KR102139736B1 - Composite anode active material, a method of preparing the composite anode material, and Lithium secondary battery comprising the composite anode active material - Google Patents

Composite anode active material, a method of preparing the composite anode material, and Lithium secondary battery comprising the composite anode active material Download PDF

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Abstract

다공성 탄소 구조체; 상기 다공성 탄소 구조체 상에 배치된, 리튬의 흡장 방출이 가능한 비탄소계 재료를 포함하는 제1 코팅층; 및 상기 금속층 상에 배치된 탄소계 재료를 포함하는 제2 코팅층을 포함하는 복합음극활물질이 제공된다.Porous carbon structures; A first coating layer disposed on the porous carbon structure and comprising a non-carbon-based material capable of occluding and discharging lithium; And a second coating layer comprising a carbon-based material disposed on the metal layer.

Description

복합음극활물질, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 음극을 구비한 리튬이차전지{Composite anode active material, a method of preparing the composite anode material, and Lithium secondary battery comprising the composite anode active material}Composite anode active material, a method of preparing the composite anode material, and Lithium secondary battery comprising the composite anode active material}

복합음극활물질, 및 이를 포함하는 음극과 리튬전지에 관한 것이다.It relates to a composite cathode active material, and a negative electrode and a lithium battery comprising the same.

리튬전지는 고전압 및 고에너지 밀도를 가짐에 의하여 다양한 용도에 사용된다. 예를 들어, 전기자동차(HEV, PHEV) 등의 분야는 고온에서 작동할 수 있고, 많은 양의 전기를 충전하거나 방전하여야 하고 장시간 사용되어야 하므로 방전용량 및 수명특성이 우수한 리튬전지가 요구된다.Lithium batteries are used for various purposes by having high voltage and high energy density. For example, the field of electric vehicles (HEV, PHEV), etc. can operate at high temperature, and a large amount of electricity must be charged or discharged and used for a long time, so a lithium battery having excellent discharge capacity and life characteristics is required.

탄소계 재료는 다공성으로서 충방전 시의 부피 변화가 적어 안정하다. 그러나, 일반적으로 탄소계 재료는 탄소의 다공성 구조로 인해 전지 용량이 낮다. 예를 들어, 결정성이 높은 흑연의 이론적인 용량은 LiC6 조성에서 372mAh/g 이다. 또한, 고율특성이 낮다.The carbon-based material is porous and stable due to little change in volume during charging and discharging. However, in general, the carbon-based material has a low battery capacity due to the porous structure of carbon. For example, the theoretical capacity of graphite with high crystallinity is 372 mAh/g at the LiC 6 composition. In addition, high rate characteristics are low.

상기 탄소계 재료에 비하여 전기 용량이 높은 음극활물질로서 리튬과 합금가능한 금속이 사용될 수 있다. 예를 들어, 리튬과 합금가능한 금속은 Si, Sn, Al 등이다. 그러나, 상기 리튬과 합금 가능한 금속들은 높은 방전용량을 가지나 충방전시 부피 변화가 커서 열화되기 쉬우므로 수명특성이 낮다.As a negative electrode active material having a higher electric capacity than the carbon-based material, a metal alloyable with lithium may be used. For example, metals alloyable with lithium are Si, Sn, Al, and the like. However, the metals capable of alloying with lithium have a high discharge capacity, but have a large volume change during charging and discharging, so they are easily deteriorated, and thus have low life characteristics.

이러한 문제를 해결하기 위하여, 부피 팽창의 매트릭스 역할 및 전기전도도 향상에 기여하는 탄소계 물질을 실리콘에 적용한 실리콘-탄소계 복합체에 관한 다양한 연구가 진행되어 왔다.In order to solve this problem, various studies have been conducted on a silicon-carbon-based composite in which a carbon-based material that contributes to the improvement of electrical conductivity and the role of a matrix of bulk expansion has been conducted.

기존의 실리콘-탄소계 복합체는 실리콘의 함량을 높이기 위하여 탄소계 재료로 카본나노튜브를 사용하고, 제조 공정에서 불산의 사용으로 인한 안전성 문제가 존재하였다. 뿐만 아니라, 기존의 실리콘-탄소계 복합체는 실리콘 함량이 제한되어 용량을 800 mAh/g 이상으로 올리기 어려운 문제점이 여전히 존재하였다.Existing silicon-carbon-based composites use carbon nanotubes as carbon-based materials to increase the content of silicon, and there are safety problems due to the use of hydrofluoric acid in the manufacturing process. In addition, the existing silicon-carbon-based composite has a problem in that it is difficult to raise the capacity to 800 mAh/g or more due to limited silicon content.

따라서, 간단하고 안전하면서도, 초기 효율의 저하 없이 상기 리튬과 합금 가능한 금속의 부피 변화를 억제하고, 고용량을 달성할 뿐만 아니라, 수명특성이 향상된 리튬전지용 복합음극활물질 및 이의 제조방법이 요구된다.Accordingly, there is a need for a composite cathode active material for a lithium battery and a method for manufacturing the same, which are simple and safe, suppress the volume change of the lithium-alloyable metal without deteriorating the initial efficiency, achieve high capacity, and have improved life characteristics.

한 측면은 신규한 복합음극활물질을 제공하는 것이다.One aspect is to provide a novel composite cathode active material.

다른 한 측면은 상기 복합음극활물질의 제조 방법을 제공하는 것이다.Another aspect is to provide a method for manufacturing the composite cathode active material.

또 다른 한 측면은 상기 복합음극활물질을 포함한 음극을 구비한 리튬이차전지를 제공하는 것이다.Another aspect is to provide a lithium secondary battery having a negative electrode containing the composite negative electrode active material.

한 측면에 따라,According to one aspect,

다공성 탄소 구조체;Porous carbon structures;

상기 다공성 탄소 구조체 상에 배치된, 리튬의 흡장 방출이 가능한 비탄소계 재료를 포함하는 제1 코팅층; 및A first coating layer disposed on the porous carbon structure and comprising a non-carbon-based material capable of occluding and discharging lithium; And

상기 제1 코팅층 상에 배치된 탄소계 재료를 포함하는 제2 코팅층A second coating layer comprising a carbon-based material disposed on the first coating layer

을 포함하는 복합음극활물질이 제공된다.A composite cathode active material is provided.

다른 한 측면에 따라,According to the other aspect,

(a) 탄소원 및 기공 형성제를 포함한 용액을 분무 건조하여 복합 구조체를 형성하는 단계;(a) spray drying a solution containing a carbon source and a pore-forming agent to form a composite structure;

(b) 상기 복합 구조체를 식각(etching)하여 다공성 복합 구조체를 형성하는 단계;(b) etching the composite structure to form a porous composite structure;

(c) 상기 다공성 복합 구조체에 비탄소계 재료를 공급하여 상기 다공성 복합 구조체 표면에 제1 코팅층을 형성하는 단계; 및(c) forming a first coating layer on the surface of the porous composite structure by supplying a non-carbon-based material to the porous composite structure; And

(d) 상기 제1 코팅층 상에 탄소 전구체를 공급하여 상기 다공성 복합 구조체 표면의 제1 코팅층 상에 제2 코팅층을 형성하는 단계;(d) forming a second coating layer on the first coating layer on the surface of the porous composite structure by supplying a carbon precursor on the first coating layer;

를 포함하는, 복합음극활물질의 제조 방법이 제공된다.A method of manufacturing a composite cathode active material is provided.

또 다른 측면에 따라,According to another aspect,

상기 복합음극활물질을 포함한 음극을 구비한 리튬 이차전지가 제공된다.A lithium secondary battery having a negative electrode including the composite negative electrode active material is provided.

한 측면에 따르면, 다공성 탄소 구조체의 표면에 리튬의 흡장 방출이 가능한 비탄소계 재료를 포함한 제1 코팅층 및 상기 제1 코팅층 상에 탄소계 재료를 포함한 제2 코팅층을 포함하는 복합음극활물질을 채용함에 의하여, 이러한 복합음극활물질을 포함한 음극을 구비한 리튬이차전지는 고용량, 고효율 및 우수한 수명 특성을 갖는다.According to one aspect, by employing a composite cathode active material comprising a first coating layer containing a non-carbon-based material capable of storing and discharging lithium on the surface of the porous carbon structure and a second coating layer containing a carbon-based material on the first coating layer , A lithium secondary battery having a negative electrode including such a composite negative electrode active material has high capacity, high efficiency, and excellent lifespan characteristics.

도 1은 다공성 탄소 합성 방법의 개략적인 도해이다.
도 2a는 제조예 1에서 제조된 다공성 탄소 입자에 대한 SEM 이미지이다.
도 2b는 도 2a의 확대도이다.
도 2c는 제조예 1에서 제조된 다공성 탄소 입자의 단면에 대한 SEM 이미지이다.
도 3a는 제조예 2-1에서 제조된 실리콘-다공성 탄소 복합체에 대한 SEM 이미지이다.
도 3b는 도 3a의 확대도이다.
도 3c는 제조예 2-1에서 제조된 실리콘-다공성 탄소 복합체에 대한 SEM 이미지이다.
도 3d는 제조예 2-2에서 제조된 실리콘-다공성 탄소 복합체에 대한 SEM 이미지이다.
도 3e는 도 3d의 확대도이다.
도 3f는 제조예 2-3에서 제조된 실리콘-다공성 탄소 복합체에 대한 SEM 이미지이다.
도 3g는 도 3f의 확대도이다.
도 3h는 제조예 2-4에서 제조된 실리콘-다공성 탄소 복합체에 대한 SEM 이미지이다.
도 3i는 도 3h의 확대도이다.
도 4a는 제조예 3-1에서 제조된 탄소-실리콘-다공성 탄소 복합체에 대한 SEM 이미지이다.
도 4b는 도 4a의 확대도이다.
도 4c는 제조예 3-1에서 제조된 탄소-실리콘-다공성 탄소 복합체에 대한 SEM 이미지이다.
도 4d 및 4e는 제조예 3-2에서 제조된 탄소-실리콘-다공성 탄소 복합체에 대한 SEM 이미지이다.
도 4f 및 4g는 제조예 3-2에서 제조된 탄소-실리콘 다공성 탄소 복합체의 단면 사진이다.
도 4h 및 4i는 제조예 3-3에서 제조된 탄소-실리콘-다공성 탄소 복합체에 대한 SEM 이미지이다.
도 4j 및 4k는 제조예 3-3에서 제조된 탄소-실리콘 다공성 탄소 복합체의 단면 사진이다.
도 4l 및 4m는 제조예 3-4에서 제조된 탄소-실리콘-다공성 탄소 복합체에 대한 SEM 이미지이다.
도 4n 및 4o는 제조예 3-4에서 제조된 탄소-실리콘 다공성 탄소 복합체의 단면 사진이다.
도 5은 실시예 5 및 비교예 3에 따른 하프 셀의 충방전 곡선을 나타낸 그래프이다.
도 6은 실시예 5 및 비교예 3에 따른 하프 셀의 사이클 수명을 나타낸 그래프이다.
도 7은 실시예 6 내지 8, 및 비교예 3 및 4에 따라 제작된 하프셀의 초기 충방전 곡선을 나타낸 그래프이다.
도 8은 실시예 6 내지 8, 및 비교예 3 및 4에 따라 제작된 하프셀의 사이클 수명을 나타낸 그래프이다.
도 9는 실시예 6 내지 8, 및 비교예 3 및 4에 따라 제작된 하프셀의 율 특성을 나타낸 그래프이다.
도 10은 예시적인 구현예에 따른 리튬전지의 모식도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1: 리튬전지 2: 음극
3: 양극 4: 세퍼레이터
5: 전지케이스 6: 캡 어셈블리
1 is a schematic illustration of a porous carbon synthesis method.
2A is an SEM image of porous carbon particles prepared in Preparation Example 1.
2B is an enlarged view of FIG. 2A.
Figure 2c is a SEM image of the cross-section of the porous carbon particles prepared in Preparation Example 1.
3A is an SEM image of the silicon-porous carbon composite prepared in Preparation Example 2-1.
3B is an enlarged view of FIG. 3A.
3C is an SEM image of the silicon-porous carbon composite prepared in Preparation Example 2-1.
3D is an SEM image of the silicon-porous carbon composite prepared in Preparation Example 2-2.
3E is an enlarged view of FIG. 3D.
3f is an SEM image of the silicon-porous carbon composite prepared in Preparation Example 2-3.
3G is an enlarged view of FIG. 3F.
3h is an SEM image of the silicon-porous carbon composite prepared in Preparation Example 2-4.
3i is an enlarged view of FIG. 3h.
Figure 4a is a SEM image of the carbon-silicon-porous carbon composite prepared in Preparation Example 3-1.
4B is an enlarged view of FIG. 4A.
Figure 4c is a SEM image of the carbon-silicon-porous carbon composite prepared in Preparation Example 3-1.
4D and 4E are SEM images of the carbon-silicon-porous carbon composite prepared in Preparation Example 3-2.
4F and 4G are cross-sectional photographs of the carbon-silicon porous carbon composite prepared in Preparation Example 3-2.
4H and 4I are SEM images of the carbon-silicon-porous carbon composite prepared in Preparation Example 3-3.
4J and 4K are cross-sectional photographs of the carbon-silicon porous carbon composite prepared in Preparation Example 3-3.
4L and 4M are SEM images of the carbon-silicon-porous carbon composite prepared in Preparation Example 3-4.
4n and 4o are cross-sectional photographs of the carbon-silicon porous carbon composite prepared in Preparation Example 3-4.
5 is a graph showing a charge/discharge curve of a half cell according to Example 5 and Comparative Example 3.
6 is a graph showing the cycle life of a half cell according to Example 5 and Comparative Example 3.
7 is a graph showing the initial charge and discharge curves of the half cells prepared according to Examples 6 to 8 and Comparative Examples 3 and 4.
8 is a graph showing the cycle life of the half cells prepared according to Examples 6 to 8 and Comparative Examples 3 and 4.
9 is a graph showing the rate characteristics of the half cells prepared according to Examples 6 to 8 and Comparative Examples 3 and 4.
Fig. 10 is a schematic diagram of a lithium battery according to an exemplary embodiment.
<Explanation of reference numerals for main parts of drawings>
1: lithium battery 2: negative electrode
3: anode 4: separator
5: battery case 6: cap assembly

이하에서 예시적인 구현예들에 따른 복합음극활물질, 이의 제조방법, 및 이를 포함하는 음극을 구비한 리튬이차전지에 관하여 더욱 상세히 설명한다.Hereinafter, a composite cathode active material according to exemplary embodiments, a method of manufacturing the same, and a lithium secondary battery having a negative electrode including the same will be described in more detail.

일 구현예에 따른 복합음극활물질은 다공성 탄소 구조체; 상기 다공성 탄소 구조체 상에 배치된, 리튬의 흡장 방출이 가능한 비탄소계 재료를 포함하는 제1 코팅층; 및 상기 제1 코팅층 상에 배치된 탄소계 재료를 포함하는 제2 코팅층을 포함할 수 있다.The composite cathode active material according to the embodiment includes a porous carbon structure; A first coating layer disposed on the porous carbon structure and comprising a non-carbon-based material capable of occluding and discharging lithium; And it may include a second coating layer comprising a carbon-based material disposed on the first coating layer.

상기 다공성 탄소 구조체는 다수의 기공을 포함함으로써, 동일한 부피를 갖는 탄소 구조체에 비해 더 큰 표면적을 갖는다. 따라서, 상기 다공성 탄소 구조체 상에 배치된 제1 코팅층에는 코팅층의 두께를 증가시키지 않으면서도, 더 많은 양의 비탄소계 재료를 포함할 수 있다.The porous carbon structure includes a large number of pores, and thus has a larger surface area than the carbon structure having the same volume. Therefore, the first coating layer disposed on the porous carbon structure may include a larger amount of non-carbon-based material without increasing the thickness of the coating layer.

또한, 상기 다공성 탄소 구조체는 내부에 기공을 가짐으로써, 충방전시 복합음극활물질의 팽창에 대해 완충 작용을 할 수 있다.In addition, the porous carbon structure has pores therein, so that it can act as a buffer against expansion of the composite cathode active material during charging and discharging.

상기 다공성 탄소 구조체는 향상된 전도도를 제공할 수 있고, 상기 기공이 충방전지의 비탄소계 재료의 부피 변화를 수용할 수 있으므로, 상기 복합음극활무질을 포함하는 리튬 이차전지는 향상된 초기효율, 방전용량 및 수명특성을 얻을 수 있다.The porous carbon structure can provide improved conductivity, and since the pores can accommodate changes in the volume of the non-carbon-based material of the charging/discharging battery, the lithium secondary battery including the composite cathode active material has improved initial efficiency, discharge capacity, and Lifetime characteristics can be obtained.

상기 복합음극활물질에서 상기 다공성 탄소 구조체의 평균 입경(d50)은 1 내지 40μm일 수 있다. 예를 들어, 상기 다공성 탄소 구조체의 평균 입경(d50)은 1 내지 30μm일 수 있다. 예를 들어, 상기 다공성 탄소 구조체의 평균 입경(d50)은 1 내지 20μm일 수 있다. 예를 들어, 상기 다공성 탄소 구조체의 평균 입경(d50)은 1 내지 10μm일 수 있다. 상기 입자의 평균입경이 지나치게 작으면 활물질 슬러리 제조 및 극판에의 코팅이 어려울 수 있으며, 상기 입자의 평균입경이 지나치게 크면 코팅층이 불균일하거나 고율 특성이 저하될 수 있다.The average particle diameter (d 50 ) of the porous carbon structure in the composite cathode active material may be 1 to 40 μm. For example, the average particle diameter (d 50 ) of the porous carbon structure may be 1 to 30 μm. For example, the average particle diameter (d 50 ) of the porous carbon structure may be 1 to 20 μm. For example, the average particle diameter (d 50 ) of the porous carbon structure may be 1 to 10 μm. If the average particle diameter of the particles is too small, it may be difficult to prepare an active material slurry and to coat the electrode plate. If the average particle diameter of the particles is too large, the coating layer may be non-uniform or high-rate characteristics may be deteriorated.

상기 복합음극활물질에서 상기 다공성 탄소 구조체는 종횡비 2 이하의 구형 또는 타원형 구조체일 수 있다. 예를 들어, 상기 다공성 탄소 구조체는 구형일 수 있다. 상기 입자가 구형 형태를 가짐에 의하여 슬러리의 분산에 유리하고 극판 강도를 높일 수 있다.In the composite cathode active material, the porous carbon structure may be a spherical or elliptical structure having an aspect ratio of 2 or less. For example, the porous carbon structure may be spherical. When the particles have a spherical shape, it is advantageous for dispersion of the slurry and it is possible to increase the plate strength.

상기 복합음극활물질에서 상기 다공성 탄소 구조체는 나노미터 크기의 기공을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 다공성 탄소 구조체는 평균 기공 지경이 100 nm 내지 400 nm인 기공을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 다공성 탄소 구조체는 평균 기공 직경이 200 nm 내지 300 nm인 기공을 포함할 수 있다.The porous carbon structure in the composite cathode active material may include nanometer-sized pores. For example, the porous carbon structure may include pores having an average pore diameter of 100 nm to 400 nm. For example, the porous carbon structure may include pores having an average pore diameter of 200 nm to 300 nm.

상기 다공성 탄소 구조체는 불규칙적인 형태의 기공을 포함할 수 있다. 즉, 상기 다공성 탄소 구조체는 원형 및 다각형 형태의 기공을 포함할 수 있으나, 이러한 형태에 한정되지는 않는다.The porous carbon structure may include irregularly shaped pores. That is, the porous carbon structure may include circular and polygonal pores, but is not limited to such a shape.

예를 들어, 상기 입자의 절단면은 비구형 기공을 포함할 수 있다. 상기 비구형 기공은 3 이상의 종횡비를 갖는 튜브형 기공일 수 있다.For example, the cut surface of the particles may include non-spherical pores. The non-spherical pores may be tubular pores having an aspect ratio of 3 or more.

상기 복합음극활물질에서 상기 리튬의 흡장 방출이 가능한 비탄소계 재료는 Si, Sn, Al, Ge, Pb, Zn, Ag 및 Au로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 금속, 이들의 합금, 이들의 산화물, 이들의 질화물, 이들의 질산화물 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.The non-carbon-based material capable of storing and releasing lithium from the composite cathode active material is one or more metals selected from the group consisting of Si, Sn, Al, Ge, Pb, Zn, Ag, and Au, their alloys, their oxides, and their Nitrides, their oxides, or combinations thereof.

일 구현예에 따르면, 상기 비탄소계 재료는 Si일 수 있다. 예를 들어, 상기 비탄소계 재료는 비정질 Si, 결정질 Si 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 상기 비정질 Si의 경우 결정질 Si에 비해 구조변화 스트레스가 적기 때문에, 개선된 충방전 특성을 제공한다. According to one embodiment, the non-carbon-based material may be Si. For example, the non-carbon-based material may be amorphous Si, crystalline Si or a mixture thereof. Since the amorphous Si has less structural change stress than crystalline Si, it provides improved charge/discharge characteristics.

상기 복합음극활물질에서 상기 제1 코팅층은 상기 다공성 탄소 구조체의 표면의 적어도 일부를 덮을 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 코팅층은 상기 다공성 탄소 구조체의 표면의 전부를 덮을 수 있다. 다공성 탄소 구조체의 표면은 기공을 통해 다공성 탄소 구조체의 내부로 연장되는 표면을 포함한다.In the composite cathode active material, the first coating layer may cover at least a portion of the surface of the porous carbon structure. For example, the first coating layer may cover the entire surface of the porous carbon structure. The surface of the porous carbon structure includes a surface that extends through the pores and into the interior of the porous carbon structure.

일 구현예에 따르면, 상기 제1 코팅층은 상기 다공성 탄소 구조체의 표면을 균일하게 덮을 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 코팅층은 상기 다공성 탄소 구조체의 표면으로부터 일정한 두께를 가질 수 있다.According to one embodiment, the first coating layer may uniformly cover the surface of the porous carbon structure. For example, the first coating layer may have a constant thickness from the surface of the porous carbon structure.

상기 복합음극활물질에서 상기 제1 코팅층의 두께는 5 내지 100 nm 일 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 코팅층의 두께는 5 내지 90 nm 일 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 코팅층의 두께는 5 내지 80 nm 일 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 코팅층의 두께는 5 내지 70 nm 일 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 코팅층의 두께는 5 내지 60 nm 일 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 코팅층의 두께는 5 내지 50 nm 일 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 코팅층의 두께는 5 내지 40 nm 일 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 코팅층의 두께는 5 내지 30 nm 일 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 코팅층의 두께는 5 내지 20 nm 일 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 코팅층의 두께는 5 내지 10 nm 일 수 있다. 제1 코팅층의 두께가 지나치게 두꺼우면 충방전 시에 비탄소계 재료의 부피 변화에 의하여 활물질의 균열이 발생할 수 있고, 두께가 지나치게 작으면 충분한 용량을 얻을 수 없다.The thickness of the first coating layer in the composite cathode active material may be 5 to 100 nm. For example, the thickness of the first coating layer may be 5 to 90 nm. For example, the thickness of the first coating layer may be 5 to 80 nm. For example, the thickness of the first coating layer may be 5 to 70 nm. For example, the thickness of the first coating layer may be 5 to 60 nm. For example, the thickness of the first coating layer may be 5 to 50 nm. For example, the thickness of the first coating layer may be 5 to 40 nm. For example, the thickness of the first coating layer may be 5 to 30 nm. For example, the thickness of the first coating layer may be 5 to 20 nm. For example, the thickness of the first coating layer may be 5 to 10 nm. If the thickness of the first coating layer is too thick, cracking of the active material may occur due to a change in volume of the non-carbon-based material during charging and discharging. If the thickness is too small, a sufficient capacity cannot be obtained.

일반적으로, 상기 제1 코팅층의 두께가 두꺼워질수록, 리튬의 흡장 방출이 가능한 비탄소계 재료의 함량이 높아지고, 그 결과 복합음극활물질의 용량이 증가할 수 있다는 장점이 있으나, 충방전시 상기 코팅층의 부피 변화량의 증가에 따른 코팅층의 균열이 발생될 수 있다는 단점이 있으므로, 코팅층의 두께는 수명특성을 저하시키지 않는 범위에서 최대의 용량을 갖도록 적절히 조절될 수 있다. In general, as the thickness of the first coating layer increases, the content of the non-carbon-based material capable of occluding and discharging lithium increases, and as a result, the capacity of the composite cathode active material may increase. Since there is a disadvantage that cracking of the coating layer may occur due to an increase in the volume change amount, the thickness of the coating layer can be appropriately adjusted to have a maximum capacity in a range that does not degrade life characteristics.

또한, 상기 복합음극활물질에서 다공성 탄소 구조체는 다수의 기공으로 인하여 큰 표면적을 갖기 때문에, 코팅층의 두께를 동일하게 구성한다는 조건하에서, 일반적인 탄소 재료 상에 코팅층을 포함하는 복합음극활물질에 비하여, 더 많은 양의 비탄소계 재료를 포함하는 코팅층을 형성할 수 있으므로, 수명특성의 저하시키지 않는 범위에서 용량의 증대를 꾀할 수 있다는 장점이 있다. In addition, since the porous carbon structure in the composite cathode active material has a large surface area due to a large number of pores, under the condition that the thickness of the coating layer is the same, compared to the composite cathode active material including a coating layer on a general carbon material, more Since it is possible to form a coating layer containing an amount of non-carbon-based material, there is an advantage that the capacity can be increased without deteriorating the life characteristics.

다르게는, 상기 복합음극활물질은, 비탄소계 재료의 함량을 동일하게 구성한다는 조건 하에서, 일반적인 탄소 재료 상에 코팅층을 포함하는 복합음극활물질에 비하여, 더 얇은 코팅층을 형성할 수 있으므로, 부피 변화량을 감소시킬 수 있다. 따라서, 동일한 용량에서 수명특성을 현저히 향상시킬 수 있다.Alternatively, the composite cathode active material can form a thinner coating layer than the composite cathode active material including a coating layer on a general carbon material under the condition that the content of the non-carbon-based material is the same, thereby reducing the volume change amount I can do it. Therefore, it is possible to significantly improve the life characteristics at the same capacity.

상기 복합음극활물질에서 리튬의 흡장 방출이 가능한 비탄소계 재료의 함량은 상기 복합음극활물질의 총 중량을 기준으로 1 내지 80 중량% 포함될 수 있다. 예를 들어, 상기 비탄소계 재료는 상기 복합음극활물질의 총 중량을 기준으로 1 내지 75 중량% 포함될 수 있다. 예를 들어, 상기 비탄소계 재료는 상기 복합음극활물질의 총 중량을 기준으로 1 내지 70 중량% 포함될 수 있다. 예를 들어, 상기 비탄소계 재료는 상기 복합음극활물질의 총 중량을 기준으로 1 내지 65 중량% 포함될 수 있다. 예를 들어, 상기 비탄소계 재료는 상기 복합음극활물질의 총 중량을 기준으로 1 내지 60 중량% 포함될 수 있다. 예를 들어, 상기 비탄소계 재료는 상기 복합음극활물질의 총 중량을 기준으로 1 내지 55 중량% 포함될 수 있다. 예를 들어, 상기 비탄소계 재료는 상기 복합음극활물질의 총 중량을 기준으로 1 내지 50 중량% 포함될 수 있다. 예를 들어, 상기 비탄소계 재료는 상기 복합음극활물질의 총 중량을 기준으로 1 내지 45 중량% 포함될 수 있다. 예를 들어, 상기 비탄소계 재료는 상기 복합음극활물질의 총 중량을 기준으로 1 내지 40 중량% 포함될 수 있다. 예를 들어, 상기 비탄소계 재료는 상기 복합음극활물질의 총 중량을 기준으로 1 내지 35 중량% 포함될 수 있다. 예를 들어, 상기 비탄소계 재료는 상기 복합음극활물질의 총 중량을 기준으로 1 내지 30 중량% 포함될 수 있다. 예를 들어, 상기 비탄소계 재료는 상기 복합음극활물질의 총 중량을 기준으로 1 내지 25 중량% 포함될 수 있다. 예를 들어, 상기 비탄소계 재료는 상기 복합음극활물질의 총 중량을 기준으로 1 내지 20 중량% 포함될 수 있다. 예를 들어, 상기 비탄소계 재료는 상기 복합음극활물질의 총 중량을 기준으로 1 내지 15 중량% 포함될 수 있다. 예를 들어, 상기 비탄소계 재료는 상기 복합음극활물질의 총 중량을 기준으로 1 내지 10 중량% 포함될 수 있다. 상기 리튬의 흡장 방출이 가능한 비탄소계 재료의 함량이 지나치게 높으면 충방전 시에 상기 비탄소계 재료의 부피 변화에 의하여 활물질의 균열이 발생할 수 있다.The content of the non-carbon-based material capable of occluding and releasing lithium from the composite cathode active material may be included in an amount of 1 to 80% by weight based on the total weight of the composite cathode active material. For example, the non-carbon-based material may be included in an amount of 1 to 75% by weight based on the total weight of the composite cathode active material. For example, the non-carbon-based material may be included in an amount of 1 to 70% by weight based on the total weight of the composite cathode active material. For example, the non-carbon-based material may be included in an amount of 1 to 65% by weight based on the total weight of the composite cathode active material. For example, the non-carbon-based material may be included in 1 to 60% by weight based on the total weight of the composite cathode active material. For example, the non-carbon-based material may be included in an amount of 1 to 55% by weight based on the total weight of the composite cathode active material. For example, the non-carbon-based material may be included in an amount of 1 to 50% by weight based on the total weight of the composite cathode active material. For example, the non-carbon-based material may be included in an amount of 1 to 45% by weight based on the total weight of the composite cathode active material. For example, the non-carbon-based material may be included in an amount of 1 to 40% by weight based on the total weight of the composite cathode active material. For example, the non-carbon-based material may be included in an amount of 1 to 35% by weight based on the total weight of the composite cathode active material. For example, the non-carbon-based material may be included in an amount of 1 to 30% by weight based on the total weight of the composite cathode active material. For example, the non-carbon-based material may be included in an amount of 1 to 25% by weight based on the total weight of the composite cathode active material. For example, the non-carbon-based material may be included in an amount of 1 to 20% by weight based on the total weight of the composite cathode active material. For example, the non-carbon-based material may be included in 1 to 15% by weight based on the total weight of the composite cathode active material. For example, the non-carbon-based material may be included in 1 to 10% by weight based on the total weight of the composite cathode active material. If the content of the non-carbon-based material capable of occluding and discharging the lithium is too high, cracking of the active material may occur due to a change in volume of the non-carbon-based material during charging and discharging.

상기 복합음극활물질에서 상기 제1 코팅층은 곡률부를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 코팅층은 상기 다공성 탄소 구조체의 표면 및 상기 탄소 구조체의 표면에서 내부로 이어지는 기공의 표면 중 일부 또는 전체에 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 코팅층은 상기 다공성 탄소 구조체의 기공의 표면 둘레에 걸쳐 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 코팅층은 상기 다공성 탄소 구조체의 표면으로부터 상기 다공성 탄소 구조체의 내부로 연장하는 기공의 표면에 연속적인 코팅층으로 형성되므로, 코팅층의 적어도 일부는 곡률부를 포함할 수 있고, 상기 제1 코팅층이 곡률부를 가짐으로써, 방사방향으로의 부피 팽창이 가능하여, 일 방향으로의 부피 팽창이 허용되는 평면형 코팅층에 비해 우수한 부피 팽창 완충 효과를 갖는다. In the composite cathode active material, the first coating layer may have a curvature portion. For example, the first coating layer may be formed on some or all of the surface of the porous carbon structure and the surface of the pores extending from the surface of the carbon structure to the inside. For example, the first coating layer may be formed over the periphery of the pores of the porous carbon structure. For example, since the first coating layer is formed of a continuous coating layer on the surface of the pores extending from the surface of the porous carbon structure to the interior of the porous carbon structure, at least a portion of the coating layer may include a curvature portion, 1 By having a curvature portion of the coating layer, it is possible to expand in the radial direction, and thus has an excellent volume expansion buffering effect compared to a flat coating layer that allows volume expansion in one direction.

상기 복합음극활물질에서 상기 제1 코팅층 상에 배치된 탄소계 재료는 결정질 또는 비정질 탄소계 재료를 포함할 수 있다. In the composite cathode active material, the carbon-based material disposed on the first coating layer may include crystalline or amorphous carbon-based material.

상기 복합음극활물질에서 상기 탄소계 재료는 탄소 전구체의 소성물일 수 있다. 상기 탄소 전구체는 당해 기술분야에서 사용될 수 있는 것으로서 소성에 의해 탄소계 재료가 얻어지는 것이라면 모두 사용 가능하다.In the composite cathode active material, the carbon-based material may be a fired product of a carbon precursor. The carbon precursor may be used in the art, and any carbon-based material obtained by firing may be used.

상기 탄소 전구체는 레이온계(rayon) 카본 섬유, PAN계(PAN based) 카본 섬유, 피치계(Pitch based) 카본 섬유, 기상 성장 탄소, 카본 섬유, 흑연, 고분자, 콜타르 피치, 석유 피치, 메조-페이즈 피치, 등방성 피치, 코크스, 저분자 중질유, 석탄계 피치, 페놀 수지, 나프탈렌 수지, 에폭시 수지, 염화비닐 수지, 폴리이미드, 폴리벤즈이미다졸, 폴리아크릴로니트릴, 폴리에틸렌글리콜, 폴리비닐알콜, 폴리비닐클로라이드, 푸르푸릴 알코올, 퓨란, 셀룰로오스, 글루코오스, 수크로오스, 아세트산, 말산, 시트르산, 유기산, 및 이들의 유도체로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.The carbon precursors are rayon-based carbon fiber, PAN-based carbon fiber, pitch-based carbon fiber, vapor-grown carbon, carbon fiber, graphite, polymer, coal tar pitch, petroleum pitch, meso-phase Pitch, isotropic pitch, coke, low molecular heavy oil, coal-based pitch, phenol resin, naphthalene resin, epoxy resin, vinyl chloride resin, polyimide, polybenzimidazole, polyacrylonitrile, polyethylene glycol, polyvinyl alcohol, polyvinyl chloride, Furfuryl alcohol, furan, cellulose, glucose, sucrose, acetic acid, malic acid, citric acid, organic acids, and derivatives thereof.

예를 들어, 상기 제2 코팅층은 레이온계(rayon) 카본 섬유, PAN계(PAN based) 카본 섬유, 피치계(Pitch based) 카본 섬유, 기상 성장 탄소, 및 또는 이들의 조합을 포함하는 군에서 선택된 탄소 전구체로부터 형성된 것일 수 있다. For example, the second coating layer is selected from the group comprising rayon carbon fiber, PAN based carbon fiber, pitch based carbon fiber, vapor phase growth carbon, or combinations thereof. It may be formed from a carbon precursor.

상기 복합음극활물질에서 상기 제2 코팅층의 두께는 0.1 내지 100nm 일 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 코팅층의 두께는 0.1 내지 90nm 일 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 코팅층의 두께는 0.1 내지 80nm 일 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 코팅층의 두께는 0.1 내지 70nm 일 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 코팅층의 두께는 0.1 내지 60nm 일 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 코팅층의 두께는 0.1 내지 50nm 일 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 코팅층의 두께는 0.1 내지 40nm 일 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 코팅층의 두께는 0.1 내지 30nm 일 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 코팅층의 두께는 0.1 내지 20nm 일 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 코팅층의 두께는 0.1 내지 100nm 일 수 있다. 상기 제2 코팅층은 충방전시에 SEI를 형성하게 되고, 리튬 이온의 선택적 통과로 인하여 다공성 탄소 구조체 및 비탄소계 재료가 전해액 등과 접촉하는 것을 방지할 수 있다. 그 결과, 내구성의 향상을 가져올 수 있다.In the composite cathode active material, the thickness of the second coating layer may be 0.1 to 100 nm. For example, the thickness of the second coating layer may be 0.1 to 90 nm. For example, the thickness of the second coating layer may be 0.1 to 80 nm. For example, the thickness of the second coating layer may be 0.1 to 70 nm. For example, the thickness of the second coating layer may be 0.1 to 60 nm. For example, the thickness of the second coating layer may be 0.1 to 50 nm. For example, the thickness of the second coating layer may be 0.1 to 40 nm. For example, the thickness of the second coating layer may be 0.1 to 30 nm. For example, the thickness of the second coating layer may be 0.1 to 20 nm. For example, the thickness of the second coating layer may be 0.1 to 100 nm. The second coating layer forms SEI during charging and discharging, and can prevent the porous carbon structure and the non-carbon-based material from contacting an electrolyte or the like due to selective passage of lithium ions. As a result, durability can be improved.

이하, 상기 복합음극활물질의 제조 방법을 살펴보기로 한다.Hereinafter, a method of manufacturing the composite cathode active material will be described.

일 구현예에 따르면, 상기 음극활물질의 제조 방법은,According to one embodiment, the method of manufacturing the negative electrode active material,

(a) 탄소원 및 기공 형성제를 포함한 용액을 분무 건조하여 복합 구조체를 얻는 단계;(a) spray drying a solution containing a carbon source and a pore former to obtain a composite structure;

(b) 상기 복합 구조체를 식각(etching)하여 다공성 탄소 구조체를 형성하는 단계;(b) etching the composite structure to form a porous carbon structure;

(c) 상기 다공성 탄소 구조체에 비탄소계 재료를 공급하여 상기 다공성 탄소 구조체 표면에 제1 코팅층을 형성하는 단계; 및(c) forming a first coating layer on the surface of the porous carbon structure by supplying a non-carbon-based material to the porous carbon structure; And

(d) 상기 제1 코팅층 상에 탄소 전구체를 공급하여 상기 다공성 탄소 구조체 표면의 제1 코팅층 상에 제2 코팅층을 형성하는 단계;(d) forming a second coating layer on the first coating layer on the surface of the porous carbon structure by supplying a carbon precursor on the first coating layer;

를 포함할 수 있다.It may include.

상기 탄소원은 소성에 의해 탄소 구조체를 형성할 수 있는 것이라면 당해 기술분야에서 사용될 수 있는 것 중에서 당업자가 용이하게 선택할 수 있다.The carbon source can be easily selected by those skilled in the art from those that can be used in the art as long as it can form a carbon structure by firing.

예를 들어, 상기 탄소원은 레이온계(rayon) 카본 섬유, PAN계(PAN based) 카본 섬유, 피치계(Pitch based) 카본 섬유, 기상 성장 탄소, 카본 섬유, 흑연, 고분자, 콜타르 피치, 석유 피치, 메조-페이즈 피치, 등방성 피치, 코크스, 저분자 중질유, 석탄계 피치, 페놀 수지, 나프탈렌 수지, 에폭시 수지, 염화비닐 수지, 폴리이미드, 폴리벤즈이미다졸, 폴리아크릴로니트릴, 폴리에틸렌글리콜, 폴리비닐알콜, 폴리비닐클로라이드, 푸르푸릴 알코올, 퓨란, 셀룰로오스, 글루코오스, 수크로오스, 아세트산, 말산, 시트르산, 유기산, 및 이들의 유도체로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상일 수 있다.For example, the carbon source is rayon-based carbon fiber, PAN-based carbon fiber, pitch-based carbon fiber, vapor-grown carbon, carbon fiber, graphite, polymer, coal tar pitch, petroleum pitch, Meso-phase pitch, isotropic pitch, coke, low molecular weight heavy oil, coal-based pitch, phenol resin, naphthalene resin, epoxy resin, vinyl chloride resin, polyimide, polybenzimidazole, polyacrylonitrile, polyethylene glycol, polyvinyl alcohol, poly Vinyl chloride, furfuryl alcohol, furan, cellulose, glucose, sucrose, acetic acid, malic acid, citric acid, organic acid, and derivatives thereof.

상기 기공 형성제는 실리콘 산화물일 수 있다.The pore forming agent may be silicon oxide.

상기 탄소원 및 기공 형성제는 테트라하이드로퓨란(THF)에 용해될 수 있다. 상기 용액은 기공 형성제가 균일하게 분산되도록 분산제를 더 포함할 수 있다.The carbon source and pore former may be dissolved in tetrahydrofuran (THF). The solution may further include a dispersant so that the pore forming agent is uniformly dispersed.

상기 (a) 단계 이후, (b) 단계 이전에, 질소 분위기 하에서 소결하는 단계를 더 포함할 수 있다. After the step (a), before the step (b), it may further include a step of sintering under a nitrogen atmosphere.

상기 소결 공정은 800℃ 이상에서 수행될 수 있다. 예를 들어, 상기 소결 공정은 900℃ 이상에서 수행될 수 있다. 예를 들어, 상기 소결 공정은 1000℃ 이상에서 수행될 수 있다.The sintering process may be performed at 800°C or higher. For example, the sintering process may be performed at 900°C or higher. For example, the sintering process may be performed at 1000°C or higher.

상기 (b) 단계에서, 상기 복합 구조체를 수산화나트륨(NaOH) 용액에 침지시켜서 상기 복합 구조체로부터 산화 규소를 식각시킬 수 있다. 그 결과, 산화 규소가 제거된 자리에 기공이 형성될 수 있다. 수산화나트륨은 다루기가 용이하고 안전하여, 불산을 식각액(etchant)으로 사용하는 경우에 비해 공정이 간단하다. In the step (b), silicon oxide may be etched from the composite structure by immersing the composite structure in a sodium hydroxide (NaOH) solution. As a result, pores may be formed in a position where silicon oxide is removed. Sodium hydroxide is easy to handle and safe, so the process is simpler compared to when hydrofluoric acid is used as an etchant.

상기 (c) 단계에서, 상기 비탄소계 재료는 실란(silane)계 가스일 수 있다. 상기 비탄소계 재료는 가스화에 의해 Si 원자를 방출할 수 있는 것이라면 당해 기술분야에서 사용될 수 있는 것 중에서 당업자가 용이하게 선택할 수 있다.In step (c), the non-carbon-based material may be a silane-based gas. The non-carbon-based material can be easily selected by those skilled in the art from those that can be used in the art as long as it can release Si atoms by gasification.

예를 들어, 상기 비탄소계 재료는 실레인(silane, SiH4), 다이클로로실레인(Dichlorosilane, SiH2Cl2), 실리콘 테트라플루오라이드 (Silicon Tetrafluoride, SiF4), 실리콘 테트라틀로라이드(Silicon Tetrachloride, SiCl4), 메틸실레인(Methylsilane, CH3SiH3), 다이실레인(Disilane, Si2H6), 또는 이들의 조합인 규소계 전구체일 수 있다.For example, the non-carbon materials include silane (SiH 4 ), dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ), silicon tetrafluoride (SiF 4 ), and silicon tetratride (Silicon). Tetrachloride, SiCl 4 ), methylsilane (Methylsilane, CH 3 SiH 3 ), disilane (Disilane, Si 2 H 6 ), or a combination thereof may be a silicon-based precursor.

상기 (d) 단계에서, 상기 탄소 전구체는 석유계 피치, 석탄계 피치, 폴리이미드, 폴리벤즈이미다졸, 폴리아크릴로니트릴, 메조페이스 피치, 푸르푸릴 알코올, 퓨란, 셀룰로오스, 수크로오스, 폴리비닐클로라이드, 또는 이들의 혼합물일 수 있다.In step (d), the carbon precursor is petroleum pitch, coal pitch, polyimide, polybenzimidazole, polyacrylonitrile, mesophase pitch, furfuryl alcohol, furan, cellulose, sucrose, polyvinyl chloride, or Mixtures of these.

상기 (c) 단계 및 (d) 단계는 불활성 기체 분위기에서 화학기상증착법(CVD)으로 수행될 수 있다. 상기 불활성 기체 분위기는 특별히 한정되지는 않으나, 아르곤(Ar), 질소(N2) 분위기일 수 있다.Steps (c) and (d) may be performed by chemical vapor deposition (CVD) in an inert gas atmosphere. The inert gas atmosphere is not particularly limited, but may be an argon (Ar) or nitrogen (N 2 ) atmosphere.

상기 (c) 단계는 450℃ 내지 600℃의 온도에서 열처리하는 공정을 포함할 수 있다. 예를 들어, 450℃ 내지 500℃의 온도에서 열처리하는 공정을 포함할 수 있다. 상기 열처리는 1분 내지 10시간 동안, 예를 들어, 1분 내지 5시간 동안, 예를 들어, 1분 내지 3시간 동안, 예를 들어, 1분 내지 1시간 동안, 예를 들어, 1분 내지 30분 동안 수행될 수 있다.The step (c) may include a process of heat treatment at a temperature of 450°C to 600°C. For example, it may include a process of heat treatment at a temperature of 450 ℃ to 500 ℃. The heat treatment is from 1 minute to 10 hours, for example from 1 minute to 5 hours, for example from 1 minute to 3 hours, for example from 1 minute to 1 hour, for example from 1 minute to It can be performed for 30 minutes.

상기 (d) 단계는 700℃ 내지 900℃의 온도에서 열처리하는 공정을 포함할 수 있다. 예를 들어, 750℃ 내지 850℃의 온도에서 열처리하는 공정을 포함할 수 있다. 상기 열처리는 1분 내지 10시간 동안, 예를 들어, 1분 내지 5시간 동안, 예를 들어, 1분 내지 3시간 동안, 예를 들어, 1분 내지 1시간 동안, 예를 들어, 1분 내지 30분 동안 수행될 수 있다.The step (d) may include a process of heat treatment at a temperature of 700°C to 900°C. For example, it may include a process of heat treatment at a temperature of 750 ℃ to 850 ℃. The heat treatment is from 1 minute to 10 hours, for example from 1 minute to 5 hours, for example from 1 minute to 3 hours, for example from 1 minute to 1 hour, for example from 1 minute to It can be performed for 30 minutes.

다른 측면에 따른 리튬 전지용 음극은 음극 집전체; 및 상기 음극 집전체 상의 적어도 일면에 배치되고, 상술한 복합음극활물질을 포함하는 음극활물질층을 포함한다.A negative electrode for a lithium battery according to another aspect includes a negative electrode current collector; And a negative electrode active material layer disposed on at least one surface of the negative electrode current collector and including the composite negative electrode active material described above.

상기 음극은, 상기 음극 집전체와 음극활물질층 사이 또는 음극활물질층 내에 바인더를 포함할 수 있다. 상기 바인더에 대해서는 후술하는 바를 참조한다.The negative electrode may include a binder between the negative electrode current collector and the negative electrode active material layer or in the negative electrode active material layer. The binder will be described later.

상기 음극 및 이를 포함하는 리튬 전지는 다음과 같은 방법으로 제조될 수 있다.The negative electrode and the lithium battery including the same may be manufactured as follows.

상기 음극은 상술한 복합음극활물질을 포함하며, 예를 들어, 상술한 복합음극활물질, 바인더 및 선택적으로 도전재를 용매 중에 혼합하여 복합음극활물질 조성물을 제조한 후, 이를 일정한 형상으로 성형하거나, 동박(copper foil) 등의 집전체에 도포하는 방법으로 제조될 수 있다.The negative electrode includes the above-described composite negative electrode active material, for example, by mixing the above-described composite negative electrode active material, a binder and optionally a conductive material in a solvent to prepare a composite negative electrode active material composition, and then molding it into a certain shape, or copper foil (copper foil) can be produced by applying to the current collector.

상기 복합음극활물질 조성물에 사용되는 바인더는, 복합음극활물질과 도전재 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 상기 음극 집전체와 음극활물질층 사이 또는 음극활물질층 내에 포함될 수 있으며, 복합음극활물질 100 중량부를 기준으로 하여 1 내지 50 중량부로 첨가된다. 예를 들어 복합음극활물질 100 중량부를 기준으로 하여 1 내지 30 중량부, 1 내지 20 중량부, 또는 1 내지 15 중량부의 범위로 바인더를 첨가할 수 있다. 이러한 바인더의 예로는, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리비닐리덴클로라이드, 폴리벤지미다졸, 폴리이미드, 폴리비닐아세테이트, 폴리아크릴로니트릴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리아닐린, 아크릴로니트릴부타디엔스티렌, 페놀 수지, 에폭시 수지, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리페닐렌설파이드, 폴리아미드이미드, 폴리에테르이미드, 폴리에테르술폰, 폴리아미드, 폴리아세탈, 폴리페닐렌옥사이드, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 부타디엔 고무(SBR), 불소 고무, 다양한 공중합체 등을 들 수 있다. The binder used in the composite negative electrode active material composition is a component that assists in bonding the composite negative electrode active material and a conductive material to the current collector, and may be included between the negative electrode current collector and the negative electrode active material layer or in the negative electrode active material layer, The composite cathode active material is added in an amount of 1 to 50 parts by weight based on 100 parts by weight. For example, the binder may be added in a range of 1 to 30 parts by weight, 1 to 20 parts by weight, or 1 to 15 parts by weight based on 100 parts by weight of the composite cathode active material. Examples of such binders include polyvinylidene fluoride, polyvinylidene chloride, polybenzimidazole, polyimide, polyvinyl acetate, polyacrylonitrile, polyvinyl alcohol, carboxymethyl cellulose (CMC), starch, hydroxy Hydroxypropyl cellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene, polyethylene, polypropylene, polystyrene, polymethylmethacrylate, polyaniline, acrylonitrile butadiene styrene, phenol resin, epoxy resin, polyethylene Terephthalate, polytetrafluoroethylene, polyphenylene sulfide, polyamideimide, polyetherimide, polyethersulfone, polyamide, polyacetal, polyphenylene oxide, polybutylene terephthalate, ethylene-propylene-diene polymer (EPDM), sulfonated EPDM, styrene butadiene rubber (SBR), fluorine rubber, various copolymers, and the like.

상기 음극은 상술한 복합음극활물질에 도전 통로를 제공하여 전기전도성을 보다 향상시키기 위하여 선택적으로 도전재를 더욱 포함할 수 있다. 상기 도전재로는 일반적으로 리튬 전지에 사용되는 것은 어떠한 것도 사용할 수 있으며, 그 예로 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸블랙, 탄소섬유(예. 기상성장 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. 도전재의 함량은 적당하게 조절하여 사용할 수 있다. 예를 들어, 상기 복합음극활물질 및 도전재의 중량비가 99:1 내지 90:10 범위로 첨가될 수 있다.The cathode may optionally further include a conductive material to provide a conductive passage to the above-described composite cathode active material to further improve electrical conductivity. As the conductive material, any one generally used for lithium batteries can be used, for example, carbon-based materials such as carbon black, acetylene black, ketjen black, and carbon fibers (eg, vapor-grown carbon fibers); Metal powders such as copper, nickel, aluminum, silver, or metal fibers; Conductive materials containing conductive polymers such as polyphenylene derivatives or mixtures thereof can be used. The content of the conductive material can be suitably adjusted and used. For example, the weight ratio of the composite cathode active material and the conductive material may be added in a range of 99:1 to 90:10.

상기 용매로는 N-메틸피롤리돈(NMP), 아세톤, 물 등이 사용될 수 있다. 상기 용매의 함량은 복합음극활물질 100 중량부를 기준으로 하여 1 내지 10 중량부를 사용한다. 용매의 함량이 상기 범위일 때 활물질층을 형성하기 위한 작업이 용이하다.As the solvent, N-methylpyrrolidone (NMP), acetone, water, or the like can be used. The content of the solvent is 1 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the composite cathode active material. When the content of the solvent is within the above range, the operation for forming the active material layer is easy.

또한, 상기 집전체는 일반적으로 3 내지 500 ㎛의 두께로 만들어진다. 상기 집전체로는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니고, 예를 들어, 구리, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인레스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 또한, 표면에 미세한 요철을 형성하여 복합음극활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.In addition, the current collector is generally made to a thickness of 3 to 500 μm. The current collector is not particularly limited as long as it has conductivity without causing a chemical change in the battery. For example, copper, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, calcined carbon, copper or stainless steel surfaces Carbon, nickel, titanium, silver or the like, aluminum-cadmium alloy, or the like may be used. In addition, by forming fine irregularities on the surface, it is also possible to enhance the bonding force of the composite cathode active material, and can be used in various forms such as films, sheets, foils, nets, porous bodies, foams, and nonwoven fabrics.

제조된 복합음극활물질 조성물을 집전체 위에 직접 코팅하여 음극 극판을 제조하거나, 별도의 지지체 상에 캐스팅하고 상기 지지체로부터 박리시킨 복합음극활물질 필름을 동박 집전체에 라미네이션하여 음극 극판을 얻을 수 있다. 상기 음극은 상기에서 열거한 형태에 한정되는 것은 아니고 상기 형태 이외의 형태일 수 있다.A negative electrode plate can be obtained by directly coating the prepared composite negative electrode active material composition on a current collector, or by laminating a composite negative electrode active material film cast on a separate support and peeled from the support to a copper foil current collector. The cathode is not limited to the above-listed forms, and may be in a form other than the above-mentioned forms.

상기 복합음극활물질 조성물은 리튬 전지의 전극 제조에 사용될 뿐만 아니라, 유연한(flexible) 전극 기판 위에 인쇄되어 인쇄 전지(printable battery) 제조에도 사용될 수 있다.The composite cathode active material composition can be used not only for the production of an electrode of a lithium battery, but also for printing a flexible battery printed on a flexible electrode substrate.

다음으로, 세퍼레이터가 준비된다.Next, a separator is prepared.

상기 세퍼레이터는 리튬 전지에서 통상적으로 사용되는 것이라면 모두 사용가능하다. 전해질의 이온 이동에 대하여 저저항이면서 전해액 함습 능력이 우수한 것이 사용될 수 있다. 예를 들어, 유리 섬유, 폴리에스테르, 테프론, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 또는 이들의 조합물 중에서 선택된 것으로서, 부직포 또는 직포 형태이어도 무방하다. 예를 들어, 리튬이온전지에는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등과 같은 권취 가능한 세퍼레이터가 사용되며, 리튬이온폴리머전지에는 유기전해액 함침 능력이 우수한 세퍼레이터가 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 세퍼레이터는 하기 방법에 따라 제조될 수 있다.The separator can be used as long as it is commonly used in lithium batteries. It is possible to use a low resistance to electrolyte ion migration and an excellent electrolyte-moisturizing ability. For example, glass fiber, polyester, Teflon, polyethylene, polypropylene, polytetrafluoroethylene (PTFE) or a combination thereof, and may be in the form of non-woven or woven fabric. For example, a wound separator such as polyethylene or polypropylene is used for a lithium ion battery, and a separator having excellent organic electrolyte impregnation ability may be used for a lithium ion polymer battery. For example, the separator can be manufactured according to the following method.

고분자 수지, 충진제 및 용매를 혼합하여 세퍼레이터 조성물이 준비된다. 상기 세퍼레이터 조성물이 전극 상부에 직접 코팅 및 건조되어 세퍼레이터가 형성될 수 있다. 또는, 상기 세퍼레이터 조성물이 지지체상에 캐스팅 및 건조된 후, 상기 지지체로부터 박리시킨 세퍼레이터 필름이 전극 상부에 라미네이션되어 세퍼레이터가 형성될 수 있다.A separator composition is prepared by mixing a polymer resin, a filler, and a solvent. The separator composition may be coated and dried directly on the electrode to form a separator. Alternatively, after the separator composition is cast and dried on a support, the separator film peeled from the support may be laminated on the electrode to form a separator.

상기 세퍼레이터 제조에 사용되는 고분자 수지는 특별히 한정되지 않으며, 전극판의 결합재에 사용되는 물질들이 모두 사용될 수 있다. 예를 들어, 비닐리덴플루오라이드/헥사플루오로프로필렌 코폴리머, 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리아크릴로니트릴, 폴리메틸메타크릴레이트 또는 이들의 혼합물 등이 사용될 수 있다.The polymer resin used in the production of the separator is not particularly limited, and all materials used for the bonding material of the electrode plate can be used. For example, vinylidene fluoride/hexafluoropropylene copolymer, polyvinylidene fluoride (PVDF), polyacrylonitrile, polymethyl methacrylate, or mixtures thereof may be used.

다음으로 전해질은, 리튬염 함유 비수계 전해질일 수 있다.Next, the electrolyte may be a lithium salt-containing non-aqueous electrolyte.

리튬염 함유 비수계 전해질은, 비수 전해액과 리튬으로 이루어져 있다. 비수 전해질로는 비수 전해액, 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용된다. The lithium salt-containing non-aqueous electrolyte is composed of a non-aqueous electrolyte solution and lithium. Non-aqueous electrolytes, non-aqueous electrolytes, solid electrolytes, inorganic solid electrolytes, and the like are used.

상기 비수 전해액으로는, 예를 들어, N-메틸-2-피롤리돈, 프로필렌 카보네이트, 에틸렌 카보네이트, 부틸렌 카보네이트, 디메틸 카보네이트, 디에틸 카보네이트, 불화에틸렌카보네이트, 에틸렌메틸렌카보네이트, 메틸프로필카보네이트, 에틸프로파노에이트, 메틸아세테이트, 에틸아세테이트, 프로필아세테이트, 디메틸에스테르 감마-부틸로 락톤, 1,2-디메톡시 에탄, 테트라하이드로푸란, 2-메틸 테트라하이드로푸란, 디메틸술폭시드, 1,3-디옥소란, 포름아미드, 디메틸포름아미드, 디옥소런, 아세토니트릴, 니트로메탄, 포름산 메틸, 인산 트리에스테르, 트리메톡시 메탄, 디옥소란 유도체, 설포란, 메틸 설포란, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 프로필렌 카보네이트 유도체, 테트라하이드로푸란 유도체, 에테르, 피로피온산 메틸, 프로피온산 에틸 등의 비양자성 유기용매가 사용될 수 있다.As the non-aqueous electrolyte, for example, N-methyl-2-pyrrolidone, propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethylene fluoride carbonate, ethylene methylene carbonate, methyl propyl carbonate, ethyl Propanoate, methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate, dimethyl ester gamma-butylo lactone, 1,2-dimethoxy ethane, tetrahydrofuran, 2-methyl tetrahydrofuran, dimethyl sulfoxide, 1,3-dioxo Lan, formamide, dimethylformamide, dioxone, acetonitrile, nitromethane, methyl formate, phosphoric acid triester, trimethoxy methane, dioxolane derivative, sulfolane, methyl sulfolane, 1,3-dimethyl-2 -Non-protonic organic solvents such as imidazolidinone, propylene carbonate derivatives, tetrahydrofuran derivatives, ethers, methyl pyropionate and ethyl propionate can be used.

상기 유기 고체 전해질로는, 예를 들어, 폴리에틸렌 유도체, 폴리에틸렌 옥사이드 유도체, 폴리프로필렌 옥사이드 유도체, 인산 에스테르 폴리머, 폴리에스테르 술파이드, 폴리비닐 알코올, 폴리 불화 비닐리덴, 이온성 해리기를 포함하는 중합체 등이 사용될 수 있다.Examples of the organic solid electrolyte include polyethylene derivatives, polyethylene oxide derivatives, polypropylene oxide derivatives, phosphate ester polymers, polyester sulfide, polyvinyl alcohol, polyvinylidene fluoride, and polymers containing ionic dissociative groups. Can be used.

상기 무기 고체 전해질로는, 예를 들어, Li3N, LiI, Li5NI2, Li3N-LiI-LiOH, LiSiO4, LiSiO4-LiI-LiOH, Li2SiS3, Li4SiO4, Li4SiO4-LiI-LiOH, Li3PO4-Li2S-SiS2 등의 Li의 질화물, 할로겐화물, 황산염 등이 사용될 수 있다.The inorganic solid electrolyte, for example, Li 3 N, LiI, Li 5 NI 2 , Li 3 N-LiI-LiOH, LiSiO 4 , LiSiO 4 -LiI-LiOH, Li 2 SiS 3 , Li 4 SiO 4 , Li 4 nitrides such as Li 4 SiO 4 -LiI-LiOH, Li 3 PO 4 -Li 2 S-SiS 2 , halides, sulfates, and the like can be used.

상기 리튬염은 리튬 전지에서 통상적으로 사용되는 것이라면 모두 다 사용가능하며, 상기 비수계 전해질에 용해되기 좋은 물질로서, 예를 들어, LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, CF3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, 리튬클로로보레이트, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4-페닐 붕산 리튬, 이미드 등의 물질을 하나 이상 사용할 수 있다.The lithium salt may be used as long as it is commonly used in lithium batteries, and is a material that is soluble in the non-aqueous electrolyte. For example, LiCl, LiBr, LiI, LiClO 4 , LiBF 4 , LiB 10 Cl 10 , LiPF 6, LiCF 3 SO 3, LiCF 3 CO 2, LiAsF 6, LiSbF 6, LiAlCl 4, CH 3 SO 3 Li, CF 3 SO 3 Li, (CF 3 SO 2) 2 NLi, lithium chloro borate, lower aliphatic carboxylic One or more substances such as lithium phosphate, 4-phenyl lithium borate, and imide may be used.

리튬 전지는 사용하는 세퍼레이터와 전해질의 종류에 따라 리튬 이온 전지, 리튬 이온 폴리머 전지 및 리튬 폴리머 전지로 분류될 수 있고, 형태에 따라 원통형, 각형, 코인형, 파우치형 등으로 분류될 수 있으며, 사이즈에 따라 벌크 타입과 박막 타입으로 나눌 수 있다. 또한 리튬 일차 전지 및 리튬 이차 전지 모두 가능하다.Lithium batteries may be classified into lithium ion batteries, lithium ion polymer batteries, and lithium polymer batteries according to the type of separator and electrolyte used, and may be classified into cylindrical, square, coin, and pouch shapes depending on the shape, and size. According to it, it can be divided into bulk type and thin film type. In addition, both lithium primary and lithium secondary batteries are possible.

상기 리튬 전지는 양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 배치된 세퍼레이터를 포함한다. 상술한 양극, 음극 및 세퍼레이터가 와인딩되거나 접혀서 전지 용기에 수용된다. 이어서, 상기 전지 용기에 전해질이 주입되고 봉입 부재로 밀봉되어 리튬 전지가 완성될 수 있다. 상기 전지 용기는 원통형, 각형, 박막형 등일 수 있다. 상기 리튬 전지는 리튬 이온 전지일 수 있다. The lithium battery includes a positive electrode, a negative electrode, and a separator disposed between the positive electrode and the negative electrode. The above-described positive electrode, negative electrode and separator are wound or folded to be accommodated in a battery container. Subsequently, an electrolyte is injected into the battery container and sealed with an encapsulation member to complete the lithium battery. The battery container may be cylindrical, prismatic, thin film, or the like. The lithium battery may be a lithium ion battery.

상기 리튬 이차 전지는 전극 형태에 따라 권취(winding) 타입과 스택(stack) 타입이 있으며, 외장재의 종류에 따라 원통형, 각형, 코인형, 파우치형으로 분류될 수 있다.The lithium secondary battery has a winding type and a stack type according to an electrode type, and may be classified into a cylindrical shape, a square shape, a coin shape, and a pouch shape according to the type of the exterior material.

이들 전지의 제조방법은 이 분야에 널리 알려져 있으므로 상세한 설명은 생략한다.Methods for manufacturing these batteries are well known in the art, and detailed descriptions thereof are omitted.

상기 리튬 전지는 소형 디바이스의 전원으로 사용되는 전지에 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 다수의 전지를 포함하는 중대형 디바이스 전지 모듈의 단위 전지로도 사용될 수 있다.The lithium battery can be used not only for a battery used as a power source for a small device, but also as a unit battery for a medium-to-large-sized device battery module including a plurality of batteries.

상기 중대형 디바이스의 예로는 파워 툴(power tool); 전기차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기차(Hybrid Electric Vehicle, HEV) 및 플러그인 하이브리드 전기차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV)를 포함하는 xEV; E-bike, E-scooter를 포함하는 전기 이륜차; 전기 골프 카트(Electric golf cart); 전기 트럭; 전기 상용차; 또는 전력 저장용 시스템; 등을 들 수 있지만, 이들로서 한정되는 것은 아니다. 또한, 상기 리튬 전지는 고출력, 고전압 및 고온 구동이 요구되는 기타 모든 용도에 사용될 수 있다.Examples of the medium-to-large-sized device include a power tool; XEV including an electric vehicle (EV), a hybrid electric vehicle (HEV) and a plug-in hybrid electric vehicle (PHEV); Electric two-wheeled vehicles including E-bikes and E-scooters; Electric golf cart (Electric golf cart); Electric truck; Electric commercial vehicles; Or power storage systems; And the like, but are not limited to these. In addition, the lithium battery can be used for all other applications requiring high power, high voltage and high temperature driving.

이하의 실시예 및 비교예를 통하여 예시적인 구현예들이 더욱 상세하게 설명된다. 단, 실시예는 기술적 사상을 예시하기 위한 것으로서 이들만으로 본 발명의 범위가 한정되는 것이 아니다.Exemplary embodiments are described in more detail through the following examples and comparative examples. However, the examples are only for illustrating the technical idea, and the scope of the present invention is not limited thereto.

(다공성 탄소 복합체의 제조)(Preparation of porous carbon composites)

제조예 1Preparation Example 1

피치 및 평균 직경 200 nm의 SiO2 나노 분말을 1:4의 중량비 THF 중에 용해시키고, 교반하여 혼합물을 얻었다. 상기 혼합물을 분무 건조한 후, 산소 분위기 하에서 300 ℃ 3시간 유지 조건으로 열처리하고, 이후 질소 분위기 하에서 900 ℃ 1시간 유지 조건으로 열처리하고 탄화시켜 탄소 및 SiO2의 탄소-실리콘 산화물 복합체를 얻었다. 상기 복합체를 5M NaOH 용액에 침지시켜 24시간 동안 에칭하여 200 nm의 평균 기공 직경을 갖는 다공성 탄소 구조체를 제조하였다.SiO 2 nanopowders with a pitch and average diameter of 200 nm were dissolved in THF in a weight ratio of 1:4 and stirred to obtain a mixture. After spray drying, the mixture was heat-treated under an atmosphere of 300°C for 3 hours under an oxygen atmosphere, and then heat-treated and carbonized under a nitrogen atmosphere for 900 hours for 1 hour to obtain a carbon-silicon oxide composite of carbon and SiO 2 . The composite was immersed in a 5M NaOH solution and etched for 24 hours to prepare a porous carbon structure having an average pore diameter of 200 nm.

제조된 다공성 탄소의 SEM 사진은 도 2a 내지 2c에서 보여진다.SEM photographs of the prepared porous carbon are shown in FIGS. 2A-2C.

(실리콘-다공성 탄소 복합체의 제조)(Preparation of silicon-porous carbon composites)

제조예 2-1Preparation Example 2-1

제조예 1에서 수득한 다공성 탄소 구조체 1 g을 475 ℃ 조건 하에서 SiH4 (g)를 50 sccm의 속도로 15분간 화학 증착하여 실리콘-다공성 탄소 복합체를 제조하였다.1 g of the porous carbon structure obtained in Preparation Example 1 was subjected to chemical vapor deposition of SiH 4 (g) at a rate of 50 sccm for 15 minutes under 475° C. conditions to prepare a silicon-porous carbon composite.

제조된 실리콘-다공성 탄소 복합체의 SEM 사진은 도 3a 내지 3c에서 보여진다. SEM photographs of the prepared silicon-porous carbon composites are shown in FIGS. 3A-3C.

제조예 2-2 (SMM600)Preparation Example 2-2 (SMM600)

제조예 1에서 수득한 다공성 탄소 구조체 1 g을 475 ℃ 조건 하에서 SiH4 (g)를 50 sccm의 속도로 6분 간 화학 증착하여 실리콘-다공성 탄소 복합체를 제조하였다.1 g of the porous carbon structure obtained in Preparation Example 1 was subjected to chemical vapor deposition of SiH 4 (g) at a rate of 50 sccm for 6 minutes at 475° C. to prepare a silicon-porous carbon composite.

제조된 실리콘-다공성 탄소 복합체의 SEM 사진은 도 3d 내지 3e에서 보여진다. SEM photographs of the prepared silicon-porous carbon composites are shown in FIGS. 3D to 3E.

제조예 2-3 (SMM1200)Preparation Example 2-3 (SMM1200)

제조예 1에서 수득한 다공성 탄소 구조체 1 g을 475 ℃ 조건 하에서 SiH4 (g)를 50 sccm의 속도로 11분 간 화학 증착하여 실리콘-다공성 탄소 복합체를 제조하였다.1 g of the porous carbon structure obtained in Preparation Example 1 was subjected to chemical vapor deposition of SiH 4 (g) at a rate of 50 sccm for 11 minutes under 475° C. conditions to prepare a silicon-porous carbon composite.

제조된 실리콘-다공성 탄소 복합체의 SEM 사진은 도 3f 내지 3g에서 보여진다. SEM photographs of the prepared silicon-porous carbon composites are shown in FIGS. 3F-3G.

제조예 2-4 (SMM2000)Preparation Example 2-4 (SMM2000)

제조예 1에서 수득한 다공성 탄소 구조체 1 g을 475 ℃ 조건 하에서 SiH4 (g)를 50 sccm의 속도로 25분 간 화학 증착하여 실리콘-다공성 탄소 복합체를 제조하였다.1 g of the porous carbon structure obtained in Preparation Example 1 was subjected to chemical vapor deposition of SiH 4 (g) at a rate of 50 sccm for 25 minutes under 475° C. to prepare a silicon-porous carbon composite.

제조된 실리콘-다공성 탄소 복합체의 SEM 사진은 도 3h 내지 3i에서 보여진다. SEM photographs of the prepared silicon-porous carbon composites are shown in FIGS. 3H to 3I.

(탄소-실리콘-다공성 탄소 복합체)(Carbon-silicon-porous carbon composite)

제조예 3-1Preparation Example 3-1

제조예 2-1에서 수득한 실리콘-다공성 탄소 복합체 1 g와 0.1 g의 피치를 섞어 건식 혼합기에서 믹싱하였다. 믹싱 된 샘플은 이후 질소 분위기 하에서 900 ℃ 1시간 유지 조건으로 열처리하여 탄소-실리콘-다공성 탄소 복합체를 제조하였다. The pitch of 0.1 g and 0.1 g of the silicon-porous carbon composite obtained in Preparation Example 2-1 were mixed and mixed in a dry mixer. The mixed sample was then heat treated under a nitrogen atmosphere at 900°C for 1 hour to prepare a carbon-silicon-porous carbon composite.

제조된 탄소-실리콘-다공성 탄소 복합체의 SEM 사진은 도 4a 내지 4c에서 보여진다.SEM images of the prepared carbon-silicon-porous carbon composites are shown in FIGS. 4A-4C.

제조예 3-2 (CSMM600)Preparation Example 3-2 (CSMM600)

제조예 2-2에서 수득한 실리콘-다공성 탄소 복합체 1 g와 0.1 g의 피치를 섞어 건식 혼합기에서 믹싱하였다. 믹싱 된 샘플은 이후 질소 분위기 하에서 900 ℃ 1시간 유지 조건으로 열처리하여 탄소-실리콘-다공성 탄소 복합체를 제조하였다. The pitch of 0.1 g and 0.1 g of the silicon-porous carbon composite obtained in Production Example 2-2 was mixed and mixed in a dry mixer. The mixed sample was then heat treated under a nitrogen atmosphere at 900°C for 1 hour to prepare a carbon-silicon-porous carbon composite.

제조된 탄소-실리콘-다공성 탄소 복합체의 SEM 사진은 도 4d 및 4e에서 보여지며, 단면 사진 및 이의 확대 사진은 도 4f 및 4g에서 보여진다.SEM photographs of the prepared carbon-silicon-porous carbon composites are shown in FIGS. 4D and 4E, and cross-sectional photographs and enlarged photographs thereof are shown in FIGS. 4F and 4G.

제조예 3-3 (CSMM1200)Preparation Example 3-3 (CSMM1200)

제조예 2-3에서 수득한 실리콘-다공성 탄소 복합체 1 g와 0.1 g의 피치를 섞어 건식 혼합기에서 믹싱하였다. 믹싱 된 샘플은 이후 질소 분위기 하에서 900 ℃ 1시간 유지 조건으로 열처리하여 탄소-실리콘-다공성 탄소 복합체를 제조하였다. The pitch of 0.1 g and 0.1 g of the silicon-porous carbon composite obtained in Preparation Example 2-3 was mixed and mixed in a dry mixer. The mixed sample was then heat treated under a nitrogen atmosphere at 900°C for 1 hour to prepare a carbon-silicon-porous carbon composite.

제조된 탄소-실리콘-다공성 탄소 복합체의 SEM 사진은 도 4h 및 4i에서 보여지며, 단면 사진은 도 4j 및 도 4k에서 보여진다.SEM photographs of the prepared carbon-silicon-porous carbon composites are shown in FIGS. 4H and 4I, and cross-sectional photographs are shown in FIGS. 4J and 4K.

제조예 3-4 (CSMM2000)Preparation Example 3-4 (CSMM2000)

제조예 2-3에서 수득한 실리콘-다공성 탄소 복합체 1 g와 0.1 g의 피치를 섞어 건식 혼합기에서 믹싱하였다. 믹싱 된 샘플은 이후 질소 분위기 하에서 900 ℃ 1시간 유지 조건으로 열처리하여 탄소-실리콘-다공성 탄소 복합체를 제조하였다. The pitch of 0.1 g and 0.1 g of the silicon-porous carbon composite obtained in Preparation Example 2-3 was mixed and mixed in a dry mixer. The mixed sample was then heat treated under a nitrogen atmosphere at 900°C for 1 hour to prepare a carbon-silicon-porous carbon composite.

제조된 탄소-실리콘-다공성 탄소 복합체의 SEM 사진은 도 4l 및 4m에서 보여지며, 단면 사진은 도 4n 및 도 4o에서 보여진다.SEM photographs of the prepared carbon-silicon-porous carbon composites are shown in FIGS. 4L and 4M, and cross-sectional photographs are shown in FIGS. 4N and 4O.

(음극의 제조) (Production of cathode)

실시예 1Example 1

상기 제조예 3-1에서 수득한 탄소-실리콘-다공성 탄소 복합체를 음극활물질로 사용하고, 도전제로 카본 블랙, 증점제로 CMC, 바인더로 SBR을 사용하고, 상기 음극활물질/도전제/증점제/바인더를 80:10:5:5의 비율로 하여 슬러리를 제조하였다. 상기 슬러리를 18 ㎛ 두께의 구리 집전체 상에 통상의 방법을 사용하여 도포하였다. 상기 슬러리가 도포된 집전체를 상온에서 건조한 후, 120℃ 진공조건에서 2차 건조하고, 압연 및 펀칭하여 셀에 적용할 음극을 제조하였다. The carbon-silicon-porous carbon composite obtained in Preparation Example 3-1 was used as a negative electrode active material, carbon black as a conductive agent, CMC as a thickener, and SBR as a binder, and the negative electrode active material/conductor/thickener/binder A slurry was prepared at a ratio of 80:10:5:5. The slurry was applied on a copper current collector of 18 μm thickness using a conventional method. The current collector to which the slurry was applied was dried at room temperature, then dried at 120° C. under vacuum, and rolled and punched to prepare a negative electrode to be applied to the cell.

실시예 2 내지 4Examples 2 to 4

음극활물질로 제조예 3-2 내지 3-4에서 수득한 탄소-실리콘-다공성 탄소 복합체를 사용한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 음극을 제조하였다.A negative electrode was prepared in the same manner as in Example 1, except that the carbon-silicon-porous carbon composites obtained in Preparation Examples 3-2 to 3-4 were used as the negative electrode active material.

비교예 1Comparative Example 1

음극활물질로 제조예 1에서 수득한 다공성 탄소 복합체를 사용하는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 음극을 제조하였다.A negative electrode was prepared in the same manner as in Example 1, except that the porous carbon composite obtained in Preparation Example 1 was used as the negative electrode active material.

비교예 2Comparative Example 2

음극활물질로 실리콘나노입자를 사용하는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 음극을 제조하였다.A negative electrode was prepared in the same manner as in Example 1, except that silicon nanoparticles were used as the negative electrode active material.

(하프 셀의 제조)(Production of half cell)

실시예 5Example 5

상기 실시예 1에서 제조된 음극, 상대 전극으로서 리튬 호일을 사용하고, 음극 및 상대 전극 사이에 세퍼레이터를 배치하고 액체 전해액을 주입하여 CR2032 코인형 하프 셀을 제작하였다.A CR2032 coin-type half cell was manufactured by using lithium foil as a negative electrode and a counter electrode prepared in Example 1, placing a separator between the negative electrode and the counter electrode, and injecting a liquid electrolyte.

상기 세퍼레이터로서 다공성 폴리에틸렌막을 사용하였다.A porous polyethylene film was used as the separator.

상기 액체 전해액은 에틸카보네이트(EC) 및 디에틸카보네이트(DEC)를 3:7 부피비로 혼합한 용매에 불화에틸렌카보네이트(FEC) 10 중량%를 첨가하고, 여기에 1.3M LiPF6가 용해된 액체 전해액을 사용하였다.As the liquid electrolyte, 10% by weight of ethylene fluoride carbonate (FEC) was added to a solvent in which ethyl carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) were mixed in a 3:7 volume ratio, and 1.3M LiPF 6 was dissolved therein. Was used.

실시예 6 내지 8Examples 6 to 8

상기 실시예 1에서 제조된 음극 대신에, 실시예 2 내지 4에서 제조된 음극을 각각 사용한 점을 제외하고는, 실시예 5와 동일한 방법으로 코인형 하프셀을 제작하였다.Coin-type half cells were manufactured in the same manner as in Example 5, except that the cathodes prepared in Examples 2 to 4 were used instead of the anodes prepared in Example 1.

비교예 3Comparative Example 3

상기 실시예 1에 서 제조된 음극 대신에, 상기 비교예 1에서 제조된 음극을 사용한 점을 제외하고는 실시예 5와 동일한 방법으로 코인형 하프셀을 제작하였다.A coin-type half cell was manufactured in the same manner as in Example 5, except that the negative electrode prepared in Comparative Example 1 was used instead of the negative electrode prepared in Example 1.

비교예 4Comparative Example 4

상기 실시예 1에서 제조된 음극 대신에, 상기 비교예 2에서 제조된 음극을 사용한 점을 제외하고는 실시예 5와 동일한 방법으로 코인형 하프셀을 제작하였다.Coin-type half cells were manufactured in the same manner as in Example 5, except that the negative electrode prepared in Comparative Example 2 was used instead of the negative electrode prepared in Example 1.

평가예 1: 충방전 특성 평가(1)Evaluation Example 1: Evaluation of charge/discharge characteristics (1)

실시예 5 및 비교예 3에서 제조된 하프 셀을 25℃에서 0.1C-rate의 충전율로 충전을 시작하고, 전압은 0.01V까지 충전하며, 이때 일정 전류로 일정 전압을 갖도록 충전한 후 일정 전압으로 일정 전류 이하(0.01C)가 될 때까지 충전한다. 이후, 0.1C-rate의 방전율로 1.5V에 이를 때까지 정전류로 방전시켰다. 이와 같이 2회의 충ㅇ방전 사이클을 거친 후, 0.5C-rate의 충ㅇ방전율로 전압 구간은 0.01V 내지 1.5V로 하여 연속적으로 200회 충ㅇ방전 사이클을 반복한다. 상기 충방전 실험 결과의 일부를 하기 표 1에 나타내었으며, 충방전 실험 결과의 그래프 및 사이클 수명 그래프는 도 5 및 6에서 보여진다.The half-cells prepared in Example 5 and Comparative Example 3 start charging at a charging rate of 0.1 C-rate at 25° C., and the voltage is charged to 0.01 V. At this time, the battery is charged to have a constant voltage with a constant current and then to a constant voltage. Charge until constant current or less (0.01C). Then, it was discharged at a constant current until it reached 1.5 V at a discharge rate of 0.1 C-rate. After the two charge and discharge cycles as described above, the voltage section is set to 0.01V to 1.5V at a charge and discharge rate of 0.5C-rate, and 200 charge and discharge cycles are repeated continuously. Some of the results of the charge-discharge test are shown in Table 1 below, and the graphs of the charge-discharge test result and the cycle life graph are shown in FIGS. 5 and 6.

초기효율, 용량유지율은 하기 수학식 1 내지 2로부터 각각 계산되었다.The initial efficiency and capacity retention rate were calculated from Equations 1 to 2 below.

<수학식 1> <Equation 1>

초기효율 [%] = [1st 사이클에서의 방전용량 / 1st 사이클에서의 충전용량] ㅧ 100The initial efficiency (%) = [discharge capacity / charge capacity at 1 st cycle at 1 st cycle] ㅧ 100

<수학식 2> <Equation 2>

용량유지율[%] = [50th 사이클의 방전용량 / 1st 사이클의 방전용량] ㅧ 100Capacity retention rate [%] = [Discharge capacity of 50 th cycle / Discharge capacity of 1 st cycle] ㅧ 100

초기효율
[%]
Initial efficiency
[%]
용량유지율
[%]
Capacity retention rate
[%]
실시예 5Example 5 7878 93.293.2 비교예 3Comparative Example 3 3434 78.378.3

표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 카본-실리콘-다공성 카본 복합체를 포함하는 복합음극활물질을 포함하는 하프셀(실시예 5)는 다공성 카본 복합체를 포함하는 음극활물질을 포함하는 하프셀(비교예 3)에 비해 우수한 초기효율 및 수명특성을 가짐을 확인할 수 있다. As can be seen from Table 1, the half-cell comprising the composite cathode active material comprising the carbon-silicon-porous carbon composite of the present invention (Example 5) is a half-cell comprising a negative electrode active material comprising a porous carbon composite ( It can be seen that it has excellent initial efficiency and life characteristics compared to Comparative Example 3).

평가예 2: 화성 전압 프로파일Evaluation Example 2: Mars voltage profile

실시예 6 내지 8, 및 비교예 3 및 4에 따라 제작된 하프셀에 대한 초기화성 충전 및 방전에 의한 전압 대비 중량 용량을 측정하였으며, 그 결과를 도 7에 나타냈다.Examples 6 to 8, and Comparative Examples 3 and 4 were measured for the weight capacity compared to the voltage due to the initial charge and discharge for the half cells produced, and the results are shown in FIG. 7.

도 7를 참조하면, 실시예 6에 사용한 음극활물질은 가역용량이 약 600 mAh/g이고, 실시예 7에서 사용한 음극활물질은 가역용량이 약 1200 mAh/g이고, 실시예 8에서 사용한 음극활물질은 가역용량이 약 2000 mAh/g임을 알 수 있다. 이에 반해, 비교예 3에 사용한 음극활물질은 가역용량이 약 400 mAh/g정도에 불과하여, 본 발명의 실시예 6 내지 8에서 사용한 음극활물질이 우수한 용량을 가짐을 알 수 있다. 비교예 4에 사용한 음극활물질은 가역용량이 약 3400 mAh/g 정도로서, 실시예 6 내지 8에서 사용한 음극활물질에 비해 고용량을 가지지만, 후술하는 바와 같이 충방전 과정에서 수명특성이 현저히 저하되는 문제점이 존재한다.Referring to FIG. 7, the negative electrode active material used in Example 6 has a reversible capacity of about 600 mAh/g, the negative electrode active material used in Example 7 has a reversible capacity of about 1200 mAh/g, and the negative electrode active material used in Example 8 is It can be seen that the reversible capacity is about 2000 mAh/g. On the other hand, the negative electrode active material used in Comparative Example 3 has a reversible capacity of only about 400 mAh/g, and it can be seen that the negative electrode active material used in Examples 6 to 8 of the present invention has excellent capacity. The negative electrode active material used in Comparative Example 4 has a reversible capacity of about 3400 mAh/g, which has a higher capacity than the negative electrode active material used in Examples 6 to 8, but as described later, there is a problem in that the life characteristics are significantly lowered during the charging and discharging process. exist.

평가예 3: 충방전 특성 평가(2)Evaluation Example 3: Evaluation of charge/discharge characteristics (2)

실시예 6 내지 8, 및 비교예 3 및 4에 따라 제작된 하프셀을 평가예 1에서와 동일한 방법으로 실험을 진행하였으며, 그 결과는 하기 표 2 및 도 8에 나타냈다.Experiments were conducted on the half cells prepared according to Examples 6 to 8 and Comparative Examples 3 and 4 in the same manner as in Evaluation Example 1, and the results are shown in Tables 2 and 8 below.

초기효율
[%]
Initial efficiency
[%]
용량유지율
[%]
Capacity retention rate
[%]
실시예 6Example 6 73.573.5 98.698.6 실시예 7Example 7 83.383.3 96.596.5 실시예 8Example 8 91.291.2 74.974.9 비교예 3Comparative Example 3 48.648.6 98.598.5 비교예 4Comparative Example 4 78.078.0 54.754.7

표 2 및 도 8에 따르면, 실시예 6 및 7에 따른 하프셀은 비교예 3에 따른 하프셀과 동등한 수준의 용량유지율을 보였으며, 실시예 6 내지 8에 따른 하프셀은 비교예 4에 비해 현저히 향상된 용량유지율을 가졌다. 즉, 카본-실리콘-다공성 탄소구조체를 음극활물질로 채용한 실시예 6 내지 8은 실리콘의 도입을 통해 전체 용량의 향상을 이루었으며, 이와 동시에 탄소 구조체만을 채용한 비교예 3과 동등한 수준의 용량유지율을 달성하였다.According to Table 2 and FIG. 8, the half cells according to Examples 6 and 7 showed a capacity retention rate equivalent to that of the half cells according to Comparative Example 3, and the half cells according to Examples 6 to 8 compared to Comparative Example 4 It had a significantly improved capacity retention rate. That is, Examples 6 to 8 employing a carbon-silicon-porous carbon structure as a negative electrode active material achieved an improvement in overall capacity through introduction of silicon, and at the same time, a capacity retention ratio equivalent to that of Comparative Example 3 employing only a carbon structure. Was achieved.

평가예 4: 율특성의 평가Evaluation Example 4: Evaluation of rate characteristics

실시예 6 내지 8, 및 비교예 3 및 4에 따라 제작된 하프셀의 율(rate) 특성을 충전 및 방전 사이클을 진행하면서 율별로(0.5C, 1C, 2C, 5C, 10C, 20C) 평가하였으며, 그 결과를 도 9에 나타내었다. 도 9에 도시된 그래프에서 x 축은 사이클 수이고, y 축은 용량 유지율을 나타낸다. 용량 유지율은 초기 가역 용량 대비 용량의 감소 비율을 나타낸 것이다. Rate characteristics of the half cells produced according to Examples 6 to 8 and Comparative Examples 3 and 4 were evaluated by rate (0.5C, 1C, 2C, 5C, 10C, 20C) while charging and discharging cycles were performed. , The results are shown in FIG. 9. In the graph shown in FIG. 9, the x-axis is the number of cycles, and the y-axis represents the capacity retention rate. The capacity retention rate represents the rate of decrease in capacity compared to the initial reversible capacity.

도 9를 참조하면, 본 발명의 실시예 6 내지 8에 따른 하프셀의 수명특성이 전반적으로 비교예 4에 따른 하프셀에 비하여 향상되었음을 알 수 있다. 특히, 20-25사이클, 10C에서 실시예 7에 따른 하프셀은 50%을 상회하는 용량 유지율을 가짐을 확인할 수 있으며, 비교예 4에 따른 하프셀이 용량 유지율이 약 5%로 떨어진 것과 극명하게 대비된다. 또한, 20C와 같은 고율에서도 실시예 6에 따른 하프셀은 약 60%의 용량 유지율을 보이는 것으로서, 우수한 고율특성을 가짐을 알 수 있다.Referring to Figure 9, it can be seen that the life characteristics of the half cells according to Examples 6 to 8 of the present invention are generally improved compared to the half cells according to Comparative Example 4. In particular, it can be seen that the half-cell according to Example 7 at 20-25 cycles, 10C has a capacity retention rate exceeding 50%, and the half-cell according to Comparative Example 4 is sharply different from the capacity retention rate dropped to about 5%. Contrast. In addition, even at a high rate such as 20C, the half cell according to Example 6 shows a capacity retention rate of about 60%, and it can be seen that it has excellent high rate characteristics.

이상에서는 도면 및 실시예를 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 구현예가 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 구현예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.In the above, a preferred embodiment according to the present invention has been described with reference to the drawings and examples, but this is merely exemplary, and various modifications and equivalent other implementations are possible from those skilled in the art. Will be able to understand. Therefore, the protection scope of the present invention should be defined by the appended claims.

Claims (20)

다공성 탄소 구조체;
상기 다공성 탄소 구조체 상에 배치된, 리튬의 흡장 방출이 가능한 비탄소계 재료를 포함하는 제1 코팅층; 및
상기 제1 코팅층 상에 배치된 탄소계 재료를 포함하는 제2 코팅층;
을 포함하고,
상기 다공성 탄소 구조체의 기공의 평균 직경은 200 내지 300 nm인, 복합음극활물질.
Porous carbon structures;
A first coating layer disposed on the porous carbon structure and comprising a non-carbon-based material capable of occluding and discharging lithium; And
A second coating layer comprising a carbon-based material disposed on the first coating layer;
Including,
The average diameter of the pores of the porous carbon structure is 200 to 300 nm, composite cathode active material.
제1항에 있어서,
상기 다공성 탄소 구조체의 평균 입경(d50)이 1 내지 40μm인, 복합음극활물질.
According to claim 1,
A composite cathode active material having an average particle diameter (d 50 ) of the porous carbon structure of 1 to 40 μm.
제1항에 있어서,
상기 다공성 탄소 구조체는 종횡비 2 이하의 구형 또는 타원형 구조체인, 복합음극활물질.
According to claim 1,
The porous carbon structure is a spherical or elliptical structure having an aspect ratio of 2 or less, a composite cathode active material.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 제1 코팅층이 상기 다공성 탄소 구조체의 표면의 적어도 일부를 감싸는, 복합음극활물질.
According to claim 1,
The first coating layer surrounds at least a portion of the surface of the porous carbon structure, composite cathode active material.
제1항에 있어서,
상기 비탄소계 재료는 Si, Sn, Al, Ge, Pb, Zn, Ag 및 Au로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 금속, 이들의 합금, 이들의 산화물, 이들의 질화물, 이들의 질산화물 또는 이들의 조합을 포함하는, 복합음극활물질.
According to claim 1,
The non-carbon-based material includes one or more metals selected from the group consisting of Si, Sn, Al, Ge, Pb, Zn, Ag and Au, their alloys, their oxides, their nitrides, their nitric oxides or combinations thereof A composite cathode active material.
제1항에 있어서,
상기 제1 코팅층의 두께는 5 내지 100nm인, 복합음극활물질.
According to claim 1,
The thickness of the first coating layer is 5 to 100nm, composite cathode active material.
제1항에 있어서
상기 비탄소계 재료의 함량은 상기 복합음극활물질의 총 중량을 기준으로 1 내지 80 중량% 포함된, 복합음극활물질.
The method of claim 1
The content of the non-carbon-based material is 1 to 80% by weight based on the total weight of the composite cathode active material, composite cathode active material.
제1항에 있어서,
상기 제1 코팅층이 곡률부를 갖는, 복합음극활물질.
According to claim 1,
A composite cathode active material, wherein the first coating layer has a curvature portion.
제1항에 있어서,
상기 탄소계 재료가 레이온계(rayon) 카본 섬유, PAN계(PAN based) 카본 섬유, 피치계(Pitch based) 카본 섬유, 기상 성장 탄소, 카본 섬유, 흑연, 고분자, 콜타르 피치, 석유 피치, 메조-페이즈 피치, 등방성 피치, 코크스, 저분자 중질유, 석탄계 피치, 페놀 수지, 나프탈렌 수지, 에폭시 수지, 염화비닐 수지, 폴리이미드, 폴리벤즈이미다졸, 폴리아크릴로니트릴, 폴리에틸렌글리콜, 폴리비닐알콜, 폴리비닐클로라이드, 푸르푸릴 알코올, 퓨란, 셀룰로오스, 글루코오스, 수크로오스, 아세트산, 말산, 시트르산, 유기산, 및 이들의 유도체를 포함하는 군에서 선택된 탄소 전구체로부터 형성된 것을 포함하는, 복합음극활물질.
According to claim 1,
The carbon-based material is rayon-based carbon fiber, PAN-based carbon fiber, pitch-based carbon fiber, vapor-grown carbon, carbon fiber, graphite, polymer, coal tar pitch, petroleum pitch, meso- Phase pitch, isotropic pitch, coke, low molecular weight heavy oil, coal-based pitch, phenol resin, naphthalene resin, epoxy resin, vinyl chloride resin, polyimide, polybenzimidazole, polyacrylonitrile, polyethylene glycol, polyvinyl alcohol, polyvinyl chloride , Furfuryl alcohol, furan, cellulose, glucose, sucrose, acetic acid, malic acid, citric acid, organic acids, and those formed from carbon precursors selected from the group comprising derivatives thereof, composite cathode active material.
제1항에 있어서,
상기 제2 코팅층의 두께가 0.1 내지 100 nm인, 복합음극활물질.
According to claim 1,
A composite cathode active material having a thickness of the second coating layer of 0.1 to 100 nm.
(a) 탄소원 및 기공 형성제를 포함하는 용액을 분무 건조하여 복합 구조체를 얻는 단계;
(b) 상기 복합 구조체를 식각(etching)하여 다공성 탄소 구조체를 형성하는 단계;
(c) 상기 다공성 탄소 구조체에 비탄소계 재료를 공급하여 상기 다공성 탄소 구조체 표면에 제1 코팅층을 형성하는 단계; 및
(d) 상기 제1 코팅층 상에 탄소 전구체를 공급하여 상기 다공성 탄소 구조체 표면의 제1 코팅층 상에 제2 코팅층을 형성하는 단계;
를 포함하고,
상기 다공성 탄소 구조체의 기공의 평균 직경은 200 내지 300 nm인, 복합음극활물질의 제조 방법.
(A) spray-drying a solution containing a carbon source and a pore-forming agent to obtain a composite structure;
(b) etching the composite structure to form a porous carbon structure;
(c) forming a first coating layer on the surface of the porous carbon structure by supplying a non-carbon-based material to the porous carbon structure; And
(d) forming a second coating layer on the first coating layer on the surface of the porous carbon structure by supplying a carbon precursor on the first coating layer;
Including,
The average diameter of the pores of the porous carbon structure is 200 to 300 nm, a method for producing a composite cathode active material.
제12항에 있어서,
상기 기공 형성제는 실리콘 산화물인, 복합음극활물질의 제조 방법.
The method of claim 12,
The pore forming agent is a silicon oxide, a method for producing a composite cathode active material.
제12항에 있어서,
상기 (a) 단계 이후, (b) 단계 이전에, 질소 분위기 하에서 소결하는 단계를 더 포함하는, 복합음극활물질의 제조 방법.
The method of claim 12,
After the step (a), before the step (b), further comprising the step of sintering under a nitrogen atmosphere, a method for producing a composite cathode active material.
제12항에 있어서,
상기 (b) 단계에서, 상기 복합 구조체가 수산화나트륨(NaOH) 용액에 의해 식각되는, 복합음극활물질의 제조 방법.
The method of claim 12,
In the step (b), the composite structure is etched with sodium hydroxide (NaOH) solution, a method for producing a composite cathode active material.
제12항에 있어서,
상기 (c) 단계에서, 상기 비탄소계 재료는 실란(silane)계 가스인, 복합음극활물질의 제조 방법.
The method of claim 12,
In the step (c), the non-carbon-based material is a silane-based gas, a method for producing a composite cathode active material.
제12항에 있어서,
상기 (d) 단계에서, 상기 탄소 전구체는 레이온계(rayon) 카본 섬유, PAN계(PAN based) 카본 섬유, 피치계(Pitch based) 카본 섬유, 기상 성장 탄소, 카본 섬유, 흑연, 고분자, 콜타르 피치, 석유 피치, 메조-페이즈 피치, 등방성 피치, 코크스, 저분자 중질유, 석탄계 피치, 페놀 수지, 나프탈렌 수지, 에폭시 수지, 염화비닐 수지, 폴리이미드, 폴리벤즈이미다졸, 폴리아크릴로니트릴, 폴리에틸렌글리콜, 폴리비닐알콜, 폴리비닐클로라이드, 푸르푸릴 알코올, 퓨란, 셀룰로오스, 글루코오스, 수크로오스, 아세트산, 말산, 시트르산, 유기산, 및 이들의 유도체로부터 선택되는 1종 이상인, 복합음극활물질의 제조 방법.
The method of claim 12,
In step (d), the carbon precursor is rayon-based (rayon) carbon fiber, PAN-based (PAN based) carbon fiber, pitch-based carbon fiber, vapor-grown carbon, carbon fiber, graphite, polymer, coal tar pitch , Petroleum pitch, meso-phase pitch, isotropic pitch, coke, low molecular heavy oil, coal-based pitch, phenol resin, naphthalene resin, epoxy resin, vinyl chloride resin, polyimide, polybenzimidazole, polyacrylonitrile, polyethylene glycol, poly Method for producing a composite cathode active material, at least one selected from vinyl alcohol, polyvinyl chloride, furfuryl alcohol, furan, cellulose, glucose, sucrose, acetic acid, malic acid, citric acid, organic acid, and derivatives thereof.
제12항에 있어서,
상기 (c) 단계는 450℃ 내지 600℃의 온도에서 열처리하는 공정을 포함하는, 복합음극활물질의 제조 방법.
The method of claim 12,
The (c) step includes a process of heat treatment at a temperature of 450°C to 600°C, a method of manufacturing a composite cathode active material.
제12항에 있어서,
상기 (d) 단계는 700℃ 내지 900℃의 온도에서 열처리하는 공정을 포함하는, 복합음극활물질의 제조 방법.
The method of claim 12,
The (d) step includes a process of heat treatment at a temperature of 700 °C to 900 °C, a method for producing a composite cathode active material.
양극;
전해질; 및
제1항 내지 제3항 및 제5항내지 제11항 중 임의의 한 항에 따른 복합음극활물질을 포함한 음극;
을 포함하는, 리튬 이차전지.
anode;
Electrolyte; And
Cathode comprising the composite cathode active material according to any one of claims 1 to 3 and 5 to 11;
Lithium secondary battery comprising a.
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