KR20100019581A - 리튬 이차 전지용 음극 활물질, 이의 제조 방법, 이를포함하는 리튬 이차 전지용 음극, 및 리튬 이차 전지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 리튬 이차 전지용 음극 활물질에 관한 것으로서, 상기 음극 활물질은 활성 물질, 및 상기 활성 물질 표면에 형성되며, 나노 기공을 갖는 유기 가교층을 포함한다.

리튬 이차 전지, 음극 활물질, 유기 가교층, 시나메이트(cinnamate)

Description

리튬 이차 전지용 음극 활물질, 이의 제조 방법, 이를 포함하는 리튬 이차 전지용 음극, 및 리튬 이차 전지{NEGATIVE ACTIVE MATERIAL FOR RECHARGEABL LITHIUM BATTERY, METHOD OF PREPARING SAME, NEGATIVE ELECTRODE FOR RECHARGEABLE LITHIUM BATTERY USING SAME AND RECHARGEABLE LITIHUM BATTERY}

본 발명은 리튬 이차 전지용 음극 활물질, 이의 제조 방법, 이를 포함하는 리튬 이차 전지용 음극, 및 리튬 이차 전지에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 우수한 수명 특성을 갖는 리튬 이차 전지용 음극 활물질, 이의 제조 방법, 이를 포함하는 리튬 이차 전지용 음극, 및 리튬 이차 전지에 관한 것이다.

최근의 휴대용 소형 전자기기의 전원으로서 각광받고 있는 리튬 이차 전지는 유기 전해질을 사용하여 기존의 알칼리 수용액을 사용한 전지보다 2배 이상의 높은 방전 전압을 보임으로써 높은 에너지 밀도를 나타내는 전지이다.

리튬 이차 전지의 양극 활물질로는 LiCoO₂, LiMn₂O₄, LiNi_{1 -x}Co_xO₂(0 < x < 1)등과 같이, 리튬의 인터칼레이션이 가능한 구조를 가진 리튬과 전이 금속으로 이루어진 산화물을 주로 사용하였다.

음극 활물질로는 리튬의 삽입 및 탈리가 가능한 인조 흑연, 천연 흑연 및 하드 카본을 포함한 다양한 형태의 탄소계 재료가 적용되어 왔다. 상기 탄소계 재료중 흑연은 리튬 대비 방전 전압이 -0.2V로 낮아, 흑연을 음극 활물질로 사용한 전지는 3.6V의 높은 방전 전압을 나타내어, 리튬 전지의 에너지 밀도면에서 이점을 제공하며, 또한 뛰어난 가역성으로 리튬 이차 전지의 장수명을 보장하여 가장 널리 사용되고 있다. 그러나 흑연을 활물질로 극판을 제조할 경우 극판 밀도가 낮아져 극판의 단위 부피당 에너지 밀도 측면에서 용량이 낮은 문제점이 있다. 또한, 높은 방전 전압에서는 흑연이 사용되는 유기 전해질과의 부반응이 일어나기 쉬워, 전지의 오동작 및 과충전 등에 의해 발화 혹은 폭발의 위험성이 있다.

이러한 문제를 해결하기 위하여, 산화물계 음극 활물질이 최근 개발되고 있다. 일례로 후지 필름이 연구 개발한 비정질의 주석 산화물은 중량당 800 mAh/g의 고용량을 나타내나, 초기 비가역 용량이 50% 정도 되는 치명적인 문제가 있다. 또한 충방전에 의해 주석 산화물 중 일부가 산화물에서 주석 금속으로 환원되는 등 부수적인 문제도 심각하게 발생되고 있어 전지에의 사용을 더욱 어렵게 하고 있는 실정이다. 이외에 산화물 음극으로 일본 특허 공개 번호 제2002-216753호에 Li_aMg_bVO_c(0.05≤a≤3, 0.12≤b≤2, 2≤2c-a-2b≤5) 음극 활물질이 기술되어 있다. 또한, 일본 전지 토론회 2002년 요지집번호 3B05에서는 Li_{1 .1}V_{0 .9}O₂의 리튬 이차 전지 음극 특성에 대해 발표된 바 있다.

그러나 아직 산화물 음극으로는 만족할 만한 전지 성능을 나타내지 못하여 그에 관한 연구가 계속 진행 중에 있다.

본 발명은 우수한 수명 특성을 나타내는 리튬 이차 전지용 음극 활물질을 제공하는 것이다.

본 발명은 또한, 상기 음극 활물질의 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명은 또한, 상기 음극 활물질을 포함하는 음극을 제공하는 것이다.

본 발명은 또한, 상기 음극 활물질을 포함하는 음극을 포함하는 리튬 이차 전지를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 구현예에 따르면, 활성 물질, 및 상기 활성 물질 표면에 형성되며 나노 기공을 갖는 유기 가교층을 포함하는 리튬 이차 전지용 음극 활물질을 제공한다.

상기 유기 가교층은 하기 화학식 1로 표현되는 고분자간의 가교 결합으로 형성된 고분자를 포함한다.

[화학식 1]

(상기 화학식 1에서,

상기 R₁은 치환 또는 비치환된 알킬렌이고,

상기 R₂는 수소, 치환 또는 비치환된 알킬, 치환 또는 비치환된 사이클로알킬, 치환 또는 비치환된 아릴, 치환 또는 비치환된 헤테로고리, 및 R₉OR₁₀으로 이루어진 군에서 선택되는 것이고,

상기 R₃는 치환 또는 비치환된 알킬렌이고,

상기 R₄ 및 R₅는 동일하거나 서로 독립적으로, 수소, 및 치환 또는 비치환된 알킬로 이루어진 군에서 선택되는 것이고,

상기 R₉는 치환 또는 비치환된 알킬렌이고,

상기 R₁₀은 치환 또는 비치환된 알킬, 및 치환 또는 비치환된 아릴로 이루어 진 군에서 선택되는 것이고,

상기 n은 50 내지 10,000이고,

상기 m은 0 내지 5이다.)

상기 유기 가교층은 1,000 내지 1,000,000의 중량평균 분자량을 갖는 고분자를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 유기 가교층은 5 내지 350nm의 평균 두께를 갖는 것이 바람직하다.

상기 유기 가교층은 음극 활물질 총량에 대하여 0.1 내지 3중량%로 포함되는 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 일 구현예에 따르면, 활성 물질 표면에 화학식 1의 고분자를 포함하는 코팅 조성물을 코팅하는 단계, 및 상기 코팅된 활성 물질에 UV를 조사하여 음극 활물질을 제조하는 단계를 포함하는 리튬 이차 전지용 음극 활물질의 제조 방법이 제공된다.

본 발명의 또 다른 일 구현예에 따르면, 상기 리튬 이차 전지용 음극 활물질을 포함하는 음극이 제공된다.

본 발명의 또 다른 일 구현예에 따르면, 상기 리튬 이차 전지용 음극 활물질을 포함하는 음극을 포함하는 리튬 이차 전지가 제공된다.

본 발명의 음극 활물질은, 화학식 1의 고분자가 가교되어 형성된 유기 가교층이 활성 물질 표면에 형성되어 충방전시 부피 변화를 억제할 수 있다. 따라서, 향상된 수명 특성을 나타낸다.

이하 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로서, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구범위에 의해 정의될 뿐이다.

본 발명의 일 구현예에 따른 리튬 이차 전지용 음극 활물질에 대하여 구체적으로 살펴본다.

일반적으로 리튬 이차 전지의 음극 활물질은, 반복적인 충방전에 따른 리튬 이온의 삽입 및 탈리 작용으로 음극 활물질이 부피 팽창 및 수축을 거듭하고, 활물질 내에 크랙이 발생하게 되며, 이로 인해 음극 활물질의 수명이 열화되고 전기 전도도가 저하되는 문제점이 있다.

본 발명은 충방전에 따른 부피 변화를 억제하여, 수명 열화 및 전기 전도도 저하의 문제점을 개선하고, 또한 음극에서 전해질이 압출되어 음극 표면에 두꺼운 피막이 형성되는 것을 예방할 수 있는 리튬 이차 전지용 음극 활물질을 제공한다.

본 발명의 음극 활물질은 활성 물질, 및 상기 활성 물질의 표면에 형성되며 나노 기공을 갖는 유기 가교층을 포함한다.

상기 유기 가교층은 하기 화학식 1로 표현되는 고분자간의 가교 결합으로 형성된 고분자를 포함한다.

[화학식 1]

또한, 상기 화학식 1로 표현되는 고분자의 대표적인 예로는, 하기 화학식 2와 같은 시나메이트 그룹을 갖는 고분자를 들 수 있다.

[화학식 2]

또한, 상기 화학식 1로 표현되는 고분자의 가교 결합으로 형성된 고분자로는 하기 화학식 3으로 표현되는 고분자를 들 수 있다.

[화학식 3]

상기 화학식 3으로 표현되는 고분자의 대표적인 예로는, 하기 화학식 4로 표현되는 고분자를 들 수 있다.

[화학식 4]

상기 화학식 1 내지 4에서,

상기 R₁ 및 R₁'는 동일하거나 서로 독립적으로 치환 또는 비치환된 알킬렌일 수 있고, 바람직하게는 C₂ 내지 C₄의 치환 또는 비치환된 알킬렌일 수 있다.

상기 R₂ 및 R₂'는 동일하거나 서로 독립적으로, 수소, 치환 또는 비치환된 알킬, 치환 또는 비치환된 아릴, 치환 또는 비치환된 헤테로고리, 및 R₉OR₁₀로 이루어진 군에서 선택되는 것일 수 있고, 보다 바람직하게는 치환 또는 비치환된 C₁ 내 지 C₅의 알킬, 페닐, 할로겐(여기서 할로겐은 F, Cl, Br, 또는 I임)으로 치환된 페닐, CH₂-O-CH₃, CH₂-CH₂-O-CH₃, 및 CH₂-CH₂-CH₂-O-CH₃로 이루어진 군에서 선택되는 것일 수 있고, 보다 더욱 바람직하게는 C₁ 내지 C₅의 치환 또는 비치환된 알킬 및 페닐로 이루어진 군에서 선택되는 것일 수 있다. 상기 R₃ 및 R₃'는 동일하거나 서로 독립적으로, 치환 또는 비치환된 알킬렌일 수 있다.

상기 R₄, R_{5 ,} R₄' 및 R₅'는 동일하거나 서로 독립적으로 수소, 및 치환 또는 비치환된 알킬로 이루어진 군에서 선택되는 것일 수 있고, 바람직하게는 수소, 및 치환 또는 비치환된 C₁ 내지 C₅의 알킬로 이루어진 군에서 선택되는 것일 수 있다.

상기 R₆, R₇, R₈, R₆', R₇', 및 R₈'는 동일하거나 서로 독립적으로 수소, 할로겐(여기서 할로겐은 F, Cl, Br, 또는 I임), 및 치환 또는 비치환된 알킬로 이루어진 군에서 선택되는 것일 수 있고, 보다 바람직하게는 수소, 할로겐, 및 C₁ 내지 C₅의 치환 또는 비치환된 알킬로 이루어진 군에서 선택되는 것일 수 있다.

상기 R₉는 치환 또는 비치환된 알킬렌일 수 있고, 상기 R₁₀은 치환 또는 비치환된 알킬 또는 치환 또는 비치환된 아릴기일 수 있다.

상기 n은 50 내지 10,000일 수 있고, 보다 바람직하게는 100 내지 5,000일 수 있다.

상기 m은 0 내지 5일 수 있다.

본 명세서에서 특별한 언급이 없는 한 "알킬렌"이란 C₁ 내지 C₁₀의 알킬렌을, 보다 바람직하게는 C₂ 내지 C₅의 알킬렌을, "아릴"이란 C₆ 내지 C₃₀의 아릴을, 보다 바람직하게는 C₆ 내지 C₁₂의 아릴을, "헤테로고리"란 C₂ 내지 C₃₀의 헤테로고리를, 보다 바람직하게는 C₅ 내지 C₁₀의 헤테로고리를, "알킬"이란 C₁ 내지 C₁₀의 알킬을, 보다 바람직하게는 C₂ 내지 C₅의 알킬을, "사이클로알킬"이란 C₃ 내지 C₃₀의 사이클로알킬을, 보다 바람직하게는 C₃ 내지 C ₁₂의 사이클로알킬을 의미한다.

또한, 본 명세서에서 "헤테로고리"란 헤테로 원자를 포함하는 헤테로아릴, 헤테로사이클로알킬, 헤테로사이클로알케닐, 또는 이들의 융합링을 의미하며, 헤테로 원자는 N, O, 또는 S를 의미한다. 또한, 상기 헤테로고리는 1 내지 10개의 헤테로 원자를 포함하는 것을 의미하며, 바람직하게는 1 내지 5개의 헤테로 원자를 포함할 수 있다.

본 명세서에서 특별한 언급이 없는 한 "치환된"이란 화합물중의 수소 원자가 할로겐기, 치환 또는 비치환된 알킬기, 치환 또는 비치환된 알케닐기, 치환 또는 비치환된 알콕시기, 치환 또는 비치환된 아릴기, 치환 또는 비치환된 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 헤테로사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기, 및 치환 또는 비치환된 사이클로알케닐기로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 치환기로 치환된 것을 의미한다

상기 화학식 1의 고분자가 가교되어 형성된 고분자는 1,000 내지 1,000,000 의 중량 평균 분자량을 갖는 것이 바람직하다. 중량 평균 분자량이 1,000 미만인 경우, 인장 강도 및 접착 강도와 같은 기계적 물성이 저하되어 반복적인 충방전 동안 유기 가교층이 활물질 표면으로부터 탈리되는 문제점이 발생할 수 있어 바람직하지 못하다. 또한, 중량 평균 분자량이 1,000,000을 초과하는 경우 고분자 사슬의 이동도(mobility)가 감소하여 시나메이트 그룹의 가교반응이 용이하게 일어나지 않는 문제점이 있어 바람직하지 못하다.

상기 유기 가교층은 5 내지 350nm의 평균 두께를 갖는 것이 바람직하고, 5 내지 200nm의 평균 두께를 갖는 것이 보다 바람직하고, 5 내지 100nm의 평균 두께를 갖는 것이 보다 더욱 바람직하고, 10 내지 30nm의 평균 두께를 갖는 것이 보다 더욱 더 바람직하다. 상기 범위에서는 적절한 두께를 갖는 유기 가교층에 의해, 충방전시 전극의 부피 변화를 효과적으로 억제할 수 있으며, 전해질과 활성 물질의 접촉 경계면에서 피막이 형성되는 발생하는 문제를 예방할 수 있으며, 또한 수명 특성이 향상되는 장점이 있다. 그러나, 유기 가교층의 두께가 350nm를 초과하면, 활성 물질 표면에 두꺼운 막이 형성되어 전극의 저항이 증가하는 문제점이 발생할 수 있으며, 5nm 미만이면 활성 물질 표면에 균일한 코팅층이 형성되기 어렵고, 코팅층 형성의 효과도 미비한 문제점이 있어 바람직하지 못하다.

상기 유기 가교층은 음극 활물질 총량에 대하여 0.1 내지 3중량%로 포함되는 것이 바람직하고, 0.5 내지 1.5중량%로 포함되는 것이 보다 바람직하다. 유기 가교층의 함량이 0.1중량% 미만인 경우, 활성 물질 입자 표면에 균일하게 코팅되기 어려운 문제점이 있어 바람직하지 못하고, 0.3중량%를 초과하는 경우 활성 물질 입 자 표면에 너무 두꺼운 코팅층이 형성되어 전지 저항이 증가하는 문제점이 있어 바람직하지 못하다.

상기 나노 기공의 평균 입경은 1 내지 10nm인 것이 바람직하고, 1 내지 5nm인 것이 보다 바람직하고, 2 내지 4nm인 것이 보다 더욱 바람직하다.

상기 범위에서는 용매화된 리튬 이온(solvated lithium ion: 카보네이트 유기 용매와 리튬 이온의 이온-쌍극자 상호작용(ion-dipole interaction)에 의해 형성된 복합체로서 약 1nm의 크기임)이 활성 물질 표면으로 용이하게 이동할 수 있어 바람직하다. 만약, 나노 기공의 평균 입경이 10nm를 초과하는 경우, 유기 용매가 활성 물질 표면으로 전달되어 환원 분해 반응이 증가하는 문제점이 발생할 수 있어 바람직하지 못하다.

상기 활성 물질로는 리튬 금속, 리튬과 합금화 가능한 금속 물질, 리튬을 도프 및 탈도프할 수 있는 물질, 리튬과 가역적으로 반응하여 리튬 함유 화합물을 형성할 수 있는 물질, 전이 금속 산화물, 탄소질 물질 및 상기 금속물질과 탄소질 물질을 포함하는 복합물질로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 것을 포함하는 것을 사용할 수 있다.

상기 리튬과 합금 가능한 금속으로는 Al, Si, Sn, Pb, Zn, Bi, In, Mg, Ga, Cd, Ag, Ge, K, Na, Ca, Sr, Ba, Sb, Zn, 또는 Ti 등을 예시할 수 있다. 또한 상기 전이 금속 산화물, 리튬을 도프 및 탈도프할 수 있는 물질, 및 리튬과 가역적으로 반응하여 리튬 함유 화합물을 형성할 수 있는 물질의 예로는 산화주석(SnO₂), 바 나듐 산화물, 리튬 바나듐 산화물, 티타늄 나이트레이트, Si, SiO_x(0 < x < 2), Sn, 틴 합금 복합체(composite tin alloys) 등을 들 수 있다. 또한, 상기 탄소계 물질로는 비정질 탄소 또는 결정질 탄소를 사용할 수 있으며, 비정질 탄소의 예로는 소프트 카본(soft carbon: 저온 소성 탄소) 또는 하드 카본(hard carbon), 메조페이스 피치 탄화물, 소성된 코크스 등을 들 수 있고, 상기 결정질 탄소의 예로는 무정형, 판상, 린편상(flake), 구형 또는 섬유형의 천연 흑연 또는 인조 흑연을 들 수 있다.

이때, 상기 탄소 계열 물질은 X-선 회절에 의한 Lc가 20nm 이상이고, 700℃ 이상에서 발열 피크를 갖는 결정성 탄소가 바람직하다.　 또한, 이러한 결정성 탄소는 메조페이스(mesophase) 구형 입자로부터 탄화 단계(carbonizing step) 및 흑연화 단계를 거쳐 제조된 탄소 물질 또는 섬유형 메조페이스 핏치(mesophase pitch fiber)로부터 탄화 단계 및 흑연화 단계를 거쳐 제조된 섬유형 흑연(graphite fiber)이 바람직하다.

바람직하게는 상기 활성 물질은 금속계, 또는 금속계 활성 물질과 탄소계 활성 물질의 혼합물일 수 있고, 보다 바람직하게는 하기 화학식 5의 리튬 바나듐 산화물일 수 있다.

[화학식 5]

Li_xM_yV_zO_{2 +d}

(상기 화학식 4에서, 0.1 ≤ x ≤ 2.5, 0 ≤ y ≤ 0.5, 0.5 ≤ z ≤ 1.5, 0 ≤ d ≤ 0.5이며, M은 Al, Cr, Mo, Ti, W, Zr 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 1종의 금속이다.)

상기한 구성을 갖는 음극 활물질은 나노 기공을 갖는 유기 가교층이 활성 물질 표면에 형성되어, 리튬 이온이 활성 물질로 용이하게 삽입 및 탈리 될 수 있고, 충방전시 발생하는 부피 팽창 및 수축 현상을 효과적으로 억제할 수 있다. 따라서, 반복적인 충방전으로 인해 활성 물질에 크랙이 발생하여 전지 수명이 열화되고 전기 전도도가 저하되는 문제를 예방할 수 있다. 또한, 상기 유기 가교층이 활성 물질의 표면을 둘러싸고 있어, 충방전시, 활성 물질과 전해질 계면에서 전해질의 전기 화학적 분해반응으로 음극 활물질에 SEI(solid electrolyte interface) 피막이 형성되는 것을 예방할 수 있다.

본 발명의 다른 일 구현예에 따르면, 상기 리튬 이차 전지용 음극 활물질의 제조 방법을 제공된다.

상기 음극 활물질의 제조 방법은, 화학식 1로 표현되는 고분자가 가교되어 형성된 고분자를 포함하는 코팅 조성물을 활성 물질 표면에 코팅하는 단계(S1), 및 상기 코팅된 활성 물질에 UV를 조사하여 음극 활물질을 제조하는 단계(S2)를 포함한다.

S1 : 활성 물질 표면에 코팅 조성물 도포

코팅 조성물은 상기 화학식 1로 표현되는 고분자를 용매에 분산시켜 제조한다.

상기 용매는 메탄올, 에탈올, 프로판올, 이소프로판올, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것을 사용할 수 있다.

앞서 제조된 코팅 조성물에 활성 물질을 첨가한다. 이때 활성 물질은 앞서 설명한 바와 동일하다.

S2 : UV 조사

상기 코팅된 활성물질에 광원을 조사한다. 바람직하게는 UV(ultraviolet)를 조사할 수 있다. 상기 UV의 자외선 영역은 200 내지 400nm인 것이 바람직하고, 250 내지 350 nm인 것이 보다 바람직하다. 만약, 200nm 미만으로 조사할 경우에는 화학식 1로 표현되는 고분자의 가교 반응이 일어나지 않는 문제점이 발생할 수 있어 바람직하지 못하고, 400nm를 초과할 경우 고분자 사슬이 분해되는 문제점이 발생할 수 있어 바람직하지 못하다.

상기 광원의 조사는 20 내지 35℃에서 실시하는 것이 바람직하고, 25 내지 30℃에서 실시하는 것이 보다 바람직하다. 상기 범위에서는 활성 물질 표면에 액상 또는 고분자 형태로 존재하는 코팅 조성물이 원활하게 경화될 수 있으며, 추가적인 열처리가 필요하지 않아 바람직하다. 만약, 상기 온도를 벗어나는 경우, 열에 의해 코팅 조성물이 변질되는 문제점이 발생할 수 있어 바람직하지 못하다.

광원의 조사시, 활성 물질 표면에 코팅된, 화학식 1로 표현되는 고분자가 광이성질화 반응을 일으켜, 가교된 구조의 고분자가 형성된다.

본 발명의 또 다른 일 구현예에 따르면 리튬 이차 전지용 음극이 제공된다.

상기 음극은 전류 집전체 및 상기 전류 집전체 위에 형성되는 음극 활물질층을 포함하며, 상기 음극 활물질층은 음극 활물질을 포함한다.

상기 음극 활물질은 앞서 설명한 바와 동일하며, 음극 활물질층 총량에 대하여 75 내지 98 중량%로 포함되는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 85 내지 95중량%로 포함될 수 있다. 상기 함량범위를 벗어나는 경우 용량 저하 또는 바인더 양의 감소로 집전체와의 결합력이 떨어지는 문제점이 발생할 수 있어 바람직하지 못하다.

상기 음극은, 상기 음극 활물질, 바인더, 및 선택적으로 도전제를 용매 중에서 혼합하여 음극 활물질층 형성용 조성물을 제조한 후 이 조성물을 구리 등의 음극 전류 집전체에 도포하여 제조될 수 있다. 이와 같은 전극 제조 방법은 당해 분야에 널리 알려진 내용이므로 본 명세서에서 상세한 설명은 생략하기로 한다.

상기 바인더로는 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로오스, 히드록시프로필렌셀룰로오스, 디아세틸렌셀룰로오스, 폴리비닐클로라이드, 폴리비닐피롤리돈, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리에틸렌, 또는 폴리프로필렌 등을 사용할 수 있으며 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 도전제로는 구성되는 전지에 있어서, 화학변화를 야기하지 않고 전자 전도성 재료이면 어떠한 것도 사용가능하며, 대표적으로는 천연 흑연, 인조 흑연, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸블랙, 탄소섬유, 구리, 니켈, 알루미늄, 은 등의 금속 분말, 또는 금속 섬유 등을 사용할 수 있고, 또한 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 재료를 혼합하여 사용할 수도 있다.

상기 용매로는 N-메틸피롤리돈 등을 사용할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 집전체로는 구리 박, 니켈 박, 스테인레스강 박, 티타늄 박, 니켈 발포체(foam), 구리 발포체, 전도성 금속이 코팅된 폴리머 기재, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 사용할 수 있다.

상기 음극은 부피 팽창률이 100부피% 이하인 것이 바람직하고, 50부피%이하 인 것이 보다 바람직하다. 상기 범위에서는 부피 팽창률이 크지 않아, 전극 내 전자 전도 경로가 유지될 수 있어 전지 성능이 저하되지 않는 장점이 있다. 그러나, 상기 범위를 벗어나는 경우에는, 부피 팽창률이 극심하므로 반복적인 충방전시 전극 내 전자 전도 경로가 유지되기 어려워, 전지 성능이 저하되는 문제점이 발생할 수 있다.

본 발명의 또 다른 일 구현예에 따르면, 상기 음극 활물질을 포함하는 음극, 양극, 및 전해질을 포함하는 리튬 이차 전지가 제공된다.

상기 양극은 양극 활물질을 포함하며, 상기 양극 활물질로는 리튬의 가역적인 인터칼레이션 및 디인터칼레이션이 가능한 화합물(리티에이티드 인터칼레이션 화합물)을 사용할 수 있다. 구체적으로는 코발트, 망간, 니켈, 및 이들의 조합으로부터 선택되는 금속과 리튬과의 복합 산화물중 1종 이상의 것을 사용할 수 있으며, 보다 바람직하게는 하기 화학식 6 내지 29중 어느 하나로 표현되는 화합물을 사용할 수 있다:

[화학식 6]

Li_aA_{1 - b}B_bD₂

(상기 식에서, 0.95 ≤ a ≤ 1.1, 및 0 ≤ b ≤ 0.5이다)

[화학식 7]

Li_aE_{1 - b}B_bO_{2 - c}F_c

(상기 식에서, 0.95 ≤ a ≤ 1.1, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05이다)

[화학식 8]

LiE_{2 - b}B_bO_{4 - c}F_c

(상기 식에서, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05이다)

[화학식 9]

Li_aNi_{1 -b- c}Co_bBcD_α

(상기 식에서, 0.95 ≤ a ≤1.1, 0 ≤ b　≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α ≤ 2이다)

[화학식 10]

Li_aNi_{1 -b- c}Co_bB_cO_{2 -α}F_α

(상기 식에서, 0.95 ≤ a ≤ 1.1, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α < 2이다)

[화학식 11]

Li_aNi_{1 -b- c}Co_bB_cO_{2 -α}F₂

(상기 식에서, 0.95 ≤ a ≤ 1.1, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α < 2이다)

[화학식 12]

Li_aNi_{1 -b- c}Mn_bB_cD_α

(상기 식에서, 0.95 ≤ a ≤ 1.1, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α ≤ 2이다)

[화학식 13]

Li_aNi_{1 -b- c}Mn_bB_cO_{2 -α}F_α

(상기 식에서, 0.95 ≤ a ≤ 1.1, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α < 2이다)

[화학식 14]

Li_aNi_{1 -b- c}Mn_bB_cO_{2 -α}F₂

(상기 식에서, 0.95 ≤ a ≤ 1.1, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α < 2이다)

[화학식 15]

Li_aNi_bE_cG_dO₂

(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.1, 0 ≤ b ≤ 0.9, 0 ≤ c ≤ 0.5, 0.001 ≤ d ≤ 0.1이다.)

[화학식 16]

Li_aNi_bCo_cMn_dGeO₂

(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.1, 0 ≤ b ≤ 0.9, 0 ≤ c ≤ 0.5, 0 ≤ d ≤0.5, 0.001 ≤ e ≤ 0.1이다.)

[화학식 17]

Li_aNiG_bO₂

(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.1, 0.001 ≤ b ≤ 0.1이다.)

[화학식 18]

Li_aCoG_bO₂

(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.1, 0.001 ≤ b ≤ 0.1이다.)

[화학식 19]

Li_aMnG_bO₂

(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.1, 0.001 ≤ b ≤ 0.1이다.)

[화학식 20]

Li_aMn₂G_bO₄

(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.1, 0.001 ≤ b ≤ 0.1이다.)

[화학식 21]

QO₂

[화학식 22]

QS₂

[화학식 23]

LiQS₂

[화학식 24]

V₂O₅

[화학식 25]

LiV₂O₅

[화학식 26]

LiIO₂

[화학식 27]

LiNiVO₄

[화학식 28]

Li_(3-f)J₂(PO₄)₃(0 ≤ f ≤ 3)

[화학식 29]

Li_(3-f)Fe₂(PO₄)₃(0 ≤ f ≤ 2)

상기 화학식 6 내지 29에 있어서, A는 Ni, Co, Mn, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되고;

B는 Al, Ni, Co, Mn, Cr, Fe, Mg, Sr, V, 희토류 원소, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되고;

D는 O, F, S, P, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되고;

E는 Co, Mn, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되고;

F는 F, S, P, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되고;

G는 Al, Cr, Mn, Fe, Mg, La, Ce, Sr, V, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 전이 금속 또는 란탄족 원소이고;

Q는 Ti, Mo, Mn, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되고;

I는 Cr, V, Fe, Sc, Y, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되고;

J는 V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된다.

상기 양극 역시 음극과 마찬가지로, 상기 양극 활물질, 바인더 및 선택적으로 도전제를 혼합하여 양극 활물질층 형성용 조성물을 제조한 후, 상기 양극 활물질층 형성용 조성물을 알루미늄 등의 양극 전류 집전체에 도포하여 제조할 수 있다.

상기 도전제로는 구성되는 전지에 있어서, 화학변화를 야기하지 않고 전자 전도성 재료이면 어떠한 것도 사용가능하며, 그 예로 천연 흑연, 인조 흑연, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸블랙, 탄소섬유, 구리, 니켈, 알루미늄, 은 등의 금속 분말, 금속 섬유 등을 사용할 수 있고, 또한 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 재료를 1종 또는 1종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.　

상기 바인더로는 폴리비닐알콜, 카르복시메틸셀룰로즈, 히드록시프로필렌셀룰로즈, 디아세틸렌셀룰로즈, 폴리비닐클로라이드, 폴리비닐피롤리돈, 폴리테트라 플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 용매로는 N-메틸피롤리돈 등을 사용할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 리튬 이차 전지에서, 전해질은 비수성 유기 용매와 리튬염을 포함한다.

상기 비수성 유기 용매는 전지의 전기화학적 반응에 관여하는 이온들이 이동할 수 있는 매질 역할을 한다.

상기 비수성 유기용매로는 카보네이트계, 에스테르계, 에테르계, 케톤계, 알코올계, 또는 비양성자성 용매를 사용할 수 있다. 상기 카보네이트계 용매로는 디메틸 카보네이트(DMC), 디에틸 카보네이트(DEC), 디프로필 카보네이트(DPC), 메틸프로필 카보네이트(MPC), 에틸프로필 카보네이트(EPC), 메틸에틸 카보네이트(MEC), 에틸메틸 카보네이트(EMC), 에틸렌 카보네이트(EC), 프로필렌 카보네이트(PC), 부틸렌 카보네이트(BC) 등이 사용될 수 있으며, 상기 에스테르계 용매로는 n-메틸 아세테이트, n-에틸 아세테이트, n-프로필 아세테이트, 디메틸아세테이트, 메틸프로피오네이트, 에틸프로피오네이트, γ-부티로락톤, 데카놀라이드(decanolide), 발레로락톤, 메발로노락톤(mevalonolactone), 카프로락톤(caprolactone), 등이 사용될 수 있다. 상기 에테르계 용매로는 디부틸 에테르, 테트라글라임, 디글라임, 디메톡시에탄, 2-메틸테트라히드로퓨란, 테트라히드로퓨란 등이 사용될 수 있으며, 상기 케톤계 용매로는 시클로헥사논 등이 사용될 수 있다. 또한 상기 알코올계 용매 로는 에틸알코올, 이소프로필 알코올 등이 사용될 수 있으며, 상기 비양성자성 용매로는 X-CN(R은 탄소수 2 내지 20의 직쇄상, 분지상, 또는 환 구조의 탄화수소기이며, 이중결합 방향 환 또는 에테르 결합을 포함할 수 있다) 등의 니트릴류 디메틸포름아미드 등의 아미드류, 1,3-디옥솔란 등의 디옥솔란류 설포란(sulfolane)류 등이 사용될 수 있다.　

상기 비수성 유기 용매는 단독으로 또는 하나 이상 혼합하여 사용할 수 있으며, 하나 이상 혼합하여 사용하는 경우의 혼합 비율은 목적하는 전지 성능에 따라 적절하게 조절할 수 있고, 이는 당해 분야에 종사하는 사람들에게는 널리 이해될 수 있다.

또한, 상기 카보네이트계 용매의 경우 환형(cyclic) 카보네이트와 사슬형(chain) 카보네이트를 혼합하여 사용하는 것이 좋다. 이 경우 환형 카보네이트와 사슬형 카보네이트는 1:1 내지 1:9의 부피비로 혼합하여 사용하는 것이 전해질의 성능이 우수하게 나타날 수 있다.　　

본 발명의 비수성 유기용매는 상기 카보네이트계 용매에 방향족 탄화수소계 유기용매를 더 포함할 수도 있다. 이때 상기 카보네이트계 용매와 방향족 탄화수소계 유기용매는 1:1 내지 30:1의 부피비로 혼합될 수 있다.

상기 방향족 탄화수소계 유기용매로는 하기 화학식 30의 방향족 탄화수소계 화합물이 사용될 수 있다.

[화학식 30]

(상기 화학식 30에서, R_a 내지 R_f는 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 할로알킬기, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것이다.)

바람직하게는 상기 방향족 탄화수소계 유기용매는 벤젠, 플루오로벤젠, 1,2-디플루오로벤젠, 1,3-디플루오로벤젠, 1,4-디플루오로벤젠, 1,2,3-트리플루오로벤젠, 1,2,4-트리플루오로벤젠, 클로로벤젠, 1,2-디클로로벤젠, 1,3-디클로로벤젠, 1,4-디클로로벤젠, 1,2,3-트리클로로벤젠, 1,2,4-트리클로로벤젠, 아이오도벤젠, 1,2-디아이오도벤젠, 1,3-디아이오도벤젠, 1,4-디아이오도벤젠, 1,2,3-트리아이오도벤젠, 1,2,4-트리아이오도벤젠, 톨루엔, 플루오로톨루엔, 1,2-디플루오로톨루엔, 1,3-디플루오로톨루엔, 1,4-디플루오로톨루엔, 1,2,3-트리플루오로톨루엔, 1,2,4-트리플루오로톨루엔, 클로로톨루엔, 1,2-디클로로톨루엔, 1,3-디클로로톨루엔, 1,4-디클로로톨루엔, 1,2,3-트리클로로톨루엔, 1,2,4-트리클로로톨루엔, 아이오도톨루엔, 1,2-디아이오도톨루엔, 1,3-디아이오도톨루엔, 1,4-디아이오도톨루엔, 1,2,3-트리아이오도톨루엔, 1,2,4-트리아이오도톨루엔, 자일렌, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것이다.

상기 전해질은 전지 수명을 향상시키기 위하여 비닐렌 카보네이트 또는 플로오로에틸렌 카보네이트 등의 수명 향상 첨가제를 더욱 포함할 수도 있다. 이러한 수명 향상 첨가제를 더욱 사용하는 경우 그 사용량은 적절하게 조절할 수 있다.

상기 리튬염은 상기 유기 용매에 용해되어, 전지 내에서 리튬 이온의 공급원으로 작용하여 기본적인 리튬 이차 전지의 작동을 가능하게 하고, 양극과 음극 사이의 리튬 이온의 이동을 촉진하는 역할을 하는 물질이다. 이러한 리튬염의 대표적인 예로는 LiPF₆, LiBF₄, LiSbF₆, LiAsF₆, LiCF₃SO₃, LiN(SO₂C₂F₅)₂, LiN(CF₃SO₂)₂, LiC4F₉SO₃, LiClO₄, LiAlO₄, LiAlCl₄, LiN(C_xF_{2x +1}SO₂)(C_yF_{2y +1}SO₂)(여기서, x 및 y는 자연수임), LiCl, LiI, 리튬 비스옥살레이트 보레이트(lithium bisoxalate borate), 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 지지(supporting) 전해염으로 포함한다. 리튬염의 농도는 0.1 내지 2.0M 범위 내에서 사용하는 것이 좋다. 리튬염의 농도가 0.1M 미만이면, 전해질의 전도도가 낮아져 전해질 성능이 떨어지고, 2.0M을 초과하는 경우에는 전해질의 점도가 증가하여 리튬 이온의 이동성이 감소되는 문제점이 있다.

또한 전해질로 고체 전해질을 사용하는 경우, 이 고체 전해질로는 폴리에틸렌 산화물 중합체 전해질 또는 하나 이상의 폴리오가노실록산 측쇄 또는 폴리옥시알킬렌 측쇄를 함유하는 중합체 전해질, Li₂S-SiS₂, Li₂S-GeS₂, Li₂S-P₂S₅, 또는 Li₂S-B₂S₃ 등과 같은 황화물 전해질, Li₂S-SiS₂-Li₃PO₄, 또는 Li₂S-SiS₂-Li₃SO₄ 등과 같은 무기 전해질 등이 바람직하게 사용될 수 있다.

리튬 이차 전지의 종류에 따라 양극과 음극 사이에 세퍼레이터가 존재할 수 있다. 이러한 세퍼레이터로는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드 또는 이들의 2층 이상의 다층막이 사용될 수 있으며, 폴리에틸렌/폴리프로필렌 2층 세퍼레이터, 폴리에틸렌/폴리프로필렌/폴리에틸렌 3층 세퍼레이터, 폴리프로필렌/폴리에틸렌/폴리프로필렌 3층 세퍼레이터 등과 같은 혼합 다층막이 사용될 수 있음은 물론이다.

상술한 구성을 갖는 본 발명의 리튬 이차 전지의 일 예를 도 1에 나타내었다. 상술한 구성을 갖는 본 발명의 리튬 이차 전지의 일 예를 도 1에 나타내었다. 도 1에 따른 리튬 이차 전지(100)는 양극(112)와 음극(113)이 세퍼레이터(114)를 사이에 두고 위치하는 전극군(110)과, 전해액과 함께 전극군(110)을 수용할 수 있도록 일측 선단에 개구부가 형성된 케이스(120)을 포함한다. 그리고 케이스(120)의 개구부에는 케이스(120)을 밀봉하는 캡 조립체(140)가 설치된다. 물론 본 발명의 리튬 이차 전지가 이 형상으로 한정되는 것은 아님, 각형, 파우치형 등 어떠한 형상도 가능함은 물론이다.

이하 본 발명의 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나, 하기 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일뿐 본 발명이 하기한 실시예에 한정되는 것은 아니다.

(실시예 1)

1-1. 음극 활물질 제조

[화학식 1a]

상기 화학식 1a의 고분자(n은 100임) 0.1g을 테트라하이드로퓨란 (tetrahydrofuran) 10mℓ에 분산시켜 코팅 조성물을 제조하였다.

상기 코팅 조성물 및 Li_{1 .1}V_{0 .9}O₂을 1 : 2의 중량비로 혼합하고, UV 조사하여 음극 활물질을 제조하였다. 제조된 음극 활물질의 Li_{1 .1}V_{0 .9}O₂의 표면에는 하기 화학식 3a의 고분자(n은 100임)를 포함하는 유기 가교층이 50nm 두께로 형성되어 있었고, 이 유기 가교층에는 직경 10nm이하의 기공이 60%이상 존재하였다.

[화학식 3a]

1-2. 리튬 이차 전지 제조

앞서 제조된 음극 활물질 및 폴리비닐리덴플루오라이드를 N-메틸피롤리돈에서 90 : 10의 중량비로 혼합하여 음극 슬러리를 제조하였다.

상기 음극 슬러리를 70㎛의 두께로 구리박(Cu-foil) 위에 코팅하여 얇은 극판의 형태로 만든 후, 135℃에서 3시간 이상 건조시킨 후, 압연(pressing)하여 음극을 제조하였다.

LiCoO₂ 양극 활물질, 폴리비닐리덴플루오라이드, 및 카본 도전제를 92 : 4 : 4의 중량비로 혼합하고, N-메틸-2-피롤리돈 용매에 분산시켜 양극 슬러리를 제조하였다. 상기 양극 슬러리를 70㎛의 두께로 알루미늄 박위에 코팅하여 얇은 극판 형태로 만든 후, 135℃에서 3시간 이상 건조시킨 후, 압연(pressing)하여 양극을 제조하였다.

디에틸 카보네이트(DEC) 및 에틸렌 카보네이트(EC)를 7 : 3의 부피비로 혼합한 혼합 용매에, 1.15M LiPF₆를 첨가하여 전해질을 제조하였다.

상기 제조된 음극 및 양극을 다공질 폴리프로필렌 필름으로 이루어진 세퍼레이터를 사용하여 권취하고 전지 캔에 넣은 후, 전해질을 주입하여 리튬 이차 전지를 제조하였다. 이때, 전해질의 사용량은 2.7g으로 하였다.

본 발명의 단순한 변형 또는 변경은 모두 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.

(실시예 2)

Li_{1 .1}V_{0 .9}O₂를 SiO로 변경한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 음극 활물질 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지를 제조하였다.

(비교예 1)

Li_{1 .1}VO₂를 화학식 1a의 고분자로 코팅하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 리튬 이차 전지를 제조하였다.

(비교예 2)

SiO를 화학식 1a의 고분자로 코팅하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 리튬 이차 전지를 제조하였다.

가교된 고분자의 기공 데이터

상기 화학식 1a의 고분자(n은 100임) 0.1g을 테트라하이드로퓨란 (tetrahydrofuran)10mℓ에 분산시켜 코팅 조성물을 제조하였다. 이 코팅 조성물을 유리 기판 위에 코팅한 후, UV를 조사하여 고분자가 가교되어 형성된 박막을 제조하였고, 이 박막의 막 내부의 기공크기를 기공측정기로 측정하여 이를 도 2에 나타내었다.

도 2를 참조하면, 가교된 고분자 박막에는 0nm 이상 23nm 이하의 미세한 기공이 형성되어 있었으며, 특히, 대부분 10nm 이하의 기공임을 확인할 수 있었다.

부피 팽창률 측정

실시예 1 내지 2 및 비교예 1 내지 2에서 제조된 각각의 리튬 이차 전지에 대하여 0.2C로 충전하고 0.2C로 방전을 1회 실시하고(화성공정, FORMATION), 0.5C 충전, 0.2C 방전을 1회 실시하였다(표준공정, STANDARD). 이어서, 각각의 리튬 이차 전지에 대하여 실온 및 0psi의 압력하에서 0.1C로 충전을 1회 실시한 후, 분해 하여 초기 대비 음극의 부피 팽창률을 측정하였다. 또한, 압력을 40psi로 변경하여, 40psi하에서 0.1C로 충전을 1회 실시한 후, 분해하여 초기 대비 음극의 부피 팽창률을 측정하였고, 이를 하기 표 1에 나타내었다.

[표 1]

	음극 부피 팽창률(0psi)	음극 부피 팽창률(40psi)
실시예 1	28%	21%
실시예 2	73%	45%
비교예 1	40%	32%
비교예 2	95%	67%

상기 표 1을 참조하면, 표면에 나노 기공을 갖는 유기 가교층을 포함하는 음극 활물질로부터 제조된 실시예 1 및 2는 비교예 1 및 2에 비하여 부피 팽창률이 현저히 낮음을 확인할 수 있었다.

수명 특성 측정

실시예 1 내지 2 및 비교예 1 내지 2에서 제조된 각각의 리튬 이차 전지에 대하여, 0.2C로 충전하고 0.2C로 방전을 1회 실시하고(화성공정), 0.5C 충전, 0.2C 방전을 1회 실시하였다(표준공정). 이 후, 0.8C로 충전 및 1.0C로 방전을 200회 실시하여 사이클 수명 테스트한 결과를 도 3에 나타내었다.

도 3을 참고하면, 본 발명의 실시예 1 및 실시예 2에 따라 제조된 리튬 이차 전지는 200회 충방전 후에도 우수한 방전 용량을 나타내었으나, 비교예 1 및 2에 따라 제조된 리튬 이차 전지는 100회 충방전시에도 급격히 낮은 방전 용량을 나타냄을 확인할 수 있었다. 따라서, 본 발명의 음극 활물질을 포함하는 리튬 이차 전지는 수명 특성이 우수함을 확인할 수 있었다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 리튬 이차 전지의 개략도이다.

도 2는 본 발명의 실시예 1의 코팅 조성물로 제조된 가교된 고분자 박막의 기공 데이터이다.

도 3은 본 발명의 실시예 1 내지 2 및 비교예 1 내지 2에 따른 리튬 이차 전지의 수명 데이터이다.

Claims (17)

1. 활성 물질; 및

   상기 활성 물질 표면에 형성되며 나노 기공을 갖는 유기 가교층

   을 포함하는 리튬 이차 전지용 음극 활물질.
2. 제1항에 있어서,

   상기 유기 가교층은 하기 화학식 1로 표현되는 고분자간의 가교 결합으로 형성된 고분자를 포함하는 것인 리튬 이차 전지용 음극 활물질.

   [화학식 1]

   

   (상기 화학식 1에서,

   상기 R₁은 치환 또는 비치환된 알킬렌이고,

   상기 R₂는 수소, 치환 또는 비치환된 알킬, 치환 또는 비치환된 사이클로알킬, 치환 또는 비치환된 아릴, 치환 또는 비치환된 헤테로고리, 및 R₉OR₁₀으로 이루어진 군에서 선택되는 것이고,

   상기 R₃는 치환 또는 비치환된 알킬렌이고,

   상기 R₄ 및 R₅는 동일하거나 서로 독립적으로, 수소 및 치환 또는 비치환된 알킬로 이루어진 군에서 선택되는 것이고,

   상기 R₉는 치환 또는 비치환된 알킬렌이고,

   상기 R₁₀은 치환 또는 비치환된 알킬 및 치환 또는 비치환된 아릴로 이루어진 군에서 선택되는 것이고,

   상기 n은 50 내지 10,000이고,

   상기 m은 0 내지 5이다.)
3. 제2항에 있어서,

   상기 화학식 1로 표현되는 고분자는 시나메이트 그룹을 포함하는 고분자인 것인 리튬 이차 전지용 음극 활물질.
4. 제2항에 있어서,

   상기 화학식 1로 표현되는 고분자간의 가교 결합으로 형성된 고분자는 하기 화학식 3으로 표현되는 것인 리튬 이차 전지용 음극 활물질.

   [화학식 3]

   

   (상기 화학식 3에서,

   상기 R₁ 및 R₁'는 동일하거나 서로 독립적으로 치환 또는 비치환된 알킬렌이고,

   상기 R₂ 및 R₂'는 동일하거나 서로 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 알킬, 치환 또는 비치환된 사이클로알킬, 치환 또는 비치환된 아릴, 치환 또는 비치환된 헤테로고리, 및 R₉OR₁₀으로 이루어진 군에서 선택되는 것이고,

   상기 R₃ 및 R₃'는 동일하거나 서로 독립적으로 치환 또는 비치환된 알킬렌일 수이고,

   상기 R₄, R_{5 ,} R₄' 및 R₅'는 동일하거나 서로 독립적으로, 수소, 및 치환 또는 비치환된 알킬로 이루어진 군에서 선택되는 것이고,

   상기 R₉는 치환 또는 비치환된 알킬렌이고,

   상기 R₁₀은 치환 또는 비치환된 알킬 및 치환 또는 비치환된 아릴로 이루어진 군에서 선택되는 것이고,

   상기 n은 50 내지 10,000이고,

   상기 m은 0 내지 5이다.)
5. 제2항에 있어서,

   유기 가교층은 1,000 내지 1,000,000의 중량평균 분자량을 갖는 고분자를 포함하는 것인 리튬 이차 전지용 음극 활물질.
6. 제1항에 있어서,

   상기 유기 가교층은 5 내지 350nm의 평균 두께를 갖는 것인 리튬 이차 전지용 음극 활물질.
7. 제1항에 있어서,

   상기 나노 기공의 평균 입경은 1 내지 10nm인 것인 리튬 이차 전지용 음극 활물질.
8. 제1항에 있어서,

   상기 유기 가교층은 음극 활물질 총량에 대하여 0.1 내지 3중량%로 포함되는 것인 리튬 이차 전지용 음극 활물질.
9. 제1항에 있어서,

   상기 활성 물질은 리튬 금속, 리튬과 합금화 가능한 금속 물질, 리튬을 도프 및 탈도프할 수 있는 물질, 리튬과 가역적으로 반응하여 리튬 함유 화합물을 형성할 수 있는 물질, 전이 금속 산화물, 탄소질 물질, 및 상기 금속물질과 탄소질 물질을 포함하는 복합물질로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 것인 리튬 이차 전지용 음극 활물질.
10. 상기 화학식 1로 표현되는 고분자를 포함하는 코팅 조성물을 활성 물질의 표면에 코팅하는 단계; 및

    상기 코팅된 활성 물질에 광원을 조사하여, 음극 활물질을 제조하는 단계를 포함하는 리튬 이차 전지용 음극 활물질의 제조 방법.
11. 제10항에 있어서,

    상기 광원은 자외선 영역 200 내지 400nm의 UV인 것인 리튬 이차 전지용 음 극 활물질의 제조 방법.
12. 제11항에 있어서,

    상기 UV의 조사는 20 내지 35℃에서 실시하는 것인 리튬 이차 전지용 음극 활물질의 제조 방법.
13. 제10항에 있어서,

    상기 화학식 1로 표현되는 고분자는 시나메이트 그룹을 포함하는 하기 화학식 2로 표현되는 고분자인 것인 리튬 이차 전지용 음극 활물질의 제조 방법.

    [화학식 2]

    

    (상기 화학식 2에서,

    상기 R₄ 및 R₅는 동일하거나 서로 독립적으로, 수소, 및 치환 또는 비치환된 알킬로 이루어진 군에서 선택되는 것이고,

    상기 R₆, R₇, 및 R₈은 동일하거나 서로 독립적으로 수소, 할로겐(여기서 할로겐은 F, Cl, Br, 또는 I임), 및 치환 또는 비치환된 알킬로 이루어진 군에서 선택되는 것이고,

    상기 n은 50 내지 10,000이다.)
14. 제10항에 있어서,

    상기 활성물질은 리튬 금속, 리튬과 합금화 가능한 금속 물질, 리튬을 도프 및 탈도프할 수 있는 물질, 리튬과 가역적으로 반응하여 리튬 함유 화합물을 형성할 수 있는 물질, 전이 금속 산화물, 탄소질 물질, 및 상기 금속물질과 탄소질 물질을 포함하는 복합물질로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 것인 리튬 이차 전지용 음극 활물질의 제조 방법.
15. 전류 집전체; 및

    상기 전류 집전체 위에 형성되며, 제1항 내지 제9항에 중에서 선택되는 항에 따른 음극 활물질

    을 포함하는 리튬 이차 전지용 음극.
16. 제13항에 있어서,

    상기 음극은 부피 팽창률이 100부피% 이하인 것인 리튬 이차 전지용 음극.
17. 제1항 내지 제9항 중 선택되는 어느 한 항에 따른 음극 활물질을 포함하는 음극;

    리튬 이온을 가역적으로 인터칼레이션 및 디인터칼레이션할 수 있는 양극 활물질을 포함하는 양극; 및

    전해질

    을 포함하는 리튬 이차 전지.

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