KR20140070162A - Anode active material for lithium secondary battery with high capacity, a manufacturing method of the same and Lithium secondary battery comprising the same - Google Patents

Anode active material for lithium secondary battery with high capacity, a manufacturing method of the same and Lithium secondary battery comprising the same Download PDF

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Abstract

An anode active material for a lithium secondary battery comprises: a core unit which is a mixed composite including a first particulate matter made of a metal (metalloid) capable of alloying with lithium, and a second particulate matter made of an oxide of a metal (metalloid) identical to or different from the metal (metalloid) of the first particulate matter; and a conductive carbon layer coated on at least partial exterior of the core unit. One first particulate matter or an assembly of more than two first particulate matters is surrounded by the second particulate matter, and the mole ratio of the metal (metalloid) oxide to the mole ratio of the metal (metalloid) in the mixed composite is adjusted to exceed 0 and to be less than 1, and the second particulate matter has an amorphous structure. The secondary battery according to the present invention has a high capacity; minimizes a dead volume on the anode as an irreversible matter such as lithium oxide or lithium metal oxide is less produced in the initial charge or discharge of the battery; has an excellent cycleability by minimizing the volume expansion during charge or discharge; and improves the electric conductivity due to the conductive coating on the surface so as to have an excellent rate control property, by using the anode active material for a lithium secondary battery of the present invention.

Description

리튬 이차전지용 고용량 음극 활물질, 이의 제조 방법 및 이를 포함한 리튬이차전지{Anode active material for lithium secondary battery with high capacity, a manufacturing method of the same and Lithium secondary battery comprising the same}[0001] The present invention relates to a high-capacity anode active material for a lithium secondary battery, a method for producing the same, and a lithium secondary battery including the anode active material,

본 발명은 리튬 이차전지용 음극 활물질 및 이를 사용한 리튬 이차전지에 관한 것이다. The present invention relates to a negative electrode active material for a lithium secondary battery and a lithium secondary battery using the same.

최근 에너지 저장 기술에 대한 관심이 높아지고 있다. 휴대폰, 캠코더 및 노트북 PC, 나아가서는 전기 자동차의 에너지까지 적용 분야가 확대되면서 전기화학소자의 연구와 개발에 대한 노력이 점점 구체화되고 있다. 전기화학소자는 이러한 측면에서 가장 주목 받고 있는 분야이고, 그 중에서도 충방전이 가능한 이차전지의 개발은 관심의 초점이 되고 있다. 최근에는 이러한 전지를 개발함에 있어서 용량 밀도 및 비에너지를 향상시키기 위하여 새로운 전극과 전지의 설계에 대한 연구 개발이 진행되고 있다.Recently, interest in energy storage technology is increasing. As the application fields of cell phones, camcorders, notebook PCs and even electric vehicles are expanding, efforts for research and development of electrochemical devices are becoming more and more specified. The electrochemical device is one of the most remarkable fields in this respect, and development of a rechargeable secondary battery has become a focus of attention. In recent years, research and development on the design of new electrodes and batteries have been proceeding in order to improve capacity density and specific energy in developing such batteries.

현재 적용되고 있는 이차전지 중에서 1990년대 초에 개발된 리튬 이차전지는 수용액 전해액을 사용하는 N-MH, Ni-Cd, 황산-납 전지 등의 재래식 전지에 비해서 작동 전압이 높고 에너지 밀도가 월등히 크다는 장점으로 각광을 받고 있다. Among the currently applied secondary batteries, the lithium secondary battery developed in the early 1990s has advantages such as higher operating voltage and much higher energy density than conventional batteries such as N-MH, Ni-Cd and sulfuric acid-lead batteries using an aqueous electrolyte solution .

일반적으로 리튬 이차 전지는 리튬 이온의 삽입 및 탈리(intercalation and disintercalation)가 가능한 물질을 음극 및 양극으로 사용하고, 음극과 양극 사이에 유기 전해액 또는 폴리머 전해액을 충전시켜 제조하며, 리튬 이온이 양극 및 음극에서 삽입 및 탈리될 때의 산화반응, 환원반응에 의하여 전기적 에너지를 생성한다. Generally, a lithium secondary battery is manufactured by using a material capable of intercalation and disintercalation of lithium ions as a cathode and an anode, filling an organic electrolytic solution or a polymer electrolyte between a cathode and an anode, And generate electrical energy by an oxidation reaction and a reduction reaction when they are inserted and desorbed.

현재 리튬 이차 전지의 음극을 구성하는 음극 활물질로는 탄소성 물질이 주로 사용되고 있다. 이 중 흑연의 경우, 이론 용량이 약 372 mAh/g 정도이며, 현재 상용화된 흑연의 실제 용량은 약 350 내지 360 mAh/g 정도까지 실현되고 있다. 그러나, 이러한 흑연과 같은 탄소성 물질의 용량으로는 고용량의 음극 활물질을 요구하는 리튬 이차 전지에 부합되지 못하고 있다.At present, a carbonaceous material is mainly used as an anode active material constituting a cathode of a lithium secondary battery. In the case of graphite, the theoretical capacity is about 372 mAh / g, and the actual capacity of graphite commercialized at present is about 350 to 360 mAh / g. However, such a capacity of a carbonaceous material such as graphite is not compatible with a lithium secondary battery which requires a high capacity of a negative electrode active material.

이러한 요구를 충족하기 위하여 탄소성 물질보다 높은 충방전 용량을 나타내고, 리튬과 전기 화학적으로 합금화 가능한 금속인 Si, Sn 등을 음극 활물질로 이용하는 예가 있다. 그러나, 이러한 금속계 음극 활물질은 리튬의 충방전에 수반된 부피 변화가 심하여 균열이 생기고 미분화되며, 따라서 이러한 금속계 음극 활물질을 사용한 이차전지는 충방전 사이클이 진행됨에 따라 용량이 급격하게 저하되고, 사이클 수명이 짧게 되는 문제점이 있을 수 있다.In order to satisfy such a demand, there is an example of using Si, Sn, or the like, which is a metal capable of electrochemically alloying with lithium and exhibiting a higher charge / discharge capacity than a carbonaceous material, as a negative electrode active material. However, such a metal-based negative electrode active material has a large volume change accompanied by the charge / discharge of lithium and cracks and becomes undifferentiated. Therefore, the capacity of the secondary battery using such a metal-based negative active material decreases sharply as the charge- There may be a problem of this being shortened.

이에, Si, Sn 등과 같은 금속산화물을 음극 활물질을 이용함으로써, 상기 금속계 음극 활물질의 사용시 발생되는 문제를 해결하려 하였으나, 리튬과의 초기 반응시 비가역상인 리튬산화물이나 리튬금속산화물을 형성하여 상기 금속계 음극 활물질보다도 초기 효율이 저하되는 문제 및 낮은 전기 전도도 등의 문제점이 나타나고 있다.In order to solve the problem caused by the use of the metal-based anode active material by using a metal oxide such as Si, Sn or the like as the anode active material, lithium oxide or lithium metal oxide, which is an irreversible phase during the initial reaction with lithium, There is a problem that the initial efficiency is lower than that of the active material and low electrical conductivity.

따라서 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상기 전술한 문제점을 해결하고, 탄소계 음극 활물질보다 고용량이면서도, 충방전 중의 부피팽창을 최소화하며, 상대적으로 높은 초기 효율값을 가지고, 초기 효율 저하를 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 전기 전도도가 우수하여 율속 특성이 향상되는 리튬 이차전지용 음극 활물질 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to solve the above-mentioned problems and to provide a negative electrode active material which has a higher capacity than the carbonaceous anode active material, minimizes volume expansion during charge and discharge, has a relatively high initial efficiency, The present invention also provides a negative electrode active material for a lithium secondary battery and a method for producing the negative electrode active material.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 측면으로 리튬과 합금화가 가능한 (준)금속으로 된 제1 입자상, 및 상기 (준)금속과 동일하거나 상이한 (준)금속의 산화물로 된 제2 입자상을 포함하는 혼합 복합체인 코어부; 및 상기 코어부 적어도 일부의 외부에 코팅된 도전성 탄소층을 포함하며, 상기 하나의 제1 입자상 또는 2 이상의 제1 입자상의 집합체가 제2 입자상에 의하여 포위되어 있으며, 상기 혼합 복합체 내 상기 (준)금속에 대한 (준)금속산화물의 몰비((준)금속산화물의 몰수/(준)금속의 몰수)가 0 초과 1 미만으로 조절되고, 상기 제 2입자상은 비정질구조임인 리튬 이차전지용 음극 활물질을 제공한다.In order to solve the above problems, an aspect of the present invention is to provide a lithium secondary battery comprising a first particulate phase made of a (alloying) metal capable of being alloyed with lithium and a second particulate phase made of an oxide of a (same or different) A core part which is a mixed composite comprising And a conductive carbon layer coated on the outside of at least a portion of the core portion, wherein the one first particulate or at least two first particulate aggregates are surrounded by a second particulate particulate, Wherein the molar ratio of the (sub) metal oxide to the metal (moles of the (sub) metal oxide / mole of the (sub) metal) is controlled to be more than 0 and less than 1, and the second particulate phase is an amorphous structure. do.

본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 코어부는 하기 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 조성일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the core portion may be a composition represented by the following Chemical Formula 1 or Chemical Formula 2.

Figure pat00001
Figure pat00001

Figure pat00002
Figure pat00002

상기 화학식 1 및 2에서. M, M1, M2은 각각 독립적으로 Si, Sn, Al, Sb, Bi, As, Ge, Pb, Zn, Cd, In, Ti, Ga 및 이들의 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된다.In the above Formulas 1 and 2, M, M 1 and M 2 are independently selected from the group consisting of Si, Sn, Al, Sb, Bi, As, Ge, Pb, Zn, Cd, In, Ti, Ga and alloys thereof.

또한 본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 (준)금속과 (준)금속 산화물의 몰비율은 80:20 초과 50:50 미만의 범위일 수 있다According to an embodiment of the present invention, the molar ratio of the (sub) metal to the (sub) metal oxide may be in the range of more than 80:20 but less than 50:50

또한 본 발명의 일 실시예에 따르면 제2 입자상에(준)금속 결정이 없는 리튬 이차전지용 음극 활물질일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, there may be a negative active material for a lithium secondary battery having no (sub) metallic crystal on the second particle.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 도전성 탄소는 비결정질, 결정질 또는 이들의 혼합물일 수 있으며, 상기 도전성 탄소의 함량은 코어부 100 중량부에 대하여 1 내지 20 중량부일 수 있으며, 또한, 상기 도전성 탄소층의 두께는 5 내지 1000nm일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the conductive carbon may be amorphous, crystalline, or a mixture thereof. The content of the conductive carbon may be 1 to 20 parts by weight based on 100 parts by weight of the core, The thickness of the carbon layer may be between 5 and 1000 nm.

본 발명의 또 다른 일 측면으로 리튬과 합금화가 가능한 (준)금속 입자와 상기(준)금속과 동일 또는 상이한 (준)금속의 산화물 입자를 혼합하는 단계; 상기 혼합물을 기계적 합금화 방식으로 하나의 제1 입자상 또는 2 이상의 제1 입자상의 집합체가 제2 입자상에 의하여 포위되어 있으며, 상기 혼합 복합체 내 상기 (준)금속의 몰비에 대한 (준)금속산화물의 몰비가 0 초과 1 미만인 혼합 복합체인 코어부를 제조하는 단계; 및 상기 코어부 표면에 도전성 탄소를 코팅하는 단계를 포함하여 상기 제2 입자상은 비정질구조인 리튬 이차전지용 음극 활물질의 제조방법을 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a lithium secondary battery, comprising: mixing oxide particles capable of being alloyed with lithium and oxide particles of the same or different (sub-) metal as the (sub) Wherein the mixture is mechanically alloyed so that a first particulate or a first particulate aggregate is surrounded by a second particulate phase and the molar ratio of the (sub) metal oxide to the molar ratio of the (sub) Is less than 1 and less than 1; And coating the surface of the core with conductive carbon, wherein the second particulate phase is an amorphous structure. The present invention also provides a method of manufacturing a negative active material for a lithium secondary battery.

본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 혼합 및 기계적 합금화 처리는 산소가 차단된 조건에서 수행될 수 있고, 상기 산소가 차단된 조건은 질소, 아르곤, 헬륨, 크립톤 또는 크세논 가스가 존재하는 불활성 기체 조건; 수소 가스 조건; 또는 진공 조건일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the mixing and mechanical alloying treatment may be performed under an oxygen-shielded condition, and the oxygen-shielded condition may be an inert gas condition in which nitrogen, argon, helium, krypton or xenon gas is present; Hydrogen gas conditions; Or vacuum conditions.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 도전성 탄소의 코팅은 코어부 물질과 액상 또는 기상의 도전성 탄소 전구체를 혼합하고 열처리하여 수행되거나, 코어부 물질과 도전성 탄소 입자의 기계적 합금처리 방식으로 수행될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the coating of the conductive carbon may be performed by mixing the core material and the liquid or gaseous conductive carbon precursor, and performing the heat treatment. Alternatively, the coating may be performed by mechanical alloying of the core material and the conductive carbon particles .

본 발명의 또 다른 일 측면으로 전극 집전체, 및 상기 전극 집전체의 적어도 일면에 음극 활물질을 포함하는 음극 활물질층을 구비한 리튬 이차전지 전극에 있어서, 상기 음극 활물질이 본 발명에 따른 음극 활물질을 포함하는 리튬 이차전지용 전극을 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a lithium secondary battery electrode comprising an electrode current collector and a negative electrode active material layer including at least one surface of the electrode current collector, wherein the negative electrode active material is a negative electrode active material according to the present invention The electrode for a lithium secondary battery is provided.

또한 본 발명은 양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하는 리튬 이차전지에 있어서, 상기 음극이 본 발명에 따른 상기 음극임을 특징으로 하는 리튬 이차전지를 제공한다.The present invention also provides a lithium secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode, and a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode, wherein the negative electrode is the negative electrode according to the present invention.

본 발명의 음극 활물질을 이용한 리튬 이차전지는 고용량을 가질 뿐만 아니라 전지의 초기 충방전시 리튬 산화물이나 리튬 메탈산화물과 같은 비가역상이 덜 생성되어 양극 측의 데드 볼륨이 최소화 되며, 충방전 중의 부피팽창이 최소화 되어 사이클 특성이 우수하고, 표면의 도전성 코팅으로 인하여 전기 전도도가 향상되어 우수한 율속특성을 가질 수 있다.The lithium secondary battery using the negative electrode active material of the present invention not only has a high capacity but also generates a less irreversible phase such as lithium oxide or lithium metal oxide during initial charging and discharging of the battery, minimizing the dead volume on the anode side, The cycle characteristics are minimized and the conductivity of the surface is improved due to the conductive coating on the surface, so that it is possible to have an excellent rate-limiting characteristic.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 실시예 등을 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail to facilitate understanding of the present invention. However, the embodiments according to the present invention can be modified into various other forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the following embodiments. Embodiments of the invention are provided to more fully describe the present invention to those skilled in the art.

본 발명은 리튬과 합금화가 가능한 (준)금속으로 된 제1 입자상, 및 상기 (준)금속과 동일하거나 상이한 (준)금속의 산화물로 된 제2 입자상을 포함하는 혼합 복합체인 코어부; 및 상기 코어부 적어도 일부의 외부에 코팅된 도전성 탄소층을 포함하며, 상기 하나의 제1 입자상 또는 2 이상의 제1 입자상의 집합체가 제2 입자상에 의하여 포위되어 있으며, 상기 혼합 복합체 내 상기 (준)금속에 대한 (준)금속산화물의 몰비((준)금속산화물의 몰수/(준)금속의 몰수)가 0 초과 1 미만으로 조절되고, 상기 제2 입자상은 비정질구조인 리튬 이차전지용 음극 활물질이다.The present invention relates to a composite part comprising a mixed particle comprising a first particulate phase made of a (sub) metal which can be alloyed with lithium and a second particulate phase made of an oxide of the same or different (sub) metal as the (sub) And a conductive carbon layer coated on the outside of at least a portion of the core portion, wherein the one first particulate or at least two first particulate aggregates are surrounded by a second particulate particulate, Wherein the molar ratio of the (sub) metal oxide to the metal (moles of the (sub) metal oxide / mole of the (sub) metal) is controlled to be greater than 0 and less than 1, and the second particulate phase is an amorphous structure.

실리콘과 같은 리튬과 합금화가 가능한 (준)금속을 음극 활물질로 이용할 경우, 전지의 반복적인 충방전에 따른 부피 변화로 인해 균열 또는 미분화가 발생하여 전지가 열화되고 이로써 전지의 용량이 저하되는 문제점이 있었다. 또한, (준)금속 산화물을 음극 활물질을 이용하는 경우에는 리튬 이온과의 초기 반응에 의한 비가역상인 리튬산화물이나 리튬산화물이 형성되어 초기 효율이 저하되는 문제점 및 전기 전도성이 적정 수치에 달할 수 없는 문제점이 있었다 When lithium (such as silicon) alloyable metal is used as a negative electrode active material, cracks or undifferentiation occurs due to volume change caused by repetitive charging and discharging of the battery, thereby deteriorating the battery and thereby deteriorating the capacity of the battery there was. In addition, when the (quasi-) metal oxide is used as the negative electrode active material, lithium oxide or lithium oxide, which is an irreversible phase due to the initial reaction with lithium ions, is formed to lower the initial efficiency and the problem that the electric conductivity can not reach an appropriate value there was

따라서 본 발명자는 (준)금속을 음극 활물질로 이용할 경우 충방전에 따른 부피 변화를 막기 위하여, (준)금속 입자상을 (준)금속 산화물 입자상에 의하여 포위하며 동시에 제2 입자상이 비정질구조로 제어하였으며, (준)금속의 몰비에 대한 (준)금속 산화물 몰비를 0 초과 1 미만으로 조절하여 비가역상을 최소화하며 또한, 상기 구조를 유지시키면서 전기전도도를 향상시키는 도전성 탄소층을 포함하여 (준)금속을 음극 활물질로 사용하였을 때 우려되는 문제들을 동시에 복합적으로 해소하였다.Therefore, in order to prevent the volume change due to charging and discharging when the (quasi-) metal is used as the negative electrode active material, the present inventors surrounded the (quasi) metal particle phase with the (sub) metal oxide particle phase and simultaneously controlled the second particle phase with the amorphous structure And a conductive carbon layer that minimizes irreversible phase and improves electric conductivity while maintaining the structure, by controlling the (sub) metal oxide molar ratio to the molar ratio of the (sub) metal to the (sub) As a negative electrode active material, at the same time.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 입자상을 형성하는 (준)금속은 리튬과 합금화가 가능한 금속 또는 준금속이라면 특별히 제한되지 아니하며, Si, Sn, Al, Sb, Bi, As, Ge, Pb, Zn, Cd, In, Ti, Ga일 수 있고, 이차전지의 용량적 측면에서 Si가 바람직하다. 상기 제2 입자상을 형성하는 (준)금속산화물은 제1 입자상을 형성하는 (준)금속과 동일하거나 상이한 금속 또는 준금속의 산화물로, 리튬과 합금화가 가능한 금속 또는 준금속의 산화물이라면 특별히 제한되지 아니하며, Si, Sn, Al, Sb, Bi, As, Ge, Pb, Zn, Cd, In, Ti, Ga의 산화물일 수 있고, 바람직하게 이차전지의 용량적 측면에서 규소산화물이 바람직하다. 이러한 (준)금속산화물로 형성된 제2 입자상에 의하여 상기 하나의 제1 입자상 또는 2 이상의 제1 입자상의 집합체가 포위됨으로써, 전지의 충방전시 상기 제1 입자상과 리튬의 반응으로 인하여 크게 발생될 수 있는 제1 입자상의 부피변화가 최소화될 수 있다.Sn, Al, Sb, Bi, As, Ge, Pb (Bi), and the like may be used as long as it is a metal or a metalloid capable of being alloyed with lithium according to an embodiment of the present invention. , Zn, Cd, In, Ti, and Ga. In view of the capacity of the secondary battery, Si is preferable. The (sub) metal oxide forming the second particulate phase is not particularly limited as long as it is an oxide of a metal or a metalloid, which is the same as or different from the metal forming the first particulate phase, and is a metal or metalloid oxide capable of alloying with lithium And may be an oxide of Si, Sn, Al, Sb, Bi, As, Ge, Pb, Zn, Cd, In, Ti, or Ga. Silicon oxide is preferable from the viewpoint of the capacity of the secondary battery. The aggregation of the first particulate phase or the second particulate phase is surrounded by the second particulate phase formed by the (quasi) metal oxide, so that the first particulate phase or the second particulate phase can be largely generated due to the reaction of the first particulate phase and lithium during charging / The volume change of the first particulate phase can be minimized.

또한, 제2 입자상에 의하여 포위된 제1 입자상으로 인하여 부피 팽창 방지와 함께, 상기 제2 입자상은 음극 활물질에서 비정질구조를 유지하며 음극 활물질의 부피변화를 복합적으로 최소화 시킬 수 있다.Also, the first particulate phase surrounded by the second particulate phase prevents volume expansion, and the second particulate phase maintains an amorphous structure in the negative active material and can minimize the volume change of the negative active material.

상기 제2 입자상은(준)금속 결정이 없는 것이 더 바람직하다.It is more preferable that the second particulate phase is free of (quasi) metal crystal.

본 발명에 있어서 (준)금속 결정이 없는 구조란, 예를 들어 (준)금속산화물이 규소산화물일 경우에 규소산화물에서 Si 결정 등이 존재하지 않는 것을 의미한다. 구체적으로 상기 Si 결정은 5 내지 50nm의 입경의 미결정 및 이러한 미결정 보다 더 큰 입경을 갖는 결정도 포함하는 의미한다.In the present invention, a structure free of (quasi-) metal crystal means that Si crystal or the like does not exist in the silicon oxide when, for example, the (quasi-) metal oxide is silicon oxide. Specifically, the Si crystal means a crystal having a grain size of 5 to 50 nm and a crystal having a grain size larger than that of the crystal.

따라서, 제2 입자상에 의하여 제1 입자상의 부피 변화가 최소화되고, 또한 동시에 비정질의 제2 입자상으로서 전지의 충방전시 음극 활물질의 부피 변화가 최소화 또는 억제될 수 있기 때문에, 본 발명의 혼합 복합체를 이용하는 이차전지는 리튬과 합금화가 가능한 (준)금속을 이용한 어느 전지보다 낮은 부피변화율을 가질 수 있다.Therefore, since the volume change of the first particulate phase by the second particulate phase can be minimized and at the same time, the volume change of the negative electrode active material can be minimized or suppressed when the battery is charged and discharged as the amorphous second particulate phase, The secondary battery to be used may have a lower volume change rate than any battery using a metal that can be alloyed with lithium.

이와 같은 제1 입자상 및 제2 입자상의 평균입경은 특별히 제한되지 않지만, 0.1 내지 100nm일 수 있다. The average particle diameter of the first particle and the second particle is not particularly limited, but may be 0.1 to 100 nm.

만일 제1 입자상 및 제2 입자상의 (준)금속이 동일한 경우에는, 본 발명에 따른 혼합 복합체의 조성은 하기 화학식 1로 표시될 수 있다.If the (sub) metals of the first particle and the second particle are the same, the composition of the mixed complex according to the present invention can be represented by the following formula (1).

[화학식 1][Chemical Formula 1]

MOX (0<x<1)MO x (0 < x < 1)

상기 화학식 1 및 2에서. M, M1, M2은 각각 독립적으로 Si, Sn, Al, Sb, Bi, As, Ge, Pb, Zn, Cd, In, Ti, Ga 및 이들의 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된다.In the above Formulas 1 and 2, M, M 1 and M 2 are independently selected from the group consisting of Si, Sn, Al, Sb, Bi, As, Ge, Pb, Zn, Cd, In, Ti, Ga and alloys thereof.

또한, 제1 입자상 및 제2 입자상의 (준)금속이 상이한 경우에는, 본 발명의 혼합 복합체의 조성은 하기 화학식 2로 표시될 수 있다.In addition, when the (first) particle on the first particle and the (sub) metal on the second particle are different, the composition of the mixed complex of the present invention can be represented by the following formula (2).

[화학식 2](2)

M1 yM2 zOx (y+z=1, 0<x<1)M 1 y M 2 z O x (y + z = 1, 0 <x <1)

상기 화학식 1 및 2에서. M, M1, M2은 각각 독립적으로 Si, Sn, Al, Sb, Bi, As, Ge, Pb, Zn, Cd, In, Ti, Ga 및 이들의 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된다.In the above Formulas 1 and 2, M, M 1 and M 2 are independently selected from the group consisting of Si, Sn, Al, Sb, Bi, As, Ge, Pb, Zn, Cd, In, Ti, Ga and alloys thereof.

이와 같은 혼합 복합체는 기계적 합금화 처리에 의하여 (준)금속 입자들과 (준)금속 산화물 입자들을 혼합되어 형성되는 것으로서, 이 때 (준)금속과 (준)금속 산화물 입자들의 몰비율은 0 초과 내지 1미만 일 수 있으며, 80:20 초과 50:50 미만, 또는 70:30 내지 55:45의 범위일 수 있다. 상기 범위인 경우에 고용량 음극 활물질로서 효과를 나타낼 수 있고, 리튬 이온과의 초기 반응으로 인한 비가역상인 리튬산화물의 형성량이 증가하는 것을 막아 전지의 초기 효율의 감소를 막을 수 있다. 또한, 상기 비율로 (준)금속의 부피 변화를 효율적으로 억제할 수 있는 (준)금속 산화물을 유지하여 음극 활물질의 균열이나 미분화를 막아 전지의 용량 및 전지의 수명저하를 막을 수 있다.Such a mixed complex is formed by mixing (sub) metal particles and (sub) metal oxide particles by mechanical alloying treatment, wherein the molar ratio of the (sub) 1, greater than 80:20, less than 50:50, or 70:30 to 55:45. In the above range, it can exhibit an effect as a high capacity anode active material and prevent an increase in the amount of formation of lithium oxide, which is an irreversible phase due to the initial reaction with lithium ions, to prevent a decrease in the initial efficiency of the battery. Further, it is possible to maintain the (quasi-) metal oxide capable of effectively suppressing the volume change of the (sub) metal in the above ratio, thereby preventing the crack and the undifferentiation of the negative electrode active material, thereby preventing the battery capacity and the battery life.

따라서, (준)금속 몰비에 대한 (준)금속산화물의 몰비가 조절되어 혼합 복합체 내 산소량이 감소된 본 발명의 혼합 복합체를 음극 활물질로 이용시, 상기 음극 활물질을 포함하는 이차 전지는 리튬과 합금화가 가능한 (준)금속 또는 상기 (준)금속산화물을 음극 활물질로 이용한 종래의 이차 전지보다 더 높은 초기 효율을 가질 수 있다.Therefore, when the mixed composite according to the present invention in which the molar ratio of the (quasi) metal oxide to the (quasi) metal molar ratio is adjusted to reduce the oxygen content in the mixed composite is used as the negative active material, the secondary battery comprising the negative active material, It is possible to have a higher initial efficiency than a conventional secondary battery using a possible (quasi-) metal or the (quasi) metal oxide as a negative electrode active material.

또한, 본 발명의 음극 활물질은 상기 코어부 적어도 일부의 외부에 코팅된 도전성 탄소층을 구비한다. 본 발명의 음극 활물질 코어부는 초기효율을 증대시키지만, 전기 전도성이 낮아 충방전시 율속 특성이 좋지 못할 수 있다. 율속 특성(rate capability)이란, 충방전의 속도에 대한 특성으로서, 충방전 속도가 우수하면 율속 특성이 우수하다고 볼 수 있다. 본 발명에 따른 코어부는 고용량을 갖지만, 실제 사용되는 전류 영역에서 율속 특성이 좋지 못하면 제 용량을 다 사용하지 못할 수 있고, 결국 고용량의 장점을 살리지 못하는 결과를 초래할 수 있다.Also, the negative electrode active material of the present invention has a conductive carbon layer coated on the outside of at least a part of the core portion. Although the negative electrode active material core part of the present invention increases the initial efficiency, the electrical conductivity is low and the rate-dependency characteristic may not be good at the time of charging and discharging. The rate capability is a characteristic with respect to the rate of charging / discharging. When the charging / discharging rate is excellent, the rate characteristic is excellent. The core portion according to the present invention has a high capacity, but if the speed ratio characteristic is poor in the actual current region used, it may not be possible to use up the capacity of the core portion, resulting in a failure to utilize the advantages of the high capacity portion.

따라서, 본 발명의 음극 활물질은 도전성 탄소 코팅에 의해 전기 전도성을 높이고 그에 따라 율속 특성을 향상시킴으로써 상기 기재한 여러 특성들로 인하여 코어부가 가지는 고용량의 장점을 충분히 발휘할 수 있게 한다.Accordingly, the negative electrode active material of the present invention can increase the electrical conductivity by the conductive carbon coating and thereby improve the speed-rate characteristic, thereby making it possible to sufficiently exhibit the advantage of the high capacity of the core portion due to various characteristics described above.

본 발명에서 코팅층을 형성하는 도전성 탄소는 도전성을 갖는 탄소계 물질이면 특별히 제한되지 않는다. 비결정질 또는 결정질일 수 있으며, 도전성 탄소 전구체가 탄화되어 형성되거나, 도전성 탄소 입자가 직접 코팅되어 형성될 수도 있다. 도전성 탄소의 전구체로는 탄소를 함유하고 있는 액상 또는 기상의 유기 화합물이라면 제한없이 사용될 수 있다. 예를 들면, 도전성 탄소의 전구체로는 톨루엔, 핏치, 중질유(heavy oil), 레진과 같은 액상 전구체, 및 메탄, 에탄, 프로판, 에틸렌, 아세틸렌 등과 같은 기상 전구체가 있으며, 이때, 상기 레진으로는 가교결합 후 탄화가 될 수 있는 열경화성수지(thermosettiing resin)이 적합하며, 구체적으로는 요소 수지, 멜라민 수지, 페놀 수지, 에폭시 수지, 불포화폴리에스테르 수지, 알킬 수지, 알키드 수지, 우레탄 수지 등이 있으나, 여기에 한정되지는 않는다. The conductive carbon forming the coating layer in the present invention is not particularly limited as long as it is a carbon-based material having conductivity. Amorphous or crystalline, and may be formed by carbonizing the conductive carbon precursor or may be formed by directly coating the conductive carbon particles. As the precursor of the conductive carbon, any liquid or gaseous organic compound containing carbon may be used without limitation. For example, the precursor of the conductive carbon includes a liquid precursor such as toluene, pitch, heavy oil, and resin, and a vapor precursor such as methane, ethane, propane, ethylene, acetylene, etc. At this time, A melamine resin, a phenol resin, an epoxy resin, an unsaturated polyester resin, an alkyl resin, an alkyd resin, a urethane resin or the like can be used. However, the thermosetting resin is not limited thereto. .

또한, 도전성 탄소 입자로는 아세틸렌 블랙(acetylene black), 써멀 블랙(thermal black), 퍼니스 블랙(furnace black), 채널 블랙(channel black)과 같은 카본 블랙(carbon black) 및 카본 파이버(carbon fiber), 카본 튜브(carbon tube), 그래핀(graphene) 등을 예시할 수 있으나, 이는 단지 예시일 뿐 이에 한정되는 것은 아니다.Examples of the conductive carbon particles include carbon black such as acetylene black, thermal black, furnace black, and channel black, carbon fibers such as carbon black, A carbon tube, a graphene, and the like, but the present invention is not limited thereto.

도전성 탄소의 함량은 코팅 방법이나 또는 활물질이 사용되는 구체적인 전지의 종류에 따라 다양하게 채택될 수 있다. 예를 들면, 코어부 100 중량부에 대하여 1 내지 20 중량부일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 함량일 경우에 표면에 균일한 코팅으로 도전성을 충분히 확보할 수 있고 코어부의 비율이 고용량을 구현할 정도의 수준이 될 수 있다.The content of the conductive carbon can be variously adopted depending on the coating method or the specific battery type in which the active material is used. For example, it may be 1 to 20 parts by weight based on 100 parts by weight of the core portion, but is not limited thereto. In the case of the above content, the surface can be uniformly coated to secure sufficient conductivity, and the ratio of the core portion can be such a level as to realize a high capacity.

도전성 탄소층의 두께는 코팅 방법이나 또는 활물질이 사용되는 구체적인 전지의 종류에 따라 다양하게 채택될 수 있다. 예를 들면, 5 내지 1000nm일 수 있으며, 이에 한정되는 것이 아니다.
The thickness of the conductive carbon layer can be variously adopted depending on the coating method or the specific battery type in which the active material is used. For example, 5 to 1000 nm, but is not limited thereto.

또한 본 발명은 리튬과 합금화가 가능한 (준)금속 입자와 상기(준)금속과 동일 또는 상이한 (준)금속의 산화물 입자를 혼합하는 단계; The present invention also relates to a method for manufacturing a lithium secondary battery, comprising the steps of: mixing oxide particles capable of being alloyed with lithium and oxide particles of the same or different (quasi) metal as the (quasi) metal;

상기 혼합물을 기계적 합금화 처리 방식으로 하나의 제1 입자상 또는 2 이상의 제1 입자상의 집합체가 제2 입자상에 의하여 포위되어 있으며, 상기 혼합 복합체 내 상기 (준)금속에 대한 (준)금속산화물의 몰비((준)금속산화물의 몰수/(준)금속의 몰수)가 0 초과 1 미만인 혼합 복합체인 코어부를 제조하는 단계; 및The mixture is subjected to a mechanical alloying treatment so that a first particulate or a second particulate aggregate is surrounded by the second particulate phase and the molar ratio of the (sub) metal oxide to the (sub) (Number of moles of (zirconium) metal oxide / mole of (zirconium) metal) is more than 0 and less than 1; And

상기 코어부 표면에 도전성 탄소를 코팅하는 단계를 포함하여And coating the surface of the core with conductive carbon

상기 제2 입자상은 비정질구조인 리튬 이차전지용 음극 활물질의 제조방법을 제공한다. And the second particulate phase is an amorphous structure.

상기 기계적 합금은 당 업계에서 알려진 Mechano fusion 장치를 이용하여 수행될 수 있다. 상기 Mecano fusion 장치로는 고에너지 볼 밀(high energy ball mill)장치, 유성 밀(planetary mill)장치, 교반 볼 밀(stirred ball mill) 장치, 진동 밀(vibration mill) 장치 등이 있는데 이에 제한되지 않는다. 이 중 고에너지 볼 밀 장치에서 수행하는 것이 바람직하다.The mechanical alloys may be performed using a Mechano fusion device known in the art. Examples of the Mecano fusion apparatus include a high energy ball mill apparatus, a planetary mill apparatus, a stirred ball mill apparatus, a vibration mill apparatus, and the like . It is preferable to perform this in a high energy ball mill apparatus.

본 발명의 제조방법에 의하여 생성되는 혼합 복합체 내 (준)금속의 몰비에 대한 (준)금속 산화물의 몰비가 0 초과 1미만으로 조절되기 위하여, 상기 혼합 단계 및 기계적 합금 단계는 산소와의 접촉이 차단된 조건에서 이루어 지는 것이 바람직하다. 예컨대, 질소, 아르곤, 헬륨, 크립톤 또는 크세논 가스가 존재하는 불활성 기체 조건; 수소 가스 조건; 또는 진공 조건일 수 있다.In order to control the molar ratio of the (sub) metal oxide to the molar ratio of the (sub) metal in the mixed complex produced by the production method of the present invention to be controlled to be greater than 0 and less than 1, It is preferable to perform it under the blocked condition. Inert gas conditions in which, for example, nitrogen, argon, helium, krypton or xenon gas are present; Hydrogen gas conditions; Or vacuum conditions.

이 때, 상기 (준)금속 및 (준)금속산화물의 평균입경은 특별히 제한되지 않으나, 0.05 내지 50㎛일 수 있으며, 또한 혼합시간 및 기계적 합금 시간을 단축하기 위하여 입경이 작은 것을 사용하는 것이 바람직하다.At this time, the average particle diameter of the (sub) metal and the (sub) metal oxide is not particularly limited, but may be in the range of 0.05 to 50 탆. In order to shorten the mixing time and mechanical alloying time, Do.

다음으로, 상기 코어부 표면에 도전성 탄소를 코팅한다.Next, conductive carbon is coated on the surface of the core portion.

도전성 탄소의 코팅은 코어부 물질과 액상 또는 기상의 도전성 탄소 전구체를 혼합하고 열처리하여 수행되거나, 코어부 물질과 도전성 탄소 입자의 기계적 합금화 처리 방식으로 수행될 수 있다.The coating of the conductive carbon may be carried out by mixing the core material and the liquid or gaseous conductive carbon precursor and heat treatment, or may be performed by mechanical alloying treatment of the core material and the conductive carbon particles.

탄소 전구체를 사용하는 경우에는, 탄소 전구체를 코어부 물질 표면에 접촉시킨 후 열처리하여 탄소 전구체를 탄화시킴으로써 도전성 탄소 코팅층을 형성하게 된다. 도전성 탄소 코팅층이 코어부 외부에 균일하게 형성되기 위해서는 탄소 전구체가 코어부 물질과 균일하게 혼합되는 것이 바람직하다. 액상의 탄소 전구체를 사용하는 경우에는 분산제를 같이 첨가할 수 있고, 기상의 탄소 전구체를 사용하는 경우에는 코어부 활물질에 기상의 탄소 전구체를 연속적으로 투입하면서 코어부 활물질 표면에 코팅층이 형성되도록 하는 회전 관상로를 사용할 수 있다. 전구체의 열처리 온도로는 500 내지 1200℃가 바람직하다. 또한 열처리 시에는 불활성 조건 하에서 수행되는 것이 바람직하다.When a carbon precursor is used, the carbon precursor is brought into contact with the surface of the core material and then heat-treated to carbonize the carbon precursor to form a conductive carbon coating layer. In order for the conductive carbon coating layer to be uniformly formed outside the core portion, it is preferable that the carbon precursor is uniformly mixed with the core portion material. When a liquid carbon precursor is used, a dispersant may be added. When a gaseous carbon precursor is used, a gaseous carbon precursor is continuously introduced into the core active material, A tubular furnace can be used. The heat treatment temperature of the precursor is preferably 500 to 1200 ° C. It is also preferable that the heat treatment is carried out under inert conditions.

도전성 탄소 입자를 코어부에 직접 코팅하기 위해서는 전술한 바와 같은 기계적 합금화 처리 방식을 적용할 수 있다. 코어부 물질과 도전성 탄소 입자의 혼합과 동시에 기계적 응력이 가해지면서 도전성 탄소 입자가 코어부 표면에 부착될 수 있다.In order to directly coat the conductive carbon particles on the core portion, the above-described mechanical alloying treatment method can be applied. The conductive carbon particles can be attached to the surface of the core portion while mechanical stress is applied simultaneously with the mixing of the core material and the conductive carbon particles.

본 발명의 전극 활물질은 당 분야에서 통상적으로 사용되는 제조방법에 따라 양극 또는 음극으로 제조될 수 있다. 예를 들면, 본 발명의 전극 활물질에 결착제와 용매, 필요에 따라 도전제와 분산제를 혼합 및 교반하여 슬러리를 제조한 후, 이를 집전체에 도포하고 압축하여 전극을 제조할 수 있다.The electrode active material of the present invention can be produced as an anode or a cathode according to a manufacturing method commonly used in the art. For example, a slurry may be prepared by mixing and stirring a binder and a solvent, and if necessary, a conductive agent and a dispersant in the electrode active material of the present invention, applying the slurry to a collector, and compressing the electrode to produce an electrode.

결착제로는 폴리비닐리덴 플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 코폴리머(polyvinylidene fluoride-co-hexafluoro propylene, PVDF-co-HFP), 폴리비닐리덴 플루오라이드(polyvinylidenefluoride), 폴리비닐리덴 플루오라이드-트리클로로 에틸렌(polyvinylidene fluoride-co-trichloro ethylene), 폴리비닐리덴 플루오라이드-클로로트리플루오로에틸렌(polyvinylidene fluororide-co-chlorotrifluoro ethylene), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethyl methacrylate), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 폴리비닐피롤리돈(polyvinylpyrrolidone), 폴리비닐아세테이트(polyvinylacetate), 에틸렌 비닐아세테이트 공중합체(polyethylene-co-vinyl acetate), 폴리에틸렌 옥사이드(polyethylene oxide), 셀룰로오스 아세테이트(cellulose acetate), 셀룰로오스 아세테이트 부틸레이트(cellulose acetate butyrate), 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트(cellulose acetate propionate), 시아노에틸풀루란(cyanoethylpullulan), 시아노에틸폴리비닐알코올(cyanoethylpolyvinylalchol), 시아노에틸셀룰로오스(cyanoethyl cellulose), 시아노에틸 수크로오스(cyanoethyl sucrose), 풀루란(pulluan), 카르복실 메틸 셀룰로오스(carboxyl methyl cellulose, CMC), 아크릴로니트릴-스티렌-부타디엔 공중합체(acrylonitrile-styrene-butadiene copolymer), 폴리이미드(polyimide), 폴리비닐렌플루오라이드(polyvinylidenefluoride), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile) 및 스티렌 부타디엔 고무(stryrene butadiene rubber, SBR)로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물일수 있으며, 이에 한정되지 않고 다양한 종류의 바인더 고분자가 사용될 수 있다.Examples of the binder include polyvinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene (PVDF-co-HFP), polyvinylidene fluoride, polyvinylidene fluoride-trichlorethylene polyvinylidene fluoride-co-trichloroethylene, polyvinylidene fluoride-co-chlorotrifluoroethylene, polymethyl methacrylate, polyacrylonitrile, But are not limited to, polyvinylpyrrolidone, polyvinylacetate, polyethylene-co-vinyl acetate, polyethylene oxide, cellulose acetate, cellulose acetate butyrate, ), Cellulose acetate propionate but are not limited to, polyvinylpyrrolidone, opionate, cyanoethylpullulan, cyanoethylpolyvinylalcohol, cyanoethyl cellulose, cyanoethyl sucrose, pullulan, carboxymethylcellulose but are not limited to, carboxyl methyl cellulose (CMC), acrylonitrile-styrene-butadiene copolymer, polyimide, polyvinylidenefluoride, polyacrylonitrile, Butadiene rubber (SBR), or a mixture of two or more thereof. However, it is not limited thereto and various kinds of binder polymers may be used.

전극이 제조되면, 이를 사용하여 당분야에 통상적으로 사용되는, 양극과 음극 사이에 개재된 세퍼레이터 및 전해액을 구비하는 리튬 이차전지가 제조될 수 있다.When the electrode is manufactured, a lithium secondary battery having a separator and an electrolyte interposed between the positive electrode and the negative electrode, which is conventionally used in the art, can be manufactured using the electrode.

본 발명에서 사용되는 전해액에 있어서, 전해질로서 포함될 수 있는 리튬염은 리튬 이차전지용 전해액에 통상적으로 사용되는 것들이 제한 없이 사용될 수 있으며, 예를 들어 상기 리튬염의 음이온으로는 F-, Cl-, Br-, I-, NO3 -, N(CN)2 -, BF4 -, ClO4 -, PF6 -, (CF3)2PF4 -, (CF3)3PF3 -, (CF3)4PF2 -, (CF3)5PF-, (CF3)6P-, CF3SO3 -, CF3CF2SO3 -, (CF3SO2)2N-, (FSO2)2N- , CF3CF2(CF3)2CO-, (CF3SO2)2CH-, (SF5)3C-, (CF3SO2)3C-, CF3(CF2)7SO3 -, CF3CO2 -, CH3CO2 -, SCN- 및 (CF3CF2SO2)2N-로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다.In the electrolyte used in the present invention, the lithium salt that may be included as the electrolyte may be any of those conventionally used in an electrolyte for a lithium secondary battery. For example, examples of the anion of the lithium salt include F - , Cl - , Br - , I -, NO 3 -, N (CN) 2 -, BF 4 -, ClO 4 -, PF 6 -, (CF 3) 2 PF 4 -, (CF 3) 3 PF 3 -, (CF 3) 4 PF 2 -, (CF 3) 5 PF -, (CF 3) 6 P -, CF 3 SO 3 -, CF 3 CF 2 SO 3 -, (CF 3 SO 2) 2 N -, (FSO 2) 2 N -, CF 3 CF 2 (CF 3) 2 CO -, (CF 3 SO 2) 2 CH -, (SF 5) 3 C -, (CF 3 SO 2) 3 C -, CF 3 (CF 2) 7 SO 3 - , CF 3 CO 2 - , CH 3 CO 2 - , SCN - and (CF 3 CF 2 SO 2 ) 2 N - .

본 발명에서 사용되는 전해액에 있어서, 전해액에 포함되는 유기 용매로는 리튬 이차전지용 전해액에 통상적으로 사용되는 것들이 제한 없이 사용될 수 있으며, 대표적으로 불화 에틸렌 카보네이트(fluoro-ethylene carbonate, FEC), 메틸 프로피오네이트(methyl propionate), 에틸 프로피오네이트(ethyl propionate), 프로필 프로피오네이트(propyl propionate), 부틸 프로피오네이트(buthyl propionate), 프로필렌 카보네이트(propylene carbonate, PC), 에틸렌 카보네이트(ethylene carbonate, EC), 디에틸 카보네이트(diethyl carbonate, DEC), 디메틸 카보네이트(dimethyl carbonate, DMC), 에틸메틸 카보네이트(EMC), 메틸프로필 카보네이트, 디프로필 카보네이트, 디메틸설퍼옥사이드, 아세토니트릴, 디메톡시에탄, 디에톡시에탄, 비닐렌 카보네이트, 설포란, 감마-부티로락톤, 프로필렌 설파이트 및 테트라하이드로푸란으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물 등이 대표적으로 사용될 수 있다. 특히, 상기 카보네이트계 유기용매 중 고리형 카보네이트인 에틸렌 카보네이트 및 프로필렌 카보네이트는 고점도의 유기용매로서 유전율이 높아 전해질 내의 리튬염을 잘 해리시키므로 바람직하게 사용될 수 있으며, 이러한 고리형 카보네이트에 디메틸 카보네이트 및 디에틸 카보네이트와 같은 저점도, 저유전율 선형 카보네이트를 적당한 비율로 혼합하여 사용하면 높은 전기 전도율을 갖는 전해액을 만들 수 있어 더욱 바람직하게 사용될 수 있다.Examples of the organic solvent included in the electrolytic solution used in the present invention include those conventionally used for an electrolyte for a lithium secondary battery, and examples thereof include fluoro-ethylene carbonate (FEC), methyl propiolate Methyl propionate, ethyl propionate, propyl propionate, buthyl propionate, propylene carbonate, PC, ethylene carbonate (EC) Diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC), ethyl methyl carbonate (EMC), methyl propyl carbonate, dipropyl carbonate, dimethyl sulfoxide, acetonitrile, dimethoxyethane, diethoxyethane, Vinylene carbonate, sulfolane, gamma-butyrolactone, propylene sulfite and tetrahydrofuran And furan, or a mixture of two or more thereof. In particular, ethylene carbonate and propylene carbonate, which are cyclic carbonates in the carbonate-based organic solvent, can be preferably used because they have high permittivity as a high-viscosity organic solvent and dissociate the lithium salt in the electrolyte well. In this cyclic carbonate, dimethyl carbonate and diethyl When a low viscosity, low dielectric constant linear carbonate such as carbonate is mixed in an appropriate ratio, an electrolyte having a high electric conductivity can be prepared, and thus it can be more preferably used.

선택적으로, 본 발명에 따라 저장되는 전해액은 통상의 전해액에 포함되는 과충전 방지제 등과 같은 첨가제를 더 포함할 수 있다.Alternatively, the electrolytic solution stored in accordance with the present invention may further include an additive such as an overcharge inhibitor or the like contained in an ordinary electrolytic solution.

또한, 세퍼레이터로는 종래에 세퍼레이터로 사용된 통상적인 다공성 고분자 필름, 예를 들어 에틸렌 단독중합체, 프로필렌 단독중합체, 에틸렌/부텐 공중합체, 에틸렌/헥센 공중합체 및 에틸렌/메타크릴레이트 공중합체 등과 같은 폴리올레핀계 고분자로 제조한 다공성 고분자 필름을 단독으로 또는 이들을 적층하여 사용할 수 있으며, 또는 통상적인 다공성 부직포, 예를 들어 고융점의 유리 섬유, 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유 등으로 된 부직포를 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또는 다공성 고분자 필름 혹은 다공성 부직포의 적어도 일면에 무기물 입자들과 바인더 고분자의 혼합물을 포함하는 다공성 유기-무기 코팅층을 포함하는 세퍼레이터일 수도 있다.As the separator, a conventional porous polymer film conventionally used as a separator, for example, a polyolefin such as an ethylene homopolymer, a propylene homopolymer, an ethylene / butene copolymer, an ethylene / hexene copolymer and an ethylene / methacrylate copolymer A porous polymer film made of a high molecular weight polymer may be used alone or in a laminated manner, or a nonwoven fabric made of a conventional porous nonwoven fabric such as a glass fiber having a high melting point, a polyethylene terephthalate fiber or the like may be used. It is not. Or a separator including a porous organic-inorganic coating layer containing a mixture of inorganic particles and a binder polymer on at least one side of the porous polymer film or the porous nonwoven fabric.

본 발명에서 사용되는 전지 케이스는 당분야에서 통상적으로 사용되는 것이 채택될 수 있고, 전지의 용도에 따른 외형에 제한이 없으며, 예를 들면, 캔을 사용한 원통형, 각형, 파우치(pouch)형 또는 코인(coin)형 등이 될 수 있다.
The battery case used in the present invention may be of any type that is commonly used in the art, and is not limited in its external shape depending on the use of the battery. For example, a cylindrical case, a square type, a pouch type, (coin) type or the like.

이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples. However, the embodiments according to the present invention can be modified into various other forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described below. The embodiments of the present invention are provided to enable those skilled in the art to more fully understand the present invention.

실시예Example

실시예Example 1 One

<< 코어부Core portion 제조> Manufacturing>

평균 입경이 약 3㎛인 실리콘 분말과 평균 입경이 약 1㎛인 실리콘 산화물(SiO2) 분말을 70: 30의 몰비율로 혼합하여 혼합물 분말을 형성하였다. 이 혼합물 분말과 직경이 약 5mm인 스테이레스 볼을 1: 15의 중량비로 고에너지 볼 밀 장치를 이용하여 1000 rpm의 회전속도로 180분간 기계적 합금을 수행하여 본 발명의 혼합복합체인 코어부를 제조하였다. 상기 혼합복합체의 제조는 아르곤 가스 조건하에서 이루어 졌다.The average particle diameter of about 3㎛ the silicon powder and the average particle diameter of about 1㎛ the silicon oxide (SiO 2) powder, 70: a mixture of 30 molar ratio to form a powder mixture. This mixture powder and a stearless ball having a diameter of about 5 mm were mechanically alloyed at a weight ratio of 1:15 at a rotation speed of 1000 rpm for 180 minutes using a high energy ball mill to prepare a core part of the mixed composite of the present invention . The mixed composite was prepared under argon gas conditions.

<도전성 탄소 코팅>&Lt; Conductive carbon coating >

상기 코어부 10g을 회전 관상로에 투입하고, 아르곤 가스를 0.5L/min으로 흘려준 후 온도를 5℃/min의 속도로 900℃까지 승온시켰다. 상기 회전 관상로를 10 rpm/min의 속도로 회전시키면서 아르곤 가스를 1.8L/min, 아세틸렌 가스를 0.3L/min으로 흘려주며 2시간 동안 열처리 하여 도전성 탄소 피복층이 형성된 규소계 음극 활물질을 제조하였다. 이때의 도전성 탄소 피복층의 탄소 함량은 상기 코어부 100 중량부를 기준으로 5.3중량부였다. 또한 쉘부의 두께는 TEM 분석으로부터 40nm임이 관찰되었다.The core portion 10g was charged into a rotating tubular furnace, and argon gas was flowed at 0.5 L / min. Then, the temperature was raised to 900 DEG C at a rate of 5 DEG C / min. The silicon tubular anode active material having a conductive carbon coating layer formed by rotating the rotating tubular furnace at a rate of 10 rpm / min while flowing argon gas at 1.8 L / min and acetylene gas at 0.3 L / min for 2 hours. The carbon content of the conductive carbon coating layer at this time was 5.3 parts by weight based on 100 parts by weight of the core portion. The thickness of the shell part was observed to be 40 nm from the TEM analysis.

<전지의 제조><Manufacture of Battery>

상기 음극활물질과 흑연을 540mAh/g의 용량이 되도록 혼합한 후, 이 혼합물에 도전재로써 카본블랙과 SBR/CMC를 94:2:2:2의 중량비로 혼합하였다. 이들을 용매인 증류수에 넣고 혼합하여 균일한 음극 슬러리를 제조하였다. 상기 음극 슬러리를 구리 집전체의 일면에 65㎛의 두께로 코팅하고 건조 및 압연한 후에 필요한 크기로 펀칭하여 음극을 제조하였다.The anode active material and graphite were mixed so as to have a capacity of 540 mAh / g. Then, carbon black and SBR / CMC were mixed as a conductive material in a weight ratio of 94: 2: 2: 2. These were mixed in distilled water as a solvent and mixed to prepare a uniform negative electrode slurry. The negative electrode slurry was coated on one surface of the copper current collector to a thickness of 65 μm, dried and rolled, and then punched to a required size to prepare a negative electrode.

에틸렌 카보네이트(EC) 및 디에틸 카보네이트(DEC)를 30:70의 부피비로 혼합하고, 상기 비수전해액 용매에 LiPF6 및 FEC 5%를 첨가하여, 1M LiPF6 비수전해액을 제조하였다.Ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) were mixed at a volume ratio of 30:70, and LiPF 6 and FEC 5% were added to the nonaqueous electrolyte solvent to prepare a 1 M LiPF 6 nonaqueous electrolyte solution.

본 발명에 따라 상기 제조된 전극을 음극으로 사용하고, counter 전극으로 리튬 금속 호일(foil)을 사용하며, 양 전극 사이에 폴리올레핀 분리막을 개재시킨 후, 상기 전해액을 주입하여 코인형 전지를 제조하였다.A coin-type battery was prepared by using the electrode thus prepared according to the present invention as a negative electrode, using a lithium metal foil as a counter electrode, interposing a polyolefin separator between both electrodes, and injecting the electrolyte solution.

비교예Comparative Example 1 One

실리콘 분말과 실리콘산화물(SiO2) 분말이 50:50의 몰비율로 혼합된 후 증착법에 의하여 혼합 복합체를 제조하였다는 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 음극 활물질 및 전지를 제공하였다.A negative electrode active material and a battery were provided in the same manner as in Example 1, except that silicon composite powder was mixed with silicon oxide (SiO 2 ) powder in a molar ratio of 50:50, followed by vapor deposition.

비교예Comparative Example 2 2

Si 결정이 존재하도록 전극 활물질을 제조하였다는 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 음극 활물질 및 전지를 제조하였다.Except that the electrode active material was prepared so that the Si crystal existed in the negative electrode active material.

비교예Comparative Example 3 3

코어부에 코팅 처리를 하지 않은 음극 활물질을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 음극 활물질 및 전지를 제조하였다.
The negative electrode active material and the battery were prepared in the same manner as in Example 1, except that the negative electrode active material not coated with the core portion was used.

실험예Experimental Example 1 - 전지의 두께 변화 측정 1 - Measurement of cell thickness variation

실시예 및 비교예에 따라 제조된 전지를 사용하여 전지의 두께 변화를 측정하였다. 측정평가는 표 1에 나타내었다. Changes in the thickness of the battery were measured using the cells prepared according to Examples and Comparative Examples. The measurement evaluation is shown in Table 1.

실험예Experimental Example 2 - 전지의  Two-cell 충방전Charging and discharging 특성 characteristic

실시예 및 비교예에 따라 제조된 전지를 사용하여 충방전 특성을 평가하였다.Charging and discharging characteristics were evaluated using batteries manufactured according to Examples and Comparative Examples.

전지의 충전은 5mV까지 정전류 충전한 후, 5mV에서 전류가 0.005C에 도달할 때까지 정전한 후 종료하였다. 전지의 방전은 1.0v까지 정전류로 방전을 수행하였다.The battery was charged at a constant current up to 5 mV, and then charged at 5 mV until the current reached 0.005 C and then terminated. The discharge of the battery was performed at a constant current up to 1.0V.

율속 특성 평가는, 율속 특성 평가를 수행하기 전에 충전 및 방전을 0.1C으로 진행하였고 이때의 충전 및 방전 용량을 기준으로 하여 충전 및 방전 율속을 계산하여 수행되었다. 방전 율속의 경우에는 충전 율속의 영향을 최소화하기 위하여 충전을 0.1C으로 진행한 후 해당 율속으로 방전하여 실험을 수행하였다.The rate-limiting characteristic evaluation was performed by charging and discharging at 0.1 C before calculating the rate-of-load characteristic, and calculating the charging and discharging rate based on the charging and discharging capacities at that time. In case of the discharge rate, the charging was carried out at 0.1 C and discharged at the rate so as to minimize the influence of the charging rate.

충방전 특성 평가 결과를 하기 표 1에 기재하였다.The evaluation results of charge-discharge characteristics are shown in Table 1 below.

수명특성 (%)Life characteristics (%) 전극 팽창률
(50th 충전)
(%)
Electrode expansion rate
(50 th charge)
(%)
분체저항
(ohm·cm)
Powder resistance
(ohm · cm)
방전용량
(mAh/g)
Discharge capacity
(mAh / g)
초기효율
(%)
Initial efficiency
(%)
율속특성(%)Rate characteristics (%)
충전charge 방전Discharge 0.5C0.5 C 1.0C1.0 C 2.0C2.0C 0.5C0.5 C 1.0C1.0 C 2.0C2.0C 실시예1Example 1 91.591.5 4444 2.45*10-1 2.45 * 10 -1 539539 88.688.6 99.299.2 98.598.5 95.795.7 97.397.3 96.896.8 94.394.3 비교예1Comparative Example 1 91.291.2 4545 3.79*10-1 3.79 * 10 -1 542542 83.983.9 99.599.5 98.198.1 96.096.0 97.997.9 96.296.2 94.794.7 비교예2Comparative Example 2 83.483.4 6262 3.28*10-1 3.28 * 10 -1 540540 88.588.5 97.197.1 95.695.6 93.393.3 96.796.7 94.394.3 92.992.9 비교예3Comparative Example 3 85.785.7 5454 5.53*109 5.53 * 10 9 543543 87.687.6 95.595.5 92.792.7 84.984.9 93.293.2 91.591.5 83.183.1

실시예 1과 비교예 1을 통화여 산소의 양을 감소함으로써 초기 효율이 증가한 것을 확인할 수 있으며, 수명 특성 및 두께 팽창 특성 역시 유사한 것을 확인하였다. 뿐만 아니라, 탄소 코팅을 함으로써 우수한 율속특성도 확인되었다.Example 1 and Comparative Example 1 show that the initial efficiency was increased by decreasing the amount of oxygen fed, and the life characteristics and thickness expansion characteristics were also similar. In addition, excellent rate-limiting properties were confirmed by carbon coating.

이에 비하여 비교예 2의 경우, Si 결정립이 성장되면서 초기 용량 및 효율 특성은 유사하나, 수명 특성이 저하되었고, 두께 팽창률 역시 증가함을 확인할 수 있었다. 탄소코팅을 하여 율속특성은 크게 나쁘지 아니하였으나, Si 결정립 성장으로 인하여 실시예 1에 비하여 소폭 율속 특성이 감소한 것을 알 수 있었다.On the other hand, in the case of Comparative Example 2, the initial capacity and efficiency characteristics were similar to each other as the Si crystal grains were grown, but the lifetime characteristics were lowered and the thickness expansion rate was also increased. The rate-limiting characteristic was not so bad due to the carbon coating, but it was found that the small rate-limiting characteristic was decreased as compared with Example 1 due to the Si crystal grain growth.

또한, 비교예 3의 경우 표면에 카본이 코팅되지 않음으로써 율속특성이 크게 감소했을 뿐만 아니라, 수명 특성이 저하되었고, 이와 더불어 Si소재에 균일한 전자 전달이 어려워, 두께 팽창이 불균일해짐으로써 두께 팽창률도 증가한 것을 확인하였다.In addition, in Comparative Example 3, since the carbon was not coated on the surface, not only the rate-limiting characteristic was greatly reduced but also the lifetime characteristics were deteriorated. Moreover, uniform electron transfer to the Si material was difficult and the thickness expansion was uneven, .

Claims (15)

리튬과 합금화가 가능한 (준)금속으로 된 제1 입자상, 및 상기 (준)금속과 동일하거나 상이한 (준)금속의 산화물로 된 제2 입자상을 포함하는 혼합 복합체인 코어부; 및 상기 코어부 적어도 일부의 외부에 코팅된 도전성 탄소층을 포함하며,
상기 하나의 제1 입자상 또는 2 이상의 제1 입자상의 집합체가 제2 입자상에 의하여 포위되어 있으며, 상기 혼합 복합체 내 상기 (준)금속에 대한 (준)금속산화물의 몰비((준)금속산화물의 몰수/(준)금속의 몰수)가 0 초과 1 미만으로 조절되고, 상기 제2 입자상은 비정질구조인 하는 리튬 이차전지용 음극 활물질.
A core portion that is a mixed composite comprising a first particulate phase of a (sub) metal which can be alloyed with lithium and a second particulate phase of an oxide of the same or different (sub) metal as the (sub) And a conductive carbon layer coated on the outside of at least a part of the core portion,
Wherein the aggregation of the first particulate phase or the second particulate phase is surrounded by the second particulate phase and the molar ratio of the (sub) metal oxide to the (sub) / (Sub) metal) is controlled to be more than 0 and less than 1, and the second particulate phase is an amorphous structure.
제1항에 있어서,
상기 혼합 복합체는 하기 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 조성을 갖는 리튬 이차전지용 음극 활물질:
[화학식 1]
MOX (0<x<1);
[화학식 2]
M1 yM2 zOx (y+z=1, 0<x<1)
상기 화학식 1 및 2에서. M, M1, M2은 각각 독립적으로 Si, Sn, Al, Sb, Bi, As, Ge, Pb, Zn, Cd, In, Ti, Ga 및 이들의 합금으로 이루어진 군으로부터 선택됨.
The method according to claim 1,
Wherein the mixed composite has a composition represented by the following Chemical Formula 1 or Chemical Formula 2:
[Chemical Formula 1]
MO x (0 < x &lt;1);
(2)
M 1 y M 2 z O x (y + z = 1, 0 <x <1)
In the above Formulas 1 and 2, M, M 1 and M 2 are independently selected from the group consisting of Si, Sn, Al, Sb, Bi, As, Ge, Pb, Zn, Cd, In, Ti, Ga and alloys thereof.
제1항에 있어서,
상기 (준)금속과 (준)금속 산화물의 몰비율은 80:20 초과 50:50 미만인 범위를 가지는 리튬 이차전지용 음극 활물질.
The method according to claim 1,
Wherein the molar ratio of the (sub) metal to the (sub) metal oxide is in the range of more than 80:20 to less than 50:50.
제1항에 있어서,
상기 제2 입자상은 (준)금속 결정이 없는 리튬 이차전지용 음극 활물질.
The method according to claim 1,
And the second particulate phase is free of (quasi) metallic crystal.
제1항에 있어서,
상기 (준)금속은 규소이고, (준)금속 산화물은 규소산화물인 리튬 이차전지용 음극 활물질.
The method according to claim 1,
Wherein the (quasi-) metal is silicon and the (quasi-) metal oxide is silicon oxide.
제1항에 있어서,
상기 도전성 탄소는 비결정질, 결정질 또는 이들의 혼합물인 리튬 이차전지용 음극 활물질.
The method according to claim 1,
Wherein the conductive carbon is amorphous, crystalline, or a mixture thereof.
제1항에 있어서,
상기 도전성 탄소의 함량은 코어부 100 중량부에 대하여 1 내지 20 중량부인 리튬 이차전지용 음극 활물질.
The method according to claim 1,
Wherein the amount of the conductive carbon is 1 to 20 parts by weight based on 100 parts by weight of the core part.
제1항에 있어서,
상기 도전성 탄소층의 두께는 5 내지 1000nm인 리튬 이차전지용 음극 활물질.
The method according to claim 1,
And the thickness of the conductive carbon layer is 5 to 1000 nm.
리튬과 합금화가 가능한 (준)금속 입자와 상기(준)금속과 동일 또는 상이한 (준)금속의 산화물 입자를 혼합하는 단계;
상기 혼합물을 기계적 합금화 처리를 하여 하나의 제1 입자상 또는 2 이상의 제1 입자상의 집합체가 제2 입자상에 의하여 포위되어 있으며, 상기 혼합 복합체 내 상기 (준)금속의 몰비에 대한 (준)금속산화물의 몰비가 0 초과 1 미만인 혼합 복합체인 코어부를 제조하는 단계; 및
상기 코어부 표면에 도전성 탄소를 코팅하는 단계를 포함하여
상기 제2 입자상이 비정질구조인 리튬 이차전지용 음극 활물질의 제조방법.
Mixing the (sub) metal particles capable of alloying with lithium and oxide particles of the same or different (sub) metals as the (sub) metal;
The mixture is subjected to mechanical alloying treatment so that a first particulate or a second particulate aggregate aggregate is surrounded by the second particulate phase and the ratio of the (sub) metal oxide with respect to the molar ratio of the (sub) Preparing a core part which is a mixed composite having a molar ratio of more than 0 and less than 1; And
And coating the surface of the core with conductive carbon
And the second particulate phase is an amorphous structure.
제9항에 있어서,
상기 혼합 및 기계적 합금화 처리는 산소가 차단된 조건에서 수행되는 리튬 이차전지용 음극 활물질의 제조방법.
10. The method of claim 9,
Wherein the mixing and mechanical alloying treatment is performed under a condition that oxygen is shut off.
제10항에 있어서,
상기 산소가 차단된 조건은 질소, 아르곤, 헬륨, 크립톤 또는 크세논 가스가 존재하는 불활성 기체 조건; 수소 가스 조건; 또는 진공 조건인 리튬 이차전지용 음극 활물질의 제조방법.
11. The method of claim 10,
The oxygen is shut off under inert gas conditions in the presence of nitrogen, argon, helium, krypton or xenon gas; Hydrogen gas conditions; Or a vacuum condition for a negative electrode active material for a lithium secondary battery.
제9항에 있어서,
상기 도전성 탄소의 코팅은 코어부 물질과 액상 또는 기상의 도전성 탄소 전구체를 혼합하고 열처리하여 수행되는 리튬 이차전지용 음극 활물질의 제조방법.
10. The method of claim 9,
Wherein the coating of the conductive carbon is performed by mixing a core material and a liquid or gaseous conductive carbon precursor, followed by heat treatment.
제9항에 있어서,
상기 도전성 탄소의 코팅은 코어부 물질과 도전성 탄소 입자의 기계적 합금화 방식으로 수행되는 리튬 이차전지용 음극 활물질의 제조방법.
10. The method of claim 9,
Wherein the coating of the conductive carbon is performed by a mechanical alloying method of the core material and the conductive carbon particles.
전극 집전체, 및 상기 전극 집전체의 적어도 일면에 음극 활물질을 포함하는 음극 활물질층을 구비한 리튬 이차전지 전극에 있어서,
상기 음극 활물질이 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 리튬 이차전지용 음극 활물질인 리튬 이차전지용 전극.
And a negative electrode active material layer including a negative electrode active material on at least one surface of the electrode current collector,
The electrode for a lithium secondary battery according to any one of claims 1 to 8, wherein the negative electrode active material is a negative electrode active material for a lithium secondary battery.
양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하는 리튬 이차전지에 있어서,
상기 음극이 제14항에 따른 음극인 리튬 이차전지.
A lithium secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode, and a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode,
And the negative electrode is the negative electrode according to claim 14.
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