KR102229459B1 - Cathode additives for lithium secondary battery and method for preparing the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 리튬 이차전지용 양극 첨가제에 관한 것으로, 상기 제조방법은
(1) Fe(NO3)3·9H2O 및 하기 화학식 1로 표시되는 환원제;를 혼합하고 반응시켜 FeOOH를 생성하는 단계;
(2) 상기 단계 (1)에서 생성된 FeOOH와 탄소나노구조체를 혼합하여 FeOOH-탄소 복합체를 생성하는 단계;
를 포함하는 리튬 이차전지용 양극 첨가제의 제조방법에 관한 것이다.
[화학식 1]
M1(BH4)X
상기 화학식 1에서, M1은 Li, Na, Mg, K 및 Ca 중에서 선택되는 어느 하나이고, X는 1 또는 2이다.
The present invention relates to a positive electrode additive for a lithium secondary battery, the manufacturing method
(1) Fe(NO 3 ) 3 ·9H 2 O and a reducing agent represented by the following Formula 1; mixing and reacting to produce FeOOH;
(2) mixing the FeOOH produced in step (1) and the carbon nanostructure to produce a FeOOH-carbon composite;
It relates to a method for producing a positive electrode additive for a lithium secondary battery comprising a.
[Formula 1]
M 1 (BH 4 ) X
In Formula 1, M 1 is any one selected from Li, Na, Mg, K, and Ca, and X is 1 or 2.

Description

리튬 이차전지용 양극 첨가제 및 이의 제조방법 {CATHODE ADDITIVES FOR LITHIUM SECONDARY BATTERY AND METHOD FOR PREPARING THE SAME}Positive electrode additive for lithium secondary battery and its manufacturing method {CATHODE ADDITIVES FOR LITHIUM SECONDARY BATTERY AND METHOD FOR PREPARING THE SAME}

본 발명은 리튬 이차전지용 양극 첨가제 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a positive electrode additive for a lithium secondary battery and a method of manufacturing the same.

최근 에너지 저장 기술에 대한 관심이 갈수록 높아지고 있다. 휴대폰, 캠코더 및 노트북 PC, 나아가서는 전기 자동차의 에너지까지 적용분야가 확대되면서 전기화학소자의 연구와 개발에 대한 노력이 점점 구체화되고 있다.Recently, interest in energy storage technology is increasing. As the fields of application to mobile phones, camcorders, notebook PCs, and even electric vehicles are expanded, efforts for research and development of electrochemical devices are increasingly being materialized.

전기화학소자는 이러한 측면에서 가장 주목을 받고 있는 분야이고 그 중에서도 충, 방전이 가능한 이차전지의 개발은 관심의 초점이 되고 있으며, 최근에는 이러한 전지를 개발함에 있어서 용량 밀도 및 에너지 효율을 향상시키기 위하여 새로운 전극과 전지의 설계에 대한 연구 개발로 진행되고 있다.Electrochemical devices are the field that is receiving the most attention in this respect, and among them, the development of secondary batteries capable of charging and discharging has become the focus of interest, and recently, in the development of such batteries, in order to improve capacity density and energy efficiency. Research and development on the design of new electrodes and batteries is underway.

현재 적용되고 있는 이차전지 중에서 1990년대 초에 개발된 리튬 이차전지는 수용액 전해액을 사용하는 Ni-MH, Ni-Cd, 황산-납 전지 등의 재래식 전지에 비해서 작동 전압이 높고 에너지 밀도가 월등히 크다는 장점으로 각광을 받고 있다. Among the currently applied secondary batteries, the lithium secondary battery developed in the early 1990s has the advantage of having a higher operating voltage and significantly higher energy density than conventional batteries such as Ni-MH, Ni-Cd, and sulfuric acid-lead batteries using aqueous electrolyte solutions. It is in the limelight.

특히 리튬-황(Li-S) 전지는 S-S 결합(Sulfur - sulfur bond)을 갖는 황 계열 물질을 양극 활물질로 사용하고, 리튬 금속을 음극 활물질로 사용하는 이차전지이다. 양극 활물질의 주재료인 황은 자원이 매우 풍부하고, 독성이 없으며, 낮은 원자당 무게를 가지고 있는 장점이 있다. 또한, 리튬-황 전지의 이론 방전 용량은 1,675mAh/g-sulfur이며, 이론 에너지밀도가 2,600Wh/kg로서, 현재 연구되고 있는 다른 전지시스템의 이론 에너지 밀도(Ni-MH 전지: 450Wh/kg, Li-FeS 전지: 480Wh/kg, Li-MnO2 전지: 1,000Wh/kg, Na-S 전지: 800Wh/kg)에 비하여 매우 높기 때문에 현재까지 개발되고 있는 전지 중에서 가장 유망한 전지이다.In particular, a lithium-sulfur (Li-S) battery is a secondary battery that uses a sulfur-based material having an SS bond (Sulfur-sulfur bond) as a positive electrode active material and lithium metal as a negative electrode active material. Sulfur, the main material of the positive electrode active material, has the advantage of being very rich in resources, non-toxic, and low weight per atom. In addition, the theoretical discharge capacity of the lithium-sulfur battery is 1,675mAh/g-sulfur, and the theoretical energy density is 2,600Wh/kg, and the theoretical energy density of other battery systems currently being studied (Ni-MH battery: 450Wh/kg, Li-FeS battery: 480Wh/kg, Li-MnO 2 battery: 1,000Wh/kg, Na-S battery: 800Wh/kg).

리튬-황 전지의 방전 반응 중 음극(Anode)에서는 리튬의 산화 반응이 발생하고, 양극(Cathode)에서는 황의 환원 반응이 발생한다. 방전 전의 황은 환형의 S8 구조를 가지고 있는데, 환원 반응(방전) 시 S-S 결합이 끊어지면서 S의 산화수가 감소하고, 산화 반응(충전) 시 S-S 결합이 다시 형성되면서 S의 산화수가 증가하는 산화-환원 반응을 이용하여 전기 에너지를 저장 및 생성한다. 이런 반응 중 황은 환형의 S8에서 환원 반응에 의해 선형 구조의 리튬 폴리설파이드(Lithium polysulfide, Li2Sx, x = 8, 6, 4, 2)로 변환되게 되며, 결국 이러한 리튬 폴리설파이드가 완전히 환원되면 최종적으로 리튬 설파이드(Lithium sulfide, Li2S)가 생성되게 된다. 각각의 리튬 폴리설파이드로 환원되는 과정에 의해 리튬-황 전지의 방전 거동은 일반적인 리튬 이온전지와는 달리 단계적으로 방전 전압을 나타내는 것이 특징이다. During the discharge reaction of a lithium-sulfur battery, an oxidation reaction of lithium occurs at the anode and a reduction reaction of sulfur occurs at the cathode. Sulfur before discharging has a cyclic S 8 structure, and the oxidation number of S decreases as the SS bond breaks during the reduction reaction (discharge), and the oxidation number of S increases as the SS bond is re-formed during the oxidation reaction (charging). It stores and generates electrical energy using a reduction reaction. During this reaction, sulfur is converted into linear lithium polysulfide (Lithium polysulfide, Li 2 S x , x = 8, 6, 4, 2) by a reduction reaction from the cyclic S 8, and eventually, this lithium polysulfide is completely converted. When reduced, lithium sulfide (Li 2 S) is finally produced. The discharge behavior of a lithium-sulfur battery by the process of being reduced to each lithium polysulfide is characterized by a stepwise discharge voltage, unlike a general lithium ion battery.

그러나 상기 리튬-황 전지의 방전 도중에 리튬 폴리설파이드(Li2Sx, x=2~8)가 전해질에 용해되고 음극으로 확산되어 여러 가지 부반응을 일으킬 뿐만 아니라 전기 화학 반응에 참여하는 황의 용량을 감소시킨다. 또한, 충전과정 중 상기 리튬 폴리설파이드는 셔틀반응(shuttle reaction)을 일으켜 충, 방전 효율을 크게 저하시키는 문제점을 가지고 있다.However, during the discharging of the lithium-sulfur battery, lithium polysulfide (Li 2 S x , x = 2 to 8) is dissolved in the electrolyte and diffused to the negative electrode, causing various side reactions and reducing the capacity of sulfur participating in the electrochemical reaction. Let it. In addition, during the charging process, the lithium polysulfide causes a shuttle reaction, which significantly reduces charging and discharging efficiency.

또한 황은 전기전도도가 5Х10-30 S/cm 로 부도체에 가까우므로 전기화학 반응으로 생성된 전자의 이동이 어려운 문제가 있다. 그래서, 원활한 전기 화학적 반응 사이트를 제공할 수 있는 탄소와 같은 전기적 도전재를 사용할 필요가 있었다. 이 때, 도전재와 황이 단순 혼합되어 사용된 경우는 산화-환원 반응시에 황이 전해질로 유출되어 전지 수명이 열화 될 뿐 아니라, 적절한 전해액을 선택하지 못하였을 경우에 황의 환원 물질인 리튬 폴리설파이드가 용출되어 더 이상 전기화학반응에 참여하지 못하게 되는 문제점이 있었다.In addition, since sulfur has an electrical conductivity of 5Х10 -30 S/cm, which is close to a non-conductor, it is difficult to move electrons generated by an electrochemical reaction. Therefore, it was necessary to use an electrically conductive material such as carbon that can provide a smooth electrochemical reaction site. In this case, when a conductive material and sulfur are simply mixed and used, sulfur is leaked into the electrolyte during the oxidation-reduction reaction, which deteriorates the battery life, and when an appropriate electrolyte is not selected, lithium polysulfide, which is a reducing material of sulfur, is used. There was a problem that it was eluted and no longer participated in the electrochemical reaction.

이와 같은 문제점을 해결하고 리튬 이차전지의 용량과 수명특성을 개선하기 위한 전극재료에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 그 중에서 전이금속 산화물들이 리튬 폴리설파이드 흡착능력이 있다는 보고들이 있으며, 이를 리튬 이차전지의 양극에 첨가하여 방전용량 증가 및 수명 특성 향상을 꾀하는 연구가 진행중이다. 다만 일반적으로 전이금속 산화물의 제조에 있어서 전지에 적용 가능한 작은 입자를 제조하는 것이 어렵고, 전이금속 산화물 자체의 도전성도 매우 낮기 때문에, 아직까지 이차전지의 전극 재료로 적합한 형태의 전이금속 산화물의 제조기술에 대한 연구가 활발하게 이루어지지 않고 있는 실정이다.Research on electrode materials for solving such problems and improving the capacity and life characteristics of lithium secondary batteries is being actively conducted. Among them, there are reports that transition metal oxides have lithium polysulfide adsorption capacity, and research is underway to increase discharge capacity and improve lifespan characteristics by adding this to the positive electrode of a lithium secondary battery. However, since it is generally difficult to produce small particles applicable to a battery in the manufacture of transition metal oxides, and the conductivity of the transition metal oxide itself is very low, the technology for manufacturing transition metal oxides in a form suitable as an electrode material for secondary batteries. There is no active research on this.

중국 공개특허 제101483236호, "일종 리튬 이온 전지 양극 재료 리튬 철 인산염/탄소 복합체의 제조 방법"Chinese Patent Laid-Open No. 101483236, "Method of manufacturing lithium iron phosphate/carbon composite material for positive electrode materials for lithium ion batteries" 일본 공개특허 제2002-270172호, "비수 전해질 리튬 2차 전지용 정극활물질 및 그 제조 방법"Japanese Patent Laid-Open Publication No. 2002-270172, "A positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte lithium secondary battery and its manufacturing method"

이에 본 발명에서는 다각적인 연구를 수행한 끝에, 리튬 폴리설파이드를 흡착하는 효과를 가진 수산화철(FeOOH)을 탄소나노구조체와 혼합하여 새로운 구성의 리튬 이차전지용 양극 첨가제를 전지에 적용한 결과, 추가적인 도전재 없이도 리튬 이차전지의 방전용량, 보존용량 등이 향상되고 수명특성이 개선되는 사실을 확인하여 본 발명을 완성하였다.Accordingly, in the present invention, after conducting various researches, iron hydroxide (FeOOH), which has an effect of adsorbing lithium polysulfide, was mixed with a carbon nanostructure to apply a new positive electrode additive for lithium secondary batteries to the battery. The present invention was completed by confirming that the discharge capacity, storage capacity, etc. of the lithium secondary battery are improved and the life characteristics are improved.

따라서, 본 발명의 목적은 리튬 이차전지용 양극 첨가제 및 이의 제조방법을 제공하는데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a positive electrode additive for a lithium secondary battery and a method for manufacturing the same.

또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 제조방법에 의해 제조되는 리튬 이차전지용 양극 첨가제를 포함하는 리튬 이차전지용 양극을 제공하는데 있다.In addition, another object of the present invention is to provide a positive electrode for a lithium secondary battery comprising a positive electrode additive for a lithium secondary battery manufactured by the above manufacturing method.

또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 양극 첨가제를 포함하여 방전용량 및 보존용량이 향상되고 수명특성이 개선된 리튬 이차전지를 제공하는데 있다.In addition, another object of the present invention is to provide a lithium secondary battery including the positive electrode additive with improved discharge capacity and storage capacity and improved lifespan characteristics.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은,In order to achieve the above object, the present invention,

(1) Fe(NO3)3·9H2O 및 하기 화학식 1로 표시되는 환원제;를 혼합하고 반응시켜 FeOOH를 생성하는 단계;(1) Fe(NO 3 ) 3 ·9H 2 O and a reducing agent represented by the following Formula 1; mixing and reacting to produce FeOOH;

(2) 상기 단계 (1)에서 생성된 FeOOH와 탄소나노구조체를 혼합하여 FeOOH-탄소 복합체를 생성하는 단계;(2) mixing the FeOOH produced in step (1) and the carbon nanostructure to produce a FeOOH-carbon composite;

를 포함하는 리튬 이차전지용 양극 첨가제의 제조방법을 제공한다.It provides a method for producing a positive electrode additive for a lithium secondary battery comprising a.

[화학식 1][Formula 1]

M1(BH4)X M 1 (BH 4 ) X

상기 화학식 1에서, M1은 Li, Na, Mg, K 및 Ca 중에서 선택되는 어느 하나이고, X는 1 또는 2이다.In Formula 1, M 1 is any one selected from Li, Na, Mg, K, and Ca, and X is 1 or 2.

본 발명의 일 구체예는 상기 단계(1)의 Fe(NO3)3·9H2O 는 0.04 내지 0.08 M의 수용액의 형태로 사용되는 것이다.In one embodiment of the present invention, the Fe(NO 3 ) 3 ·9H 2 O of step (1) is used in the form of an aqueous solution of 0.04 to 0.08 M.

본 발명의 일 구체예는 상기 단계(1)의 화학식 1로 표시되는 환원제는 0.2 내지 0.5 M의 수용액의 형태로 사용되는 것이다.In one embodiment of the present invention, the reducing agent represented by Formula 1 in step (1) is used in the form of an aqueous solution of 0.2 to 0.5 M.

본 발명의 일 구체예는 상기 단계(1)에서의 혼합은 10 내지 120 초 동안 실시되는 것이다.In one embodiment of the present invention, the mixing in step (1) is carried out for 10 to 120 seconds.

본 발명의 일 구체예는 상기 단계(1)에서의 반응 온도는 20 내지 25 ℃ 인 것이다.In one embodiment of the present invention, the reaction temperature in step (1) is 20 to 25°C.

본 발명의 일 구체예는 상기 단계(1)에서의 반응 시간은 40분 내지 12시간인 것이다.In one embodiment of the present invention, the reaction time in step (1) is 40 minutes to 12 hours.

본 발명의 일 구체예는 상기 단계 (1) 이후에 여과 단계를 더 포함하는 것이다.One embodiment of the present invention is to further include a filtering step after step (1).

본 발명의 일 구체예는 상기 단계 (2) 이후에 70 내지 90 ℃에서 6 내지 12 시간 동안 실시되는 건조 단계를 더 포함하는 것이다.One embodiment of the present invention is to further include a drying step carried out for 6 to 12 hours at 70 to 90 ℃ after the step (2).

또한 본 발명은,In addition, the present invention,

활물질, 도전재 및 바인더를 포함하는 리튬 이차전지용 양극으로서,As a positive electrode for a lithium secondary battery comprising an active material, a conductive material and a binder,

상기 양극은 FeOOH-탄소 복합체를 포함하는 리튬 이차전지용 양극을 제공한다.The positive electrode provides a positive electrode for a lithium secondary battery comprising a FeOOH-carbon composite.

본 발명의 일 구체예는 상기 FeOOH-탄소 복합체의 함량이 리튬 이차전지 양극에 포함되는 베이스 고형분 100 중량부 대비 0.1 내지 15 중량부인 것이다.In one embodiment of the present invention, the content of the FeOOH-carbon composite is 0.1 to 15 parts by weight based on 100 parts by weight of the base solid content contained in the lithium secondary battery positive electrode.

본 발명의 일 구체예는 상기 FeOOH-탄소 복합체가 탄소나노튜브(CNT) 또는 탄소나노섬유(CNF)를 포함하는 것이다.In one embodiment of the present invention, the FeOOH-carbon composite includes carbon nanotubes (CNT) or carbon nanofibers (CNF).

본 발명의 일 구체예는 상기 탄소나노튜브의 직경은 5 내지 50 nm 이고, 그 길이는 100 nm 내지 1 ㎛인 것이다.In one embodiment of the present invention, the diameter of the carbon nanotube is 5 to 50 nm, and the length is 100 nm to 1 μm.

본 발명의 일 구체예는 상기 탄소나노섬유의 직경은 50 내지 100 nm 이고, 그 길이는 1 내지 5 ㎛ 인 것이다.In one embodiment of the present invention, the diameter of the carbon nanofibers is 50 to 100 nm, and the length is 1 to 5 μm.

본 발명의 일 구체예는 상기 FeOOH-탄소 복합체의 FeOOH가 그 평균 입경이 10 내지 500 nm인 것이다. In one embodiment of the present invention, the FeOOH of the FeOOH-carbon composite has an average particle diameter of 10 to 500 nm.

본 발명의 일 구체예는 상기 FeOOH-탄소 복합체가 그 평균 입경이 1 내지 50 ㎛인 것이다.In one embodiment of the present invention, the FeOOH-carbon composite has an average particle diameter of 1 to 50 μm.

또한 본 발명은,In addition, the present invention,

양극, 음극, 이들 사이에 개재된 분리막 및 전해질을 포함하되,Including a positive electrode, a negative electrode, a separator and an electrolyte interposed therebetween,

상기 양극은 상술한 리튬 이차전지용 양극인 리튬 이차전지를 제공한다.The positive electrode provides a lithium secondary battery that is the positive electrode for the lithium secondary battery described above.

본 발명의 일 구체예는 상기 리튬 이차전지가 리튬-황 전지인 것이다.In one embodiment of the present invention, the lithium secondary battery is a lithium-sulfur battery.

본 발명에 따른 리튬 이차전지용 양극 첨가제는 리튬 폴리설파이드를 흡착하는 효과를 가진 FeOOH와 탄소나노구조체의 복합체로써, 본 발명의 제조방법에 의하면 리튬 이차전지에 적용 가능한 작고 균일한 크기의 FeOOH 입자를 제조할 수 있고, 이에 따라 탄소나노구조체에 FeOOH가 잘 분산된 형태로 리튬 이차전지를 제조할 수 있는 이점이 있다. 또한 상기 첨가제를 포함하는 리튬 이차전지는 탄소나노구조체로 사용되는 탄소나노튜브 내지 탄소나노섬유를 포함함으로써 도전재를 대체할 만한 수준의 전기 전도성과 분산성을 가질 수 있다.The positive electrode additive for a lithium secondary battery according to the present invention is a composite of FeOOH and a carbon nanostructure having an effect of adsorbing lithium polysulfide, and according to the manufacturing method of the present invention, FeOOH particles of small and uniform size applicable to a lithium secondary battery are prepared. In this way, there is an advantage of manufacturing a lithium secondary battery in a form in which FeOOH is well dispersed in the carbon nanostructure. In addition, the lithium secondary battery including the additive may include carbon nanotubes or carbon nanofibers used as carbon nanostructures, thereby having electrical conductivity and dispersibility comparable to a conductive material.

상기 양극 첨가제를 포함하는 양극이 구비된 리튬 이차전지는 추가적인 도전재 없이도 리튬 이차전지의 방전용량, 보존용량 등이 향상되고 수명특성이 개선되는 이점을 갖는다.The lithium secondary battery provided with the positive electrode including the positive electrode additive has the advantage of improving the discharge capacity and storage capacity of the lithium secondary battery and improving the life characteristics without an additional conductive material.

도 1은 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 리튬 이차전지용 양극 첨가제의 제조방법 모식도를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 리튬 이차전지용 양극 첨가제의 SEM 사진이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 리튬 이차전지용 양극 첨가제의 SEM 사진이다.
도 4는 본 발명의 비교예에 따른 리튬 이차전지용 양극 첨가제의 SEM 사진이다.
도 5는 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 리튬 이차전지의 방전용량을 보여주는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 리튬 이차전지의 수명특성을 보여주는 그래프이다.
1 is a schematic diagram showing a method of manufacturing a positive electrode additive for a lithium secondary battery according to Examples and Comparative Examples of the present invention.
2 is a SEM photograph of a positive electrode additive for a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention.
3 is a SEM photograph of a positive electrode additive for a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention.
4 is a SEM photograph of a positive electrode additive for a lithium secondary battery according to a comparative example of the present invention.
5 is a graph showing discharge capacity of lithium secondary batteries according to Examples and Comparative Examples of the present invention.
6 is a graph showing life characteristics of lithium secondary batteries according to Examples and Comparative Examples of the present invention.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 본 명세서에 한정되지 않는다.Hereinafter, it will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those of ordinary skill in the art can easily implement the present invention. However, the present invention may be implemented in various different forms, and is not limited to this specification.

도면에서는 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분을 생략하였고, 명세서 전체를 통해 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 사용하였다. 또한, 도면에서 표시된 구성요소의 크기 및 상대적인 크기는 실제 축척과는 무관하며, 설명의 명료성을 위해 축소되거나 과장된 것일 수 있다.In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted in order to clearly describe the present invention, and similar reference numerals are used for similar parts throughout the specification. In addition, the size and relative size of the components indicated in the drawings are not related to the actual scale, and may be reduced or exaggerated for clarity of description.

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 명세서에서 사용되고 있는 용어 “복합체(composite)”란 두 가지 이상의 재료가 조합되어 물리적, 화학적으로 서로 다른 상(phase)를 형성하면서 보다 유효한 기능을 발현하는 물질을 의미한다.The term “composite” as used herein refers to a material that exhibits more effective functions while forming different phases physically and chemically by combining two or more materials.

본 발명은 FeOOH-탄소 복합체를 포함하는 리튬 이차전지용 양극 첨가제 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 리튬 폴리설파이드의 흡착능력이 있는 수산화철과 탄소나노구조체의 복합체를 형성하고 이를 리튬 이차전지에 적용함으로서 방전용량과 수명특성이 향상된 리튬 이차전지를 구현할 수 있는 리튬 이차전지용 양극 첨가제 및 이를 제조할 수 있는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a positive electrode additive for a lithium secondary battery including a FeOOH-carbon composite and a method for manufacturing the same, wherein the discharge capacity by forming a composite of iron hydroxide and a carbon nanostructure having lithium polysulfide adsorption capacity and applying it to a lithium secondary battery The present invention relates to a positive electrode additive for a lithium secondary battery that can implement a lithium secondary battery with improved over-life characteristics, and a method of manufacturing the same.

리튬 이차전지는 리튬 이온의 삽입/탈리(intercalation / deintercalation) 가 가능한 물질을 음극 및 양극으로 사용하고, 음극과 양극 사이에 유기 전해액 또는 폴리머 전해액을 충전시켜 제조하며, 리튬 이온이 양극 및 음극에서 삽입 및 탈리될 때의 산화/환원반응에 의하여 전기적 에너지를 생성하는 전기 화학 소자를 의미하며, 본 발명의 일 구현예에 따르면 상기 리튬 이차전지는 양극의 전극 활물질로 '황'을 포함하는 리튬-황 전지일 수 있다.Lithium secondary batteries are manufactured by using materials capable of intercalation / deintercalation of lithium ions as negative and positive electrodes, and by charging an organic electrolyte or polymer electrolyte between the negative and positive electrodes, and lithium ions are inserted from the positive and negative electrodes. And an electrochemical device that generates electrical energy through oxidation/reduction reactions when desorbed. According to an embodiment of the present invention, the lithium secondary battery includes lithium-sulfur as an electrode active material of a positive electrode. It can be a battery.

리튬 이차전지용 양극 첨가제의 제조방법Manufacturing method of positive electrode additive for lithium secondary battery

본 발명의 리튬 이차전지용 양극 첨가제의 제조방법은 The manufacturing method of the positive electrode additive for a lithium secondary battery of the present invention

(1) Fe(NO3)3·9H2O 및 하기 화학식 1로 표시되는 환원제;를 혼합하고 반응시켜 FeOOH를 생성하는 단계;(1) Fe(NO 3 ) 3 ·9H 2 O and a reducing agent represented by the following Formula 1; mixing and reacting to produce FeOOH;

(2) 상기 단계 (1)에서 생성된 FeOOH와 탄소나노구조체를 혼합하여 FeOOH-탄소 복합체를 생성하는 단계;(2) mixing the FeOOH produced in step (1) and the carbon nanostructure to produce a FeOOH-carbon composite;

를 포함할 수 있다.It may include.

[화학식 1][Formula 1]

M1(BH4)X M 1 (BH 4 ) X

상기 화학식 1에서, M1은 Li, Na, Mg, K 및 Ca 중에서 선택되는 어느 하나이고, X는 1 또는 2이다.In Formula 1, M 1 is any one selected from Li, Na, Mg, K, and Ca, and X is 1 or 2.

먼저 리튬 이차전지용 양극 첨가제의 제조방법은 Fe(NO3)3·9H2O 및 하기 화학식 1로 표시되는 환원제;를 혼합하고 반응시켜 FeOOH를 생성하는 단계 (1)을 포함한다. First, a method of preparing a positive electrode additive for a lithium secondary battery includes a step (1) of mixing and reacting Fe(NO 3 ) 3 ·9H 2 O and a reducing agent represented by the following formula (1) to produce FeOOH.

이때, 상기 Fe(NO3)3·9H2O 및 상기 화학식 1로 표시되는 환원제는 모두 수용액 형태로 사용될 수 있으며, 상기 화학식 1로 표시되는 환원제 수용액에 상기 Fe(NO3)3·9H2O 수용액을 첨가시켜 혼합하고 반응시키는 것일 수 있다.At this time, the Fe(NO 3 ) 3 ·9H 2 O and the reducing agent represented by Formula 1 may be used in the form of an aqueous solution, and the Fe(NO 3 ) 3 ·9H 2 O in the reducing agent aqueous solution represented by Formula 1 It may be mixed and reacted by adding an aqueous solution.

만약, 반대의 순서로 혼합과 반응을 진행할 경우 제조되는 FeOOH의 순도가 저하될 수 있다. 즉, 상기 Fe(NO3)3·9H2O 수용액에 상기 화학식 1로 표시되는 환원제 수용액을 첨가시켜 혼합하고 반응시킬 경우 제조되는 FeOOH의 순도가 저하될 수 있다.If mixing and reaction are performed in the reverse order, the purity of FeOOH produced may be lowered. That is, when the Fe(NO 3 ) 3 ·9H 2 O aqueous solution is mixed and reacted by adding the reducing agent aqueous solution represented by Chemical Formula 1, the purity of FeOOH produced may be lowered.

상기 Fe(NO3)3·9H2O 수용액은 0.04 내지 0.08 M, 바람직하게는 0.05 내지 0.06 M 일 수 있으며, 0.04 M 미만이면 FeOOH의 제조 수율이 낮아질 수 있고, 0.08 M 초과이면 제조되는 FeOOH의 물성이 리튬 이차전지의 양극재로 적용하기에 적합하지 않을 수 있다. The Fe(NO 3 ) 3 ·9H 2 O aqueous solution may be 0.04 to 0.08 M, preferably 0.05 to 0.06 M, and if it is less than 0.04 M, the production yield of FeOOH may be lowered, and if it exceeds 0.08 M, the produced FeOOH Physical properties may not be suitable for application as a cathode material for lithium secondary batteries.

상기 화학식 1로 표시되는 환원제 수용액은 0.2 내지 0.5 M, 바람직하게는 0.3 내지 0.4 M의 수용액의 형태일 수 있으며, 0.2 M 미만이면 FeOOH가 제조되지 않고, 0.5 M 초과이면 반응이 진행되지 않을 수 있다.The reducing agent aqueous solution represented by Formula 1 may be in the form of an aqueous solution of 0.2 to 0.5 M, preferably 0.3 to 0.4 M, and if it is less than 0.2 M, FeOOH is not produced, and if it is more than 0.5 M, the reaction may not proceed. .

본 발명의 바람직한 일 구현예에 의하면, 상기 화학식 1로 표시되는 첨가물은 NaBH4 일 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the additive represented by Chemical Formula 1 may be NaBH 4.

Fe(NO3)3·9H2O 수용액과 NaBH4 수용액을 반응시킬 경우, Fe3 + 양이온이 Fe 금속 형태로 전환된 이후 수용액 상에서 자연스럽게 FeOOH가 합성될 수 있다.When the Fe(NO 3 ) 3 ·9H 2 O aqueous solution and the NaBH 4 aqueous solution are reacted, FeOOH can be naturally synthesized in the aqueous solution after the Fe 3 + cation is converted to the Fe metal form.

상기 Fe(NO3)3·9H2O 과 상기 화학식 1로 표시되는 환원제의 혼합은 단시간 내에 이루어질 수 있으며, 10 내지 120초, 바람직하게는 50 내지 80초 내에 이루어질 수 있다. 상기 혼합 시간이 10초 미만이면 혼합이 지나치게 빠르게 이루어져 기체가 한꺼번에 발생하므로 반응이 불균일하게 진행될 수 있고, 120 초 초과이면 혼합 속도가 느리므로 혼합 시 초기에 반응하여 생성된 물질과 후기에 반응하여 생성된 물질의 상이 다를 수 있다.Mixing of the Fe(NO 3 ) 3 ·9H 2 O and the reducing agent represented by Formula 1 may be performed within a short time, and may be performed within 10 to 120 seconds, preferably 50 to 80 seconds. If the mixing time is less than 10 seconds, the mixture is too fast and gas is generated at once, so the reaction may proceed unevenly, and if the mixing time is more than 120 seconds, the mixing speed is slow. The phase of the material may be different.

또한, 상기 반응 온도는 10 내지 60 ℃, 바람직하게는 20 내지 50 ℃, 보다 바람직하게는 20 내지 25 ℃일 수 있으며, 반응 온도가 10 ℃ 미만이면 반응이 진행되지 않을 수 있고, 60 ℃ 초과이면 제조되는 FeOOH의 물성이 변성될 수 있다. 또한, 반응속도 조절을 위해서 20 내지 25 ℃로 유지시키며 반응시키는 것이 바람직할 수 있다.In addition, the reaction temperature may be 10 to 60 ℃, preferably 20 to 50 ℃, more preferably 20 to 25 ℃, the reaction may not proceed if the reaction temperature is less than 10 ℃, if it is more than 60 ℃ The physical properties of the produced FeOOH may be modified. In addition, it may be desirable to react while maintaining the reaction rate at 20 to 25° C. for controlling the reaction rate.

또한, 상기 반응 시간은 10 분 내지 20 시간, 바람직하게는, 40 분 내지 2 시간일 수 있으며, 10 분 미만일 경우 FeOOH가 형성되지 않을 수 있고, 20 시간 초과일 경우 FeOOH의 형상이 리튬 이차전지의 양극재로 적합하지 않은 형상일 수 있으며, 특히 40분 내지 2시간 동안 반응시킬 경우 FeOOH의 원하는 물성을 잃어버리지 않고 유지할 수 있다.In addition, the reaction time may be 10 minutes to 20 hours, preferably, 40 minutes to 2 hours, if less than 10 minutes, FeOOH may not be formed, and if it exceeds 20 hours, the shape of FeOOH is the lithium secondary battery. It may have a shape that is not suitable as a cathode material, and in particular, when reacted for 40 minutes to 2 hours, the desired physical properties of FeOOH can be maintained without losing.

한편, 상기 Fe(NO3)3·9H2O 수용액과 상기 화학식 1로 표시되는 첨가제 수용액을 반응시켜 FeOOH를 생성하는 단계 (1) 이후에, 여과하는 단계를 더 포함할 수 있다. On the other hand, after the step (1) of generating FeOOH by reacting the Fe(NO 3 ) 3 ·9H 2 O aqueous solution and the additive aqueous solution represented by Chemical Formula 1, filtering may be further included.

상기 단계 (1)의 결과 생성되는 FeOOH는 겔(gel) 형태일 수 있으며, 상기 여과하는 단계는 당업계에서 통상적으로 사용되는 여과 공정에 의해 실시될 수 있으며, 예컨대, 여과지를 이용할 수 있다.The FeOOH produced as a result of the step (1) may be in the form of a gel, and the filtering may be performed by a filtration process commonly used in the art, and for example, filter paper may be used.

다음으로 본 발명은 상기 단계 (1)에서 생성된 겔 형태의 FeOOH와 탄소나노구조체를 혼합하여 FeOOH-탄소 복합체를 생성하는 단계 (2)를 포함할 수 있다.Next, the present invention may include a step (2) of producing a FeOOH-carbon composite by mixing the gel-like FeOOH and carbon nanostructures produced in step (1).

이때 상기 탄소나노구조체는 탄소나노튜브(CNT) 또는 탄소나노섬유(CNF)일 수 있으며, 바람직하게는 탄소나노튜브일 수 있다.At this time, the carbon nanostructure may be a carbon nanotube (CNT) or a carbon nanofiber (CNF), preferably a carbon nanotube.

상기 탄소나노튜브의 직경은 5 내지 50 nm 이고, 그 길이는 100nm 내지 1 ㎛일 수 있다. 만일 탄소나노튜브의 직경이 상기 범위 미만인 경우 원재료의 가격이 비싸 전지의 제조 단가가 상승하여 경제적이지 못할 수 있고, 상기 범위를 초과하는 경우 큰 직경의 탄소나노튜브가 포함됨으로 인해 전극 내 많은 기공이 발생하여 에너지 밀도 측면에서 저해요소가 있으므로 상기 범위에서 적절히 조절한다.The carbon nanotubes may have a diameter of 5 to 50 nm and a length of 100 nm to 1 μm. If the diameter of the carbon nanotubes is less than the above range, the cost of the raw material is expensive and the manufacturing cost of the battery may increase, which may not be economical. If the diameter of the carbon nanotubes exceeds the above range, the large diameter carbon nanotubes are included, resulting in a large number of pores in the electrode. It is generated and has an inhibitory factor in terms of energy density, so it is appropriately adjusted within the above range.

또한 탄소나노튜브의 길이가 상기 범위 미만인 경우 탄소나노튜브간의 접촉 저항이 커져서 전지의 과전압 발생의 우려가 있고, 상기 범위를 초과하는 경우 전극 제작을 위한 슬러리 제조시 흐름성에 문제가 있을 수 있다.In addition, when the length of the carbon nanotubes is less than the above range, the contact resistance between the carbon nanotubes increases, and there is a concern of occurrence of an overvoltage of the battery, and when the length of the carbon nanotubes exceeds the above range, there may be a problem in flowability when preparing a slurry for manufacturing an electrode.

상기 탄소나노섬유의 직경은 50 내지 100 nm 이고, 그 길이는 1 내지 5 ㎛일 수 있다. 만일 탄소나노섬유의 직경이 상기 범위 미만인 경우 원재료의 가격이 비싸 전지의 제조 단가가 상승하여 경제적이지 못할 수 있고, 상기 범위를 초과하는 경우 FeOOH가 담지될 탄소나노섬유의 비표면적이 감소되어 전지의 성능을 저하시키는 문제가 있을 수 있고, 상기 범위를 초과하는 경우 전극 제작을 위한 슬러리 제조시 흐름성에 문제가 있을 수 있으므로 상기 범위에서 적절히 조절한다.The carbon nanofibers may have a diameter of 50 to 100 nm, and a length of 1 to 5 μm. If the diameter of the carbon nanofiber is less than the above range, the cost of the raw material is expensive, so the manufacturing cost of the battery may increase, which may not be economical.If the diameter of the carbon nanofiber exceeds the above range, the specific surface area of the carbon nanofiber on which FeOOH is to be supported decreases. There may be a problem of deteriorating the performance, and if it exceeds the above range, there may be a problem in flowability when preparing a slurry for manufacturing an electrode.

상기 단계 (2)에서 생성되는 FeOOH-탄소 복합체의 경우, 탄소나노튜브를 사용하였을 때 포함되는 FeOOH는 그 평균 입경이 10 내지 100 nm 일 수 있으며, 바람직하게는 10 내지 50 nm 일 수 있다. 또한 탄소나노섬유를 사용한 경우에 포함되는 FeOOH는 그 평균 입경이 50 내지 500 nm일 수 있으며, 바람직하게는 100 내지 200 nm 일 수 있다.In the case of the FeOOH-carbon composite produced in step (2), FeOOH contained when using carbon nanotubes may have an average particle diameter of 10 to 100 nm, preferably 10 to 50 nm. In addition, FeOOH contained in the case of using carbon nanofibers may have an average particle diameter of 50 to 500 nm, preferably 100 to 200 nm.

만일 상기 단계(1)의 생성물인 겔 형태의 FeOOH를 여과 후에 바로 건조 단계를 진행하여 양극 첨가제를 제조하는 경우, FeOOH가 자가 응집 반응을 일으켜 100 nm 내지 1 ㎛ 수준의 큰 입자가 형성된다. 그러나 본 발명에 따른 단계 (2)를 추가로 포함하여 제조하게 되면 탄소나노구조에 담지된 작고 균일한 크기의 FeOOH를 제조하는 것이 가능하게 된다.If the product of step (1), FeOOH in the form of a gel is filtered and then dried to prepare a positive electrode additive, FeOOH causes an auto-aggregation reaction to form large particles of a level of 100 nm to 1 µm. However, it is possible to manufacture FeOOH of a small and uniform size supported on the carbon nanostructure by further including step (2) according to the present invention.

본 발명은 또한 단계 (2) 이후 건조 단계를 더 포함할 수 있으며, 상기 건조시키는 단계는 70 내지 90 ℃에서 6 내지 12 시간 동안 실시될 수 있다.The present invention may further include a drying step after step (2), and the drying step may be carried out at 70 to 90° C. for 6 to 12 hours.

상기 건조 온도가 70 ℃ 미만이거나 건조 시간이 6 시간 미만이면 완전히 건조되지 않아 입자 형태의 FeOOH를 얻을 수 없고, 90 ℃ 초과이거나 12 시간 초과이면 남아 있는 물이 끓게 되어 FeOOH의 물성이 변성될 수 있다. If the drying temperature is less than 70° C. or the drying time is less than 6 hours, it is not completely dried and thus FeOOH in the form of particles cannot be obtained. If the drying temperature is more than 90° C. or more than 12 hours, the remaining water boils and the physical properties of FeOOH may be denatured. .

전술한 바와 같은 방법에 의해 제조된 FeOOH는 레피도크로사이트(γ -FeOOH) 일 수 있으며, 구체적으로는 결정성 γ -FeOOH 일 수 있다. FeOOH prepared by the method as described above may be repidocrosite (γ -FeOOH), and specifically, may be crystalline γ -FeOOH.

리튬 이차전지용 양극Anode for lithium secondary battery

본 발명은 상기의 제조방법에 의해 제조되는 리튬 이차전지용 양극 첨가제를 포함하는 리튬 이차전지용 양극을 제공한다. 구체적으로는 본 발명은 활물질, 도전재 및 바인더를 포함하는 리튬 이차전지용 양극으로서, 상기 양극은 FeOOH-탄소 복합체를 포함하는 리튬 이차전지용 양극을 제공한다.The present invention provides a positive electrode for a lithium secondary battery comprising a positive electrode additive for a lithium secondary battery manufactured by the above manufacturing method. Specifically, the present invention provides a positive electrode for a lithium secondary battery comprising an active material, a conductive material, and a binder, wherein the positive electrode includes a FeOOH-carbon composite.

이때, 리튬 이차전지의 양극은 전류 집전체 및 상기 집전체의 적어도 일면에 형성된 전극 활물질층을 포함할 수 있으며, 상기 전극 활물질층은 활물질, 도전재 및 바인더가 포함된 베이스 고형분을 포함할 수 있다.In this case, the positive electrode of the lithium secondary battery may include a current collector and an electrode active material layer formed on at least one surface of the current collector, and the electrode active material layer may include a base solid containing an active material, a conductive material, and a binder. .

상기 집전체로는 도전성이 우수한 알루미늄, 니켈 등을 사용하는 것이 바람직할 수 있다.As the current collector, it may be preferable to use aluminum, nickel, or the like having excellent conductivity.

일 구현예로, 상기 활물질, 도전재, 및 바인더를 포함하는 베이스 고형분 100 중량부 기준으로 상기 FeOOH-탄소 복합체를 0.1 내지 15 중량부를 포함할 수 있고 구체적으로 1 내지 15 중량부, 바람직하게는 5 내지 10 중량부를 포함할 수 있다. 상기 수치 범위의 하한값 미만인 경우에는 폴리설파이드의 흡착 효과가 미미할 수 있고, 상한값을 초과하는 경우에는 전극의 용량이 줄어들어, 바람직하지 않다. 상기 FeOOH-탄소 복합체는 본 발명에서 제시하는 제조방법에 의해 제조된 FeOOH-탄소 복합체를 사용할 수 있다.In one embodiment, 0.1 to 15 parts by weight of the FeOOH-carbon composite may be included based on 100 parts by weight of the base solid content including the active material, the conductive material, and the binder, and specifically 1 to 15 parts by weight, preferably 5 It may contain to 10 parts by weight. If it is less than the lower limit of the numerical range, the adsorption effect of polysulfide may be insignificant, and if it exceeds the upper limit, the capacity of the electrode decreases, which is not preferable. The FeOOH-carbon composite may be a FeOOH-carbon composite prepared by the manufacturing method presented in the present invention.

일 구현예로 상기 FeOOH-탄소 복합체는 탄소나노튜브(CNT) 또는 탄소나노섬유(CNF)를 포함할 수 있으며, 바람직하게는 탄소나노튜브일 수 있다.In one embodiment, the FeOOH-carbon composite may include carbon nanotubes (CNT) or carbon nanofibers (CNF), preferably carbon nanotubes.

상기 탄소나노튜브의 직경은 5 내지 50 nm 이고, 그 길이는 100nm 내지 1 ㎛일 수 있다. 만일 탄소나노튜브의 직경이 상기 범위 미만인 경우 원재료의 가격이 비싸 전지의 제조 단가가 상승하여 경제적이지 못할 수 있고, 상기 범위를 초과하는 경우 큰 직경의 탄소나노튜브가 포함됨으로 인해 전극 내 많은 기공이 발생하여 에너지 밀도 측면에서 저해요소가 있으므로 상기 범위에서 적절히 조절한다.The carbon nanotubes may have a diameter of 5 to 50 nm and a length of 100 nm to 1 μm. If the diameter of the carbon nanotubes is less than the above range, the cost of the raw material is expensive and the manufacturing cost of the battery may increase, which may not be economical. If the diameter of the carbon nanotubes exceeds the above range, the large diameter carbon nanotubes are included, resulting in many pores in the electrode. It is generated and has an inhibitory factor in terms of energy density, so it is appropriately adjusted within the above range.

또한 탄소나노튜브의 길이가 상기 범위 미만인 경우 탄소나노튜브간의 접촉 저항이 커져서 전지의 과전압 발생의 우려가 있고, 상기 범위를 초과하는 경우 전극 제작을 위한 슬러리 제조시 흐름성에 문제가 있을 수 있다.In addition, when the length of the carbon nanotubes is less than the above range, the contact resistance between the carbon nanotubes increases, and there is a concern of occurrence of an overvoltage of the battery, and when the length of the carbon nanotubes exceeds the above range, there may be a problem in flowability when preparing a slurry for manufacturing an electrode.

상기 탄소나노섬유의 직경은 50 내지 100 nm 이고, 그 길이는 1 내지 5 ㎛일 수 있다. 만일 탄소나노섬유의 직경이 상기 범위 미만인 경우 원재료의 가격이 비싸 전지의 제조 단가가 상승하여 경제적이지 못할 수 있고, 상기 범위를 초과하는 경우 FeOOH가 담지될 탄소나노섬유의 비표면적이 감소되어 전지의 성능을 저하시키는 문제가 있을 수 있고, 상기 범위를 초과하는 경우 전극 제작을 위한 슬러리 제조시 흐름성에 문제가 있을 수 있으므로 상기 범위에서 적절히 조절한다.The carbon nanofibers may have a diameter of 50 to 100 nm, and a length of 1 to 5 μm. If the diameter of the carbon nanofiber is less than the above range, the cost of the raw material is expensive, so the manufacturing cost of the battery may increase, which may not be economical.If the diameter of the carbon nanofiber exceeds the above range, the specific surface area of the carbon nanofiber on which FeOOH is to be supported decreases. There may be a problem of deteriorating the performance, and if it exceeds the above range, there may be a problem in flowability when preparing a slurry for manufacturing an electrode.

일 구체예에 있어서, 본 발명에 따른 FeOOH-탄소 복합체의 경우, 탄소나노튜브를 사용하였을 때 포함되는 FeOOH는 그 평균 입경이 10 내지 100 nm 일 수 있으며, 바람직하게는 10 내지 50 nm 일 수 있다. 또한 탄소나노섬유를 사용한 경우에 포함되는 FeOOH는 그 평균 입경이 50 내지 500 nm일 수 있으며, 바람직하게는 100 내지 200 nm 일 수 있다.In one embodiment, in the case of the FeOOH-carbon composite according to the present invention, the FeOOH contained when using a carbon nanotube may have an average particle diameter of 10 to 100 nm, preferably 10 to 50 nm. . In addition, FeOOH contained in the case of using carbon nanofibers may have an average particle diameter of 50 to 500 nm, preferably 100 to 200 nm.

일 구체예에 있어서, 본 발명에 따른 FeOOH-탄소 복합체의 평균 입경은 1 내지 50 ㎛일 수 있으며, 바람직하게는 10 내지 30 ㎛일 수 있다. 복합체의 평균 입경이 1 ㎛ 미만인 경우에는 복합체 입자간 접촉 저항이 커지게 되어 리튬 이차전지에 과전압이 걸릴 수 있는 문제점이 있으며, 50 ㎛를 초과하는 경우 상대적으로 큰 크기의 복합체 입자가 전극 표면을 거칠게 하여 분리막을 손상시킬 수 있는 문제점이 있을 수 있으므로 상기 범위에서 적절히 조절하는 것이 전지의 구동에 있어 바람직하다.In one embodiment, the average particle diameter of the FeOOH-carbon composite according to the present invention may be 1 to 50 μm, preferably 10 to 30 μm. If the average particle diameter of the composite is less than 1 μm, the contact resistance between the composite particles increases, which may cause overvoltage to the lithium secondary battery. If the average particle diameter of the composite exceeds 50 μm, the relatively large size of the composite particle roughens the electrode surface. Therefore, since there may be a problem that may damage the separator, it is preferable to properly control the battery in the above range.

한편, 본 발명의 양극을 구성하는 베이스 고형분 중 활물질로는 황 원소(Elemental sulfur, S8), 황 계열 화합물 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있으며, 상기 황 계열 화합물은 구체적으로, Li2Sn(n=1), 유기황 화합물 또는 탄소-황 복합체((C2Sx)n: x=2.5 내지 50, n=2) 등일 수 있다.Meanwhile, among the base solids constituting the positive electrode of the present invention, the active material may include elemental sulfur (S 8 ), a sulfur-based compound, or a mixture thereof, and the sulfur-based compound is specifically, Li 2 S n (n=1), an organosulfur compound or a carbon-sulfur complex ((C 2 S x ) n : x=2.5 to 50, n=2), and the like.

본 발명에 따른 리튬 이차전지용 양극은 바람직하기로 황-탄소 복합체의 활물질을 포함할 수 있으며, 황 물질은 단독으로는 전기 전도성이 없기 때문에 도전재와 복합하여 사용할 수 있다. 본 발명에 따른 FeOOH-탄소 복합체의 첨가는 이러한 황-탄소 복합체 구조 유지에 영향을 주지 않는다.The positive electrode for a lithium secondary battery according to the present invention may preferably include an active material of a sulfur-carbon composite, and since the sulfur material alone does not have electrical conductivity, it may be used in combination with a conductive material. The addition of the FeOOH-carbon composite according to the present invention does not affect the maintenance of this sulfur-carbon composite structure.

상기 양극은 당 분야에 알려져 있는 통상적인 방법으로 제조할 수 있다. 예를 들면, 양극 활물질에 용매, 필요에 따라 바인더, 첨가제, 분산제를 혼합 및 교반하여 슬러리를 제조한 후 이를 금속 재료의 집전체에 도포(코팅)하고 압축한 뒤 건조하여 양극을 제조할 수 있다.The positive electrode can be manufactured by a conventional method known in the art. For example, after preparing a slurry by mixing and stirring a solvent, a binder, an additive, and a dispersant as necessary in the positive electrode active material, it can be applied (coated) to a current collector of a metal material, compressed, and dried to prepare a positive electrode. .

일 구현예에 있어서 상기 황-탄소 복합체는 황-탄소 복합체 100 중량부 기준 황의 함량이 60 내지 90 중량부일 수 있으며, 바람직하게는 70 내지 75 중량부일 수 있다. 만일 황의 함량이 60 중량부 미만일 경우 상대적으로 황-탄소 복합체의 탄소재의 함량이 많아지고, 탄소의 함량이 증가함에 따라 비표면적이 증가하여 슬러리 제조시에 바인더 첨가량을 증가시켜 주어야 한다. 바인더 첨가량의 증가는 결국 전극의 면저항을 증가시키기게 되고 전자 이동(electron pass)을 막는 절연체 역할을 하게 되어 전지 성능을 저하시킬 수 있다. 황의 함량이 90 중량부를 초과하는 경우 탄소재와 결합하지 못한 황 또는 황 화합물이 그들끼리 뭉치거나 탄소재의 표면으로 재용출되어 전자를 받기 어려워서 전극 반응에 직접적으로 참여하기 어렵게 될 수 있으므로 상기 범위에서 적절히 조절한다.In one embodiment, the sulfur-carbon composite may have a sulfur content of 60 to 90 parts by weight based on 100 parts by weight of the sulfur-carbon composite, and preferably 70 to 75 parts by weight. If the content of sulfur is less than 60 parts by weight, the content of the carbon material of the sulfur-carbon composite is relatively increased, and the specific surface area increases as the content of carbon increases, so that the amount of binder added during slurry preparation should be increased. Increasing the amount of the binder added eventually increases the sheet resistance of the electrode and acts as an insulator to prevent electron pass, thereby deteriorating battery performance. If the content of sulfur exceeds 90 parts by weight, sulfur or sulfur compounds that cannot be bonded to the carbon material are aggregated with each other or re-elute to the surface of the carbon material, making it difficult to receive electrons, and thus it may be difficult to directly participate in the electrode reaction. Adjust accordingly.

본 발명에 따른 황-탄소 복합체의 탄소는 다공성 구조이거나 비표면적이 높은 것으로 당업계에서 통상적으로 사용되는 것이라면 어느 것이든 무방하다. 예를 들어, 상기 다공성 탄소재로는 그래파이트(graphite); 그래핀(graphene); 덴카 블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본 블랙; 단일벽 탄소나노튜브(SWCNT), 다중벽 탄소나노튜브(MWCNT) 등의 탄소나노튜브(CNT); 그라파이트 나노파이버(GNF), 카본 나노파이버(CNF), 활성화 탄소 파이버(ACF) 등의 탄소 섬유; 및 활성 탄소로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있으나 이에 제한되지 않으며 그 형태는 구형, 봉형, 침상형, 판상형, 튜브형 또는 벌크형으로 리튬 이차전지에 통상적으로 사용되는 것이라면 제한없이 사용될 수 있다.The carbon of the sulfur-carbon composite according to the present invention may have a porous structure or a high specific surface area, so long as it is commonly used in the art. For example, as the porous carbon material, graphite; Graphene; Carbon blacks such as denka black, acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and summer black; Carbon nanotubes (CNT) such as single-walled carbon nanotubes (SWCNT) and multi-walled carbon nanotubes (MWCNT); Carbon fibers such as graphite nanofibers (GNF), carbon nanofibers (CNF), and activated carbon fibers (ACF); And it may be one or more selected from the group consisting of activated carbon, but is not limited thereto, and the shape thereof is spherical, rod-shaped, needle-shaped, plate-shaped, tube-shaped, or bulk-shaped, and may be used without limitation as long as it is commonly used for lithium secondary batteries.

상기 활물질은 바람직하기로 베이스 고형분 100 중량부 중 50 내지 95 중량부를 구성하도록 하고, 보다 바람직하기로는 70 중량부 내외로 할 수 있다. 만약 활물질이 상기 범위 미만으로 포함되면 전극의 반응을 충분하게 발휘하기 어렵고, 상기 범위 초과로 포함되어도 기타 도전재 및 바인더의 포함량이 상대적으로 부족하여 충분한 전극 반응을 발휘하기 어렵기 때문에 상기 범위 내에서 적정 함량을 결정하는 것이 바람직하다.The active material may preferably constitute 50 to 95 parts by weight of 100 parts by weight of the base solid content, and more preferably, about 70 parts by weight. If the active material is contained within the above range, it is difficult to sufficiently exhibit the reaction of the electrode, and even if it is contained beyond the above range, it is difficult to exhibit a sufficient electrode reaction due to relatively insufficient amounts of other conductive materials and binders. It is desirable to determine the appropriate content.

본 발명의 양극을 구성하는 베이스 고형분 중 상기 도전재는 전해질과 양극 활물질을 전기적으로 연결시켜 주어 전자가 집전체(Current collector)로부터 황까지 이동하는 경로의 역할을 하는 물질로서, 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 다공성 및 도전성을 갖는 것이라면 특별히 한정되지 않는다. 예컨대, KS6과 같은 흑연계 물질; 슈퍼 P(Super-P), 카본 블랙, 덴카 블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙과 같은 카본 블랙; 플러렌 등의 탄소 유도체; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 또는 폴리아닐린, 폴리티오펜, 폴리아세틸렌, 폴리피롤 등의 전도성 고분자를 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다. Among the base solids constituting the positive electrode of the present invention, the conductive material is a material that acts as a path for electrons to move from the current collector to sulfur by electrically connecting the electrolyte and the positive electrode active material, causing chemical changes in the battery. It is not particularly limited as long as it does not have porosity and conductivity. For example, graphite-based materials such as KS6; Carbon blacks such as Super-P, carbon black, denka black, acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and summer black; Carbon derivatives such as fullerene; Conductive fibers such as carbon fibers and metal fibers; Metal powders such as carbon fluoride, aluminum, and nickel powder; Alternatively, conductive polymers such as polyaniline, polythiophene, polyacetylene, and polypyrrole may be used alone or in combination.

상기 도전재는 바람직하기로 베이스 고형분 100 중량부 중 1 내지 10 중량부를 구성하도록 하고, 바람직하기로는 5 중량부 내외로 할 수 있다. 만약, 전극에 포함되는 도전재의 함량이 상기 범위 미만이면 전극 내 황 중 반응하지 못하는 부분이 증가하게 되고, 결국은 용량감소를 일으키게 되며, 상기 범위 초과이면 고효율 방전 특성과 충, 방전 사이클 수명에 악영향을 미치게 되므로 상술한 범위 내에서 적정 함량을 결정하는 것이 바람직하다.The conductive material is preferably to constitute 1 to 10 parts by weight of 100 parts by weight of the base solid content, and may preferably be about 5 parts by weight. If the content of the conductive material contained in the electrode is less than the above range, the non-reacting portion of the sulfur in the electrode increases, resulting in a decrease in capacity, and if it exceeds the above range, the high efficiency discharge characteristics and charge/discharge cycle life are adversely affected. It is preferable to determine the appropriate content within the above-described range because it affects.

통상 양극 활물질에 추가적인 도전성을 부여하기 위하여 양극 조성물에는 도전재가 추가될 수 있으나, 본 발명에 따른 양극 첨가제는 CNT 또는 CNF 등의 탄소나노구조체를 포함하여 도전재의 역할을 할 수 있으므로, 양극 조성물에 추가적인 도전재를 포함하지 않고도 전지의 구동이 가능한 장점이 있다. In general, a conductive material may be added to the positive electrode composition in order to impart additional conductivity to the positive electrode active material, but the positive electrode additive according to the present invention may serve as a conductive material including carbon nanostructures such as CNT or CNF. There is an advantage that the battery can be driven without including a conductive material.

또한 양극 활물질에 집전체에 대한 부착력을 제공하기 위하여, 상기 양극 조성물에는 바인더가 추가적으로 포함될 수 있다. 상기 바인더는 용매에 잘 용해되어야 하며, 양극 활물질과 도전재와의 도전 네트워크를 잘 구성해주어야 할 뿐만 아니라 전해액의 함침성도 적당히 가져야 한다.In addition, in order to provide the positive electrode active material with adhesion to the current collector, a binder may be additionally included in the positive electrode composition. The binder must be well soluble in a solvent, and not only must well configure a conductive network between the positive electrode active material and the conductive material, but also must have adequate impregnation property of the electrolyte.

본 발명에 적용 가능한 바인더는 당해 업계에서 공지된 모든 바인더들일 수 있고, 구체적으로는, 폴리비닐리덴 플루오라이드(Polyvinylidene fluoride, PVdF) 또는 폴리테트라플루오로에틸렌(Polytetrafluoroethylene, PTFE)을 포함하는 불소 수지계 바인더; 스티렌-부타디엔 고무, 아크릴로니트릴-부티디엔 고무, 스티렌-이소프렌 고무를 포함하는 고무계 바인더; 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈를 포함하는 셀룰로오스계 바인더; 폴리 알코올계 바인더; 폴리에틸렌, 폴리프로필렌를 포함하는 폴리 올레핀계 바인더; 폴리 이미드계 바인더, 폴리 에스테르계 바인더, 실란계 바인더;로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물이거나 공중합체일 수 있으나, 이에 제한되지 않음은 물론이다.The binder applicable to the present invention may be any binder known in the art, and specifically, a fluororesin binder including polyvinylidene fluoride (PVdF) or polytetrafluoroethylene (PTFE). ; Rubber-based binders including styrene-butadiene rubber, acrylonitrile-butadiene rubber, and styrene-isoprene rubber; Cellulose-based binders including carboxymethylcellulose (CMC), starch, hydroxypropylcellulose, and regenerated cellulose; Poly alcohol-based binder; Polyolefin-based binders including polyethylene and polypropylene; Polyimide-based binders, polyester-based binders, silane-based binders; one or two or more mixtures or copolymers selected from the group consisting of, but is not limited thereto.

상기 바인더 수지의 함량은 상기 리튬 이차전지용 양극 총중량을 기준으로 0.5 ~ 30 중량%일 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다. 상기 바인더 수지의 함량이 0.5 중량% 미만인 경우에는, 양극의 물리적 성질이 저하되어 양극 활물질과 도전재가 탈락할 수 있고, 30 중량%를 초과하는 경우에는 양극에서 활물질과 도전재의 비율이 상대적으로 줄어들어 전지 용량이 감소될 수 있다.The content of the binder resin may be 0.5 to 30% by weight based on the total weight of the positive electrode for the lithium secondary battery, but is not limited thereto. When the content of the binder resin is less than 0.5% by weight, the physical properties of the positive electrode are deteriorated, so that the positive electrode active material and the conductive material may fall off, and if it exceeds 30% by weight, the ratio of the active material and the conductive material in the positive electrode is relatively reduced. The dose can be reduced.

리튬 이차전지용 양극 조성물을 슬러리 상태로 제조하기 위한 용매는 건조가 용이해야하며, 바인더를 잘 용해시킬 수 있되, 양극 활물질 및 도전재는 용해시키지 않고 분산 상태로 유지시킬 수 있는 것이 가장 바람직하다. 용매가 양극 활물질을 용해시킬 경우에는 슬러리에서 황의 비중(D = 2.07)이 높기 때문에 황이 슬러리에서 가라앉게 되어 코팅시 집전체에 황이 몰려 도전 네트워크에 문제가 생겨 전지의 작동에 문제가 발생하는 경향이 있다.The solvent for preparing the positive electrode composition for a lithium secondary battery in a slurry state should be easy to dry and can dissolve the binder well, but it is most preferable that the positive electrode active material and the conductive material are not dissolved and can be maintained in a dispersed state. When the solvent dissolves the positive electrode active material, since the specific gravity of sulfur in the slurry (D = 2.07) is high, sulfur sinks in the slurry, and sulfur gathers in the current collector during coating, causing problems in the conductive network, causing problems in the operation of the battery. have.

본 발명에 따른 용매는 물 또는 유기 용매가 가능하며, 상기 유기 용매는 디메틸포름아미드, 이소프로필알콜, 아세토니트릴, 메탄올, 에탄올, 테트라하이드로퓨란 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 유기 용매가 적용 가능하다.The solvent according to the present invention may be water or an organic solvent, and the organic solvent is an organic solvent containing at least one selected from the group of dimethylformamide, isopropyl alcohol, acetonitrile, methanol, ethanol, and tetrahydrofuran. It is possible.

상기 양극 조성물의 혼합은 통상의 혼합기, 예컨대 레이트스 믹서, 고속 전단 믹서, 호모 믹서 등을 이용하여 통상의 방법으로 교반할 수 있다.Mixing of the positive electrode composition may be stirred in a conventional manner using a conventional mixer, such as a rate mixer, a high-speed shear mixer, or a homo mixer.

상기 양극 조성물을 집전체에 도포하고, 진공 건조하여 리튬 이차전지용 양극을 형성할 수 있다. 상기 슬러리는 슬러리의 점도 및 형성하고자 하는 양극의 두께에 따라 적절한 두께로 집전체에 코팅할 수 있으며, 바람직하게는 10 내지 300 ㎛ 범위 내에서 적절히 선택할 수 있다.The positive electrode composition may be applied to a current collector and vacuum dried to form a positive electrode for a lithium secondary battery. The slurry may be coated on the current collector with an appropriate thickness according to the viscosity of the slurry and the thickness of the positive electrode to be formed, and preferably may be appropriately selected within the range of 10 to 300 μm.

이때 상기 슬러리를 코팅하는 방법으로 그 제한은 없으며, 예컨대, 닥터 블레이드 코팅(Doctor blade coating), 딥 코팅(Dip coating), 그라비어 코팅(Gravure coating), 슬릿 다이 코팅(Slit die coating), 스핀 코팅(Spin coating), 콤마 코팅(Comma coating), 바 코팅(Bar coating), 리버스 롤 코팅(Reverse roll coating), 스크린 코팅(Screen coating), 캡 코팅(Cap coating) 방법 등을 수행하여 제조할 수 있다.At this time, the method of coating the slurry is not limited. For example, doctor blade coating, dip coating, gravure coating, slit die coating, spin coating ( Spin coating), comma coating, bar coating, reverse roll coating, screen coating, cap coating method, etc. may be performed.

상기 양극 집전체는 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되지 않으며 일반적으로 3 ~ 500 ㎛의 두께로 만들 수 있고, 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특히 제한하지 않는다. 예컨대 스테인레스 스틸, 알루미늄, 구리, 티타늄 등의 전도성 금속을 사용할 수 있고, 바람직하게는 알루미늄 집전체를 사용할 수 있다. 이러한 양극 집전체는 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체 또는 부직포체 등 다양한 형태가 가능하다.The positive electrode current collector is not particularly limited as long as it has high conductivity without causing chemical changes to the battery, and can be generally made in a thickness of 3 to 500 µm, and has high conductivity without causing chemical changes to the battery. Not particularly limited. For example, a conductive metal such as stainless steel, aluminum, copper, or titanium may be used, and preferably an aluminum current collector may be used. The positive electrode current collector may be in various forms, such as a film, sheet, foil, net, porous body, foam or nonwoven fabric.

리튬 이차전지Lithium secondary battery

본 발명의 일 실시예로서, 리튬 이차전지는 상술한 리튬 이차전지용 양극; 음극 활물질로서 리튬 금속 또는 리튬 합금을 포함하는 음극; 상기 양극과 음극 사이에 개재되는 분리막; 및 상기 음극, 양극 및 분리막에 함침되어 있으며, 리튬염과 유기용매를 포함하는 전해질을 포함할 수 있다.As an embodiment of the present invention, a lithium secondary battery includes the above-described positive electrode for a lithium secondary battery; A negative electrode including lithium metal or a lithium alloy as a negative electrode active material; A separator interposed between the anode and the cathode; And an electrolyte impregnated in the negative electrode, the positive electrode, and the separator, and including a lithium salt and an organic solvent.

음극은 음극 집전체 상에 음극 활물질이 적층된 형태를 갖는다. 필요한 경우 상기 음극 집전체는 생략이 가능하다. The negative electrode has a form in which a negative electrode active material is stacked on a negative electrode current collector. If necessary, the negative electrode current collector may be omitted.

이때 음극 집전체는 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면 구리, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 또한, 그 형태는 표면에 미세한 요철이 형성된/미형성된 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태가 사용될 수 있다.At this time, the negative electrode current collector is not particularly limited as long as it has conductivity without causing chemical changes to the battery. For example, copper, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, calcined carbon, carbon, nickel on the surface of copper or stainless steel , Titanium, silver, etc. surface-treated, aluminum-cadmium alloy, etc. may be used. In addition, various forms such as a film, sheet, foil, net, porous body, foam, nonwoven fabric, etc. with fine irregularities formed on the surface thereof may be used.

상기 음극은 음극 활물질로서 리튬 이온(Li+)을 가역적으로 인터칼레이션(Intercalation) 또는 디인터칼레이션(Deintercalation)할 수 있는 물질, 리튬 이온과 반응하여 가역적으로 리튬 함유 화합물을 형성할 수 있는 물질, 리튬 금속 또는 리튬 합금을 사용할 수 있다. 상기 리튬 이온을 가역적으로 인터칼레이션 또는 디인터칼레이션할 수 있는 물질은 예컨대 결정질 탄소, 비정질 탄소 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 상기 리튬 이온과 반응하여 가역적으로 리튬 함유 화합물을 형성할 수 있는 물질은 예를 들어, 산화주석, 티타늄나이트레이트 또는 실리콘일 수 있다. 상기 리튬 합금은 예를 들어, 리튬과 Na, K, Rb, Cs, Fr, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Al 및 Sn으로 이루어지는 군에서 선택되는 금속의 합금일 수 있다. The negative electrode is a material capable of reversibly intercalating or deintercalating lithium ions (Li + ) as a negative electrode active material, and a material capable of reversibly forming a lithium-containing compound by reacting with lithium ions , Lithium metal or lithium alloys may be used. The material capable of reversibly intercalating or deintercalating lithium ions may be, for example, crystalline carbon, amorphous carbon, or a mixture thereof. A material capable of reversibly forming a lithium-containing compound by reacting with the lithium ions may be, for example, tin oxide, titanium nitrate, or silicon. The lithium alloy may be, for example, an alloy of lithium and a metal selected from the group consisting of Na, K, Rb, Cs, Fr, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Al, and Sn.

또한, 리튬 이차전지를 충·방전하는 과정에서, 양극 활물질로 사용되는 황이 비활성 물질로 변화되어, 리튬 음극 표면에 부착될 수 있다. 이와 같이 비활성 황(Inactive sulfur)은 황이 여러 가지 전기화학적 또는 화학적 반응을 거쳐 양극의 전기화학 반응에 더이상 참여할 수 없는 상태의 황을 의미하며, 리튬 음극 표면에 형성된 비활성 황은 리튬 음극의 보호막(Protective layer)으로서 역할을 하는 장점도 있다. 따라서, 리튬 금속과 이 리튬 금속 위에 형성된 비활성 황, 예를 들어 리튬 설파이드를 음극으로 사용할 수도 있다.In addition, in the process of charging and discharging a lithium secondary battery, sulfur used as a positive electrode active material is converted into an inactive material, and may be attached to the surface of the lithium negative electrode. As described above, inactive sulfur refers to sulfur in a state in which sulfur can no longer participate in the electrochemical reaction of the positive electrode through various electrochemical or chemical reactions, and the inactive sulfur formed on the surface of the lithium negative electrode is a protective layer of the lithium negative electrode. It also has the advantage of acting as a ). Accordingly, lithium metal and inert sulfur formed on the lithium metal, for example, lithium sulfide, may be used as the negative electrode.

본 발명의 음극은 상기 음극 활물질 이외에 리튬 이온 전도성 물질로 이루어진 전처리층 및 상기 전처리층 상에 형성된 리튬 금속 보호층을 추가적으로 더 포함할 수 있다.The negative electrode of the present invention may further include a pretreatment layer made of a lithium ion conductive material and a lithium metal protective layer formed on the pretreatment layer in addition to the negative electrode active material.

상기 양극과 음극 사이에 개재되는 분리막은 양극과 음극을 서로 분리 또는 절연시키고, 양극과 음극 사이에 리튬 이온의 수송을 가능하게 하는 것으로 다공성 비전도성 또는 절연성 물질로 이루어질 수 있다. 이러한 분리막은 높은 이온 투과도 및 기계적 강도를 가지는 절연체로서 얇은 박막 또는 필름과 같은 독립적인 부재일 수도 있고, 양극 및/또는 음극에 부가된 코팅층일 수도 있다. 또한 전해질로서 폴리머 등의 고체 전해질이 사용되는 경우에는 고체 전해질이 분리막을 겸할 수도 있다.The separator interposed between the positive electrode and the negative electrode separates or insulates the positive electrode and the negative electrode from each other, and enables transport of lithium ions between the positive electrode and the negative electrode, and may be made of a porous non-conductive or insulating material. Such a separator may be an independent member such as a thin thin film or film as an insulator having high ion permeability and mechanical strength, or may be a coating layer added to the anode and/or the cathode. In addition, when a solid electrolyte such as a polymer is used as the electrolyte, the solid electrolyte may also serve as a separator.

상기 분리막의 기공 직경은 일반적으로 0.01 ~ 10 ㎛이고, 두께는 일반적으로 5 ~ 300 ㎛이 바람직하며, 이러한 분리막으로는, 유리 전해질(Glass electrolyte), 고분자 전해질 또는 세라믹 전해질 등이 사용될 수 있다. 예컨대 내화학성 및 소수성의 폴리프로필렌 등의 올레핀계 폴리머, 유리섬유 또는 폴리에틸렌 등으로 만들어진 시트나 부직포, 크라프트지 등이 사용된다. 현재 시판중인 대표적인 예로는 셀가드 계열(CelgardR 2400, 2300 Hoechest Celanese Corp. 제품), 폴리프로필렌 분리막(Ube Industries Ltd. 제품 또는 Pall RAI사 제품), 폴리에틸렌 계열(Tonen 또는 Entek) 등이 있다.The pore diameter of the separator is generally 0.01 to 10 µm, and the thickness is generally 5 to 300 µm, and as such a separator, a glass electrolyte, a polymer electrolyte, or a ceramic electrolyte may be used. For example, sheets made of olefin-based polymers such as polypropylene, glass fiber, or polyethylene having chemical resistance and hydrophobic properties, non-woven fabrics, kraft paper, and the like are used. Representative examples currently on the market include Celgard R 2400, 2300 Hoechest Celanese Corp. product, polypropylene separator (Ube Industries Ltd. product or Pall RAI company product), and polyethylene series (Tonen or Entek).

고체 상태의 전해질 분리막은 약 20 중량% 미만의 비수성 유기 용매를 포함할 수도 있으며, 이 경우에는 유기 용매의 유동성을 줄이기 위하여 적절한 겔 형성 화합물(Gelling agent)을 더 포함할 수도 있다. 이러한 겔 형성 화합물의 대표적인 예로는 폴리에틸렌옥사이드, 폴리비닐리덴플루라이드, 폴리아크릴로니트릴 등을 들 수 있다.The solid electrolyte membrane may contain less than about 20% by weight of a non-aqueous organic solvent, and in this case, may further include an appropriate gel-forming compound (Gelling agent) to reduce the fluidity of the organic solvent. Representative examples of such gel-forming compounds include polyethylene oxide, polyvinylidene fluoride, and polyacrylonitrile.

상기 음극, 양극 및 분리막에 함침되어 있는 전해질은 리튬염을 함유하는 비수계 전해질로서 리튬염과 전해액으로 구성되어 있으며, 전해액으로는 비수계 유기용매, 유기 고체 전해질 및 무기 고체 전해질 등이 사용된다.The electrolyte impregnated in the negative electrode, the positive electrode, and the separator is a non-aqueous electrolyte containing a lithium salt, and is composed of a lithium salt and an electrolyte. As the electrolyte, a non-aqueous organic solvent, an organic solid electrolyte, an inorganic solid electrolyte, and the like are used.

본 발명의 리튬염은 비수계 유기용매에 용해되기 좋은 물질로서, 예컨대, LiSCN, LiCl, LiBr, LiI, LiPF6, LiBF4, LiSbF6, LiAsF6, LiB10Cl10, LiCH3SO3, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiClO4, LiAlCl4, Li(Ph)4, LiC(CF3SO2)3, LiN(FSO2)2, LiN(CF3SO2)2, LiN(C2F5SO2)2, LiN(SFO2)2, LiN(CF3CF2SO2)2, 클로로 보란 리튬, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4 페닐 붕산 리튬, 리튬 이미드 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 하나 이상이 포함될 수 있다.The lithium salt of the present invention is a material that is easily soluble in a non-aqueous organic solvent, such as LiSCN, LiCl, LiBr, LiI, LiPF 6 , LiBF 4 , LiSbF 6 , LiAsF 6 , LiB 10 Cl 10 , LiCH 3 SO 3 , LiCF 3 SO 3 , LiCF 3 CO 2 , LiClO 4 , LiAlCl 4 , Li(Ph) 4 , LiC(CF 3 SO 2 ) 3 , LiN(FSO 2 ) 2 , LiN(CF 3 SO 2 ) 2 , LiN(C 2 Group consisting of F 5 SO 2 ) 2 , LiN(SFO 2 ) 2 , LiN(CF 3 CF 2 SO 2 ) 2 , lithium chloroborane, lithium lower aliphatic carboxylic acid, lithium 4 phenyl borate, lithium imide, and combinations thereof One or more can be included from.

상기 리튬염의 농도는, 전해질 혼합물의 정확한 조성, 염의 용해도, 용해된 염의 전도성, 전지의 충전 및 방전 조건, 작업 온도 및 리튬 배터리 분야에 공지된 다른 요인과 같은 여러 요인에 따라, 0.2 ~ 2 M, 구체적으로 0.6 ~ 2 M, 더욱 구체적으로 0.7 ~ 1.7 M일 수 있다. 0.2 M 미만으로 사용하면 전해질의 전도도가 낮아져서 전해질 성능이 저하될 수 있고, 2 M을 초과하여 사용하면 전해질의 점도가 증가하여 리튬 이온(Li+)의 이동성이 감소될 수 있다.The concentration of the lithium salt depends on several factors such as the exact composition of the electrolyte mixture, the solubility of the salt, the conductivity of the dissolved salt, the charging and discharging conditions of the battery, the working temperature and other factors known in the lithium battery field, from 0.2 to 2 M, Specifically, it may be 0.6 to 2 M, more specifically 0.7 to 1.7 M. If the amount is less than 0.2 M, the conductivity of the electrolyte may be lowered and the electrolyte performance may be deteriorated. If it is used in excess of 2 M, the viscosity of the electrolyte may increase and the mobility of lithium ions (Li + ) may decrease.

상기 비수계 유기용매는 리튬염을 잘 용해시켜야 하며, 본 발명의 비수계 유기용매로는, 예컨대, N-메틸-2-피롤리디논, 프로필렌 카보네이트, 에틸렌 카보네이트, 부틸렌 카보네이트, 디메틸 카보네이트, 디에틸 카보네이트, 에틸메틸 카보네이트, 감마-부티로락톤, 1,2-디메톡시 에탄, 1,2-디에톡시 에탄, 테트라히드록시 프랑(franc), 2-메틸 테트라하이드로푸란, 디메틸술폭시드, 1,3-디옥소란, 4-메틸-1,3-디옥센, 디에틸에테르, 포름아미드, 디메틸포름아미드, 디옥소란, 아세토니트릴, 니트로메탄, 포름산 메틸, 초산메틸, 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 있으며, 상기 유기 용매는 하나 또는 둘 이상의 유기 용매들의 혼합물일 수 있다.The non-aqueous organic solvent must dissolve the lithium salt well, and the non-aqueous organic solvent of the present invention includes, for example, N-methyl-2-pyrrolidinone, propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, di Ethyl carbonate, ethylmethyl carbonate, gamma-butyrolactone, 1,2-dimethoxy ethane, 1,2-diethoxy ethane, tetrahydroxy franc, 2-methyl tetrahydrofuran, dimethyl sulfoxide, 1, 3-dioxolane, 4-methyl-1,3-dioxene, diethyl ether, formamide, dimethylformamide, dioxolane, acetonitrile, nitromethane, methyl formate, methyl acetate, phosphate tryster, trimer Aprotic, such as oxymethane, dioxolane derivative, sulfolane, methyl sulfolane, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, propylene carbonate derivative, tetrahydrofuran derivative, ether, methyl pyropionate, ethyl propionate, etc. An organic solvent may be used, and the organic solvent may be one or a mixture of two or more organic solvents.

상기 유기 고체 전해질로는, 예컨대, 폴리에틸렌 유도체, 폴리에틸렌 옥사이드 유도체, 폴리프로필렌 옥사이드 유도체, 인산 에스테르 폴리머, 폴리 에지테이션 리신(Agitation lysine), 폴리에스테르 설파이드, 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, phosphoric acid ester polymers, poly etch lysine, polyester sulfide, polyvinyl alcohol, polyvinylidene fluoride, ionic dissociation. Group-containing polymers and the like can be used.

상기 무기 고체 전해질로는, 예컨대, 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. As 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, halides, and sulfates of Li such as SiO 4 -LiI-LiOH and Li 3 PO4-Li 2 S-SiS 2 may be used.

본 발명의 전해질에는 충·방전 특성, 난연성 등의 개선을 목적으로, 예컨대, 피리딘, 트리에틸포스파이트, 트리에탄올아민, 환상 에테르, 에틸렌 디아민, n-글라임(glyme), 헥사 인산 트리 아미드, 니트로벤젠 유도체, 유황, 퀴논 이민 염료, N-치환 옥사졸리디논, N,N-치환 이미다졸리딘, 에틸렌 글리콜 디알킬 에테르, 암모늄염, 피롤, 2-메톡시 에탄올, 삼염화 알루미늄 등이 첨가될 수도 있다. 경우에 따라서는, 불연성을 부여하기 위하여, 사염화탄소, 삼불화에틸렌 등의 할로겐 함유 용매를 더 포함시킬 수도 있고, 고온 보존 특성을 향상시키기 위하여 이산화탄산 가스를 더 포함시킬 수도 있으며, FEC(Fluoro-ethylene carbonate), PRS(Propene sultone), FPC(Fluoro-propylene carbonate) 등을 더 포함시킬 수 있다.The electrolyte of the present invention includes, for example, pyridine, triethylphosphite, triethanolamine, cyclic ether, ethylene diamine, n-glyme, hexaphosphate triamide, nitro Benzene derivatives, sulfur, quinone imine dyes, N-substituted oxazolidinone, N,N-substituted imidazolidine, ethylene glycol dialkyl ether, ammonium salt, pyrrole, 2-methoxy ethanol, aluminum trichloride, etc. may be added. . In some cases, in order to impart non-flammability, a halogen-containing solvent such as carbon tetrachloride and ethylene trifluoride may be further included, and carbon dioxide gas may be further included to improve high-temperature storage characteristics. carbonate), PRS (Propene sultone), FPC (Fluoro-propylene carbonate), etc. may be further included.

상기 전해질은 액상 전해질로 사용할 수도 있고, 고체 상태의 전해질 세퍼레이터 형태로도 사용할 수 있다. 액상 전해질로 사용할 경우에는 전극을 물리적으로 분리하는 기능을 갖는 물리적인 분리막으로서 다공성 유리, 플라스틱, 세라믹 또는 고분자 등으로 이루어진 분리막을 더 포함한다.The electrolyte may be used as a liquid electrolyte, or may be used in the form of a solid electrolyte separator. When used as a liquid electrolyte, a separator made of porous glass, plastic, ceramic, or polymer as a physical separator having a function of physically separating the electrode may be further included.

전술한 바의 리튬 이차전지의 형태는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어 젤리-롤형, 스택형, 스택-폴딩형(스택-Z-폴딩형 포함), 또는 라미네이션-스택 형일 수 있으며, 바람직하기로 스택-폴딩형일 수 있다.The shape of the lithium secondary battery as described above is not particularly limited, and may be, for example, a jelly-roll type, a stack type, a stack-folding type (including a stack-Z-folding type), or a lamination-stack type, and is preferably It may be a stack-folding type.

이러한 상기 양극, 분리막, 및 음극이 순차적으로 적층된 전극 조립체를 제조한 후, 이를 전지 케이스에 넣은 다음, 케이스의 상부에 전해액을 주입하고 캡 플레이트 및 가스켓으로 밀봉하여 조립하여 리튬 이차전지를 제조한다.After manufacturing an electrode assembly in which the positive electrode, the separator, and the negative electrode are sequentially stacked, the electrode assembly is placed in a battery case, and then an electrolyte is injected into the upper part of the case and sealed with a cap plate and a gasket to prepare a lithium secondary battery. .

상기 리튬 이차전지는 형태에 따라 원통형, 각형, 코인형, 파우치형 등으로 분류될 수 있으며, 사이즈에 따라 벌크 타입과 박막 타입으로 나눌 수 있다. 이들 전지의 구조와 제조 방법은 이 분야에 널리 알려져 있으므로 상세한 설명은 생략한다.The lithium secondary battery may be classified into a cylindrical type, a square type, a coin type, a pouch type, etc. according to the shape, and may be divided into a bulk type and a thin film type according to the size. The structure and manufacturing method of these batteries are widely known in this field, and thus detailed descriptions thereof will be omitted.

이하에서 실시예 등을 통해 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 하며, 다만 이하에 실시예 등에 의해 본 발명의 범위와 내용이 축소되거나 제한되어 해석될 수 없다. 또한, 이하의 실시예를 포함한 본 발명의 개시 내용에 기초한다면, 구체적으로 실험 결과가 제시되지 않은 본 발명을 통상의 기술자가 용이하게 실시할 수 있음은 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연하다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples and the like, but the scope and contents of the present invention are reduced or limited by the following examples, and thus cannot be interpreted. In addition, if based on the disclosure of the present invention including the following examples, it is obvious that the present invention for which no specific experimental results are presented can be easily carried out by a person skilled in the art. It is natural to fall within the scope of the claims.

[실시예][Example]

리튬 이차전지용 양극 첨가제의 제조Preparation of positive electrode additive for lithium secondary battery

[실시예 1] [Example 1]

0.3 M NaBH4 수용액에 0.05 M Fe(NO3)3·9H2O 수용액을 400 rpm 으로 스터링 하면서 50초 동안 혼합하였다. 이때, NaBH4는 TCI社 제품으로서 순도가 95% 이상이고, Fe(NO3)3·9H2O 는 Aldrich社 제품으로서 순도가 98% 이상일 수 있다. 0.3 M NaBH 4 A 0.05 M Fe(NO 3 ) 3 ·9H 2 O aqueous solution was mixed with the aqueous solution for 50 seconds while stirring at 400 rpm. At this time, NaBH 4 is a product of TCI and has a purity of 95% or more, and Fe(NO 3 ) 3 ·9H 2 O is a product of Aldrich and may have a purity of 98% or more.

상기 혼합 후, 24 ℃에서 40분 동안 반응시키고 여과지를 이용하여 여과하여 겔 형태의 FeOOH를 수득하였다.After the mixing, it was reacted at 24° C. for 40 minutes and filtered using a filter paper to obtain FeOOH in the form of a gel.

상기 겔 형태의 FeOOH 5g과 탄소나노구조체로 탄소나노튜브(CNT) 5g을 ZrO2볼 100g 및 증류수 5g과 함께 200rpm으로 3시간 동안 볼밀(ball mill)하여 혼합하였다. 이때 탄소나노튜브는 직경이 10 내지 15 nm 이고 길이가 200 내지 800 nm 인 것을 사용하였다.5 g of FeOOH in the gel form and 5 g of carbon nanotubes (CNT) as a carbon nanostructure were mixed by ball milling for 3 hours at 200 rpm with 100 g of ZrO 2 balls and 5 g of distilled water. At this time, carbon nanotubes having a diameter of 10 to 15 nm and a length of 200 to 800 nm were used.

이 후, FeOOH와 탄소나노튜브의 혼합물을 여과하여 증류수와 ZrO2 볼을 제거한 후 80 ℃ 오븐에서 24시간 건조하여 리튬 이차전지용 양극 첨가제로 FeOOH-탄소 복합체를 제조하였다.Thereafter, the mixture of FeOOH and carbon nanotubes was filtered to remove distilled water and ZrO 2 balls, and dried in an oven at 80° C. for 24 hours to prepare a FeOOH-carbon composite as a positive electrode additive for a lithium secondary battery.

[실시예 2][Example 2]

탄소나노구조체로 탄소나노튜브 대신 직경이 50 내지 100 nm 이고 길이가 2 내지 3 ㎛인 탄소나노섬유(CNF) 5g을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.It was carried out in the same manner as in Example 1, except that 5 g of carbon nanofibers (CNF) having a diameter of 50 to 100 nm and a length of 2 to 3 μm were used instead of carbon nanotubes as a carbon nanostructure.

[비교예 1][Comparative Example 1]

0.3 M NaBH4 수용액에 0.05 M Fe(NO3)3·9H2O 수용액을 400 rpm 으로 스터링 하면서 50초 동안 혼합하였다. 이때, NaBH4는 TCI社 제품으로서 순도가 > 95%이고, Fe(NO3)3·9H2O 는 Aldrich社 제품으로서 순도가 > 98% 일 수 있다. 0.3 M NaBH 4 A 0.05 M Fe(NO 3 ) 3 ·9H 2 O aqueous solution was mixed with the aqueous solution for 50 seconds while stirring at 400 rpm. At this time, NaBH 4 may have a purity of> 95% as a product of TCI, and Fe(NO 3 ) 3 ·9H 2 O may have a purity of> 98% as a product of Aldrich.

혼합 후, 24 ℃에서 40분 동안 반응시키고 여과지를 이용하여 여과한 후, 80 ℃에서 8 시간 동안 건조시켜 FeOOH를 제조하였다.After mixing, the mixture was reacted at 24° C. for 40 minutes, filtered using a filter paper, and dried at 80° C. for 8 hours to prepare FeOOH.

[실험예 1] SEM 분석 결과 [Experimental Example 1] SEM analysis results

실시예 1 내지 2, 비교예 1에서 제조한 리튬 이차전지용 양극 첨가제를 주사전자현미경(SEM, S-4800, HITACHI)으로 촬영하였으며, 이를 도 2 내지 4에 나타내었다.The positive electrode additives for lithium secondary batteries prepared in Examples 1 to 2 and Comparative Example 1 were photographed with a scanning electron microscope (SEM, S-4800, HITACHI), and are shown in FIGS. 2 to 4.

도 2 및 도 3에서 나타난 바와 같이, 실시예 1의 경우 합성된 FeOOH-탄소 복합체를 이루는 FeOOH의 평균 입경은 10 내지 50 nm 이고, 실시예 2의 경우에는 FeOOH의 평균 입경이 100 내지 200 nm 임을 확인하여 본 발명의 실시예에 따른 리튬 이차전지용 양극 첨가제의 경우 입자 크기가 줄어든 FeOOH가 탄소나노구조체에 잘 분산된 형태로 제조된 것을 확인할 수 있었다.2 and 3, in the case of Example 1, the average particle diameter of FeOOH forming the synthesized FeOOH-carbon composite was 10 to 50 nm, and in the case of Example 2, the average particle diameter of FeOOH was 100 to 200 nm. It was confirmed that in the case of the positive electrode additive for a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention, FeOOH having a reduced particle size was prepared in a well-dispersed form in the carbon nanostructure.

이에 비하여, 도 4에서 나타난 바와 같이 비교예 1에서 제조되는 FeOOH는 복합체 내의 FeOOH의 평균 입경은 500 nm 내지 1 ㎛인 것을 확인하여 실시예 1 및 2의 경우 보다 큰 입경의 FeOOH가 제조된 것을 알 수 있었다.In contrast, as shown in FIG. 4, FeOOH prepared in Comparative Example 1 confirmed that the average particle diameter of FeOOH in the composite was 500 nm to 1 µm. Could.

또한 탄소나노구조체로 탄소나노튜브를 사용하는 실시예 1의 경우가 탄소나노섬유를 사용하는 실시예 2의 경우보다 더 작은 입경의 FeOOH가 생성되는 것을 확인하여, FeOOH를 잘 분산시켜 담지하기 위한 탄소나노구조체로 탄소나노튜브가 더 효과적인 것을 알 수 있었다.In addition, it was confirmed that FeOOH having a smaller particle diameter was generated in the case of Example 1 using carbon nanotubes as the carbon nanostructures than the case of Example 2 using carbon nanofibers. It was found that carbon nanotubes are more effective as nanostructures.

[실험예 2] 전지 물성 평가 [Experimental Example 2] Evaluation of battery properties

황-탄소 복합체: 바인더(LiPAA/PVA를 6.5:0.5로 혼합): 실시예 1 내지 2에서 제조한 양극 첨가제를 88:7:10의 중량비로 혼합하여 슬러리를 제조한 후, 20㎛ 두께의 알루미늄 호일의 집전체에 코팅하여 전극을 제조하였다.Sulfur-carbon composite: Binder (LiPAA/PVA mixed at 6.5:0.5): After preparing a slurry by mixing the positive electrode additives prepared in Examples 1 to 2 at a weight ratio of 88:7:10, aluminum having a thickness of 20 μm An electrode was manufactured by coating the current collector of foil.

이와는 달리, 황-탄소 복합체: 바인더(LiPAA/PVA를 6.5:0.5로 혼합): 도전재(VGCF):첨가제로 비교예 1의 FeOOH를 88:7:5:5의 중량비로 혼합한 것과, 첨가제를 포함하지 않고 황-탄소 복합체: 바인더(LiPAA/PVA를 6.5:0.5로 혼합): 도전재(VGCF) 를 88:7:5의 중량비로 혼합한 것을 슬러리를 제조한 후, 20㎛ 두께의 알루미늄 호일의 집전체에 코팅하여 전극을 제조하였다. 상기의 조건을 정리하여 하기 표 1로 나타내었다.In contrast, sulfur-carbon composite: binder (LiPAA/PVA mixed at 6.5:0.5): conductive material (VGCF): FeOOH of Comparative Example 1 as an additive was mixed in a weight ratio of 88:7:5:5, and an additive Sulfur-carbon composite without containing: binder (LiPAA/PVA mixed at 6.5:0.5): conductive material (VGCF) was mixed in a weight ratio of 88:7:5 to prepare a slurry, and then aluminum having a thickness of 20 μm An electrode was manufactured by coating the current collector of foil. The above conditions are summarized and shown in Table 1 below.

실험예Experimental example 황-탄소 복합체Sulfur-carbon complex 도전재Conductive material 바인더bookbinder 첨가제additive 1One 8888 00 77 10(실시예 1)10 (Example 1) 22 8888 00 77 10(실시예 2)10 (Example 2) 33 8888 55 77 5(비교예 1)5 (Comparative Example 1) 44 8888 55 77 0(비교예 2)0 (Comparative Example 2)

(혼합 비율은 중량비임)상기 제조된 전극을 양극으로, 리튬 금속을 음극으로 사용하여 코인셀을 제조하였다. 이때, 상기 코인셀은 2-Me-THF/DOL/DME(1:1:1), LiN(CF3SO2)2 (LiTFSI) 1M, LiNO3 0.1M로 제조한 전해액을 사용하였다. 상기 2-Me-THF/DOL/DME는 용매로서 각각 2-Methyltetrahydrofuran, Dioxolane 및 Dimethyl ether를 사용하였다.(Mixing ratio is weight ratio) A coin cell was manufactured using the prepared electrode as a positive electrode and lithium metal as a negative electrode. At this time, the coin cell was used as an electrolyte prepared with 2-Me-THF/DOL/DME (1:1:1), LiN(CF 3 SO 2 ) 2 (LiTFSI) 1M, and LiNO 3 0.1M. As for the 2-Me-THF/DOL/DME, 2-Methyltetrahydrofuran, Dioxolane, and Dimethyl ether were used as solvents, respectively.

제조된 코인셀에 대하여, 1.5에서 2.5V까지의 방전용량 및 전지의 수명을 측정하여 도 5 및 도 6에 나타내었다.With respect to the manufactured coin cell, the discharge capacity from 1.5 to 2.5V and the life of the battery were measured and shown in FIGS. 5 and 6.

도 5 및 6에 나타난 바와 같이, 리튬 이차전지용 양극 첨가제를 포함하지 않는 비교예 2에 비하여 실시예 1의 첨가제를 포함할 경우 전지의 방전용량이 향상된 것을 알 수 있었다.As shown in FIGS. 5 and 6, it was found that the discharge capacity of the battery was improved when the additive of Example 1 was included as compared to Comparative Example 2 which did not contain the positive electrode additive for a lithium secondary battery.

또한 실시예 1의 첨가제를 포함한 전지의 경우, 비교예 1의 첨가제를 포함한 경우와 전지의 방전용량은 유사하나, 과전압이 개선되었음을 알 수 있었다.In addition, in the case of the battery including the additive of Example 1, the discharge capacity of the battery was similar to that of the case where the additive of Comparative Example 1 was included, but it was found that overvoltage was improved.

탄소나노구조체의 종류에 따른 전지의 방전용량 면에서는, 탄소나노구조체로 CNT를 사용한 실시예 1이 CNF를 사용한 실시예 2에 비해여 방전용량 면에서 우위에 있음을 알 수 있었다.In terms of the discharge capacity of the battery according to the type of carbon nanostructure, it was found that Example 1 using CNT as the carbon nanostructure was superior to Example 2 using CNF in terms of discharge capacity.

따라서 FeOOH를 단독으로 사용하는 것보다 FeOOH-탄소 복합체를 사용하면 과전압 개선 효과가 있고, 도전재가 없음에도 불구하고 리튬 이차전지의 방전용량 및 수명 특성이 향상되는 것을 확인하여, 실시예 1의 첨가제를 포함하는 전지의 경우가 실시예 2, 비교예 1 및 2에 비해 방전용량과 수명특성 면에서 우위에 있음을 알 수 있었다. Therefore, it was confirmed that the use of the FeOOH-carbon composite, rather than the use of FeOOH alone, had an overvoltage improvement effect, and the discharge capacity and life characteristics of the lithium secondary battery were improved despite the absence of a conductive material. It was found that the case of the included battery was superior to Example 2 and Comparative Examples 1 and 2 in terms of discharge capacity and lifespan characteristics.

Claims (17)

(1) Fe(NO3)3·9H2O 및 하기 화학식 1로 표시되는 환원제;를 혼합하고 반응시켜 FeOOH를 생성하는 단계;
(2) 상기 단계 (1)에서 생성된 FeOOH와 탄소나노구조체를 혼합하여 FeOOH-탄소 복합체를 생성하는 단계;
를 포함하는 리튬 이차전지용 양극 첨가제의 제조방법.
[화학식 1]
M1(BH4)X
상기 화학식 1에서, M1은 Li, Na, Mg, K 및 Ca 중에서 선택되는 어느 하나이고, X는 1 또는 2이다.
(1) Fe(NO 3 ) 3 ·9H 2 O and a reducing agent represented by the following Formula 1; mixing and reacting to produce FeOOH;
(2) mixing the FeOOH produced in step (1) and the carbon nanostructure to produce a FeOOH-carbon composite;
Method for producing a positive electrode additive for a lithium secondary battery comprising a.
[Formula 1]
M 1 (BH 4 ) X
In Formula 1, M 1 is any one selected from Li, Na, Mg, K, and Ca, and X is 1 or 2.
제1항에 있어서,
상기 단계(1)의 Fe(NO3)3·9H2O 는 0.04 내지 0.08 M의 수용액의 형태로 사용되는 리튬 이차전지용 양극 첨가제의 제조방법.
The method of claim 1,
Fe (NO 3 ) 3 · 9H 2 O of the step (1) is used in the form of an aqueous solution of 0.04 to 0.08 M, a method for producing a positive electrode additive for a lithium secondary battery.
제1항에 있어서,
상기 단계(1)의 화학식 1로 표시되는 환원제는 0.2 내지 0.5 M의 수용액의 형태로 사용되는 것인 리튬 이차전지용 양극 첨가제의 제조방법.
The method of claim 1,
The method of manufacturing a cathode additive for a lithium secondary battery, wherein the reducing agent represented by Formula 1 in step (1) is used in the form of an aqueous solution of 0.2 to 0.5 M.
제1항에 있어서,
상기 단계(1)에서의 혼합은 10 내지 120 초 동안 실시되는 것인 리튬 이차전지용 양극 첨가제의 제조방법.
The method of claim 1,
The mixing in the step (1) is a method for producing a positive electrode additive for a lithium secondary battery is carried out for 10 to 120 seconds.
제1항에 있어서,
상기 단계(1)에서의 반응 온도는 20 내지 25 ℃ 인 리튬 이차전지용 양극 첨가제의 제조방법.
The method of claim 1,
The reaction temperature in the step (1) is 20 to 25 ℃ method for producing a positive electrode additive for a lithium secondary battery.
제1항에 있어서,
상기 단계(1)에서의 반응 시간은 40분 내지 2시간인 리튬 이차전지용 양극 첨가제의 제조방법.
The method of claim 1,
The reaction time in step (1) is 40 minutes to 2 hours, a method of manufacturing a positive electrode additive for a lithium secondary battery.
제1항에 있어서,
상기 단계 (1) 이후에 여과 단계를 더 포함하는 리튬 이차전지용 양극 첨가제의 제조방법.
The method of claim 1,
A method for producing a positive electrode additive for a lithium secondary battery further comprising a filtering step after the step (1).
제1항에 있어서,
상기 단계 (2) 이후에 70 내지 90 ℃에서 6 내지 12 시간 동안 실시되는 건조 단계를 더 포함하는 리튬 이차전지용 양극 첨가제의 제조방법.
The method of claim 1,
A method for producing a positive electrode additive for a lithium secondary battery further comprising a drying step performed at 70 to 90° C. for 6 to 12 hours after the step (2).
활물질 및 바인더를 포함하되, 도전재는 포함하지 않는 리튬 이차전지용 양극으로서,
상기 양극은 FeOOH-탄소 복합체를 포함하고,
상기 FeOOH-탄소 복합체의 함량은 리튬 이차전지용 양극에 포함되는 베이스 고형분 100 중량부 대비 0.1 내지 15 중량부이며,
상기 베이스 고형분은 활물질 및 바인더를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지용 양극.
As a positive electrode for a lithium secondary battery that includes an active material and a binder, but does not include a conductive material,
The positive electrode includes a FeOOH-carbon composite,
The content of the FeOOH-carbon composite is 0.1 to 15 parts by weight based on 100 parts by weight of the base solid content included in the positive electrode for a lithium secondary battery,
The base solid content is a positive electrode for a lithium secondary battery comprising an active material and a binder.
삭제delete 제9항에 있어서,
상기 FeOOH-탄소 복합체는 탄소나노튜브(CNT) 또는 탄소나노섬유(CNF)를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지용 양극.
The method of claim 9,
The FeOOH-carbon composite positive electrode for a lithium secondary battery, characterized in that it comprises carbon nanotubes (CNT) or carbon nanofibers (CNF).
제11항에 있어서,
상기 탄소나노튜브의 직경은 5 내지 50 nm 이고, 그 길이는 100 nm 내지 1 ㎛인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지용 양극.
The method of claim 11,
The cathode for a lithium secondary battery, characterized in that the diameter of the carbon nanotube is 5 to 50 nm, the length is 100 nm to 1 ㎛.
제11항에 있어서,
상기 탄소나노섬유의 직경은 50 내지 100 nm 이고, 그 길이는 1 내지 5 ㎛ 인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지용 양극.
The method of claim 11,
The cathode for a lithium secondary battery, characterized in that the diameter of the carbon nanofiber is 50 to 100 nm, the length is 1 to 5 ㎛.
제9항에 있어서,
상기 FeOOH-탄소 복합체의 FeOOH는 그 평균 입경이 10 내지 500 nm인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지용 양극.
The method of claim 9,
The FeOOH of the FeOOH-carbon composite has an average particle diameter of 10 to 500 nm.
제9항에 있어서,
상기 FeOOH-탄소 복합체는 그 평균 입경이 1 내지 50 ㎛인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지용 양극.
The method of claim 9,
The FeOOH-carbon composite positive electrode for a lithium secondary battery, characterized in that the average particle diameter of 1 to 50 ㎛.
양극, 음극, 이들 사이에 개재된 분리막 및 전해질을 포함하되,
상기 양극은 제9항 및 제11항 내지 제15항 중 어느 한 항의 리튬 이차전지용 양극인 리튬 이차전지.
Including a positive electrode, a negative electrode, a separator and an electrolyte interposed therebetween,
The positive electrode is a lithium secondary battery that is the positive electrode for a lithium secondary battery according to any one of claims 9 and 11 to 15.
제16항에 있어서,
상기 리튬 이차전지는 리튬-황 전지인 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지.
The method of claim 16,
The lithium secondary battery is a lithium secondary battery, characterized in that the lithium-sulfur battery.
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