KR20110138606A - Negative electrode with improved wetting property to electrolyte and secondary battery comprising the same - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A negative electrode is provided to improve electrolyte wettability by using amorphous carbon material. CONSTITUTION: A negative electrode comprises negative electrode mixture, containing a negative electrode active material including amorphous carbon material and doping atoms, a binder, and a conductive material, formed on a current collector. The density of electrode is 0.9g/cc-2.00g/cc. The absorbing time of non-aqueous electrolyte including lithium salt and organic solvent, is 50-380 second per the 1μl of the non-aqueous electrolyte.

Description

전해액 함침성이 우수한 이차전지용 음극 및 이를 포함하는 이차전지{NEGATIVE ELECTRODE WITH IMPROVED WETTING PROPERTY TO ELECTROLYTE AND SECONDARY BATTERY COMPRISING THE SAME}Anode for secondary batteries having excellent electrolyte impregnation and a secondary battery comprising the same {NEGATIVE ELECTRODE WITH IMPROVED WETTING PROPERTY TO ELECTROLYTE AND SECONDARY BATTERY COMPRISING THE SAME}

전해액 함침성이 우수한 이차전지용 음극 및 이를 포함하는 이차전지가 제공된다. 더욱 상세하게는 전해액과 전극활물질 및 전극 사이의 계면에서 발생하는 저항이 감소된 음극 및 이를 포함함으로써, 충방전 특성 및 수명 특성이 우수한 이차전지가 제공된다.A negative electrode for a secondary battery having excellent electrolyte solution impregnation and a secondary battery including the same are provided. More specifically, by including the negative electrode and the reduced resistance generated at the interface between the electrolyte and the electrode active material and the electrode, there is provided a secondary battery excellent in charge and discharge characteristics and life characteristics.

휴대 전화나 노트북 컴퓨터 등의 휴대용 전자기기가 발달함에 따라 그 에너지원으로서 이차 전지의 수요가 급격히 증가하고 있다. 또, 지구 온난화 문제 및 화석연료의 사용으로 인해 발생하는 문제를 감소시키기 위하여, 하이브리드 전기자동차(HEV), 전기모터로 구동되는 전기자동차(EV)가 개발되고, 이의 동력원으로서 이차 전지의 사용이 현실화되고 있다. 그에 따라, 다양한 요구에 부응할 수 있는 이차 전지에 대해 많은 연구가 행해지고 있고, 특히, 높은 에너지 밀도, 높은 방전 전압 및 출력을 가지는 리튬 이차 전지에 대한 수요가 높아지는 추세이다.With the development of portable electronic devices such as mobile phones and notebook computers, the demand for secondary batteries as a source of energy is rapidly increasing. In addition, in order to reduce problems caused by global warming and the use of fossil fuels, hybrid electric vehicles (HEVs) and electric motors driven by electric motors (EVs) have been developed, and the use of secondary batteries as a power source thereof has been realized. It is becoming. Accordingly, many studies have been conducted on secondary batteries capable of meeting various demands, and in particular, there is a growing demand for lithium secondary batteries having high energy density, high discharge voltage and output.

전기자동차 등에 사용되는 리튬 이차 전지는 고에너지 밀도와 단시간에 고출력을 발휘할 수 있는 특성을 가져야 함과 아울러 대전류에 의한 충방전이 단시간에 반복되는 가혹한 조건하에서 10년 이상 사용될 수 있어야 하므로, 기존의 소형 리튬 이차 전지보다 월등히 우수한 출력 특성 및 장기 수명 특성이 필연적으로 요구된다. 또한, 전기자동차 등에 사용되는 리튬 이차 전지는 급격한 발열반응이 발생할 수 있으며, 안전성을 위해 특별히 급격한 발열반응은 방지해야 한다.Lithium secondary batteries used in electric vehicles should have high energy density and high output characteristics in a short time, and should be able to be used for more than 10 years under severe conditions where charging and discharging by a large current is repeated in a short time. The output characteristics and long lifespan characteristics which are much better than a lithium secondary battery are inevitably required. In addition, a lithium secondary battery used in an electric vehicle or the like may generate a rapid exothermic reaction, and in particular, a sudden exothermic reaction should be prevented for safety.

리튬 이차전지는 집전체 상에 각각 활물질이 도포되어 있는 양극과 음극 사이에 다공성의 분리막이 개재된 전극조립체에 리튬염을 포함하는 비수계 전해질이 함침되어 있는 구조로 이루어져 있다. 양극 활물질은 주로 리튬 코발트계 산화물, 리튬 망간계 산화물, 리튬 니켈계 산화물, 리튬 복합 산화물 등으로 이루어져 있으며, 음극 활물질은 주로 탄소계 물질로 이루어져 있다.The lithium secondary battery has a structure in which a non-aqueous electrolyte containing lithium salt is impregnated in an electrode assembly having a porous separator interposed between a positive electrode and a negative electrode on which an active material is coated on a current collector. The positive electrode active material is mainly composed of lithium cobalt oxide, lithium manganese oxide, lithium nickel oxide, lithium composite oxide and the like, and the negative electrode active material is mainly composed of a carbon-based material.

탄소계 물질은 흑연화 되기 쉬운 층상 결정구조(graphene structure)를 갖는 이흑연화 탄소(soft carbon)와, 흑연화 되기 어려운 난흑연화 탄소(hard carbon)와, 천연흑연과 같이 층상 결정 구조가 완전히 이루어진 흑연(graphite)으로 분류한다.Carbonaceous materials are composed of soft carbon having a layered crystal structure that is easily graphitized, hard carbon that is difficult to graphitize, and a layered crystal structure such as natural graphite. Classify as graphite.

특히, 음극활물질로 주로 사용되고 있는 층상 결정인 흑연계 물질로 이루어진 음극은 이론적 최대 용량이 372 mAh/g 으로 용량 증대에 한계가 있어 빠르게 변모하는 차세대 모바일 기기의 에너지원으로서 충분한 역할을 감당하기 어려운 실정이다.In particular, the anode made of graphite-based material, which is a layered crystal mainly used as a cathode active material, has a theoretical maximum capacity of 372 mAh / g and has a limited capacity increase, making it difficult to play a sufficient role as an energy source for a rapidly changing next-generation mobile device. to be.

한편, 최근의 리튬 이차전지 등과 같은 비수계 전해질을 사용하는 전지의 연구 방향은 고용량 및 고출력을 지향하는 방향으로 이루어지고 있다. 한편, 비수계 전해질 전지의 특성상 전해질 내의 이온 이동성이 떨어지고, 전해액의 함침이 신속히 이루어지지 않는 경우가 많으므로, 비수계 전해질 전지에서 전해액이 전극에 빠른 시간내에 충분히 함침되어야할 필요성이 있다.On the other hand, the recent research direction of a battery using a non-aqueous electrolyte such as a lithium secondary battery has been made in the direction of high capacity and high output. On the other hand, due to the characteristics of the non-aqueous electrolyte battery, ion mobility in the electrolyte is poor, and in many cases, impregnation of the electrolyte solution is not performed quickly. Therefore, in the non-aqueous electrolyte battery, the electrolyte solution needs to be sufficiently impregnated with the electrode within a short time.

전해액의 함침성이 저하될 경우, 전극의 활물질 입자에 전해액이 도달하지 못하여 리튬 이온의 이동이 원활하지 못할 뿐만 아니라, 그에 따라 전류도 감소하게 될 우려가 있다. 또한, 전해액의 함침 속도가 떨어지면 리튬 이차전지의 생산성이 저하된다. 더욱이 전지 특성의 종합적인 밸런스를 유지하기 위해서도 비수계 전해질 전지에 있어서 전해액 함침성의 개선은 필요하다.When the impregnation of the electrolyte solution is lowered, the electrolyte solution does not reach the active material particles of the electrode, so that lithium ions are not moved smoothly, and there is a concern that the current may be reduced accordingly. In addition, when the impregnation rate of the electrolyte drops, the productivity of the lithium secondary battery decreases. Furthermore, in order to maintain a comprehensive balance of battery characteristics, it is necessary to improve electrolyte solution impregnation in the non-aqueous electrolyte battery.

본 발명의 일실시예 따르면, 전해액 함침성이 우수한 이차전지용 음극으로서, 비정질 탄소재료 및 도핑원소를 포함하는 음극활물질, 바인더 및 도전재를 포함하는 음극 합제가 집전체 상에 형성되어 있는 음극으로서, 전극 밀도가 0.9 g/cc 내지 2.00 g/cc이고, 리튬염 및 카보네이트계 유기용매를 포함하는 비수계 전해액에 대한 흡수 시간이 상기 비수계 전해액 1㎕ 당 50 내지 380 초 사이인 이차전지용 음극이 제공된다.According to one embodiment of the present invention, a negative electrode for a secondary battery excellent in electrolyte impregnation, a negative electrode mixture comprising an amorphous carbon material and a doping element, a negative electrode mixture comprising a binder and a conductive material is formed on the current collector, Provided is a negative electrode for a secondary battery having an electrode density of 0.9 g / cc to 2.00 g / cc and an absorption time of a non-aqueous electrolyte containing a lithium salt and a carbonate organic solvent between 50 and 380 seconds per 1 µl of the non-aqueous electrolyte. do.

본 발명의 일실시예에 따른 음극은 비정질 탄소재료 및 도핑원소를 포함하는 음극활물질, 바인더 및 도전재를 포함하는 음극 합제가 집전체 상에 형성되어 있는 음극으로서, 전극 밀도가 0.9 g/cc 내지 2.00 g/cc이고, 리튬염 및 카보네이트계 유기용매를 포함하는 비수계 전해액에 대한 흡수 시간이 상기 비수계 전해액 1㎕ 당 50 내지 380 초 사이인 이차전지용 음극이다.The negative electrode according to an embodiment of the present invention is a negative electrode mixture including an anode active material including an amorphous carbon material and a doping element, a binder and a conductive material is formed on the current collector, the electrode density is 0.9 g / cc to 2.00 g / cc, and the absorption time for the non-aqueous electrolyte containing a lithium salt and a carbonate-based organic solvent is a negative electrode for a secondary battery having between 50 and 380 seconds per 1 µl of the non-aqueous electrolyte.

본 발명의 일실시예에 따른 이차전지는 상기 음극을 포함하는 이차전지이다.A secondary battery according to an embodiment of the present invention is a secondary battery including the negative electrode.

본 발명의 일실시예에 따른 음극의 제조방법은 석유 코크스, 석탄 코크스, 석탄계 피치, 석유계 피치, 메조페이즈 피치, 메조카본 마이크로 비즈 및 염화비닐계 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종의 원료 전구체 및 도핑원소를 용매 하에서 균일하게 혼합하는 과정, 상기 혼합된 혼합물을 건조, 소성 및 탄화하는 과정, 및 상기 건조, 소성 및 탄화하는 과정을 거친 탄화물을 분쇄하는 과정을 포함하는 방법에 의해 음극활물질을 제조 하는 단계; 상기 음극활물질, 및 바인더를 포함하는 음극 합제를 소정의 용매에 첨가하여 슬러리를 제조하는 단계; 상기 슬러리를 집전체에 도포하는 단계; 상기 슬러리가 도포된 집전체를 건조 및 압연하는 단계를 포함하는 이차전지용 음극의 제조방법이다.The method of manufacturing a negative electrode according to an embodiment of the present invention is at least one raw material precursor selected from the group consisting of petroleum coke, coal coke, coal-based pitch, petroleum-based pitch, mesophase pitch, mesocarbon microbeads and vinyl chloride-based resin And uniformly mixing a doping element under a solvent, drying, calcining, and carbonizing the mixed mixture, and pulverizing a carbide having undergone the drying, calcining, and carbonization. Manufacturing step; Preparing a slurry by adding a negative electrode mixture including the negative electrode active material and a binder to a predetermined solvent; Applying the slurry to a current collector; It is a method of manufacturing a negative electrode for a secondary battery comprising the step of drying and rolling the current collector is coated with the slurry.

전해액과 활물질간의 계면 저항이 작고, 전해액에 대한 함침성이 우수한 이차전지용 음극으로서, 용이하게 전지 특성의 종합적인 밸런스를 유지할 수 있고, 이차전지의 생산성을 높일 수 있는 이차전지용 음극 및 이를 포함하는 이차전지가 제공된다.A secondary battery negative electrode having a small interfacial resistance between an electrolyte solution and an active material and excellent in impregnation with an electrolyte solution, which can easily maintain a comprehensive balance of battery characteristics and increase productivity of the secondary battery, and a secondary battery including the same. A battery is provided.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 음극과 비교예에 따른 음극의 전극 밀도에 따른 전해액의 함침시간을 나타낸 그래프이다.1 is a graph showing the impregnation time of the electrolyte according to the electrode density of the negative electrode according to the embodiment of the present invention and the negative electrode according to the comparative example.

이하, 본 발명의 실시예에 대해 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the Example of this invention is described concretely.

본 발명에 따른 이차전지용 음극은 비정질 탄소재료 및 도핑원소를 포함하는 음극활물질, 바인더 및 도전재를 포함하는 음극 합제가 집전체 상에 형성되어 있는 음극으로서, 전극 밀도가 0.9 g/cc 내지 2.00 g/cc이고, 리튬염 및 카보네이트계 유기용매를 포함하는 비수계 전해액에 대한 흡수 시간이 상기 비수계 전해액 1㎕ 당 50 내지 380 초 사이인 구성으로 이루어져 있다.The negative electrode for a secondary battery according to the present invention is a negative electrode having a negative electrode active material containing an amorphous carbon material and a doping element, a binder and a conductive material formed on the current collector, the electrode density is 0.9 g / cc to 2.00 g / cc, and the absorption time for the non-aqueous electrolyte containing a lithium salt and a carbonate organic solvent is composed of 50 to 380 seconds per 1 μl of the non-aqueous electrolyte.

상기 흡수 시간은 상기 비수계 전해액 1㎕ 가 드랍(drop)되어 상기 음극의 표면에 접촉된 때부터 음극의 표면으로부터 완전히 소실된 때까지의 시간을 의미한다. The absorption time means a time from when 1 µl of the non-aqueous electrolyte is dropped to contact the surface of the negative electrode until it is completely lost from the surface of the negative electrode.

본 발명에 따른 이차전지용 음극은 0.9 g/cc 내지 2.00 g/cc 사이의 전극 밀도 및 비수계 전해액 1㎕ 당 50 내지 380 초 사이인 빠른 전해액 흡수 시간을 가짐으로써, 전해액에 대한 높은 친화성 및 함침성을 나타내며, 이차전지의 제조시 전지 특성의 종합적인 밸런스 유지가 용이하고, 대량 생산 공정에서 적용하는 진공 주액 방법에서는 상기 효과보다 더 큰 전해액 함침시간의 단축을 통해 이차전지의 생산성을 높일 수 있다.The secondary battery negative electrode according to the present invention has an electrode density between 0.9 g / cc and 2.00 g / cc and a fast electrolyte absorption time of 50 to 380 seconds per 1 μl of the non-aqueous electrolyte, thereby providing high affinity and impregnation for the electrolyte. It is easy to maintain the overall balance of battery characteristics during the manufacture of the secondary battery, and in the vacuum injection method applied in the mass production process, the productivity of the secondary battery can be increased by shortening the electrolyte impregnation time larger than the above effect. .

특히 상기 음극은 LiPF6, LiClO4, LiBF4, LiAsF6 로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 리튬염 및 에틸렌 카보네이트(Ethylene carbonate(EC)), 프로필렌 카보네이트(Propylene carbonate(PC)), 디에틸 카보네이트(Diethyl carbonate(DEC)), 디메틸 카보네이트(Dimethyl carbonate(DMC)), 및 에틸메틸 카보네이트(Ethyl methyl carbonate(EMC))를 포함하는 카보네이트계 유기용매 및 디메톡시 에탄(Demethoxy ethane(DME)), 락톤(Lactone(v-BL)) 및 테트라하이드로퓨란(Tetrahydrofuran(THF))으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 유기용매를 포함하는 비수계 전해액에 대한 흡수 속도가 매우 우수하다.In particular, the negative electrode is at least one lithium salt selected from the group consisting of LiPF 6 , LiClO 4 , LiBF 4 , LiAsF 6 and ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), diethyl carbonate ( Carbonate-based organic solvents including diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC), and ethyl methyl carbonate (EMC) and demethoxy ethane (DME), lactone ( The absorption rate of the non-aqueous electrolyte solution containing at least one organic solvent selected from the group consisting of Lactone (v-BL)) and tetrahydrofuran (THF) is very excellent.

상기 이차전지용 음극의 전극 밀도는 전해액에 대한 높은 친화성 및 함침성을 나타낼 수 있도록, 0.9 g/cc 내지 2.00 g/cc 사이인 것이면 특별히 제한되지 않으며, 더 바람직하게는 전극 밀도가 1.1 g/cc 내지 1.27 g/cc인 것을 사용할 수 있다.The electrode density of the anode for the secondary battery is not particularly limited as long as it is between 0.9 g / cc and 2.00 g / cc so as to exhibit high affinity and impregnation for the electrolyte, and more preferably, the electrode density is 1.1 g / cc. To 1.27 g / cc may be used.

또한, 이차전지용 음극의 전해액 흡수 시간은 상기 비수계 전해액 1㎕ 당 50 내지 380 초 사이인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 상기 비수계 전해액 1㎕ 당 100 내지 280 초 사이인 것을 사용할 수 있다.In addition, the electrolyte absorption time of the negative electrode for secondary batteries is preferably 50 to 380 seconds per 1 μl of the non-aqueous electrolyte, and more preferably 100 to 280 seconds per 1 μl of the non-aqueous electrolyte.

상기 음극활물질은 고속충전특성, 사이클(cycle) 특성이 우수한 비정질 탄소재료를 포함한다. The anode active material includes an amorphous carbon material having excellent fast charging characteristics and cycle characteristics.

상기 비정질 탄소재료는 이흑연화성 탄소재료(소프트 카본) 및 난흑연화성 탄소재료(하드 카본) 중에서 어느 것을 사용하여도 무방하나, 이흑연화성 탄소재료를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 이흑연화성 탄소재료는 상기 원료 전구체를 공기 또는 불활성 가스 분위기하 및 소정의 온도 조건에서 열처리하여 상기 원료 전구체를 부분적으로 흑연화함으로써 얻을 수 있다. 이 과정 중 필요에 따라 분쇄 및/또는 해쇄 과정이 도입될 수 있다. 일 예로, 상기 음극 활물질은 원료 전구체를 분말 형태로 분쇄하는 단계; 및 상기 분쇄된 원료 전구체를 500 내지 2500℃에서 가열하는 단계를 거쳐 제조될 수 있다.The amorphous carbon material may be any of a digraphitizable carbon material (soft carbon) and a nongraphitizable carbon material (hard carbon), but it is preferable to use a digraphitizable carbon material. The digraphitizable carbon material can be obtained by heat treating the raw material precursor under air or an inert gas atmosphere and under a predetermined temperature condition to partially graphitize the raw material precursor. Grinding and / or crushing processes may be introduced as necessary during this process. For example, the negative electrode active material may include grinding the raw material precursor into a powder form; And it may be prepared through the step of heating the ground raw material precursor at 500 to 2500 ℃.

상기 분쇄 및/또는 해쇄는 볼밀(ball mill), 어트리션 밀(attrition mill), 진동 밀(vibration mill), 디스크 밀(disk mill), 제트 밀(jet mill), 로터 밀(rotor mill) 등과 같은 밀링기를 이용하여 상기 원료 전구체를 밀링함으로써 수행될 수 있다. 상기 밀링은 건식 공정, 또는 습식 공정, 또는 건식 및 습식이 조합된 공정으로 진행될 수 있다. 분쇄 및/또는 해쇄 공정에서 분쇄 속도, 압력, 시간 등으로 입자의 평균 입경 및 입도 분포도를 조절할 수 있다. 따라서, 상기 음극 활물질의 평균 입경 및 입도 분포도는 상기 분쇄 및/또는 해쇄 과정에 의해 결정될 수 있다.The milling and / or crushing may be performed by a ball mill, an attention mill, a vibration mill, a disk mill, a jet mill, a rotor mill, or the like. It can be carried out by milling the raw material precursor using the same mill. The milling may be a dry process, or a wet process, or a combination of dry and wet. In the grinding and / or crushing process, the average particle diameter and particle size distribution of the particles may be controlled by the grinding speed, pressure, time, and the like. Therefore, the average particle diameter and particle size distribution of the negative electrode active material may be determined by the grinding and / or crushing process.

상기 이흑연화성 탄소재료는 원료 전구체의 흑연화를 거친 후, 부분적으로 육방정의 규칙적인 배열(육각망면 구조배열)을 갖는다. The digraphitizable carbon material has a regular arrangement of hexagonal crystals (hexagonal network structure arrangement) after the raw material precursor has been graphitized.

상기 이흑연화성 탄소재료의 원료 전구체로는 특별히 한정되지는 않으나, 예를 들어, 석유 코크스, 석탄 코크스, 석탄계 피치, 석유계 피치, 메조페이즈 피치, 메조카본 마이크로 비즈, 염화비닐계 수지 등을 단독으로 또는 2종 이상 조합하여 사용할 수 있다.Although it does not specifically limit as a raw material precursor of the said digraphitizable carbon material, For example, petroleum coke, coal coke, coal pitch, petroleum pitch, mesophase pitch, mesocarbon microbeads, vinyl chloride type resin, etc. are independent. Or combinations of two or more thereof.

상기 도핑원소는 이차전지 내부에서 화학적 변화를 유발하지 않는 것이면 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 망간(Mn), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 아연(Zn)을 포함하는 전이금속 화합물, 붕소(B), 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 인듐(In), 질소(N), 규소(Si), 인(P), 비소(As)를 포함하는 3족, 4족 및 5족 원소 화합물, 나트륨(Na) 칼륨(Ka) 마그네슘(Mg) 칼슘(Ca)을 포함하는 알칼리금속 화합물 또는 알칼리 토금속 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 원소를 사용할 수 있다.The doping element is not particularly limited as long as it does not cause chemical change in the secondary battery, and includes, for example, manganese (Mn), iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), and zinc (Zn). Group 3 containing a transition metal compound, boron (B), aluminum (Al), gallium (Ga), indium (In), nitrogen (N), silicon (Si), phosphorus (P), arsenic (As), One or more elements selected from the group consisting of Group 4 and Group 5 element compounds, sodium (Na) potassium (Ka) magnesium (Mg) and calcium (Ca) alkali metal compounds or alkaline earth metal compounds can be used.

상기 니켈(Ni)을 포함하는 전이금속 화합물로는 니켈 나이트레이트, 니켈 설페이트, 니켈 아세테이트 등으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있고, 상기 붕소(B)를 포함하는 화합물로는 붕산염, 붕소산, 산화붕소, 황화붕소, 질화붕소, 염화붕소 등으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있으며, 상기 인(P)을 포함하는 화합물로는 인화수소, 오산화인, 인산, 과인산염, 옥소산 등으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다.As the transition metal compound containing nickel (Ni), one or more selected from the group consisting of nickel nitrate, nickel sulfate, nickel acetate, and the like may be used. Examples of the compound containing boron (B) include borate and boron. Acid, boron oxide, boron sulfide, boron nitride, boron chloride, etc. may be used one or more selected from the group consisting of phosphorus (P) as a compound containing hydrogen phosphide, phosphorus pentoxide, phosphoric acid, superphosphate, oxo At least one selected from the group consisting of acids and the like can be used.

상기 도핑원소의 함량은 음극활물질의 종류 등을 고려하여 전기전도성 및 고온 안전성 등을 향상시킬 수 있도록 적절히 조절할 수 있으며, 바람직하게는 음극활물질 전체 중량을 기준으로 0.1 내지 20 중량%로 포함될 수 있다. 도핑원소의 함량이 너무 적은 경우에는 첨가에 따른 효과를 발휘하기 어렵고, 반대로 너무 많은 경우에는 음극활물질 중에 함유된 도핑원소의 비율이 높아져 전지특성의 저하를 초래할 수 있으므로 바람직하지 않다.The content of the doping element may be appropriately adjusted to improve the electrical conductivity and high temperature safety in consideration of the type of the negative electrode active material, and may preferably be included in an amount of 0.1 to 20% by weight based on the total weight of the negative electrode active material. If the content of the doping element is too small it is difficult to exert the effect of the addition, on the contrary too much is not preferable because the ratio of the doping element contained in the negative electrode active material may increase the battery characteristics can be reduced.

상기 바인더는 음극활물질과 도전재 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 양극 활물질을 포함하는 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 ~ 50 중량%로 첨가된다. 이러한 바인더의 예로는, 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 부타디엔 고무, 불소 고무, 다양한 공중합체 등을 들 수 있다.The binder is a component that assists the bonding between the negative electrode active material and the conductive material and the current collector, and is generally added in an amount of 1 to 50 wt% based on the total weight of the mixture including the positive electrode active material. Examples of such binders include polyvinylidene fluoride, polyvinyl alcohol, carboxymethyl cellulose (CMC), starch, hydroxypropyl cellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene, polyethylene , Polypropylene, ethylene-propylene-diene polymer (EPDM), sulfonated EPDM, styrene butadiene rubber, fluorine rubber, various copolymers, and the like.

상기 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 카본 블랙(carbon black), 아세틸렌블랙(acetylene black), 서멀블랙(thermal black), 채널블랙(channel black), 퍼니스블랙(furnace black), 흑연 등의 탄소류나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.The conductive material is not particularly limited as long as it has conductivity without causing chemical change in the battery. For example, carbon black, acetylene black, thermal black, channel black conductive fibers such as carbons such as channel black, furnace black, graphite, and metal fibers; Metal powders such as carbon fluoride powder, aluminum powder and nickel powder; Conductive whiskeys such as zinc oxide and potassium titanate; Conductive metal oxides such as titanium oxide; Conductive materials such as polyphenylene derivatives and the like can be used.

상기 음극 합제는 선택적으로 충진제, 접착 촉진제 등을 포함할 수 있다.The negative electrode mixture may optionally include a filler, an adhesion promoter, and the like.

상기 충진제는 전극의 팽창을 억제하는 보조성분으로서, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 섬유상 재료라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 올레핀계 중합체; 유리섬유, 탄소섬유 등의 섬유상 물질이 사용된다.The filler is an auxiliary component that suppresses the expansion of the electrode, and is not particularly limited as long as it is a fibrous material without causing chemical changes in the battery. Examples of the filler include olefin polymers such as polyethylene and polypropylene; Fibrous materials such as glass fibers and carbon fibers are used.

상기 접착 촉진제는 집전체에 대한 활물질의 접착력을 향상시키기 위해 첨가되는 보조성분으로서, 바인더 대비 10 중량% 이하로 첨가될 수 있으며, 예를 들어 옥살산(oxalic acid), 아디프산(adipic acid), 포름산(formic acid), 아크릴산(acrylic acid) 유도체, 이타콘산(itaconic acid) 유도체 등을 들 수 있다.The adhesion promoter is an auxiliary component added to improve adhesion of the active material to the current collector, and may be added in an amount of 10 wt% or less, for example, oxalic acid, adipic acid, Formic acid, acrylic acid derivatives, itaconic acid derivatives, and the like.

또한, 상기 음극 합제가 집전체 상에 도포되어 있는 음극은 예를 들어, 상기 음극 합제를 집전체에 코팅하여 제조할 수 있다. 구체적으로, 음극 합제를 소정의 용매에 첨가하여 슬러리를 제조한 후, 이를 금속 호일 등의 집전체 상에 도포하고 건조 및 압연하여 소정의 시트형 전극을 제조할 수 있다.In addition, the negative electrode on which the negative electrode mixture is applied on the current collector, for example, may be prepared by coating the negative electrode mixture on the current collector. Specifically, the negative electrode mixture may be added to a predetermined solvent to prepare a slurry, and then, the slurry mixture may be coated on a current collector such as a metal foil, dried, and rolled to prepare a predetermined sheet-shaped electrode.

본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지는 상기 음극을 포함하는 이차전지로 구성된다.Secondary battery according to an embodiment of the present invention is composed of a secondary battery including the negative electrode.

일반적으로 음극은 음극 합제를 NMP 등의 용매에 첨가하여 슬러리 형태로 제조한 후, 이를 집전체 상에 도포하여 건조 및 프레싱함으로써, 제조된다. 상기 슬러리의 제조시 사용되는 용매의 바람직한 예로는 디메틸 설폭사이드(dimethyl sulfoxide, DMSO), 알코올, N-메틸피롤리돈(NMP), 소듐 카르복시메틸셀룰로스(CMC, sodium carbonxymethylcellulose), 아세톤 등을 들 수 있으며, 이러한 용매는 음극 합제 전체 중량을 기준으로 400 중량%까지 사용할 수 있고, 건조 과정에서 제거된다.Generally, the negative electrode is prepared by adding a negative electrode mixture to a solvent such as NMP to prepare a slurry, and then applying the same to a current collector to dry and press. Preferred examples of the solvent used in the preparation of the slurry include dimethyl sulfoxide (DMSO), alcohol, N-methylpyrrolidone (NMP), sodium carboxymethylcellulose (CMC, sodium carbonxymethylcellulose), acetone, and the like. The solvent may be used up to 400% by weight based on the total weight of the negative electrode mixture, and is removed in the drying process.

상기 음극 집전체는 일반적으로 3 ~ 500 ㎛의 두께로 만들어진다. 이러한 음극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소결 탄소, 구리나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 또한, 양극 집전체와 마찬가지로, 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.The negative electrode current collector is generally made to have a thickness of 3 to 500 mu m. Such a negative electrode current collector is not particularly limited as long as it has conductivity without causing chemical change in the battery. For example, the surface of copper, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, sintered carbon, copper or stainless steel Surface-treated with carbon, nickel, titanium, silver, and the like, aluminum-cadmium alloy, and the like can be used. In addition, like the positive electrode current collector, fine concavities and convexities may be formed on the surface to enhance the bonding strength of the negative electrode active material, and may be used in various forms such as a film, a sheet, a foil, a net, a porous body, a foam, and a nonwoven fabric.

상기 음극 합제 페이스트를 음극 집전체 상에 고르게 도포하는 방법은 재료의 특성 등을 감안하여 공지의 방법 중에 선택하거나 새로운 적절한 방법으로 수행할 수 있다. 예를 들어, 페이스트를 집전체 위에 분배시킨 후, 닥터 블레이드(doctor blade) 등을 사용하여 균일하게 분산시키는 것이 바람직하다. 경우에 따라서는, 분배와 분산 과정을 하나의 공정으로 실행하는 방법을 사용할 수 있다. 이 밖에 다이캐스팅, 콤마코팅, 스크린 프린팅 등의 방법을 택할 수도 있으며, 또는 별도의 기재 위에 성형한 후 프레싱 또는 라미네이션 방법에 의해 집전체와 접합시킬 수도 있다. 집전체 위에 도포된 페이스트의 건조는 50℃ 내지 200℃의 진공오븐에서 12 내지 72시간 동안 건조시키는 것이 바람직하다.The method of evenly applying the negative electrode mixture paste on the negative electrode current collector may be selected from known methods or performed by a new suitable method in consideration of the properties of the material. For example, after dispensing the paste onto the current collector, it is preferable to disperse the paste uniformly using a doctor blade or the like. In some cases, a method of performing the distribution and dispersion processes in one process may be used. In addition, a method such as die casting, comma coating, screen printing, or the like may be selected, or may be molded on a separate substrate and then bonded to the current collector by pressing or lamination. Drying of the paste applied on the current collector is preferably dried for 12 to 72 hours in a vacuum oven at 50 ℃ to 200 ℃.

상기 이차전지는 바람직하게는 리튬염 함유 비수 전해질을 포함하고 있는 리튬 이차전지일 수 있다. 상기 리튬 이차전지는 상기 음극과 양극 사이에 분리막이 개재된 구조의 전극조립체에 리튬염 함유 비수계 전해액이 함침되어 있는 구조로 제조될 수 있다.The secondary battery may preferably be a lithium secondary battery containing a lithium salt-containing nonaqueous electrolyte. The lithium secondary battery may be manufactured in a structure in which a lithium salt-containing non-aqueous electrolyte is impregnated into an electrode assembly having a separator interposed between the negative electrode and the positive electrode.

본 발명에 따른 리튬 이차전지의 기타 성분들에 대해서는 이하에서 상술한다.Other components of the lithium secondary battery according to the present invention will be described in detail below.

상기 양극은, 예를 들어, 양극 집전체 상에 양극 활물질, 도전재 및 바인더의 혼합물을 도포한 후 건조하여 제조되며, 필요에 따라서는, 상기 혼합물에 충진제를 더 첨가하기도 한다.The positive electrode is prepared by, for example, applying a mixture of a positive electrode active material, a conductive material, and a binder to a positive electrode current collector, followed by drying, and optionally, a filler is further added to the mixture.

상기 양극 집전체는 일반적으로 3 ~ 500 ㎛의 두께로 만든다. 이러한 양극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소결 탄소, 또는 알루미늄이나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것 등이 사용될 수 있다. 집전체는 그것의 표면에 미세한 요철을 형성하여 양극 활물질의 접착력을 높일 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태가 가능하다. The positive electrode current collector is generally made to a thickness of 3 to 500 ㎛. Such a positive electrode current collector is not particularly limited as long as it has high conductivity without causing chemical change in the battery. For example, a surface of stainless steel, aluminum, nickel, titanium, sintered carbon, or aluminum or stainless steel Surface treated with carbon, nickel, titanium, silver or the like can be used. The current collector may form fine irregularities on its surface to increase the adhesion of the positive electrode active material, and may be in various forms such as a film, a sheet, a foil, a net, a porous body, a foam, and a nonwoven fabric.

상기 양극활물질은 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물이나 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 화합물; 화학식 Li1 + yMn2 - yO4 (여기서, y 는 0 ~ 0.33 임), LiMnO3, LiMn2O3, LiMnO2 등의 리튬 망간 산화물; 리튬 동 산화물(Li2CuO2); LiV3O8, LiFe3O4, V2O5, Cu2V2O7 등의 바나듐 산화물; 화학식 LiNi1 - yMyO2 (여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B 또는 Ga 이고, y = 0.01 ~ 0.3 임)으로 표현되는 Ni 사이트형 리튬 니켈 산화물; 화학식 LiMn2 - yMyO2 (여기서, M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn 또는 Ta 이고, y = 0.01 ~ 0.1 임) 또는 Li2Mn3MO8 (여기서, M = Fe, Co, Ni, Cu 또는 Zn 임)으로 표현되는 리튬 망간 복합 산화물; 화학식의 Li 일부가 알칼리토금속 이온으로 치환된 LiMn2O4; 디설파이드 화합물; Fe2(MoO4)3 등을 사용할 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.The cathode active material may be a layered compound such as lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ), lithium nickel oxide (LiNiO 2 ), or a compound substituted with one or more transition metals; Li 1 + y Mn 2 - y O 4 (Where y is 0 to 0.33), lithium manganese oxide such as LiMnO 3 , LiMn 2 O 3 , LiMnO 2 ; Lithium copper oxide (Li 2 CuO 2 ); Vanadium oxides such as LiV 3 O 8 , LiFe 3 O 4 , V 2 O 5 , Cu 2 V 2 O 7 and the like; Ni-site type lithium nickel oxide represented by the formula LiNi 1 - y M y O 2 (wherein M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B or Ga, and y = 0.01 to 0.3); Formula LiMn 2 - y M y O 2 (wherein M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn or Ta and y = 0.01 to 0.1) or Li 2 Mn 3 MO 8 (wherein M = Fe, Co, Lithium manganese composite oxide represented by Ni, Cu or Zn); LiMn 2 O 4 in which a part of Li in the formula is substituted with alkaline earth metal ions; Disulfide compounds; Fe 2 (MoO 4 ) 3 and the like can be used, but are not limited thereto.

상기 분리막은 양극과 음극 사이에 개재되며, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용된다. 분리막의 기공 직경은 일반적으로 0.01 ~ 10 ㎛이고, 두께는 일반적으로 5 ~ 300 ㎛이다. 이러한 분리막으로는, 예를 들어, 내화학성 및 소수성의 폴리프로필렌 등의 올레핀계 폴리머; 유리섬유 또는 폴리에틸렌 등으로 만들어진 시트나 부직포 등이 사용된다. 전해질로서 폴리머 등의 고체 전해질이 사용되는 경우에는 고체 전해질이 분리막을 겸할 수도 있다.The separator is interposed between the anode and the cathode, and an insulating thin film having high ion permeability and mechanical strength is used. The pore diameter of the separator is generally from 0.01 to 10 ㎛ ㎛, thickness is generally 5 ~ 300 ㎛. As such a separator, for example, olefin polymers such as chemical resistance and hydrophobic polypropylene; Sheets or non-woven fabrics made of glass fibers or polyethylene are used. When a solid electrolyte such as a polymer is used as the electrolyte, the solid electrolyte may also serve as a separator.

상기 리튬염 함유 비수계 전해액은 전해액과 리튬염으로 이루어져 있으며, 상기 전해액으로는 비수계 유기용매, 유기 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용된다.The lithium salt-containing nonaqueous electrolyte solution is composed of an electrolyte solution and a lithium salt. As the electrolyte solution, a nonaqueous organic solvent, an organic solid electrolyte, and an inorganic solid electrolyte may be used.

상기 비수계 유기용매로는, 예를 들어, N-메틸-2-피롤리디논, 프로필렌 카르보네이트, 에틸렌 카르보네이트, 부틸렌 카르보네이트, 디메틸 카르보네이트, 디에틸 카르보네이트, 감마-부틸로 락톤, 1,2-디메톡시 에탄, 테트라히드록시 프랑(franc), 2-메틸 테트라하이드로푸란, 디메틸술폭시드, 1,3-디옥소런, 포름아미드, 디메틸포름아미드, 디옥소런, 아세토니트릴, 나트륨 카르복시메틸셀룰로스, 니트로메탄, 포름산 메틸, 초산메틸, 인산 트리에스테르, 트리메톡시 메탄, 디옥소런 유도체, 설포란, 메틸 설포란, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 프로필렌 카르보네이트 유도체, 테트라하이드로푸란 유도체, 에테르, 피로피온산 메틸, 프로피온산 에틸 등의 비양자성 유기용매가 사용될 수 있다.Examples of the non-aqueous organic solvent include N-methyl-2-pyrrolidinone, propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and gamma Butyl lactone, 1,2-dimethoxy ethane, tetrahydroxy franc, 2-methyl tetrahydrofuran, dimethyl sulfoxide, 1,3-dioxorone, formamide, dimethylformamide, dioxolon , Acetonitrile, sodium carboxymethylcellulose, nitromethane, methyl formate, methyl acetate, phosphate triester, trimethoxy methane, dioxoron derivatives, sulfolane, methyl sulfolane, 1,3-dimethyl-2-imidazoli Aprotic organic solvents such as dinon, propylene carbonate derivatives, tetrahydrofuran derivatives, ethers, methyl pyroionate and ethyl propionate can be used.

상기 유기 고체 전해질로는, 예를 들어, 폴리에틸렌 유도체, 폴리에틸렌 옥사이드 유도체, 폴리프로필렌 옥사이드 유도체, 인산 에스테르 폴리머, 폴리 에지테이션 리신(agitation lysine), 폴리에스테르 술파이드, 폴리비닐 알코올, 폴리 불화 비닐리덴, 이온성 해리기를 포함하는 중합체 등이 사용될 수 있다.Examples of the organic solid electrolyte include a polymer electrolyte such as a polyethylene derivative, a polyethylene oxide derivative, a polypropylene oxide derivative, a phosphate ester polymer, an agitation lysine, a polyester sulfide, a polyvinyl alcohol, a polyvinylidene fluoride, Polymers containing ionic dissociation groups, and the like can be used.

상기 무기 고체 전해질로는, 예를 들어, Li3N, LiI, Li5NI2, Li3N-LiI-LiOH, LiSiO4, LiSiO4-LiI-LiOH, Li2SiS3, Li4SiO4, Li4SiO4-LiI-LiOH, Li3PO4-Li2S-SiS2 등의 Li의 질화물, 할로겐화물, 황산염 등이 사용될 수 있다.Examples of the inorganic solid electrolyte include Li 3 N, LiI, Li 5 NI 2 , Li 3 N-LiI-LiOH, LiSiO 4 , LiSiO 4 -LiI-LiOH, Li 2 SiS 3 , Li 4 SiO 4 , Nitrides, halides, sulfates and the like of Li, such as Li 4 SiO 4 -LiI-LiOH, Li 3 PO 4 -Li 2 S-SiS 2 , and the like, may be used.

상기 리튬염은 상기 비수계 전해질에 용해되기 좋은 물질로서, 예를 들어, LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, CF3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, 클로로 보란 리튬, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4 페닐 붕산 리튬, 이미드 등이 사용될 수 있다.The lithium salt is a material that is readily soluble in the non-aqueous electrolyte, for example, LiCl, LiBr, LiI, LiClO 4, LiBF 4, LiB 10 Cl 10, LiPF 6, LiCF 3 SO 3, LiCF 3 CO 2, LiAsF 6, LiSbF 6, LiAlCl 4, CH 3 SO 3 Li, CF 3 SO 3 Li, (CF 3 SO 2) 2 NLi, chloroborane lithium, lower aliphatic carboxylic acid lithium, lithium tetraphenyl borate and imide have.

또한, 전해액에는 충방전 특성, 난연성 등의 개선을 목적으로, 예를 들어, 피리딘, 트리에틸포스파이트, 트리에탄올아민, 환상 에테르, 에틸렌 디아민, n-글라임(glyme), 헥사 인산 트리 아미드, 니트로벤젠 유도체, 유황, 퀴논 이민 염료, N-치환 옥사졸리디논, N,N-치환 이미다졸리딘, 에틸렌 글리콜 디알킬 에테르, 암모늄염, 피롤, 2-메톡시 에탄올, 삼염화 알루미늄 등이 첨가될 수도 있다. 경우에 따라서는, 불연성을 부여하기 위하여, 사염화탄소, 삼불화에틸렌 등의 할로겐 함유 용매를 더 포함시킬 수도 있고, 고온 보존 특성을 향상시키기 위하여 이산화탄산 가스를 더 포함시킬 수도 있다.In addition, in the electrolyte solution, for the purpose of improving the charge and discharge characteristics, flame retardancy, etc., for example, pyridine, triethyl phosphite, triethanolamine, cyclic ether, ethylene diamine, n-glyme, hexaphosphate triamide, nitro Benzene derivatives, sulfur, quinone imine dyes, N-substituted oxazolidinones, N, N-substituted imidazolidines, ethylene glycol dialkyl ethers, ammonium salts, pyrroles, 2-methoxy ethanol, aluminum trichloride and the like may be added. . In some cases, a halogen-containing solvent such as carbon tetrachloride or ethylene trifluoride may be further added to impart nonflammability, or a carbon dioxide gas may be further added to improve high-temperature storage characteristics.

본 발명의 일실시예에 따른 이차전지용 음극의 제조방법은 석유 코크스, 석탄 코크스, 석탄계 피치, 석유계 피치, 메조페이즈 피치, 메조카본 마이크로 비즈 및 염화비닐계 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종의 원료 전구체 및 도핑원소를 용매 하에서 균일하게 혼합하는 과정, 상기 혼합된 혼합물을 건조, 소성 및 탄화하는 과정, 및 상기 건조, 소성 및 탄화하는 과정을 거친 탄화물을 분쇄하는 과정을 포함하는 방법에 의해 음극활물질을 제조하는 단계; 상기 음극활물질, 및 바인더를 포함하는 음극 합제를 소정의 용매에 첨가하여 슬러리를 제조하는 단계; 상기 슬러리를 집전체에 도포하는 단계; 상기 슬러리가 도포된 집전체를 건조 및 압연하는 단계를 포함하는 것으로 이루어져 있다.At least one selected from the group consisting of petroleum coke, coal coke, coal-based pitch, petroleum-based pitch, mesophase pitch, mesocarbon microbeads and vinyl chloride-based resin according to an embodiment of the present invention The negative electrode by a method comprising uniformly mixing the raw material precursor and the doping element under a solvent, drying, calcining and carbonizing the mixed mixture, and pulverizing carbide after the drying, calcining and carbonization Preparing an active material; Preparing a slurry by adding a negative electrode mixture including the negative electrode active material and a binder to a predetermined solvent; Applying the slurry to a current collector; It comprises the step of drying and rolling the current collector to which the slurry is applied.

상기 소성 및 탄화 과정은 상기 원료 전구체 물질의 산화를 방지할 수 있도록, 진공 또는 불활성 분위기 하에서 수행될 수 있으며, 예를 들어 질소 또는 아르곤 분위기에서 수행될 수 있다.The firing and carbonization process may be performed in a vacuum or inert atmosphere, for example, in a nitrogen or argon atmosphere to prevent oxidation of the raw precursor material.

상기 소성 과정은 상기 전구체 물질의 탄소화 온도 이상의 온도에서 수행될 수 있고, 사용된 전구체 물질의 종류에 따라서도 달라질 수 있으며, 예를 들어, 600℃ 내지 2000℃의 온도에서 수행될 수 있다.The firing process may be carried out at a temperature higher than the carbonization temperature of the precursor material, may also vary depending on the type of precursor material used, for example, may be performed at a temperature of 600 ℃ to 2000 ℃.

상기 분쇄 과정에서 상기 소성 및 탄화하는 과정을 거친 탄화물을 대략 평균 입도 크기가 3 ㎛ 내지 30 ㎛의 크기로 분쇄하는 것이 바람직하며, 상기 분쇄는 앞서 언급한 이흑연화성 탄소 재료의 분쇄 방법을 이용하여 수행될 수 있다.In the pulverizing process, it is preferable to pulverize the carbide which has been subjected to the calcination and carbonization to an average particle size of about 3 μm to 30 μm, and the pulverization may be performed by using the above-mentioned grinding method of the digraphitizable carbon material. Can be performed.

상기 분쇄되는 탄화물의 평균입경이 너무 큰 경우에는 음극활물질의 부피 밀도가 저하되는 문제가 있고, 반대로 평균 입경이 너무 작은 경우에는 음극재의 비가역 용량이 높아지며, 소망하는 방전 용량을 기대하기 어려우므로, 바람직하지 않다.If the average particle diameter of the pulverized carbide is too large, there is a problem that the bulk density of the negative electrode active material is lowered. On the contrary, if the average particle diameter is too small, the irreversible capacity of the negative electrode material is high, and it is difficult to expect a desired discharge capacity. Not.

이하, 하기 실시예를 참조하여 본 발명을 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명의 기술적 사상이 그에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the following examples. However, the technical spirit of the present invention is not limited or limited thereto.

[[ 실시예Example ]]

실시예Example 1 One

비정질 탄소원료로 석유계 코크스를 사용하였으며, 상기 석유계 코크스를 500? 이상의 온도로 열처리 하고 분쇄하여 얻은 비정질 탄소 전구체에 인산을 전체 중량비 6 w.t.%를 10분간 분산 하였다. 이를 800?이상의 온도로 2시간 이내의 시간으로 열처리 하고 탄소재 활물질을 제조하였다. 상기 탄소재 활물질, 바인더로서 아크릴로 니트릴 부타디엔 고무, 및 도전재로서 Super-P(Timcal 사 제품) 를 포함하는 음극 합제를 물과 에탄올 용매에 첨가하여 슬러리를 제조한 다음, 집전체로서 구리 호일에 도포한 후, 상기 슬러리가 도포된 집전체를 건조하여 음극을 제조하고 전극 밀도를 1.21 g/cc로 프레스 한 후 1M LiPF6 리튬염 및 에틸렌 카보네이트/에틸 메틸 카보네이트(EC/EMC) 용매를 포함하는 비수계 전해액에 대한 함침시간을 측정하였다.
Petroleum coke was used as an amorphous carbon raw material, and the petroleum coke was 500? The total weight ratio of 6 wt% of phosphoric acid was dispersed in the amorphous carbon precursor obtained by heat treatment and grinding at the above temperature for 10 minutes. This was heat-treated at a temperature of 800 ° C. or more within 2 hours to prepare a carbonaceous active material. A negative electrode mixture containing the carbonaceous active material, acrylonitrile butadiene rubber as a binder, and Super-P (manufactured by Timcal) as a conductive material was added to water and an ethanol solvent to prepare a slurry, and then to a copper foil as a current collector. After application, the slurry was applied to the current collector was dried to prepare a negative electrode, and the electrode density was pressed at 1.21 g / cc and then included 1M LiPF 6 lithium salt and ethylene carbonate / ethyl methyl carbonate (EC / EMC) solvent The impregnation time for the non-aqueous electrolyte was measured.

실시예Example 2 2

전극 밀도를 1.22 g/cc로 프레스 한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일하게 음극을 제조하여 전해액 함침시간을 측정하였다.
An electrode was prepared in the same manner as in Example 1 except that the electrode density was pressed at 1.22 g / cc, and the electrolyte solution impregnation time was measured.

실시예Example 3 3

전극 밀도를 1.24 g/cc로 프레스 한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일하게 음극을 제조하여 전해액 함침시간을 측정하였다.
An electrode was prepared in the same manner as in Example 1 except that the electrode density was pressed at 1.24 g / cc, and the electrolyte solution impregnation time was measured.

실시예Example 4 4

전극 밀도를 1.25 g/cc로 프레스 한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일하게 음극을 제조하여 전해액 함침시간을 측정하였다.
An electrode was prepared in the same manner as in Example 1 except that the electrode density was pressed at 1.25 g / cc, and the electrolyte solution impregnation time was measured.

비교예Comparative example 1 One

비정질 탄소원료로 석유계 코크스를 사용하였으며, 상기 석유계 코크스를 500℃ 이상의 온도로 열처리 하고 분쇄하여 얻은 비정질 탄소를 800℃ 이상의 온도로 2시간 이내의 시간으로 열처리 하고 탄소재 활물질을 제조하였다. 상기 탄소재 활물질, 바인더로서 아크릴로 니트릴 부타디엔 고무, 및 도전재로서 Super-P(Timcal 社 제품) 를 포함하는 음극 합제를 물과 에탄올 용매에 첨가하여 슬러리를 제조한 다음, 집전체로서 구리 호일에 도포한 후, 상기 슬러리가 도포된 집전체를 건조하여 음극을 제조하고 전극 밀도를 1.22 g/cc로 프레스 한 후 1M LiPF6 리튬염 및 에틸렌 카보네이트/에틸 메틸 카보네이트(EC/EMC) 용매를 포함하는 비수계 전해액에 대한 함침시간을 측정하였다.
Petroleum-based coke was used as an amorphous carbon raw material, and the amorphous carbon obtained by heat-treating and pulverizing the petroleum coke at a temperature of 500 ° C. or higher was heat-treated at a temperature of 800 ° C. or higher for 2 hours to prepare a carbonaceous active material. A negative electrode mixture including the carbonaceous active material, acrylonitrile butadiene rubber as a binder, and Super-P (manufactured by Timcal) as a conductive material was added to water and an ethanol solvent to prepare a slurry, and then to a copper foil as a current collector. After application, the slurry was applied to the current collector was dried to prepare a negative electrode, and the electrode density was pressed at 1.22 g / cc and then included 1M LiPF 6 lithium salt and ethylene carbonate / ethyl methyl carbonate (EC / EMC) solvent The impregnation time for the non-aqueous electrolyte was measured.

비교예Comparative example 2 2

전극 밀도를 1.23 g/cc로 프레스 한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일하게 음극을 제조하여 전해액 함침시간을 측정하였다.
An electrode was prepared in the same manner as in Example 1 except that the electrode density was pressed at 1.23 g / cc, and the electrolyte solution impregnation time was measured.

비교예Comparative example 3 3

전극 밀도를 1.24 g/cc로 프레스 한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일하게 음극을 제조하여 전해액 함침시간을 측정하였다.
An electrode was prepared in the same manner as in Example 1 except that the electrode density was pressed at 1.24 g / cc, and the electrolyte solution impregnation time was measured.

비교예Comparative example 4 4

전극 밀도를 1.25 g/cc로 프레스 한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일하게 음극을 제조하여 전해액 함침시간을 측정하였다.
An electrode was prepared in the same manner as in Example 1 except that the electrode density was pressed at 1.25 g / cc, and the electrolyte solution impregnation time was measured.

상기와 같은 실험예들 및 비교예들의 전극 밀도에 따른 전해액 함침시간에 대한 내용을 표 1 및 도 1 에 나타내었다.Table 1 and Figure 1 shows the contents of the electrolyte solution impregnation time according to the electrode density of the above experimental examples and comparative examples.

전극밀도(g/cc)Electrode Density (g / cc) 함침시간(sec)Impregnation time (sec) 비교예1Comparative Example 1 1.221.22 404404 비교예2Comparative Example 2 1.231.23 424424 비교예3Comparative Example 3 1.241.24 479479 비교예4Comparative Example 4 1.251.25 488488 실시예1Example 1 1.211.21 160160 실시예2Example 2 1.221.22 205205 실시예3Example 3 1.241.24 214214 실시예4Example 4 1.251.25 256256

표 1에서 볼 수 있는 바와 같이 본원발명의 실시예에 따른 음극들은 비교예의 음극에 비해 비수계 전해액에 대한 함침시간이 빠른 것을 알 수 있다. 활물질의 전해액간의 친화도를 개선함으로써 확인된 이 결과를 통해 본원발명의 실시예에 따른 음극은 리튬 이차전지의 전해액에 대한 함침성을 향상시킴으로써 전지 특성을 향상시킬 수 있음을 알 수 있다.
As can be seen in Table 1 it can be seen that the negative electrode according to the embodiment of the present invention has a faster impregnation time for the non-aqueous electrolyte than the negative electrode of the comparative example. Through the results confirmed by improving the affinity between the electrolyte solution of the active material it can be seen that the negative electrode according to the embodiment of the present invention can improve the battery characteristics by improving the impregnation of the electrolyte of the lithium secondary battery.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
As described above, the present invention has been described by way of a limited embodiment, but the present invention is not limited to the above embodiments, and those skilled in the art to which the present invention pertains may make various modifications and variations from this description. Do.

그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be determined by the equivalents of the claims, as well as the claims.

◆: 비교예 1
■: 비교예 2
*: 실시예 1
●: 실시예 2
◆: Comparative Example 1
■: Comparative Example 2
*: Example 1
●: Example 2

Claims (12)

비정질 탄소재료 및 도핑원소를 포함하는 음극활물질, 바인더 및 도전재를 포함하는 음극 합제가 집전체 상에 형성되어 있는 음극으로서, 전극 밀도가 0.9 g/cc 내지 2.00 g/cc이고, 리튬염 및 유기용매를 포함하는 비수계 전해액에 대한 흡수 시간이 상기 비수계 전해액 1㎕ 당 50 내지 380 초 사이인 이차전지용 음극.An anode having a negative electrode active material including an amorphous carbon material and a doping element, a binder and a conductive material formed on a current collector, having an electrode density of 0.9 g / cc to 2.00 g / cc, lithium salt and organic A negative electrode for a secondary battery having an absorption time for a non-aqueous electrolyte solution containing a solvent is between 50 and 380 seconds per 1 μl of the non-aqueous electrolyte solution. 제1항에 있어서,
상기 리튬염은 LiPF6, LiClO4, LiBF4 및 LiAsF6 로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 이차전지용 음극.
The method of claim 1,
The lithium salt is a lithium secondary battery, characterized in that at least one selected from the group consisting of LiPF 6 , LiClO 4 , LiBF 4 and LiAsF 6 .
제1항에 있어서,
상기 유기용매는 유기에틸렌 카보네이트(Ethylene carbonate(EC)), 프로필렌 카보네이트(Propylene carbonate(PC)), 디에틸 카보네이트(Diethyl carbonate(DEC)), 디메틸 카보네이트(Dimethyl carbonate(DMC)), 및 에틸메틸 카보네이트(Ethyl methyl carbonate(EMC))로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 카보네이트계 유기용매인 것을 특징으로 하는 이차전지용 음극.
The method of claim 1,
The organic solvent is organic ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC), and ethylmethyl carbonate. (Ethyl methyl carbonate (EMC)) is a negative electrode for a secondary battery, characterized in that at least one carbonate organic solvent selected from the group consisting of.
제1항에 있어서,
상기 전극 밀도가 1.1 g/cc 내지 1.27 g/cc인 것을 특징으로 하는 이차전지용 음극.
The method of claim 1,
The electrode density of the secondary battery negative electrode, characterized in that 1.1 g / cc to 1.27 g / cc.
제1항에 있어서,
상기 흡수 시간은 상기 비수계 전해액 1㎕ 당 100 내지 280 초 사이인 것을 특징으로 하는 이차전지용 음극.
The method of claim 1,
The absorption time is a negative electrode for secondary batteries, characterized in that between 100 to 280 seconds per 1 μl of the non-aqueous electrolyte.
제1항에 있어서,
상기 비정질 탄소재료는 이흑연화성 탄소재료인 것을 특징으로 하는 이차전지용 음극.
The method of claim 1,
The amorphous carbon material is a secondary battery negative electrode, characterized in that the graphite graphite material.
제6항에 있어서,
상기 이흑연화성 탄소재료의 원료 전구체가 석유 코크스, 석탄 코크스, 석탄계 피치, 석유계 피치, 메조페이즈 피치, 메조카본 마이크로 비즈 및 염화비닐계 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종인 것을 특징으로 하는 이차전지용 음극.
The method of claim 6,
Raw material precursor of the graphitizable carbon material is at least one selected from the group consisting of petroleum coke, coal coke, coal-based pitch, petroleum-based pitch, mesophase pitch, mesocarbon microbeads and vinyl chloride-based resin cathode.
제1항에 있어서,
상기 도핑원소는 망간(Mn), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 아연(Zn)을 포함하는 전이금속 화합물, 붕소(B), 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 인듐(In), 질소(N), 규소(Si), 인(P), 비소(As)를 포함하는 3족, 4족 및 5족 원소 화합물, 나트륨(Na) 칼륨(Ka) 마그네슘(Mg) 칼슘(Ca)을 포함하는 알칼리금속 화합물 또는 알칼리 토금속 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 이차전지용 음극.
The method of claim 1,
The doping element is a transition metal compound including manganese (Mn), iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), zinc (Zn), boron (B), aluminum (Al), gallium (Ga), Group 3, 4 and 5 elemental compounds including indium (In), nitrogen (N), silicon (Si), phosphorus (P) and arsenic (As), sodium (Na) potassium (Ka) magnesium (Mg) An anode for secondary batteries, characterized in that at least one selected from the group consisting of alkali metal compounds or alkaline earth metal compounds containing calcium (Ca).
제1항에 있어서,
상기 도핑원소의 함량은 상기 음극활물질 전체 중량을 기준으로 0.1 내지 20 중량%인 것을 특징으로 하는 이차전지용 음극.
The method of claim 1,
The content of the doping element is a secondary battery negative electrode, characterized in that 0.1 to 20% by weight based on the total weight of the negative electrode active material.
제1항 내지 제9항 중 어느 하나에 따른 음극을 포함하는 이차전지.A secondary battery comprising the negative electrode according to any one of claims 1 to 9. 제10항에 있어서, 상기 이차전지는 리튬 이차전지인 것을 특징으로 하는 이차전지.The secondary battery of claim 10, wherein the secondary battery is a lithium secondary battery. 석유 코크스, 석탄 코크스, 석탄계 피치, 석유계 피치, 메조페이즈 피치, 메조카본 마이크로 비즈 및 염화비닐계 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종의 원료 전구체 및 도핑원소를 용매 하에서 균일하게 혼합하는 과정, 상기 혼합된 혼합물을 건조, 소성 및 탄화하는 과정, 및 상기 건조, 소성 및 탄화하는 과정을 거친 탄화물을 분쇄하는 과정을 포함하는 방법에 의해 음극활물질을 제조 하는 단계;
상기 음극활물질, 및 바인더를 포함하는 음극 합제를 소정의 용매에 첨가하여 슬러리를 제조하는 단계;
상기 슬러리를 집전체에 도포하는 단계;
상기 슬러리가 도포된 집전체를 건조 및 압연하는 단계를 포함하는 이차전지용 음극의 제조방법.
Uniformly mixing at least one raw material precursor and a doping element selected from the group consisting of petroleum coke, coal coke, coal-based pitch, petroleum-based pitch, mesophase pitch, mesocarbon microbeads and vinyl chloride-based resins under a solvent, the Preparing a negative electrode active material by a method comprising the steps of drying, firing, and carbonizing the mixed mixture, and pulverizing a carbide having undergone the drying, firing, and carbonization;
Preparing a slurry by adding a negative electrode mixture including the negative electrode active material and a binder to a predetermined solvent;
Applying the slurry to a current collector;
Method of manufacturing a negative electrode for a secondary battery comprising the step of drying and rolling the current collector, the slurry is applied.
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