KR101660414B1 - Anode active material, anode comprising anode active material, lithium battery comprising anode, and preparation method thereof - Google Patents

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Abstract

다공성 전이금속산화물을 포함하는 음극활물질, 이를 포함하는 음극, 이를 채용한 리튬전지 및 이의 제조방법이 제시된다.

Figure R1020090100310

MoO2

A negative electrode comprising the porous transition metal oxide, a negative electrode including the same, a lithium battery employing the same, and a method of manufacturing the same.

Figure R1020090100310

MoO2

Description

음극활물질, 이를 포함하는 음극, 이를 채용한 리튬전지 및 이의 제조방법 {Anode active material, anode comprising anode active material, lithium battery comprising anode, and preparation method thereof}[0001] The present invention relates to an anode active material, an anode including the anode active material, a lithium battery employing the anode active material, and an anode active material, an anode active material,

음극활물질, 상기 음극활물질을 포함하는 음극, 상기 음극을 채용한 리튬전지 및 상기 음극활물질의 제조 방법에 관한 것이다.A negative electrode including the negative electrode active material, a lithium battery employing the negative electrode, and a method for manufacturing the negative electrode active material.

리튬전지용 음극활물질의 대표적인 예는 흑연과 같은 탄소계 재료이다. 흑연은 용량 유지 특성 및 전위 특성이 우수하며, 리튬과 합금 형성시 부피 변화가 없어 전지의 안정성이 높다.A representative example of the negative electrode active material for a lithium battery is a carbon-based material such as graphite. Graphite has excellent capacity retention characteristics and dislocation characteristics, and there is no volume change when lithium and alloy are formed, so that the stability of the battery is high.

또한, 상기 리튬전지용 음극활물질로서 리튬과 합금 가능한 금속이 사용될 수 있다.In addition, a lithium-alloyable metal may be used as the negative electrode active material for the lithium battery.

리튬과 합금 가능한 금속은 Si, Sn, Al 등이다. 상기 리튬과 합금 가능한 금속들은 전기용량이 매우 크나, 상기 리튬과 합금 가능한 금속들은 충방전시에 부피 팽창을 수반하여 전극 내에서 고립되는 활물질을 발생시키며 비표면적 증가에 따른 전해질 분해 반응이 심화된다.The metals which can be alloyed with lithium are Si, Sn, Al and the like. The lithium-alloyable metals have a very high electric capacity. However, the lithium-alloyable metals are accompanied by volume expansion during charging and discharging, resulting in isolated active materials in the electrode, and the electrolyte decomposition reaction is increased due to an increase in specific surface area.

고용량의 전지를 위하여 향상된 성능의 음극활물질 개발의 필요성이 점차 증 대되고 있다.There is a growing need for the development of an improved performance anode active material for high capacity batteries.

한 측면은 새로운 구조를 가지는 전이금속산화물을 포함하는 음극활물질을 제공하는 것이다.One aspect is to provide a negative electrode active material containing a transition metal oxide having a novel structure.

다른 한 측면은 상기 음극활물질을 포함하는 음극을 제공하는 것이다.Another aspect is to provide a negative electrode comprising the negative active material.

또 다른 한 측면은 상기 음극을 채용한 리튬전지를 제공하는 것이다.Another aspect is to provide a lithium battery employing the negative electrode.

또 다른 한 측면은 상기 음극활물질의 제조 방법을 제공하는 것이다.Another aspect provides a method for producing the negative electrode active material.

한 측면에 따라 다공성 전이금속산화물을 포함하며,According to one aspect, a porous transition metal oxide is included,

상기 전이금속산화물이 Mo, Ti, V 및 W로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 전이금속의 산화물인 음극활물질이 제공된다.Wherein the transition metal oxide is an oxide of at least one transition metal selected from the group consisting of Mo, Ti, V and W.

다른 한 측면에 따라 상기 음극활물질을 포함하는 음극이 제공된다.According to another aspect, there is provided a negative electrode comprising the negative active material.

또 다른 한 측면에 따라 상기 음극을 채용한 리튬전지가 제공된다.According to another aspect, there is provided a lithium battery employing the negative electrode.

또 다른 한 측면에 따라,According to another aspect,

다공성 화합물에 전이금속의 염을 포함하는 용액을 함침시키는 단계;Impregnating the porous compound with a solution containing a salt of a transition metal;

상기 용액이 함침된 다공성 화합물을 환원성 분위기에서 소성시키는 단계; 및Firing the solution-impregnated porous compound in a reducing atmosphere; And

상기 소성의 결과물을 식각액으로 식각하는 단계;를 포함하는 음극활물질 제조 방법이 제공된다.And etching the resultant of the firing with an etchant.

한 측면에 따르면 다공성 전이금속산화물을 포함함에 의하여 전기용량이 증가될 수 있다.According to one aspect, the capacitance can be increased by including a porous transition metal oxide.

이하에서 예시적인 일구현예들에 따른 음극활물질, 상기 음극활물질을 포함하는 음극, 상기 음극을 채용한 리튬전지 및 상기 음극활물질의 제조방법에 관하여 더욱 상세히 설명한다.Hereinafter, a negative electrode active material according to exemplary embodiments, a negative electrode including the negative active material, a lithium battery employing the negative electrode, and a method for manufacturing the negative active material will be described in detail.

일구현예에 따른 음극활물질은 다공성(porous) 전이금속산화물을 포함하며, 상기 전이금속산화물이 Mo, Ti, V 및 W로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 전이금속의 산화물이다. 상기 다공성 전이금속산화물은 다수의 나노 크기의 기공을 포함함에 의하여 전해질과 접촉하는 면적이 매우 확대되므로 활물질 단위 질량당 전기 용량이 증가된다. 또한, 활물질 내부에서 전해질로 전자가 이동하는 경로가 단축되며 리튬 이온의 이동 경로도 단축되므로 전극 반응의 속도가 증가될 수 있다.The anode active material according to an embodiment includes a porous transition metal oxide, and the transition metal oxide is an oxide of at least one transition metal selected from the group consisting of Mo, Ti, V and W. Since the porous transition metal oxide includes a large number of nano-sized pores, the area of contact with the electrolyte greatly increases, so that the electric capacity per unit mass of the active material is increased. Also, the path of electrons moving from the inside of the active material to the electrolyte is shortened and the moving path of lithium ions is shortened, so that the rate of the electrode reaction can be increased.

상기 다공성 전이금속산화물은 실질적으로 기공율이 80% 이하일 수 있다. 예를 들어, 상기 다공성 전이금속산화물의 기공율은 20 내지 70 %일 수 있다. 상기 기공율은 다공성 전이금속산화물의 전체 부피 중에서 기공이 차지하는 부피를 의미한다.The porous transition metal oxide may have a porosity of substantially 80% or less. For example, the porosity of the porous transition metal oxide may be 20 to 70%. The porosity means the volume occupied by the pores in the total volume of the porous transition metal oxide.

상기 다공성 전이금속산화물은 1000mAh/g 이상의 단위중량 당 방전용량 및 1000mAh/cc 이상의 단위부피 당 방전용량을 제공할 수 있다.The porous transition metal oxide may provide a discharge capacity per unit weight of 1000 mAh / g or more and a discharge capacity per unit volume of 1000 mAh / cc or more.

상기 음극활물질에서 상기 다공성 전이금속산화물의 기공은 다양한 형태일 수 있으며, 기공이 구형(Spherical)인 경우, 약 2 내지 약 50nm의 직경을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 기공의 직경이 약 3 내지 약 30 nm 일 수 있다. 예를 들어, 상기 기공의 직경이 약 3 내지 약 15nm일 수 있다. 예를 들어, 상기 기공의 직경이 약 3 내지 약 10 nm일 수 있다. 상기 다공성 전이금속산화물의 직경 범위가 상기 음극활물질을 채용한 리튬전지의 방전용량 향상에 적합하다.In the negative electrode active material, the pores of the porous transition metal oxide may have various shapes, and when the pores are spherical, they may have a diameter of about 2 to about 50 nm. For example, the diameter of the pores may be from about 3 to about 30 nm. For example, the diameter of the pores may be from about 3 to about 15 nm. For example, the diameter of the pores may be from about 3 to about 10 nm. The diameter range of the porous transition metal oxide is suitable for improving the discharge capacity of the lithium battery employing the negative electrode active material.

상기 음극활물질에서 상기 다공성 전이금속산화물의 기공이 서로 연결되어 채널을 형성할 수 있다. 이러한 채널의 형성에 의하여 전이금속산화물 내부로 전해액의 침투 및 리튬 이온의 이동이 용이해질 수 있다.In the negative active material, pores of the porous transition metal oxide may be connected to each other to form a channel. Such channel formation facilitates penetration of the electrolyte into the transition metal oxide and migration of lithium ions.

상기 음극활물질에서 상기 다공성 금속화물의 기공이 규칙적으로 배열될 수 있다. 상기 기공들이 규칙적으로 배열됨에 의하여 균일한 전기화학 반응이 가능하여 음극 활물질의 국부적인 손실이나 열화를 회피할 수 있다.In the negative electrode active material, the pores of the porous metal oxide may be regularly arranged. By regularly arranging the pores, a uniform electrochemical reaction can be performed, and local loss or deterioration of the negative electrode active material can be avoided.

상기 음극활물질에서 상기 다공성 전이금속산화물의 기공이 3 내지 10 nm의 균일한 직경을 가지며, 규칙적으로 배열되며, 기공 사이의 벽을 형성하는 골격이 5 내지 10 nm의 균일한 골격 크기를 가지며 규칙적으로 배열될 수 있다. 이러한 범위의 기공 크기 및 전이금속산화물 골격 크기가 상기 음극활물질을 채용한 리튬전지의 방전용량 향상에 더욱 적합하다. 예를 들어, 상기 골격, 즉 기공 사이의 벽,은 도 4c에서 검은색으로 표시되는 부분이다. 상기 골격의 크기는 도 4c에서 공간 사이에 검은색으로 표시되는 부분의 크기이다. 상기 기공은 상기 도 4c에서 골격 사이의 공간에 해당한다. 상기 기공의 직경은 도 4c에서 공간의 직경이다.In the negative electrode active material, the pores of the porous transition metal oxide have a uniform diameter of 3 to 10 nm and are regularly arranged. The skeleton forming the walls between the pores has a uniform skeleton size of 5 to 10 nm, Lt; / RTI > The pore size and the transition metal oxide skeleton size in this range are more suitable for improving the discharge capacity of the lithium battery employing the negative electrode active material. For example, the skeleton, i.e., the wall between the pores, is a portion indicated by black in FIG. 4C. The size of the skeleton is the size of a portion indicated by a black color between spaces in FIG. 4C. The pores correspond to spaces between the skeletons in FIG. 4C. The diameter of the pores is the diameter of the space in Fig. 4C.

상기 음극활물질에서 상기 다공성 전이금속산화물이 포함하는 기공의 비표면적이 약 50 내지 약 250m2/g일 수 있다. 예를 들어, 상기 비표면적이 약 80 내지 약 220 m2/g일 수 있다. 예를 들어, 상기 비표면적이 약 100 내지 약 110 m2/g일 수 있다.In the negative electrode active material, the specific surface area of the pores included in the porous transition metal oxide may be about 50 to about 250 m 2 / g. For example, the specific surface area may be from about 80 to about 220 m 2 / g. For example, the specific surface area may be from about 100 to about 110 m 2 / g.

또한, 상기 음극활물질에서 상기 다공성 전이금속산화물 단위 중량 당 기공이 차지하는 부피인 기공 총 부피가 2cc/g 미만일 수 있다. 예를 들어, 상기 기공 총 부피는 0.1~1cc/g일 수 있다. 예를 들러, 상기 기공 총 부피는 0.3~0.6cc/g일 수 있다.In the negative electrode active material, the total pore volume, which is the volume occupied by the pores per unit weight of the porous transition metal oxide, may be less than 2 cc / g. For example, the total pore volume may be between 0.1 and 1 cc / g. For example, the total pore volume may be 0.3-0.6 cc / g.

상기 범위의 비표면적 및/또는 기공 총 부피를 가지는 다공성 전이금속산화물이 상기 음극활물질을 채용한 리튬전지의 방전용량 향상에 더욱 적합하다.The porous transition metal oxide having the specific surface area and / or the total pore volume in the above range is more suitable for improving the discharge capacity of the lithium battery employing the negative electrode active material.

상기 음극활물질에서 상기 전이금속산화물이 하기 화학식 1로 표시될 수 있다:In the negative electrode active material, the transition metal oxide may be represented by the following chemical formula 1:

<화학식 1>&Lt; Formula 1 >

MxOyMxOy

상기 식에서, M은 Mo, Ti, W, V, 및 이들의 혼합물이고, 1≤x≤2, 1≤y≤8, 2≤x+y≤10이다.Wherein M is Mo, Ti, W, V, and mixtures thereof, and 1? X? 2, 1? Y? 8, 2? X + y?

상기 음극활물질에서 상기 전이금속산화물이 MoO2, TiO2 또는 이들의 혼합물일 수 있다.In the negative electrode active material, the transition metal oxide may be MoO 2 , TiO 2, or a mixture thereof.

또 다른 일구현예에 따른 음극은 상기 음극활물질을 포함한다. 상기 음극은 예를 들어 상기 음극활물질 및 결착제를 포함하는 음극활물질 조성물이 일정한 형상으로 성형되거나, 상기의 음극활물질 조성물이 동박(copper foil) 등의 집전체에 도포되는 방법으로 제조될 수 있다.The negative electrode according to another embodiment includes the negative electrode active material. The negative electrode may be manufactured, for example, by forming the negative electrode active material composition containing the negative electrode active material and the binder in a predetermined shape or by applying the negative electrode active material composition to a current collector such as copper foil.

구체적으로 음극활물질 조성물이 제조되어, 동박 집전체 위에 직접 코팅되어 음극 극판이 얻어지거나, 별도의 지지체 상에 캐스팅되고 상기 지지체로부터 박리시킨 음극활물질 필름이 동박 집전체에 라미네이션되어 음극 극판이 얻어질 수 있다. 상기 음극은 상기에서 열거한 형태에 한정되는 것은 아니고 상기 형태 이외의 형태일 수 있다.Specifically, a negative electrode active material composition is prepared and coated directly on the copper foil current collector to obtain a negative electrode plate, or the negative electrode active material film that is cast on a separate support and peeled from the support is laminated on the copper foil collector to obtain a negative electrode plate have. The negative electrode is not limited to the above-described form, but may be in a form other than the above-described form.

대량의 전류를 충방전하는 전지의 고용량화를 위하여 전기 저항이 낮은 재료가 사용될 수 있다. 전극의 저항을 감소시키기 위하여 각종 도전재가 첨가될 수 있으며, 주로 사용되는 도전재는 카본 블랙, 흑연 미립자 등이다. 다르게는 상기 음극활물질 조성물은 유연한(flexible) 전극 기판 위에 인쇄되어 인쇄 전지(printable battery) 제조에 사용될 수 있다.A material having a low electric resistance may be used for high capacity of a battery for charging and discharging a large amount of current. Various conductive materials may be added to reduce the resistance of the electrodes, and the conductive materials mainly used are carbon black, graphite fine particles, and the like. Alternatively, the negative electrode active material composition may be printed on a flexible electrode substrate and used for producing a printable battery.

다른 구현예에 따르는 리튬 전지는 상기의 음극활물질을 포함하는 음극을 채용한다. 상기 리튬 전지는 다음과 같은 방법으로 제조될 수 있다.A lithium battery according to another embodiment adopts a negative electrode including the above-described negative electrode active material. The lithium battery can be produced by the following method.

먼저, 양극활물질, 도전재, 결합재 및 용매가 혼합된 양극활물질 조성물이 준비된다. 상기 양극활물질 조성물이 금속 집전체상에 직접 코팅 및 건조되어 양극판이 제조된다. 다르게는, 상기 양극활물질 조성물이 별도의 지지체상에 캐스팅 된 다음, 상기 지지체로부터 박리된 필름이 금속 집전체상에 라미네이션되어 양극판이 제조될 수 있다.First, a cathode active material composition in which a cathode active material, a conductive material, a binder, and a solvent are mixed is prepared. The positive electrode active material composition is directly coated on the metal current collector and dried to produce a positive electrode plate. Alternatively, the cathode active material composition may be cast on a separate support, and then the film peeled from the support may be laminated on the metal current collector to produce a cathode plate.

상기 양극활물질로는 리튬 함유 금속 산화물로서, 당해 기술 분야에서 통상적으로 사용되는 것이면 모두 사용할 수 있다. 예를 들어, LiCoO2, LiMnxO2x(x=1, 2), LiNi1-xMnxO2(0<x<1) 또는 LiNi1-x-yCoxMnyO2(0≤x≤0.5, 0≤y≤0.5) 등이다. 예를 들어, LiMn2O4, LiCoO2, LiNiO2, LiFeO2, V2O5, TiS 또는 MoS 등의 리튬의 흡장/방출이 가능한 화합물이다. 도전재로는 카본블랙, 흑연미립자가 사용될 수 있으며, 결합재로는 비닐리덴 플루오라이드/헥사플루오로프로필렌 코폴리머, 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리아크릴로니트릴, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리테트라플루오로에틸렌 및 그 혼합물 또는 스티렌 부타디엔 고무계 폴리머 등이 사용될 수 있으며, 용매로는 N-메틸피롤리돈, 아세톤 또는 물 등이 사용될 수 있다. 상기, 양극활물질, 도전재, 결합재 및 용매의 함량은 리튬 전지에서 통상적으로 사용되는 수준이다.As the cathode active material, lithium-containing metal oxides can be used as long as they are commonly used in the art. For example, LiCoO 2 , LiMn x O 2 x (x = 1, 2), LiNi 1-x Mn x O 2 (0 <x <1), or LiNi 1-xy Co x Mn y O 2 0.5, 0? Y? 0.5). For example, it is a compound capable of intercalating / deintercalating lithium such as LiMn 2 O 4 , LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiFeO 2 , V 2 O 5 , TiS or MoS. As the conductive material, carbon black and graphite fine particles can be used. As the binder, vinylidene fluoride / hexafluoropropylene copolymer, polyvinylidene fluoride (PVDF), polyacrylonitrile, polymethyl methacrylate, poly Tetrafluoroethylene, a mixture thereof, or a styrene butadiene rubber-based polymer may be used. As the solvent, N-methylpyrrolidone, acetone, water or the like may be used. The content of the positive electrode active material, the conductive material, the binder and the solvent is a level commonly used in a lithium battery.

세퍼레이터로는 리튬 전지에서 통상적으로 사용되는 것이라면 모두 사용 가능하다. 전해질의 이온 이동에 대하여 저저항이면서 전해액 함습 능력이 우수한 것이 적합하다. 예를 들어, 유리 섬유, 폴리에스테르, 테프론, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 또는 이들의 조합물 중에서 선택된 것으로서, 부직포 또는 직포 형태이어도 무방하다. 구체적으로, 리튬 이온 전지에는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등과 같은 권취 가능한 세퍼레이터가 사용되며, 리튬 이 온 폴리머 전지의 경우에는 유기전해액 함침 능력이 우수한 세퍼레이터가 사용되는데, 이러한 세퍼레이터는 하기 방법에 따라 제조될 수 있다.The separator can be used as long as it is commonly used in a lithium battery. It is preferable to have a low resistance against the ion movement of the electrolyte and an excellent ability to impregnate the electrolyte. For example, selected from glass fiber, polyester, Teflon, polyethylene, polypropylene, polytetrafluoroethylene (PTFE), or a combination thereof, and may be nonwoven fabric or woven fabric. Specifically, a rewindable separator such as polyethylene, polypropylene, or the like is used for the lithium ion battery, and a separator having excellent organic electrolyte impregnation capability is used for the lithium ion polymer battery. Such a separator can be manufactured by the following method .

고분자 수지, 충진제 및 용매를 혼합하여 세퍼레이터 조성물이 준비된 다음, 상기 세퍼레이터 조성물이 전극 상부에 직접 코팅 및 건조되어 세퍼레이터 필름이 형성되거나, 상기 세퍼레이터 조성물이 지지체상에 캐스팅 및 건조된 후, 상기 지지체로부터 박리시킨 세퍼레이터 필름이 전극 상부에 라미네이션하여 형성될 수 있다. The separator composition is prepared by mixing a polymer resin, a filler, and a solvent, and then the separator composition is directly coated on the electrode and dried to form a separator film. Alternatively, after the separator composition is casted and dried on the support, A separator film may be formed by lamination on the electrode.

상기 고분자 수지는 특별히 한정되지는 않으며, 전극판의 결합재에 사용되는 물질들이 모두 사용 가능하다. 예를 들어 비닐리덴플루오라이드/헥사플루오로프로필렌 코폴리머, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리메틸메타크릴레이트 또는 이들의 혼합물 등이 사용될 수 있다.The polymer resin is not particularly limited, and all the materials used for the binder of the electrode plate can be used. For example, vinylidene fluoride / hexafluoropropylene copolymer, polyvinylidene fluoride, polyacrylonitrile, polymethyl methacrylate, or a mixture thereof may be used.

다음으로 전해질이 준비된다.Next, the electrolyte is prepared.

상기 전해질은 유기 전해액일 수 있다. 또다른 일 구현예에 따르면 상기 전해질은 겔 또는 고체상태일 수 있다. 상기 유기 전해액으로는 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, 디 부틸카보네이트, 디에틸렌글리콜, 디메틸에테르 또는 이들의 혼합물 등의 용매에 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 혼합물 등의 리튬 염이 용해되어 사용될 수 있다.The electrolyte may be an organic electrolyte. According to another embodiment, the electrolyte may be in a gel or solid state. Examples of the organic electrolyte include organic solvents such as propylene carbonate, ethylene carbonate, fluoroethylene carbonate, diethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, methyl propyl carbonate, butylen carbonate, -Butyrolactone, dioxolane, 4-methyldioxolane, N, N-dimethylformamide, dimethylacetamide, dimethylsulfoxide, dioxane, 1,2-dimethoxyethane, sulfolane, dichloroethane, chloro benzene, nitrobenzene, dimethyl carbonate, methyl isopropyl carbonate, ethyl propyl carbonate, dipropyl carbonate, dibutyl carbonate, diethylene glycol, dimethyl ether or LiPF 6, LiBF 4, LiSbF 6 , LiAsF 6 in a solvent such as a mixture thereof , LiClO 4, LiCF 3 SO 3 , Li (CF 3 SO 2) 2 N, LiC 4 F 9 SO 3, LiAlO 2, LiAlCl 4, LiN (C x F 2x + 1 SO2) (C y F 2y + 1 SO 2 ) (where x and y are natural numbers ), LiCl, LiI, or a mixture thereof, may be dissolved and used.

도 6에서 보여지는 바와 같이 상기 리튬전지(1)는 양극(3), 음극(2) 및 세퍼레이터(4)를 포함한다. 상술한 양극(3), 음극(2) 및 세퍼레이터(4)가 와인딩되거나 접혀서 전지케이스(5)에 수용된다. 이어서, 상기 전지케이스(5)에 유기전해액이 주입되고 캡(cap) 어셈블리(6)로 밀봉되어 리튬전지(1)가 완성된다. 상기 전지케이스는 원통형, 각형, 박막형 등일 수 있다. 상기 리튬전지는 리튬이온전지일 수 있다.As shown in FIG. 6, the lithium battery 1 includes an anode 3, a cathode 2, and a separator 4. The anode 3, the cathode 2 and the separator 4 described above are wound or folded and housed in the battery case 5. Then, an organic electrolytic solution is injected into the battery case 5 and is sealed with a cap assembly 6 to complete the lithium battery 1. The battery case may have a cylindrical shape, a rectangular shape, a thin film shape, or the like. The lithium battery may be a lithium ion battery.

상기 양극 및 음극 사이에 세퍼레이터가 배치되어 전지구조체가 형성될 수 있다. 이러한 전지구조체가 바이셀 구조로 적층된 다음, 유기 전해액에 함침되고, 얻어진 결과물이 파우치에 수용되어 밀봉되면 리튬이온폴리머전지가 완성된다.A separator may be disposed between the anode and the cathode to form a battery structure. This battery structure is laminated in a bi-cellular structure, then impregnated with an organic electrolyte solution, and the resulting product is received in a pouch and sealed to complete a lithium ion polymer battery.

또한, 상기 전지구조체는 복수개 적층되어 전지팩을 형성하고, 이러한 전지팩이 고온 및 높은 출력이 요구되는 전기차량용 전지(Electric vehicle battery)로서 사용될 수 있다. 또한, 상기 전지구조체는 대면적 박형 전지로서 사용될 수 있다.In addition, a plurality of battery structures may be stacked to form a battery pack, and such a battery pack may be used as an electric vehicle battery requiring high temperature and high output. Also, the battery structure may be used as a large-area thin-type battery.

상기 리튬전지는 음극활물질 단위중량당 1000mAh/g 이상의 방전용량을 제공할 수 있다. 또한, 상기 리튬전지는 음극활물질 단위부피당 1000mAh/cc 이상의 방 전용량을 제공할 수 있다.The lithium battery may provide a discharge capacity of 1000 mAh / g or more per unit weight of the negative electrode active material. In addition, the lithium battery may provide a discharging capacity of 1000 mAh / cc or more per unit volume of the negative electrode active material.

또 다른 일구현예에 따른 음극활물질 제조방법은 다공성 화합물에 전이금속의 염을 포함하는 용액을 함침시키는 단계; 상기 용액이 함침된 다공성 화합물을 환원성 분위기에서 소성시키는 단계; 및 상기 소성의 결과물을 식각액으로 식각하는 단계;를 포함한다.According to another embodiment of the present invention, there is provided a method for manufacturing an anode active material, comprising: impregnating a porous compound with a solution containing a salt of a transition metal; Firing the solution-impregnated porous compound in a reducing atmosphere; And etching the resultant of the firing with an etchant.

상기 음극활물질 제조방법에서 상기 다공성 화합물이 실리카(SiO2), Al2O3, ZnO, MgO 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군에서 선택될 수 있다. 상기 다공성 화합물은 다공성 전이금속화합물 제조의 주형(template)로 작용한다. 상기 다공성 화합물에 전이금속의 염을 포함하는 용액을 함침시켜 기공을 채운 다음, 상기 용액이 함침된 다공성 화합물을 소성시켜 다공성 화합물과 전이금속화합물의 복합체를 수득한다. 이어서, 상기 복합체에서 다공성 화합물을 식각액으로 제거하여 다공성 전이금속화합물을 얻는다.In the method for producing an anode active material, the porous compound may be selected from the group consisting of silica (SiO 2 ), Al 2 O 3 , ZnO, MgO, and mixtures thereof. The porous compound acts as a template for preparing a porous transition metal compound. The porous compound is impregnated with a solution containing a salt of a transition metal to fill the pores, and then the porous compound impregnated with the solution is calcined to obtain a composite of the porous compound and the transition metal compound. Then, the porous compound in the composite is removed with an etching solution to obtain a porous transition metal compound.

상기 음극활물질 제조방법에서 상기 전이금속의 염이 MoCl5, 암모늄몰리브데이트 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군에서 선택될 수 있다. 이들은 전이금속의 염 형태로 용액에 용해된 후 사용될 수 있다.In the negative electrode active material preparation method, the salt of the transition metal may be selected from the group consisting of MoCl 5 , ammonium molybdate, and mixtures thereof. These can be used after being dissolved in a solution in the form of a salt of a transition metal.

상기 음극활물질 제조방법에서 상기 소성시키는 단계의 소성 온도가 약 400 내지 약 600℃일 수 있다. 상기 범위의 소성 온도가 나노기공을 가지는 음극활물질 제조에 적합하다.In the negative electrode active material manufacturing method, the firing temperature of the firing step may be about 400 to about 600 ° C. The firing temperature in the above range is suitable for the production of an anode active material having nanopores.

상기 소성시에 환원성 분위기는 질소, 아르곤, 헬륨 및 수소로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 가스 분위기일 수 있다.During the firing, the reducing atmosphere may be at least one gas atmosphere selected from the group consisting of nitrogen, argon, helium, and hydrogen.

상기 음극활물질 제조방법에서 상기 식각액은 불산(HF), NaOH, HF-NH4F(버퍼)로 이루어지는 군에서 선택될 수 있다. 상기 식각액은 산 또는 염기일 수 있다.In the negative electrode active material manufacturing method, the etchant may be selected from the group consisting of hydrofluoric acid (HF), NaOH, and HF-NH 4 F (buffer). The etchant may be an acid or a base.

상기 음극활물질 제조방법에서 상기 식각 단계 후에 상기 식각의 결과물을 환원성 분위기에서 열처리하는 단계를 추가적으로 포함할 수 있다. 상기 추가적인 열처리에 의하여 음극활물질의 접착성이 향상될 수 있다. 예를 들어, 상기 음극활물질과 집전체의 접착력이 향상될 수 있다.In the method of manufacturing an anode active material, the step of heat-treating the result of the etching in a reducing atmosphere after the etching step may be further included. Adhesion of the negative electrode active material can be improved by the additional heat treatment. For example, the adhesion between the negative electrode active material and the current collector can be improved.

상기 추가적인 열처리 단계의 열처리 온도가 100 내지 600℃일 수 있다. 예를 들어, 200 내지 500℃일 수 있다.The heat treatment temperature of the additional heat treatment step may be 100 to 600 ° C. For example, 200 to 500 &lt; 0 &gt; C.

상기 추가적인 열처리 단계에서 상기 환원성 분위기는 질소, 아르곤, 헬륨 및 수소로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 가스 분위기일 수 있다.In the additional heat treatment step, the reducing atmosphere may be at least one gas atmosphere selected from the group consisting of nitrogen, argon, helium, and hydrogen.

이하의 실시예 및 비교예를 통하여 예시적인 구현예들이 더욱 상세하게 설명된다. 단, 실시예는 기술적 사상을 예시하기 위한 것으로서 이들만으로 본 발명의 범위가 한정되는 것이 아니다.EXAMPLES The following examples and comparative examples illustrate exemplary embodiments in more detail. It should be noted, however, that the embodiments are for illustrative purposes only and are not intended to limit the scope of the present invention.

(음극활물질의 제조)(Preparation of negative electrode active material)

실시예 1Example 1

다공성 SiO2(KIT-6)에 암모늄몰리브데이트(ammonium molybdate)를 에탄올 1g에 녹인 용액을 주입하였다. 상기 SiO2 100 중량부에 대하여 암모늄몰리브데이트 20중량부의 비율이 되도록 암모늄몰리브데이트를 에탄올에 녹인 용액을 SiO2에 주입하였다. 이어서, 상기 암모늄몰리브테이트가 주입된 다공성 SiO2를 환원성(100% 수소 가스)분위기에서 500℃로 4시간 동안 소성시켜 SiO2-MoO2 복합체를 얻었다. 상기 복합체를 1M 불산 수용액에 투입하고 2시간 동안 반응시켜 SiO2 주형을 제거하여 다공성 MoO2를 얻었다.A solution of ammonium molybdate in 1 g of ethanol was injected into the porous SiO 2 (KIT-6). The SiO 2 was injected into the ammonium molybdate to be 100 parts by weight of ammonium molybdate ratio 20 parts by weight of date with respect to the solution in ethanol to SiO 2. Subsequently, the porous SiO 2 into which the ammonium molybdate was injected was fired at 500 ° C. for 4 hours in a reducing (100% hydrogen gas) atmosphere to obtain a SiO 2 -MoO 2 composite. The complex was introduced into a 1 M aqueous solution of hydrofluoric acid and reacted for 2 hours to remove the SiO 2 template to obtain porous MoO 2 .

실시예 2Example 2

주형을 제거한 다공성 MoO2를 수소 분위기에서 100 ℃로 2시간 동안 추가적으로 열처리한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법을 제조하였다.The same procedure as in Example 1 was carried out except that the porous MoO 2 from which the template had been removed was further heat-treated at 100 ° C for 2 hours in a hydrogen atmosphere.

실시예 3Example 3

주형을 제거한 다공성 MoO2를 수소 분위기에서 200 ℃로 2시간 동안 추가적으로 열처리한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법을 제조하였다.The same procedure as in Example 1 was carried out except that the porous MoO 2 from which the template was removed was further heat-treated at 200 ° C for 2 hours in a hydrogen atmosphere.

실시예 4Example 4

주형을 제거한 다공성 MoO2를 수소 분위기에서 300 ℃로 2시간 동안 추가적으로 열처리한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법을 제조하였다.The same procedure as in Example 1 was carried out except that the porous MoO 2 from which the template had been removed was further heat-treated at 300 ° C for 2 hours in a hydrogen atmosphere.

실시예 5Example 5

주형을 제거한 다공성 MoO2를 수소 분위기에서 400 ℃로 2시간 동안 추가적으로 열처리한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법을 제조하였다.The same procedure as in Example 1 was carried out except that the porous MoO 2 from which the template had been removed was further heat-treated at 400 ° C for 2 hours in a hydrogen atmosphere.

실시예 6Example 6

주형을 제거한 다공성 MoO2를 수소 분위기에서 500 ℃로 2시간 동안 추가적으로 열처리한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법을 제조하였다.The same procedure as in Example 1 was carried out except that the porous MoO 2 from which the template had been removed was further heat-treated at 500 ° C for 2 hours in a hydrogen atmosphere.

실시예 7Example 7

다공성 SiO2(KIT-6)에 티타늄클로라이드(Titanium chloride)를 메탄올 1g에 녹인 용액을 주입하였다. 상기 SiO2 100 중량부에 대하여 티타늄클로라이드 20중량부의 비율로 티타늄클로라이드를 메탄올에 녹인 용액을 SiO2에 주입하였다. 이어서, 상기 티타늄클로라이드가 주입된 다공성 SiO2를 환원성 분위기(100% 수소 가스)에서 500℃로 4시간 동안 소성시켜 SiO2-TiO2 복합체를 얻었다. 상기 복합체를 1M 불산 수용액에 투입하고 2시간 동안 반응시켜 SiO2 주형을 제거하여 다공성 TiO2를 얻었다. Titanium chloride (Titanium chloride) in the porous SiO 2 (KIT-6) was injected dissolved in methanol 1g. A solution of a titanium chloride in a proportion of 20 parts by weight of titanium chloride with respect to the 100 parts by weight of SiO 2 in methanol was injected into the SiO 2. Subsequently, the porous SiO 2 injected with the titanium chloride was fired in a reducing atmosphere (100% hydrogen gas) at 500 ° C. for 4 hours to obtain a SiO 2 -TiO 2 composite. The complex was introduced into a 1M hydrofluoric acid aqueous solution and reacted for 2 hours to remove the SiO 2 template to obtain porous TiO 2 .

비교예 1Comparative Example 1

기공이 없는 벌크(bulk) MoO2를 그대로 사용하였다.The pore-free bulk MoO 2 was used as is.

(음극 및 리튬 전지 제조)(Cathode and lithium battery manufacturing)

실시예 8Example 8

상기 실시예 1에서 제조된 음극활물질 분말 70mg, 탄소 도전제(Super-P, Timcal Inc.) 15 mg, 및 폴리비닐리덴플루오라이드(PVdF) 15 mg을 15mL의 N-메틸피롤리돈(NMP)과 함께 마노 유발에서 혼합하여 슬러리를 제조하였다. 상기 슬러리를 닥터 블레이드를 사용하여 구리 집전체 위에 약 50㎛ 두께로 도포하고 상온에서 2시간 동안 건조한 후 진공, 120℃의 조건에서 2시간 동안 다시 한번 건조하여 음극판을 제조하였다.15 mg of a negative electrode active material powder prepared in Example 1, 15 mg of a carbon conductive agent (Super-P, Timcal Inc.) and 15 mg of polyvinylidene fluoride (PVdF) were dissolved in 15 mL of N-methylpyrrolidone (NMP) And agar mortar to prepare a slurry. The slurry was applied on a copper collector to a thickness of about 50 탆 using a doctor blade, dried at room temperature for 2 hours, and dried again under vacuum at 120 캜 for 2 hours to prepare a negative electrode plate.

상기 음극판을 사용하여, 리튬 금속을 상대 전극으로 하고, 격리막으로 폴리프로필렌 격리막(separator, Cellgard 3510)을 사용하고, 1.3M LiPF6가 EC(에틸렌 카보네이트)+DEC(디에틸 카보네이트)(3:7 부피비)에 녹아있는 용액을 전해질로 사용하여 CR-2016 규격의 코인 셀을 제조하였다.The above-mentioned negative electrode plate was used as a separator (Cellgard 3510), lithium metal as a counter electrode, separator (Cellgard 3510), 1.3M LiPF 6 EC (ethylene carbonate) + DEC (diethyl carbonate) Volume ratio) was used as an electrolyte to prepare a coin cell of CR-2016 standard.

실시예 9Example 9

상기 실시예 1에서 제조된 음극활물질 대신에 상기 실시예 2에서 제조된 음극활물질을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 8과 동일한 방법으로 제조하였다.Except that the negative electrode active material prepared in Example 2 was used in place of the negative electrode active material prepared in Example 1 above.

실시예 10Example 10

상기 실시예 1에서 제조된 음극활물질 대신에 상기 실시예 3에서 제조된 음극활물질을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 8과 동일한 방법으로 제조하였다.Except that the negative electrode active material prepared in Example 3 was used instead of the negative electrode active material prepared in Example 1 above.

실시예 11Example 11

상기 실시예 1에서 제조된 음극활물질 대신에 상기 실시예 4에서 제조된 음 극활물질을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 8과 동일한 방법으로 제조하였다Except that the negative electrode active material prepared in Example 4 was used in place of the negative electrode active material prepared in Example 1,

실시예 12Example 12

상기 실시예 1에서 제조된 음극활물질 대신에 상기 실시예 5에서 제조된 음극활물질을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 8과 동일한 방법으로 제조하였다Except that the negative electrode active material prepared in Example 5 was used in place of the negative electrode active material prepared in Example 1,

실시예 13Example 13

상기 실시예 1에서 제조된 음극활물질 대신에 상기 실시예 6에서 제조된 음극활물질을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 8과 동일한 방법으로 제조하였다Except that the negative electrode active material prepared in Example 6 was used in place of the negative electrode active material prepared in Example 1,

실시예 14Example 14

상기 실시예 1에서 제조된 음극활물질 대신에 상기 실시예 7에서 제조된 음극활물질을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 8과 동일한 방법으로 제조하였다Except that the negative electrode active material prepared in Example 7 was used in place of the negative electrode active material prepared in Example 1,

비교예 2Comparative Example 2

상기 실시예 1에서 제조된 음극활물질 대신에 상기 비교예 1의 음극활물질을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 8과 동일한 방법으로 제조하였다.Except that the negative active material of Comparative Example 1 was used in place of the negative active material prepared in Example 1 above.

평가예 1: X-선 회절 실험Evaluation example 1: X-ray diffraction experiment

상기 실시예 1에서 제조된 음극활물질 분말에 대하여 X-선 회절(X-ray diffraction) 실험을 수행하여, 그 결과를 도 1 및 도 2에 각각 나타내었다.X-ray diffraction experiments were performed on the negative electrode active material powder prepared in Example 1, and the results are shown in FIGS. 1 and 2, respectively.

도 1 및 도 2에 나타난 바와 같이 실시예 1에서 직경 5~7nm의 규칙적인 나노크기의 기공을 가지는 다공성 MoO2가 제조되었음을 확인하였다. 도 1로부터 합성된 Mo 산화물의 상(phase)은 MoO2 임을 확인할 수 있다. 또한, 도 2와 같이 저각(low angle) X-선 회절 결과로부터도 규칙적인 기공 배열에 의한 회절 패턴이 관찰되었다. 그러므로, 규칙적인 나노크기의 기공을 갖는 다공성 MoO2가 합성되었음을 확인할 수 있다. 도 1에 표시되는 두가지 MoO2는 공지의 MoO2로서 본 발명에 사용된 MoO2의 X-선 회절 패턴에 대한 레퍼런스로 사용되었다.As shown in FIGS. 1 and 2, it was confirmed that porous MoO 2 having regular nano-sized pores having a diameter of 5 to 7 nm was produced in Example 1. It can be confirmed that the phase of the Mo oxide synthesized from FIG. 1 is MoO 2 . Also, as shown in FIG. 2, a diffraction pattern due to a regular pore arrangement was observed from a low angle X-ray diffraction result. Therefore, it can be confirmed that porous MoO 2 having regular nano-sized pores is synthesized. The two MoO 2's shown in FIG. 1 were used as a reference for the X-ray diffraction pattern of MoO 2 used in the present invention as a known MoO 2 .

평가예 2 : 질소흡착 실험Evaluation Example 2: Nitrogen adsorption experiment

상기 실시예 1에서 제조된 음극활물질 분말에 대하여 질소흡탈착실험을 수행하여 그 결과를 도 3에 나타내었다.The negative electrode active material powder prepared in Example 1 was subjected to a nitrogen adsorption / desorption experiment, and the results are shown in FIG.

질소 흡착 곡선에서 P/P0 값이 0.15에서 0.3 까지의 데이터를 이용하여 BET(Brunauer-Emmett-Teller)방법을 사용하여 비표면적을 계산하였고, 총 기공의 부피는 흡착곡선에서 P/P0값이 0.99인 점에서의 질소 흡착량으로부터 환산된 질소 액체의 부피로 나타내었다.The specific surface area was calculated using the BET (Brunauer-Emmett-Teller) method using the data of P / P 0 values from 0.15 to 0.3 in the nitrogen adsorption curve. The total pore volume was calculated from the P / P 0 value And the volume of the nitrogen liquid converted from the adsorption amount of nitrogen at the point of 0.99.

도 3에서 실시예 1에서 제조된 MoO2가 나노크기의 기공을 가짐을 확인하였으며, 상술한 방법에 의하여 계산된 상기 기공의 비표면적이 102m2/g이며 기공의 총 부피가 0.51cc/g임을 알 수 있다. 실시예 1 내지 7에서 제조된 음극활물질의 비표면적 및 기공의 총 부피를 하기 표 1에 나타내었다.3, it was confirmed that the MoO 2 prepared in Example 1 had nano-sized pores. The specific surface area of the pores calculated by the above-mentioned method was 102 m 2 / g and the total volume of the pores was 0.51 cc / g Able to know. The specific surface area and the total volume of the pores of the negative electrode active material prepared in Examples 1 to 7 are shown in Table 1 below.

평가예 3 : 전자투과현미경(TEM) 실험Evaluation Example 3: Electron transmission microscope (TEM) experiment

상기 실시예 1에서 제조된 음극활물질 분말에 대하여 전자투과현미경 실험을 수행하여 그 결과를 도 4a 내지 4d에 나타내었다.The negative electrode active material powder prepared in Example 1 was subjected to an electron transmission microscope and the results are shown in FIGS. 4A to 4D.

도 4a 내지 4d에서 보여주는 바와 같이 실시예 1에서 제조된 MoO2는 규칙적으로 배열되며 서로 연결되어 채널을 형성하는 나노 크기의 기공을 포함하고 있다. 상기 나노기공의 직경은 5 내지 7 nm이었다.As shown in FIGS. 4A to 4D, the MoO 2 prepared in Example 1 includes nano-sized pores which are regularly arranged and connected with each other to form channels. The diameter of the nanopores was 5 to 7 nm.

실시예 1 내지 7에서 제조된 음극활물질에서도 상기 나노기공의 규칙적 배열과 채널 형성이 확인되었다. 실시예 1 내지 7에서 제조된 음극활물질의 나노기공 직경, 나노기공 사이의 벽을 형성하는 골격의 크기를 하기 표 1에 나타내었다.Regular arrangement of the nanopores and channel formation were also observed in the negative electrode active materials prepared in Examples 1 to 7. The nano pore diameter of the negative electrode active material prepared in Examples 1 to 7 and the size of the skeleton forming the wall between the nano pores are shown in Table 1 below.

<표 1><Table 1>

기공 직경
[nm]
Pore diameter
[nm]
기공 사이의 벽을 형성하는 골격 크기[nm]The size of the skeleton forming the wall between the pores [nm] 비표면적
[m2/g]
Specific surface area
[m 2 / g]
기공 총 부피
[cc/g]
Pore volume
[cc / g]
실시예 1Example 1 5~75 ~ 7 5~105 to 10 102102 0.510.51 실시예 2Example 2 5~75 ~ 7 5~105 to 10 102102 0.510.51 실시예 3Example 3 5~75 ~ 7 5~105 to 10 102102 0.510.51 실시예 4Example 4 5~75 ~ 7 5~105 to 10 102102 0.510.51 실시예 5Example 5 5~75 ~ 7 5~105 to 10 102102 0.510.51 실시예 6Example 6 5~75 ~ 7 5~105 to 10 102102 0.510.51 실시예 7Example 7 3~73 to 7 5~75 ~ 7 220220 0.410.41

평가예 4: 충방전 실험Evaluation Example 4: Charge-discharge experiment

상기 실시예 8 내지 14 및 비교예 2에서 제조된 리튬전지에 대하여 음극활물질 1g 당 40mA의 전류로 전압이 0.001V(vs. Li)에 이를 때까지 충전하고, 다시 동일한 전류로 전압이 3V(vs. Li)에 이를 때까지 방전하였다. 이어서, 동일한 전류 와 전압 구간에서 충전 및 방전을 50회 반복하였다. 두번째 사이클에서의 충방전 결과를 도 5 및 표 2에 각각 나타내었다. 용량유지율은 하기 수학식 1로 정의된다. 실시예 8 내지 14 및 비교예 2의 용량유지율을 표 2에 나타내었다.The lithium batteries prepared in Examples 8 to 14 and Comparative Example 2 were charged at a current of 40 mA per 1 g of the negative electrode active material until the voltage reached 0.001 V (vs. Li) (Li). Subsequently, charging and discharging were repeated 50 times in the same current and voltage sections. The results of charging and discharging in the second cycle are shown in Fig. 5 and Table 2, respectively. The capacity retention rate is defined by the following equation (1). The capacity retention ratios of Examples 8 to 14 and Comparative Example 2 are shown in Table 2.

<수학식 1>&Quot; (1) &quot;

용량유지율[%]=50번째 사이클에서의 방전용량/2번째 사이클에서의 방전용량Capacity retention rate [%] = Discharge capacity in the 50th cycle / Discharge capacity in the second cycle

평가예 5: 접착력 평가Evaluation Example 5: Evaluation of adhesion

상기 실시예 8 및 14 및 비교예 2에서 제조된 음극의 집전체에 대한 접착력을 평가하였다. 상기 접착력은 아래의 기준에 따라 평가되었다.The adhesion of the negative electrode prepared in Examples 8 and 14 and Comparative Example 2 to the current collector was evaluated. The adhesion was evaluated according to the following criteria.

△: 음극 성형 후 음극 활물질층 총 면적의 10% 이상이 집전체로부터 분리된다.?: 10% or more of the total area of the negative electrode active material layer after the negative electrode is formed is separated from the current collector.

○: 음극 성형 후 음극 활물질층 총 면적의 10% 이하가 집전체로부터 분리된다.?: 10% or less of the total area of the negative electrode active material layer after the negative electrode formation is separated from the current collector.

◎: 음극 성형 후 음극 활물질층이 집전체로부터 분리되지 않는다.?: The negative electrode active material layer after the negative electrode formation is not separated from the current collector.

상기 실시예 8 내지 14에 대한 상기 접착력 평가 결과를 하기 표 2에 나타내었다.The adhesion evaluation results for Examples 8 to 14 are shown in Table 2 below.

<표 2><Table 2>

추가 열처리
온도 [℃]
Additional heat treatment
Temperature [° C]
1st 사이클 방전용량[mAh/g]1 st cycle discharge capacity [mAh / g] 용량유지율
[%]
Capacity retention rate
[%]
접착력Adhesion
실시예 8Example 8 추가 열처리 없슴No additional heat treatment 1181.961181.96 8383 실시예 9Example 9 100℃100 ℃ 1061.171061.17 8686 실시예 10Example 10 200℃200 ℃ 1142.541142.54 9595 실시예 11Example 11 300℃300 ° C 1201.671201.67 9999 실시예 12Example 12 400℃400 ° C 1125.791125.79 9595 실시예 13Example 13 500℃500 ℃ 1126.421126.42 9696 실시예 14Example 14 추가 열처리 없슴No additional heat treatment 334334 3030 비교예 2Comparative Example 2 추가 열처리 없슴No additional heat treatment 410410 5050

상기 표 2에서 보여지는 바와 같이, 3V에서 비교예 2의 리튬전지의 방전용량은 410mAh/g 이었으나 실시예 8의 리튬전지의 방전용량은 1181mAh/g이었다. 실시예 8의 리튬전지의 방전용량이 비교예 2의 리튬전지에 비해 방전용량이 2.75배 가까이 증가하였다. 즉, 리튬 저장 용량이 2.75배 가까이 증가하였다.As shown in Table 2, the discharge capacity of the lithium battery of Comparative Example 2 was 410 mAh / g at 3 V, while the discharge capacity of the lithium battery of Example 8 was 1181 mAh / g. The discharge capacity of the lithium battery of Example 8 was 2.75 times higher than that of the lithium battery of Comparative Example 2. [ That is, the lithium storage capacity increased by 2.75 times.

SiO2 주형을 식각한 후, 추가적인 수소 환원 열처리 단계를 거친 실시예 9 내지 실시예 13의 경우에도 실시예 8과 마찬가지로 비교예 2에 비해 높은 방전용량을 보였다.In the case of Examples 9 to 13 after the SiO 2 template was etched and subjected to the additional hydrogen reduction heat treatment step, a higher discharge capacity was exhibited as compared with Comparative Example 2,

상기 표 2에 보여지는 바와 같이 추가적인 열처리를 수행한 활물질을 사용한 리튬전지인 실시예 10 내지 13에서 전극형성 후 접착력이 향상되었다. 이는 음극 활물질 내부에 존재하는 기공 벽에 존재하는 산소(oxygen) 및 수산화기(hydroxyl) 등 불순물을 제거하여 전극 성형 시 슬러리 접착 특성을 향상시키는 원인으로 작용하기 때문으로 판단되며 이러한 접착력 향상은 용량 및 용량 유지율 측면에서 특성 개선의 원인이다. 그러므로, 추가적인 열처리 공정은 전지 제조시 향상된 성능 및 향상된 제조 효율을 제공할 수 있다.As shown in Table 2, in Examples 10 to 13, which are lithium batteries using an additional heat-treated active material, the adhesion was improved after electrode formation. This is believed to be attributable to the removal of impurities such as oxygen and hydroxyl present in the pore walls present in the anode active material, thereby enhancing the slurry adhesion properties during electrode formation, It is the cause of improvement of characteristics in terms of maintenance rate. Therefore, additional heat treatment processes can provide improved performance and improved manufacturing efficiency in battery manufacturing.

도 1 및 2는 실시예 1에 따른 음극활물질에 대한 X-선 회절실험 결과이다.1 and 2 are X-ray diffraction experimental results of the negative electrode active material according to Example 1. Fig.

도 3은 실시예 1에 따른 음극활물질에 대한 질소흡착실험결과이다.3 is a graph showing the results of nitrogen adsorption experiments on the negative electrode active material according to Example 1. FIG.

도 4a 내지 4d는 실시예 1에 따른 음극활물질에 대한 투과전자현미경 이미지이다.4A to 4D are transmission electron microscope images of the negative electrode active material according to the first embodiment.

도 5는 실시예 8 및 비교예 2에 따른 리튬전지의 충방전 실험 결과이다.5 is a graph showing the results of charge and discharge tests of the lithium battery according to Example 8 and Comparative Example 2. Fig.

도 6은 일구현예에 따른 리튬전지의 개략도이다.6 is a schematic view of a lithium battery according to one embodiment.

Claims (23)

자이로이드(gyroid) 구조를 가지는 다공성 전이금속산화물을 포함하며,And a porous transition metal oxide having a gyroid structure, 상기 전이금속산화물이 Mo, Ti, 및 V로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 전이금속의 산화물인 음극활물질.Wherein the transition metal oxide is an oxide of at least one transition metal selected from the group consisting of Mo, Ti, and V. 제 1 항에 있어서, 상기 다공성 전이금속산화물의 기공이 2 내지 50nm의 직경을 가지는 음극활물질.The negative electrode active material according to claim 1, wherein the porous transition metal oxide has a pore diameter of 2 to 50 nm. 제 1 항에 있어서, 상기 다공성 전이금속산화물의 기공이 3 내지 15nm의 직경을 가지는 음극활물질.The negative electrode active material according to claim 1, wherein the porous transition metal oxide has a pore diameter of 3 to 15 nm. 제 1 항에 있어서, 상기 다공성 전이금속산화물의 기공이 서로 연결되어 채널을 형성하는 음극활물질.The negative electrode active material according to claim 1, wherein the pores of the porous transition metal oxide are connected to each other to form a channel. 제 1 항에 있어서, 상기 다공성 금속화물의 기공이 규칙적으로 배열된 음극활물질.The negative electrode active material according to claim 1, wherein pores of the porous metal oxide are regularly arranged. 제 1 항에 있어서, 상기 다공성 전이금속산화물의 기공이 3 내지 10 nm의 직경을 가지며, 기공 사이의 벽을 형성하는 골격이 5 내지 10 nm의 크기를 가지는 음 극활물질.The negative electrode active material according to claim 1, wherein the porous transition metal oxide has a pore diameter of 3 to 10 nm and a skeleton forming a wall between the pores has a size of 5 to 10 nm. 제 1 항에 있어서, 상기 다공성 전이금속산화물의 비표면적이 50 내지 250 m2/g인 음극활물질.The negative electrode active material according to claim 1, wherein the porous transition metal oxide has a specific surface area of 50 to 250 m 2 / g. 제 1 항에 있어서, 상기 다공성 전이금속산화물의 비표면적이 80 내지 220 m2/g인 음극활물질.The negative electrode active material according to claim 1, wherein the porous transition metal oxide has a specific surface area of 80 to 220 m 2 / g. 제 1 항에 있어서, 상기 전이금속산화물이 하기 화학식 1로 표시되는 음극활물질:The negative electrode active material according to claim 1, wherein the transition metal oxide is represented by the following formula (1) <화학식 1>&Lt; Formula 1 > MxOyMxOy 상기 식에서, M은 Mo, V, Ti 및 이들의 혼합물이고, 1≤x≤2, 1≤y≤8, 2≤x+y≤10이다.Wherein M is Mo, V, Ti and mixtures thereof, and 1? X? 2, 1? Y? 8, 2? X + y? 제 1 항에 있어서, 상기 전이금속산화물이 MoO2인 음극활물질.The negative electrode active material according to claim 1, wherein the transition metal oxide is MoO 2 . 제 1 항에 있어서, 상기 전이금속산화물이 TiO2인 음극활물질.The negative electrode active material according to claim 1, wherein the transition metal oxide is TiO 2 . 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항의 음극활물질을 포함하는 음극.An anode comprising the anode active material according to any one of claims 1 to 11. 제 12 항의 음극을 채용한 리튬전지.A lithium battery employing the negative electrode of claim 12. 제 13 항에 있어서, 음극활물질 단위중량 당 방전용량이 1000mAh/g 이상인 리튬전지.14. The lithium battery according to claim 13, wherein the discharge capacity per unit weight of the negative electrode active material is 1000 mAh / g or more. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 따른 음극활물질 제조 방법으로서,12. A method for manufacturing an anode active material according to any one of claims 1 to 11, 다공성 화합물에 전이금속의 염을 포함하는 용액을 함침시키는 단계;Impregnating the porous compound with a solution containing a salt of a transition metal; 상기 용액이 함침된 다공성 화합물을 환원성 분위기에서 소성시키는 단계; 및Firing the solution-impregnated porous compound in a reducing atmosphere; And 상기 소성의 결과물을 식각액으로 식각하여 다공성 전이금속산화물을 수득하는 단계;를 포함하는 음극활물질 제조 방법.And etching the resultant of the firing with an etchant to obtain a porous transition metal oxide. 제 15 항에 있어서, 상기 다공성 화합물이 실리카(SiO2), Al2O3, ZnO, MgO 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군에서 선택되는 음극활물질 제조방법.Of claim 15 wherein the porous compound is silica (SiO 2), how Al 2 O 3, ZnO, MgO, and the negative electrode active material is selected from the group consisting of a mixture thereof for manufacture. 제 15 항에 있어서, 상기 전이금속의 염이 MoCl5, 암모늄몰리브데이트, 티타늄클로라이드 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군에서 선택되는 음극활물질 제조방 법.The method of claim 15, wherein the salt of the transition metal is selected from the group consisting of MoCl 5 , ammonium molybdate, titanium chloride, and mixtures thereof. 제 15 항에 있어서, 상기 소성시키는 단계의 소성 온도가 400 내지 600℃인 음극활물질 제조방법.16. The method of claim 15, wherein the firing temperature of the firing step is 400 to 600 占 폚. 제 15 항에 있어서, 상기 식각액이 불산(HF), NaOH 및 HF-NH4F로 이루어지는 군에서 선택되는 음극활물질 제조방법.The method of claim 15, wherein the negative electrode active material manufacturing method in which the etchant is hydrofluoric acid (HF), selected from the group consisting of NaOH and NH 4 F-HF. 제 15 항에 있어서, 상기 환원성 분위기가 질소, 아르곤, 헬륨 및 수소로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 가스 분위기인 음극활물질 제조방법.16. The method of claim 15, wherein the reducing atmosphere is at least one gas atmosphere selected from the group consisting of nitrogen, argon, helium, and hydrogen. 제 15 항에 있어서, 상기 식각 단계 후에 상기 식각의 결과물을 환원성 분위기에서 열처리하는 단계를 추가적으로 포함하는 음극활물질 제조방법.16. The method of claim 15, further comprising heat treating the result of the etching in a reducing atmosphere after the etching step. 제 21 항에 있어서, 상기 열처리 단계의 열처리 온도가 100 내지 600℃인 음극활물질 제조방법.22. The method of claim 21, wherein the heat treatment temperature in the heat treatment step is 100 to 600 占 폚. 제 21 항에 있어서, 상기 환원성 분위기가 질소, 아르곤, 헬륨 및 수소로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 가스 분위기인 음극활물질 제조방법.22. The method of claim 21, wherein the reducing atmosphere is at least one gas atmosphere selected from the group consisting of nitrogen, argon, helium, and hydrogen.
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