KR20010025881A - Negative active material for lithium secondary battery and method of preparing same - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A negative active material for lithium secondary battery capable of forming an active layer on a current collector without pretreating the current collector is provided which reduces the cost of production and can increase a charge and discharge capacity. CONSTITUTION: This negative active material for lithium secondary battery comprises a core containing crystalline carbon; a first layer formed on the core and containing 0.01 to 10% by weight of a graphitized catalyst based on the total weight of the active material; and a second layer formed on the first layer and containing a quasi-crystalline carbon. In a process for producing the title compound, the carbon material containing an amorphous carbon precursor is graphitized at 2,000 to 3,000 deg.C.

Description

리튬 이차 전지용 음극 활물질 및 그의 제조 방법{NEGATIVE ACTIVE MATERIAL FOR LITHIUM SECONDARY BATTERY AND METHOD OF PREPARING SAME}Negative active material for lithium secondary battery and manufacturing method thereof {NEGATIVE ACTIVE MATERIAL FOR LITHIUM SECONDARY BATTERY AND METHOD OF PREPARING SAME}

[산업상 이용 분야][Industrial use]

본 발명은 리튬 이차 전지용 음극 활물질 및 그의 제조 방법에 관한 것으로서, 상세하게는 높은 용량과 우수한 충방전 효율을 갖는 리튬 이차 전지용 음극 활물질 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a negative electrode active material for a lithium secondary battery and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a negative electrode active material for a lithium secondary battery having a high capacity and excellent charge and discharge efficiency and a manufacturing method thereof.

[종래 기술][Prior art]

리튬 이차 전지의 음극 활물질로는 탄소계 물질이 주로 사용되고 있다. 이러한 탄소계 물질로는 결정질 탄소와 비정질 탄소가 있다. 비정질 탄소는 높은 방전 용량을 가지는 것에 반하여 비가역 용량이 높고 충방전 효율이 떨어지며 전압 평탄성도 우수하지 못한 단점이 있다. 결정질 탄소는 전압 평탄성이 우수하나, 전해질을 한정해서 사용해야 하는 단점이 있다. 이러한 결정질 탄소로는 천연 흑연과 핏치 등을 2000℃ 이상의 고온에서 소성하여 얻어지는 인조 흑연이 있다. 이 중에서, 인조 측연은 충방전 효율은 높지만 용량이 낮은 단점이 있고, 천연 흑연은 충방전 용량은 비교적 크지만 충방전 효율이 낮은 단점이 있다. 따라서, 이러한 천연 흑연과 인조 흑연 중에서 고용량 전지를 제조하기 위해서는 천연 흑연을 사용하여야 하나, 천연 흑연이 전해액과의 반응성이 매우 크므로, 전해액을 한정하여 사용해야하는 단점이 있다.As the negative electrode active material of the lithium secondary battery, a carbon-based material is mainly used. Such carbonaceous materials include crystalline carbon and amorphous carbon. While amorphous carbon has a high discharge capacity, it has a disadvantage of high irreversible capacity, low charge and discharge efficiency, and excellent voltage flatness. Crystalline carbon has excellent voltage flatness, but has a disadvantage in that the electrolyte must be limited. Examples of such crystalline carbon include artificial graphite obtained by firing natural graphite and pitch at a high temperature of 2000 ° C. or higher. Among them, artificial side edge has a disadvantage of high charge and discharge efficiency but low capacity, and natural graphite has a disadvantage of low charge and discharge efficiency although relatively high charge and discharge capacity. Therefore, in order to manufacture a high capacity battery among such natural graphite and artificial graphite, natural graphite should be used, but since natural graphite has a very high reactivity with an electrolyte, there is a disadvantage in that the electrolyte must be used in a limited manner.

따라서, 최근에는 결정질 탄소와 비정질 탄소의 장점을 모두 이용하고자 두 종류의 탄소를 혼합하여 사용하는 방법이 연구되고 있다. 이에 따라, 천연흑연이나 코크스에 비정질 탄소를 코팅하고 이를 1000℃ 정도에서 열처리하여 비정질 탄소와 결정질 탄소의 이점을 모두 갖는 물질을 제조하여 음극 재료로 사용하였다. 그러나 이 활물질은 비정질 탄소층에 의한 단점이 음극 활물질에 반영되어 특성의 개선 효과가 반감되었다.Therefore, in recent years, a method of mixing and using two kinds of carbons in order to take advantage of both crystalline carbon and amorphous carbon has been studied. Accordingly, by coating amorphous carbon on natural graphite or coke and heat treatment at about 1000 ℃ to prepare a material having the advantages of both amorphous carbon and crystalline carbon was used as a negative electrode material. However, this active material has a drawback due to the amorphous carbon layer is reflected in the negative electrode active material was halved the improvement effect of the characteristics.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 용량이 높고 충방전 효율이 우수한 리튬 이차 전지용 음극 활물질을 제공하는 것이다.The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a negative electrode active material for a lithium secondary battery having high capacity and excellent charge and discharge efficiency.

본 발명의 다른 목적은 전해액 종류에 제한없이 사용할 수 있는 리튬 이차 전지용 음극 활물질을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a negative electrode active material for a lithium secondary battery that can be used without limitation to the type of electrolyte.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 리튬 이차 전지용 음극 활물질의 제조 방법을 제공하는 것이다.Still another object of the present invention is to provide a method for producing the negative electrode active material for a lithium secondary battery.

도 1은 본 발명의 리튬 이차 전지용 음극 활물질의 구조를 개략적으로 나타낸 단면도.1 is a cross-sectional view schematically showing the structure of a negative electrode active material for a lithium secondary battery of the present invention.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 결정질 탄소를 포함하는 코어; 상기 코어 위에 형성되고, 흑연화 촉매 원소를 포함하는 제 1 층; 및 상기 제 1 층 위에 형성되고, 준결정질 탄소를 포함하는 제 2 층을 포함하는 리튬 이차 전지용 음극 활물질을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention comprises a core containing crystalline carbon; A first layer formed on the core and comprising a graphitization catalyst element; And a second layer formed on the first layer and including a semicrystalline carbon.

본 발명은 또한, 비정질 또는 결정질 탄소를 흑연화 촉매 원소 또는 그의 화합물로 코팅하는 단계; 상기 흑연화 촉매 원소 또는 그의 화합물이 코팅된 비정질 또는 결정질 탄소를 비정질 탄소 전구체로 코팅하는 단계; 및 상기 비정질 또는 결정질 탄소, 이 탄소 위에 형성된 흑연화 촉매 원소 또는 그의 화합물, 상기 흑연화 촉매 원소 또는 그의 화합물 위에 형성된 비정질 탄소 전구체를 포함하는 탄소 물질을 2000∼3000℃에서 흑연화하는 단계를 포함하는 리튬 이차 전지용 음극 활물질의 제조 방법을 제공한다.The present invention also provides a method of coating a method comprising: coating amorphous or crystalline carbon with a graphitization catalyst element or a compound thereof; Coating amorphous or crystalline carbon coated with the graphitizing catalyst element or a compound thereof with an amorphous carbon precursor; And graphitizing a carbon material comprising the amorphous or crystalline carbon, a graphitization catalyst element formed on the carbon or a compound thereof, and an amorphous carbon precursor formed on the graphitization catalyst element or a compound thereof at 2000 to 3000 ° C. Provided is a method for producing a negative electrode active material for a lithium secondary battery.

이하 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

본 발명의 음극 활물질은 결정질 탄소를 포함하는 코어와, 이 코어 위에 형성된 흑연화 촉매 원소를 포함하는 제 1 층 및 이 제 1 층 위에 형성된 준결정질 탄소를 포함하는 제 2 층으로 구성되어 있는 3중 구조의 음극 활물질이다.The negative electrode active material of the present invention is a triple layer consisting of a core containing crystalline carbon, a first layer containing a graphitization catalyst element formed on the core, and a second layer containing semicrystalline carbon formed on the first layer. It is a negative electrode active material of the structure.

본 발명에 있어서, 흑연화 촉매 원소로는 전이 금속, 알칼리(토)금속 또는 반금속을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 Ni, Fe, Cr, Co, Cu의 전이 금속 Ca, Mg의 알칼리(토)금속 또는 Si, B, Ti, Ga, Ge, Al의 반금속을 사용할 수 있다. 상기 흑연화 촉매 원소의 화합물로는 상기 흑연화 촉매 원소를 포함하기만 하면 어떠한 화합물도 사용할 수 있으며, 그 예로 산화물, 질화물, 황화물, 수산화물 등일 수 있다. 본 발명의 음극 활물질에 함유된 흑연화 촉매 원소의 양은 전체 활물질 중량의 0.01 내지 10 중량%이다. 흑연화 촉매의 함량이 0.01 중량%보다 작을 경우에는 활물질의 흑연화도를 증가시키는 효과가 미미하며, 10 중량%를 초과하는 경우에는 이종의 화합물을 형성하여 Li 이온의 이동을 방해하므로 바람직하지 않다.In the present invention, as the graphitization catalyst element, a transition metal, an alkali (earth) metal or a semimetal can be used, and preferably an alkali (earth) of transition metals Ca, Mg of Ni, Fe, Cr, Co, and Cu. Metals or semimetals of Si, B, Ti, Ga, Ge, Al can be used. As the compound of the graphitization catalyst element, any compound may be used as long as it includes the graphitization catalyst element. For example, the compound may be an oxide, a nitride, a sulfide, a hydroxide, or the like. The amount of graphitization catalyst element contained in the negative electrode active material of the present invention is 0.01 to 10% by weight of the total active material weight. When the content of the graphitization catalyst is less than 0.01% by weight, the effect of increasing the graphitization degree of the active material is insignificant, and when the content of the graphitization catalyst is more than 10% by weight, heterogeneous compounds are formed to prevent the movement of Li ions.

상기한 구성의 본 발명의 음극 활물질을 제조하는 방법은 다음과 같다.The method of manufacturing the negative electrode active material of the present invention having the above configuration is as follows.

비정질 또는 결정질 탄소를 흑연화 촉매 원소 또는 그의 화합물로 코팅한다. 이러한 흑연화 촉매 원소로는 전이 금속, 알칼리 토금속 또는 반금속을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 Ni, Fe, Cr, Co, Cu 등의 전이 금속 Ca, Mg 등의 알칼리 토금속 또는 Si, B, Ti, Ga, Ge 또는 Al의 반금속을 사용할 수 있다. 또한, 흑연화 촉매 원소의 화합물로는 흑연화 촉매 원소를 포함기만 하면 어떠한 종류의 화합물도 사용할 수 있으며, 그 예로 산화물, 질화물, 황화물, 수산화물 등일 수 있다.Amorphous or crystalline carbon is coated with a graphitizing catalyst element or a compound thereof. As the graphitization catalyst element, a transition metal, an alkaline earth metal or a semimetal may be used. Preferably, transition earth metals such as Ni, Fe, Cr, Co, Cu, alkaline earth metals such as Mg, Si, B, Ti, Half metals of Ga, Ge or Al can be used. In addition, as the compound of the graphitization catalyst element, any kind of compound may be used as long as it contains the graphitization catalyst element. Examples thereof may include oxides, nitrides, sulfides, hydroxides, and the like.

상기 코팅 방법으로는 스퍼터링법, CVD(Chemical Vapor Deposition)법, 딥 코팅(dip coating)법 등 범용 코팅 방법을 사용할 수 있으나, 가장 간편한 코팅법으로서 단순히 분말을 코팅 용액에 담그었다가 빼내는 딥 코팅법을 사용하는 것이 바람직하다. 딥 코팅법을 사용하는 경우, 흑연화 촉매 원소의 화합물을 용액으로 제조하여 사용한다. 흑연화 촉매 원소 화합물의 용액은 화합물의 특성에 따라서 유기 용매나 무기 용매를 사용하며 용액의 농도는 촉매 원소 화합물의 용해도를 고려하여 조절한다. 상기 유기 용매나 무기 용매의 예로는 에탄올, 이소프로필 알콜, 톨루엔, 벤젠, 헥산, 테트라하이드로퓨란, 물 등을 사용할 수 있다.The coating method may be a general coating method such as sputtering, chemical vapor deposition (CVD), dip coating, etc., but the simplest coating method is a dip coating method in which powder is simply dipped in a coating solution and then taken out. Preference is given to using. In the case of using the dip coating method, a compound of the graphitization catalyst element is prepared and used as a solution. The solution of the graphitizing catalytic element compound uses an organic solvent or an inorganic solvent according to the characteristics of the compound, and the concentration of the solution is adjusted in consideration of the solubility of the catalytic element compound. Examples of the organic solvent and the inorganic solvent may include ethanol, isopropyl alcohol, toluene, benzene, hexane, tetrahydrofuran, water and the like.

상기 비정질 탄소로는 소프트 카본(soft carbon: 저온 소성 탄소) 또는 하드 카본(hard carbon)을 사용할 수 있다. 상기 소프트 카본은 석탄계 핏치, 석유계 핏치, 타르(tar), 저분자량의 중질유를 열처리하여 얻을 수 있으며, 상기 하드 카본은 페놀 수지, 나프탈렌 수지, 폴리비닐알콜 수지, 우레탄 수지, 폴리이미드 수지, 퓨란 수지, 셀룰로즈 수지, 에폭시 수지, 폴리스티렌 수지 등을 열처리하여 얻을 수 있다.As the amorphous carbon, soft carbon (soft carbon) or hard carbon may be used. The soft carbon may be obtained by heat-treating coal-based pitch, petroleum-based pitch, tar, or low molecular weight heavy oil, and the hard carbon may be a phenol resin, naphthalene resin, polyvinyl alcohol resin, urethane resin, polyimide resin, furan It can obtain by heat-processing resin, a cellulose resin, an epoxy resin, polystyrene resin, etc.

상기 결정질 탄소로는 무정형, 판상, 린편상(flake), 구형 또는 섬유형의 천연 흑연 또는 인조 흑연을 단독 또는 둘 이상 혼합하여 사용할 수 있다.As the crystalline carbon, amorphous, plate, flake, spherical or fibrous natural graphite or artificial graphite may be used alone or in combination of two or more.

이어서, 얻어진 흑연화 촉매 원소 또는 그의 화합물이 코팅된 비정질 또는 결정질 탄소를 비정질 탄소 전구체로 코팅한다. 이 코팅 방법도 상술한 일반적인 코팅 방법은 모두 사용할 수 있으나, 딥 코팅법을 사용하는 것이 바람직하다. 딥 코팅법을 사용할 경우, 비정질 탄소 전구체 용액을 사용한다.Next, the amorphous or crystalline carbon coated with the obtained graphitization catalyst element or a compound thereof is coated with an amorphous carbon precursor. This coating method may be any of the general coating methods described above, but it is preferable to use a dip coating method. When using the dip coating method, an amorphous carbon precursor solution is used.

상기 비정질 탄소 전구체 용액은 비정질 탄소 전구체를 용매에 용해, 용융, 연화 또는 분산시켜 제조된다. 상기 용매로는 유기 용매 또는 무기 용매를 사용할 수 있으며, 그 예로서 톨루엔, 테트라하이드로퓨란, 벤젠, 메탄올, 에탄올, 헥산, 사이클로헥산, 물 등을 사용할 수 있다. 경우에 따라서는 이들의 혼합물을 사용하여도 무방하다. 상기 비정질 탄소 전구체로는 페놀 수지, 나프탈렌 수지, 폴리비닐알콜 수지, 우레탄 수지, 폴리이미드 수지, 퓨란 수지, 셀룰로즈 수지, 에폭시 수지, 폴리스티렌 수지 등의 수지류, 석탄계 핏치, 석유계 핏치, 타르(tar) 또는 저분자량의 중질유 등을 사용할 수 있다. 이 중에서, 석탄계 핏치, 석유계 핏치를 사용하는 것이 보다 고용량이면서 작은 비가역 용량을 나타낼 수 있어서 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 석탄계 핏치 또는 석유계 핏치를 톨루엔, 테트라하이드로퓨란 등의 유기 용매에 용해하고, 추출하여 얻은 유기 용매 용해성 핏치를 사용하는 것이다.The amorphous carbon precursor solution is prepared by dissolving, melting, softening or dispersing the amorphous carbon precursor in a solvent. As the solvent, an organic solvent or an inorganic solvent may be used. Examples thereof include toluene, tetrahydrofuran, benzene, methanol, ethanol, hexane, cyclohexane, water, and the like. In some cases, a mixture thereof may be used. As the amorphous carbon precursor, resins such as phenol resin, naphthalene resin, polyvinyl alcohol resin, urethane resin, polyimide resin, furan resin, cellulose resin, epoxy resin, polystyrene resin, coal pitch, petroleum pitch, tar (tar) ) Or low molecular weight heavy oil. Of these, coal pitch and petroleum pitch are preferably used because they can exhibit a higher capacity and a smaller irreversible capacity. More preferably, an organic solvent soluble pitch obtained by dissolving a coal pitch or a petroleum pitch in an organic solvent such as toluene or tetrahydrofuran and extracting is used.

흑연화 촉매 원소 또는 그의 화합물과 비정질 탄소 전구체가 코팅된 비정질 또는 결정질 탄소 코어를 2000∼3000℃에서 흑연화 열처리하여 리튬 이차 전지용 음극 활물질을 제조한다. 이 열처리 단계에서 표면의 비정질 탄소의 흑연화가 진행되어 준결정질 탄소로 변환되며, 흑연화 촉매 화합물에서 전이 금속과 반금속만이 남아 흑연화 촉매층을 형성한다. 코어의 비정질 탄소도 열처리 단계를 고온으로 실시함에 따라 결정질 탄소로 변환된다.An amorphous or crystalline carbon core coated with a graphitizing catalyst element or a compound thereof and an amorphous carbon precursor is graphitized to heat at 2000 to 3000 ° C. to prepare a negative electrode active material for a lithium secondary battery. In this heat treatment step, the graphitization of the amorphous carbon on the surface proceeds and is converted into semicrystalline carbon, and only the transition metal and the semimetal remain in the graphitization catalyst compound to form the graphitization catalyst layer. The amorphous carbon of the core is also converted to crystalline carbon by performing the heat treatment step at a high temperature.

본 발명에 있어서, 흑연화 촉매 원소는 고온에서 원자들의 활동성이 증가하므로 코어로 확산되거나, 열역학적인 측면에서 에너지(Free energy) 상태가 변화되어 카바이드 형성(carbide formation) 또는 카바이드 분해 등의 메카니즘을 통하여 코어의 결정화도를 증가시켜 리튬 이온의 탈리/삽입량을 증가시키고, 수지나 피치 등의 비정질 제 2 층에 터보스트래틱(turbostratic) 구조를 형성시킬 수 있다. 본 명세서에서, 터보스트래틱 구조란 극단적으로 낮은 결정도 및 작은 결정 크기를 나타내어 비정질 구조와 유사하며 다소 무질서한 방향성(orientation)을 나타내는 구조를 의미한다.In the present invention, the graphitization catalyst element is diffused into the core because the activity of the atoms at a high temperature is increased, or in the thermodynamic aspect of the energy (Free energy) state is changed through a mechanism such as carbide formation (carbide formation) or carbide decomposition The crystallinity of the core can be increased to increase the amount of desorption / insertion of lithium ions, and a turbostratic structure can be formed in the amorphous second layer such as resin or pitch. As used herein, a turbostratic structure refers to a structure that exhibits extremely low crystallinity and small crystal size, similar to an amorphous structure, and exhibits a somewhat disordered orientation.

2000∼3000℃에서 열처리 단계를 실시하면 (002)면의 X-선 회절 강도에 대한 (110)면의 X-선 회절 강도비인 I(110)/I(002)가 0.04 이하의 음극 활물질이 얻어진다. X-선 회절 강도비가 작을수록 용량이 증가되며, 고용량인 천연 흑연의 경우 0.04 이하 정도의 X-선 회절 강도비를 갖는다. 따라서, 본 발명의 음극 활물질은 높은 용량을 갖는 전지를 제공할 수 있다.When the heat treatment step is performed at 2000 to 3000 ° C., an anode active material having I (110) / I (002), which is the ratio of the X-ray diffraction intensity of the (110) plane to the X-ray diffraction intensity of the (002) plane, is 0.04 or less. Lose. The smaller the X-ray diffraction intensity ratio, the higher the capacity, and the high capacity natural graphite has an X-ray diffraction intensity ratio of about 0.04 or less. Therefore, the negative electrode active material of the present invention can provide a battery having a high capacity.

상기한 방법으로 제조된 음극 활물질은 도 1에 나타낸 것과 같은 3층 구조로서, 코어(1)와, 이 코어 위에 형성된 흑연화 촉매 원소를 포함하는 제 1 층(2) 및 이 제 1 층 위에 형성된 준결정질 탄소를 포함하는 제 2 층(3)으로 구성된다. 즉, 본 발명의 음극 활물질은 표면이 준결정질 탄소 구조인 터보스트래틱 구조로 형성되어 있으므로, 전해액과의 반응성이 감소된다. 따라서, 음극 활물질이 전해액과 반응하여 발생되는 부반응 생성물을 감소시킬 수 있으므로, 충방전 효율을 증대시킬 수 있고, 폴리카보네이트류의 전해액을 종류에 제한없이, 특히 저온 특성이 우수하며, 유전 상수(Dielectric constant)가 커서 다량의 무기 리튬염을 용해시킬 수 있는 프로필렌 카보네이트를 사용할 수 있다. 또한, 흑연화 촉매 원소로 인하여, 코어의 결정화도가 증가되므로 충방전 용량을 증가시킬 수 있다.The negative electrode active material produced by the above-described method has a three-layer structure as shown in FIG. 1, and includes a core 1, a first layer 2 including a graphitization catalyst element formed on the core, and a first layer 2 formed on the first layer. It consists of a second layer 3 comprising semicrystalline carbon. That is, since the negative electrode active material of the present invention is formed of a turbostratic structure having a semicrystalline carbon structure, the reactivity with the electrolyte is reduced. Accordingly, since the negative active material can reduce side reaction products generated by reacting with the electrolyte solution, the charging and discharging efficiency can be increased, and the electrolyte solution of the polycarbonate is not limited to any kind, and particularly excellent in low temperature characteristics, and dielectric constant (Dielectric It is possible to use a propylene carbonate that can dissolve a large amount of inorganic lithium salts because of the large constant. In addition, due to the graphitization catalyst element, since the crystallinity of the core is increased, the charge and discharge capacity can be increased.

이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나 하기한 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일 뿐 본 발명이 하기한 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, preferred examples and comparative examples of the present invention are described. However, the following examples are only one preferred embodiment of the present invention and the present invention is not limited to the following examples.

(실시예 1)(Example 1)

탄소 분말에 5% 보론산 수용액에 30 분 정도 담근 후, 분말을 보론산 용액과 분리하였다. 얻어진 보론산이 코팅된 탄소 분말을 페놀 수지 용액에 10 분 정도 담근 후, 분말을 페놀 수지 용액과 분리하였다. 보론산과 페놀수지가 코팅된 탄산 분말을 2800℃ 비활성 분위기에서 열처리하여 결정화도가 높은 리튬 이차 전지용 음극 활물질을 얻었다.After soaking the carbon powder in a 5% aqueous boronic acid solution for about 30 minutes, the powder was separated from the boronic acid solution. The obtained boronic acid-coated carbon powder was dipped in a phenol resin solution for about 10 minutes, and then the powder was separated from the phenol resin solution. Carbonic acid powder coated with boronic acid and phenol resin was heat-treated in an inert atmosphere at 2800 ° C. to obtain a negative active material for a lithium secondary battery having high crystallinity.

(실시예 2)(Example 2)

보론산 대신 니켈 나이트레이트를 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하였다.Except for using nickel nitrate instead of boronic acid it was carried out in the same manner as in Example 1.

(실시예 3)(Example 3)

탄소 분말 대신 천연 흑연 분말을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하였다.The same process as in Example 1 was carried out except that natural graphite powder was used instead of the carbon powder.

(비교예 1)(Comparative Example 1)

탄소 분말을 리튬 이차 전지용 음극 활물질로 사용하였다.Carbon powder was used as a negative electrode active material for a lithium secondary battery.

(비교예 2)(Comparative Example 2)

천연흑연 분말을 리튬 이차 전지용 음극 활물질로 사용하였다.Natural graphite powder was used as a negative electrode active material for a lithium secondary battery.

상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 2의 리튬 이차 전지용 음극 활물질을 폴리비닐리덴플루오라이드 결합제와 N-메틸피롤리돈 용매와 혼합하여 슬러리를 제조하였다. 이 슬러리를 구리 호일에 얇게 도포하고 건조하여 음극을 제조하였다. 제조된 음극과 세퍼레이터, 리튬 금속을 대극으로 사용하여 2016 타입 코인 전지를 제조하였다. 이때, 전해액으로는 1몰 LiPF6를 포함하는 에틸렌 카보네이트/디메틸 카보네이트/프로필렌 카보네이트의 혼합물을 사용하였다.A slurry was prepared by mixing the negative active materials for the lithium secondary batteries of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2 with a polyvinylidene fluoride binder and an N-methylpyrrolidone solvent. This slurry was applied thinly to copper foil and dried to prepare a negative electrode. A 2016 type coin battery was manufactured using the prepared negative electrode, separator, and lithium metal as counter electrodes. At this time, a mixture of ethylene carbonate / dimethyl carbonate / propylene carbonate containing 1 mol LiPF 6 was used as the electrolyte solution.

제조된 리튬 이차 전지의 방전 용량과 충방전 효율을 측정하여 그 결과를 표 1에 나타내었다.Discharge capacity and charge and discharge efficiency of the manufactured lithium secondary battery were measured and the results are shown in Table 1.

방전 용량[mAh/g]Discharge Capacity [mAh / g] 충방전 효율[%]Charge and discharge efficiency [%] 실시예 1Example 1 338338 90.190.1 실시예 2Example 2 316316 89.289.2 실시예 3Example 3 352352 88.188.1 비교예 1Comparative Example 1 280280 53.053.0 비교예 2Comparative Example 2 347347 51.051.0

상기 표 1에 나타낸 것과 같이, 실시예 1-3의 음극 활물질을 이용한 리튬 이차 전지는 방전 용량이 비교예 1-2의 전지보다 우수함을 알 수 있다. 이는 실시예 1-3의 음극 활물질의 코어가 흑연화 촉매 원소로 인하여 결정화도가 증가된 데에 따른 것으로 생각된다. 특히, 충방전 효율이 비교예 1-2에 비하여 실시예 1-3의 전지가 월등히 우수함을 알 수 있다. 이는 실시예 1-3의 음극 활물질은 표면이 터보스트래틱 구조를 갖음에 따라 전해액과의 반응성이 감소된 데에 따른 것으로 생각된다.As shown in Table 1, the lithium secondary battery using the negative electrode active material of Example 1-3 can be seen that the discharge capacity is superior to the battery of Comparative Example 1-2. This is thought to be due to the increased crystallinity of the core of the negative electrode active material of Example 1-3 due to the graphitization catalyst element. In particular, it can be seen that the charge and discharge efficiency of the battery of Example 1-3 is much better than that of Comparative Example 1-2. This is thought to be due to the reduced reactivity with the electrolyte as the negative electrode active material of Example 1-3 has a surface of the turbostratic structure.

상술한 바와 같이, 리튬 이차 전지용 음극 활물질은 흑연화 촉매 원소를 포함함에 따라 음극 활물질의 코어의 결정화도가 증가되어, 리튬 이차 전지의 충방전 용량을 증가시킬 수 있다. 또한, 본 발명의 리튬 이차 전지용 음극 활물질은 표면이 터보스트래틱 구조를 갖음에 따라 전해액과의 반응성이 낮다. 따라서, 프로필렌 카보네이트 전해액을 사용한 경우에도, 리튬 이차 전지의 충방전 효율을 증가시킬 수 있다.As described above, as the negative electrode active material for the lithium secondary battery includes the graphitization catalyst element, the crystallinity of the core of the negative electrode active material is increased, thereby increasing the charge and discharge capacity of the lithium secondary battery. In addition, the negative electrode active material for a lithium secondary battery of the present invention has a low reactivity with an electrolyte solution as the surface has a turbostratic structure. Therefore, even when a propylene carbonate electrolyte is used, the charge and discharge efficiency of the lithium secondary battery can be increased.

Claims (7)

결정질 탄소를 포함하는 코어;A core comprising crystalline carbon; 상기 코어 위에 형성되고, 흑연화 촉매 원소를 포함하는 제 1 층; 및A first layer formed on the core and comprising a graphitization catalyst element; And 상기 제 1 층 위에 형성되고, 준결정질 탄소를 포함하는 제 2 층A second layer formed over the first layer and comprising semicrystalline carbon 을 포함하는 리튬 이차 전지용 음극 활물질.A negative electrode active material for a lithium secondary battery comprising a. 제 1 항에 있어서, 상기 흑연화 촉매 원소는 Ni, Fe, Cr, Co 및 Cu로 이루어진 군에서 선택되는 전이 금속, Ca 또는 Mg의 알칼리 토금속, 및 Si, B, Ti, Ga, Ge 및 Al으로 이루어진 군에서 선택되는 반금속으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 원소인 리튬 이차 전지용 음극 활물질.The method of claim 1, wherein the graphitization catalyst element is a transition metal selected from the group consisting of Ni, Fe, Cr, Co and Cu, alkaline earth metal of Ca or Mg, and Si, B, Ti, Ga, Ge and Al A negative electrode active material for a lithium secondary battery which is at least one element selected from the group consisting of semimetals selected from the group consisting of. 제 1 항에 있어서, 상기 흑연화 촉매 원소의 양은 전체 활물질 중량의 0.01 내지 10 중량%인 리튬 이차 전지용 음극 활물질.The negative active material of claim 1, wherein the amount of the graphitization catalyst element is 0.01 to 10 wt% of the total weight of the active material. 제 1 항에 있어서, 상기 음극 활물질은 (002)면과 (110)면에 의한 X-선 회절 강도비인 I(110)/I(002)가 0.04 이하인 리튬 이차 전지용 음극 활물질.The negative active material of claim 1, wherein the negative active material has an I-110 / I (002) of 0.04 or less, which is an X-ray diffraction intensity ratio between the (002) plane and the (110) plane. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 층은 터보스트래틱 구조를 갖는 것인 리튬 이차 전지용 음극 활물질.The negative active material of claim 1, wherein the second layer has a turbostratic structure. 비정질 또는 결정질 탄소를 흑연화 촉매 원소 또는 그의 화합물로 코팅하는 단계;Coating amorphous or crystalline carbon with a graphitization catalyst element or a compound thereof; 상기 흑연화 촉매 원소 또는 그의 화합물이 코팅된 비정질 또는 결정질 탄소를 비정질 탄소 전구체로 코팅하는 단계; 및Coating amorphous or crystalline carbon coated with the graphitizing catalyst element or a compound thereof with an amorphous carbon precursor; And 상기 비정질 또는 결정질 탄소, 이 탄소 위에 형성된 흑연화 촉매 원소 또는 그의 화합물과 이 촉매 원소 또는 그의 화합물 위에 형성된 비정질 탄소 전구체를 포함하는 탄소 물질을 2000∼3000℃에서 흑연화하는 단계Graphitizing a carbon material comprising the amorphous or crystalline carbon, a graphitization catalyst element or a compound formed on the carbon, and an amorphous carbon precursor formed on the catalyst element or a compound thereof at 2000 to 3000 ° C 를 포함하는 리튬 이차 전지용 음극 활물질의 제조 방법.Method for producing a negative electrode active material for a lithium secondary battery comprising a. 제 6 항에 있어서, 상기 흑연화 촉매 원소 또는 그의 화합물은 Ni, Fe, Cr, Co 및 Cu으로 이루어진 군에서 선택되는 전이 금속, Ca 또는 Mg의 알칼리 토금속, 및 Si, B, Ti, Ga, Ge 및 Al으로 이루어진 군에서 선택되는 반금속으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 원소 또는 그의 화합물인 제조 방법.The method according to claim 6, wherein the graphitization catalyst element or a compound thereof is a transition metal selected from the group consisting of Ni, Fe, Cr, Co and Cu, alkaline earth metal of Ca or Mg, and Si, B, Ti, Ga, Ge And at least one element selected from the group consisting of semimetals selected from the group consisting of Al or compounds thereof.
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KR100814677B1 (en) * 2006-07-14 2008-03-18 금호석유화학 주식회사 Surface modifying method of natural graphite by carbon nanofiber
US8691442B2 (en) 2010-08-12 2014-04-08 Samsung Sdi Co., Ltd. Negative active material comprising carbon core particles coated with thin film covering for a rechargeable lithium battery, method of preparing the same, and rechargeable lithium battery including the same
CN112189267A (en) * 2018-03-23 2021-01-05 美商映能量公司 Electrochemical cell with one or more multilayer electrodes

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100453920B1 (en) * 2001-09-14 2004-10-20 주식회사 엘지화학 Methods for the preparation of rounded-morphology graphite by coating with amorphous carbons
KR100814677B1 (en) * 2006-07-14 2008-03-18 금호석유화학 주식회사 Surface modifying method of natural graphite by carbon nanofiber
US8691442B2 (en) 2010-08-12 2014-04-08 Samsung Sdi Co., Ltd. Negative active material comprising carbon core particles coated with thin film covering for a rechargeable lithium battery, method of preparing the same, and rechargeable lithium battery including the same
CN112189267A (en) * 2018-03-23 2021-01-05 美商映能量公司 Electrochemical cell with one or more multilayer electrodes

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