KR20010076586A - Negative active material for lithium secondary battery and method of preparing same - Google Patents

Negative active material for lithium secondary battery and method of preparing same Download PDF

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Abstract

PURPOSE: A cathode active material for lithium battery is provided to develop crystalline structure to improve capacity, efficiency and life time of the battery by comprising mesophase pitch powder and catalyst under graphitization condition. CONSTITUTION: The cathode active material comprises a core containing crystalline carbon formed from mesophase pitch; and a carbon shell formed above the core and including at least one element to modify surface structure of the core and to effect as a graphitization catalyst. The method for producing the cathode active material comprises the following steps of: oxidizing and stabilizing the mesophase pitch for 0.1-10 hours; carbonizing the stable pitch; coating the pitch with the element having 0.01-100 micrometer of particle size and the catalytic effect to graphitize and to reform the surface of the core; and graphitizing the obtained product at 2000-3100 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, 보다 상세하게는 우수한 용량과 효율을 갖는 리튬 이차 전지용 음극 활물질 및 낮은 온도에서 흑연화처리할 수 있는 활물질의 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 excellent capacity and efficiency, and a method for producing an active material capable of graphitizing at a low temperature.

[종래 기술][Prior art]

리튬 이차 전지의 음극 재료로 사용되는 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.Carbon materials used as negative electrode materials for lithium secondary batteries can be largely classified into amorphous carbon and crystalline graphite depending on the crystallinity. Among them, crystalline graphite generally used can be classified into artificial graphite and natural graphite.

일반적인 핏치계 무정형 음극 활물질은 산화안정화 공정없이 일련의 열처리를 통해 제조된 코크스를 최종 흑연화하고 분쇄하여 얻어진다. 이 경우 얻어지는 무정형의 음극 활물질은 흑연화 공정에서 흑연 구조가 잘 발달될 수 있으므로 용량 및 효율이 높다. 그러나 분쇄 공정시 배향 방향으로 분쇄되기 쉬어 판상의 입상을 갖게 되므로 탭밀도가 낮아 고밀도 극판 제조시 압착이 발생하여 전해액 침투가 어려워 전지의 수명 특성 및 고율 특성이 떨어진다.A typical pitch-based amorphous anode active material is obtained by finally graphitizing and pulverizing coke prepared through a series of heat treatments without an oxidation stabilization process. In this case, the amorphous negative active material obtained has high capacity and efficiency because the graphite structure can be well developed in the graphitization process. However, in the crushing process, since it is easy to be crushed in the orientation direction to have a plate-shaped granules, the tap density is low, so that compression occurs during the production of the high density electrode plate, which makes it difficult to penetrate the electrolyte solution, thereby degrading the battery life characteristics and the high rate characteristics.

이러한 판상 활물질의 문제를 해결하기 위하여, 메조페이스 핏치를 이용하여 메조페이스카본 마이크로비드(mesophasecarbon microbeads) 또는 메조카본 섬유(mesocarbon fiber)를 제조하는 방법이 연구되고 있다. 메조페이스카본 마이크로비드, 메조페이스 섬유계 음극 활물질을 제조하기 위해서는 먼저 석유, 석탄 및 합성 핏치를 열처리(350∼400℃)하여 메조페이스 핏치를 제조하고, 이 메조페이스 핏치에 산소를 공급하여 산소를 도입한다. 이와 같이 메조페이스 핏치에 산소를 도입하면 메조페이스 핏치 내에 가교 결합이 형성되어 고온 탄화시의 융착을 억제하고 형상 변형을 방지할 수 있다. 이어서, 산소가 도입된 메조페이스 핏치를 약 3000℃ 정도의 고온에서 흑연화시켜 메조페이스카본 마이크로비드 또는 메조페이스 섬유 음극 활물질을 제조한다. 흑연화 공정에서는 도입됐던 산소가 이탈되어 흑연 결정 구조의 성장이 이루어진다.In order to solve the problem of the plate-like active material, a method for producing mesophase carbon microbeads or mesocarbon fibers using mesophase pitch has been studied. In order to prepare mesophase carbon microbeads and mesophase fiber-based negative active materials, first, heat treatment (350 to 400 ° C.) of petroleum, coal, and synthetic pitches to prepare mesophase pitches, and supply oxygen to the mesophase pitches to supply oxygen. Introduce. In this way, when oxygen is introduced into the mesophase pitch, a crosslink is formed in the mesophase pitch to suppress fusion during high temperature carbonization and to prevent shape deformation. Subsequently, the mesophase pitch into which oxygen is introduced is graphitized at a high temperature of about 3000 ° C. to prepare mesophase carbon microbeads or mesophase fiber negative electrode active materials. In the graphitization process, the introduced oxygen is released to grow the graphite crystal structure.

이 방법으로 제조된 음극 활물질은 3차원 형상을 가지므로 탭밀도가 높아 고밀도의 극판 조건을 만족시킬 수 있는 장점이 있다. 그러나 이 방법은 흑연 결정의 배향(orientation), 즉 결정 구조 발달이 순조롭지 못하게 되고 결과적으로 용량이 저하된다. 또한 고온 처리에 의한 처리 비용이 높아 생산 단가가 높다.Since the negative electrode active material manufactured by this method has a three-dimensional shape, there is an advantage that the tap density is high and the high density electrode plate condition is satisfied. However, this method does not facilitate the orientation of the graphite crystals, that is, the crystal structure development, and consequently, the capacity is lowered. In addition, the high cost of treatment by high temperature treatment, high production cost.

따라서, 최근에는 일반적인 핏치계를 이용하여 제조된 2차원 판상 음극 활물질과 메조페이스 핏치계를 이용하여 제조된 3차원 형상 음극 활물질의 장점을 모두 이용하기 위한 연구가 시도되고 있으나 아직 만족할만한 효과를 얻지 못하고 있다.Therefore, in recent years, studies have been attempted to use the advantages of both the two-dimensional plate-shaped negative electrode active material manufactured using a general pitch meter and the three-dimensional negative electrode active material manufactured using a mesoface pitch meter, but have not yet obtained a satisfactory effect. I can't.

최근에는 2가지 활물질의 장점을 모두 이용하고자 천연 흑연이나 코크스에비정질 탄소를 코팅하고 이를 1000℃ 정도에서 열처리하여 비정질 탄소와 결정질 탄소의 이점을 모두 갖는 물질을 제조하여 음극 재료로 사용하였다.Recently, in order to use the advantages of both active materials, natural graphite or coke was coated with amorphous carbon and heat-treated at about 1000 ° C. to prepare a material having the advantages of both amorphous carbon and crystalline carbon, and used as a negative electrode material.

그러나 이 활물질은 비정질 탄소층에 의해 초기 효율 및 용량이 개선되었으나 충방전이 거듭될수록 표층의 박리가 발생하거나 공정상의 물리적 압착에 의해 비정질 층이 부서져 단점이 음극 활물질에 반영되어 특성의 개선 효과가 반감되었고, 천연 흑연을 모재로 사용함에 따른 고밀도 전극의 제조에 어려운 점이 있다.However, this active material has improved initial efficiency and capacity by the amorphous carbon layer, but as charge and discharge are repeated, surface layer peeling occurs or the amorphous layer is broken by physical compression in the process. In addition, there is a difficulty in manufacturing a high density electrode by using natural graphite as a base material.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 결정 구조가 잘 발달되어 용량 및 효율을 향상시킬 수 있는 리튬 이차 전지용 음극 활물질을 제공하는 것이다.The present invention is to solve the above-described problems, an object of the present invention is to provide a negative electrode active material for a lithium secondary battery that can improve the capacity and efficiency by the well-developed crystal structure.

본 발명의 다른 목적은 구형에 가까운 무정형 입상을 가지므로 고밀도 극판 제조가 가능하여 전지의 용량과 효율을 향상시킬 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 which has an amorphous granularity close to a spherical shape, which enables the production of high-density electrode plates, thereby improving battery capacity and efficiency.

본 발명의 다른 목적은 사이클 수명 특성이 우수한 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 having excellent cycle life characteristics.

본 발명의 또 다른 목적은 상술한 물성을 갖는 리튬 이차 전지용 음극 활물질의 제조 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method for producing a negative electrode active material for a lithium secondary battery having the above-described physical properties.

상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 메조페이스 핏치로부터 형성된 결정질 탄소를 포함하는 코어; 및 상기 코어 위에 형성되고, 흑연화 촉매 효과가있고 표면 구조를 개조할 수 있는 하나 이상의 원소 또는 상기 원소들의 화합물을 포함하는 탄소 쉘을 포함하는 리튬 이차 전지용 음극 활물질을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention is a core containing a crystalline carbon formed from mesophase pitch; And a carbon shell formed on the core and having one or more elements or compounds of the elements capable of modifying the surface structure and having a graphitization catalyst effect.

본 발명은 또한 메조페이스 핏치를 0.1시간 내지 10시간 동안 산화 안정화시키고; 상기 산화 안정화된 메조페이스 핏치를 탄화하고; 상기 탄화된 메조페이스 핏치를 흑연화 촉매 효과가 있고 표면 구조를 개조할 수 있는 적어도 하나의 원소 또는 그의 화합물로 코팅/혼합하고; 얻어진 생성물을 2000 내지 3100℃에서 흑연화하는 공정을 포함하는 리튬 이차 전지용 음극 활물질의 제조 방법을 제공한다.The present invention also provides oxidation stabilization of mesophase pitch for 0.1 to 10 hours; Carbonizing the oxidatively stabilized mesoface pitch; Coating / mixing the carbonized mesophase pitch with at least one element or compound thereof that has a graphitizing catalytic effect and is capable of modifying the surface structure; Provided are a method for producing a negative electrode active material for a lithium secondary battery, including a step of graphitizing the obtained product at 2000 to 3100 ° C.

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

본 발명의 리튬 이차 전지용 음극 활물질은 메조페이스계 핏치를 이용하여 제조된 결정질 탄소를 포함하는 코어와 이 코어 위에 형성된 탄소 쉘을 포함한다.The negative electrode active material for a lithium secondary battery of the present invention includes a core including crystalline carbon prepared using a mesophase pitch and a carbon shell formed on the core.

상기 탄소 쉘은 흑연화 촉매 효과가 있고, 표면 구조 개조가 가능한 원소 또는 상기 원소들의 화합물(이하 "촉매 원소 또는 촉매 원소 M1M2M3.....Mn화합물(n은 정수)"라 칭한다)을 포함한다. 상기 촉매 원소로는 전이 금속, 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 3A족, 3B족, 4A족, 4B족 반금속, 5A족, 5B족 원소, 란타늄 계열 원소 또는 악티늄 계열 원소를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 Mn, Ni, Fe, Cr, Co, Cu, Mo, W, Te, Re, Ru, Os, Rh, Ir, Pd 또는 Pt의 전이 금속, Li, Na 또는 K의 알칼리 금속, Be, Sr, Ba, Ca 또는 Mg의 알칼리 토금속, Sc, Y, La 또는 Ac의 3A족 반금속, B, Al 또는 Ga의 3B족 반금속, Ti, Zr 또는 Hf의 4A족 반금속, Si, Ge 또는 Sn의 4B족 반금속, V, Nb 또는 Ta의 5A족 원소 또는 P, Sb 또는 Bi의 5B족 원소, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb 또는 Lu의 란타늄 계열 원소, Th, U, Nb 또는 Pu의 악티늄 계열 원소를 사용할 수 있다. 상기 촉매 원소 M1M2M3.....Mn화합물의 예로는 M1M2M3.....B 화합물, 즉 메탈 보라이드가 바람직하며, 그 대표적인 예로 TiB2, ZrB2, DyB2, HfB2, HoB2, LuB2, ScB2, Ni2B, TaB2, TmB12, VB2, W2B5, 칼슘 보라이드, 리튬 보라이드 또는 코발트 보라이드를 들 수 있다.The carbon shell has a graphitizing catalytic effect and is capable of surface structure modification or a compound of the elements (hereinafter "catalytic element or catalytic element M 1 M 2 M 3 ..... M n compound (n is an integer)" It is referred to as). As the catalytic element, a transition metal, an alkali metal, an alkaline earth metal, a 3A group, a 3B group, a 4A group, a 4B semimetal, a 5A group, a 5B element, a lanthanum series element, or an actinium series element may be used. Transition metals of Mn, Ni, Fe, Cr, Co, Cu, Mo, W, Te, Re, Ru, Os, Rh, Ir, Pd or Pt, alkali metals of Li, Na or K, Be, Sr, Ba, Alkaline earth metal of Ca or Mg, Group 3A semimetal of Sc, Y, La or Ac, Group 3B semimetal of B, Al or Ga, Group 4A semimetal of Ti, Zr or Hf, Group 4B of Si, Ge or Sn Semimetals, Group 5A elements of V, Nb or Ta or Group 5B elements of P, Sb or Bi, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb or Lu The lanthanum series element of, and the actinium series element of Th, U, Nb or Pu can be used. As an example of the catalytic element M 1 M 2 M 3 ..... M n compound, a M 1 M 2 M 3 ..... B compound, that is, a metal boride is preferable, TiB 2 , ZrB 2 , DyB 2, HfB 2, HoB 2, LuB 2, ScB 2, Ni 2 B, TaB 2, TmB 12, VB 2, W 2 B 5, there may be mentioned the calcium boride, lithium boride or cobalt boride.

상술한 촉매 원소 또는 촉매 원소 M1M2M3.....Mn화합물은 흑연화 촉매 효과가 있고, 주변 탄소 구조의 개질이 가능하므로, 비정질을 결정질 구조로 변화시킬 수 있고, 최종 제조되는 활물질의 표면 구조를 터보스트래틱(turbostratic) 구조 또는 반 어니언 링(half onion sheath) 구조로 변화시킬 수 있다. 따라서, 음극 활물질과 전해질과의 부반응을 억제할 수 있다.The above-described catalyst element or catalyst element M 1 M 2 M 3 ..... M n compound has a graphitizing catalytic effect and can modify the surrounding carbon structure, so that the amorphous can be changed into the crystalline structure, and the final production The surface structure of the active material may be changed into a turbostratic structure or a half onion ring structure. Therefore, the side reaction between the negative electrode active material and the electrolyte can be suppressed.

본 발명의 음극 활물질에 함유된 촉매 원소의 양은 전체 활물질 중량의 0.01 내지 20 중량% 이다. 촉매 원소의 양이 0.01 중량%보다 작을 경우에는 최종 활물질의 흑연화도를 증가시키는 효과가 미미할 뿐만 아니라 표면 구조 개조가 덜 일어나게 되어 초기 충방전 효율 향상이 미미하며, 20 중량%를 초과하는 경우에는 과량의 촉매 원소로 인해 방전량이 감소할 수 있으므로 바람직하지 않다. 본 발명의 음극 활물질이 촉매 원소 M1M2M3.....B 화합물인 메탈 보라이드를 포함하는 경우에도, 메탈 보라이드가 촉매 원소로만 이루어진 화합물이므로, 음극 활물질에 포함되는 메탈 보라이드의 양은 전체 활물질 중량의 0.01 내지 20 중량%임을 알 수 있다.The amount of the catalytic element contained in the negative electrode active material of the present invention is 0.01 to 20% by weight of the total active material weight. When the amount of the catalytic element is less than 0.01% by weight, the effect of increasing the graphitization degree of the final active material is not only small, but the surface structure is remodeled less, and the initial charge and discharge efficiency is improved. It is not preferable because the amount of discharge may decrease due to the catalytic element of. Even when the negative electrode active material of the present invention contains a metal boride which is a catalyst element M 1 M 2 M 3 ..... B compound, since the metal boride is a compound composed only of the catalytic element, the metal boride contained in the negative electrode active material It can be seen that the amount of 0.01 to 20% by weight of the total active material weight.

보다 바람직하게는, 상기 촉매 원소 중 B을 전체 활물질 중량의 0.005 내지 10 중량% 포함하고, B을 제외한 나머지 촉매 원소, 즉 Mn, Ni, Fe, Cr, Co, Cu, Mo, W, Te, Re, Ru, Os, Rh, Ir, Pd 또는 Pt의 전이 금속, Li, Na 또는 K의 알칼리 금속, Be, Sr, Ba, Ca 또는 Mg의 알칼리 토금속, Sc, Y, La 또는 Ac의 3A족 반금속, Al 또는 Ga의 3B족 반금속, Ti, Zr 또는 Hf의 4A족 반금속, Si, Ge 또는 Sn의 4B족 반금속, V, Nb 또는 Ta의 5A족 원소 또는 P, Sb 또는 Bi의 5B족 원소, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb 또는 Lu의 란타늄 계열 원소, Th, U, Nb 또는 Pu의 악티늄 계열 원소 중 하나 이상을 0.005 내지 10 중량% 포함한다. 이와 같이, 사용 원소에 B을 포함하면, 보론이 흑연화 공정에서 억셉터(acceptor)로 작용할 수 있어, 초기 리튬 삽입 반응시 전자 전달 반응을 빨리 할 수 있는 장점이 있다. 또한, 보론이 첨가됨에 따라, 최종 활물질인 인조 흑연 말단 에지(edge) 부분이 반 어니언 링(half onion sheath) 구조를 갖음으로서 프로필렌 계열의 전해액에 강하고 비가역 용량이 감소하는 효과를 얻을 수 있다.More preferably, B of the catalyst element contains 0.005 to 10% by weight of the total active material weight, and the remaining catalyst elements except B, that is, Mn, Ni, Fe, Cr, Co, Cu, Mo, W, Te, Re Transition metals of Ru, Os, Rh, Ir, Pd or Pt, alkali metals of Li, Na or K, alkaline earth metals of Be, Sr, Ba, Ca or Mg, group 3A semimetals of Sc, Y, La or Ac Group 3B semimetal of Al or Ga, Group 4A semimetal of Ti, Zr or Hf, Group 4B semimetal of Si, Ge or Sn, Group 5A element of V, Nb or Ta or Group 5B of P, Sb or Bi 0.005 or more of the lanthanide based elements of Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb or Lu, and the actinium based elements of Th, U, Nb or Pu To 10% by weight. As such, when B is included in the element used, boron may act as an acceptor in the graphitization process, and thus the electron transfer reaction may be accelerated during the initial lithium insertion reaction. In addition, as boron is added, the artificial graphite end edge portion, which is the final active material, has a half onion ring structure, so that the propylene-based electrolyte solution is strong and the irreversible capacity can be reduced.

이러한 촉매 원소 또는 촉매 원소 M1M2M3.....Mn화합물로 인하여, 본 발명의 음극 활물질의 탄소 쉘은 골격 구조가 형성된 터보스트래틱 구조 또는 반 어니언 링 구조를 갖는 준결정질 탄소 쉘이다. 이 준결정질 탄소 쉘에는 촉매 원소 또는 촉매 원소 M1M2M3.....Mn화합물, 특히 메탈 보라이드 나노 입자가 균일하게 분포되어 있다.Due to this catalytic element or catalytic element M 1 M 2 M 3 ..... M n compound, the carbon shell of the negative electrode active material of the present invention is semicrystalline having a turbostratcular structure or semi-onion ring structure having a skeletal structure Carbon shell. In this semicrystalline carbon shell, the catalyst element or the catalyst element M 1 M 2 M 3 ... M n compound, especially metal boride nanoparticles, are uniformly distributed.

본 발명에서 결정질 탄소는 메조페이스계 핏치를 사용하여 제조된 것이다.이와 같이, 메조페이스계 핏치를 사용하여 결정질 탄소를 사용하면, 거의 구형에 가까운 무정형 입상, 즉 3차원 형상을 갖는 활물질을 제조할 수 있다. 따라서 활물질의 탭밀도가 증가되므로 고밀도 극판을 제조할 수 있고, 이에 따라 전지의 고율 특성을 향상시킬 수 있다.In the present invention, the crystalline carbon is prepared by using mesophase-based pitch. As described above, when crystalline carbon is used by using mesoface-based pitch, an active material having a nearly spherical amorphous grain shape, that is, a three-dimensional shape, may be prepared. Can be. Therefore, since the tap density of the active material is increased, a high density electrode plate can be manufactured, thereby improving the high rate characteristic of the battery.

본 발명의 음극 활물질은 다음과 같은 방법으로 제조될 수 있다.The negative electrode active material of the present invention can be prepared by the following method.

100% 광학적 이방성인 메조페이스 핏치에. 이 핏치 연화점 ±50℃의 온도범위에서 0.1시간에서 10시간동안 공기 유입을 통해 산소를 공급하여 메조페이스 핏치에 산소를 도입하여 부분 혹은 완전 불융화공정을 거친다. 이와 같이, 핏치에 산소가 도입되면, 메조페이스 핏치 내에 산소에 의한 가교 결합이 형성되어 고온 탄화시의 융착을 억제하고 형상 변형을 방지한다. 즉, 이 공정은 화학결합에 의한 열안정성을 도입하는 공정이다. 부분 불융화 공정은 모재 핏치를 열중량 분석(TGA)을 통해 산소 도입 정도가 포화 상태가 되는 시간을 기준으로 하여 공기의 도입량, 열처리 온도, 시간을 조절하여 실시한다.100% optically anisotropic mesophase pitch. The pitch softening point is supplied with oxygen through air inflow for 0.1 to 10 hours in the temperature range of ± 50 ° C to introduce oxygen into the mesophase pitch and undergo partial or complete incompatibility. As described above, when oxygen is introduced into the pitch, a crosslinked bond with oxygen is formed in the mesophase pitch to suppress fusion at high temperature carbonization and prevent shape deformation. In other words, this step is a step of introducing thermal stability by chemical bonding. The partial dissolution process is carried out by adjusting the air introduction amount, heat treatment temperature, and time based on the time when the oxygen introduction degree becomes saturated through thermogravimetric analysis (TGA).

본 발명에서 사용한 메조페이스 핏치는 일반적으로 제조되는 공정으로 제조되는 것은 어떠한 것도 사용할 수 있다. 일반적으로 알려진 100% 광학적 이방성을 갖는 메조페이스 핏치의 제조는 다음과 같다. 석유, 또는 석탄계 핏치를 용해도가 높은 유기용매(피리딘, 퀴놀린, 테트라하이드로퓨란 등)를 사용하여 핏치상에 포함된 불순물 등을 제거하고 증류하여 용매를 제거하여 광학적 등방성 핏치를 얻는다. 제조된 광학적 등방성 핏치를 약 350 내지 400℃에서 5 내지 20시간 동안 열처리하여 100% 광학적 이방성 메조페이스 핏치를 제조한다.The mesophase pitch used in the present invention may be any that is produced by a process generally produced. The preparation of mesophase pitch with generally known 100% optical anisotropy is as follows. Petroleum or coal-based pitches are removed using organic solvents having high solubility (pyridine, quinoline, tetrahydrofuran, etc.) to remove impurities from the pitch and distillation to remove solvent to obtain optical isotropic pitch. The prepared optically isotropic pitch is heat treated at about 350 to 400 ° C. for 5 to 20 hours to prepare 100% optically anisotropic mesoface pitch.

부분적인 안정화 및 완전안정화를 거친 메조페이스 핏치를 촉매 원소 또는 그의 화합물로 코팅 및/또는 혼합한다. 코팅 및/또는 혼합 공정은 촉매 원소 또는 그의 화합물을 용액 상으로 사용하여 실시할 수 도 있고, 고상으로 사용하여 실시할 수 도 있다. 용액 상으로 사용하는 경우, 촉매 원소 또는 그의 화합물을 용매에 첨가하여 현탁액을 제조하여 사용한다. 상기 용매로는 물 또는 유기 용매 또는 그의 혼합물을 사용할 수 있다. 유기 용매로는 에탄올, 이소프로필 알콜, 톨루엔, 벤젠, 헥산, 테트라하이드로퓨란 등을 사용할 수 있다.The mesophase pitch, which has undergone partial stabilization and complete stabilization, is coated and / or mixed with the catalytic element or compound thereof. The coating and / or mixing process may be carried out using a catalyst element or a compound thereof in solution, or may be carried out using a solid phase. When used in solution phase, a suspension is prepared by adding the catalytic element or compound thereof to the solvent. As the solvent, water or an organic solvent or a mixture thereof may be used. As the organic solvent, ethanol, isopropyl alcohol, toluene, benzene, hexane, tetrahydrofuran and the like can be used.

상기 촉매 원소로는 전이 금속, 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 3A족, 3B족, 4A족, 4B족 반금속, 5A족, 5B족, 란타늄 계열 또는 악티늄 계열 원소 중 하나 이상을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 Mn, Ni, Fe, Cr, Co, Cu, Mo, W, Te, Re, Ru, Os, Rh, Ir, Pd 또는 Pt의 전이 금속, Li, Na 또는 K의 알칼리 금속, Be, Sr, Ba, Ca 또는 Mg의 알칼리 토금속, Sc, Y, La 또는 Ac의 3A족 반금속, B, Al 또는 Ga의 3B족 반금속, Ti, Zr 또는 Hf의 4A족 반금속, Si, Ge 또는 Sn의 4B족 반금속, V, Nb 또는 Ta의 5A족 원소 또는 P, Sb 또는 Bi의 5B족 원소, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb 또는 Lu의 란타늄 계열 원소, Th, U, Nb 또는 Pu의 악티늄 계열 원소 중 하나 이상을 사용할 수 있다. 상기 촉매 원소의 화합물로는 상기 촉매 원소를 포함하는 화합물은 어떠한 것도 사용할 수 있으며, 그 예로 산화물, 질화물, 탄화물, 황화물, 수산화물, 수소화물(hydride)일 수 있고, 대표적인 예로는 TiO2, 니켈 아세테이트, B2O3를 사용할 수 있다. 또는, 서로 다른 촉매원소를 둘 이상 포함하는 화합물로는 상기 촉매 원소 중 둘 이상을 포함하는 화합물은 어떠한 것도 사용할 수 있으며, 그 예로는 산화물, 질화물, 탄화물, 황화물, 수산화물, 수소화물일 수 있고, 대표적인 예로는 Ca(BH4), LiBH4, TiB2, ZrB2, DyB2, HfB2, HoB2, LuB2, ScB2, Ni2B, TaB2, TmB12, VB2, W2B5, 칼슘 보라이드, 리튬 보라이드 또는 코발트 보라이드를 사용할 수 있다.As the catalytic element, one or more of transition metal, alkali metal, alkaline earth metal, 3A, 3B, 4A, 4B semimetal, 5A, 5B, lanthanum-based or actinium-based elements may be used. Is a transition metal of Mn, Ni, Fe, Cr, Co, Cu, Mo, W, Te, Re, Ru, Os, Rh, Ir, Pd or Pt, alkali metal of Li, Na or K, Be, Sr, Ba Alkaline earth metal of Ca or Mg, Group 3A semimetal of Sc, Y, La or Ac, Group 3B semimetal of B, Al or Ga, Group 4A semimetal of Ti, Zr or Hf, 4B of Si, Ge or Sn Group semimetals, Group 5A elements of V, Nb or Ta or Group 5B elements of P, Sb or Bi, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb or One or more of the lanthanum series elements of Lu, the actinium series elements of Th, U, Nb, or Pu may be used. As the compound of the catalytic element, any compound containing the catalytic element may be used, and examples thereof may include oxides, nitrides, carbides, sulfides, hydroxides, and hydrides, and representative examples thereof include TiO 2 and nickel acetate. , B 2 O 3 can be used. Alternatively, as the compound including two or more different catalytic elements, any compound including two or more of the catalytic elements may be used, and examples thereof may include oxides, nitrides, carbides, sulfides, hydroxides, and hydrides. Representative examples include Ca (BH 4 ), LiBH 4 , TiB 2 , ZrB 2 , DyB 2 , HfB 2 , HoB 2 , LuB 2 , ScB 2 , Ni 2 B, TaB 2 , TmB 12 , VB 2 , W 2 B 5 , Calcium boride, lithium boride or cobalt boride can be used.

액상을 사용한 코팅 또는 혼합 방법은 촉매 원소 또는 그의 화합물 용액과 탄화된 메조페이스 핏치를 기계적으로 혼합하거나, 분무 건조(spray drying)하거나, 분무 열분해(spray pyrolysis)하거나, 냉동 건조(freeze drying)하거나 미케노케미칼(mechanochemical)법으로 실시할 수 있다. 촉매 원소 또는 그의 화합물은 0.01 내지 100㎛의 평균 입경을 갖는 것이 바람직하며, 0.01㎛ 미만인 경우에는 코팅 및 혼합시 공기의 유동에 의해 활물질 전구체 표면에 부착되지 못하고 쉽게 제거되는 문제점이 있고, 100㎛를 초과하는 경우에는 표면적이 작아서 충분한 촉매효과를 보기 위해 다량의 촉매원소를 첨가해야하는 문제점이 있다. 상기 촉매 원소 또는 그의 화합물의 첨가량은 순수 원소 성분의 중량으로 환산하여 탄화된 메조페이스 핏치 중량의 0.01 내지 20 중량%이다.Coating or mixing methods using liquid phases can mechanically mix, spray dry, spray pyrolysis, freeze dry or mimic the carbonized mesophase pitch with a catalyst element or compound solution thereof. It can be carried out by a mechanochemical method. The catalytic element or the compound thereof preferably has an average particle diameter of 0.01 to 100㎛, if less than 0.01㎛ there is a problem that can not easily adhere to the surface of the active material precursor by the flow of air during coating and mixing, and easily removed, If it exceeds, the surface area is small, there is a problem in that a large amount of catalytic element must be added to see a sufficient catalytic effect. The amount of the catalytic element or its compound added is 0.01 to 20% by weight of the carbonized mesophase pitch in terms of the weight of the pure element component.

이어서, 촉매 원소 또는 그의 화합물이 코팅되거나 또는 촉매 원소 또는 그의 화합물과 혼합된 핏치를 아르곤 또는 질소의 비활성 분위기 하에서 2000 내지 3100℃로 흑연화 열처리하여 리튬 이차 전지용 음극 활물질을 제조한다.Subsequently, a pitch coated with a catalytic element or a compound thereof or mixed with the catalytic element or a compound thereof is graphitized to a temperature of 2000 to 3100 ° C. under an inert atmosphere of argon or nitrogen to prepare a negative electrode active material for a lithium secondary battery.

상기한 방법으로 제조된 본 발명의 음극 활물질은 (002)면과 (110)면에 의한X-선 회절 강도비인 I(110)/I(002)가 0.04 이하이다. 일반적으로 고용량인 천연 흑연의 I(110)/I(002)가 0.04 이하이므로, 본 발명의 음극 활물질은 천연 흑연과 유사하게 고용량을 낼 수 있음을 고려할 수 있다.In the negative electrode active material of the present invention prepared by the above method, I (110) / I (002), which is an X-ray diffraction intensity ratio between the (002) plane and the (110) plane, is 0.04 or less. In general, since the high capacity I (110) / I (002) of natural graphite is 0.04 or less, it can be considered that the negative active material of the present invention can produce a high capacity similar to natural graphite.

이하 본 발명의 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나 하기한 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일 뿐 본 발명이 하기한 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, 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)

석탄계 핏치를 테트라하이드로퓨란으로 처리하여 광학적 등방성 핏치를 제조하였다. 제조된 광학적 등방성 핏치를 350℃에서 5시간 열처리하여 280℃의 연화점을 갖는 광학적 이방성 메조페이스 핏치를 제조하였다. 상기 이방성 메조페이스 핏치를 분쇄하고, 분쇄한 분말을 300℃에서 1.5시간동안 산소를 도입하여 핏치 분말 대비 약 3 중량% 산소가 도입된 부분안정화 메조페이스 핏치를 제조하였다.Coal-based pitches were treated with tetrahydrofuran to prepare optically isotropic pitches. The prepared optically isotropic pitch was heat-treated at 350 ° C. for 5 hours to prepare an optically anisotropic mesoface pitch having a softening point of 280 ° C. The anisotropic mesophase pitch was pulverized, and the pulverized powder was introduced with oxygen at 300 ° C. for 1.5 hours to prepare a partially stabilized mesoface pitch having about 3 wt% oxygen introduced into the pitch powder.

제조된 핏치분말 100g 대비 5.0 중량%의 B2O3과 5.0 중량%의 TiO2을 충분한 증류수에 넣어 금속 현탁액을 얻었다.5.0 weight% of B 2 O 3 and 5.0 weight% of TiO 2 were added to sufficient distilled water to obtain a metal suspension, compared to 100 g of the pitch powder.

Hosokawa의 아글로마스터(유동층 분말 혼합기)에 제조된 탄소 분말과 금속 현탁액을 투입하여 탄소 분말과 미세 금속 분말을 균일하게 혼합하였다.The carbon powder and the metal suspension prepared in Hosokawa's Aglomaster (fluid-bed powder mixer) were added to uniformly mix the carbon powder and the fine metal powder.

얻어진 혼합물을 비활성 분위기에서 약 1000℃에서 2시간 동안 탄화한 후 아르곤 분위기에서 흑연화로에서 2600℃에서 1시간 고온열처리하여 리튬 이차 전지용 음극 활물질을 제조하였다.The resulting mixture was carbonized at about 1000 ° C. for 2 hours in an inert atmosphere, and then subjected to high temperature heat treatment at 2600 ° C. for 1 hour in a graphitization furnace in an argon atmosphere to prepare a negative active material for a lithium secondary battery.

(실시예 2)/Example 2

흑연화 공정을 2600℃ 대신 2800℃에서 실시한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하였다.The graphitization process was carried out in the same manner as in Example 1 except that the graphitization process was performed at 2800 ° C instead of 2600 ° C.

(실시예 3)(Example 3)

B2O3와 TiO2대신 B2O35 중량%와 Ni 아세테이트 7중량% 를 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하였다.The same procedure as in Example 1 was carried out except that 5 wt% B 2 O 3 and 7 wt% of Ni acetate were used instead of B 2 O 3 and TiO 2 .

(실시예4)Example 4

흑연화 공정을 2600℃ 대신 2800℃에서 실시한 것을 제외하고는 상기 실시예 3과 동일하게 실시하였다.The graphitization process was carried out in the same manner as in Example 3 except that the graphitization process was performed at 2800 ° C instead of 2600 ° C.

(실시예 5)(Example 5)

메조페이스 핏치 분말을 안정화하여 중량대비 6% 부분안정화한 핏치를 사용 한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하였다.It was carried out in the same manner as in Example 1, except that the pitch of the mesophase pitch powder was stabilized and partially stabilized by 6% by weight.

(실시예 6)(Example 6)

흑연화 온도를 2800℃에서 실시한 것을 제외하고는 상기 실시예 5와 동일하게 실시하였다.It carried out similarly to Example 5 except having performed graphitization temperature at 2800 degreeC.

(실시예 7)(Example 7)

첨가제 TiB2를 부분안정화 핏치 분말 100g 대비 5중량% 첨가한 것을 제외하고는 상기 실시예 6과 동일하게 실시하였다.Except that the additive TiB 2 5% by weight based on 100g of the partially stabilized pitch powder was carried out in the same manner as in Example 6.

(실시예 8)(Example 8)

완전불융화(공기 유입중 300℃, 6시간 안정화 최대 9 중량% 증가)한 완전불융화 핏치를 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 2와 동일하게 실시하였다.The same procedure as in Example 2 was carried out except that a complete incompatibility pitch was used, which was completely immobilized (300 ° C. during air inflow, increased by 9 hours by stabilization for 6 hours).

(비교예 1)(Comparative Example 1)

B2O3와 TiO2를 첨가하지 않은 것을 제외하고는 상기 실시예 2와 동일하게 실시하였다.B, except that no addition of the 2 O 3 and TiO 2 were conducted in the same manner as in the second embodiment.

(비교예 2)(Comparative Example 2)

500℃이상 장시간 열처리하여 불융화된 코크스 분쇄 및 분급품을 사용한 것을 제외하고 실시예 2와 동일하게 실시하였다.The same process as in Example 2 was carried out except that coke pulverization and classified products were used by heat treatment for at least 500 ° C. for a long time.

(참고예 1)(Reference Example 1)

무정형 판상의 흑연을 음극 활물질로 사용하였다.Amorphous plate-like graphite was used as the negative electrode active material.

상기 실시예 1-8 및 비교예 1-2와 참고예 1의 방법으로 제조된 음극 활물질과, 폴리비닐리덴 플루오라이드 결합제가 용해된 N-메틸 피롤리돈 용매를 혼합하여 슬러리를 제조하였다. 이때 음극 활물질과 결합제의 혼합 비율을 90 : 10 중량비로 하였다. 이 슬러리를 Cu 포일 집전체에 캐스팅하였다. 캐스팅된 집전체를 압연하여 극판상 합제 밀도가 1.8 이상이 되도록 하였다. 압연한 집전체를 120℃의 오븐에서 건조하여 리튬 이차 전지용 음극을 제조하였다.The slurry was prepared by mixing the negative active material prepared by the method of Example 1-8, Comparative Example 1-2, and Reference Example 1, and an N-methyl pyrrolidone solvent in which a polyvinylidene fluoride binder was dissolved. At this time, the mixing ratio of the negative electrode active material and the binder was 90:10 by weight. This slurry was cast on a Cu foil current collector. The cast current collector was rolled to have a mixture density of 1.8 or more in the form of a pole plate. The rolled current collector was dried in an oven at 120 ° C. to prepare a negative electrode for a lithium secondary battery.

제조된 음극과 리튬 금속 포일을 대극으로 사용하고 전해액으로서 1M LiPF6/에틸렌 카보네이트/디메틸 카보네이트/프로필렌 카보네이트를 사용하여 코인형 리튬 이차 전지를 제조하였다. 이 리튬 이차 전지의 첫 번째 사이클 방전 용량과 전지 효율을 측정하고, 또한 초기 용량 대비 100번째 사이클 방전 효율 및 I(110)/I(002)를 측정하여 그 결과를 표 1에 나타내었다.A coin-type lithium secondary battery was manufactured using the prepared negative electrode and lithium metal foil as a counter electrode and using 1M LiPF 6 / ethylene carbonate / dimethyl carbonate / propylene carbonate as an electrolyte. The first cycle discharge capacity and battery efficiency of the lithium secondary battery were measured, and the 100th cycle discharge efficiency and I (110) / I (002) were measured relative to the initial capacity, and the results are shown in Table 1.

첫 번째 사이클 방전용량[mAh/g]First Cycle Discharge Capacity [mAh / g] 첫 번째 사이클 전지 효율[%]First cycle cell efficiency [%] 100번째 사이클 방전 효율[%]100th cycle discharge efficiency [%] I(110)/I(002)I (110) / I (002) 실시예 1Example 1 335335 9393 8484 0.0210.021 실시예 2Example 2 342342 9494 8787 0.0120.012 실시예 3Example 3 338338 9393 8686 0.0190.019 실시예 4Example 4 344344 9393 8989 0.0110.011 실시예 5Example 5 335335 9292 8585 0.0200.020 실시예 6Example 6 342342 9393 8686 0.0150.015 실시예 7Example 7 341341 9292 8585 0.0140.014 실시예 8Example 8 340340 9393 8787 0.0150.015 비교예 1Comparative Example 1 295295 8585 7272 0.0490.049 비교예 2Comparative Example 2 330330 9090 7575 0.0220.022 참고예 1Reference Example 1 278278 7878 5252 0.0520.052

상기 표 1에 나타낸 것과 같이, 참고예 1은 천연흑연으로서 대용량으로 알려져 있으나 2차원 판상 형태를 갖는 관계로 고밀도의 극판 조건에서 활물질간의 눌림현상이 심해 전해액 침투가 어렵고, 에지면(edge)에서의 프로필렌계 전해액 분해 반응이 활발함에 따라 비가역 반응이 증가하여 방전 용량과 효율 그리고 수명 특성이 저하됨을 알 수 있다. 비교예 1 또한 촉매에 의한 에지(edge)면의 구조변화가 없어 전해액 분해반응에 의한 비가역 용량의 증가를 피할 수 없어 효율이 떨어지는 것을 알 수 있다. 이에 반하여, 실시예 1 내지 8은 모두 열처리시 촉매에 의한 반 어니언 링(half onion sheath) 구조가 형성되어 전해액 분해에 의한 비가역 용량 저하를 억제할 수 있으며 수명특성에서도 활물질의 열화가 상대적으로 덜한 것을 알 수 있다. 또한 메조페이스 상태에서 분쇄한 재료이므로 최종적으로 갖는 활물질의 형상은 3차원 무정형을 갖게된다. 즉, 고밀도의 전지 극판상에서도 활물질간의 미세한 경로(path)가 존재하게 되어 고율에서 리튬이온의 전달속도 빠르므로 참조예 1과 같이 판상 형태를 갖는 활물질 극판과 같이 전해액 함침의 어려움에 의한 수명열화현상을 억제할 수 있다.As shown in Table 1, Reference Example 1 is known to have a large capacity as natural graphite, but since it has a two-dimensional plate shape, it is difficult to infiltrate the electrolyte due to severe crushing between the active materials under high density plate conditions. As the propylene-based electrolyte decomposition reaction is active, the irreversible reaction increases, indicating that the discharge capacity, efficiency, and lifetime characteristics are deteriorated. Comparative Example 1 also shows that there is no structural change of the edge surface by the catalyst, so that an increase in irreversible capacity due to electrolyte decomposition reaction cannot be avoided and the efficiency is lowered. On the contrary, in Examples 1 to 8, the half onion sheath structure was formed by the catalyst during the heat treatment to suppress the irreversible decrease in capacity due to the decomposition of the electrolyte, and the degradation of the active material was relatively less even in the life characteristics. Able to know. In addition, since the material is pulverized in the mesophase state, the active material finally has a three-dimensional amorphous shape. That is, even in the case of high density battery pole plate, there is a fine path between the active materials, and the transfer rate of lithium ions at a high rate is high. It can be suppressed.

비교예 2에서는 열처리를 통해 불융화된 코크스를 분쇄한 재료를 실시예 2와 동일한 촉매의 첨가량과 열처리온도를 거쳤다. 열처리를 통해 불융화한 코크스 또한 흑연화시, 탄소와 촉매와의 반응으로 에지면에서의 반 어니언 링 구조를 갖게되어 실시예와 같이 전해액 분해반응으로 억제하는 효과를 얻을 수 있다. 그러나 플로우 타입(flow type)의 메조페이스 구조에 의해, 분쇄시 판상형 섬유 코크스(needle cokes) 형태를 갖게되어 수명특성에 참조예 1과 같은 열화현상이 발생한다.In Comparative Example 2, the material obtained by pulverizing incompatible coke through heat treatment was subjected to the same amount of catalyst and heat treatment temperature as in Example 2. Coke infusible through heat treatment also has a semi-onion ring structure at the edge surface of the graphitization reaction between carbon and catalyst, and thus can be suppressed by electrolyte decomposition reaction as in the embodiment. However, due to the flow type mesophase structure, the pulverized sheet coke has a form of needle cokes, and deterioration phenomenon as in Reference Example 1 occurs in the life characteristics.

상술한 바와 같이, 저가의 안정화 공정을 거친 메조페이스 핏치를 분쇄하여 얻어진 3차원 무정형 분말을 촉매와 흑연화하므로서 용량 및 효율의 증가 동시에 고밀도의 극판에서 발생할 수 있는 수명열화 현상을 억제하는 효과를 얻었다.As described above, graphitizing the three-dimensional amorphous powder obtained by pulverizing the mesophase pitch which passed through the low-cost stabilization process with the catalyst increases the capacity and efficiency, and at the same time, suppresses the deterioration of life that may occur in the high-density electrode plate. .

Claims (9)

메조페이스 핏치로부터 형성된 결정질 탄소를 포함하는 코어; 및A core comprising crystalline carbon formed from a mesophase pitch; And 상기 코어 위에 형성되고, 흑연화 촉매 효과가 있고 표면 구조를 개조할 수 있는 하나 이상의 원소 또는 상기 원소들의 화합물을 포함하는 탄소 쉘A carbon shell formed on the core and comprising one or more elements or compounds of the elements that have a graphitization catalytic effect and are capable of modifying the surface structure 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 효과가 있고, 표면 구조를 개조할 수 있는 원소는 전이 금속, 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 3A족, 3B족, 4A족, 4B족의 반금속과 5A족 및 5B족 원소, 및 란타늄 계열 원소와 악티늄 계열 원소로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 물질인 리튬 이차 전지용 음극 활물질.According to claim 1, The graphitization catalyst effect, the element that can modify the surface structure is a transition metal, alkali metal, alkaline earth metal, Group 3A, Group 3B, Group 4A, Group 4B semimetals and Group 5A and An anode active material for a lithium secondary battery, which is at least one material selected from the group consisting of Group 5B elements, and lanthanum series elements and actinium series elements. 제 2 항에 있어서, 상기 전이 금속은 Mn, Ni, Fe, Cr, Co, Cu, Mo, W, Te, Re, Ru, Os, Rh, Ir, Pd 및 Pt로 이루어진 군에서 선택되며, 상기 알칼리 금속은 Li, Na 및 K로 이루어진 군에서 선택되고, 상기 알칼리 토금속은 Be, Sr, Ba, Ca 및 Mg로 이루어진 군에서 선택되며, 상기 3A족 반금속은 Sc, Y, La 및 Ac로 이루어진 군에서 선택되고, 상기 3B족 반금속은 B, Al 및 Ga로 이루어진 군에서 선택되고, 상기 4A족 반금속은 Ti, Zr 및 Hf로 이루어진 군에서 선택되며, 상기 4B족 반금속은 Si, Ge 및 Sn으로 이루어진 군에서 선택되고, 상기 5A족 원소는 V, Nb 및 Ta로 이루어진 군에서 선택되고, 상기 5B족 원소는 P, Sb 및 Bi로 이루어진 군에서선택되고, 상기 란타늄 계열 원소는 Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb 및 Lu로 이루어진 군에서 선택되고, 상기 악티늄 계열 원소는 Th, U, Nb 및 Pu로 이루어진 군에서 선택되는 것인 리튬 이차 전지용 음극 활물질.The method of claim 2, wherein the transition metal is selected from the group consisting of Mn, Ni, Fe, Cr, Co, Cu, Mo, W, Te, Re, Ru, Os, Rh, Ir, Pd and Pt, the alkali The metal is selected from the group consisting of Li, Na and K, the alkaline earth metal is selected from the group consisting of Be, Sr, Ba, Ca and Mg, the group 3A semimetal is the group consisting of Sc, Y, La and Ac Is selected from the group consisting of B, Al and Ga, the Group 4A semimetal is selected from the group consisting of Ti, Zr and Hf, and the Group 4B semimetal is Si, Ge and Selected from the group consisting of Sn, the Group 5A element is selected from the group consisting of V, Nb and Ta, the Group 5B element is selected from the group consisting of P, Sb and Bi, and the lanthanum-based element is Ce, Pr , Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, and Lu, and the actinium-based element is composed of Th, U, Nb, and Pu A negative electrode active material for a lithium secondary battery that is selected from the group. 제 1 항에 있어서, 상기 흑연화 촉매 효과가 있고, 표면 구조를 개조할 수 있는 원소의 양은 전체 활물질 중량의 0.01 내지 20 중량%인 리튬 이차 전지용 음극 활물질.The negative electrode active material of claim 1, wherein the amount of the element having the graphitization catalyst effect and the surface structure can be modified is 0.01 to 20% by weight of the total active material weight. 제 1 항에 있어서, 상기 음극 활물질의 (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 for a lithium secondary battery according to claim 1, wherein I (110) / I (002), which is an X-ray diffraction intensity ratio between the (002) plane and the (110) plane of the anode active material, is 0.04 or less. 메탈 보라이드, 메탈 카바이드, 및 메탈 옥사이드로 이루어진 군에서 선택되는 메탈 화합물을 0.01 내지 20 중량% 포함하는 리튬 이차 전지용 음극 활물질.An anode active material for a lithium secondary battery comprising 0.01 to 20% by weight of a metal compound selected from the group consisting of metal borides, metal carbides, and metal oxides. 제 6 항에 있어서, 상기 메탈 화합물은 B 또는 C 또는 O를 포함하며, Mn, Ni, Fe, Cr, Co, Cu, Mo, W, Te, Re, Ru, Os, Rh, Ir, Pd 및 Pt로 이루어진 군에서 선택되는 전이 금속, Li, Na 및 K로 이루어진 군에서 선택되는 알칼리 금속, Be, Sr, Ba, Ca 및 Mg로 이루어진 군에서 선택되는 알칼리 토금속, Sc, Y, La 및 Ac로 이루어진 군에서 선택되는 3A족 반금속, Al 및 Ga로 이루어진 군에서 선택되는 3B족 반금속, Ti, Zr 및 Hf로 이루어진 군에서 선택되는 4A족 반금속, Si, Ge 및 Sn으로 이루어진 군에서 선택되는 4B족 반금속, V, Nb 및 Ta로 이루어진 군에서 선택되는 5A족 원소, P, Sb 및 Bi로 이루어진 군에서 선택되는 5B족 원소, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb 및 Lu로 이루어진 군에서 선택되는 란타늄 계열 원소, Th, U, Nb 및 Pu로 이루어진 군에서 선택되는 악티늄 계열 원소 하나 이상을 포함하는 것인 리튬 이차 전지용 음극 활물질.The method of claim 6, wherein the metal compound comprises B or C or O, Mn, Ni, Fe, Cr, Co, Cu, Mo, W, Te, Re, Ru, Os, Rh, Ir, Pd and Pt Transition metal selected from the group consisting of; alkali metals selected from the group consisting of Li, Na, and K; alkaline earth metals selected from the group consisting of Be, Sr, Ba, Ca, and Mg, consisting of Sc, Y, La, and Ac Group 3A semimetal selected from the group, Group 3B semimetal selected from the group consisting of Al and Ga, Group 4A semimetal selected from the group consisting of Ti, Zr and Hf selected from the group consisting of Si, Ge and Sn Group 4B semimetals, Group 5A elements selected from the group consisting of V, Nb and Ta, Group 5B elements selected from the group consisting of P, Sb and Bi, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb Lanthanum-based elements selected from the group consisting of Dy, Ho, Er, Tm, Yb and Lu, and at least one actinium-based element selected from the group consisting of Th, U, Nb and Pu Negative active material will. 메조페이스 핏치를 0.1시간 내지 10시간 동안 산화 안정화시키고;Mesophase pitch was oxidatively stabilized for 0.1 to 10 hours; 상기 산화 안정화된 메조페이스 핏치를 탄화하고;Carbonizing the oxidatively stabilized mesoface pitch; 상기 탄화된 메조페이스 핏치를 흑연화 촉매 효과가 있고 표면 구조를 개조할 수 있는 적어도 하나의 원소 또는 그의 화합물로 코팅/혼합하고;Coating / mixing the carbonized mesophase pitch with at least one element or compound thereof that has a graphitizing catalytic effect and is capable of modifying the surface structure; 얻어진 생성물을 2000 내지 3100℃에서 흑연화하는Graphitized the obtained product at 2000 to 3100 ℃ 공정을 포함하는 리튬 이차 전지용 음극 활물질의 제조 방법.The manufacturing method of the negative electrode active material for lithium secondary batteries containing a process. 제 8 항에 있어서, 상기 흑연화 촉매 효과가 있고 표면 구조를 개조할 수 있는 원소 또는 그의 화합물은 0.01 내지 100㎛의 평균 입경을 갖는 것인 제조 방법.The production method according to claim 8, wherein the element or compound thereof which has the graphitization catalyst effect and which can modify the surface structure has a mean particle size of 0.01 to 100 mu m.
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