KR102273114B1 - High-capacity lithium secondary battery negative electrode material with improved reversibility and method for manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

본 개시는, 나노크기 Si 입자, 흑연 및 핏치를 밀링하여 Si-흑연-핏치 혼합물을 얻는 단계; 수계 바인더와 핏치가 분산된 증류수에 상기 Si-흑연-핏치 혼합물을 혼합하여 용액을 제조하는 단계; 상기 용액을 분무 건조하여 코어입자를 제조하는 단계; 상기 코어입자를 금형에 채우고 고온가압하여 블록을 제조하는 단계; 상기 제조된 블록을 탄화하는 단계; 및 상기 탄화된 블록을 분쇄 및 분급하는 단계를 포함하는, 리튬 이차 전지 음극 활물질의 제조방법에 관한 것이다. The present disclosure comprises the steps of milling nanosized Si particles, graphite and pitch to obtain a Si-graphite-pitch mixture; preparing a solution by mixing the Si-graphite-pitch mixture in distilled water in which an aqueous binder and pitch are dispersed; preparing core particles by spray-drying the solution; preparing a block by filling the core particles in a mold and pressing at a high temperature; carbonizing the manufactured block; and pulverizing and classifying the carbonized block. It relates to a method of manufacturing a negative active material for a lithium secondary battery.

Description

가역성이 향상된 고용량의 리튬 이차전지용 음극활물질 및 이의 제조방법 {HIGH-CAPACITY LITHIUM SECONDARY BATTERY NEGATIVE ELECTRODE MATERIAL WITH IMPROVED REVERSIBILITY AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}Anode active material for high-capacity lithium secondary battery with improved reversibility and manufacturing method thereof

본 개시는 리튬 이차전지용 음극활물질 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 구체적으로 본 개시는 가역성이 향상된 고용량의 리튬 이차전지용 음극활물질 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present disclosure relates to an anode active material for a lithium secondary battery and a method for manufacturing the same. Specifically, the present disclosure relates to a high-capacity anode active material for a lithium secondary battery with improved reversibility and a method for manufacturing the same.

리튬이온전지는 현재 휴대용 전자 통신 기기 및 전기자동차, 그리고 에너지 저장장치에까지 가장 광범위하게 사용되고 있는 이차전지 시스템이다. 이러한 리튬이온전지는 상용 수계 2차 전지 (Ni-Cd, Ni-MH 등)와 비교하여 높은 에너지 밀도와 작동 전압 그리고 상대적으로 작은 자가 방전율 등의 장점을 가지고 있어 관심의 초점이 되고 있다. 그러나, 휴대용 기기에서의 보다 효율적인 사용시간, 전기자동차에서의 에너지 특성 향상 등을 고려할 때 여전히 전기화학적 특성에서의 개선은 해결되어야 할 기술적 문제들로 남아있다. 이로 인해, 양극, 음극, 전해액, 분리막 등의 4대 원재료에 걸쳐 많은 연구와 개발이 현재에도 진행되고 있는 실정이다.Lithium-ion batteries are currently the most widely used secondary battery system in portable electronic communication devices, electric vehicles, and energy storage devices. These lithium-ion batteries are attracting attention because they have advantages such as high energy density, operating voltage, and relatively small self-discharge rate compared to commercial water-based secondary batteries (Ni-Cd, Ni-MH, etc.). However, in consideration of more efficient use time in portable devices, improvement of energy characteristics in electric vehicles, and the like, improvement in electrochemical characteristics still remains as a technical problem to be solved. For this reason, a lot of research and development on the four major raw materials such as an anode, a cathode, an electrolyte, and a separator is still in progress.

이들 원재료 중 음극에 대해서는 우수한 용량 보존 특성 및 효율을 나타내는 흑연계 물질이 상용화되어 있다. 그러나, 흑연계 물질의 상대적으로 낮은 이론용량 값 (LiC6 : 372mAh/g)과 낮은 방전용량비율은 시장에서 요구하는 전지의 고에너지, 고출력 밀도의 특성과 부합되기에는 다소 부족한 것이 현실이다. 따라서, 많은 연구자들이 주기율표 상의 Ⅳ족 원소 (Si, Ge, Sn)에 관심을 가지고 있으며, 그 중에서도 특히 Si은 매우 높은 이론 용량 (Li15Si4 : 3600mAh/g)과 낮은 작동 전압 (~0.1V vs. Li/Li+) 특성으로 인하여 매우 매력적인 재료로 각광받고 있다. 그러나, 일반적인 Si계 음극재료의 경우 싸이클 중 300%에 달하는 부피 변화와 함께 낮은 방전용량비율 특성을 나타내므로 실제 전지에 적용이 어렵다는 단점이 있다.Among these raw materials, graphite-based materials exhibiting excellent capacity retention characteristics and efficiency are commercially available for anodes. However, the comparatively low theoretical capacity value (LiC 6 : 372 mAh/g) and low discharge capacity ratio of graphite-based materials are somewhat insufficient to match the characteristics of high energy and high power density of batteries required by the market. Therefore, many researchers are interested in the elements of group IV (Si, Ge, Sn) on the periodic table, especially Si has a very high theoretical capacity (Li 15 Si 4 : 3600 mAh/g) and a low operating voltage (~0.1V). vs. Li/Li+), it is attracting attention as a very attractive material. However, in the case of a general Si-based anode material, it has a disadvantage in that it is difficult to apply to an actual battery because it exhibits a low discharge capacity ratio with a volume change of 300% during a cycle.

이러한 문제점을 해결하기 위하여, 종래에는 SiO2에 분산되어 있는 Si 입자를 포함하는 음극 제조에 대한 기술을 공개하고 있다. 이 물질은 용량이 약 2000mAh/g으로 매우 높고 수명에 대해서도 Si 단독 음극의 경우보다 향상된 결과를 보인다. 그러나, 이러한 SiO는 전기화학 반응 중 Si와 SiO2외에 SiOx라는 중간상을 형성하는데 이때 SiOx의 일부 산소가 Li과 반응하여 전기화학적으로 안정한 상인 Li2O를 형성하게 된다. 이 Li2O는 방전 시 다시 Li으로 분리되지 않으며 이로 인한 비가역 용량 발생은 고용량 음극 소재로서의 단점으로 작용하는바, 이에 대한 개선이 필요한 실정이다.In order to solve this problem, conventionally, a technique for manufacturing a negative electrode including Si particles dispersed in SiO 2 has been disclosed. This material has a very high capacity of about 2000 mAh/g and shows improved results with respect to lifetime compared to the case of the Si-only negative electrode. However, during the electrochemical reaction, SiO forms an intermediate phase called SiO x in addition to Si and SiO 2 during the electrochemical reaction. At this time , some oxygen of SiO x reacts with Li to form Li 2 O, which is an electrochemically stable phase. This Li 2 O is not separated back into Li during discharge, and the generation of irreversible capacity due to this acts as a disadvantage as a high-capacity anode material, and there is a need for improvement.

충-방전시 발생하는 비가역 생성물과 함께 부피팽창에 따른 전해액 노출로 새로운 SEI를 생성시키기 위한 Li 소스의 지속적인 소모는 Si계 음극재의 상용화에 기술적 장벽으로 작용하고 있다. The continuous consumption of the Li source to generate a new SEI by exposure to electrolyte according to volume expansion along with irreversible products generated during charge-discharge acts as a technical barrier to the commercialization of Si-based anode materials.

이에 본 개시에서는 Si 원료와 핏치에서 기인한 도전성 탄소간의 단단한 접촉 패스(path)를 제공함으로써 Si을 보호하며, 비표면적을 획기적으로 낮출 수 있는 음극 활물질 및 이의 제조방법을 제안함으로써 가역 반응을 유도, 수명 및 고율특성을 보완하는 방법을 제공하고자 한다.Accordingly, the present disclosure protects Si by providing a hard contact path between the Si raw material and the conductive carbon resulting from the pitch, and proposes a negative active material capable of dramatically lowering the specific surface area and a method for manufacturing the same, thereby inducing a reversible reaction, It is intended to provide a method to supplement the lifespan and high rate characteristics.

본 개시 일 구현예의 리튬 이차 전지용 음극 활물질은 나노크기 Si 입자와 흑연을 포함하고, 비표면적이 6m2/g 이하일 수 있다.The negative active material for a lithium secondary battery according to an exemplary embodiment of the present disclosure includes nano-sized Si particles and graphite, and may have a specific surface area of 6 m 2 /g or less.

상기 리튬 이차 전지용 음극 활물질은 탄소 코팅될 수 있다.The negative active material for a lithium secondary battery may be coated with carbon.

본 개시 일 구현예의 리튬 이차 전지용 음극 활물질의 제조방법은, 나노크기 Si 입자, 흑연 및 핏치를 밀링하여 Si-흑연-핏치 혼합물을 얻는 단계; 수계 바인더와 핏치가 분산된 증류수에 상기 Si-흑연-핏치 혼합물을 혼합하여 용액을 제조하는 단계; 상기 용액을 분무 건조하여 코어입자를 제조하는 단계; 상기 코어입자를 금형에 채우고 고온가압하여 블록을 제조하는 단계; 상기 제조된 블록을 탄화하는 단계; 및 상기 탄화된 블록을 분쇄 및 분급하는 단계를 포함할 수 있다.A method of manufacturing a negative active material for a lithium secondary battery according to an embodiment of the present disclosure includes milling nano-sized Si particles, graphite, and pitch to obtain a Si-graphite-pitch mixture; preparing a solution by mixing the Si-graphite-pitch mixture in distilled water in which an aqueous binder and pitch are dispersed; preparing core particles by spray-drying the solution; preparing a block by filling the core particles in a mold and pressing at a high temperature; carbonizing the manufactured block; and pulverizing and classifying the carbonized block.

상기 핏치의 휘발분 함량이 15% 미만일 수 있다.The pitch may have a volatile content of less than 15%.

상기 코어입자를 금형에 채우고 고온가압하여 블록을 제조하는 단계;는 진공 분위기에서 행해질 수 있다.Preparing the block by filling the core particles in a mold and pressing at a high temperature; may be performed in a vacuum atmosphere.

상기 진공 분위기의 진공도는 -50 내지 90 kPa일 수 있다.The vacuum degree of the vacuum atmosphere may be -50 to 90 kPa.

상기 코어입자를 금형에 채우고 고온가압하여 블록을 제조하는 단계;는 코어입자에 포함된 핏치의 연화점보다 100 내지 200℃ 더 높은 온도에서 진행될 수 있다.Preparing the block by filling the core particles in a mold and pressing at a high temperature; may be performed at a temperature 100 to 200° C. higher than the softening point of the pitch included in the core particles.

상기 코어입자를 금형에 채우고 고온가압하여 음극 활물질 블록을 제조하는 단계;는 2ton/cm2 이상의 압력으로 가압하는 단계일 수 있다.Preparing the negative active material block by filling the core particles in a mold and pressing at a high temperature; may be a step of pressing at a pressure of 2 ton/cm 2 or more.

나노크기 Si 입자, 흑연 및 핏치를 밀링하여 Si-흑연-핏치 혼합물을 얻는 단계;에서, 혼합물 전체 중량에 대하여, 나노크기 Si 입자는 40 내지 50 중량%, 흑연은 22 내지 32중량%, 핏치는 23 내지 33중량%로 혼합할 수 있다.Milling the nano-sized Si particles, graphite and pitch to obtain a Si-graphite-pitch mixture; in, based on the total weight of the mixture, the nano-sized Si particles are 40-50 wt%, the graphite is 22-32 wt%, the pitch is 23 to 33% by weight may be mixed.

상기 수계 바인더와 핏치가 분산된 증류수에 상기 Si-흑연-핏치 혼합물을 혼합하여 용액을 제조하는 단계;에서, 상기 수계 바인더는 Si-흑연-핏치 혼합물 중량에 대하여 7.5 내지 15중량%로 포함될 수 있다.In the step of preparing a solution by mixing the Si-graphite-pitch mixture in distilled water in which the aqueous binder and the pitch are dispersed; the aqueous binder may be included in an amount of 7.5 to 15% by weight based on the weight of the Si-graphite-pitch mixture. .

상기 제조된 블록을 탄화하는 단계; 는 1000℃ 이하의 온도 및 불활성 분위기에서 탄화시키는 것일 수 있다.carbonizing the manufactured block; may be carbonized at a temperature of 1000° C. or less and an inert atmosphere.

상기 탄화된 블록을 분쇄 및 분급하는 단계;는 제트밀 및 핀밀로 이루어진 군중에서 선택된 1종이상을 이용하여 분쇄하는 단계일 수 있다.The step of pulverizing and classifying the carbonized block may be a step of pulverizing using one or more selected from the group consisting of a jet mill and a pin mill.

상기 나노크기 Si 입자, 흑연 및 핏치를 밀링하여 Si-흑연-핏치 혼합물을 얻는 단계;는 메카노 퓨전 및 볼밀로 이루어진 군 중에서 선택된 1종이상의 건식 밀링하는 단계일 수 있다.The step of milling the nano-sized Si particles, graphite and pitch to obtain a Si-graphite-pitch mixture; may be a step of dry milling at least one selected from the group consisting of mechano fusion and ball mill.

상기 수계 바인더와 핏치가 분산된 증류수에 상기 Si-흑연-핏치 혼합물을 혼합하여 용액을 제조하는 단계;에서 상기 수계 바인더는 폴리비닐알콜 (PVA) 및 아라비아검 (Gumarabic)으로 이루어진 군 중에서 선택된 1종 이상일 수 있다.In the step of preparing a solution by mixing the Si-graphite-pitch mixture in distilled water in which the aqueous binder and the pitch are dispersed; the aqueous binder is one selected from the group consisting of polyvinyl alcohol (PVA) and gum arabic (Gumarabic) may be more than

상기 수계 바인더와 핏치가 분산된 증류수에 상기 Si-흑연-핏치 혼합물을 혼합하여 용액을 제조하는 단계;에서 상기 핏치는 D50이 1um 이하의 미분화 핏치일 수 있다.In the step of preparing a solution by mixing the Si-graphite-pitch mixture in distilled water in which the aqueous binder and the pitch are dispersed; the pitch may be an undifferentiated pitch having a D50 of 1 μm or less.

본 개시 일 구현예에 의하면, 장기간 싸이클링에도 Si 팽창에 의한 열화를 방지할 수 있는 치밀한 구조를 가지는 구형화된 Si-탄소 복합 음극재를 제공할 수 있다.According to one embodiment of the present disclosure, it is possible to provide a spherical Si-carbon composite anode material having a dense structure capable of preventing deterioration due to Si expansion even during long-term cycling.

도 1은 본 개시 실험예에서 제조된 비교예와 실시예의 음극활물질의 단면을 SEM 촬영한 이미지를 도시한 것이다.
도 2은 본 개시 실험예에서 제조된 비교예와 실시예의 기공 분포 그래프를 도시한 것이다.
도 3은 50회 싸이클 수명특성 그래프를 도시한 것이다.
1 shows images obtained by SEM imaging of cross-sections of negative active materials of Comparative Examples and Examples prepared in Experimental Examples disclosed herein.
2 shows a pore distribution graph of Comparative Examples and Examples prepared in Experimental Examples of the present disclosure.
3 is a graph showing the 50 cycle life characteristics.

제1, 제2 및 제3 등의 용어들은 다양한 부분, 성분, 영역, 층 및/또는 섹션들을 설명하기 위해 사용되나 이들에 한정되지 않는다. 이들 용어들은 어느 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션을 다른 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션과 구별하기 위해서만 사용된다. 따라서, 이하에서 서술하는 제1 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 제2 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션으로 언급될 수 있다.Terms such as first, second and third are used to describe, but are not limited to, various parts, components, regions, layers and/or sections. These terms are used only to distinguish one part, component, region, layer or section from another part, component, region, layer or section. Accordingly, a first part, component, region, layer or section described below may be referred to as a second part, component, region, layer or section without departing from the scope of the present invention.

여기서 사용되는 전문 용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.The terminology used herein is for the purpose of referring to specific embodiments only, and is not intended to limit the invention. As used herein, the singular forms also include the plural forms unless the phrases clearly indicate the opposite. The meaning of "comprising," as used herein, specifies a particular characteristic, region, integer, step, operation, element and/or component, and includes the presence or absence of another characteristic, region, integer, step, operation, element and/or component. It does not exclude additions.

어느 부분이 다른 부분의 "위에" 또는 "상에" 있다고 언급하는 경우, 이는 바로 다른 부분의 위에 또는 상에 있을 수 있거나 그 사이에 다른 부분이 수반될 수 있다. 대조적으로 어느 부분이 다른 부분의 "바로 위에" 있다고 언급하는 경우, 그 사이에 다른 부분이 개재되지 않는다.When a part is referred to as being “on” or “on” another part, it may be directly on or on the other part, or the other part may be involved in between. In contrast, when a part refers to being "directly above" another part, the other part is not interposed therebetween.

또한, 특별히 언급하지 않는 한 %는 중량%를 의미하며, 1ppm 은 0.0001중량%이다.In addition, unless otherwise specified, % means weight %, and 1 ppm is 0.0001 weight %.

다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.Although not defined otherwise, all terms including technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. Commonly used terms defined in the dictionary are additionally interpreted as having a meaning consistent with the related technical literature and the presently disclosed content, and unless defined, they are not interpreted in an ideal or very formal meaning.

이하, 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail so that those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can easily implement them. However, the present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein.

본 개시는 Si을 전해액과의 부반응으로부터 보호하고, 비표면적을 제어하기 위하여, 고정탄소 비율 (탄화수율) 및 점결 특성 (high β-resin value)값을 가지는 핏치를 활용하고, 제조 공정 중 핏치의 휘발분 (Volatile Matter)을 효과적으로 제거한 후 잔류 기공을 제어할 수 있는 진공 분위기에서의 고온가압성형 공정을 도입함으로써, 장기간 싸이클링에도 Si 팽창에 의한 열화를 방지할 수 있는 치밀한 구조를 가지는 구형화된 Si-탄소 복합 음극재를 제조하는 것으로 정의된다. The present disclosure utilizes a pitch having a fixed carbon ratio (char yield) and caking property (high β-resin value) value in order to protect Si from a side reaction with an electrolyte and control the specific surface area, and the pitch of the pitch during the manufacturing process. By introducing a high-temperature pressing process in a vacuum atmosphere that can control residual pores after effectively removing volatile matter, a spherical Si- having a dense structure that can prevent deterioration due to Si expansion even during long-term cycling It is defined as manufacturing a carbon composite negative electrode material.

이하, 각 단계에 대하여 구체적으로 살펴본다.Hereinafter, each step will be described in detail.

본 개시 일 구현예의 리튬 이차전지용 음극활물질은 나노크기 Si 입자와 흑연을 포함하고, 비표면적이 6m2/g 이하일 수 있다. 음극활물질의 비표면적이 (BET법에 의해 측정된 값) 크게 되면 전해액과의 부반응 싸이트를 제공하게 되어 장기 수명 특성을 저하시킬 수 있다. 특히 실리콘의 경우 충방전 중 부피 팽창에 의해 신규로 노출되는 새로운 표면을 최소화 하기 위해서는 초기 활물질 자체의 비표면적이 낮은 값으로 제어되는 것이 매우 중요하다. .The negative active material for a lithium secondary battery according to an exemplary embodiment of the present disclosure includes nano-sized Si particles and graphite, and a specific surface area may be 6m 2 /g or less. If the specific surface area (measured by the BET method) of the negative electrode active material is large, a side reaction site with the electrolyte may be provided, thereby deteriorating long-term lifespan characteristics. In particular, in the case of silicon, it is very important to control the specific surface area of the initial active material itself to a low value in order to minimize a new surface newly exposed due to volume expansion during charging and discharging. .

상기 리튬 이차전지용 음극활물질에 적용되는 석탄계 pitch의 휘발분 함량은 열처리 후 잔탄량이 높은 경우에 Si 표면을 효과적으로 탄소층이 지지하여 비표면적 및 실리콘 노출을 최소화시킬 수 있기 때문에 바람직하게 15% 미만일 수 있다.The volatile matter content of the coal-based pitch applied to the negative electrode active material for the lithium secondary battery is preferably less than 15% because the carbon layer effectively supports the Si surface to minimize the specific surface area and silicon exposure when the residual carbon amount after heat treatment is high.

상기 리튬 이차 전지용 음극 활물질은 탄소 코팅될 수 있다.The negative active material for a lithium secondary battery may be coated with carbon.

본 개시 일 구현예의 리튬 이차전지용 음극활물질의 제조방법은 나노크기 Si 입자, 흑연 및 핏치를 밀링하여 Si-흑연-핏치 혼합물을 얻는 단계; 수계 바인더와 핏치가 분산된 증류수에 상기 Si-흑연-핏치 혼합물을 혼합하여 용액을 제조하는 단계; 상기 용액을 분무 건조하여 코어입자를 제조하는 단계; 상기 코어입자를 금형에 채우고 고온가압하여 블록을 제조하는 단계; 상기 제조된 블록을 탄화하는 단계; 및 상기 탄화된 블록을 분쇄 및 분급하는 단계를 포함할 수 있다. A method of manufacturing a negative active material for a lithium secondary battery according to an embodiment of the present disclosure includes milling nano-sized Si particles, graphite, and pitch to obtain a Si-graphite-pitch mixture; preparing a solution by mixing the Si-graphite-pitch mixture in distilled water in which an aqueous binder and pitch are dispersed; preparing core particles by spray-drying the solution; preparing a block by filling the core particles in a mold and pressing at a high temperature; carbonizing the manufactured block; and pulverizing and classifying the carbonized block.

상기 코어입자를 금형에 채우고 고온가압하여 블록을 제조하는 단계;는 진공 분위기에서 행해질 수 있다.Preparing the block by filling the core particles in a mold and pressing at a high temperature; may be performed in a vacuum atmosphere.

상기 진공 분위기의 진공도는 -50 내지 90 kPa일 수 있다.The vacuum degree of the vacuum atmosphere may be -50 to 90 kPa.

상기 코어입자를 금형에 채우고 고온가압하여 블록을 제조하는 단계;는 코어입자에 포함된 핏치의 연화점보다 50 내지 300℃ 더 높은 온도에서 진행되는 것일 수 있다. 구체적으로 핏치의 연화점보다 50 내지 200℃, 또는 보다 구체적으로 100 내지 150℃ 높은 온도에서 진행될 수 있다.The step of filling a mold with the core particles and high-temperature pressurizing to prepare a block; may be performed at a temperature 50 to 300° C. higher than the softening point of the pitch included in the core particles. Specifically, the process may be performed at a temperature 50 to 200° C., or more specifically, 100 to 150° C. higher than the softening point of the pitch.

고온가압하여 블록을 제조하는 단계의 온도가 너무 낮은 경우에는 탄소 지지층을 형성하는 핏치에 점성을 부여할 수 없어 성형 이 후 진행되는 열처리 공정에서 VM을 제어 할 수 없음으로 비표면적 감소를 유도 할 수 없다는 단점이 있을 수 있고, 온도가 너무 높은 경우에는 고밀도 탄소 지지층을 형성하는 제조 설비(성형 금형)에 원료 성분이 점착되어 설계된 조성 균일도를 얻을 수 없는 단점이 있을 수 있다. If the temperature of the block manufacturing step by high-temperature pressurization is too low, viscosity cannot be imparted to the pitch forming the carbon support layer, so VM cannot be controlled in the heat treatment process after molding, leading to a decrease in specific surface area. If the temperature is too high, the raw material component adheres to the manufacturing equipment (molding mold) that forms the high-density carbon support layer, so there may be a disadvantage that the designed compositional uniformity cannot be obtained.

상기 코어입자를 금형에 채우고 고온가압하여 음극 활물질 블록을 제조하는 단계;는 2ton/cm2 이상의 압력으로 가압하는 단계일 수 있다. Preparing the negative active material block by filling the core particles in a mold and pressing at a high temperature; may be a step of pressing at a pressure of 2 ton/cm 2 or more.

상기 나노크기 Si 입자, 흑연 및 핏치를 밀링하여 Si-흑연-핏치 혼합물을 얻는 단계;에서, 혼합물 전체 중량에 대하여, 나노크기 Si 입자는 40 내지 50 중량%, 흑연은 22 내지 32중량%, 핏치는 23 내지 33중량%로 혼합할 수 있다. Milling the nano-sized Si particles, graphite and pitch to obtain a Si-graphite-pitch mixture; in, based on the total weight of the mixture, 40 to 50 wt% of nano-sized Si particles, 22 to 32 wt% of graphite, pitch may be mixed in an amount of 23 to 33% by weight.

상기 수계 바인더와 핏치가 분산된 증류수에 상기 Si-흑연-핏치 혼합물을 혼합하여 용액을 제조하는 단계;에서, 상기 수계 바인더는 Si-흑연-핏치 혼합물 중량에 대하여 7.5 내지 15중량%로 포함될 수 있다. In the step of preparing a solution by mixing the Si-graphite-pitch mixture in distilled water in which the aqueous binder and the pitch are dispersed; the aqueous binder may be included in an amount of 7.5 to 15% by weight based on the weight of the Si-graphite-pitch mixture. .

상기 제조된 블록을 탄화하는 단계; 는 1000℃ 이하의 온도 및 불활성 분위기에서 탄화시키는 것일 수 있다. carbonizing the manufactured block; may be carbonized at a temperature of 1000° C. or less and an inert atmosphere.

상기 탄화된 블록을 분쇄 및 분급하는 단계;는 제트밀 및 핀밀로 이루어진 군중에서 선택된 1종이상을 이용하여 분쇄하는 단계일 수 있다.The step of pulverizing and classifying the carbonized block may be a step of pulverizing using one or more selected from the group consisting of a jet mill and a pin mill.

나노크기 Si 입자, 흑연 및 핏치를 밀링하여 Si-흑연-핏치 혼합물을 얻는 단계;는 메카노 퓨전 및 볼밀로 이루어진 군 중에서 선택된 1종이상의 건식 밀링하는 단계일 수 있다.The step of milling nano-sized Si particles, graphite and pitch to obtain a Si-graphite-pitch mixture; may be a step of dry milling at least one selected from the group consisting of mechano fusion and ball mill.

수계 바인더와 핏치가 분산된 증류수에 상기 Si-흑연-핏치 혼합물을 혼합하여 용액을 제조하는 단계;에서 상기 수계 바인더는 폴리비닐알콜 (PVA) 및 아라비아검 (Gumarabic)으로 이루어진 군 중에서 선택된 1종 이상일 수 있다.In the step of preparing a solution by mixing the Si-graphite-pitch mixture in distilled water in which the aqueous binder and the pitch are dispersed; the aqueous binder is at least one selected from the group consisting of polyvinyl alcohol (PVA) and gum arabic (Gumarabic). can

수계 바인더와 핏치가 분산된 증류수에 상기 Si-흑연-핏치 혼합물을 혼합하여 용액을 제조하는 단계;에서 상기 핏치는 D50이 1um 이하의 미분화 핏치일 수 있다.In the step of preparing a solution by mixing the Si-graphite-pitch mixture in distilled water in which the aqueous binder and the pitch are dispersed; the pitch may be an undifferentiated pitch having a D50 of 1 μm or less.

이하 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail so that those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can easily implement them. However, the present invention may be embodied in various different forms, and is not limited to the embodiments described herein.

Si-탄소 복합 음극활물질의 제조방법Manufacturing method of Si-carbon composite negative electrode active material

먼저 Si-탄소 복합 음극재의 일반적인 제조 방법에 대해 기술한다. 다만 이는 Si-탄소 복합 음극재 구조의 제조에 대한 몇 가지 예시로서, 본 개시는 이에 제한되지 않는다.First, a general method of manufacturing a Si-carbon composite anode material will be described. However, these are some examples of the fabrication of the Si-carbon composite anode material structure, and the present disclosure is not limited thereto.

본 개시 일 구현예의 Si-탄소 복합 음극활물질은 나노 크기의 Si입자와 흑연, 핏치 분말, 수계 바인더로 구성된다. 음극활물질 제조방법의 첫 단계로서 나노크기의 Si입자가 싸이클링에 따른 부피 팽창-수축에도 내부 구성 물질과의 전기적 접촉을 유지할 수 있도록 흑연 입자에 나노 Si을 부착시키는 건식 밀링 공정을 실시한다. 이때 주요 변수로는 Si입자, 흑연 및 핏치 입자의 크기와 함께 밀링시 회전속도와 시간 등이 있다. 또한, 최종 제품에서 나노 Si과 탄소 지지층이 형성되어 완벽하게 결착될 수 있도록 밀링 공정 시 특정 함량의 핏치 (탄소원)를 첨가한다. 해당 밀링 공정은 메카노 퓨전, 볼밀 등 분말과의 접촉 매개를 통한 공정이 적용될 수 있다.The Si-carbon composite anode active material of the embodiment of the present disclosure is composed of nano-sized Si particles, graphite, pitch powder, and an aqueous binder. As the first step of the anode active material manufacturing method, a dry milling process of attaching nano-Si to graphite particles is performed so that the nano-sized Si particles can maintain electrical contact with the internal components despite volume expansion-contraction due to cycling. At this time, the main variables include the size of Si particles, graphite and pitch particles, as well as the rotation speed and time during milling. In addition, a certain amount of pitch (carbon source) is added during the milling process so that the nano Si and carbon support layer are formed and completely bound to the final product. For the milling process, a process through contact with powder, such as mechano fusion or ball mill, may be applied.

상술한대로 얻어진 Si-흑연-핏치의 혼합물과 수계 바인더를 혼합하여 분무건조 (spray drying)을 하기 위한 용액을 제조한다. 분무건조 공정의 목적은 건식 밀링 공정만으로는 나노 Si-흑연-핏치 원료를 균일하게 분산시키는 데 한계가 존재하여, 전기화학 성능 측정 시 국부적인 성능 (수명) 열화 및 팽창 심화 등의 부작용을 초래하기 때문이다. 해당 분무건조 공정에서 용매로 에탄올, IPA, 아세톤 등을 적용하게 되면, Si-흑연-핏치의 결착력을 저하시켜 성능 저하를 초래하므로 수계 분무건조 공정에 한한다. A solution for spray drying is prepared by mixing the Si-graphite-pitch mixture obtained as described above and an aqueous binder. The purpose of the spray drying process is that there is a limit to uniformly dispersing the nano Si-graphite-pitch raw material only with the dry milling process, which causes side effects such as deterioration of local performance (lifetime) and intensification of expansion when measuring electrochemical performance. to be. When ethanol, IPA, acetone, etc. are applied as solvents in the spray drying process, the binding force of Si-graphite-pitch is lowered, resulting in performance degradation, so it is limited to the water-based spray drying process.

상기 분무건조 공정 시 분무건조용액 내에서 결착된 Si-흑연-핏치입자가 증류수에서 잘 분산되게 할 수 있도록, 그리고 Si-C 복합음극재의 입도를 고려하여 수계 바인더 (PVA, 아라비카고무 등)를 설계한 값으로 적절하게 투입하여 사용한다. 상술한 수계 바인더가 용해된 증류수에 특정 입도로 미분화된 D50 1um급의 미분화된 핏치 분말을 분산시켜 주게 되는데, 이렇게 미분화 및 분산된 핏치 입자는 분무건조 이후 열처리 과정에서 나노 Si 표면 커버리지(coverage) 특성을 개선시켜, 활물질의 비표면적을 현저히 감소시켜 전기화학 성능의 향상을 유도할 수 있다. 이렇게 미립 핏치가 분산된 증류수에 건식 밀링 처리된 나노 Si-흑연-핏치 분말을 투입하고 상온에서 일정시간 교반처리를 행한 후 분무건조기를 이용하여 구형의 다공성 Si-탄소 복합 음극재 1차 입자(core)를 획득한다. Design an aqueous binder (PVA, arabica rubber, etc.) in consideration of the particle size of the Si-C composite negative electrode material so that the Si-graphite-pitch particles bound in the spray-drying solution during the spray drying process can be well dispersed in distilled water. It is used by properly inputting one value. D50 1um grade micronized pitch powder micronized to a specific particle size is dispersed in distilled water in which the above-described aqueous binder is dissolved, and the micronized and dispersed pitch particles are nano-Si surface coverage characteristics in the heat treatment process after spray drying to improve the electrochemical performance by significantly reducing the specific surface area of the active material. Dry-milled nano Si-graphite-pitch powder was added to distilled water in which the fine pitch was dispersed, stirred at room temperature for a certain period of time, and then spherical porous Si-carbon composite anode material primary particles (core ) is obtained.

이렇게 획득된 구형의 입자는 분무건조 공정의 특성상 다공성 입자로 수득된다. 기본적으로 다공성 입자는 전지 적용 시 전해액과의 부반응 장소를 제공하여 전기화학 성능의 열화를 초래한다. 또한 핏치의 성분 중 고온 열처리 시 제거되는 휘발분 (VM, Volatile Matter)는 재료 내부에 기공을 남김으로써, 최종 전지 소재로 적용될 경우 비표면적을 증가시킨다. 이 경우 전해액과의 부반응 등으로 Si소재의 열화를 가속화시킬 수 있기 때문에 기공을 효과적으로 제어하는 기술이 필요하다. The spherical particles thus obtained are obtained as porous particles due to the nature of the spray drying process. Basically, the porous particles provide a site for side reactions with the electrolyte during battery application, resulting in deterioration of electrochemical performance. In addition, volatile matter (VM, Volatile Matter), which is removed during high-temperature heat treatment among components of pitch, leaves pores inside the material, thereby increasing the specific surface area when applied as a final battery material. In this case, since the deterioration of the Si material can be accelerated due to a side reaction with the electrolyte, etc., a technique for effectively controlling the pores is required.

본 실시예에서는 이를 개선하기 위하여 분무건조 입자의 내부에 존재하는 기공을 최소화할 수 있도록 핏치 연화점 이상의 일정 온도 범위에서 특정 압력을 규정된 시간 범위에서 인가하는 공정을 적용하였다. 고온가압성형 시 연화점 이상에서 노출된 핏치는 점도를 가지며 분무건조 공정의 미세 기공을 채워줌으로써 합성 분말의 전기화학적 특성을 향상시킬 수 있다. 또한, 해당 가압성형 공정을 진공 분위기에서 진행하여, 연화점 이상에서 발생되는 VM을 효과적으로 제어할 수 있으며, 이 경우 고온점도를 가지는 핏치가 진공분위기에서 제거된 VM이 남긴 기공을 쉽게 채울 수 있도록 공정설계를 진행하였다. In this embodiment, in order to improve this, a process of applying a specific pressure in a prescribed time range in a certain temperature range above the pitch softening point was applied so as to minimize the pores existing inside the spray-dried particles. The pitch exposed above the softening point during high-temperature press molding has a viscosity and can improve the electrochemical properties of the synthetic powder by filling the micropores of the spray drying process. In addition, by performing the pressure molding process in a vacuum atmosphere, it is possible to effectively control the VM generated above the softening point. In this case, the process design is so that the pitch with high temperature viscosity can easily fill the pores left by the VM removed in the vacuum atmosphere. proceeded.

상기 고온가압성형은 자체 제작된 금형 (mold)에 1차 입자 분말을 채워넣고 가압 프레스(press) 설비를 활용하여 진행되었으며, 성형공정 후 수득되는 반제품은 블록의 형태로 수득된다.The high-temperature pressure molding was performed by filling a self-made mold with primary particle powder and utilizing a press facility, and the semi-finished product obtained after the molding process is obtained in the form of a block.

고온가압성형 공정 이후 약 1000℃, 불활성 분위기에서 블록 탄화를 실시하였으며, 이후 제트밀(JET mill), 핀밀(Pin mill) 등의 분쇄 공정을 거쳐, 체가름을 실시하여 최종 음극활물질 제품을 제조하였다. After the high-temperature press molding process, block carbonization was performed at about 1000 ° C. in an inert atmosphere, and then the final anode active material product was manufactured by performing a sieving process through a grinding process such as a jet mill and a pin mill. .

활물질 수득 후 FIB-SEM(Focus Ion Beam Scanning Electron Microsopes)을 이용하여 내부 형태를 관찰하였으며, Surface area and Porosity analyzer (Micromeritics, ASAP2020)를 이용하여 비표면적을 측정하였다.After obtaining the active material, the internal shape was observed using FIB-SEM (Focus Ion Beam Scanning Electron Microsopes), and the specific surface area was measured using a Surface area and Porosity analyzer (Micromeritics, ASAP2020).

또, 전기화학적 특성 분석을 위해 합성된 Si-탄소 복합 음극활물질을 대상으로 로딩량(Loading) 5mg/cm2, 전극밀도가 1.2~1.3g/cc를 가지도록 Cu 집전체 위에 코팅을 실시한 후 압연을 하였으며, CR2032 타입의 반쪽 코인셀을 제조하여 0.005V~1.0V의 작동 전압 구간에서 충-방전시험을 진행하였다. In addition, the Si-carbon composite anode active material synthesized for electrochemical characterization was coated on the Cu current collector to have a loading of 5 mg/cm 2 , and an electrode density of 1.2 to 1.3 g/cc, and then rolled A CR2032-type half coin cell was manufactured and a charge-discharge test was performed in the operating voltage range of 0.005V to 1.0V.

사용된 전극 제조용 바인더는 PAA (polyacrylic acid) 시스템이며, 전해액은 첨가제가 없는 EC(에틸렌카보네이트): DEC(디에틸카보네이트)=1:1(1.0M LiPF6)였다. 충-방전 시 전류는 초기 싸이클에서는 0.1C로 측정하였다. 또한 첫번째 1C-rate 용량을 기준으로 충-방전 시 0.5C-rate의 전류를 인가하여 50회 싸이클 수명을 측정하였다.The binder used for manufacturing the electrode was a polyacrylic acid (PAA) system, and the electrolyte solution was EC (ethylene carbonate) without additives: DEC (diethyl carbonate) = 1:1 (1.0M LiPF 6 ). The current during charge-discharge was measured at 0.1C in the initial cycle. In addition, based on the first 1C-rate capacity, a 0.5C-rate current was applied during charging and discharging to measure the lifespan of 50 cycles.

50회 싸이클 수명 측정 후 해당 전극의 팽창율 측정을 위해서는 반쪽 코인셀을 이용하여 50회 싸이클이 완료된 후 0.005V (0.005C 컷오프)까지 만충전 후 코인셀을 분해, 충전 전극의 두께를 측정함으로써 팽창율 변화를 비교하였다.To measure the expansion rate of the electrode after measuring the life span of 50 cycles, use a half coin cell to complete 50 cycles and then fully charge the coin cell to 0.005V (0.005C cutoff), then disassemble the coin cell and measure the thickness of the charging electrode to change the expansion rate were compared.

실시예Example

나노 Si를 활용하여 나노 Si-흑연-핏치입자가 건식 밀링된 분말을 제조하였다. 수계 바인더와 미립 핏치를 용매 물에 혼합하고 이에 상기 건식 밀링된 분말을 혼합하여 용액을 제조하였다. 해당 용액을 이용하여 수계 분무건조법으로 1차 입자를 조립하였다. 해당 소재에서 Si 함량은 45중량%이고, 바인더의 혼합량은 Si-흑연-핏치 혼합물 대비 5 중량% 첨가하였다. Nano Si was used to prepare a powder in which nano Si-graphite-pitch particles were dry-milled. A solution was prepared by mixing a water-based binder and fine pitch in solvent water and mixing the dry-milled powder thereto. Using the solution, primary particles were granulated by a water-based spray-drying method. The Si content in the material was 45% by weight, and the binder was added in an amount of 5% by weight compared to the Si-graphite-pitch mixture.

해당 분말의 탄소지지체 형성을 위하여 특정 크기 금형에 1차 입자 분말을 장입하고, 일축 가압 성형기를 이용하여 진공 분위기에서 핏치의 연화점 대비 50 내지 100℃ 높은 온도에서 약 10톤의 압력을 20분 동안 가하여 블록으로 성형하고 공냉하였다. 수득된 블록은 나노 Si 산화를 방지하기 위하여 1000℃ 미만, 불활성 분위기에서 열처리하여 탄화하고, 상온까지 자연냉각하였다. 이어서 제트밀로 D50 10 내지 15㎛이 되도록 분쇄하고, #635메쉬(20㎛)로 체거름 하여 최종 음극활물질을 수득하였다.To form the carbon support of the powder, the primary particle powder is charged into a mold of a certain size, and a pressure of about 10 tons is applied for 20 minutes at a temperature 50 to 100 ° C higher than the softening point of the pitch in a vacuum atmosphere using a uniaxial pressure molding machine. It was molded into blocks and air-cooled. The obtained block was carbonized by heat treatment at less than 1000° C. in an inert atmosphere to prevent oxidation of nano-Si, and then naturally cooled to room temperature. Then, it was pulverized to a D50 of 10 to 15 μm with a jet mill, and sieved through a #635 mesh (20 μm) to obtain a final negative electrode active material.

비교예comparative example

고온가압성형하여 블록 형성시 진공분위기아닌 상압분위기에서 진행하는 것을 제외하고는 상기 실시예와 동일한 방법으로 음극활물질을 수득하였다.A negative electrode active material was obtained in the same manner as in the above example, except that the block formation was performed in an atmospheric pressure atmosphere rather than a vacuum atmosphere by high temperature pressure molding.

상기 실시예와 비교예로부터 얻어진 음극활물질의 전기화학특성을 평가하였다.Electrochemical properties of the negative active materials obtained in Examples and Comparative Examples were evaluated.

본 발명은 Si-C 복합 음극재를 구성할 때 진공 분위기에서 가압성형 공정을 이용하여 핏치유도탄소(pitch derived carbon)의 기공 특성을 향상시켜, Si과 전해액의 부반응을 최소화하며 구조 안정성을 향상시켜 싸이클 수명 특성 향상 및 고율 충전 특성의 향상을 제공한다.The present invention improves the pore characteristics of pitch-derived carbon by using a pressure forming process in a vacuum atmosphere when composing a Si-C composite anode material, thereby minimizing side reactions between Si and electrolyte and improving structural stability. It provides improved cycle life characteristics and improved high rate charging characteristics.

먼저 실시예와 비교예로부터 제조된 음극활물질의 비표면적을 비교하였다 (표 1). 비교예의 경우 비표면적이 21.9m2/g이었으며, 진공분위기에서 VM을 제거한 발명예의 경우 5.9m2/g으로서 효과적으로 비표면적이 감소하였으며, 진공 분위기에서 효과적으로 VM을 제거한 발명예의 경우 기공 분포 관찰 결과 거대 기공 분포가 크게 감소하였음을 확인할 수 있었다 (도 1, 2).First, the specific surface areas of the negative active materials prepared in Examples and Comparative Examples were compared (Table 1). In the case of the comparative example, the specific surface area was 21.9 m 2 /g, and in the case of the invention example in which VM was removed in a vacuum atmosphere, the specific surface area was effectively reduced to 5.9 m 2 /g. It was confirmed that the pore distribution was significantly reduced ( FIGS. 1 and 2 ).

비교예comparative example 발명예 1Invention Example 1 비표면적specific surface area 21.921.9 5.95.9

전기화학적 특성 확인 결과, 50회 싸이클 기준 수명 보존율은 비교예의 경우 7.9%, 발명예의 경우 58.0%로서 비표면적이 감소한 것에 기인한 성능 향상이 확인되었다 (도 3). 또한 표 2의 팽창율의 경우에도 비교예는 154%, 발명예의 경우 72%로 Si과 전해액의 부반응이 낮은 비표면적 (기공구조 개선)을 통하여 효과적으로 제어되었으며, 이에 따른 가역 반응이 유도 되었음을 확인할 수 있다.As a result of checking the electrochemical properties, the life retention rate based on 50 cycles was 7.9% for the Comparative Example and 58.0% for the Inventive Example, showing improvement in performance due to a decrease in specific surface area ( FIG. 3 ). In addition, in the case of the expansion rate of Table 2, the comparative example was 154% and the invention example was 72%, so that the side reaction between Si and the electrolyte was effectively controlled through a low specific surface area (improving the pore structure), and it can be confirmed that a reversible reaction was induced accordingly. .

비교예comparative example 발명예 1Invention Example 1 전극팽창율 (%)Electrode expansion rate (%) 154154 7272

본 발명은 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.The present invention is not limited to the embodiments, but may be manufactured in various different forms, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can use other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. It will be appreciated that this may be practiced. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive.

Claims (15)

삭제delete 삭제delete 나노크기 Si 입자, 흑연 및 핏치를 밀링하여 Si-흑연-핏치 혼합물을 얻는 단계;
수계 바인더와 핏치가 분산된 증류수에 상기 Si-흑연-핏치 혼합물을 혼합하여 용액을 제조하는 단계;
상기 용액을 분무 건조하여 코어입자를 제조하는 단계;
상기 코어입자를 금형에 채우고 고온가압하여 블록을 제조하는 단계;
상기 제조된 블록을 탄화하는 단계; 및
상기 탄화된 블록을 분쇄 및 분급하는 단계를 포함하는, 리튬 이차 전지용 음극 활물질의 제조방법.
milling nanosized Si particles, graphite and pitch to obtain a Si-graphite-pitch mixture;
preparing a solution by mixing the Si-graphite-pitch mixture in distilled water in which an aqueous binder and pitch are dispersed;
preparing core particles by spray-drying the solution;
preparing a block by filling the core particles in a mold and pressing at a high temperature;
carbonizing the manufactured block; and
A method of manufacturing a negative active material for a lithium secondary battery, comprising the step of pulverizing and classifying the carbonized block.
제3항에 있어서,
상기 핏치의 휘발분 함량이 15% 미만인, 리튬 이차 전지용 음극 활물질의 제조방법.
4. The method of claim 3,
A method for producing a negative active material for a lithium secondary battery, wherein the pitch of the volatile matter content is less than 15%.
제3항에 있어서,
상기 코어입자를 금형에 채우고 고온가압하여 블록을 제조하는 단계;는
진공 분위기에서 행해지는, 리튬 이차 전지용 음극 활물질의 제조방법.
4. The method of claim 3,
Preparing a block by filling the core particles in a mold and pressing at a high temperature;
A method for producing a negative active material for a lithium secondary battery, which is performed in a vacuum atmosphere.
제5항에 있어서,
상기 진공 분위기의 진공도는 -50 내지 90 kPa인, 리튬 이차 전지용 음극 활물질의 제조방법.
6. The method of claim 5,
The vacuum degree of the vacuum atmosphere is -50 to 90 kPa, a method of manufacturing a negative active material for a lithium secondary battery.
제3항에 있어서,
상기 코어입자를 금형에 채우고 고온가압하여 블록을 제조하는 단계;는
코어입자에 포함된 핏치의 연화점보다 100 내지 200℃ 더 높은 온도에서 진행되는, 리튬 이차 전지용 음극 활물질의 제조방법.
4. The method of claim 3,
Preparing a block by filling the core particles in a mold and pressing at a high temperature;
A method of manufacturing a negative active material for a lithium secondary battery, which proceeds at a temperature 100 to 200° C. higher than the softening point of the pitch contained in the core particles.
제3항에 있어서,
상기 코어입자를 금형에 채우고 고온가압하여 음극 활물질 블록을 제조하는 단계;는
2ton/cm2 이상의 압력으로 가압하는, 리튬 이차 전지용 음극 활물질의 제조방법.
4. The method of claim 3,
Preparing the negative active material block by filling the core particles in a mold and pressing at a high temperature;
2 ton/cm 2 A method of producing a negative active material for a lithium secondary battery, which is pressurized at a pressure of 2 or more.
제3항에 있어서,
나노크기 Si 입자, 흑연 및 핏치를 밀링하여 Si-흑연-핏치 혼합물을 얻는 단계;에서,
혼합물 전체 중량에 대하여, 나노크기 Si 입자는 40 내지 50 중량%, 흑연은 22 내지 32중량%, 핏치는 23 내지 33중량%로 혼합하는, 리튬 이차 전지용 음극 활물질의 제조방법.
4. The method of claim 3,
Milling nano-sized Si particles, graphite and pitch to obtain a Si-graphite-pitch mixture;
Based on the total weight of the mixture, 40 to 50% by weight of the nano-sized Si particles, 22 to 32% by weight of graphite, and 23 to 33% by weight of the pitch, a method of manufacturing a negative active material for a lithium secondary battery.
제3항에 있어서,
상기 수계 바인더와 핏치가 분산된 증류수에 상기 Si-흑연-핏치 혼합물을 혼합하여 용액을 제조하는 단계;에서,
상기 수계 바인더는 Si-흑연-핏치 혼합물 중량에 대하여 7.5 내지 15중량%로 포함되는, 리튬 이차 전지용 음극 활물질의 제조방법.
4. The method of claim 3,
Preparing a solution by mixing the Si-graphite-pitch mixture in distilled water in which the aqueous binder and the pitch are dispersed;
The water-based binder is contained in an amount of 7.5 to 15% by weight based on the weight of the Si-graphite-pitch mixture, a method of manufacturing a negative active material for a lithium secondary battery.
제3항에 있어서,
상기 제조된 블록을 탄화하는 단계; 는
1000℃ 이하의 온도 및 불활성 분위기에서 탄화시키는 것인, 리튬 이차 전지용 음극 활물질의 제조방법.
4. The method of claim 3,
carbonizing the manufactured block; is
A method of producing a negative active material for a lithium secondary battery, which is carbonized at a temperature of 1000° C. or less and an inert atmosphere.
제3항에 있어서,
상기 탄화된 블록을 분쇄 및 분급하는 단계;는
제트밀 및 핀밀로 이루어진 군중에서 선택된 1종이상을 이용하여 분쇄하는 단계인, 리튬 이차 전지용 음극 활물질의 제조방법.
4. The method of claim 3,
pulverizing and classifying the carbonized block;
A method for producing a negative active material for a lithium secondary battery, which is a step of pulverizing using at least one selected from the group consisting of a jet mill and a pin mill.
제3항에 있어서,
나노크기 Si 입자, 흑연 및 핏치를 밀링하여 Si-흑연-핏치 혼합물을 얻는 단계;는
메카노 퓨전 및 볼밀로 이루어진 군 중에서 선택된 1종이상의 건식 밀링하는 단계인, 리튬 이차 전지용 음극 활물질의 제조방법.
4. The method of claim 3,
Milling nano-sized Si particles, graphite and pitch to obtain a Si-graphite-pitch mixture;
A method of manufacturing a negative active material for a lithium secondary battery, which is a step of dry milling at least one selected from the group consisting of mechano fusion and a ball mill.
제3항에 있어서,
수계 바인더와 핏치가 분산된 증류수에 상기 Si-흑연-핏치 혼합물을 혼합하여 용액을 제조하는 단계;에서
상기 수계 바인더는 폴리비닐알콜 (PVA) 및 아라비아검 (Gumarabic)으로 이루어진 군 중에서 선택된 1종 이상인, 리튬 이차 전지용 음극 활물질의 제조방법.
4. The method of claim 3,
In the step of preparing a solution by mixing the Si-graphite-pitch mixture in distilled water in which the aqueous binder and the pitch are dispersed;
The water-based binder is at least one selected from the group consisting of polyvinyl alcohol (PVA) and gum arabic (Gumarabic), a method of manufacturing a negative active material for a lithium secondary battery.
제3항에 있어서,
수계 바인더와 핏치가 분산된 증류수에 상기 Si-흑연-핏치 혼합물을 혼합하여 용액을 제조하는 단계;에서
상기 핏치는 D50이 1um 이하의 미분화 핏치인, 리튬 이차 전지용 음극 활물질의 제조방법.
4. The method of claim 3,
In the step of preparing a solution by mixing the Si-graphite-pitch mixture in distilled water in which the aqueous binder and the pitch are dispersed;
The pitch is an undifferentiated pitch of D50 of 1 μm or less, a method of manufacturing a negative electrode active material for a lithium secondary battery.
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