KR102405902B1 - Negavive electrode for lithium secondary battery, and lithium secondary battery comprising the same - Google Patents

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Abstract

리튬 이차 전지용 음극, 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지에 관한 것으로, 실리콘(Si)계 음극 활물질, 제 1 탄소계 음극 활물질, 및 상기 제 1 탄소계 음극 활물질보다 경도가 낮은 제 2 탄소계 음극활물질을 포함하는 혼합 음극 활물질을 포함하고, 상기 실리콘계 음극 활물질은 상기 혼합 음극 활물질 총량 100중량%에 대하여 45중량% 이하 포함되고, 상기 제 1 탄소계 음극 활물질과 제 2 탄소계 음극 활물질의 중량비가 2:8 내지 8:2인 리튬 이차 전지용 음극, 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지를 제공할 수 있다.A negative electrode for a lithium secondary battery, and a lithium secondary battery comprising the same, comprising a silicon (Si)-based negative active material, a first carbon-based negative active material, and a second carbon-based negative active material having a lower hardness than the first carbon-based negative active material and a mixed negative active material comprising a, wherein the silicon-based negative active material is included in an amount of 45% by weight or less based on 100% by weight of the total amount of the mixed negative active material, and the weight ratio of the first carbon-based negative active material to the second carbon-based negative active material is 2: It is possible to provide an anode for a lithium secondary battery of 8 to 8:2, and a lithium secondary battery including the same.

Description

리튬 이차 전지용 음극, 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지{NEGAVIVE ELECTRODE FOR LITHIUM SECONDARY BATTERY, AND LITHIUM SECONDARY BATTERY COMPRISING THE SAME}Anode for a lithium secondary battery, and a lithium secondary battery comprising the same

본 발명은 리튬 이차 전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 리튬 이차 전지용 음극에 관한 것이다.The present invention relates to a lithium secondary battery, and more particularly, to a negative electrode for a lithium secondary battery.

최근 모바일 기기 등 전자기기의 수요가 증가함에 따라 모바일 기기에 대한 기술 개발이 확대되고 있다. 이러한 전자기기들의 구동용 전원으로 리튬 전지, 리튬 이온 전지, 및 리튬 이온 폴리머 전지 등과 같은 리튬이차전지의 수요가 크게 증가하고 있다. 또한, 전세계적으로 자동차 연비 및 배기가스 관련 규제가 강화되는 추세임에 따라 전기차 시장의 성장이 가속화되고 있으며, 이와 함께 전기차(EV)용 이차전지, 에너지저장장치(ESS)용 이차전지 등 중대형 이차전지에 대한 수요가 급등할 것으로 예상되고 있다.Recently, as the demand for electronic devices such as mobile devices increases, technology development for mobile devices is expanding. Demand for lithium secondary batteries, such as lithium batteries, lithium ion batteries, and lithium ion polymer batteries, as a driving power source for these electronic devices is greatly increasing. In addition, the growth of the electric vehicle market is accelerating as regulations on automobile fuel efficiency and exhaust gas are tightening around the world. Demand for batteries is expected to surge.

한편, 이차전지의 음극 소재로서 우수한 싸이클(cycle) 특성과 372 mAh/g의 이론 용량을 갖는 탄소계 음극 소재가 일반적으로 사용되었다. 그러나 중대형 이차전지 등 점차 이차전지의 고용량화가 요구됨에 따라, 탄소계 음극 소재의 이론 용량을 대체할 수 있는 500 mAh/g 이상의 용량을 갖는 실리콘(Si), 게르마늄(Ge) 주석(Sn) 또는 안티몬(Sb) 등과 같은 무기물계 음극 소재가 주목을 받고 있다. 이러한 무기물계 음극 소재 중 실리콘계 음극 소재는 매우 큰 리튬 결합량을 나타낸다. 하지만, 실리콘계 음극 소재는 리튬의 삽입/탈리, 즉, 전지의 충방전 시 큰 부피 변화를 야기하여 분쇄화(pulverization)가 나타날 수 있다. 그 결과, 분쇄화 된 입자가 응집되는 현상이 발생하여, 음극 활물질이 전류 집전체로부터 전기적으로 탈리될 수 있고, 이는 긴 싸이클 하에서 가역 용량의 손실을 가져올 수 있다. 이 때문에, 실리콘계 음극 소재 및 이를 포함하는 이차 전지는 높은 전하 용량에 따른 장점에도 불구하고 낮은 싸이클 수명 특성 및 용량 유지율을 나타내는 단점으로 그 실용화에 장벽이 있다.On the other hand, a carbon-based negative electrode material having excellent cycle characteristics and a theoretical capacity of 372 mAh/g was generally used as a negative electrode material for a secondary battery. However, as the high capacity of secondary batteries such as medium and large-sized secondary batteries is gradually required, silicon (Si), germanium (Ge), tin (Sn) or antimony having a capacity of 500 mAh/g or more that can replace the theoretical capacity of carbon-based anode materials Inorganic negative electrode materials such as (Sb) are attracting attention. Among these inorganic anode materials, the silicon-based anode material exhibits a very large amount of lithium bonding. However, silicon-based negative electrode material may cause pulverization by causing a large volume change during insertion/desorption of lithium, ie, charging and discharging of the battery. As a result, a phenomenon in which the pulverized particles are agglomerated may occur, and the anode active material may be electrically detached from the current collector, which may lead to a loss of reversible capacity under a long cycle. For this reason, the silicon-based negative electrode material and the secondary battery including the same have disadvantages of showing low cycle life characteristics and capacity retention despite the advantages of high charge capacity, which is a barrier to practical use.

또한, 통상적으로 음극은 실리콘 등의 음극 활물질과 도전재, 및 바인더를 혼합하여 음극 활물질 슬러리를 제조한 다음, 이 슬러리를 구리 호일 등과 같은 전극 집전체에 도포하고, 건조하는 방법에 의해 제조되며, 상기 슬러리 도포 시에는 활물질 분말을 집전체에 압착시키고, 전극의 두께를 균일화하기 위하여 압연(press) 공정이 실시된다.In addition, in general, the negative electrode is prepared by mixing a negative electrode active material such as silicon, a conductive material, and a binder to prepare a negative electrode active material slurry, then applying the slurry to an electrode current collector such as copper foil, and drying, When the slurry is applied, the active material powder is pressed onto the current collector, and a pressing process is performed to uniform the thickness of the electrode.

이때, 상기 압연 공정시 활물질 분말이 눌리게 됨에 따라 활물질들간의 공간이 줄어들게 되고, 전해액의 침투가 어려워져 충방전시 많은 저항이 걸리게 된다.At this time, as the active material powder is pressed during the rolling process, the space between the active materials is reduced, and penetration of the electrolyte becomes difficult, so that a lot of resistance is applied during charging and discharging.

이러한 현상은 고용량 및 고에너지 밀도 달성을 위해 전극 두께를 두껍게 할 경우 더욱 심화되며, 전극 내부까지 전해액의 함침이 어렵게 됨에 따라 이온 이동 통로를 확보할 수 없어 이온 이동이 원할하게 이루어 지지 못하게 되어, 전지의 수명 특성이 저하되게 된다.This phenomenon is exacerbated when the electrode thickness is increased to achieve high capacity and high energy density, and as it becomes difficult to impregnate the electrolyte into the inside of the electrode, it is difficult to secure an ion movement path, which prevents smooth ion movement. the lifespan characteristics of

이에, 실리콘계 음극 활물질의 팽창을 억제하여 전극과의 접착력을 향상시키고, 음극 제조시 실리콘계 음극 활물질의 뭉개짐을 방지하여 전지의 충방전시 저항의 증가를 방지할 수 있는 기술의 개발이 필요하다.Accordingly, it is necessary to develop a technology capable of inhibiting the expansion of the silicon-based negative active material to improve adhesion to the electrode, and preventing the silicon-based negative active material from being crushed during manufacturing of the negative electrode, thereby preventing an increase in resistance during charging and discharging of the battery.

본 발명의 일 양태는, 리튬 이차 전지의 충방전시 실리콘계 음극 활물질의 팽창을 억제할 수 있고, 음극 활물질과 집전체간의 접착력이 향상될 수 있으며, 고용량 및 고에너지밀도의 음극을 제조하여도 전지의 충방전에 따른 저항증가가 억제되며, 전지의 수명 특성이 향상될 수 있는 리튬 이차 전지용 음극을 제공하고자 한다.In one aspect of the present invention, it is possible to suppress the expansion of the silicon-based negative active material during charging and discharging of the lithium secondary battery, the adhesion between the negative electrode active material and the current collector can be improved, and even when a negative electrode of high capacity and high energy density is manufactured, the battery An object of the present invention is to provide a negative electrode for a lithium secondary battery in which the increase in resistance due to charging and discharging of the battery is suppressed and the lifespan characteristics of the battery can be improved.

본 발명의 일 양태는, 상기 리튬 이차 전지용 음극을 포함하는 리튬 이차 전지를 제공하고자 한다.One aspect of the present invention is to provide a lithium secondary battery including the negative electrode for a lithium secondary battery.

본 발명의 일 양태는, 실리콘(Si)계 음극 활물질, 제 1 탄소계 음극 활물질, 및 상기 제 1 탄소계 음극 활물질보다 경도가 낮은 제 2 탄소계 음극활물질을 포함하는 혼합 음극 활물질을 포함하고, 상기 실리콘계 음극 활물질은 상기 혼합 음극 활물질 총량 100중량%에 대하여 45중량% 이하 포함되고, 상기 제 1 탄소계 음극 활물질과 제 2 탄소계 음극 활물질의 중량비가 2:8 내지 8:2인 것인, 리튬 이차 전지용 음극을 제공한다.An aspect of the present invention includes a mixed negative active material comprising a silicon (Si)-based negative active material, a first carbon-based negative active material, and a second carbon-based negative active material having a lower hardness than the first carbon-based negative active material, The silicon-based negative active material is included in an amount of 45% by weight or less based on 100% by weight of the total amount of the mixed negative active material, and the weight ratio of the first carbon-based negative active material to the second carbon-based negative active material is 2:8 to 8:2, An anode for a lithium secondary battery is provided.

상기 제 1 탄소계 음극 활물질은 하기 식 1을 만족하고, 상기 제 2 탄소계 음극 활물질은 하기 식 2를 만족하는 것일 수 있다.The first carbon-based negative active material may satisfy Equation 1 below, and the second carbon-based negative active material may satisfy Equation 2 below.

[식 1][Equation 1]

ΔHA/HA ≤ 0.1ΔH A /H A ≤ 0.1

[식 2][Equation 2]

ΔHB/HB ≥ 0.3ΔH B /H B ≥ 0.3

(상기 식 1에서, HA는 제 1 탄소계 음극 활물질의 평균 입경이고, ΔHA는 30MPa의 압력을 5초간 가했을 때 제 1 탄소계 음극 활물질의 평균 입경 변화량이며, 상기 식 2에서, HB는 제 2 탄소계 음극 활물질의 평균 입경이고, ΔHB는 30MPa의 압력을 5초간 가했을 때 제 2 음극 활물질의 평균 입경 변화량이다.)(In Equation 1, HA is the average particle size of the first carbon-based negative active material, ΔHA is the average particle size change of the first carbon-based negative active material when a pressure of 30 MPa is applied for 5 seconds, and in Equation 2 , H B is the average particle diameter of the second carbon-based negative active material, and ΔHB is the average particle diameter change of the second negative active material when a pressure of 30 MPa is applied for 5 seconds.)

상기 실리콘계 음극 활물질은, Si, SiOx(0<x<2) 또는 SiC인 것일 수 있다.The silicon-based negative active material may be Si, SiO x (0<x<2), or SiC.

상기 제 1 탄소계 음극 활물질은 인조 흑연이고, 상기 제 2 탄소계 음극 활물질은 천연 흑연인 것일 수 있다.The first carbon-based negative active material may be artificial graphite, and the second carbon-based negative active material may be natural graphite.

상기 제 1 탄소계 음극 활물질과 제 2 탄소계 음극 활물질의 중량비가 4:6 내지 6:4인 것일 수 있다.The weight ratio of the first carbon-based negative active material to the second carbon-based negative active material may be 4:6 to 6:4.

본 발명의 일 양태는, 상기 본 발명의 일 양태의 리튬 이차 전지용 음극을 포함하는 리튬 이차 전지를 제공한다.One aspect of the present invention provides a lithium secondary battery including the negative electrode for a lithium secondary battery of the one aspect of the present invention.

본 발명의 일 양태의 리튬 이차 전지용 음극은, 리튬 이차 전지의 충방전시 실리콘계 음극 활물질의 팽창이 억제될 수 있고, 음극 제조시 압연에 의한 실리콘계 음극 활물질의 뭉개짐을 최소화하여 전해액의 침투성이 저하되는 것을 방지할 수 있다. 이에, 리튬 이차 전지의 수명 특성이 향상될 수 있다.In the negative electrode for a lithium secondary battery of an aspect of the present invention, the expansion of the silicon-based negative active material can be suppressed during charging and discharging of the lithium secondary battery, and the crushing of the silicon-based negative electrode active material due to rolling during the manufacturing of the negative electrode is minimized to reduce the permeability of the electrolyte it can be prevented Accordingly, the lifespan characteristics of the lithium secondary battery may be improved.

또한, 실리콘계 음극 활물질의 팽창 억제와 더불어 음극 활물질과 음극 집전체간에 추가적인 접착력이 부여되어 음극 활물질과 음극 집전체간의 접착력이 매우 향상되어 리튬 이차 전지의 수명 특성이 향상될 수 있다.In addition, in addition to suppression of expansion of the silicon-based anode active material, additional adhesion is provided between the anode active material and the anode current collector, so that the adhesion between the anode active material and the anode current collector is greatly improved, thereby improving the lifespan characteristics of the lithium secondary battery.

또한, 고용량 및 고에너지밀도의 음극을 제조하여도 전지의 충방전시 저항의 증가를 방지할 수 있다. 이에, 우수한 수명특성을 갖는 고용량 및 고에너지밀도의 전지의 제조가 가능하다.In addition, it is possible to prevent an increase in resistance during charging and discharging of the battery even when a negative electrode having a high capacity and high energy density is manufactured. Accordingly, it is possible to manufacture a high-capacity and high-energy-density battery having excellent lifespan characteristics.

다른 정의가 없다면 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.Unless otherwise defined, all terms (including technical and scientific terms) used in this specification may be used with meanings commonly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. In the entire specification, when a part "includes" a certain component, this means that other components may be further included, rather than excluding other components, unless otherwise stated. The singular also includes the plural, unless the phrase specifically states otherwise.

본 발명의 일 양태는, 실리콘(Si)계 음극 활물질, 제 1 탄소계 음극 활물질, 및 상기 제 1 탄소계 음극 활물질보다 경도가 낮은 제 2 탄소계 음극활물질을 포함하는 혼합 음극 활물질을 포함하고, 상기 실리콘계 음극 활물질은 상기 혼합 음극 활물질 총량 100중량%에 대하여 45중량% 이하 포함되고, 상기 제 1 탄소계 음극 활물질과 제 2 탄소계 음극 활물질의 중량비가 2:8 내지 8:2인 것인, 리튬 이차 전지용 음극을 제공한다.An aspect of the present invention includes a mixed negative active material comprising a silicon (Si)-based negative active material, a first carbon-based negative active material, and a second carbon-based negative active material having a lower hardness than the first carbon-based negative active material, The silicon-based negative active material is included in an amount of 45% by weight or less based on 100% by weight of the total amount of the mixed negative active material, and the weight ratio of the first carbon-based negative active material to the second carbon-based negative active material is 2:8 to 8:2, An anode for a lithium secondary battery is provided.

상기 본 발명의 일 양태의 리튬 이차 전지용 음극은, 실리콘계 음극 활물질과 함께 경도가 상이한 2종의 탄소계 음극 활물질을 포함한다. The negative electrode for a lithium secondary battery of one embodiment of the present invention includes two types of carbon-based negative active materials having different hardness together with a silicon-based negative active material.

이러한 음극 활물질은, 경도가 상대적으로 큰 제 1 탄소계 음극 활물질 간의 공극에, 실리콘계 음극 활물질과 경도가 상대적으로 작은 제 2 탄소계 음극 활물질이 위치하며, 상기 실리콘계 음극 활물질, 제 1 탄소계 음극 활물질, 및 제 2 탄소계 음극 활물질 사이에 공극이 존재하는 형태일 수 있다.In the negative active material, a silicon-based negative active material and a second carbon-based negative active material having a relatively small hardness are positioned in the gap between the first carbon-based negative active material having a relatively high hardness, and the silicon-based negative active material, the first carbon-based negative active material , and the second carbon-based negative active material may be in a form in which a void exists.

경도가 상대적으로 큰 탄소계 음극 활물질은 음극 제조시 압연 공정에서 지지체 역할을 하여 실리콘계 음극 활물질이 지나치게 뭉개지는 것을 방지할 수 있다. 이에, 본 발명의 음극 활물질은 상술한 형태를 가질 수 있으며, 실리콘계 음극 활물질 및 탄소계 음극 활물질 입자간 공극의 크기가 지나치게 작아져 전해액의 침투성이 저하되는 것을 방지하는 역할을 할 수 있다.The carbon-based negative active material having a relatively high hardness serves as a support in the rolling process during the manufacturing of the negative electrode, thereby preventing the silicon-based negative active material from being excessively crushed. Accordingly, the negative electrode active material of the present invention may have the above-described form, and the size of the pores between particles of the silicon-based negative active material and the carbon-based negative active material may be excessively small, thereby preventing a decrease in the permeability of the electrolyte.

경도가 상대적으로 작은 탄소계 음극 활물질은 리튬 이차 전지의 충방전에 따른 실리콘계 음극 활물질의 팽창을 물리적으로 억제하고, 음극 활물질과 집전체 사이에 접착성을 향상시키는 역할을 할 수 있다.The carbon-based negative active material having a relatively small hardness may play a role in physically inhibiting expansion of the silicon-based negative active material due to charging and discharging of a lithium secondary battery and improving adhesion between the negative electrode active material and the current collector.

본 발명의 일 양태의 리튬 이차 전지용 음극은 경도가 상이한 2종의 탄소계 음극 활물질을 포함함으로서, 음극 활물질과 집전체 간의 접착력이 향상되고, 실리콘계 음극 활물질의 부피 팽창을 억제하여 충방전에 따른 음극의 부피 팽창을 억제할 수 있으며, 음극 제조시 압연 공정에서 실리콘계 음극 활물질이 뭉개져 전해액의 침투성이 저하되고 전지의 저항이 증가하는 문제를 해결할 수 있고, 전지의 수명 특성이 향상될 수 있다.The negative electrode for a lithium secondary battery of an aspect of the present invention includes two types of carbon-based negative active materials having different hardnesses, so that the adhesion between the negative electrode active material and the current collector is improved, and the negative electrode according to charging and discharging by suppressing the volume expansion of the silicon-based negative active material can suppress the volume expansion of the anode, and the silicon-based anode active material is crushed in the rolling process during the manufacture of the anode, thereby reducing the permeability of the electrolyte and increasing the resistance of the battery, and the lifespan characteristics of the battery can be improved.

이는, 후술되는 실시예와 같이 실리콘계 음극 활물질과 1종의 탄소계 음극 활물질을 혼합한 경우 구현될 수 없는 효과로, 본 발명의 일 양태에 따른 리튬 이차 전지용 음극은 종래 구현할 수 없던 고용량 및 고에너지밀도의 음극 제조가 가능하게 할 수 있다. This is an effect that cannot be realized when a silicon-based negative active material and one type of carbon-based negative active material are mixed as in the examples to be described later. Density of the negative electrode can be made possible.

이에, 전기차, 에너지 저장 시스템 등 대용량 전지가 요구되는 산업에 적용가능성이 매우 커질 수 있다.Accordingly, applicability to industries requiring large-capacity batteries, such as electric vehicles and energy storage systems, may be greatly increased.

상기 본 발명의 일 양태의 리튬 이차 전지용 음극에서, 경도가 상이한 제 1 및 제 2 탄소계 음극 활물질의 중량비가 적절히 조절될 필요가 있을 수 있다. 구체적으로, 상기 제 1 탄소계 음극 활물질과 제 2 탄소계 음극 활물질의 중량비(제 1 탄소계 음극 활물질 : 제 2 탄소계 음극 활물질)가 2:8 내지 8:2일 수 있다. In the negative electrode for a lithium secondary battery of one embodiment of the present invention, the weight ratio of the first and second carbon-based negative active materials having different hardnesses may need to be appropriately adjusted. Specifically, the weight ratio of the first carbon-based negative active material to the second carbon-based negative active material (first carbon-based negative active material: second carbon-based negative active material) may be 2:8 to 8:2.

상기 범위에서 음극 활물질과 집전체 간의 접착력 향상, 실리콘계 음극 활물질의 부피 팽창 억제, 전지의 충방전에 따른 음극의 부피 팽창 억제, 음극 제조시 압연 공정에서 실리콘계 음극 활물질이 뭉개져 전해액의 침투성이 저하되고 전지의 저항이 증가되는 문제 완화, 및 전지의 수명 특성 향상 효과가 구현될 수 있다. In the above range, the adhesive strength between the negative electrode active material and the current collector is improved, the volume expansion of the silicon-based negative active material is suppressed, the volume expansion of the negative electrode is suppressed due to charging and discharging of the battery, and the silicon-based negative active material is crushed in the rolling process during the manufacturing of the negative electrode, so that the permeability of the electrolyte is reduced and the battery The effect of alleviating the problem of increasing the resistance of the battery and improving the lifespan characteristics of the battery can be realized.

구체적으로, 경도가 낮은 제 2 음극 활물질의 함량이 너무 많은 경우에는 음극 제조시 압연 공정에서 실리콘계 음극 활물질의 뭉개짐 현상이 충분히 억제되지 못하여 전해액 함침성이 저하되고, 전지저항이 증가됨에 따라 전지의 수명 특성이 저하될 수 있다. Specifically, when the content of the second anode active material with low hardness is too large, the crushing phenomenon of the silicon-based anode active material in the rolling process during the manufacturing of the anode is not sufficiently suppressed, so that the electrolyte impregnation property is lowered, and as the battery resistance increases, the battery Lifespan characteristics may be deteriorated.

경도가 큰 제 1 음극 활물질의 함량이 너무 많은 경우에는 실리콘계 음극 활물질의 부피팽창 억제 효과가 충분히 구현되기 어렵고, 전지의 저항이 증가되어 전지의 수명 특성이 저하될 수 있다.When the content of the first anode active material having a high hardness is too large, it is difficult to sufficiently suppress the volume expansion of the silicon-based anode active material, and the resistance of the battery may be increased, and thus the lifespan characteristics of the battery may be deteriorated.

상기 제 1 탄소계 음극 활물질과 제 2 탄소계 음극 활물질의 중량비는 보다 구체적으로 4:6 내지 6:4일 수 있으며, 이러한 범위에서 상술한 효과가 더욱 극대화될 수 있어서 좋을 수 있다.The weight ratio of the first carbon-based negative active material to the second carbon-based negative active material may be more specifically 4:6 to 6:4, and in this range, the above-described effect may be further maximized.

상기 본 발명의 일 양태의 리튬 이차 전지용 음극에서, 상기 실리콘계 음극 활물질은 상기 음극 활물질 총량 100중량%에 대하여 45중량% 이하 포함될 수 있다.In the negative electrode for a lithium secondary battery of one aspect of the present invention, the silicon-based negative active material may be included in an amount of 45% by weight or less based on 100% by weight of the total amount of the negative active material.

실리콘계 음극 활물질의 함량이 너무 많은 경우, 충방전에 따른 부피팽창이 커져, 음극 활물질과 전극간 접착력이 저하되고, 충방전시 전지 저항이 증가하고, 전지의 수명 특성이 저하될 수 있다. When the content of the silicon-based negative active material is too large, the volume expansion according to charging and discharging may increase, the adhesion between the negative active material and the electrode may decrease, the battery resistance may increase during charging and discharging, and the lifespan characteristics of the battery may be reduced.

실리콘계 음극 활물질의 함량의 하한은 특별히 제한되지는 않으나, 0중량% 초과, 5중량%이상일 수 있다. 보다 구체적으로는, 실리콘계 음극 활물질의 고용량 특성을 구현하기 위해 10중량% 이상이 좋을 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.The lower limit of the content of the silicon-based negative active material is not particularly limited, but may be greater than 0% by weight or 5% by weight or more. More specifically, 10% by weight or more may be good to realize high capacity characteristics of the silicon-based negative active material, but is not limited thereto.

일 예로, 본 발명의 일 양태의 리튬 이차 전지용 음극은, 실리콘계 음극 활물질 10중량% 이상 45중량% 이하 및 제 1 탄소계 음극 활물질과 제 2 탄소계 음극 활물질의 합량으로서 탄소계 음극 활물질을 55중량% 이상 90중량% 이하로 포함할 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 제 1 탄소계 음극 활물질과 제 2 탄소계 음극 활물질의 중량비는 전술한 바와 같을 수 있다.For example, in the negative electrode for a lithium secondary battery of an aspect of the present invention, the carbon-based negative active material is 55 weight as the total amount of the silicon-based negative active material 10% by weight or more and 45% by weight or less, and the first carbon-based negative active material and the second carbon-based negative active material % or more and 90% by weight or less. However, the present invention is not limited thereto. A weight ratio of the first carbon-based negative active material to the second carbon-based negative active material may be the same as described above.

상기 본 발명의 일 양태의 리튬 이차 전지용 음극에서, 상기 제 1 탄소계 음극 활물질은 하기 식 1을 만족하고, 상기 제 2 탄소계 음극 활물질은 하기 식 2를 만족할 수 있다.In the negative electrode for a lithium secondary battery of an aspect of the present invention, the first carbon-based negative active material may satisfy Equation 1 below, and the second carbon-based negative active material may satisfy Equation 2 below.

[식 1][Equation 1]

ΔHA/HA ≤ 0.1ΔH A /H A ≤ 0.1

[식 2][Equation 2]

ΔHB/HB ≥ 0.3ΔH B /H B ≥ 0.3

이는, 제 1 및 제 2 탄소계 음극 활물질의 경도와 관련한 것으로, 식의 값이 작을수록 경도가 큰 것을 의미한다. This is related to the hardness of the first and second carbon-based negative active materials, and the smaller the value of the formula, the greater the hardness.

상기 식 1에서, HA는 제 1 탄소계 음극 활물질의 평균 입경이고, ΔHA는 30MPa의 압력을 5초간 가했을 때 제 1 탄소계 음극 활물질의 평균 입경 변화량이며, 상기 식 2에서, HB는 제 2 탄소계 음극 활물질의 평균 입경이고, ΔHB는 30MPa의 압력을 5초간 가했을 때 제 2 음극 활물질의 평균 입경 변화량이다.In Equation 1, HA is the average particle size of the first carbon-based negative active material, ΔHA is the average particle size change of the first carbon-based negative active material when a pressure of 30 MPa is applied for 5 seconds, and in Equation 2, H B is It is the average particle diameter of the second carbon-based negative active material, and ΔHB is the average particle diameter change of the second negative electrode active material when a pressure of 30 MPa is applied for 5 seconds.

본 명세서 전체에서, 다른 특별한 정의가 없는 한, 평균 입경이란 레이저광 회절법에 의한 입도 분포 측정에서의 체적평균값 D50(즉, 누적 체적이 50%가 될 때의 입자직경)으로서 측정한 값을 의미할 수 있다.Throughout this specification, unless otherwise specified, the average particle diameter means a value measured as a volume average value D50 (ie, particle diameter when the cumulative volume becomes 50%) in particle size distribution measurement by laser light diffraction method. can do.

보다 구체적으로, 상기 제 1 탄소계 음극 활물질의 평균 입경 변화량(ΔHA) 및 제 2 탄소계 음극 활물질의 평균 입경 변화량(ΔHb)은 다수개의 시료 알갱이에 팁(tip) 등을 사용하여 알갱이 하나하나에 30㎫의 압력을 5초간 가하여 평균을 낸 것일 수 있으며, 다수개란 5개 이상의 시료 알갱이일 수 있다.More specifically, the average particle size change of the first carbon-based negative active material ( ΔHA ) and the average particle size change of the second carbon-based negative active material (ΔH b ) are a plurality of sample particles using a tip or the like. One may be averaged by applying a pressure of 30 MPa for 5 seconds, and the plurality may be five or more sample grains.

상기 식 1의 하한은, 특별히 한정하는 것은 아니나 0.03 이상일 수 있다.The lower limit of Equation 1 is not particularly limited, but may be 0.03 or more.

상기 식 2의 상한은, 특별히 한정하는 것은 아니나 0.8 이하, 보다 구체적으로는 0.6 이하일 수 있다.The upper limit of Equation 2 is not particularly limited, but may be 0.8 or less, and more specifically, 0.6 or less.

상기 실리콘계 음극 활물질은, Si, SiOx(0<x<2) 또는 SiC일 수 있으나, 본 발명을 이에 한정하는 것은 아니다.The silicon-based negative active material may be Si, SiO x (0<x<2), or SiC, but the present invention is not limited thereto.

상기 제 1 탄소계 음극 활물질은 인조 흑연이고, 상기 제 2 탄소계 음극 활물질은 천연 흑연일 수 있으나, 본 발명을 이에 한정하는 것은 아니다.The first carbon-based negative active material may be artificial graphite, and the second carbon-based negative active material may be natural graphite, but the present invention is not limited thereto.

본 발명의 일 양태의 리튬 이차 전지용 음극에서, 제 1 탄소계 음극 활물질 및 제 2 탄소계 음극 활물질의 평균 입경은, 특별히 한정하는 것은 아니나, 500nm 이상 100㎛ 이하, 구체적으로는 1㎛ 이상 40㎛ 이하, 보다 구체적으로는 5㎛ 이상 20㎛ 이하일 수 있다.In the negative electrode for a lithium secondary battery of one embodiment of the present invention, the average particle diameter of the first carbon-based negative active material and the second carbon-based negative active material is not particularly limited, but 500 nm or more and 100 μm or less, specifically 1 μm or more and 40 μm Hereinafter, more specifically, it may be 5 μm or more and 20 μm or less.

본 발명의 일 양태의 리튬 이차 전지용 음극에서 실리콘계 음극 활물질의 평균 입경은, 특별히 한정하는 것은 아니나, 500nm 이상 100㎛ 이하, 구체적으로는 1㎛ 이상 50㎛ 이하, 보다 구체적으로는 10㎛ 이상 40㎛ 이하일 수 있다.The average particle diameter of the silicon-based negative electrode active material in the negative electrode for a lithium secondary battery of one embodiment of the present invention is not particularly limited, but 500 nm or more and 100 μm or less, specifically 1 μm or more and 50 μm or less, more specifically 10 μm or more and 40 μm may be below.

상기 본 발명의 일 양태의 리튬 이차 전지용 음극은 집전체 및 상기 집전체 위에 형성된 음극 활물질층을 포함하며, 상기 음극 활물질층은 상술한 본 발명의 일 양태의 음극 활물질을 포함할 수 있다. 상기 음극 활물질에 대한 설명은 전술한 바와 같기 때문에 생략하도록 한다.The negative electrode for a lithium secondary battery of one embodiment of the present invention may include a current collector and a negative active material layer formed on the current collector, and the negative active material layer may include the negative active material of the above-described embodiment of the present invention. Since the description of the negative active material is the same as described above, it will be omitted.

상기 음극 활물질 층은 또한 음극 바인더를 포함할 수 있고, 선택적으로 도전재를 더욱 포함할 수도 있다.The anode active material layer may also include an anode binder, and may optionally further include a conductive material.

이하, 상기 집전체, 음극 바인더, 및 도전재에 대해 보다 자세히 설명한다. 다만, 본 발명을 이에 한정하는 것은 아니다.Hereinafter, the current collector, the negative electrode binder, and the conductive material will be described in more detail. However, the present invention is not limited thereto.

상기 음극 바인더는 음극 활물질 입자들을 서로 잘 부착시키고, 또한 음극 활물질을 전류 집전체에 잘 부착시키는 역할을 한다. 상기 바인더로는 비수용성 바인더, 수용성 바인더 또는 이들의 조합을 사용할 수 있다.The negative electrode binder serves to well adhere the negative active material particles to each other and also to adhere the negative active material to the current collector. As the binder, a water-insoluble binder, a water-soluble binder, or a combination thereof may be used.

상기 비수용성 바인더로는 폴리비닐클로라이드, 카르복실화된 폴리비닐클로라이드, 폴리비닐플루오라이드, 에틸렌 옥사이드를 포함하는 폴리머, 폴리비닐피롤리돈, 폴리우레탄, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리아미드이미드, 폴리이미드 또는 이들의 조합을 들 수 있다.Examples of the water-insoluble binder include polyvinyl chloride, carboxylated polyvinyl chloride, polyvinyl fluoride, ethylene oxide-containing polymer, polyvinylpyrrolidone, polyurethane, polytetrafluoroethylene, and polyvinylidene fluoride. , polyethylene, polypropylene, polyamideimide, polyimide, or a combination thereof.

상기 수용성 바인더로는 스티렌-부타디엔 고무, 아크릴레이티드 스티렌-부타디엔 고무, 폴리비닐알콜, 폴리아크릴산 나트륨, 프로필렌과 탄소수가 2 내지 8의 올레핀 공중합체, (메타)아크릴산과 (메타)아크릴산알킬에스테르의 공중합체, 또는 이들의 조합을 들 수 있다.Examples of the water-soluble binder include styrene-butadiene rubber, acrylated styrene-butadiene rubber, polyvinyl alcohol, sodium polyacrylate, propylene and an olefin copolymer having 2 to 8 carbon atoms, (meth)acrylic acid and (meth)acrylic acid alkyl ester. copolymers, or combinations thereof.

상기 음극 바인더로 수용성 바인더를 사용하는 경우, 점성을 부여할 수 있는 셀룰로오스 계열 화합물을 더욱 포함할 수 있다. 이 셀룰로오스 계열 화합물로는 카르복시메틸 셀룰로오스, 하이드록시프로필메틸 셀룰로오스, 메틸 셀룰로오스, 또는 이들의 알칼리 금속염 등을 1종 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 상기 알칼리 금속으로는 Na, K 또는 Li를 사용할 수 있다. When a water-soluble binder is used as the negative electrode binder, a cellulose-based compound capable of imparting viscosity may be further included. As the cellulose-based compound, one or more of carboxymethyl cellulose, hydroxypropylmethyl cellulose, methyl cellulose, or alkali metal salts thereof may be mixed and used. As the alkali metal, Na, K or Li may be used.

상기 도전재는 전극에 도전성을 부여하기 위해 사용되는 것으로서, 구성되는 전지에 있어서, 화학변화를 야기하지 않고 전자 전도성 재료이면 어떠한 것도 사용가능하며, 그 예로 천연 흑연, 인조 흑연, 카본 블랙, 아세틸렌블랙, 케첸블랙, 탄소섬유 등의 탄소계 물질; 구리, 니켈, 알루미늄, 은 등의 금속 분말 또는 금속 섬유 등의금속계 물질; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 폴리머; 또는 이들의 혼합물을 포함하는 도전성 재료를 사용할 수 있다. The conductive material is used to impart conductivity to the electrode, and in the battery configured, any electronic conductive material can be used as long as it does not cause chemical change, for example, natural graphite, artificial graphite, carbon black, acetylene black, ketjen carbon-based materials such as black and carbon fiber; Metal-based substances, such as metal powders, such as copper, nickel, aluminum, and silver, or metal fibers; conductive polymers such as polyphenylene derivatives; Alternatively, a conductive material including a mixture thereof may be used.

이와 더불어, 상기 집전체로는 구리 박, 니켈 박, 스테인레스강 박, 티타늄 박, 니켈 발포체(foam), 구리 발포체, 전도성 금속이 코팅된 폴리머 기재, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 사용할 수 있다.In addition, as the current collector, one selected from the group consisting of copper foil, nickel foil, stainless steel foil, titanium foil, nickel foam, copper foam, a polymer substrate coated with conductive metal, and combinations thereof may be used. can

본 발명의 일 양태는, 상술한 본 발명의 일 양태의 리튬 이차 전지용 음극 을 포함하는 리튬 이차 전지를 제공한다.One aspect of the present invention provides a lithium secondary battery including the negative electrode for a lithium secondary battery of the one aspect of the present invention described above.

상기 본 발명의 일 양태의 리튬 이차 전지는, 상술한 본 발명의 일 양태의 음극 활물질을 포함함으로써, 음극 활물질과 집전체간 접착력이 향상되고, 음극의 부피팽창이 억제될 수 있음에 따라, 충방전시 전지의 저항이 작으며, 고용량 및 고에너지밀도를 가질 수 있다.As the lithium secondary battery of an aspect of the present invention includes the anode active material of the aspect of the present invention described above, adhesion between the anode active material and the current collector is improved, and volume expansion of the anode can be suppressed, When discharging, the resistance of the battery is small, and it may have a high capacity and a high energy density.

상기 본 발명의 일 양태의 리튬 이차 전지는 양극, 분리막, 및 전해질을 포함할 수 있으며, 이하 이 구성들에 대해 자세히 설명한다. 다만, 본 발명을 이에 한정하는 것은 아니다.The lithium secondary battery of one embodiment of the present invention may include a positive electrode, a separator, and an electrolyte, and these components will be described in detail below. However, the present invention is not limited thereto.

상기 양극은 집전체 및 상기 집전체 상에 위치하는 양극 활물질 층을 포함할 수 있다. 상기 집전체로는 Al, 또는 Cu를 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The positive electrode may include a current collector and a positive active material layer disposed on the current collector. Al or Cu may be used as the current collector, but the present invention is not limited thereto.

상기 양극 활물질로는 리튬의 가역적인 인터칼레이션 및 디인터칼레이션이 가능한 화합물(리티에이티드 인터칼레이션 화합물)을 사용할수 있다. 구체적으로는 코발트, 망간, 니켈, 및 이들의 조합으로부터 선택되는 금속과 리튬과의 복합 산화물 중 1종 이상의 것을 사용할 수 있다. 보다 구체적인 예로는 하기 화학식 중 어느 하나로 표현되는 화합물을 사용할 수 있다.As the cathode active material, a compound capable of reversible intercalation and deintercalation of lithium (a lithiated intercalation compound) may be used. Specifically, at least one of a complex oxide of lithium and a metal selected from cobalt, manganese, nickel, and combinations thereof may be used. As a more specific example, a compound represented by any one of the following formulas may be used.

LiaA1 - bXbD2(0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5); LiaA1 - bXbO2 - cDc(0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤0.05); LiE1 - bXbO2 - cDc(0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05); LiE2 - bXbO4 - cDc(0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05); LiaNi1 -b- cCobXcDα(0.90 ≤ a ≤1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α ≤ 2); LiaNi1 -b- cCobXcO2 - αTα(0.90 ≤ a ≤1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α < 2); LiaNi1 -b- cCobXcO2 - αT2(0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0≤ c ≤ 0.05, 0 < α < 2); LiaNi1 -b- cMnbXcDα(0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α ≤2); LiaNi1 -b- cMnbXcO2 - αTα(0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α < 2); LiaNi1 -b-cMnbXcO2-αT2( 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α < 2); LiaNibEcGdO2(0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b≤ 0.9, 0 ≤ c ≤ 0.5, 0.001 ≤ d ≤ 0.1); LiaNibCocMndGeO2(0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.9, 0 ≤ c ≤0.5, 0 ≤ d ≤0.5, 0.001 ≤ e ≤ 0.1); LiaNiGbO2(0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0.001 ≤ b ≤ 0.1); LiaCoGbO2(0.90 ≤a ≤ 1.8, 0.001 ≤ b ≤ 0.1); LiaMnGbO2(0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0.001 ≤ b ≤ 0.1); LiaMn2GbO4(0.90 ≤ a ≤1.8, 0.001 ≤ b ≤ 0.1); LiaMnGbPO4(0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0.001 ≤ b ≤ 0.1); QO2; QS2; LiQS2; V2O5; LiV2O5;LiZO2; LiNiVO4; Li(3-f)J2(PO4)3(0 ≤ f ≤ 2); Li(3-f)Fe2(PO4)3(0 ≤ f ≤ 2); LiFePO4 Li a A 1 - b X b D 2 (0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5); Li a A 1 - b X b O 2 - c D c (0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤0.05); LiE 1 - b X b O 2 - c D c (0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05); LiE 2 - b X b O 4 - c D c (0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05); Li a Ni 1 -b- c Co b X c D α (0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α ≤ 2); Li a Ni 1 -b- c Co b X c O 2 -α T α ( 0.90 ≤ a ≤1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α <2); Li a Ni 1 -b- c Co b X c O 2 - α T 2 (0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α <2); Li a Ni 1 -b- c Mn b X c D α (0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α ≤2); Li a Ni 1 -b- c Mn b X c O 2 -α T α ( 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α <2); Li a Ni 1 -bc Mn b X c O 2-α T 2 (0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α <2); Li a Ni b E c G d O 2 (0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.9, 0 ≤ c ≤ 0.5, 0.001 ≤ d ≤ 0.1); Li a Ni b Co c Mn d G e O 2 (0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.9, 0 ≤ c ≤0.5, 0 ≤ d ≤0.5, 0.001 ≤ e ≤ 0.1); Li a NiG b O 2 (0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0.001 ≤ b ≤ 0.1); Li a CoG b O 2 (0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0.001 ≤ b ≤ 0.1); Li a MnG b O 2 (0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0.001 ≤ b ≤ 0.1); Li a Mn 2 G b O 4 (0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0.001 ≤ b ≤ 0.1); Li a MnG b PO 4 (0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0.001 ≤ b ≤ 0.1); QO 2 ; QS 2 ; LiQS 2 ; V 2 O 5 ; LiV 2 O 5 ;LiZO 2 ; LiNiVO 4 ; Li (3-f) J 2 (PO 4 ) 3 (0 ≤ f ≤ 2); Li (3-f) Fe 2 (PO 4 ) 3 (0 ≤ f ≤ 2); LiFePO 4

상기 화학식에 있어서, A는 Ni, Co, Mn, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되고; X는 Al, Ni, Co, Mn, Cr, Fe, Mg, Sr, V, 희토류 원소 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되고; D는 O, F, S, P, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되고; E는 Co, Mn, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되고; T는 F, S, P, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되고; G는 Al, Cr, Mn, Fe, Mg, La, Ce, Sr, V, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되고; Q는 Ti, Mo, Mn, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되고; Z는 Cr, V, Fe, Sc, Y, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되며; J는 V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된다.In the above formula, A is selected from the group consisting of Ni, Co, Mn, and combinations thereof; X is selected from the group consisting of Al, Ni, Co, Mn, Cr, Fe, Mg, Sr, V, rare earth elements, and combinations thereof; D is selected from the group consisting of O, F, S, P, and combinations thereof; E is selected from the group consisting of Co, Mn, and combinations thereof; T is selected from the group consisting of F, S, P, and combinations thereof; G is selected from the group consisting of Al, Cr, Mn, Fe, Mg, La, Ce, Sr, V, and combinations thereof; Q is selected from the group consisting of Ti, Mo, Mn, and combinations thereof; Z is selected from the group consisting of Cr, V, Fe, Sc, Y, and combinations thereof; J is selected from the group consisting of V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, and combinations thereof.

이 화합물 표면에 코팅층을 갖는 것도 사용할 수 있고, 또는 상기 화합물과 코팅층을 갖는 화합물을 혼합하여 사용할 수도 있다. 이 코팅층은 코팅 원소의 옥사이드, 하이드록사이드, 코팅 원소의 옥시하이드록사이드, 코팅 원소의 옥시카보네이트 및 코팅 원소의 하이드록시카보네이트로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 코팅 원소 화합물을 포함할 수 있다. 이들 코팅층을 이루는 화합물은 비정질 또는 결정질일 수 있다. 상기 코팅 층에 포함되는 코팅 원소로는 Mg, Al, Co, K, Na, Ca, Si, Ti, V, Sn, Ge, Ga, B, As, Zr 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 코팅층 형성 공정은 상기 화합물에 이러한 원소들을 사용하여 양극 활물질의 물성에 악영향을 주지 않는 방법(예를 들어 스프레이 코팅, 침지법 등으로 코팅할 수 있으면 어떠한 코팅 방법을 사용하여도 무방하며, 이에 대하여는 당해 분야에 종사하는 사람들에게 잘 이해될 수 있는 내용이므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.Those having a coating layer on the surface of this compound may be used, or a mixture of the compound and a compound having a coating layer may be used. The coating layer may include at least one coating element compound selected from the group consisting of oxide and hydroxide of the coating element, oxyhydroxide of the coating element, oxycarbonate of the coating element, and hydroxycarbonate of the coating element. The compound constituting these coating layers may be amorphous or crystalline. As the coating element included in the coating layer, Mg, Al, Co, K, Na, Ca, Si, Ti, V, Sn, Ge, Ga, B, As, Zr, or a mixture thereof may be used. In the coating layer forming process, any coating method may be used as long as it can be coated by a method that does not adversely affect the physical properties of the positive electrode active material by using these elements in the compound (for example, spray coating, dipping, etc., for this Since it is a content that can be well understood by those engaged in the field, a detailed description will be omitted.

상기 양극 활물질 층은 또한 양극 바인더 및 도전재를 포함할 수 있다.The positive electrode active material layer may also include a positive electrode binder and a conductive material.

상기 바인더는 양극 활물질 입자들을 서로 잘 부착시키고, 또한 양극 활물질을 전류 집전체에 잘 부착시키는 역할을 하며, 그 대표적인 예로는 폴리비닐알콜, 카르복시메틸셀룰로즈, 히드록시프로필셀룰로즈, 디아세틸셀룰로즈, 폴리비닐클로라이드, 카르복실화된 폴리비닐클로라이드, 폴리비닐플루오라이드, 에틸렌 옥사이드를 포함하는 폴리머, 폴리비닐피롤리돈, 폴리우레탄, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 스티렌-부타디엔 러버, 아크릴레이티드 스티렌-부타디엔 러버, 에폭시 수지, 나일론등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The binder serves to adhere the positive active material particles well to each other and also to the positive active material to the current collector, and representative examples thereof include polyvinyl alcohol, carboxymethyl cellulose, hydroxypropyl cellulose, diacetyl cellulose, polyvinyl. Chloride, carboxylated polyvinylchloride, polyvinylfluoride, polymers including ethylene oxide, polyvinylpyrrolidone, polyurethane, polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, polyethylene, polypropylene, styrene- Butadiene rubber, acrylated styrene-butadiene rubber, epoxy resin, nylon, etc. may be used, but the present invention is not limited thereto.

상기 도전재는 전극에 도전성을 부여하기 위해 사용되는 것으로서, 구성되는 전지에 있어서, 화학변화를 야기하지 않고 전자 전도성 재료이면 어떠한 것도 사용가능하며, 그 예로 천연 흑연, 인조 흑연, 카본 블랙, 아세틸렌블랙, 케첸블랙, 탄소섬유, 구리, 니켈, 알루미늄, 은 등의 금속 분말, 금속 섬유 등을 사용할 수 있고, 또한 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 재료를 1종 또는 1종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.The conductive material is used to impart conductivity to the electrode, and in the battery configured, any electronic conductive material can be used as long as it does not cause chemical change, for example, natural graphite, artificial graphite, carbon black, acetylene black, ketjen Black, carbon fiber, copper, nickel, aluminum, metal powder, such as silver, metal fiber, etc. can be used, and also conductive material, such as polyphenylene derivative, can be used 1 type or in mixture of 1 type or more.

상기 리튬 이차 전지는 비수계 전해질 이차 전지일 수 있고, 이 때의 비수 전해질은 비수성 유기 용매와 리튬염을 포함할 수 있다.The lithium secondary battery may be a non-aqueous electrolyte secondary battery, and in this case, the non-aqueous electrolyte may include a non-aqueous organic solvent and a lithium salt.

상기 비수성 유기 용매는 전지의 전기화학적 반응에 관여하는 이온들이 이동할 수 있는 매질 역할을 한다.The non-aqueous organic solvent serves as a medium through which ions involved in the electrochemical reaction of the battery can move.

상기 비수성 유기 용매와 리튬염은 리튬 이차 전지 기술분야에서 통상적으로 사용되는 물질의 채용이 가능하며, 특정 물질에 한정되지 않는다.As the non-aqueous organic solvent and lithium salt, materials commonly used in the field of lithium secondary battery technology may be employed, and the material is not limited to a specific material.

또한, 앞서 언급한 바와 같이, 상기 양극 및 상기 음극 사이에 분리막이 존재할 수도 있다. 상기 분리막으로는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드 또는 이들의 2층 이상의 다층막이 사용될 수 있으며, 폴리에틸렌/폴리프로필렌 2층 분리막, 폴리에틸렌/폴리프로필렌/폴리에틸렌 3층 분리막, 폴리프로필렌/폴리에틸렌/폴리프로필렌 3층 분리막 등과 같은 혼합 다층막이 사용될 수 있음은 물론이다.In addition, as mentioned above, a separator may be present between the positive electrode and the negative electrode. As the separator, polyethylene, polypropylene, polyvinylidene fluoride, or a multilayer film of two or more layers thereof may be used, and a polyethylene/polypropylene two-layer separator, a polyethylene/polypropylene/polyethylene three-layer separator, and a polypropylene/polyethylene/poly It goes without saying that a mixed multilayer film such as a propylene three-layer separator may be used.

이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일뿐 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, preferred examples and comparative examples of the present invention will be described. However, the following examples are only preferred examples of the present invention, and the present invention is not limited thereto.

[평가 방법] [Assessment Methods]

- 수명 특성- Life characteristics

모두 동일한 양극을 사용하여 10Ah 이상의 대용량을 가진 셀(cell)로 제작한 후, 1C 충전/ 1C 방전 c-rate로 DOD90 범위 내에서 설정한 정온으로 유지되는 챔버에서 (35℃) 수명 평가를 진행하였다.After all cells with a large capacity of 10Ah or more were manufactured using the same anode, the lifespan was evaluated (35℃) in a chamber maintained at a constant temperature set within the DOD90 range at 1C charge / 1C discharge c-rate. .

- 부피 팽창률- volume expansion rate

양극으로 리튬 금속을 사용하여 모두 동일한 방법으로 각각 3개의 코인셀(coin cell)을 제작 한 후, 0.1C로 충전하였다. 충전 전후 전극의 두께를 마이크로미터기로 측정 한 후 3개의 평균값을 계산하였다.Using lithium metal as a positive electrode, three coin cells were fabricated in the same manner, respectively, and then charged at 0.1C. After measuring the thickness of the electrode before and after charging with a micrometer, the average of three values was calculated.

- 접착력- Adhesion

3M 테이프를 전극에 부착 시킨 후 동일한 각도(수직)와 속도(360rpm)로 테이프를 뜯어낼 때 가해지는 힘의 세기를 측정하였다.After attaching the 3M tape to the electrode, the strength of the force applied when the tape was peeled off at the same angle (vertical) and speed (360 rpm) was measured.

- 직류내부저항(DCIR : direct current internal resistance)- Direct current internal resistance (DCIR)

전지 저항의 측정은 제조된 10Ah 이상의 cell을 10초간 1C로 방전 및 0.75C로 충전하면서 SOC 50%에서 직류내부저항을 각각 측정하였다. 이 때, SOC 50%는 전지 전체 충전용량을 100%로 하였을 때, 50% 충전용량이 되도록 충전한 상태를 의미한다.For measurement of battery resistance, DC internal resistance was measured at 50% SOC while discharging the prepared cells of 10Ah or more at 1C and charging at 0.75C for 10 seconds, respectively. At this time, when the SOC 50% is 100% of the total charge capacity of the battery, it means a state in which the battery is charged so as to have a charge capacity of 50%.

[실시예 1][Example 1]

평균 입경이 6㎛인 SiO 음극 활물질 1g, 평균 입경 18㎛인 인조흑연 4.5g, 및 평균 입경 12㎛인 천연흑연 4.5g을 혼합하여 음극활물질을 준비하였으며, 바인더로는 수계 바인더로서 스티렌-부타디엔고무(SBR): 카르복시메틸 셀룰로오스(CMC)를 1:1로 혼합하여 준비하였으며, 도전재로는 카본블랙을 준비하였다.The negative electrode active material was prepared by mixing 1 g of SiO negative active material with an average particle diameter of 6 μm, 4.5 g of artificial graphite with an average particle diameter of 18 μm, and 4.5 g of natural graphite with an average particle diameter of 12 μm. As a binder, styrene-butadiene rubber as an aqueous binder (SBR): Carboxymethyl cellulose (CMC) was prepared by mixing 1:1, and carbon black was prepared as a conductive material.

준비한 음극활물질: 바인더: 도전재를 96:2:2의 중량비로 혼합한 후, 이를 물에 분산시켜 음극 슬러리를 제조하였다. 이 음극 슬러리를 구리 박막 위에 코팅한 후, 80℃ 오븐에서 2시간 가량 건조한 뒤 및 3.8 ㎫의 압력으로 압연하고, 110℃ 진공 오븐에서 12시간 동안 추가 건조하여 이차전지용 음극을 제조하였다.After mixing the prepared negative electrode active material: binder: conductive material in a weight ratio of 96:2:2, it was dispersed in water to prepare a negative electrode slurry. This negative electrode slurry was coated on a copper thin film, dried in an oven at 80° C. for 2 hours, rolled at a pressure of 3.8 MPa, and further dried in a vacuum oven at 110° C. for 12 hours to prepare a negative electrode for a secondary battery.

양극은 니켈-코발트-망간(NCM) 계열의 양극을 준비하였으며, 전해액으로는 1M의 LiPF6를 포함하고 있는, 에틸렌카보네이트/에틸메틸카보네이트/디에틸카보네이트가 1/1/1의 부피비로 혼합된 용액을 사용하였다.For the positive electrode, a nickel-cobalt-manganese (NCM)-based positive electrode was prepared, and ethylene carbonate/ethylmethyl carbonate/diethyl carbonate containing 1M LiPF6 as an electrolyte solution was mixed in a volume ratio of 1/1/1. was used.

통상적으로 알려져 있는 제조 공정에 따라 CR2016 코인형 반쪽 셀을 제조 하였다.A CR2016 coin-type half cell was manufactured according to a commonly known manufacturing process.

[실시예 2 내지 5, 비교예 1 내지 4][Examples 2 to 5, Comparative Examples 1 to 4]

하기 표 1을 만족하는 음극활물질을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 코인셀을 제조하였다. 인조흑연과 천연흑연의 총 혼합량은 9g이며, 표 1에는 인조흑연과 천연흑연의 혼합비(중량 기준)를 표시하였다.A coin cell was manufactured in the same manner as in Example 1, except that an anode active material satisfying Table 1 was used. The total mixing amount of artificial graphite and natural graphite is 9 g, and Table 1 shows the mixing ratio (by weight) of artificial graphite and natural graphite.

SiOSiO 인조흑연:천연흑연Artificial graphite: natural graphite ΔHΔH AA /H/H AA ΔHΔH bb /H/H bb 실시예 1Example 1 1g1 g 5:55:5 0.050.05 0.350.35 실시예 2Example 2 1g1 g 4:64:6 0.050.05 0.350.35 실시예 3Example 3 1g1 g 6:46:4 0.050.05 0.350.35 실시예 4Example 4 1g1 g 2:82:8 0.050.05 0.350.35 실시예 5Example 5 1g1 g 8:28:2 0.050.05 0.350.35 비교예 1Comparative Example 1 1g1 g 1:91:9 0.050.05 0.350.35 비교예 2Comparative Example 2 1g1 g 9:19:1 0.050.05 0.350.35 비교예 3Comparative Example 3 1g1 g 0:100:10 -- 0.350.35 비교예 4Comparative Example 4 1g1 g 10:010:0 0.050.05 --

- 표 1에서, ΔHA/HA는 인조흑연 알갱이 5개에 각각 팁(tip)을 사용하여 30Mpa의 압력을 5초간 가하여, 각 알갱이의 입경 변화율을 평균 낸 것임.- In Table 1, ΔHA / HA is the average of the particle size change rate of each particle by applying a pressure of 30 Mpa to 5 artificial graphite particles using a tip for 5 seconds.

- 표 1에서, ΔHb/Hb는 천연흑연 알갱이 5개에 각각 팁(tip)을 사용하여 30Mpa의 압력을 5초간 가하여, 각 알갱이의 입경 변화율을 평균 낸 것임.- In Table 1, ΔHb/Hb is an average of the particle size change rate of each of the 5 natural graphite particles by applying a pressure of 30 Mpa for 5 seconds using a tip.

표 2는 실시예 1 내지 5, 및 비교예 1 내지 4에 대한 상술한 평가 항목의 평가 데이터이다.Table 2 is the evaluation data of the above-described evaluation items for Examples 1 to 5, and Comparative Examples 1 to 4.

부피팽창률(volume expansion coefficient ( 부피%volume% )) 접착력(N)Adhesion (N) 충전시 직류내부저항(mΩ)DC internal resistance during charging (mΩ) 수명특성(Life characteristics ( %% ))
@ 100@ 100 thth
실시예Example 1 One 4848 0.390.39 6.246.24 9595 실시예Example 2 2 4949 0.370.37 6.476.47 9393 실시예Example 3 3 5050 0.350.35 6.526.52 9090 실시예Example 4 4 5555 0.310.31 6.666.66 8585 실시예Example 5 5 5959 0.290.29 6.896.89 7878 비교예comparative example 1 One 6262 0.210.21 7.127.12 6060 비교예comparative example 2 2 7171 0.190.19 7.327.32 4747 비교예comparative example 3 3 7777 0.180.18 7.687.68 4242 비교예comparative example 4 4 7979 0.170.17 7.947.94 3030

표 2와 같이, SiO와 1종의 흑연만을 혼합한 비교예 3 및 4의 경우에는, 경도가 상이한 2종의 흑연을 함께 혼합한 실시예 1 내지 5, 비교예 1, 및 비교예 2에 비해 음극의 부피 팽창률, 활물질과 집전체간의 접착력, 충방전시의 전지 저항 및 전지의 수명 특성이 매우 열위하였다.As shown in Table 2, in the case of Comparative Examples 3 and 4 in which only SiO and one type of graphite were mixed, compared to Examples 1 to 5, Comparative Example 1, and Comparative Example 2 in which two types of graphite having different hardness were mixed together The volume expansion rate of the negative electrode, the adhesion between the active material and the current collector, the battery resistance during charging and discharging, and the battery life characteristics were very poor.

또한, 경도가 상이한 2종의 흑연을 2:8~8:2로 혼합한 실시예 1 내지 5는 상기 범위를 벗어나는 비교예 1 및 2에 비해 음극의 부피 팽창률이 작고, 활물질과 집전체간 접착력이 우수하며, 충방전시 전지 저항이 낮고, 전지의 수명특성이 우수한 것을 확인할 수 있다. 특히, 실시예 5와 비교예 1을 비교하면, 활물질과 집전체간 접착력과 전지의 수명특성이 급격히 저하됨을 알 수 있다.In addition, in Examples 1 to 5, in which two types of graphite having different hardnesses were mixed at 2:8 to 8:2, the volume expansion rate of the negative electrode was small compared to Comparative Examples 1 and 2 outside the above range, and the adhesive strength between the active material and the current collector It can be confirmed that this is excellent, the battery resistance is low during charging and discharging, and the battery life characteristics are excellent. In particular, when Example 5 and Comparative Example 1 are compared, it can be seen that the adhesive force between the active material and the current collector and the lifespan characteristics of the battery are rapidly reduced.

또한, 경도가 상이한 2종의 흑연을 4:6~6:4로 혼합한 경우, 부피팽창률이 50부피% 이하이고, 수명 특성이 90% 이상으로, 높은 성능을 보였다.In addition, when two types of graphite having different hardnesses were mixed in a ratio of 4:6 to 6:4, the volume expansion coefficient was 50% by volume or less, and the service life characteristics were 90% or more, showing high performance.

[실시예 6 내지 9, 비교예 5 및 6] [Examples 6 to 9, Comparative Examples 5 and 6]

SiO와 인조흑연 및 천연흑연을 포함한 전체 흑연의 비율에 따른 영향을 알아보기 위해, 표 3과 같이 SiO의 혼합량을 바꾸어가며 실시예 1과 동일한 방법으로 코인셀을 제조하였다. SiO 및 전체 흑연의 총 혼합량을 10g으로 하고, 인조흑연:천연흑연의 비율은 5:5로 고정하였다.In order to investigate the effect of the ratio of total graphite including SiO to artificial graphite and natural graphite, a coin cell was manufactured in the same manner as in Example 1 while changing the amount of SiO mixed as shown in Table 3. The total mixing amount of SiO and all graphite was 10 g, and the ratio of artificial graphite: natural graphite was fixed to 5:5.

SiOSiO 인조흑연:천연흑연Artificial graphite: natural graphite ΔHΔH AA /H/H AA ΔHΔH bb // HH bb 실시예Example 6 6 1.5g1.5g 5:55:5 0.050.05 0.350.35 실시예Example 7 7 2.5g2.5g 5:55:5 0.050.05 0.350.35 실시예Example 8 8 3.5g3.5g 5:55:5 0.050.05 0.350.35 실시예Example 9 9 4.5g4.5g 5:55:5 0.050.05 0.350.35 비교예comparative example 5 5 5g5g 5:55:5 0.050.05 0.350.35 비교예comparative example 6 6 5.5g5.5g 5:55:5 0.050.05 0.350.35

표 4는 실시예 6 내지 9, 비교예 5 및 6에 대한 상술한 평가 항목의 평가 데이터이다.Table 4 is the evaluation data of the above-described evaluation items for Examples 6 to 9 and Comparative Examples 5 and 6.

부피팽창률volume expansion coefficient
(( 부피%volume% ))
접착력adhesion
(N)(N)
충전시 직류내부저항(mΩ)DC internal resistance during charging (mΩ) 수명특성(%)Life characteristics (%)
실시예 6Example 6 4949 0.390.39 6.276.27 9494 실시예 7Example 7 5050 0.380.38 6.356.35 9393 실시예 8Example 8 4949 0.350.35 6.446.44 9191 실시예 9Example 9 5050 0.370.37 6.436.43 9090 비교예 5Comparative Example 5 7070 0.210.21 7.657.65 7878 비교예 6Comparative Example 6 7777 0.200.20 7.577.57 7373

표 4와 같이, SiO의 함량이 45%(중량기준)을 넘어가는 경우, 음극의 부피팽창률이 커지고, 양극 활물질과 집전체간 접착력이 저하되며, 충방전시 전지의 저항이 증가하고, 전지의 수명특성이 급격히 저하되는 것을 알 수 있다.As shown in Table 4, when the content of SiO exceeds 45% (by weight), the volume expansion coefficient of the negative electrode increases, the adhesive force between the positive electrode active material and the current collector decreases, the resistance of the battery increases during charging and discharging, and the It can be seen that the lifespan characteristics are rapidly reduced.

이는, 실리콘계 음극활물질의 혼합량이 증가함에 따라 부피팽창의 정도가 커지는 데에서 기인한 것으로 생각된다.This is considered to be due to an increase in the degree of volume expansion as the mixing amount of the silicon-based negative active material increases.

Claims (6)

실리콘(Si)계 음극 활물질, 인조흑연의 제 1 탄소계 음극 활물질, 및 상기 제 1 탄소계 음극 활물질보다 경도가 낮은 천연흑연의 제 2 탄소계 음극활물질의 혼합 음극 활물질을 포함하고,
상기 실리콘계 음극 활물질은 상기 혼합 음극 활물질 총량 100중량%에 대하여 45중량% 이하 포함되고,
상기 제 1 탄소계 음극 활물질과 제 2 탄소계 음극 활물질의 중량비가 2:8 내지 8:2이며,
상기 제 1 탄소계 음극 활물질은 하기 식 1을 만족하고, 상기 제 2 탄소계 음극 활물질은 하기 식 2를 만족하는 리튬 이차 전지용 음극.
[식 1]
ΔHA/HA ≤ 0.1
[식 2]
ΔHB/HB ≥ 0.3
(상기 식 1에서, HA는 제 1 탄소계 음극 활물질의 평균 입경이고, ΔHA는 30MPa의 압력을 5초간 가했을 때 제 1 탄소계 음극 활물질의 평균 입경 변화량이며, 상기 식 2에서, HB는 제 2 탄소계 음극 활물질의 평균 입경이고, ΔHB는 30MPa의 압력을 5초간 가했을 때 제 2 음극 활물질의 평균 입경 변화량이다.)
A mixed negative active material of a silicon (Si)-based negative active material, a first carbon-based negative active material of artificial graphite, and a second carbon-based negative active material of natural graphite having a lower hardness than the first carbon-based negative active material,
The silicon-based negative active material is included in an amount of 45% by weight or less based on 100% by weight of the total amount of the mixed negative active material,
The weight ratio of the first carbon-based negative active material to the second carbon-based negative active material is 2:8 to 8:2,
The first carbon-based negative active material satisfies Formula 1, and the second carbon-based negative active material satisfies Formula 2 below.
[Equation 1]
ΔH A /H A ≤ 0.1
[Equation 2]
ΔH B /H B ≥ 0.3
(In Equation 1, HA is the average particle size of the first carbon-based negative active material, ΔHA is the average particle size change of the first carbon-based negative active material when a pressure of 30 MPa is applied for 5 seconds, and in Equation 2 , H B is the average particle diameter of the second carbon-based negative active material, and ΔHB is the average particle diameter change of the second negative active material when a pressure of 30 MPa is applied for 5 seconds.)
삭제delete 제 1항에서,
상기 실리콘계 음극 활물질은 Si, SiOx(0<x<2), 또는 SiC인 리튬 이차 전지용 음극.
In claim 1,
The silicon-based negative active material is Si, SiO x (0 < x < 2), or SiC anode for a lithium secondary battery.
삭제delete 제 1항에서,
상기 제 1 탄소계 음극 활물질과 제 2 탄소계 음극 활물질의 중량비가 4:6 내지 6:4인 리튬 이차 전지용 음극.
In claim 1,
A negative electrode for a lithium secondary battery in which the weight ratio of the first carbon-based negative active material to the second carbon-based negative active material is 4:6 to 6:4.
제 1항, 제 3항 및 제 5항 중 어느 한 항의 리튬 이차 전지용 음극을 포함하는 리튬 이차 전지.
A lithium secondary battery comprising the negative electrode for a lithium secondary battery of any one of claims 1, 3 and 5.
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