KR20050020571A - Negative active material for rechargeable lithium battery, method of preparing same and rechargeable lithium battery comprising same - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: Provided are a negative electrode active material for a lithium secondary battery which inhibits the expansion and contraction of powder itself and prevents the decomposition of an electrolyte solution at the surface of powder, its preparation method, and a lithium secondary battery containing the active material. CONSTITUTION: The negative electrode active material comprises a multi-phase alloy powder(1) comprising a Si phase(2), a SiM phase(3) and at least one(4) of an X phase and a SiX phase, and the amount of the Si phase at the particle surface of the multi-phase alloy powder is smaller than that of the Si phase at the inside of particle, wherein M is at least one selected from the group consisting of Ni, Co, As, B, Cr, Cu, Fe, Mg, Mn and Y; X is at least one selected from the group consisting of Ag, Cu and Au; and both M and X are not Cu simultaneously. Preferably a micropore(5) is formed on the particle surface of the multi-phase alloy powder.

Description

리튬 이차 전지용 음극 활물질, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지{NEGATIVE ACTIVE MATERIAL FOR RECHARGEABLE LITHIUM BATTERY, METHOD OF PREPARING SAME AND RECHARGEABLE LITHIUM BATTERY COMPRISING SAME}A negative electrode active material for a lithium secondary battery, a method of manufacturing the same, and a lithium secondary battery comprising the same TECHNICAL FIELD

[산업상 이용 분야][Industrial use]

본 발명은 리튬 이차 전지용 음극 활물질, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지에 관한 것이다.The present invention relates to a negative electrode active material for a lithium secondary battery, a manufacturing method thereof, and a lithium secondary battery including the same.

[종래 기술][Prior art]

리튬 이차 전지의 음극 활물질의 고용량화 연구는 현재 음극 활물질을 탄소로 하는 전지 시스템이 실용화되기 전부터, 현재까지 Si와 Sn, Al 등의 금속 재료를 중심으로 활발하게 연구되었으나, 아직 실용화되지 못하고 있다. 그 주된 원인으로, 충방전시 Si와 Sn, Al 등의 금속이 리튬과 합금화하여 부피 팽창 수축이 발생하고, 이는 금속의 미분화를 야기시켜, 사이클 특성이 저하되기 때문이다. 이 문제를 해결하기 위하여, 일본 특허 공개 제 2002-216746 호에 기재된 것과 같이, 비정질 합금과, 「제 42 회 전지 토론회 예고집」, 사단법인 전기화학회 전지 기술 위원회, 평성 13년 11월 21일, p. 296-297 또는 「제 43 회 전지 토론회 예고집」, 사단법인 전기화학회 전지 기술 위원회, 평성 14년 10월 21일, p. 326-327에 기재된 Ni-Si계 합금과 같이, 리튬과 합금화가 가능한 금속 및 리튬과 합금화되지 않는 금속으로 이루어진 비정질 합금이 연구되고 있다.The study of increasing the capacity of the negative electrode active material of a lithium secondary battery has been actively studied mainly on metal materials such as Si, Sn, and Al until the battery system using the negative electrode active material as carbon, and has been practically used. The main reason is that during charging and discharging, metals such as Si, Sn, and Al are alloyed with lithium to cause volume expansion and shrinkage, which causes micronization of the metal and deteriorates cycle characteristics. In order to solve this problem, as described in Japanese Patent Laid-Open No. 2002-216746, an amorphous alloy, "The 42nd Battery Discussion Meeting Preliminary Proceedings", the Korean Electrochemical Society Battery Technology Committee, November 21, 2013 , p. 296-297 or the 43rd Annual Battery Debate Preliminary Proceedings, The Korean Society of Electrochemical Society Battery Technology Committee, Pyongyang October 21, 14, p. As with the Ni-Si based alloys described in 326-327, amorphous alloys composed of metals that can be alloyed with lithium and metals that are not alloyed with lithium have been studied.

그렇지만, Si 분말을 음극 활물질로 사용하는 경우에, 사이클 특성 열화의 요인으로서 분말 자체의 팽창 수축 이외에 Si 분말 표면에서 전해액의 분해 반응에 의해 특성 열화의 가능성이 지적되고 있다.However, when Si powder is used as a negative electrode active material, the possibility of characteristic deterioration is pointed out by the decomposition reaction of electrolyte solution in the surface of Si powder other than expansion shrinkage of the powder itself as a factor of cycle characteristic deterioration.

본 발명은 상기 사정을 감안한 것으로서, 분말 자체의 팽창 수축을 억제하는 것과 함께, 분말 표면에서 전해액의 분해 반응의 발생을 방지가능한 음극 활물질 및 이의 제조 방법 및 이 음극 활물질을 사용한 리튬 이차 전지를 제공하는 것을 목적으로 한다. SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above circumstances, the present invention provides a negative electrode active material capable of preventing expansion and contraction of the powder itself and preventing the decomposition reaction of the electrolyte solution on the surface of the powder, a method for producing the same, and a lithium secondary battery using the negative electrode active material. For the purpose of

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 이하의 구성을 채용한다.In order to achieve the above object, the present invention adopts the following configuration.

본 발명의 리튬 이차 전지용 음극 활물질은, Si상 및 SiM상을 반드시 포함하고, 또한 X상 또는 SiX상 중 어느 하나 또는 둘을 포함하는 다상 합금 분말로 이루어지고, 상기 다상 합금 분말의 입자 표면에서의 Si상의 양이 입자 내부에서의 Si상의 양보다 적은 것을 특징으로 하는 것이다. 단, 상기 M은 Ni, Co, As, B, Cr, Cu, Fe, Mg, Mn 및 Y로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1종 이상의 원소이고, 원소 X는 Ag, Cu, Au 중 적어도 1종 이상의 원소이고, Cu는 원소 M과 원소 X로 동시에 선택되지 않는 것이다.The negative electrode active material for a lithium secondary battery of the present invention is composed of a polyphase alloy powder which includes a Si phase and a SiM phase, and also includes either or both of an X phase and a SiX phase, and on the particle surface of the polyphase alloy powder. The amount of the Si phase is less than the amount of the Si phase inside the particles. Provided that M is at least one or more elements selected from the group consisting of Ni, Co, As, B, Cr, Cu, Fe, Mg, Mn and Y, and element X is at least one or more of Ag, Cu, Au Is an element, and Cu is not selected at the same time as the element M and the element X.

상기 음극 활물질에 의하면, 입자 표면에서의 Si상의 양이 입자 내부에서의 Si상의 양보다 적거나, 또는 거의 Si상이 존재하지 않기 때문에, 주 음극 활물질상인 Si상에 의한 전해액 분해 반응이 억제되어 사이클 특성을 향상시킬 수 있다.According to the said negative electrode active material, since the amount of Si phase in particle surface is less than the amount of Si phase in particle | grains, or almost no Si phase exists, electrolyte solution decomposition reaction by the Si phase which is a main negative electrode active material is suppressed, and a cycle characteristic is carried out. Can improve.

또한 원소 M은 Si와 합금화되고, Li과는 합금화하지 않는 원소이기 때문에, 입자 중에 Si상 이외에 SiM상이 포함되어 있음에 따라, Si층 단독의 경우와 비교하여 입자 자체의 팽창 수축량을 감소시킬 수 있고, 입자 자체의 미분화를 방지하여 사이클 특성을 향상시킬 수 있다.In addition, since the element M is an alloy alloyed with Si and not alloyed with Li, since the particles contain a SiM phase in addition to the Si phase, the amount of expansion and contraction of the particles themselves can be reduced as compared with the Si layer alone. Therefore, it is possible to prevent the micronization of the particles themselves, thereby improving cycle characteristics.

또한 Si상보다 저항이 낮은 X상 또는 SiX상 중 어느 하나 또는 둘을 포함하므로, 음극 활물질의 비저항을 감소시킬 수 있다.In addition, since any one or two of the X phase or SiX phase having a lower resistance than the Si phase, the specific resistance of the negative electrode active material can be reduced.

또한, Cu는 Si과 합금화함과 동시에, Si보다도 저항이 낮기 때문에, 원소 M과 원소 X의 양쪽성질을 갖는 원소이다. 따라서, 본 발명에 있어서는 원소 M과 원소 X 양쪽으로 Cu를 첨가하나, Cu가 원소 M과 원소 X로 동시에 선택되지 않게 한다.In addition, Cu is an element having an amphoteric property of the element M and the element X because alloying with Si and lower resistance than Si. Therefore, in the present invention, Cu is added to both the element M and the element X, but Cu is not selected simultaneously as the element M and the element X.

또한 본 발명의 리튬 이차 전지용 음극 활물질은 상술한 리튬 이차 전지용 음극 활물질이고, 상기 다상 합금 분말의 입자 표면에 미세기공이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.In addition, the negative electrode active material for a lithium secondary battery of the present invention is the above-described negative electrode active material for a lithium secondary battery, characterized in that fine pores are formed on the particle surface of the multiphase alloy powder.

상기 음극 활물질에 의하면, 입자 표면에 미세 기공이 형성되어 있기 때문에, 입자 비표면적이 높고, 리튬을 빠르게 흡장·방출하는 것이 가능하여, 고율 충방전 특성을 향상시킬 수 있다.According to the said negative electrode active material, since the micropore is formed in the particle | grain surface, a particle specific surface area is high, it can occlude and discharge lithium quickly, and can improve high rate charge-discharge characteristic.

또한 미세 기공의 평균 입경은 10nm 이상, 5㎛ 이하의 범위가 바람직하다.Further, the average particle diameter of the fine pores is preferably in the range of 10 nm or more and 5 m or less.

또한 본 발명의 리튬 이차 전지용 음극 활물질은, 상술한 리튬 이차 전지용 음극 활물질이고, 상기 다상 합금 분말은 Ni, Co, As, B, Cr, Cu, Fe, Mg, Mn 및 Y로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1종 이상의 원소 M과, Ag, Cu 및 Au로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1종 이상의 원소 X 및 Si를 포함하는 합금 용탕을 급냉시켜 급냉 합금 분말을 제조하고, 이 급냉 합금 분말을 알칼리성 용액에 함침시켜 입자 표면의 Si상 일부 또는 전부를 제거하여 형성된 것을 특징으로 한다. 단, Cu가 원소 M과 원소 X로 동시에 선택하지 않도록 한다.In addition, the negative electrode active material for a lithium secondary battery of the present invention is the above-described negative electrode active material for a lithium secondary battery, and the multiphase alloy powder is selected from the group consisting of Ni, Co, As, B, Cr, Cu, Fe, Mg, Mn, and Y. Quenching an alloy melt containing at least one or more elements M and at least one or more elements X and Si selected from the group consisting of Ag, Cu, and Au to prepare a quench alloy powder, and the quench alloy powder is added to an alkaline solution. It is characterized by being formed by removing part or all of the Si phase on the particle surface by impregnation. However, Cu should not be selected simultaneously as the element M and the element X.

상기 음극 활물질에 의하면, 입자 표면에서의 Si상의 양을 입자 내부에서의 Si상의 양보다 작게 할 수 있어서, Si상에 의한 전해액 분해 반응을 억제하여 사이클 특성을 향상시킬 수 있다. 또한, 합금 입자를 형성하는 상 중에서 가장 저항이 높은 Si상이 감소되므로, 입자의 표면 저항을 감소시킬 수 있고, 고율 특성을 향상시킬 수 있다.According to the negative electrode active material, the amount of the Si phase on the particle surface can be made smaller than the amount of the Si phase inside the particles, thereby suppressing the electrolytic solution decomposition reaction by the Si phase and improving the cycle characteristics. In addition, since the Si phase having the highest resistance is reduced among the phases forming the alloy particles, the surface resistance of the particles can be reduced, and the high rate characteristic can be improved.

또한, 본 발명의 리튬 이차 전지용 음극 활물질은 상술한 리튬 이차 전지용 음극 활물질이고, 전자현미경의 면분석으로 얻어진 상기 다상 합금 분말의 입자 표면상의 Si 함유량 a와 입자 단면의 Si 함유량 b의 비가 0.5 ≤ a/b ≤ 0.95인 것을 특징으로 한다. 단, 합금상 SiM상과 단상인 Si상을 면분석으로 정량적으로 구별하는 것이 어렵기 때문에, 이 경우 Si 양에는 SiM상의 Si도 포함되어 있다.Moreover, the negative electrode active material for lithium secondary batteries of this invention is the above-mentioned negative electrode active material for lithium secondary batteries, and the ratio of Si content a on the particle surface of the said polyphase alloy powder obtained by the surface analysis of the electron microscope, and Si content b of the particle cross section is 0.5 <= a / b ≤ 0.95. However, since it is difficult to quantitatively distinguish between alloy phase SiM phase and single phase Si phase by surface analysis, in this case, the Si amount also includes Si of SiM phase.

또한, 본 발명의 리튬 이차 전지용 음극 활물질은 상술한 리튬 이차 전지용 음극 활물질이고, 가스 아토마이즈법, 수 아토마이즈법 또는 롤 급냉법으로 상기 합금 용탕이 급냉된 것을 특징으로 한다.The negative electrode active material for a lithium secondary battery of the present invention is the above-described negative electrode active material for a lithium secondary battery, and the alloy molten metal is quenched by a gas atomizing method, a water atomizing method, or a roll quenching method.

이러한 음극 활물질에 의하면, Si상 및 SiM상을 반드시 포함하고, 또한 X상 또는 SiX상 중 어느 하나 또는 둘을 포함하는 다상 합금 분말을 용이하게 얻을 수 있다. 특히 가스 아토마이즈법 또는 수 아토마이즈법에 의하면, 구상 분말이 얻어지므로, 음극 활물질의 충전밀도를 증가시킬 수 있고, 음극 활물질의 에너지 밀도를 증가시킬 수 있다.According to such a negative electrode active material, the polyphase alloy powder which necessarily contains a Si phase and a SiM phase, and contains either or both of an X phase and a SiX phase can be obtained easily. In particular, according to the gas atomization method or the water atomization method, since the spherical powder is obtained, the packing density of the negative electrode active material can be increased, and the energy density of the negative electrode active material can be increased.

이어서, 본 발명의 리튬 이차 전지는 상술한 것 중 어느 하나의 음극 활물질을 포함하는 것을 특징으로 한다.Next, the lithium secondary battery of the present invention is characterized by containing any one of the negative electrode active materials described above.

이 리튬 이차 전지에 의하면, 상기 음극 활물질을 포함하므로, 전해액의 분해 반응이 억제되고 또한 입자 자체의 팽창 수축량을 감소시킬 수 있어, 사이클 특성을 향상시킬 수 있다.According to this lithium secondary battery, since the said negative electrode active material is included, the decomposition reaction of electrolyte solution can be suppressed and the expansion shrinkage amount of particle | grains itself can be reduced, and cycling characteristics can be improved.

이어서, 본 발명의 리튬 이차 전지용 음극 활물질의 제조 방법은 Ni, Co, As, B, Cr, Cu, Fe, Mg, Mn 및 Y로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1종 이상의 원소 M과, Ag, Cu 및 Au로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1종 이상의 원소 X와, Si를 포함하는 합금 용탕을 급냉하여 급냉 합금 분말을 제조하고, 상기 급냉 합금 분말을 알카리성 용액에 함침시켜 입자 표면의 Si상의 일부 또는 전부를 제거하는 것을 특징으로 한다. 단, Cu가 원소 M과 원소 X로 동시에 선택되지 않도록 한다.Subsequently, the manufacturing method of the negative electrode active material for lithium secondary batteries of the present invention is at least one element M selected from the group consisting of Ni, Co, As, B, Cr, Cu, Fe, Mg, Mn, and Y, Ag, Cu And quenching an alloy melt containing at least one or more elements X selected from the group consisting of Au and Si, to prepare a quench alloy powder, and impregnating the quench alloy powder with an alkaline solution to partially or all of the Si phase on the particle surface. It characterized in that to remove. However, Cu should not be selected simultaneously as the element M and the element X.

상기 음극 활물질의 제조 방법에 의하면, 원소 M, 원소 X 및 Si를 포함하는 합금 용탕을 급냉함에 따라, Si상 및 SiM상을 반드시 포함하고, 또한 X상 또는 SiX상 중 어느 하나 또는 둘을 포함하는 급냉 합금 분말을 용이하게 얻을 수 있다. 이어서, 얻어진 급냉 합금 분말을 알칼리성 용액에 함침시켜 입자 표면의 Si상의 일부 또는 전부를 제거하여, 입자 표면에서의 Si상의 양을 입자 내부에서의 Si상의 양보다 적게 할 수 있다. 이에 따라 얻어진 음극 활물질은 전해액의 분해 반응이 억제됨과 동시에, 입자의 표면 저항을 감소시킬 수 있고 또한 입자 자체의 팽창 수축량을 감소시킬 수 있어 사이클 특성을 향상시킬 수 있다.According to the method for producing the negative electrode active material, as the alloy molten metal including the element M, element X and Si is quenched, the Si phase and the SiM phase are necessarily included, and any one or both of the X phase and the SiX phase are included. The quench alloy powder can be easily obtained. Subsequently, the obtained quenching alloy powder can be impregnated with an alkaline solution to remove part or all of the Si phase on the particle surface, so that the amount of the Si phase on the particle surface is smaller than the amount of the Si phase inside the particles. The negative electrode active material thus obtained can suppress the decomposition reaction of the electrolyte solution, reduce the surface resistance of the particles, and reduce the amount of expansion and shrinkage of the particles themselves, thereby improving cycle characteristics.

또한, Si상보다 저항이 낮은 X상 또는 SiX상 중 어느 하나 또는 둘을 포함하므로 음극 활물질의 비저항을 감소시킬 수 있다.In addition, the resistivity of the negative electrode active material may be reduced since it includes any one or two of an X phase or a SiX phase having a lower resistance than the Si phase.

또한, Cu는 Si과 합금화함과 동시에, Si보다 저항이 낮기 때문에, 원소 M과 원소 X의 양쪽성질을 갖는 원소이다. 따라서, 본 발명에 있어서는 원소 M과 원소 X의 양쪽에 Cu를 사용할 수 있으나, Cu는 원소 M과 원소 X로 동시에 선택되지 않도록 한다.In addition, Cu is an element having an amphoteric property of the element M and the element X because alloying with Si and lower resistance than Si. Therefore, although Cu can be used for both the element M and the element X in this invention, Cu is not selected simultaneously as the element M and the element X.

또한 본 발명의 리튬 이차 전지용 음극 활물질의 제조 방법은 상술한 제조 방법이고, 가스 아토마이즈법, 수 아토마이즈법 또는 롤 급냉법으로 상기 합금 용탕을 급냉하는 것을 특징으로 한다.Moreover, the manufacturing method of the negative electrode active material for lithium secondary batteries of this invention is the manufacturing method mentioned above, It is characterized by quenching the said molten metal by the gas atomizing method, the water atomizing method, or the roll quenching method.

상기 제조 방법에 의하면, Si상 및 SiM상을 반드시 포함하고, 또한 X상 또는 SiX상 중 어느 하나 또는 둘을 포함하는 다상 합금 분말을 용이하게 얻을 수 있다. 특히 가스 아토마이즈법 또는 수 아토마이즈법에 의하면, 구상 분말이 얻어지므로, 음극 활물질의 충진 밀도를 높일 수 있고, 음극 활물질의 에너지 밀도를 높일 수 있다. 그중에서도, 가스 아토마이즈의 경우는, 냉각 가스로 헬륨 가스를 사용하므로 합금 입자 중 각 조직을 미세하게 할 수 있으므로, 사이클 특성을 보다 향상시킬 수 있다.According to the said manufacturing method, the polyphase alloy powder which necessarily contains a Si phase and a SiM phase, and contains either or both of an X phase and a SiX phase can be obtained easily. In particular, according to the gas atomization method or the water atomization method, since the spherical powder is obtained, the packing density of the negative electrode active material can be increased, and the energy density of the negative electrode active material can be increased. Among them, in the case of gas atomization, since helium gas is used as the cooling gas, each structure in the alloy particles can be made fine, so that the cycle characteristics can be further improved.

또한 본 발명의 리튬 이차 전지용 음극 활물질의 제조 방법은 상술한 제조 방법이고, Si상 제거 후의 분말의 비표면적이 Si상 제거 전의 급냉 합금 분말의 비표면적의 1.2배 이상, 50 배 이하가 되도록 알칼리성 용액에 함침처리하는 것을 특징으로 한다.Moreover, the manufacturing method of the negative electrode active material for lithium secondary batteries of this invention is the manufacturing method mentioned above, Alkaline solution so that the specific surface area of the powder after Si phase removal may be 1.2 times or more and 50 times or less of the specific surface area of the quenching alloy powder before Si phase removal. It is characterized in that the impregnation treatment.

이러한 제조 방법에 의하면, 비표면적이 당초 1.2배 이상이 되도록 함침 처리를 실시하므로 입자 표면의 Si이 용출되어, Si과 전해액과의 반응이 억제되어 사이클 특성을 향상시킬 수 있다. According to such a manufacturing method, since the impregnation process is performed so that the specific surface area may be 1.2 times or more initially, Si of a particle surface elutes, reaction of Si and electrolyte solution can be suppressed, and cycling characteristics can be improved.

또한 알칼리성 용액으로 Si상을 제거하는 것은 Si상 제거 후의 분말의 비표면적이 Si상 제거 전의 급냉 합금 분말의 비표면적의 50배 이하가 되도록 실시하는 것이 바람직하다. 50배 이상이 되면, 활물질이 되는 Si 양이 감소되어 용량이 큰 폭으로 저하됨과 동시에, 입자가 구조적으로 파괴되어, 충방전에 의한 팽창·수축에 의해 붕괴되고 사이클 특성이 저하되어 바람직하지 않다.The removal of the Si phase with the alkaline solution is preferably carried out so that the specific surface area of the powder after removing the Si phase is 50 times or less of the specific surface area of the quench alloy powder before removing the Si phase. When the amount is 50 times or more, the amount of Si used as the active material is reduced, the capacity is greatly reduced, and the particles are structurally broken, collapsed by expansion and contraction due to charge and discharge, and the cycle characteristics are deteriorated, which is not preferable.

이하 본 발명의 실시 형태를 도면을 참조하여 설명한다.Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

본 실시 형태의 리튬 이차 전지용 음극 활물질은 Si상 및 SiM상을 반드시 포함하고, 또한 X상 또는 SiX상 중 어느 하나 또는 둘을 포함하는 다상 합금 분말로 이루어지고, 다상 합금 분말의 입자 표면에서의 Si상의 양이 입자 내부에서의 Si상의 양보다 적게 구성되어 있다. 도 1에는, 다상 합금 분말을 구성하는 일 입자의 외관 모식도의 일 예를 나타내었고, 도 2에서는 도 1에 나타낸 일 입자의 단면 모식도의 일 예를 나타내었다.The negative electrode active material for lithium secondary battery of this embodiment consists of a polyphase alloy powder which necessarily contains a Si phase and a SiM phase, and also contains either or both of an X phase and a SiX phase, and the Si on the particle surface of a polyphase alloy powder is carried out. The amount of phase is comprised less than the amount of Si phase inside a particle. In FIG. 1, an example of an external appearance schematic diagram of one particle constituting the polyphase alloy powder is illustrated, and FIG. 2 illustrates an example of a cross-sectional schematic diagram of one particle illustrated in FIG. 1.

도 1 및 도 2에 나타낸 것과 같이, 음극 활물질을 구성하는 다상 합금 분말 입자(1)의 조직에는 Si상(2), SiM상(3) 및 Si상 또는 SiX상(4)이 포함되어 있다.As shown in FIG. 1 and FIG. 2, the structure of the polyphase alloy powder particle 1 which comprises a negative electrode active material contains the Si phase 2, the SiM phase 3, and the Si phase or SiX phase 4.

Si상(2)은 입자 표면보다도 입자 내부에 많이 존재한다. 이 Si상(2)은 충전시에 리튬과 합금화되어 LiSix상을 형성하고, 충전시에는 리튬을 방출하여 Si상으로 돌아간다. 또한 입자 표면에서 Si상은 잔존하지 않거나 또는 적게 존재하기 때문에, Si상이 전해액과 직접 접촉하는 것이 적어, Si상에 의한 전해액의 분해 반응이 억제된다.Si phase 2 exists more inside a particle than a particle surface. This Si phase 2 is alloyed with lithium at the time of charging to form a LiSi x phase, and at the time of charging, lithium is released to return to the Si phase. In addition, since the Si phase does not remain or is small on the particle surface, the Si phase is less in direct contact with the electrolyte solution, and the decomposition reaction of the electrolyte solution by the Si phase is suppressed.

또한 SiM상(3)은 충방전시에 리튬과 반응하지 않고 상기 입자(1)의 형상을 유지하여 입자(1) 자체의 팽창수축을 제어한다. SiM상(3)을 구성하는 원소 M은 리튬과 합금화하지 않는 금속 원소이고, Ni, Co, As, B, Cr, Cu, Fe, Mg, Mn 및 Y로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1종 이상의 원소이다. 특히 원소 M으로는 Ni을 사용하는 것이 바람직하고, 이 경우 SiM상의 조성은 Si2Ni상이 된다.In addition, the SiM phase 3 maintains the shape of the particles 1 without reacting with lithium during charge and discharge to control expansion and contraction of the particles 1 itself. The element M constituting the SiM phase 3 is a metal element which is not alloyed with lithium and is at least one element selected from the group consisting of Ni, Co, As, B, Cr, Cu, Fe, Mg, Mn, and Y. to be. It is particularly preferable to use Ni as the element M, in which case the composition of the SiM phase is a Si 2 Ni phase.

또한 X상(4)은, 다상 합금 분말에 도전성을 부여하여 음극 활물질 자체의 비저항을 저감시킨다. X상(4)을 구성하는 원소 X는 비저항이 3Ω·m 이하의 금속 원소이고, Ag, Cu 또는 Au로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 원소이다. 특히 Cu는 리튬과 합금화하지 않으므로 팽창 억제 효과가 있어 바람직하다. 또한 Ag는 Si와 거의 합금화지 않기 때문에, 원소 M으로 Ag와 합금화하지 않는 금속을 선택함에 따라, Ag가 단상으로 존재하여, 입자의 전도도를 향상시킬 수 있어 바람직하다.In addition, the X phase 4 imparts conductivity to the polyphase alloy powder and reduces the specific resistance of the negative electrode active material itself. The element X constituting the X phase 4 is a metal element having a specific resistance of 3 Pa · m or less, and is at least one element selected from the group consisting of Ag, Cu, or Au. Cu is particularly preferable because it does not alloy with lithium and has an expansion inhibiting effect. In addition, since Ag hardly alloys with Si, it is preferable to select a metal which does not alloy with Ag as the element M, so that Ag exists in a single phase and the conductivity of the particles can be improved.

또한 Cu는 Si과 합금화하는 것과 동시에 Si보다 저항이 낮기 때문에, 원소 M과 원소 X의 양쪽성질을 갖는 원소이다. 따라서, 본 발명에 있어서는 원소 M과 원소 X의 양쪽으로 Cu를 사용할 수 있으나, Cu는 원소 M과 원소 X로 동시에 선택되지 않는 것으로 하였다.In addition, Cu is an element having both properties of the element M and the element X because alloying with Si and lower resistance than Si. Therefore, although Cu can be used for both the element M and the element X in this invention, it is assumed that Cu is not selected by the element M and the element X simultaneously.

또한 X상(4)을 대신하여 또는 X상(4)과 함께, SiX상이 석출되어도 좋다. SiX상은 X상(4)와 동일하게 다상 합금 분말에 도전성을 부여하여 음극 활물질 자체의 비저항을 감소시킨다.In addition, the SiX phase may be precipitated instead of the X phase 4 or together with the X phase 4. The SiX phase, like the X phase 4, imparts conductivity to the multiphase alloy powder, thereby reducing the specific resistance of the negative electrode active material itself.

Si상(2), SiM상(3), X상(4), SiX상의 결정 형태는 급냉 속도, 합금 조성, 급냉 후 열처리의 유무에 따라 정해진다. 본 실시 형태의 음극 활물질에 있어서는, 각상의 전체가 결정질상인 것도 좋고, 비정질상이어도 양호하며, 결정질상과 비정질상이 혼재되어 있어도 좋다. 또한, Si상, SiM상, X상, SiX상 이외에 다른 합금상을 포함하여도 좋다.The crystal forms of the Si phase (2), the SiM phase (3), the X phase (4), and the SiX phase are determined by the quench rate, the alloy composition, and the presence or absence of heat treatment after quenching. In the negative electrode active material of this embodiment, the whole phase may be a crystalline phase, an amorphous phase may be sufficient, and a crystalline phase and an amorphous phase may be mixed. In addition to the Si phase, SiM phase, X phase, and SiX phase, other alloy phases may be included.

이어서, 합금 조성에 대하여 설명하면, Si는 Si 단상과 SiM상 또한 SiX상을 형성하는 원소이므로, 합금의 상태도로 분석하여 SiM상, SiX상을 형성하여도 한층 더 Si 단상을 생성하도록 조성비를 선택함에 따라 Si 용량을 얻을 수 있다. 그러나 Si양이 과잉으로 증가하면, Si상이 다량 석출되어 충방전시 음극 활물질 전체의 팽창 수축량이 증가되고 음극 활물질이 미분화되어 사이클 특성이 저하되므로 바람직하지 않다. 구체적으로는 음극 활물질에 있어서 Si 조성비가 30 질량% 이상, 70 질량% 이하의 범위가 바람직하다.Next, when the alloy composition is described, since Si is an element which forms the Si single phase, the SiM phase and the SiX phase, the composition ratio is selected so as to generate the Si single phase even when the SiM phase and the SiX phase are formed by analyzing the state diagram of the alloy. As a result, Si capacity can be obtained. However, when the Si amount is excessively increased, a large amount of Si phase is precipitated, and the amount of expansion and shrinkage of the entire negative electrode active material increases during charging and discharging, and the negative electrode active material is undifferentiated to deteriorate cycle characteristics. Specifically, the range of the Si composition ratio of 30 mass% or more and 70 mass% or less in the negative electrode active material is preferable.

원소 M은 Si와 함께 SiM상을 형성하는 원소이므로, 합금의 상태도로 분석하여 원소 M의 전량이 Si와 합금화되도록 첨가하는 것이 바람직하다. M양이 Si과 합금화할 수 있는 양보다 증가되면, Si가 미끄러져서 합금화되어, 용량을 큰 폭으로 저하시킬 수 있어 바람직하지 않다. 또한 M양이 적으면 SiM상이 적어져서, Si상의 팽창 억제 효과가 적어지고 사이클 특성이 저하되기 때문에 바람직하지 않다. 또한 M상과는 다른 원소, M1상, M2상, M3상와 같이 복수 존재하여도 무방하다. M의 조성비는 Si와 고용 한계가 원소에 따라 상이하므로 구체적으로 한정할 수는 없으나, Si와 M이 고용 한계까지 합금화해도 여전히 Si상이 존재하도록 조성비를 선택하는 것이 바람직하다. 또한 원소 M은 리튬과 합금화되지 않기 때문에, 비가역 용량이 나타나지 않는다. 또한 원소 M은 알칼리성 용액에 대하여 불용인 것이 바람직하다. Since element M forms an SiM phase with Si, it is preferable to add so that the whole amount of element M may alloy with Si by analyzing the state diagram of an alloy. When the amount of M is increased to an amount that can be alloyed with Si, Si is slipped and alloyed, so that the capacity can be greatly reduced, which is not preferable. If the amount of M is small, the amount of SiM phase is small, the effect of suppressing expansion of the Si phase is small, and cycle characteristics are deteriorated. In addition, a plurality of elements may be present, such as elements different from M phase, M1 phase, M2 phase, and M3 phase. The composition ratio of M is not particularly limited since the Si and solid solution limits vary depending on the element, but it is preferable to select the composition ratio so that Si still exists even when Si and M are alloyed to the solid solution limit. In addition, since the element M is not alloyed with lithium, no irreversible capacity appears. Moreover, it is preferable that element M is insoluble about an alkaline solution.

또한 X의 조성비가 크면, 비저항이 감소되므로, Si상이 상대적으로 감소되어 충방전 용량이 감소된다. 한편, X 조성비가 감소되면, 음극 활물질의 비저항이 증가하여 충방전 효율이 감소된다. 이 때문에, 음극 활물질에서 X 조성비는 1 질량% 이상, 30 질량% 이하의 범위인 것이 바람직하다. 또한 원소 X는 알칼리성 용액에 대하여 불용인 것이 바람직하다.In addition, when the composition ratio of X is large, the specific resistance is reduced, so that the Si phase is relatively decreased, thereby reducing the charge and discharge capacity. On the other hand, when the X composition ratio is reduced, the specific resistance of the negative electrode active material is increased to reduce the charge and discharge efficiency. For this reason, it is preferable that X composition ratio in a negative electrode active material is the range of 1 mass% or more and 30 mass% or less. Moreover, it is preferable that element X is insoluble about an alkaline solution.

다상 합금 분말의 평균 입경은 5㎛ 이상, 30㎛ 이하의 범위가 바람직하다. 일반적으로 Si가 포함된 합금 분말은 리튬 이온 전지의 기존 음극 재료로 사용되고 있는 흑연 분말보다 저항이 높기 때문에, 도전 재료를 사용하는 것이 바람직하나, 평균 입경 5㎛ 이하가 되면, 도전 조재의 입경보다 다상 합금 분말의 평균 입경이 작은 경우가 발생하고, 도전 조재의 효과가 얻어지게 되며, 용량과 사이클 특성 등의 전지 특성이 저하되어 바람직하지 않다. 또한 평균 입경이 30㎛를 초과하면, 리튬 전지에 있어서 음극 활물질의 충전 밀도가 저하되어 바람직하지 않다.The average particle diameter of the polyphase alloy powder is preferably in the range of 5 µm or more and 30 µm or less. In general, the alloy powder containing Si has a higher resistance than the graphite powder used as a conventional negative electrode material of a lithium ion battery, and therefore, it is preferable to use a conductive material. However, when the average particle diameter is 5 µm or less, the phase diameter of the conductive assistant is multiphase. The case where the average particle diameter of an alloy powder is small arises, the effect of a conductive support is acquired, and battery characteristics, such as a capacity | capacitance and a cycle characteristic, fall, and are unpreferable. Moreover, when the average particle diameter exceeds 30 micrometers, the charge density of a negative electrode active material falls in a lithium battery, and is unpreferable.

또한 도 1 및 도 2에 나타낸 것과 같이, 다상 합금 분말의 입자 표면에는 다수의 미세 기공(5)이 형성되어 있다. 이 미세 기공(5)은 합금 용탕을 급냉한 후에 알칼리성 용액에 함침처리하여 형성된 것이고, 급냉 직후에 입자 표면에 노출된 Si상의 용출 흔적이다. 이에 따라 Si가 입자 표면에 노출되지 않으므로 충전시 전해액과의 반응이 억제됨과 동시에 이 미세 기공(5)이 형성됨에 따라 다상 합금 분말의 비표면적이 증대되어, 전해액과의 접촉 면적이 증가되어 충방전 효율이 향상된다. 1 and 2, a plurality of fine pores 5 are formed on the particle surface of the polyphase alloy powder. The fine pores 5 are formed by quenching the molten alloy and then impregnating the alkaline solution, and are traces of the elution of the Si phase exposed to the particle surface immediately after quenching. As a result, since Si is not exposed to the particle surface, the reaction with the electrolyte is suppressed during charging, and as the fine pores 5 are formed, the specific surface area of the polyphase alloy powder is increased, and the contact area with the electrolyte is increased, thereby charging and discharging. The efficiency is improved.

미세 기공(5)의 평균 기공 입경은 10nm 이상, 5㎛ 이하의 범위가 바람직하다. 또한 미세 기공(5)의 두께는 10nm 이상, 1㎛ 이하의 범위가 바람직하다. 또한 다상 합금 분말의 비표면적은 0.2m2/g 이상, 5m2/g 이하의 범위가 바람직하다.The average pore particle size of the fine pores 5 is preferably in the range of 10 nm or more and 5 μm or less. In addition, the thickness of the fine pores 5 is preferably in the range of 10 nm or more and 1 m or less. The specific surface area of the polyphase alloy powder is preferably in the range of 0.2 m 2 / g or more and 5 m 2 / g or less.

상기 음극 활물질에 의하면, 입자 표면에서의 Si상의 양이 입자 내부에서의 Si상의 양보다 적게 되므로, Si상에 의한 전해액 분해 반응이 억제되어, 사이클 특성을 향상시킬 수 있다. 또한 입자 중에 Si상 이외에 SiM상과 X상이 포함되어 있기 때문에, Si상 단독의 경우와 비교하여 입자 자체의 팽창 수축량을 감소시킬 수 있고, 입자 자체의 미분화를 방지함과 동시에 전도성을 향상시키고, 사이클 특성을 향상시킬 수 있다.According to the said negative electrode active material, since the amount of Si phase in particle surface becomes less than the amount of Si phase in particle inside, electrolyte solution decomposition reaction by a Si phase can be suppressed and a cycle characteristic can be improved. In addition, since the particles contain a SiM phase and an X phase in addition to the Si phase, the amount of expansion and shrinkage of the particles themselves can be reduced as compared with the Si phase alone, and the fineness of the particles itself is prevented and the conductivity is improved and the cycle is achieved. Properties can be improved.

또한, 입자 표면에 미세한 기공이 형성되어 있어, 입자의 비표면적이 높아지고, 리튬 이온을 신속하게 흡장·방출하는 것이 가능하게 되어, 고율 충방전 특성을 향상시킬 수 있다.In addition, fine pores are formed on the surface of the particles, the specific surface area of the particles is increased, it is possible to quickly occlude and release the lithium ions, it is possible to improve the high rate charge and discharge characteristics.

이어서, 상기 음극 활물질을 사용한 리튬 이차 전지에 대하여 설명한다. 이 리튬 이차 전지는 상기 음극 활물질을 포함하는 음극, 양극과 전해액을 적어도 포함하는 것이다.Next, the lithium secondary battery using the said negative electrode active material is demonstrated. This lithium secondary battery contains at least the negative electrode, the positive electrode, and the electrolyte containing the negative electrode active material.

리튬 이차 전지의 음극은 예를 들면, 음극 활물질을 구성하는 다상 합금 분말이 결착재에 의하여 쉬트상으로 고화성형된 것을 예시할 수 있다. 또한 음극은 쉬트상으로 고화성형된 것에 한정하지 않고, 원주상, 원반상, 판상 또는 원기둥상으로 고화성형된 펠렛도 좋다.The negative electrode of a lithium secondary battery can illustrate that the polyphase alloy powder which comprises a negative electrode active material solidified-molded in the sheet form by the binder, for example. In addition, the cathode is not limited to being solidified in a sheet form, and pellets solidified in a columnar shape, a disk shape, a plate shape or a cylindrical shape may be used.

결착재는 유기질 또는 무기질 중 어느 것도 좋으나, 음극 활물질 합금 분말과 함께 용매에 분산 또는 용해되고, 이어서 용매를 제거함에 따라 합금 분말끼리를 결착시키는 것이면 어느 것도 좋다. 또한 합금 분말과 함께 용해되어 가압 성형 등의 고화 성형을 실시함에 따라 합금 분말끼리를 결착시키는 것도 좋다. 이러한 결착재로서 예를 들면, 비닐계 수지, 셀룰로즈계 수지, 페놀 수지, 열가소성 수지, 열경화성 수지 등이 사용될 수 있고, 예를 들면, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리비닐알콜, 카르복시메틸셀룰로즈, 스티렌부타디엔러버 등의 수지를 예시할 수 있다.The binder may be either organic or inorganic, but any binder may be used as long as the binder is dispersed or dissolved in a solvent together with the negative electrode active material alloy powder, and then the alloy powders are bound together by removing the solvent. In addition, it is also possible to bind the alloy powders together by dissolving together with the alloy powder and performing solidification molding such as pressure molding. As such a binder, for example, a vinyl resin, a cellulose resin, a phenol resin, a thermoplastic resin, a thermosetting resin, or the like can be used. For example, polyvinylidene fluoride, polyvinyl alcohol, carboxymethyl cellulose, styrenebutadiene Resin, such as rubber, can be illustrated.

또한 본 발명의 음극에 있어서는, 음극 활물질 및 결착재 이외에 도전재로 카본 블랙, 흑연 분말, 탄소 섬유, 금속 분말, 금속 섬유 등을 첨가하여도 좋다.In the negative electrode of the present invention, carbon black, graphite powder, carbon fiber, metal powder, metal fiber, or the like may be added as a conductive material in addition to the negative electrode active material and the binder.

이어서, 양극으로는 예를 들면, LiMn2O4, LiCoO2, LiNiO2, LiFeO 2, V2O5, TiS, MoS 등 및 유기설파이드 화합물과 유기 폴리설파이드 화합물 등의 리튬을 흡장 및 방출이 가능한 양극 활물질을 포함하는 것과 Ni, Mn, Co계 등의 복합 산화물을 예시할 수 있다. 또한 양극에는 상기 양극 활물질 이외에 폴리비닐리덴 플루오라이드 등의 결착재와, 카본블랙 등의 도전 조재를 첨가하여도 좋다.Subsequently, the positive electrode can occlude and release lithium such as LiMn 2 O 4 , LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiFeO 2 , V 2 O 5 , TiS, MoS, and an organic sulfide compound and an organic polysulfide compound. The composite oxide containing a positive electrode active material and Ni, Mn, Co type | system | group etc. can be illustrated. In addition to the positive electrode active material, a binder such as polyvinylidene fluoride and a conductive additive such as carbon black may be added to the positive electrode.

양극 및 음극의 구체예로서, 상기 양극 또는 음극을 금속박 또는 금속 메쉬로 이루어진 전도체에 도포하여 쉬트상으로 성형한 것을 예시할 수 있다.Specific examples of the positive electrode and the negative electrode may be one in which the positive electrode or the negative electrode is applied to a conductor made of a metal foil or a metal mesh and molded into a sheet.

또한 전해액으로는, 예를 들면, 비프로톤성 용매에 리튬염이 용해된 유기 전해액을 예시할 수 있다.Moreover, as electrolyte solution, the organic electrolyte solution which the lithium salt melt | dissolved in the aprotic solvent can be illustrated, for example.

비프로톤성 용매로서는, 프로필렌 카보네이트, 에틸렌 카보네이트, 부틸렌 카보네이트, 벤조니트릴, 아세토니트릴, 테트라하이드로퓨란, 2-메틸테트라하이드로퓨란, γ-부티로락톤, 디옥솔란, 4-메틸디옥솔란, N,N-디메틸포름아미드, 디메틸아세토아미드, 디메틸설폭사이드, 디옥산, 1,2-디메톡시에탄, 설포란, 디클로로에탄, 클로로벤젠, 니트로벤젠, 디메틸카보네이트, 메틸에텔 카보네이트, 디에틸 카보네이트, 메틸프로필 카보네이트, 메틸이소프로필 카보네이트, 에틸부틸 카보네이트, 디프로필 카보네이트, 디이소프로필 카보네이트, 디부틸 카보네이트, 디에틸렌글리콜, 디메틸에테르 등의 비프로톤성 용매 또는 이 용매 중 이종 이상을 혼합한 혼합 용매를 예시할 수 있고, 특히 프로필렌 카보네이트(PC), 에틸렌 카보네이트(EC), 부틸렌 카보네이트(BC) 중 어느 하나를 반드시 포함하고, 또한 디메틸 카보네이트, 메틸에틸 카보네이트(MEC), 디에틸 카보네이트(DEC) 중 어느 하나를 반드시 포함하는 것이 좋다.Examples of aprotic solvents include propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, benzonitrile, acetonitrile, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, γ-butyrolactone, dioxolane, 4-methyldioxolane, N, N-dimethylformamide, dimethylacetoamide, dimethyl sulfoxide, dioxane, 1,2-dimethoxyethane, sulfolane, dichloroethane, chlorobenzene, nitrobenzene, dimethyl carbonate, methyl ether carbonate, diethyl carbonate, methylpropyl Examples of aprotic solvents such as carbonate, methyl isopropyl carbonate, ethyl butyl carbonate, dipropyl carbonate, diisopropyl carbonate, dibutyl carbonate, diethylene glycol, and dimethyl ether, or a mixed solvent in which two or more kinds of these solvents are mixed. Propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), butylene carbonate (BC) It is always necessary to include any one of the dimethyl carbonate, methyl ethyl carbonate (MEC), diethyl carbonate (DEC) is also preferably included.

또한 리튬염으로는 LiPF6, LiBF4, LiSbF6, LiAsF6, LiClO4 , LiCF3SO3, Li(CF3SO2)2N, LiC4F9SO3, LiSbF6 , LiAlO4, LiAlCl4, LiN(CxF2x+1SO2)(Cy F2y+1SO2)(단, x 및 y는 자연수), LiCl, LiI 등 중 어느 1종 또는 2종 이상의 리튬염을 혼합한 것을 예시할 수 있고, 특히 LiPF6, LiBF4, LiN(CF3SO2)2, LiN(C2F5SO2) 중 어느 하나를 포함하는 것이 바람직하다.LiPF 6 , LiBF 4 , LiSbF 6 , LiAsF 6 , LiClO 4 , LiCF3SO 3 , Li (CF 3 SO 2 ) 2 N, LiC 4 F 9 SO 3 , LiSbF 6 , LiAlO 4 , LiAlCl 4 , LiN (C x F 2x + 1 SO 2 ) (C y F 2y + 1 SO 2 ) (where x and y are natural water), LiCl, LiI, etc., any one, or a mixture of two or more lithium salts will be exemplified. In particular, it is preferable to include any one of LiPF 6 , LiBF 4 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , and LiN (C 2 F 5 SO 2 ).

또한 전해질의 다른 예로서, PEO, PVA 등의 폴리머에 상기 기재된 리튬염 중 어느 하나를 혼합한 것과, 팽창성이 높은 폴리머에 유기 전해액을 함침시킨 것 등, 이른바 폴리머 전해질을 사용하여도 좋다.As another example of the electrolyte, so-called polymer electrolytes such as a mixture of any one of the lithium salts described above with a polymer such as PEO and PVA, and an organic electrolyte solution impregnated with a highly expandable polymer may be used.

또한 본 발명의 리튬 이차 전지는 양극, 음극, 전해질에 한정되지 않고, 필요에 따라 다른 부재 등을 포함하여도 좋고, 예를 들면, 양극과 음극을 격리하는 세퍼레이터를 포함하여도 좋다.In addition, the lithium secondary battery of the present invention is not limited to the positive electrode, the negative electrode, and the electrolyte, and may include other members or the like as necessary, and may include, for example, a separator that separates the positive electrode and the negative electrode.

이러한 리튬 이차 전지에 의하면, 상기 음극 활물질을 포함하여, 충방전에 수반되는 팽창수축이 적어지므로, 음극 활물질이 미분화되거나, 집전체로부터 탈리될 우려가 없고, 또한 도전재와의 접촉도 유지되어 충방전 용량을 향상시킴과 동시에 사이클 특성을 향상시킬 수 있다.According to such a lithium secondary battery, since the expansion and contraction accompanying charge / discharge is reduced, including the negative electrode active material, there is no fear that the negative electrode active material is undifferentiated or detached from the current collector, and the contact with the conductive material is also maintained, thereby charging. The cycle characteristics can be improved while improving the discharge capacity.

또한, 다상 합금 입자 표면에서의 Si상의 석출량이 적어지므로, 비수 전해액의 분해 반응이 억제되어 충방전 용량을 향상시킬 수 있으며 사이클 특성을 향상시킬 수 있다.In addition, since the amount of precipitation of the Si phase on the surface of the polyphase alloy particles decreases, the decomposition reaction of the nonaqueous electrolyte solution is suppressed, so that the charge and discharge capacity can be improved, and the cycle characteristics can be improved.

또한 다상 합금 분말의 입자 표면에 다수개의 미세한 기공이 형성되어 있어, 리튬 이차 전지의 음극 활물질로 사용된 경우에 상기 미세한 기공에 비수 전해액이 함침됨과 동시에 도전성이 높은 X상이 있으므로 리튬 이온의 확산을 보다 효율적으로 실시할 수 있고, 고율 충방전이 가능하게 된다.In addition, a plurality of fine pores are formed on the surface of the particles of the polyphase alloy powder, and when used as a negative electrode active material of a lithium secondary battery, the fine pores are impregnated with the nonaqueous electrolyte and have a high conductivity X phase, thereby increasing the diffusion of lithium ions. It can be performed efficiently and high rate charge / discharge can be attained.

이어서, 본 실시 형태의 리튬 이차 전지용 음극 활물질의 제조 방법을 설명한다. 본 실시 형태의 리튬 이차 전지용 음극 활물질의 제조 방법은, Si, 원소 M과 원소 X를 포함하는 급냉합금 분말을 제조하는 공정과, 얻어진 급냉 합금 분말을 알칼리성 용액에 함침처리하는 공정으로 개략적으로 구성된다. 이하, 각 공정을 차례대로 설명한다.Next, the manufacturing method of the negative electrode active material for lithium secondary batteries of this embodiment is demonstrated. The manufacturing method of the negative electrode active material for lithium secondary batteries of this embodiment is roughly comprised by the process of manufacturing the quenching alloy powder containing Si, the element M, and the element X, and the process of impregnating the obtained quenching alloy powder in alkaline solution. . Hereinafter, each process is demonstrated in order.

먼저, 급냉 합금 분말을 제조하는 공정에서는, Si, 원소 M과 원소 X를 포함하는 합금 용탕을 급냉하여 급냉 합금 분말을 제조한다. 합금 용탕은 Ni, Co, As, B, Cr, Cu, Fe, Mg, Mn 및 Y로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1종 이상의 원소 M과, Ag, Cu 및 Au로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1종 이상의 원소 X와 Si를 포함하는 것이고, 이들 중 하나 또는 합금을, 예를 들면 고주파 유도 가열법으로 동시에 용해하여 제조한다.First, in the process of manufacturing a quenching alloy powder, the molten alloy containing Si, the element M, and the element X is quenched and a quench alloy powder is manufactured. The molten alloy is at least one element selected from the group consisting of Ni, Co, As, B, Cr, Cu, Fe, Mg, Mn, and Y, and at least one member selected from the group consisting of Ag, Cu, and Au. The above-mentioned element X and Si are included, and one or these alloys are melt | dissolved simultaneously, for example by a high frequency induction heating method, and are manufactured.

합금 용탕에서 Si 함유량은 30 질량% 이상, 70 질량% 이하의 범위가 바람직하다. 합금 용탕에 있어서 Si 함유량이 상기 범위를 벗어나면, Si가 너무 작아져서, Si상이 석출되지 않게 되고, Si양이 너무 많아져서 팽창 수축이 쉬운 음극 활물질이 얻어질 우려가 있어 바람직하지 않다.In the molten alloy, the Si content is preferably in the range of 30% by mass or more and 70% by mass or less. When the Si content in the molten alloy is out of the above range, the Si content becomes too small, the Si phase is not precipitated, and the amount of Si is too large, so that a negative electrode active material which is easy to expand and contract is obtained, which is not preferable.

합금 용탕을 급냉하는 방법으로는 예를 들면 가스 아토마이즈법, 수 아토마이즈법, 롤 급냉법 등을 사용할 수 있다. 가스 아토마이즈 법 및 수 아토마이즈법으로는 분말상의 급냉 합금이 얻어지고, 롤 급냉법으로는 얇은 띠상의 급냉 합금이 얻어진다. 얇은 띠상의 급냉 합금은 다시 분쇄하여 분말을 제조한다. 이에 따라 제조된 급냉 합금 분말의 평균 입경이 최종적으로 얻어지는 다상 합금 분말의 입경이 된다. 따라서, 급냉 합금 분말을 제조할 때에는 이 평균 입경을 5㎛ 이상, 30㎛ 이하의 범위로 조절하는 것이 요구된다.As a method of quenching the molten alloy, for example, a gas atomizing method, a water atomizing method, a roll quenching method, or the like can be used. A powdery quenching alloy is obtained by the gas atomizing method and a water atomizing method, and a thin band-shaped quenching alloy is obtained by the roll quenching method. The thin strip of quench alloy is ground again to produce a powder. The average particle diameter of the quenched alloy powder produced thereby becomes the particle diameter of the polyphase alloy powder finally obtained. Therefore, when manufacturing a quenching alloy powder, it is required to adjust this average particle diameter to the range of 5 micrometers or more and 30 micrometers or less.

합금 용탕으로부터 얻어진 급냉 합금 분말은 조직 전체가 비정질상인 급냉 합금, 일부는 비정질상이고, 그 나머지는 결정질상인 급냉 합금 또는 조직 전체가 결정질상인 급냉 합금이다. 또는 급냉 합금 분말에는 SiX상 및 SiM상을 반드시 포함하고, 또한 X상과 SiX상 중 어느 하나 또는 둘을 포함한다. 또한 이러한 Si상, SiM상, X상, SiX상의 각상은 합금 조직 중에 균일하게 혼재된 상태이다. The quenching alloy powder obtained from the molten alloy is a quenching alloy in which the entire structure is in an amorphous phase, a quenching alloy in which some are in an amorphous phase and the remainder is a crystalline phase or a quenching alloy in which the entire structure is in a crystalline phase. Alternatively, the quench alloy powder necessarily includes a SiX phase and a SiM phase, and also includes either or both of an X phase and a SiX phase. In addition, each of these Si phase, SiM phase, X phase, and SiX phase is a state mixed uniformly in alloy structure.

또한 급냉의 경우 급냉 속도는 100K/초 이상인 것이 바람직하다. 급냉 속도가 100K/초 미만이면, Si상, SiM상, X상, SiX상의 각 상이 합금 조직 중에서 균일하게 석출되지 않을 우려가 있고, 또는 각 상의 결정 크기가 너무 크게 되어, 균일한 팽창 수축 효과, 도전성 부여 효과가 얻어지지 않아 바람직하지 않다.In the case of quenching, the quenching speed is preferably 100 K / sec or more. If the quenching rate is less than 100 K / sec, there is a fear that each phase of the Si phase, SiM phase, X phase, and SiX phase may not be uniformly precipitated in the alloy structure, or the crystal size of each phase is too large, resulting in a uniform expansion and contraction effect, It is unpreferable since electroconductivity provision effect is not acquired.

이어서, 급냉 합금을 알칼리성 용액에 함침처리하는 공정에서는, 급냉 합금 분말의 입자 표면에 석출되는 Si상을 용출 제거한다. 구체적으로는, 급냉 합금 분말을, 알칼리성 용액에 함침시킨 후, 세정 및 건조를 실시한다. 합침 조건은 실온에서 30분 내지 5시간 정도 서서히 교반하면서 실시하는 조건인 것이 좋다. 또한 알칼리성 용액으로는 예를 들면 수산화 나트륨과 수산화 칼륨의 수용액을 사용하는 것이 좋고, 농도는 1 내지 5N 범위가 좋다.Next, in the step of impregnating the quench alloy with the alkaline solution, the Si phase precipitated on the particle surface of the quench alloy powder is eluted and removed. Specifically, the quench alloy powder is impregnated with an alkaline solution, followed by washing and drying. The condensing conditions are preferably conditions to be performed while stirring slowly at room temperature for about 30 minutes to 5 hours. As the alkaline solution, for example, an aqueous solution of sodium hydroxide and potassium hydroxide is preferably used, and the concentration is preferably in the range of 1 to 5N.

단, 여기에서, 서술된 함침 조건은 최종 목표이고, 실제적으로는 입자 표면에 석출된 Si상만이 용출 제거되는 것이 확인되는 함침 조건을 정할 수 있다. 함침 처리를 과도하게 실시하면, 표면뿐 아니라 입자 내부의 Si상까지 용출 제거되어, 음극 활물질의 충방전 용량이 저하되어 바람직하지 않다. 또한 합침 조건이 불충분하면, 입자 표면에 Si상이 잔존하고, 전해액 분해 반응을 야기하므로 바람직하지 않다.However, the impregnation conditions described here are the final targets, and in reality, impregnation conditions can be determined in which only the Si phase precipitated on the particle surface is confirmed to be eluted and removed. Excessive impregnation treatment elutes not only the surface but also the Si phase inside the particles, and the charge and discharge capacity of the negative electrode active material is lowered, which is not preferable. In addition, when the agitation conditions are insufficient, the Si phase remains on the surface of the particles and causes an electrolyte solution decomposition reaction, which is not preferable.

구체적으로는, Si상 제거 후 분말의 비표면적이 Si상 제거 전의 급냉 합금 분말의 비표면적의 1.2배 이상이 되도록 알칼리성 용액으로 함침 처리를 실시하는 것이 바람직하다. 비표면적이 최초 1.2배 이상에 도달할 때까지 함침 처리를 실시함에 따라 표면의 Si 일부 또는 전부를 제거 할 수 있고, 전해액과의 반응을 억제할 수 있다. Specifically, it is preferable to impregnate the alkaline solution so that the specific surface area of the powder after removing the Si phase becomes 1.2 times or more of the specific surface area of the quench alloy powder before removing the Si phase. By performing the impregnation treatment until the specific surface area reaches 1.2 times or more initially, part or all of the Si on the surface can be removed, and the reaction with the electrolyte solution can be suppressed.

또한 Si상 제거 후의 비표면적이 적더라도, Si상 제거 전의 급냉 합금 분말의 비표면적의 50배 이하가 되도록 알칼리성 용액에 함침처리를 실시하는 것이 좋다. 이에 따라 필요 이상의 Si 용해를 방지하고, 전지 용량의 감소를 방지할 수 있다.Moreover, even if there is little specific surface area after Si phase removal, it is good to impregnate an alkaline solution so that it may become 50 times or less of the specific surface area of the quenching alloy powder before Si phase removal. As a result, it is possible to prevent dissolution of Si more than necessary and to prevent reduction of battery capacity.

상기 함침 처리를 실시함에 따라, 급냉 합금 분말의 입자 표면에 석출된 Si상이 용출 제거되고, 입자 표면에는 SiM상, X상 또는 SiX상이 잔존한다. 또한 Si상이 제거된 부분에는 미세 기공이 형성되어 있다. 또한, 입자 표면의 Si상이 제거되므로, 입자 표면에서의 Si상의 양이 입자 내부에서의 Si상의 양보다 작게된다. By performing the said impregnation process, the Si phase precipitated on the particle surface of the quenching alloy powder is eluted and removed, and the SiM phase, X phase, or SiX phase remains on the particle surface. In addition, fine pores are formed in the portion from which the Si phase is removed. In addition, since the Si phase on the particle surface is removed, the amount of the Si phase on the particle surface becomes smaller than the amount of the Si phase inside the particles.

단, 원소 M 및 원소 X는 알칼리 용액에 대하여 불용이고, 또한 SiM상, SiX상은 알칼리 용액에 용해하기 어려우므로 Si상이 우세하게 용출된다.However, since the element M and the element X are insoluble with respect to the alkaline solution, and the SiM phase and the SiX phase are difficult to dissolve in the alkali solution, the Si phase is eluted predominantly.

상기 음극 활물질의 제조 방법에 의하면, 원소 M, 원소 X 및 Si를 포함하는 합금 용탕을 급냉함에 따라, SiX상 및 SiM상이 반드시 포함되고, 또한 X상과 SiX상 중 어느 하나 또는 둘을 포함하는 다상 합금 분말을 쉽게 형성할 수 있다. 이어서, 얻어진 급냉 합금 분말을 알칼리성 용액에 함침시켜 입자 표면의 Si상을 제거하여, 입자 표면에서의 Si상의 양을 입자 내부에서의 Si상의 양보다 작게 할 수 있다. 이에 따라 얻어진 음극 활물질은 전해액의 분해 반응이 억제되고 또한 입자 자체의 팽창수축양을 감소시킬 수 있어 사이클 특성을 향상시킬 수 있다.According to the method for producing the negative electrode active material, as the molten alloy containing the element M, element X and Si is quenched, the SiX phase and the SiM phase are necessarily included, and the polyphase including any one or both of the X phase and the SiX phase. Alloy powder can be easily formed. Subsequently, the obtained quenching alloy powder can be impregnated with an alkaline solution to remove the Si phase on the particle surface, and the amount of the Si phase on the particle surface can be made smaller than the amount of the Si phase inside the particles. The negative electrode active material thus obtained can suppress the decomposition reaction of the electrolyte solution and reduce the amount of expansion and contraction of the particles themselves, thereby improving the cycle characteristics.

또한, SiX상 및 SiM상을 반드시 포함하고, 또한 X상과 SiX상 중 어느 하나 또는 둘을 포함하는 다상 합금 분말을 쉽게 형성할 수 있다. 특히 가스 아토마이즈법 또는 수 아토마이즈법에 의하면, 구상 분말이 얻어지므로, 음극 활물질의 충진 밀도를 증가시킬 수 있고, 음극 활물질의 에너지 밀도를 증가시킬 수 있다.In addition, it is possible to easily form a multiphase alloy powder that necessarily includes a SiX phase and a SiM phase, and also includes either or both of an X phase and a SiX phase. In particular, according to the gas atomizing method or the water atomizing method, since the spherical powder is obtained, the packing density of the negative electrode active material can be increased, and the energy density of the negative electrode active material can be increased.

[실시예 1]Example 1

5mm 각 정도 크기의 괴상 Si 55 중량부와 Ni 분말 35 중량부, Ag 분말 10 중량부를 각각 준비하고, 이를 혼합하여 아르곤 분위기 중에서 고주파 가열법에 의해 용해하여 합금 용탕을 제조하였다. 이 합금 용탕을 80kg/cm2 압력의 헬륨 가스를 사용한 가스 아토마이즈 법에 의해 급냉하여 평균 입경 10㎛의 급냉 합금 분말을 제조하였다. 이 때 급냉 속도는 1 X 105K/초로 하였다.55 parts by weight of massive Si powder, 35 parts by weight of Ni powder, and 10 parts by weight of Ag powder were prepared, respectively, and they were mixed and dissolved in an argon atmosphere by high frequency heating to prepare an alloy molten metal. The molten alloy was quenched by a gas atomization method using helium gas at 80 kg / cm 2 pressure to prepare a quench alloy powder having an average particle diameter of 10 µm. The quenching rate at this time was 1 × 10 5 K / sec.

이어서 얻어진 급냉 합금 분말을 5N의 수산화 나트륨 수용액에 첨가하고, 실온에서 서서히 교반하면서 4시간에 걸쳐 함침 처리하였다. 이후, 나트륨이 잔류되지 않도록 순수로 충분하게 세정하여 건조한 후, 입도 조정을 실시하여 평균 입경 10㎛으로 하였다. 이에 따라, 실험예 1의 음극 활물질을 제조하였다. Subsequently, the obtained quenching alloy powder was added to 5N aqueous sodium hydroxide solution, and it was impregnated over 4 hours, stirring gradually at room temperature. Thereafter, the solution was sufficiently washed with pure water and dried to prevent sodium remaining, and then the particle size was adjusted to an average particle diameter of 10 µm. Thus, the negative electrode active material of Experimental Example 1 was prepared.

얻어진 분말에 대하여 X선 회절을 실시한 결과, Si 결정질상과 NiSi2로 이루어진 조성의 결정질상과 Ag 결정질상이 혼재된 조직이 확인되었다.As a result of performing X-ray diffraction on the obtained powder, a structure in which the crystalline phase and the Ag crystalline phase of the composition consisting of Si crystalline phase and NiSi 2 were mixed was confirmed.

또한 합침 처리 전의 급냉 합금 입자와, 함침 처리 후의 급냉 합금 입자에대하여, 전자 현미경으로 형태 관찰을 실시하였다. 그 결과를 도 3 및 도 4에 나타내었다. 도 3에 나타낸 것과 같이, 함침 처리 전 급냉 합금 분말 입자는 구상이고, 표면은 비교적 매끄러운 것을 알 수 있다. 단, 도 3 및 도 4에 나타낸 사진은 2차 전자상이고, 도 3에서는 Si상이 비교적 짙은 회색으로 비쳐진다. 도 3에 나타낸 것과 같이 Si상은 외관상 길고 가느다란 향상을 나타낸다. 또한 도 3에서는 NiSi2상이 비교적 연한 회색으로 보여진다. 도 3에 나타낸 것과 같이, NiSi2상은 Si상의 주위에 위치하고 있다.Moreover, the shape observation was performed with the electron microscope about the quenching alloy particle before the joining process and the quenching alloy particle after the impregnation process. The results are shown in FIGS. 3 and 4. As shown in FIG. 3, it can be seen that the quench alloy powder particles before the impregnation process are spherical and the surface is relatively smooth. However, the photograph shown to FIG. 3 and FIG. 4 is a secondary electron image, and in FIG. 3, a Si phase is shown to be comparatively dark gray. As shown in Fig. 3, the Si phase shows a long and slender improvement in appearance. In addition, in Fig. 3, the NiSi 2 phase is seen to be relatively light gray. As shown in FIG. 3, the NiSi 2 phase is located around the Si phase.

한편, 함침 처리 후 급냉 합금 분말 입자는, 도 4에 나타낸 것과 같이, 표면에 미세한 기공이 다수 형성되어 있는 것을 알 수 있다. 또한, 입자 표면의 색이 비교적 하나인 것을 알 수 있다. 표면의 미세 기공은 표면에 노출된 Si상이 용출되어 형성된 것으로 생각된다. 또한 입자 표면의 색이 비교적 하나인 것은 Si상이 용출된 결과, 표면이 NiSi2상으로 점거되어, 표면의 조성이 균일하게 되었기 때문이다.On the other hand, the quenching alloy powder particles after the impregnation treatment, it can be seen that a large number of fine pores are formed on the surface, as shown in FIG. It can also be seen that the color of the particle surface is relatively one. The micropores on the surface are thought to be formed by eluting the Si phase exposed on the surface. In addition, the color of the particle surface is relatively one because the Si phase elutes, the surface is occupied by the NiSi 2 phase and the surface composition becomes uniform.

이와 같이, Ni, Ag 및 Si를 포함하는 합금 용탕을 급냉함에 따라, Si상, NiSi2상(SiM상) 및 Ag상(X상)을 갖는 급냉 합금 분말을 용이하게 형성할 수 있다. 따라서, 얻어진 급냉 합금 분말을 알칼리성 용액에 함침시켜 입자 표면의 Si상을 제거함에 따라, 입자 표면에 있어서의 Si상을 감소시킬 수 있다.As described above, as the molten alloy containing Ni, Ag and Si is quenched, the quench alloy powder having the Si phase, the NiSi 2 phase (SiM phase) and the Ag phase (X phase) can be easily formed. Therefore, as the obtained quenching alloy powder is impregnated with the alkaline solution to remove the Si phase on the particle surface, the Si phase on the particle surface can be reduced.

(실시예 2)(Example 2)

Ag 분말에 대하여 Cu 분말을 사용한 것 이외에는 상기 실험예 1과 동일하게 실시하여 실험예 2의 음극 활물질을 제조하였다. A negative electrode active material of Experimental Example 2 was prepared in the same manner as in Experiment 1 except that Cu powder was used for the Ag powder.

또한, 함침 처리의 처리 시간을 1시간으로 한 것 이외에는 상기 실험예 1과 동일하에 실시하여 실험예 3의 음극 활물질을 제조하였다.In addition, the negative electrode active material of Experimental Example 3 was prepared in the same manner as in Experimental Example 1 except that the treatment time of the impregnation treatment was 1 hour.

또한 함침 처리의 처리 온도를 40℃로 하고, 처리 시간을 1시간으로 한 것 이외에는 상기 실험예 1과 동일하게 실시하여 실험예 4의 음극 활물질을 제조하였다.Further, the negative electrode active material of Experimental Example 4 was prepared in the same manner as in Experiment 1 except that the treatment temperature of the impregnation treatment was 40 ° C. and the treatment time was 1 hour.

또한, 함침 처리의 처리 온도를 60℃로 하고, 처리 시간을 1시간으로 한 것 이외에는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하여 실험예 5의 음극 활물질을 제조하였다.The negative electrode active material of Experimental Example 5 was prepared in the same manner as in Example 1 except that the treatment temperature of the impregnation treatment was 60 ° C. and the treatment time was 1 hour.

또한 함침 처리를 실시하지 않은 것을 제외하고는 상기 실험예 1과 동일하게 실시하여 실험예 6의 음극 활물질을 제조하였다.In addition, the negative electrode active material of Experimental Example 6 was prepared in the same manner as in Experiment 1 except that the impregnation treatment was not performed.

상기 실험예 2 내지 6 및 실시예 1에서 제조된 실험예 1의 음극 활물질을 사용하여 리튬 이차 전지를 제조하였다. 실험예 1 내지 6의 음극 활물질 각각 70 중량부, 도전재로 평균 입경 3㎛의 흑연 분말 20 중량부와, 폴리비닐리덴 플루오라이드 10 중량부를 혼합하고, N-메틸피롤리돈을 첨가하고 교반하여 슬러리를 제조하였다. 이어서, 이 슬러리를 두께 14㎛의 동박 위에 도포하고 건조한 후, 이를 압연하여 두께 40㎛의 음극 전극을 제조하였다. 제조된 음극 전극을 직경 13mm의 원형으로 절단하고, 이 음극 전극에 다공질 폴리프로필렌 세퍼레이터를 매개하여 대극으로 금속 리튬을 사용하여, 용량비로 EC : DEC가 3 : 7 혼합 용매에 LiPF6를 1.3몰/L의 농도로 첨가하여 제조된 전해액을 주액하여 코인형 티륨 이차 전지를 제조하였다.A lithium secondary battery was manufactured using the negative electrode active material of Experimental Example 1 prepared in Experimental Examples 2 to 6 and Example 1. 70 parts by weight of each of the negative electrode active materials of Experimental Examples 1 to 6, 20 parts by weight of graphite powder having an average particle diameter of 3 μm as a conductive material, and 10 parts by weight of polyvinylidene fluoride were mixed, N-methylpyrrolidone was added and stirred, Slurry was prepared. Subsequently, this slurry was applied onto a copper foil having a thickness of 14 µm and dried, and then rolled to prepare a cathode having a thickness of 40 µm. The prepared negative electrode was cut into a circle having a diameter of 13 mm, and metal negative electrode was used as a counter electrode via a porous polypropylene separator, and 1.3 mol / l of LiPF 6 was added in a mixed solvent of EC: DEC3: 7 in terms of capacity ratio. Coin-type titanium secondary batteries were prepared by pouring the electrolyte solution prepared by adding L at a concentration.

얻어진 리튬 이차 전지에 대하여, 전지 전압 0V 내지 1.5V 범위에서 0.2C의 전류 밀도로 충방전을 50 사이클 반복 실시하였다. 이때 초기 방전 용량과, 첫 번 충방전 효율과, 50 사이클 후의 용량 유지율을 구하였다. 결과를 표 1에 도시하였다. 또한 표 1에는 각 실시예 1 내지 6의 음극 활물질의 비표면적, 전자 현미경의 면분석으로 얻어진 상기 다상 합금 분말의 입자 표면상의 Si 함유량 a와, 입자 단면의 Si 함유량 b의 비(a/b)를 함께 나타내었다. 또한, Si양은 Si 특성 X선의 강도를 기준하여 측정하였다. The obtained lithium secondary battery was repeatedly charged and discharged at a current density of 0.2 C in a battery voltage of 0 V to 1.5 V for 50 cycles. At this time, the initial discharge capacity, the first charge and discharge efficiency, and the capacity retention rate after 50 cycles were determined. The results are shown in Table 1. Table 1 also shows the specific surface area of the negative electrode active materials of Examples 1 to 6 and the ratio (a / b) of Si content a on the particle surface of the polyphase alloy powder obtained by surface analysis of an electron microscope and Si content b on the particle cross section. Together. In addition, Si amount was measured based on the intensity | strength of Si characteristic X-ray.

초기 용량(mAh/g)Initial capacity (mAh / g) 초기 충방전 효율(%)Initial charge and discharge efficiency (%) 용량 유지율(%)Capacity retention rate (%) 비표면적(m2/g)Specific surface area (m 2 / g) a/ba / b 실시예 1Example 1 721721 92.392.3 92.892.8 1.81.8 0.860.86 실시예 2Example 2 637637 91.591.5 95.095.0 1.91.9 0.820.82 실시예 3Example 3 783783 92.292.2 85.085.0 0.90.9 0.910.91 실시예 4Example 4 680680 92.292.2 90.390.3 2.82.8 0.780.78 실시예 5Example 5 600600 87.087.0 65.765.7 13.013.0 0.620.62 실시예 6Example 6 920920 92.892.8 80.080.0 0.150.15 0.990.99

표 1에 나타낸 것과 같이, 음극 활물질의 함침 처리를 실시한 실험예 1 내지 4의 리튬 이차 전지의 용량 유지율이 함침 처리를 실시하지 않은 실험예 6의 리튬 이차 전지의 용량 유지율보다도 높은 것을 알 수 있다. 이는 실험예 1 내지 4에서는 음극 활물질의 입자 표면의 Si상이 함침 처리에 의해 제거되었기 때문에, Si상에 의해 전해액의 분해 반응이 억제되었기 때문으로 생각된다. 또한 함침 처리에 의해 비저항이 높은 Si상이 제거되어 입자 표면의 표면 저항 저하 및 용량 유지율 향상에 기혀한 것으로 생각된다. 단, 실험예 5와 같이 함침 처리를 과잉으로 실시하면, 입자 내부의 Si도 용출되기 때문에 입자의 강도가 저하되어, 팽창에 견디지 못하여 사이클 특성이 저하된다.As shown in Table 1, it can be seen that the capacity retention rate of the lithium secondary batteries of Experimental Examples 1 to 4 subjected to the impregnation treatment of the negative electrode active material is higher than that of the lithium secondary battery of Experimental Example 6 not subjected to the impregnation treatment. This is considered to be because in Experimental Examples 1 to 4, since the Si phase on the particle surface of the negative electrode active material was removed by the impregnation treatment, the decomposition reaction of the electrolyte solution was suppressed by the Si phase. In addition, it is considered that the Si phase having a high specific resistance is removed by the impregnation treatment, which contributes to the reduction of the surface resistance of the particle surface and the improvement of capacity retention. However, if the impregnation treatment is excessively carried out as in Experimental Example 5, the Si inside the particles is also eluted, so that the strength of the particles is lowered, and the cycle characteristics are lowered without being able to withstand expansion.

또한 실험예 1과 2를 비교하면, 실험예 2의 용량 유지율이 높은 것을 알 수 있다. 이는 실험예 1에서 원소 X로서 사용된 Ag가 Li과 합금화되므로 실험예 1의 용량 유지율이 저하되고 한편 실험예 2에서 원소 X로 사용된 Cu는 Li과 합금화되지 않기 때문에 용량 유지율이 향상되는 것으로 생각된다.Moreover, when comparing Experimental Example 1 and 2, it turns out that the capacity retention rate of Experimental Example 2 is high. This is because Ag used as the element X in Experimental Example 1 is alloyed with Li, and thus the capacity retention rate of Experimental Example 1 is lowered, while Cu used as the element X in Experimental Example 2 is not alloyed with Li. do.

또한, 실험예 3은 함침 시간이 실험예 1보다 짧고, 이 때문에 Si상이 입자 표면에 약간 잔존하였다. 따라서, 실험예 1보다는 용량 유지율이 저하되나, 실험예 6보다는 용량 유지율이 우수한 것을 알 수 있다. In Experiment 3, the impregnation time was shorter than that of Experiment 1, and therefore, the Si phase slightly remained on the particle surface. Therefore, the capacity retention rate is lower than that of Experimental Example 1, but it can be seen that capacity retention is superior to Experimental Example 6.

또한 실험예 4는 함침 온도가 실험예 1보다 높고, 이 때문에 입자 내부의 Si상까지 용출되었다. 따라서, 용량 유지율에 있어서는 실험예 1과 동등하나, 초기 용량이 실험예 1보다도 저하되었다.In addition, the impregnation temperature of Experimental Example 4 was higher than that of Experimental Example 1, and thus eluted to the Si phase inside the particles. Therefore, although the capacity retention rate is the same as that of Experimental Example 1, the initial dose was lower than that of Experimental Example 1.

또한, 실험예 5는 함침 온도가 실험예 4보다도 높고, 이 때문에 입자 내부의 Si상까지 용출되었다. 따라서, 용량 유지율 및 초기 용량에 있어서 실험예 1보다도 큰 폭으로 저하되었다.In addition, the impregnation temperature of Experimental Example 5 was higher than that of Experimental Example 4, and therefore eluted to the Si phase inside the particles. Therefore, the capacity | capacitance retention and initial stage capacity fell more significantly than Experimental example 1.

상술한 것과 같이, 함침 처리를 적당하게 실시함에 따라, 입자 내부의 Si상을 용출 제거할 수 있고, 이에 따라 리튬 이차 전지의 사이클 수명과 충방전 용량을 동시에 개선할 수 있음을 알 수 있다.As described above, when the impregnation treatment is appropriately performed, it is understood that the Si phase inside the particles can be eluted and removed, thereby improving the cycle life and the charge / discharge capacity of the lithium secondary battery at the same time.

이상 설명한 것과 같이, 본 발명의 리튬 이차 전지용 음극 활물질에 의하면, Si상에 의해 전해액의 분해 반응이 억제되고, 또한 입자 표면의 저항을 감소시킬 수 있고 또한 입자 자체의 팽창 수축량을 감소시킬 수 있어, 입자 자체의 미분화를 방지하여 사이클 특성을 향상시킬 수 있다.As described above, according to the negative electrode active material for a lithium secondary battery of the present invention, the decomposition reaction of the electrolyte solution can be suppressed by the Si phase, the resistance of the particle surface can be reduced, and the amount of expansion and shrinkage of the particles themselves can be reduced, By preventing the micronization of the particles themselves, the cycle characteristics can be improved.

도 1은 본 발명의 실시 형태의 리튬 이차 전지용 음극 활물질을 나타낸 모식도.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The schematic diagram which showed the negative electrode active material for lithium secondary batteries of embodiment of this invention.

도 2는 본 발명의 실시 형태의 리튬 이차 전지용 음극 활물질을 나타낸 단면 모식도.2 is a schematic cross-sectional view showing a negative electrode active material for a lithium secondary battery of an embodiment of the present invention.

도 3은 함침 처리 전의 실험예 1의 음극 활물질의 전자 현미경 사진(2차 전자상). 3 is an electron micrograph (secondary electron image) of the negative electrode active material of Experimental Example 1 before the impregnation treatment.

도 4는 함침 처리 후의 실험예 1의 음극 활물질의 전자 현미경 사진(2차 전자상).4 is an electron micrograph (secondary electron image) of the negative electrode active material of Experimental Example 1 after the impregnation treatment.

Claims (10)

Si상 및 SiM상을 포함하고, X상 또는 SiX상 중 어느 하나 또는 둘을 포함하는 다상 합금 분말로 이루어지고, 상기 다상 합금 분말의 입자 표면에서의 Si상의 양이 입자 내부에 있어서의 Si상 양보다 적은 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지용 음극 활물질로서, 상기 M은 Ni, Co, As, B, Cr, Cu, Fe, Mg, Mn 및 Y로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1종 이상의 원소이고, 원소 X는 Ag, Cu 및 Au로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1종 이상의 원소이고, Cu는 원소 M과 원소 X로 동시에 선택되지 않는 것인 리튬 이차 전지용 음극 활물질.A polyphase alloy powder comprising a Si phase and a SiM phase and comprising either or both of an X phase and a SiX phase, and the amount of Si phase on the particle surface of the multiphase alloy powder is the amount of Si phase in the particles. A negative electrode active material for a lithium secondary battery, characterized in that less, wherein M is at least one or more elements selected from the group consisting of Ni, Co, As, B, Cr, Cu, Fe, Mg, Mn and Y, element X Is at least one element selected from the group consisting of Ag, Cu, and Au, and Cu is not selected at the same time as the element M and the element X. 제 1 항에 있어서, 상기 다상 합금 분말의 입자 표면에 미세 기공이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지용 음극 활물질.The negative electrode active material of claim 1, wherein fine pores are formed on a particle surface of the multiphase alloy powder. 제 2 항에 있어서, 상기 미세 기공의 평균 입경이 10nm 이상, 5㎛ 이하의 범위인 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지용 음극 활물질.The negative electrode active material of claim 2, wherein the average particle diameter of the fine pores is 10 nm or more and 5 µm or less. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다상 합금 분말은 Ni, Co, As, B, Cr, Cu, Fe, Mg, Mn 및 Y로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1종 이상의 원소 M과, Ag, Cu, 및 Au로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1종 이상의 원소 X와, Si를 포함하는 합금 용탕을 급냉시켜 급냉 합금 분말을 형성하고, 상기 급냉 합금 분말을 알칼리성 용액에 함침시켜 입자 표면에 Si상의 일부 또는 전부를 제거하여 형성시킨 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지용 음극 활물질로서, Cu는 원소 M과 원소 X로 동시에 선택되지 않는 것인 리튬 이차 전지용 음극 활물질.The at least one element M according to any one of claims 1 to 3, wherein the polyphase alloy powder is selected from the group consisting of Ni, Co, As, B, Cr, Cu, Fe, Mg, Mn and Y. And quenching the molten alloy containing at least one element X selected from the group consisting of Ag, Cu, and Au and Si, to form a quench alloy powder, and impregnating the quench alloy powder into an alkaline solution to form a particle surface. A negative electrode active material for lithium secondary batteries, wherein a part or all of Si phases are removed to form Cu, wherein Cu is not simultaneously selected from element M and element X. 제 1 항에 있어서, 전자 현미경 면 분석에 따라 얻어진 상기 다상 합금 분말의 입자 표면상의 Si 함유량 a와, 입자 단면의 Si 함유량 b의 비가 0.5 ≤ a/b ≤0.95인 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지용 음극 활물질.The negative electrode for a lithium secondary battery according to claim 1, wherein a ratio of Si content a on the surface of the particles of the polyphase alloy powder obtained by electron microscope surface analysis and Si content b of the particle cross section is 0.5 ≦ a / b ≦ 0.95. Active material. 제 4 항에 있어서, 가스 아토마이즈법, 수 아토마이즈법 또는 롤 급냉법으로 상기 합금 용탕을 급냉시키는 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지용 음극 활물질.The negative electrode active material for lithium secondary battery according to claim 4, wherein the molten alloy is quenched by a gas atomizing method, a water atomizing method, or a roll quenching method. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 기재된 리튬 이차 전지용 음극 활물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지.The lithium secondary battery containing the negative electrode active material for lithium secondary batteries in any one of Claims 1-6. Ni, Co, As, B, Cr, Cu, Fe, Mg, Mn 및 Y로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1종 이상의 원소 M과, Ag, Cu 및 Au로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 원소 X와, Si를 포함하는 합금 용탕을 급냉하여 급냉 합금 분말을 제조하고, 상기 급냉 합금 분말을 알카리성 용액에 함침시켜 입자 표면의 Si상의 일부 또는 전부를 제거하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지용 음극 활물질의 제조 방법으로서, 상기 Cu는 원소 M과 원소 X로 동시에 선택되지 않는 것인 리튬 이차 전지용 음극 활물질의 제조 방법.At least one element M selected from the group consisting of Ni, Co, As, B, Cr, Cu, Fe, Mg, Mn and Y, and at least one element X selected from the group consisting of Ag, Cu and Au; And quenching the molten alloy containing Si to produce a quench alloy powder, and impregnating the quench alloy powder with an alkaline solution to remove part or all of the Si phase on the surface of the particle. As a method for producing a negative electrode active material for a lithium secondary battery, wherein Cu is not simultaneously selected as an element M and an element X. 제 8 항에 있어서, 가스 아토마이즈법, 수 아토마이즈법 또는 롤 급냉법으로 상기 합금 용탕을 급냉시키는 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지용 음극 활물질의 제조 방법.The method for producing a negative electrode active material for a lithium secondary battery according to claim 8, wherein the molten metal is quenched by a gas atomizing method, a water atomizing method or a roll quenching method. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서, Si상 제거 후 분말의 비표면적이 Si상 제거전의 급탕 합금 분말의 비표면적의 1.2배 이상, 50배 이하가 되도록 알칼리성 용액에 함침처리를 실시하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지용 음극 활물질의 제조 방법.10. The alkaline solution according to claim 8 or 9, wherein the alkaline solution is impregnated so that the specific surface area of the powder after removing the Si phase is 1.2 times or more and 50 times or less the specific surface area of the hot water alloy powder before removing the Si phase. The manufacturing method of the negative electrode active material for lithium secondary batteries.
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