KR102424526B1 - Manufacturing method of negative active material for secondary battery and negative active material for secondary battery therefrom, and Lithium secondary battery comprising the material - Google Patents

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Abstract

본 발명은 천연흑연을 중유 계열의 액상 코팅재로 코팅하는 단계; 및 하기 관계식 3을 만족하도록 열처리하는 단계;를 포함하여 하기 관계식 1 및 2를 만족하는 음극활물질을 제조하는 이차전지용 음극활물질의 제조방법과 이로부터 제조된 이차전지용 음극활물질, 및 이차전지용 음극활물질을 포함하는 리튬이차전지에 관한 것이다.
[관계식 1]
0 ≤ IR1/Ihcp ≤ 0.2
[관계식 2]
0 ≤ IR2/Ihcp ≤ 0.2
[관계식 3]
I286eV/Imax ≤ 0.1
(상기 관계식 1 또는 2에서, IR1은 XRD 상에서 룸보헤드랄 구조에 의한 회절각인 2θ=43.2~43.5°에서의 피크의 세기이며, IR2는 XRD 상에서 룸보헤드랄 구조에 의한 회절각인 2θ=46~46.2°에서의 피크의 세기이며, Ihcp는 XRD 상에서 육방밀집구조(hcp)에 의한 회절각인 2θ=42.2~42.5°에서의 피크의 세기이며, 관계식 3에서, I286eV는 XPS 상에서 286eV에서 나타나는 피크의 세기이며, Imax는 XPS 상에서 284~285eV에서 나타나는 피크의 세기이다.)
The present invention comprises the steps of coating natural graphite with a heavy oil-based liquid coating material; And heat-treating to satisfy the following Relation 3; and a method for producing a negative active material for a secondary battery for preparing a negative active material satisfying the following Relations 1 and 2 including; It relates to a lithium secondary battery comprising.
[Relational Expression 1]
0 ≤ I R1 /I hcp ≤ 0.2
[Relational Expression 2]
0 ≤ I R2 /I hcp ≤ 0.2
[Relational Expression 3]
I 286 eV /I max ≤ 0.1
(In Relations 1 or 2, I R1 is the intensity of the peak at 2θ = 43.2 to 43.5 °, which is the diffraction angle of the rumbohedral structure on the XRD, and I R2 is the diffraction angle of the rumbohedral structure on the XRD 2θ = 46 is the intensity of the peak at ~46.2°, I hcp is the intensity of the peak at 2θ = 42.2~42.5°, which is the diffraction angle due to the hexagonal dense structure (hcp) on XRD, in Relation 3, I 286eV is the It is the intensity of the peak, and I max is the intensity of the peak appearing at 284 ~ 285 eV on XPS.)

Description

이차전지용 음극활물질의 제조방법과 이로부터 제조된 이차전지용 음극활물질, 및 이차전지용 음극활물질을 포함하는 리튬이차전지 {Manufacturing method of negative active material for secondary battery and negative active material for secondary battery therefrom, and Lithium secondary battery comprising the material}A method of manufacturing a negative active material for a secondary battery, a negative active material for a secondary battery prepared therefrom, and a lithium secondary battery comprising a negative active material for a secondary battery {Manufacturing method of negative active material for secondary battery and negative active material for secondary battery therefrom, and Lithium secondary battery comprising the material}

본 발명은 이차전지용 음극활물질의 제조방법에 관한 것이며, 또한 이로부터 제조된 이차전지용 음극활물질, 및 이차전지용 음극활물질을 포함하는 리튬이차전지에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a negative active material for a secondary battery, and also to a lithium secondary battery comprising a negative active material for a secondary battery prepared therefrom, and a negative active material for a secondary battery.

모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그러한 이차전지 중 높은 에너지 밀도와 전압을 가지는 리튬 이차전지가 상용화되어 널리 사용되고 있다. As technology development and demand for mobile devices increase, the demand for secondary batteries as an energy source is rapidly increasing, and among such secondary batteries, lithium secondary batteries having high energy density and voltage are commercialized and widely used.

특히, 전기자동차용 리튬 이차전지는 그 사용처의 특성상 좋은 장수명 특성과 고온에서의 저장 특성이 요구되며, 음극의 측면에서 이를 구현하기 위해서는, 구조적 및 화학적으로 안정한 음극활물질을 사용하여 음극 표면에서의 반응성을 억제하는 것이 필요하다.In particular, lithium secondary batteries for electric vehicles require good long-life characteristics and high-temperature storage characteristics due to the nature of their use. is necessary to suppress

음극활물질로 사용되는 인조흑연의 경우, 천연흑연 대비, 우수한 수명 특성 및 고온 저장 특성을 보이지만, 높은 제조 비용과 낮은 용량을 가진다는 문제점이 있으며, 천연흑연의 경우, 인조흑연과는 반대로 가격이 저렴하고 높은 용량을 가지나, 초기 효율이 낮으며 천연흑연 내에 함유되어 있는 작용기로 인해 화학적 안정성이 떨어진다는 문제점이 있다.In the case of artificial graphite used as an anode active material, compared to natural graphite, it shows excellent lifespan characteristics and high temperature storage characteristics, but has a problem of high manufacturing cost and low capacity. In the case of natural graphite, the price is low as opposed to artificial graphite And it has a high capacity, but there are problems in that the initial efficiency is low and the chemical stability is poor due to the functional groups contained in natural graphite.

따라서, 인조흑연의 장점과 천연흑연의 장점을 두루 갖춘 음극활물질의 개발이 요구되고 있다.Accordingly, there is a demand for the development of an anode active material having both the advantages of artificial graphite and the advantages of natural graphite.

이에 대한 유사 선행문헌으로는 한국 공개특허공보 제10-2015-0030705호(2015.03.20)가 제시되어 있다.As a similar prior document for this, Korean Patent Application Laid-Open No. 10-2015-0030705 (2015.03.20) is presented.

한국 공개특허 제10-2015-0030705호(2015.03.20)Korean Patent Publication No. 10-2015-0030705 (2015.03.20)

본 발명의 목적은 구조적 및 화학적 안정성이 향상시킴으로써 수명 특성 및 고온 저장 특성을 향상시킬 수 있는 이차전지용 음극활물질의 제조방법과 이로부터 제조된 이차전지용 음극활물질, 및 이차전지용 음극활물질을 포함하는 리튬이차전지를 제공하는데 있다.An object of the present invention is to provide a method for preparing a negative active material for secondary batteries capable of improving lifespan characteristics and high-temperature storage characteristics by improving structural and chemical stability, a negative electrode active material for secondary batteries prepared therefrom, and lithium containing an anode active material for secondary batteries To provide a secondary battery.

본 발명은 천연흑연을 중유 계열의 액상 코팅재로 코팅하는 단계; 및 하기 관계식 3을 만족하도록 열처리하는 단계;를 포함하여 하기 관계식 1 및 2를 만족하는 음극활물질을 제조하는 이차전지용 음극활물질의 제조방법과 이로부터 제조된 이차전지용 음극활물질, 및 음극활물질을 포함하는 리튬이차전지에 관한 것이다.The present invention comprises the steps of coating natural graphite with a heavy oil-based liquid coating material; And heat-treating to satisfy the following Relational Equation 3; including; It relates to a lithium secondary battery.

[관계식 1][Relational Expression 1]

0 ≤ IR1/Ihcp ≤ 0.20 ≤ I R1 /I hcp ≤ 0.2

[관계식 2][Relational Expression 2]

0 ≤ IR2/Ihcp ≤ 0.20 ≤ I R2 /I hcp ≤ 0.2

[관계식 3][Relational Expression 3]

I286eV/Imax ≤ 0.1 I 286 eV /I max ≤ 0.1

관계식 1 또는 2에서, IR1은 XRD 상에서 룸보헤드랄 구조에 의한 회절각인 2θ=43.2~43.5°에서의 피크의 세기이며, IR2는 XRD 상에서 룸보헤드랄 구조에 의한 회절각인 2θ=46~46.2°에서의 피크의 세기이며, Ihcp는 XRD 상에서 육방밀집구조(hcp)에 의한 회절각인 2θ=42.2~42.5°에서의 피크의 세기이며,In Relations 1 or 2, I R1 is the intensity of the peak at 2θ = 43.2 to 43.5°, which is a diffraction angle by the rumbohedral structure on XRD, and I R2 is the diffraction angle 2θ = 46 to 46.2 by the rumbohedral structure on the XRD is the intensity of the peak at °, I hcp is the intensity of the peak at 2θ = 42.2 ~ 42.5 °, which is the diffraction angle by the hexagonal dense structure (hcp) on the XRD,

관계식 3에서, I286eV는 XPS 상에서 286eV에서 나타나는 피크의 세기이며, Imax는 XPS 상에서 284~285eV에서 나타나는 피크의 세기이다.In Relation 3, I 286 eV is the intensity of the peak appearing at 286 eV on XPS, and I max is the intensity of the peak appearing at 284 ~ 285 eV on XPS.

본 발명에 따른 이차전지용 음극활물질의 제조방법은 화학적 및 구조적 안정성이 향상된 이차전지용 음극활물질을 제조할 수 있으며, 이에 따라 수명 특성 및 고온 저장 특성이 향상된 음극활물질을 수득할 수 있다. 또한, 높은 가역용량 및 초기효율을 가진 음극활물질을 수득할 수 있으며, 천연흑연을 원료로 사용함에 따라 원가를 절감할 수 있다.The method for manufacturing a negative active material for a secondary battery according to the present invention can prepare an anode active material for a secondary battery with improved chemical and structural stability, thereby obtaining an anode active material with improved lifespan characteristics and high temperature storage characteristics. In addition, an anode active material having a high reversible capacity and initial efficiency can be obtained, and the cost can be reduced by using natural graphite as a raw material.

도 1은 실시예 1에 따라 제조된 음극활물질과 비교예 1 및 비교예 2의 XRD(X-ray Diffraction) 측정 자료이며,
도 2는 실시예 1에 따라 제조된 음극활물질과 비교예 1 및 비교예 2의 XPS(X-ray Photoelectron Spectroscopy) 측정 자료이다.
1 is an anode active material prepared according to Example 1 and XRD (X-ray diffraction) measurement data of Comparative Examples 1 and 2,
2 is an X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) measurement data of the negative active material prepared according to Example 1 and Comparative Examples 1 and 2;

이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 이차전지용 음극활물질의 제조방법과 이로부터 제조된 이차전지용 음극활물질, 및 이차전지용 음극활물질을 포함하는 리튬이차전지에 대하여 상세히 설명한다. 이때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, a method for manufacturing a negative active material for a secondary battery of the present invention, a negative active material for a secondary battery prepared therefrom, and a lithium secondary battery including a negative active material for a secondary battery will be described in detail. At this time, if there is no other definition in the technical terms and scientific terms used, it has the meaning commonly understood by those of ordinary skill in the art to which this invention belongs, and the gist of the present invention in the following description and accompanying drawings Descriptions of known functions and configurations that may be unnecessarily obscure will be omitted.

본 발명은 이차전지용 음극활물질의 제조방법에 관한 것으로, 천연흑연을 중유 계열의 액상 코팅재로 코팅하는 단계; 및 하기 관계식 3을 만족하도록 열처리하는 단계;를 포함하여 하기 관계식 1 및 2를 만족하는 음극활물질을 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing an anode active material for a secondary battery, comprising the steps of: coating natural graphite with a heavy oil-based liquid coating material; And it relates to a method of manufacturing a negative electrode active material satisfying the following Relations 1 and 2, including;

[관계식 1][Relational Expression 1]

0 ≤ IR1/Ihcp ≤ 0.20 ≤ I R1 /I hcp ≤ 0.2

[관계식 2][Relational Expression 2]

0 ≤ IR2/Ihcp ≤ 0.20 ≤ I R2 /I hcp ≤ 0.2

[관계식 3][Relational Expression 3]

I286eV/Imax ≤ 0.1I 286 eV /I max ≤ 0.1

관계식 1 또는 2에서, IR1은 XRD 상에서 룸보헤드랄 구조에 의한 회절각인 2θ=43.2~43.5°에서의 피크의 세기이며, IR2는 XRD 상에서 룸보헤드랄 구조에 의한 회절각인 2θ=46~46.2°에서의 피크의 세기이며, Ihcp는 XRD 상에서 육방밀집구조(hcp)에 의한 회절각인 2θ=42.2~42.5°에서의 피크의 세기이며,In Relations 1 or 2, I R1 is the intensity of the peak at 2θ = 43.2 to 43.5°, which is a diffraction angle by the rumbohedral structure on XRD, and I R2 is the diffraction angle 2θ = 46 to 46.2 by the rumbohedral structure on the XRD is the intensity of the peak at °, I hcp is the intensity of the peak at 2θ = 42.2 ~ 42.5 °, which is the diffraction angle by the hexagonal dense structure (hcp) on the XRD,

관계식 3에서, I286eV는 XPS 상에서 286eV에서 나타나는 피크의 세기이며, Imax는 XPS 상에서 284~285eV에서 나타나는 피크의 세기로, 이때, XPS 상에서 284~285eV에서 나타나는 피크는 O, H 등의 작용기로 인해 측정되는 피크이다.In Relation 3, I 286 eV is the intensity of the peak appearing at 286 eV on XPS, and I max is the intensity of the peak appearing at 284 to 285 eV on XPS. It is the peak measured due to

고상의 코팅재를 사용하고 1100℃ 내외의 열처리를 거쳐 제조된 기존의 천연흑연의 경우, 천연흑연 내에 함유되어 있는 O, H 등의 작용기로 인해 화학적 안정성이 떨어지고, 육방밀집구조뿐만 아니라 룸보헤드랄 구조로도 결정 구조를 이루고 있기 때문에 구조적 안정성 역시 다소 낮은 문제점이 있으며, 이로 인하여 저렴한 가격과 높은 용량을 가짐에도 불구하고 음극재로써의 사용 성능에 제한이 있었다.In the case of conventional natural graphite manufactured by using a solid coating material and undergoing heat treatment at around 1100°C, chemical stability is lowered due to functional groups such as O and H contained in natural graphite, and not only hexagonal dense structure but also rumbohedral structure Structural stability is also somewhat low because it has a crystalline structure, which limits its use as an anode material despite its low price and high capacity.

그러나 상술한 바와 같이 천연흑연을 특정한 액상 코팅재로 코팅한 후 열처리 공정을 거침으로써, 관계식 1 및 2를 만족하는 결정 구조를 가지게 되고 함유되어 있던 O, H 등의 작용기가 줄어들어 관계식 3을 만족하게 됨으로써, 구조적 안정성 및 화학적 안정성이 향상된 흑연 음극재를 제조할 수 있으며, 이에 따라 수명 특성 및 고온 저장 특성이 향상된 음극활물질을 수득할 수 있다. 또한, 천연흑연의 장점인 높은 가역용량은 유지되며, 인조흑연과 유사 수준의 높은 초기효율을 가질 수 있다.However, as described above, natural graphite is coated with a specific liquid coating material and then subjected to a heat treatment process, thereby having a crystal structure satisfying Relations 1 and 2, and reducing functional groups such as O and H, which satisfies Relation 3 , it is possible to prepare a graphite negative electrode material with improved structural stability and chemical stability, thereby obtaining an anode active material with improved lifespan characteristics and high temperature storage characteristics. In addition, the high reversible capacity, which is an advantage of natural graphite, is maintained, and it can have a high initial efficiency similar to that of artificial graphite.

본 발명의 일 예에 따른 음극활물질의 제조방법은 액상의 코팅재로 코팅하기 전 과정으로 조립 공정을 더 수행할 수 있다. 조립 공정은 인편상인 천연흑연을 평균 종횡비(aspect ratio)가 2 미만인 구형상의 천연흑연으로 조립하는 공정으로, 회전식 가공기를 사용하여 수행할 수 있다. 인편상 천연흑연은 재료 자체의 비등방성으로 인해, 이후 전지 제조 시에 용매나 바인더와 혼합 및 슬러리화 하는 과정에서 유동성 저하로 공정성이 나빠지고, 소정 두께의 도포층 형성이 어려워 박리 현상 등의 문제점이 발생할 수 있기 때문에, 천연흑연을 구형상으로 조립하여 주는 것이 바람직하다.In the method of manufacturing a negative electrode active material according to an embodiment of the present invention, an assembly process may be further performed as a process before coating with a liquid coating material. The assembling process is a process of assembling flaky natural graphite into spherical natural graphite having an average aspect ratio of less than 2, and may be performed using a rotary processing machine. Due to the anisotropy of the material itself, flaky natural graphite deteriorates processability due to reduced fluidity in the process of mixing and slurrying with a solvent or binder during battery manufacturing, and it is difficult to form an applied layer of a predetermined thickness, so there are problems such as peeling. Since this may occur, it is preferable to granulate the natural graphite in a spherical shape.

구체적으로, 조립 공정은 회전식 가공기 내측면과 인편상인 천연흑연 분말 간의 충돌에 의한 분쇄와 분말들 간의 마찰가공, 전단응력에 의한 분말의 전단가공 등을 통해 인편상 천연흑연들의 조립화가 이루어져 최종적으로 평균 종횡비(aspect ratio)가 2 미만이며, 평균 입경이 1~100㎛인 구형상 천연흑연 입자를 제조할 수 있다. 이때, 회전식 가공기의 속도는 700~2000 rpm으로, 10~30분간 수행하는 것이 좋으며, 속도를 너무 높이거나 공정을 너무 오래 지속할 경우, 천연흑연 입자에 가해지는 스트레스가 너무 커져 구조적인 결함이 증가할 수 있다.Specifically, in the granulation process, granulation of flaky natural graphite is achieved through crushing by collision between the inner surface of the rotary processing machine and the natural graphite powder in the form of scale, friction processing between the powders, and shear processing of the powder by shear stress. It is possible to prepare spherical natural graphite particles having an aspect ratio of less than 2 and an average particle diameter of 1 to 100 μm. At this time, the speed of the rotary processing machine is 700 to 2000 rpm, and it is recommended to perform it for 10 to 30 minutes. can do.

다음으로 조립 공정을 거친 구형상의 천연흑연을 중유 계열의 액상 코팅재로 코팅하는 단계를 수행할 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 일 예에 따른 천연흑연의 코팅 단계는 고상의 모재에 액상의 코팅재를 코팅할 수 있는 방법이라면 특별히 제한하지 않으나, 메카노 퓨전(mechno fusion) 방식의 코팅기보다는 응력이 작용하지 않는 코팅기를 사용하는 것이 바람직하며, 구체적으로는 기계적인 충격을 약하게 받는 고상-액상 혼합 방식(mixer type)의 코팅용 믹서를 사용하는 것이 성능 개선을 위하여 더 효과적이다. 기존의 건식에 널리 사용되는 메카노 퓨전 방식의 코팅법은 모재와 코팅재 사이에 전단력(shear force)이 작용되면서 코팅이 되고, 이때 이 전단력으로 인해 모재인 구상 천연흑연에 구조적인 결함을 발생시키게 된다. 반면, 고상-액상 혼합방식의 코팅은 모재에 전달되는 힘이 작아 구상 천연흑연에 생기는 구조적인 결함을 최소화 할 수 있어 소재 내부에 롬보헤드랄 구조의 발달을 막을 수 있다. 코팅의 두께는 탄화 후의 두께로 3~100 ㎚로 코팅하는 것이 좋으며, 음극재로서의 성능을 효과적으로 발휘하기 위해서는 5~20㎚의 두께로 코팅하는 것이 바람직할 수 있다.Next, a step of coating the spherical natural graphite that has undergone the assembly process with a heavy oil-based liquid coating material may be performed. Specifically, the coating step of natural graphite according to an example of the present invention is not particularly limited as long as it is a method capable of coating a liquid coating material on a solid base material, but stress is not applied rather than a mechno fusion type coating machine. It is preferable to use a coating machine that does not have a coating machine, and specifically, it is more effective to improve performance by using a mixer for coating of a solid-liquid mixing type (mixer type) that is weakly subjected to mechanical impact. In the existing mechano-fusion coating method, which is widely used in dry coating, a shear force is applied between the base material and the coating material to coat, and at this time, the shear force causes structural defects in the spherical natural graphite, which is the base material. . On the other hand, the solid-liquid mixed coating method can minimize the structural defects that occur in the spherical natural graphite because the force transmitted to the base material is small, thereby preventing the development of the lombohedral structure inside the material. The thickness of the coating is preferably 3 to 100 nm after carbonization, and in order to effectively exhibit the performance as an anode material, it may be preferable to coat to a thickness of 5 to 20 nm.

이때, 중유 계열의 액상 코팅재는 예를 들어, 중유, 중질중유, 벙커유 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 액상 코팅재는 원액을 그대로 사용하거나 용매에 희석하여 사용할 수 있으며, 희석할 경우, 액상 코팅재 100 중량부에 대하여 용매 10~200 중량부를 혼합할 수 있고, 바람직하게는 50~100 중량부로 용매를 혼합할 수 있으나, 그 희석 비율은 코팅의 작업성을 고려하여 변경 될 수 있다. 이때, 용매는 액상 코팅재를 잘 희석할 수 있는 것이라면 특별히 한정하지 않고 사용할 수 있으나, 구체적으로 예를 들면, 톨루엔, 벤젠, 테트라하이드로퓨란, 퀴놀린, 벤조퀴논 또는 아세톤 등의 유기용매를 사용할 수 있다. In this case, the heavy oil-based liquid coating material may be, for example, heavy oil, heavy oil, bunker oil, or a mixture thereof. The liquid coating material can be used as it is or diluted in a solvent, and when diluted, 10 to 200 parts by weight of the solvent can be mixed with respect to 100 parts by weight of the liquid coating material, preferably 50 to 100 parts by weight of the solvent. However, the dilution ratio may be changed in consideration of the workability of the coating. At this time, the solvent may be used without particular limitation as long as it can dilute the liquid coating material well, but specifically, for example, an organic solvent such as toluene, benzene, tetrahydrofuran, quinoline, benzoquinone or acetone may be used.

다음으로, 열처리 단계를 수행할 수 있는데, 액상 코팅재로 코팅된 천연흑연을 열처리하여 탄화시킴으로써 초기 천연흑연과 코팅재 내부에 함유되어 있던 작용기를 줄여 관계식 3을 만족하도록 할 수 있으며, 높은 온도에서 기존의 모재에 전달되었던 물리적인 스트레스를 이완시켜서 롬보헤드랄 구조를 부분적으로 제거하여 구조적인 결함을 줄기게 되고 이와 같은 방식으로 제조된 음극재는 관계식 1과 2를 만족시키게 된다.Next, a heat treatment step can be performed. By heat-treating and carbonizing the natural graphite coated with the liquid coating material, it is possible to reduce the functional groups contained in the initial natural graphite and the coating material to satisfy Relation 3, and at high temperature, Structural defects are reduced by partially removing the lombohedral structure by relaxing the physical stress transferred to the base material, and the anode material manufactured in this way satisfies Relations 1 and 2.

일 예에 따른 열처리 단계는 아르곤(Ar), 헬륨(He), 네온(Ne) 등의 불활성 기체 분위기 하에서, 고온 조건으로 수행할 수 있으며, 두 단계에 걸쳐서 진행하는 것이 바람직할 수 있다. 구체적으로 예를 들면, 450~800℃의 온도에서 1차 열처리를 진행한 후, 2800℃ 이상의 고온에서 2차 열처리를 수행하는 것이 좋으며, 2차 열처리의 경우 보다 좋게는 3000~3500℃의 고온에서 수행하는 것이 바람직할 수 있다. 2800℃ 미만의 온도에서 2차 열처리를 진행할 경우, 룸보헤드랄 구조를 억제가 어려울 수 있으며, 작용기의 제거 효율이 떨어질 수 있어 좋지 않다.The heat treatment step according to an example may be performed under a high temperature condition under an inert gas atmosphere such as argon (Ar), helium (He), neon (Ne), and it may be preferable to proceed over two steps. Specifically, for example, after the primary heat treatment is performed at a temperature of 450 to 800 ° C, it is preferable to perform the secondary heat treatment at a high temperature of 2800 ° C or higher, and in the case of the secondary heat treatment, preferably at a high temperature of 3000 to 3500 ° C. It may be desirable to perform If the secondary heat treatment is performed at a temperature of less than 2800° C., it may be difficult to suppress the rumbohedral structure, and the removal efficiency of the functional group may decrease, which is not good.

이때, 일 예에 따른 액상 코팅재의 탄화수율은 25% 이상일 수 있으며, 상한은 특별히 한정하진 않으나 2800℃ 이상의 고온 열처리에 의해 탄화된 코팅층이 가질 수 있는 최대 수율을 상한으로 한정할 수 있으며, 구체적으로 예를 들면 80% 이하일 수 있다. 탄화수율이 25% 미만일 경우, 코팅층에 의한 구조적-화학적 안정성 향상 효과가 미미할 수 있다.At this time, the carbonization yield of the liquid coating material according to an example may be 25% or more, and the upper limit is not particularly limited, but the maximum yield that the coating layer carbonized by high temperature heat treatment of 2800° C. or more can be limited to the upper limit, and specifically For example, it may be 80% or less. When the carbonization yield is less than 25%, the structural-chemical stability improvement effect by the coating layer may be insignificant.

본 발명에서의 탄화 수율은 다음 계산식을 통해 계산하였다.The carbonization yield in the present invention was calculated through the following formula.

탄화수율(%) = (W0/WC) × 100Carbonization yield (%) = (W 0 /W C ) × 100

이때, WC는 탄화 전 코팅층의 중량, W0는 탄화 후 코팅층의 중량이다.In this case, W C is the weight of the coating layer before carbonization, and W 0 is the weight of the coating layer after carbonization.

앞서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 제조방법으로 제조된 음극활물질은 기존 천연흑연과 동등 수준의 가역용량과 인조흑연 수준의 초기 효율을 가지며, 천연흑연 대비 향상되고 인조흑연 대비 동등 수준 이상인 고온 저장 특성과 수명 특성을 가질 수 있다.As described above, the anode active material manufactured by the manufacturing method according to the present invention has a reversible capacity equivalent to that of conventional natural graphite and an initial efficiency equivalent to that of artificial graphite, and has improved compared to natural graphite and high-temperature storage characteristics equal to or higher than that of artificial graphite. and lifespan characteristics.

구체적인 일 예로 음극 활물질은 초기 가역용량 355mAh/g 이상, 초기효율 95% 이상의 초기 성능을 가질 수 있다. As a specific example, the negative active material may have an initial reversible capacity of 355 mAh/g or more and an initial performance of 95% or more.

또한, 본 발명의 일 예에 따른 제조 방법으로 제조된 음극 활물질을 포함한 리튬이온 배터리는 하기 관계식 4를 만족하는 우수한 고온 저장 특성을 가질 수 있다.In addition, a lithium ion battery including an anode active material manufactured by the manufacturing method according to an embodiment of the present invention may have excellent high-temperature storage characteristics satisfying the following relational equation (4).

[관계식 4][Relational Expression 4]

(C-C0)/C0 × 100 ≥ 10 (CC 0 )/C 0 × 100 ≥ 10

관계식 4에서, C는 본 발명의 제조 방법으로 제조된 음극활물질을 음극으로 사용한 리튬이온 배터리의 보존용량(%)이며, C0는 기존의 고상코팅 및 1100℃ 열처리 방식으로 제조된 천연흑연이 음극으로 사용된 리튬이온 배터리의 보존용량(%)이다. 단, 이때 보존용량(%)은 60℃에서 21일 동안 방치하여 용량변화를 측정한 것을 기준으로 한 것이다.In Relation 4, C is the storage capacity (%) of a lithium ion battery using the anode active material prepared by the manufacturing method of the present invention as a negative electrode, and C 0 is a negative electrode of natural graphite manufactured by the conventional solid-state coating and 1100 ° C heat treatment method. It is the storage capacity (%) of the lithium-ion battery used as However, at this time, the storage capacity (%) is based on measuring the change in capacity by leaving it at 60°C for 21 days.

또한, 본 발명의 일 예에 따른 제조방법은 조립공정을 수행하기에 앞서 정제 공정을 더 포함할 수 있다. In addition, the manufacturing method according to an embodiment of the present invention may further include a purification process prior to performing the assembly process.

정제 공정은 천연흑연의 순도를 99 중량% 이상으로 정제할 수 있는 방법이라면 특별히 제한하지 않으며, 통상적으로 사용되는 방법을 이용하여 수행할 수 있다. 순도가 99 중량% 미만인 경우, 불순물에 의해 음극활물질의 구조적 결함이 증가할 수 있음으로 가능한 순도를 높여주는 것이 좋으며, 바람직하게는 99.9 중량% 이상의 순도를 갖도록 정제 공정을 수행하는 것이 좋다.The purification process is not particularly limited as long as it is a method capable of purifying the purity of natural graphite to 99% by weight or more, and may be performed using a commonly used method. If the purity is less than 99% by weight, it is preferable to increase the purity as possible because structural defects of the negative electrode active material may increase due to impurities, and it is preferable to perform the purification process to have a purity of 99.9% by weight or more.

또는 본 발명의 일 예에 따른 제조방법은, 인편상 천연흑연을 중유 계열의 액상 코팅재에 분산한 후 액적으로 분무하여 열처리함으로써 인편상 천연흑연이 코팅재로 코팅된 구형상의 음극활물질을 수득할 수 있다. Alternatively, in the manufacturing method according to an embodiment of the present invention, a spherical negative electrode active material coated with flaky natural graphite with a coating material can be obtained by dispersing flaky natural graphite in a heavy oil-based liquid coating material and then spraying it with droplets to heat treatment. .

구체적으로, 액상 코팅재에 천연흑연이 분산된 분산액은 액적으로 분무가 가능할 정도의 비율로 혼합되는 것이 바람직하다. 액상 코팅재의 혼합비율이 너무 적을 경우, 액적으로의 분무가 제대로 되지 않을 수 있으며, 반대로 액상 코팅재의 혼합비율이 너무 많을 경우, 음극활물질 입자 내에 천연흑연의 함량이 낮아 음극재로 사용시 성능 저하가 있을 수 있음으로 좋지 않을 수 있다. 구체적인 일 예로 분산액은 천연흑연:액상코팅재를 1: 5~100 부피비로 혼합하는 것이 좋으며, 보다 좋게는 1: 10~50의 부피비로 혼합하는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.Specifically, it is preferable that the dispersion in which natural graphite is dispersed in the liquid coating material is mixed in such a proportion that it can be sprayed into droplets. If the mixing ratio of the liquid coating material is too small, spraying into droplets may not work properly. It may not be as good as it can be. As a specific example, the dispersion is preferably mixed with natural graphite:liquid coating material in a volume ratio of 1: 5 to 100, more preferably, in a volume ratio of 1: 10 to 50, but is not limited thereto.

액적으로의 분무는 초음파 분무법, 정전 분무법 또는 노즐 분무법 등을 이용할 수 있으며, 분무된 액적을 운송가스인 아르곤(Ar), 헬륨(He), 네온(Ne) 등의 불활성 기체를 통해 관상형 가열로로 이동시켜 열처리할 수 있다. 열처리 조건은 앞서 열처리 단계에서 설명한 바와 동일할 수 있으며, 구체적으로 450~800℃의 온도에서 1차 열처리를 진행한 후, 2800℃ 이상의 고온에서 2차 열처리를 수행함으로써 관계식 1 내지 3을 만족하는 음극활물질을 제조할 수 있다.The atomization of droplets may use ultrasonic atomization, electrostatic atomization, or nozzle atomization. It can be moved to heat treatment. The heat treatment conditions may be the same as those described in the heat treatment step above, and specifically, after performing the first heat treatment at a temperature of 450 to 800 ° C, the second heat treatment is performed at a high temperature of 2800 ° C. An active material can be prepared.

이와 같은 방법은 조립 및/또는 코팅에 의해 입자가 받는 스트레스를 더욱 줄일 수 있으며, 액적의 크기를 제어하여 코팅 두께를 제어할 수 있음에 따라 매우 균일한 두께로 코팅된 음극활물질을 수득할 수 있다는 장점이 있다. 또한, 정제 이후 한 단계의 공정으로 관계식 1 내지 3을 만족하는 구형상의 음극활물질을 제조할 수 있음에 따라 공정이 매우 간단하다는 장점이 있다.Such a method can further reduce the stress received by the particles by assembling and/or coating, and as the coating thickness can be controlled by controlling the size of the droplets, it is possible to obtain a coated anode active material with a very uniform thickness. There are advantages. In addition, since a spherical anode active material satisfying Relations 1 to 3 can be prepared in one step after purification, the process is very simple.

이하 본 발명의 일 예에 따른 이차전지용 음극활물질의 제조방법에 대하여 보다 상세히 설명한다. 하기 실시예 및 비교예를 통해 제조된 리튬이차전지의 물성은 다음과 같이 측정하였다.Hereinafter, a method of manufacturing a negative active material for a secondary battery according to an example of the present invention will be described in more detail. The physical properties of the lithium secondary batteries prepared through the following Examples and Comparative Examples were measured as follows.

(가역용량)(reversible capacity)

리튬 금속을 대극으로한 코인 하프 셀(Coin half cell)을 제작하여 0.1C/0.1C 충/방전을 실시하여 방전시의 용량(mAh)을 전극내부의 활물질의 질량으로 나눈 값이다.It is the value obtained by dividing the capacity (mAh) at the time of discharging by the mass of the active material inside the electrode by manufacturing a coin half cell using lithium metal as a counter electrode and performing charging/discharging at 0.1C/0.1C.

(초기효율)(Initial efficiency)

가역용량의 측정 방법에서 방전용량을 충전용량으로 나눈 백분율 값이다.It is a percentage value obtained by dividing the discharge capacity by the charge capacity in the reversible capacity measurement method.

(수명 특성)(lifetime characteristics)

일반적으로 사용되는 상용 양극을 대극으로 하여 풀셀(full cell)을 제작하여 (용량 10Ah) 1.0C/1.0C 로 사이클을 진행하여 매 사이클의 가역용량을 첫 번째 사이클의 가역용량으로 나눈 백분율 값이다. It is a percentage value obtained by dividing the reversible capacity of each cycle by the reversible capacity of the first cycle by manufacturing a full cell (capacity 10Ah) using a commonly used commercial anode as a counter electrode and performing a cycle at 1.0C/1.0C.

(고온 저장 특성)(high temperature storage characteristics)

수명 특성에서 사용된 동일 풀셀을 전체 활용 용량의 95%까지 충전한 상태에서 60℃ 항온이 유지되는 챔버에 보존하여 정해진 측정주기에 따라 가역용량을 측정하여 그 값을 첫 번째 사이클의 가역용량으로 나눈 값이다.The same full cell used in the lifetime characteristic is stored in a chamber where a constant temperature is maintained at 60°C in a state where it is charged up to 95% of the total capacity, and the reversible capacity is measured according to the set measurement cycle, and the value is divided by the reversible capacity of the first cycle. is the value

[실시예 1] [Example 1]

평균 입경 20㎛의 구상 천연흑연, 및 액상 중유를 혼합 방식의 코팅용 믹서에 넣어 표면이 중유로 코팅된 천연흑연 입자를 제조하였다. 이때, 탄화 후의 입자 무게를 기준으로 코팅층(중유층)의 무게가 전체 대비 5중량%가 되도록 구상 천연흑연과 액상 중유의 혼합 비율을 조절하였다. 중유로 코팅된 천연흑연 입자를 600℃에서 180분 및 3000℃에서 360분 동안, 두 단계에 걸쳐 열처리하여 음극활물질을 제조하였으며, 이때 코팅층의 탄화 수율은 35%였다. 제조된 음극활물질의 물성은 표 1에 나타내었다.Spherical natural graphite having an average particle diameter of 20 μm and liquid heavy oil were put in a mixing type coating mixer to prepare natural graphite particles whose surface was coated with heavy oil. At this time, the mixing ratio of spherical natural graphite and liquid heavy oil was adjusted so that the weight of the coating layer (heavy oil layer) was 5% by weight based on the weight of the particles after carbonization. The natural graphite particles coated with heavy oil were heat-treated at 600° C. for 180 minutes and 3000° C. for 360 minutes, in two steps to prepare an anode active material, wherein the carbonization yield of the coating layer was 35%. The physical properties of the prepared negative electrode active material are shown in Table 1.

다음으로, 제조된 음극활물질 : 스티렌-부타디엔고무(SBR) : 카르복실 메틸 셀룰로오스(CMC)를 95 : 2 : 3의 중량비로 혼합한 후 구리박막에 코팅하고 건조 및 압연하여 음극을 제조하였다. 양극의 경우, 니켈-코발트-알루미늄계(NCA) 양극활물질 : 폴리비닐리덴 플루오라이드(PvDF) : 그래파이트 플래이크(graphite flake)를 92 : 3 : 5의 중량비로 혼합한 후 N-메틸피롤리돈(NMP)에 분산시켜 양극 슬러리를 제조하였다. 이 양극 슬러리를 알루미늄 박막에 코팅한 후 건조 및 압연하여 NCA 계열의 양극을 준비하였다.Next, the prepared negative electrode active material: styrene-butadiene rubber (SBR): carboxyl methyl cellulose (CMC) was mixed in a weight ratio of 95: 2: 3, coated on a copper thin film, dried and rolled to prepare a negative electrode. In the case of a positive electrode, a nickel-cobalt-aluminum-based (NCA) positive electrode active material: polyvinylidene fluoride (PvDF): graphite flake was mixed in a weight ratio of 92: 3: 5, followed by N-methylpyrrolidone (NMP) to prepare a positive electrode slurry. This positive electrode slurry was coated on an aluminum thin film, dried and rolled to prepare an NCA-based positive electrode.

다음으로, 양극:음극의 용량비가 1:1.1이 되도록 조절하여 준비하였으며, 리튬이차전지의 용량이 10Ah ± 10%가 되도록 조립하였다. 전해액으로는 1M의 LiPF6와 1중량%의 비닐렌카보네이트(VC)를 포함하고 있는, 에틸렌카보네이트/에틸메틸카보네이트/디에틸카보네이트가 3/4/3의 부피비로 혼합된 용액을 사용하였다. 제조된 리튬이차전지의 물성은 표 2 내지 4에 나타내었다.Next, it was prepared by adjusting the capacity ratio of the positive electrode to the negative electrode to be 1:1.1, and the lithium secondary battery was assembled so that the capacity was 10 Ah ± 10%. As the electrolyte, a solution in which ethylene carbonate/ethylmethyl carbonate/diethyl carbonate was mixed in a volume ratio of 3/4/3 containing 1M LiPF 6 and 1% by weight of vinylene carbonate (VC) was used. The physical properties of the prepared lithium secondary battery are shown in Tables 2 to 4.

[실시예 2] [Example 2]

열처리 온도를 600℃에서 180분 및 2800℃에서 360분 동안 수행하여 음극활물질을 제조한 것 외의 모든 공정을 실시예 1과 동일하게 진행하였다. 또한, 제조된 음극활물질의 코팅층의 탄화수율은 33%였고, 그 물성은 표 1에 나타내었으며, 제조된 리튬이차전지의 물성은 표 2 내지 4에 나타내었다.All processes were performed in the same manner as in Example 1 except that the heat treatment temperature was performed at 600° C. for 180 minutes and at 2800° C. for 360 minutes to prepare the negative electrode active material. In addition, the carbonization yield of the coating layer of the prepared negative electrode active material was 33%, the physical properties are shown in Table 1, and the physical properties of the prepared lithium secondary battery are shown in Tables 2 to 4.

[실시예 3] [Example 3]

열처리 온도를 600℃에서 180분 및 3000℃에서 240분 동안 수행하여 음극활물질을 제조한 것 외의 모든 공정을 실시예 1과 동일하게 진행하였다. 또한, 제조된 음극활물질의 코팅층의 탄화수율은 32%였고, 그 물성은 표 1에 나타내었으며, 제조된 리튬이차전지의 물성은 표 2 내지 4에 나타내었다.All processes were performed in the same manner as in Example 1, except that the heat treatment temperature was performed at 600° C. for 180 minutes and at 3000° C. for 240 minutes to prepare the negative electrode active material. In addition, the carbonization yield of the coating layer of the prepared negative electrode active material was 32%, the physical properties are shown in Table 1, and the physical properties of the prepared lithium secondary battery are shown in Tables 2 to 4.

[비교예 1] [Comparative Example 1]

기존의 방식으로 천연흑연 음극활물질을 제조하였다. 구체적으로, 평균 입경 20㎛의 구상 천연흑연, 및 고상 핏치를 혼합 방식의 코팅용 믹서 대신 메카노 퓨전 방식의 믹서 믹서에 넣어 표면이 핏치로 코팅된 천연흑연 입자를 제조하였다. 이때, 탄화 후의 입자 무게를 기준으로 코팅층(핏치)의 무게가 전체 대비 5중량%가 되도록 구상 천연흑연과 고상 핏치의 혼합 비율을 조절하였다. 핏치로 코팅된 천연흑연 입자를 600℃에서 180분 및 1100℃에서 360분 동안, 두 단계에 걸쳐 열처리하여 음극활물질을 제조하였다. 또한, 제조된 음극활물질의 코팅층의 탄화수율은 23%였고, 그 물성은 표 1에 나타내었다.A natural graphite anode active material was prepared in a conventional manner. Specifically, spherical natural graphite having an average particle diameter of 20 μm and solid pitch were put into a mechano fusion mixer instead of a mixing mixer for coating to prepare natural graphite particles whose surface was coated with pitch. At this time, the mixing ratio of spherical natural graphite and solid pitch was adjusted so that the weight of the coating layer (pitch) was 5% by weight based on the weight of the particles after carbonization. The pitch-coated natural graphite particles were heat-treated in two steps at 600° C. for 180 minutes and 1100° C. for 360 minutes to prepare an anode active material. In addition, the carbonization yield of the coating layer of the prepared anode active material was 23%, and its physical properties are shown in Table 1.

그 후, 음극활물질을 달리한 것 외의 모든 공정을 실시예 1과 동일하게 진행하여 리튬이차전지를 제조하였으며, 그 물성은 표 2 내지 4에 나타내었다.Thereafter, a lithium secondary battery was manufactured by performing all processes in the same manner as in Example 1 except that the negative electrode active material was changed, and the physical properties thereof are shown in Tables 2 to 4.

[비교예 2] [Comparative Example 2]

일반적으로 판매되는 인조흑연을 준비하였으며, 그 물성을 표 1에 나타내었다. 구체적으로, 인조흑연은 코크스(cokes)를 원료로 하여 3000℃에서 열처리한 후 충돌실 분쇄를 거쳐 평균입경이 20㎛가 되도록 분급하여 제조된 것이다.A commercially available artificial graphite was prepared, and its physical properties are shown in Table 1. Specifically, artificial graphite is manufactured by using coke as a raw material, heat-treating it at 3000° C., and then classifying it so that the average particle diameter is 20 μm through crushing in a collision chamber.

그 후, 음극활물질을 달리한 것 외의 모든 공정을 실시예 1과 동일하게 진행하여 리튬이차전지를 제조하였으며, 그 물성은 표 2 내지 4에 나타내었다.Thereafter, a lithium secondary battery was manufactured by performing all processes in the same manner as in Example 1 except for changing the negative electrode active material, and the physical properties thereof are shown in Tables 2 to 4.

[비교예 3] [Comparative Example 3]

열처리 온도를 600℃에서 180분 및 2500℃에서 360분 동안 수행하여 음극활물질을 제조한 것 외의 모든 공정을 실시예 1과 동일하게 진행하였다. 또한, 제조된 음극활물질의 코팅층의 탄화수율은 32%였고, 그 물성은 표 1에 나타내었으며, 제조된 리튬이차전지의 물성은 표 2 내지 4에 나타내었다.All processes were performed in the same manner as in Example 1, except that the heat treatment temperature was performed at 600° C. for 180 minutes and at 2500° C. for 360 minutes to prepare the negative electrode active material. In addition, the carbonization yield of the coating layer of the prepared negative electrode active material was 32%, the physical properties are shown in Table 1, and the physical properties of the prepared lithium secondary battery are shown in Tables 2 to 4.

IR1/Ihcp I R1 /I hcp IR2/Ihcp I R2 /I hcp I286eV/Imax I 286 eV /I max 실시예 1Example 1 0.130.13 0.060.06 0.080.08 실시예 2Example 2 0.150.15 0.090.09 0.080.08 실시예 3Example 3 0.130.13 0.070.07 0.100.10 비교예 1Comparative Example 1 0.440.44 0.210.21 0.170.17 비교예 2Comparative Example 2 0.010.01 0.000.00 0.190.19 비교예 3Comparative Example 3 0.240.24 0.110.11 0.120.12

(표 1에서, IR1은 XRD 상에서 룸보헤드랄 구조에 의한 회절각인 2θ=43.2~43.5°에서의 피크의 세기이며, IR2는 XRD 상에서 룸보헤드랄 구조에 의한 회절각인 2θ=46~46.2°에서의 피크의 세기이며, Ihcp는 XRD 상에서 육방밀집구조(hcp)에 의한 회절각인 2θ=42.2~42.5°에서의 피크의 세기이며, I286eV는 XPS 상에서 286eV에서 나타나는 피크의 세기이며, Imax는 XPS 상에서 284~285eV에서 나타나는 피크의 세기이다.)(In Table 1, I R1 is the intensity of the peak at 2θ = 43.2 to 43.5 °, which is the diffraction angle by the rumbohedral structure on XRD, and I R2 is the diffraction angle by the rumbohedral structure on the XRD 2θ = 46 to 46.2 ° is the intensity of the peak in , I hcp is the intensity of the peak at 2θ = 42.2 to 42.5°, which is a diffraction angle by hexagonal dense structure (hcp) on XRD, and I 286 eV is the intensity of the peak appearing at 286 eV on XPS, I max is the intensity of the peak appearing at 284~285eV on XPS.)

표 1에 나타난 바와 같이, 본 발명의 제조방법으로 제조된 실시예 1 내지 3은 액상 중유를 사용하고, 2800℃ 이상의 고온으로 열처리를 수행함으로써 관계식 1 내지 3을 만족하는 음극활물질을 수득할 수 있었다. 반면, 기존의 방식으로 음극활물질을 제조한 비교예 1의 경우, 고상 핏치를 넣어 기계적 충격을 많이 받는 메카노 퓨전 방식의 믹서를 사용하고, 상대적으로 저온인 1100℃로 2차 열처리를 수행함으로써 룸보헤드랄 구조를 억제하지 못하여 구조적으로 안정하지 못 하였으며, 작용기 또한 제거하지 못 한 것을 확인 할 수 있다. 인조흑연인 비교예 2의 경우, 룸보헤드랄 구조가 거의 없어 구조적으로는 매우 안정하였으나, 작용기가 전혀 제거되지 못하여 I286eV 피크가 크게 나타남을 확인 할 수 있었으며, 이에 따라 화학적 안정성이 떨어지는 것을 확인할 수 있었다. 비교예 3의 경우, 액상 코팅재를 사용한 것은 동일하나, 상대적으로 낮은 2500℃로 열처리를 수행함으로써 물리적/화학적 안정성 모두 본원발명 대비 다소 떨어지는 것을 확인할 수 있었다.As shown in Table 1, Examples 1 to 3 prepared by the method of the present invention used liquid heavy oil and heat treatment was performed at a high temperature of 2800° C. or higher to obtain negative active materials satisfying Relations 1 to 3. . On the other hand, in the case of Comparative Example 1, in which the negative electrode active material was prepared in the conventional manner, a mechano-fusion type mixer that receives a lot of mechanical shock by putting a solid pitch was used, and secondary heat treatment was performed at a relatively low temperature of 1100 ° C. It can be seen that the headral structure could not be suppressed and thus structurally unstable, and the functional group could not be removed. In the case of Comparative Example 2, which is artificial graphite, it was structurally very stable because there was almost no rumbohedral structure. there was. In the case of Comparative Example 3, it was confirmed that the liquid coating material was used the same, but by performing heat treatment at a relatively low 2500° C., both physical and chemical stability were somewhat inferior compared to the present invention.

가역용량 (mAh/g)Reversible capacity (mAh/g) 초기효율 (%)Initial efficiency (%) 실시예 1Example 1 365365 96.096.0 실시예 2Example 2 361361 95.895.8 실시예 3Example 3 360360 95.795.7 비교예 1Comparative Example 1 364364 92.792.7 비교예 2Comparative Example 2 350350 96.696.6 비교예 3Comparative Example 3 357357 94.294.2

상기 표 2에 나타난 봐와 같이, 실시예 1 내지 3의 경우, 가역용량이 360 mAh/g 이상이며, 초기효율은 95.7% 이상으로 매우 우수한 성능을 보이는 것을 확인 할 수 있다. 이처럼, 천연흑연을 음극활물질의 원료로 사용함으로써 높은 용량을 가질 수 있었으며, 이와 함께 인조흑연의 장점인 높은 초기효율을 가질 수 있었다. 즉, 본원발명은 인조흑연의 장점과 천연흑연의 장점을 두루 갖춘 우수한 음극활물질을 수득할 수 있는 것을 알 수 있다.As shown in Table 2, in the case of Examples 1 to 3, it can be confirmed that the reversible capacity is 360 mAh/g or more, and the initial efficiency is 95.7% or more, showing very good performance. As such, it was possible to have a high capacity by using natural graphite as a raw material for the negative electrode active material, and also to have high initial efficiency, which is an advantage of artificial graphite. That is, it can be seen that the present invention can obtain an excellent anode active material having both the advantages of artificial graphite and the advantages of natural graphite.

보존 용량(%)Storage capacity (%) 0회0 times 10회10 episodes 20회Episode 20 30회30 episodes 40회40 episodes 50회50 episodes 실시예 1Example 1 100100 99.999.9 99.799.7 99.699.6 99.399.3 98.998.9 실시예 2Example 2 100100 99.999.9 99.699.6 99.599.5 99.199.1 98.798.7 실시예 3Example 3 100100 99.999.9 99.599.5 99.499.4 99.099.0 98.598.5 비교예 1Comparative Example 1 100100 99.799.7 99.199.1 98.898.8 98.498.4 98.198.1 비교예 2Comparative Example 2 100100 99.599.5 99.299.2 99.099.0 98.898.8 98.398.3 비교예 3Comparative Example 3 100100 99.599.5 99.199.1 98.898.8 98.498.4 98.098.0

표 3은 이차전지의 수명 특성을 확인한 것으로, 일반적으로 사용되는 상용 양극을 대극으로 하여 풀셀(full cell)을 제작하여 (용량 10Ah) 1.0C/1.0C 로 사이클을 진행하여 매 사이클의 가역용량을 첫 번째 사이클의 가역용량으로 나눈 백분율 값이다. 표 3에 나타난 봐와 같이, 실시예 1 내지 3은 50회 충방전 후에도 98.5% 이상의 높은 용량 보존률을 보이는 것을 확인 할 수 있었다.Table 3 confirms the lifespan characteristics of the secondary battery. A full cell (capacity 10Ah) was manufactured using a commonly used commercial positive electrode as a counter electrode, and the cycle was performed at 1.0C/1.0C to obtain the reversible capacity of each cycle. It is a percentage value divided by the reversible capacity of the first cycle. As shown in Table 3, it was confirmed that Examples 1 to 3 showed a high capacity retention rate of 98.5% or more even after 50 charging and discharging times.

보존 용량 (%)Storage capacity (%) (C21-C*)/C* (C 21 -C * )/C * 0일(C0)Day 0 (C 0 ) 7일(C7)7 days (C 7 ) 14일(C14)14 days (C 14 ) 21일(C21)Day 21 (C 21 ) 실시예 1Example 1 100100 93.893.8 88.288.2 84.084.0 0.1290.129 실시예 2Example 2 100100 93.193.1 86.886.8 82.682.6 0.1100.110 실시예 3Example 3 100100 93.593.5 87.387.3 83.083.0 0.1160.116 비교예 1Comparative Example 1 100100 85.485.4 79.079.0 74.474.4 00 비교예 2Comparative Example 2 100100 93.793.7 85.185.1 81.881.8 0.0990.099 비교예 3Comparative Example 3 100100 89.989.9 82.282.2 76.876.8 0.0280.028

표 4는 이차전지의 고온 저장 특성을 확인 한 것으로, 수명 특성에서 사용된 동일 풀셀을 전체 활용 용량의 95%까지 충전한 상태에서 60℃ 항온이 유지되는 챔버에 보존하여 정해진 측정주기에 따라 가역용량을 측정하여 그 값을 첫 번째 사이클의 가역용량으로 나눈 값이다. 이때, 표 4에서, C21은 각각의 리튬이차전지를 21일 동안 보존했을 때의 보존 용량(%)이며, C*은 그 중 비교예 1의 보존 용량(74.4%)이다.Table 4 confirms the high-temperature storage characteristics of the secondary battery. The same full cell used in the lifespan characteristic is stored in a chamber where a constant temperature of 60°C is maintained in a state where it is charged up to 95% of the total capacity, and the reversible capacity according to the set measurement cycle. It is the value obtained by measuring , and dividing the value by the reversible capacity of the first cycle. At this time, in Table 4, C 21 is the storage capacity (%) when each lithium secondary battery is stored for 21 days, and C * is the storage capacity (74.4%) of Comparative Example 1 among them.

표 4에 나타난 봐와 같이, 실시예 1 내지 3은 60℃에서 21일 동안 보존한 후, 기존 방식의 천연흑연을 사용하여 제조된 비교예 1의 리튬이차전지에 비하여 10% 이상 증가된 보존 용량을 가짐으로써 매우 우수한 고온 저장 특성을 나타내는 것을 알 수 있다.As shown in Table 4, Examples 1 to 3 were stored at 60 ° C. for 21 days, and then the storage capacity increased by 10% or more compared to the lithium secondary battery of Comparative Example 1 prepared using the conventional natural graphite It can be seen that by having a very excellent high-temperature storage characteristics.

Claims (14)

순도가 99.9% 이상인 천연흑연과 중유 계열의 액상 코팅재를 상온에서 고상-액상 혼합 방식의 믹서로 믹싱하여, 상기 천연흑연을 상기 중유 계열의 액상 코팅재로 코팅하는 단계; 및
하기 관계식 3을 만족하도록 열처리하는 단계;
를 포함하여 하기 관계식 1 및 2를 만족하는 음극활물질을 제조하는 이차전지용 음극활물질의 제조방법.
[관계식 1]
0 ≤ IR1/Ihcp ≤ 0.15
[관계식 2]
0 ≤ IR2/Ihcp ≤ 0.09
[관계식 3]
I286eV/Imax ≤ 0.1
(상기 관계식 1 또는 2에서, IR1은 XRD 상에서 룸보헤드랄 구조에 의한 회절각인 2θ=43.2~43.5°에서의 피크의 세기이며, IR2는 XRD 상에서 룸보헤드랄 구조에 의한 회절각인 2θ=46~46.2°에서의 피크의 세기이며, Ihcp는 XRD 상에서 육방밀집구조(hcp)에 의한 회절각인 2θ=42.2~42.5°에서의 피크의 세기이며,
관계식 3에서, I286eV는 XPS 상에서 286eV에서 나타나는 피크의 세기이며, Imax는 XPS 상에서 284~285eV에서 나타나는 피크의 세기이다.)
mixing natural graphite having a purity of 99.9% or more and a heavy oil-based liquid coating material at room temperature with a solid-liquid mixing method, and coating the natural graphite with the heavy oil-based liquid coating material; and
heat-treating to satisfy the following relation (3);
A method of manufacturing a negative active material for a secondary battery for preparing a negative active material satisfying the following Relations 1 and 2, including:
[Relational Expression 1]
0 ≤ I R1 /I hcp ≤ 0.15
[Relational Expression 2]
0 ≤ I R2 /I hcp ≤ 0.09
[Relational Expression 3]
I 286 eV /I max ≤ 0.1
(In Relations 1 or 2, I R1 is the intensity of the peak at 2θ = 43.2 to 43.5 °, which is the diffraction angle of the rumbohedral structure on the XRD, and I R2 is the diffraction angle of the rumbohedral structure on the XRD 2θ = 46 The intensity of the peak at ~46.2°, I hcp is the intensity of the peak at 2θ = 42.2~42.5°, which is the diffraction angle by the hexagonal dense structure (hcp) on the XRD,
In Relation 3, I 286 eV is the intensity of the peak appearing at 286 eV on XPS, and I max is the intensity of the peak appearing at 284 ~ 285 eV on XPS.)
제 1항에 있어서,
상기 코팅에 의한 코팅 두께는 3~100㎚인 이차전지용 음극활물질의 제조방법.
The method of claim 1,
A method of manufacturing a secondary battery negative active material having a coating thickness of 3 to 100 nm by the coating.
제 1항에 있어서,
상기 중유 계열의 액상 코팅재는 중유, 중질중유, 벙커유 또는 이들의 혼합물인 이차전지용 음극활물질의 제조방법.
The method of claim 1,
The heavy oil-based liquid coating material is heavy oil, heavy oil, bunker oil, or a mixture thereof.
제 1항에 있어서,
상기 중유 계열의 액상 코팅재는 탄화수율이 25% 이상인 이차전지용 음극활물질의 제조방법.
The method of claim 1,
The heavy oil-based liquid coating material is a method of manufacturing a secondary battery negative active material having a carbonization yield of 25% or more.
제 1항에 있어서,
상기 열처리는 2800℃ 이상에서 수행되는 이차전지용 음극활물질의 제조방법.
The method of claim 1,
The heat treatment is a method of manufacturing a negative active material for a secondary battery is performed at 2800 ℃ or more.
제 1항에 있어서,
상기 음극활물질은 하기 관계식 4를 만족하는 이차전지용 음극활물질의 제조방법.
[관계식 4]
(C-C0)/ C0 × 100 ≥ 10
(상기 관계식 4에서 C는 본 발명의 제조 방법으로 제조된 음극활물질을 음극으로 사용한 리튬이온 배터리의 보존용량(%)이며, C0는 기존의 방식으로 제조된 천연흑연이 음극으로 사용된 리튬이온 배터리의 보존용량(%)이다. 단, 이때 보존용량(%)은 60℃에서 21일 동안 방치하여 용량변화를 측정한 것을 기준으로 한 것이다.)
The method of claim 1,
The negative active material is a method of manufacturing a negative active material for a secondary battery that satisfies the following relational formula (4).
[Relational Expression 4]
(CC 0 )/ C 0 × 100 ≥ 10
(In Relation 4, C is the storage capacity (%) of a lithium ion battery using the negative electrode active material prepared by the manufacturing method of the present invention as the negative electrode, and C 0 is the lithium ion prepared in the conventional manner using natural graphite as the negative electrode This is the storage capacity (%) of the battery, however, the storage capacity (%) is based on the measurement of capacity change by leaving it at 60℃ for 21 days.)
제 1항 내지 제 6항에서 선택되는 어느 한 항의 제조방법으로 제조된 이차전지용 음극활물질.A negative active material for a secondary battery prepared by the method of any one of claims 1 to 6. 관계식 1, 2 및 3을 만족하는 이차전지용 음극활물질.
[관계식 1]
0 ≤ IR1/Ihcp ≤ 0.15
[관계식 2]
0 ≤ IR2/Ihcp ≤ 0.09
[관계식 3]
I286eV/Imax ≤ 0.1
(상기 관계식 1 또는 2에서, IR1은 XRD 상에서 룸보헤드랄 구조에 의한 회절각인 2θ=43.2~43.5°에서의 피크의 세기이며, IR2는 XRD 상에서 룸보헤드랄 구조에 의한 회절각인 2θ=46~46.2°에서의 피크의 세기이며, Ihcp는 XRD 상에서 육방밀집구조(hcp)에 의한 회절각인 2θ=42.2~42.5°에서의 피크의 세기이며,
관계식 3에서, I286eV는 XPS 상에서 286eV에서 나타나는 피크의 세기이며, Imax는 XPS 상에서 284~285eV에서 나타나는 피크의 세기이다)
A negative active material for a secondary battery that satisfies Relations 1, 2 and 3.
[Relational Expression 1]
0 ≤ I R1 /I hcp ≤ 0.15
[Relational Expression 2]
0 ≤ I R2 /I hcp ≤ 0.09
[Relational Expression 3]
I 286 eV /I max ≤ 0.1
(In Relations 1 or 2, I R1 is the intensity of the peak at 2θ = 43.2 to 43.5 °, which is the diffraction angle of the rumbohedral structure on the XRD, and I R2 is the diffraction angle of the rumbohedral structure on the XRD 2θ = 46 The intensity of the peak at ~46.2°, I hcp is the intensity of the peak at 2θ = 42.2~42.5°, which is the diffraction angle by the hexagonal dense structure (hcp) on the XRD,
In Relation 3, I 286 eV is the intensity of the peak appearing at 286 eV on XPS, and I max is the intensity of the peak appearing at 284 ~ 285 eV on XPS)
제 8항에 있어서,
상기 음극활물질은 천연흑연의 모재; 및 상기 모재를 코팅하는 코팅층;을 포함하며, 상기 코팅층은 중유 계열의 액상 코팅재의 탄화물을 함유하는 이차전지용 음극활물질.
9. The method of claim 8,
The negative active material is a base material of natural graphite; and a coating layer for coating the base material, wherein the coating layer contains a carbide of a heavy oil-based liquid coating material.
제 9항에 있어서,
상기 모재는 평균 종횡비(aspect ratio)가 2 미만인 구형상의 천연흑연인 이차전지용 음극활물질.
10. The method of claim 9,
The base material is an anode active material for a secondary battery of spherical natural graphite having an average aspect ratio of less than 2.
제 9항에 있어서,
상기 코팅층은 인편상 천연흑연을 더 함유하는 이차전지용 음극활물질.
10. The method of claim 9,
The coating layer is an anode active material for a secondary battery further containing flaky natural graphite.
제 9항에 있어서,
상기 코팅층의 두께는 3 내지 100nm인 이차전지용 음극활물질.
10. The method of claim 9,
The thickness of the coating layer is 3 to 100nm anode active material for a secondary battery.
제 8항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 따른 이차전지용 음극활물질을 포함하는 리튬이차전지.A lithium secondary battery comprising the negative active material for a secondary battery according to any one of claims 8 to 12. 제 13항에 있어서,
상기 리튬이차전지는 50회의 충방전 사이클에서, 98.5% 이상의 용량 보존율을 갖는 리튬이차전지.
14. The method of claim 13,
The lithium secondary battery is a lithium secondary battery having a capacity retention rate of 98.5% or more in 50 charge/discharge cycles.
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