KR20010054904A - Negative active material for lithium secondary battery and method of preparing same - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: Provided is a cathode active material for a lithium secondary battery, which contains a mesophase carbon microbeads core and an amorphous carbon layer formed on the core and is excellent in charging and discharging capacity and efficiency. CONSTITUTION: The cathode active material is produced by a process comprising the steps of: heat-treating coal- or petroleum-based pitch to form the mesophase carbon microbeads; adding amorphous hard carbon or a precursor thereof to the mesophase carbon microbeads when the mesophase carbon microbeads having a size of more than 1 micrometer is more than 10wt% based on the total mesophase carbon microbeads; separating the mesophase carbon microbeads; carbonizing the mesophase carbon microbeads; graphitizing the carbonized mesophase carbon microbeads. The thickness of the amorphous carbon layer is 0.1-20 micrometer.

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 충방전 성능이 우수한 리튬 이차 전지용 음극 활물질에 관한 것이다.The present invention relates to a negative electrode active material for a lithium secondary battery and a manufacturing method thereof, and more particularly, to a negative electrode active material for a lithium secondary battery excellent in charge and discharge performance.

[종래 기술][Prior art]

리튬 이차 전지의 음극 재료로 사용하는 탄소 재료는 결정도에 따라 크게 비정질 탄소와 결정질 흑연으로 분류할 수 있다. 그중 일반적으로 사용하고 있는 결정질 흑연은 다시 인조 흑연과 천연 흑연으로 분류할 수 있다. 인조 흑연으로는 대표적으로 메조페이스카본 마이크로비드(mesophasecarbon microbeads), 메조카본 섬유(mesocarbon fiber) 등을 예로 들 수 있으며 모두 리튬 이온 이차 전지의 대표적으로 사용하는 음극 재료이다. 메조페이스카본 마이크로비드는 그 형상 및 흑연화도가 뛰어난 음극 활물질이나 제조공정 중 메조페이스카본 마이크로비드 추출 과정에서 강한 유기 용매로 인해 표층의 어니온(onion) 구조가 손상되므로서 전해액분해 반응이 심한 프로필렌 카보네이트계 전해액에서는 그 전지적 성능이 저하되는 특성을 보여주고 있다.The carbon material used as a negative electrode material of a lithium secondary battery can be roughly classified into amorphous carbon and crystalline graphite according to crystallinity. Among them, crystalline graphite generally used can be classified into artificial graphite and natural graphite. Typical examples of artificial graphite include mesophase carbon microbeads, mesocarbon fibers, and the like. All of them are negative electrode materials used in lithium ion secondary batteries. Mesophase carbon microbeads are propylene which has a strong electrolytic decomposition reaction due to damage to the onion structure of the surface layer due to the negative active material having excellent shape and graphitization degree, or strong organic solvent during mesophase carbon microbead extraction during the manufacturing process. In the carbonate electrolyte, the battery performance is deteriorated.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 에지면의 전해액 분해 반응이 억제된 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 in which the electrolyte solution decomposition reaction of the edge surface is suppressed.

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

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 메조페이스카본 마이크로비드 코어; 및 상기 코어 위에 형성된 비정질 탄소층을 포함하는 리튬 이차 전지용 음극 활물질을 제공하는 것이다.In order to achieve the above object, the present invention is a mesophase carbon microbead core; And to provide a negative electrode active material for a lithium secondary battery comprising an amorphous carbon layer formed on the core.

본 발명은 또한 석탄계 또는 석유계 핏치를 열처리하여 메조페이스카본 마이크로비드를 형성하는 단계; 열처리한 물질로부터 상기 제조된 메조페이스카본 마이크로비드를 분리하는 단계; 상기 메조페이스카본 마이크로비드를 탄화하는 단계; 및 상기 탄화한 메조페이스카본 마이크로비드를 흑연화하는 단계를 포함하는 리튬 이차 전지용 음극 활물질의 제조 방법으로서, 1㎛ 이상의 크기를 갖는 메조페이스카본 마이크로비드가 전체 메조페이스카본 마이크로비드 중량의 10 중량% 이상이 되면 메조페이스카본 마이크로비드에 비정질 하드 카본 또는 그의 전구체를 첨가하는 단계를 더욱 실시하는 것인 리튬 이차 전지용 음극 활물질의 제조 방법을 제공한다.The invention also comprises the steps of heat treating coal-based or petroleum-based pitch to form mesophase carbon microbeads; Separating the prepared mesophase carbon microbeads from the heat-treated material; Carbonizing the mesophase carbon microbeads; And graphitizing the carbonized mesophase carbon microbeads, wherein the mesophase carbon microbeads having a size of 1 μm or more are 10% by weight of the total mesophase carbon microbeads. The above provides a method for producing a negative active material for a lithium secondary battery, further comprising the step of adding amorphous hard carbon or a precursor thereof to mesophase carbon microbeads.

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

본 발명의 리튬 이차 전지용 음극 활물질은 메조페이스카본 마이크로비드 음극 활물질이다. 본 발명의 음극 활물질은 메조페이스카본 마이크로비드를 코어로 포함하고, 상기 코어 위에 형성된 비정질 탄소층을 포함한다.The negative electrode active material for lithium secondary batteries of the present invention is a mesophase carbon microbead negative electrode active material. The negative active material of the present invention includes mesophase carbon microbeads as a core, and includes an amorphous carbon layer formed on the core.

본 발명의 메조페이스카본 마이크로비드는 표면에 비정질 탄소층이 형성됨에 따라 전해액에 의한 분해 반응이 억제되어 전지의 성능을 향상시킬 수 있고, 전해액을 종류에 제한없이 사용할 수 있다.As the amorphous carbon layer is formed on the surface of the mesophase carbon microbead of the present invention, the decomposition reaction by the electrolyte solution is suppressed, thereby improving the performance of the battery, and the electrolyte solution can be used without any kind.

본 발명의 음극 활물질의 제조 방법은 다음과 같다.The manufacturing method of the negative electrode active material of this invention is as follows.

석탄계 또는 석유계 핏치를 열처리하여 메조페이스카본 마이크로비드를 형성한다. 상기 열처리 온도는 300 내지 450℃에서 실시한다. 1㎛ 이상의 크기를 갖는 메조페이스카본 마이크로비드가 전체 메조페이스카본 마이크로비드 중량의 10 중량% 이상이 되면 비정질 하드 카본 또는 그의 전구체를 첨가한다. 본 발명에서는 이와 같이 메조페이스카본 마이크로비드가 형성된 후 비정질 하드 카본 또는 그의 전구체를 첨가하므로 비정질 하드 카본 또는 그의 전구체가 밀도가 매우 높고 매우 치밀한(compact) 메조페이스카본 마이크로비드 내부로 침투할 수 없다. 이에 반하여, 만약, 비정질 하드 카본 또는 그의 전구체를 핏치와 혼합하고, 이 핏치를 유기 용매로 처리한 후에, 유기 용매 가용성 핏치를 열처리하여 메조페이스카본 마이크로비드를 형성하면, 비정질 하드 카본 또는 그의 전구체가 형성되는 메조페이스카본 마이크로비드 내부로 침투하여 최종 활물질의 결정화도 증가를 방해하게 된다. 따라서, 최종 활물질은 비정질 특성과 결정질 특성이 모두 나타나게 되며, 특히 비정질 특성이 강하게 나타남에 따라 용량은 증가할 수 있으나, 비가역 용량이 증가되어 사이클 수명 특성이 저하된다.Coal or petroleum pitch is heat treated to form mesophase carbon microbeads. The heat treatment temperature is carried out at 300 to 450 ℃. When mesophase carbon microbeads having a size of 1 μm or more become 10 wt% or more of the total weight of mesophase carbon microbeads, an amorphous hard carbon or a precursor thereof is added. In the present invention, the amorphous hard carbon or its precursor is added after the mesophase carbon microbeads are formed, and thus the amorphous hard carbon or its precursor cannot be penetrated into the very dense and very compact mesophase carbon microbeads. In contrast, if amorphous hard carbon or a precursor thereof is mixed with a pitch, and the pitch is treated with an organic solvent, then the organic solvent soluble pitch is heat-treated to form mesophase carbon microbeads, the amorphous hard carbon or precursor thereof is It penetrates into the formed mesophase carbon microbeads and prevents an increase in crystallinity of the final active material. Therefore, the final active material shows both amorphous and crystalline properties, and in particular, the capacity can be increased as the amorphous properties are strongly shown, but the irreversible capacity is increased and the cycle life characteristics are lowered.

비정질 하드 카본의 전구체로는 페놀 수지, 나프탈렌 수지, 폴리비닐알콜 수지, 우레탄 수지, 폴리이미드 수지, 퓨란 수지, 셀룰로즈 수지, 에폭시 수지, 폴리스티렌 수지 등의 고분자 수지를 사용할 수 있다. 비정질 하드 카본으로는 이러한 전구체를 이용하여 제조된 모든 비정질 하드 카본을 사용할 수 있으며, 또한 카본 블랙을 사용할 수 있다. 바람직하게는 카본 블랙을 사용할 수 있으며, 카본 블랙은 일반적으로 서브미크론의 매우 작은 크기를 갖아 그 표면적이 매우 크므로 흑연화도를 증가시킬 수 있다. 비정질 하드 카본 또는 그의 전구체는 그대로 첨가할 수 도 있고, 분쇄하여 서브미크론(submicron) 입도를 갖는 비정질 하드 카본 또는 그의 전구체를 첨가할 수 도 있다.Precursors of amorphous hard carbon may be polymer resins such as phenol resins, naphthalene resins, polyvinyl alcohol resins, urethane resins, polyimide resins, furan resins, cellulose resins, epoxy resins, and polystyrene resins. As amorphous hard carbon, all amorphous hard carbon prepared using such a precursor can be used, and carbon black can also be used. Preferably, carbon black may be used, and carbon black generally has a very small size of submicron and its surface area is very large, thereby increasing the degree of graphitization. Amorphous hard carbon or its precursor may be added as it is, or may be pulverized to add amorphous hard carbon or its precursor having a submicron particle size.

상기 비정질 하드 카본 또는 그의 전구체의 첨가량은 0.1 내지 35 중량%이며, 비정질 하드 카본 또는 그의 전구체의 첨가량이 0.1 중량% 미만인 경우에는 메조페이스카본 마이크로비드 표면에 비정질계 탄소층이 잘 형성되지 않으며, 35 중량%를 초과하는 경우에는 비정질계 탄소층이 너무 두껍게 형성되어, 리튬 이온 충방전이 잘 진행되지 않는다.When the amount of the amorphous hard carbon or its precursor is added in an amount of 0.1 to 35% by weight, and when the amount of the amorphous hard carbon or its precursor is added in an amount of less than 0.1% by weight, the amorphous carbon layer is hardly formed on the surface of the mesophase carbon microbeads. When it exceeds weight%, the amorphous carbon layer is formed too thick, and lithium ion charging and discharging does not proceed well.

열처리한 물질로부터 상기 제조된 메조페이스카본 마이크로비드를 유기 용매를 이용하여 분리한다. 상기 유기 용매로는 일반적으로 피리딘, 퀴놀린 또는 테트라하이드로퓨란을 사용할 수 있다. 상기 메조페이스카본 마이크로비드를 질소 등의 불활성 분위기 하에서 300 내지 450℃에서 탄화한다. 상기 탄화한 메조페이스카본 마이크로비드를 2000 내지 3000℃에서 흑연화한다.The prepared mesophase carbon microbeads are separated from the heat-treated material by using an organic solvent. In general, pyridine, quinoline, or tetrahydrofuran may be used as the organic solvent. The mesophase carbon microbeads are carbonized at 300 to 450 ° C. under an inert atmosphere such as nitrogen. The carbonized mesophase carbon microbeads are graphitized at 2000 to 3000 ° C.

종래에는 메조페이스카본 마이크로비드의 크기를 제어하기 위해 메조페이스카본 마이크로비드를 제조하는 공정 중에 카본 블랙 또는 니들 코크(needle cokes)를 첨가하는 방법을 사용하였다(Nineth biennial Conference on Carbon, June 25-30 1989, 124-125). 이 방법은 메조페이스 제조시 그 형성된 마이크로비드가 어느 크기 이상에서는 더 이상 달라붙어 성장하는 것을 막기 위해 최소한의 카본 블랙을 등방성 핏치에 섞어 열처리를 하므로서 메조페이스카본 마이크로비드의 합체 성장을 억제하는 방법이다. 그에 대하여, 본 발명에서는 메조페이스카본 마이크로비드가 어느 정도 형성된 시기에 충분한 비정질 하드 카본을 첨가하는 방법이다. 즉, 본 발명의 방법에 따르면 비정질 하드 카본이 메조페이스 구체의 표면을 둘러쌓아 피막을 형성하도록 유도하고 최종 열처리를 통해 자연스럽게 비정질 피막을 갖는 메조페이스카본 마이크로비드를 제조할 수 있고, 표면에 형성된 비정질 피막으로 인해 에지면의 전해액 분해 반응을 억제할 수 있다. 따라서, 전해액으로 저온 특성이 우수하나, 전해액 분해 반응이 심하여 종래에는 사용이 어려웠던 프로필렌 카보네이트도 사용할 수 있다.Conventionally, in order to control the size of mesophase carbon microbeads, a method of adding carbon black or needle cokes during the process of manufacturing mesophase carbon microbeads has been used (Nineth biennial Conference on Carbon, June 25-30 1989, 124-125). This method suppresses the coalescence growth of mesophase carbon microbeads by mixing heat treatment by mixing isotropic pitch with a minimum of carbon black to prevent the microbeads from growing and sticking more than a certain size. . In contrast, the present invention is a method of adding sufficient amorphous hard carbon at a time when mesophase carbon microbeads are formed to some extent. That is, according to the method of the present invention, the amorphous hard carbon may be formed to surround the surface of the mesophase sphere to form a coating, and through the final heat treatment, a mesophase carbon microbead having a naturally amorphous coating may be prepared, and the amorphous formed on the surface Due to the coating, it is possible to suppress the electrolyte decomposition reaction of the edge surface. Accordingly, propylene carbonate, which is excellent in low temperature characteristics as an electrolyte solution but is difficult to use in the past due to severe electrolyte solution decomposition reaction, can also be used.

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)

테트라하이드로퓨란에 녹는 테트라하이드로퓨란 수용성 피치를 5℃/분으로 승온하여 370℃를 유지하였다. 이때 메조페이스카본 마이크로비드가 형성되었다. 입경이 8㎛ 이상 되는 메조페이스카본 마이크로비드가 전체 메조페이스카본 마이크로비드 중량의 50% 이상을 차지하면 40㎚의 평균 입도를 갖는 카본 블랙을 메조페이스 카본 마이크로비드에 첨가하고 교반하여 카본 블랙을 고루 분산시켰다. 카본 블랙의 첨가량은 테트라하이드로퓨란 수용성 피치 중량의 5 중량%하였다. 제조된 메조페이스카본 마이크로비드가 30㎛ 이상을 갖게되면 피리딘을 사용하여 추출하였다. 추출된 메조페이스카본 마이크로비드는 공기 안정화 공정을 실시한 후, 1000℃에서 질소 분위기로 탄화한 후 2800℃에서 2시간 흑연화하여 메조페이스카본 마이크로비드 흑연화체를 얻었다.The tetrahydrofuran water-soluble pitch which melt | dissolves in tetrahydrofuran was heated up at 5 degree-C / min, and it maintained at 370 degreeC. Mesophase carbon microbeads were formed at this time. When mesophase carbon microbeads having a particle diameter of 8 µm or more occupy 50% or more of the total weight of mesophase carbon microbeads, carbon black having an average particle size of 40 nm is added to the mesophase carbon microbeads and stirred to uniformly disperse the carbon black. Dispersed. The addition amount of carbon black was 5 weight% of the weight of tetrahydrofuran water soluble pitch. When the prepared mesophase carbon microbead having a 30㎛ or more was extracted using pyridine. The extracted mesophase carbon microbeads were subjected to an air stabilization process, carbonized at 1000 ° C. in a nitrogen atmosphere, and then graphitized at 2800 ° C. for 2 hours to obtain mesophase carbon microbead graphitized bodies.

(실시예 2)(Example 2)

카본 블랙을 10% 첨가한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하였다.The same procedure as in Example 1 was carried out except that 10% of carbon black was added.

(실시예 3)(Example 3)

카본 블랙을 20% 첨가한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하였다.The same procedure as in Example 1 was carried out except that 20% of carbon black was added.

(실시예 4)(Example 4)

분쇄를 통해 제조된 서브미크론의 페놀계 비정질 하드 카본을 10% 첨가한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.The same process as in Example 1 was conducted except that 10% of the submicron phenolic amorphous hard carbon prepared by grinding was added.

(비교예 1)(Comparative Example 1)

카본 블랙을 첨가하지 않은 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하였다.The same procedure as in Example 1 was carried out except that carbon black was not added.

(비교예 2)(Comparative Example 2)

천연 흑연을 음극 활물질로서 사용하였다.Natural graphite was used as the negative electrode active material.

(비교예 3)(Comparative Example 3)

카본 블랙 10 중량%와 피치 90 중량%를 혼합하고, 이 혼합물을 테트라하이드로퓨란으로 처리하여 테트라하이드로퓨란 수용성 피치를 제조하였다. 이 피치를 5℃/분으로 승온하여 370℃를 유지하였다. 이때 메조페이스카본 마이크로비드가 형성되었다. 제조된 메조페이스카본 마이크로비드가 30㎛ 이상을 갖게되면 피리딘을 사용하여 추출하였다. 추출된 메조페이스카본 마이크로비드는 공기 안정화 공정과 1000℃에서 질소 분위기로 탄화한 후 2800℃에서 2시간 흑연화하여 메조페이스카본 마이크로비드 흑연화체를 얻었다.10 wt% of carbon black and 90 wt% of pitch were mixed and the mixture was treated with tetrahydrofuran to prepare tetrahydrofuran water soluble pitch. This pitch was heated up at 5 degree-C / min, and was maintained at 370 degreeC. Mesophase carbon microbeads were formed at this time. When the prepared mesophase carbon microbead having a 30㎛ or more was extracted using pyridine. The extracted mesophase carbon microbeads were carbonized in a nitrogen atmosphere at 1000 ° C. in an air stabilization process and then graphitized at 2800 ° C. for 2 hours to obtain mesophase carbon microbead graphitized bodies.

(비교예 4)(Comparative Example 4)

테트라하이드로퓨란에 녹는 테트라하이드로퓨란 수용성 피치를 5℃/분으로 승온하여 370℃를 유지하였다. 이때 메조페이스카본 마이크로비드가 형성되었다. 제조된 메조페이스카본 마이크로비드가 30㎛ 이상을 갖게되면 피리딘을 사용하여 추출하였다. 추출된 메조페이스카본 마이크로비드 90 중량%에 카본 블랙 10 중량%를 첨가하였다. 이 혼합물을 공기 안정화 공정을 실시하고, 1000℃에서 질소 분위기로 탄화한 후 2800℃에서 2시간 동안 흑연화하여 메조페이스카본 마이크로비드 흑연화체를 얻었다.The tetrahydrofuran water-soluble pitch which melt | dissolves in tetrahydrofuran was heated up at 5 degree-C / min, and it maintained at 370 degreeC. Mesophase carbon microbeads were formed at this time. When the prepared mesophase carbon microbead having a 30㎛ or more was extracted using pyridine. 10 wt% of carbon black was added to 90 wt% of the extracted mesophase carbon microbeads. The mixture was subjected to an air stabilization step, carbonized at 1000 ° C. in a nitrogen atmosphere, and then graphitized at 2800 ° C. for 2 hours to obtain a mesophase carbon microbead graphitized body.

상기 실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 4의 방법으로 제조된 음극 활물질 90 중량%에 바인더로 폴리비닐리덴 플루오라이드 10 중량%, 용매로 N-메틸피롤리돈을 사용하여 슬러리를 제조한 후, 집전체인 Cu 포일 위에 도포하고 건조 후 압연하여 음극판을 제조하였다. 이 음극판과 대극인 리튬 금속을 사용하고, LiPF61M을 첨가한 전해액을 사용하여 코인 형태의 전지를 제조하였다. 이때 전해액으로는 에틸렌 카보네이트(EC), 디메틸렌 카보네이트(DMC), 디에틸렌 카보네이트(DEC) 또는 프로필렌 카보네이트(PC)를 하기 표 1에 나타낸 것과 같이 혼합하여 사용하였다. 제조된 전지를 0.2C으로 충방전후 용량 및 효율을 평가하여, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.After preparing the slurry using 90% by weight of the polyvinylidene fluoride as a binder and N-methylpyrrolidone as a solvent to 90% by weight of the negative electrode active material prepared by the methods of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 4 It was coated on a Cu foil as a current collector, dried and rolled to prepare a negative electrode plate. A coin-type battery was manufactured by using a lithium metal as a counter electrode and a lithium metal as a counter electrode, and using an electrolyte solution to which LiPF 6 1M was added. At this time, as the electrolyte solution, ethylene carbonate (EC), dimethylene carbonate (DMC), diethylene carbonate (DEC) or propylene carbonate (PC) was mixed and used as shown in Table 1 below. Capacity and efficiency after charging and discharging the prepared battery at 0.2C was evaluated, and the results are shown in Table 1 below.

용량[mAh/g]/충방전 효율[%]Capacity [mAh / g] / charge and discharge efficiency [%] EC/DMC/DECEC / DMC / DEC EC/EMC/DECEC / EMC / DEC EC/DMC/DEC/PCEC / DMC / DEC / PC 실시예 1Example 1 325/93.8325 / 93.8 326/94.0326 / 94.0 323/93.5323 / 93.5 실시예 2Example 2 325/92.8325 / 92.8 323/93.3323 / 93.3 324/93.8324 / 93.8 실시예 3Example 3 326/92.5326 / 92.5 326/93.1326 / 93.1 325/94325/94 실시예 4Example 4 324/93324/93 326/92.8326 / 92.8 324/93.2324 / 93.2 비교예 1Comparative Example 1 323/93.8323 / 93.8 322/93.5322 / 93.5 312/85312/85 비교예 2Comparative Example 2 344/90.1344 / 90.1 342/90.6342 / 90.6 255/52255/52 비교예 3Comparative Example 3 330/91330/91 328/90.5328 / 90.5 321/90321/90 비교예 4Comparative Example 4 320/93.5320 / 93.5 324/93.3324 / 93.3 310/83310/83

비교예 1은 메조페이스카본 마이크로비드 제조시 카본 블랙으로서 비정질 피막을 형성하지 않은 활물질로서 특정 전해액에서 전해액 분해 반응에 의한 효율 저하를 보이고 있다. 비교예 2는 음극 활물질로서 개방 에지면에서의 전해액 분해 반응으로 비가역 용량이 증가한 것을 볼 수 있다. 또한, 비교예 3은 처음부터 카본 블랙을 첨가한 피치를 사용하여 메조페이스카본 마이크로비드를 만든 활물질로서 메조페이스카본 성장 중 카본 블랙이 일부 메조페이스카본 마이크로비드에 침투하게 된다. 이와 같이, 침투된 카본 블랙은 결정화도를 방해함에 따라 생성된 활물질은 비정질과 결정질이 혼재된 형태로 형성되고, 따라서 비정질 탄소의 충방전 특성을 일부 나타나게 된다. 결과적으로, 용량은 증가되나, 비가역 용량이 커져 충방전 효율이 저하됨을 알 수 있다. 비교예 4는 메조페이스카본 마이크로비드가 성장한 후에 카본 블랙을 투입함에 따라, 카본 블랙이 비정질 피막을 형성하지 못한채, 메조페이스카본 마이크로비드 표면에 그냥 존재하거나 비정질 피막을 형성하더라도, 그 양이 매우 미미하여 카본 블랙을 전혀 넣지 않은 재료와 거의 유사한 경향을 보여주고 있다.Comparative Example 1 is an active material that does not form an amorphous coating film as carbon black in the preparation of mesophase carbon microbeads, and shows a decrease in efficiency due to electrolyte decomposition reaction in a specific electrolyte solution. In Comparative Example 2, it can be seen that the irreversible capacity was increased by the electrolyte decomposition reaction on the open edge as the negative electrode active material. In addition, Comparative Example 3 is an active material in which mesophase carbon microbeads are used using pitches to which carbon black is initially added, and carbon black penetrates into some mesophase carbon microbeads during mesophase carbon growth. As such, the impregnated carbon black interferes with the degree of crystallinity, and thus the formed active material is formed in a mixture of amorphous and crystalline, and thus exhibits some charge and discharge characteristics of amorphous carbon. As a result, it can be seen that the capacity is increased, but the irreversible capacity is increased to lower the charge and discharge efficiency. In Comparative Example 4, as the carbon black was added after the growth of the mesophase carbon microbeads, even if the carbon black did not form an amorphous film and was present on the surface of the mesophase carbon microbeads or formed an amorphous film, the amount was very small. The trend is almost similar to materials without carbon black at all.

이에 반하여, 실시예 1 내지 4에서와 같이, 메조페이스카본 마이크로비드 제조시 카본 블랙을 첨가한 경우는 카본 블랙이 비정질 피막을 형성함과 동시에 유기 용매를 사용한 추출 공정에서 발생하는 에지면의 식각을 억제하므로서 전해액에 분해 반응이 억제되어 비가역 용량의 증가를 막는 것을 알 수 있다.On the contrary, as in Examples 1 to 4, when carbon black was added during the preparation of mesophase carbon microbeads, the etching of the edge surface generated in the extraction process using an organic solvent while forming an amorphous coating of carbon black was observed. By suppressing, it can be seen that the decomposition reaction is suppressed in the electrolyte solution, thereby preventing an increase in irreversible capacity.

상술한 바와 같이, 본 발명의 리튬 이차 전지용 음극 활물질은 표면에 비정질 피막이 형성되어 있어 전해액에 의한 분해 반응을 억제할 수 있고 우수한 충방전 용량 및 충방전 효율을 갖는다.As described above, the negative electrode active material for the lithium secondary battery of the present invention has an amorphous film formed on the surface thereof to suppress decomposition reaction by the electrolyte solution and has excellent charge and discharge capacity and charge and discharge efficiency.

Claims (5)

메조페이스카본 마이크로비드 코어; 및Mesophase carbon microbead cores; And 상기 코어 위에 형성된 비정질 탄소층An amorphous carbon layer formed on the core 을 포함하는 리튬 이차 전지용 음극 활물질.A negative electrode active material for a lithium secondary battery comprising a. 제 1 항에 있어서, 상기 비정질 탄소층의 두께는 0.1 내지 20㎛인 리튬 이차 전지용 음극 활물질.The negative active material of claim 1, wherein the amorphous carbon layer has a thickness of 0.1 μm to 20 μm. 석탄계 또는 석유계 핏치를 열처리하여 메조페이스카본 마이크로비드를 형성하는 단계;Heat treating coal-based or petroleum-based pitches to form mesophase carbon microbeads; 열처리한 물질로부터 상기 제조된 메조페이스카본 마이크로비드를 분리하는 단계;Separating the prepared mesophase carbon microbeads from the heat-treated material; 상기 메조페이스카본 마이크로비드를 탄화하는 단계; 및Carbonizing the mesophase carbon microbeads; And 상기 탄화한 메조페이스카본 마이크로비드를 흑연화하는 단계Graphitizing the carbonized mesophase carbon microbeads 를 포함하는 리튬 이차 전지용 음극 활물질의 제조 방법으로서, 1㎛ 이상의 크기를 갖는 메조페이스카본 마이크로비드가 전체 메조페이스카본 마이크로비드 중량의 10 중량% 이상이 되면 메조페이스카본 마이크로비드에 비정질계 하드 카본 또는 그의 전구체를 첨가하는 단계를 더욱 실시하는 것인 리튬 이차 전지용 음극 활물질의 제조 방법.A method for producing a negative electrode active material for a lithium secondary battery comprising a, wherein when the mesophase carbon microbeads having a size of 1 μm or more becomes 10% by weight or more of the total weight of the mesophase carbon microbeads, the amorphous hard carbon or A method for producing a negative electrode active material for a lithium secondary battery, further comprising the step of adding a precursor thereof. 제 3 항에 있어서, 상기 비정질 하드 카본은 카본 블랙, 고분자 수지 탄화체 및 비정질계 하드 카본의 전구체는 고분자 수지인 제조 방법.The method of claim 3, wherein the amorphous hard carbon is carbon black, the polymer resin carbide, and the precursor of the amorphous hard carbon is a polymer resin. 제 3 항에 있어서, 상기 비정질 하드 카본 또는 그의 전구체의 첨가량은 0.1 내지 35 중량%인 제조 방법.The method according to claim 3, wherein the amount of the amorphous hard carbon or its precursor is added in an amount of 0.1 to 35 wt%.
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