KR101639206B1 - A method of preparing an anode slurry composition comprising a dispersed mixture of conductive additive covered lto and graphite - Google Patents

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Abstract

본 발명은 LTO가 그라파이트 내에 균일하게 분산 및 혼합되어 이루어진 음극 활물질 슬러리 조성물의 제조 방법에 대한 것이다. 본원 발명에 따른 슬러리 조성물은 LTO 입자들이 그라파이트를 포함하는 음극 활물질 슬러리 내에서 균일하게 분산되는 효과가 있다. The present invention relates to a method for producing an anode active material slurry composition in which LTO is uniformly dispersed and mixed in graphite. The slurry composition according to the present invention has the effect that the LTO particles are uniformly dispersed in the negative electrode active material slurry containing graphite.

Description

도전재로 피복된 LTO와 그라파이트의 분산 혼합물을 포함하는 음극 슬러리 조성물의 제조 방법{A METHOD OF PREPARING AN ANODE SLURRY COMPOSITION COMPRISING A DISPERSED MIXTURE OF CONDUCTIVE ADDITIVE COVERED LTO AND GRAPHITE} BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a negative electrode slurry composition containing a dispersion mixture of LTO and graphite coated with a conductive material,

본 발명은 이차전지용 음극 슬러리 조성물의 제조 방법에 대한 것이다. 더욱 상세하게는 LTO가 그라파이트 내에 균일하게 분산 및 혼합되어 이루어진 음극 슬러리 조성물에 대한 것이다.
The present invention relates to a method for producing a negative electrode slurry composition for a secondary battery. More particularly, the present invention relates to a negative electrode slurry composition in which LTO is uniformly dispersed and mixed in graphite.

리튬 이차전지가 소형 전자기기에서 전기 자동차 및 전력 저장용으로 활용범위가 확대되면서 고안정성, 장수명, 고에너지 밀도 및 고출력 특성의 이차전지용 음극소재에 대한 요구가 커지고 있다. 특히, 리튬 이차전지의 저온 출력 특성의 향상은 주로 전해액과 음극 재료에 대한 개선을 통해 시도되고 있다. 최근 음극 활물질로 비정형 탄소를 채택하는 등 활물질 변경을 통하여 저온출력을 개선시키는 방법이 주로 고려되었다. 하지만 활물질을 변경하게 되면 가용 전지 전압(cell voltage) 영역이 변경되거나 프로필 양상이 변경되어 고온 특성 및 전지 용량의 감소가 초래된다는 문제점을 가지고 있다.Lithium secondary batteries are increasingly used in small electronic devices for electric vehicles and electric power storage, and there is a growing demand for cathode materials for secondary batteries having high stability, long life, high energy density and high output characteristics. Particularly, the improvement of the low temperature output characteristic of the lithium secondary battery is mainly attempted by improving the electrolyte and the cathode material. Recently, a method of improving the low temperature power by changing the active material such as adoption of amorphous carbon as the negative electrode active material has been considered. However, if the active material is changed, there is a problem that the available cell voltage range is changed or the profile pattern is changed, resulting in a decrease in the high temperature characteristics and the capacity of the battery.

리튬티탄산화물(Li4Ti5O12, LTO)은 일반적으로 리튬 배터리의 전극재료로 사용되고 있는데, LTO를 음극 재료에 혼합하게 되면 음극 전극에 도전성을 증가시켜 전지의 charge transfer 저항을 낮추게 되며 이로 인해 상온 및 저온 출력이 향상되는 효과가 발휘된다. Lithium titanium oxide (Li 4 Ti 5 O 12 , LTO) is generally used as an electrode material for a lithium battery. Mixing LTO with an anode material increases the conductivity of the cathode electrode, thereby lowering the charge transfer resistance of the battery. The effect of improving the room temperature and low temperature output is exhibited.

종래에는 LTO를 탄소계 소재와 혼합하여 음극 재료를 제조하는 경우, 분산매에 그라파이트와 LTO를 동시에 투입하여 분산시키는 방법을 사용하거나 LTO가 분산된 묽은 분산매에 그라파이트를 다량 투입하는 방식을 사용하였다. 그러나 이와 같은 방법을 사용한 경우, LTO는 입자간 응집현상이 강하게 작용하여 음극 슬러리 조성물의 제조시 균일한 혼합물을 제조하기 어렵다.
Conventionally, when a negative electrode material is prepared by mixing LTO with a carbon-based material, a method of simultaneously injecting graphite and LTO into a dispersion medium is used, or a large amount of graphite is added to a dilute dispersion medium in which LTO is dispersed. However, when such a method is used, it is difficult to produce a homogeneous mixture in the preparation of the negative electrode slurry composition because LTO acts strongly in the intergranular aggregation phenomenon.

본원 발명은 LTO와 그라파이트를 포함하는 음극용 슬러리 조성물 제조시 LTO의 응집현상을 방지하여 LTO의 분산성이 높은 전극을 제작하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기 설명에 의해서 이해될 수 있을 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에서 기재되는 수단 또는 방법, 및 이의 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing an electrode having high dispersibility of LTO by preventing aggregation of LTO when preparing a slurry composition for negative electrode comprising LTO and graphite. Other objects and advantages of the present invention will become apparent from the following description. It is also to be easily understood that the objects and advantages of the present invention can be realized by the means or method described in the claims, and the combination thereof.

본 발명은 상기 과제를 해소하기 위한 것으로서, 신규한 음극 활물질 슬러리 제조방법을 제공한다. 상기 방법은 도전재를 수성 매질에 투입하여 제1 혼합물을 제조하는 단계(S10), 상기 제1 혼합물에 리튬티탄산화물(Li4Ti5O12, LTO)를 투입하여, 상기 도전재 입자가 상기 LTO을 적어도 부분적으로 피복한 복합입자를 포함하는 제2 혼합물을 제조하는 단계(S20), 상기 제2 혼합물에 수성 매질를 더 투입하여 제3 혼합물을 제조하는 단계(S30), 상기 제3 혼합물에 그라파이트를 투입하여 그라파이트 내에 상기 (S20) 단계에서 수득한 복합입자가 균일하게 분산된 제4 혼합물을 제조하는 단계(S40)를 포함한다. The present invention is to solve the above problems, and provides a novel method for producing a negative electrode active material slurry. The method includes the steps of injecting a conductive material into an aqueous medium to produce a first mixture (S10), adding lithium titanium oxide (Li 4 Ti 5 O 12 , LTO) to the first mixture, Preparing a second mixture comprising composite particles at least partially coated with LTO (S20), further adding an aqueous medium to the second mixture to prepare a third mixture (S30), adding graphite And a step (S40) of preparing a fourth mixture in which the composite particles obtained in the step (S20) are uniformly dispersed in the graphite.

여기에서, 상기 (S10) 단계는 상기 제1 혼합물 중 도전재의 함량이 상기 수성 매질 100중량% 대비 5중량% 내지 15중량% 이하로 조절되도록 하는 것이다. Here, in the step (S10), the content of the conductive material in the first mixture is controlled to 5 wt% to 15 wt% or less based on 100 wt% of the aqueous medium.

여기에서, 상기 (S20) 단계는 상기 제2 혼합물 중 상기 복합입자의 함량이 상기 수성 매질 100중량% 대비 40중량% 내지 60중량%로 조절되도록 하는 것이다. Here, the step (S20) may be such that the content of the composite particles in the second mixture is controlled to 40% by weight to 60% by weight based on 100% by weight of the aqueous medium.

여기에서, 상기 (S30) 단계는 상기 제3 혼합물 중 상기 복합입자의 함량이 상기 수성 매질 100중량% 대비 5중량% 내지 15중량% 이하로 조절되도록 하는 것이다. Here, the step (S30) may be such that the content of the composite particles in the third mixture is controlled to 5 wt% to 15 wt% or less based on 100 wt% of the aqueous medium.

여기에서, 상기 (S40) 단계는 상기 제4 혼합물 중 상기 복합입자와 그라파이트의 함량이 상기 수성 매질 100중량% 대비 50중량% 내지 80중량%로 조절되도록 하는 것이다. In the step (S40), the content of the composite particles and the graphite in the fourth mixture is adjusted to 50 to 80% by weight based on 100% by weight of the aqueous medium.

여기에서, 상기 (S10) 단계 및 (S30) 단계의 각각의 수성 매질은 고분자 바인더 수지를 수성 매질 100 중량% 대비 0.1중량% 내지 5 중량%로 포함하는 것이다. Here, the aqueous medium of each of the steps (S10) and (S30) includes 0.1 to 5% by weight of the polymeric binder resin relative to 100% by weight of the aqueous medium.

여기에서, 상기 제4 혼합물에 수성 매질을 더 첨가하여 제5 혼합물을 제조하며, 상기 제5 혼합물 중 상기 복합입자와 그라파이트의 함량이 상기 수성 매질 100중량% 대비 50중량% 이하로 조절되도록 하는 단계를 더 포함할 수 있다.
Wherein the fifth mixture is prepared by further adding an aqueous medium to the fourth mixture so that the content of the composite particles and the graphite in the fifth mixture is controlled to 50% by weight or less based on 100% by weight of the aqueous medium As shown in FIG.

본원 발명에 따른 음극용 슬러리 조성물 제조 방법은 LTO 입자들이 그라파이트와 같은 탄소 재료와 음극 활물질 슬러리 조성물 내에서 균일하게 분산되는 효과가 있다.
The method of manufacturing a slurry composition for a negative electrode according to the present invention has an effect that LTO particles are uniformly dispersed in a carbon material such as graphite and a slurry composition of an anode active material.

첨부된 도면은 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하는 것으로, 발명의 범위가 이에 국한되는 것은 아니다. 한편, 본 명세서에 수록된 도면에서의 요소의 형상, 크기, 축척 또는 비율 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장될 수 있다.
도 1은 본원 발명의 슬러리 조성물을 제조하는 방법을 시계열적으로 나타낸 공정 흐름도이다.
도 2는 본원 발명에 따른 전극 제작 방법에 있어서, 음극 활물질 슬러리 내에서 LTO 입자가 그라파이트 주위에 분산되어 있는 상태를 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 3은 본원 발명에 따른 방법에 의해 제조된 음극 중 그라파이트와 LTO 입자가 분산되어 있는 상태를 나타내는 SEM 사진이다.
도 4는 비교예 1에 따른 방법에 의해 제조된 음극 중 그라파이트와 LTO 입자가 분산되어 있는 상태를 나타내는 SEM 사진이다.
도 5는 비교예 2에 따른 방법에 의해 제조된 음극 중 그라파이트와 LTO 입자가 분산되어 있는 상태를 나타내는 SEM 사진이다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings, which are included to provide a further understanding of the invention and are incorporated in and constitute a part of this application, illustrate embodiments of the invention and, together with the description, serve to explain the principles of the invention. On the other hand, the shape, size, scale or ratio of the elements in the drawings incorporated herein can be exaggerated to emphasize a clearer description.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a process flow chart showing a time-series method for producing the slurry composition of the present invention. FIG.
2 is a schematic view schematically showing a state in which LTO particles are dispersed around graphite in a negative electrode active material slurry in the electrode manufacturing method according to the present invention.
3 is an SEM photograph showing graphite and LTO particles dispersed in a negative electrode prepared by the method according to the present invention.
4 is an SEM photograph showing a state in which graphite and LTO particles are dispersed in a negative electrode prepared by the method according to Comparative Example 1. Fig.
5 is an SEM photograph showing a state in which graphite and LTO particles are dispersed in a negative electrode prepared by the method according to Comparative Example 2. Fig.

본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어 또는 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.The terms or words used in the present specification and claims should not be construed to be limited to ordinary or dictionary terms and the inventor shall properly define the concept of the term in order to best explain its invention The present invention should be construed in accordance with the meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Therefore, the embodiments described in this specification and the configurations shown in the drawings are merely the most preferred embodiments of the present invention and do not represent all the technical ideas of the present invention. Therefore, It is to be understood that equivalents and modifications are possible.

전술한 바와 같이 리튬티탄산화물(Li4Ti5O12, LTO)은 LTO는 도전성이 높고 비표면적이 높기 때문에 상온 및 저온에서 전하 이동(charge transfer) 저항이 낮아지며 이로 인해 전지의 출력이 향상되는 효과가 발휘된다. 아울러, LTO는 안정성과 우수한 저온 특성을 갖고 있으며, 3차원 구조의 산화물이기 때문에 부피 팽창이 매우 작아 뛰어난 사이클 수명을 갖고 있다. 이와 같은 특징에 의해 LTO를 음극 재료에 혼합하게 되면 음극 전극에 도전성을 증가시켜 전지의 전하 이동(charge transfer) 저항을 낮추게 되며 이로 인해 상온 및 저온 출력이 향상되는 효과가 발휘된다. 그러나, LTO는 입자간 응집현상이 강하게 작용하여 음극 슬러리 조성물의 제조시 균일한 혼합물을 제조하기 어렵다는 단점이 있다. As described above, the lithium titanium oxide (Li 4 Ti 5 O 12 , LTO) has a high conductivity and a high specific surface area, so that the charge transfer resistance is low at room temperature and low temperature, . In addition, LTO has stability and excellent low-temperature characteristics, and since it is a three-dimensional oxide, its volume expansion is very small and has excellent cycle life. According to this feature, when LTO is mixed with the anode material, the conductivity of the anode electrode is increased to lower the charge transfer resistance of the battery, thereby improving the room temperature and low temperature output. However, LTO has a drawback that it is difficult to produce a homogeneous mixture in the production of the negative electrode slurry composition due to strong intergranular aggregation phenomenon.

상기와 같은 기술적 과제를 해소하기 위해 본원 발명은 LTO와 탄소 재료를 포함하는 음극 재료에서 LTO가 탄소 재료와 균일한 분산상을 형성한 음극 슬러리 조성물을 제조하는 방법을 제공한다. 도 1은 본원 발명의 슬러리 조성물을 제조하는 방법의 각 단계를 시계열적으로 나타낸 공정 흐름도이다. 이하, 도 1을 중심으로 본원 발명의 슬러리 조성물 제조 방법을 상세하게 설명한다. In order to solve the above technical problems, the present invention provides a method of manufacturing an anode slurry composition in which LTO forms a uniformly dispersed phase with a carbon material in an anode material comprising LTO and a carbon material. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a process flow chart showing each step of the method for producing the slurry composition of the present invention in a time-wise manner. Hereinafter, the method for producing the slurry composition of the present invention will be described in detail with reference to Fig.

본원 발명의 슬러리 조성물 제조 방법은 도전재를 수성 매질에 투입하여 제1 혼합물을 제조하는 단계(S10); 상기 제1 혼합물에 리튬티탄산화물(Li4Ti5O12, LTO)를 투입하는 단계(S20); 상기 제2 혼합물에 수성 매질을 더 투입하여 제3 혼합물을 제조하는 단계(S30); 및 상기 제3 혼합물에 탄소 재료를 투입하여 제4 혼합물을 제조하는 단계(S40);를 포함한다. The method for preparing a slurry composition according to the present invention comprises the steps of: (S10) preparing a first mixture by injecting a conductive material into an aqueous medium; Introducing lithium titanium oxide (Li 4 Ti 5 O 12 , LTO) into the first mixture (S20); Further adding an aqueous medium to the second mixture to produce a third mixture (S30); And adding a carbon material to the third mixture to produce a fourth mixture (S40).

이하 본 명세서에 있어서 수성 매질은 본원 발명의 슬러리 조성물에 포함되는 도전재, LTO 및 탄소 재료 등의 고형분의 용질을 분산시키는 분산매를 의미한다. 상기 수성 매질은, 특별히 한정되는 아니지만, 물과 같은 수계 용매인 것이다. 또한, 상기 수성 매질은 용매 100 중량% 대비 0.1중량% 내지 5중량%, 바람직하게는 0.1 중량% 내지 2중량%의 범위 내에서 고분자 바인더 수지를 더 포함할 수 있다. 상기 고분자 바인더 수지는 슬러리 조성물 내 입자간 및/또는 전극재료와 집전체의 결착력을 부여하고 점도를 조절하는 역할을 한다. 상기 고분자 바인더 수지는 수용성 고분자 수지인 것이 바람직하다. 상기 수용성 고분자 수지의 비제한적인 예로는 카르복시메틸셀룰로오스, 비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 코폴리머(PVDF-co-HFP), 폴리비닐리덴플루오라이드(polyvinylidenefluoride), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate), SBR(styrene butadiene rubber)를 들 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 본원 발명의 구체적인 일 실시형태에 있어서 상기 고분자 수지를 1종 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다. In the present specification, the aqueous medium means a dispersion medium for dispersing a solid solute such as a conductive material, LTO, and a carbon material contained in the slurry composition of the present invention. The aqueous medium is not particularly limited, but is an aqueous solvent such as water. The aqueous medium may further include a polymer binder resin in a range of 0.1 wt% to 5 wt%, preferably 0.1 wt% to 2 wt%, based on 100 wt% of the solvent. The polymeric binder resin serves to bind the particles and / or bind the electrode material and the current collector in the slurry composition and to control the viscosity. The polymeric binder resin is preferably a water-soluble polymer resin. Non-limiting examples of the water-soluble polymer resin include carboxymethylcellulose, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer (PVDF-co-HFP), polyvinylidene fluoride, polyacrylonitrile, Polymethylmethacrylate, styrene butadiene rubber (SBR), but are not limited thereto. In one specific embodiment of the present invention, the polymer resin may be used alone or in combination of two or more.

상기와 같이 수성 매질이 준비되면 상기 수성 매질 내에 도전재를 투입하여 제1 혼합물을 제조한다. 상기 제1 혼합물은 상기 수성 매질 100 중량% 중 도전재의 함량이 5중량% 내지 20 중량%, 바람직하게는 5중량% 내지 15 중량%가 되도록 조절한다.When the aqueous medium is prepared as described above, a conductive material is injected into the aqueous medium to prepare the first mixture. The first mixture is adjusted so that the content of the conductive material in 100 wt% of the aqueous medium is 5 wt% to 20 wt%, preferably 5 wt% to 15 wt%.

상기 도전재는 활물질의 전도도를 향상시키는 역할과 함께 LTO의 표면 에너지를 활물질로 사용되는 탄소 재료와 유사한 정도로 조절하기 위해 투입된다. 이에 따라 본원 발명의 구체적인 일 실시양태에서는 상기 도전재로 탄소 재료를 이용하는 것이 바람직하다. 상기 탄소 재료의 비제한적인 예로는 저결정 탄소 및 고결정성 탄소 등이 있으며 이들 모두 사용이 가능하다. 저결정성 탄소로는 연화탄소(soft carbon) 및 경화탄소(hard carbon)가 대표적이며, 고결정성 탄소로는 천연 흑연, 키시흑연(Kish graphite), 그라파이트, 탄소 나노튜브, 열분해 탄소(pyrolytic carbon), 액정 피치계 탄소섬유(mesophase pitch based carbon fiber), 탄소 미소구체(meso-carbon microbeads), 액정피치(Mesophase pitches) 및 석유와 석탄계 코크스(petroleum or coal tar pitch derived cokes) 등의 고온 소성탄소와 같은 것들을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. The conductive material is added to control the surface energy of the LTO to a level similar to that of the carbon material used as the active material, in addition to improving the conductivity of the active material. Accordingly, in one specific embodiment of the present invention, it is preferable to use a carbon material as the conductive material. Non-limiting examples of the carbon material include low-crystalline carbon and high-crystalline carbon, all of which are usable. Examples of low crystalline carbon include soft carbon and hard carbon. Examples of highly crystalline carbon include natural graphite, Kish graphite, graphite, carbon nanotubes, pyrolytic carbon, , Mesophase pitch based carbon fiber, meso-carbon microbeads, mesophase pitches, and petroleum and coal tar pitch derived cokes. But the present invention is not limited thereto.

상기 도전재는 입자의 평균 입경이 1nm 내지 100nm, 바람직하게는 15nm 내지 50nm, 더욱 바람직하게는 20nm 내지 40nm인 것이다. 상기 도전재는 후술하는 단계에서 LTO 입자의 표면의 피복함으로써 LTO와 탄소재 음극 활물질의 표면 에너지 차이를 상쇄시켜 두 물질이 균일하게 혼합되도록 하는 역할을 하는 것이다. 따라서 도전재 입자는 LTO 입자에 부착되어 표면을 피복할 수 있도록 전술한 범위의 입도로 준비되는 것이 바람직하다. The conductive material has an average particle diameter of 1 nm to 100 nm, preferably 15 nm to 50 nm, more preferably 20 nm to 40 nm. The conductive material covers the surface of the LTO particles in a later step, thereby offsetting the difference in surface energy between the LTO and the carbonaceous anode active material, thereby allowing the two materials to be uniformly mixed. Therefore, it is preferable that the conductive material particles are prepared in the above-mentioned range so as to be attached to the LTO particles to cover the surface.

다음으로 상기 제1 혼합물에 리튬티탄산화물(Li4Ti5O12, LTO)을 투입하여 제2 혼합물을 제조한다(S20). 본원 발명의 구체적인 일 실시양태에 따르면 LTO의 투입량은 상기 제2 혼합물 중 도전재 입자와 LTO 입자인 고형분의 함량이 상기 수성 매질 100중량% 대비 40중량% 내지 60중량%로 조절되도록 하는 것이다. 상기 농도가 전술한 범위 미만인 경우에는 수성 매질 내 고형분의 밀도가 낮아 도전재 입자와 LTO 입자의 밀착력이 저하되어 도전재 입자가 LTO 입자를 효과적으로 피복하지 못한다. 상기 농도가 전술한 범위를 초과하는 경우에는 (LTO 분산의) 효과가 나타나지 못한다. Next, lithium titanium oxide (Li 4 Ti 5 O 12 , LTO) is added to the first mixture to prepare a second mixture (S20). According to a specific embodiment of the present invention, the amount of the LTO is adjusted such that the content of the conductive material particles and the solid content as the LTO particles in the second mixture is controlled to 40% by weight to 60% by weight based on 100% by weight of the aqueous medium. When the concentration is less than the above-mentioned range, the density of the solid content in the aqueous medium is low and the adhesion between the conductive material particles and the LTO particles is lowered, and the conductive material particles do not effectively cover the LTO particles. When the concentration exceeds the above range (effect of LTO dispersion), no effect is obtained.

LTO 투입 후 도전재와 LTO 입자가 수성 매질 중 균일하게 분산될 때까지 기계적 또는 전자기적 수단을 이용해 상기 제2 혼합물을 강하게(약하게) 교반할 수 있다. After LTO charging, the second mixture can be agitated (weakly) agitated using mechanical or electromagnetic means until the conductive material and LTO particles are evenly dispersed in the aqueous medium.

상기 LTO는 평균 입경이 0.3㎛ 내지 10㎛ 바람직하게는 0.5㎛ 내지 3㎛, 더욱 바람직하게는 1㎛ 내지 2㎛인 것이다. The LTO has an average particle diameter of 0.3 탆 to 10 탆, preferably 0.5 탆 to 3 탆, more preferably 1 탆 to 2 탆.

한편, 이 단계에서는 LTO 입자의 표면의 적어도 일부가 전술한 단계에서 첨가된 도전재에 의해 피복된다. LTO 입자를 탄소 재료의 도전재로 피복함으로써 LTO 입자의 표면 에너지가 이후 단계에서 혼합될 음극 재료인 그라파이트와 탄소 재료의 표면 에너지와 유사하게 되므로 두 물질의 혼합이 용이하게 이루이질 수 있다.On the other hand, at this stage, at least a part of the surface of the LTO particles is covered with the conductive material added in the above-mentioned step. By coating the LTO particles with the conductive material of the carbon material, the surface energy of the LTO particles becomes similar to the surface energy of the graphite and the carbon material, which are cathode materials to be mixed at a later stage, so that the two materials can be easily mixed.

이하, 명세서 기술상의 편의를 위해 본 명세서에서 도전재 입자로 피복된 LTO 입자를 도전재/LTO 복합입자, 또는 복합입자로 지칭한다. Hereinafter, LTO particles coated with a conductive material particle are referred to herein as a conductive material / LTO composite particle or composite particle for convenience of description.

다음으로 상기 제2 혼합물에 수성 매질을 더 투입하여 제3 혼합물을 제조한다(S30). 상기 제3 혼합물 중 상기 복합입자의 함량은 상기 수성 매질 100중량% 대비 5중량% 내지 15중량% 이하인 것이다. 제2 혼합물을 복합입자의 함량이 최대 60중량%인 것으로 이 상태에서 고형분을 더 투입하는 경우에는 혼합물에 포함된 고형분들의 혼합이 용이하게 이루어지지 않는다. 따라서, 후술하는 단계에서 음극 재료를 투입하기 전에 제2 혼합물에 수성매질을 더 투입하여 농도를 혼합물의 농도를 전술한 범위 내에서 적절하게 낮추어 놓는다. Next, an aqueous medium is further added to the second mixture to prepare a third mixture (S30). The content of the composite particles in the third mixture is 5 wt% to 15 wt% or less based on 100 wt% of the aqueous medium. The second mixture has a content of the composite particles of at most 60% by weight, and when the solid content is further added in this state, the solid components contained in the mixture are not easily mixed. Therefore, in the step to be described later, the aqueous medium is further added to the second mixture before the cathode material is put in, and the concentration is appropriately lowered within the above-mentioned range of the concentration of the mixture.

다음으로, 상기 제3 혼합물에 탄소 재료를 더 투입하여 제4 혼합물을 제조한다(S40). 투입되는 상기 탄소재료의 양은 본원 발명에 따른 음극 슬러리 조성물이 사용될 전기화학소자의 용도나 사용 목적에 적합한 전기 용량이 발휘되도록 조절된다. Next, a carbon material is further added to the third mixture to produce a fourth mixture (S40). The amount of the carbon material to be added is adjusted so that the electrochemical device in which the negative electrode slurry composition according to the present invention is to be used exhibits an electric capacity suited for its use or intended use.

상기 탄소 재료는 본원 발명의 음극 슬러리용 조성물 중 음극 활물질로 사용되기 위해 투입되는 것이다. 상기 탄소 재료로는 저결정 탄소 및 고결정성 탄소 등이 모두 사용될 수 있다. 저결정성 탄소로는 연화탄소(soft carbon) 및 경화탄소(hard carbon)가 대표적이며, 고결정성 탄소로는 천연 흑연, 키시흑연(Kish graphite), 그라파이트, 탄소 나노 튜브, 열분해 탄소(pyrolytic carbon), 액정 피치계 탄소섬유(mesophase pitch based carbon fiber), 탄소 미소구체(meso-carbon microbeads), 액정피치(Mesophase pitches) 및 석유와 석탄계 코크스(petroleum or coal tar pitch derived cokes) 등의 고온 소성탄소가 대표적이다. 본원 발명의 바람직한 일 실시양태에 따르면 상기 탄소 재료는 그라파이트인 것이다. The carbon material is added to be used as a negative electrode active material in the negative electrode slurry composition of the present invention. As the carbon material, both low-crystalline carbon and high-crystalline carbon may be used. Examples of low crystalline carbon include soft carbon and hard carbon. Examples of highly crystalline carbon include natural graphite, Kish graphite, graphite, carbon nanotubes, pyrolytic carbon, High temperature sintered carbon such as mesophase pitch based carbon fiber, meso-carbon microbeads, mesophase pitches and petroleum or coal tar pitch derived cokes It is representative. According to a preferred embodiment of the present invention, the carbon material is graphite.

본원 발명의 구체적인 일 실시양태에 따르면 상기 탄소 재료는 Si, Sn, Li, Mg, Al, Ca, Ce, Ti, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Zr, Nb, Pd, Ag, Cd, In, Sb, Pt, Au, Hg, Pb 및 Bi로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 이상인 금속류(Me) 및/또는 2종 이상의 금속류(Me)로 구성된 합금류와 복합체를 형성한 것일 수 있다. 일 예로 상기 복합체는 복합체 표면의 약 50% 이상, 바람직하게는 70% 이상이 탄소 재료로 피복된 것이다. 상기 복합체의 표면이 탄소 재료로 피복되는 경우에는 상기 복합체의 표면 에너지가 탄소 재료와 유사하게 되므로 상기 LTO의 분산이 더욱 효과적으로 이루어질 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the carbon material is at least one selected from the group consisting of Si, Sn, Li, Mg, Al, Ca, Ce, Ti, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, (Me) and / or two or more metals (Me) which are at least one selected from the group consisting of Pd, Ag, Cd, In, Sb, Pt, Au, Hg, Pb and Bi It can be done. In one example, the composite is coated with a carbon material at least about 50%, preferably at least about 70% of the surface of the composite. When the surface of the composite is coated with a carbon material, the surface energy of the composite becomes similar to that of the carbon material, so that the dispersion of the LTO can be more effectively achieved.

상기 탄소 재료는 비표면적이 10 m2/g 이하인 것이 바람직하다. 탄소 재료의 비표면적이 10 m2/g 초과이면 음극의 초기효율이 저하될 수 있다. 본 발명에 있어서, 탄소 재료의 비표면적의 하한은 특별히 제한되지 않는다. 바람직한 하한으로 2m2/g을 들 수는 있으나, 이는 단순한 예시일 뿐 이에 한정되는 것은 아니다.The carbon material preferably has a specific surface area of 10 m 2 / g or less. If the specific surface area of the carbon material is more than 10 m 2 / g, the initial efficiency of the cathode may be lowered. In the present invention, the lower limit of the specific surface area of the carbon material is not particularly limited. The preferred lower limit is 2 m < 2 > / g, but this is merely an example, and not limited thereto.

그리고 상기 탄소 재료는 입경이 5㎛ 내지 50㎛, 바람직하게는 5㎛ 내지 30㎛, 더욱 바람직하게는 5㎛ 내지 20㎛일 수 있다. 탄소재의 평균입경이 5㎛ 미만이면 탄소재의 미세분말로 인해 음극의 초기 효율이 저하될 수 있으며, 50㎛ 초과이면 음극 슬러리의 코팅시에 공정성이 저하되고 전극에 스크래치가 증가할 수 있다.The carbon material may have a particle diameter of 5 占 퐉 to 50 占 퐉, preferably 5 占 퐉 to 30 占 퐉, and more preferably 5 占 퐉 to 20 占 퐉. If the average particle diameter of the carbon material is less than 5 mu m, the initial efficiency of the cathode may be reduced due to the fine powder of carbon material. If the average particle diameter is more than 50 mu m, the processability of the anode slurry may be decreased and scratches may be increased.

본원 발명의 구체적일 일 실시양태에 따르면 상기 제4 혼합물은 혼합물 중 상기 복합입자와 탄소 재료의 함량이 상기 수성 매질 100중량% 대비 50중량% 내지 80중량%인 것이다. 이 농도는 이후 단계에서 수성 매질을 더 투입하여 적절하게 조절된다. 본원 발명의 구체적인 일 실시양태에 따르면 슬러리 조성물의 농도는 최종적으로 약 50%정도로 조절된다. According to a specific embodiment of the present invention, the content of the composite particles and the carbon material in the mixture is 50% by weight to 80% by weight based on 100% by weight of the aqueous medium. This concentration is suitably controlled by further introduction of the aqueous medium at a later stage. According to one specific embodiment of the present invention, the concentration of the slurry composition is finally adjusted to about 50%.

또한, 본원 발명의 구체적인 일 실시양태에 따르면 상기 음극 슬러리 조성물은 도전재로 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 탄소섬유, 폴리아세틸렌, 폴리아닐린, 폴리피롤, 폴리티오펜 및 폴리 설퍼니트리드, 구리, 은, 팔라듐 및 니켈으로 이루어진 그룹에서 1종 또는 2종 이상이 더 포함될 수 있다. 또한, 본원 발명의 음극 슬러리 조성물은 허용 되는 범위 내에서 안정제, 난연제, 활제, 산화방지제, 가소제, 분산제, 대전방지제 등의 첨가제를 더 포함할 수 있다. According to a specific embodiment of the present invention, the negative electrode slurry composition may contain carbon black, acetylene black, ketjen black, carbon fiber, polyacetylene, polyaniline, polypyrrole, polythiophene and polysulfuronitrile, , Palladium, and nickel, may be further included. The negative electrode slurry composition of the present invention may further contain additives such as a stabilizer, a flame retardant, a lubricant, an antioxidant, a plasticizer, a dispersant, and an antistatic agent within an allowable range.

본 발명의 다른 측면에 따라, 본원 발명에 따른 음극 슬러리 조성물을 이용한 전기화학 소자를 제조할 수 있다. 본 발명의 전기화학 소자는 전기화학 반응을 하는 모든 소자를 포함하며, 구체적인 예로는 모든 종류의 일차전지, 이차전지, 연료전지, 태양전지 또는 수퍼 캐패시터 소자와 같은 캐퍼시터(capacitor) 등이 있다. 특히, 상기 이차전지 중에서 리튬 금속 이차전지, 리튬 이온 이차전지, 리튬 폴리머 이차전지 또는 리튬 이온 폴리머 이차전지 등을 포함하는 리튬 이차전지가 바람직하다.According to another aspect of the present invention, an electrochemical device using the negative electrode slurry composition according to the present invention can be manufactured. The electrochemical device of the present invention includes all devices that perform an electrochemical reaction. Examples of the electrochemical device include capacitors such as all types of primary cells, secondary cells, fuel cells, solar cells, and super capacitors. Particularly, a lithium secondary battery including a lithium metal secondary battery, a lithium ion secondary battery, a lithium polymer secondary battery, or a lithium ion polymer secondary battery is preferable among the above secondary batteries.

이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples. However, the embodiments according to the present invention may be modified into various other forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described below. The embodiments of the present invention are provided to enable those skilled in the art to more fully understand the present invention.

실시예Example

증류수 21.255g과 카르복시메틸셀룰로오스 0.255g을 혼합하여 수성 매질을 제조하였다. 다음으로 도전재(SuperC-65) 0.255g을 상기 수성 매질 2.151g에 투입하고 교반하여 혼합하였다. 이때 수성 매질 중 고형분의 농도가 11.79%였다. 다음으로 LTO(T-30 D2) 1.731을 교반하며 투입하였다. 이때 수성 매질 중 고형분의 농도가 48.67% 였다. 다음으로 여기에 상기 수성 매질을 12.262g을 투입하여 고형분의 농도를 13.18%로 조절하였다. 다음으로 그라파이트(AGM-01) 23g을 투입하고 교반하여 혼합하였다. 이때 고형분의 농도는 63.86g이었다. 상기 수성 매질 7.099, 증류수 4.779g 및 증점제로 BA35 1.405를 더 추가하여 최종 음극 슬러리 조성물의 농도를 49%로 조절하였다. 상기 슬러리 조성물을 알루미늄 포일에 도포하고 가열 건조하여 음극을 제조하였다. 21.255 g of distilled water and 0.255 g of carboxymethylcellulose were mixed to prepare an aqueous medium. Next, 0.255 g of a conductive material (SuperC-65) was added to 2.151 g of the aqueous medium and mixed by stirring. At this time, the concentration of solid content in the aqueous medium was 11.79%. Next, LTO (T-30 D2) 1.731 was added with stirring. At this time, the solid content in the aqueous medium was 48.67%. Next, 12.262 g of the aqueous medium was added thereto to adjust the solid content to 13.18%. Next, 23 g of graphite (AGM-01) was added and mixed by stirring. At that time, the solid content was 63.86 g. The aqueous medium 7.099, distilled water 4.779 g and BA35 1.405 as a thickener were added to adjust the final negative electrode slurry composition to 49%. The slurry composition was applied to an aluminum foil and dried by heating to prepare a negative electrode.

도 3은 본 발명의 실시예의 음극 슬러리 조성물로 제조된 음극의 SEM 사진이다. 이로부터 LTO 입자가 응집되지 않고 그라파이트 입자 사이에 균일하게 분산되어 분포된 것을 확인할 수 있었다.
3 is a SEM photograph of a negative electrode made of the negative electrode slurry composition of the embodiment of the present invention. From this, it was confirmed that the LTO particles were uniformly dispersed and distributed among the graphite particles without aggregation.

비교예Comparative Example 1 One

증류수 21.008g과 카르복시메틸셀룰로오스 0.255g을 혼합하여 수성 매질을 제조하였다. 다음으로 도전재(SuperC-65) 0.255g을 상기 수성 매질 14.183g에 투입하고 교반하여 혼합하였다. 이때 수성 매질 중 고형분의 농도가 2.95%였다. 다음으로 LTO(T-30 D2) 2.444g과 그라파이트(AGM-01) 22g을 동시에 투입하고 교반하였다. 이때 수성 매질 중 고형분의 농도가 63.96%였다. 다음으로 여기에 상기 수성 매질을 7.091g을 투입하여 고형분의 농도를 54.29%로 조절하였다. 이 후, 증류수 8.791 및 증점제로 BA35 1.392g 추가로 투입하여 최종 음극 슬러리 조성물의 농도를 45.46%로 조절하였다. 상기 슬러리 조성물을 알루미늄 포일에 도포하고 가열 건조하여 음극을 제조하였다. 21.008 g of distilled water and 0.255 g of carboxymethylcellulose were mixed to prepare an aqueous medium. Next, 0.255 g of the conductive material (SuperC-65) was added to 14.183 g of the aqueous medium and mixed by stirring. At this time, the solid content in the aqueous medium was 2.95%. Next, 2.444 g of LTO (T-30 D2) and 22 g of graphite (AGM-01) were simultaneously introduced and stirred. At this time, the solid content in the aqueous medium was 63.96%. Next, 7.091 g of the aqueous medium was added thereto to adjust the solid content to 54.29%. After that, 8.791 of distilled water and 1.392 g of BA35 as a thickener were further added to adjust the concentration of the final negative electrode slurry composition to 45.46%. The slurry composition was applied to an aluminum foil and dried by heating to prepare a negative electrode.

도 4는 비교예 1의 음극 슬러리 조성물로 제조된 음극의 SEM 사진이다. 이에 따르면 LTO 입자 그라파이트 입자 사이에 응집되어 분포되어 있는 것을 확인할 수 있었다.
4 is an SEM photograph of a negative electrode made of the negative electrode slurry composition of Comparative Example 1. Fig. According to this, it was confirmed that LTO particles were aggregated and distributed among the graphite particles.

비교예Comparative Example 2 2

증류수 21.008g과 카르복시메틸셀룰로오스 0.255g을 혼합하여 수성 매질을 제조하였다. 다음으로 도전재(SuperC-65) 0.255g 및 LTO(T-30 D2) 2.444g을 투입하고 상기 수성 매질을 14.183g을 투입하여 수성 매질 중 고형분의 농도가 17.00%가 되도록 조절하였다. 다음으로 여기에 그라파이트(AGM-01) 22g을 투입하고 교반하여 혼합하였다. 이때 고형분의 농도는 63.96g이었다. 여기에 상기 수성 매질 7.081g, 증류수 4.724g 및 증점제로 BA35 1.392를 더 추가하여 최종 음극 슬러리 조성물의 농도를 49%로 조절하였다. 상기 슬러리 조성물을 알루미늄 포일에 도포하고 가열 건조하여 음극을 제조하였다. 21.008 g of distilled water and 0.255 g of carboxymethylcellulose were mixed to prepare an aqueous medium. Next, 0.255 g of conductive material (SuperC-65) and 2.444 g of LTO (T-30 D2) were added and 14.183 g of the aqueous medium was added to adjust the solid content to 17.00% in the aqueous medium. Next, 22 g of graphite (AGM-01) was added thereto, followed by stirring and mixing. At that time, the solid content was 63.96 g. 7.081 g of the aqueous medium, 4.724 g of distilled water and BA35 1.392 as a thickener were added to adjust the concentration of the final negative electrode slurry composition to 49%. The slurry composition was applied to an aluminum foil and dried by heating to prepare a negative electrode.

도 5는 비교예 2의 음극 슬러리 조성물로 제조된 음극의 SEM 사진이다. 이에 따르면 LTO 입자 그라파이트 입자 사이에 응집되어 분포되어 있는 것을 확인할 수 있었다. 5 is a SEM photograph of a negative electrode made of the negative electrode slurry composition of Comparative Example 2. Fig. According to this, it was confirmed that LTO particles were aggregated and distributed among the graphite particles.

Claims (7)

이차 전지용 음극 활물질 슬러리 제조에 있어서,
(S10) 도전재를 수성 매질에 투입하여 제1 혼합물을 제조하는 단계;
(S20) 상기 제1 혼합물에 리튬티탄산화물(Li4Ti5O12, LTO)를 투입하여, 상기 도전재 입자가 상기 LTO을 적어도 부분적으로 피복한 복합입자를 포함하는 제2 혼합물을 제조하는 단계;
(S30) 상기 제2 혼합물에 수성 매질를 더 투입하여 제3 혼합물을 제조하는 단계;
(S40) 상기 제3 혼합물에 그라파이트를 투입하여 그라파이트 내에 상기 (S20) 단계에서 수득한 복합입자가 균일하게 분산된 제4 혼합물을 제조하는 단계;
를 포함하는 음극 활물질 슬러리 제조방법.
In the production of a negative electrode active material slurry for a secondary battery,
(S10) adding a conductive material to an aqueous medium to prepare a first mixture;
(S20) a step of adding a lithium titanium oxide (Li 4 Ti 5 O 12 , LTO) to the first mixture to prepare a second mixture including the composite particles in which the conductive material particles at least partially cover the LTO ;
(S30) further adding an aqueous medium to the second mixture to prepare a third mixture;
(S40) adding graphite to the third mixture to produce a fourth mixture in which the composite particles obtained in the step (S20) are uniformly dispersed in the graphite;
Wherein the negative electrode active material slurry has an average particle diameter of not more than 100 nm.
제1항에 있어서,
상기 (S10) 단계는 상기 제1 혼합물 중 도전재의 함량이 상기 수성 매질 100중량% 대비 5중량% 내지 15중량% 이하로 조절되도록 하는 것인, 음극 활물질 슬러리 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the conductive material in the first mixture is adjusted to 5 wt% to 15 wt% based on 100 wt% of the aqueous medium.
제1항에 있어서,
상기 (S20) 단계는 상기 제2 혼합물 중 상기 복합입자의 함량이 상기 수성 매질 100중량% 대비 40중량% 내지 60중량%로 조절되도록 하는 것인, 음극 활물질 슬러리 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the mixing of the composite particles in the second mixture is controlled to 40 wt% to 60 wt% based on 100 wt% of the aqueous medium.
제1항에 있어서,
상기 (S30) 단계는 상기 제3 혼합물 중 상기 복합입자의 함량이 상기 수성 매질 100중량% 대비 5중량% 내지 15중량% 이하로 조절되도록 하는 것인, 음극 활물질 슬러리 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the step (S30) is such that the content of the composite particles in the third mixture is controlled to 5 wt% to 15 wt% or less based on 100 wt% of the aqueous medium.
제1항에 있어서,
상기 (S40) 단계는 상기 제4 혼합물 중 상기 복합입자와 그라파이트의 함량이 상기 수성 매질 100중량% 대비 50중량% 내지 80중량%로 조절되도록 하는 것인, 음극 활물질 슬러리 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the content of the composite particles and the graphite in the fourth mixture is adjusted to 50 to 80% by weight based on 100% by weight of the aqueous medium.
제1항에 있어서,
상기 (S10) 단계 및 (S30) 단계의 각각의 수성 매질은 고분자 바인더 수지를 수성 매질 100 중량% 대비 0.1중량% 내지 5 중량%로 포함하는 것인, 음극 활물질 슬러리 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the aqueous medium of each of the steps (S10) and (S30) comprises 0.1 to 5% by weight of the polymeric binder resin relative to 100% by weight of the aqueous medium.
제1항에 있어서,
(S50) 상기 제4 혼합물에 수성 매질을 더 첨가하여 제5 혼합물을 제조하며, 상기 제5 혼합물 중 상기 복합입자와 그라파이트의 함량이 상기 수성 매질 100중량% 대비 50중량% 이하로 조절되도록 하는 단계를 더 포함하는 것인, 음극 활물질 슬러리 제조방법.


The method according to claim 1,
(S50) adding an aqueous medium to the fourth mixture to prepare a fifth mixture, and adjusting the content of the composite particles and the graphite in the fifth mixture to 50% by weight or less based on 100% by weight of the aqueous medium Wherein the negative electrode active material slurry further comprises a negative electrode active material.


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