KR20140081466A - 리튬 이차 전지용 음극 활물질, 이의 제조 방법, 그리고 이를 포함하는 음극 및 리튬 이차 전지 - Google Patents

리튬 이차 전지용 음극 활물질, 이의 제조 방법, 그리고 이를 포함하는 음극 및 리튬 이차 전지 Download PDF

Info

Publication number
KR20140081466A
KR20140081466A KR1020120151250A KR20120151250A KR20140081466A KR 20140081466 A KR20140081466 A KR 20140081466A KR 1020120151250 A KR1020120151250 A KR 1020120151250A KR 20120151250 A KR20120151250 A KR 20120151250A KR 20140081466 A KR20140081466 A KR 20140081466A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
active material
lithium secondary
secondary battery
amorphous carbon
negative electrode
Prior art date
Application number
KR1020120151250A
Other languages
English (en)
Inventor
박선일
심규윤
김영기
Original Assignee
삼성에스디아이 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성에스디아이 주식회사 filed Critical 삼성에스디아이 주식회사
Priority to KR1020120151250A priority Critical patent/KR20140081466A/ko
Priority to US13/973,458 priority patent/US20140178764A1/en
Priority to CN201310556413.3A priority patent/CN103887503A/zh
Priority to EP13193736.9A priority patent/EP2747178A1/en
Publication of KR20140081466A publication Critical patent/KR20140081466A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/58—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
    • H01M4/583—Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/58—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
    • H01M4/583—Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
    • H01M4/587—Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx for inserting or intercalating light metals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/05—Preparation or purification of carbon not covered by groups C01B32/15, C01B32/20, C01B32/25, C01B32/30
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/139—Processes of manufacture
    • H01M4/1393—Processes of manufacture of electrodes based on carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02N—STARTING OF COMBUSTION ENGINES; STARTING AIDS FOR SUCH ENGINES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02N11/00—Starting of engines by means of electric motors
    • F02N11/08—Circuits or control means specially adapted for starting of engines
    • F02N11/0814—Circuits or control means specially adapted for starting of engines comprising means for controlling automatic idle-start-stop
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02N—STARTING OF COMBUSTION ENGINES; STARTING AIDS FOR SUCH ENGINES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02N11/00—Starting of engines by means of electric motors
    • F02N11/08—Circuits or control means specially adapted for starting of engines
    • F02N11/0862—Circuits or control means specially adapted for starting of engines characterised by the electrical power supply means, e.g. battery
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/026—Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
    • H01M2004/027—Negative electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/131—Electrodes based on mixed oxides or hydroxides, or on mixtures of oxides or hydroxides, e.g. LiCoOx
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/133—Electrodes based on carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/52—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron
    • H01M4/525—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron of mixed oxides or hydroxides containing iron, cobalt or nickel for inserting or intercalating light metals, e.g. LiNiO2, LiCoO2 or LiCoOxFy
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/624—Electric conductive fillers
    • H01M4/625—Carbon or graphite
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

비정질 탄소(amorphous Carbon)를 포함하고, 상기 비정질 탄소는 X선 회절(XRD) 분석시 13° 내지 35°의 2θ에서 관찰되는 002 피크의 R값이 10 내지 50이고, 평균격자거리(d002)는 0.33 내지 0.40 nm인 물질이고, 상기 002 피크는 제1 오목부 및 제2 오목부를 포함하는 W 모양을 가지고, 상기 R값은 하기 수학식 1로 얻어지는 리튬 이차 전지용 음극 활물질, 이의 제조 방법, 그리고 이를 포함하는 리튬 이차 전지가 제공된다.
[수학식 1]
R = B/A
(상기 수학식 1에서,
B는 상기 002 피크의 최고점의 높이이고,
A는 상기 제1 오목부의 최저점과 상기 제2 오목부의 최저점을 연결하는 접선과 B를 나타내는 직선의 교점에서의 높이이다.)

Description

리튬 이차 전지용 음극 활물질, 이의 제조 방법, 그리고 이를 포함하는 음극 및 리튬 이차 전지{NEGATIVE ACTIVE MATERIAL FOR RECHARGEABLE LITHIUM BATTERY, METHOD OF PREPARING THE SAME, AND NEGATIVE ELECTRODE AND RECHARGEABLE LITHIUM BATTERY INCLUDING THE SAME}
본 기재는 리튬 이차 전지용 음극 활물질, 이의 제조 방법, 그리고 이를 포함하는 리튬 이차 전지에 관한 것이다.
오늘날 정보통신산업의 발전으로 인하여 다양한 휴대용 기기가 사용되고 있는바, 이러한 휴대용 기기의 에너지 공급원으로서 여러 가지 형태의 전지가 사용되고 있다. 휴대용 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서 이차 전지의 수요가 증가하고 있고, 이차 전지 중에서 높은 에너지 밀도와 전압을 가지는 리튬 이차 전지가 상용화 되어 널리 사용되고 있다.
리튬 이차 전지는 충방전시 리튬 이온의 흡장(intercalation)-방출(deintercalation) 반응을 이용하는 것이다. 리튬 이차 전지는 기본적으로, 리튬을 흡장 및 방출할 수 있는 음극 활물질을 포함하는 음극(negative electrode), 리튬을 흡장 및 방출할 수 있는 양극 활물질을 포함하는 양극(positive electrode), 분리막 및 유기용매의 전해질로 구성되어 있다.
한편, 최근 들어 차량의 엔진에 사용되는 ISG(Idle Stop & Go) 시스템에 적용할 수 있는 이차 전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
ISG 시스템은 발전기와 모터의 기능을 통합한 시스템이다. 구체적으로, 일정 시간 엔진의 공회전이 지속되면 엔진을 정지시키고 브레이크 패달의 조작이 해제되거나 가속 패달이 조작되면 엔진을 재시동하는 아이들 스탑 앤 고(Idle Stop & Go) 기능을 행하는 엔진제어 시스템이다.
ISG 시스템에 적용할 수 있는 이차 전지 중에서 납축 전지(AGM battery)는 용량 대비 부피가 크고, 계속되는 충방전으로 수명이 짧아지는 문제가 있다.
이에 ISG용으로 부피가 작고 에너지 밀도가 큰 리튬 이차 전지가 검토되고 있다. ISG 시스템에 적용하기 위해 이차 전지는 충방전율(C-rate)이 높아야 한다. 이에 충방전율이 높으면서도 자가 방전율이 낮은 리튬 이차 전지에 대한 연구가 필요한 실정이다.
본 발명의 일 구현예는 사이클 수명 특성, 고율 수명 특성 및 저온 저장 특성이 우수한 리튬 이차 전지용 음극 활물질을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 일 구현예는 상기 리튬 이차 전지용 음극 활물질의 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 일 구현예는 상기 음극 활물질을 포함하는 리튬 이차 전지를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 구현예는 비정질 탄소(amorphous carbon)를 포함하고, 상기 비정질 탄소는 X선 회절(XRD) 분석시 13° 내지 35°의 2θ에서 관찰되는 002 피크의 R값이 10 내지 50이고, 평균격자거리(d002)는 0.33 내지 0.40 nm 인 물질이고, 상기 002 피크는 제1 오목부 및 제2 오목부를 포함하는 W 모양을 가지고, 상기 R값은 하기 수학식 1로 얻어지는 리튬 이차 전지용 음극 활물질을 제공한다.
[수학식 1]
R = B/A
(상기 수학식 1에서, B는 상기 002 피크의 최고점의 높이이고, A는 상기 제1 오목부의 최저점과 상기 제2 오목부의 최저점을 연결하는 접선과 B를 나타내는 직선의 교점에서의 높이이다.)
상기 R값은 15 내지 40일 수 있다.
상기 비정질 탄소의 평균입경(d50)은 5 내지 15 ㎛일 수 있다.
본 발명의 다른 일 구현예는 비정질 탄소 전구체를 준비하는 단계; 및 상기 비정질 탄소 전구체를 350 내지 900℃의 온도에서 소성시키는 단계를 포함하는 리튬 이차 전지용 음극 활물질의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 또 다른 일 구현예는 상기 음극 활물질을 포함하는 음극, 양극 활물질을 포함하는 양극, 상기 양극과 상기 음극 사이에 존재하는 세퍼레이터, 및 전해질을 포함하는 리튬 이차 전지를 제공한다.
상기 양극 활물질은 탄소 재료를 포함할 수 있다.
상기 탄소 재료는 활성탄을 포함할 수 있다.
상기 탄소 재료는 상기 양극 활물질 총량에 대하여 3 내지 12 중량%일 수 있다.
상기 탄소 재료의 표면적은 1000 내지 2500 m2/g 일 수 있고, 구체적으로는 1200 내지 2000 m2/g 일 수 있다.
상기 탄소 재료의 벤젠 흡착량은 38 중량% 내지 85 중량% 일 수 있고, 구체적으로는 40 중량% 내지 75 중량% 일 수 있다.
상기 리튬 이차 전지는 ISG(Idle Stop & Go)에 사용될 수 있다.
사이클 수명 특성, 고율 수명 특성 및 저온 저장 특성이 우수한 리튬 이차 전지를 구현할 수 있다.
도 1은 일 구현예에 따른 리튬 이차 전지를 보여주는 개략도이다.
도 2는 실시예 1에 따른 리튬 이차 전지용 음극 활물질의 X선 회절(XRD) 그래프이다.
도 3은 리튬 이차 전지를 15 A 전류에서 4.2 V까지 충전하고, 그 후 15 A 전류에서 2.0 V까지 방전을 1000회 반복한 후, 초기 방전 용량 대비 1000회째 방전 용량(10C/10C)에서의 잔존 용량(%)을 R값 변화에 따라 나타낸 그래프이다.
도 4는 리튬 이차 전지를 상온(25℃)에서 0.3 A 전류값으로 충전을 한 후, -20℃에서 7.5 A 전류값으로 방전(5C/0.2C)한 후 잔존 용량(%)을 R값 변화에 따라 나타낸 그래프이다.
이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다. 　다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
일 구현예에 따른 리튬 이차 전지용 음극 활물질은 비정질 탄소를 포함할 수 있다. 상기 비정질 탄소는, 일반적으로 흑연(graphite)보다 큰 평균격자거리(d002)를 갖는다. 구체적으로 상기 비정질 탄소의 평균격자거리(d002)는 0.33 내지 0.40 nm일 수 있고, 더 구체적으로 0.335 내지 0.350 nm일 수 있다. 비정질 탄소의 평균격자거리(d002)가 상기 범위 내인 경우, 비정질 탄소는 내부에 약간의 결정질 부분, 결정질 사이의 캐비티(cavity) 또는 아직 결정화 되지 못하고 용융되어 있는 영역을 포함하게 되어, 탄소계 물질 내부로 도입된 리튬 이온이 상기 결정질 사이의 캐비티(cavity) 또는 용융되어 있는 영역에 클러스터 형태 또는 흡착 형태로 존재하게 된다.
또한, 상기 비정질 탄소는 내부 기공 부피의 척도인 R값이 10 내지 50, 구체적으로는 15 내지 40인 물질일 수 있다. 상기 R값은 도 2를 참고하여 설명한다.
도 2는 실시예 1에 따른 리튬 이차 전지용 음극 활물질의 X선 회절(XRD) 그래프이다.
도 2에 나타낸 것과 같이, R값은 X선 회절(XRD) 분석시 13° 내지 35°의 2θ에서 관찰되는 W모양의 002 피크에서 A에 대한 B값(R=B/A)을 의미한다. 즉, 상기 R값은 하기 수학식 1에 의해 얻어질 수 있고,
[수학식 1]
R = B/A
상기 식에서, B는 상기 002 피크의 최고점의 높이이고, A는 상기 002 피크의 제1 오목부의 최저점과 상기 002 피크의 제2 오목부의 최저점을 연결하는 접선과 B를 나타내는 직선의 교점에서의 높이이다.
상기 R값은 Dahn의 논문(carbon, 1997, vol. 35, pp 325-830)에서 제시한 비정질 탄소의 결정도를 측정하는 R값으로부터 착안한 것으로, 평균격자거리(d002)로부터 측정될 수 없는 내부 기공의 부피를 예상할 수 있으며, 상기 범위의 R값을 갖는 비정질 탄소는, 격자간 공간 외에도 내부에 원자레벨의 기공(pore)을 포함하게 되어, 상기 비정질 탄소를 사용한 리튬 이온이 저온 고출력 또는 고충전이 가능하도록 할 수 있다.
상기 비정질 탄소가 X선 회절(XRD) 분석시 13° 내지 35°의 2θ에서 관찰되는 002 피크의 R값을 10 내지 50의 범위로 갖고, 평균격자거리(d002)를 0.33 내지 0.40 nm의 범위로 가짐으로써, 비정질 탄소 내부에 존재하는 격자간 공간 또는 내부 기공 부피는 리튬 이온의 통로 또는 저장 역할을 하게 되므로, 리튬 이온의 사이클 수명 특성, 고율 수명 특성 및 저온 저장 특성을 얻을 수 있다.
상기 비정질 탄소의 평균입경(d50)은 5 내지 15 ㎛의 범위일 수 있고, 구체적으로는 6 내지 12 ㎛의 범위일 수 있다. 상기 비정질 탄소가 상기 범위의 평균입경(d50)을 가짐으로써, 흑연과 혼재되었을 때 음극 조성물 내에 적당한 기공이 존재하게 되고, 그로 인해 결정질 부분간을 연결하는 리튬 이온의 통로 또는 저장 역할을 하는 활성 부위(activation site)가 다수 생성되어, 접촉저항이 줄어들고 빠른 저장특성 및 저온 고출력이 가능하다.
다른 일 구현예는 상기 비정질 탄소 전구체를 준비하는 단계 및 상기 비정질 탄소 전구체를 350 내지 900℃의 온도에서 소성시키는 단계를 포함하는 리튬 이차 전지용 음극 활물질의 제조방법을 제공할 수 있다.
상기 방법에 의해 제조된 음극 활물질은, 내부에 적정량의 기공과 통로(pass way)를 생성하여, 고입출력 특성과 함께 우수한 저장 특성을 갖게 된다. 또한, 상기 온도 범위 내에서 열처리함으로써, 상기 비정질 탄소는 최적의 평균격자거리(d002) 및 결정도(R) 값을 가지게 되어, 고율 수명 특성, 우수한 율 특성 및 용량 유지 특성을 얻을 수 있다.
또 다른 일 구현예는 상기 음극 활물질을 포함하는 음극, 양극 활물질을 포함하는 양극, 상기 양극과 음극 사이에 존재하는 세퍼레이터 및 전해질을 포함하는 리튬 이차 전지를 제공할 수 있다.
이하에서 상기 음극 활물질을 포함하는 리튬 이차 전지에 대하여 도 1을 참고하여 설명한다.
도 1은 일 구현예에 따른 리튬 이차 전지를 보여주는 개략도이다.
도 1을 참고하면, 일 구현예에 다른 리튬 이차 전지(3)는 양극(5), 음극(6), 및 상기 양극(5)과 음극(6) 사이에 위치하는 세퍼레이터(7)를 포함하는 전극 조립체(4)가 전지 케이스(8)에 위치하고, 이 케이스 상부로 주입되는 전해액을 포함하고, 캡 플레이트(11)로 밀봉되어 있는 각형 타입의 전지이다. 물론 일 구현예에 따른 리튬 이차 전지가 상기 각형으로 한정되는 것은 아니며, 일 구현예에 따른 리튬 이차 전지용 전해액을 포함하며 전지로서 작동할 수 있는 것이면 원통형, 코인형, 파우치형 등 어떠한 형태도 가능함은 당연하다.
상기 음극은 음극 집전체 및 상기 음극 집전체 위에 형성되어 있는 음극 활물질층을 포함한다.
상기 음극 집전체는 구리 박을 사용할 수 있다.
상기 음극 활물질층은 음극 활물질, 바인더 및 선택적으로 도전재를 포함한다.
상기 음극 활물질로는 전술한 비정질의 탄소계 물질을 사용할 수 있다.
상기 리튬 이차 전지용 음극 조성물은 바인더를 더 포함할 수 있다. 상기 바인더는 비정질 탄소 등의 리튬 이차 전지용 음극 조성물들을 서로 잘 부착시키고 이들을 집전체에 잘 부착시키는 역할을 한다. 대표적인 예로, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로오스, 히드록시에틸셀룰로오스, 히드록시프로필셀룰로오스, 히드록시프로필메틸셀룰로오스, 폴리비닐리덴플로라이드, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 스티렌-부타디엔 고무, 폴리부타디엔, 부틸고무, 불소고무, 폴리에틸렌옥시드, 폴리비닐알콜, 폴리(메타)아크릴산 및 그 염, 폴리비닐피롤리돈, 폴리에피클로로히드린, 폴리포스파젠, 폴리아크릴로니트릴, 폴리스티렌, 폴리비닐피리딘, 클로로설폰화폴리에틸렌, 라텍스, 폴리에스테르 수지, 아크릴 수지, 페놀 수지, 에폭시 수지, 프로필렌과 탄소수 2 내지 8의 올레핀의 중합체, (메타)아크릴산과 (메타)아크릴산알킬에스테르의 공중합체 및 이들의 조합으로부터 선택되는 하나를 포함할 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 도전재는 전극에 도전성을 부여하기 위해 사용되는 것으로서, 구성되는 전지에 있어서, 화학변화를 야기하지 않고 전자 전도성 재료이면 어떠한 것도 사용가능하며, 그 예로 천연 흑연, 인조 흑연, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙(AB), 케첸 블랙, 탄소섬유 등의 탄소계 물질; 구리, 니켈, 알루미늄, 은 등의 금속 분말 또는 금속 섬유 등의 금속계 물질; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 폴리머; 또는 이들의 혼합물을 포함하는 도전성 재료를 사용할 수 있다.
상기 양극은 집전체 및 상기 집전체에 형성되는 양극 활물질 층을 포함한다. 상기 양극 활물질 층은 양극 활물질, 바인더 및 선택적으로 도전재를 포함한다.
상기 양극 집전체는 Al(알루미늄)을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 양극 활물질층은 양극 활물질, 바인더 및 선택적으로 도전재를 포함한다.
상기 양극 활물질은 탄소 재료를 포함할 수 있고, 상기 탄소 재료는 활성탄을 포함할 수 있다. 양극 활물질이 탄소 재료를 포함함으로써, 고용량 리튬 이차 전지의 고입출력 특성을 용이하게 유지할 수 있다. 구체적으로, 상기 탄소 재료의 함량이, 상기 양극 활물질 총량에 대하여 3 내지 12 중량%, 더 구체적으로 5 내지 10 중량%일 때, 고입출력 특성을 더욱 효과적으로 유지할 수 있다.
상기 탄소 재료의 표면적은 1000 내지 2500 m2/g일 수 있고, 구체적으로 1200 내지 2000 m2/g일 수 있다. 상기 탄소 재료의 표면적이 상기 범위 내인 경우, 상기 양극 활물질은 활성화 부위(activation site)가 많아져 고입출력이 용이해지고, 그로 인해 리튬 이차전지의 우수한 고율 수명 특성도 얻을 수 있다.
상기 탄소 재료의 벤젠 흡착량은 38 내지 85 중량%일 수 있고, 구체적으로, 40 내지 75 중량%일 수 있다. 상기 탄소 재료의 내부 기공의 구조 및 분포에 따라 흡착량에 있어 큰 차이가 날 수 있으며, 상기 범위의 벤젠 흡착량을 가진 탄소 재료가 양극 활물질에 포함될 경우, 리튬 이온의 통로 또는 저장 역할을 할 수 있는 기공을 최적의 부피로 가지게 되므로 고율 수명 특성, 우수한 율 특성 및 용량 유지 특성을 얻을 수 있다. 이러한 상기 리튬 이차 전지는 ISG(Idle Stop & Go)에 사용되는 리튬 이차 전지일 수 있다.
상기 양극 활물질은 또한, 리튬의 가역적인 인터칼레이션 및 디인터칼레이션이 가능한 화합물(리티에이티드 인터칼레이션 화합물)을 사용할 수 있다. 구체적으로는 코발트, 망간, 니켈 또는 이들의 조합의 금속과 리튬과의 복합 산화물 중 1종 이상의 것을 사용할 수 있으며, 그 구체적인 예로는 하기 화학식 중 어느 하나로 표현되는 화합물을 사용할 수 있다:
LiaA1 - bBbD2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 및 0 ≤ b ≤ 0.5이다); LiaE1 -bBbO2-cDc(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05이다); LiE2-bBbO4-cDc(상기 식에서, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05이다); LiaNi1 -b- cCobBcDα(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α ≤ 2이다); LiaNi1 -b- cCobBcO2 -αFα(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α < 2이다); LiaNi1 -b- cCobBcO2 -αF2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α < 2이다); LiaNi1 -b- cMnbBcDα(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α ≤ 2이다); LiaNi1 -b-cMnbBcO2-αFα(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α < 2이다); LiaNi1 -b- cMnbBcO2 -αF2(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; LiIO2; LiNiVO4; Li(3-f)J2(PO4)3(0 ≤ f ≤ 2); Li(3-f)Fe2(PO4)3(0 ≤ f ≤ 2); 및 LiFePO4.
상기 화학식에 있어서, A는 Ni, Co, Mn 또는 이들의 조합이고; B는 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; F는 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; I는 Cr, V, Fe, Sc, Y 또는 이들의 조합이고; J는 V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu 또는 이들의 조합일 수 있다.
물론 이 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 및 코팅 원소의 하이드록시카보네이트로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 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 등으로 코팅할 수 있으면 어떠한 코팅 방법을 사용하여도 무방하며, 이에 대하여는 당해 분야에 종사하는 사람들에게 잘 이해될 수 있는 내용이므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 바인더는 양극 활물질 입자들을 서로 잘 부착시키고, 또한 양극 활물질을 집전체에 잘 부착시키는 역할을 하며, 구체적인 예는 전술한 바와 같다.
상기 도전재는 전극에 도전성을 부여하기 위해 사용되는 것으로서, 구성되는 전지에 있어서, 화학변화를 야기하지 않고 전자 전도성 재료이면 어떠한 것도 사용가능하며, 그 예는 전술한 바와 같다.
상기 음극과 상기 양극은 음극 활물질 또는 양극 활물질, 도전재 및 바인더를 용매 중에서 혼합하여 활물질 조성물을 제조하고, 이 조성물을 집전체에 도포하여 제조한다.
이와 같은 전극 제조 방법은 당해 분야에 널리 알려진 내용이므로 본 명세서에서 상세한 설명은 생략하기로 한다. 상기 용매로는 N-메틸피롤리돈 등을 사용할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 전해액은 비수성 유기 용매와 리튬염을 포함한다.
상기 비수성 유기 용매는 전지의 전기화학적 반응에 관여하는 이온들이 이동할 수 있는 매질 역할을 한다. 상기 비수성 유기 용매로는 카보네이트계, 에스테르계, 에테르계, 케톤계, 알코올계 및 비양성자성 용매에서 선택될 수 있다.
상기 카보네이트계 용매로는 예컨대 디메틸 카보네이트(dimethyl carbonate, DMC), 디에틸 카보네이트(diethyl carbonate, DEC), 디프로필 카보네이트(dipropyl carbonate, DPC), 메틸프로필 카보네이트(methylpropyl carbonate, MPC), 에틸프로필 카보네이트(ethylpropyl carbonate, EPC), 메틸에틸 카보네이트(methylethyl carbonate, MEC), 에틸메틸 카보네이트(ethylmethyl carbonate, EMC), 에틸렌 카보네이트(ethylene carbonate, EC), 프로필렌 카보네이트(propylene carbonate, PC), 부틸렌 카보네이트(butylene carbonate, BC) 등이 사용될 수 있다.
특히, 사슬형 카보네이트 화합물 및 환형 카보네이트 화합물을 혼합하여 사용하는 경우, 유전율을 높이는 동시에 점성이 작은 용매로 제조될 수 있어서 좋다. 이 경우 환형 카보네이트 화합물 및 사슬형 카보네이트 화합물은 약 1:1 내지 1:9의 부피비로 혼합하여 사용할 수 있다.
또한 상기 에스테르계 용매로는 예컨대 메틸아세테이트, 에틸아세테이트, n-프로필아세테이트, 디메틸아세테이트, 메틸프로피오네이트, 에틸프로피오네이트, γ-부티로락톤, 데카놀라이드(decanolide), 발레로락톤, 메발로노락톤(mevalonolactone), 카프로락톤(caprolactone) 등이 사용될 수 있다. 상기 에테르 용매로는 예컨대 디부틸에테르, 테트라글라임, 디글라임, 디메톡시에탄, 2-메틸테트라히드로퓨란, 테트라히드로퓨란 등이 사용될 수 있으며, 상기 케톤계 용매로는 시클로헥사논 등이 사용될 수 있다. 또한 상기 알코올계 용매로는 에틸 알코올, 이소프로필 알코올 등이 사용될 수 있다.
상기 비수성 유기 용매는 단독 또는 하나 이상 혼합하여 사용할 수 있으며, 하나 이상 혼합하여 사용하는 경우의 혼합 비율은 목적하는 전지 성능에 따라 적절하게 조절할 수 있다.
상기 비수성 전해액은 에틸렌카보네이트, 피로카보네이트 등의 과충전 방지제와 같은 첨가제를 더 포함할 수도 있다.
상기 리튬염은 유기 용매에 용해되어, 전지 내에서 리튬 이온의 공급원으로 작용하여 기본적인 리튬 이차 전지의 작동을 가능하게 하고, 양극과 음극 사이의 리튬 이온의 이동을 촉진하는 역할을 하는 물질이다.
상기 리튬염의 구체적인 예로는 LiPF6, LiBF4, LiSbF6, LiAsF6, LiN(SO3C2F5)2, LiC4F9SO3, LiClO4, LiAlO2, LiAlCl4, LiN(CxF2x +1SO2)(CyF2y +1SO2)(여기서, x 및 y는 자연수임), LiCl, LiI, LiB(C2O4)2(리튬 비스옥살레이토 보레이트(lithium bis(oxalato) borate; LiBOB), 또는 이들의 조합을 들 수 있다.
상기 리튬염의 농도는 약 0.1M 내지 약 2.0M 범위 내에서 사용하는 것이 좋다. 리튬염의 농도가 상기 범위에 포함되면, 전해액이 적절한 전기전도도 및 점도를 가지므로 우수한 전해액 성능을 나타낼 수 있고, 리튬 이온이 효과적으로 이동할 수 있다.
상기 세퍼레이터는 단일막 또는 다층막일 수 있으며, 예컨대 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드 또는 이들의 조합으로 만들어질 수 있다.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예들을 제시한다. 　다만, 하기에 기재된 실시예들은 본 발명을 구체적으로 예시하거나 설명하기 위한 것에 불과하며, 이로서 본 발명이 제한되어서는 아니된다.
또한, 여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략한다.
실시예 1
(음극의 제조)
비정질 탄소 전구체(GS Energy社, SC1)를 800 ℃에서 소성하여 비정질 탄소를 제조하였다.
상기 제조된 비정질 탄소, 도전재로 아세틸렌 블랙(AB) (전기화학공업제) 및 바인더로 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF)를 각각 85:5:10의 중량비로 N-메틸피롤리돈 용매에서 분산시켜 음극 슬러리를 제조하였다. 이어서, Cu 집전체 상에 음극 슬러리를 도포한 후 건조 및 압연하여 음극을 제조하였다.
(양극의 제조)
양극 활물질로 평균입경(d50)이 5 ㎛인 LiCoO2, 도전재로 아세틸렌 블랙(AB)(전기화학공업제), 바인더로 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF) 및 첨가제인 탄소 재료로 활성탄(쿠라레 케미컬제, YP50)을 각각 85:4:6:5의 중량비로 혼합하여, N-메틸피롤리돈에 분산시켜 양극 슬러리를 제조하였다.
이어서, 상기 양극 슬러리를 Al 집전체 위에 도포한 후 건조 및 압연하여 양극을 제조하였다.
(전해액)
전해액으로는 에틸렌카보네이트(EC), 에틸메틸카보네이트(EMC) 및 디메틸카보네이트(DMC)의 혼합 부피비가 3:3:4인 혼합 용액에 1.15 M 농도의 LiPF6이 용해된 것을 사용하였다.
( 세퍼레이터 )
Polyethylene 재질의 25 ㎛ 미세다공막을 사용하였다.
(리튬 이차 전지의 제작)
상기 제조된 양극 및 음극과 폴리에틸렌 재질의 세퍼레이터를 게재하고 원통 상태로 윈딩(winding)하여, 젤리롤(jelly roll)을 만들고, 이 젤리롤을 18650 크기의 케이스에 넣고, 상기 전해액을 주입한 후 권취 및 압축하여 각형의 리튬 이차 전지를 제작하였다.
실시예 2
실시예 1에서 비정질 탄소 전구체를 600℃에서 소성한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 비정질 탄소를 제조하였고, 실시예 1과 동일한 방법으로 리튬 이차 전지를 제작하였다.
실시예 3
실시예 1에서 비정질 탄소 전구체를 400℃에서 소성한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 비정질 탄소를 제조하였고, 실시예 1과 동일한 방법으로 리튬 이차 전지를 제작하였다.
비교예 1
실시예 1에서 비정질 탄소 전구체를 1100℃에서 소성한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 비정질 탄소를 제조하였고, 실시예 1과 동일한 방법으로 리튬 이차 전지를 제작하였다.
비교예 2
실시예 1에서 비정질 탄소 전구체를 1500℃에서 소성한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 비정질 탄소를 제조하였고, 실시예 1과 동일한 방법으로 리튬 이차 전지를 제작하였다.
평가 1: 음극 활물질 분석
실시예 1 내지 3과 비교예 1 및 2에서 제조된 음극 활물질에 대하여, XRD 분석, 평균격자거리(d002), 평균입경(d50)을 각각 평가하여, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
002 피크의
R값		 평균격자거리(d002) (nm) 평균입경(d50)
(㎛)
실시예 1 26.5 0.341 10.5
실시예 2 10 0.345 10
실시예 3 50 0.338 9
비교예 1 1.88 0.348 11.3
비교예 2 5.7 0.346 11.8
평가 2: 리튬 이차 전지의 초기 용량 결정
실시예 1 내지 3과 비교예 1 및 2에서 제작된 리튬 이차 전지를 0.3 A에서 정전류 충전을 하고, 전지전압이 4.2 V인 시점에서 종료시켰다. 또, 0.3A 전류에서 정전류 방전을 시키고 전지전압이 2.0 V인 시점에서 종료시켰다. 이 때의 용량을 초기 방전 용량으로 정하여, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
평가 3: 리튬 이차 전지의 사이클 수명 특성
실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 2에 의해 제조된 리튬 이차 전지를 10C에서 4.2 V까지 충전하고, 그 후 10C에서 2.0 V까지 방전을 1000회 반복한 후, 잔존 용량(%)을 분석하여 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다. 상기 잔존 용량(%)은 초기 방전 용량 대비 1000회째 방전 용량에서의 백분율을 나타낸 것이다.
초기 방전 용량
(mAh)		 잔존 용량
(%)
실시예 1 1395 97
실시예 2 1400 94
실시예 3 1380 95
비교예 1 1350 81
비교예 2 1325 80
표 2를 참고하면, 실시예 1 내지 3의 경우 비교예 1 내지 2와 비교하여 사이클 수명 특성이 더 우수함을 알 수 있다.
또한, 도 3을 참고하면 R값이 15 내지 40의 범위에 있을 때(실시예 1), 최적의 사이클 수명 특성을 나타냄을 알 수 있다.
평가 4: 리튬 이차 전지의 고율 수명 특성
실시예 1 내지 3과 비교예 1 및 2에 의해 제조된 리튬 이차 전지를 0.3 A 전류에서 정전류 충전을 하고, 그 후 전지 전압 4.2 V에서 충전을 종료시킨 후, 1.5A 전류 및 1C에서 2.0 V까지 방전시켰을 때의 용량 대비, 15A 전류 및 10C, 45A 전류 및 30C, 및 75A 전류 및 50C에서 2.0 V까지 방전시켰을 때의 용량 유지율을 측정하여, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
용량 유지율
(10C/1C)(%)		 용량 유지율 (30C/1C)(%) 용량 유지율 (50C/1C)(%)
실시예 1 99 97 93
실시예 2 99 96 91.5
실시예 3 98 96 92
비교예 1 95 92 90
비교예 2 94 90 83
표 3을 참고하면, 실시예 1 내지 3의 경우, 비교예 1 및 2와 비교하여 고율 수명 특성이 더 우수함을 알 수 있다.
평가 5: 리튬 이차 전지의 용량 유지 특성
실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 2에 의해 제조된 리튬 이차 전지를 0.3 A 전류에서, 전지 전압 4.2 V까지 충전을 하고, 충전률 100%의 전지를 40℃에서 30일간 방치한 후, 전압 강하율을 측정하여, 하기 표 4에 나타내었다.
4.2V 도달 후 40℃에서 30일간 방치 후의 전압 (V)
실시예 1 4.10
실시예 2 3.88
실시예 3 3.9
비교예 1 3.48
비교예 2 3.41
표 4를 참고하면, 실시예 1 내지 3의 리튬 이차 전지의 경우, 비교예 1 및 2와 비교하여, 30일간 방치 후 전압이 대체적으로 높았으며, 이에 따라 용량 유지 특성이 더 우수함을 알 수 있다.
평가 6: 리튬 이차 전지의 저온 저장 특성
실시예 1 내지 3과 비교예 1 및 2에 의해 제조된 리튬 이차 전지를 상온(25℃)에서 0.3A 전류 및 0.2C로 충전을 한 후, -20℃에서 7.5A 전류 및 5C로 방전하여, 용량 유지율을 측정하여, 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다.
상기 용량 유지율(%)은 0.2C의 충전 용량 대비 -20℃에서 5C의 방전 용량의 백분율을 의미한다.
용량 유지율
(%)
실시예 1 90
실시예 2 87
실시예 3 88
비교예 1 71
비교예 2 65
표 5를 참고하면, 실시예 1 내지 3의 리튬 이차 전지의 경우, 비교예 1 및 2와 비교하여 대체적으로 저온 저장 특성이 더 우수함을 알 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구 범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.
3: 리튬 이차 전지
4: 전극 조립체
5: 양극
6: 음극
7: 세퍼레이터
8: 전지 케이스
11: 캡 플레이트

Claims (13)

  1. 비정질 탄소(amorphous carbon)를 포함하고,
    상기 비정질 탄소는 X선 회절(XRD) 분석시 13° 내지 35°의 2θ에서 관찰되는 002 피크의 R값이 10 내지 50이고, 평균격자거리(d002)는 0.33 내지 0.40 nm인 물질이고,
    상기 002 피크는 제1 오목부 및 제2 오목부를 포함하는 W 모양을 가지고, 상기 R값은 하기 수학식 1로 얻어지는 리튬 이차 전지용 음극 활물질.
    [수학식 1]
    R = B/A
    (상기 수학식 1에서,
    B는 상기 002 피크의 최고점의 높이이고,
    A는 상기 제1 오목부의 최저점과 상기 제2 오목부의 최저점을 연결하는 접선과 B를 나타내는 직선의 교점에서의 높이이다.)
  2. 제1항에 있어서, 상기 R값은 15 내지 40인 리튬 이차 전지용 음극 활물질.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 비정질 탄소의 평균입경(d50)은 5 내지 15 ㎛인 리튬 이차 전지용 음극 활물질.
  4. 비정질 탄소 전구체를 준비하는 단계; 및
    상기 비정질 탄소 전구체를 350 내지 900℃의 온도에서 소성시키는 단계를 포함하는 리튬 이차 전지용 음극 활물질의 제조 방법.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 음극 활물질을 포함하는 음극;
    양극 활물질을 포함하는 양극;
    상기 양극과 상기 음극 사이에 존재하는 세퍼레이터; 및
    전해질
    을 포함하는 리튬 이차 전지.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 양극 활물질은 탄소 재료를 포함하는 리튬 이차 전지.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 탄소 재료는 활성탄을 포함하는 리튬 이차 전지.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 탄소 재료는 상기 양극 활물질 총량에 대하여 3 내지 12 중량%인 리튬 이차 전지.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 탄소 재료의 표면적은 1000 내지 2500 m2/g인 리튬 이차 전지.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 탄소 재료의 표면적은 1200 내지 2000 m2/g인 리튬 이차 전지.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 탄소 재료의 벤젠 흡착량은 38 내지 85 중량%인 리튬 이차 전지.
  12. 제6항에 있어서,
    상기 탄소 재료의 벤젠 흡착량은 40 내지 75 중량%인 리튬 이차 전지.
  13. 제6항에 있어서,
    상기 리튬 이차 전지는 ISG(Idle Stop & Go)에 사용되는 리튬 이차 전지.
KR1020120151250A 2012-12-21 2012-12-21 리튬 이차 전지용 음극 활물질, 이의 제조 방법, 그리고 이를 포함하는 음극 및 리튬 이차 전지 KR20140081466A (ko)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120151250A KR20140081466A (ko) 2012-12-21 2012-12-21 리튬 이차 전지용 음극 활물질, 이의 제조 방법, 그리고 이를 포함하는 음극 및 리튬 이차 전지
US13/973,458 US20140178764A1 (en) 2012-12-21 2013-08-22 Negative active material for rechargeable lithium battery, negative electrode and rechargeable lithium battery including same
CN201310556413.3A CN103887503A (zh) 2012-12-21 2013-11-11 负极活性物质和包括该负极活性物质的可再充电锂电池
EP13193736.9A EP2747178A1 (en) 2012-12-21 2013-11-20 Negative active material for rechargeable lithium battery, negative electrode and rechargeable lithium battery including same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120151250A KR20140081466A (ko) 2012-12-21 2012-12-21 리튬 이차 전지용 음극 활물질, 이의 제조 방법, 그리고 이를 포함하는 음극 및 리튬 이차 전지

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20140081466A true KR20140081466A (ko) 2014-07-01

Family

ID=49596192

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120151250A KR20140081466A (ko) 2012-12-21 2012-12-21 리튬 이차 전지용 음극 활물질, 이의 제조 방법, 그리고 이를 포함하는 음극 및 리튬 이차 전지

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20140178764A1 (ko)
EP (1) EP2747178A1 (ko)
KR (1) KR20140081466A (ko)
CN (1) CN103887503A (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018093092A1 (ko) * 2016-11-18 2018-05-24 삼성에스디아이주식회사 음극활물질 및 이의 제조 방법

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108242546B (zh) * 2016-12-23 2020-03-06 神华集团有限责任公司 一种无定型碳负极材料及其制备方法和电池
CN112083339B (zh) * 2020-09-13 2024-04-30 巨安储能武汉科技有限责任公司 一种电池荷电状态监测方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7154738B2 (en) * 2002-11-29 2006-12-26 Honda Motor Co., Ltd. Polarizing electrode for electric double layer capacitor and electric double layer capacitor therewith
JP2005332655A (ja) * 2004-05-19 2005-12-02 Hitachi Ltd エネルギー貯蔵デバイス、それを用いたモジュール、及び電気自動車
KR100709218B1 (ko) * 2005-12-30 2007-04-18 삼성에스디아이 주식회사 리튬 이차 전지
KR101155909B1 (ko) * 2010-01-07 2012-06-20 삼성에스디아이 주식회사 리튬 이차 전지용 음극 활물질, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지
KR101124893B1 (ko) * 2010-06-21 2012-03-27 지에스칼텍스 주식회사 안전성이 향상된 음극활물질 및 이를 포함하는 이차전지

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018093092A1 (ko) * 2016-11-18 2018-05-24 삼성에스디아이주식회사 음극활물질 및 이의 제조 방법
KR20180056312A (ko) * 2016-11-18 2018-05-28 삼성에스디아이 주식회사 음극활물질 및 이의 제조 방법
US11476465B2 (en) 2016-11-18 2022-10-18 Samsung Sdi Co., Ltd. Anode active material and preparation method therefor

Also Published As

Publication number Publication date
US20140178764A1 (en) 2014-06-26
CN103887503A (zh) 2014-06-25
EP2747178A1 (en) 2014-06-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10461358B2 (en) Rechargeable lithium battery
KR101711985B1 (ko) 리튬 이차 전지용 음극 활물질, 이를 포함하는 리튬 이차 전지, 그리고 이를 포함하는 리튬 이차 전지용 음극의 제조 방법
KR101683201B1 (ko) 리튬 이차 전지용 음극 활물질, 이의 제조 방법, 그리고 이를 포함하는 리튬 이차 전지
KR101201804B1 (ko) 리튬 이차 전지용 음극, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지
JP7436102B2 (ja) ホスフェート系添加剤を含むリチウム二次電池
KR101268501B1 (ko) 리튬 이차 전지용 양극 활물질, 이의 제조 방법 및 이를 이용한 리튬 이차 전지
KR101074783B1 (ko) 전극 조성물, 리튬 전지용 전극, 이의 제조방법 및 리튬 이차전지
KR102164001B1 (ko) 리튬 이차 전지
KR20130122471A (ko) 리튬 이차 전지용 음극 조성물, 이를 포함하는 리튬 이차 전지용 음극 및 상기 음극을 포함하는 리튬 이차 전지
US9166224B2 (en) Lithium titanate, negative electrode including the lithium titanate, and secondary lithium battery containing the electrode
KR20150030031A (ko) 리튬 전지용 전해질, 이를 포함하는 리튬 전지, 및 리튬 전지용 전해질의 제조방법
CN111048831B (zh) 用于二次电池的电解液以及包含电解液的锂二次电池
KR20130125236A (ko) 복합양극활물질, 이를 채용한 양극 및 리튬 전지
KR20140013885A (ko) 리튬 이온 이차 전지
KR101775544B1 (ko) 리튬 이차 전지용 양극 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지
US20180198120A1 (en) Lithium secondary battery
KR102211528B1 (ko) 리튬 이차 전지용 음극, 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지
KR20140139906A (ko) 리튬전지 전해질용 첨가제, 이를 포함하는 유기전해액 및 상기 전해액을 채용한 리튬 전지
EP2477261A2 (en) Negative active material composition, method of preparing negative electrode plate by using negative active material composition, and lithium secondary battery manufactured by using the negative active material composition
KR20140026841A (ko) 복합양극활물질, 이를 채용한 양극 및 리튬 전지
KR20140059119A (ko) 리튬 이차 전지용 음극 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지
KR20190018940A (ko) 술폰계 첨가제를 포함하는 리튬이차전지
KR20140081466A (ko) 리튬 이차 전지용 음극 활물질, 이의 제조 방법, 그리고 이를 포함하는 음극 및 리튬 이차 전지
EP3439074B1 (en) Topological quantum framework, composite anode active material, anode, lithium battery, semiconductor, and device comprising the topological quantum framework, and method of preparing the topological quantum framework
US20190341613A1 (en) Anode active material and preparation method therefor

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application