KR20140120751A - Negative electrode active material and method of manufacturing the same, and electrochemical device having the negative electrode active material - Google Patents

Negative electrode active material and method of manufacturing the same, and electrochemical device having the negative electrode active material Download PDF

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박수진
이상영
이정인
박장훈
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국립대학법인 울산과학기술대학교 산학협력단
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Abstract

The present invention relates to a negative electrode active material, a manufacturing method thereof, and an electrochemical device including the same. The negative electrode active material comprises a material capable of doping and de-doping lithium; a first coating layer formed on the surface of the material capable of doping and de-doping lithium, and including carbon materials; and a second coating layer formed on the outer periphery of the first coating layer, and including chemically crossed polymer.

Description

음극 활물질, 이의 제조 방법, 및 상기 음극 활물질을 포함하는 전기 화학 소자{NEGATIVE ELECTRODE ACTIVE MATERIAL AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME, AND ELECTROCHEMICAL DEVICE HAVING THE NEGATIVE ELECTRODE ACTIVE MATERIAL}TECHNICAL FIELD The present invention relates to a negative electrode active material, a method for producing the negative electrode active material, and an electrochemical device including the negative electrode active material. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001]

음극 활물질, 이의 제조 방법, 및 상기 음극 활물질을 포함하는 전기 화학 소자에 관한 것이다.
A negative electrode active material, a method for producing the same, and an electrochemical device including the negative electrode active material.

휴대용 전자 기기 사용의 폭발적 증가와 더불어 전기 자동차 개발에 대한 기대가 높아지면서 기존 사용하고 있는 리튬 이차 전지의 음극 활물질인 탄소를 대체하려는 연구가 이루어 지고 있다. With the explosive increase in the use of portable electronic devices and the expectation for the development of electric vehicles, the research is being conducted to replace carbon, which is an anode active material of lithium secondary batteries, which are being used.

탄소를 대체 할 수 있는 물질 중에는 같은 족 원소인 실리콘(silicon), 주석(tin) 그리고 게르마늄(germanium) 등이 있다. 그 중 실리콘의 경우 탄소보다 10배 이상의 높은 용량(4200mAh/g)을 구현하며, 탄소만큼이나 지구상에 많은 양이 존재하고 다른 대체 물질에 비해 가격적으로 경제적이어서, 실리콘에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.Substances that can replace carbon include the same family elements silicon, tin, and germanium. Among them, silicon has a capacity 10 times higher than that of carbon (4200 mAh / g), and there is a large amount on the earth as much as carbon, and it is economically more economical than other substitute materials, .

하지만 활발한 연구가 진행 중임에도 불구하고 치명적인 단점을 가지고 있어 탄소에 비해 쉽게 상용화되지 못하고 있다. 실리콘은 높은 용량을 구현하는 대신, 사이클이 진행되면서 리튬과 반응하여 기존 부피에 비해 3배 이상 팽창하여 처음 가지고 있는 형태를 잃어 버리게 되고, 이에 따라 용량이 점점 감소되어 초기 용량이 유지 되지 않는다. 또한, 충전 시 리튬과 반응하여 화합물이 형성되는데, 이 물질은 열역학적으로 불안정하여 충격을 가하거나 고온에 노출되게 되면 많은 양의 에너지가 방출되어 리튬 이차 전지가 폭발 할 수 있어 안전성에 문제를 가지고 있다.However, despite active research, it has a fatal disadvantage and is not easily commercialized compared to carbon. Instead of implementing high capacity, silicon reacts with lithium as the cycle progresses, expanding more than three times its original volume, losing its original shape, thus reducing its capacity and keeping its initial capacity. In addition, the compound reacts with lithium at the time of charging to form a compound. This material is thermodynamically unstable, and when exposed to a shock or exposure to a high temperature, a large amount of energy is released to cause explosion of the lithium secondary battery, .

따라서 많은 연구자들은 실리콘의 단점을 극복하고자 여러 가지 방면으로 연구를 진행 중이다. 실리콘을 다양한 형태를 가지도록 변형시키거나, 여러 가지 물질과 화합물을 만들고 있다. 그 중, 제일 간단한 방법은 실리콘 표면을 다른 물질로 코팅하는 것이다. 코팅 하는 물질로 가장 많이 사용되고 있는 것은 탄소로, 탄소는 실리콘의 부피팽창을 억제하며, 낮은 전기 전도성을 향상시키며 리튬 이차 전지의 성능을 개선할 수 있다. 하지만 탄소도 리튬과 반응하여 물질과 전해액 사이에 불안정한 층을 형성하는 단점을 가지고 있다.
Therefore, many researchers are working on various aspects to overcome the disadvantages of silicon. Silicon can be modified to have various forms, or to make various materials and compounds. Among them, the simplest method is to coat the silicon surface with other materials. The most commonly used materials for coating are carbon, carbon inhibits the volume expansion of silicon, improves low electrical conductivity and can improve the performance of lithium secondary batteries. However, carbon also has the disadvantage of reacting with lithium to form an unstable layer between the material and the electrolyte.

일 구현예는 부피 팽창이 효과적으로 억제되고 전기 전도도와 이온 전도도 및 계면 안정성이 우수한 음극 활물질 및 이의 제조 방법을 제공하는 것이다. One embodiment is to provide a negative active material which is effectively inhibited in volume expansion and is excellent in electric conductivity, ionic conductivity and interfacial stability, and a method for producing the same.

다른 일 구현예는 고율 특성, 수명 특성, 및 열적 안정성이 우수한 전기 화학 소자를 제공하는 것이다.
Another embodiment is to provide an electrochemical device excellent in high rate characteristics, life characteristics, and thermal stability.

본 발명의 일 구현예에서는 리튬을 도프 및 탈도프할 수 있는 물질; 상기 리튬을 도프 및 탈도프할 수 있는 물질의 표면에 형성되고 탄소재를 포함하는 제1 코팅층; 및 상기 제1 코팅층의 외곽에 형성되고 화학적 가교 고분자를 포함하는 제2 코팅층을 포함하는 음극 활물질을 제공한다.In one embodiment of the present invention, a material capable of doping and dedoping lithium; A first coating layer formed on a surface of a material capable of doping and dedoping lithium and comprising a carbonaceous material; And a second coating layer formed on the outer surface of the first coating layer and including a chemically crosslinked polymer.

상기 리튬을 도프 및 탈도프할 수 있는 물질은 탄소계 물질, 실리콘(Si), SiOx (0<x≤2), Si-Y1 합금, 실리콘-탄소 복합체, 주석(Sn)계 물질, 게르마늄(Ge)계 물질, 및 이들의 조합에서 선택되는 적어도 하나일 수 있다. 상기 Si-Y1에서, Y1은 금속, 알칼리 토금속, 13족 내지 16족 원소, 전이금속, 희토류 원소, 또는 이들의 조합이며, Y1에서 실리콘은 제외된다.The material capable of doping and dedoping lithium may be selected from the group consisting of carbon-based materials, silicon (Si), SiO x (0 <x≤2), Si-Y 1 alloy, silicon-carbon composite material, tin (Sn) (Ge) based materials, and combinations thereof. In the Si-Y 1, Y 1 is a metal, alkaline earth metal, a Group 13 to 16 element, transition metal, rare earth element, or a combination of these, silicon is removed from Y 1.

상기 리튬을 도프 및 탈도프할 수 있는 물질은 다공성일 수 있다.The material capable of doping and dedoping lithium may be porous.

상기 리튬을 도프 및 탈도프할 수 있는 물질의 표면은 비정질(amorphous), 결정질, 또는 결정질과 비정질이 혼합된 형태일 수 있다. The surface of the material capable of doping and dedoping lithium may be amorphous, crystalline, or a mixture of crystalline and amorphous.

상기 화학적 가교 고분자는 리튬 이온의 이동이 가능한 고분자일 수 있다.The chemically crosslinked polymer may be a polymer capable of moving lithium ions.

상기 화학적 가교 고분자는 이미드(imide), 아크릴레이트(acrylate), 우레탄(urethane), 우레아(urea), 에테르(ether), 에스테르(ester), 아미드(amide), 술폭사이드(sulfoxide) 및 에폭시(epoxy)로 이루어진 관능기 중 하나 이상을 포함할 수 있다. The chemically crosslinked polymer may be selected from the group consisting of imide, acrylate, urethane, urea, ether, ester, amide, sulfoxide and epoxy epoxy, and the like.

상기 화학적 가교 고분자는 예를 들어 폴리이미드, 폴리아크릴레이트, 또는 이의 조합일 수 있다. The chemically crosslinked polymer may be, for example, polyimide, polyacrylate, or a combination thereof.

상기 화학적 가교 고분자는 상기 리튬을 도프 및 탈도프할 수 있는 물질 100 중량부에 대하여 0.01 내지 5 중량부 포함될 수 있다.The chemically crosslinked polymer may be included in an amount of 0.01 to 5 parts by weight based on 100 parts by weight of the material capable of doping and dedoping the lithium.

상기 제2 코팅층의 두께는 1nm 내지 500nm일 수 있다. The thickness of the second coating layer may be 1 nm to 500 nm.

상기 음극 활물질의 표면은 비정질(amorphous), 결정질, 또는 결정질과 비정질이 혼합된 형태일 수 있다. The surface of the negative electrode active material may be amorphous, crystalline, or a mixture of crystalline and amorphous.

상기 음극 활물질의 평균 입경은 10nm 내지 100㎛일 수 있다. The average particle diameter of the negative electrode active material may be 10 nm to 100 mu m.

본 발명의 다른 일 구현예에서는 상기 음극 활물질을 포함하는 음극, 양극, 및 전해액을 포함하는 전기 화학 소자를 제공한다.In another embodiment of the present invention, there is provided an electrochemical device including a negative electrode, a positive electrode, and an electrolyte solution including the negative active material.

상기 전기 화학 소자는 리튬 이차 전지일 수 있다. The electrochemical device may be a lithium secondary battery.

본 발명의 또 다른 일 구현예에서는 리튬을 도프 및 탈도프할 수 있는 물질의 표면에 탄소재를 코팅하여 제1코팅층을 형성하는 단계; 상기 제1 코팅층의 외곽에 가교 가능한 화합물을 코팅하는 단계; 및 상기 가교 가능한 화합물을 화학적으로 가교시켜 제2 코팅층을 형성하는 단계를 포함하는 음극 활물질의 제조 방법을 제공한다. According to another embodiment of the present invention, there is provided a method of manufacturing a lithium secondary battery, comprising: forming a first coating layer by coating a carbon material on a surface of a material capable of doping and dedoping lithium; Coating a crosslinkable compound on the outer surface of the first coating layer; And chemically crosslinking the crosslinkable compound to form a second coating layer.

상기 탄소재는 상기 리튬을 도프 및 탈도프할 수 있는 물질 100 중량부에 대하여 1 내지 40 중량부 포함될 수 있다.The carbon material may be included in an amount of 1 to 40 parts by weight based on 100 parts by weight of the material capable of doping and dedoping the lithium.

상기 가교 가능한 화합물은 상기 리튬을 도프 및 탈도프할 수 있는 물질 100 중량부에 대하여 0.01 내지 10 중량부 포함될 수 있다.The crosslinkable compound may be contained in an amount of 0.01 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the material capable of doping and dedoping the lithium.

상기 가교 가능한 화합물은 폴리아믹산, 아크릴레이트 함유 모노머 또는 이들의 조합일 수 있다. The crosslinkable compound may be a polyamic acid, an acrylate containing monomer, or a combination thereof.

상기 가교 가능한 화합물을 코팅하는 단계는 상기 가교 가능한 화합물 및 용매를 혼합하여 고분자 용액을 제조하는 단계; 리튬을 도프 및 탈도프할 수 있는 물질의 표면에 제1 코팅층이 형성된 물질을 상기 고분자 용액에 투입하는 단계; 및 상기 용매를 제거하는 단계를 포함할 수 있다. The step of coating the crosslinkable compound includes mixing the crosslinkable compound and a solvent to prepare a polymer solution; Introducing into the polymer solution a substance in which a first coating layer is formed on a surface of a substance capable of doping and dedoping lithium; And removing the solvent.

상기 용매는 물, 알코올, 아세톤, 테트라하이드로퓨람, 시틀로헥산, 사염화탄소, 클로로포름, 메틸렌클로라이드, 디메틸포름아마이드, 디메틸아세트아마이드, 디메틸술폭사이드, N-메틸피롤리돈, 또는 이들의 조합일 수 있다. The solvent may be water, alcohol, acetone, tetrahydrofuran, situhexane, carbon tetrachloride, chloroform, methylene chloride, dimethylformamide, dimethylacetamide, dimethylsulfoxide, N- methylpyrrolidone, .

상기 가교 가능한 화합물을 화학적으로 가교시켜 제2 코팅층을 형성하는 단계는 상기 가교 가능한 화합물의 열 가교, 또는 자외선 가교를 통해 수행되는 것일 수 있다.The step of chemically crosslinking the crosslinkable compound to form the second coating layer may be performed by thermal crosslinking or ultraviolet crosslinking of the crosslinkable compound.

상기 제2 코팅층은 이미드(imide), 아크릴레이트(acrylate), 우레탄(urethane), 우레아(urea), 에테르(ether), 에스테르(ester), 아미드(amide), 술폭사이드(sulfoxide) 및 에폭시(epoxy)로 이루어진 관능기 중 하나 이상을 함유하는 화학적 가교 고분자를 포함할 수 있다.The second coating layer may include at least one selected from the group consisting of imide, acrylate, urethane, urea, ether, ester, amide, sulfoxide, and epoxy epoxy-functional cross-linking polymer.

제2 코팅층의 두께는 1nm 내지 500nm일 수 있다. The thickness of the second coating layer may be 1 nm to 500 nm.

상기 음극 활물질의 평균 입경은 10nm 내지 100㎛일 수 있다. The average particle diameter of the negative electrode active material may be 10 nm to 100 mu m.

본 발명의 또 다른 일 구현예에서는 상기의 제조 방법에 따라 제조된 음극 활물질을 포함하는 음극, 양극, 및 전해액을 포함하는 전기 화학 소자를 제공한다. According to another embodiment of the present invention, there is provided an electrochemical device including a negative electrode, a positive electrode, and an electrolyte solution including a negative electrode active material prepared according to the above manufacturing method.

상기 전기 화학 소자는 리튬 이차 전지일 수 있다. The electrochemical device may be a lithium secondary battery.

기타 본 발명의 구현예들의 구체적인 사항은 이하의 상세한 설명에 포함되어 있다.
Other details of the embodiments of the present invention are included in the following detailed description.

일 구현예에 따른 음극 활물질은 전기 전도도와 이온 전도도가 높으면서 부피 팽창 및 전해액과의 부반응이 효과적으로 억제된다. The negative electrode active material according to an embodiment has high electrical conductivity and ionic conductivity, and effectively suppresses volume expansion and side reaction with the electrolyte.

다른 일 구현예에 따른 전기 화학 소자는 고율 특성, 수명 특성, 및 열적 안정성이 우수하다.
The electrochemical device according to another embodiment is excellent in high rate characteristics, life characteristics, and thermal stability.

도 1은 일 구현예에 따른 리튬 이차 전지를 보여주는 개략도이다.
도 2는 일 구현예에 따른 음극 활물질의 개략도이다.
도 3은 다른 일 구현예에 따른 음극 활물질의 개략도이다.
도 4는 비교예 2의 음극 활물질 표면 형상을 촬영한 표면주사현미경(SEM) 사진이다.
도 5는 실시예 1의 음극 활물질 표면 형상을 촬영한 표면주사현미경(SEM) 사진이다.
도 6은 실시예 1, 비교예 1 및 비교예 2 에서 제조한 코인 전지의 첫 번째 용량에 따른 전압 변화 곡선이다.
도 7은 실시예 1, 비교예 1 및 비교예 2 에서 제조한 코인 전지의 충방전 수명 특성을 나타낸 그래프이다.
도 8은 실시예 1, 비교예 1 및 비교예 2에서 제조한 코인 전지의 C-rate에 따른 충방전 수명 특성을 나타낸 그래프이다.
도 9는 실시예 1 및 비교예 2의 코인 전지 전극의 시차 주사 열량 측정 결과이다.
1 is a schematic view showing a lithium secondary battery according to one embodiment.
2 is a schematic view of an anode active material according to one embodiment.
3 is a schematic view of a negative electrode active material according to another embodiment.
4 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of the surface shape of the negative electrode active material of Comparative Example 2. Fig.
5 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of the surface shape of the negative electrode active material of Example 1. Fig.
6 is a voltage change curve according to the first capacity of the coin battery manufactured in Example 1, Comparative Example 1 and Comparative Example 2. FIG.
7 is a graph showing the charging / discharging lifetime characteristics of the coin cell manufactured in Example 1, Comparative Example 1, and Comparative Example 2. Fig.
8 is a graph showing charge-discharge lifetime characteristics according to the C-rate of the coin battery manufactured in Example 1, Comparative Example 1 and Comparative Example 2. FIG.
FIG. 9 shows the results of measurement of the differential scanning calorie of the coin cell electrodes of Example 1 and Comparative Example 2. FIG.

이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. However, the present invention is not limited thereto, and the present invention is only defined by the scope of the following claims.

본 발명의 일 구현예에서는 리튬을 도프 및 탈도프할 수 있는 물질; 상기 리튬을 도프 및 탈도프할 수 있는 물질의 표면에 형성되고 탄소재를 포함하는 제1 코팅층; 및 상기 제1 코팅층의 외곽에 형성되고 화학적 가교 고분자를 포함하는 제2 코팅층을 포함하는 음극 활물질을 제공한다.In one embodiment of the present invention, a material capable of doping and dedoping lithium; A first coating layer formed on a surface of a material capable of doping and dedoping lithium and comprising a carbonaceous material; And a second coating layer formed on the outer surface of the first coating layer and including a chemically crosslinked polymer.

상기 음극 활물질은 상기 리튬을 도프 및 탈도프할 수 있는 물질의 팽창을 효과적으로 억제할 수 있고 충방전시 발생되는 음극 활물질과 전해액과의 계면 발명량을 감소시켜 전지의 열적 안정성이 개선될 수 있다. The negative electrode active material can effectively suppress the expansion of a substance capable of doping and dodoping lithium, and the interfacial amount of the negative electrode active material and the electrolyte generated during charging and discharging can be reduced to improve the thermal stability of the battery.

상기 음극 활물질은 탄소재를 함유하는 제1 코팅층을 포함하고 있어 전자 전도성이 우수하고, 화학적 가교 고분자를 함유하는 제2 코팅층을 포함하고 있어 리튬 이온의 전달이 원활하고 접착력, 내용매성, 전기화학적 안정성 등이 도모된다.The negative electrode active material includes a first coating layer containing a carbonaceous material, and is excellent in electronic conductivity and includes a second coating layer containing a chemically crosslinked polymer. Thus, the lithium ion is smoothly transferred, and adhesion, solvent resistance, electrochemical stability And so on.

상기 음극 활물질을 포함하는 전기 화학 소자는 고율 특성, 수명 특성, 및 열적 안정성이 우수하다.The electrochemical device including the negative electrode active material is excellent in high rate characteristics, life characteristics, and thermal stability.

상기 리튬을 도프 및 탈도프할 수 있는 물질은 탄소계 물질, 실리콘(Si)계 물질, 주석(Sn)계 물질, 게르마늄(Ge)계 물질, 산화 금속계 물질, 및 이들의 조합에서 선택되는 적어도 하나일 수 있다.The material capable of doping and dedoping lithium may be at least one selected from the group consisting of a carbon-based material, a silicon-based material, a tin-based material, a germanium-based material, Lt; / RTI &gt;

상기 실리콘계 물질은 실리콘(Si), SiOx (0<x≤2), Si-Y1 합금, 실리콘-탄소 복합체일 수 있다. 상기 Si-Y1에서, Y1은 금속, 알칼리 토금속, 13족 내지 16족 원소, 전이금속, 희토류 원소, 또는 이들의 조합이며, Y1에서 실리콘은 제외된다.The silicon-based material may be silicon (Si), SiO x (0 <x? 2), Si-Y 1 alloy, or silicon-carbon composite. In the Si-Y 1, Y 1 is a metal, alkaline earth metal, a Group 13 to 16 element, transition metal, rare earth element, or a combination of these, silicon is removed from Y 1.

상기 Y1은 예를 들어, 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 바륨(Ba), 라듐(Ra), 스칸듐(Sc), 이트륨(Y), 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 러더포늄(Rf), 바나듐(V), 니오븀(Nb), 탄탈륨(Ta), 더브늄(Db), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 시보기움(Sg), 테크네튬(Tc), 레늄(Re), 보륨(Bh), 철(Fe), 납(Pb), 루테늄(Ru), 오스뮴(Os), 하슘(Hs), 로듐(Rh), 이리듐(Ir), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au), 아연(Zn), 카드뮴(Cd), 붕소(B), 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 실리콘(Si), 주석(Sn), 인듐(In), 게르마늄(Ge), 인(P), 비소(As), 안티모니(Sb), 비스무트(Bi), 황(S), 셀레늄(Se), 텔루륨(Te), 폴로늄(Po) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.The Y 1 may be at least one selected from the group consisting of Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Sc, Y, Ti, Zr), hafnium (Hf), ruthenium (Rf), vanadium (V), niobium (Nb), tantalum (Ta), dibonium (Db), chromium (Cr), molybdenum (Mo), tungsten Rhodium (Rh), rhodium (Rh), ruthenium (Ru), osmium (Os), hydrosium (Hs), rhodium (Rh) (Ir), Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Cd, B, Al, , Gallium (Ga), silicon (Si), tin (Sn), indium (In), germanium (Ge), phosphorus (P), arsenic (As), antimony (Sb), bismuth ), Selenium (Se), tellurium (Te), polonium (Po), and combinations thereof.

상기 실리콘계 물질은 실리콘 웨이퍼, 실리콘 분말, 다공성 실리콘, 다공성 실리콘산화물 등 다양한 형태일 수 있다.The silicon-based material may be in various forms such as silicon wafer, silicon powder, porous silicon, porous silicon oxide, and the like.

특히 상기 리튬을 도프 및 탈도프할 수 있는 물질이 실리콘일 경우 사이클이 진행되면서 리튬과 반응하여 기존 부피에 비해 3배 이상 팽창하여 기존의 형태를 잃어버리게 되는데, 일 구현예에 따른 음극 활물질는 실리콘을 사용하더라도 사이클 진행에 따른 부피 팽창을 효과적으로 억제할 수 있다. Particularly, in the case where the material capable of doping and dedoping lithium is silicon, the lithium ion is reacted with lithium as the cycle progresses, thereby expanding three times or more than the existing volume, thereby losing the existing shape. The volume expansion due to the progress of the cycle can be effectively suppressed.

상기 주석계 물질은 주석, 주석산화물, 주석합금, 주석-탄소 복합체 등일 수 있다. 상기 게르마늄계 물질은 게르마늄, 게르마늄산화물, 게르마늄합금, 게르마튬-탄소 복합체 등일 수 있다. 상기 주석계 물질 및 게르마튬계 물질 역시 다공성인 것이 사용될 수 있다.The tin-based material may be tin, tin oxide, tin alloy, tin-carbon composite, or the like. The germanium-based material may be germanium, germanium oxide, germanium alloy, germanium-carbon composite, or the like. The tin-based material and germanium-based material may also be porous.

상기 리튬을 도프 및 탈도프할 수 있는 물질로 다공성 물질을 사용할 수 있는데, 이 경우 음극 활물질과 전해액과의 계면 안정성이 도모되고 부피 팽창이 효과적으로 억제될 수 있다.The porous material can be used as a material capable of doping and dedoping lithium. In this case, interfacial stability between the negative electrode active material and the electrolyte can be improved and the volume expansion can be effectively suppressed.

상기 리튬을 도프 및 탈도프할 수 있는 물질의 표면은 비정질(amorphous), 결정질, 또는 결정질과 비정질이 혼합된 형태일 수 있다.The surface of the material capable of doping and dedoping lithium may be amorphous, crystalline, or a mixture of crystalline and amorphous.

상기 탄소재는 구체적으로 천연 흑연, 인조 흑연, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸블랙, 탄소섬유 등일 수 있다. 상기 탄소재는 예를 들어 아세틸렌의 열분해에 의해 형성된 것일 수 있다.The carbon material may specifically be natural graphite, artificial graphite, carbon black, acetylene black, Ketjen black, carbon fiber, or the like. The carbon material may be formed by, for example, pyrolysis of acetylene.

상기 음극 활물질은 상기 탄소재를 함유하는 제1 코팅층을 포함함으로써 우수한 전기 전도도를 구현할 수 있다. The negative electrode active material includes a first coating layer containing the carbonaceous material, so that excellent electrical conductivity can be realized.

상기 화학적 가교 고분자는 리튬 이온의 이동이 가능한 고분자라면 어느 것이든 사용 가능하다. 상기 화학적 가교 고분자는 열 가고 또는 자외선(UV) 가교 반응에 의해 형성되는 것일 수 있다. The chemically crosslinked polymer may be any polymer capable of moving lithium ions. The chemically crosslinked polymer may be one formed by thermal crosslinking or ultraviolet (UV) crosslinking.

구체적으로 상기 화학적 가교 고분자는 이미드(imide), 아크릴레이트(acrylate), 우레탄(urethane), 우레아(urea), 에테르(ether), 에스테르(ester), 아미드(amide), 술폭사이드(sulfoxide) 및 에폭시(epoxy)로 이루어진 관능기 중 하나 이상을 포함할 수 있다.   Specifically, the chemically crosslinked polymer may be an imide, an acrylate, a urethane, a urea, an ether, an ester, an amide, a sulfoxide, An epoxy, and the like.

예를 들어 상기 화학적 가교 고분자는 폴리이미드, 폴리아크릴레이트, 또는 이의 조합일 수 있다.For example, the chemically crosslinked polymer may be polyimide, polyacrylate, or a combination thereof.

일 예로 상기 화학적 가교 고분자는 폴리아믹산의 열적 가교를 통하여 형성된 폴리이미드일 수 있다.For example, the chemically crosslinked polymer may be a polyimide formed through thermal crosslinking of a polyamic acid.

다른 일 예로 상기 화학적 가교 고분자는 아크릴레이트를 포함한 모노머로부터 가교된 폴리아크릴레이트일 수 있다. 구체적으로 폴리(트리아크릴레이트)(poly(tri-acrylate)) 또는 폴리(트리메틸로프로판 에톡실레이트 트리아크릴레이트)(poly(trimethylopropane ethoxilate triacrylate))일 수 있다.As another example, the chemically crosslinked polymer may be a polyacrylate crosslinked from a monomer containing an acrylate. Specifically, it may be poly (tri-acrylate) or poly (trimethylopropane ethoxylate triacrylate) (poly (trimethylpropane ethoxylate triacrylate)).

상기 화학적 가교 고분자는 상기 리튬을 도프 및 탈도프할 수 있는 물질 100 중량부에 대하여 0.01 내지 5 중량부 포함될 수 있다. 구체적으로 0.01 내지 3 중량부, 0.01 내지 1 중량부, 0.1 내지 5 중량부, 0.1 내지 1 중량부, 0.3 내지 5 중량부, 0.4 내지 5 중량부 포함될 수 있다. 상기 화학적 가교 고분자가 상기 범위로 포함될 경우 상기 음극 활물질은 우수한 전기 화학적 특성을 유지하면서 부피 팽창을 효과적으로 억제할 수 있고, 리튬 이온의 전도도를 향상시킬 수 있다. The chemically crosslinked polymer may be included in an amount of 0.01 to 5 parts by weight based on 100 parts by weight of the material capable of doping and dedoping the lithium. Specifically, it may be 0.01 to 3 parts by weight, 0.01 to 1 part by weight, 0.1 to 5 parts by weight, 0.1 to 1 part by weight, 0.3 to 5 parts by weight, and 0.4 to 5 parts by weight. When the above-mentioned chemically crosslinked polymer is included in the above range, the negative electrode active material can effectively suppress the volume expansion while maintaining excellent electrochemical characteristics, and improve the conductivity of lithium ion.

상기 제2 코팅층의 두께는 1nm 내지 500nm일 수 있다. 구체적으로 1nm 내지 400nm, 1nm 내지 300nm일 수 있다. 상기 제2 코팅층의 두께가 상기 범위를 만족할 경우 상기 음극 활물질은 우수한 전기 화학적 특성을 유지하면서 부피 팽창을 효과적으로 억제할 수 있고, 리튬 이온의 전도도를 향상시킬 수 있다. The thickness of the second coating layer may be 1 nm to 500 nm. Specifically, 1 nm to 400 nm, and 1 nm to 300 nm. When the thickness of the second coating layer satisfies the above range, the negative electrode active material can effectively suppress the volume expansion while maintaining excellent electrochemical characteristics and improve the conductivity of lithium ions.

상기 음극 활물질의 평균 입경은 10nm 내지 100㎛일 수 있다. 구체적으로 50nm 내지 100㎛, 100nm 내지 100㎛, 500nm 내지 100㎛, 1000nm 내지 100㎛일 수 있다. 상기 음극 활물질의 평균 입경이 상기 범위를 만족할 경우, 이를 포함하는 전지는 우수한 고율 특성, 수명 특성, 열적 안정성을 구현할 수 있다.
The average particle diameter of the negative electrode active material may be 10 nm to 100 mu m. Specifically, it may be 50 nm to 100 탆, 100 nm to 100 탆, 500 nm to 100 탆, and 1000 nm to 100 탆. When the average particle diameter of the negative electrode active material satisfies the above range, the battery including the negative electrode active material can exhibit excellent high rate characteristics, life characteristics, and thermal stability.

본 발명의 또 다른 일 구현예에서는 리튬을 도프 및 탈도프할 수 있는 물질의 표면에 탄소재를 코팅하여 제1코팅층을 형성하는 단계; 상기 제1 코팅층의 외곽에 가교 가능한 화합물을 코팅하는 단계; 및 상기 가교 가능한 화합물을 화학적으로 가교시켜 제2 코팅층을 형성하는 단계를 포함하는 음극 활물질의 제조 방법을 제공한다.According to another embodiment of the present invention, there is provided a method of manufacturing a lithium secondary battery, comprising: forming a first coating layer by coating a carbon material on a surface of a material capable of doping and dedoping lithium; Coating a crosslinkable compound on the outer surface of the first coating layer; And chemically crosslinking the crosslinkable compound to form a second coating layer.

도2는 상기 방법에 의해 제조된 음극 활물질의 개략도이다. 도 2를 참고하면, 리튬을 도프 및 탈도프할 수 있는 물질의 표면에 탄소재를 포함하는 제1코팅층과 화학적 가교 고분자를 포함하는 제2코팅층이 순차적으로 도입된 음극 활물질의 형상을 확인할 수 있다.2 is a schematic view of a negative electrode active material prepared by the above method. 2, the shape of a negative electrode active material into which a first coating layer containing a carbon material and a second coating layer including a chemically crosslinked polymer are sequentially introduced on the surface of a material capable of doping and dedoping lithium can be confirmed .

도 3은 다른 구현예에 따라 제조된 음극 활물질의 개략도로, 다공성 형태의 물질 표면에 제1 코팅층 및 제2 코팅층이 순차적으로 도입된 형상이다.FIG. 3 is a schematic view of a negative electrode active material prepared according to another embodiment, in which a first coating layer and a second coating layer are sequentially introduced onto the surface of a porous material.

상기 리튬을 도프 및 탈도프할 수 있는 물질에 대한 설명은 전술한 바와 같다.A description of the material capable of doping and dedoping lithium is as described above.

상기 탄소재는 구체적으로 천연 흑연, 인조 흑연, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸블랙, 탄소섬유 등일 수 있다. 상기 제1 코팅층을 형성하는 단계는 예를 들어 아세틸렌 등의 열분해에 의해 수행될 수 있다.The carbon material may specifically be natural graphite, artificial graphite, carbon black, acetylene black, Ketjen black, carbon fiber, or the like. The step of forming the first coating layer may be performed, for example, by thermal decomposition of acetylene or the like.

상기 탄소재는 상기 리튬을 도프 및 탈도프할 수 있는 물질 100 중량부에 대하여 1 내지 40 중량부 포함될 수 있다. 구체적으로 1 내지 30 중량부, 1 내지 20 중량부, 10 내지 40 중량부, 10 내지 30 중량부 포함될 수 있다. 상기 탄소재가 상기 범위로 포함될 경우, 상기 음극 활물질을 우수한 전기 전도도를 구현할 수 있다.The carbon material may be included in an amount of 1 to 40 parts by weight based on 100 parts by weight of the material capable of doping and dedoping the lithium. Specifically 1 to 30 parts by weight, 1 to 20 parts by weight, 10 to 40 parts by weight, and 10 to 30 parts by weight. When the carbon material is included in the above range, excellent electrical conductivity of the negative electrode active material can be realized.

상기 가교 가능한 화합물은 특별히 제한은 없으나 폴리아믹산, 아크릴레이트 함유 모노머, 우레탄(urethane) 함유 모노머, 우레아(urea) 함유 모노머, 에테르(ether) 함유 모노머, 에스테르(ester) 함유 모노머, 아미드(amide) 함유 모노머, 술폭사이드(sulfoxide) 함유 모노머 및 에폭시(epoxy) 함유 모노머, 또는 이들의 조합일 수 있다. 일 예로 폴리아믹산, 아크릴레이트 함유 모노머일 수 있다. The crosslinkable compound is not particularly limited, but is preferably a polyamide acid, an acrylate-containing monomer, a urethane-containing monomer, a urea-containing monomer, an ether-containing monomer, an ester- Monomers, sulfoxide-containing monomers and epoxy-containing monomers, or combinations thereof. As an example, it may be a polyamic acid, an acrylate-containing monomer.

상기 가교 가능한 화합물는는 상기 리튬을 도프 및 탈도프할 수 있는 물질 100 중량부에 대하여 0.01 내지 5 중량부 포함될 수 있다. 구체적으로 0.01 내지 1 중량부, 0.1 내지 5 중량부, 0.1 내지 1 중량부 포함될 수 있다. 상기 가교 가능한 화합물이 상기 범위로 포함될 경우 상기 음극 활물질은 우수한 전기 화학적 특성을 유지하면서 부피 팽창을 효과적으로 억제할 수 있고, 리튬 이온의 전도도를 향상시킬 수 있다. The crosslinkable compound may be included in an amount of 0.01 to 5 parts by weight based on 100 parts by weight of the material capable of doping and dedoping the lithium. Specifically 0.01 to 1 part by weight, 0.1 to 5 parts by weight, and 0.1 to 1 part by weight. When the cross-linkable compound is included in the above range, the negative electrode active material can effectively suppress the volume expansion while maintaining excellent electrochemical characteristics, and improve the conductivity of lithium ion.

상기 가교 가능한 화합물을 코팅하는 단계는 구체적으로, 상기 가교 가능한 화합물 및 용매를 혼합하여 고분자 용액을 제조하는 단계; 리튬을 도프 및 탈도프할 수 있는 물질의 표면에 제1 코팅층이 형성된 물질을 상기 고분자 용액에 투입하는 단계; 및 상기 용매를 제거하는 단계를 포함할 수 있다.Specifically, the step of coating the crosslinkable compound includes: preparing a polymer solution by mixing the crosslinkable compound and a solvent; Introducing into the polymer solution a substance in which a first coating layer is formed on a surface of a substance capable of doping and dedoping lithium; And removing the solvent.

상기 용매는 예를 들어 물, 알코올, 아세톤, 테트라하이드로퓨람, 시틀로헥산, 사염화탄소, 클로로포름, 메틸렌클로라이드, 디메틸포름아마이드, 디메틸아세트아마이드, 디메틸술폭사이드, N-메틸피롤리돈, 또는 이들의 조합일 수 있다. The solvent may be, for example, water, an alcohol, acetone, tetrahydrofuran, situhexane, carbon tetrachloride, chloroform, methylene chloride, dimethylformamide, dimethylacetamide, dimethylsulfoxide, N-methylpyrrolidone, Lt; / RTI &gt;

상기 가교 가능한 화합물을 화학적으로 가교시켜 제2 코팅층을 형성하는 단계는 상기 가교 가능한 화합물의 열 가교, 또는 자외선 가교를 통해 수행될 수 있다.The step of chemically crosslinking the crosslinkable compound to form the second coating layer may be performed by thermal crosslinking or ultraviolet crosslinking of the crosslinkable compound.

상기 방법으로 형성된 제2 코팅층은 화학적 가교 고분자를 포함한다. 상기 화학적 가교 고분자는 리튬 이온의 이동이 가능한 고분자이다.The second coating layer formed by the above method comprises a chemically crosslinked polymer. The chemically crosslinked polymer is a polymer capable of transferring lithium ions.

상기 방법에 따라 제조된 제2 코팅층을 포함하는 음극 활물질은 리튬 이온의 전달이 원활하고 접착력, 내용매성, 전기화학적 안정성 등이 우수하다.The negative electrode active material comprising the second coating layer prepared according to the above method is excellent in adhesion, solvent resistance, electrochemical stability, and the like.

상기 제2 코팅층은 예를 들어, 이미드(imide), 아크릴레이트(acrylate), 우레탄(urethane), 우레아(urea), 에테르(ether), 에스테르(ester), 아미드(amide), 술폭사이드(sulfoxide) 및 에폭시(epoxy)로 이루어진 관능기 중 하나 이상을 함유하는 화학적 가교 고분자를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 화학적 가교 고분자는 폴리이미드, 폴리아크릴레이트, 또는 이의 조합일 수 있다.The second coating layer may be formed of, for example, an imide, an acrylate, a urethane, a urea, an ether, an ester, an amide, a sulfoxide And a functional group formed of an epoxy. The term &quot; functional group &quot; Specifically, the chemically crosslinked polymer may be a polyimide, a polyacrylate, or a combination thereof.

상기 화학적 가교 고분자는 일 예로 폴리아믹산의 열적 가교를 통하여 형성된 폴리이미드일 수 있다.The chemically crosslinked polymer may be, for example, polyimide formed through thermal crosslinking of polyamic acid.

다른 일 예로 상기 화학적 가교 고분자는 폴리(트리아크릴레이트)(poly(tri-acrylate))일 수 있고, 구체적으로 폴리(트리메틸로프로판 에톡실레이트 트리아크릴레이트)(poly(trimethylopropane ethoxilate triacrylate))일 수 있다.As another example, the chemically crosslinked polymer may be poly (tri-acrylate), and specifically may be poly (trimethylopropane ethoxylate triacrylate) (poly (trimethylpropane ethoxylate triacrylate) have.

상기 제2 코팅층의 두께는 1nm 내지 500nm일 수 있다. 구체적으로 1nm 내지 400nm, 1nm 내지 300nm일 수 있다. 상기 제2 코팅층의 두께가 상기 범위를 만족할 경우 상기 음극 활물질은 우수한 전기 화학적 특성을 유지하면서 부피 팽창을 효과적으로 억제할 수 있고, 리튬 이온의 전도도를 향상시킬 수 있다. The thickness of the second coating layer may be 1 nm to 500 nm. Specifically, 1 nm to 400 nm, and 1 nm to 300 nm. When the thickness of the second coating layer satisfies the above range, the negative electrode active material can effectively suppress the volume expansion while maintaining excellent electrochemical characteristics and improve the conductivity of lithium ions.

한편, 상기 음극 활물질의 표면은 비정질(amorphous), 결정질, 또는 결정질과 비정질이 혼합된 형태일 수 있다.The surface of the negative electrode active material may be amorphous, crystalline, or a mixture of crystalline and amorphous.

상기 음극 활물질의 평균 입경은 10nm 내지 100㎛일 수 있다. 구체적으로 50nm 내지 100㎛, 100nm 내지 100㎛, 500nm 내지 100㎛, 1000nm 내지 100㎛일 수 있다. 상기 음극 활물질의 평균 입경이 상기 범위를 만족할 경우, 이를 포함하는 전지는 우수한 고율 특성, 수명 특성, 열적 안정성을 구현할 수 있다.
The average particle diameter of the negative electrode active material may be 10 nm to 100 mu m. Specifically, it may be 50 nm to 100 탆, 100 nm to 100 탆, 500 nm to 100 탆, and 1000 nm to 100 탆. When the average particle diameter of the negative electrode active material satisfies the above range, the battery including the negative electrode active material can exhibit excellent high rate characteristics, life characteristics, and thermal stability.

본 발명의 또 다른 일 구현예에서는 상기의 음극 활물질을 포함하는 음극, 양극, 및 전해액을 포함하는 전기 화학 소자를 제공한다.According to another embodiment of the present invention, there is provided an electrochemical device including a negative electrode, a positive electrode, and an electrolyte including the negative active material.

상기 전기 화학 소자는 전지, 커패시터 등일 수 있으며, 구체적으로 리튬 이차 전지일 수 있다. The electrochemical device may be a battery, a capacitor, or the like, and may be specifically a lithium secondary battery.

일 구현예에 따른 리튬 이차 전지에 대하여 도 1을 참고하여 설명한다. 도 1은 일 구현예에 따른 리튬 이차 전지를 보여주는 개략도이다. 도 1을 참고하면, 일 구현예에 따른 리튬 이차 전지(100)는 양극(114), 양극(114)과 대향하는 음극(112), 양극(114)과 음극(112) 사이에 배치되어 있는 세퍼레이터(113), 그리고 양극(114), 음극(112) 및 세퍼레이터(113)를 함침하는 전해액(도시하지 않음)을 포함하는 전극 조립체와, 상기 전극 조립체를 담고 있는 전지 용기(120) 및 상기 전지 용기(120)를 밀봉하는 밀봉 부재(140)를 포함한다.A lithium secondary battery according to one embodiment will be described with reference to FIG. 1 is a schematic view showing a lithium secondary battery according to one embodiment. 1, a lithium secondary battery 100 according to an embodiment includes a cathode 114, a cathode 112 opposed to the anode 114, a separator 112 disposed between the anode 114 and the cathode 112, An electrode assembly including an electrode assembly 113 and an electrolyte solution (not shown) for impregnating the anode 114, the cathode 112 and the separator 113; and a battery container 120 containing the electrode assembly, And a sealing member 140 sealing the sealing member 120.

상기 음극(112)은 집전체 및 상기 집전체 위에 형성된 음극 활물질층을 포함하며, 상기 음극 활물질층은 음극 활물질을 포함한다.The negative electrode 112 includes a current collector and a negative electrode active material layer formed on the current collector, and the negative electrode active material layer includes a negative electrode active material.

상기 음극 활물질은 전술한 바와 같다.The negative electrode active material is as described above.

상기 음극 활물질 층은 선택적으로 바인더 및/또는 도전재를 더 포함할 수 있다.The negative electrode active material layer may further include a binder and / or a conductive material.

상기 바인더는 음극 활물질 입자들을 서로 잘 부착시키고, 또한 음극 활물질을 전류 집전체에 잘 부착시키는 역할을 하며, 그 대표적인 예로 폴리비닐알콜, 카르복시메틸셀룰로즈, 히드록시프로필셀룰로즈, 폴리비닐클로라이드, 카르복실화된 폴리비닐클로라이드, 폴리비닐플루오라이드, 에틸렌 옥사이드를 포함하는 폴리머, 폴리비닐피롤리돈, 폴리우레탄, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 스티렌-부타디엔 러버, 아크릴레이티드 스티렌-부타디엔 러버, 에폭시 수지, 나일론 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The binder serves to adhere the anode active material particles to each other and to adhere the anode active material to the current collector. Typical examples thereof include polyvinyl alcohol, carboxymethyl cellulose, hydroxypropyl cellulose, polyvinyl chloride, Such as polyvinyl chloride, polyvinyl fluoride, polymers comprising ethylene oxide, polyvinyl pyrrolidone, polyurethane, polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, polyethylene, polypropylene, styrene-butadiene rubber, Styrene-butadiene rubber, epoxy resin, nylon, and the like may be used, but the present invention is not limited thereto.

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, 케첸블랙, 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.The conductive material is used for imparting conductivity to the electrode. Any material can be used as long as it does not cause any chemical change in the battery. Examples of the conductive material include natural graphite, artificial graphite, carbon black, acetylene black, , Carbon-based materials such as carbon fibers; Metal powders such as copper, nickel, aluminum, and silver, or metal-based materials such as metal fibers; Conductive polymers such as polyphenylene derivatives; Or a mixture thereof may be used.

상기 집전체로는 구리 박, 니켈 박, 스테인레스강 박, 티타늄 박, 니켈 발포체(foam), 구리 발포체, 전도성 금속이 코팅된 폴리머 기재, 또는 이들의 조합을 사용할 수 있다.The current collector may be a copper foil, a nickel foil, a stainless steel foil, a titanium foil, a nickel foil, a copper foil, a polymer substrate coated with a conductive metal, or a combination thereof.

상기 양극(114)는 전류 집전체 및 이 전류 집전체에 형성되는 양극 활물질 층을 포함하고, 상기 양극 활물질층은 양극 활물질을 포함한다.The positive electrode 114 includes a current collector and a positive electrode active material layer formed on the current collector, and the positive electrode active material layer includes a positive electrode active material.

상기 양극 활물질로는 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 - bRbD2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8 및 0 ≤ b ≤ 0.5이다); LiaE1 - bRbO2 - cDc(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 및 0 ≤ c ≤ 0.05이다); LiE2 - bRbO4 - cDc(상기 식에서, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05이다); LiaNi1 -b-cCobRcDα(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05 및 0 < α ≤ 2이다); LiaNi1 -b- cCobRcO2 Zα(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05 및 0 < α < 2이다); LiaNi1 -b- cCobRcO2 Z2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05 및 0 < α < 2이다); LiaNi1 -b- cMnbRcDα(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05 및 0 < α ≤ 2이다); LiaNi1 -b- cMnbRcO2 Zα(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05 및 0 < α < 2이다); LiaNi1 -b- cMnbRcO2 Z2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05 및 0 < α < 2이다); LiaNibEcGdO2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.9, 0 ≤ c ≤ 0.5 및 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 및 0.001 ≤ e ≤ 0.1이다.); LiaNiGbO2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8 및 0.001 ≤ b ≤ 0.1이다.); LiaCoGbO2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8 및 0.001 ≤ b ≤ 0.1이다.); LiaMnGbO2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8 및 0.001 ≤ b ≤ 0.1이다.); LiaMn2GbO4(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8 및 0.001 ≤ b ≤ 0.1이다.); QO2; QS2; LiQS2; V2O5; LiV2O5; LiTO2; LiNiVO4; Li(3-f)J2(PO4)3(0 ≤ f ≤ 2); Li(3-f)Fe2(PO4)3(0 ≤ f ≤ 2); 및 LiFePO4.As the cathode active material, a compound capable of reversibly intercalating and deintercalating lithium (a lithiated intercalation compound) can be used. Concretely, it is possible to use at least one of complex oxides of cobalt, manganese, nickel or a combination of metals and lithium, and specific examples thereof include compounds represented by any one of the following formulas. Li a A 1 - b R b D 2 wherein, in the formula, 0.90? A? 1.8 and 0? B? 0.5; Li a E 1 - b R b O 2 - c D c , wherein 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, and 0 ≤ c ≤ 0.05; LiE 2 - b R b O 4 - c D c where 0? B? 0.5, 0? C? 0.05; Li a Ni 1 -bc Co b R c D ? Wherein, in the formula, 0.90? A? 1.8, 0? B? 0.5, 0? C? 0.05 and 0 <? Li a Ni 1 - b - c Co b R c O 2 - ? Z ? Wherein 0.90? A? 1.8, 0? B? 0.5, 0? C? 0.05 and 0 <? Li a Ni 1 -b- c Co b R c O 2 - ? Z 2 wherein 0.90? A? 1.8, 0? B? 0.5, 0? C? 0.05, and 0 <? Li a Ni 1 -b- c Mn b R c D ? Wherein, in the formula, 0.90? A? 1.8, 0? B? 0.5, 0? C? 0.05, and 0 <? Li a Ni 1 -b- c Mn b R c O 2 - ? Z ? Where the 0.90? A? 1.8, 0? B? 0.5, 0? C? 0.05 and 0 <? Li a Ni 1 -b- c Mn b R c O 2 - ? Z 2 wherein 0.90? A? 1.8, 0? B? 0.5, 0? C? 0.05 and 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 (in the above formula, 0.90? A? 1.8 and 0.001? B? 0.1); Li a MnG b O 2 wherein, in the above formula, 0.90? A? 1.8 and 0.001? B? 0.1; Li a Mn 2 G b O 4 (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 ; LiTO 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); And LiFePO 4.

상기 화학식에 있어서, A는 Ni, Co, Mn 또는 이들의 조합이고; R은 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; Z는 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; T는 Cr, V, Fe, Sc, Y 또는 이들의 조합이고; J는 V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu 또는 이들의 조합이다.In the above formula, A is Ni, Co, Mn or a combination thereof; R is Al, Ni, Co, Mn, Cr, Fe, Mg, Sr, V, a rare earth element or a combination thereof; D is O, F, S, P or a combination thereof; E is Co, Mn or a combination thereof; Z is F, S, P or a combination thereof; G is Al, Cr, Mn, Fe, Mg, La, Ce, Sr, V or a combination thereof; Q is Ti, Mo, Mn or a combination thereof; T is Cr, V, Fe, Sc, Y or a combination thereof; J is V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu or a combination thereof.

물론 이 화합물 표면에 코팅층을 갖는 것도 사용할 수 있고, 또는 상기 화합물과 코팅층을 갖는 화합물을 혼합하여 사용할 수도 있다. 상기 코팅층은 코팅 원소 화합물로서, 코팅 원소의 옥사이드, 하이드록사이드, 코팅 원소의 옥시하이드록사이드, 코팅 원소의 옥시카보네이트 또는 코팅 원소의 하이드록시카보네이트를 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.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, as a coating element compound, an oxide, a hydroxide of a coating element, an oxyhydroxide of a coating element, an oxycarbonate of a coating element, or a hydroxycarbonate of a 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 carried out by any of coating methods such as spray coating, dipping, and the like without adversely affecting the physical properties of the cathode active material by using these elements in the above compound. It is a content that can be well understood by people engaged in the field, so detailed explanation will be omitted.

상기 양극 활물질 층은 또한 바인더 및 도전재를 포함할 수 있다. The cathode active material layer may also include a binder and a conductive material.

상기 바인더는 양극 활물질 입자들을 서로 잘 부착시키고, 또한 양극 활물질을 전류 집전체에 잘 부착시키는 역할을 한다. 상기 바인더의 예로는 폴리비닐알콜, 카르복시메틸셀룰로즈, 히드록시프로필셀룰로즈, 디아세틸셀룰로즈, 폴리비닐클로라이드, 카르복실화된 폴리비닐클로라이드, 폴리비닐플루오라이드, 에틸렌 옥사이드를 포함하는 폴리머, 폴리비닐피롤리돈, 폴리우레탄, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 스티렌-부타디엔 러버, 아크릴레이티드 스티렌-부타디엔 러버, 에폭시 수지, 나일론 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The binder serves to adhere the positive electrode active materials to each other and to adhere the positive electrode active material to the current collector. Examples of the binder include polyvinyl alcohol, carboxymethyl cellulose, hydroxypropyl cellulose, diacetyl cellulose, polyvinyl chloride, carboxylated polyvinyl chloride, polyvinyl fluoride, polymer containing ethylene oxide, polyvinyl pyrrolidone But are not limited to, polyurethane, polyurethane, polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, polyethylene, polypropylene, styrene-butadiene rubber, acrylated styrene-butadiene rubber, epoxy resin and nylon.

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, 케첸블랙, 탄소섬유, 구리, 니켈, 알루미늄, 은 등의 금속 분말, 금속 섬유 등을 사용할 수 있고, 또한 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 재료를 1종 또는 1종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.The conductive material is used for imparting conductivity to the electrode. Any conductive material can be used without causing any chemical change in the battery. Examples of the conductive material include natural graphite, artificial graphite, carbon black, acetylene black, Metal powders such as black, carbon fiber, copper, nickel, aluminum, and silver, metal fibers, and the like, and conductive materials such as polyphenylene derivatives may be used alone or in combination.

상기 전류 집전체로는 Al을 사용할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.As the current collector, Al may be used, but the present invention is not limited thereto.

상기 음극과 상기 양극은 각각 활물질, 바인더, 및 도전재를 용매 중에서 혼합하여 활물질 조성물을 제조하고, 이 조성물을 전류 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.The negative electrode and the positive electrode are prepared by mixing an active material, a binder and a conductive material in a solvent to prepare an active material composition, and applying the composition to a current collector. The method of manufacturing the electrode is well known in the art, and therefore, a detailed description thereof will be omitted herein. As the solvent, N-methylpyrrolidone or the like can be used, but it is not limited thereto.

상기 전해액은 비수성 유기 용매와 리튬염을 포함한다. The electrolytic solution includes a non-aqueous organic solvent and a lithium salt.

상기 비수성 유기 용매는 전지의 전기화학적 반응에 관여하는 이온들이 이동할 수 있는 매질 역할을 한다. The non-aqueous organic solvent serves as a medium through which ions involved in the electrochemical reaction of the battery can move.

상기 비수성 유기용매로는 카보네이트계, 에스테르계, 에테르계, 케톤계, 알코올계 또는 비양성자성 용매를 사용할 수 있다. 상기 카보네이트계 용매로는 디메틸 카보네이트(DMC), 디에틸 카보네이트(DEC), 디프로필 카보네이트(DPC), 메틸프로필 카보네이트(MPC), 에틸프로필 카보네이트(EPC), 메틸에틸 카보네이트(MEC), 에틸렌 카보네이트(EC), 프로필렌 카보네이트(PC), 부틸렌 카보네이트(BC) 등이 사용될 수 있으며, 상기 에스테르계 용매로는 메틸 아세테이트, 에틸 아세테이트, n-프로필 아세테이트, 1,1-디메틸에틸 아세테이트, 메틸프로피오네이트, 에틸프로피오네이트, γ-부티로락톤, 데카놀라이드(decanolide), 발레로락톤, 메발로노락톤(mevalonolactone), 카프로락톤(caprolactone) 등이 사용될 수 있다. 상기 에테르계 용매로는 디부틸 에테르, 테트라글라임, 디글라임, 디메톡시에탄, 2-메틸테트라히드로퓨란, 테트라히드로퓨란 등이 사용될 수 있으며, 상기 케톤계 용매로는 시클로헥사논 등이 사용될 수 있다. 또한 상기 알코올계 용매로는 에틸알코올, 이소프로필 알코올 등이 사용될 수 있으며, 상기 비양성자성 용매로는 R-CN(R은 C2 내지 C20의 직쇄상, 분지상 또는 환 구조의 탄화수소기이며, 이중결합 방향 환 또는 에테르 결합을 포함할 수 있다) 등의 니트릴류 디메틸포름아미드 등의 아미드류, 1,3-디옥솔란 등의 디옥솔란류, 설포란(sulfolane)류 등이 사용될 수 있다. As the non-aqueous organic solvent, a carbonate-based, ester-based, ether-based, ketone-based, alcohol-based or aprotic solvent may be used. Examples of the carbonate solvent include dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), dipropyl carbonate (DPC), methyl propyl carbonate (MPC), ethyl propyl carbonate (EPC), methyl ethyl carbonate (MEC) EC), propylene carbonate (PC), and butylene carbonate (BC) may be used. As the ester solvent, methyl acetate, ethyl acetate, n-propyl acetate, 1,1-dimethyl ethyl acetate, methyl propionate , Ethyl propionate,? -Butyrolactone, decanolide, valerolactone, mevalonolactone, caprolactone and the like can be used. Examples of the ether solvent include dibutyl ether, tetraglyme, diglyme, dimethoxyethane, 2-methyltetrahydrofuran, and tetrahydrofuran. As the ketone solvent, cyclohexanone may be used have. As the alcoholic solvent, ethyl alcohol, isopropyl alcohol and the like can be used. As the aprotic solvent, R-CN (R is a C2 to C20 linear, branched or cyclic hydrocarbon group, An amide such as dimethylformamide in which nitriles such as methylene chloride or dimethylformamide may be used, and dioxolanes such as 1,3-dioxolane, sulfolane, and the like can be used.

상기 비수성 유기 용매는 단독으로 또는 하나 이상 혼합하여 사용할 수 있으며, 하나 이상 혼합하여 사용하는 경우의 혼합 비율은 목적하는 전지 성능에 따라 적절하게 조절할 수 있고, 이는 당해 분야에 종사하는 사람들에게는 널리 이해될 수 있다.The non-aqueous organic solvent may be used alone or in admixture of one or more. If the non-aqueous organic solvent is used in combination, the mixing ratio may be appropriately adjusted according to the desired cell performance. .

또한, 상기 카보네이트계 용매의 경우 환형(cyclic) 카보네이트와 사슬형(chain) 카보네이트를 혼합하여 사용하는 것이 좋다. 이 경우 환형 카보네이트와 사슬형 카보네이트는 약 1:1 내지 약 1:9의 부피비로 혼합하여 사용하는 것이 전해액의 성능이 우수하게 나타날 수 있다. In the case of the carbonate-based solvent, it is preferable to use a mixture of a cyclic carbonate and a chain carbonate. In this case, when the cyclic carbonate and the chain carbonate are mixed in a volume ratio of about 1: 1 to about 1: 9, the performance of the electrolytic solution may be excellent.

상기 비수성 유기용매는 상기 카보네이트계 용매에 상기 방향족 탄화수소계 유기용매를 더 포함할 수도 있다. 이때 상기 카보네이트계 용매와 상기 방향족 탄화수소계 유기용매는 약 1:1 내지 약 30:1의 부피비로 혼합될 수 있다.The non-aqueous organic solvent may further include the aromatic hydrocarbon-based organic solvent in the carbonate-based solvent. In this case, the carbonate-based solvent and the aromatic hydrocarbon-based organic solvent may be mixed in a volume ratio of about 1: 1 to about 30: 1.

상기 비수성 전해질은 전지 수명을 향상시키기 위하여 비닐렌 카보네이트 또는 에틸렌 카보네이트계 화합물을 더욱 포함할 수도 있다.The non-aqueous electrolyte may further include a vinylene carbonate or an ethylene carbonate-based compound to improve battery life.

상기 에틸렌 카보네이트계 화합물의 대표적인 예로는 디플루오로 에틸렌카보네이트, 클로로에틸렌 카보네이트, 디클로로에틸렌 카보네이트, 브로모에틸렌 카보네이트, 디브로모에틸렌 카보네이트, 니트로에틸렌 카보네이트, 시아노에틸렌 카보네이트, 플루오로에틸렌 카보네이트, 비닐렌 에틸렌 카보네이트 등을 들 수 있다. 상기 비닐렌 카보네이트 또는 상기 에틸렌 카보네이트계 화합물을 더욱 사용하는 경우 그 사용량을 적절하게 조절하여 수명을 향상시킬 수 있다.Representative examples of the ethylene carbonate-based compound include, for example, difluoroethylene carbonate, chloroethylene carbonate, dichloroethylene carbonate, bromoethylene carbonate, dibromoethylene carbonate, nitroethylene carbonate, cyanoethylene carbonate, fluoroethylene carbonate, vinylene Ethylene carbonate, and the like. When the vinylene carbonate or the ethylene carbonate compound is further used, the amount of the vinylene carbonate or the ethylene carbonate compound can be appropriately controlled to improve the life.

상기 리튬염은 상기 비수성 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 대표적인 예로는 LiPF6, LiBF4, LiSbF6, LiAsF6, 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 있으며, 이들을 지지(supporting) 전해염으로 포함한다. 상기 리튬염의 농도는 0.1 내지 2.0M 범위 내에서 사용하는 것이 좋다. 리튬염의 농도가 상기 범위에 포함되면, 전해질이 적절한 전도도 및 점도를 가지므로 우수한 전해질 성능을 나타낼 수 있고, 리튬 이온이 효과적으로 이동할 수 있다.The lithium salt is dissolved in the non-aqueous organic solvent to act as a source of lithium ions in the battery to enable operation of a basic lithium secondary battery, and a material capable of promoting the movement of lithium ions between the positive electrode and the negative electrode to be. The lithium salt Representative examples are LiPF 6, LiBF 4, LiSbF 6 , LiAsF 6, LiC 4 F 9 SO 3, LiClO 4, LiAlO 2, LiAlCl 4, LiN (C x F 2x + 1 SO 2) (C y F 2y +1 SO 2) (where, x and y are natural numbers), LiCl, LiI, LiB ( C 2 O 4) 2 ( lithium bis oxalate reyito borate (lithium bis (oxalato) borate; LiBOB) , or in a combination thereof The concentration of the lithium salt is preferably within the range of 0.1 to 2.0 M. When the concentration of the lithium salt is within the above range, the electrolyte has appropriate conductivity and viscosity Can exhibit excellent electrolyte performance, and lithium ions can effectively migrate.

상기 세퍼레이터는 음극과 양극을 분리하고 리튬 이온의 이동 통로를 제공하는 것으로 리튬 전지에서 통상적으로 사용되는 것이라면 모두 사용가능하다. 즉, 전해질의 이온 이동에 대하여 저저항이면서 전해액 함습 능력이 우수한 것이 사용될 수 있다. 예를 들어, 유리 섬유, 폴리에스테르, 테프론, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 또는 이들의 조합물 중에서 선택된 것으로서, 부직포 또는 직포 형태이어도 무방하다. 예를 들어, 리튬이온전지에는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등과 같은 폴리올레핀계 고분자 세퍼레이터가 주로 사용되고, 내열성 또는 기계적 강도 확보를 위해 세라믹 성분 또는 고분자 물질이 포함된 코팅된 세퍼레이터가 사용될 수도 있으며, 선택적으로 단층 또는 다층 구조로 사용될 수 있다.The separator separates the negative electrode and the positive electrode and provides a passage for lithium ion, and any separator can be used as long as it is commonly used in a lithium battery. That is, it is possible to use an electrolyte having a low resistance to ion movement and an excellent ability to impregnate an electrolyte. For example, selected from glass fiber, polyester, Teflon, polyethylene, polypropylene, polytetrafluoroethylene (PTFE), or a combination thereof, and may be nonwoven fabric or woven fabric. For example, a polyolefin-based polymer separator such as polyethylene, polypropylene and the like is mainly used for a lithium ion battery, and a coated separator containing a ceramic component or a polymer substance may be used for heat resistance or mechanical strength, Structure.

이하 본 발명의 실시예 및 비교예를 기재한다. 하기한 실시예는 본 발명의 일 실시예일뿐 본 발명이 하기한 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, examples and comparative examples of the present invention will be described. The following embodiments are only examples of the present invention and the present invention is not limited to the following embodiments.

(( 실시예Example 1) One)

음극 활물질의 제조Production of negative electrode active material

다공성 실리콘 분말을 관형태의 열처리 장치에 넣고 아세틸렌가스(C2H2)를 900℃에서 10분 정도 흘려주어, 다공성 실리콘 분말의 표면에 약 10 내지 15 중량부의 탄소를 코팅한다.The porous silicon powder is put into a tube-shaped heat treatment apparatus and acetylene gas (C 2 H 2 ) is flowed at 900 ° C. for about 10 minutes to coat about 10 to 15 parts by weight of carbon on the surface of the porous silicon powder.

p-페닐렌디아민 (p-phenylenediamine, PDA), 옥시디아닐린(oxydianiline, ODA), 피로멜리틱 이무수물(pyromellitic dianhydride PDMA), 및 비페닐이무수물(biphenyl dianhydride, BPDA)의 단량체를 반응시킨 4 성분계 폴리아믹산을 0.5 중량% 농도가 되도록 디메틸아세트아미드(dimethyl acetamide) 용매에 희석하여 고분자 용액을 제조한다.(4) reacted with monomers of p-phenylenediamine (PDA), oxydianiline (ODA), pyromellitic dianhydride PDMA, and biphenyl dianhydride Component polyamic acid is diluted with a solvent of dimethyl acetamide to a concentration of 0.5% by weight to prepare a polymer solution.

제조된 고분자 용액에 탄소가 코팅된 다공성 실리콘 분말을 투입하여 충분히 교반한다. 상기 분말 표면에 붙지 않은 폴리아믹산을 제거하기 위해 필터 공정을 실시한다. 이후 상온에서 진공 건조시키고, 폴리아믹산을 폴리이미드로 변환시키기 위해 질소 분위기의 열처리 장치에서 400℃까지 단계적으로 온도를 상승시키다. 구체적으로, 폴리아믹산이 코팅된 상기 분말을 60℃, 120℃, 200℃, 300℃, 및 400℃로 승온하면서 이미드화 반응을 진행한다. 폴리이미드는 탄소화가 되는 온도가 550℃ 이상이므로 400℃에서 안정된 형태로 분말 표면에 코팅된다.The porous silicon powder coated with carbon is put into the prepared polymer solution and stirred sufficiently. A filter process is performed to remove the unreacted polyamic acid on the powder surface. Thereafter, the resultant was vacuum-dried at room temperature, and the temperature was gradually raised to 400 DEG C in a heat treatment apparatus of nitrogen atmosphere in order to convert polyamic acid into polyimide. Specifically, the imidization reaction proceeds while raising the temperature of the powder coated with the polyamic acid to 60 ° C, 120 ° C, 200 ° C, 300 ° C, and 400 ° C. The polyimide is coated on the surface of the powder in a stable form at 400 DEG C since the temperature at which the polyimide is carbonized is 550 DEG C or higher.

상기 4 성분계 폴리아믹산을 가교하여 합성된 폴리이미드는 하기 화학식 1로 표시될 수 있다. The polyimide synthesized by crosslinking the four-component polyamic acid can be represented by the following formula (1).

[화학식 1][Chemical Formula 1]

Figure pat00001
Figure pat00001

상기 화학식 1에서, k, l, m, 및 n는 각 반복단위의 몰 수를 의미하고, 1≤k≤10000, 1≤l≤10000, 1≤m≤10000, 1≤n≤10000이다. In the above formula (1), k, l, m and n represent the number of moles of each repeating unit, and 1? K? 10000, 1? L? 10000, 1? M? 10000 and 1?

이와 같은 방법으로 다공성 실리콘 표면에 탄소층과 폴리이미드층이 순차적으로 도입된 음극 활물질을 제조하였다.In this way, a negative electrode active material in which a carbon layer and a polyimide layer are sequentially introduced on the porous silicon surface was prepared.

제조된 음극 활물질을 표면주사전자현미경(Scanning Electron Microscope, SEM)으로 확인하였다. 도 4는 다공성 실리콘 분말에 탄소를 코팅한 후의 사진이고, 도 5는 탄소 코팅 후 폴리이미드층을 도입한 음극 활물질의 사진이다.The prepared negative electrode active material was confirmed by a scanning electron microscope (SEM). FIG. 4 is a photograph of a porous silicon powder coated with carbon, and FIG. 5 is a photograph of a negative electrode active material into which a polyimide layer is introduced after carbon coating.

리튬 이차 전지(Lithium secondary battery ( HalfHalf -- cellcell )의 제조)

상기에서 제조한 음극 활물질과 도전재로 슈퍼 P를, 결합제로 폴리아크릴산(Poly(acrylic acid), PAA)/셀룰로오즈 (Sodioum carboxymethyl cellulose, CMC)를 1:1 중량비로 용매로 사용되는 물과 함께 혼합하여 음극활물질 슬러리를 제조하였다. 이것을 구리 호일에 균일하게 코팅하여 진공 건조하여 음극을 제조하였다. Super P was mixed with the water used as a solvent at a weight ratio of 1: 1, and poly (acrylic acid) (PAA) / cellulose (CMC) To prepare a negative electrode active material slurry. This was uniformly coated on a copper foil and vacuum dried to produce a negative electrode.

반대 전극으로 리튬 금속 호일을 사용하고, 분리막으로 폴리프로필렌(Polypropylene, PP)을 사용하였다. 전해질로 첨가제 FEC 5 중량%를 포함하고 1.3 M이 되도록 LiPF6를 첨가한 EC:DEC(부피비 3:7)을 사용하여 코인 전지를 제조하였다. Lithium metal foil was used as a counter electrode, and polypropylene (PP) was used as a separator. A coin cell was prepared using EC: DEC (volume ratio 3: 7) with LiPF 6 added to contain 5 wt% of the additive FEC as the electrolyte and 1.3 M.

(( 비교예Comparative Example 1) One)

다공성 실리콘 분말 자체를 음극 활물질로 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 코인 전지를 제조하였다.A coin cell was prepared in the same manner as in Example 1, except that the porous silicon powder itself was used as the negative electrode active material.

(( 비교예Comparative Example 2) 2)

실시예 1에서 다공성 실리콘 분말에 탄소층만 도입하고 폴리이미드층을 도입하지 않은 것을 음극 활물질로 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 코인 전지를 제조하였다.
A coin cell was prepared in the same manner as in Example 1, except that only the carbon layer was introduced into the porous silicon powder in Example 1 and the polyimide layer was not introduced into the negative electrode active material.

평가예Evaluation example 1: 전지의  1: 충방전Charging and discharging 수명 특성 평가 Evaluation of life characteristics

실시예 1, 비교예 1, 및 비교예 2에서 제조한 코인 전지를 25 ?에서 정전류/정전위 제어가 가능한 충방전기를 이용하여 정전류 실험을 수행하여 그 결과를 도 6 및 도 7에 나타내었다. The coin cells prepared in Example 1, Comparative Example 1 and Comparative Example 2 were subjected to a constant current test using a charging / discharging device capable of constant current / constant potential control at 25 ° C. The results are shown in FIGS. 6 and 7.

각각의 코인 전지가 가지는 용량의 C/5(lithiation, 충전) C/2(Delithiation, 방전) rate 에 해당하는 정전류를 인가하였으며, 방전(delithiation) 종지전압은 1.2 V (vs. Li/Li+)로, 충전(lithiation) 종지전압은 0.005 V (vs. Li/Li+)로 각각 고정하였다.Of capacity with the respective coin cells C / 5 (lithiation, charge) C / 2 (Delithiation, discharge) was applied to a constant current that corresponds to the rate, the discharge (delithiation) end voltage is 1.2 V (vs. Li / Li + ) And the termination of the lithiation was fixed at 0.005 V (vs. Li / Li + ), respectively.

도 6은 1회 사이클 용량에 따른 전압 변화 곡선이고, 도 7은 80회까지 충방전을 실시하였을 때의 용량 변화 곡선이다. FIG. 6 is a voltage variation curve according to the one cycle capacity, and FIG. 7 is a capacity variation curve when charge and discharge are performed up to 80 times.

도 6 및 도 7을 참고하면, 다공성 실리콘 자체를 음극 활물질로 사용한 비교예 1의 경우 아무런 코팅층을 도입하지 않았기 때문에 실리콘의 낮은 전기 전도도로 인하여 초기 비가역이 매우 크다는 것을 알 수 있다. 반면 탄소가 코팅된 비교예 2와 실시예 1의 경우 전기 전도도가 증가하여 초기 비가역이 매우 줄어들었음을 확인할 수 있다. 6 and 7, in Comparative Example 1 using porous silicon itself as a negative electrode active material, no coating layer was introduced, which indicates that the initial irreversibility is very large due to the low electrical conductivity of silicon. On the other hand, in the case of Comparative Example 2 and Example 1 in which carbon was coated, the initial irreversibility was greatly reduced by increasing the electric conductivity.

실시예 1의 경우 비교예 2보다 용량이 더 증가하였는데, 이는 폴리이미드 코팅층이 이온 전도도가 높아 리튬 이온이 쉽게 통과할 수 있게 도와주는 역할을 하기 때문인 것으로 생각된다. The capacity of Example 1 was higher than that of Comparative Example 2. This is because the polyimide coating layer has a high ionic conductivity to facilitate the passage of lithium ions.

평가예Evaluation example 2: C- 2: C- raterate 에 따른 In accordance 충방전Charging and discharging 수명 특성 평가 Evaluation of life characteristics

실시예 1, 비교예 1, 및 비교예 2에서 제조한 코인 전지를 25?에서 정전류/정전위 제어가 가능한 충방전기를 이용하여 정전류의 속도에 변화를 주어 실험을 수행하였다. Experiments were carried out by varying the constant current rate of the coin cell manufactured in Example 1, Comparative Example 1 and Comparative Example 2 using a charging / discharging device capable of constant current / constant potential control at 25 ?.

실험 조건은 각 코인 전지가 가지는 용량을 기준으로 0.2 - 0.5 - 1 - 3 - 5 - 10 - 15 C-rate 로 변화를 주어 정전류를 인가하였으며, 방전(delithiation) 종지전압은 1.2 V (vs. Li/Li+)로, 충전(lithiation) 종지전압은 0.005V (vs. Li/ Li+)로 각각 고정하였다.The experimental conditions were as follows: 0.2 - 0.5 - 1 - 3 - 5 - 10 - 15 C - rate based on the capacity of each coin cell, and the delithiation termination voltage was 1.2 V (vs. Li / Li &lt; + &gt;) and the end-of-lithiation voltage was fixed to 0.005 V (vs. Li / Li + ).

실험 결과는 도 8에 나타내었다. 도 8을 참고하면, 폴리이미드가 코팅되지 않은 비교예 2의 경우 0.2C 조건에 비해 10C일때 13 %의 성능만을 유지한 반면, 0.5 중량%의 폴리이미드가 표면에 코팅된 실리콘을 사용한 실시예 1의 경우 0.2C 조건에 비해 10 C일 때 75%의 성능을 유지했다. 이를 통해 실시예의 고율 수명 특성이 비교예에 비해 현저히 우수하다는 것을 알 수 있다. The experimental results are shown in Fig. Referring to FIG. 8, in Comparative Example 2 in which polyimide was not coated, the performance was only 13% at 10 C compared with the condition at 0.2 C, whereas in Example 1 using 0.5 wt% , The performance was maintained at 75% at 10 C compared with 0.2 C. As a result, it can be seen that the high-rate lifetime characteristics of the examples are significantly superior to those of the comparative examples.

평가예Evaluation example 3: 열적 안전성 평가 3: Thermal safety evaluation

실시예 1, 및 비교예 2에서 제조한 코인 전지를 25?에서 정전류/정전위 제어가 가능한 충방전기를 이용하여 정전류를 인가하였었고, 방전(delithiation) 종지전압은 1.2 V (vs. Li/Li+)로, 충전(lithiation) 종지전압은 0.005V (vs. Li/Li+)로 각각 고정하였다. A constant current was applied to the coin cell prepared in Example 1 and Comparative Example 2 using a charge / discharge device capable of constant current / constant potential control at 25 ?. The delithiation termination voltage was 1.2 V (vs. Li / Li + ), And the ending voltage of the lithiation was fixed to 0.005 V (vs. Li / Li +), respectively.

1회 충전과 방전을 실시하였고, 다시 충전하여 리튬과 실리콘의 화합물(LixSiy)을 만들어 시차 주사 열량측정(differential scanning calorimetry, DSC)을 실시하였다.(Li x Si y ) was prepared by differential scanning calorimetry (DSC). The results are shown in Fig.

도 9는 시차 주사 열량 측정 결과이다. 폴리이미드가 코팅되지 않은 비교예 2의 경우는 전체 발열량이 924 Jg-1 반면, 0.5 wt% 의 폴리이미드가 표면에 코팅된 실시예 1의 경우 525 Jg- 1 로 전체적인 발열량이 감소하였음을 확인할 수 있다. 9 shows the results of differential scanning calorimetry. In Comparative Example 2, the polyimide coating is not the entire amount of heat generated is 924 Jg -1 On the other hand, 525 Jg in Example 1 of 0.5 wt% polyimide is coated on a surface to determine that it has the overall heating value reduced by a factor have.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, Of the right.

Claims (25)

리튬을 도프 및 탈도프할 수 있는 물질;
상기 리튬을 도프 및 탈도프할 수 있는 물질의 표면에 형성되고 탄소재를 포함하는 제1 코팅층; 및
상기 제1 코팅층의 외곽에 형성되고 화학적 가교 고분자를 포함하는 제2 코팅층;
을 포함하는 음극 활물질.
A material capable of doping and dedoping lithium;
A first coating layer formed on a surface of a material capable of doping and dedoping lithium and comprising a carbonaceous material; And
A second coating layer formed on the outer surface of the first coating layer and including a chemically crosslinked polymer;
/ RTI &gt;
제1항에서,
상기 리튬을 도프 및 탈도프할 수 있는 물질은 탄소계 물질, 실리콘(Si), SiOx (0<x≤2), Si-Y1 합금, 실리콘-탄소 복합체, 주석(Sn)계 물질, 게르마늄(Ge)계 물질, 및 이들의 조합에서 선택되는 적어도 하나인 양극 활물질:
상기 Si-Y1에서, Y1은 금속, 알칼리 토금속, 13족 내지 16족 원소, 전이금속, 희토류 원소, 또는 이들의 조합이며, Y1에서 실리콘은 제외된다.
The method of claim 1,
The material capable of doping and dedoping lithium may be selected from the group consisting of carbon-based materials, silicon (Si), SiO x (0 <x≤2), Si-Y 1 alloy, silicon-carbon composite material, tin (Sn) (Ge) based material, and a combination thereof.
In the Si-Y 1, Y 1 is a metal, alkaline earth metal, a Group 13 to 16 element, transition metal, rare earth element, or a combination of these, silicon is removed from Y 1.
제1항에서,
상기 리튬을 도프 및 탈도프할 수 있는 물질은 다공성인 것인 음극 활물질.
The method of claim 1,
Wherein the material capable of doping and dedoping lithium is porous.
제1항에서,
상기 리튬을 도프 및 탈도프할 수 있는 물질의 표면은 비정질(amorphous), 결정질, 또는 결정질과 비정질이 혼합된 형태인 것인 음극 활물질.
The method of claim 1,
Wherein the surface of the material capable of doping and dedoping lithium is amorphous, crystalline, or a mixture of crystalline and amorphous.
제1항에서,
상기 화학적 가교 고분자는 리튬 이온의 이동이 가능한 고분자인 음극 활물질.
The method of claim 1,
Wherein the chemically crosslinked polymer is a polymer capable of moving lithium ions.
제1항에서,
상기 화학적 가교 고분자는 이미드(imide), 아크릴레이트(acrylate), 우레탄(urethane), 우레아(urea), 에테르(ether), 에스테르(ester), 아미드(amide), 술폭사이드(sulfoxide) 및 에폭시(epoxy)로 이루어진 관능기 중 하나 이상을 포함하는 고분자인 음극 활물질.
The method of claim 1,
The chemically crosslinked polymer may be selected from the group consisting of imide, acrylate, urethane, urea, ether, ester, amide, sulfoxide and epoxy wherein the negative active material is a polymer comprising at least one of a functional group consisting of an epoxy functional group.
제1항에서,
상기 화학적 가교 고분자는 폴리이미드, 폴리아크릴레이트, 또는 이의 조합인 음극 활물질.
The method of claim 1,
Wherein the chemically crosslinked polymer is polyimide, polyacrylate, or a combination thereof.
제1항에서,
상기 화학적 가교 고분자는 상기 리튬을 도프 및 탈도프할 수 있는 물질 100 중량부에 대하여 0.01 내지 5 중량부 포함되는 것인 음극 활물질.
The method of claim 1,
Wherein the chemically crosslinked polymer is contained in an amount of 0.01 to 5 parts by weight based on 100 parts by weight of the material capable of doping and dedoping the lithium.
제1항에서,
상기 제2 코팅층의 두께는 1nm 내지 500nm인 음극 활물질.
The method of claim 1,
And the second coating layer has a thickness of 1 nm to 500 nm.
제1항에서,
상기 음극 활물질의 평균 입경은 10nm 내지 100㎛인 음극 활물질.
The method of claim 1,
Wherein the average particle diameter of the negative electrode active material is 10 nm to 100 탆.
제1항에서,
상기 음극 활물질은 다공성인 음극 활물질.
The method of claim 1,
Wherein the negative electrode active material is porous.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 음극 활물질을 포함하는 음극,
양극, 및
전해액을 포함하는 전기 화학 소자.
A negative electrode comprising the negative active material according to any one of claims 1 to 11,
Anode, and
An electrochemical device comprising an electrolytic solution.
제12항에서,
상기 전기 화학 소자는 리튬 이차 전지인 전기 화학 소자.
The method of claim 12,
Wherein the electrochemical device is a lithium secondary battery.
리튬을 도프 및 탈도프할 수 있는 물질의 표면에 탄소재를 코팅하여 제1코팅층을 형성하는 단계;
상기 제1 코팅층의 외곽에 가교 가능한 화합물을 코팅하는 단계; 및
상기 가교 가능한 화합물을 화학적으로 가교시켜 제2 코팅층을 형성하는 단계;
를 포함하는 음극 활물질의 제조 방법.
Coating a surface of a material capable of doping and dedoping lithium with a carbon material to form a first coating layer;
Coating a crosslinkable compound on the outer surface of the first coating layer; And
Chemically crosslinking the crosslinkable compound to form a second coating layer;
And a negative electrode active material.
제14항에서,
상기 탄소재는 상기 리튬을 도프 및 탈도프할 수 있는 물질 100 중량부에 대하여 1 내지 40 중량부 포함되는 것인 음극 활물질의 제조 방법.
The method of claim 14,
Wherein the carbon material is included in an amount of 1 to 40 parts by weight based on 100 parts by weight of the material capable of doping and dedoping the lithium.
제14항에서,
상기 가교 가능한 화합물은 상기 리튬을 도프 및 탈도프할 수 있는 물질 100 중량부에 대하여 0.01 내지 5 중량부 포함되는 것인 음극 활물질의 제조 방법.
The method of claim 14,
Wherein the crosslinkable compound is contained in an amount of 0.01 to 5 parts by weight based on 100 parts by weight of the material capable of doping and dedoping the lithium.
제14항에서,
상기 가교 가능한 화합물은 폴리아믹산, 아크릴레이트 함유 모노머 또는 이들의 조합인 음극 활물질의 제조 방법.
The method of claim 14,
Wherein the crosslinkable compound is a polyamic acid, an acrylate-containing monomer, or a combination thereof.
제14항에서,
상기 가교 가능한 화합물을 코팅하는 단계는
상기 가교 가능한 화합물 및 용매를 혼합하여 고분자 용액을 제조하는 단계;
리튬을 도프 및 탈도프할 수 있는 물질의 표면에 제1 코팅층이 형성된 물질을 상기 고분자 용액에 투입하는 단계, 및
상기 용매를 제거하는 단계를 포함하는 것인 음극 활물질의 제조 방법.
The method of claim 14,
The step of coating the crosslinkable compound
Mixing the crosslinkable compound and a solvent to prepare a polymer solution;
Introducing a substance in which a first coating layer is formed on the surface of a substance capable of doping and dedoping lithium into the polymer solution; and
And removing the solvent.
제18항에서,
상기 용매는 물, 알코올, 아세톤, 테트라하이드로퓨람, 시틀로헥산, 사염화탄소, 클로로포름, 메틸렌클로라이드, 디메틸포름아마이드, 디메틸아세트아마이드, 디메틸술폭사이드, N-메틸피롤리돈, 또는 이들의 조합인 음극 활물질의 제조 방법.
The method of claim 18,
Wherein the solvent is at least one selected from the group consisting of water, alcohols, acetone, tetrahydrofuran, situhexane, carbon tetrachloride, chloroform, methylene chloride, dimethylformamide, dimethylacetamide, dimethylsulfoxide, N-methylpyrrolidone, &Lt; / RTI &gt;
제14항에서,
상기 가교 가능한 화합물을 화학적으로 가교시켜 제2 코팅층을 형성하는 단계는
상기 가교 가능한 화합물의 열 가교, 또는 자외선 가교를 통해 수행되는 것인 음극 활물질의 제조 방법.
The method of claim 14,
The step of chemically crosslinking the crosslinkable compound to form a second coating layer
Wherein said crosslinking is performed through thermal crosslinking or ultraviolet crosslinking of said crosslinkable compound.
제14항에서,
상기 제2 코팅층은 이미드(imide), 아크릴레이트(acrylate), 우레탄(urethane), 우레아(urea), 에테르(ether), 에스테르(ester), 아미드(amide), 술폭사이드(sulfoxide) 및 에폭시(epoxy)로 이루어진 관능기 중 하나 이상을 함유하는 화학적 가교 고분자를 포함하는 것인 음극 활물질의 제조 방법.
The method of claim 14,
The second coating layer may include at least one selected from the group consisting of imide, acrylate, urethane, urea, ether, ester, amide, sulfoxide, and epoxy wherein the chemical crosslinking polymer comprises at least one functional group selected from the group consisting of epoxy,
제14항에서,
제2 코팅층의 두께는 1nm 내지 500nm인 음극 활물질의 제조 방법.
The method of claim 14,
And the thickness of the second coating layer is 1 nm to 500 nm.
제14항에서,
상기 음극 활물질의 평균 입경은 10nm 내지 100㎛인 음극 활물질의 제조 방법.
The method of claim 14,
Wherein the average particle diameter of the negative electrode active material is 10 nm to 100 mu m.
제14항 내지 제23항 중 어느 한 항의 제조 방법에 따라 제조된 음극 활물질을 포함하는 음극,
양극, 및
전해액을 포함하는 전기 화학 소자.
A negative electrode comprising a negative electrode active material produced by the method of any one of claims 14 to 23,
Anode, and
An electrochemical device comprising an electrolytic solution.
제24항에서,
상기 전기 화학 소자는 리튬 이차 전지인 전기 화학 소자.
25. The method of claim 24,
Wherein the electrochemical device is a lithium secondary battery.
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