KR20150052004A - Electrode material for lithium ion secondary batteries, method for producing same, and lithium ion secondary battery - Google Patents

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Abstract

대전류 충방전을 수명 중 장기에 걸쳐 유지할 수 있고, 또한 고용량의 리튬 이온 이차 전지를 실현하는 것이 가능한 리튬 이온 이차 전지용 전극재, 그의 제조 방법 및 리튬 이온 이차 전지를 제공한다. 활물질 및 도전재를 함유하는 리튬 이온 이차 전지용 전극재에 있어서, 활물질을 리튬 함유 복합 산화물, 주석 산화물 또는 실리콘 산화물로 함과 함께, 도전재로서 비정질 탄소, 카본 나노 튜브 및 카본 블랙을 함유하고, 비정질 탄소에 의해 활물질의 표면 일부 또는 전부를 피복한다.Disclosed is an electrode material for a lithium ion secondary battery capable of maintaining a large current charge / discharge over a long life span, and capable of realizing a high capacity lithium ion secondary battery, a production method thereof, and a lithium ion secondary battery. An electrode material for a lithium ion secondary battery, comprising an active material and a conductive material, wherein the active material is a lithium-containing complex oxide, tin oxide or silicon oxide, and contains amorphous carbon, carbon nanotube and carbon black as a conductive material, And covers part or all of the surface of the active material by carbon.

Description

리튬 이온 이차 전지용 전극재, 그의 제조 방법 및 리튬 이온 이차 전지{ELECTRODE MATERIAL FOR LITHIUM ION SECONDARY BATTERIES, METHOD FOR PRODUCING SAME, AND LITHIUM ION SECONDARY BATTERY}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to an electrode material for a lithium ion secondary battery, a method for producing the electrode material, and a lithium ion secondary battery. BACKGROUND ART < RTI ID = 0.0 >

본 발명은 리튬 이온 이차 전지용 전극재, 그의 제조 방법 및 리튬 이온 이차 전지에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 리튬 이온 이차 전지의 고용량화 기술에 관한 것이다.The present invention relates to an electrode material for a lithium ion secondary battery, a production method thereof, and a lithium ion secondary battery. More particularly, the present invention relates to a technology for increasing the capacity of a lithium ion secondary battery.

리튬 이온의 흡장 및 방출이 가능한 재료에 의해 부극을 형성한 리튬 이온 이차 전지는, 금속 리튬에 의해 부극을 형성한 리튬 전지에 비하여, 덴드라이드의 석출을 억제할 수 있다. 이로 인해, 리튬 이온 이차 전지는, 전지의 단락을 방지하여 안전성을 높인 후에, 고용량으로 에너지 밀도가 높은 전지를 제공할 수 있다는 이점을 갖고 있다.The lithium ion secondary battery in which the negative electrode is formed by a material capable of intercalating and deintercalating lithium ions can suppress the precipitation of the dendrive as compared with a lithium battery in which the negative electrode is formed by metal lithium. Accordingly, the lithium ion secondary battery has an advantage that it is possible to provide a battery having a high energy density with a high capacity after the battery is short-circuited to improve safety.

최근 들어, 이 리튬 이온 이차 전지는, 추가적인 고용량화가 요구되는 한편, 파워계 용도의 전지로서, 전지 저항의 저감에 의한 대전류 충방전 성능의 향상이 요구되고 있다. 따라서, 종래 전지 반응 물질인 리튬 금속 산화물 정극재나 탄소계 부극재 자체의 고용량화, 이들 반응 물질 입자의 소입경화, 입자 비표면적이나 전지 설계에 의한 전극 면적의 증가, 나아가 세퍼레이터의 박형화에 의한 액 확산 저항의 저감 등의 고안이 이루어져 왔다.Recently, this lithium ion secondary battery is required to have a further high capacity, and as a battery for power system use, it is required to improve the large current charging / discharging performance by reducing the battery resistance. Therefore, it is necessary to increase the capacity of the lithium metal oxide positive electrode material and the carbonaceous negative electrode material, which are conventionally used as the battery reaction materials, to set the particle size of the reactive material particles, to increase the electrode area by the particle specific surface area and the battery design, And the like have been devised.

그러나, 이들의 고안은, 소입경화나 비표면적의 증가에 의한 바인더의 증가를 초래하기 때문에, 결과로서 고용량화에 역행되거나, 정·부극재가 집전체인 금속박으로부터 박리·탈락하여 전지 내부 단락을 발생하는 경우가 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해서, 바인더 종류를 변경하고, 박과의 결착성을 증가시키는 검토가 이루어져 있지만, 이 방법은, 전지 용량은 증대할 수 있지만 저항 저감에 의한 대전류 충방전 특성의 개선이라고 하는 점에서는 불충분하다.However, these designs lead to an increase in binder due to hardening of the particle size and increase of the specific surface area. As a result, there is a tendency to reverse the high capacity, or to peel off the metallic foil from the metal foil, There is a case. In order to solve such a problem, studies have been made to change the type of binder and increase the binding property with foil. However, this method has the problem that the battery capacity can be increased, but improvement of the large current charge / Is insufficient.

이로 인해, 종래의 리튬 이온 이차 전지는, 니켈 카드뮴 전지나 니켈 수소 건전지 등의 이차 전지와 비교하여 대전류 충방전 특성이 떨어지고 있고, 이것이 큰 성능 장벽이 되어, 대전류 충방전이 필요해지는 전동 공구나 하이브리드 카 용도로의 전개는 곤란하였다. 이 리튬 이온 이차 전지의 대전류 충방전화에 대해서는, 예를 들어 카본 도전재를 사용함으로써 전극 저항의 저감을 도모하는 기술이 제안되어 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조.).As a result, the conventional lithium ion secondary battery is inferior in charging / discharging characteristics of a large current as compared with a secondary battery such as a nickel-cadmium battery or a nickel metal hydride battery, and this becomes a large performance barrier, and electric power tools and hybrid cars Development for use was difficult. As a method for reducing the electrode resistance of a lithium ion secondary battery using a carbon conductive material, for example, a large-current charger is proposed (see, for example, Patent Document 1).

한편, 최근 들어, 안전성과 비용 중시의 관점에서, 리튬 이온 이차 전지용의 정극재로서 올리빈형 인산철 리튬(LiFePO4)이 주목받고 있지만, 이 재료는 저항이 크기 때문에, 저저항화가 큰 과제로 되어 있다(예를 들어, 특허문헌 2 참조.). 따라서, 종래 올리빈형 인산철 리튬이 갖는 저저항화의 과제를 해결하기 위해서, 올리빈형 인산철 리튬과, 도전 재료인 흑연을 복합화시켜 전극재로 하는 다양한 검토가 이루어져 있다(예를 들어, 특허문헌 3, 4 참조.).On the other hand, in recent years, olivine-type lithium iron phosphate (LiFePO 4 ) has attracted attention as a positive electrode material for a lithium ion secondary battery from the viewpoint of safety and cost-consciousness. However, since this material has a large resistance, (See, for example, Patent Document 2). Therefore, in order to solve the problem of lowering the resistance of the olivine type lithium iron phosphate, various investigations have been made to combine olivine type lithium iron phosphate and graphite, which is a conductive material, into an electrode material (see, for example, 3 and 4).

일본 특허 공개 제2005-19399호 공보Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-19399 일본 특허 공표 제2000-509193호 공보Japanese Patent Publication No. 2000-509193 일본 특허 공개 제2002-75364호 공보Japanese Patent Laid-Open No. 2002-75364 일본 특허 공개 제2011-108522호 공보Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-108522

그러나, 특허문헌 1에 기재된 리튬 이온 이차 전지는, 대전류에 의한 충방전 사이클을 반복하면 정·부극재의 팽창 수축에 의해 정·부극 간 입자의 도전 패스가 손상되고, 결과로서 조기에 대전류를 흘릴 수 없게 되어 버린다고 하는 문제가 있다. 한편, 올리빈형 인산철 리튬을 사용한 전극재에 대해서는, 흑연의 복합화에 의해 전극재의 성능은 향상되지만, 올리빈형 인산철 리튬은 부피당의 용량이 다른 활물질과 비교하여 작기 때문에, 고용량화에는 저절로 한계가 있다.However, in the lithium ion secondary battery described in Patent Document 1, when the charging / discharging cycle by the large current is repeated, the conductive path of the particles between the positive and negative electrodes is damaged by the expansion and contraction of the positive and negative electrode materials, and as a result, There is a problem that it is lost. On the other hand, with respect to the electrode material using olivine-type iron phosphate lithium, the performance of the electrode material is improved by the composite of graphite, but since olivine-type lithium iron phosphate has a smaller capacity per volume than other active materials, .

따라서, 본 발명은 대전류 충방전을 수명 중 장기에 걸쳐 유지할 수 있고, 또한 고용량의 리튬 이온 이차 전지를 실현하는 것이 가능한 리튬 이온 이차 전지용 전극재, 그의 제조 방법 및 리튬 이온 이차 전지를 제공하는 것을 주목적으로 한다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide an electrode material for a lithium ion secondary battery capable of maintaining a large current charge / discharge over a long period of life and capable of realizing a high capacity lithium ion secondary battery, a method for producing the same, and a lithium ion secondary battery .

본 발명에 따른 리튬 이온 이차 전지용 전극재는, 활물질 및 도전재를 함유하는 리튬 이온 이차 전지용 전극재이며, 상기 활물질은 리튬 함유 복합 산화물, 주석 산화물 또는 실리콘 산화물이고, 상기 도전재는, 비정질 탄소, 카본 나노 튜브 및 카본 블랙이고, 상기 비정질 탄소에 의해 상기 활물질의 표면 일부 또는 전부가 피복되어 있는 것이다.An electrode material for a lithium ion secondary battery according to the present invention is an electrode material for a lithium ion secondary battery containing an active material and a conductive material, wherein the active material is a lithium-containing complex oxide, tin oxide or silicon oxide, A tube, and carbon black, and the amorphous carbon covers part or all of the surface of the active material.

상기 비정질 탄소에 의한 상기 활물질 표면의 피복률은, 예를 들어 10 내지 95%로 할 수 있다.The covering ratio of the surface of the active material with the amorphous carbon may be, for example, 10 to 95%.

상기 비정질 탄소는, 유기물의 열 분해물일 수도 있다.The amorphous carbon may be a thermal decomposition product of an organic substance.

본 발명의 리튬 이온 이차 전지용 전극재를 정극재에 사용하는 경우, 상기 활물질로서는, 예를 들어 LiCoO2, LiMn2O4, LiNiO2, Li(MnaNibCoc)O2(단, a+b+c=1 또한 0<a<1, 0<b<1, 0<c<1), Li(AldNieCof)O2(단, d+e+f=1 또한 0<d<1, 0<e<1, 0<f<1), xLi2MnO3-(1-x)LiMO2(단, 0<x<1) 및 LiNigMn(2-g)O4(단, 0<g<2)로 이루어지는 군에서 선택되는 1종의 리튬 함유 복합 산화물을 사용할 수 있다.When the electrode material for a lithium ion secondary battery of the present invention is used for a positive electrode material, examples of the active material include LiCoO 2 , LiMn 2 O 4 , LiNiO 2 , Li (Mn a Ni b Co c ) O 2 + b + c = 1 and 0 <a <1, 0 <b <1, 0 <c <1), Li (Al d Ni e Co f ) O 2 d <1, 0 <e < 1, 0 <f <1), xLi 2 MnO 3 - (1-x) LiMO 2 ( stage, 0 <x <1) and LiNi g Mn (2-g) O 4 ( However, one type of lithium-containing complex oxide selected from the group consisting of 0 < g < 2) can be used.

본 발명의 리튬 이온 이차 전지용 전극재를 부극재에 사용하는 경우, 상기 활물질에는, 예를 들어 Li4Ti5O12, 금속 주석을 내포한 주석 산화물 또는 금속 실리콘을 내포한 실리콘 산화물을 사용할 수 있다.When the electrode material for a lithium ion secondary battery of the present invention is used for an anode material, for example, Li 4 Ti 5 O 12 , tin oxide containing metal tin, or silicon oxide containing metal silicon can be used as the active material .

또는, 본 발명의 리튬 이온 이차 전지용 전극재를 부극재에 사용하는 경우, 상기 활물질에는, 금속 주석을 내포한 주석 산화물 또는 금속 실리콘을 내포한 실리콘 산화물과, 흑연과의 혼합물을 사용할 수도 있다.Alternatively, when the electrode material for a lithium ion secondary battery of the present invention is used for an anode material, a mixture of tin oxide containing metal tin or silicon oxide containing metal tin and graphite may be used as the active material.

본 발명에 따른 리튬 이온 이차 전지용 전극재의 제조 방법은, 활물질과, 열 분해에 의해 비정질 탄소를 형성하는 유기물과, 카본 나노 튜브와, 카본 블랙을 용매 중에서 혼합하는 공정과, 상기 혼합에 의해 얻은 혼합물을 건조한 후, 이어서 가열하여 상기 활물질의 표면에 상기 유기물 유래의 비정질 탄소를 형성하는 공정과, 상기 가열 후의 혼합물을 해쇄하는 공정을 갖는다.A method of manufacturing an electrode material for a lithium ion secondary battery according to the present invention is characterized by comprising the steps of mixing an active material, an organic material which forms amorphous carbon by thermal decomposition, a carbon nanotube, and carbon black in a solvent, And then heating to form amorphous carbon derived from the organic material on the surface of the active material, and a step of smashing the mixture after heating.

본 발명에 따른 그 밖의 리튬 이온 이차 전지용 전극재의 제조 방법은, 활물질과, 카본 나노 튜브와, 카본 블랙을 용매 중에서 혼합하는 공정과, 상기 혼합에 의해 얻은 혼합물을 건조한 후, 이어서 가열하는 공정과, 상기 가열 후의 혼합물을 해쇄하는 공정을 갖고, 상기 카본 나노 튜브 및 카본 블랙 중 어느 한쪽 또는 양쪽은 비정질 탄소를 함유한다.Another method for producing an electrode material for a lithium ion secondary battery according to the present invention includes the steps of mixing an active material, a carbon nanotube, and carbon black in a solvent; drying the mixture obtained by the mixing and then heating; And the step of crushing the mixture after the heating, wherein either or both of the carbon nanotubes and the carbon black contain amorphous carbon.

본 발명에 따른 리튬 이온 이차 전지는, 전술한 리튬 이온 이차 전지용 전극재를 사용한 것이다.The lithium ion secondary battery according to the present invention uses the above-described electrode material for a lithium ion secondary battery.

본 발명에 따르면, 대전류 충방전을 수명 중 장기에 걸쳐 유지할 수 있고, 또한 고용량의 리튬 이온 이차 전지를 실현할 수 있다.According to the present invention, it is possible to maintain a large current charge / discharge over a long period of life and realize a lithium ion secondary battery with a high capacity.

이하, 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에 대해서, 상세하게 설명한다. 또한, 본 발명은 이하에 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail. The present invention is not limited to the embodiments described below.

(제1 실시 형태)(First Embodiment)

우선, 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 전극재에 대해서 설명한다. 본 실시 형태의 전극재는, 리튬 이온 이차 전지에 사용되는 것이고, 활물질로서 리튬 함유 복합 산화물, 주석 산화물 또는 실리콘 산화물을 함유함과 함께, 도전재로서 비정질 탄소, 카본 나노 튜브 및 카본 블랙을 함유한다. 그리고, 본 실시 형태의 전극재에서는, 도전재인 비정질 탄소에 의해, 활물질의 표면 일부 또는 전부가 피복되어 있다.First, the electrode material according to the first embodiment of the present invention will be described. The electrode material of the present embodiment is used for a lithium ion secondary battery and contains lithium-containing complex oxide, tin oxide or silicon oxide as an active material, and contains amorphous carbon, carbon nanotube and carbon black as a conductive material. In the electrode material of the present embodiment, part or all of the surface of the active material is covered with amorphous carbon, which is a conductive material.

이에 의해, 본 실시 형태의 전극재에 있어서는, 비정질 탄소는 활물질의 표면을 피복함으로써 활물질과 전기적으로 접속하고, 카본 나노 튜브는 비정질 탄소 및 카본 블랙의 양쪽과 접촉함으로써 이들을 전기적으로 접속한다. 또한, 카본 블랙은, 전극 전체에 도전 네트워크를 형성하고, 또한 집전체와 전기적으로 접속한다.Thus, in the electrode material of the present embodiment, the amorphous carbon is electrically connected to the active material by covering the surface of the active material, and the carbon nanotube contacts both amorphous carbon and carbon black to electrically connect them. The carbon black forms a conductive network over the entire electrode and also electrically connects with the current collector.

[비정질 탄소][Amorphous carbon]

도전재인 비정질 탄소는, 결정성이 낮은(흑연화도가 낮은) 탄소이고, 결정성이 낮은 것에 의해 활물질의 표면을 피복하는 것이 가능해진다. 한편, 결정성이 높은(흑연화도가 높은) 탄소는, 흑연 특유의 층상 구조를 갖고, 그의 각 층은 반데르발스 힘에 의해 완만하게 결합하고 있기 때문에, 층에 수직인 방향으로 박리가 발생하기 쉽다. 이 때문에 활물질의 표면을 피복하는 것에는 적합하지 않다.The amorphous carbon, which is a conductive material, is carbon having a low crystallinity (low graphitization degree) and low crystallinity makes it possible to coat the surface of the active material. On the other hand, carbon having a high crystallinity (high graphitization degree) has a layered structure peculiar to graphite, and each of the carbon layers has a gentle bond by van der Waals force, so that peeling occurs in a direction perpendicular to the layer easy. Therefore, it is not suitable for covering the surface of the active material.

이 비정질 탄소에 의한 활물질 표면의 피복률은, 활물질의 전체 표면을 100%로 할 때, 10 내지 95%인 것이 바람직하고, 20 내지 95%인 것이 더욱 바람직하다. 피복률이 10% 미만인 경우, 활물질과 비정질 탄소와의 전기적인 접속이 불충분해지는 경우가 있다. 또한, 피복률이 클수록 전기적인 접속에는 유리하기 때문에, 비정질 탄소에 의한 피복률은 100%일 수도 있지만, 충방전시에 있어서의 리튬 이온의 활물질에의 침입이나, 활물질로부터의 탈리가 저해되는 우려로부터, 비정질 탄소에 의한 피복률은 95% 이하로 하는 것이 바람직하다.The covering ratio of the surface of the active material with the amorphous carbon is preferably 10 to 95%, and more preferably 20 to 95%, when the entire surface of the active material is 100%. If the coating rate is less than 10%, the electrical connection between the active material and the amorphous carbon may become insufficient. Further, as the covering ratio is larger, the coating ratio by the amorphous carbon may be 100% since it is advantageous for the electrical connection. However, there is a concern that the lithium ion penetrates into the active material during charging and discharging, , It is preferable that the covering ratio by the amorphous carbon is 95% or less.

본 실시 형태의 전극재에서 사용하는 비정질 탄소는, 결정성이 낮은(흑연화도가 낮은) 것 이외에는 특별히 제한은 없지만, 유기물의 열 분해물에 의해 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이에 의해, 비정질 탄소에 의한 활물질 표면의 피복 상태를 양호하게 할 수 있다. 열 분해에 의해 비정질 탄소를 형성하는 유기물로서는, 예를 들어 글루코오스(C6H12O6), 자당(C12H22O11), 덱스트린((C6H12O5)n), 아스코르브산(C6H8O6), 카르복시메틸셀룰로오스(CMC), 폴리비닐피롤리돈(PVP), 폴리알릴아민염산염(PAH), 폴리아크릴산염(PAA), 폴리비닐알코올(PVA), 실란 커플링제 및 석탄 피치 등을 들 수 있다.The amorphous carbon used in the electrode material of the present embodiment is not particularly limited except that the crystallinity is low (the degree of graphitization is low), but it is preferable that the amorphous carbon is formed by thermal decomposition of an organic material. As a result, the coated state of the surface of the active material by the amorphous carbon can be improved. Examples of organic substances that form amorphous carbon by thermal decomposition include glucose (C 6 H 12 O 6 ), sucrose (C 12 H 22 O 11 ), dextrin ((C 6 H 12 O 5 ) n ), ascorbic acid (C 6 H 8 O 6 ), carboxymethyl cellulose (CMC), polyvinyl pyrrolidone (PVP), polyallylamine hydrochloride (PAH), polyacrylate (PAA), polyvinyl alcohol And coal pitch.

이들 유기물을 사용하여 활물질 표면에 비정질 탄소를 형성하는 경우에는, 예를 들어 활물질과, 카본 나노 튜브와, 카본 블랙과, 유기물을 용매 중에서 혼합하여 얻은 혼합물을 건조한 후, 가열할 수 있다.When amorphous carbon is formed on the surface of the active material by using these organic materials, a mixture obtained by mixing, for example, an active material, carbon nanotubes, carbon black and an organic material in a solvent may be dried and then heated.

또한, 본 발명자는, 카본 나노 튜브와 카본 블랙 중 어느 한쪽 또는 양쪽이 비정질 탄소를 함유하는 경우에는, 분해하여 비정질 탄소를 형성하는 유기물을 사용하지 않아도, 활물질 표면을 비정질 탄소로 양호하게 피복할 수 있는 것을 발견하였다. 그 경우, 활물질과, 카본 나노 튜브와, 카본 블랙을 용매 중에서 혼합하여 얻은 혼합물을 건조 후 이어서 가열할 수 있다. 여기에서 말하는 비정질 탄소를 함유하는 카본 나노 튜브 또는 카본 블랙이란, 예를 들어 튜브 본체의 표면을 피복하는 무정형 탄소층을 갖는 카본 나노 튜브 등이 있다(일본 특허 공개 제2004-299986호 공보 참조).Further, the present inventors have found that when either or both of the carbon nanotubes and the carbon black contain amorphous carbon, the surface of the active material can be coated with amorphous carbon well without using an organic material decomposing to form amorphous carbon . In this case, the mixture obtained by mixing the active material, the carbon nanotubes, and the carbon black in a solvent can be dried and then heated. The carbon nanotubes or carbon black containing amorphous carbon referred to herein include, for example, carbon nanotubes having an amorphous carbon layer covering the surface of a tube body (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-299986).

[카본 나노 튜브][Carbon nanotubes]

도전재인 카본 나노 튜브는, 섬유 직경이 5 내지 50nm이고, 또한 비표면적이 50 내지 400㎡/g인 것이 바람직하다. 본 실시 형태의 전극재에 있어서 카본 나노 튜브는, 활물질 표면을 피복한 비정질 탄소와 결합함으로써 전기적으로 접속한다. 여기에서 말하는 「결합」은, 공유 결합이나 반데르발스 힘에 의한 결합도 포함한다.The carbon nanotube as the conductive material preferably has a fiber diameter of 5 to 50 nm and a specific surface area of 50 to 400 m2 / g. In the electrode material of the present embodiment, the carbon nanotubes are electrically connected by bonding with the amorphous carbon coated on the surface of the active material. As used herein, &quot; bonding &quot; includes bonding by covalent bond or van der Waals force.

카본 나노 튜브가 비정질 탄소와 결합하는 이유는, 카본 나노 튜브는 섬유 형상 입자이고, 활물질 표면을 피복한 비정질 탄소층과 선 접촉하는 것이 가능하기 때문이다. 이에 비해, 카본 블랙은, 구상 입자이기 때문에, 비정질 탄소와는 점 접촉밖에 할 수 없어, 충분한 결합은 얻어지지 않는다. 비정질 탄소와 카본 나노 튜브를 결합시키는 방법은, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어 전술한 가열에 의해 유기물을 분해하여 활물질 표면에 비정질 탄소를 형성하는 방법의 경우, 비정질 탄소를 형성하는 공정에서 비정질 탄소와 카본 나노 튜브의 결합도 동시에 형성된다.The reason why the carbon nanotubes are bonded to the amorphous carbon is that the carbon nanotubes are fibrous particles and can be in line contact with the amorphous carbon layer coated on the surface of the active material. On the other hand, since carbon black is a spherical particle, it can not be in point contact with amorphous carbon, and sufficient bonding can not be obtained. The method of bonding the amorphous carbon to the carbon nanotube is not particularly limited. For example, in the case of a method of decomposing organic matter by heating to form amorphous carbon on the surface of the active material, The bond between the carbon and the carbon nanotube is also formed at the same time.

또한, 본 실시 형태의 전극재에 있어서, 카본 나노 튜브는, 카본 블랙과 결합함으로써 전기적으로 접속한다. 카본 나노 튜브와 카본 블랙을 결합시키는 방법은, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어 탄화수소를 열 분해함으로써 카본 블랙을 제조할 때에, 카본 나노 튜브를 도입하여 결합시키는 방법, 아세틸렌 가스의 열 분해 중 및/또는 아세틸렌 가스를 열 분해시킨 상태에서, 카본 나노 튜브 형성용 촉매를 포함하는 탄화수소를 공급하고, 결합시키는 방법(일본 특허 공표 제2009-503182호 공보 참조), 카본 나노 튜브와 카본 블랙을 탄화수소나 알코올 등의 탄소화 원료액 중에 분산시켜, 탄소화 원료액을 액상 또는 가스화한 상태에서 가열 등의 조작에 의해 탄소화하여 서로 결합시키는 방법, 카본 나노 튜브 및 카본 블랙을, 고체 매체를 사용한 메카노케미컬적 방법에 의해 결합시키는 방법 등이 있다.Further, in the electrode material of the present embodiment, the carbon nanotubes are electrically connected by bonding with carbon black. The method of bonding the carbon nanotubes to the carbon black is not particularly limited. For example, there are a method of introducing carbon nanotubes into the carbon black to produce carbon black by thermally decomposing hydrocarbons, (Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2009-503182), a method in which a hydrocarbon containing a catalyst for forming a carbon nanotube is supplied and bonded in a state in which an acetylene gas is thermally decomposed, a method in which carbon nanotubes and carbon black are mixed with hydrocarbons A method in which the carbonized raw material liquid is dispersed in a carbonization raw material liquid such as an alcohol to cause carbonization of the carbonized raw material liquid in a liquid or gasified state by an operation such as heating to bond the carbon nanotubes and carbon black to each other, And a method of bonding by a chemical method.

메카노케미컬적 방법에 의해, 카본 나노 튜브와 카본 블랙을 결합시키는 방법으로서는 비즈밀, 진동밀 및 볼밀 등의 매체 교반형 혼합기를 사용하는 방법이 있다. 그 경우, 예를 들어 활물질과, 분해하여 비정질 탄소를 형성하는 유기물과, 카본 나노 튜브와, 카본 블랙을 용매 중에서 혼합할 때, 또는 활물질과, 어느 한쪽 또는 양쪽이 비정질 탄소를 함유하는 카본 나노 튜브와, 카본 블랙을 용매 중에서 혼합할 때에 메카노케미컬적 방법을 사용하여 카본 나노 튜브와 카본 블랙을 결합시킬 수도 있고, 혼합 후의 가열시에 결합시킬 수도 있다.As a method for bonding the carbon nanotubes and the carbon black by a mechanochemical method, there is a method of using a medium agitating type mixer such as a bead mill, a vibration mill and a ball mill. In this case, for example, when an active material, an organic material decomposing to form amorphous carbon, a carbon nanotube, and carbon black are mixed in a solvent, or an active material and either or both of carbon nanotubes containing amorphous carbon And a carbon nanotube and a carbon black may be bonded using a mechanochemical method when the carbon black is mixed in a solvent, or may be bonded at the time of heating after mixing.

[카본 블랙][Carbon black]

도전재인 카본 블랙은, 아세틸렌 블랙 또는 퍼니스 블랙인 것이 바람직하고, 전지 성능에 영향을 미칠 가능성이 있는 불순물 함유량이 비교적 적은 아세틸렌 블랙인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 카본 블랙의 비표면적은, 카본 나노 튜브의 비표면적보다도 작고, 또한 10 내지 200㎡/g인 것이 바람직하다. 또한, 본 실시 형태의 전극재에 사용하는 카본 블랙은, JIS K 1469에서 규정되는 회분이 1.0질량% 이하인 것이 바람직하다.Carbon black, which is a conductive material, is preferably acetylene black or furnace black, and more preferably acetylene black having a relatively small content of impurities that may affect battery performance. The specific surface area of the carbon black is preferably smaller than the specific surface area of the carbon nanotubes and is preferably 10 to 200 m 2 / g. The carbon black to be used for the electrode material of the present embodiment is preferably not more than 1.0% by mass as specified in JIS K 1469.

본 실시 형태의 전극재에 있어서, 카본 블랙은, 전술한 바와 같이 카본 나노 튜브와 결합하여 전기적으로 접속할 뿐만 아니라, 전극 전체에 도전 네트워크를 형성하고, 또한 집전체와 전기적으로 접속한다. 카본 블랙이 전극 전체에 도전 네트워크를 형성할 수 있는 이유는, 카본 블랙은 카본 나노 튜브와는 상이하고 구상 입자이며, 분산성이 양호하기 때문에, 전극 전체에 넓게 분포하기 쉽기 때문이다. 또한, 카본 블랙이 카본 나노 튜브나 집전체와 전기적으로 접속할 수 있는 이유는, 구상의 1차 입자가 쇄상으로 연결된 독특한 고차 구조를 갖고 있고, 구상 입자임에도 불구하고 도통을 취하기 쉽기 때문이다.In the electrode material of the present embodiment, the carbon black is not only electrically coupled with the carbon nanotubes as described above, but also forms a conductive network over the entire electrode and electrically connects with the current collector. The reason why carbon black can form a conductive network over the entire electrode is that carbon black is different from carbon nanotubes and is spherical particles and has good dispersibility and is therefore widely distributed over the entire electrode. The reason why the carbon black can be electrically connected to the carbon nanotube or the current collector is because the spherical primary particles have a unique high-order structure connected in a chain and conduction is easy even though they are spherical particles.

[활물질][Active Material]

본 실시 형태의 전극재의 활물질은, 리튬 함유 복합 산화물, 주석 산화물 또는 실리콘 산화물이다. 예를 들어 본 실시 형태의 전극재를 정극재로서 사용하는 경우에는, LiCoO2, LiMn2O4, LiNiO2, Li(MnaNibCoc)O2(단, a+b+c=1 또한 0<a<1, 0<b<1, 0<c<1), Li(AldNieCof)O2(단, d+e+f=1 또한 0<d<1, 0<e<1, 0<f<1), xLi2MnO3- (1-x)LiMO2(단, 0<x<1) 및 LiNigMn(2-g)O4(단, 0<g<2) 등의 산화물계의 정극 활물질을 사용할 수 있다.The electrode active material of the present embodiment is a lithium-containing complex oxide, tin oxide, or silicon oxide. For example, when the electrode material of the present embodiment is used as the positive electrode material, LiCoO 2 , LiMn 2 O 4 , LiNiO 2 , Li (Mn a Ni b Co c ) O 2 (where a + b + c = 1 In addition, 0 <a <1, 0 < b <1, 0 <c <1), Al d Ni e Co f (Li) O 2 ( stage, d + e + f = 1 In addition, 0 <d <1, 0 < e <1, 0 <f < 1), xLi 2 MnO 3 - (1-x) LiMO 2 ( stage, 0 <x <1) and LiNi g Mn (2-g) O 4 ( However, 0 <g < 2) may be used as the positive electrode active material.

한편, 본 실시 형태의 전극재를 부극재로서 사용하는 경우에는, 활물질에는 Li4Ti5O12, 금속 주석을 내포한 주석 산화물 및 금속 실리콘을 내포한 실리콘 산화물 등을 사용할 수 있다. 또한, 부극 활물질로서는, 금속 주석을 내포한 주석 산화물 또는 금속 실리콘을 내포한 실리콘 산화물에, 흑연을 혼합한 것을 사용할 수도 있다.On the other hand, when the electrode material of the present embodiment is used as an anode material, Li 4 Ti 5 O 12 , tin oxide containing metal tin, silicon oxide containing metal silicon, or the like can be used as the active material. As the negative electrode active material, tin oxide containing metal tin or silicon oxide containing metal silicon may be mixed with graphite.

또한, LiFePO4(올리빈형 인산철 리튬), LiMnPO4, LiMnXFe(1-X)PO4 등의 리튬 함유 인산염은 본질적으로, 부피당의 전지 용량 향상이 곤란하기 때문에, 본 실시 형태의 전극재의 활물질에는 적합하지 않다.In addition, it is difficult to improve the battery capacity per volume in a lithium-containing phosphate such as LiFePO 4 (olivine type iron phosphate), LiMnPO 4 , LiMnXFe (1-X) PO 4 and the like. Therefore, Inappropriate.

[제조 방법][Manufacturing method]

본 실시 형태의 전극재의 제조 방법은, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어 활물질과, 열 분해에 의해 비정질 탄소를 형성하는 유기물과, 카본 나노 튜브와, 카본 블랙을 용매 중에서 혼합하는 공정과, 혼합에 의해 얻은 혼합물을 건조한 후, 이어서 가열하여 활물질의 표면에 유기물 유래의 비정질 탄소를 형성하는 공정과, 가열 후의 혼합물을 해쇄하는 공정을 행함으로써 제조할 수 있다. 이 방법으로 제조하는 경우, 용매에 용해하고, 이어서 가열시에 분해하여 비정질 탄소를 형성하기 쉬운 유기물을 사용하는 것이 바람직하다.The method for producing the electrode material of the present embodiment is not particularly limited, and for example, a method of mixing an active material, an organic material that forms amorphous carbon by thermal decomposition, a carbon nanotube, and carbon black in a solvent, And then heating the mixture to form an amorphous carbon derived from an organic material on the surface of the active material and a step of crushing the mixture after heating. When it is produced by this method, it is preferable to use an organic substance which is dissolved in a solvent and then decomposes at the time of heating to form amorphous carbon.

또한, 본 실시 형태의 전극재는, 카본 나노 튜브 및 카본 블랙 중 어느 한쪽 또는 양쪽에 비정질 탄소를 함유하는 것을 사용하여, 활물질과, 카본 나노 튜브와, 카본 블랙을 용매 중에서 혼합하는 공정과, 혼합에 의해 얻은 혼합물을 건조한 후, 이어서 가열하는 공정과, 가열 후의 혼합물을 해쇄하는 공정을 행함으로써 제조할 수도 있다.The electrode material of the present embodiment may be formed by a step of mixing the active material, the carbon nanotubes and the carbon black in a solvent by using a material containing amorphous carbon in one or both of the carbon nanotubes and carbon black, Drying the mixture obtained by the above-mentioned method, and then heating, and a step of pulverizing the mixture after heating.

전술한 각 제조 방법에 있어서의 혼합 공정은 뇌궤기, 만능 혼합기, 헨쉘 믹서 또는 리본 블렌더 등의 혼합기, 또는 비즈밀, 진동밀 또는 볼밀 등의 매체 교반형 혼합기를 사용하여 행할 수 있다. 또한, 혼합 공정에서 사용하는 용매는, 물일 수도 있지만, 카본 나노 튜브나 카본 블랙의 분산성을 향상시키기 위해서, 물과 알코올의 혼합 용매나 알코올 등의 비수 용매가 바람직하다.The mixing process in each of the above-mentioned production methods can be carried out using a mixer such as a brain ball, a universal mixer, a Henschel mixer or a ribbon blender, or a medium agitating mixer such as a bead mill, a vibration mill or a ball mill. The solvent used in the mixing step may be water, but in order to improve the dispersibility of the carbon nanotubes and carbon black, a mixed solvent of water and alcohol or a nonaqueous solvent such as alcohol is preferable.

활물질이, 금속 주석을 내포한 주석 산화물 또는 금속 실리콘을 내포한 실리콘 산화물, 또한 이들에 흑연을 혼합한 것인 경우에는, 혼합 공정의 용매에는 금속 주석이나 금속 실리콘의 가수분해를 방지하거나, 흑연의 분산성을 향상시키기 위해서, 알코올 등의 비수 용매를 사용하는 것이 바람직하다.When the active material is a tin oxide containing metal tin or a silicon oxide containing metal silicon or a mixture of these with graphite, the solvent in the mixing step may be added to prevent hydrolysis of metal tin or metal silicon, In order to improve the dispersibility, it is preferable to use a non-aqueous solvent such as alcohol.

또한, 혼합 공정 후에는, 얻어진 혼합물을 건조함으로써, 용매를 제거한다. 혼합물의 건조 방법은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 열 분해에 의해 비정질 탄소를 형성하는 유기물을 사용하는 경우에는, 여과를 행하면, 유기물이 용매와 함께 여과액으로서 제거되어 버리지 않도록 주의할 필요가 있다. 따라서, 혼합물의 건조에는 여과 이외에, 동결 건조, 감압 건조, 진공 건조 또는 진동 유동 건조 등의 방법을 적용할 수도 있다.After the mixing step, the obtained mixture is dried to remove the solvent. The method of drying the mixture is not particularly limited, but in the case of using an organic material that forms amorphous carbon by thermal decomposition, care must be taken to prevent the organic material from being removed together with the solvent as a filtrate. Therefore, in addition to filtration, freeze drying, vacuum drying, vacuum drying, or vibrating flow drying may be applied to the drying of the mixture.

건조 후, 또는 건조에 계속하여, 혼합물을 가열한다. 열 분해에 의해 비정질 탄소를 형성하는 유기물을 사용하는 경우에는, 가열에 의해 유기물로부터 비정질 탄소가 형성됨과 함께, 이 비정질 탄소가 활물질의 표면을 피복하고, 또한 비정질 탄소와 카본 나노 튜브의 결합이나, 카본 나노 튜브와 카본 블랙의 결합이 형성된다. 또한, 비정질 탄소를 함유하는 카본 나노 튜브나 비정질 탄소를 함유하는 카본 블랙을 사용하는 경우에는, 카본 나노 튜브 및/또는 카본 블랙에 포함되는 비정질 탄소가 활물질의 표면을 피복함과 함께, 비정질 탄소와 카본 나노 튜브의 결합이나, 카본 나노 튜브와 카본 블랙의 결합이 형성된다.After drying, or after drying, the mixture is heated. In the case of using an organic material which forms amorphous carbon by thermal decomposition, amorphous carbon is formed from the organic material by heating, and the amorphous carbon covers the surface of the active material, and the amorphous carbon and the carbon nanotube bond, A bond between the carbon nanotubes and the carbon black is formed. When carbon nanotubes containing amorphous carbon or carbon black containing amorphous carbon are used, the amorphous carbon contained in the carbon nanotubes and / or carbon black covers the surface of the active material, The bonding of the carbon nanotubes and the bonding of the carbon nanotubes and the carbon black are formed.

혼합물을 가열할 때의 온도나 분위기 등의 조건은, 사용하는 활물질에 따라 상이하다. 분위기는, 탄소계 재료의 산화를 방지하기 위해서, 불활성 분위기 또는 환원 분위기가 바람직하다. 또한, 활물질에, LiCoO2, LiMn2O4, LiNiO2, Li(MnaNibCoc)O2(단, a+b+c=1 또한 0<a<1, 0<b<1, 0<c<1), Li(AldNieCof)O2(단, d+e+f=1 또한 0<d<1, 0<e<1, 0<f<1), xLi2MnO3-(1-x)LiMO2(단, 0<x<1) 및 LiNigMn(2-g)O4(단, 0<g<2) 등의 산화물계의 정극 활물질을 사용하는 경우에는, 활물질 자체의 환원 분해를 방지하기 위해서, 건조 공기 등의 산화 분위기로 하는 것이 바람직하다. 또한, 열 분해에 의해 비정질 탄소를 형성하는 유기물을 사용하는 경우에는, 이 유기물이 연소하지 않고 분해되도록, 비교적 저온의 200 내지 400℃에서 가열하는 것이 바람직하다.The conditions such as temperature and atmosphere at the time of heating the mixture differ depending on the active material used. The atmosphere is preferably an inert atmosphere or a reducing atmosphere in order to prevent oxidation of the carbon-based material. Further, the active material, LiCoO 2, LiMn 2 O 4 , LiNiO 2, Li (Mn a Ni b Co c) O 2 ( However, a + b + c = 1 In addition, 0 <a <1, 0 < b <1, 0 <c <1), Li (Al d Ni e Co f) O 2 ( stage, d + e + f = 1 In addition, 0 <d <1, 0 < e <1, 0 <f <1), xLi 2 In the case of using an oxide-based positive electrode active material such as MnO 3 - (1-x) LiMO 2 (where 0 <x <1) and LiNi g Mn (2-g) O 4 , An oxidizing atmosphere such as dry air is preferably used in order to prevent reduction decomposition of the active material itself. Further, in the case of using an organic material which forms amorphous carbon by thermal decomposition, it is preferable to heat at a relatively low temperature of 200 to 400 캜 so that the organic material is decomposed without burning.

한편, 부극 활물질인 Li4Ti5O12를 사용하는 경우에는, Li4Ti5O12는 분해되기 어렵기 때문에, 조금 높인 300 내지 500℃에서 가열하는 것이 바람직하다. 또한, 활물질에, 금속 주석을 내포한 주석 산화물 또는 이것에 흑연을 혼합한 것을 사용하는 경우에는, 불활성 분위기 또는 환원 분위기 중에서도 활물질은 분해되지 않기 때문에, 아르곤이나 질소 등의 불활성 가스가 사용 가능하지만, 금속 주석의 융점은 232℃로 저온이기 때문에, 232℃보다도 낮은 온도에서 가열하는 것이 바람직하다.On the other hand, in the case of using Li 4 Ti 5 O 12 as the negative electrode active material, Li 4 Ti 5 O 12 is difficult to decompose, and therefore it is preferable to heat it at 300 to 500 ° C which is slightly higher. When an active material mixed with tin oxide containing metal tin or graphite mixed therein is used, an inert gas such as argon or nitrogen can be used because the active material is not decomposed in an inert atmosphere or a reducing atmosphere. However, Since the melting point of metallic tin is low at 232 占 폚, it is preferable to heat at a temperature lower than 232 占 폚.

활물질이, 금속 실리콘을 내포한 실리콘 산화물 또는 이것에 흑연을 혼합한 것인 경우도, 불활성 분위기 또는 환원 분위기 중에서도 활물질은 분해되지 않고, 게다가 실리콘의 융점은 1410℃로 고온이기 때문에, 1400℃ 부근까지의 넓은 온도 범위에서 가열이 가능하고, 또한 아르곤이나 질소 등의 불활성 가스가 사용 가능하다. 가열 후의 혼합물은, 해쇄에 의해 응집이 풀려, 본 실시 형태의 전극재가 얻어진다.The active material is not decomposed even in an inert atmosphere or a reducing atmosphere, and the melting point of silicon is high at 1410 DEG C, so that the temperature of the active material in the vicinity of 1400 DEG C The heating can be performed in a wide range of temperature, and an inert gas such as argon or nitrogen can be used. After the heating, the mixture is released by coagulation to obtain the electrode material of the present embodiment.

본 실시 형태의 전극재는, 전극 내의 전자 전도 네트워크가 향상되고, 게다가 활물질, 도전제 및 금속박의 집전체 간에 있어서의 전자의 수수가 원활하게 행해지기 때문에, 종래의 각 전극 재료를 단순하게 혼합하여 제조한 전극재에 비하여, 전극 저항이 저감되어, 대전류 충방전이 가능해진다. 또한, 본 실시 형태의 전극재는 활물질, 도전제 및 금속박의 집전체 간의 전기적인 접속이 최적화되어 있고, 소량의 도전제로 도통을 취할 수 있기 때문에, 특히 소량 사용의 경우에 종래의 전극재와의 성능 차가 현저해진다. 또한 소량 사용이 가능한 만큼, 전지 용량의 향상에 기여하는 바가 크다.The electrode material of the present embodiment improves the electron conduction network in the electrode and further facilitates the transfer of electrons between the active material, the conductive agent and the current collectors of the metal foil. Therefore, Compared to one electrode material, the electrode resistance is reduced, and a large current charge / discharge can be achieved. In addition, since the electrode material of the present embodiment has the optimum electrical connection between the active material, the conductive agent, and the current collectors of the metal foil, and can conduct with a small amount of conductive agent, The car becomes remarkable. In addition, as it is possible to use a small amount, it contributes to the improvement of the battery capacity.

이에 의해, 본 실시 형태의 전극재를 사용함으로써, 전극재 중의 활물질의 비율을 높이고, 리튬 이온 이차 전지를 고용량화하는 것이 가능해진다.Thus, by using the electrode material of the present embodiment, the ratio of the active material in the electrode material can be increased and the capacity of the lithium ion secondary battery can be increased.

(제2 실시 형태)(Second Embodiment)

이어서, 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 리튬 이온 이차 전지에 대하여 설명한다. 본 실시 형태의 리튬 이온 이차 전지는, 전술한 정극재 및/또는 부극재에, 전술한 제1 실시 형태의 전극재를 사용한 것이다.Next, a lithium ion secondary battery according to a second embodiment of the present invention will be described. The lithium ion secondary battery of the present embodiment uses the above-described electrode material of the first embodiment in the above-mentioned positive electrode material and / or negative electrode material.

일반적인 리튬 이온 이차 전지는, 부극과 정극을 포함하는 전극이 세퍼레이터를 개재하여 적층 또는 권회됨으로써 형성되는 전극 군과, 이 전극 군이 침지되는 전해액으로 구성되어 있다. 전극은 리튬 이온 이차 전지용 전극재를 유기 바인더 등을 통하여 금속박의 집전체에 도공함으로써 형성된다.A general lithium ion secondary battery is composed of an electrode group formed by stacking or winding an electrode including a negative electrode and a positive electrode via a separator and an electrolyte solution in which the electrode group is immersed. The electrode is formed by coating an electrode material for a lithium ion secondary battery on a collector of a metal foil through an organic binder or the like.

전술한 제1 실시 형태의 전극재를 사용하여, 리튬 이온 이차 전지의 전극을 형성하는 경우, 전극재를 용매나 바인더와 혼련하여, 전극합제(슬러리)를 형성한다. 예를 들어 정극을 형성하는 경우에는, 용매로서 N-메틸피롤리돈(NMP)을 사용하고, 바인더로서 폴리불화비닐리덴(PVDF)을 사용할 수 있다. 또한, 부극을 형성하는 경우에는, 용매로서 물을 사용하고, 바인더로서 카르복시메틸셀룰로오스(CMC) 및 스티렌부타디엔 고무(SBR)가 사용되는 경우가 많다.In the case of forming the electrode of the lithium ion secondary battery using the electrode material of the first embodiment described above, the electrode material is kneaded with a solvent or a binder to form an electrode mixture (slurry). For example, in the case of forming a positive electrode, N-methylpyrrolidone (NMP) may be used as a solvent, and polyvinylidene fluoride (PVDF) may be used as a binder. Further, in the case of forming the negative electrode, water is used as a solvent, and carboxymethyl cellulose (CMC) and styrene butadiene rubber (SBR) are often used as a binder.

그리고, 전극 합제를, 금속박의 집전체에 도공한 후, 가압 성형함으로써 전극을 제작할 수 있다. 활물질이 LiCoO2, LiMn2O4, LiNiO2, Li(MnaNibCoc)O2(단, a+b+c=1 또한 0<a<1, 0<b<1, 0<c<1), Li(AldNieCof)O2(단, d+e+f=1 또한 0<d<1, 0<e<1, 0<f<1), xLi2MnO3-(1-x)LiMO2(단, 0<x<1) 및 LiNigMn(2-g)O4(단, 0<g<2) 등의 산화물계의 정극 활물질, 또는 부극 활물질인 Li4Ti5O12인 경우에는, 집전체는 알루미늄박이 사용된다. 또한, 활물질이, 금속 주석을 내포한 주석 산화물 또는 금속 실리콘을 내포한 실리콘 산화물 또는 이들에 흑연을 혼합한 것인 경우에는, 구리박이 사용된다.Then, the electrode mixture can be coated on the current collector of the metal foil and then subjected to pressure molding to produce an electrode. The active material is LiCoO 2 , LiMn 2 O 4 , LiNiO 2 , Li (Mn a Ni b Co c ) O 2 (provided that a + b + c = 1 and 0 <a <1, 0 <b <<1), Li (Al d Ni e Co f) O 2 ( stage, d + e + f = 1 In addition, 0 <d <1, 0 < e <1, 0 <f <1), xLi 2 MnO 3 - (1-x) LiMO 2 (where 0 <x <1) and LiNi g Mn (2-g) O 4 (where 0 <g <2), or a positive electrode active material Li 4 In the case of Ti 5 O 12 , aluminum foil is used as the current collector. When the active material is tin oxide containing metal tin or silicon oxide containing metal silicon or a mixture of graphite and silicon tin, copper foil is used.

리튬 이온 이차 전지에 사용되는 그 밖의 재료로서는, 세퍼레이터나 전해액 등을 들 수 있다. 세퍼레이터는, 정극 및 부극을 전기적으로 절연하여 전해액을 유지하는 것이고, 폴리에틸렌이나 폴리프로필렌 등의 합성 수지제의 것이나 셀룰로오스제 부직포를 사용할 수 있다. 전해액의 유지성을 향상시키기 위해서, 세퍼레이터는, 다공성 필름상의 것을 사용하는 것이 바람직하다.Examples of other materials used for the lithium ion secondary battery include a separator and an electrolytic solution. The separator is to electrically insulate the positive electrode and the negative electrode to retain the electrolyte solution, and may be made of a synthetic resin such as polyethylene or polypropylene or a nonwoven fabric made of cellulose. In order to improve the retention of the electrolytic solution, it is preferable to use a separator in the form of a porous film.

또한, 상술한 전극 군이 침지되는 전해액으로서는, 리튬염을 포함하는 비수 전해액 또는 이온 전도 중합체 등을 사용하는 것이 바람직하다. 리튬염을 포함하는 비수 전해액에 있어서의 비수 전해질의 비수 용매로서는, 에틸렌카르보네이트(EC), 프로필렌카르보네이트(PC), 디에틸카르보네이트(DEC), 디메틸카르보네이트(DMC), 메틸에틸카르보네이트(MEC) 등을 들 수 있다. 또한, 비수 용매에 용해될 수 있는 리튬염으로서는, 육불화인산리튬(LiPF6), 붕사불화리튬(LiBF4), 트리플루오로메탄술폰산리튬(LiSO3CF4) 등을 들 수 있다.As the electrolytic solution in which the electrode group described above is immersed, it is preferable to use a nonaqueous electrolytic solution containing a lithium salt, an ion conductive polymer, or the like. Examples of the non-aqueous solvent of the nonaqueous electrolyte in the non-aqueous electrolyte solution containing the lithium salt include ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC) Methyl ethyl carbonate (MEC), and the like. Examples of the lithium salt that can be dissolved in the nonaqueous solvent include lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium borohydride (LiBF 4 ), lithium trifluoromethanesulfonate (LiSO 3 CF 4 ), and the like.

본 실시 형태의 리튬 이온 이차 전지는, 전술한 제1 실시 형태의 전극재를 사용하고 있기 때문에, 대전류 충방전을 수명 중 장기에 걸쳐 유지할 수 있고, 또한 고용량이다.Since the lithium ion secondary battery of the present embodiment uses the electrode material of the first embodiment described above, the large current charging / discharging can be maintained over a long life span, and is also a high capacity.

실시예Example

이하, 본 발명의 실시예 및 비교예를 들어, 본 발명의 효과에 대하여 구체적으로 설명한다. 본 실시예에서는, 이하에 나타내는 방법으로 전극재를 제작하고, 그의 성능을 평가하였다.Hereinafter, the effects of the present invention will be described in detail with reference to Examples and Comparative Examples of the present invention. In this embodiment, an electrode material was produced by the following method and its performance was evaluated.

<실시예 1 내지 8>&Lt; Examples 1 to 8 &

혼합기를 사용하여, 하기 표 1에 나타내는 활물질, 유기물, 카본 나노 튜브 및 카본 블랙 등을, 용매 중에서 혼합하였다. 그 후, 건조, 가열, 해쇄함으로써 실시예 1 내지 8의 전극재를 얻었다. 하기 표 2에 각 공정에서의 조건을 나타내었다.Using the mixer, the active material, organic material, carbon nanotube, and carbon black shown in Table 1 below were mixed in a solvent. Thereafter, the electrode materials of Examples 1 to 8 were obtained by drying, heating and shredding. The conditions in each step are shown in Table 2 below.

<실시예 9>&Lt; Example 9 >

질산 망간(Mn(NO3)2·6H2O), 질산 니켈(Ni(NO3)2·6H2O) 및 질산 코발트(Co(NO3)2·6H2O)를 증류수에 몰비로 Mn:Ni:Co=4:1:1의 비율이 되도록 첨가하고, 용해시켰다. 그 후, 질소 분위기 중에서 탄산리튬(Li2CO3)을 몰비로 Li2CO3:(Mn+Ni+Co)=1.75:1의 비율이 되도록 첨가하여 충분히 교반 후, 여과, 세정, 건조하여 분말을 얻었다.(Mn (NO 3 ) 2 .6H 2 O), nickel nitrate (Ni (NO 3 ) 2 .6H 2 O) and cobalt nitrate (Co (NO 3 ) 2 .6H 2 O) : Co = 4: 1: 1, and dissolved. Thereafter, lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) was added in a molar ratio of Li 2 CO 3 : (Mn + Ni + Co) = 1.75: 1 in a nitrogen atmosphere and sufficiently stirred, filtered, washed, &Lt; / RTI &gt;

이것을 대기 중 500℃에서 4시간 소성한 후, 900℃에서 10시간 소성하여, 흑색 분말을 얻었다. 얻어진 분말에 대해서, 원소 분석 및 X선 회절 측정을 행한 바, 0.5Li2MnO3-0.5LiMn1 /3Ni1 /3Co1 /3O2의 조성을 갖는 화합물이었다.This was calcined at 500 ° C for 4 hours in the atmosphere, and then calcined at 900 ° C for 10 hours to obtain a black powder. For the obtained powder, it was a compound having the elemental analysis, and was subjected to X-ray diffraction measurement, 0.5Li 2 MnO 3 -0.5LiMn 1/ 3 Ni 1/3 the composition of Co 1/3 O 2.

계속해서, 일본 특허 공개 제2004-299986호 공보의 실시예 1에 기재된 방법에 의해, 표면이 무정형 탄소층으로 피복된 카본 나노 튜브를 얻었다. 이것과, 전술한 흑색 분말 및 카본 블랙을, 용매 중에서 혼합기를 사용하여 혼합하였다. 그 후, 건조, 가열, 해쇄함으로써, 실시예 9의 전극재를 얻었다. 사용한 각 재료를 하기 표 1에 나타내었다. 또한, 하기 표 2에 각 공정에서의 조건을 나타내었다.Subsequently, a carbon nanotube whose surface was covered with an amorphous carbon layer was obtained by the method described in Example 1 of Japanese Patent Laid-Open No. 2004-299986. This and the above-mentioned black powder and carbon black were mixed in a solvent using a mixer. Thereafter, the electrode material of Example 9 was obtained by drying, heating and shredding. The materials used are shown in Table 1 below. The conditions in each step are shown in Table 2 below.

<실시예 10>&Lt; Example 10 >

염화니켈(NiCl2·6H2O) 및 염화망간(MnCl2·4H2O)을 몰비로 Ni:Mn=1:3이 되도록 혼합한 후, 옥살산 암모늄((NH4)2C2O4·H2O)을 몰비로 (Ni+Mn):C2O4=5:6이 되도록 첨가하여 혼합하였다. 혼합물을 110℃에서 2시간 건조한 후, 대기 중 400℃에서 4시간 소성하였다.(NiCl 2 .6H 2 O) and manganese chloride (MnCl 2 .4H 2 O) were mixed at a molar ratio of Ni: Mn = 1: 3, and then ammonium oxalate ((NH 4 ) 2 C 2 O 4 H 2 O) at a molar ratio of (Ni + Mn): C 2 O 4 = 5: 6. The mixture was dried at 110 DEG C for 2 hours and then calcined at 400 DEG C for 4 hours in the air.

그 후, 탄산리튬(Li2CO3)을 몰비로 Li:(Ni+Mn)=1:2가 되도록 첨가하여 혼합하고, 이어서 대기 중 700℃에서 48시간 소성하여 흑색 분말을 얻었다. 얻어진 분말에 대해서, 원소 분석 및 X선 회절 측정을 행한 바, LiNi0 .5Mn1 .5O4의 조성을 갖는 화합물이었다.Thereafter, lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) was added and mixed in a molar ratio of Li: (Ni + Mn) = 1: 2, followed by mixing in air at 700 ° C for 48 hours to obtain a black powder. The obtained powder was subjected to elemental analysis and X-ray diffraction measurement, LiNi 0.5 Mn 0 was a compound having a composition of 1 0.5 O 4.

계속해서, 일본 특허 공개 제2004-299986호 공보의 실시예 1에 기재된 방법에 의해 표면이 무정형 탄소층으로 피복된 카본 나노 튜브를 얻었다. 이것과, 전술한 흑색 분말 및 카본 블랙을, 용매 중에서 혼합기를 사용하여 혼합하였다. 그 후, 건조, 가열, 해쇄함으로써, 실시예 10의 전극재를 얻었다. 사용한 각 재료를 하기 표 1에, 각 공정에서의 조건을 하기 표 2에 각각 나타내었다.Subsequently, a carbon nanotube whose surface was covered with an amorphous carbon layer was obtained by the method described in Example 1 of Japanese Patent Laid-Open Publication No. 2004-299986. This and the above-mentioned black powder and carbon black were mixed in a solvent using a mixer. Thereafter, the electrode material of Example 10 was obtained by drying, heating and shredding. The materials used are shown in Table 1, and the conditions in each step are shown in Table 2 below.

Figure pct00001
Figure pct00001

Figure pct00002
Figure pct00002

전술한 방법으로 제조한 실시예 1 내지 10의 전극재에 대해서, 주사형 전자 현미경(니혼덴시 가부시끼가이샤 제조 JSM-7400F)을 사용하여 반사 전자 조성상을 촬영하고, 활물질에 대한 비정질 탄소의 피복률을 측정하였다. 또한, 투과형 전자 현미경(니혼덴시 가부시끼가이샤 제조 JEM-2010)을 사용하여, 실시예 1 내지 10의 전극재의 투과 전자선(TEM)상을 촬영하고, 비정질 탄소와 카본 나노 튜브와의 결합의 유무 및 카본 나노 튜브와 카본 블랙의 결합 유무를 확인하였다. 그 결과를, 하기 표 3에 나타내었다.The electrode materials of Examples 1 to 10 prepared by the above-described method were photographed in a reflection electron composition using a scanning electron microscope (JSM-7400F, manufactured by Nippon Denshi Kabushiki Kaisha), and a coating of amorphous carbon Respectively. Transmission electron beams (TEM) images of the electrode materials of Examples 1 to 10 were photographed using a transmission electron microscope (JEM-2010 manufactured by JEOL Ltd.), and the presence or absence of bonding between the amorphous carbon and the carbon nanotubes And whether or not the carbon nanotubes and the carbon black were bonded. The results are shown in Table 3 below.

Figure pct00003
Figure pct00003

상기 표 3에 나타내는 바와 같이, 실시예 1 내지 10의 전극재는, 비정질 탄소 피복률이 10% 이상이었다. 또한, 실시예 1 내지 10의 전극재는 모두, 비정질 탄소와 카본 나노 튜브의 결합, 카본 나노 튜브와 카본 블랙의 결합, 및 카본 블랙에 의한 도전 네트워크의 형성이 확인되었다.As shown in Table 3, the electrode materials of Examples 1 to 10 had an amorphous carbon coverage of 10% or more. In all of the electrode materials of Examples 1 to 10, the amorphous carbon and the carbon nanotube bond, the carbon nanotube and the carbon black bond, and the carbon black formed the conductive network.

<실시예 11 내지 20>&Lt; Examples 11 to 20 &

이어서, 실시예 1 내지 10의 전극재를 사용하여 전극(정극·부극)을 형성하고, 실시예 11 내지 20의 리튬 이온 이차 전지를 제작하였다. 구체적으로는, 실시예 1 내지 10의 전극재와, 바인더로서 폴리불화비닐리덴(가부시끼가이샤 쿠레하 제조 KF 중합체 용액)을 질량비로 95:5의 비율로 배합하였다. 이것에 분산 용매로서 N-메틸피롤리돈(시그마 알드리치사 제조 제품 번호 328634)을 첨가하고, 혼련기 (프라이믹스사 제조 하이비스 믹스 및 호모 디스퍼)를 사용하여 혼련하여 전극 합제(슬러리)를 제작하였다.Subsequently, electrodes (positive electrode and negative electrode) were formed by using the electrode materials of Examples 1 to 10, and lithium ion secondary batteries of Examples 11 to 20 were fabricated. Specifically, the electrode materials of Examples 1 to 10 and polyvinylidene fluoride (KF polymer solution manufactured by Kureha Kabushiki Kaisha) as a binder were mixed in a ratio of 95: 5 by mass ratio. N-methylpyrrolidone (product number 328634, manufactured by Sigma-Aldrich) was added as a dispersion solvent, and the resultant mixture was kneaded using a kneader (Hybis mix and Homodisper, manufactured by Primemix) to prepare an electrode mixture (slurry) Respectively.

이 전극 합제(슬러리)를, 두께 20㎛의 알루미늄박 또는 구리박에 도포, 건조하고, 그 후, 프레스, 40mm 각(角)으로 재단하여, 리튬 이차 전지용 전극을 얻었다. 이들을 전기적으로 격리하는 세퍼레이터에는, 50mm 각의 올레핀 섬유제 부직포를 사용하였다. 전해액에는 EC(Aldrich사 제조 에틸렌카르보네이트)과, MEC(Aldrich사 제조 메틸에틸카르보네이트)를 부피비로 30:70의 비율로 혼합한 용액 중에, 육불화인산리튬(스텔라 케미파사 제조 LiPF6)을 1mol/L 용해한 것을 사용하였다.The electrode mixture (slurry) was applied to an aluminum foil or a copper foil having a thickness of 20 占 퐉, and dried. Then, the electrode mixture was cut into 40 mm square pieces to obtain an electrode for a lithium secondary battery. As the separator for electrically isolating them, an olefin fiber nonwoven fabric having a size of 50 mm was used. A solution of lithium hexafluorophosphate (LiPF 6, manufactured by Stella Chemipa Co., Ltd.) was added to a solution of EC (ethylene carbonate, manufactured by Aldrich) and MEC (methyl ethyl carbonate, manufactured by Aldrich) in a volume ratio of 30:70, ) Dissolved in 1 mol / L was used.

일부의 정극용 전극재에 대해서는, 부극 활물질에 흑연(오사카 가스 가부시끼가이샤 제조 인조 흑연 MCMB6-28)을 사용하고, 도전재로서 아세틸렌 블랙(덴끼 가가꾸 고교 가부시끼가이샤 제조 HS-100) 및 바인더로서 폴리불화비닐리덴을 질량비로 95:1:4의 비율로 혼합하였다. 그 후, 전술한 전극재와 동일하게 슬러리를 제작하고, 두께 20㎛의 구리박에 도포, 건조한 후, 프레스, 40mm 각으로 재단한 부극 전극을 사용하였다. 정극과 부극에 단자를 접속한 후, 전체를 알루미늄 라미네이트제 패키지에 봉입하여 70mm 각 라미네이트형 전지로 하였다.Graphite (artificial graphite MCMB6-28 manufactured by Osaka Gas Co., Ltd.) was used as a negative electrode active material, acetylene black (HS-100 manufactured by Denki Kagaku Kogyo K. K.) and a binder Was mixed with polyvinylidene fluoride at a mass ratio of 95: 1: 4. Thereafter, a slurry was prepared in the same manner as in the above-described electrode material, coated on a copper foil having a thickness of 20 mu m and dried, and then a negative electrode cut into a 40 mm square was used. After terminals were connected to the positive electrode and the negative electrode, the whole was enclosed in an aluminum laminate package to form a 70 mm laminate battery.

또한, 알루미늄박 또는 구리박에 도포, 건조하고, 그 후, 프레스한 전극의 일부는 전지에 사용하지 않고 전극 표면을 주사형 전자 현미경을 사용하여 관찰하고, 얻어진 주사 전자선(SEM)상에 의해, 카본 블랙이 전극 전체에 도전 네트워크를 형성하고 있는 것을 확인하였다. 이들 결과는 상기 표 4에 나타내었다. 실시예 1 내지 10 중 어느 전극 표면에 있어서도 카본 블랙에 의한 도전 네트워크의 형성이 확인되었기 때문에, 집전체인 금속박과 접하고 있는 전극 이면에도 동일한 도전 네트워크가 형성되어 집전체와 전기적으로 접속하고 있는 것으로 추정되었다.The surface of the electrode was observed using a scanning electron microscope without using a part of the pressed electrode in a battery. Then, on the scanning electron beam (SEM) obtained, It was confirmed that carbon black forms a conductive network over the entire electrode. These results are shown in Table 4 above. Since formation of a conductive network by carbon black was confirmed on any of the electrode surfaces of Examples 1 to 10, it was presumed that the same conductive network was formed on the back surface of the electrode in contact with the metal foil as the current collector and was electrically connected to the current collector .

<비교예 1 내지 10>&Lt; Comparative Examples 1 to 10 &

전술한 실시예 1 내지 10과 동일 활물질, 카본 나노 튜브 및 카본 블랙을 사용하여, 하기 표 4에 나타내는 비교예 1 내지 10의 전극재를 제작하였다. 비교예 1 내지 10의 전극재는, 그대로 바인더인 폴리불화비닐리덴(가부시끼가이샤 쿠레하 제조 KF 중합체 용액)에, 질량비로 바인더:나머지 부분=5:95의 비율이 되도록 배합하고, 이것에 분산 용매로서 N-메틸피롤리돈을 첨가하고, 혼련기를 사용하여 혼련하여 전극 합제(슬러리)를 제작하였다.Using the same active materials, carbon nanotubes, and carbon black as those of Examples 1 to 10, electrode materials of Comparative Examples 1 to 10 shown in Table 4 were produced. The electrode materials of Comparative Examples 1 to 10 were mixed so as to have a ratio of binder: remaining portion = 5: 95 in a mass ratio to a polyvinylidene fluoride (KF polymer solution manufactured by Kureha K.K.) as a binder, N-methylpyrrolidone was added and kneaded using a kneader to prepare an electrode mixture (slurry).

단, 비교예 1 내지 8에 있어서는, 분해하여 비정질 탄소를 형성하는 유기물을 첨가하지 않고, 그 대신에 실시예 1 내지 8에 있어서 사용한 유기물이 분해되었을 때에 생성되는 탄소량과 동량의 카본 블랙을, 실시예 1 내지 8의 카본 블랙량에 대하여 증량하여 첨가하였다. 비교예 1 내지 10의 전극재에 있어서의 활물질, 카본 나노 튜브 및 카본 블랙의 종류 및 배합량을 하기 표 4에 정리하여 나타내었다.However, in Comparative Examples 1 to 8, instead of adding an organic substance decomposing to form amorphous carbon, instead of the carbon black produced when the organic substances used in Examples 1 to 8 were decomposed, Was added in an increased amount to the amount of carbon black of Examples 1 to 8. The types and blending amounts of the active material, the carbon nanotubes, and the carbon black in the electrode materials of Comparative Examples 1 to 10 are summarized in Table 4 below.

Figure pct00004
Figure pct00004

<비교예 11 내지 12>&Lt; Comparative Examples 11 to 12 >

실시예 1에 있어서의 자당의 양을 3g에서 0.3g으로 변경한 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여 비교예 11의 전극재를 제작하였다. 구체적으로는 도전제, 열 분해에 의해 비정질 탄소를 형성하는 유기물, 카본 나노 튜브 및 카본 블랙을, 용매 중에서 혼합기를 사용하여 혼합한 후, 건조, 가열, 해쇄함으로써 비교예 11의 전극재를 얻었다.An electrode material of Comparative Example 11 was prepared in the same manner as in Example 1 except that the amount of sucrose in Example 1 was changed from 3 g to 0.3 g. Specifically, an electrode material of Comparative Example 11 was obtained by mixing a conductive agent, an organic material that forms amorphous carbon by thermal decomposition, carbon nanotubes, and carbon black in a solvent using a mixer, followed by drying, heating, and shaking.

얻어진 비교예 11의 전극재의 활물질에 대한 비정질 탄소의 피복률을, 주사형 전자 현미경을 사용하여 얻은 반사 전자 조성상에 의해 측정한 바, 5%였다. 또한, 투과형 전자 현미경(니혼덴시 가부시끼가이샤 제조 JEM-2010)을 사용하여 얻은 투과 전자선(TEM)상에 의해, 비정질 탄소와 카본 나노 튜브와의 결합의 유무 및 카본 나노 튜브와 카본 블랙의 결합 유무를 확인한 바, 카본 나노 튜브와 카본 블랙의 결합은 인정되었지만 비정질 탄소와 카본 나노 튜브의 결합은 인정되지 않았다.The covering ratio of the obtained amorphous carbon to the active material of the electrode material of Comparative Example 11 was measured in terms of the reflection electron composition obtained using a scanning electron microscope, and found to be 5%. Further, by the transmission electron beam (TEM) image obtained by using a transmission electron microscope (JEM-2010 manufactured by JEOL Ltd.), the presence or absence of bonding between the amorphous carbon and the carbon nanotube and the bonding between the carbon nanotube and the carbon black The binding between the carbon nanotubes and the carbon black was recognized, but the binding between the amorphous carbon and the carbon nanotubes was not recognized.

이어서, 비교예 11의 전극재를, 실시예 10과 동일하게 바인더로서의 폴리불화비닐리덴을 배합하고, 분산 용매로서 N-메틸피롤리돈을 첨가하고, 혼련기를 사용하여 혼련하여 전극 합제(슬러리)를 제작하였다. 또한 이것을 전극에 사용하여, 비교예 12의 라미네이트형 전지를 제작하였다.Subsequently, the electrode material of Comparative Example 11 was compounded with polyvinylidene fluoride as a binder in the same manner as in Example 10, N-methylpyrrolidone was added as a dispersion solvent, and kneaded using a kneader to prepare an electrode mixture (slurry) Respectively. A laminate-type battery of Comparative Example 12 was also produced using this electrode.

<비교예 13 내지 22>&Lt; Comparative Examples 13 to 22 >

비교예 1 내지 10에서 제작한 전극 합제를 전극에 사용한 것 이외에는, 각각 실시예 11 내지 20과 완전히 동일하게 하여 비교예 13 내지 22의 라미네이트형 전지를 제작하였다.The laminated cells of Comparative Examples 13 to 22 were produced in exactly the same manner as in Examples 11 to 20 except that the electrode mix prepared in Comparative Examples 1 to 10 was used for the electrodes.

[방전 성능 평가][Discharge performance evaluation]

이어서, 전술한 방법으로 제작한 실시예 11 내지 20 및 비교예 12 내지 22의 리튬 이온 이차 전지(라미네이트형 전지)에 대하여 방전 성능 시험을 행하였다. 구체적으로는, 각 전지를 첫회 충전 후, 충방전 효율이 100% 근방이 되는 것을 확인하고, 0.7mA/㎠의 전류 밀도에서 정전류 방전을 2.7V(실시예 12, 15, 17 및 비교예 14, 17, 19는 1.2V, 실시예 20 및 비교예 22는 3.0V)까지 행했을 때의 방전 용량을 측정하였다. 이 용량(mAh)을 1시간으로 충방전 가능한 전류값을 「1C」로 하였다.Then, discharge performance tests were conducted on the lithium ion secondary batteries (laminate batteries) of Examples 11 to 20 and Comparative Examples 12 to 22 produced by the above-described method. Specifically, it was confirmed that the charge / discharge efficiency became close to 100% after the first charge of each cell, and the constant current discharge was performed at a current density of 0.7 mA / cm 2 at 2.7 V (Examples 12, 15, 17, 17, and 19 were 1.2 V and 3.0 V in Example 20 and Comparative Example 22). The current value capable of charging / discharging the capacity (mAh) to 1 hour was set to &quot; 1C &quot;.

첫회 충방전 후, 충전은 4.3V(실시예 12, 15, 17 및 비교예 14, 17, 19는 2.8V, 실시예 19 및 비교예 21은 4.8V, 실시예 20 및 비교예 22는 5.0V)(0.2C 정전류, 0.05C 전류시 종료), 방전은 사이클마다, 0.2C, 0.33C, 0.5C, 1C, 3C, 5C, 10C(정전류, 2.7V 시 종료, 실시예 12, 15, 17 및 비교예 14, 17, 19는 1.2V 시 종료, 실시예 20 및 비교예 22는 3.0V 시 종료)로 서서히 전류값을 증가시켜, 휴지는 각각 사이에 10분간 행하여 충방전을 행하고, 첫회(0.2C)의 충방전 용량에 대한 충방전 용량의 비(%)를 레이트 특성으로 하였다. 또한, SOC(충전 심도) 50% 시에 있어서의 I-V 특성으로부터, 전지의 직류 저항(DCR)을 산출하였다. 충전시에 있어서의 직류 저항을 「충전 DCR」, 방전시를 「방전 DCR」로 하였다. 이 결과를, 하기 표 5에 정리하여 나타내었다.After charging and discharging for the first time, the charge was 4.3 V (2.8 V for Examples 12, 15 and 17 and Comparative Examples 14, 17 and 19, 4.8 V for Examples 19 and 21, 5.0 V for Examples 20 and 22 (At the time of 0.2 C constant current and at the end of the current of 0.05 C) and discharging is performed every cycle at 0.2 C, 0.33 C, 0.5 C, 1 C, 3 C, 5 C, The current value was gradually increased to the end of 1.2 V in Comparative Examples 14, 17 and 19, and the end of 3.0 V in Example 20 and Comparative Example 22, and the stopping was carried out for 10 minutes between them for charging and discharging, (%) Of the charge / discharge capacity with respect to the charge / discharge capacity of the capacitor C was regarded as the rate characteristic. Further, the DC resistance (DCR) of the battery was calculated from the I-V characteristic at the time of SOC (charge depth) of 50%. The DC resistance at the time of charging was referred to as &quot; charged DCR &quot; and the discharge was defined as &quot; discharge DCR &quot;. The results are summarized in Table 5 below.

Figure pct00005
Figure pct00005

상기 표 5에 나타낸 바와 같이, 실시예 1 내지 10의 전극재를 사용한 실시예 11 내지 20의 리튬 이온 이차 전지는, 비교예 12 내지 22의 리튬 이차 전지에 비하여, 셀 용량이 크고, 또한 충전 및 방전에 있어서의 직류 저항도 낮고, 방전 성능도 우수하였다. 이 결과로부터, 본 발명에 따르면, 대전류 충방전을 수명 중 장기에 걸쳐 유지할 수 있고, 또한 고용량의 리튬 이온 이차 전지를 실현 가능한 것이 확인되었다.As shown in Table 5, the lithium ion secondary batteries of Examples 11 to 20 using the electrode materials of Examples 1 to 10 had larger cell capacities than the lithium secondary batteries of Comparative Examples 12 to 22, The DC resistance in the discharge was low and the discharge performance was excellent. From these results, it was confirmed that according to the present invention, it is possible to maintain a large current charge / discharge over a long life span, and to realize a lithium ion secondary battery with a high capacity.

Claims (9)

활물질 및 도전재를 함유하는 리튬 이온 이차 전지용 전극재이며,
상기 활물질은 리튬 함유 복합 산화물, 주석 산화물 또는 실리콘 산화물이고,
상기 도전재는 비정질 탄소, 카본 나노 튜브 및 카본 블랙이고,
상기 비정질 탄소에 의해 상기 활물질의 표면 일부 또는 전부가 피복되어 있는
리튬 이온 이차 전지용 전극재.
An electrode material for a lithium ion secondary battery containing an active material and a conductive material,
The active material is a lithium-containing complex oxide, tin oxide or silicon oxide,
The conductive material is amorphous carbon, carbon nanotube, and carbon black,
And a part or all of the surface of the active material is covered with the amorphous carbon
Electrode material for lithium ion secondary battery.
제1항에 있어서, 상기 비정질 탄소에 의한 상기 활물질 표면의 피복률은 10 내지 95%인 리튬 이온 이차 전지용 전극재.The electrode material for a lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the covering ratio of the surface of the active material to the amorphous carbon is 10 to 95%. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 비정질 탄소는 유기물의 열 분해물인 리튬 이온 이차 전지용 전극재.The electrode material for a lithium ion secondary battery according to claim 1 or 2, wherein the amorphous carbon is a thermal decomposition product of an organic material. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 활물질은,
LiCoO2,
LiMn2O4,
LiNiO2,
Li(MnaNibCoc)O2
단, a+b+c=1 또한 0<a<1, 0<b<1, 0<c<1,
Li(AldNieCof)O2
단, d+e+f=1 또한 0<d<1, 0<e<1, 0<f<1,
xLi2MnO3-(1-x)LiMO2
단, 0<x<1,
및 LiNigMn(2-g)O4
단, 0<g<2
로 이루어지는 군에서 선택되는 1종의 리튬 함유 복합 산화물이고,
정극재에 사용되는, 리튬 이온 이차 전지용 전극재.
4. The method according to any one of claims 1 to 3,
LiCoO 2 ,
LiMn 2 O 4 ,
LiNiO 2,
Li (Mn a Ni b Co c ) O 2
1, 0 < b < 1, 0 < c < 1,
Li (Al d Ni e Co f ) O 2
D + e + f = 1 and 0 < d < 1, 0 &
xLi 2 MnO 3 - (1-x) LiMO 2
However, 0 < x < 1,
And LiNi g Mn (2-g) O 4
However, 0 < g < 2
Containing complex oxide selected from the group consisting of lithium,
An electrode material for a lithium ion secondary battery, which is used for a positive electrode material.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 활물질은, Li4Ti5O12, 금속 주석을 내포한 주석 산화물 또는 금속 실리콘을 내포한 실리콘 산화물이고,
부극재에 사용되는, 리튬 이온 이차 전지용 전극재.
The lithium secondary battery according to any one of claims 1 to 3, wherein the active material is Li 4 Ti 5 O 12 , tin oxide containing metal tin, or silicon oxide containing metal silicon,
An electrode material for a lithium ion secondary battery, which is used for an anode material.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 활물질은, 금속 주석을 내포한 주석 산화물 또는 금속 실리콘을 내포한 실리콘 산화물과, 흑연과의 혼합물이고,
부극재에 사용되는, 리튬 이온 이차 전지용 전극재.
The method according to any one of claims 1 to 3, wherein the active material is a mixture of tin oxide containing metal tin or silicon oxide containing metal silicon and graphite,
An electrode material for a lithium ion secondary battery, which is used for an anode material.
활물질과, 열 분해에 의해 비정질 탄소를 형성하는 유기물과, 카본 나노 튜브와, 카본 블랙을 용매 중에서 혼합하는 공정과,
상기 혼합에 의해 얻은 혼합물을 건조한 후, 이어서 가열하여 상기 활물질의 표면에 상기 유기물 유래의 비정질 탄소를 형성하는 공정과,
상기 가열 후의 혼합물을 해쇄하는 공정
을 갖는 리튬 이온 이차 전지용 전극재의 제조 방법.
A step of mixing an active material, an organic material that forms amorphous carbon by thermal decomposition, a carbon nanotube, and carbon black in a solvent,
Drying the mixture obtained by the mixing and then heating to form amorphous carbon derived from the organic material on the surface of the active material;
A step of crushing the mixture after the heating
Wherein the electrode material is a lithium ion secondary battery.
활물질과, 카본 나노 튜브와, 카본 블랙을 용매 중에서 혼합하는 공정과,
상기 혼합에 의해 얻은 혼합물을 건조한 후, 이어서 가열하는 공정과,
상기 가열 후의 혼합물을 해쇄하는 공정
을 가지며,
상기 카본 나노 튜브 및 카본 블랙 중 어느 한쪽 또는 양쪽은 비정질 탄소를 함유하는, 리튬 이온 이차 전지용 전극재의 제조 방법.
A step of mixing the active material, the carbon nanotubes, and the carbon black in a solvent;
Drying the mixture obtained by the mixing and then heating,
A step of crushing the mixture after the heating
Lt; / RTI &gt;
Wherein either or both of the carbon nanotube and the carbon black contains amorphous carbon.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 전극재를 사용한 리튬 이온 이차 전지.A lithium ion secondary battery using the electrode material according to any one of claims 1 to 6.
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