, and combinations thereof; T is selected from the group consisting of F, S, P, and combinations thereof; G is selected from the group consisting of Al, Cr, Mn, Fe, Mg, La, Ce, Sr, V, and combinations thereof; Q is selected from the group consisting of Ti, Mo, Mn, and combinations thereof; Z is selected from the group consisting of Cr, V, Fe, Sc, Y, and combinations thereof; J is selected from the group consisting of V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, and combinations thereof.

상기 화합물 표면에 코팅층을 갖는 것도 사용할 수 있고, 또는 상기 화합물과 코팅층을 갖는 화합물을 혼합하여 사용할 수도 있다. 상기 코팅층은 코팅 원소의 옥사이드, 하이드록사이드, 코팅 원소의 옥시하이드록사이드, 코팅 원소의 옥시카보네이트 및 코팅 원소의 하이드록시카보네이트로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 코팅 원소 화합물을 포함할 수 있다. 이들 코팅층을 이루는 화합물은 비정질 또는 결정질일 수 있다. 상기 코팅층에 포함되는 코팅 원소로는 Mg, Al, Co, K, Na, Ca, Si, Ti, V, Sn, Ge, Ga, B, As, Zr 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 코팅층 형성 공정은 상기 화합물에 이러한 원소들을 사용하여 양극 활물질의 물성에 악영향을 주지 않는 방법(예를 들어 스프레이 코팅, 침지법 등)으로 코팅할 수 있으면 어떠한 코팅 방법을 사용하여도 무방하며, 이에 대하여는 당해 분야에 종사하는 사람들에게 잘 이해될 수 있는 내용이므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.A compound having a coating layer on the surface of the compound may be used, or a compound having a coating layer may be mixed with the compound. The coating layer may comprise at least one coating element compound selected from the group consisting of oxides, hydroxides of coating elements, oxyhydroxides of coating elements, oxycarbonates of coating elements, and hydroxycarbonates of coating elements. The compound constituting these coating layers may be amorphous or crystalline. The coating layer may contain Mg, Al, Co, K, Na, Ca, Si, Ti, V, Sn, Ge, Ga, B, As, Zr or a mixture thereof. The coating layer forming step may be any coating method as long as it can coat the above compound by a method which does not adversely affect the physical properties of the cathode active material (for example, spray coating, dipping, etc.) by using these elements, It will be understood by those skilled in the art that a detailed description will be omitted.

상기 양극 활물질 층은 바인더 및/또는 도전재를 포함한다. The cathode active material layer includes a binder and / or a conductive material.

상기 바인더는 양극 활물질 입자들을 서로 잘 부착시키고, 또한 양극 활물질을 전류 집전체에 잘 부착시키는 역할을 하며, 그 대표적인 예로는 폴리비닐알콜, 카르복시메틸셀룰로즈, 히드록시프로필셀룰로즈, 디아세틸셀룰로즈, 폴리비닐클로라이드, 카르복실화된 폴리비닐클로라이드, 폴리비닐플루오라이드, 에틸렌 옥사이드를 포함하는 폴리머, 폴리비닐피롤리돈, 폴리우레탄, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 스티렌-부타디엔 러버, 아크릴레이티드 스티렌-부타디엔 러버, 에폭시 수지, 나일론 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The binder serves to adhere the positive electrode active material particles to each other and to adhere the positive electrode active material to the current collector. Typical examples thereof include polyvinyl alcohol, carboxymethyl cellulose, hydroxypropyl cellulose, diacetyl cellulose, polyvinyl Polyvinylpyrrolidone, polyurethane, polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, polyethylene, polypropylene, styrene-acrylonitrile, styrene-butadiene rubber, Butadiene rubber, acrylated styrene-butadiene rubber, epoxy resin, nylon, and the like, but not limited thereto.

상기 도전재는 전극에 도전성을 부여하기 위해 사용되는 것으로, 화학변화를 야기하지 않고 전자 전도성 재료이면 어떠한 것도 사용가능하며, 그 예로 천연 흑연, 인조 흑연, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸블랙, 탄소섬유, 구리, 니켈, 알루미늄, 은 등의 금속 분말, 금속 섬유 등을 사용할 수 있고, 또한 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 재료를 1종 또는 1종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.The conductive material is used for imparting conductivity to the electrode. Any electrically conductive material can be used without causing any chemical change, and examples thereof include natural graphite, artificial graphite, carbon black, acetylene black, ketjen black, carbon fiber, , Metal powders such as nickel, aluminum, and silver, metal fibers, and the like, and conductive materials such as polyphenylene derivatives may be used alone or in combination.

상기 전류 집전체로는 알루미늄을 사용할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.As the current collector, aluminum may be used, but the present invention is not limited thereto.

상기 음극과 양극은 활물질, 도전재 및 바인더를 용매 중에서 혼합하여 활물질 조성물을 제조하고, 이 조성물을 전류 집전체에 도포하여 제조한다. 이와 같은 전극 제조 방법은 당해 분야에 널리 알려진 내용이므로 본 명세서에서 상세한 설명은 생략하기로 한다. 상기 용매로는 N-메틸피롤리돈 등을 사용할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.The negative electrode and the positive electrode are prepared by mixing an active material, a conductive material and a binder in a solvent to prepare an active material composition and applying the composition to an electric current collector. The method of manufacturing the electrode is well known in the art, and therefore, a detailed description thereof will be omitted herein. As the solvent, N-methylpyrrolidone or the like can be used, but it is not limited thereto.

본 발명 일 구현예에 따른 비수계 전해질 이차전지에서, 비수 전해질은 비수성 유기 용매와 리튬염을 포함한다. In the non-aqueous liquid electrolyte secondary battery according to an embodiment of the present invention, the non-aqueous electrolyte includes a non-aqueous organic solvent and a lithium salt.

상기 비수성 유기 용매는 전지의 전기화학적 반응에 관여하는 이온들이 이동할 수 있는 매질 역할을 한다. The non-aqueous organic solvent serves as a medium through which ions involved in the electrochemical reaction of the battery can move.

리튬 이차전지의 종류에 따라 양극과 음극 사이에 세퍼레이터가 존재할 수 도 있다. 이러한 세퍼레이터로는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드 또는 이들의 2층 이상의 다층막이 사용될 수 있으며, 폴리에틸렌/폴리프로필렌 2층 세퍼레이터, 폴리에틸렌/폴리프로필렌/폴리에틸렌 3층 세퍼레이터, 폴리프로필렌/폴리에틸렌/폴리프로필렌 3층 세퍼레이터 등과 같은 혼합 다층막이 사용될 수 있음은 물론이다.Depending on the type of the lithium secondary battery, a separator may exist between the positive electrode and the negative electrode. The separator may be a polyethylene / polypropylene double layer separator, a polyethylene / polypropylene / polyethylene triple layer separator, a polypropylene / polyethylene / poly It is needless to say that a mixed multilayer film such as a propylene three-layer separator and the like can be used.

이하 본 발명의 실시예를 기재한다. 하기 실시예는 본 발명의 일 실시예 일뿐 본 발명이 하기한 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, examples of the present invention will be described. The following examples are only illustrative of the present invention and are not intended to limit the scope of the present invention.

실시예Example 1 One

(음극 활물질의 제조)(Preparation of negative electrode active material)

GeCl4 (99.99%, Alfa Aesar) 0.1 ml를 무수의 이소프로판올 26 ml와 초순수 0.83 ml의 혼합 용액에 투입한다. 10시간 동안 4℃에서 용액을 강하게 저어준다. 반응 후에 샘플을 5 mTorr 상온에서 말린 후 남아 있는 고체 가루 (GeO2)를 수득한다.0.1 ml of GeCl 4 (99.99%, Alfa Aesar) is added to a mixed solution of 26 ml of anhydrous isopropanol and 0.83 ml of ultrapure water. Stir the solution strongly at 4 ° C for 10 hours. To obtain a solid powder (GeO 2) remaining after a sample dried at 5 mTorr at room temperature after the reaction.

(전지의 제조)(Manufacture of Battery)

폴리비닐리덴 플루오라이드 바인더를 N-메틸-2-피롤리돈 용매에 용해시킨 후, 이 용액에 상기에서 제조한 음극 활물질 및 카본 블랙 도전재를 첨가하여 음극 활물질 슬러리를 제조한다. 음극 활물질, 도전재 및 바인더의 혼합 비율은 8:1:1 중량비로 한다. After the polyvinylidene fluoride binder is dissolved in a solvent of N-methyl-2-pyrrolidone, the negative electrode active material and the carbon black conductive material prepared as described above are added to this solution to prepare a negative electrode active material slurry. The mixing ratio of the negative electrode active material, the conductive material and the binder is set to 8: 1: 1 by weight.

상기 슬러리를 구리 호일에 코팅하고, 120℃에서 120분간 건조하여 극판을 제조하였다.The slurry was coated on a copper foil and dried at 120 DEG C for 120 minutes to prepare an electrode plate.

상대 극판으로 리튬 금속을 사용하고, 전해액으로는 1.3M LiPF6 에틸렌카보네이트, 에틸메틸카보네이트 3:7 부피비, 플루오르에틸렌 카보네이트 10% 혼합 용액을 사용하여, 2016R 코인 셀 전지를 제조한다. A 2016R coin cell battery is manufactured using a lithium metal as a counter electrode plate and a mixed solution of 1.3M LiPF 6 ethylene carbonate, ethyl methyl carbonate 3: 7 by volume and a 10% fluorethylene carbonate as an electrolyte.

실시예Example 2 내지 15 2 to 15

상기 실시예 1과 동일하게 제조하되 알코올의 종류와 함량, 반응 온도를 하기 표 1과 같이 설정하여 음극 활물질을 제조하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 전지를 제조한다.The anode active material was prepared in the same manner as in Example 1 except that the kind and content of alcohol and the reaction temperature were set as shown in Table 1 below, and batteries were prepared in the same manner as in Example 1.

실시예Example 용매 (알코올 종류)Solvent (alcohol type) 알코올 함량(mL)Alcohol Content (mL) 반응온도Reaction temperature GeO2 입자 크기(nm)GeO 2 Particle Size (nm) 1One 이소프로판올Isopropanol 2626 4℃4 ℃ ~2~ 2 22 이소프로판올Isopropanol 2323 4℃4 66 33 이소프로판올Isopropanol 2020 4℃4 1010 44 에탄올ethanol 2626 4℃4 ℃ 88 55 에탄올ethanol 2323 4℃4 1010 66 에탄올ethanol 2020 4℃4 1010 77 이소프로판올Isopropanol 2626 상온Room temperature 1111 88 이소프로판올Isopropanol 2323 상온Room temperature 1212 99 이소프로판올Isopropanol 2020 상온Room temperature 1515 1010 에탄올ethanol 2626 상온Room temperature 1111 1111 에탄올ethanol 2323 상온Room temperature 1313 1212 에탄올ethanol 2020 상온Room temperature 1616 1313 메탄올Methanol 2626 상온Room temperature 1818 1414 메탄올Methanol 2323 상온Room temperature 2828 1515 메탄올Methanol 2020 상온Room temperature 3535

실험예Experimental Example 1:  One: GeOGeo 22 입자 크기 평가 Particle size evaluation

실시예 1 내지 15에서 제조한 음극 활물질에 대하여 엑스선 회절 분석(X-ray diffraction; XRD)을 수행하고 그 데이터를 셰러 방정식(scherrer equation)에 대입하여 입자의 평균 크기를 측정한다. 측정된 입자 크기는 상기 표 1과 하기 표 2에 나타내었다. X-ray diffraction (XRD) is performed on the negative electrode active materials prepared in Examples 1 to 15 and the data are substituted into a Scherrer equation to measure the average size of the particles. The measured particle sizes are shown in Table 1 and Table 2 below.

도 1은 실시예 1 내지 3 및 실시예 15의 음극 활물질에 대한 엑스선 회절 분석 그래프이다.1 is an X-ray diffraction analysis graph for negative electrode active materials of Examples 1 to 3 and Example 15. Fig.

상기 셰러 방정식은 하기 방정식 1로 표시될 수 있다. The Scherrer equation can be expressed by the following equation (1).

[방정식 1][Equation 1]

Figure 112013109705853-pat00001
Figure 112013109705853-pat00001

상기 방정식 1에서 τ는 평균 입경이고, K는 형상 계수(shape factor)이며, λ는 엑스레이 파장이고, β는 반치폭(FWHM)이며, θ는 브랙각(bragg angle)이다. In the above equation (1),? Is an average particle diameter, K is a shape factor,? Is an X-ray wavelength,? Is a half width (FWHM), and? Is a bragg angle.

도 2는 실시예 1 내지 3 및 실시예 15의 음극 활물질에 대한 투과 전자 현미경 사진이다. 도 2와 같은 투과 전자 현미경 사진을 이용하여서도 제조된 음극 활물질의 입자 크기를 측정할 수 있다. FIG. 2 is a transmission electron microscope photograph of the negative electrode active materials of Examples 1 to 3 and Example 15. FIG. The particle size of the prepared negative electrode active material can also be measured by using a transmission electron microscope photograph as shown in FIG.

하기 표 2는 실시예 1 내지 15의 용매 종류와 함량 및 반응 온도에 따른 GeO2 입자 크기의 변화를 정리한 표이다.Table 2 is a table summarizing the changes in the particle size of GeO 2 according to the kind and content of solvent and reaction temperature in Examples 1 to 15.

반응온도Reaction temperature 상온Room temperature 반응온도Reaction temperature 4℃4 ℃ 용매
함량
menstruum
content
메탄올Methanol 에탄올ethanol 이소프로판올Isopropanol 용매
함량
menstruum
content
에탄올ethanol 이소프로판올Isopropanol
20 mL20 mL 35 nm35 nm 16 nm16 nm 15 nm15 nm 20 mL20 mL 10 nm10 nm 10 nm10 nm 23 mL23 mL 28 nm28 nm 13 nm13 nm 12 nm12 nm 23 mL23 mL 10 nm10 nm 6 nm6 nm 26 mL26 mL 18 nm18 nm 11 nm11 nm 11 nm11 nm 26 mL26 mL 8 nm8 nm ~ 2 nm~ 2 nm

상기 표 1, 표 2, 및 도 2를 참고하면, 입자 크기가 1nm 내지 50nm인 다양한 입자 크기의 GeO2 나노 입자가 제조되었음을 확인할 수 있다. Referring to Table 1, Table 2, and FIG. 2, it can be seen that GeO 2 nanoparticles having various particle sizes of 1 nm to 50 nm in particle size were produced.

또한 표 2를 참고하면 용매의 종류, 용매의 함량(농도), 반응 온도 등을 조절하여 수득되는 GeO2의 입자 크기를 제어할 수 있음을 알 수 있다. Also, referring to Table 2, it can be seen that the particle size of GeO 2 obtained by controlling the type of solvent, the content (concentration) of solvent, and the reaction temperature can be controlled.

실험예Experimental Example 2:  2: 밴드갭Band gap 및 전기 전도도 측정 And electrical conductivity measurement

실시예의 음극 활물질에 대한 자외선 분광 분석을 결과를 이용하여 밴드갭을 측정한다. 또한 상기 밴드갭을 이용하여 음극 활물질의 전기 전도도를 측정한다.The bandgap is measured using the result of ultraviolet spectroscopic analysis of the negative electrode active material of the embodiment. Also, the electrical conductivity of the negative electrode active material is measured using the bandgap.

도 3은 실시예 1 내지 3, 13 및 15의 음극 활물질에 대한 자외선 분광 분석 그래프이다. 도 3 내부의 오른쪽 위에 있는 그래프는 입자 크기에 따른 밴드갭을 표시한 그래프이다.3 is an ultraviolet spectroscopic analysis graph of the negative electrode active materials of Examples 1 to 3, 13 and 15. The graph at the upper right of FIG. 3 is a graph showing the band gap according to the particle size.

하기 표 3은 실시예 1 내지 3 및 15의 음극 활물질의 밴드갭과 전기 전도도 측정 결과를 표시한 것이다.Table 3 below shows the band gap and electric conductivity measurement results of the negative electrode active materials of Examples 1 to 3 and 15.

GeO2 sizeGeO 2 size 실시예 1Example 1 실시예 2Example 2 실시예 3Example 3 실시예 15Example 15 Band gap (eV)Band gap (eV) 5.775.77 5.455.45 5.425.42 5.385.38 Conductivity (S/m)Conductivity (S / m) 2.54 X 10-15 2.54 X 10 -15 1.52 X 10-12 1.52 X 10 -12 2.70 X 10-12 2.70 X 10 -12 6.2 X 10-12 6.2 X 10 -12

상기 표 3을 참고하면, GeO2의 입자 크기가 커질 수록 밴드갭은 작아지고 전기 전도도는 커진다는 것을 확인할 수 있다.Referring to Table 3, it can be seen that as the particle size of GeO 2 increases, the band gap becomes smaller and the electric conductivity becomes larger.

실험예Experimental Example 3:  3: 전기화학석Electrochemical stones 임피던스 분광 분석 Impedance spectroscopy

실시예 2, 3 및 15에서 제조한 전지에 대하여 충방전을 시행하기 전, 전기화학적 임피던스 분광 분석 (electrochemical impedance spectroscopy)을 실시하여 그 결과를 도 4에 나타내었다. 도 4에서 반원의 크기는 전하 이동 저항 (charge transfer resistance)을 나타내는데 이는 각 실시예의 전도도의 경향과 일치한다.Electrochemical impedance spectroscopy was performed on the cells prepared in Examples 2, 3 and 15 before charging and discharging, and the results are shown in FIG. In FIG. 4, the size of the semicircle represents the charge transfer resistance, which is consistent with the tendency of the conductivities of the respective embodiments.

실험예Experimental Example 4:  4: 충방전Charging and discharging 특성 평가 Character rating

실시예 1 내지 3 및 15에서 제조한 전지에 대하여 0.05 C-rate로 첫 번째 사이클을 충방전하고 그 결과를 도 5에 나타내었다. The cells prepared in Examples 1 to 3 and 15 were charged and discharged at the first cycle at a rate of 0.05 C, and the results are shown in FIG.

모든 충방전 과정은 24℃에서 수행하고 전압 컷오프(cut off)를 1.5V와 0.005V로 한다. All charge and discharge cycles are performed at 24 ° C and the voltage cutoff is set to 1.5V and 0.005V.

도 5를 참고하면 실시예는 우수한 초기 용량을 보인다는 것을 알 수 있다. Referring to FIG. 5, it can be seen that the example shows excellent initial capacity.

실험예Experimental Example 5: 첫 번째  5: First 충방전Charging and discharging 후의  Later 극판에On the plate 대한  About TEMTEM 사진 Picture

실시예의 전지에 대하여 첫 번째 충방전을 실시한 후 극판을 투과 전자 현미경(Transmission Electron Microscope, TEM)으로 관찰하였고 실시예 1, 2 및 15에 대한 결과를 도 6에 나타내었다. The cells of the examples were firstly charged and discharged, and the electrode plates were observed by a transmission electron microscope (TEM). The results for Examples 1, 2 and 15 are shown in FIG.

GeO2 나노 입자는 충방전 과정에서 Ge 입자와 Li2O 입자로 나뉘어질 수 있는데, 도 6에서 GeO2와 Ge 입자를 확인할 수 있다. GeO 2 nanoparticles can be divided into Ge particles and Li 2 O particles during charging and discharging. In FIG. 6, GeO 2 and Ge particles can be identified.

도 6을 통하여 2nm, 6nm, 35nm의 GeO2 나노 입자가 첫 싸이클이 지난 후 ~2 nm, ~5nm, ~10 nm 크기의 Ge 입자와 GeO2입자로 변화된 모습을 볼 수 있다.Referring to FIG. 6, it can be seen that GeO 2 nanoparticles of 2 nm, 6 nm, and 35 nm are changed to Ge particles and GeO 2 particles of ~ 2 nm, ~ 5 nm, and ~ 10 nm after the first cycle.

실험예Experimental Example 6: 수명 특성 평가 6: Evaluation of life characteristics

실시예 2 및 3의 전지를 0.2 C-rate 에서 수명 특성을 평가하여 그 결과를 도 7에 나타내었다. 또한 실시예 1 내지 3의 전지를 1.0 C-rate에서 수명 특성을 평가하여 그 결과를 도 8에 나타내었다. 도 9는 실시예 1 내지 3의 전지에 대해 0.2 C-rate 에서 측정한 전압 프로파일이다. The life characteristics of the batteries of Examples 2 and 3 were evaluated at 0.2 C-rate, and the results are shown in FIG. In addition, the lifetime characteristics of the batteries of Examples 1 to 3 were evaluated at 1.0 C-rate, and the results are shown in FIG. 9 is a voltage profile measured at 0.2 C-rate for the cells of Examples 1 to 3. Fig.

도 7 내지 9를 참고하면 실시예의 전지는 우수한 수명 특성을 나타내고 있고 그 중에서도 입자 크기가 6nm인 실시예 2의 경우 수명 특성이 우수하다는 것을 확인할 수 있다. Referring to FIGS. 7 to 9, the battery of Example shows excellent lifespan characteristics, and in particular, Example 2 having a particle size of 6 nm has excellent lifetime characteristics.

실험예Experimental Example 7:  7: 충방전Charging and discharging 후의 음극 활물질에 대한  For the negative electrode active material TEMTEM 사진 Picture

GeO2 입자는 충방전 과정에서 Li2O 매트릭스 안에 Ge 입자가 뭉치는 응집(aggregation) 현상이 일어난다. 실시예 1, 2 및 15의 전지에 대하여 충방전 실시 후의 음극 활물질에 대하여 투과 전자 현미경 사진을 촬영하여 그 결과를 도 10에 나타내었다. GeO 2 particles aggregate in the Li 2 O matrix during charging and discharging. The negative active material after charging and discharging of the cells of Examples 1, 2 and 15 was photographed with a transmission electron microscope and the results are shown in FIG.

도 10을 참고하면 입자 크기가 더 작을수록 응집 현상이 더 크게 일어난다는 것을 확인할 수 있다. 이는 더 작은 입자가 가지는 높은 표면 에너지에 기인한 것으로 생각된다.Referring to FIG. 10, it can be seen that the smaller the particle size, the larger the aggregation phenomenon occurs. This is thought to be due to the high surface energy of the smaller particles.

본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the present invention as defined by the following claims. As will be understood by those skilled in the art. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive.

Claims (12)

입경이 2nm 내지 6nm인 GeO2를 포함하고,
상기 GeO2의 밴드갭(band gap)은 5.45eV 내지 5.77eV인 리튬 이차 전지용 음극 활물질.
And GeO 2 having a particle diameter of 2 nm to 6 nm,
Wherein the band gap of the GeO 2 is 5.45 eV to 5.77 eV.
삭제delete 삭제delete 제1항에서,
상기 GeO2의 전기 전도도는 2.54 x 10-15S/m 내지 1.52 x 10-12S/m인 리튬 이차 전지용 음극 활물질.
The method of claim 1,
And the electric conductivity of the GeO 2 is 2.54 x 10 -15 S / m to 1.52 x 10 -12 S / m.
제1항에서,
상기 음극 활물질은 입경이 1nm 내지 30nm인 Ge를 더 포함하는 리튬 이차 전지용 음극 활물질.
The method of claim 1,
Wherein the negative electrode active material further comprises Ge having a particle diameter of 1 nm to 30 nm.
GeCl4를 96 내지 99 부피%의 알코올 및 1 내지 4 부피%의 물을 포함하는 용매에 투입하는 단계;
상기 GeCl4와 상기 용매를 혼합하여 5 내지 20시간 동안 0℃ 내지 50℃에서 반응시키는 단계; 및
상기 용매를 제거하여 입경이 2nm 내지 6nm인 GeO2를 수득하는 단계를 포함하는 리튬 이차 전지용 음극 활물질의 제조 방법.
GeCl 4 into a solvent comprising 96 to 99% by volume of alcohol and 1 to 4% by volume of water;
Mixing the GeCl 4 and the solvent and reacting at 0 ° C to 50 ° C for 5 to 20 hours; And
And removing the solvent to obtain GeO 2 having a particle diameter of 2 nm to 6 nm.
제6항에서,
상기 GeCl4는 상기 용매 100 부피부에 대하여 0.1 내지 1 부피부 투입되는 것인 리튬 이차 전지용 음극 활물질의 제조 방법.
The method of claim 6,
Wherein the GeCl 4 is added in an amount of 0.1 to 1 part per 100 parts of the skin of the solvent.
제6항에서,
상기 알코올은 메탄올, 에탄올, 프로판올, 이소프로판올, 부탄올, 또는 이들의 조합을 포함하는 리튬 이차 전지용 음극 활물질의 제조 방법.
The method of claim 6,
Wherein the alcohol includes methanol, ethanol, propanol, isopropanol, butanol, or a combination thereof.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항, 제4항 및 제5항 중 어느 한 항에 따른 리튬 이차 전지용 음극 활물질을 포함하는 음극,
양극, 및
전해질을 포함하는 리튬 이차 전지.
A negative electrode comprising the negative electrode active material for a lithium secondary battery according to any one of claims 1, 4, and 5,
Anode, and
A lithium secondary battery comprising an electrolyte.
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