KR20030024370A - 리튬 이차 전지용 음극 활물질의 제조 방법 - Google Patents

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박양덕
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Abstract

본 발명은 리튬 이차 전지용 음극 활물질의 제조 방법에 관한 것으로서, 이 제조 방법은 페놀 수지 알콜 용액과 계면활성제 용액을 혼합하는 단계, 상기 혼합 용액을 가압하면서 110℃ 내지 200℃ 온도까지 가열하여 경화된 수지 구체를 제조하는 단계, 및 상기 경화된 수지 구체를 탄화하는 단계를 포함한다.
상기 제조 방법은 완전 구체에 가까운 수지계 구상 탄소 제조를 가능하게 함으로써 이를 리튬 2차 전지의 전극 활물질로 이용할 경우 단위부피당 활물질의 양을 증대시켜 전체 전지의 용량 확대에 기여할 수 있다.

Description

리튬 이차 전지용 음극 활물질의 제조 방법{METHOD OF PREPARING NEGATIVE ACTIVE MATERIAL FOR LITHIUM SECONDARY BATTERY}
[산업상 이용 분야]
본 발명은 리튬 이차 전지용 음극 활물질의 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 음극 활물질을 구상으로 제조가능하여 전지 용량을 증대시킬 수 있는 리튬 이차 전지용 음극 활물질의 제조 방법에 관한 것이다.
[종래 기술]
탄소질 원료는 리튬 이온 2차 전지, 리튬 폴리머 전지 등 대용량 리튬 2차 전지의 전극 활물질로서 중요한 재료이다. 고성능 전지를 제조하기 위해서 여러 가지 탄소질 원료가 이용되고 있는데 여기에는 천연 흑연, 인조 흑연, 이방성 탄소입자, 난흑연화성 탄소 재료 등이 포함된다(일본 특허 공개 소 63-114056 호, 소 62-268056 호, 평 2-82466 호, 평 2-79153 호, 평 4-359862 호, 평 5-101818 호, 평 7-105936 호, 평 7-169458 호).
제조된 전지의 특성은 여러 가지 요인에 의해 결정되며, 특히 탄소가 사용되는 전극에서의 탄소질 원료의 밀도가 중요한 인자이다. 흑연이나 탄소를 분쇄하고 이를 그대로 이용할 경우 입자의 형태가 인편상이거나 불규칙하여 균일한 전극막을 얻기 어려우며 밀도가 낮아지는 단점을 가진다.
종래 구형의 탄소 입자를 제조하는 방법으로서 일반적으로 메조페이스 핏치를 가열하여 이른바 MCMB(Mesocarbon Microbeads)를 생성시키는 방법이 알려져 있다. 그러나 이 방법은 용매를 이용하여 기지와 입자를 분리시켜 여과하고 세척, 건조 및 불융화처리, 탄화 등 제조공정이 복잡하고 시간이 오래 걸리는 문제를 가지고 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 음극 활물질을 간단한 공정을 이용하여 구상으로 제조가능한 리튬 이차 전지용 음극 활물질의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 전지의 용량을 증대시킬 수 있는 리튬 이차 전지용 음극 활물질의 제조 방법을 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명의 제조 방법 중에서 건조 공정까지 실시하여 제조된 음극 활물질의 중간 생성물의 SEM 사진.
도 2는 본 발명의 제조 방법에 따라 제조된 리튬 이차 전지용 음극 활물질의 SEM 사진.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 페놀 수지 알콜 용액과 계면활성제용액을 혼합하는 단계; 상기 혼합 용액을 가압하면서 110℃ 내지 200℃ 온도까지 가열하여 경화된 수지 구체를 제조하는 단계; 및 상기 경화된 수지 구체를 탄화하는 단계를 포함하는 리튬 이차 전지용 음극 활물질의 제조 방법을 제공한다.
이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명은 종래 음극 활물질 입자의 형태가 인편상이거나 불규칙하여 균일한 전극막을 얻기 어려우며 밀도가 낮은 단점을 해결하기 위하여 미세한 구체 형태의 음극 활물질을 제조하기 위한 방법에 관한 것이다. 이러한 구체의 음극 활물질은 같은 물질량에 대해 최소의 면적을 가지며 입자간 접촉 계면을 최소화함으로써 원하지 않는 전지 부반응을 줄일 수 있으며, 단위 부피당 전극 활물질의 양을 최대화할 수 있어 전지방전용량을 높일 수 있는 것이다.
본 발명의 리튬 이차 전지용 음극 활물질의 제조 방법은 먼저 페놀 수지를 유기 용매인 알콜에 용해하여 페놀 수지 용액을 제조한다. 여기서 알콜에 대한 수지농도는 30 중량% 내지 90 중량%가 바람직하다. 알콜에 대한 수지 농도가 30 중량% 미만인 경우에는 탄소 입자가 생성되지 않으며 90 중량%를 초과하는 경우에는 수지가 덩어리 형태로 경화되기 때문이다. 이때, 균일한 수지 용액을 제조하기 위해 수작업으로 또는 통상적인 교반기로 교반할 수도 있다. 상기 알콜로는 메틸알콜, 에틸알콜 등을 사용할 수 있다.
상기 페놀 수지 용액과 계면활성제 용액을 혼합한다. 이 계면활성제는 수지 용액을 현탁시켜서 수지가 덩어리로 뭉쳐지는 것을 방지하는 역할을 하는 물질로서, 이러한 물성을 갖는 물질로는 폴리비닐알콜을 사용할 수 있다.
상기 계면활성제 용액에서, 용매로는 물을 사용할 수 있다.
상기 계면활성제 용액에서, 용매에 대한 계면활성제의 농도는 0.1 내지 0.3 중량%가 바람직하다. 계면활성제 농도가 0.1 중량% 미만이면 현탁 효과가 없으며, 3 중량%면 충분한 효과를 얻을 수 있으며, 더 과량을 사용하는 경우에도 추가적인 효과가 없다.
상기 페놀 수지 용액과 계면활성제 수용액의 혼합물을 가압하면서 110 내지 200℃까지 가열하여 경화한다. 이 공정은 흔히 오토클레이브라 불리는 가압 열처리 장치에서 실시할 수 있다. 상기 경화 공정을 110℃ 미만의 온도에서 실시하면, 수지 구체 형성이 불완전하며, 200℃를 초과하는 온도에서 실시하면 불필요하게 에너지를 낭비하게 되므로 바람직하지 않다. 여기서 압력은 오토클레이브가 밀폐되어 있음으로 하여 가열시 발생되는 자연적인 포화압력이다.
가열이 끝난 후 상기 시료를 통상적인 방법으로 여과하고 물로 충분히 세척하여 수지 구체 표면에 잔류할 수도 있는 계면활성제를 제거한다. 이와 같이 하여 얻어진 경화된 수지 분말을 상온 또는 100℃ 내외 온도의 건조기에 건조하여 수분을 제거한다.
건조된 시료를 질소 등 불활성 분위기 하에서 500 내지 2000℃의 온도로 탄화한다. 상기 탄화 공정을 500℃ 미만에서 실시하면, 탄소 물질이 충분히 탄화되지 않으며, 2000℃ 이상이면 본 발명에서 요구되는 이상의 에너지를 낭비하게 된다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나 하기한 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일 뿐 본 발명이 하기한 실시예에 한정되는 것은 아니다.
< 실시예 1>
물에 폴리비닐알콜을 1중량% 용해하여 1 중량% 농도의 폴리비닐알콜 수용액을 만들었다. 에탄올에 페놀 수지(CB8025)를 50 중량% 용해하여 50 중량% 농도의 페놀 수지 용액을 제조하였다. 제조된 폴리비닐알콜 수용액과 페놀 수지 용액을 혼합하였다.
얻어진 혼합물을 500mL 용량의 가압열처리장치에 넣어 150℃까지 포화압력 조건 하에서 가열하였다. 얻어진 생성물을 반응 완료 후 진공 여과 장치로 여과한 뒤, 물로 3회 이상 세척하고 95℃ 건조기에서 24시간 건조하였다. 건조된 시료는 도 1의 SEM 사진에 나타낸 것과 같이 완전한 구상을 이루고 있음을 확인하였다.
건조된 물질을 질소 분위기 하에서 1000℃의 온도로 1시간동안 탄화하였다. 도 2에 탄화하여 얻은 구상 탄소의 SEM 사진을 나타내었다. 도 1과 비교하여 알 수 있는 바와 같이 탄화로 인한 수축 이외에 형태상의 변화는 보이지 않았으며, 완전한 구상을 이루고 있음을 알 수 있다.
본 발명은 완전 구체에 가까운 수지계 구상 탄소 제조를 가능하게 함으로써 이를 리튬 2차 전지의 전극 활물질로 이용할 경우 단위부피당 활물질의 양을 증대시켜 전체 전지의 용량 확대에 기여할 수 있다.

Claims (5)

  1. 페놀 수지 알콜 용액과 계면활성제 용액을 혼합하는 단계;
    상기 혼합 용액을 가압하면서 110℃ 내지 200℃ 온도까지 가열하여 경화된 수지 구체를 제조하는 단계; 및
    상기 경화된 수지 구체를 탄화하는 단계
    를 포함하는 리튬 이차 전지용 음극 활물질의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 페놀 수지 알콜 용액은 페놀 수지를 알콜에 30 내지 90 중량% 농도로 용해하여 제조된 것인 제조 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 계면활성제 용액은 계면활성제를 용매에 0.1 내지 3 중량% 농도로 용해하여 제조된 것인 제조 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 계면활성제는 폴리비닐알콜인 제조 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 탄화 공정은 500 내지 2000℃의 온도에서 실시하는 것인 제조 방법.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS605011A (ja) * 1983-06-20 1985-01-11 Kanebo Ltd 高強度炭素多孔体の製造法
JPH11116217A (ja) * 1997-10-16 1999-04-27 Sumitomo Durez Kk 粒状炭素材の製造方法
JP2000191310A (ja) * 1998-12-25 2000-07-11 Sumitomo Durez Co Ltd 酸素含有炭素材の製造方法
JP2000306580A (ja) * 1999-04-21 2000-11-02 Sumitomo Durez Co Ltd 非水電解質二次電池用電極材組成物

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS605011A (ja) * 1983-06-20 1985-01-11 Kanebo Ltd 高強度炭素多孔体の製造法
JPH11116217A (ja) * 1997-10-16 1999-04-27 Sumitomo Durez Kk 粒状炭素材の製造方法
JP2000191310A (ja) * 1998-12-25 2000-07-11 Sumitomo Durez Co Ltd 酸素含有炭素材の製造方法
JP2000306580A (ja) * 1999-04-21 2000-11-02 Sumitomo Durez Co Ltd 非水電解質二次電池用電極材組成物

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