KR20150062837A - Negative electrode active material for a lithium rechargable battery including metal oxide and carbon nano fiber, methode for synthesising the same, and a lithium rechargable battery including the same - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to: a negative electrode active material for a lithium secondary battery, wherein a metal oxide represented by Chemical Formula 1 and a carbon nano fiber disposed on the surface of the metal oxide are included; a method for producing the same; and a lithium secondary battery including the same. [Chemical Formula 1] M_xO_y In Chemical Formula 1, M is Ni, Mn, Co, Fe, Al, Mg, Zn, Ti, or a combination thereof, and x:y is 1:0.5 to 1:2.

Description

금속 산화물과 탄소 나노 섬유를 포함하는 리튬 이차 전지용 음극 활물질, 이의 제조 방법, 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지 {NEGATIVE ELECTRODE ACTIVE MATERIAL FOR A LITHIUM RECHARGABLE BATTERY INCLUDING METAL OXIDE AND CARBON NANO FIBER, METHODE FOR SYNTHESISING THE SAME, AND A LITHIUM RECHARGABLE BATTERY INCLUDING THE SAME}TECHNICAL FIELD The present invention relates to a negative electrode active material for a lithium secondary battery including a metal oxide and a carbon nanofiber, a method for producing the same, and a lithium secondary battery including the metal oxide and the carbon nanofiber, and a lithium secondary battery including the metal oxide and the carbon nanofiber. AND A LITHIUM RECHARGABLE BATTERY INCLUDING THE SAME}

금속 산화물과 탄소 나노 섬유를 포함하는 리튬 이차 전지용 음극 활물질, 이의 제조 방법, 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지 에 관한 것이다.
The present invention relates to a negative electrode active material for a lithium secondary battery including a metal oxide and a carbon nanofiber, a method for producing the same, and a lithium secondary battery comprising the same.

전자기기의 구동용 전원으로 리튬 이차전지가 주목 받고 있다. Lithium secondary batteries have been attracting attention as power sources for driving electronic devices.

리튬 이차전지의 음극 재료로는 흑연이 주로 이용되고 있다. 하지만 흑연은 단위질량당의 용량이 372 mAh/g로 작기 때문에 리튬 이차전지의 고용량화를 실현하기 어렵다.Graphite is mainly used as an anode material of a lithium secondary battery. However, since the capacity per unit mass of graphite is as small as 372 mAh / g, it is difficult to realize the high capacity of the lithium secondary battery.

흑연보다 고용량을 나타내는 음극 재료로는 실리콘, 주석, 저마늄 등의 합금 계열이나 산화물 계열이 있다. 이들 재료는 고용량을 구현하고 전지의 소형화를 가능하게 하는 장점이 있다. 그러나 이러한 합금 또는 금속 산화물 계열의 음극 재료들은 리튬과 결합할 때 큰 내부 장력이 생긴다. 그로 인해 충방전 과정 중에 분쇄되어 용량 손실이 발생한다. Examples of the anode material exhibiting a higher capacity than graphite include an alloy system such as silicon, tin and germanium, and an oxide system. These materials have the advantage of realizing high capacity and miniaturization of the battery. However, these alloy or metal oxide based cathode materials have a large internal tension when combined with lithium. Thereby causing a loss of capacity due to pulverization during the charging / discharging process.

또 다른 음극 재료로 전이금속 산화물이 연구되고 있다. 전이금속 산화물은 이론 용량이 700 내지 1000 mAh/g로 높은 편이고 가격이 저렴하며 충방전 중의 안전성이 높다. 그러나 이러한 전이금속 산화물은 충방전 과정에서 Li2O를 발생시키고 나노 크기의 금속 입자를 형성시킨다. 이로 인해 전지의 비가역 용량이 증가하여 전지 특성이 나빠지는 문제가 있다.
Transition metal oxides have been studied as another anode material. The transition metal oxide has a theoretical capacity of 700 to 1000 mAh / g, which is low in price and high in safety during charging and discharging. However, these transition metal oxides generate Li 2 O and form nano-sized metal particles during charging and discharging. As a result, there is a problem that the irreversible capacity of the battery increases and the battery characteristics deteriorate.

전기 전도도가 우수하고 충방전 특성, 고율 특성 및 수명 특성이 우수한 리튬 이차 전지용 음극 활물질과 이의 제조 방법을 제공하고, 이를 포함하는 리튬 이차 전지를 제공한다.
The present invention provides a negative active material for a lithium secondary battery excellent in electric conductivity and excellent in charge / discharge characteristics, high rate characteristics and life characteristics, and a method for producing the same, and a lithium secondary battery comprising the same.

본 발명의 일 구현예에서는 하기 화학식 1로 표시되는 금속 산화물, 및 상기 금속 산화물의 표면에 위치하는 탄소 나노 섬유를 포함하는 리튬 이차 전지용 음극 활물질을 제공한다.In one embodiment of the present invention, there is provided a negative active material for a lithium secondary battery comprising a metal oxide represented by the following Chemical Formula 1 and carbon nanofibers located on the surface of the metal oxide.

[화학식 1][Chemical Formula 1]

MxOy M x O y

상기 화학식 1에서 M은 Ni, Mn, Co, Fe, Al, Mg, Zn, Ti, 또는 이들의 조합이고, x:y는 1:0.5 내지 1:2이다. In the above formula (1), M is Ni, Mn, Co, Fe, Al, Mg, Zn, Ti, or a combination thereof; x: y is 1: 0.5 to 1: 2.

상기 탄소 나노 섬유는 상기 금속 산화물 표면에서 성장된 것일 수 있다.The carbon nanofibers may be grown on the surface of the metal oxide.

상기 화학식 1에서 상기 M은 Ni, Mn, Co, 또는 이들의 조합일 수 있다. 구체적으로 상기 M은 Ni, Mn, 및 Co의 조합일 수 있다. In Formula 1, M may be Ni, Mn, Co, or a combination thereof. Specifically, M may be a combination of Ni, Mn, and Co.

예를 들어 상기 화학식 1은 하기 화학식 2로 표시될 수 있다. For example, the formula (1) may be represented by the following formula (2).

[화학식 2](2)

(NiaCobMnc)xOy (Ni a Co b Mn c ) x O y

상기 화학식 2에서 0<a≤0.85, 0<b≤0.85, 0<c≤0.85, 0.9≤a+b+c≤1.1, x:y는 1:0.5 내지 1:2이다.0? A? 0.85, 0? B? 0.85, 0? C? 0.85, 0.9? A + b + c? 1.1, and x: y are from 1: 0.5 to 1: 2.

상기 금속 산화물의 입경은 1㎛ 내지 50㎛일 수 있다The particle size of the metal oxide may be 1 탆 to 50 탆

상기 탄소 나노 섬유의 직경은 10nm 내지 70nm일 수 있다.The diameter of the carbon nanofibers may be 10 nm to 70 nm.

상기 리튬 이차 전지용 음극 활물질은 구형일 수 있다.The negative electrode active material for a lithium secondary battery may be spherical.

상기 리튬 이차 전지용 음극 활물질의 입경은 1㎛ 내지 50㎛일 수 있다. The particle size of the negative electrode active material for a lithium secondary battery may be 1 탆 to 50 탆.

본 발명의 다른 일 구현예에서는 하기 화학식 11의 금속 수산화물을 준비하는 단계; 상기 금속 수산화물을 열처리하여 하기 화학식 1의 금속 산화물을 수득하는 단계; 및 상기 금속 산화물에 탄소 원료를 공급하여, 상기 금속 산화물의 표면에 탄소 나노 섬유를 형성시키는 단계를 포함하는 리튬 이차 전지용 음극 활물질의 제조 방법을 제공한다. In another embodiment of the present invention, there is provided a process for preparing a metal hydroxide, Heat treating the metal hydroxide to obtain a metal oxide represented by the following formula (1); And supplying a carbon source to the metal oxide to form carbon nanofibers on the surface of the metal oxide. The present invention also provides a method for manufacturing a negative electrode active material for a lithium secondary battery.

[화학식 11](11)

M(OH)n M (OH) n

상기 화학식 11에서 M은 Ni, Mn, Co, Fe, Al, Mg, Zn, Ti, 또는 이들의 조합이고, 1≤n≤4이다.In Formula 11, M is Ni, Mn, Co, Fe, Al, Mg, Zn, Ti, or a combination thereof.

[화학식 1][Chemical Formula 1]

MxOy M x O y

상기 화학식 1에서 M은 Ni, Mn, Co, Fe, Al, Mg, Zn, Ti, 또는 이들의 조합이고, x:y는 1:0.5 내지 1:2이다.In the above formula (1), M is Ni, Mn, Co, Fe, Al, Mg, Zn, Ti, or a combination thereof; x: y is 1: 0.5 to 1: 2.

일 예로 상기 화학식 11은 하기 화학식 12로 표시되고, 상기 화학식 1은 하기 화학식 2로 표시될 수 있다. For example, Formula 11 may be represented by Formula 12, and Formula 1 may be represented by Formula 2 below.

[화학식 12][Chemical Formula 12]

NiaCobMnc(OH)n Ni a Co b Mn c (OH) n

상기 화학식 12에서 0<a≤0.85, 0<b≤0.85, 0<c≤0.85, 0.9≤a+b+c≤1.1, 1≤n≤4이고,0? A? 0.85, 0? B? 0.85, 0? C? 0.85, 0.9? A + b + c? 1.1,

[화학식 2](2)

(NiaCobMnc)xOy (Ni a Co b Mn c ) x O y

상기 화학식 2에서 0<a≤0.85, 0<b≤0.85, 0<c≤0.85, 0.9≤a+b+c≤1.1, x:y는 1:0.5 내지 1:2이다.0? A? 0.85, 0? B? 0.85, 0? C? 0.85, 0.9? A + b + c? 1.1, and x: y are from 1: 0.5 to 1: 2.

상기 화학식 11의 금속 수산화물을 제조하는 단계는 공침법에 의해 수행될 수 있다. 구체적으로, 상기 화학식 11의 금속 수산화물을 제조하는 단계는 금속 원료를 용매에 투입하여 금속 수용액을 제조하는 단계, 상기 금속 수용액을 교반하는 단계, 및 상기 단계에서 수득한 침전물을 건조하는 단계를 포함할 수 있다. The step of preparing the metal hydroxide of the above formula (11) can be carried out by coprecipitation. Specifically, the step of preparing the metal hydroxide of Formula 11 includes the steps of preparing a metal aqueous solution by adding a metal raw material to a solvent, stirring the metal aqueous solution, and drying the precipitate obtained in the step .

상기 금속 수용액을 제조하는 단계에서 침전제 및/또는 킬레이트제를 더 투입할 수 있다. In the step of preparing the metal aqueous solution, a precipitant and / or a chelating agent may be further added.

상기 금속 수산화물을 열처리하여 화학식 1의 금속 산화물을 수득하는 단계는 500℃ 내지 800℃에서 수행될 수 있다. The step of heat-treating the metal hydroxide to obtain the metal oxide of Formula 1 may be performed at 500 ° C to 800 ° C.

상기 수득된 금속 산화물의 입경은 1㎛ 내지 50㎛일 수 있다. The particle size of the metal oxide obtained may be 1 탆 to 50 탆.

상기 리튬 이차 전지용 음극 활물질의 제조 방법은 상기 금속 수산화물을 열처리하여 화학식 1의 금속 산화물을 수득하는 단계 이후에, 상기 금속 산화물을 환원시켜 상기 금속 산화물 표면의 일부에 금속 시드(seed)를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. The method for producing a negative electrode active material for a lithium secondary battery according to the present invention comprises the steps of: heat treating the metal hydroxide to obtain a metal oxide represented by Chemical Formula 1, and then reducing the metal oxide to form a metal seed on a surface of the metal oxide As shown in FIG.

상기 금속 산화물에 탄소 원료를 공급하여 상기 금속 산화물의 표면에 탄소 나노 섬유를 형성시키는 단계에서, 상기 탄소 나노 섬유는 상기 금속 산화물의 표면에서 성장되는 것일 수 있다. In the step of supplying the carbon source to the metal oxide to form the carbon nanofiber on the surface of the metal oxide, the carbon nanofiber may be grown on the surface of the metal oxide.

상기 탄소 원료는 기상 탄소계 물질일 수 있다. The carbon raw material may be a gas-phase carbon-based material.

상기 금속 산화물에 탄소 원료를 공급하여 상기 금속 산화물의 표면에 탄소 나노 섬유를 형성시키는 단계는 500℃ 내지 800℃에서 수행될 수 있다. The step of supplying the carbon source to the metal oxide to form the carbon nanofibers on the surface of the metal oxide may be performed at 500 ° C to 800 ° C.

상기 탄소 나노 섬유의 직경은 10nm 내지 70nm일 수 있다. The diameter of the carbon nanofibers may be 10 nm to 70 nm.

상기 수득된 리튬 이차 전지용 음극 활물질은 구형일 수 있다.The obtained negative electrode active material for a lithium secondary battery may be spherical.

상기 수득된 리튬 이차 전지용 음극 활물질의 입경은 1㎛ 내지 50㎛일 수 있다. The obtained negative electrode active material for lithium secondary battery may have a particle diameter of 1 탆 to 50 탆.

본 발명의 또 다른 일 구현예에서는 상기 리튬 이차 전지용 음극 활물질을 포함하는 음극, 양극, 및 전해질을 포함하는 리튬 이차 전지를 제공한다.
Another embodiment of the present invention provides a lithium secondary battery including the negative electrode, the positive electrode, and the electrolyte including the negative active material for the lithium secondary battery.

일 구현예에 따른음극 활물질과 이를 포함하는 리튬 이차 전지는 전기 전도도가 우수하고 충방전 특성, 고율 특성 및 수명 특성이 우수하다.
The negative electrode active material according to one embodiment and the lithium secondary battery including the negative electrode active material have excellent electric conductivity and excellent charge / discharge characteristics, high rate characteristics and life characteristics.

도 1은 실시예 1의 금속 수산화물 전구체에 대한 주사전자현미경 사진이다.
도 2는 실시예 1의 음극 활물질에 대한 주사전자현미경 사진이다.
도 3은 실시예 1의 음극 활물질에서 탄소 나노 섬유 부분을 찍은 투과전자현미경 사진이다.
도 4는 실시예 1의 음극 활물질에서 탄소 나노 섬유 부분의 푸리에 변환 (Fast Fourier Transform) 패턴이다.
도 5는 실시예 1의 전지에 대한 전압 프로파일이다.
도 6은 실시예 1의 전지에 대한 수명 특성 평가 그래프이다.
도 7은 실시예1의 전지에 대한 고육 특성 평가 그래프이다.
Figure 1 is a scanning electron micrograph of the metal hydroxide precursor of Example 1;
2 is a scanning electron micrograph of the negative electrode active material of Example 1. Fig.
FIG. 3 is a transmission electron micrograph of a carbon nanofiber portion taken from the negative electrode active material of Example 1. FIG.
4 is a Fourier transform pattern of a carbon nanofiber portion in the negative electrode active material of Example 1. FIG.
5 is a voltage profile for the cell of Example 1. Fig.
6 is a graph showing the life characteristic evaluation of the battery of Example 1. Fig.
7 is a graph showing the evaluation of the characteristics of the high-fat characteristics of the cell of Example 1. 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 하기 화학식 1로 표시되는 금속 산화물, 및 상기 금속 산화물의 표면에 위치하는 탄소 나노 섬유를 포함하는 리튬 이차 전지용 음극 활물질을 제공한다.In one embodiment of the present invention, there is provided a negative active material for a lithium secondary battery comprising a metal oxide represented by the following Chemical Formula 1 and carbon nanofibers located on the surface of the metal oxide.

[화학식 1][Chemical Formula 1]

MxOy M x O y

상기 화학식 1에서 M은 Ni, Mn, Co, Fe, Al, Mg, Zn, Ti, 또는 이들의 조합이고, x:y는 1:0.5 내지 1:2이다.In the above formula (1), M is Ni, Mn, Co, Fe, Al, Mg, Zn, Ti, or a combination thereof; x: y is 1: 0.5 to 1: 2.

구체적으로, 일 구현예에서는 상기 화학식 1로 표시되는 금속 산화물, 및 상기 금속 산화물의 표면에 성장된 탄소 나노 섬유를 포함하는 리튬 이차 전지용 음극 활물질을 제공할 수 있다.Specifically, in one embodiment, there can be provided a negative active material for a lithium secondary battery comprising the metal oxide represented by Formula 1 and the carbon nanofibers grown on the surface of the metal oxide.

상기 음극 활물질은 전기 전도도가 우수하고 전지의 고용량을 구현하면서 충방전 특성과 수명 특성을 향상시킬 수 있다. The negative electrode active material has an excellent electrical conductivity and can realize a high capacity of the battery while improving the charge-discharge characteristic and the life characteristic.

상기 음극 활물질은 구형을 유지하면서 표면에 탄소 나노 섬유가 성장된 형태일 수 있다. 이 경우 상기 음극 활물질은 우수한 전지 특성을 나타낼 수 있다.The negative electrode active material may have a shape in which carbon nanofibers are grown on the surface while maintaining a spherical shape. In this case, the negative electrode active material may exhibit excellent battery characteristics.

상기 화학식 1에서 x는 금속 M의 몰비이고 y는 산소 O의 몰비이다. 상기 금속 M의 산화수는 +1 내지 +4일 수 있다. 이에 따라 x와 y의 비율은 1:0.5 내지 1:2, 구체적으로 1:1 내지 1:2 내에서 적절히 조절될 수 있다.In the above formula (1), x is the molar ratio of the metal M and y is the mole ratio of the oxygen O. The oxidation number of the metal M may be +1 to +4. Accordingly, the ratio of x and y can be appropriately adjusted within the range of 1: 0.5 to 1: 2, specifically 1: 1 to 1: 2.

상기 화학식 1로 표시되는 금속 산화물은 전이 금속 산화물일 수 있다. 구체적으로 상기 화학식 1에서 M은 Ni, Mn, Co, 또는 이들의 조합을 반드시 포함하고, 선택적으로 Fe, Al, Mg, Zn, Ti, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.The metal oxide represented by Formula 1 may be a transition metal oxide. Specifically, in Formula 1, M must contain Ni, Mn, Co, or a combination thereof, and may optionally include Fe, Al, Mg, Zn, Ti, or combinations thereof.

즉, 상기 화학식 1로 표시되는 금속 산화물은 니켈계 산화물; 망간계 산화물; 코발트계 산화물; 또는 니켈, 망간, 또는 코발트에서 선택되는 2종 이상 금속의 산화물;일 수 있다. That is, the metal oxide represented by Formula 1 may be a nickel-based oxide; Manganese based oxides; Cobalt oxide; Or oxides of two or more metals selected from nickel, manganese, and cobalt.

일 예로 상기 화학식 1에서 M은 Ni, Mn, 및 Co를 모두 포함하고, 선택적으로 Fe, Al, Mg, Zn, Ti, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 즉, 상기 화학식 1로 표시되는 금속 산화물은 니켈망간코발트계 산화물일 수 있다. 이 경우 니켈, 망간, 코발트의 함량은 용도에 따라 적절히 조절될 수 있다. For example, M in the formula (1) includes both Ni, Mn, and Co, and may optionally include Fe, Al, Mg, Zn, Ti, or combinations thereof. That is, the metal oxide represented by Formula 1 may be a nickel manganese cobalt oxide. In this case, the content of nickel, manganese, and cobalt can be appropriately adjusted depending on the application.

상기 화학식 1은 일 예로 하기 화학식 2로 표시될 수 있다. The formula (1) may be represented by the following formula (2).

[화학식 2](2)

(NiaCobMnc)xOy (Ni a Co b Mn c ) x O y

상기 화학식 2에서 0<a≤0.85, 0<b≤0.85, 0<c≤0.85, 0.9≤a+b+c≤1.1이고, x:y는 1:0.5 내지 1:2이다.0? A? 0.85, 0? B? 0.85, 0? C? 0.85, 0.9? A + b + c? 1.1 and x: y is 1: 0.5 to 1: 2 in the above formula (2).

a는 니켈의 몰비율이고, b는 코발트의 몰비율이며 c는 망간의 몰비율이다. 상기 범위 내에서 a, b, c의 비율은 적절히 조절될 수 있다.a is molar ratio of nickel, b is molar ratio of cobalt, and c is molar ratio of manganese. Within this range, the ratio of a, b, and c can be appropriately adjusted.

구체적으로 0<a≤0.7, 0<a≤0.6, 0<a≤0.5, 0<a≤0.4, 0.1≤a≤0.5일 수 있다. 또한 0<b≤0.7, 0<b≤0.6, 0<b≤0.5, 0<b≤0.4, 0.1≤b≤0.5일 수 있고, 0<c≤0.7, 0<c≤0.6, 0<c≤0.5, 0<c≤0.4, 0.1≤c≤0.5일 수 있다.Specifically, 0 <a? 0.7, 0 <a? 0.6, 0 <a? 0.5, 0 <a? 0.4, 0.1? A? 0 <b? 0.6, 0? B? 0.5, 0 <b? 0.4 and 0.1? B? 0.5, 0 <c? 0.7, 0 <c? 0.6, 0 <c? 0.5, 0 < c? 0.4, 0.1? C? 0.5.

상기 금속 산화물은 구형일 수 있다. The metal oxide may be spherical.

상기 금속 산화물의 입경은 1㎛ 내지 50㎛, 구체적으로 1㎛ 내지 40㎛, 1㎛ 내지 30㎛, 10㎛ 내지 50㎛, 10㎛ 내지 40㎛, 10㎛ 내지 30㎛일 수 있다. 이 경우 상기 음극 활물질은 우수한 전지 특성을 구현할 수 있다. The particle size of the metal oxide may be 1 탆 to 50 탆, specifically 1 탆 to 40 탆, 1 탆 to 30 탆, 10 탆 to 50 탆, 10 탆 to 40 탆, and 10 탆 to 30 탆. In this case, the negative electrode active material can realize excellent battery characteristics.

상기 금속 산화물의 표면에 위치하고 있는 탄소 나노 섬유는 헤링본 형태(herringbone-type)일 수 있다.The carbon nanofibers located on the surface of the metal oxide may be herringbone-type.

또한 상기 탄소 나노 섬유는 비정질(amorphous) 탄소 나노 섬유일 수 있다. The carbon nanofibers may be amorphous carbon nanofibers.

상기 탄소 나노 섬유의 직경은 10nm 내지 70nm, 구체적으로 10nm 내지 60nm, 10nm 내지 50nm, 10nm 내지 40nm일 수 있다. 이 경우 상기 음극 활물질은 우수한 전도도를 나타내고 전지의 특성을 향상시킬 수 있다. The diameter of the carbon nanofibers may be 10 nm to 70 nm, specifically 10 nm to 60 nm, 10 nm to 50 nm, and 10 nm to 40 nm. In this case, the negative electrode active material exhibits excellent conductivity and can improve the characteristics of the battery.

상기 탄소 섬유의 길이는 약 1 내지 10㎛일 수 있다. 이 경우 상기 음극 활물질은 우수한 전도도를 나타내고 전지의 특성을 향상시킬 수 있다. The length of the carbon fibers may be about 1 to 10 mu m. In this case, the negative electrode active material exhibits excellent conductivity and can improve the characteristics of the battery.

상기 음극 활물질의 입경은 1㎛ 내지 50㎛, 구체적으로 1㎛ 내지 40㎛, 1㎛ 내지 30㎛, 10㎛ 내지 50㎛, 10㎛ 내지 40㎛, 10㎛ 내지 30㎛일 수 있다. 이 경우 상기 음극 활물질은 전지의 특성을 향상시킬 수 있다. The particle size of the negative electrode active material may be 1 탆 to 50 탆, specifically 1 탆 to 40 탆, 1 탆 to 30 탆, 10 탆 to 50 탆, 10 탆 to 40 탆, and 10 탆 to 30 탆. In this case, the negative electrode active material can improve the characteristics of the battery.

본 발명의 다른 일 구현예에서는 상기한 음극 활물질의 제조 방법을 제공한다. 구체적으로 일 구현예에서는 하기 화학식 11의 금속 수산화물을 준비하는 단계; 상기 금속 수산화물을 열처리하여 하기 화학식 1의 금속 산화물을 수득하는 단계; 및 상기 금속 산화물에 탄소 원료를 공급하여, 상기 금속 산화물의 표면에 탄소 나노 섬유를 형성시키는 단계를 포함하는 리튬 이차 전지용 음극 활물질의 제조 방법을 제공한다. According to another embodiment of the present invention, there is provided a method of manufacturing the negative electrode active material. Specifically, in one embodiment, preparing a metal hydroxide of the formula (11) Heat treating the metal hydroxide to obtain a metal oxide represented by the following formula (1); And supplying a carbon source to the metal oxide to form carbon nanofibers on the surface of the metal oxide. The present invention also provides a method for manufacturing a negative electrode active material for a lithium secondary battery.

[화학식 11](11)

M(OH)n M (OH) n

상기 화학식 11에서 M은 Ni, Mn, Co, Fe, Al, Mg, Zn, Ti, 또는 이들의 조합이고, 1≤n≤4이다.In Formula 11, M is Ni, Mn, Co, Fe, Al, Mg, Zn, Ti, or a combination thereof.

[화학식 1][Chemical Formula 1]

MxOy M x O y

상기 화학식 1에서 M은 Ni, Mn, Co, Fe, Al, Mg, Zn, Ti, 또는 이들의 조합이고, x:y는 1:0.5 내지 1:2이다.In the above formula (1), M is Ni, Mn, Co, Fe, Al, Mg, Zn, Ti, or a combination thereof; x: y is 1: 0.5 to 1: 2.

상기 화학식 1에 대한 설명은 전술한 바와 같다. The description of Formula 1 is as described above.

상기 화학식 11에서 M에 대한 설명은 화학식 1에서 설명한 바와 동일하다.The description of M in the formula (11) is the same as that described in the formula (1).

상기 화학식 11의 금속 수산화물은 니켈계 수산화물; 망간계 수산화물; 코발트계 수산화물; 또는 니켈, 망간, 또는 코발트에서 선택되는 2종 이상 금속의 수산화물;일 수 있다. The metal hydroxide of Formula 11 may be selected from the group consisting of nickel-based hydroxides; Manganese based hydroxides; Cobalt based hydroxides; Or a hydroxide of two or more metals selected from nickel, manganese, or cobalt.

더 구체적으로 상기 화학식 11로 표시되는 금속 수산화물은 니켈망간코발트계 수산화물일 수 있다. 이 경우 니켈, 망간, 코발트의 함량은 용도에 따라 적절히 조절하여 사용할 수 있다. More specifically, the metal hydroxide represented by Formula 11 may be nickel manganese cobalt hydroxide. In this case, the content of nickel, manganese, and cobalt can be appropriately adjusted depending on the application.

상기 화학식 11은 일 예로 하기 화학식 12로 표시될 수 있다. The formula (11) may be represented by the following formula (12).

[화학식 12][Chemical Formula 12]

NiaCobMnc(OH)n Ni a Co b Mn c (OH) n

상기 화학식 12에서 0<a≤0.85, 0<b≤0.85, 0<c≤0.85, 0.9≤a+b+c≤1.1, 1≤n≤4이다. a, b, c의 비율은 적절히 조절될 수 있으며, a, b, c의 범위는 상기 화학식 2에서 설명한 바와 동일하다.In the formula (12), 0 < a 0.85, 0 < b 0.85, 0 < c 0.85, 0.9 a + b + c 1.11, The ratios of a, b, and c can be appropriately adjusted, and the ranges of a, b, and c are the same as those described in Formula 2 above.

상기 화학식 11의 금속 수산화물을 제조하는 단계는 공침법에 의해 수행될 수 있다. The step of preparing the metal hydroxide of the above formula (11) can be carried out by coprecipitation.

구체적으로, 상기 화학식 11의 금속 수산화물을 제조하는 단계는 금속 원료를 용매에 투입하여 금속 수용액을 제조하는 단계, 상기 금속 수용액을 교반하는 단계, 및 상기 단계에서 수득한 침전물을 건조하는 단계를 포함할 수 있다. Specifically, the step of preparing the metal hydroxide of Formula 11 includes the steps of preparing a metal aqueous solution by adding a metal raw material to a solvent, stirring the metal aqueous solution, and drying the precipitate obtained in the step .

상기 금속 수용액을 제조하는 단계에서 침전제 및/또는 킬레이트제를 더 투입할 수 있다. In the step of preparing the metal aqueous solution, a precipitant and / or a chelating agent may be further added.

상기 침전제는 금속 수용액에서 음극 활물질의 전구체인 금속 수산화물의 침전을 촉진하는 역할을 할 수 있다. 상기 금속 수용액에 대한 침전제의 함량 몰비는 1:1 내지 1:5, 구체적으로 1:1 내지 1:4, 1:1 내지 1:3일 수 있다. 이 경우 금속 수산화물을 효과적으로 침전시켜 수율을 높일 수 있다. The precipitant may serve to accelerate the precipitation of the metal hydroxide, which is a precursor of the negative electrode active material, in the aqueous metal solution. The molar ratio of the precipitant to the metal aqueous solution may be from 1: 1 to 1: 5, specifically from 1: 1 to 1: 4, from 1: 1 to 1: 3. In this case, the metal hydroxide can be effectively precipitated to increase the yield.

상기 킬레이트제는 상용되는 것이라면 제한 없이 사용될 수 있고, 상기 금속 수용액에 대한 상기 킬레이트제의 함량 몰비는 1:0.1 내지 1:2, 1:0.1 내지 1:1.5일 수 있다. 이 경우 금속 수산화물의 수율을 높일 수 있다.The chelating agent may be used without limitation as long as it is compatible, and the molar ratio of the chelating agent to the metal aqueous solution may be 1: 0.1 to 1: 2, 1: 0.1 to 1: 1.5. In this case, the yield of the metal hydroxide can be increased.

상기 금속 수용액을 교반하는 단계에서 교반 속도는 500 내지 2000 rpm, 500 내지 1800 rpm, 500 내지 1600 rpm, 1000 내지 1800 rpm일 수 있다.In the step of stirring the metal aqueous solution, the stirring speed may be 500 to 2000 rpm, 500 to 1800 rpm, 500 to 1600 rpm, and 1000 to 1800 rpm.

상기 화학식 11의 금속 수산화물을 제조하는 단계는 4 내지 80℃, 4 내지 70℃, 10 내지 80℃, 10 내지 70℃, 25 내지 80℃에서 수행될 수 있고, 공기 분위기 또는 질소 분위기에서 진행될 수 있다.The metal hydroxide of Formula 11 may be prepared at 4 to 80 ° C, 4 to 70 ° C, 10 to 80 ° C, 10 to 70 ° C, 25 to 80 ° C, and may be carried out in an air atmosphere or a nitrogen atmosphere .

상기 침전물을 건조하는 단계는 60 내지 120℃에서 진행될 수 있다.The step of drying the precipitate may be carried out at 60 to 120 ° C.

이와 같이 제조된 금속 수산화물은 입도 분포가 균일하고, 구형의 형상을 가질 수 있다. The metal hydroxide thus produced can have a uniform particle size distribution and a spherical shape.

상기 금속 수산화물을 열처리하여 화학식 1의 금속 산화물을 수득하는 단계는 공기 분위기에서 진행될 수 있고, 500℃ 내지 800℃, 500℃ 내지 700℃, 600℃ 내지 800℃에서 수행될 수 있다. 이 경우 입도 분포가 균일한 금속 산화물을 높은 수율로 수득할 수 있다. The step of heat-treating the metal hydroxide to obtain the metal oxide of Formula 1 may be conducted in an air atmosphere, and may be performed at 500 ° C to 800 ° C, 500 ° C to 700 ° C, and 600 ° C to 800 ° C. In this case, a metal oxide having a uniform particle size distribution can be obtained at a high yield.

상기 수득된 금속 산화물의 입경은 1㎛ 내지 50㎛, 구체적으로 1㎛ 내지 40㎛, 1㎛ 내지 30㎛, 10㎛ 내지 50㎛, 10㎛ 내지 40㎛, 10㎛ 내지 30㎛일 수 있다. 이 경우 상기 음극 활물질은 우수한 전지 특성을 구현할 수 있다. The obtained metal oxide may have a particle diameter of 1 탆 to 50 탆, specifically 1 탆 to 40 탆, 1 탆 to 30 탆, 10 탆 to 50 탆, 10 탆 to 40 탆 and 10 탆 to 30 탆. In this case, the negative electrode active material can realize excellent battery characteristics.

상기 리튬 이차 전지용 음극 활물질의 제조 방법은 상기 금속 수산화물을 열처리하여 화학식 1의 금속 산화물을 수득하는 단계 이후에, 상기 금속 산화물을 환원시켜 상기 금속 산화물 표면의 일부에 금속 시드(metal seed)를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. The method for producing a negative electrode active material for a lithium secondary battery according to the present invention includes a step of reducing the metal oxide to form a metal seed on a surface of the metal oxide after the metal hydroxide is heat- Step &lt; / RTI &gt;

이러한 금속 시드 형성 단계는 상기 화학식 1의 금속 산화물을 환원 분위기에서 열처리함으로써 수행될 수 있다. The metal seed forming step may be performed by heat treating the metal oxide of Formula 1 in a reducing atmosphere.

이때 상기 열처리 온도는 500℃ 내지 800℃, 500℃ 내지 700℃, 600℃ 내지 800℃에서 수행될 수 있다.At this time, the heat treatment temperature may be 500 ° C. to 800 ° C., 500 ° C. to 700 ° C., and 600 ° C. to 800 ° C.

상기 환원 분위기는 아르곤 등의 비활성 기체 분위기 또는 진공 분위기일 수 있다.The reducing atmosphere may be an inert gas atmosphere such as argon or a vacuum atmosphere.

이와 같이 상기 금속 산화물을 환원시키면, 상기 금속 산화물의 표면이 일부 환원되어 금속 형태로 존재할 수 있고 이것이 금속 시드가 된다.When the metal oxide is reduced as described above, the surface of the metal oxide may be partially reduced and exist in the form of a metal, which becomes a metal seed.

상기 금속 시드는 화학식 1의 금속 M에서 유래된 것으로, Ni, Mn, Co, Fe, Al, Mg, Zn, Ti 또는 이들의 조합일 수 있다. 구체적으로 상기 금속 시드는 Ni, Mn, Co, 또는 이들의 조합일 수 있다.The metal seed may be Ni, Mn, Co, Fe, Al, Mg, Zn, Ti, or a combination thereof. Specifically, the metal seed may be Ni, Mn, Co, or a combination thereof.

상기 금속 산화물에 탄소 원료를 공급하여 상기 금속 산화물의 표면에 탄소 나노 섬유를 형성시키는 단계에서, 상기 탄소 나노 섬유는 상기 금속 산화물의 표면에서 성장되는 것일 수 있다. In the step of supplying the carbon source to the metal oxide to form the carbon nanofiber on the surface of the metal oxide, the carbon nanofiber may be grown on the surface of the metal oxide.

즉, 상기 제조 방법은 화학식 1의 금속 산화물을 수득한 이후에, 금속 산화물에 탄소 원료를 공급하여 상기 금속 산화물의 표면에서 탄소 나노 섬유를 성장시키는 단계를 포함할 수 있다. That is, the method may include a step of growing a carbon nanofiber on the surface of the metal oxide by supplying a carbon source to the metal oxide after obtaining the metal oxide represented by the formula (1).

이때 상기 금속 시드는 탄소 나노 섬유를 성장시키는 촉매 역할을 할 수 있다. At this time, the metal seed may serve as a catalyst for growing carbon nanofibers.

상기 금속 산화물의 표면에 탄소 나노 섬유를 형성시키는 단계는 기상법으로 수행될 수 있다. 즉, 상기 금속 산화물에 기상 탄소계 물질을 공급하여 상기 금속 산화물의 표면에 탄소 나노 섬유를 성장시킬 수 있다. The step of forming carbon nanofibers on the surface of the metal oxide may be performed by a vapor phase method. That is, the carbon nanofibers can be grown on the surface of the metal oxide by supplying a gas-phase carbon material to the metal oxide.

상기 기상 탄소계 물질은 아세틸렌, 일산화탄소, 메탄, 에탄, 에틸렌, 에탄올, 아세틸렌, 프로판, 프로필렌, 부탄, 부타디엔, 펜탄, 펜텐, 사이클로펜타디엔, 헥산, 사이클로헥산, 벤젠, 톨루엔, 또는 이들의 조합일 수 있다. The gaseous carbonaceous material may be at least one selected from the group consisting of acetylene, carbon monoxide, methane, ethane, ethylene, ethanol, acetylene, propane, propylene, butane, butadiene, pentane, pentene, cyclopentadiene, hexane, cyclohexane, benzene, .

상기 금속 산화물의 표면에 탄소 나노 섬유를 형성시키는 단계는 비활성 기체 분위기 또는 진공 분위기에서 수행될 수 있으며, 500℃ 내지 800℃, 500℃ 내지 700℃, 600℃ 내지 800℃에서 수행될 수 있다.The step of forming the carbon nanofibers on the surface of the metal oxide may be performed in an inert gas atmosphere or a vacuum atmosphere, and may be performed at 500 ° C to 800 ° C, 500 ° C to 700 ° C, and 600 ° C to 800 ° C.

이렇게 형성된 탄소 나노 섬유의 직경은 10nm 내지 70nm, 구체적으로 10nm 내지 60nm, 10nm 내지 50nm, 10nm 내지 40nm일 수 있다. 이 경우 상기 음극 활물질은 우수한 전도도를 나타내고 전지의 특성을 향상시킬 수 있다. The diameter of the carbon nanofiber thus formed may be 10 nm to 70 nm, specifically 10 nm to 60 nm, 10 nm to 50 nm, and 10 nm to 40 nm. In this case, the negative electrode active material exhibits excellent conductivity and can improve the characteristics of the battery.

상기와 같이 제조된 리튬 이차 전지용 음극 활물질은 구형을 유지하면서 표면에 탄소 나노 섬유가 성장된 형태일 수 있다. 이 경우 상기 음극 활물질은 우수한 전지 특성을 구현할 수 있다.The negative electrode active material for a lithium secondary battery manufactured as described above may have a shape in which carbon nanofibers are grown on the surface while maintaining a spherical shape. In this case, the negative electrode active material can realize excellent battery characteristics.

본 발명의 또 다른 일 구현예에서는 상기 리튬 이차 전지용 음극 활물질을 포함하는 음극, 양극, 및 전해질을 포함하는 리튬 이차 전지를 제공한다.Another embodiment of the present invention provides a lithium secondary battery including the negative electrode, the positive electrode, and the electrolyte including the negative active material for the lithium secondary battery.

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

상기 음극 활물질 층은 바인더를 포함하며, 선택적으로 도전재를 포함할 수 있다.The negative electrode active material layer includes a binder, and may optionally include a conductive material.

상기 바인더는 음극 활물질 입자들을 서로 잘 부착시키고, 또한 음극 활물질을 전류 집전체에 잘 부착시키는 역할을 한다. 상기 바인더로는 비수용성 바인더, 수용성 바인더 또는 이들의 조합을 사용할 수 있다.The binder serves to adhere the anode active material particles to each other and to adhere the anode active material to the current collector. As the binder, a water-insoluble binder, a water-soluble binder, or a combination thereof may be used.

상기 비수용성 바인더로는 폴리비닐클로라이드, 카르복실화된 폴리비닐클로라이드, 폴리비닐플루오라이드, 에틸렌 옥사이드를 포함하는 폴리머, 폴리비닐피롤리돈, 폴리우레탄, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리아미드이미드, 폴리이미드 또는 이들의 조합을 들 수 있다. Examples of the water-insoluble binder include polyvinyl chloride, carboxylated polyvinyl chloride, polyvinyl fluoride, a polymer containing ethylene oxide, polyvinyl pyrrolidone, polyurethane, polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride , Polyethylene, polypropylene, polyamideimide, polyimide, or a combination thereof.

상기 수용성 바인더로는 스티렌-부타디엔 러버, 아크릴레이티드 스티렌-부타디엔 러버, 폴리비닐알콜, 폴리아크릴산 나트륨, 프로필렌과 탄소수가 2 내지 8의 올레핀 공중합체, (메타)아크릴산과 (메타)아크릴산알킬에스테르의 공중합체 또는 이들의 조합을 들 수 있다.Examples of the water-soluble binder include styrene-butadiene rubber, acrylated styrene-butadiene rubber, polyvinyl alcohol, sodium polyacrylate, propylene and olefin copolymers having 2 to 8 carbon atoms, (meth) acrylic acid and (meth) Copolymers or combinations thereof.

상기 도전재는 전극에 도전성을 부여하기 위해 사용되는 것으로, 화학변화를 야기하지 않고 전자 전도성 재료이면 어떠한 것도 사용 가능하며, 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 electrically conductive material can be used without causing any chemical change. Examples of the conductive material include natural graphite, artificial graphite, carbon black, acetylene black, ketjen black, Carbon-based materials; 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, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 사용할 수 있다.The collector may be selected from the group consisting of a copper foil, a nickel foil, a stainless steel foil, a titanium foil, a nickel foam, a copper foil, a polymer substrate coated with a conductive metal, and a combination thereof.

상기 양극은 전류 집전체 및 이 전류 집전체에 형성되는 양극 활물질 층을 포함한다. 상기 양극 활물질로는 리튬의 가역적인 인터칼레이션 및 디인터칼레이션이 가능한 화합물(리티에이티드 인터칼레이션 화합물)을 사용할 수 있다. 구체적으로는 코발트, 망간, 니켈, 및 이들의 조합으로부터 선택되는 금속과 리튬과의 복합 산화물중 1종 이상의 것을 사용할 수 있다. 보다 구체적인 예로는 하기 화학식 중 어느 하나로 표현되는 화합물을 사용할 수 있다. The anode includes a current collector and a cathode active material layer formed on the current collector. As the cathode active material, a compound capable of reversibly intercalating and deintercalating lithium (a lithiated intercalation compound) can be used. Concretely, at least one of complex oxides of metal and lithium selected from cobalt, manganese, nickel, and combinations thereof may be used. As a more specific example, a compound represented by any one of the following formulas may be used.

LiaA1 - bXbD2(0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5); LiaA1 - bXbO2 - cDc(0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05); LiE1 - bXbO2 - cDc(0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05); LiE2 - bXbO4 - cDc(0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05); LiaNi1 -b- cCobXcDα(0.90 ≤ a ≤1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α ≤ 2); LiaNi1 -b- cCobXcO2 Tα(0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α < 2); LiaNi1 -b- cCobXcO2 T2(0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α < 2); LiaNi1 -b- cMnbXcDα(0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α ≤ 2); LiaNi1 -b- cMnbXcO2 Tα(0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α < 2); LiaNi1 -b-cMnbXcO2-αT2( 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α < 2); LiaNibEcGdO2(0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.9, 0 ≤ c ≤ 0.5, 0.001 ≤ d ≤ 0.1); LiaNibCocMndGeO2(0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.9, 0 ≤ c ≤ 0.5, 0 ≤ d ≤0.5, 0.001 ≤ e ≤ 0.1); LiaNiGbO2(0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0.001 ≤ b ≤ 0.1); LiaCoGbO2(0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0.001 ≤ b ≤ 0.1); LiaMnGbO2(0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0.001 ≤ b ≤ 0.1); LiaMn2GbO4(0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0.001 ≤ b ≤ 0.1); LiaMnGbPO4(0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0.001 ≤ b ≤ 0.1); QO2; QS2; LiQS2; V2O5; LiV2O5; LiZO2; LiNiVO4; Li(3-f)J2(PO4)3(0 ≤ f ≤ 2); Li(3-f)Fe2(PO4)3(0 ≤ f ≤ 2); LiFePO4 Li a A 1 - b X b D 2 (0.90? A? 1.8, 0? B? 0.5); Li a A 1 - b X b O 2 - c D c (0.90? A? 1.8, 0? B? 0.5, 0? C? 0.05); LiE 1 - b X b O 2 - c D c (0? B? 0.5, 0? C? 0.05); LiE 2 - b X b O 4 - c D c (0? B? 0.5, 0? C? 0.05); Li a Ni 1 -b- c Co b X c D ? (0.90? A? 1.8, 0? B? 0.5, 0? C? 0.05, 0 <?? 2); Li a Ni 1 -b- c Co b X c O 2 T α (0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 <α <2); Li a Ni 1 -b- c Co b X c O 2 - ? T 2 (0.90? A? 1.8, 0? B? 0.5, 0? C? 0.05, 0 <? <2); Li a Ni 1 -b- c Mn b X c D ? (0.90? A? 1.8, 0? B? 0.5, 0? C? 0.05, 0 <?? 2); Li a Ni 1 -b- c Mn b X c O 2- α T α (0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 <α <2); Li a Ni 1 -bc Mn b X c O 2-α T 2 (0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 <α <2); Li a Ni b E c G d O 2 (0.90? A? 1.8, 0? B? 0.9, 0? C? 0.5, 0.001? D? 0.1); Li a Ni b Co c Mn d G e O 2 (0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.9, 0 ≤ c ≤ 0.5, 0 ≤ d ≤ 0.5, 0.001 ≤ e ≤ 0.1); Li a NiG b O 2 (0.90? A? 1.8, 0.001? B? 0.1); Li a CoG b O 2 (0.90? A? 1.8, 0.001? B? 0.1); Li a MnG b O 2 (0.90? A? 1.8, 0.001? B? 0.1); Li a Mn 2 G b O 4 (0.90? A? 1.8, 0.001? B? 0.1); Li a MnG b PO 4 (0.90? A? 1.8, 0.001? B? 0.1); QO 2; QS 2 ; LiQS 2 ; V 2 O 5 ; LiV 2 O 5 ; LiZO 2 ; LiNiVO 4; Li (3-f) J 2 (PO 4 ) 3 (0? F? 2); Li (3-f) Fe 2 (PO 4 ) 3 (0? F? 2); LiFePO 4

상기 화학식에 있어서, A는 Ni, Co, Mn, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되고; X는 Al, Ni, Co, Mn, Cr, Fe, Mg, Sr, V, 희토류 원소 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되고; D는 O, F, S, P, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되고; E는 Co, Mn, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되고; T는 F, S, P, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되고; G는 Al, Cr, Mn, Fe, Mg, La, Ce, Sr, V, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되고; Q는 Ti, Mo, Mn, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되고; Z는 Cr, V, Fe, Sc, Y, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되며; J는 V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된다.In the above formula, A is selected from the group consisting of Ni, Co, Mn, and combinations thereof; X is selected from the group consisting of Al, Ni, Co, Mn, Cr, Fe, Mg, Sr, V, rare earth elements and combinations thereof; D is selected from the group consisting of O, F, S, P, and combinations thereof; E is selected from the group consisting of Co, Mn, and combinations thereof; T is selected from the group consisting of F, S, P, and combinations thereof; G is selected from the group consisting of Al, Cr, Mn, Fe, Mg, La, Ce, Sr, V, and combinations thereof; Q is selected from the group consisting of Ti, Mo, Mn, and combinations thereof; Z is selected from the group consisting of Cr, V, Fe, Sc, Y, and combinations thereof; J is selected from the group consisting of V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, and combinations thereof.

상기 화합물 표면에 코팅층을 갖는 것도 사용할 수 있고, 또는 상기 화합물과 코팅층을 갖는 화합물을 혼합하여 사용할 수도 있다. 상기 코팅층은 코팅 원소의 옥사이드, 하이드록사이드, 코팅 원소의 옥시하이드록사이드, 코팅 원소의 옥시카보네이트 및 코팅 원소의 하이드록시카보네이트로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 코팅 원소 화합물을 포함할 수 있다. 이들 코팅층을 이루는 화합물은 비정질 또는 결정질일 수 있다. 상기 코팅층에 포함되는 코팅 원소로는 Mg, Al, Co, K, Na, Ca, Si, Ti, V, Sn, Ge, Ga, B, As, Zr 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 코팅층 형성 공정은 상기 화합물에 이러한 원소들을 사용하여 양극 활물질의 물성에 악영향을 주지 않는 방법(예를 들어 스프레이 코팅, 침지법 등)으로 코팅할 수 있으면 어떠한 코팅 방법을 사용하여도 무방하며, 이에 대하여는 당해 분야에 종사하는 사람들에게 잘 이해될 수 있는 내용이므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.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 at least one coating element compound selected from the group consisting of oxides, hydroxides of coating elements, oxyhydroxides of coating elements, oxycarbonates of coating elements, and hydroxycarbonates of coating elements. The compound constituting these coating layers may be amorphous or crystalline. The coating layer may contain Mg, Al, Co, K, Na, Ca, Si, Ti, V, Sn, Ge, Ga, B, As, Zr or a mixture thereof. The coating layer forming step may be any coating method as long as it can coat the above compound by a method that does not adversely affect physical properties of the cathode active material (for example, spray coating, dipping, etc.) by using these elements, It will be understood by those skilled in the art that a detailed description will be omitted.

상기 양극 활물질 층은 바인더 및/또는 도전재를 포함한다. The cathode active material layer includes a binder and / or a conductive material.

상기 바인더는 양극 활물질 입자들을 서로 잘 부착시키고, 또한 양극 활물질을 전류 집전체에 잘 부착시키는 역할을 하며, 그 대표적인 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 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The binder serves to adhere the positive electrode active material particles to each other and to adhere the positive electrode active material to the current collector. Typical examples thereof include polyvinyl alcohol, carboxymethyl cellulose, hydroxypropyl cellulose, diacetyl cellulose, polyvinyl Polyvinylpyrrolidone, polyurethane, polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, polyethylene, polypropylene, styrene-acrylonitrile, styrene-butadiene rubber, Butadiene rubber, acrylated styrene-butadiene rubber, epoxy resin, nylon, and the like, but not limited thereto.

상기 도전재는 전극에 도전성을 부여하기 위해 사용되는 것으로, 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 electrically conductive material can be used without causing any chemical change, and examples thereof include natural graphite, artificial graphite, carbon black, acetylene black, ketjen black, carbon fiber, , Metal powders such as 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 알루미늄을 사용할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.As the current collector, aluminum may be used, but the present invention is not limited thereto.

상기 음극과 양극은 활물질, 도전재 및 바인더를 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 conductive material and a binder in a solvent to prepare an active material composition and applying the composition to an electric 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.

본 발명 일 구현예에 따른 비수계 전해질 이차전지에서, 비수 전해질은 비수성 유기 용매와 리튬염을 포함한다. In the non-aqueous liquid electrolyte secondary battery according to an embodiment of the present invention, the non-aqueous electrolyte 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.

리튬 이차전지의 종류에 따라 양극과 음극 사이에 세퍼레이터가 존재할 수 도 있다. 이러한 세퍼레이터로는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드 또는 이들의 2층 이상의 다층막이 사용될 수 있으며, 폴리에틸렌/폴리프로필렌 2층 세퍼레이터, 폴리에틸렌/폴리프로필렌/폴리에틸렌 3층 세퍼레이터, 폴리프로필렌/폴리에틸렌/폴리프로필렌 3층 세퍼레이터 등과 같은 혼합 다층막이 사용될 수 있음은 물론이다.Depending on the type of the lithium secondary battery, a separator may exist between the positive electrode and the negative electrode. The separator may be a polyethylene / polypropylene double layer separator, a polyethylene / polypropylene / polyethylene triple layer separator, a polypropylene / polyethylene / poly It is needless to say that a mixed multilayer film such as a propylene three-layer separator and the like can be used.

이하 본 발명의 실시예를 기재한다. 하기 실시예는 본 발명의 일 실시예 일뿐 본 발명이 하기한 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, examples of the present invention will be described. The following examples are only illustrative of the present invention and are not intended to limit the scope of the present invention.

실시예Example 1 One

(음극 활물질의 제조) (Preparation of negative electrode active material)

(1) (One) NCMONCMO 계 활물질의 제조Production of Aggregate

니켈, 코발트 망간의 비율이 0.34:0.27:0.39가 되도록 금속 수용액을 제조한다. 상기 금속 수용액의 원료 물질로 황산망간수화물(MnSO4.5H2O), 황산니켈수화물(NiSO4.6H2O), 황산코발트수화물 (CoSO4.7H2O)를 사용하고, 증류수를 용매로 하여 금속 수용액을 제조한다. Nickel, and cobalt manganese is 0.34: 0.27: 0.39. Manganese sulfate hydrate (MnSO 4 .5H 2 O), nickel sulfate hydrate (NiSO 4 .6H 2 O), and cobalt sulfate hydrate (CoSO 4 .7H 2 O) were used as raw materials for the metal aqueous solution, Thereby preparing an aqueous metal solution.

제조된 금속 수용액에 대하여 전구체를 침전시키기 위해 침전제로 수산화나트륨(NaOH)을 사용한다. 금속수용액과 수산화나트륨의 몰비는 1:1.6 내지 1:2.4로 한다. 또한, 킬레이트제로서 암모니아수를 사용하고, 금속수용액과 암모니아수의 몰비는 1:0.1 내지 1:1.2로 한다. 금속 수용액과 수산화나트륨 및 암모니아수를 정량펌프를 이용하여 연속반응기 내에 정속으로 투입한다. 연속반응기에서의 교반속도는 500 내지 2000rpm(약 1200rpm)정도로 조절하며 교반을 실시한다. 이때 반응기 내부는 50℃이고 N2로 치환된 분위기다. Sodium hydroxide (NaOH) is used as a precipitant to precipitate the precursor in the prepared metal aqueous solution. The molar ratio of the metal aqueous solution to sodium hydroxide is 1: 1.6 to 1: 2.4. Ammonia water is used as a chelating agent, and the molar ratio of the metal aqueous solution to the aqueous ammonia is 1: 0.1 to 1: 1.2. The metal aqueous solution, sodium hydroxide and ammonia water are continuously fed into the continuous reactor by using a metering pump. The stirring speed in the continuous reactor is adjusted to about 500 to 2000 rpm (about 1200 rpm) and stirring is performed. At this time, the inside of the reactor is at 50 ° C and the atmosphere is substituted with N 2 .

연속반응기의 교반에 의해 침전 반응이 끝난 후, 침전된 전구체를 여과 및 세척하여, 60~120℃ 오븐에 건조시킨다. After the precipitation reaction is completed by stirring the continuous reactor, the precipitated precursor is filtered and washed, and dried in an oven at 60 to 120 ° C.

이렇게 제조된 Ni0 .34Co0 .27Mn0 .39(OH)2 입자는 구형으로, 입도 분포가 균일하다. The prepared Ni 0 .34 Co 0 .27 Mn 0 .39 (OH) 2 particles are spherical, the particle size distribution is uniform.

도 1은 실시예 1의 금속 수산화물 전구체 Ni0 .34Co0 .27Mn0 .39(OH)2에 대한 주사전자현미경 사진이다. 도 1을 통하여 10㎛ 내지 20㎛ 크기를 가진 전구체가 형성되었음을 확인할 수 있다. 1 is a scanning electron micrograph of the metal hydroxide precursor Ni 0 .34 Co 0 .27 Mn 0 .39 (OH) 2 of Example 1. It can be seen from FIG. 1 that a precursor having a size of 10 μm to 20 μm was formed.

이후, 상기 금속 수산화물 입자를 공기 분위기의 700℃에서 5시간 동안 가열한다. 이를 통해 상기 금속 수산화물은 (Ni0 .34Co0 .27Mn0 .39)3O4로 전환된다. Thereafter, the metal hydroxide particles are heated at 700 캜 for 5 hours in an air atmosphere. This is the metal hydroxide is converted to (Ni 0 .34 Co 0 .27 Mn 0 .39) 3 O 4 through.

(2) 탄소 나노섬유가 표면에 성장된 (2) carbon nanofibers grown on the surface NCMONCMO 계 음극 활물질의 제조Production of base negative electrode active material

상기에 따라 제조된 NCMO계 활물질을 알루미나 도가니에 5g 넣은 후 튜브 퍼니스에 넣는다. 600℃ 에서 1시간 동안 가열하여 상기 NCMO계 활물질의 표면의 일부분이 금속 시드가 되도록 환원시킨다. 5 g of the NCMO-based active material prepared according to the above is put into an alumina crucible and then placed in a tube furnace. And heated at 600 DEG C for 1 hour to reduce a portion of the surface of the NCMO-based active material to become a metal seed.

상기 환원 단계를 거쳐 수득된 물질에 아세틸렌 가스를 600℃에서 분당 1.5mL로 10분 동안 흘려준다. 이로써 NCMO계 활물질 표면에 탄소 나노섬유가 성장된 리튬 이차 전지용 음극 활물질이 제조된다. The acetylene gas is flowed at 600 DEG C for 1.5 minutes per minute for 10 minutes to the material obtained through the reduction step. As a result, a negative electrode active material for a lithium secondary battery in which carbon nanofibers are grown on the surface of an NCMO-based active material is produced.

도 2는 상기에서 제조된 탄소 나노섬유가 성장된 음극 활물질의 주사전자현미경 사진이다.FIG. 2 is a scanning electron microscope (SEM) image of the negative electrode active material on which carbon nanofibers are grown.

도 3은 실시예 1의 음극 활물질에서 탄소 나노 섬유 부분을 찍은 투과전자현미경 사진이다. 도 3을 통하여 성장된 탄소 나노 섬유의 평균 직경은 약 10nm임을 확인할 수 있다. FIG. 3 is a transmission electron micrograph of a carbon nanofiber portion taken from the negative electrode active material of Example 1. FIG. The average diameter of the carbon nanofibers grown through FIG. 3 is about 10 nm.

도 4는 실시예 1의 음극 활물질에서 탄소 나노 섬유 부분의 푸리에 변환 (Fast Fourier Transform) 패턴이다. 도 4를 통해 비정질 탄소로 이루어진 탄소 나노 섬유가 형성되었음을 확인할 수 있다. 4 is a Fourier transform pattern of a carbon nanofiber portion in the negative electrode active material of Example 1. FIG. FIG. 4 shows that carbon nanofibers made of amorphous carbon are formed.

(전지의 제조)(Manufacture of Battery)

상기에서 제조한 음극 활물질과 카본 블랙 도전재, 폴리아크릴산(polyacrylic acid) 바인더 및 카르복시메틸셀루로오스 바인더를 6:2:1:1의 중량비로 준비하여 N-메틸-2-피롤리돈 용매에 용해시켜 음극 활물질 슬러리를 제조한다. The negative electrode active material prepared above, a carbon black conductive material, a polyacrylic acid binder and a carboxymethylcellulose binder were prepared at a weight ratio of 6: 2: 1: 1, and the mixture was dispersed in an N-methyl-2-pyrrolidone solvent Thereby preparing an anode active material slurry.

상기 슬러리를 구리 호일에 코팅하고 건조하여 극판을 제조한다.The slurry is coated on a copper foil and dried to prepare an electrode plate.

상대 극판으로 리튬 금속을 사용하고, 전해액으로는 1.3M LiPF6 에틸렌카보네이트, 에틸메틸카보네이트 3:7 부피비, 플루오르에틸렌 카보네이트 10% 혼합 용액을 사용하여, 2016R 코인 셀 전지를 제조한다. A 2016R coin cell battery is manufactured using a lithium metal as a counter electrode plate and a mixed solution of 1.3M LiPF 6 ethylene carbonate, ethyl methyl carbonate 3: 7 by volume and a 10% fluorethylene carbonate as an electrolyte.

실험예Experimental Example 1: 전압 프로파일 평가 1: Evaluation of voltage profile

실시예 1에서 제조한 음극 활물질의 전기 화학적 특성을 평가하기 위하여, 실시예 1의 전지에 대해 전압 프로파일을 평가하였고, 그 결과를 도 5에 나타내었다. 0.1C rate에서, 전압 범위 0.05V에서 3.0V까지 측정하였다.In order to evaluate the electrochemical characteristics of the negative electrode active material prepared in Example 1, the voltage profile of the battery of Example 1 was evaluated, and the results are shown in FIG. At 0.1C rate, the voltage range was measured from 0.05V to 3.0V.

도 5에서 하강 곡선은 방전 용량이고 상승 곡선은 충전 용량을 의미한다. 도 5를 참고하면, 초기 방전 용량은 1063mAh/g이고 충전 용량은 725 mAh/g으로, 초기 충방전 특성이 우수함을 알 수 있다. In Fig. 5, the falling curve indicates the discharge capacity and the rising curve indicates the charging capacity. Referring to FIG. 5, the initial discharge capacity was 1063 mAh / g and the charge capacity was 725 mAh / g, indicating that the initial charge / discharge characteristics were excellent.

실험예Experimental Example 2: 수명 특성 평가 2: Evaluation of life characteristics

실시예 1에서 제조한 전지에 대하여 50번째 사이클까지 수명 특성을 평가하였고 그 결과를 도 6에 나타내었다. 0.1C rate에서 전압 범위 0.05V에서 3.0V까지 측정하였다. The life characteristics of the battery prepared in Example 1 were evaluated up to the 50th cycle, and the results are shown in FIG. The voltage range from 0.05V to 3.0V was measured at 0.1C rate.

도 6에서 왼쪽 세로축은 충전 용량을 의미하고, 오른쪽 세로축은 쿨롱 효율을 의미한다. 도 6을 참고하면, 실시예 1의 전지는 50번째 사이클 이후에도 750mAh/g의 고용량을 발휘하고 있고, 90%이상의 용량 유지율을 구현하고 있다는 것을 알 수 있다.In FIG. 6, the left vertical axis represents the charging capacity and the right vertical axis represents the coulomb efficiency. Referring to FIG. 6, it can be seen that the battery of Example 1 exhibits a high capacity of 750 mAh / g even after the 50th cycle and achieves a capacity retention rate of 90% or more.

실험예Experimental Example 3: 고율 특성 평가 3: Evaluation of high rate characteristics

실시예 1에서 제조한 전지에 대하여 고율 특성을 평가하였고 그 결과를 도 7에 나타내었다. 도 7을 참고하면, 실시예 1의 경우 10C rate 에서도 450mAh/g의 용량을 구현할 수 있다. 이는 표면에 성장시킨 탄소 나노 섬유의 영향으로 전기 전도도가 높아졌기 때문인 것으로 생각된다.The high-rate characteristics of the cells prepared in Example 1 were evaluated, and the results are shown in FIG. Referring to FIG. 7, in the case of Example 1, a capacity of 450 mAh / g can be realized even at a 10 C rate. This is probably due to the increased electrical conductivity due to the carbon nanofibers grown on the surface.

본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the present invention as defined by the following claims. As will be understood by those skilled in the art. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive.

Claims (23)

하기 화학식 1로 표시되는 금속 산화물, 및
상기 금속 산화물의 표면에 위치하는 탄소 나노 섬유를 포함하는 리튬 이차 전지용 음극 활물질:
[화학식 1]
MxOy
상기 화학식 1에서 M은 Ni, Mn, Co, Fe, Al, Mg, Zn, Ti, 또는 이들의 조합이고, x:y는 1:0.5 내지 1:2이다.
A metal oxide represented by the following formula (1), and
An anode active material for a lithium secondary battery comprising carbon nanofibers positioned on a surface of the metal oxide;
[Chemical Formula 1]
M x O y
In the above formula (1), M is Ni, Mn, Co, Fe, Al, Mg, Zn, Ti, or a combination thereof; x: y is 1: 0.5 to 1: 2.
제1항에서,
상기 탄소 나노 섬유는 상기 금속 산화물 표면에서 성장된 것인 리튬 이차 전지용 음극 활물질.
The method of claim 1,
Wherein the carbon nanofibers are grown on the surface of the metal oxide.
제1항에서,
상기 화학식 1에서 상기 M은 Ni, Mn, Co, 또는 이들의 조합인 리튬 이차 전지용 음극 활물질.
The method of claim 1,
Wherein M is Ni, Mn, Co, or a combination thereof.
제1항에서,
상기 화학식 1에서 상기 M은 Ni, Mn, 및 Co의 조합인 리튬 이차 전지용 음극 활물질.
The method of claim 1,
Wherein M is a combination of Ni, Mn, and Co in the formula (1).
제1항에서,
상기 화학식 1은 하기 화학식 2로 표시되는 리튬 이차 전지용 음극 활물질:
[화학식 2]
(NiaCobMnc)xOy
상기 화학식 2에서 0<a≤0.85, 0<b≤0.85, 0<c≤0.85, 0.9≤a+b+c≤1.1, x:y는 1:0.5 내지 1:2이다.
The method of claim 1,
The negative active material for a lithium secondary battery according to claim 1,
(2)
(Ni a Co b Mn c ) x O y
0? A? 0.85, 0? B? 0.85, 0? C? 0.85, 0.9? A + b + c? 1.1, and x: y are from 1: 0.5 to 1: 2.
제1항에서,
상기 금속 산화물의 입경은 1㎛ 내지 50㎛인 리튬 이차 전지용 음극 활물질.
The method of claim 1,
Wherein the metal oxide has a particle diameter of 1 占 퐉 to 50 占 퐉.
제1항에서,
상기 탄소 나노 섬유의 직경은 10nm 내지 70nm인 리튬 이차 전지용 음극 활물질.
The method of claim 1,
Wherein the carbon nanofiber has a diameter of 10 nm to 70 nm.
제1항에서,
상기 리튬 이차 전지용 음극 활물질은 구형인 리튬 이차 전지용 음극 활물질.
The method of claim 1,
Wherein the negative electrode active material for a lithium secondary battery is a spherical negative electrode active material for a lithium secondary battery.
제1항에서,
상기 리튬 이차 전지용 음극 활물질의 입경은 1㎛ 내지 50㎛인 리튬 이차 전지용 음극 활물질.
The method of claim 1,
Wherein the negative electrode active material for a lithium secondary battery has a particle diameter of 1 占 퐉 to 50 占 퐉.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 리튬 이차 전지용 음극 활물질을 포함하는 음극,
양극, 및
전해질을 포함하는 리튬 이차 전지.
A negative electrode comprising the negative electrode active material for a lithium secondary battery according to any one of claims 1 to 9,
Anode, and
A lithium secondary battery comprising an electrolyte.
하기 화학식 11의 금속 수산화물을 제조하는 단계;
상기 금속 수산화물을 열처리하여 하기 화학식 1의 금속 산화물을 수득하는 단계; 및
상기 금속 산화물에 탄소 원료를 공급하여 상기 금속 산화물의 표면에 탄소 나노 섬유를 형성시키는 단계를 포함하는 리튬 이차 전지용 음극 활물질의 제조 방법:
[화학식 11]
M(OH)n
상기 화학식 11에서 M은 Ni, Mn, Co, Fe, Al, Mg, Zn, Ti, 또는 이들의 조합이고, 1≤n≤4이다.
[화학식 1]
MxOy
상기 화학식 1에서 M은 Ni, Mn, Co, Fe, Al, Mg, Zn, Ti, 또는 이들의 조합이고, x:y는 1:0.5 내지 1:2이다.
Preparing a metal hydroxide of Formula 11;
Heat treating the metal hydroxide to obtain a metal oxide represented by the following formula (1); And
And supplying a carbon source to the metal oxide to form carbon nanofibers on the surface of the metal oxide. The method for producing a negative electrode active material for a lithium secondary battery according to claim 1,
(11)
M (OH) n
In Formula 11, M is Ni, Mn, Co, Fe, Al, Mg, Zn, Ti, or a combination thereof.
[Chemical Formula 1]
M x O y
In the above formula (1), M is Ni, Mn, Co, Fe, Al, Mg, Zn, Ti, or a combination thereof; x: y is 1: 0.5 to 1: 2.
제11항에서,
상기 화학식 11은 하기 화학식 12로 표시되고,
상기 화학식 1은 하기 화학식 2로 표시되는 리튬 이차 전지용 음극 활물질의 제조 방법:
[화학식 12]
NiaCobMnc(OH)n
상기 화학식 12에서 0<a≤0.85, 0<b≤0.85, 0<c≤0.85, 0.9≤a+b+c≤1.1, 1≤n≤4이고,
[화학식 2]
(NiaCobMnc)xOy
상기 화학식 2에서 0<a≤0.85, 0<b≤0.85, 0<c≤0.85, 0.9≤a+b+c≤1.1, x:y는 1:0.5 내지 1:2이다.
12. The method of claim 11,
The formula (11) is represented by the following formula (12)
Wherein the negative active material for a lithium secondary battery is represented by the following Chemical Formula 2:
[Chemical Formula 12]
Ni a Co b Mn c (OH) n
0? A? 0.85, 0? B? 0.85, 0? C? 0.85, 0.9? A + b + c? 1.1,
(2)
(Ni a Co b Mn c ) x O y
0? A? 0.85, 0? B? 0.85, 0? C? 0.85, 0.9? A + b + c? 1.1, and x: y are from 1: 0.5 to 1: 2.
제11항에서,
상기 화학식 11의 금속 수산화물을 제조하는 단계는
금속 원료를 용매에 투입하여 금속 수용액을 제조하는 단계,
상기 금속 수용액을 교반하는 단계, 및
상기 단계에서 수득한 침전물을 건조하는 단계를 포함하는 리튬 이차 전지용 음극 활물질의 제조 방법.
12. The method of claim 11,
The step of preparing the metal hydroxide of the formula (11)
Adding a metal raw material to a solvent to prepare a metal aqueous solution,
Stirring the metal aqueous solution, and
And drying the precipitate obtained in the above step.
제13항에서,
상기 금속 수용액을 제조하는 단계에서 침전제 및/또는 킬레이트제를 더 투입하는 것인 리튬 이차 전지용 음극 활물질의 제조 방법.
The method of claim 13,
Wherein the precipitating agent and / or chelating agent is further added in the step of preparing the metal aqueous solution.
제11항에서,
상기 금속 수산화물을 열처리하여 화학식 1의 금속 산화물을 수득하는 단계는 500℃ 내지 800℃에서 수행되는 것인 리튬 이차 전지용 음극 활물질의 제조 방법.
12. The method of claim 11,
Wherein the step of heat treating the metal hydroxide to obtain the metal oxide of Formula 1 is performed at 500 ° C to 800 ° C.
제11항에서,
상기 수득된 금속 산화물의 입경은 1㎛ 내지 50㎛인 리튬 이차 전지용 음극 활물질의 제조 방법.
12. The method of claim 11,
Wherein the metal oxide has a particle diameter of 1 to 50 占 퐉.
제11항에서,
상기 리튬 이차 전지용 음극 활물질의 제조 방법은 상기 금속 수산화물을 열처리하여 화학식 1의 금속 산화물을 수득하는 단계 이후에,
상기 금속 산화물을 환원시켜 상기 금속 산화물 표면의 일부에 금속 시드(seed)를 형성하는 단계를 더 포함하는 리튬 이차 전지용 음극 활물질의 제조 방법.
12. The method of claim 11,
The method for producing a negative electrode active material for a lithium secondary battery according to the present invention comprises the steps of: after heat treating the metal hydroxide to obtain a metal oxide represented by the general formula (1)
And reducing the metal oxide to form a metal seed on a part of the surface of the metal oxide.
제11항에서,
상기 금속 산화물에 탄소 원료를 공급하여 상기 금속 산화물의 표면에 탄소 나노 섬유를 형성시키는 단계에서,
상기 탄소 나노 섬유는 상기 금속 산화물의 표면에서 성장되는 것인 리튬 이차 전지용 음극 활물질의 제조 방법.
12. The method of claim 11,
In the step of forming a carbon nanofiber on the surface of the metal oxide by supplying a carbon source to the metal oxide,
Wherein the carbon nanofibers are grown on the surface of the metal oxide.
제11항에서,
상기 탄소 원료는 기상 탄소계 물질인 리튬 이차 전지용 음극 활물질의 제조 방법.
12. The method of claim 11,
Wherein the carbon raw material is a vapor-phase carbonaceous material.
제11항에서,
상기 금속 산화물에 탄소 원료를 공급하여 상기 금속 산화물의 표면에 탄소 나노 섬유를 형성시키는 단계는 500℃ 내지 800℃에서 수행되는 것인 리튬 이차 전지용 음극 활물질의 제조 방법.
12. The method of claim 11,
Wherein the step of supplying the carbon source to the metal oxide to form the carbon nanofiber on the surface of the metal oxide is performed at 500 ° C to 800 ° C.
제11항에서,
상기 탄소 나노 섬유의 직경은 10nm 내지 70nm인 리튬 이차 전지용 음극 활물질의 제조 방법.
12. The method of claim 11,
Wherein the diameter of the carbon nanofibers is 10 nm to 70 nm.
제11항에서,
상기 수득된 리튬 이차 전지용 음극 활물질은 구형인 리튬 이차 전지용 음극 활물질의 제조 방법.
12. The method of claim 11,
Wherein the negative electrode active material for a lithium secondary battery is a spherical negative electrode active material for a lithium secondary battery.
제11항에서,
상기 수득된 리튬 이차 전지용 음극 활물질의 입경은 1㎛ 내지 50㎛인 리튬 이차 전지용 음극 활물질의 제조 방법.
12. The method of claim 11,
Wherein the obtained negative electrode active material for lithium secondary battery has a particle diameter of 1 to 50 占 퐉.
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