KR102209653B1 - Anode with improved swelling phenomenon and Lithium secondary battery comprising the anode - Google Patents

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Abstract

본 발명에서는, 음극 활물질이 5 ㎛ 내지 10 ㎛ 범위의 D50 평균 입경을 갖는 미립(微粒) 인조흑연 입자와 15 ㎛ 내지 25 ㎛의 D50 평균 입경을 갖는 조립(組粒) 인조흑연 입자로 이루어지고, 상기 미립 인조흑연 입자는 미립 인조흑연 입자와 조립 인조흑연 입자 100 중량부에 대하여 5 내지 70 중량부의 양으로 포함되며, 상기 음극이 15 내지 25 범위의 (004)/(110) 배향도를 가지는 것을 특징으로 하는 음극이 제공되어, 전극의 고에너지 밀도를 달성하고 전극 두께의 스웰링 현상을 해결한다.In the present invention, the negative electrode active material is composed of fine-grained artificial graphite particles having a D50 average particle diameter in the range of 5 μm to 10 μm and granulated artificial graphite particles having a D50 average particle diameter of 15 μm to 25 μm, The fine artificial graphite particles are included in an amount of 5 to 70 parts by weight based on 100 parts by weight of the fine artificial graphite particles and the granulated artificial graphite particles, and the negative electrode has a (004)/(110) orientation in the range of 15 to 25 A negative electrode is provided, which achieves a high energy density of the electrode and solves the swelling phenomenon of the electrode thickness.

Description

스웰링 현상이 개선된 음극 및 이를 포함하는 리튬이차전지 {Anode with improved swelling phenomenon and Lithium secondary battery comprising the anode}Anode with improved swelling phenomenon and Lithium secondary battery comprising the anode}

본 발명은 스웰링 현상이 개선된 음극 및 이를 포함하는 리튬이차전지에 관한 것이다.The present invention relates to a negative electrode with improved swelling and a lithium secondary battery including the same.

모바일 전지 시장에서는 에너지 밀도 700 Wh/L 수준의 리튬이차전지 셀(cell)이 개발되고 있으며, 에너지 밀도가 매년 30 ~ 50 Wh/L 증가하는 로드맵(road map)을 목표로 하고 있다. 이를 위해서는 음극은 1.6 g/cc 이상의 고밀도화를 통해, 동일 체적당 용량이 더 증가될 것이 요구되고 있다. 그러나, 음극을 현재 기술에서 상기와 같이 고밀도화할 경우, 전극 두께가 증가하는 스웰링(swelling) 현상이 발생하며, 그 결과 전지의 에너지 밀도가 감소하는 문제가 발생한다. In the mobile battery market, lithium secondary battery cells with an energy density of 700 Wh/L are being developed, and the energy density is aiming for a road map that increases by 30 to 50 Wh/L every year. For this, the cathode is required to have a higher density per volume of 1.6 g/cc or more. However, in the case of densifying the negative electrode as described above in the current technology, a swelling phenomenon occurs in which the electrode thickness increases, and as a result, the energy density of the battery decreases.

한편, 리튬 이차전지의 음극 활물질로는 리튬의 삽입/탈리가 가능한 인조 흑연, 천연 흑연 또는 하드 카본을 포함한 다양한 형태의 탄소계 재료가 적용되어 왔다. 흑연은 리튬 대비 방전 전압이 0.2V로 낮아, 흑연을 음극 활물질로 사용한 전지는 3.6V의 높은 방전 전압을 나타내어, 리튬 이차 전지의 에너지 밀도 측면에서 이점을 제공한다. 또한, 뛰어난 가역성으로 리튬 이차 전지의 장수명을 보장하여 가장 널리 사용되고 있다.Meanwhile, various types of carbon-based materials including artificial graphite, natural graphite, or hard carbon capable of intercalating/deintercalating lithium have been applied as negative active materials of lithium secondary batteries. Graphite has a low discharge voltage of 0.2V compared to lithium, and a battery using graphite as a negative active material exhibits a high discharge voltage of 3.6V, providing an advantage in terms of energy density of a lithium secondary battery. In addition, the excellent reversibility guarantees a long life of a rechargeable lithium battery, which is the most widely used.

이 중, 인조 흑연은 충방전 효율이 높고 수명 특성이 우수한 장점을 갖는다. 인조 흑연은 판상, 구상, 섬유상, 블록상 등의 형태를 가지며, 입자 표층은 흑연화가 되지 않은 비정질에 가까운 상태로 있게 된다. 상기 비정질에 가까운 입자 표층은 흑연 층상구조에 특유한 입자간의 정전 반발이 적기 때문에 미끄러짐성이 부족하다. 따라서, 압연이 잘 이루어지지 않고 형태의 변화가 적으므로 배향이 잘 이루어지지 않는 문제가 있다. 또한, 비용이 고가일 뿐만 아니라, 수계 슬러리 내에서는 분산성이 매우 낮아 공정성 면에서 어려움이 있고, 용량이 낮아 원하는 수준의 전지의 물성 특성을 얻기 어려운 단점이 있다.Among them, artificial graphite has the advantage of high charging/discharging efficiency and excellent life characteristics. Artificial graphite has a shape such as a plate shape, a spherical shape, a fibrous shape, and a block shape, and the surface layer of the particles is in a state close to an amorphous state that is not graphitized. The surface layer of the particles close to the amorphous material exhibits little electrostatic repulsion between particles peculiar to the graphite layered structure, and thus lacks slip properties. Therefore, there is a problem in that the orientation is not well performed because the rolling is not performed well and the change in shape is small. In addition, there is a disadvantage in that the cost is not only expensive, but also the dispersibility in the aqueous slurry is very low, and thus it is difficult in terms of processability, and the capacity is low, making it difficult to obtain a desired level of physical properties of the battery.

한편, 천연 흑연의 경우 저가이면서도 인조 흑연과 유사한 전기 화학적 특성을 나타내기 때문에 음극 활물질로 효용성이 높다. 그러나 천연 흑연은 판상의 형상을 갖기 때문에 표면적이 크고 모서리(edge) 부분이 그대로 노출되어 음극 활물질로 적용시 전해질의 침투나 분해반응이 일어난다. 이 때문에 모서리 부분이 박리되거나 파괴되어 비가역 반응이 크게 일어나며, 이를 전극 극판으로 제조할 경우 흑연 활물질이 집전체상에 납작하게 압착 배향되어 전해액의 함침이 용이하지 않아 충방전 특성이 저하되기도 한다.On the other hand, natural graphite has high utility as a negative electrode active material because it is inexpensive and exhibits electrochemical properties similar to artificial graphite. However, since natural graphite has a plate shape, the surface area is large and the edges are exposed as it is, and when applied as a negative electrode active material, penetration of the electrolyte or decomposition reaction occurs. Because of this, the edge portion is peeled off or destroyed, causing a large irreversible reaction, and when it is manufactured as an electrode plate, the graphite active material is flatly pressed and oriented on the current collector, so impregnation of the electrolyte solution is not easy, and thus charging/discharging characteristics may deteriorate.

이에, 본 발명에서는 인조흑연의 장점을 살리는 동시에 용량 문제점을 해결하여 음극 활물질로 사용하기 위해 이루어진 것으로, 에너지 밀도가 증가된 음극을 제공하고자 한다.Accordingly, in the present invention, the advantage of artificial graphite is solved and the capacity problem is solved to use it as a negative electrode active material, and an energy density is increased to provide a negative electrode.

또한, 본 발명에서는 충전시 전극 스웰링 문제를 갖지 않거나 최소한으로 갖는 음극을 제공하고자 한다.In addition, in the present invention, it is intended to provide a negative electrode having no or minimal electrode swelling problem during charging.

또한, 본 발명에서는 상기 음극을 포함하여 용량이 증가된 리튬 이차전지를 제공하는 것이다.In addition, the present invention provides a lithium secondary battery having an increased capacity including the negative electrode.

본 발명의 일 양태에 따르면, 리튬 이차전지용 음극에 있어서, 상기 음극을 구성하는 음극 활물질이 5 ㎛ 내지 10 ㎛ 범위의 D50 평균 입경을 갖는 미립(微粒) 인조흑연 입자와 15 ㎛ 내지 25 ㎛의 D50 평균 입경을 갖는 조립(組粒) 인조흑연 입자로 이루어지고, 상기 미립 인조흑연 입자는 미립 인조흑연 입자와 조립 인조흑연 입자를 합한 중량에 대하여 5 내지 70 중량%의 양으로 포함되며, 상기 음극이 15 내지 25 범위의 (004)/(110) 배향도를 가지는 것을 특징으로 하는 리튬이차전지용 음극이 제공된다.According to an aspect of the present invention, in the negative electrode for a lithium secondary battery, the negative electrode active material constituting the negative electrode comprises fine artificial graphite particles having a D50 average particle diameter in the range of 5 µm to 10 µm and a D50 of 15 µm to 25 µm. It is made of granulated artificial graphite particles having an average particle diameter, and the fine artificial graphite particles are included in an amount of 5 to 70% by weight based on the total weight of the fine artificial graphite particles and the granulated artificial graphite particles, and the negative electrode is There is provided a negative electrode for a lithium secondary battery, characterized in that it has a (004) / (110) orientation in the range of 15 to 25.

상기 미립 인조흑연 입자는 3 내지 20 범위의 (004)/(110) 배향도를 갖고 상기 조립 인조흑연 입자가 5 내지 20 범위의 (004)/(110) 배향도를 가질 수 있다.The fine artificial graphite particles may have a (004)/(110) orientation in the range of 3 to 20, and the granulated artificial graphite particles may have a (004)/(110) orientation in the range of 5 to 20.

상기 조립 인조흑연 입자와 미립 인조흑연 입자는 모두 판상형일 수 있다.Both the granulated artificial graphite particles and the fine artificial graphite particles may have a plate shape.

상기 리튬이차전지용 음극에는 3 내지 5 ㎛ D50 평균 직경의 미립 인조흑연 입자가 도전재로 포함될 수 있다.The negative electrode for a lithium secondary battery may contain fine artificial graphite particles having an average diameter of 3 to 5 µm D50 as a conductive material.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 전술한 음극을 포함하는 리튬이차전지가 제공된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a lithium secondary battery including the negative electrode described above.

본 발명의 일 실시예에 따른 음극 활물질은, 평균 입경이 서로 다른 조립 인조흑연과 미립 인조흑연을 함께 특정 조성비로 포함함으로써, 에너지 밀도 측면에서 만족스럽고 스웰링(swelling) 현상이 개선된 음극이 제공된다. The negative electrode active material according to an embodiment of the present invention includes both granulated artificial graphite and fine artificial graphite having different average particle diameters in a specific composition ratio, thereby providing a negative electrode with satisfactory energy density and improved swelling phenomenon. do.

또한, 상기 음극 활물질을 포함하여 용량이 증가된 리튬이차전지가 제공된다.In addition, a lithium secondary battery having an increased capacity including the negative active material is provided.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 전술한 발명의 내용과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 조립 인조흑연 입자를 촬영한 SEM 사진이다.
도 2는 본 발명의 일 실시양태에 따라 조립 인조흑연 입자와 미립 인조흑연 입자를 40 : 60 중량비로 혼합한 혼합물의 SEM 사진이다.
도 3은 본 발명의 일 실시양태에 따라 조립 인조흑연 입자와 미립 인조흑연 입자가 혼합되어 있는 양태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 실시예 1-1 및 비교예 1-1 각각의 음극의 활물질 입도분포를 나타낸 그래프이다.
도 5는 실시예 1-1 및 비교예 1-1 각각의 음극의 (004)/(110) 배향도를 나타낸 그래프이다.
The following drawings attached to the present specification illustrate preferred embodiments of the present invention, and serve to further understand the technical idea of the present invention together with the content of the above-described invention, so the present invention is limited to the matters described in such drawings. It is limited and should not be interpreted.
1 is a SEM photograph of granulated artificial graphite particles.
2 is a SEM photograph of a mixture obtained by mixing granulated artificial graphite particles and fine artificial graphite particles at a weight ratio of 40:60 according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram schematically showing an embodiment in which granulated artificial graphite particles and fine artificial graphite particles are mixed according to an embodiment of the present invention.
4 is a graph showing the particle size distribution of an active material of the negative electrode in Example 1-1 and Comparative Example 1-1.
5 is a graph showing the (004)/(110) orientation of the negative electrodes of Example 1-1 and Comparative Example 1-1.

이하, 본 발명에 대한 이해를 돕기 위해 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail to aid understanding of the present invention.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.The terms or words used in the specification and claims should not be construed as being limited to their usual or dictionary meanings, and the inventor may appropriately define the concept of terms in order to describe his own invention in the best way. It should be interpreted as a meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the principle that there is.

본 발명의 일 실시양태에 따르는 음극 활물질이 5 ㎛ 내지 10 ㎛ 범위의 D50 평균 입경을 갖는 미립(微粒) 인조흑연 입자와 15 ㎛ 내지 25 ㎛의 D50 평균 입경을 갖는 조립(組粒) 인조흑연 입자로 이루어지고, 상기 미립 인조흑연 입자는 미립 인조흑연 입자와 조립 인조흑연 입자 전체 중량에 대하여 5 내지 70 중량%의 양으로 포함되며, 상기 음극이 15 내지 25 범위의 (004)/(110) 배향도를 가지는 것을 특징으로 한다. 본원 명세서에서 상기 음극의 (004)/(110) 배향도는 음극 활물질을 입자 상태로 로딩한 후에 최소한의 패킹(packing) 압력만을 가하여 1.68g/cc 밀도를 가졌을 때 측정한 수치를 의미한다. The negative electrode active material according to an embodiment of the present invention is fine-grained artificial graphite particles having a D50 average particle diameter in the range of 5 μm to 10 μm, and granulated artificial graphite particles having a D50 average particle diameter of 15 μm to 25 μm. And the fine artificial graphite particles are included in an amount of 5 to 70% by weight based on the total weight of the fine artificial graphite particles and the granulated artificial graphite particles, and the negative electrode has a (004)/(110) orientation in the range of 15 to 25 It characterized in that it has. In the present specification, the (004)/(110) orientation of the negative electrode refers to a value measured when the negative active material has a density of 1.68 g/cc by applying only a minimum packing pressure after loading the negative active material in a particle state.

보다 구체적으로, 상기 미립 인조흑연 입자는 상기 인조흑연 입자 전체 중량에 대해 5중량% 내지 70 중량%, 바람직하게는 10 중량% 내지 70 중량%, 보다 바람직하게는 20 중량% 내지 70 중량%의 양으로 포함될 수 있다. 상기 미립 인조흑연 입자가 5 중량% 미만인 경우에는 스웰링 현상이 개선되는 효과가 없거나 미미하고, 70% 중량%를 초과하는 경우에는 음극 활물질 비표면적이 증가하여 부반응이 증가할 수 있고 에너지 밀도 증가가 유의미하게 이루어지지 않는다.More specifically, the fine artificial graphite particles are in an amount of 5% to 70% by weight, preferably 10% to 70% by weight, more preferably 20% to 70% by weight based on the total weight of the artificial graphite particles Can be included as When the amount of the fine artificial graphite particles is less than 5% by weight, there is no or insignificant effect of improving the swelling phenomenon, and when it exceeds 70% by weight, the specific surface area of the negative electrode active material increases, thereby increasing side reactions and increasing energy density. It doesn't make sense.

상기의 미립 인조흑연 입자는 낮은 (004)/(110) 배향도를 가질 수 있다. 바람직하게, 상기 배향도는 1.40 g/cc 내지 1.85 g/cc의 압축 밀도에서 3 내지 20 범위, 보다 바람직하게 5 내지 20 범위일 수 있다. 배향도 (I004/I110)가 상기 범위보다 크면, 전지 충전시에 전극 스웰링 현상이 심해지고, 전극의 단위 체적당 전지 용량을 크게 하기 어려우며, 사이클 시험 중에 팽창 수축에 의해 활물질의 탈락 등으로 인하여 사이클 특성이 저하되기 쉽다. 한편, 배향도 (I004/I110) 가 상기 범위보다 작으면, 프레스 후의 전극의 충전 밀도를 높이기 어려워진다. 본원 명세서에서 배향도(I004/I110)란, 전극의 두께 방향에 대한, 흑연 결정 육각망면의 배향 정도를 나타내는 지표이다. 배향도 (I004/I110)가 클수록, 입자의 흑연 결정 육각망면의 방향이 정렬되어 있지 않은 상태를 나타낸다. 이러한 배향도는 X선 회절 등에 의해 표준 데이터로 된 JCPDS(ASTM) 데이터를 지표로 하여 판단할 수 있다. 보다 구체적으로, 음극에 포함된 음극 활물질의 (110)면과 (004)면을 XRD로 측정한 후 (110)면과 (004)면의 피크 강도를 적분하여 얻어진 면적비((004)/(110))이며, 더욱 구체적으로, XRD 측정 조건은 다음과 같다.The fine artificial graphite particles may have a low (004)/(110) orientation. Preferably, the degree of orientation may be in the range of 3 to 20, more preferably in the range of 5 to 20 at a compressive density of 1.40 g/cc to 1.85 g/cc. If the orientation degree (I 004 /I 110 ) is larger than the above range, the electrode swelling phenomenon becomes severe during battery charging, it is difficult to increase the battery capacity per unit volume of the electrode, and the active material is removed due to expansion and contraction during the cycle test. Due to this, the cycle characteristics are liable to deteriorate. On the other hand, when the orientation degree (I 004 /I 110 ) is smaller than the above range, it becomes difficult to increase the packing density of the electrode after pressing. In the specification of the present application, the degree of orientation (I 004 /I 110 ) is an index indicating the degree of orientation of the hexagonal network of graphite crystals in the thickness direction of the electrode. The larger the degree of orientation (I 004 /I 110 ), the more the directions of the hexagonal surface of the graphite crystals of the particles are not aligned. This degree of orientation can be determined using JCPDS (ASTM) data as standard data by X-ray diffraction or the like as an index. More specifically, the area ratio ((004)/(110) obtained by integrating the peak intensities of the (110) and (004) planes after measuring the (110) and (004) planes of the negative active material included in the negative electrode by XRD )), and more specifically, XRD measurement conditions are as follows.

- 타겟: Cu(Kα-선) 흑연 단색화 장치 -Target: Cu (Kα-ray) graphite monochromator

- 슬릿(slit): 발산 슬릿 = 1도, 수신 슬릿 = 0.1㎜, 산란 슬릿 = 1도 -Slit: diverging slit = 1 degree, receiving slit = 0.1 mm, scattering slit = 1 degree

- 측정 구역 및 스텝 각도/측정 시간: -Measurement area and step angle/measurement time:

(110) 면: 76.5 도 < 2θ< 78.5도, 0.01도 / 3초(110) plane: 76.5 degrees <2θ <78.5 degrees, 0.01 degrees / 3 seconds

(004) 면: 53.5 도 < 2θ< 56.0도, 0.01도 / 3초, (004) plane: 53.5 degrees <2θ <56.0 degrees, 0.01 degrees / 3 seconds,

상기에서 2θ는 회절 각도를 나타낸다. In the above, 2θ represents the diffraction angle.

상기 XRD 측정은 하나의 예로서, 다른 측정 방법 또한 사용될 수 있다.The XRD measurement is an example, and other measurement methods may also be used.

상기 미립 인조흑연 입자는 X 선 회절 분석에 의한 d(002)의 값은 예시적으로 0.3354 내지 0.3360 범위일 수 있다. d(002)가 지나치게 크면, 결정성이 불충분하고, 충방전 용량이 저하되며, 또한 흑연질 입자의 강도가 지나치게 높기 때문에, 집전체에 도포된 활물질층을 소정의 부피 밀도로 프레스 성형할 때에 고압력을 필요로 하여 고밀도화되는 것이 어려울 수 있다.The fine artificial graphite particles may have a value of d(002) in the range of 0.3354 to 0.3360 by X-ray diffraction analysis. If d(002) is too large, the crystallinity is insufficient, the charge/discharge capacity is lowered, and the strength of the graphite particles is too high. Therefore, when pressing the active material layer applied to the current collector to a predetermined bulk density, high pressure It can be difficult to densify because of the need.

또한, 상기 미립 인조흑연 입자는 X 선 회절 분석에 의한 결정 두께인 Lc(002)의 값이 50 내지 100 nm 범위인 것이 바람직하다. Lc(002)가 50 ㎚ 미만이면 흑연으로서의 결정성이 불충분하고, 충방전 용량이 저하되며, 또한 흑연질 입자의 강도가 지나치게 높기 때문에, 집전체에 도포된 활물질층을 소정의 부피 밀도로 프레스 성형할 때에 고압력을 필요로 하여 고밀도화하는 것이 곤란해질 우려가 있다. 또한, Lc(002)가 100 ㎚ 보다 크면 전극 스웰링 현상이 심해질 수 있다.In addition, it is preferable that the fine artificial graphite particles have a crystal thickness of L c (002) in the range of 50 to 100 nm by X-ray diffraction analysis. If L c (002) is less than 50 nm, the crystallinity as graphite is insufficient, the charge/discharge capacity decreases, and the strength of the graphite particles is too high, so that the active material layer applied to the current collector is pressed to a predetermined bulk density. There is a fear that high pressure is required during molding, making it difficult to increase the density. In addition, when L c (002) is greater than 100 nm, electrode swelling may become severe.

또한, 상기 조립 인조흑연 입자의 평균 입경(D50)은 15 ㎛ 내지 25 ㎛, 바람직하게는 17 ㎛ 내지 23 ㎛일 수 있다. 상기 조립 인조흑연 입자의 평균 입경이 15 ㎛ 미만인 경우에는 미립 인조흑연 입자와의 크기 차이가 적어, 이종 입자의 혼합에 의한 전도성 향상 효과가 미미할 수 있고, 25 ㎛를 초과하는 경우에는 조립 인조흑연 입자의 지나친 입경 크기로 인한 율속 특성 저하의 문제 및 탭 밀도 저하의 문제가 있을 수 있다.In addition, the average particle diameter (D50) of the granulated artificial graphite particles may be 15 µm to 25 µm, preferably 17 µm to 23 µm. If the average particle diameter of the granulated artificial graphite particles is less than 15 μm, the difference in size from the fine artificial graphite particles may be small, so that the effect of improving the conductivity by mixing of dissimilar particles may be insignificant. When the average particle diameter of the granulated artificial graphite particles exceeds 25 μm, There may be a problem of deterioration of rate characteristics and a problem of deterioration of tap density due to an excessive particle size of.

본 발명에 있어서, 입자의 평균 입경은 입경 분포의 50% 기준에서의 입경으로 정의할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 입자의 평균 입경(D50)은 예를 들어, 레이저 회절법(laser diffraction method)을 이용하여 측정할 수 있다. 상기 레이저 회절법은 일반적으로 서브미크론(submicron) 영역에서부터 수 mm 정도의 입경의 측정이 가능하며, 고 재현성 및 고 분해성의 결과를 얻을 수 있다.In the present invention, the average particle diameter of the particles can be defined as the particle diameter based on 50% of the particle diameter distribution. The average particle diameter (D50) of the particles according to an embodiment of the present invention may be measured using, for example, a laser diffraction method. In general, the laser diffraction method can measure a particle diameter of about several mm from a submicron region, and high reproducibility and high resolution results can be obtained.

상기 조립 인조흑연 입자는 X 선 회절 분석에 의한 d(002)의 값은 예시적으로 0.3354 내지 0.3360 범위일 수 있다. d(002)가 지나치게 크면, 결정성이 불충분하고, 충방전 용량이 저하되며, 또한 흑연질 입자의 강도가 지나치게 높기 때문에, 집전체에 도포된 활물질층을 소정의 부피 밀도로 프레스 성형할 때에 고압력을 필요로 하여 고밀도화되는 것이 곤란해질 우려가 있다.The granulated artificial graphite particles may have a value of d(002) in the range of 0.3354 to 0.3360 by X-ray diffraction analysis. If d(002) is too large, the crystallinity is insufficient, the charge/discharge capacity is lowered, and the strength of the graphite particles is too high. Therefore, when pressing the active material layer applied to the current collector to a predetermined bulk density, high pressure There is a fear that it becomes difficult to increase the density due to the need.

또한, 상기 조립 인조흑연 입자는 X 선 회절 분석에 의한 결정 두께인 Lc(002) 의 값이 50 내지 100 nm 범위인 것이 바람직하다. Lc(002) 가 50 ㎚ 미만이면 흑연으로서의 결정성이 불충분하고, 충방전 용량이 저하되며, 또한 흑연질 입자의 강도가 지나치게 높기 때문에, 집전체에 도포된 활물질층을 소정의 부피 밀도로 프레스 성형할 때에 고압력을 필요로 하여 고밀도화하는 것이 곤란해질 우려가 있다.In addition, it is preferable that the granulated artificial graphite particles have a crystal thickness of L c (002) in the range of 50 to 100 nm by X-ray diffraction analysis. If L c (002) is less than 50 nm, the crystallinity as graphite is insufficient, the charge/discharge capacity decreases, and the strength of the graphite particles is too high, so that the active material layer applied to the current collector is pressed to a predetermined bulk density. There is a fear that high pressure is required during molding, making it difficult to increase the density.

상기 미립 인조흑연 입자와 조립 인조흑연 입자는 혼합되어 활물질을 구성하여 15 내지 25 범위의 (004)/(110) 배향도를 가질 수 있다. 이 때, 활물질은 도 3에 도시된 바와 같이, 조립 인조흑연 입자(100)와 미립 인조흑연 입자(200)가 혼합된 양태로 활물질을 구성할 수 있다. 이로써, 충전시 전극 스웰링 현상을 개선시키면서 단위면적당 로딩량을 최대한으로 할 수 있다.The fine artificial graphite particles and the granulated artificial graphite particles are mixed to form an active material, and thus may have a (004)/(110) orientation in the range of 15 to 25. In this case, as shown in FIG. 3, the active material may constitute an active material in a manner in which the granulated artificial graphite particles 100 and the fine artificial graphite particles 200 are mixed. Accordingly, it is possible to maximize the loading amount per unit area while improving electrode swelling during charging.

이에 반해, 활물질로 5 내지 10 ㎛의 D50 평균 직경을 갖는 미립 인조흑연 입자만을 사용한 음극에서는 1.68 g/cc 밀도로 로딩 및 패킹한 후에 10 내지 20 범위의 음극 배향도를 갖고, 활물질로 15 내지 25 ㎛의 D50 평균 직경을 갖는 조립 인조흑연 입자만을 사용한 음극에서는 1.68 g/cc 밀도로 로딩 및 패킹한 후에 25 내지 30 범위의 음극 배향도를 가져서, 본 발명과 상이한 음극 배향도를 갖게 되며, 그 결과 본 발명보다 스웰링이 현저하게 발생하는 요인으로 작용하게 된다. 도 5에 본 발명의 일 양태에 따른 활물질의 (004)/(110) 배향도와 조립 인조흑연 입자의 (004)/(100) 배향도가 비교되어 있다. On the other hand, the negative electrode using only fine artificial graphite particles having a D50 average diameter of 5 to 10 μm as an active material has a negative orientation degree in the range of 10 to 20 after loading and packing at a density of 1.68 g/cc, and 15 to 25 μm as an active material In the negative electrode using only granulated artificial graphite particles having an average diameter of D50, after loading and packing at a density of 1.68 g/cc, the negative electrode orientation degree ranged from 25 to 30, and as a result, the negative electrode orientation degree was different from the present invention. It acts as a factor in which swelling occurs remarkably. In FIG. 5, the (004)/(110) orientation degree of the active material according to an embodiment of the present invention and the (004)/(100) orientation degree of the granulated artificial graphite particles are compared.

본 발명의 일 실시양태에 따라 미립 인조흑연 입자와 조립 인조흑연 입자가 전술한 평균 입경을 가질 경우, 상기 미립 인조흑연 입자들이 조립 인조흑연 입자 사이에 균일하게 분포될 수 있다. 이에 따라, 전극 단위면적당 활물질 로딩량이 증가될 수 있고 충방전 과정에서 활물질간 접촉성이 향상되므로 부피 팽창으로 인한 단락 문제가 해소될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, when the fine artificial graphite particles and the granulated artificial graphite particles have the above-described average particle diameter, the fine artificial graphite particles may be uniformly distributed between the granulated artificial graphite particles. Accordingly, the loading of the active material per unit area of the electrode can be increased, and the contact between the active materials is improved during the charging and discharging process, so that a short circuit problem due to volume expansion can be solved.

조립 인조흑연 입자와 미립 인조흑연 입자는 각각 독립적으로 무정형, 인편상, 각형, 판상형, 구형, 섬유형, 점형 또는 이들의 혼합 형태일 수 있다. 구체적으로, 상기 미립 인조흑연 입자의 형태는 예를 들어 구형, 각형, 인편상, 판상형, 점형 또는 이들의 혼합 형태일 수 있고, 더욱 바람직하게는 구형, 점형, 인편상 또는 이들의 혼합 형태일 수 있다. 또한, 상기 조립 인조흑연 입자의 형태는 예를 들어, 무정형, 인편상, 판상형, 섬유형, 구형 또는 이들의 혼합 형태일 수 있고, 더욱 바람직하게는 구형, 인편상, 판상 또는 이들의 혼합 형태 일 수 있다.The granulated artificial graphite particles and fine artificial graphite particles may each independently be amorphous, scale-shaped, square, plate-shaped, spherical, fibrous, point-shaped, or a mixture thereof. Specifically, the shape of the fine artificial graphite particles may be, for example, a spherical shape, a square shape, a scale shape, a plate shape, a point shape, or a mixture thereof, and more preferably a spherical shape, a point shape, a scale shape, or a mixture thereof. have. In addition, the shape of the granulated artificial graphite particles may be, for example, amorphous, scale, plate, fibrous, spherical, or a mixture thereof, and more preferably spherical, scale, plate, or a mixture thereof. I can.

상기 조립 인조흑연 입자 및 미립 인조흑연 입자에 부가하여, 천연 흑연, 실리콘과 같은 음극 활물질을 함께 사용하는 양태 또한 검토되었으나, 천연 흑연, 실리콘과 같은 음극 활물질은 인조흑연 대비 스웰링(swelling)이 너무 커서, 설사 작은 입자를 사용한다고 하더라도 스웰링을 저감시키는 유의한 효과가 발생하지 않게 된다. 또한, 저 결정성 탄소는 용량이 낮고 압연성이 우수하지 못하기 때문에 고에너지 밀도를 위해 스웰링을 저감시키고자 하는 본 발명의 취지에 부합하지 않을 수 있다.In addition to the granulated artificial graphite particles and fine artificial graphite particles, an aspect of using negative active materials such as natural graphite and silicon together was also examined, but negative active materials such as natural graphite and silicon have too much swelling compared to artificial graphite. It is large, and even if small particles are used, no significant effect of reducing swelling occurs. In addition, since low crystalline carbon has a low capacity and does not have excellent rollability, it may not conform to the purpose of the present invention to reduce swelling for high energy density.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 음극 활물질의 제조방법은 조립 인조흑연 입자와 미립 인조흑연 입자를 혼합하는 단계를 포함할 수 있다. 본 발명의 음극 활물질의 제조방법에 있어서, 상기 음극 활물질을 제조하기 위한 혼합 방법은 당 분야에서 공지된 통상의 방법을 이용하여 단순 혼합 또는 기계적 밀링에 의해 혼합 할 수 있다. 예를 들어, 단순하게 모르타르(mortar)를 이용하여 혼합하거나, 블레이드 또는 볼밀을 사용하여 회전수 100 내지 1000 rpm으로 회전시켜 기계적으로 압축응력을 가하여 탄소 복합체를 형성할 수 있다. 한편, 미립 인조흑연 입자가 사용됨으로써 탭 밀도가 증가하기 때문에, 활물질간 접점의 증가로 인해 접착력이 상승하는 효과가 있다.Meanwhile, the method of manufacturing the negative active material according to an embodiment of the present invention may include mixing granulated artificial graphite particles and fine artificial graphite particles. In the method of manufacturing the negative active material of the present invention, the mixing method for preparing the negative active material may be mixed by simple mixing or mechanical milling using a conventional method known in the art. For example, a carbon composite may be formed by simply mixing using a mortar or by mechanically applying a compressive stress by rotating at a rotation speed of 100 to 1000 rpm using a blade or a ball mill. On the other hand, since the tap density is increased by the use of fine artificial graphite particles, there is an effect of increasing the adhesive force due to an increase in contact points between active materials.

또한, 본 발명은 상기 음극 활물질을 포함하는 음극을 제공한다.In addition, the present invention provides a negative electrode including the negative active material.

나아가, 본 발명은 양극, 상기 음극, 상기 양극과 음극 사이에 개재된 분리막 및 리튬염이 용해되어 있는 전해질을 포함하는 리튬 이차전지를 제공한다.Further, the present invention provides a lithium secondary battery comprising a positive electrode, the negative electrode, a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode, and an electrolyte in which a lithium salt is dissolved.

상기에서 제조된 음극 활물질은 당 분야에서 통상적으로 사용되는 제조방법으로 음극을 제조할 수 있다. 예를 들면, 본 발명의 일 실시예에 따른 음극 활물질에 바인더와 용매, 필요에 따라 도전재와 분산제를 혼합 및 교반하여 슬러리를 제조한 후 이를 집전체에 도포하고 압축하여 음극을 제조할 수 있다.The negative electrode active material prepared above may be prepared by a method commonly used in the art. For example, a slurry may be prepared by mixing and stirring a binder and a solvent, and a conductive material and a dispersant as necessary in the negative electrode active material according to an embodiment of the present invention, and then coating it on a current collector and compressing it to prepare a negative electrode. .

상기 바인더로는 폴리비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 코폴리머(PVDF-co-HFP), 폴리비닐리덴플루오라이드(polyvinylidenefluoride), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate), 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로오스(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로오스, 재생 셀룰로오스, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리아크릴산, 에틸렌-프로필렌-디엔 모노머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 부타디엔 고무(SBR), 불소 고무, 폴리 아크릴산 (polyacrylic acid) 및 이들의 수소를 Li, Na 또는 Ca 등으로 치환된 고분자, 또는 다양한 공중합체 등의 다양한 종류의 바인더 고분자가 사용될 수 있다. 상기 용매로는 N-메틸피롤리돈, 아세톤, 물 등을 사용할 수 있다.As the binder, polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer (PVDF-co-HFP), polyvinylidenefluoride, polyacrylonitrile, polymethylmethacrylate, Polyvinyl alcohol, carboxymethylcellulose (CMC), starch, hydroxypropylcellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene, polyethylene, polypropylene, polyacrylic acid, ethylene-propylene-diene monomer (EPDM), Various kinds of binder polymers such as sulfonated EPDM, styrene butadiene rubber (SBR), fluorine rubber, polyacrylic acid and polymers in which hydrogens thereof are substituted with Li, Na or Ca, or various copolymers can be used. have. As the solvent, N-methylpyrrolidone, acetone, water, and the like may be used.

상기 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 파네스 블랙, 램프 블랙, 서멀 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 탄소 나노 튜브 등의 도전성 튜브; 플루오로카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스커; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.The conductive material is not particularly limited as long as it has conductivity without causing chemical changes to the battery, and examples thereof include graphite such as natural graphite or artificial graphite; Carbon blacks such as carbon black, acetylene black, Ketjen black, channel black, Parnes black, lamp black, and thermal black; Conductive fibers such as carbon fibers and metal fibers; Conductive tubes such as carbon nanotubes; Metal powders such as fluorocarbon, aluminum, and nickel powder; Conductive whiskers such as zinc oxide and potassium titanate; Conductive metal oxides such as titanium oxide; Conductive materials such as polyphenylene derivatives may be used.

특히, 본 발명에서는 5 내지 10 ㎛ 직경을 갖는 미립 인조흑연 입자가 혼합되어 사용되기 때문에 탭 밀도가 증가하고, 접점이 증가하게 된다. 이에 따라, 3 내지 5 ㎛ 직경을 갖는 미립 인조흑연 입자를 함께 사용할 경우, 3 내지 5 ㎛ D50 평균 직경을 갖는 미립 인조흑연 입자는 도전재로 작용할 수 있을 뿐만 아니라, 고온 저장 성능이 향상되는 효과를 갖게 된다.In particular, in the present invention, since fine artificial graphite particles having a diameter of 5 to 10 μm are mixed and used, the tap density is increased and the contact point is increased. Accordingly, when fine artificial graphite particles having a diameter of 3 to 5 µm are used together, the fine artificial graphite particles having an average diameter of 3 to 5 µm D50 can act as a conductive material and have an effect of improving high-temperature storage performance. Will have.

상기 분산제는 수계 분산제 또는 N-메틸-2-피롤리돈 등의 유기 분산제 또는 유기 용매를 사용할 수 있다.The dispersant may be an aqueous dispersant or an organic dispersant such as N-methyl-2-pyrrolidone, or an organic solvent.

상술한 음극 제조와 마찬가지로, 양극 활물질, 도전재, 바인더 및 용매를 혼합하여 슬러리를 제조한 후 이를 금속 집전체에 직접 코팅하거나, 별도의 지지체상에 캐스팅하고 이 지지체로부터 박리시킨 양극 활물질 필름을 금속 집전체에 라미네이션하여 양극을 제조할 수 있다.As in the above-described negative electrode manufacturing, a slurry is prepared by mixing a positive electrode active material, a conductive material, a binder, and a solvent, and then directly coated on a metal current collector, or cast on a separate support, and a positive electrode active material film separated from the support A positive electrode can be manufactured by laminating the current collector.

상기 양극 활물질은 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2), Li[NixCoyMnzMv]O2(상기 식에서, M은 Al, Ga 및 In으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 원소이고; 0.3 ≤x<1.0, 0≤y, z≤0.5, 0≤v≤0.1, x+y+z+v=1이다), Li(LiaMb-a-b'M'b')O2 - cAc(상기 식에서, 0≤a≤0.2, 0.6≤b≤1, 0≤b'≤0.2, 0≤c≤0.2이고; M은 Mn과, Ni, Co, Fe, Cr, V, Cu, Zn 및 Ti로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하며; M'는 Al, Mg 및 B로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상이고, A는 P, F, S 및 N로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상이다.) 등의 층상 화합물이나 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 화합물; 화학식 Li1 + yMn2 - yO4 (여기서, y 는 0 - 0.33임), LiMnO3, LiMn2O3, LiMnO2 등의 리튬 망간 산화물; 리튬 동 산화물(Li2CuO2); LiV3O8, LiFe3O4, V2O5, Cu2V2O7 등의 바나듐 산화물; 화학식 LiNi1 - yMyO2 (여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B 또는 Ga 이고, y = 0.01 - 0.3임)으로 표현되는 Ni 사이트형 리튬 니켈 산화물; 화학식 LiMn2 - yMyO2 (여기서, M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn 또는 Ta 이고, y = 0.01 - 0.1임) 또는 Li2Mn3MO8 (여기서, M = Fe, Co, Ni, Cu 또는 Zn 임)으로 표현되는 리튬 망간 복합 산화물; 화학식의 Li 일부가 알칼리토금속 이온으로 치환된 LiMn2O4; 디설파이드 화합물; Fe2(MoO4)3 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.The positive electrode active material is lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ), lithium nickel oxide (LiNiO 2 ), Li[Ni x Co y Mn z M v ]O 2 (wherein M is selected from the group consisting of Al, Ga, and In. Any one or two or more of these elements; 0.3≦x<1.0, 0≦y, z≦0.5, 0≦v≦0.1, x+y+z+v=1), Li(Li a M ba- b 'M' b ') O 2 - c a c ( wherein, 0≤a≤0.2, 0.6≤b≤1, 0≤b'≤0.2, 0≤c≤0.2 and; M is Mn and, Ni, It includes at least one selected from the group consisting of Co, Fe, Cr, V, Cu, Zn, and Ti; M'is at least one selected from the group consisting of Al, Mg, and B, and A is P, F , S and N are at least one selected from the group consisting of.), etc. layered compounds or compounds substituted with one or more transition metals; Formula Li 1 + y Mn 2 - y O 4 ( where, y is 0 - 0.33), LiMnO 3, the lithium manganese oxide such as LiMn 2 O 3, LiMnO 2; Lithium copper oxide (Li 2 CuO 2 ); Vanadium oxides such as LiV 3 O 8 , LiFe 3 O 4 , V 2 O 5 , and Cu 2 V 2 O 7 ; Formula LiNi 1 - y M y O 2 ( where, the M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B or Ga, y = 0.01 - 0.3 Im) Ni site type lithium nickel oxide which is represented by; Formula LiMn 2 - y M y O 2 ( where, M = Co, Ni, Fe , Cr, and Zn, or Ta, y = 0.01 - 0.1 Im) or Li 2 Mn 3 MO 8 (where, M = Fe, Co, A lithium manganese composite oxide represented by Ni, Cu, or Zn); LiMn 2 O 4 in which part of Li in the formula is substituted with alkaline earth metal ions; Disulfide compounds; Fe 2 (MoO 4 ) 3 and the like may be mentioned, but the present invention is not limited thereto.

상기 분리막은 종래 분리막으로 사용되는 통상적인 다공성 고분자 필름, 예를 들어 에틸렌 단독중합체, 프로필렌 단독중합체, 에틸렌/부텐 공중합체, 에틸렌/헥센 공중합체 및 에틸렌/메타크릴레이트 공중합체 등과 같은 폴리올레핀계 고분자로 제조한 다공성 고분자 필름을 단독 또는 이들을 적층하여 사용할 수 있으며, 통상적인 다공성 부직포, 예를 들어 고융점의 유리 섬유, 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유 등으로 된 부직포, 폴리머 분리막 기재의 적어도 한 면 이상에 세라믹을 코팅하여 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The separator is a conventional porous polymer film used as a conventional separator, for example, a polyolefin-based polymer such as an ethylene homopolymer, a propylene homopolymer, an ethylene/butene copolymer, an ethylene/hexene copolymer, and an ethylene/methacrylate copolymer. The prepared porous polymer film can be used alone or by stacking them, and a conventional porous non-woven fabric, for example, a non-woven fabric made of high melting point glass fiber, polyethylene terephthalate fiber, etc., coating ceramic on at least one side of the polymer separator substrate It can be used, but is not limited thereto.

본 발명의 일 실시예에서 사용되는 전해액에 있어서, 전해질로 포함될 수 있는 리튬염은 이차전지용 전해액에 통상적으로 사용되는 것들이면 제한없이 사용될 수 있으며, 예를 들어, 상기 리튬염의 음이온으로는 F-, Cl-, I-, NO3 -, N(CN)2 -, BF4 -, ClO4 -, PF6 -, (CF3)2PF4 -, (CF3)3PF3 -, (CF3)4PF2 -, (CF3)5PF-, (CF3)6P-, CF3SO3 -, CF3CF2SO3 -, (CF3SO2)2N-, (FSO2)2N-, CF3CF2(CF3)2CO-, (CF3SO2)2CH-, (SF5)3C-, (CF3SO2)3C-, CF3(CF2)7SO3 -, CF3CO2 -, CH3CO2 -, SCN- 및 (CF3CF2SO2)2N-로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종을 사용할 수 있다.In the electrolytic solution for use in one embodiment of the present invention, a lithium salt which can be included in the electrolyte may be used without limitation, if the ones commonly used in the secondary battery, the electrolytic solution, for example, as the lithium salt, the anion is F -, Cl -, I -, NO 3 -, N (CN) 2 -, BF 4 -, ClO 4 -, PF 6 -, (CF 3) 2 PF 4 -, (CF 3) 3 PF 3 -, (CF 3 ) 4 PF 2 -, (CF 3) 5 PF -, (CF 3) 6 P -, CF 3 SO 3 -, CF 3 CF 2 SO 3 -, (CF 3 SO 2) 2 N -, (FSO 2) 2 N -, CF 3 CF 2 (CF 3) 2 CO -, (CF 3 SO 2) 2 CH -, (SF 5) 3 C -, (CF 3 SO 2) 3 C -, CF 3 (CF 2) 7 SO 3 -, CF 3 CO 2 -, CH 3 CO 2 -, SCN - may be used one selected from the group consisting of - and (CF 3 CF 2 SO 2) 2 N.

본 발명의 일 실시예에서 사용되는 전해액에 있어서, 전해액에 포함되는 유기 용매로는 통상적으로 사용되는 것들이면 제한없이 사용될 수 있으며, 대표적으로 프로필렌 카보네이트, 에틸렌 카보네이트, 디에틸카보네이트, 디메틸카보네이트, 에틸메틸카보네이트, 메틸프로필카보네이트, 디프로필카보네이트, 플루오로에틸렌카보네이트(fluoro-ethylene carbonate), 디메틸술폭사이드, 아세토니트릴, 디메톡시에탄, 디에톡시에탄, 비닐렌카보네이트, 술포란, 감마-부티로락톤, 프로필렌설파이트, 테트라하이드로퓨란, 메틸 포르메이트(methyl formate), 메틸 아세테이트(methyl acetate), 에틸 아세테이트(ethyl acetate), 이소프로필 아세테이트(isopropyl acetate), 이소아밀 아세테이트(isoamyl acetate), 메틸 프로피오네이트(methyl propionate), 에틸 프로피오네이트(ethyl propionate), 프로필 프로피오네이트(propyl propionate), 부틸 프로피오네이트(butyl propionate), 메틸 부틸레이트(methyl butylate) 및 에틸 부틸레이트(ethyl butylate)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있다.In the electrolytic solution used in an embodiment of the present invention, organic solvents included in the electrolytic solution may be used without limitation, as long as they are commonly used, and typically propylene carbonate, ethylene carbonate, diethyl carbonate, dimethyl carbonate, ethylmethyl Carbonate, methylpropyl carbonate, dipropyl carbonate, fluoro-ethylene carbonate, dimethyl sulfoxide, acetonitrile, dimethoxyethane, diethoxyethane, vinylene carbonate, sulfolane, gamma-butyrolactone, propylene Sulfite, tetrahydrofuran, methyl formate, methyl acetate, ethyl acetate, isopropyl acetate, isoamyl acetate, methyl propionate ( methyl propionate), ethyl propionate, propyl propionate, butyl propionate, methyl butylate and ethyl butylate Any one selected or a mixture of two or more of them may be used.

특히, 상기 카보네이트계 유기 용매 중 고리형 카보네이트인 에틸렌카보네이트 및 프로필렌카보네이트는 고점도의 유기 용매로서 유전율이 높아 전해질 내의 리튬염을 잘 해리시키므로 바람직하게 사용될 수 있으며, 이러한 고리형 카보네이트에 디메틸카보네이트 및 디에틸카보네이트와 같은 저점도, 저유전율 선형 카보네이트를 적당한 비율로 혼합하여 사용하면 높은 전기 전도율을 갖는 전해액을 만들 수 있어 더욱 바람직하게 사용될 수 있다.In particular, among the carbonate-based organic solvents, ethylene carbonate and propylene carbonate, which are cyclic carbonates, are highly viscous organic solvents and can be preferably used because they dissociate lithium salts in the electrolyte well due to their high dielectric constant. These cyclic carbonates include dimethyl carbonate and diethyl When a low viscosity, low dielectric constant linear carbonate such as carbonate is mixed and used in an appropriate ratio, an electrolyte solution having a high electrical conductivity can be prepared, and thus it can be more preferably used.

선택적으로, 본 발명에 따라 저장되는 전해액은 통상의 전해액에 포함되는 과충전 방지제 등과 같은 첨가제를 더 포함할 수 있다.Optionally, the electrolytic solution stored according to the present invention may further include an additive such as an overcharge preventing agent included in a conventional electrolytic solution.

양극과 음극 사이에 분리막을 배치하여 전극 조립체를 형성하고, 상기 전극 조립체를 원통형 전지 케이스 또는 각형 전지 케이스 또는 알루미늄 파우치에 넣은 다음, 전해질을 주입하면 이차전지가 완성된다. 또는 상기 전극조립체를 적층한 다음, 이를 전해액에 함침시키고, 얻어진 결과물을 전지 케이스에 넣어 밀봉하면 리튬 이차전지가 완성된다.A separator is disposed between the positive electrode and the negative electrode to form an electrode assembly, and the electrode assembly is placed in a cylindrical battery case, a prismatic battery case, or an aluminum pouch, and then an electrolyte is injected to complete a secondary battery. Alternatively, a lithium secondary battery is completed by laminating the electrode assembly, impregnating it in an electrolyte solution, and sealing the obtained resultant in a battery case.

본 발명에 따른 리튬 이차전지는 소형 디바이스의 전원으로 사용되는 전지셀에 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 다수의 전지셀들을 포함하는 중대형 전지모듈에 단위전지로도 바람직하게 사용될 수 있다. 상기 중대형 디바이스의 바람직한 예로는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 전력 저장용 시스템 등을 들 수 있지만, 이들 만으로 한정되는 것은 아니다.The lithium secondary battery according to the present invention can be used not only for a battery cell used as a power source for a small device, but also can be preferably used as a unit cell for a medium or large battery module including a plurality of battery cells. Preferred examples of the medium and large-sized devices include, but are not limited to, electric vehicles, hybrid electric vehicles, plug-in hybrid electric vehicles, and power storage systems.

이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.Hereinafter, examples will be described in detail to illustrate the present invention in detail. However, the embodiments according to the present invention may be modified in various forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described below. Embodiments of the present invention are provided to more completely describe the present invention to those of ordinary skill in the art.

<음극 활물질의 제조><Production of negative electrode active material>

비교예Comparative example 1-1 1-1

평균 입경(D50)이 21 ㎛인 조립 인조흑연 입자(a)로 음극 활물질을 준비하였다.A negative active material was prepared from granulated artificial graphite particles (a) having an average particle diameter (D50) of 21 µm.

실시예Example 1-1 1-1

평균 입경(D50)이 21 ㎛인 조립 인조흑연 입자(a) 및 평균 입경(D50)이 5 내지 10 ㎛인 미립 흑연입자 (b)를 중량비로 40:60으로 혼합한 흑연 입자(c)로 음극 활물질을 제조하였다. A negative electrode with graphite particles (c) obtained by mixing granulated artificial graphite particles (a) having an average particle diameter (D50) of 21 µm and fine graphite particles (b) having an average particle diameter (D50) of 5 to 10 µm at a weight ratio of 40:60 An active material was prepared.

<코인형 반쪽 전지의 제조><Manufacture of coin-type half battery>

비교예Comparative example 1-2 1-2

비교예 1-1에서 제조된 음극 활물질, 도전재로서 아세틸렌 블랙, 바인더 고분자로서 스티렌-부타디엔 고무를 사용하여, 95:1:4의 중량비로 혼합하고, 이들을 용매인 증류수에 혼합하여 슬러리를 제조하였다. 제조된 슬러리를 구리 집전체의 일면에 100 ㎛ 두께로 코팅하고, 건조 및 압연한 후 일정 크기로 펀칭(punching)하여 음극을 제조하였다. 에틸렌 카보네이트 및 디에틸 카보네이트를 30:70 중량비로 혼합하여 제조된 유기 용매 및 1.0 M의 LiPF6를 포함하는 혼합 용매에, 전해액 중량을 기준으로 비닐렌 카보네이트 10 중량%를 첨가하여 비수성 전해액을 제조하였다. 상대 전극(counter electrode)으로 리튬 금속 호일(foil)을 사용하였으며, 양 전극 사이에 폴리올레핀 분리막을 개재시킨 후 상기 전해액을 주입하여 코인형 반쪽 전지를 제조하였다.The negative electrode active material prepared in Comparative Example 1-1, acetylene black as a conductive material, and styrene-butadiene rubber as a binder polymer were used, mixed at a weight ratio of 95:1:4, and mixed with distilled water as a solvent to prepare a slurry. . The prepared slurry was coated on one surface of a copper current collector to a thickness of 100 μm, dried and rolled, and then punched to a predetermined size to prepare a negative electrode. A non-aqueous electrolyte was prepared by adding 10% by weight of vinylene carbonate based on the weight of the electrolyte to an organic solvent prepared by mixing ethylene carbonate and diethyl carbonate at a weight ratio of 30:70 and a mixed solvent containing 1.0 M LiPF 6 I did. A lithium metal foil was used as a counter electrode, and a polyolefin separator was interposed between both electrodes and the electrolyte was injected to prepare a coin-type half battery.

실시예Example 1-2 1-2

실시예 1-1에서 제조된 활물질을 사용하는 것을 제외하고 비교예 1-2와 동일한 방법으로 코인형 반쪽 전지를 제조하였다.A coin-type half-cell was manufactured in the same manner as in Comparative Example 1-2, except that the active material prepared in Example 1-1 was used.

평가예Evaluation example

비교예 1-1 및 실시예 1-1의 활물질의 입경 분포는 2차원적 스크린에 나타나는 fixel(channel) 단위를 카운트하여 계산하였으며, 이를 도 4 및 하기 표 1에 나타내었다. 도 4에서 Y축의 'Chan'은 channel을 의미한다. The particle size distribution of the active materials of Comparative Example 1-1 and Example 1-1 was calculated by counting the unit of fixel (channel) appearing on the two-dimensional screen, which is shown in FIG. 4 and Table 1 below. In FIG. 4,'Chan' on the Y-axis means a channel.

입경 분포Particle size distribution Dmin D min D10 D 10 D50 D 50 D90 D 90 비교예 1-1Comparative Example 1-1 4.24.2 11.111.1 21.021.0 37.037.0 실시예 1-1Example 1-1 2.52.5 6.36.3 15.615.6 32.432.4

코인셀 반쪽 전지를 제작하여, 충전(CCCV, 0.1 C, 1/200 C Cut) 및 방전(CC, 0.1C, 1.5 V) 조건으로 사이클을 진행하였다. 5번째 충전 후, 코인셀을 분해하자마자, 만충 음극의 두께를 측정하고, 그 결과를 하기 표 2에 기재하였다.A half coin cell battery was prepared and cycled under conditions of charging (CCCV, 0.1 C, 1/200 C Cut) and discharging (CC, 0.1 C, 1.5 V). After the fifth charge, as soon as the coin cell was disassembled, the thickness of the full negative electrode was measured, and the results are shown in Table 2 below.

스웰링 비교Swelling comparison 비교예 1-2Comparative Example 1-2 실시예 1-2Example 1-2 용량 로딩(mAh/cm2)Capacity loading (mAh/cm 2 ) 3.73.7 3.623.62 압연 밀도 A/V.D.Rolling density A/V.D. 1.681.68 1.651.65 충전전 전극의 두께 (㎛)Thickness of electrode before charging (㎛) 8686 5회 사이클후 만충전 상태에서의 두께 (㎛)Thickness at full charge after 5 cycles (㎛) 113 (표준편차 0.1)113 (standard deviation 0.1) 팽윤도(%)Swelling degree (%) 41.4 (표준편차 0.2)41.4 (standard deviation 0.2) 32.4 (표준편차 4.0)32.4 (standard deviation 4.0)

이상 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.Although the above description has been made with reference to the drawings according to the embodiments of the present invention, a person of ordinary skill in the field to which the present invention belongs will be able to perform various applications and modifications within the scope of the present invention based on the above contents.

Claims (5)

리튬 이차전지용 음극에 있어서,
상기 음극을 구성하는 음극 활물질이 5 ㎛ 내지 10 ㎛ 범위의 D50 평균 입경을 갖는 미립(微粒) 인조흑연 입자와 15 ㎛ 내지 25 ㎛의 D50 평균 입경을 갖는 조립(組粒) 인조흑연 입자만으로 이루어지고,
상기 미립 인조흑연 입자는 미립 인조흑연 입자와 조립 인조흑연 입자를 합한 중량에 대하여 5 내지 70 중량%의 양으로 포함되며,
상기 음극이 1.65 g/cc의 압축 밀도에서 15 내지 25 범위의 (004)/(110) 배향도를 가지고,
상기 조립 인조흑연 입자와 미립 인조흑연 입자는 모두 판상형인 것을 특징으로 하는 리튬이차전지용 음극.
In the negative electrode for a lithium secondary battery,
The negative electrode active material constituting the negative electrode consists only of fine-grained artificial graphite particles having a D50 average particle diameter in the range of 5 µm to 10 µm and granulated artificial graphite particles having a D50 average particle diameter of 15 µm to 25 µm. ,
The fine artificial graphite particles are included in an amount of 5 to 70% by weight based on the total weight of the fine artificial graphite particles and the granulated artificial graphite particles,
The negative electrode has a (004)/(110) orientation in the range of 15 to 25 at a compressive density of 1.65 g/cc,
The negative electrode for a lithium secondary battery, characterized in that both the granulated artificial graphite particles and the fine artificial graphite particles have a plate shape.
제1항에 있어서,
상기 미립 인조흑연 입자가 1.65 g/cc의 압축 밀도에서 3 내지 20 범위의 (004)/(110) 배향도를 갖고 상기 조립 인조흑연 입자가 1.65 g/cc의 압축 밀도에서 5 내지 20 범위의 (004)/(110) 배향도를 가지는 것을 특징으로 하는 리튬이차전지용 음극.
The method of claim 1,
The fine artificial graphite particles have a (004)/(110) orientation in the range of 3 to 20 at a compressive density of 1.65 g/cc, and the granulated artificial graphite particles have a (004) in the range of 5 to 20 at a compression density of 1.65 g/cc. )/(110) A negative electrode for a lithium secondary battery, characterized in that it has an orientation degree.
삭제delete 제1항에 있어서,
3 내지 5 ㎛ D50 평균 직경의 미립 인조흑연 입자가 도전재로 포함되는 것을 특징으로 하는 리튬이차전지용 음극.
The method of claim 1,
A negative electrode for a lithium secondary battery, characterized in that the fine artificial graphite particles having an average diameter of 3 to 5 μm D50 are included as a conductive material.
제1항, 제2항 및 제4항 중 어느 한 항에 기재된 음극을 포함하는 리튬이차전지.
A lithium secondary battery comprising the negative electrode according to any one of claims 1, 2 and 4.
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