KR20130032818A - Electrode active material, electrode comprising the same, lithium battery comprising the electrode, and method for preparing the electrode active material - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: An electrode active material is provided to offer a lithium battery with excellent storage stability, lifetime, and high voltage performance at high temperature by regularly arranging pores. CONSTITUTION: An electrode active material(10) with a nanostructure comprises a core(12) which includes one or more from metal or metal oxides capable of emitting and absorbing lithium ions; and a crystalline carbon thin film(14) which is formed on at least a part of the core surface. The electrode active material includes pores(16) and walls among the pores. The pore includes one or more of SnO2 and MoO2. The thickness of the crystalline carbon thin film is 2nm or less. The specific surface area of the electrode active material is 50-250 m^2/g.

Description

전극 활물질, 이를 포함한 전극, 상기 전극을 포함한 리튬 전지 및 상기 전극 활물질의 제조 방법 {Electrode active material, electrode comprising the same, lithium battery comprising the electrode, and method for preparing the electrode active material}[0001] The present invention relates to an electrode active material, an electrode including the electrode active material, a lithium battery including the electrode, and a method for manufacturing the electrode active material,

전극 활물질, 이를 포함한 전극, 상기 전극을 채용한 리튬 전지 및 상기 전극 활물질의 제조 방법에 관한 것이다.An electrode active material, an electrode including the electrode active material, a lithium battery employing the electrode, and a method for manufacturing the electrode active material.

리튬 전지와 같은 전지(battery)를 포함하는 전기화학전지(electrochemical cell)에 사용되는 음극 활물질의 대표적인 예는 흑연과 같은 탄소계 재료이다. 흑연은 용량 유지 특성 및 전위 특성이 우수하며, 리튬과 합금 형성시 부피 변화가 없어 전지의 안정성이 높지만, 최근 요구되는 고용량의 전지 재료로는 한계가 있다.A representative example of a negative electrode active material used in an electrochemical cell including a battery such as a lithium battery is a carbon-based material such as graphite. Graphite has excellent capacity retention characteristics and dislocation characteristics, and has no volume change when lithium and an alloy are formed, so that the stability of the battery is high.

한편, 상기 음극 활물질로서 리튬과 합금 가능한 금속이 사용될 수 있다.On the other hand, a metal capable of alloying with lithium may be used as the negative electrode active material.

리튬과 합금 가능한 금속은 Si, Sn, Al 등이다. 상기 리튬과 합금 가능한 금속들은 전기용량이 상대적으로 크나, 상기 리튬과 합금 가능한 금속들은 충방전시에 부피 팽창을 수반하여 전극 내에서 단락되는 활물질을 발생시키며 이로 인하여 전지의 용량 유지 특성이 급감하게 된다.The metals which can be alloyed with lithium are Si, Sn, Al and the like. The metals capable of being alloyed with lithium are relatively large in electrical capacity, but the metals capable of alloying with lithium are accompanied by volume expansion during charging and discharging, resulting in short-circuited active materials in the electrode, thereby reducing the capacity retention characteristic of the battery .

고용량 및 장수명 전지 구현을 위하여 향상된 성능의 음극 활물질 개발의 필요성이 점차 증대되고 있다.There is an increasing need to develop an anode active material with improved performance in order to realize a high capacity and long life battery.

한 측면은 신규 구조의 전극 활물질을 제공하는 것이다.One aspect is to provide an electrode active material of a novel structure.

다른 측면은 상기 전극 활물질을 포함한 전극을 제공하는 것이다.Another aspect is to provide an electrode including the electrode active material.

또 다른 측면은, 상기 전극을 채용한 리튬 전지를 제공하는 것이다.Another aspect is to provide a lithium battery employing the electrode.

또 다른 측면은, 상기 전극 활물질의 제조 방법을 제공하는 것이다.Another aspect provides a method for producing the electrode active material.

일 측면에 따르면, 리튬 이온의 흡장 및 방출이 가능한 금속 및 금속 산화물 중 1종 이상을 포함한 코어; 및 상기 코어 표면의 적어도 일부에 형성된 결정질 탄소 박막;을 포함하고, 나노-구조를 갖는, 전극 활물질이 제공된다.According to an aspect of the present invention, there is provided a lithium secondary battery comprising: a core including at least one of metal and metal oxides capable of intercalating and deintercalating lithium ions; And a crystalline carbon thin film formed on at least a part of the surface of the core, wherein the electrode active material has a nano-structure.

다른 측면에 따르면, 상기 전극 활물질을 포함한 전극이 제공된다.According to another aspect, an electrode including the electrode active material is provided.

또 다른 측면에 따르면, 상기 전극을 포함한 리튬 전지가 제공된다.According to another aspect, there is provided a lithium battery including the electrode.

또 다른 측면에 따르면, According to another aspect,

리튬 이온의 흡장 및 방출이 가능한 금속 및 금속 산화물 중 1종 이상을 포함한 코어, 화학식 1로 표시되는 탄소계 전구체 및 용매를 혼합하여 상기 코어 표면의 적어도 일부에 하기 화학식 2로 표시되는 탄소계 모이어티를 형성하는 단계; 및 상기 탄소계 모이어티가 형성된 코어를 불활성 분위기 하에서 열처리하여, 상기 탄소계 모이어티를 결정질 탄소 박막으로 전환시키는 단계를 포함하는 상기 전극 활물질 제조 방법에 제공된다:A core containing at least one of metal and metal oxides capable of intercalating and deintercalating lithium ions, a carbonaceous precursor represented by Chemical Formula 1, and a solvent are mixed to prepare a carbon-based moiety represented by the following Chemical Formula 2 ; And heat-treating the core formed with the carbon-based moiety in an inert atmosphere to convert the carbon-based moiety into a crystalline carbon thin film.

<화학식 1> <화학식 2>&Lt; Formula 1 > < EMI ID =

Figure pat00001
Figure pat00002
Figure pat00001
Figure pat00002

상기 화학식 1 및 2 중,Among the above general formulas (1) and (2)

A 고리는 치환 또는 비치환된 C5-C30 방향족 고리 또는 치환 또는 비치환된 C2-C30 헤테로방향족 고리이고;Ring A is a substituted or unsubstituted C 5 -C 30 aromatic ring or a substituted or unsubstituted C 2 -C 30 heteroaromatic ring;

a 및 b는 서로 독립적으로 1 내지 5의 정수이고;a and b are each independently an integer of 1 to 5;

*는 상기 코어 표면과의 결합 사이트이다.* Is a binding site with the core surface.

상기 전극 활물질을 채용한 리튬 전지는 우수한 용량 및 수명 특성을 가질 수 있다. The lithium battery employing the electrode active material may have excellent capacity and life characteristics.

도 1a는 상기 전극 활물질의 일 구현예의 일부를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 1b는 도 1a에 도시된 전극 활물질의 단면을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 상기 리튬 전지의 일 구현예 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 비교예 1의 활물질을 관찰한 투과 전자 현미경(TEM) 사진이다.
도 4a 및 4b는 실시예 3의 활물질을 관찰한 TEM 사진이다.
도 5a 및 5b는 실시예 4의 활물질을 관찰한 TEM 사진이다.
도 6은 비교예 8의 활물질을 관찰한 TEM 사진이다.
도 7은 실시예 9의 활물질을 관찰한 TEM 사진이다.
도 8은 비교예 1, 실시예 3 및 비교예 5 내지 7의 활물질의 저각 X-선 회절 실험 결과이다.
도 9는 비교예 1, 실시예 3 및 비교예 5 내지 7의 활물질의 고각 X-선 회절 실험 결과이다.
도 10은 비교예 1 및 실시예 1 내지 4의 활물질의 X-선 회절 실험 결과이다.
도 11은 비교예 8 및 실시예 7 내지 10의 활물질의 X-선 회절실험 결과이다.
도 12는 비교예 1 및 실시예 1 내지 4의 활물질의 기공 사이즈 분포도이다.
도 13은 비교예 8 및 실시예 7 내지 10의 활물질의 기공 사이즈 분포도이다.
도 14는 비교예 2, 실시예 5 및 6의 활물질의 라만 스펙트럼이다.
도 15는 실시예 3 및 비교예 6의 활물질의 라만 스펙트럼이다.
도 16은 비교예 1 및 실시예 1 내지 4의 활물질의 열중량 분석(TGA) 결과이다.
도 17은 기공이 없는 구형 입자 형태의 SnO2 코어, 비교예 2 및 실시예 5의 활물질의 전도도 데이터이다.
도 18은 비교예 1, 비교예 5 및 실시예 3의 활물질의 전도도 데이터다.
도 19는 비교예 1 및 실시예 3의 활물질을 각각 포함한 음극을 채용한 리튬 전지의 1번째 사이클 충방전 곡선 및 50 사이클 충방전 곡선이다.
도 20은 비교예 1 및 실시예 1 내지 4의 활물질을 각각 포함한 음극을 채용한 리튬 전지의 용량 유지율(%) 그래프이다.
도 21은 비교예 8 및 실시예 7 내지 10의 활물질을 각각 포함한 음극을 채용한 리튬 전지의 용량 유지율(%) 그래프이다.
FIG. 1A schematically shows a part of one embodiment of the electrode active material, and FIG. 1B is a cross-sectional view schematically showing a cross section of the electrode active material shown in FIG. 1A.
2 is a schematic view showing an embodiment of the lithium battery.
3 is a transmission electron microscope (TEM) photograph of the active material of Comparative Example 1 observed.
4A and 4B are TEM photographs of the active material of Example 3. FIG.
5A and 5B are TEM photographs of the active material of Example 4. FIG.
6 is a TEM photograph of the active material of Comparative Example 8 observed.
7 is a TEM photograph showing the active material of Example 9. Fig.
Fig. 8 shows the X-ray diffraction results of the active materials of Comparative Examples 1, 3 and 5 to 7 at low angles.
Fig. 9 is a high-angle X-ray diffraction experiment result of the active materials of Comparative Example 1, Example 3, and Comparative Examples 5 to 7. Fig.
10 shows the X-ray diffraction experimental results of the active material of Comparative Example 1 and Examples 1 to 4.
Fig. 11 shows X-ray diffraction results of the active materials of Comparative Examples 8 and 7 to 10. Fig.
12 is a pore size distribution diagram of the active material of Comparative Example 1 and Examples 1 to 4.
13 is a pore size distribution diagram of the active material of Comparative Example 8 and Examples 7 to 10.
14 is a Raman spectrum of the active material of Comparative Example 2, Examples 5 and 6. Fig.
15 is a Raman spectrum of the active material of Example 3 and Comparative Example 6. Fig.
16 is a thermogravimetric analysis (TGA) result of the active material of Comparative Example 1 and Examples 1 to 4.
17 is the conductivity data of the spherical particle type SnO 2 core without pores, and the active material of Comparative Example 2 and Example 5. Fig.
18 is the conductivity data of the active material of Comparative Example 1, Comparative Example 5 and Example 3. Fig.
19 is a graph showing the relationship between the first cycle charging / discharging curve of a lithium battery employing a negative electrode containing the active materials of Comparative Examples 1 and 3, Cycle charge / discharge curve.
20 is a graph of capacity retention (%) of a lithium battery employing a negative electrode containing the active materials of Comparative Example 1 and Examples 1 to 4, respectively.
21 is a graph of capacity retention (%) of a lithium battery employing a negative electrode containing the active materials of Comparative Examples 8 and 7 to 10, respectively.

이하에서 예시적인 일구현예들에 따른 전극 활물질, 상기 전극 활물질을 포함하는 전극, 상기 전극을 채용한 리튬 전지와 캐패시터 및 상기 전극 활물질의 제조방법에 관하여 더욱 상세히 설명한다.Hereinafter, an electrode active material according to exemplary embodiments, an electrode including the electrode active material, a lithium battery and a capacitor employing the electrode, and a method for manufacturing the electrode active material will be described in detail.

일구현예에 따른 전극 활물질은 리튬 이온의 흡장 및 방출이 가능한 금속 및 금속 산화물 중 1종 이상을 포함한 코어 및 상기 코어 표면의 적어도 일부에 형성된 결정질 탄소 박막을 포함하며, 나노-구조를 가질 수 있다.The electrode active material according to one embodiment includes a core including at least one of metals and metal oxides capable of intercalating and deintercalating lithium ions, and a crystalline carbon thin film formed on at least a portion of the core surface, and may have a nano-structure .

상기 나노-구조를 갖는 전극 활물질은 입자, 막대, 와이어 또는 튜브의 형태를 가질 수 있다. 한편, 상기 나노-구조를 갖는 전극 활물질은 기공 및 상기 기공 사이의 벽을 형성하는 골격을 포함할 수 있다.The nano-structured electrode active material may have the form of particles, rods, wires or tubes. On the other hand, the nano-structured electrode active material may include pores and skeletons forming walls between the pores.

본 명세서 중 "나노-구조를 갖는 전극 활물질"이란, 상기 전극 활물질의 치수들(dimension) 중 적어도 하나가 나노 사이즈(100nm 이하의 범위, 예를 들면, 1nm 내지 80nm의 범위, 또 다른 예로서, 5nm 내지 50nm의 범위)를 갖는 것을 의미한다. 예를 들어, 상기 나노-구조를 갖는 전극 활물질이 입자 형태를 가질 경우, 상기 나노-구조를 갖는 전극 활물질의 평균 입경이 상술한 바와 같은 나노 사이즈를 가질 수 있다. 또한, 상기 나노-구조를 갖는 전극 활물질이 입자 형태를 가지면서 기공 및 기공 사이의 벽을 형성하는 골격을 포함할 경우, 상기 입자의 평균 입경, 기공의 평균 입경 및 상기 골격의 두께가 상술한 바와 같은 나노 사이즈를 가질 수 있다.The term "nano-structured electrode active material" in the present specification means that at least one of the dimensions of the electrode active material is nano-sized (within a range of 100 nm or less, for example, 1 nm to 80 nm, In the range of 5 nm to 50 nm). For example, when the nano-structured electrode active material has a particle shape, the average particle size of the nano-structured electrode active material may have a nanosize as described above. When the nano-structured electrode active material has a particle shape and includes a skeleton that forms a wall between pores and pores, the average particle size of the particles, the average particle size of the pores, and the thickness of the skeleton are as described above It can have the same nano-size.

상기 전극 활물질은 상술한 바와 같은 나노-구조를 갖는 바, 상기 전극 활물질에 대한 리튬 이온의 흡장 및 방출이 원활히 이루어질 수 있다. 또한, 상기 전극 활물질은 이를 포함한 전극에 균일하게 분산될 수 있다. 따라서, 나노-구조를 갖는 전극 활물질을 포함한 전극은 전기적 특성이 향상될 수 있다.Since the electrode active material has a nano-structure as described above, lithium ions can be easily absorbed and released from the electrode active material. In addition, the electrode active material can be uniformly dispersed in the electrode including the electrode active material. Accordingly, the electrode including the nano-structured electrode active material can have improved electrical characteristics.

상기 전극 활물질이 기공 및 상기 기공 사이의 벽을 형성하는 골격을 포함할 경우, 상기 기공의 형태 및 분포는 균일할 수 있다. 이로써, 상기 전극 활물질은 규칙적 다공성(ordered porosity)을 가질 수 있다. 상기 기공 사이즈 및 골격 두께는 상술한 바와 같은 나노 사이즈를 가질 수 있다.When the electrode active material includes pores and a skeleton forming a wall between the pores, the shape and distribution of the pores may be uniform. Thus, the electrode active material may have an ordered porosity. The pore size and skeletal thickness may have a nano size as described above.

상기 전극 활물질이 기공을 포함할 경우, 상기 전극 활물질의 충방전시 부피 팽창으로 인한 스트레스는 용이하게 수용될 수 있다. 또한, 상기 기공에 의하여 전극 활물질의 비표면적이 매우 넓어질 수 있는 바, 전극 활물질과 전해질과의 접촉 면적을 증가될 수 있다. 여기서, 상기 골격 두께가 나노 사이즈(예를 들면, 10nm 이하)일 경우, 리튬 이온의 골격 내에서의 확산 경로가 단축되어 고율 특성이 향상될 수 있다. When the electrode active material includes pores, the stress due to the volume expansion of the electrode active material during charging and discharging can be easily accommodated. In addition, since the specific surface area of the electrode active material can be greatly increased by the pores, the contact area between the electrode active material and the electrolyte can be increased. Here, when the skeleton thickness is nano-sized (for example, 10 nm or less), the diffusion path in the skeleton of the lithium ion is shortened and the high-rate characteristics can be improved.

한편, 상기 전극 활물질이 상술한 바와 같은 기공 및 골격을 포함할 경우, 상기 골격과 같은 크기의 나노 입자는 입자들 간의 저항이 발생하지만, 상기 전극 활물질의 골격은 네트워크를 이루고 있으므로, 저항 발생이 감소하여 전력 손실이 감소될 수 있다. 상기 전극 활물질의 기공들이 규칙적으로 배열되어 있으므로, 균일한 전기화학 반응이 가능하여 전극 활물질의 국부적인 손실이나 열화를 회피할 수 있다.On the other hand, when the electrode active material includes pores and skeletons as described above, nanoparticles of the same size as the skeleton cause resistance between the particles, but since the skeleton of the electrode active material forms a network, So that the power loss can be reduced. Since the pores of the electrode active material are regularly arranged, a uniform electrochemical reaction can be performed, and local loss or deterioration of the electrode active material can be avoided.

상기 전극 활물질에 포함된 코어는 리튬 이온의 흡장 및 방출이 가능한 금속 및 금속 산화물 중 1종 이상을 포함할 수 있다. 상기 금속 및 금속 산화물은 후술할 화학식 1의 탄소계 전구체와의 탈수 반응을 위하여, 그 표면에 히드록실기가 부착될 수 있는 성분을 가질 수 있다. The core included in the electrode active material may include at least one of metals and metal oxides capable of intercalating and deintercalating lithium ions. The metal and the metal oxide may have a component capable of attaching a hydroxyl group on the surface thereof for dehydration reaction with the carbon-based precursor of the formula (1) to be described later.

상기 금속은 주석(Sn), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 아연(Zn), 망간(Mn), 몰리브덴(Mo) 및 비스무트(Bi) 중 1종 이상을 포함할 수 있고, 상기 금속 산화물은 주석 산화물, 철 산화물, 코발트 산화물, 니켈 산화물, 아연 산화물, 망간 산화물, 몰리브덴 산화물 및 비스무트 산화물 중 1종 이상을 포함할 수 있다. 상기 코어는 서로 다른 2종 이상의 금속을 포함한 합금 또는 산화물 복합체일 수 있으며, 리튬과 복합화될 수도 있다.The metal may include at least one of Sn, Fe, Co, Ni, Zn, Mn, Mo, and Bi. And the metal oxide may include at least one of tin oxide, iron oxide, cobalt oxide, nickel oxide, zinc oxide, manganese oxide, molybdenum oxide and bismuth oxide. The core may be an alloy or an oxide complex containing two or more different metals, and may be complexed with lithium.

예를 들어, 상기 코어는 SnO2 및 MoO2 중 하나 이상을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.For example, the core may include, but is not limited to, one or more of SnO 2 and MoO 2 .

상기 결정질 탄소 박막은 상기 코어 표면의 적어도 일부에 형성되어 전극 활물질의 율특성 및 전도도를 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 결정질 탄소 박막은 상기 전극 활물질의 충방전 과정에서 상기 코어의 부피 팽창시, 코어의 부피 변화에 대한 지지대 역할을 하여, 전극 활물질의 물리적 구조 변화를 감소시키는 역할을 한다. 이로써, 상기 전극 활물질을 포함한 전극을 채용한 리튬 전지의 수명 특성이 향상될 수 있다.The crystalline carbon thin film may be formed on at least a part of the surface of the core to improve the rate characteristics and the conductivity of the electrode active material. In addition, the crystalline carbon thin film plays a role of supporting the volume change of the core when the core expands in the charging and discharging process of the electrode active material, thereby reducing the physical structure change of the electrode active material. Thus, the lifetime characteristics of the lithium battery employing the electrode including the electrode active material can be improved.

상기 결정질 탄소 박막의 두께는 2nm 이하, 예를 들면, 0.1nm 내지 2nm 이하일 수 있다. 일 구현예에 따르면, 상기 결정질 탄소 박막의 두께는 1nm 이하, 예를 들면, 0.1nm 내지 1nm 이하일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The thickness of the crystalline carbon thin film may be 2 nm or less, for example, 0.1 nm to 2 nm or less. According to one embodiment, the thickness of the crystalline carbon thin film may be 1 nm or less, for example, 0.1 nm to 1 nm or less, but is not limited thereto.

상기 결정질 탄소 박막의 일부 이상은 단일 또는 다중 그래핀층을 포함할 수 있다. "그래핀"은 탄소 원자들이 자발적으로 sp2 결합된 2차원 원자 평면 구조를 갖는 화합물이다. 따라서, 단일 그래핀층의 두께는 탄소 원자의 직경과 실질적으로 동일할 수 있다. 상기 다중 그래핀층은 복수개의 그래핀층이 1개의 그래핀층의 탄소가 연장된 방향에 수직한 방향을 따라 적층되어 있는 층이다. 상기 다중 그래핀층은 2 내지 10개, 예를 들면, 2 내지 5개의 그래핀들이 적층된 층일 수 있다. 따라서, 상기 결정질 탄소 박막의 두께는 탄소 원자 직경의 1배 내지 10배, 예를 들면, 탄소 원자 직경의 1배 내지 5배, 또 다른 예를 들면, 탄소 원자 직경의 1배 내지 2배일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. Some or more of the crystalline carbon thin films may comprise single or multiple graphene layers. "Graphene" is a compound having a two-dimensional atomic plane structure in which carbon atoms are spontaneously sp 2 bonded. Thus, the thickness of the single graphene layer may be substantially equal to the diameter of the carbon atoms. The multiple graphene layer is a layer in which a plurality of graphene layers are stacked along a direction perpendicular to the direction in which carbon of one graphene layer extends. The multiple graphene layer may be a layer in which 2 to 10 grapins, for example, 2 to 5 graphenes, are laminated. Therefore, the thickness of the crystalline carbon thin film may be 1 to 10 times the diameter of the carbon atom, for example, 1 to 5 times the diameter of the carbon atom, and yet another example may be 1 to 2 times the diameter of the carbon atom , But is not limited thereto.

상기 결정질 탄소 박막은 우수한 결정성을 가지므로, 전극 활물질의 전도도를 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 결정질 탄소 박막의 라만 스펙트럼 중 1360±10cm-1의 파수에 존재하는 D 피크의 세기를 ID라 하고, 1580±10cm-1의 파수에 존재하는 G 피크의 세기를 IG라 할 때, ID/IG는 0.7 이하, 예를 들면, 0.65 이하일 수 있다. 상기 D 피크는 상기 탄소 박막의 불규칙성(disordered) 또는 결손(defect)를 나타내고, G 피크는 상기 탄소 박막의 흑연(graphite) 결합인 sp2 결합을 나타낸 것이다. 상술한 바와 같은 범위의 ID/IG를 만족하는 결정질 탄소 박막은 우수한 결정성을 가지므로, 전극 활물질의 전도도를 증가시킬 수 있다.Since the crystalline carbon thin film has excellent crystallinity, the conductivity of the electrode active material can be improved. For example, the intensity of the D peak present at the wave number of 1360 10 cm -1 in the Raman spectrum of the crystalline carbon thin film is I D , and the intensity of the G peak present at the wave number of 1580 10 cm -1 is I G I D / I G may be 0.7 or less, for example, 0.65 or less. The D peak represents a disordered or defect of the carbon thin film, and the G peak represents a sp2 bond that is a graphite bond of the carbon thin film. The crystalline carbon thin film satisfying the I D / I G in the above-described range has excellent crystallinity, so that the conductivity of the electrode active material can be increased.

따라서, 상기 전극 활물질은 31.83 Mpa에서 2.0 x 10-5 S/cm 내지 1.0 x 10-2 S/cm, 예를 들면, 7.1 x 10-4 S/cm 내지 1.0 x 10-3 S/cm 범위의 전도도를 가질 수 있다. 상기 전극 활물질은 상술한 바와 같은 나노-구조를 유지하면서도 상술한 바와 같은 전도도 범위를 만족하는 바, 리튬 전지에 유용하게 사용될 수 있다. 상기 전도도는 예를 들면, 후술할 화학식 1의 탄소계 전구체를 탄소 박막 소스로 사용함으로써 달성할 수 있다.Therefore, the electrode active material has a specific surface area ranging from 31.83 Mpa to 2.0 x 10 -5 S / cm to 1.0 x 10 -2 S / cm, for example, from 7.1 x 10 -4 S / cm to 1.0 x 10 -3 S / cm Conductivity can be obtained. The electrode active material satisfies the above-described conductivity range while maintaining the nano-structure as described above, and thus can be usefully used in lithium batteries. The conductivity can be achieved by using, for example, a carbon-based precursor of the following formula (1) as a carbon thin film source.

상기 코어의 비표면적을 A라 하고, 상기 탄소 박막의 질량을 B라 할 때, B/A가 7.69 x 10-3 g2/m2 이하(상기 탄소 박막이 10개의 그래핀층이고 상기 코어가 비표면적이 100 m2/g인 활물질인 경우의 이론상 B/A 값에 해당함), 예를 들면 5.0 x 10-4 g2/m2 내지 2.0 x 10-4 g2/m2 일 수 있다. 상기 B/A 수치는 상기 탄소 박막이 예를 들면, 탄소 원자 직경의 1배 내지 10배 정도의 미세 두께를 가지면서 균일한 두께를 갖기 때문에 얻을 수 있는 것이다. 참고로, 이론상 1개의 그래핀층의 비표면적은 2600 m2/g 이며 1개의 그래핀층이 완벽히 코팅되면 B/A는 7.69 x 10-4 g2/m2 의 값을 가질 수 있다.When referred to a specific surface area of the core A, and La on the mass of the carbon thin film B, B / A is 7.69 x 10 -3 g 2 / m 2 or less (wherein the carbon film is 10 yes pinned layer and the core is non- For example, 5.0 x 10 -4 g 2 / m 2 to 2.0 x 10 -4 g 2 / m 2 , which corresponds to a B / A value theoretically in the case of an active material having a surface area of 100 m 2 / g. The B / A value is obtained because the carbon thin film has a uniform thickness with a fine thickness of, for example, 1 to 10 times the carbon atom diameter. For reference, in theory, the specific surface area of one graphene layer is 2600 m 2 / g, and when one graphene layer is completely coated, B / A can have a value of 7.69 × 10 -4 g 2 / m 2 .

상기 전극 활물질은 상술한 바와 같은 나노-구조 및 탄소 박막을 갖는다. 도 1A는, 일 구현예를 따르는, 기공(16) 및 상기 기공(16) 사이의 벽을 형성하는 골격을 포함한 전극 활물질(10)의 일부를 확대하여 개략적으로 도시한 도면이고, 도 1B는 도 1A에 도시된 전극 활물질(10)의 단면도를 개략적으로 도시한 도면이다. 상기 전극 활물질(10)은 코어(12) 및 탄소 박막(14)을 포함하며, 상기 탄소 박막(14)은 상기 코어(12) 표면의 적어도 일부에 형성되어 있다. 구체적으로, 상기 탄소 박막(14)은 상기 코어(12)의 외부로 노출된 표면 및 기공(16)의 내벽에 형성되어 있다. The electrode active material has the nano-structure and the carbon thin film as described above. 1A is an enlarged schematic view of a part of an electrode active material 10 including a pore 16 and a skeleton forming a wall between the pores 16 according to an embodiment, 1A is a schematic cross-sectional view of an electrode active material 10 shown in Fig. 1A. Fig. The electrode active material 10 includes a core 12 and a carbon thin film 14 and the carbon thin film 14 is formed on at least a part of the surface of the core 12. Specifically, the carbon thin film 14 is formed on the surface exposed to the outside of the core 12 and on the inner wall of the pores 16.

상기 전극 활물질(10)의 기공(pore)(16)은 이중 크기 분포(bimodal size distribution)를 가질 수 있다. 상기 기공(16)이 이중 크기 분포(bimodal size distribution)를 가짐으로써, 충방전시 전극 활물질(예를 들면, 코어(12))의 내부 구조 차이에 기인한 팽창율 차이에 의하여 발생하는 스트레스를 용이하게 수용할 수 있다. 상기 기공(16)이 이중 크기 분포를 가진다는 것은 질소 흡착 실험에서 얻어지는 BJH(Barrett-Joyner-Halenda) 기공 크기 분포에서 2개의 기공 직경 피크(pore diameter peak)가 나타나는 것을 의미한다.The pores 16 of the electrode active material 10 may have a bimodal size distribution. Since the pores 16 have a bimodal size distribution, the stress caused by the difference in the expansion ratio due to the internal structure difference of the electrode active material (for example, the core 12) during charging and discharging can be easily Can be accommodated. The fact that the pores 16 have a double size distribution means that two pore diameter peaks appear in the BJH (Barrett-Joyner-Halenda) pore size distribution obtained in the nitrogen adsorption experiment.

상기 기공(16)의 이중 크기 분포(bimodal size distribution)에서, 상기 기공(16)은 1nm 내지 5nm 범위의 제 1 피크 및 10nm 내지 20nm 범위의 제 2 피크를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 기공은 2nm 내지 5nm 범위의 제 1 피크 및 16 내지 20nm 범위의 제 2 피크를 포함할 수 있다. 즉, 상기 전극 활물질(10)은 규칙적인 10nm 미만의 제 1 나노 기공 및 규칙적인 10nm 초과의 제 2 나노 기공을 포함할 수 있다.In a bimodal size distribution of the pores 16, the pores 16 may comprise a first peak in the range of 1 nm to 5 nm and a second peak in the range of 10 nm to 20 nm. For example, the pores may comprise a first peak in the range of 2 nm to 5 nm and a second peak in the range of 16 to 20 nm. That is, the electrode active material 10 may include regular first nano pores less than 10 nm and regular second nano pores larger than 10 nm.

상기 전극 활물질(10)은 규칙적인 메조다공성(mesoporous) 구조를 가질 수 있다. 상기 전극 활물질(10)의 기공(16)의 구체적인 규칙성은 저각 X-선 회절 스펙트럼(low angle X-ray diffraction spectrum)에서 얻어지는 피크로 확인될 수 있다.The electrode active material 10 may have a regular mesoporous structure. The specific regularity of the pores 16 of the electrode active material 10 can be confirmed as a peak obtained in a low angle X-ray diffraction spectrum.

상기 전극 활물질(10)은 저각 X-선 회절 스펙트럼(low angle X-ray diffraction spectrum)에서 (110) 면에 대한 피크가 브래그 2θ각 0.6ㅁ0.2ㅀ에서 나타날 수 있다.The electrode active material 10 may exhibit a peak for the (110) plane at a Bragg's 2? Angle of 0.6? 0.2? In a low angle X-ray diffraction spectrum.

예를 들어, 상기 전극 활물질(10)은 저각 X-선 회절 스펙트럼(low angle X-ray diffraction spectrum)에서 전형적인 Tetragonal I4 1 /a (또는 그 하부 구조)의 메조구조를 나타내고 있다. 이것은 상기 전극 활물질(10)의 고도의 규칙성(highly ordering) 3차원적인 기공구조 및 골격 구조를 나타내는 것이다. 특히, (110) 면에 대한 회절 피크는 상기 기공(16)의 이중 크기 분포에서 제 2 피크에 해당하는 기공과 관련이 있다. 즉, 상기 기공(16)의 이중 크기 분포에서 제 2 피크에 해당하는 기공이 존재한다면 반드시 X-선 회절 스펙트럼(low angle X-ray diffraction spectrum)에서 (110) 면에 해당하는 피크가 존재하게 된다.For example, the electrode active material 10 exhibits a typical Tetragonal I4 1 / a (or its substructure) meso structure in a low angle X-ray diffraction spectrum. This represents a highly ordered three-dimensional pore structure and skeleton structure of the electrode active material 10. In particular, the diffraction peak for the (110) plane is related to the pore corresponding to the second peak in the double size distribution of the pores 16. [ That is, if pores corresponding to the second peak exist in the double-size distribution of the pores 16, a peak corresponding to the (110) plane exists in the low angle X-ray diffraction spectrum .

상기 전극 활물질(10)의 기공(16) 사이의 벽을 형성하는 골격의 두께(D)는 5nm 이상일 수 있다. 예를 들어, 상기 골격(D)의 두께는 5nm 내지 20nm일 수 있다. 예를 들어, 상기 골격(D)의 두께는 5nm 내지 10nm일 수 있다. 예를 들어, 상기 골격(D)의 두께는 10nm 내지 20nm일 수 있다. 예를 들어, 상기 골격(D)의 두께는 10nm 내지 15nm일 수 있다. 상기 골격(D) 두께가 상술한 범위를 만족할 경우, 상기 코어(12)의 결정화가 효과적일 이루어질 수 있다. The thickness D of the skeleton forming the wall between the pores 16 of the electrode active material 10 may be 5 nm or more. For example, the thickness of the skeleton D may be 5 nm to 20 nm. For example, the thickness of the skeleton D may be 5 nm to 10 nm. For example, the thickness of the skeleton D may be 10 nm to 20 nm. For example, the thickness of the skeleton D may be 10 nm to 15 nm. When the thickness of the skeleton (D) satisfies the above-described range, the crystallization of the core 12 can be effectively performed.

상기 전극 활물질(10)의 코어(12)의 결정 크기는 5nm 이상일 수 있다. 예를 들어, 상기 전극 활물질(10)의 코어(12)의 결정 크기는 5nm 내지 30nm일 수 있다.The crystal size of the core 12 of the electrode active material 10 may be 5 nm or more. For example, the crystal size of the core 12 of the electrode active material 10 may be 5 nm to 30 nm.

상기 전극 활물질(10)의 비표면적은 50 m2/g 내지 250 m2/g일 수 있다. 예를 들어, 상기 전극 활물질(10)의 비표면적은 100 m2/g 내지 150 m2/g일 수 있다. 상기 비표면적을 가짐으로써, 상기 전극 활물질(10)은 리튬 전지, 캐패시터 등의 전기적 성능 향상에 기여할 수 있다. 상기 비표면적은 기공(16) 크기나 골격(D) 크기 (또는 두께)에 의하여 조절 될 수 있다. 상기 비표면적 범위를 만족함으로써, 상기 전극 활물질(10)에 대한 리튬 이온의 이동 및 확산 경로 확보가 용이하게 이루어질 수 있으며, 전극 활물질(10)의 안정성이 확보될 수 있다. The specific surface area of the electrode active material 10 may be 50 m 2 / g to 250 m 2 / g. For example, the specific surface area of the electrode active material 10 may be 100 m 2 / g to 150 m 2 / g. By having the specific surface area, the electrode active material 10 can contribute to improvement of electrical performance of a lithium battery, a capacitor, and the like. The specific surface area can be controlled by the size of the pores 16 or the size (or thickness) of the skeleton D. By satisfying the specific surface area, the lithium ion migration and diffusion path can be easily secured to the electrode active material 10, and the stability of the electrode active material 10 can be secured.

상기 전극 활물질(10)의 기공(16) 부피는 0.1 cm3/g 내지 2 cm3/g일 수 있다. 예를 들어, 상기 전극 활물질(10)의 기공(16) 부피는 0.5 m2/g 내지 1 cm3/g일 수 있다. 상기 기공 부피를 가짐으로써, 상기 전극 활물질(10)은 리튬 전지, 캐패시터 등의 전기적 성능 향상에 기여할 수 있다. 상기 기공 부피는 기공(16) 크기나 골격(D) 크기 (또는 두께)에 의하여 조절 될 수 있다. 상기 기공 부피 범위를 만족함으로써, 상기 전극 활물질(10)에 대한 리튬 이온의 이동 및 확산 경로 확보가 용이하게 이루어질 수 있으며, 전극 활물질(10)의 안정성이 확보될 수 있다.The volume of the pores 16 of the electrode active material 10 may be 0.1 cm 3 / g to 2 cm 3 / g. For example, the volume of the pores 16 of the electrode active material 10 may be 0.5 m 2 / g to 1 cm 3 / g. By having the pore volume, the electrode active material 10 can contribute to improvement of the electrical performance of a lithium battery, a capacitor, and the like. The pore volume can be controlled by the size of the pores 16 or the size (or thickness) of the skeleton D. By satisfying the above-described pore volume range, it is possible to easily secure the migration and diffusion path of lithium ions to the electrode active material 10, and the stability of the electrode active material 10 can be secured.

상기 전극 활물질(10)에서 기공(16)은 서로 연결되어 채널을 형성할 수 있다. 이러한 채널의 형성에 의하여 전극 활물질(10) 내부로 전해액의 침투 및 리튬 이온의 이동이 용이해질 수 있다.In the electrode active material 10, the pores 16 may be connected to each other to form a channel. By the formation of such a channel, penetration of the electrolyte solution and movement of lithium ions into the electrode active material 10 can be facilitated.

본 명세서 중 "상기 코어 표면의 적어도 일부에 형성된 결정질 탄소 박막" 중 "코어 표면"은, 상기 코어가 기공 및 기공 사이의 벽을 형성하는 골격을 포함할 경우, 상기 기공의 내벽도 포함하는 용어이다.The term "core surface" of the " crystalline carbon thin film formed on at least a part of the core surface " in the present specification is a term including the inner wall of the pore when the core includes a skeleton forming a wall between pores and pores .

상기 전극 활물질(10)의 기공율은 80% 이하일 수 있다. 예를 들어, 상기 전극 활물질(10)의 기공율은 10% 내지 70%일 수 있다. 상기 기공율은 전극 활물질(10)의 전체 부피 중에서 기공(16)이 차지하는 부피를 의미한다. 상기 기공율 범위를 만족함으로써, 상기 전극 활물질(10)은 우수한 수명 특성 및 에너지 밀도를 가질 수 있다.The porosity of the electrode active material 10 may be 80% or less. For example, the porosity of the electrode active material 10 may be 10% to 70%. The porosity means the volume occupied by the pores 16 in the entire volume of the electrode active material 10. By satisfying the porosity range, the electrode active material 10 can have excellent life characteristics and energy density.

상기 전극 활물질은 전극, 예를 들면, 리튬 전지의 전극에 포함될 수 있다. 따라서, 상기 전극 활물질을 포함한 전극이 제공된다. 상기 전극은 리튬 전지의 양극 또는 음극일 수 있는데, 예를 들면, 리튬 전지의 음극일 수 있다.The electrode active material may be included in an electrode, for example, an electrode of a lithium battery. Accordingly, an electrode including the electrode active material is provided. The electrode may be a cathode or a cathode of a lithium battery, for example, a cathode of a lithium battery.

상기 리튬 전지의 음극은 하기 공정에 따라 제조될 수 있다.The negative electrode of the lithium battery can be manufactured according to the following process.

상기 전극 활물질, 도전제, 결합제 및 용매를 혼합하여 음극 활물질 조성물을 제조하며, 이를 구리 집전체에 직접 코팅하여 음극 극판을 제조할 수 있다. 다르게는, 상기 음극 활물질 조성물을 별도의 지지체상에 캐스팅하고 이 지지체로부터 박리시킨 음극 활물질 필름을 구리 집전체에 라미네이션하여 음극 극판을 제조할 수 있다.The negative electrode active material composition is prepared by mixing the electrode active material, the conductive agent, the binder and the solvent, and then directly coated on the copper current collector to prepare the negative electrode plate. Alternatively, the negative electrode active material composition may be cast on a separate support, and the negative electrode active material film peeled from the support may be laminated on a copper current collector to produce a negative electrode plate.

상기 도전제로는 카본 블랙, 흑연 미립자 천연 흑연, 인조 흑연, 아세틸렌 블랙, 탄소섬유; 탄소나노튜브, 구리, 니켈, 알루미늄, 은 등의 금속 분말 또는 금속 섬유 또는 금속 튜브; 폴리페닐렌 유도체와 같은 전도성 고분자 등이 사용될 수 있으나 이들로 한정되지 않으며 당해 기술 분야에서 도전재로 사용될 수 있는 것이라면 모두 가능하다.Examples of the conductive agent include carbon black, graphite fine particle natural graphite, artificial graphite, acetylene black, carbon fiber; Metal powders or metal fibers or metal tubes such as carbon nanotubes, copper, nickel, aluminum, and silver; Conductive polymers such as polyphenylene derivatives, and the like may be used, but the present invention is not limited thereto, and any conductive material may be used as the conductive material in the related art.

결합제로는 비닐리덴 플루오라이드/헥사플루오로프로필렌 코폴리머, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 전술한 고분자들의 혼합물, 스티렌 부타디엔 고무계 폴리머 등이 사용될 수 있으며, 용매로는 N-메틸피롤리돈(NMP), 아세톤, 물 등이 사용될 수 있으나 반드시 이들로 한정되지 않으며 당해기술 분야에서 사용될 수 있는 것이라면 모두 가능하다.Examples of the binder include vinylidene fluoride / hexafluoropropylene copolymer, polyvinylidene fluoride, polyacrylonitrile, polymethyl methacrylate, polytetrafluoroethylene (PTFE), a mixture of the above-mentioned polymers, a styrene butadiene rubber- Polymer, etc. may be used. As the solvent, N-methylpyrrolidone (NMP), acetone, water and the like may be used, but not limited thereto, and any of them can be used in the technical field.

경우에 따라서는 음극 활물질 조성물에 가소제를 더 부가하여 전극판 내부에 기공을 형성하는 것도 가능하다.In some cases, a plasticizer may be further added to the negative electrode active material composition to form pores in the electrode plate.

상기 음극 활물질, 도전제, 결합제 및 용매의 함량은 리튬 전지에서 통상적으로 사용하는 수준이다. 리튬 전지의 용도 및 구성에 따라 상기 도전재, 결합제 및 용매 중 하나 이상이 생략될 수 있다.The content of the negative electrode active material, the conductive agent, the binder and the solvent is a level commonly used in a lithium battery. Depending on the application and configuration of the lithium battery, one or more of the conductive material, the binder, and the solvent may be omitted.

또한, 상기 음극 활물질은 상기 전극 활물질 외에 다른 일반적인 음극 활물질을 추가적으로 포함할 수 있다. 상기 일반적인 음극 활물질은 당해 기술분야에서 리튬 전지의 음극 활물질로 사용될 수 있는 것이라면 모두 가능하다. 예를 들어, 상기 일반적인 음극 활물질은 리튬 금속, 리튬과 합금 가능한 금속, 전이금속 산화물, 비전이금속 산화물 및 탄소계 재료로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.In addition, the negative electrode active material may further include other common negative electrode active materials in addition to the electrode active material. The general negative electrode active material may be any material that can be used as a negative electrode active material of a lithium battery in the related art. For example, the general negative electrode active material may include at least one selected from the group consisting of lithium metal, lithium-alloyable metal, transition metal oxide, non-transition metal oxide, and carbon-based material.

예를 들어, 상기 리튬과 합금가능한 금속은 Si, Sn, Al, Ge, Pb, Bi, Sb Si-X 합금(상기 X는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 13족 원소, 14족 원소, 전이금속, 희토류 원소 또는 이들의 조합 원소이며, Si는 아님), Sn-T 합금(상기 T는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 13족 원소, 14족 원소, 전이금속, 희토류 원소 또는 이들의 조합 원소이며, Sn은 아님) 등일 수 있다. 상기 원소 X 또는 Y로는 Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Sc, Y, Ti, Zr, Hf, Rf, V, Nb, Ta, Db, Cr, Mo, W, Sg, Tc, Re, Bh, Fe, Pb, Ru, Os, Hs, Rh, Ir, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, B, Al, Ga, Sn, In, Ti, Ge, P, As, Sb, Bi, S, Se, Te, Po, 또는 이들의 조합일 수 있다.For example, the metal that can be alloyed with lithium is at least one element selected from the group consisting of Si, Sn, Al, Ge, Pb, Bi, Sb Si-X alloy (X is an alkali metal, an alkali earth metal, a Group 13 element, a Group 14 element, An element selected from the group consisting of Al, Al, and combinations thereof; and Sn is not an element other than Si), Sn-T alloy (T is an alkali metal, an alkaline earth metal, a Group 13 element, a Group 14 element, a transition metal, a rare earth element, ) And the like. As the element X or Y, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Sc, Y, Ti, Zr, Hf, Rf, V, Nb, Ta, Db, Cr, Mo, W, Sg, Pb, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, B, Al, Ga, Sn, In, Ti, Ge, P, As, Sb, Bi, S, Se, Te, Po, or a combination thereof.

예를 들어, 상기 전이금속 산화물은 리튬 티탄 산화물, 바나듐 산화물, 리튬 바나듐 산화물 등일 수 있다.For example, the transition metal oxide may be lithium titanium oxide, vanadium oxide, lithium vanadium oxide, or the like.

예를 들어, 상기 비전이금속 산화물은 SnO2, SiOx(0<x<2) 등일 수 있다. For example, the non-transition metal oxide may be SnO 2 , SiO x (0 <x <2), or the like.

상기 탄소계 재료로는 결정질 탄소, 비정질 탄소 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 상기 결정질 탄소는 무정형, 판상, 린편상(flake), 구형 또는 섬유형의 천연 흑연 또는 인조 흑연과 같은 흑연일 수 있으며, 상기 비정질 탄소는 소프트 카본(soft carbon: 저온 소성 탄소) 또는 하드 카본(hard carbon), 메조페이스 피치(mesophase pitch) 탄화물, 소성된 코크스 등일 수 있다.The carbon-based material may be crystalline carbon, amorphous carbon, or a mixture thereof. The crystalline carbon may be graphite such as natural graphite or artificial graphite in an amorphous, plate-like, flake, spherical or fibrous shape, and the amorphous carbon may be soft carbon or hard carbon carbon, mesophase pitch carbide, calcined coke, and the like.

또한, 상기 음극은 리튬전지 외에 수퍼캐패시터 등 다른 전기화학전지(electrochemical cell)에 사용되기 위하여 상술한 음극 활물질을 포함하는 것을 제외하고는 제조방법, 전극 조성, 전극 구조 등이 적절히 변경될 수 있다.In addition, the negative electrode may be suitably modified in its manufacturing method, electrode composition, electrode structure, and the like, except that it contains the above-described negative electrode active material for use in other electrochemical cells such as a supercapacitor in addition to a lithium battery.

예를 들어, 캐패시터용 전극은 전도성 기판 상에 금속구조체를 배치하고, 상기 금속구조체 상에 상술한 음극 활물질을 코팅하여 제조할 수 있다. 다르게는, 상기 전도성 기판 상에 상술한 음극 활물질을 직접 코팅하여 제조할 수 있다.For example, the electrode for a capacitor can be manufactured by disposing a metal structure on a conductive substrate and coating the above-described negative electrode active material on the metal structure. Alternatively, the anode active material may be directly coated on the conductive substrate.

상기 전극 활물질을 포함한 양극 역시 통상의 리튬 전지 양극에 포함될 수 있는 물질을 사용하여, 상술한 방법과 유사한 방법으로 제조될 수 있다.The positive electrode containing the electrode active material can also be produced by a method similar to the above-described method using a material that can be included in a conventional lithium battery positive electrode.

또 다른 일구현예에 따른 리튬 전지는 상기 전극 활물질을 포함한 양극 또는 음극을 채용한다. 예를 들면, 상기 리튬 전지는 상기 전극 활물질을 포함한 음극을 채용할 수 있다. 이러한 리튬전지는 예를 들어 다음과 같이 제조할 수 있다.A lithium battery according to another embodiment employs a positive electrode or a negative electrode including the electrode active material. For example, the lithium battery may employ a negative electrode including the electrode active material. Such a lithium battery can be manufactured, for example, as follows.

먼저 상술한 바와 같이 일구현예에 따라 상기 전극 활물질을 포함한 음극을 제조한다.First, an anode including the electrode active material is prepared according to one embodiment as described above.

다음으로, 양극이 다음과 같이 제조될 수 있다. 상기 양극은 상기 음극 활물질 대신에 양극 활물질로 사용하는 것을 제외하고는 음극과 동일한 방법을 제조될 수 있다.Next, the anode can be manufactured as follows. The anode may be manufactured in the same manner as the cathode except that the cathode is used as a cathode active material instead of the anode active material.

양극 활물질 조성물에서 도전제, 결합제 및 용매는 음극의 경우와 동일한 것을 사용할 수 있다. 양극 활물질, 도전제, 결합제 및 용매를 혼합하여 양극 활물질 조성물을 준비한다. 상기 양극 활물질 조성물을 알루미늄 집전체상에 직접 코팅 및 건조하여 양극 활물질층이 형성된 양극 극판을 제조할 수 있다. 다르게는, 상기 양극 활물질 조성물을 별도의 지지체상에 캐스팅한 다음, 이 지지체로부터 박리하여 얻은 필름을 상기 알루미늄 집전체 상에 라미네이션하여 양극 활물질층이 형성된 양극 극판을 제조할 수 있다.As the conductive agent, the binder and the solvent in the cathode active material composition, the same materials as those of the cathode can be used. A cathode active material composition, a conductive agent, a binder and a solvent are mixed to prepare a cathode active material composition. The positive electrode active material composition is directly coated on the aluminum current collector and dried to produce a positive electrode plate having a positive electrode active material layer. Alternatively, the cathode active material composition may be cast on a separate support, and then a film obtained by peeling the support from the support may be laminated on the aluminum current collector to produce a cathode plate having a cathode active material layer.

상기 양극 활물질은 리튬함유 금속산화물로서, 당업계에서 통상적으로 사용되는 것이면 제한 없이 모두 사용될 수 있다. 예를 들어, 코발트, 망간, 니켈, 및 이들의 조합에서 선택되는 금속과 리튬과의 복합 산화물 중 1종 이상의 것을 사용할 수 있으며, 그 구체적인 예로는, LiaA1 - bLbD2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 및 0 ≤ b ≤ 0.5이다); LiaE1 - bLbO2 - cDc(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05이다); LiE2 - bLbO4 - cDc(상기 식에서, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05이다); LiaNi1 -b- cCobLcDα(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α ≤ 2이다); LiaNi1 -b- cCobLcO2 Rα(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α < 2이다); LiaNi1 -b- cCobLcO2 R2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α < 2이다); LiaNi1 -b-cMnbLcDα(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α ≤ 2이다); LiaNi1-b-cMnbLcO2-αRα(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α < 2이다); LiaNi1 -b- cMnbLcO2 R2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α < 2이다); LiaNibEcGdO2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.9, 0 ≤ c ≤ 0.5, 0.001 ≤ d ≤ 0.1이다.); LiaNibCocMndGeO2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.9, 0 ≤ c ≤ 0.5, 0 ≤ d ≤0.5, 0.001 ≤ e ≤ 0.1이다.); LiaNiGbO2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0.001 ≤ b ≤ 0.1이다.); LiaCoGbO2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0.001 ≤ b ≤ 0.1이다.); LiaMnGbO2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0.001 ≤ b ≤ 0.1이다.); LiaMn2GbO4(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0.001 ≤ b ≤ 0.1이다.); QO2; QS2; LiQS2; V2O5; LiV2O5; LiZO2; LiNiVO4; Li(3-f)J2(PO4)3(0 ≤ f ≤ 2); Li(3-f)Fe2(PO4)3(0 ≤ f ≤ 2); LiFePO4의 화학식 중 어느 하나로 표현되는 화합물을 사용할 수 있다:The cathode active material is a lithium-containing metal oxide, and any of those conventionally used in the art can be used without limitation. For example, one or more of complex oxides of metals selected from cobalt, manganese, nickel, and combinations thereof may be used. Specific examples thereof include Li a A 1 - b L b D 2 In the formula, 0.90? A? 1.8, and 0? B? 0.5); Li a E 1 - b L b O 2 - c D c where 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05; LiE 2 - b L b O 4 - c D c where 0? B? 0.5, 0? C? 0.05; Li a Ni 1 -b- c Co b L c D ? Wherein, in the formula, 0.90? A? 1.8, 0? B? 0.5, 0? C? 0.05, 0 <? Li a Ni 1 -b- c Co b L c O 2 - ? R ? Where 0.90? A? 1.8, 0? B? 0.5, 0? C? 0.05, 0 <? Li a Ni 1 -b- c Co b L c O 2 - ? R 2 wherein 0.90? A? 1.8, 0? B? 0.5, 0? C? 0.05, 0 <? Li a Ni 1 -bc Mn b L c D ? Wherein, in the formula, 0.90? A? 1.8, 0? B? 0.5, 0? C? 0.05, 0 <? Li a Ni 1-bc Mn b L c O 2-α R α wherein 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 <α <2; Li a Ni 1 -b- c Mn b L c O 2 - ? R 2 wherein 0.90? A? 1.8, 0? B? 0.5, 0? C? 0.05, 0 <? Li a Ni b E c G d O 2 wherein 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.9, 0 ≤ c ≤ 0.5, and 0.001 ≤ d ≤ 0.1; Li a Ni b Co c Mn d GeO 2 wherein 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.9, 0 ≤ c ≤ 0.5, 0 ≤ d ≤ 0.5, and 0.001 ≤ e ≤ 0.1; Li a NiG b O 2 (in the above formula, 0.90? A? 1.8, and 0.001? B? 0.1); Li a CoG b O 2 wherein, in the above formula, 0.90? A? 1.8, and 0.001? B? 0.1; Li a MnG b O 2 (in the above formula, 0.90? A? 1.8, 0.001? B? 0.1); Li a Mn 2 G b O 4 wherein, in the above formula, 0.90? A? 1.8, and 0.001? B? 0.1; QO 2; QS 2 ; LiQS 2 ; V 2 O 5 ; LiV 2 O 5 ; LiZO 2 ; LiNiVO 4; Li (3-f) J 2 (PO 4 ) 3 (0? F? 2); Li (3-f) Fe 2 (PO 4 ) 3 (0? F? 2); In the formula of LiFePO 4 may be used a compound represented by any one:

상기 화학식에 있어서, A는 Ni, Co, Mn, 또는 이들의 조합이고; L는 Al, Ni, Co, Mn, Cr, Fe, Mg, Sr, V, 희토류 원소 또는 이들의 조합이고; D는 O, F, S, P, 또는 이들의 조합이고; E는 Co, Mn, 또는 이들의 조합이고; R는 F, S, P, 또는 이들의 조합이고; G는 Al, Cr, Mn, Fe, Mg, La, Ce, Sr, V, 또는 이들의 조합이고; Q는 Ti, Mo, Mn, 또는 이들의 조합이고; Z는 Cr, V, Fe, Sc, Y, 또는 이들의 조합이며; J는 V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, 또는 이들의 조합이다.In the above formula, A is Ni, Co, Mn, or a combination thereof; L is at least one element selected from the group consisting of Al, Ni, Co, Mn, Cr, Fe, Mg, Sr, V, rare earth elements or combinations thereof; D is O, F, S, P, or a combination thereof; E is Co, Mn, or a combination thereof; R is F, S, P, or a combination thereof; G is Al, Cr, Mn, Fe, Mg, La, Ce, Sr, V, or combinations thereof; Q is Ti, Mo, Mn, or a combination thereof; Z is Cr, V, Fe, Sc, Y, or a combination thereof; J is V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, or a combination thereof.

예를 들어, LiCoO2, LiMnxO2x(x=1, 2), LiNi1-xMnxO2x(0<x<1), Ni1-x-yCoxMnyO2 (0≤x≤0.5, 0≤y≤0.5), LiFePO4 등이다.For example, LiCoO 2 , LiMn x O 2x (x = 1, 2), LiNi 1-x Mn x O 2x (0 <x <1), Ni 1-xy Co x Mn y O 2 0.5, and 0≤y≤0.5), LiFePO 4 or the like.

물론 상기 화합물 표면에 코팅층을 갖는 것도 사용할 수 있고, 또는 상기 화합물과 코팅층을 갖는 화합물을 혼합하여 사용할 수도 있다. 이 코팅층은 코팅 원소의 옥사이드, 하이드록사이드, 코팅 원소의 옥시하이드록사이드, 코팅 원소의 옥시카보네이트, 또는 코팅 원소의 하이드록시카보네이트의 코팅 원소 화합물을 포함할 수 있다. 이들 코팅층을 이루는 화합물은 비정질 또는 결정질일 수 있다. 상기 코팅층에 포함되는 코팅 원소로는 Mg, Al, Co, K, Na, Ca, Si, Ti, V, Sn, Ge, Ga, B, As, Zr 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 코팅층 형성 공정은 상기 화합물에 이러한 원소들을 사용하여 양극 활물질의 물성에 악영향을 주지 않는 방법(예를 들어 스프레이 코팅, 침지법 등)으로 코팅할 수 있으면 어떠한 코팅 방법을 사용하여도 무방하며, 이에 대하여는 당해 분야에 종사하는 사람들에게 잘 이해될 수 있는 내용이므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.Of course, a compound having a coating layer on the surface of the compound may be used, or a compound having a coating layer may be mixed with the compound. The coating layer may comprise an oxide, a hydroxide of the coating element, an oxyhydroxide of the coating element, an oxycarbonate of the coating element, or a coating element compound of the hydroxycarbonate of the coating element. The compound constituting these coating layers may be amorphous or crystalline. The coating layer may contain Mg, Al, Co, K, Na, Ca, Si, Ti, V, Sn, Ge, Ga, B, As, Zr or a mixture thereof. The coating layer forming step may be any coating method as long as it can coat the above compound by a method that does not adversely affect physical properties of the cathode active material (for example, spray coating, dipping, etc.) by using these elements, It will be understood by those skilled in the art that a detailed description will be omitted.

상기 양극 활물질, 도전제, 결합제 및 용매의 함량은 리튬 전지에서 통상적으로 사용하는 수준이다. 다음으로, 상기 양극과 음극 사이에 삽입될 세퍼레이터가 준비된다. 상기 세퍼레이터는 리튬 전지에서 통상적으로 사용되는 것이라면 모두 사용가능하다. 전해질의 이온 이동에 대하여 저저항이면서 전해액 함습 능력이 우수한 것이 사용될 수 있다. 예를 들어, 유리 섬유, 폴리에스테르, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 또는 이들의 조합물 중에서 선택된 것으로서, 부직포 또는 직포 형태이어도 무방하다. 예를 들어, 리튬이온전지에는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등과 같은 권취 가능한 세퍼레이터가 사용되며, 리튬이온폴리머전지에는 유기전해액 함침 능력이 우수한 세퍼레이터가 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 세퍼레이터는 하기 방법에 따라 제조될 수 있다.The content of the cathode active material, the conductive agent, the binder, and the solvent is a level commonly used in a lithium battery. Next, a separator to be inserted between the positive electrode and the negative electrode is prepared. The separator is usable as long as it is commonly used in a lithium battery. A material having low resistance against the ion movement of the electrolyte and excellent in the ability to impregnate the electrolyte may be used. For example, selected from glass fibers, polyester, polyethylene, polypropylene, polytetrafluoroethylene (PTFE), or a combination thereof, and may be nonwoven fabric or woven fabric. For example, a rewindable separator such as polyethylene, polypropylene, or the like is used for the lithium ion battery, and a separator having excellent organic electrolyte impregnation capability can be used for the lithium ion polymer battery. For example, the separator may be produced according to the following method.

고분자 수지, 충진제 및 용매를 혼합하여 세퍼레이터 조성물이 준비된다. 상기 세퍼레이터 조성물이 전극 상부에 직접 코팅 및 건조되어 세퍼레이터가 형성될 수 있다. 또는, 상기 세퍼레이터 조성물이 지지체상에 캐스팅 및 건조된 후, 상기 지지체로부터 박리시킨 세퍼레이터 필름이 전극 상부에 라미네이션되어 세퍼레이터가 형성될 수 있다.A polymer resin, a filler and a solvent are mixed to prepare a separator composition. The separator composition may be coated directly on the electrode and dried to form a separator. Alternatively, after the separator composition is cast and dried on a support, a separator film peeled from the support may be laminated on the electrode to form a separator.

상기 세퍼레이터 제조에 사용되는 고분자 수지는 특별히 한정되지 않으며, 전극판의 결합재에 사용되는 물질들이 모두 사용될 수 있다. 예를 들어, 비닐리덴플루오라이드/헥사플루오로프로필렌 코폴리머, 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리아크릴로니트릴, 폴리메틸메타크릴레이트 또는 이들의 혼합물 등이 사용될 수 있다.The polymer resin used in the production of the separator is not particularly limited, and any material used for the binder of the electrode plate may be used. For example, vinylidene fluoride / hexafluoropropylene copolymer, polyvinylidene fluoride (PVDF), polyacrylonitrile, polymethyl methacrylate or mixtures thereof may be used.

다음으로 전해질이 준비된다.Next, the electrolyte is prepared.

예를 들어, 상기 전해질은 유기전해액일 수 있다. 또한, 상기 전해질은 고체일 수 있다. 예를 들어, 보론산화물, 리튬옥시나이트라이드 등일 수 있으나 이들로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 고체전해질로 사용될 수 있은 것이라면 모두 사용가능하다. 상기 고체 전해질은 스퍼터링 등의 방법으로 상기 음극상에 형성될 수 있다.For example, the electrolyte may be an organic electrolyte. In addition, the electrolyte may be a solid. For example, boron oxide, lithium oxynitride, and the like, but not limited thereto, and any of them can be used as long as they can be used as solid electrolytes in the art. The solid electrolyte may be formed on the cathode by a method such as sputtering.

예를 들어, 유기전해액이 준비될 수 있다. 유기전해액은 유기용매에 리튬염이 용해되어 제조될 수 있다.For example, an organic electrolytic solution can be prepared. The organic electrolytic solution can be prepared by dissolving a lithium salt in an organic solvent.

상기 유기용매는 당해 기술분야에서 유기 용매로 사용될 수 있는 것이라면 모두 사용될 수 있다. 예를 들어, 프로필렌카보네이트, 에틸렌카보네이트, 플루오로에틸렌카보네이트, 부틸렌카보네이트, 디메틸카보네이트, 디에틸카보네이트, 메틸에틸카보네이트(에틸메틸카보네이트), 메틸프로필카보네이트, 에틸프로필카보네이트, 메틸이소프로필카보네이트, 디프로필카보네이트, 디부틸카보네이트, 벤조니트릴, 아세토니트릴, 테트라히드로퓨란, 2-메틸테트라히드로퓨란, γ-부티로락톤, 디옥소란, 4-메틸디옥소란, N,N-디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드, 디메틸설폭사이드, 디옥산, 1,2-디메톡시에탄, 설포란, 디클로로에탄, 클로로벤젠, 니트로벤젠, 디에틸렌글리콜, 디메틸에테르 또는 이들의 혼합물 등이다.The organic solvent may be any organic solvent which can be used in the art. Examples of the solvent include propylene carbonate, ethylene carbonate, fluoroethylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl ethyl carbonate (ethyl methyl carbonate), methyl propyl carbonate, ethyl propyl carbonate, methyl isopropyl carbonate, The organic solvent is preferably selected from the group consisting of a carbonate, a dibutyl carbonate, a benzonitrile, acetonitrile, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran,? -Butyrolactone, dioxolane, 4-methyldioxolane, Amides, dimethylsulfoxide, dioxane, 1,2-dimethoxyethane, sulfolane, dichloroethane, chlorobenzene, nitrobenzene, diethylene glycol, dimethyl ether or mixtures thereof.

상기 리튬염도 당해 기술분야에서 리튬염으로 사용될 수 있는 것이라면 모두사용될 수 있다. 예를 들어, LiPF6, LiBF4, LiSbF6, LiAsF6, LiClO4, LiCF3SO3, Li(CF3SO2)2N, LiC4F9SO3, LiAlO2, LiAlCl4, LiN(CxF2x+1SO2)(CyF2y+1SO2)(단 x,y는 자연수), LiCl, LiI 또는 이들의 혼합물 등이다.The lithium salt may also be used as long as it can be used in the art as a lithium salt. For example, LiPF 6 , LiBF 4 , LiSbF 6 , LiAsF 6 , LiClO 4 , LiCF 3 SO 3 , Li (CF 3 SO 2 ) 2 N, LiC 4 F 9 SO 3 , LiAlO 2 , LiAlCl 4 , x F 2x + 1 SO 2 ) (C y F 2y + 1 SO 2 ) (where x and y are natural numbers), LiCl, LiI, or a mixture thereof.

도 2에서 보여지는 바와 같이 상기 리튬전지(1)는 양극(3), 음극(2) 및 세퍼레이터(4)를 포함한다. 상술한 양극(3), 음극(2) 및 세퍼레이터(4)가 와인딩되거나 접혀서 전지케이스(5)에 수용된다. 이어서, 상기 전지케이스(5)에 유기전해액이 주입되고 캡(cap) 어셈블리(6)로 밀봉되어 리튬전지(1)가 완성된다. 상기 전지케이스는 원통형, 각형, 박막형 등일 수 있다. 예를 들어, 상기 리튬전지는 대형박막형전지일 수 있다. 상기 리튬전지는 리튬이온전지일 수 있다.As shown in FIG. 2, the lithium battery 1 includes an anode 3, a cathode 2, and a separator 4. The anode 3, the cathode 2 and the separator 4 described above are wound or folded and housed in the battery case 5. Then, an organic electrolytic solution is injected into the battery case 5 and is sealed with a cap assembly 6 to complete the lithium battery 1. The battery case may have a cylindrical shape, a rectangular shape, a thin film shape, or the like. For example, the lithium battery may be a large-sized thin-film battery. The lithium battery may be a lithium ion battery.

상기 양극 및 음극 사이에 세퍼레이터가 배치되어 전지구조체가 형성될 수 있다. 상기 전지구조체가 바이셀 구조로 적층된 다음, 유기 전해액에 함침되고, 얻어진 결과물이 파우치에 수용되어 밀봉되면 리튬이온폴리머전지가 완성된다.A separator may be disposed between the anode and the cathode to form a battery structure. The cell structure is laminated in a bi-cell structure, then impregnated with an organic electrolyte solution, and the obtained result is received in a pouch and sealed to complete a lithium ion polymer battery.

또한, 상기 전지구조체는 복수개 적층되어 전지팩을 형성하고, 이러한 전지팩이 고용량 및 고출력이 요구되는 모든 기기에 사용될 수 있다. 예를 들어, 노트북, 스마트폰, 전기차량 등에 사용될 수 있다.In addition, a plurality of battery assemblies may be stacked to form a battery pack, and such battery pack may be used for all devices requiring high capacity and high output. For example, a notebook, a smart phone, an electric vehicle, and the like.

또한, 상기 리튬전지는 고온에서 저장 안정성, 수명특성 및 고율특성이 우수하므로 전기차량(electric vehicle, EV)에 사용될 수 있다. 예를 들어, 플러그인하이브리드차량(plug-in hybrid electric vehicle, PHEV) 등의 하이브리드차량에 사용될 수 있다.Further, the lithium battery has excellent storage stability, lifetime characteristics and high-rate characteristics at high temperatures, and thus can be used in an electric vehicle (EV). For example, a hybrid vehicle such as a plug-in hybrid electric vehicle (PHEV).

또 다른 일구현예에 따른 캐패시터는 상기 전극 활물질을 포함한 음극을 채용한다. 예를 들어, 상기 캐패시터는 축전용량이 매우 큰 수퍼캐패시터(super capacitor)일 수 있다.A capacitor according to another embodiment employs a negative electrode including the electrode active material. For example, the capacitor may be a super capacitor having a very large capacitance.

상기 캐패시터는 상술한 전극 활물질을 포함하는 음극을 채용할 수 있다. 상기 캐패시터는 양극 및 음극을 배치하고 이들 사이에 세퍼레이터를 배치하고, 상기 세퍼레이터에 전해액을 주입하여 제조할 수 있다. 상기 양극은 당업계에서 사용되는 것이라면 모두 사용가능하다.The capacitor may employ a negative electrode including the above-described electrode active material. The capacitor can be manufactured by disposing an anode and a cathode, arranging a separator therebetween, and injecting an electrolyte into the separator. The anode is usable as long as it is used in the art.

상기 전해액에 사용되는 용매는 아세토니트릴, 디메틸케톤, 및 프로필렌카보네이트로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 용매일 수 있다. 상기 전해액에 사용되는 전해질은 상기 용매에 대한 용해도가 0.01 mole/L 이상이고, 상기 캐패시터의 작동 전압 범위에서 전기적으로 불활성인 알칼리금속염이다. 예를 들어, 리튬퍼콜레이트, 리튬테트라플루오로보레이트, 리튬헥사플루오로포스페이트 등이다. 상기 전해액은 캐패시터의 물성을 향상시키기 위한 추가적인 첨가제들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 안정제, 증점제 등이다.The solvent used for the electrolytic solution may be one or more solvents selected from the group consisting of acetonitrile, dimethyl ketone, and propylene carbonate. The electrolyte used in the electrolytic solution is an alkali metal salt having a solubility of 0.01 mole / L or more in the solvent and electrically inactive in the operating voltage range of the capacitor. For example, lithium perchlorate, lithium tetrafluoroborate, lithium hexafluorophosphate, and the like. The electrolytic solution may contain additional additives for improving the physical properties of the capacitor. For example, stabilizers, thickeners, and the like.

한편, 상기 리튬전지 및/또는 캐패시터는 양극 활물질로서 상기 전극 활물질을 포함할 수 있다. Meanwhile, the lithium battery and / or the capacitor may include the electrode active material as a cathode active material.

상기 전극 활물질 제조 방법은, i) 리튬 이온의 흡장 및 방출이 가능한 금속 및 금속 산화물 중 1종 이상을 포함한 코어, ii) 화학식 1로 표시되는 탄소계 전구체 및 iii) 용매를 혼합하여 상기 코어 표면의 적어도 일부에 하기 화학식 2로 표시되는 탄소계 모이어티를 형성하는는 단계; 및 상기 탄소계 모이어티가 형성된 코어를 불활성 분위기 하에서 열처리하여, 상기 탄소계 모이어티를 결정질 탄소 박막으로 전환시키는 단계;를 포함할 수 있다.
The method for producing an electrode active material according to the present invention comprises the steps of: i) mixing a core containing at least one of metals and metal oxides capable of intercalating and deintercalating lithium ions, ii) a carbonaceous precursor represented by formula 1, and iii) Forming a carbon-based moiety represented by Formula 2 at least partially; And heat-treating the core formed with the carbon-based moiety in an inert atmosphere to convert the carbon-based moiety into a crystalline carbon thin film.

<화학식 1> <화학식 2>&Lt; Formula 1 > < EMI ID =

Figure pat00003
Figure pat00004
Figure pat00003
Figure pat00004

상기 화학식 1 및 2 중, A 고리는 치환 또는 비치환된 C5-C30 방향족 고리 또는 치환 또는 비치환된 C2-C30 헤테로방향족 고리이고; a 및 b는 서로 독립적으로 1 내지 5의 정수이고; *는 상기 코어 표면과의 결합 사이트이다.In Formulas 1 and 2, ring A is a substituted or unsubstituted C 5 -C 30 aromatic ring or a substituted or unsubstituted C 2 -C 30 hetero aromatic ring; a and b are each independently an integer of 1 to 5; * Is a binding site with the core surface.

상기 혼합물에 포함된 코어에 대한 상세한 설명은 상술한 바를 참조한다. 상기 코어는 상술한 바와 같은 나노-구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 나노-구조를 갖는 코어가 입자 형태를 가질 경우, 상기 나노-구조를 갖는 코어의 평균 입경은 상술한 바와 같은 나노 사이즈를 가질 수 있다. 또한, 상기 나노-구조를 갖는 코어가 입자 형태를 가지면서 기공 및 기공 사이의 벽을 형성하는 골격을 포함할 경우, 상기 코어의 평균 입경, 기공의 평균 입경 및 상기 골격의 두께가 상술한 바와 같은 나노 사이즈를 가질 수 있다.A detailed description of the core contained in the mixture is given above. The core may have a nano-structure as described above. For example, when the core having the nano-structure has a particle shape, the average particle diameter of the core having the nano-structure may have a nano-size as described above. When the core having the nano-structure has a particle shape and includes a skeleton forming a wall between the pores and the pores, the average particle size of the core, the average particle size of the pores, It can have nano size.

상기 기공을 갖는 코어의 제조 방법의 일예에 따르면, 상기 코어는 다공성 템플릿(template)인 실리카(SiO2), Al2O3, ZnO, MgO, carbon 등에 상기 코어의 전구체를 포함한 액체를 함침시키는 단계; 상기 코어의 전구체를 포함한 액체가 함침된 다공성 템플릿을 소성시켜 다공성 템플릿-코어의 복합체를 형성하는 단계; 및 상기 다공성 템플릿-코어의 복합체로부터 다공성 템플릿을 제거하는 단계;를 수행함으로써, 제조될 수 있다.According to one embodiment of the method for producing a core having pores, the core may include a step of impregnating a liquid containing a precursor of the core, such as silica (SiO 2 ), Al 2 O 3 , ZnO, MgO, ; Firing a liquid-impregnated porous template containing the precursor of the core to form a composite of the porous template-core; And removing the porous template from the composite of the porous template-core.

상기 다공성 템플릿은 제조하고자 하는 코어의 나노 구조와 관계된 나노 구조를 가질 수 있다.The porous template may have a nanostructure related to the nanostructure of the core to be produced.

상기 코어의 전구체는 상기 코어에 포함된 금속 또는 금속 산화물의 금속을 포함한 질화물, 염화물, 황화물, 염(예를 들면, 암모늄염), 시안화물, 옥시드 또는 알콕시드일 수 있다. 예를 들어, 상기 코어가 SnO2를 포함할 경우, 상기 코어의 전구체는 주석을 포함한 염(예를 들면, Sn(NO3)2ㆍ6H2O, Sn(CH3COO)2ㆍxH2O 등) 및 주석을 포함한 염화물(예를 들면, SnCl2ㆍxH2O (여기서, x는 정수임, 예를 들면, SnCl2ㆍ2H2O (Tin(II) chloride dihydrate)) 등) 등일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 한편, 상기 코어가 MoO2를 포함할 경우, 상기 코어의 전구체는 Mo를 포함한 염(예를 들면, (NH4)6Mo7O24ㆍ4H2O (Ammonium molybdate tetrahydrate))일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The precursor of the core may be a nitride, a chloride, a sulfide, a salt (e.g., an ammonium salt), a cyanide, an oxide, or an alkoxide including a metal or a metal oxide included in the core. For example, when the core comprises SnO 2 , the precursor of the core may contain a salt containing tin (e.g. Sn (NO 3 ) 2 .6H 2 O, Sn (CH 3 COO) 2 .xH 2 O Etc.) and a chloride including tin (for example, SnCl 2 .xH 2 O (where x is an integer such as SnCl 2 .2H 2 O (Tin (II) chloride dihydrate) But is not limited thereto. On the other hand, when the core contains MoO 2 , the precursor of the core may be a salt containing Mo (for example, (NH 4 ) 6 Mo 7 O 24 .4H 2 O (Ammonium molybdate tetrahydrate) But is not limited thereto.

상기 코어의 전구체를 포함하는 액체는 상기 코어의 전구체를 가열하여 얻어지는 용융물(예를 들면, SnCl2ㆍ2H2O는 이의 용융물을 사용함)이거나 상기 코어의 전구체를 물, 알코올 등의 용매에 용해시켜 얻어지는 용액(예를 들면, (NH4)6Mo7O24ㆍ4H2O는 이의 수용액을 사용함)일 수 있다.The liquid containing the precursor of the core may be a melt obtained by heating the precursor of the core (for example, a melt of SnCl 2 .2H 2 O is used), or a precursor of the core may be dissolved in a solvent such as water or alcohol The resulting solution (for example, (NH 4 ) 6 Mo 7 O 24 .4H 2 O may be an aqueous solution thereof).

상기 소성 단계의 소성 온도는 약 300℃ 내지 약 700℃일 수 있다. 예를 들어, 상기 소성 온도는 약 500℃ 내지 약 550℃일 수 있다. 상기 범위를 만족할 경우, 소성 결과물인 다공성 템플릿-코어의 복합체 중 코어의 결정성이 증가될 수 있다. 상기 소성 단계는 산화성 분위기 또는 환원성 분위기에서 수행될 수 있다. 상기 환원성 분위기는 질소, 아르곤, 헬륨 및 수소로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 가스를 포함하는 분위기일 수 있다. 상기 산화성 분위기는 산소를 포함하는 분위기 일 수 있다. 예를 들어, 공기일 수 있다.The firing temperature of the firing step may be about 300 ° C to about 700 ° C. For example, the firing temperature may be from about 500 ° C to about 550 ° C. When the above range is satisfied, the crystallinity of the core of the porous template-core composite as a result of firing can be increased. The firing step may be performed in an oxidizing atmosphere or a reducing atmosphere. The reducing atmosphere may be an atmosphere containing at least one gas selected from the group consisting of nitrogen, argon, helium and hydrogen. The oxidizing atmosphere may be an atmosphere containing oxygen. For example, air.

상기 다공성 템플릿-코어의 복합체로부터 다공성 템플릿을 제거하는 단계는 상기 다공성 템플릿-코어의 복합체를 식각액과 접촉시킴으로써 수행될 수 있다. 예를 들어, 상기 식각액은 불산(HF), NaOH, HF-NH4F(버퍼)로 이루어지는 군에서 선택될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 식각액은 산 또는 염기일 수 있다.The step of removing the porous template from the composite of the porous template-core may be performed by contacting the composite of the porous template-core with the etching solution. For example, the etchant may be selected from the group consisting of hydrofluoric acid (HF), NaOH, and HF-NH 4 F (buffer), but is not limited thereto. The etchant may be an acid or a base.

상기 탄소계 전구체는 상기 화학식 1에서와 같이, 1 내지 5의 히드록실기를 포함할 수 있고, 컨쥬게이션(conjugation) 구조를 갖는 방향족 고리 또는 헤테로방향족 고리를 포함할 수 있다.The carbon-based precursor may include 1 to 5 hydroxyl groups as shown in Formula 1, and may include aromatic rings or heteroaromatic rings having a conjugation structure.

상기 화학식 1 중, 상기 A 고리는 치환 또는 비치환된 벤젠, 치환 또는 비치환된 펜타렌, 치환 또는 비치환된 인덴, 치환 또는 비치환된 나프탈렌, 치환 또는 비치환된 아줄렌, 치환 또는 비치환된 헵탈렌, 치환 또는 비치환된 인다센, 치환 또는 비치환된 아세나프탈렌, 치환 또는 비치환된 플루오렌, 치환 또는 비치환된 페나렌, 치환 또는 비치환된 페난트렌, 치환 또는 비치환된 안트라센, 치환 또는 비치환된 플루오란텐, 치환 또는 비치환된 트리페닐렌, 치환 또는 비치환된 파이렌, 치환 또는 비치환된 크라이센, 치환 또는 비치환된 나프타센, 치환 또는 비치환된 피센, 치환 또는 비치환된 페릴렌, 치환 또는 비치환된 펜타펜, 치환 또는 비치환된 헥사센, 치환 또는 비치환된 피롤, 치환 또는 비치환된 피라졸, 치환 또는 비치환된 이미다졸, 치환 또는 비치환된 이미다졸, 치환 또는 비치환된 이미다조피리딘, 치환 또는 비치환된 이미다조피리미딘, 치환 또는 비치환된 피리딘, 치환 또는 비치환된 피라진, 치환 또는 비치환된 피리미딘, 치환 또는 비치환된 피리다진, 치환 또는 비치환된 인돌, 치환 또는 비치환된 푸린, 치환 또는 비치환된 퀴놀린, 치환 또는 비치환된 프탈라진, 치환 또는 비치환된 인돌, 치환 또는 비치환된 나프티리딘, 치환 또는 비치환된 퀴나졸린, 치환 또는 비치환된 시놀린, 치환 또는 비치환된 인다졸, 치환 또는 비치환된 카바졸, 치환 또는 비치환된 페나진, 치환 또는 비치환된 페난트리딘, 치환 또는 비치환된 트리아진, 치환 또는 비치환된 페난트롤린, 또는 치환 또는 비치환된 퀴녹살린일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.In Formula 1, ring A may be substituted or unsubstituted benzene, substituted or unsubstituted pentarenes, substituted or unsubstituted indene, substituted or unsubstituted naphthalene, substituted or unsubstituted azulene, Substituted or unsubstituted phenanthrene, substituted or unsubstituted anthracene, substituted or unsubstituted anthracene, substituted or unsubstituted anthracene, substituted or unsubstituted thiophene, , Substituted or unsubstituted fluoranthene, substituted or unsubstituted triphenylene, substituted or unsubstituted pyrene, substituted or unsubstituted chrysene, substituted or unsubstituted naphthacene, substituted or unsubstituted pysene, A substituted or unsubstituted pyrazole, a substituted or unsubstituted imidazole, a substituted or unsubstituted pyrazole, a substituted or unsubstituted pyrazole, a substituted or unsubstituted pyrazole, a substituted or unsubstituted pyrazole, a substituted or unsubstituted pyrazole, Substituted or unsubstituted imidazolidine, substituted or unsubstituted imidazopyrimidine, substituted or unsubstituted imidazopyrimidine, substituted or unsubstituted pyridine, substituted or unsubstituted pyrazine, substituted or unsubstituted pyrimidine, substituted or unsubstituted pyrimidine, A substituted or unsubstituted indoline, a substituted or unsubstituted indoline, a substituted or unsubstituted quinoline, a substituted or unsubstituted phthalazine, a substituted or unsubstituted indole, a substituted or unsubstituted naphthyridine, A substituted or unsubstituted quinazoline, a substituted or unsubstituted cinnoline, a substituted or unsubstituted indazole, a substituted or unsubstituted carbazole, a substituted or unsubstituted phenazine, a substituted or unsubstituted phenanthridine, a substituted or unsubstituted quinazoline, Or unsubstituted triazine, substituted or unsubstituted phenanthroline, or substituted or unsubstituted quinoxaline, but is not limited thereto.

상기 A고리가 치환된 C5-C30 방향족 고리 또는 치환 또는 비치환된 C2-C30 헤테로방향족 고리일 경우, 이의 치환기는 할로겐 원자, 시아노기, 카르복실기 및 이의 염, C1-C10알킬기(예를 들면, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 부틸기 등) 또는 C1-C10알콕시기(예를 들면, 메톡시기, 에톡시기, 프로폭시기, 부톡시기 등)일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.When the ring A is a substituted C 5 -C 30 aromatic ring or a substituted or unsubstituted C 2 -C 30 heteroaromatic ring, the substituent may be a halogen atom, a cyano group, a carboxyl group or a salt thereof, a C 1 -C 10 alkyl group (E.g., methyl group, ethyl group, propyl group, butyl group and the like) or a C 1 -C 10 alkoxy group (for example, methoxy group, ethoxy group, propoxy group and butoxy group) It is not.

예를 들어, 상기 A 고리는 치환 또는 비치환된 C5-C30 방향족 고리 또는 치환 또는 비치환된 C2-C30 헤테로방향족 고리 중, 비치환된 6원 고리만으로 융합되어 있는 고리일 수 있다.For example, the A ring may be a substituted or unsubstituted C 5 -C 30 aromatic ring or a substituted or unsubstituted C 2 -C 30 heteroaromatic ring fused to an unsubstituted six-membered ring only .

일 구현예에 따르면, 상기 화학식 1 중 A 고리는 벤젠, 나프탈렌, 페나렌(phenalene), 페난트렌, 안트라센, 트리페닐렌(triphenylene), 파이렌, 크라이센(chrysene), 나프타센(naphthacene), 피센(picene), 페릴렌(perylene), 펜타펜(pentaphene), 헥사센(hexacene), 피리딘, 피라진, 피리미딘, 피리다진, 퀴놀린, 프탈라진, 퀴녹살린, 퀴나졸린, 시놀린, 페난트리딘, 페난트롤린 또는 페나진이고, a 및 b는 1 또는 2일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.According to one embodiment, the A ring in Formula 1 is selected from the group consisting of benzene, naphthalene, phenalene, phenanthrene, anthracene, triphenylene, pyrene, chrysene, naphthacene, Examples of the organic solvent include picene, perylene, pentaphene, hexacene, pyridine, pyrazine, pyrimidine, pyridazine, quinoline, phthalazine, quinoxaline, quinazoline, Phenanthrene, a and b may be 1 or 2, but are not limited thereto.

상기 용매는 상기 코어 및 탄소계 전구체와 화학적으로 반응하지 않으며, 비교적 낮은 온도에서 제거가능하며, 상기 코어와 상기 탄소계 전구체가 효과적으로 접촉할 수 있는 매질로의 역할을 할 수 있는 통상의 용매 중에서 선택될 수 있다. 상기 용매로서 아세톤, 에탄올, 증류수 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. The solvent may be selected from conventional solvents which are chemically unreactive with the core and the carbon precursor, can be removed at a relatively low temperature, and can serve as a medium capable of effectively contacting the core and the carbon precursor . As the solvent, acetone, ethanol, distilled water and the like can be used, but it is not limited thereto.

상기 혼합물에서 상기 코어와 상기 탄소계 전구체는 서로 접촉한 결과, 상기 코어 표면에 상기 화학식 2로 표시되는 탄소계 모이어티가 결합될 수 있다. 상기 탄소계 모이어티는 상기 코어 표면에 존재하는 히드록실기와 상기 탄소계 전구체의 히드록실기 간의 탈수 반응 결과 형성될 수 있다. In the mixture, the core and the carbon-based precursor are in contact with each other, and as a result, the carbon-based moiety represented by Formula 2 may be bonded to the core surface. The carbon-based moiety may be formed as a result of a dehydration reaction between a hydroxyl group present on the surface of the core and a hydroxyl group of the carbon-based precursor.

상기 코어 표면에 상기 탄소계 모이어티를 결합시키는 단계는 상술한 바와 같은 혼합물을 준비함으로써 진행될 수 있다. 또는, 상기 코어 표면의 히드록실기와 상기 탄소계 전구체의 히드록실기 간의 탈수 반응을 촉진시키기 위한 열처리 단계에 의하여 진행될 수도 있다. 상기 탈수 반응을 촉진시키기 위한 열처리 조건은 상기 코어와 상기 탄소계 전구체의 조성, 사용량 등에 따라 상이할 것이나, 예를 들면, 불활성 분위기(예를 들면, 질소, 아르곤, 헬륨 및 수소 가스 중 1종 이상을 포함한 분위기) 하 100℃ 내지 500℃ 및 1시간 내지 5시간의 범위 내에서 선택될 수 있다.The step of bonding the carbon-based moiety to the core surface may be carried out by preparing a mixture as described above. Alternatively, it may be carried out by a heat treatment step for promoting dehydration reaction between the hydroxyl group of the core surface and the hydroxyl group of the carbon-based precursor. The heat treatment conditions for promoting the dehydration reaction may vary depending on the composition and amount of the carbon precursor and the like. For example, in an inert atmosphere (for example, one or more of nitrogen, argon, helium, In the range of 100 占 폚 to 500 占 폚 and 1 hour to 5 hours.

이어서, 상기 표면에 탄소계 모이어티가 결합된 코어를 불활성 분위기(예를 들면, 질소, 아르곤, 헬륨 및 수소 가스 중 1종 이상을 포함한 분위기) 하에서 열처리하여, 상기 코어 표면에 결합된 화학식 2의 탄소계 모이어티를 탄화시킴으로써, 상기 탄소계 모이어티를 상술한 바와 같은 결정질 탄소 박막으로 전환시킨다. 이로써, 상기 코어 및 코어 표면의 적어도 일부에 형성된 결정질 탄소 박막을 포함한 전극 활물질을 제조할 수 있다.Next, the core having the carbon-based moiety bonded to the surface is heat-treated in an inert atmosphere (for example, an atmosphere containing at least one of nitrogen, argon, helium, and hydrogen gas) By carbonizing the carbon-based moiety, the carbon-based moiety is converted into a crystalline carbon thin film as described above. Thus, the electrode active material including the core and the crystalline carbon thin film formed on at least a part of the core surface can be produced.

상기 표면에 탄소계 모이어티가 결합된 코어의 열처리 조건은, 선택된 코어 및 탄소계 전구체의 조성, 사용량 등에 따라 상이할 것이나, 예를 들면, 300℃ 내지 600℃(예를 들면, 400℃ 내지 500℃) 및 1시간 내지 5시간(예를 들면, 1시간 내지 3시간)의 범위 내에서 선택될 수 있다.The heat treatment conditions of the core to which the carbon-based moiety is bonded on the surface will vary depending on the composition and amount of the selected core and the carbon-based precursor. For example, 300 to 600 占 폚 Lt; 0 &gt; C) and 1 hour to 5 hours (for example, 1 hour to 3 hours).

상기 코어 표면의 탄소계 모이어티는 화학식 2로부터 확인할 수 있는 바와 같이 산소를 사이에 두고 상기 코어 표면과 결합되어 있는 바, 상기 코어 표면에는 상기 화학식 2의 탄소계 모이어티로 이루어진 자가배열단일층(self-assembled mono layer: SEM층)이 형성될 수 있다. 상기 화학식 2의 탄소계 모이어티로 이루어진 자가배열단일층이 열처리 결과 결정질 탄소 박막으로 전환되는 것이므로, 상기 전극 활물질의 결정질 탄소 박막은 매우 얇으면서도(예를 들면, 2nm 이하) 균일한 두께를 가질 수 있다. 따라서, 도 1b에서와 같이 나노 사이즈를 갖는 기공(16) 내벽에도 얇고 균일한 두께의 결정질 탄소 박막(14)이 형성될 수 있다.The carbon-based moiety of the core surface is bonded to the core surface with oxygen interposed therebetween as shown in Formula (2). On the core surface, a self-aligned monolayer composed of the carbon-based moiety of Formula 2 a self-assembled mono layer (SEM layer) can be formed. Since the self-aligned monolayer made of the carbon-based moiety of Formula 2 is converted into a crystalline carbon thin film as a result of the heat treatment, the crystalline carbon thin film of the electrode active material is very thin (for example, 2 nm or less) have. Therefore, as shown in FIG. 1B, a crystalline carbon thin film 14 having a thin and uniform thickness can be formed on the inner wall of the pores 16 having nano size.

또한, 상기 결정질 탄소 박막은 상기 화학식 2의 탄소계 모이어티의 A 고리의 열처리 결과 수득되는 것인데, 상기 A 고리는 컨쥬게이션 구조를 갖는 방향족 또는 헤테로방향족 고리이므로, 상기 결정질 탄소 박막은 우수한 결정성을 가질 수 있다. 상기 화학식 1의 탄소계 전구체로부터 형성된 결정질 탄소 박막을 포함한 상기 전극 활물질은 우수한 전도도를 가질 수 있다.The crystalline carbon thin film is obtained as a result of the heat treatment of the A ring of the carbon-based moiety of Formula 2. Since the A ring is an aromatic or heteroaromatic ring having a conjugation structure, the crystalline carbon thin film has excellent crystallinity Lt; / RTI &gt; The electrode active material including the crystalline carbon thin film formed from the carbon-based precursor of Formula 1 may have excellent conductivity.

뿐만 아니라, 상기 화학식 2의 탄소계 모이어티의 A 고리는 컨쥬게이션 구조를 갖는 방향족 또는 헤테로방향족 고리인 바, 결정질 탄소 박막으로 전환시키는데 필요한 열처리 온도가 상대적으로 낮다. 통상적으로, 탄소계 화합물을 탄소 박막으로 전화시키는 온도가 높을수록 당해 탄소 박막의 결정성은 증가될 수 있다. 그러나, 활물질이 고온에 노출되면 활물질의 결정상 구조가 바뀌고, 활물질의 나노 구조(예를 들면, 기공 붕괴 등)가 붕괴될 수 있다. 예를 들면, 후술할 비교예 6 및 7의 활물질의 X-선 회절 패턴(도 8 및 9의 (b) 및 (c))로부터 확인할 수 있는 바와 같이, 고온에 노출된 활물질은 이에 포함된 기공이 붕괴되고, 결정상 구조가 변할 수 있다. 그러나, 상기 화학식 1의 탄소계 전구체는 컨쥬게이션 구조를 갖는 A 고리를 포함하고, 코어 표면과 결합할 수 있는 히드록실기를 적어도 하나 포함하는 바, 코어의 나노 구조 및 결정 구조를 변화시키지 않는 저온에서도 우수한 결정성을 갖는 탄소 박막으로 용이하게 전환될 수 있다. 이로써, 나노 구조를 유지하면서도 높은 전도성을 갖는 상기 전극 활물질을 제조할 수 있다.In addition, the ring A of the carbon-based moiety of Formula 2 is an aromatic or heteroaromatic ring having a conjugation structure, and the heat treatment temperature required to convert it into a crystalline carbon thin film is relatively low. Generally, the higher the temperature at which the carbon-based compound is converted to the carbon thin film, the more the crystallinity of the carbon thin film can be increased. However, when the active material is exposed to high temperature, the crystal structure of the active material is changed, and the nanostructure of the active material (for example, pore collapse, etc.) may collapse. For example, as can be seen from the X-ray diffraction patterns (Figs. 8 and 9 (b) and (c)) of the active material of Comparative Examples 6 and 7 to be described later, And the crystal phase structure may be changed. However, the carbon-based precursor of Formula 1 contains an A ring having a conjugation structure and contains at least one hydroxyl group capable of binding to the core surface. The carbon-based precursor includes a core having a nanostructure and a low temperature Can be easily converted into carbon thin films having excellent crystallinity. This makes it possible to produce the electrode active material having a high conductivity while maintaining the nanostructure.

이하의 실시예 및 비교예를 통하여 예시적인 구현예들이 더욱 상세하게 설명된다. 단, 실시예는 기술적 사상을 예시하기 위한 것으로서 이들만으로 본 발명의 범위가 한정되는 것이 아니다.EXAMPLES The following examples and comparative examples illustrate exemplary embodiments in more detail. It should be noted, however, that the embodiments are for illustrative purposes only and are not intended to limit the scope of the present invention.

[실시예][Example]

(활물질 제조)(Active material production)

실시예 1Example 1

SnCl2ㆍ2H2O를 가열하여 녹인 용융물을 다공성 SiO2 (KIT-6, 삼차원 기공들이 서로 연결된 구조를 갖는 분자체 물질임)에 주입하였다. 이 때, 상기 SiO2 100 중량부에 대하여 SnO2 40중량부의 비율이 되도록 SnCl2ㆍ2H2O 용융물을 다공성 SiO2에 주입하였다. 이어서, 상기 SnCl2ㆍ2H2O가 주입된 다공성 SiO2를 대기 분위기에서 550℃로 3시간 동안 소성시켜 SiO2-SnO2 복합체를 수득하였다. 상기 복합체를 10wt% HF 수용액에 투입하고 10분 동안 반응시키는 과정을 2회 반복하여 SiO2 주형을 제거한 후 여과하여 도 3과 같이 약 7 nm 두께의 골격을 갖는 다공성 SnO2 코어를 수득하였다. SnCl 2 .2H 2 O was heated to melt the porous SiO 2 (KIT-6, a molecular sieve material having a structure in which three-dimensional pores are interconnected). At this time, a SnCl 2 .2H 2 O melt was injected into the porous SiO 2 so that the ratio of SnO 2 to SiO 2 was 40 parts by weight based on 100 parts by weight of the SiO 2 . Subsequently, the porous SiO 2 into which the SnCl 2 .2H 2 O was injected was fired at 550 ° C for 3 hours in an air atmosphere to obtain a SiO 2 -SnO 2 composite. The above complex was injected into a 10 wt% HF aqueous solution and reacted for 10 minutes. The reaction was repeated twice to remove the SiO 2 template and then filtered to obtain a porous SnO 2 core having a skeleton having a thickness of about 7 nm as shown in FIG.

상기 다공성 SnO2 코어 1g, 탄소계 전구체로서 2,3-디히드록실나프탈렌(DN) 0.02g 및 용매로서 아세톤 0.5g을 혼합 및 교반한 후, 이로부터 수득한 혼합물(다공성 SnO2 코어와 탄소계 전구체의 중량비는 1:0.02임)을 N2 분위기 하 200℃에서 2시간 동안 제1열처리하여 상기 코어와 DN간의 탈수 반응을 촉진시킨 후, 500℃로 승온시켜 500℃에서 2시간 동안 제2열처리하여, 다공성 SnO2 코어 표면의 일부 이상에 탄소 박막이 형성된 활물질을 제조하였다.
1 g of the porous SnO 2 core, 0.02 g of 2,3-dihydroxyl naphthalene (DN) as a carbon precursor, and 0.5 g of acetone as a solvent were mixed and stirred, and then the mixture (porous SnO 2 core and carbon- The weight ratio of the precursor was 1: 0.02) was subjected to a first heat treatment at 200 ° C for 2 hours under an N 2 atmosphere to promote the dehydration reaction between the core and DN, and then the temperature was raised to 500 ° C and the second heat treatment To prepare an active material having a carbon thin film formed on at least a part of the surface of the porous SnO 2 core.

실시예 2Example 2

다공성 SnO2 코어와 탄소계 전구체의 중량비가 1:0.04가 되도록 0.04g의 탄소계 전구체를 사용하였다는 점을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법을 이용하여 활물질을 제조하였다.
An active material was prepared in the same manner as in Example 1 except that 0.04 g of a carbon-based precursor was used so that the weight ratio of the porous SnO 2 core and the carbon-based precursor was 1: 0.04.

실시예 3Example 3

다공성 SnO2 코어와 탄소계 전구체의 중량비가 1:0.06이 되도록 0.06g의 탄소계 전구체를 사용하였다는 점을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법을 이용하여 활물질을 제조하였다.
An active material was prepared in the same manner as in Example 1, except that 0.06 g of a carbon-based precursor was used so that the weight ratio of the porous SnO 2 core and the carbon-based precursor was 1: 0.06.

실시예 4Example 4

다공성 SnO2 코어와 탄소계 전구체의 중량비가 1:0.08이 되도록 0.08g의 탄소계 전구체를 사용하였다는 점을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법을 이용하여 활물질을 제조하였다.
An active material was prepared in the same manner as in Example 1, except that 0.08 g of a carbon-based precursor was used so that the weight ratio of the porous SnO 2 core and the carbon-based precursor was 1: 0.08.

실시예 5Example 5

다공성 SnO2 코어 대신, 기공이 없는 구형 입자 형태의 SnO2 코어(Aldrich 사 제품, 약 100nm 이하의 평균 입경을 갖는 SnO2 입자임)를 사용하였다는 점을 제외하고는, 상기 실시예 3과 동일한 방법을 이용하여 활물질을 제조하였다.
Except that the porous SnO 2 core was replaced with a spherical particle type SnO 2 core having pores (manufactured by Aldrich, SnO 2 particles having an average particle diameter of about 100 nm or less) was used. To prepare an active material.

실시예 6Example 6

다공성 SnO2 코어 대신, 기공이 없는 구형 입자 형태의 SnO2 코어(Aldrich 사 제품, 약 100nm 이하의 평균 입경을 갖는 SnO2 입자임)를 사용하였다는 점을 제외하고는, 상기 실시예 4와 동일한 방법을 이용하여 활물질을 제조하였다.
Except that the porous SnO 2 core was replaced with a spherical particle type SnO 2 core having pores (manufactured by Aldrich, SnO 2 particles having an average particle diameter of about 100 nm or less) was used. To prepare an active material.

실시예 7Example 7

SnCl2ㆍ2H2O 용융물 대신 (NH4)6Mo7O24ㆍ4H2O 수용액을 사용하여 제조한 다공성 MoO2 코어를 다공성 SnO2 코어 대신 사용하였다는 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법을 이용하여 활물질을 제조하였다.
Except that the porous MoO 2 core prepared by using (NH 4 ) 6 Mo 7 O 24揃 4H 2 O aqueous solution instead of the SnCl 2揃 2H 2 O melt was used instead of the porous SnO 2 core To prepare an active material.

실시예 8Example 8

SnCl2ㆍ2H2O 용융물 대신 (NH4)6Mo7O24ㆍ4H2O 수용액을 사용하여 제조한 다공성 MoO2 코어를 다공성 SnO2 코어 대신 사용하였다는 점을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법을 이용하여 활물질을 제조하였다.
Except that the porous MoO 2 core prepared by using (NH 4 ) 6 Mo 7 O 24揃 4H 2 O aqueous solution instead of the SnCl 2揃 2H 2 O melt was used in place of the porous SnO 2 core To prepare an active material.

실시예 9Example 9

SnCl2ㆍ2H2O 용융물 대신 (NH4)6Mo7O24ㆍ4H2O 수용액을 사용하여 제조한 다공성 MoO2 코어를 다공성 SnO2 코어 대신 사용하였다는 점을 제외하고는 실시예 3과 동일한 방법을 이용하여 활물질을 제조하였다.
Except that the porous MoO 2 core prepared by using (NH 4 ) 6 Mo 7 O 24揃 4H 2 O aqueous solution instead of the SnCl 2揃 2H 2 O melt was used instead of the porous SnO 2 core To prepare an active material.

실시예Example 10 10

SnCl2ㆍ2H2O 용융물 대신 (NH4)6Mo7O24ㆍ4H2O 수용액을 사용하여 제조한 다공성 MoO2 코어를 다공성 SnO2 코어 대신 사용하였다는 점을 제외하고는 실시예 4와 동일한 방법을 이용하여 활물질을 제조하였다.
Except that the porous MoO 2 core prepared by using (NH 4 ) 6 Mo 7 O 24揃 4H 2 O aqueous solution instead of the SnCl 2揃 2H 2 O melt was used instead of the porous SnO 2 core To prepare an active material.

비교예 1Comparative Example 1

탄소 박막 형성 공정을 생략하였다는 점을 제외하고는 실시예 1에 기재된 방법에 따라 다공성 SnO2 코어로 이루어진 활물질을 제조하였다.
The active material composed of the porous SnO 2 core was prepared according to the method described in Example 1, except that the carbon thin film forming step was omitted.

비교예 2Comparative Example 2

2,3-디히드록실나프탈렌 대신 수크로스를 이용하였다는 점을 제외하고는 실시예 5와 동일한 방법을 이용하여 활물질을 제조하였다.
An active material was prepared in the same manner as in Example 5 except that sucrose instead of 2,3-dihydroxyl naphthalene was used.

비교예 3Comparative Example 3

2,3-디히드록실나프탈렌 대신 수크로스를 이용하고 제2열처리 온도를 700℃로 변경하였다는 점을 제외하고는, 실시예 5와 동일한 방법을 이용하여 활물질을 제조하였다.
An active material was prepared in the same manner as in Example 5, except that sucrose was used instead of 2,3-dihydroxyl naphthalene and the second heat treatment temperature was changed to 700 ° C.

비교예 4Comparative Example 4

2,3-디히드록실나프탈렌 대신 수크로스를 이용하고 제2열처리 온도를 900℃로 변경하였다는 점을 제외하고는, 실시예 5와 동일한 방법을 이용하여 활물질 분말을 제조하였다.
An active material powder was prepared in the same manner as in Example 5 except that sucrose was used instead of 2,3-dihydroxyl naphthalene and the second heat treatment temperature was changed to 900 ° C.

비교예 5Comparative Example 5

2,3-디히드록실나프탈렌 대신 수크로스를 이용하였다는 점을 제외하고는 실시예 3과 동일한 방법을 이용하여 활물질을 제조하였다.
An active material was prepared in the same manner as in Example 3 except that sucrose was used instead of 2,3-dihydroxyl naphthalene.

비교예 6Comparative Example 6

2,3-디히드록실나프탈렌 대신 수크로스를 이용하고 제2열처리 온도를 700℃로 변경하였다는 점을 제외하고는 실시예 3과 동일한 방법을 이용하여 활물질을 제조하였다.
An active material was prepared in the same manner as in Example 3, except that sucrose was used instead of 2,3-dihydroxyl naphthalene and the second heat treatment temperature was changed to 700 ° C.

비교예 7Comparative Example 7

2,3-디히드록실나프탈렌 대신 수크로스를 이용하고 제2열처리 온도는 900℃로 변경하였다는 점을 제외하고는 실시예 3과 동일한 방법을 이용하여 활물질을 제조하였다.
An active material was prepared in the same manner as in Example 3, except that sucrose was used instead of 2,3-dihydroxyl naphthalene and the second heat treatment temperature was changed to 900 ° C.

비교예 8Comparative Example 8

탄소 박막 형성 공정을 생략하였다는 점을 제외하고는 실시예 7에 기재된 방법에 따라 다공성 MoO2 코어로 이루어진 활물질을 제조하였다.
The active material composed of the porous MoO 2 core was prepared according to the method described in Example 7, except that the carbon thin film forming step was omitted.

실시예 1 내지 10 및 비교예 1 내지 8의 활물질을 정리하면 하기 표 1과 같다:The active materials of Examples 1 to 10 and Comparative Examples 1 to 8 are summarized in the following Table 1:

코어 성분Core component 코어 구조Core structure 탄소계 박막 형성용 전구체Precursor for forming a carbon-based thin film 코어:전구체 중량비Core: precursor weight ratio 제2열처리 온도(℃)Second heat treatment temperature (占 폚) 실시예 1Example 1 SnO2 SnO 2 다공성Porous DNDN 1:0.021: 0.02 500500 실시예 2Example 2 SnO2 SnO 2 다공성Porous DNDN 1:0.041: 0.04 500500 실시예 3Example 3 SnO2 SnO 2 다공성Porous DNDN 1:0.061: 0.06 500500 실시예 4Example 4 SnO2 SnO 2 다공성Porous DNDN 1:0.081: 0.08 500500 실시예 5Example 5 SnO2 SnO 2 벌크(기공 비포함)Bulk (without porosity) DNDN 1:0.061: 0.06 500500 실시예 6Example 6 SnO2 SnO 2 벌크(기공 비포함)Bulk (without porosity) DNDN 1:0.081: 0.08 500500 실시예 7Example 7 MoO2 MoO 2 다공성Porous DNDN 1:0.021: 0.02 500500 실시예 8Example 8 MoO2 MoO 2 다공성Porous DNDN 1:0.041: 0.04 500500 실시예 9Example 9 MoO2 MoO 2 다공성Porous DNDN 1:0.061: 0.06 500500 실시예 10Example 10 MoO2 MoO 2 다공성Porous DNDN 1:0.081: 0.08 500500 비교예 1Comparative Example 1 SnO2 SnO 2 다공성Porous -- -- -- 비교예 2Comparative Example 2 SnO2 SnO 2 벌크(기공 비포함)Bulk (without porosity) 수크로스Sucrose 1:0.061: 0.06 500500 비교예 3Comparative Example 3 SnO2 SnO 2 벌크(기공 비포함)Bulk (without porosity) 수크로스Sucrose 1:0.061: 0.06 700700 비교예 4Comparative Example 4 SnO2 SnO 2 벌크(기공 비포함)Bulk (without porosity) 수크로스Sucrose 1:0.061: 0.06 900900 비교예 5Comparative Example 5 SnO2 SnO 2 다공성Porous 수크로스Sucrose 1:0.061: 0.06 500500 비교예 6Comparative Example 6 SnO2 SnO 2 다공성Porous 수크로스Sucrose 1:0.061: 0.06 700700 비교예 7Comparative Example 7 SnO2 SnO 2 다공성Porous 수크로스Sucrose 1:0.061: 0.06 900900 비교예 8Comparative Example 8 MoO2 MoO 2 다공성Porous -- -- --

평가예 1: 활물질 관찰Evaluation Example 1: Observation of active material

비교예 1, 실시예 3, 실시예 4, 비교예 8 및 실시예 9의 활물질을 고해상도 투과 전자 현미경(HR-TEM)으로 관찰하여, 그 결과를 도 3(비교예 1의 활물질), 도 4A 및 4B(실시예 3의 활물질), 도 5A 및 5B(실시예 4의 활물질), 도 6(비교예 8의 활물질) 및 도 7(실시예 9의 활물질)에 각각 나타내었다.The active materials of Comparative Examples 1, 3, 4, 8 and 9 were observed with a high-resolution transmission electron microscope (HR-TEM). The results are shown in Fig. 3 (active material of Comparative Example 1) (Active material of Example 4), 4B (active material of Example 3), 5A and 5B (active material of Example 4), 6 (active material of Comparative Example 8) and 7 (active material of Example 9).

도 3 내지 7로부터 상기 활물질 분말들은 다공성 구조를 가짐을 확인할 수 있다.3 to 7, it can be confirmed that the active material powders have a porous structure.

도 4B, 도 5B 및 도 7로부터 실시예 3, 4 및 9의 활물질은 규칙적으로 배열되며 서로 연결되어 채널을 형성하는 나노 크기의 기공을 포함하고 있음을 확인할 수 있다. 상기 나노 기공 사이의 벽을 형성하는 골격의 두께는 하기 표 2와 같다:4B, 5B and 7, it can be seen that the active materials of Examples 3, 4 and 9 are arranged regularly and include nano-sized pores connected to each other to form a channel. The thickness of the skeleton forming the walls between the nanopores is shown in Table 2 below:

기공 사이의 벽을 형성하는 골격 두께 [nm]The thickness of the skeleton forming the wall between the pores [nm] 실시예 3Example 3 7 ± 17 ± 1 실시예 4Example 4 7 ± 17 ± 1 실시예 9Example 9 7 ± 17 ± 1

평가예 2: X-선 회절 실험Evaluation Example 2: X-ray diffraction experiment

비교예1, 실시예 3 및 비교예 5 내지 7의 활물질에 대하여, CuKα를 이용한 X-선 회절 실험을 수행하여, 저각(small angle) 회절 패턴 및 고각(high angle) 회절 패턴을 각각 도 8 및 9에 각각 나타내었다.X-ray diffraction experiments using CuK? Were performed on the active materials of Comparative Examples 1, 3 and 5 to 7, and a small angle diffraction pattern and a high angle diffraction pattern are shown in FIGS. Respectively.

도 8의 (a)에 따르면, 비교예 1(다공성 코어 / 탄소 박막 형성하지 않음), 500℃에서 열처리한 실시예 3(다공성 코어 / DN 이용하여 탄소 박막 형성함) 및 500℃에서 열처리한 비교예 5(다공성 코어 / 수크로스 이용하여 탄소 박막 형성함)의 활물질의 (110) 면에 대한 피크는 브래그 2θ각 0.6 ± 0.2°에서 나타나며, (221) 면에 대한 피크는 브래그 2θ각 1.0 ± 0.2° 에서 나타났다. 상기 (110)면 및 (221)면은 다공성 SnO2에서 고도의 규칙성을 가지는(highly ordered) 3차원적인 골격구조 및 기공 구조의 일면에 해당한다. 상기 저각 X-선 회절 스펙트럼은 나노 크기를 가지는 규칙적인 골격 구조 및 기공의 배열에 의한 회절 패턴이다. 상기 도 8의 (a)로부터, 비교예 1(다공성 코어 / 탄소 박막 형성하지 않음), 500℃에서 열처리한 실시예 3(다공성 코어 / DN 이용하여 탄소 박막 형성함) 및 500℃에서 열처리한 비교예 5(다공성 코어 / 수크로스 이용하여 탄소 박막 형성함)의 활물질은 규칙적인 나노 크기의 기공을 가지는 메조 다공성 구조를 가짐을 알 수 있다.8 (a), Comparative Example 1 (porous core / carbon thin film not formed), Example 3 (carbon thin film formed using porous core / DN) heat-treated at 500 占 폚 and heat treated at 500 占 폚 The peak for the (110) plane of the active material of Example 5 (formed by a porous carbon / sucrose thin film) appears at Bragg 2 theta angle of 0.6 0.2 deg. And the peak for the (221) °. The (110) and (221) planes correspond to one side of a highly ordered three-dimensional skeletal structure and pore structure in porous SnO 2 . The low angle X-ray diffraction spectrum is a diffraction pattern due to the arrangement of regular skeletal structures and pores having nano-size. 8 (a), Comparative Example 1 (porous core / carbon thin film not formed), Example 3 (carbon thin film formed using porous core / DN) heat-treated at 500 占 폚 and heat treatment at 500 占 폚 It can be seen that the active material of Example 5 (carbon thin film formed using porous core / sucrose) has a mesoporous structure with regular nano-sized pores.

그러나, 도 8의 (b) 및 (c)에 따르면, 700℃에서 열처리한 비교예 6(다공성 코어 / 수크로스 이용하여 탄소 박막 형성함) 및 900℃에서 열처리한 비교예 7(다공성 코어 / 수크로스 이용하여 탄소 박막 형성함)의 활물질은 (110)면 및 (221)면에 대한 피크가 뚜렷하지 않음을 확인할 수 있다. 이로부터, 비교예 6 및 비교예 7의 활물질은, 수크로스를 이용한 탄소 박막 형성 전의 다공성 SnO2 코어가 갖는 나노 구조가 상당부분 붕괴되어, 더 이상 규칙적인 메조 다공성 구조를 가지지 않음을 알 수 있다. 상기 나노 구조 붕괴는, 수크로스를 이용한 탄소 박막 형성을 위한 고온 열처리(700℃ 및 900℃)때문인 것으로 해석할 수 있다.However, according to FIGS. 8 (b) and 8 (c), Comparative Example 6 (a carbon thin film was formed by using a porous core / sucrose) heat-treated at 700 ° C and Comparative Example 7 The carbon thin film is formed by using a cross), the peak of the (110) plane and the (221) plane is not clear. From these results, it can be seen that the active material of Comparative Example 6 and Comparative Example 7 has a nanoscale structure of the porous SnO 2 core before the carbon thin film formation using sucrose is largely collapsed, and has no more regular mesoporous structure . It can be interpreted that the nanostructure collapse is due to the high-temperature heat treatment (700 ° C and 900 ° C) for forming carbon thin films using sucrose.

도 9의 (a)에 따르면, 500℃에서 열처리한 실시예 3(다공성 코어 / DN 이용하여 탄소 박막 형성함) 및 500℃에서 열처리한 비교예 5(다공성 코어 / 수크로스 이용하여 탄소 박막 형성함)의 활물질은 비교예 1(다공성 코어 / 탄소 박막 형성하지 않음)과 동일한 브래그 2θ각 위치에서 피크를 가짐을 알 수 있다. 이로부터, 500℃에서 열처리한 실시예 3(다공성 코어 / DN 이용하여 탄소 박막 형성함) 및 비교예 5(다공성 코어 / 수크로스 이용하여 탄소 박막 형성함)의 활물질은 비교예 1(다공성 코어 / 탄소 박막 형성하지 않음)과 동일한 결정상을 가짐을 알 수 있다.According to FIG. 9A, a carbon thin film was formed by using a porous core / sucrose of Comparative Example 5 (heat treatment at 500 DEG C) in Example 3 (forming a carbon thin film by using porous core / DN) ) Had peaks at the same Bragg 2 &amp;thetas; positions as Comparative Example 1 (porous core / carbon thin film not formed). From this, the active material of Comparative Example 1 (porous carbon / thin film formed by using a porous core / sucrose) and Comparative Example 1 (porous core / Carbon thin film was not formed).

그러나, 도 9의 (b) 및 (c)에 따르면, 700℃에서 열처리한 비교예 6(다공성 코어 / 수크로스 이용하여 탄소 박막 형성함) 및 900℃에서 열처리한 비교예 7(다공성 코어 / 수크로스 이용하여 탄소 박막 형성함)의 활물질은 도 9의 (a)에서 관찰되지 않은 피크(도 9의 (b) 및 (c)의 화살표 참조)를 가짐을 알 수 있다. 이로부터, 비교예 6 및 7의 활물질은 수크로스를 이용한 탄소 박막 형성을 위한 고온 열처리(700℃ 및 900℃)로 인하여, SnO2 코어의 결정상이 변화되었음을 알 수 있다.However, according to FIGS. 9 (b) and 9 (c), Comparative Example 6 (a carbon thin film formed by using porous core / sucrose) heat-treated at 700 ° C and Comparative Example 7 9 (b) and (c)) that are not observed in Fig. 9 (a). From this, it can be seen that the active materials of Comparative Examples 6 and 7 had a change in the crystal phase of the SnO 2 core due to the high-temperature heat treatment (700 ° C. and 900 ° C.) for forming a carbon thin film using sucrose.

도 10은 비교예 1 및 실시예 1 내지 4의 활물질에 대한 X-선 회절 실험 결과이다. 도 10으로부터 각각 상이한 함량의 탄소계 전구체를 사용한 실시예 1 내지 4의 활물질은 비교예 1과 동일한 X-선 회절 패턴을 가짐을 확인할 수 있는 바, 실시예 1 내지 4의 활물질은 탄소 박막 형성 후에도 나노 다공성 구조를 유지함을 확인할 수 있다. Fig. 10 shows X-ray diffraction results of the active materials of Comparative Example 1 and Examples 1 to 4; Fig. It can be seen from Fig. 10 that the active materials of Examples 1 to 4 using different amounts of the carbon-based precursor have the same X-ray diffraction pattern as that of Comparative Example 1. The active materials of Examples 1 to 4, It can be confirmed that the nanoporous structure is maintained.

도 11은 비교예 8 및 실시예 7 내지 10의 활물질에 대한 X-선 회절 실험 결과이다. 도 11으로부터 각각 상이한 함량의 탄소계 전구체를 사용한 실시예 7 내지 10의 활물질은 비교예 8과 동일한 X-선 회절 패턴을 가짐을 확인할 수 있는 바, 실시예 7 내지 10의 활물질은 탄소 박막 형성 후에도 나노 다공성 구조를 유지함을 확인할 수 있다.
Fig. 11 shows X-ray diffraction results of the active materials of Comparative Examples 8 and 7 to 10. Fig. 11 shows that the active materials of Examples 7 to 10 using different amounts of the carbon-based precursors have the same X-ray diffraction pattern as that of Comparative Example 8. As a result, It can be confirmed that the nanoporous structure is maintained.

평가예 3: 질소흡착 실험Evaluation Example 3: Nitrogen adsorption experiment

상기 비교예 1, 실시예 1 내지 4, 비교예 8 및 실시예 7 내지 10의 활물질에 대하여 질소흡착실험을 수행하였다.Nitrogen adsorption experiments were carried out on the active materials of Comparative Example 1, Examples 1 to 4, Comparative Example 8 and Examples 7 to 10.

질소흡착실험에서 각각의 분말에 질소를 흡착 및 탈착시키고, 흡착 및 탈착되는 질소양의 차이를 통해 상기 재료의 비표면적, 기공부피를 계산하고, 기공 크기 분포도를 얻었다. 구체적으로, 질소흡착실험에서 얻어진 질소흡탈착 등온선 (N2 adsorption-desorption isotherm)로부터 BET(Brunauer-Emmett-Teller) 방법을 사용하여 기공의 비표면적을 계산하고, 기공의 총 부피는 질소흡탈착 그래프의 Y축으로부터 직접 도출하였고, BJH(Barrett-Joyner-Halenda) 방법을 사용하여 기공 크기 분포를 나타내었으며, 그 결과를 표 3, 도 12(비교예 1 및 실시예 1 내지 4의 활물질) 및 도 13(비교예 8 및 실시에 7 내지 10의 활물질)에 나타내었다:Nitrogen was adsorbed and desorbed in each of the powders in the experiment of nitrogen adsorption, and the specific surface area and pore volume of the material were calculated through the difference in the amount of adsorbed and desorbed nitrogen, and the pore size distribution was obtained. Specifically, the specific surface area of the pores was calculated from the N 2 adsorption-desorption isotherm obtained from the nitrogen adsorption experiment using the BET (Brunauer-Emmett-Teller) method, and the total volume of the pores was calculated from the nitrogen adsorption / And the pore size distribution was shown using the BJH (Barrett-Joyner-Halenda) method. The results are shown in Tables 3 and 12 (the active material of Comparative Example 1 and Examples 1 to 4) 13 (active material of Comparative Example 8 and Examples 7 to 10)

코어 성분Core component 비표면적
(m2/g)
Specific surface area
(m2 / g)
기공 총 부피
(mL/g)
Pore volume
(mL / g)
제1기공 피크
(nm)
The first pore peak
(nm)
제2기공
피크
(nm)
2nd workshop
peak
(nm)
비교예 1Comparative Example 1 SnO2 SnO 2 112112 0.250.25 2.92.9 15.615.6 실시예 1Example 1 SnO2 SnO 2 9898 0.280.28 2.62.6 17.817.8 실시예 2Example 2 SnO2 SnO 2 107107 0.280.28 2.52.5 17.917.9 실시예 3Example 3 SnO2 SnO 2 109109 0.260.26 2.42.4 15.415.4 실시예 4Example 4 SnO2 SnO 2 9797 0.250.25 2.42.4 15.415.4 비교예 8Comparative Example 8 MoO2 MoO 2 115115 0.570.57 1.71.7 18.218.2 실시예 7Example 7 MoO2 MoO 2 118118 0.460.46 1.71.7 17.617.6 실시예 8Example 8 MoO2 MoO 2 110110 0.460.46 1.71.7 16.516.5 실시예 9Example 9 MoO2 MoO 2 9191 0.470.47 .. 16.516.5 실시예 10Example 10 MoO2 MoO 2 5050 0.250.25 .. 18.018.0

도 12 및 13으로부터, 상기 활물질들은 2개의 기공 직경 피크(pore diameter peak)를 가지는 이중 크기 분포(pore size distribution)를 가짐을 알 수 있는 바, 실시예 1 내지 4 및 7 내지 10의 활물질은 탄소 박막 형성 후에서 나노 다공성 구조를 유지함을 알 수 있다.12 and 13, it can be seen that the active materials have a pore size distribution with two pore diameter peaks, and the active materials of Examples 1 to 4 and 7 to 10 are carbon It can be seen that the nanoporous structure is maintained after the thin film formation.

평가예 4: 라만 스펙트럼 평가Evaluation Example 4: Evaluation of Raman spectrum

비교예 2, 실시예 5, 실시예 6, 실시예 3 및 비교예 6의 활물질의 탄소 박막에 대한 라만 스펙트럼을 평가하여, 그 결과를 표 4 및 도 14와 15에 나타내었다.Raman spectra of the carbon thin films of the active materials of Comparative Example 2, Example 5, Example 6, Example 3, and Comparative Example 6 were evaluated, and the results are shown in Table 4 and Figs.

비교예 2Comparative Example 2 실시예 5Example 5 실시예 6Example 6 실시예 3Example 3 비교예 6Comparative Example 6 D피크 면적/G피크 면적비 (AD/AG)D peak area / G peak area ratio (A D / A G ) 1.951.95 1.811.81 1.591.59 1.641.64 2.272.27 D피크 세기/G피크 세기 (ID/IG)D peak intensity / G peak intensity (I D / I G ) 0.780.78 0.630.63 0.600.60 0.580.58 0.830.83

상기 표 4로부터 비교예 2 및 6의 AD/AG 및 ID/IG는 실시예 5, 6 및 3의 AD/AG 및 ID/IG보다 작은 바, 실시예 5, 6 및 3의 탄소 박막은 비교예 2 및 6의 탄소 박막보다 우수한 결정성을 가짐을 확인할 수 있다.Of Table 4. Comparative Examples 2 and 6 from the A D / A G and I D / I G in Example 5,6 and 3 of the A D / A G and I D / I G smaller bar than in Example 5, 6 And 3 had better crystallinity than the carbon thin films of Comparative Examples 2 and 6.

평가예 5: 열량 시차 주사 분석Evaluation Example 5: Calorimetric analysis

비교예 1 및 실시예 1 내지 4의 분말에 대하여 열중량 분석(TGA)을 수행하여 그 결과를 도 16에 나타내었다. 열중량 분석에는 TA instruments사의 SDT2960기기를 이용하였다. 도 16 중 300℃에서 700℃사이의 질량 감소는 탄소의 질량 감소에 대응되는 것으로 보이는 바(300℃ 이하에서의 질량 감소는 수분 및 불순물 질량 감소에 대응되는 것이고 700℃ 이상에서의 질량 감소는 환원 분위기 고온 하의 상변화로 인한 질량 감소에 대응된다고 가정함), 도 16으로부터 실시예 1 내지 4의 활물질은 탄소 박막을 포함하고 있음을 확인할 수 있다.
The thermogravimetric analysis (TGA) was performed on the powders of Comparative Example 1 and Examples 1 to 4, and the results are shown in FIG. For thermogravimetric analysis, SDT2960 instrument from TA instruments was used. 16, mass reduction between 300 ° C and 700 ° C appears to correspond to a decrease in carbon mass (the mass decrease at 300 ° C or lower corresponds to the decrease of water and impurity mass, and the mass decrease at 700 ° C or higher corresponds to reduction It is assumed that the active material corresponds to the decrease in mass due to the phase change under high temperature in the atmosphere). From FIG. 16, it can be confirmed that the active material of Examples 1 to 4 contains the carbon thin film.

평가예 6: 전도도 평가Evaluation Example 6: Evaluation of Conductivity

기공이 없는 구형 입자 형태의 SnO2 코어(Aldrich 사 제품, 약 100nm 이하의 평균 입경을 갖는 SnO2 입자임), 비교예 2, 실시예 5, 비교예 1, 비교예 5 및 실시예 3의 활물질의 전도성을 분체저항측정 시스템 LORESTA 시리즈(MCP-PD51)를 이용하여 압력에 따라 평가하여 그 결과를 도 17 및 18에 각각 나타내었다. Pore-free spherical particles in the form of SnO 2 core (Aldrich Corp., being SnO 2 particles having an average particle size of less than about 100nm), Comparative Example 2, Example 5, Comparative Example 1, comparing the active material of Example 5 and Example 3 Were evaluated according to the pressure using the powder resistance measurement system LORESTA series (MCP-PD51). The results are shown in Figs. 17 and 18, respectively.

도 17로부터 실시예 5의 활물질의 전도도는 상기 기공이 없는 구형 입자 형태의 SnO2 코어 및 비교예 2의 활물질의 전도도보다 우수함을 확인할 수 있다.From FIG. 17, it can be confirmed that the conductivity of the active material of Example 5 is superior to that of the SnO 2 core of the spherical particle type having no pores and the active material of Comparative Example 2.

도 18로부터 실시예 3의 활물질의 전도도는 비교예 1 및 5의 활물질의 전도도보다 우수함을 확인할 수 있다. 이로부터, 실시예 3의 활물질은, 탄소 박막 형성시 코어의 나노 구조가 유지되면서, 동시에 전도도도 향상됨을 확인할 수 있다.
18 that the conductivity of the active material of Example 3 is superior to that of the active materials of Comparative Examples 1 and 5. From this, it can be confirmed that the active material of Example 3 maintains the nanostructure of the core during the formation of the carbon thin film, and at the same time, improves the conductivity.

평가예 7: 충방전 특성 평가Evaluation Example 7: Evaluation of charge / discharge characteristics

(음극 및 리튬 전지 제조)(Cathode and lithium battery manufacturing)

상기 비교예 1의 활물질 분말 70mg, 탄소 도전제(Super-P, Timcal Inc.) 15 mg, 및 바인더(폴리아미드/이미드, PAI) 15 mg을 15mL의 N-메틸피롤리돈(NMP)과 함께 마노 유발에서 혼합하여 슬러리를 제조하였다. 상기 슬러리를 닥터 블레이드를 사용하여 구리 집전체 위에 약 50㎛ 두께로 도포하고 상온에서 2시간 동안 건조한 후 진공, 200℃의 조건에서 2시간 동안 다시 한번 건조하여 음극판을 제조하였다.15 mg of a carbon conductive agent (Super-P, Timcal Inc.) and 15 mg of a binder (polyamide / imide, PAI) were mixed with 15 mL of N-methylpyrrolidone (NMP) Were mixed together in agate mortar to prepare a slurry. The slurry was coated on a copper collector using a doctor blade to a thickness of about 50 탆, dried at room temperature for 2 hours, and dried again under vacuum at 200 캜 for 2 hours to prepare a negative electrode plate.

상기 음극판을 사용하여, 리튬 금속을 상대 전극으로 하고, 격리막으로 폴리프로필렌 격리막(separator, Cellgardㄾ 3510)을 사용하고, 1.3M LiPF6가 EC(에틸렌 카보네이트)+DEC(디에틸 카보네이트)(3:7 무게비)에 녹아있는 용액을 전해질로 사용하여 CR-2016 규격의 코인 셀을 제조하였다.A 1.3 m LiPF 6 electrolyte solution was prepared by dissolving the electrolyte solution in a mixed solvent of EC (ethylene carbonate) and DEC (diethyl carbonate) (3: 1), using a lithium metal as a counter electrode and a polypropylene separator (Cellgard 3510) 7 weight ratio) was used as an electrolyte to prepare a coin cell of CR-2016 standard.

비교예 1의 활물질 대신, 실시예 1 내지 4, 비교예 8 및 실시예 7 내지 10의 활물질을 각각 사용하였다는 점을 제외하고는 상술한 바와 동일한 방법을 이용하여 코인 셀을 제조하였다.Except that the active materials of Examples 1 to 4, Comparative Examples 8 and 7 to 10 were used in place of the active material of Comparative Example 1, respectively.

(충방전 실험)(Charge / discharge test)

상기 비교예 1, 실시예 1 내지 4, 비교예 8 및 실시예 7 내지 10의 활물질을 포함한 리튬 전지에 대하여 상기 활물질 1g 당 100mA의 전류로 전압이 0.001V(vs. Li)에 이를 때까지 충전하고, 다시 동일한 전류로 전압이 2V(vs. Li)에 이를 때까지 방전하였다. 이어서, 동일한 전류와 전압 구간에서 충전 및 방전을 100회 반복하였다.The lithium battery including the active material of Comparative Example 1, Examples 1 to 4, Comparative Examples 8 and 7 to 10 was charged to a current of 100 mA per 1 g of the active material until the voltage reached 0.001 V (vs. Li) And discharged again at the same current until the voltage reached 2 V (vs. Li). Subsequently, charging and discharging were repeated 100 times in the same current and voltage sections.

도 19는 비교예 1의 활물질을 포함한 리튬 전지 및 실시예 3의 활물질을 포함한 리튬 전지에 대한 1번째 사이클 및 50번째 사이클에서의 충방전 결과를 나타낸 것이고, 도 20은 비교예 1 및 실시예 1 내지 4의 활물질을 각각 포함한 리튬 전지의 용량 유지율을 나타낸 것이고, 도 21은 비교예 8 및 실시예 7 내지 10의 활물질을 각각 포함한 리튬 전지의 용량 유지율을 나타낸 것이다. 도 20 및 21의 용량 유지율(%)은 "(각 사이클 후 방전 용량 / 초기 방전 용량) x 100"에 의하여 계산하였다.19 shows the results of charging and discharging in the first cycle and the 50th cycle of the lithium battery including the active material of Comparative Example 1 and the lithium battery including the active material of Example 3. FIG. FIG. 21 shows the capacity retention rate of the lithium battery including the active materials of Comparative Examples 8 and 7 to 10, respectively. FIG. The capacity retention rate (%) in Figs. 20 and 21 was calculated by "(discharge capacity after each cycle / initial discharge capacity) x 100 ".

한편, 비교예 1, 실시예 1 내지 4, 비교예 8 및 실시예 7 내지 10의 음극 활물질을 포함한 리튬 전지의 음극 밀도, g당 용량, cc당 용량, 초기 효율 및 100 사이클 수명([100사이클 후 방전 용량 / 초기 방전 용량] x 100 (%))을 표 5에 나타내었다. 단, 표 5 중 비교예 1의 활물질을 포함한 리튬 전지는 50사이클 수명([50사이클 후 방전 용량 / 초기 방전 용량] x 100 (%))을 나타낸 것이다.On the other hand, the cathode densities, capacity per gram, capacity per cc, initial efficiency, and 100 cycle life ([cycles of 100 cycles (Discharge capacity / initial discharge capacity) x 100 (%)) are shown in Table 5. However, the lithium battery including the active material of Comparative Example 1 in Table 5 shows the life of 50 cycles ([discharge capacity after 50 cycles / initial discharge capacity] x 100 (%)).

음극 활물질Anode active material 밀도(g/m2)Density (g / m 2 ) g당 용량
(mAh/g)
Capacity per g
(mAh / g)
Cc당 용량
(mAh/CC)
Capacity per Cc
(mAh / CC)
초기 효율
(%)
Initial efficiency
(%)
100 사이클 수명 (%)100 cycle life (%)
비교예 1Comparative Example 1 1.891.89 751.2751.2 925.6925.6 46.3146.31 56.1
(50 사이클 수명)
56.1
(50 cycle life)
실시예 1Example 1 1.941.94 743.3743.3 1048.41048.4 45.8445.84 80.980.9 실시예 2Example 2 2.102.10 693.1693.1 1126.61126.6 42.1442.14 92.692.6 실시예 3Example 3 2.092.09 662.5662.5 973.2973.2 42.0742.07 95.495.4 실시예 4Example 4 2.322.32 672.4672.4 1092.91092.9 40.7240.72 103.9103.9 비교예 6Comparative Example 6 1.581.58 1207.281207.28 1332.371332.37 68.8668.86 64.3064.30 실시예 7Example 7 1.631.63 1106.161106.16 1264.481264.48 69.5169.51 82.5082.50 실시예 8Example 8 1.551.55 1064.271064.27 1154.631154.63 68.5968.59 87.2087.20 실시예 9Example 9 1.521.52 1038.761038.76 1102.791102.79 70.0770.07 87.8787.87 실시예 10Example 10 1.571.57 1014.841014.84 1114.231114.23 68.2568.25 83.6583.65

도 20 및 21과 표 5로부터, 실시예 1 내지 4 및 실시예 7 내지 10의 활물질을 포함한 음극을 채용한 리튬 전지는 비교예 1 및 8의 활물질을 포함한 음극을 채용한 리튬 전지에 비하여 우수한 용량 및 수명 특성을 가짐을 알 수 있다. 20 and 21 and Table 5 show that the lithium battery employing the negative electrode containing the active material of Examples 1 to 4 and Examples 7 to 10 has a superior capacity than the lithium battery employing the negative electrode containing the active material of Comparative Examples 1 and 8 And life span characteristics.

Claims (19)

리튬 이온의 흡장 및 방출이 가능한 금속 및 금속 산화물 중 1종 이상을 포함한 코어; 및 상기 코어 표면의 적어도 일부에 형성된 결정질 탄소 박막;을 포함하고,
나노-구조를 갖는, 전극 활물질.
A core containing at least one of a metal and a metal oxide capable of intercalating and deintercalating lithium ions; And a crystalline carbon thin film formed on at least a part of the core surface,
A nano-structured electrode active material.
제1항에 있어서,
입자, 막대, 와이어 또는 튜브의 형태를 갖는, 전극 활물질.
The method according to claim 1,
Wherein the electrode active material is in the form of particles, rods, wires or tubes.
제1항에 있어서,
기공 및 상기 기공 사이의 벽을 형성하는 골격을 포함한, 전극 활물질.
The method according to claim 1,
And a skeleton forming a wall between the pores and the pores.
제3항에 있어서,
상기 기공이 서로 연결되어 채널을 형성한, 전극 활물질.
The method of claim 3,
And the pores are connected to each other to form a channel.
제1항에 있어서,
상기 금속이 주석(Sn), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 아연(Zn), 망간(Mn), 몰리브덴(Mo) 및 비스무트(Bi) 중 1종 이상을 포함하고, 상기 금속 산화물이 주석 산화물, 철 산화물, 코발트 산화물, 니켈 산화물, 아연 산화물, 망간 산화물, 몰리브덴 산화물 및 비스무트 산화물 중 1종 이상을 포함한, 전극 활물질.
The method according to claim 1,
Wherein the metal includes at least one of Sn, Fe, Co, Ni, Mn, Mn, Mo, Wherein the metal oxide comprises at least one of tin oxide, iron oxide, cobalt oxide, nickel oxide, zinc oxide, manganese oxide, molybdenum oxide and bismuth oxide.
제1항에 있어서,
상기 코어가 SnO2 및 MoO2 중 하나 이상을 포함한, 전극 활물질.
The method according to claim 1,
Wherein the core comprises at least one of SnO 2 and MoO 2 .
제1항에 있어서,
상기 결정질 탄소 박막의 두께가 2nm 이하인, 전극 활물질.
The method according to claim 1,
Wherein the crystalline carbon thin film has a thickness of 2 nm or less.
제1항에 있어서,
상기 결정질 탄소 박막의 라만 스펙트럼 중 중 1360±10cm-1의 파수에 존재하는 D 피크의 세기를 ID라 하고, 1580±10cm-1의 파수에 존재하는 G 피크의 세기를 IG라 할 때, ID/IG가 0.7 이하인, 전극 활물질.
The method according to claim 1,
When the intensity of the D peak present at the wavenumber of 1360 10 cm -1 in the Raman spectrum of the crystalline carbon thin film is I D and the intensity of the G peak present at the wavenumber of 1580 10 cm -1 is I G , I D / I G is 0.7 or less.
제1항에 있어서,
31.83 Mpa 에서의 분체 저항값이 2.0 x 10-5 S/cm 내지 1.0 x 10-2 S/cm 인, 전극 활물질.
The method according to claim 1,
The powder resistance of from 31.83 Mpa 2.0 x 10 -5 S / cm to 1.0 x 10 -2 S / cm of the electrode active material.
제1항에 있어서,
상기 코어의 비표면적을 A라 하고, 상기 탄소 박막의 질량을 B라 할 때, B/A가 7.69 x 10-3 g2/m2 이하인, 전극 활물질.
The method according to claim 1,
A specific surface area of the core A and La, La when the mass of the carbon thin film B, B / A is 7.69 x 10 -3 g 2 / m 2 or less, the electrode active material.
제1항에 있어서,
50 m2/g 내지 250 m2/g의 비표면적을 갖는, 전극 활물질.
The method according to claim 1,
And an electrode active material having a specific surface area of 50 m 2 / g to 250 m 2 / g.
제1항내지 제11항 중 어느 한 항의 전극 활물질을 포함한 전극An electrode comprising the electrode active material of any one of claims 1 to 11 제12항의 전극을 포함한 리튬 전지.A lithium battery including the electrode of claim 12. 제13항에 있어서,
상기 전극이 음극인, 리튬 전지.
14. The method of claim 13,
Wherein the electrode is a negative electrode.
리튬 이온의 흡장 및 방출이 가능한 금속 및 금속 산화물 중 1종 이상을 포함한 코어, 화학식 1로 표시되는 탄소계 전구체 및 용매를 혼합하여 상기 코어 표면의 적어도 일부에 하기 화학식 2로 표시되는 탄소계 모이어티를 형성하는 단계; 및
상기 탄소계 모이어티가 형성된 코어를 불활성 분위기 하에서 열처리하여, 상기 탄소계 모이어티를 결정질 탄소 박막으로 전환시키는 단계를 포함하는 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항의 전극 활물질 제조 방법.
<화학식 1> <화학식 2>
Figure pat00005
Figure pat00006

상기 화학식 1 및 2 중,
A 고리는 치환 또는 비치환된 C5-C30 방향족 고리 또는 치환 또는 비치환된 C2-C30 헤테로방향족 고리이고;
a 및 b는 서로 독립적으로 1 내지 5의 정수이고;
*는 상기 코어 표면과의 결합 사이트이다.
A core containing at least one of metal and metal oxides capable of intercalating and deintercalating lithium ions, a carbonaceous precursor represented by Chemical Formula 1, and a solvent are mixed to prepare a carbon-based moiety represented by the following Chemical Formula 2 ; And
The method of any one of claims 1 to 11, further comprising the step of heat-treating the core formed with the carbon-based moiety in an inert atmosphere to convert the carbon-based moiety into a crystalline carbon thin film.
&Lt; Formula 1 >< EMI ID =
Figure pat00005
Figure pat00006

Among the above general formulas (1) and (2)
Ring A is a substituted or unsubstituted C 5 -C 30 aromatic ring or a substituted or unsubstituted C 2 -C 30 heteroaromatic ring;
a and b are each independently an integer of 1 to 5;
* Is a binding site with the core surface.
제15항에 있어서,
상기 A 고리는 치환 또는 비치환된 벤젠, 치환 또는 비치환된 펜타렌, 치환 또는 비치환된 인덴, 치환 또는 비치환된 나프탈렌, 치환 또는 비치환된 아줄렌, 치환 또는 비치환된 헵탈렌, 치환 또는 비치환된 인다센, 치환 또는 비치환된 아세나프탈렌, 치환 또는 비치환된 플루오렌, 치환 또는 비치환된 페나렌, 치환 또는 비치환된 페난트렌, 치환 또는 비치환된 안트라센, 치환 또는 비치환된 플루오란텐, 치환 또는 비치환된 트리페닐렌, 치환 또는 비치환된 파이렌, 치환 또는 비치환된 크라이센, 치환 또는 비치환된 나프타센, 치환 또는 비치환된 피센, 치환 또는 비치환된 페릴렌, 치환 또는 비치환된 펜타펜, 치환 또는 비치환된 헥사센, 치환 또는 비치환된 피롤, 치환 또는 비치환된 피라졸, 치환 또는 비치환된 이미다졸, 치환 또는 비치환된 이미다졸, 치환 또는 비치환된 이미다조피리딘, 치환 또는 비치환된 이미다조피리미딘, 치환 또는 비치환된 피리딘, 치환 또는 비치환된 피라진, 치환 또는 비치환된 피리미딘, 치환 또는 비치환된 피리다진, 치환 또는 비치환된 인돌, 치환 또는 비치환된 푸린, 치환 또는 비치환된 퀴놀린, 치환 또는 비치환된 프탈라진, 치환 또는 비치환된 인돌, 치환 또는 비치환된 나프티리딘, 치환 또는 비치환된 퀴나졸린, 치환 또는 비치환된 시놀린, 치환 또는 비치환된 인다졸, 치환 또는 비치환된 카바졸, 치환 또는 비치환된 페나진, 치환 또는 비치환된 페난트리딘, 치환 또는 비치환된 트리아진, 치환 또는 비치환된 페난트롤린, 또는 치환 또는 비치환된 퀴녹살린인, 전극 활물질 제조 방법.
16. The method of claim 15,
The ring A may be substituted or unsubstituted benzene, substituted or unsubstituted pentarenes, substituted or unsubstituted indenes, substituted or unsubstituted naphthalenes, substituted or unsubstituted azulenes, substituted or unsubstituted heptarenes, substituted Substituted or unsubstituted phenanthrene, substituted or unsubstituted anthracene, substituted or unsubstituted anthracene, substituted or unsubstituted fluorene, substituted or unsubstituted phenanthrene, substituted or unsubstituted anthracene, substituted or unsubstituted anthracene, Substituted or unsubstituted pyrene, substituted or unsubstituted pyrene, substituted or unsubstituted pyrene, substituted or unsubstituted pyrene, substituted or unsubstituted pyrene, substituted or unsubstituted pyrene, substituted or unsubstituted pyrene, substituted or unsubstituted pyrene, substituted or unsubstituted pyrene, Substituted or unsubstituted pyrazole, substituted or unsubstituted pyrazole, substituted or unsubstituted pyrazole, substituted or unsubstituted pyrazole, substituted or unsubstituted pyrazole, substituted or unsubstituted pyrazole, substituted or unsubstituted imidazole, substituted or unsubstituted imidazole , Substituted or unsubstituted imidazopyridine, substituted or unsubstituted imidazopyrimidine, substituted or unsubstituted pyridine, substituted or unsubstituted pyrazine, substituted or unsubstituted pyrimidine, substituted or unsubstituted pyridazine , A substituted or unsubstituted indole, a substituted or unsubstituted purine, a substituted or unsubstituted quinoline, a substituted or unsubstituted phthalazine, a substituted or unsubstituted indole, a substituted or unsubstituted naphthyridine, Substituted or unsubstituted thienolines, substituted or unsubstituted indazoles, substituted or unsubstituted carbazoles, substituted or unsubstituted phenazines, substituted or unsubstituted phenanthridines, substituted or unsubstituted quinazolines, Triazine, substituted or unsubstituted phenanthroline, or substituted or unsubstituted quinoxaline.
제15항에 있어서,
상기 A 고리가 벤젠, 나프탈렌, 페나렌(phenalene), 페난트렌, 안트라센, 트리페닐렌(triphenylene), 파이렌, 크라이센(chrysene), 나프타센(naphthacene), 피센(picene), 페릴렌(perylene), 펜타펜(pentaphene), 헥사센(hexacene), 피리딘, 피라진, 피리미딘, 피리다진, 퀴놀린, 프탈라진, 퀴녹살린, 퀴나졸린, 시놀린, 페난트리딘, 페난트롤린 또는 페나진이고, a 및 b는 1 또는 2인, 전극 활물질 제조 방법.
16. The method of claim 15,
Wherein ring A is selected from the group consisting of benzene, naphthalene, phenalene, phenanthrene, anthracene, triphenylene, pyrene, chrysene, naphthacene, picene, perylene ), Pentaphene, hexacene, pyridine, pyrazine, pyrimidine, pyridazine, quinoline, phthalazine, quinoxaline, quinazoline, cinnoline, phenanthridine, phenanthroline or phenazine , and a and b are 1 or 2.
제15항에 있어서,
상기 코어 표면의 적어도 일부에 상기 탄소계 모이어티를 형성하는 단계가, 상기 코어 표면의 히드록실기와 상기 탄소계 전구체의 히드록실기 간의 탈수 반응을 촉진시키기 위한 100℃ 내지 500℃ 및 1시간 내지 5시간의 범위 내에서의 열처리 단계를 더 포함한, 전극 활물질 제조 방법.
16. The method of claim 15,
Wherein the step of forming the carbon-based moiety on at least a part of the surface of the core is performed at a temperature of 100 ° C to 500 ° C for 1 hour to promote the dehydration reaction between the hydroxyl group of the core surface and the hydroxyl group of the carbon- Further comprising a heat treatment step in a range of 5 to 5 hours.
제15항에 있어서,
상기 탄소계 모이어티가 형성된 코어의 열처리를 300℃ 내지 600℃의 온도에서 1시간 내지 5시간 동안 수행하는, 전극 활물질 제조 방법.
16. The method of claim 15,
Wherein the heat treatment of the core in which the carbon-based moiety is formed is performed at a temperature of 300 ° C to 600 ° C for 1 hour to 5 hours.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20150026117A (en) * 2013-08-30 2015-03-11 삼성전자주식회사 Electrode active material, method for preparing the electrode active material, electrode comprising the same, and lithium battery comprising the electrode
KR20150062123A (en) * 2013-11-28 2015-06-05 삼성전자주식회사 Cathode active material, secondary battery comprising the same, and preparation method thereof
KR20150063265A (en) * 2013-11-29 2015-06-09 한국과학기술연구원 ZnO-MnO-C COMPOSITE, MANUFACTURING METHOD OF COMPOSITE CONTAINING ZINC OXIDE AND MANGANESE OXIDE AND ANODE ACTIVE MATERIAL CONTAINING THE SAME

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005216855A (en) * 2004-01-26 2005-08-11 Samsung Sdi Co Ltd Negative electrode active material for lithium secondary cell and its manufacturing method as well as lithium secondary cell including above
KR20100113433A (en) * 2009-04-13 2010-10-21 주식회사 엘지화학 Negative active material for rechargeable lithium battery, method of preparing the same and rechargeable lithium battery including the same
JP2010284646A (en) * 2009-06-09 2010-12-24 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America Inc Process to make structured particle

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005216855A (en) * 2004-01-26 2005-08-11 Samsung Sdi Co Ltd Negative electrode active material for lithium secondary cell and its manufacturing method as well as lithium secondary cell including above
KR20100113433A (en) * 2009-04-13 2010-10-21 주식회사 엘지화학 Negative active material for rechargeable lithium battery, method of preparing the same and rechargeable lithium battery including the same
JP2010284646A (en) * 2009-06-09 2010-12-24 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America Inc Process to make structured particle

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20150026117A (en) * 2013-08-30 2015-03-11 삼성전자주식회사 Electrode active material, method for preparing the electrode active material, electrode comprising the same, and lithium battery comprising the electrode
KR20150062123A (en) * 2013-11-28 2015-06-05 삼성전자주식회사 Cathode active material, secondary battery comprising the same, and preparation method thereof
US9960419B2 (en) 2013-11-28 2018-05-01 Samsung Electronics Co., Ltd. Cathode active material, secondary battery comprising the same, and method of manufacturing the positive active material
US10862113B2 (en) 2013-11-28 2020-12-08 Samsung Electronics Co., Ltd. Cathode active material, secondary battery comprising the same, and method of manufacturing the positive active material
KR20150063265A (en) * 2013-11-29 2015-06-09 한국과학기술연구원 ZnO-MnO-C COMPOSITE, MANUFACTURING METHOD OF COMPOSITE CONTAINING ZINC OXIDE AND MANGANESE OXIDE AND ANODE ACTIVE MATERIAL CONTAINING THE SAME

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