KR20150137946A - Negativ7e electrode active material, methode for synthesis the same, negative electrode including the same, and lithium rechargable battery including the same - Google Patents

Negativ7e electrode active material, methode for synthesis the same, negative electrode including the same, and lithium rechargable battery including the same Download PDF

Info

Publication number
KR20150137946A
KR20150137946A KR1020140128496A KR20140128496A KR20150137946A KR 20150137946 A KR20150137946 A KR 20150137946A KR 1020140128496 A KR1020140128496 A KR 1020140128496A KR 20140128496 A KR20140128496 A KR 20140128496A KR 20150137946 A KR20150137946 A KR 20150137946A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
silicon
carbon
negative electrode
active material
coating layer
Prior art date
Application number
KR1020140128496A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR101628873B1 (en
Inventor
조재필
고민성
Original Assignee
국립대학법인 울산과학기술대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 국립대학법인 울산과학기술대학교 산학협력단 filed Critical 국립대학법인 울산과학기술대학교 산학협력단
Publication of KR20150137946A publication Critical patent/KR20150137946A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101628873B1 publication Critical patent/KR101628873B1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/38Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052Li-accumulators
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04Processes of manufacture in general
    • H01M4/0402Methods of deposition of the material
    • H01M4/0421Methods of deposition of the material involving vapour deposition
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04Processes of manufacture in general
    • H01M4/0402Methods of deposition of the material
    • H01M4/0421Methods of deposition of the material involving vapour deposition
    • H01M4/0428Chemical vapour deposition
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/134Electrodes based on metals, Si or alloys
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/139Processes of manufacture
    • H01M4/1395Processes of manufacture of electrodes based on metals, Si or alloys
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/362Composites
    • H01M4/366Composites as layered products
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/38Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
    • H01M4/386Silicon or alloys based on silicon
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/58Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
    • H01M4/583Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/58Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
    • H01M4/583Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
    • H01M4/587Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx for inserting or intercalating light metals
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

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

Abstract

The present invention relates to: a negative electrode active material comprising carbon-based materials, a silicone coating layer disposed on a surface of the carbon-based materials and a carbon coating layer disposed on the silicone coating layer; a negative electrode plate produced by the negative electrode active material; a producing method of the negative electrode active material; and a lithium secondary battery comprising the negative electrode active material.

Description

음극 활물질, 이의 제조 방법, 이를 포함하는 음극판, 및 리튬 이차전지{NEGATIV7E ELECTRODE ACTIVE MATERIAL, METHODE FOR SYNTHESIS THE SAME, NEGATIVE ELECTRODE INCLUDING THE SAME, AND LITHIUM RECHARGABLE BATTERY INCLUDING THE SAME}TECHNICAL FIELD The present invention relates to a negative electrode active material, a method for producing the negative electrode active material, a negative electrode plate containing the same, a lithium secondary battery, and a lithium secondary battery.

음극 활물질, 이의 제조 방법, 이를 포함하는 음극판, 및 리튬 이차전지에 관한 것이다.A negative electrode plate comprising the negative electrode active material, a method for producing the same, and a lithium secondary battery.

전자기기의 구동용 전원으로서 리튬 이차전지가 주목을 받고 있다. 리튬 이차전지의 음극 재료로서는 흑연이 주로 이용되고 있지만, 흑연은 단위질량당의 용량이 372 mAh/g로 작기 때문에 리튬 이차전지의 고용량화가 어렵다.Lithium secondary batteries have attracted attention as power sources for driving electronic devices. Graphite is mainly used as a negative electrode material of a lithium secondary battery, but it is difficult to increase the capacity of a lithium secondary battery because the capacity per unit mass of graphite is as small as 372 mAh / g.

흑연보다 고용량을 나타내는 음극 재료로는 실리콘, 주석 및 이들의 산화물 등 리튬과 금속간 화합물을 형성하는 재료가 있다. 특히 실리콘 등의 재료는 고용량을 구현하고 전지의 소형화를 가능하게 하는 장점이 있다. Examples of an anode material exhibiting a higher capacity than graphite include materials forming lithium and intermetallic compounds such as silicon, tin and their oxides. Particularly, materials such as silicon have an advantage of realizing a high capacity and enabling miniaturization of the battery.

그러나 이들 재료는 리튬을 흡수 저장할 때에 결정구조의 변화를 야기시켜 체적이 팽창하는 문제점이 있다. 실리콘의 경우 충전에 의한 부피 팽창이 이루어지며 상온에서 체적 증가율은 부피 팽창 전 실리콘의 부피에 비해 약 3.7배까지 팽창한다. 이에 따라 전지 수명이 급격히 저하되는 문제가 있다. 또한 실리콘 등의 재료는 흑연보다 전기 전도도가 낮아 단독으로 사용하기에 어려움이 있으며, 상기 재료와 코팅막의 계면에 저항이 크다는 문제가 있다. However, these materials cause a change in the crystal structure when lithium is absorbed and stored, which causes a problem that the volume expands. In the case of silicon, the volumetric expansion by filling occurs. At room temperature, the volumetric growth rate expands to about 3.7 times that of the volume of silicon before volume expansion. As a result, there is a problem that the life of the battery is rapidly deteriorated. In addition, materials such as silicon have lower electric conductivity than graphite, and thus are difficult to be used alone, and there is a problem in that the resistance between the material and the coating film is large.

이러한 실리콘 등의 음극 활물질의 문제점들을 해결하는 방안에 대하여 활발한 연구가 진행되고 있다. Active research is being conducted on a solution to the problems of the negative electrode active material such as silicon.

음극 활물질의 부피 팽창을 완화할 수 있고 전기 전도도가 우수하며 물리화학적으로 안정한 음극 활물질 및 이의 제조 방법을 제공하고, 가역 용량이 높고 고율특성, 수명특성이 우수한 리튬 이차 전지를 제공한다. Provided is a negative electrode active material capable of alleviating the volume expansion of a negative electrode active material, having excellent electrical conductivity and being physically and chemically stable, a method for producing the same, and a lithium secondary battery having high reversibility capacity, high rate characteristics and excellent lifetime characteristics.

본 발명의 일 구현예에서는 탄소계 소재, 상기 탄소계 소재의 표면에 위치하는 실리콘 코팅층 및 상기 실리콘 코팅층 상에 위치하는 탄소 코팅층을 포함하는 음극 활물질을 제공한다. According to an embodiment of the present invention, there is provided an anode active material comprising a carbonaceous material, a silicon coating layer disposed on the surface of the carbonaceous material, and a carbon coating layer disposed on the silicon coating layer.

상기 탄소계 소재 내부에 실리콘 입자가 포함될 수 있다.Silicon particles may be included in the carbon-based material.

상기 실리콘 코팅층의 두께는 15nm 내지 30nm일 수 있다. The thickness of the silicon coating layer may be 15 nm to 30 nm.

상기 실리콘 코팅층은 실리콘 입자가 상기 탄소계 소재의 표면에 아일랜드 형태 또는 실리콘 입자가 서로 중첩된 박막 형태로 존재하는 것일 수 있다.The silicon coating layer may be such that silicon particles are present on the surface of the carbonaceous material in the form of an island or a film in which silicon particles are superimposed on each other.

상기 실리콘 입자는 반구(hemisphere) 형태일 수 있다. The silicon particles may be in the form of a hemisphere.

상기 탄소계 소재 내부 및 실리콘 코팅층 내 실리콘 입자의 평균 입경은 5nm 내지 20nm 일 수 있다. The average particle diameter of the silicon particles in the carbon-based material and the silicon coating layer may be 5 nm to 20 nm.

상기 실리콘 입자는 상기 탄소계 소재의 표면에 균일하게 분포되어 있을 수 있다. The silicon particles may be uniformly distributed on the surface of the carbon-based material.

상기 탄소계 소재 내부 및 실리콘 코팅층 내 실리콘 입자는 비정질 또는 준결정질 실리콘일 수 있다.The silicon particles in the carbon-based material and in the silicon coating layer may be amorphous or quasi-crystalline silicon.

상기 음극 활물질은 상기 음극 활물질 총량에 대하여, 상기 탄소계 소재 92 중량% 내지 96 중량%; 상기 실리콘 코팅층 3 중량% 내지 6 중량%; 및 상기 탄소 코팅층 0.1 중량% 내지 2 중량%로 포함될 수 있다.Wherein the negative electrode active material comprises 92% by weight to 96% by weight of the carbonaceous material, based on the total amount of the negative electrode active material; 3% to 6% by weight of the silicone coating layer; And 0.1% to 2% by weight of the carbon coating layer.

상기 탄소계 소재는 결정질계 탄소계 소재일 수 있다.The carbon-based material may be a crystalline carbon-based material.

상기 탄소계 소재는 그라파이트일 수 있다.The carbon-based material may be graphite.

상기 음극 활물질은 500mAh/g 내지 600mAh/g의 용량을 가질 수 있다.The negative electrode active material may have a capacity of 500 mAh / g to 600 mAh / g.

본 발명의 다른 일 구현예에서는 상기 음극 활물질로 제조된 음극판을 제공한다.Another embodiment of the present invention provides a negative electrode plate made of the negative electrode active material.

상기 음극판은 1.0 g/cc 내지 2.0 g/cc의 전극밀도를 가질 수 있다.The negative electrode plate may have an electrode density of 1.0 g / cc to 2.0 g / cc.

상기 음극판은, "50 사이클 이후 음극판의 두께"/"1 사이클 이후 음극판의 두께"가 0.5 미만일 수 있다.The negative electrode plate may have a thickness of the negative electrode plate after 50 cycles / a thickness of the negative electrode plate after one cycle of less than 0.5.

본 발명의 또 다른 일 구현예에서는 탄소계 소재를 준비하는 단계; 상기 탄소계 소재에 실리콘을 코팅하는 단계; 및 탄화수소가스를 열분해시켜 상기 코팅된 실리콘 상에 탄소층을 코팅하는 단계를 포함하는 음극 활물질의 제조 방법을 제공한다.According to another embodiment of the present invention, Coating silicon on the carbonaceous material; And thermally decomposing the hydrocarbon gas to coat the carbon layer on the coated silicon.

상기 탄소계 소재에 실리콘을 코팅하는 단계는 화학 기상 증착법(chemical vapor deposition; CVD)을 이용하는 것일 수 있다.The step of coating the carbon-based material with silicon may be a chemical vapor deposition (CVD) method.

상기 실리콘은 비정질 또는 준결정질 실리콘일 수 있다.The silicon may be amorphous or quasi-crystalline silicon.

상기 탄소계 소재에 실리콘을 코팅하는 단계는 실란 가스를 사용하여 상기 탄소계 소재의 표면에 실리콘을 화학 증착시키는 것일 수 있다.The step of coating silicon on the carbonaceous material may include chemical vapor deposition of silicon on the surface of the carbonaceous material using silane gas.

상기 탄소계 소재에 실리콘을 코팅하는 단계는 420℃ 내지 650℃에서 수행되는 것일 수 있다.The step of coating the carbon-based material with silicon may be performed at 420 ° C to 650 ° C.

상기 탄화수소가스를 열분해시켜 상기 코팅된 실리콘 상에 탄소층을 코팅하는 단계에서, 상기 열분해 온도는 800℃ 내지 1000℃ 일 수 있다.In the step of thermally decomposing the hydrocarbon gas and coating the carbon layer on the coated silicon, the pyrolysis temperature may be 800 ° C to 1000 ° C.

상기 탄소계 소재는 결정질계 탄소계 소재일 수 있다.The carbon-based material may be a crystalline carbon-based material.

상기 탄소계 소재는 그라파이트일 수 있다.The carbon-based material may be graphite.

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

일 구현예에 따른 음극 활물질은 부피 팽창 문제가 완화되고 전기 전도도가 우수하며 물리화학적으로 안정하다. 다른 일 구현예에 따른 리튬 이차 전지는 가역 용량이 높고, 출력특성 및 수명특성 등이 우수하다.The negative electrode active material according to one embodiment alleviates the problem of volume expansion, is excellent in electric conductivity, and is physically and chemically stable. The lithium secondary battery according to another embodiment has a high reversible capacity, and has excellent output characteristics and life characteristics.

도 1은 실시예 1 및 비교예 1 내지 비교예 3에 따른 음극 활물질을 적용한 반쪽 셀의 초기 용량 변화를 나타낸 그래프이다.
도 2는 실시예 1 및 비교예 1 내지 비교예 3에 따른 음극 활물질을 적용한 반쪽 셀의 cycle retention을 나타낸 그래프이다.
도 3은 실시예 1 및 비교예 1 내지 비교예 3에 따른 음극 활물질을 적용한 반쪽 셀의 cycle efficiency를 나타낸 그래프이다.
도 4는 실시예 1에 따른 음극 활물질의 표면에 대한 주사전자현미경(SEM) 사진이다.
도 5는 실시예 1에 따른 음극 활물질의 절단면에 대한 투과전자현미경(HRTEM) 사진이다.
도 6은 실시예 1에 따른 음극 활물질 표면의 성분을 분석한 EDX 데이터 및 주사전자현미경 사진이다.
도 7 내지 도 9은 실시예 1에 따른 음극 활물질 절단면의 성분을 분석한 EDX 데이터이다.
도 10은 실시예 1에 따른 음극 활물질로 제조한 음극판의 초기 사이클 및 50 사이클 이후의 두께 변화를 나타낸 음극판 단면의 주사전자현미경 사진이다.
도 11은 실시예 1에 따른 음극 활물질로 제조한 음극판의 초기 사이클 및 50 사이클 이후의 음극판 표면 변화를 나타낸 주사전자현미경 사진이다.
도 12는 실시예 1 및 비교예 1 내지 비교예 3에 따른 음극 활물질의 XRD 그래프이다.
1 is a graph showing changes in initial capacities of a half cell to which a negative electrode active material according to Example 1 and Comparative Examples 1 to 3 is applied.
FIG. 2 is a graph showing cycle retention of a half cell to which the negative electrode active material according to Example 1 and Comparative Examples 1 to 3 is applied.
3 is a graph showing the cycle efficiency of a half cell to which the negative electrode active material according to Example 1 and Comparative Examples 1 to 3 is applied.
4 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of the surface of the negative electrode active material according to Example 1. Fig.
5 is a transmission electron microscope (HRTEM) photograph of a cut surface of the negative electrode active material according to Example 1. Fig.
FIG. 6 is a scanning electron microscope (SEM) image and EDX data obtained by analyzing components of the surface of the negative electrode active material according to Example 1. FIG.
FIGS. 7 to 9 are EDX data obtained by analyzing the components of the cut surface of the negative electrode active material according to Example 1. FIG.
10 is a scanning electron microscope (SEM) image of a section of an anode plate showing the initial cycle of the anode plate made from the anode active material according to Example 1 and the thickness change after 50 cycles.
11 is a scanning electron micrograph showing the initial cycle of the negative electrode plate made of the negative electrode active material according to Example 1 and the surface change of the negative electrode plate after 50 cycles.
12 is an XRD graph of the negative electrode active material according to Example 1 and Comparative Examples 1 to 3. 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 탄소계 소재, 상기 탄소계 소재의 표면에 위치하는 실리콘 코팅층 및 상기 실리콘 코팅층 상에 위치하는 탄소 코팅층을 포함하는 음극 활물질을 제공한다.According to an embodiment of the present invention, there is provided an anode active material comprising a carbonaceous material, a silicon coating layer disposed on the surface of the carbonaceous material, and a carbon coating layer disposed on the silicon coating layer.

탄소계 소재는 용량이 낮으며, 고속 충전 시 출력 특성이 현저하게 떨어지는 문제가 있다. 또한, 실리콘은 충전 및 방전 시 상당한 부피 팽창을 하는 물질이기에 심각한 극판 손상을 가져올 수 있을 뿐만 아니라, 이로 인해 용량이 급속도로 감소하는 결과를 초래한다.The carbonaceous material has a low capacity and has a problem that the output characteristic is remarkably lowered at the time of fast charging. In addition, since silicon is a material that undergoes considerable volume expansion during charging and discharging, it can not only lead to serious electrode damage, but also results in a rapid decrease in capacity.

그러나, 본 발명의 일 구현예에 따른 음극 활물질은 탄소계 소재 표면에 실리콘을 아일랜트 형태 또는 얇은 박막 형태로 코팅시킴으로써, 음극 활물질의 용량을 500mAh/g 이상, 예컨대 500mAh/g 내지 600 mAh/g까지 늘리고, 전지 평가시 50cycle 이상에서 전극두께 기준으로 극판 팽창율을 50% 미만까지 확보하면서 출력 특성 및 수명 특성을 개선시킬 수 있다. However, the negative electrode active material according to an embodiment of the present invention may have a capacity of 500 mAh / g or more, for example, 500 mAh / g to 600 mAh / g or more, by coating silicon on the surface of the carbonaceous material in the form of a salt or thin film. And the output characteristics and life characteristics can be improved while securing up to 50% of the expansion rate of the electrode plate on the basis of the electrode thickness over 50 cycles at the time of battery evaluation.

나아가, 최외각에 위치하는 탄소 코팅층은 전자 전달 경로를 제공하여 전기 전도도를 향상시키고, 충전 및 방전 시 실리콘 등의 금속의 부피 변화를 제어함으로써, 극판 안정성을 크게 향상시킬 수 있다. 뿐만 아니라, 상기 탄소 코팅층은 상기 금속 코팅층이 전해액과 바로 맞닿아서 발생할 수 있는 계면 부반응을 막아주고, 계면의 전기 전도도를 향상시키며, 전극의 부피 팽창을 제어하는 역할도 할 수 있다.Furthermore, the carbon coating layer located at the outermost portion can improve the electrical conductivity by providing an electron transfer path, and can control the volume change of metal such as silicon during charging and discharging, thereby greatly improving the stability of the electrode plate. In addition, the carbon coating layer can prevent interfacial reaction that may occur when the metal coating layer comes into direct contact with the electrolyte, improve the electrical conductivity of the interface, and control the volume expansion of the electrode.

또한, 상기 탄소계 소재는 실리콘이 떨어져 나가지 않게 지지하는 매트릭스 역할을 하면서 전자를 충분히 전달시키고 충전 및 방전 중의 부피 팽창을 조절하는 역할을 할 수 있다.In addition, the carbon-based material plays a role of supporting the silicon so as not to be separated from the silicon, and can sufficiently transfer electrons and control the volume expansion during charging and discharging.

상기 실리콘 코팅층은 15nm 내지 30nm의 두께를 가질 수 있다. 실리콘 코팅층이 상기 범위의 두께를 가질 경우, 매우 얇은 박막 형태가 되어, 충전 및 방전 시 금속의 부피 팽창을 크게 제어할 수 있으며, 율속 역시 크게 증가하게 된다. 나아가, 일반적인 리튬 이차전지용 음극 활물질 제조 시에는 서로 다른 물질을 혼합하여 슬러리를 제작하는데, 이 경우 층분리가 일어나는 문제가 있다. 그러나 상기 실리콘 코팅층은 매우 얇은 박막 형태로 탄소계 소재와 결합되어 있기에, 상기와 같은 층분리가 일어나는 문제점을 해결할 수 있다. 즉, 일 구현예에 따른 음극 활물질은 부피 팽창에 안정성을 가지면서, 급속 충전 및 방전이 가능하게 된다.The silicon coating layer may have a thickness of 15 nm to 30 nm. When the silicon coating layer has a thickness in the above range, it becomes a very thin film form, which can greatly control the volume expansion of the metal during charging and discharging, and the rate of increase is also greatly increased. Furthermore, when preparing a negative electrode active material for general lithium secondary batteries, different materials are mixed to prepare a slurry. In this case, layer separation occurs. However, since the silicon coating layer is combined with the carbon-based material in the form of a very thin film, it is possible to solve the problem of layer separation as described above. That is, the anode active material according to one embodiment can be rapidly charged and discharged while having stability against volume expansion.

구체적으로 상기 실리콘 코팅층은 실리콘 입자가 상기 탄소계 소재의 표면에 아일랜드 형태 또는 실리콘 입자가 서로 중첩된 박막 형태로 존재하는 것일 수 있다. 이에 따라 일 구현예에 따른 음극 활물질은 충전 및 방전에 따른 실리콘 등 실리콘의 팽창 문제를 완화할 수 있고, 탄소계 소재의 물리적, 전기적 특성을 그대로 이용할 수 있다.Specifically, the silicon coating layer may be formed such that silicon particles are present on the surface of the carbon-based material in the form of an island or a film in which silicon particles are superimposed on each other. Accordingly, the anode active material according to one embodiment can alleviate the expansion problem of silicon such as silicon due to charging and discharging, and can use the physical and electrical characteristics of the carbon-based material as it is.

또한, 상기 탄소계 소재는 다공성 탄소계 소재일 수 있다. 즉, 일 구현예에 따른 음극 활물질은 다공성 탄소계 소재 내부에 실리콘 입자를 포함할 수 있다.The carbon-based material may be a porous carbon-based material. That is, the anode active material according to one embodiment may include silicon particles in the porous carbonaceous material.

상기 탄소계 소재 내부의 실리콘 입자의 평균 입경은 상기 실리콘 코팅층 내부의 실리콘 입자와 동일할 수 있다. 또한, 상기 탄소계 소재 내부의 실리콘 입자는 비정질 또는 준결정질의 실리콘 입자일 수 있다.The average particle diameter of the silicon particles in the carbon-based material may be the same as the silicon particles in the silicon coating layer. In addition, the silicon particles in the carbon-based material may be amorphous or quasi-crystalline silicon particles.

상기 실리콘 입자는 예를 들어 반구(hemisphere) 형태일 수 있다. The silicon particles may be, for example, in the form of a hemisphere.

상기 실리콘 입자의 평균 입경은 5nm 내지 20nm, 예컨대 10nm 내지 20nm, 5nm 내지 15nm일 수 있다. The average particle diameter of the silicon particles may be 5 nm to 20 nm, for example, 10 nm to 20 nm, and 5 nm to 15 nm.

상기 실리콘 입자는 상기 탄소계 소재의 표면에 균일하게 분포되어 있을 수 있다. The silicon particles may be uniformly distributed on the surface of the carbon-based material.

상기 실리콘 코팅층 내 실리콘은 비정질 또는 준결정질 실리콘일 수 있다. 이 경우 상기 실리콘 코팅층은 부피 팽창에 따라 결정이 깨지는 위험이 적고 안정적인 구조를 유지할 수 있다. 비정질 또는 준결정질 실리콘은 결정질 실리콘과는 달리 리튬이 흡수되는 방향성이 없어 균일하게 부피팽창을 하며 리튬 이동 속도가 높다. 비정질 또는 준결정질 실리콘은 결정질 실리콘에 비해 리튬 흡수나 탈리에 스트레스나 스트레인(strain)이 적게 걸리기에 안정적으로 구조를 유지할 수 있다. 또한, 기존의 실리콘 파우더는 분산이 고르게 잘 되지 않는다는 문제를 안고 있었으나, 일 구현예에 따른 음극 활물질은 실리콘 입자들이 탄소계 소재의 표면에 매우 고르게 분포될 수 있다. 나아가, 상기 실리콘 입자가 상기 탄소계 소재의 표면에 아일랜드 형태 또는 얇은 박막 형태로 존재하여, 실리콘의 방해를 받지 않고 상기 탄소계 소재의 물리적, 전기적 특성을 최대한 이용할 수 있다. 또한, 이 경우 첫 사이클 화성효율(Coloumbic efficiency)이 약 90%에 달하게 된다.The silicon in the silicon coating layer may be amorphous or quasi-crystalline silicon. In this case, the silicon coating layer is less likely to break crystals due to volume expansion and can maintain a stable structure. Unlike crystalline silicon, amorphous or quasi-crystalline silicon does not have the directionality in which lithium is absorbed, and uniformly expands in volume and has a high lithium migration rate. Amorphous or quasi-crystalline silicon can be stably structured because it has less stress or strain in lithium absorption and desorption than crystalline silicon. In addition, the conventional silicon powder has a problem that dispersion is not uniform, but the anode active material according to one embodiment can distribute the silicon particles on the surface of the carbon-based material very uniformly. Furthermore, the silicon particles are present on the surface of the carbonaceous material in the form of an island or a thin film, so that the physical and electrical characteristics of the carbonaceous material can be maximized without being disturbed by silicon. In this case, the first cycle efficiency (Coloumbic efficiency) reaches about 90%.

상기 음극 활물질은, 상기 음극 활물질 총량에 대하여, 상기 탄소계 소재 92 중량% 내지 96 중량%; 상기 실리콘 코팅층 3 중량% 내지 6 중량%; 및 상기 탄소 코팅층 0.1 중량% 내지 2 중량%를 포함할 수 있다. Wherein the negative electrode active material comprises 92% by weight to 96% by weight of the carbonaceous material, based on the total amount of the negative electrode active material; 3% to 6% by weight of the silicone coating layer; And 0.1% to 2% by weight of the carbon coating layer.

상기 탄소계 소재는 결정질계 탄소계 소재, 예컨대 그라파이트일 수 있다.The carbon-based material may be a crystalline carbon-based material such as graphite.

상기 탄소계 소재는 다공성일 수 있다. 예컨대, 상기 탄소계 소재는 다공성 그라파이트일 수 있다.The carbonaceous material may be porous. For example, the carbon-based material may be a porous graphite.

상기 음극 활물질은 500mAh/g 이상, 예컨대 500mAh/g 내지 600mAh/g의 용량을 가질 수 있다.The negative electrode active material may have a capacity of 500 mAh / g or more, for example, 500 mAh / g to 600 mAh / g.

본 발명의 다른 일 구현예에서는 상기 음극 활물질로 제조된 음극판을 제공한다.Another embodiment of the present invention provides a negative electrode plate made of the negative electrode active material.

상기 음극판은 1.0 g/cc 내지 2.0 g/cc의 전극밀도를 가질 수 있다.The negative electrode plate may have an electrode density of 1.0 g / cc to 2.0 g / cc.

상기 음극판은 전극 두께를 기준으로, "50 사이클 이후 음극판의 부피(두께)"/"1 사이클 이후 음극판의 부피(두께)"가 0.5 미만일 수 있다. 즉, 상기 음극판은 전극 두께를 기준으로, 50 사이클 이후의 부피팽창율이 50% 미만일 수 있다.The negative electrode plate may have a volume (thickness) of the negative electrode plate after 50 cycles / a volume (thickness) of the negative electrode plate after one cycle of less than 0.5, based on the electrode thickness. That is, the negative electrode plate may have a volume expansion rate of less than 50% after 50 cycles based on the electrode thickness.

본 발명의 또 다른 일 구현예에서는 탄소계 소재를 준비하는 단계; 상기 탄소계 소재에 실리콘을 코팅하는 단계; 및 탄화수소가스를 열분해시켜 상기 코팅된 실리콘 상에 탄소층을 코팅하는 단계를 포함하는 음극 활물질의 제조 방법을 제공한다.According to another embodiment of the present invention, Coating silicon on the carbonaceous material; And thermally decomposing the hydrocarbon gas to coat the carbon layer on the coated silicon.

상기 제조 방법을 통하여 전술한 음극 활물질을 제조할 수 있다.The above-described negative electrode active material can be produced through the above-described production method.

상기 실리콘은 비정질 또는 준결정질 실리콘일 수 있다.The silicon may be amorphous or quasi-crystalline silicon.

상기 탄소계 소재에 실리콘을 코팅하는 단계는 화학 기상 증착법(chemical vapor deposition; CVD)을 이용하는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 탄소계 소재의 표면에 실리콘을 코팅하는 단계는 실란 가스를 사용하여 상기 탄소계 소재의 표면에 실리콘을 화학 증착시키는 것일 수 있다.The step of coating the carbon-based material with silicon may be a chemical vapor deposition (CVD) method. Specifically, the step of coating silicon on the surface of the carbonaceous material may include chemical vapor deposition of silicon on the surface of the carbonaceous material using silane gas.

기존의 실리콘 분말은 분산도가 낮다는 문제가 있었으나, 화학 기상 증착법을 이용하여 상기 탄소계 소재의 표면에 실리콘을 증착시킬 경우 실리콘 입자들을 매우 균일하게 증착시킬 수 있다. 또한 상기 화학 기상 증착법을 이용하면, 상기 탄소계 소재의 표면에 실리콘 입자를 아일랜드 형태 또는 실리콘 입자들이 서로 중첩된 박막 형태로 코팅할 수 있다.Conventional silicon powders have a problem of low dispersion, but when silicon is deposited on the surface of the carbonaceous material by chemical vapor deposition, silicon particles can be deposited very uniformly. In addition, when the chemical vapor deposition method is used, silicon particles may be coated on the surface of the carbon-based material in the form of an island or an overlapping silicon particles.

또한, 실란 가스를 사용하여 실리콘을 화학 증착시키므로, 탄소계 소재 표면에 실리콘 코팅층이 형성되는 것뿐만 아니라, 탄소계 소재 내부에도 실리콘이 포함될 수 있다.Further, since silicon is chemically vapor-deposited using silane gas, not only a silicon coating layer is formed on the surface of the carbon-based material, but silicon can also be contained in the carbon-based material.

이때 상기 탄소계 소재에 실리콘을 코팅하는 단계는 420℃ 내지 650℃에서 수행될 수 있다. 이 경우 고순도의 실리콘, 예컨대 비정질 또는 준결정질 실리콘을 다량으로 증착할 수 있다.The step of coating the carbon-based material with silicon may be performed at 420 ° C to 650 ° C. In this case, high purity silicon, such as amorphous or quasi-crystalline silicon, can be deposited in large quantities.

420℃ 미만의 온도에서는 실란 가스의 분해가 일어나지 않으며, 650℃ 초과의 온도에서는 결정질 실리콘이 형성되게 되는데, 상기 결정질 실리콘은 비정질 또는 준결정질 실리콘에 비하여 스트레스나 스트레인에 취약할 뿐 아니라 리튬 흡수나 탈리 속도가 상대적으로 낮다.Silane gas decomposition does not occur at a temperature lower than 420 DEG C and crystalline silicon is formed at a temperature higher than 650 DEG C. The crystalline silicon is more susceptible to stress or strain than amorphous or quasi-crystalline silicon, The speed is relatively low.

상기 탄화수소가스를 열분해시켜 상기 코팅된 실리콘 상에 탄소층을 코팅하는 단계에서, 상기 열분해 온도는 800℃ 내지 1000℃, 예컨대, 850℃ 내지 950℃일 수 있고, 상기 열분해 시간은 장입량에 따라 유동적일 수 있다. In the step of thermally decomposing the hydrocarbon gas and coating the carbon layer on the coated silicon, the pyrolysis temperature may be 800 ° C. to 1000 ° C., for example, 850 ° C. to 950 ° C., and the pyrolysis time may vary depending on the amount of the filler .

상기 탄소계 소재는 결정질계 탄소계 소재, 예컨대 그라파이트일 수 있다.The carbon-based material may be a crystalline carbon-based material such as graphite.

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

리튬 이차 전지는 사용하는 세퍼레이터와 전해질의 종류에 따라 리튬 이온 전지, 리튬 이온 폴리머 전지 및 리튬 폴리머 전지로 분류될 수 있고, 형태에 따라 원통형, 각형, 코인형, 파우치형 등으로 분류될 수 있으며, 사이즈에 따라 벌크 타입과 박막 타입으로 나눌 수 있다. 이들 전지의 구조와 제조방법은 이 분야에 널리 알려져 있으므로 상세한 설명은 생략한다.The lithium secondary battery can be classified into a lithium ion battery, a lithium ion polymer battery, and a lithium polymer battery depending on the type of the separator and electrolyte used. The lithium secondary battery can be classified into a cylindrical shape, a square shape, a coin shape, Depending on the size, it can be divided into bulk type and thin type. The structure and the manufacturing method of these cells are well known in the art, and detailed description thereof will be omitted.

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 활물질에 대한 설명은 전술한 바와 같기 때문에 생략하도록 한다.The description of the anode active material is omitted since it is as described above.

상기 음극 활물질 층은 또한 바인더를 포함하며, 선택적으로 도전재를 더욱 포함할 수 있다.The negative electrode active material layer also includes a binder, and may further 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 음극 바인더로 수용성 바인더를 사용하는 경우, 점성을 부여할 수 있는 셀룰로즈 계열 화합물을 더욱 포함할 수 있다. 이 셀룰로즈 계열 화합물로는 카르복시메틸 셀룰로즈, 하이드록시프로필메틸 셀룰로즈, 메틸 셀룰로즈, 또는 이들의 알칼리 금속염 등을 1종 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 상기 알칼리 금속으로는 Na, K 또는 Li를 사용할 수 있다. 이러한 증점제 사용 함량은 바인더 100 중량부에 대하여 0.1 내지 3 중량부일 수 있다. When a water-soluble binder is used as the negative electrode binder, it may further include a cellulose-based compound capable of imparting viscosity. As the cellulose-based compound, carboxymethyl cellulose, hydroxypropylmethyl cellulose, methyl cellulose, alkali metal salts thereof or the like may be used in combination. As the alkali metal, Na, K or Li can be used. The content of the thickener may be 0.1 to 3 parts by weight based on 100 parts by weight of the binder.

상기 도전재는 전극에 도전성을 부여하기 위해 사용되는 것으로서, 구성되는 전지에 있어서, 화학변화를 야기하지 않고 전자 전도성 재료이면 어떠한 것도 사용가능하며, 그 예로 천연 흑연, 인조 흑연, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸블랙, 탄소섬유 등의 탄소계 물질; 구리, 니켈, 알루미늄, 은 등의 금속 분말 또는 금속 섬유 등의 금속계 물질; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 폴리머; 또는 이들의 혼합물을 포함하는 도전성 재료를 사용할 수 있다.The conductive material is used for imparting conductivity to the electrode. Any conductive material can be used without causing any chemical change in the battery. Examples of the conductive material include natural graphite, artificial graphite, carbon black, acetylene black, Carbon-based materials such as black and carbon fiber; 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.

물론 이 화합물 표면에 코팅층을 갖는 것도 사용할 수 있고, 또는 상기 화합물과 코팅층을 갖는 화합물을 혼합하여 사용할 수도 있다. 이 코팅층은 코팅 원소의 옥사이드, 하이드록사이드, 코팅 원소의 옥시하이드록사이드, 코팅 원소의 옥시카보네이트 및 코팅 원소의 하이드록시카보네이트로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 코팅 원소 화합물을 포함할 수 있다. 이들 코팅층을 이루는 화합물은 비정질 또는 결정질일 수 있다. 상기 코팅층에 포함되는 코팅 원소로는 Mg, Al, Co, K, Na, Ca, Si, Ti, V, Sn, Ge, Ga, B, As, Zr 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 코팅층 형성 공정은 상기 화합물에 이러한 원소들을 사용하여 양극 활물질의 물성에 악영향을 주지 않는 방법(예를 들어 스프레이 코팅, 침지법 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.Of course, a compound having a coating layer on the surface of the compound may be used, or a compound having a coating layer may be mixed with the compound. The coating layer may comprise 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 which does not adversely affect the 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 또한 바인더 및 도전재를 포함한다. The cathode active material layer also includes a binder and 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 것으로서, 구성되는 전지에 있어서, 화학변화를 야기하지 않고 전자 전도성 재료이면 어떠한 것도 사용가능하며, 그 예로 천연 흑연, 인조 흑연, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸블랙, 탄소섬유, 구리, 니켈, 알루미늄, 은 등의 금속 분말, 금속 섬유 등을 사용할 수 있고, 또한 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 재료를 1종 또는 1종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.The conductive material is used for imparting conductivity to the electrode. Any conductive material can be used without causing any chemical change in the battery. Examples of the conductive material include natural graphite, artificial graphite, carbon black, acetylene black, Metal powders such as black, carbon fiber, copper, nickel, aluminum, and silver, metal fibers, and the like, and conductive materials such as polyphenylene derivatives may be used alone or in combination.

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

상기 음극과 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 발명의 일 구현예에 따른 비수계 전해질 이차전지에서, 상기 전해질은 비수성 유기 용매와 리튬염을 포함한다. In the non-aqueous liquid electrolyte secondary battery according to an embodiment of the present invention, the 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 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러한 하기한 실시예는 본 발명의 일 실시예 일뿐 본 발명이 하기한 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, examples and comparative examples of the present invention will be described. The following embodiments are only examples of the present invention, and the present invention is not limited to the following embodiments.

실시예Example

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

비교예Comparative Example 1 One

아무것도 코팅되어 있지 않은 그라파이트(bare Graphite)(BTR社, SG-17)를 음극 활물질로 사용하였다.Bare Graphite (BTR, SG-17), which is uncoated, was used as the negative electrode active material.

비교예Comparative Example 2 2

비교예 1의 그라파이트 50g을 550℃의 온도 조건 하에서, SiH4(g)를 50sccm/60min의 속도로 화학 증착시켜, 그라파이트 상에 실리콘 코팅층이 형성된 음극 활물질을 제조하였다.50 g of the graphite of Comparative Example 1 was chemically vapor-deposited at a rate of 50 sccm / 60 min at a temperature of 550 캜 under the condition of SiH 4 (g) to prepare a negative electrode active material having a silicon coating layer formed on the graphite.

비교예Comparative Example 3 3

비교예 2의 음극 활물질을 900℃로 열처리하였다.The negative electrode active material of Comparative Example 2 was heat-treated at 900 캜.

실시예Example 1 One

비교예 2의 음극 활물질을 900℃의 온도 조건 하에서, C2H2(g)를 1.5L/min의 속도로 열분해시켜, 실리콘 코팅층 상에 탄소층이 코팅된 음극 활물질을 제조하였다. 이 때, 음극활물질 총량에 대해 그라파이트는 95 중량%, 실리콘은 4 중량%, 최외각의 탄소는 1 중량%로 포함된다.
Under the temperature conditions of the comparative negative electrode active material of Example 2 900 ℃, by thermal decomposition of C 2 H 2 (g) at a rate of 1.5L / min, to thereby prepare a negative active material coated with the carbon layer on the silicon coating layer. At this time, graphite is contained in an amount of 95% by weight, silicon is 4% by weight, and outermost carbon is 1% by weight based on the total amount of the negative electrode active material.

(( 음극판의Negative plate 제조) Produce)

상기 제조한 음극 활물질 : 도전재 : 바인더를 95.8 : 1 : 3.2의 비율로 슬러리를 제조하였다. 이 때 상기 도전재는 super-P를 사용하였고, 상기 바인더는 스티렌부타디엔 고무 (styrene butadiene rubber; SBR)와 소듐 카르복시메틸 셀룰로스(sodium carboxymethyl cellulose; CMC)를 1.5 : 1.7의 중량비로 혼합하여 사용하였다.A slurry was prepared in the ratio of the negative electrode active material: conductive material: binder of 95.8: 1: 3.2. The conductive material used was super-P, and the binder was a mixture of styrene butadiene rubber (SBR) and sodium carboxymethyl cellulose (CMC) at a weight ratio of 1.5: 1.7.

상기 슬러리를 구리 호일에 균일하게 도포하고, 80℃ 오븐에서 약 2시간 가량 건조 후, 롤 프레스하여 110℃ 진공 오븐에서 약 12시간 동안 추가 건조하여 음극판을 제조하였다.
The slurry was uniformly applied to a copper foil, dried in an oven at 80 캜 for about 2 hours, rolled and further dried in a vacuum oven at 110 캜 for about 12 hours to prepare a negative electrode plate.

(반쪽 셀의 제조)(Preparation of half cell)

상기 제조된 음극판과 리튬 호일을 상대 전극으로 하며, 다공성 폴리에틸렌막을 세퍼레이터로, 그리고 디에틸 카보네이트(diethyl carbonate; DEC)와 플루오로-에틸렌 카보네이트(Fluoro-Ethylene carbonate; FEC) 를 7:3의 부피비로 혼합한 용매에 LiPF6가 1.0M 농도로 녹아 있는 액체 전해액을 사용하여 통상적으로 알려져 있는 제조 공정에 따라 CR2016 코인형 반쪽 셀을 제조 하였다.
The prepared negative electrode plate and the lithium foil were used as counter electrodes and the porous polyethylene membrane was used as a separator and diethyl carbonate (DEC) and fluoro-ethylene carbonate (FEC) were mixed at a volume ratio of 7: 3 a CR2016 coin-type half-cells in accordance with the manufacturing process in using a liquid electrolyte with a LiPF 6 dissolved to a concentration of 1.0M to the mixed solvent was prepared by conventionally known.

시험예Test Example 1: 음극 활물질의 형상 분석 1: Analysis of shape of anode active material

도 4는 실시예 1에 따른 음극 활물질 표면의 주사 전자 현미경 사진이다. 도 4의 a, b, c 및 d는 저배율에서부터 고배율까지의 주사 전자 현미경 사진이다. 4 is a scanning electron microscopic photograph of the surface of the negative electrode active material according to Example 1. Fig. 4A, 4B, 4C and 4D are scanning electron micrographs from low magnification to high magnification.

도 6의 a는 실시예 1에 따른 음극 활물질 표면의 원소성분을 분석한 EDX 데이터이고, b는 상기 EDX 데이터에 따라 원소성분별로 색깔을 달리하여 음극 활물질 표면을 mapping한 사진이다.FIG. 6A is a graph showing the EDX data obtained by analyzing the element composition of the surface of the negative electrode active material according to Example 1, and FIG. 6B is a mapping image of the surface of the negative active material according to the EDX data.

한편, 도 5는 실시예 1에 따른 음극 활물질 절단면의 주사 전자 현미경 사진이다. 도 5의 a 및 b는 저배율에서부터 고배율까지의 주사 전자 현미경 사진이다.Meanwhile, FIG. 5 is a scanning electron microscope photograph of the cut surface of the negative electrode active material according to Example 1. 5A and 5B are scanning electron micrographs from a low magnification to a high magnification.

도 7의 a는 실시예 1에 따른 음극 활물질 절단면의 원소성분을 색깔을 달리하여 mapping한 사진이고, b는 상기 a의 사진을 원소성분별로 나타낸 사진이다.FIG. 7 (a) is a photograph showing the element composition of the cut surface of the negative electrode active material according to Example 1 in different colors, and FIG. 7 (b)

도 8의 a는 실시예 1에 따른 음극 활물질 절단면의 투과 전자 현미경 사진이고, b는 상기 a의 노란색 선 부분의 원소성분을 분석한 EDX 데이터이다.8 (a) is a transmission electron microscope (SEM) image of the cut surface of the negative electrode active material according to Example 1, and b is EDX data obtained by analyzing elemental components of the yellow line portion of a.

도 9의 a는 실시예 1에 따른 음극 활물질 절단면의 투과 전자 현미경 사진이고, b는 상기 a의 사진 부분의 원소성분을 색깔을 달리하여 mapping한 사진이다.9 (a) is a transmission electron microscope photograph of the cut surface of the negative electrode active material according to Example 1, and b is a photograph in which element components of the photograph portion of a are mapped by different colors.

상기 도 4 내지 도 9를 통하여 그라파이트 표면에 약 20nm 미만의 비정질 실리콘이 고르게 분포되어 있고, 그 위에 탄소가 코팅되어 있음을 확인할 수 있다. 또한, 도 7 및 도 9로부터 실리콘 입자가 그라파이트 내에 포함되어 있음도 확인할 수 있다.
4 to 9, amorphous silicon of less than about 20 nm is uniformly distributed on the graphite surface, and carbon is coated thereon. It can also be seen from Figs. 7 and 9 that the silicon particles are contained in the graphite.

시험예Test Example 2: 음극 활물질의  2: 탭밀도Tap density  And 비표면전Non-face-to-face 분석 analysis

실시예 1 및 비교예 1 내지 비교예 3에 따른 음극 활물질을, 입도 분석기(MICROTRAC社, S3500)를 이용하여 입경을 측정하고, 밀도 측정기(micromeritics社, GeoPyc 1360)를 이용하여 탭밀도를 측정하고, 분말 표면적 측정기(micromeritics社, TriStar II)를 이용하여 비표면적을 측정하여, 하기 표 1에 나타내었다.The particle size of the negative electrode active material according to Example 1 and Comparative Examples 1 to 3 was measured using a particle size analyzer (MICROTRAC, S3500), tap density was measured using a density meter (Micromeritics, GeoPyc 1360) , And a specific surface area was measured using a powder surface area meter (Micromeritics, Inc., TriStar II).

음극 활물질의 입경 (㎛)Particle diameter (占 퐉) of the negative electrode active material 탭밀도 (g/cc)Tap density (g / cc) 비표면적 (m2/g)Specific surface area (m 2 / g) D-min D- min D10 D 10 D50 D 50 D90 D 90 Dmax D max 실시예 1Example 1 7.787.78 13.3713.37 18.9318.93 27.3927.39 57.0657.06 1.071.07 3.693.69 비교예 1Comparative Example 1 7.787.78 12.7112.71 18.3018.30 27.0027.00 57.0657.06 1.021.02 5.285.28 비교예 2Comparative Example 2 7.787.78 12.8812.88 18.2918.29 26.5326.53 57.0657.06 0.960.96 2.732.73 비교예 3Comparative Example 3 7.787.78 13.2813.28 18.6418.64 26.8626.86 57.0657.06 0.930.93 3.363.36

상기 표 1로부터, 실시예 1의 음극 활물질은 비교예 1 내지 비교예 3의 음극 활물질보다 탭밀도가 높아 용량특성이 우수함을 확인할 수 있다. 또한, 실시예 1의 음극 활물질 및 비교예 1 내지 비교예 3의 음극 활물질은 비표면적의 차이가 대동소이한 점으로부터, 실시예 1의 음극 활물질은 모재의 물리적 성질을 잘 유지하면서, 용량특성을 크게 향상시킬 수 있음을 확인할 수 있다.
It can be seen from Table 1 that the negative electrode active material of Example 1 has a higher tap density than the negative active materials of Comparative Examples 1 to 3, and thus has excellent capacity characteristics. The negative electrode active material of Example 1 and the negative electrode active materials of Comparative Examples 1 to 3 largely differ in specific surface area. The negative electrode active material of Example 1 exhibits the capacity characteristics Can be greatly improved.

시험예Test Example 3:  3: 충방전에On charge and discharge 따른  Following 음극판의Negative plate 변화 분석 Change analysis

도 10은 실시예 1에 따른 음극 활물질을 이용하여 제조한 음극판 단면의 주사 전자 현미경 사진이다. 10 is a scanning electron microscope (SEM) image of a section of an anode plate prepared using the anode active material according to Example 1. FIG.

도 10의 위쪽 사진은 실시예 1의 음극 활물질을 적용한 최초 음극판 단면의 주사 전자 현미경 사진이고, a, b 및 c는 저배율에서부터 고배율까지의 주사 전자 현미경 사진이다. 10 is a scanning electron microscope (SEM) image of a section of the first negative electrode plate to which the negative electrode active material of Example 1 is applied, and a, b and c are scanning electron micrographs from a low magnification to a high magnification.

도 10의 아래쪽 사진은 실시예 1의 음극 활물질을 적용한 음극판 단면의 50 사이클 후의 음극판의 주사 전자 현미경 사진이고, d, e 및 f는 저배율에서부터 고배율까지의 주사 전자 현미경 사진이다. 10 is a scanning electron micrograph of a cathode plate after 50 cycles of an anode plate cross section using the anode active material of Example 1, and d, e and f are scanning electron micrographs from a low magnification to a high magnification.

상기 도 10으로부터 일 구현예에 따른 음극 활물질을 적용한 음극판은 적은 부피 팽창율을 가짐을 확인할 수 있다.It can be seen from FIG. 10 that the negative electrode plate using the negative electrode active material according to one embodiment has a small volume expansion rate.

도 11은 실시예 1에 따른 음극 활물질을 이용하여 제조한 음극판 표면의 주사 전자 현미경 사진이다.11 is a scanning electron microscope (SEM) image of the surface of a negative electrode plate prepared using the negative electrode active material according to Example 1. FIG.

도 11의 위쪽 사진은 실시예 1의 음극 활물질을 적용한 최초 음극판 표면의 주사 전자 현미경 사진이고, a, b 및 c는 저배율에서부터 고배율까지의 주사 전자 현미경 사진이다. 11 is a scanning electron microscope photograph of the surface of the first negative electrode plate to which the negative electrode active material of Example 1 is applied, and a, b and c are scanning electron microscope photographs from a low magnification to a high magnification.

도 11의 아래쪽 사진은 실시예 1의 음극 활물질을 적용한 음극판 표면의 50 사이클 후의 음극판의 주사 전자 현미경 사진이고, d, e 및 f는 저배율에서부터 고배율까지의 주사 전자 현미경 사진이다. 11 is a scanning electron micrograph of the negative electrode plate after 50 cycles of the surface of the negative electrode plate to which the negative electrode active material of Example 1 is applied, and d, e and f are scanning electron micrographs from low magnification to high magnification.

상기 도 11으로부터 일 구현예에 따른 음극 활물질을 적용한 음극판은 적은 부피 팽창율을 가짐을 확인할 수 있다.
From FIG. 11, it can be seen that the negative electrode plate using the negative electrode active material according to an embodiment has a small volume expansion ratio.

시험예Test Example 4: 반쪽 셀의 전기화학적 특성 평가 4: Electrochemical Characterization of Half Cells

실시예 1 및 비교예 1 내지 비교예 3의 음극 활물질을 적용한 반쪽 셀에 대하여 전기화학적 특성을 평가하였고 그 결과를 도 1 내지 도 3에 나타내었다. 이 때 방전은 1/10C(CCCV methode), 컷 오프 전압은 0.005V~1.5V로 하거나, 방전은 0.5C(CCCV methode), 컷 오프 전압은 0.005V~1.0V로 하였다.The electrochemical characteristics of the half cells to which the negative electrode active materials of Example 1 and Comparative Examples 1 to 3 were applied were evaluated and the results are shown in FIGS. At this time, the discharge was set to 1/10 C (CCCV methode), the cutoff voltage was set to 0.005 V to 1.5 V, the discharge was set to 0.5 C (CCCV methode), and the cutoff voltage was set to 0.005 V to 1.0 V.

도 1은 반쪽 셀의 초기 용량 변화를 나타내는 그래프이다. 비교예 1의 음극 활물질을 적용한 반쪽 셀보다, 실시예 1, 비교예 2 및 비교예 3의 음극 활물질을 적용한 반쪽 셀이 500 mAh/g 이상의 고용량 특성을 가짐을 확인할 수 있다.1 is a graph showing the initial capacity change of a half cell. It can be confirmed that the half cells to which the negative electrode active materials of Example 1, Comparative Example 2 and Comparative Example 3 were applied had a high capacity characteristic of 500 mAh / g or more, as compared with the half cell to which the negative electrode active material of Comparative Example 1 was applied.

도 2는 반쪽 셀의 cycle retension 변화를 나타내는 그래프로, 사이클이 진행될수록, 실시예 1의 음극 활물질을 적용한 반쪽 셀이 비교예 1 내지 비교예 3의 음극 활물질을 적용한 반쪽 셀보다 우수한 용량 특성을 가짐을 확인할 수 있다. FIG. 2 is a graph showing a change in cycle retension of a half cell. As the cycle progresses, the half cell to which the negative active material of Example 1 is applied has a better capacity characteristic than the half cell to which the negative active material of Comparative Example 1 to Comparative Example 3 is applied can confirm.

도 3은 반쪽 셀의 cycle efficiency 변화를 나타내는 그래프로, 사이클이 진행될수록, 실시예 1의 음극 활물질을 적용한 반쪽 셀이 비교예 1 내지 비교예 3의 음극 활물질을 적용한 반쪽 셀보다 사이클 효율이 우수함을 확인할 수 있다.
FIG. 3 is a graph showing a change in cycle efficiency of a half cell. As the cycle progresses, the half cell to which the negative active material of Example 1 is applied has better cycle efficiency than the half cell to which the negative active material of Comparative Example 1 to Comparative Example 3 is applied Can be confirmed.

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 (25)

탄소계 소재,
상기 탄소계 소재의 표면에 위치하는 실리콘 코팅층 및
상기 실리콘 코팅층 상에 위치하는 탄소 코팅층을 포함하는 음극 활물질.
Carbon-based materials,
A silicon coating layer positioned on the surface of the carbonaceous material; and
And a carbon coating layer disposed on the silicon coating layer.
제1항에서,
상기 탄소계 소재 내부에 실리콘 입자가 포함된 음극 활물질.
The method of claim 1,
Wherein the carbon-based material contains silicon particles.
제1항에서,
상기 실리콘 코팅층의 두께는 15nm 내지 30nm인 음극 활물질.
The method of claim 1,
Wherein the silicon coating layer has a thickness of 15 nm to 30 nm.
제1항에서,
상기 실리콘 코팅층은 실리콘 입자가 상기 탄소계 소재의 표면에 아일랜드 형태 또는 실리콘 입자가 서로 중첩된 박막 형태로 존재하는 것인 음극 활물질.
The method of claim 1,
Wherein the silicon coating layer contains silicon particles in the form of a thin film in which islands or silicon particles are superimposed on each other on the surface of the carbonaceous material.
제4항에서,
상기 실리콘 입자는 반구(hemisphere) 형태인 음극 활물질.
5. The method of claim 4,
Wherein the silicon particles are in a hemisphere form.
제2항에서,
상기 실리콘 입자의 평균 입경은 5nm 내지 20nm인 음극 활물질.
3. The method of claim 2,
Wherein the average particle diameter of the silicon particles is 5 nm to 20 nm.
제4항에서,
상기 실리콘 입자의 평균 입경은 5nm 내지 20nm인 음극 활물질.
5. The method of claim 4,
Wherein the average particle diameter of the silicon particles is 5 nm to 20 nm.
제4항에서,
상기 실리콘 입자는 상기 탄소계 소재의 표면에 균일하게 분포되어 있는 음극 활물질.
5. The method of claim 4,
Wherein the silicon particles are uniformly distributed on a surface of the carbonaceous material.
제1항에서,
상기 실리콘 코팅층 내 실리콘 입자는 비정질 또는 준결정질의 실리콘 입자인 음극 활물질.
The method of claim 1,
Wherein the silicon particles in the silicon coating layer are amorphous or semi-crystalline silicon particles.
제2항에서,
상기 탄소계 소재 내부의 실리콘 입자는 비정질 또는 준결정질의 실리콘 입자인 음극 활물질.
3. The method of claim 2,
Wherein the silicon particles in the carbonaceous material are amorphous or quasi-crystalline silicon particles.
제1항에서,
상기 음극 활물질은,
상기 음극 활물질 총량에 대하여,
상기 탄소계 소재 92 중량% 내지 96 중량%;
상기 실리콘 코팅층 3 중량% 내지 6 중량%; 및
상기 탄소 코팅층은 0.1 중량% 내지 2 중량%로 포함되는 음극 활물질.
The method of claim 1,
The negative electrode active material,
With respect to the total amount of the negative electrode active material,
92% by weight to 96% by weight of the carbonaceous material;
3% to 6% by weight of the silicone coating layer; And
Wherein the carbon coating layer comprises 0.1 wt% to 2 wt% of the carbon coating layer.
제1항에서,
상기 탄소계 소재는 결정질계 탄소계 소재인 음극 활물질.
The method of claim 1,
Wherein the carbon-based material is a crystalline carbon-based material.
제1항에서,
상기 탄소계 소재는 그라파이트인 음극 활물질.
The method of claim 1,
Wherein the carbon-based material is graphite.
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항의 음극 활물질로 제작된 음극판.An anode plate made from the anode active material of any one of claims 1 to 13. 제14항에서,
상기 음극판의 전극밀도는 1.0 g/cc 내지 2.0 g/cc인 음극판.
The method of claim 14,
Wherein an electrode density of the negative electrode plate is 1.0 g / cc to 2.0 g / cc.
제14항에서,
상기 음극판은 "50 사이클 이후 음극판의 두께"/"1 사이클 이후 음극판의 두께"가 0.5 미만인 음극판.
The method of claim 14,
The negative electrode plate has a thickness of the negative electrode plate after 50 cycles / a thickness of the negative electrode plate after one cycle of less than 0.5.
탄소계 소재를 준비하는 단계;
상기 탄소계 소재에 실리콘을 코팅하는 단계; 및
탄화수소가스를 열분해시켜 상기 코팅된 실리콘 상에 탄소층을 코팅하는 단계를 포함하는 음극 활물질의 제조 방법.
Preparing a carbonaceous material;
Coating silicon on the carbonaceous material; And
And thermally decomposing the hydrocarbon gas to coat the carbon layer on the coated silicon.
제17항에서,
상기 탄소계 소재에 실리콘을 코팅하는 단계는 화학 기상 증착법(chemical vapor deposition; CVD)을 이용하는 것인 음극 활물질의 제조 방법.
The method of claim 17,
Wherein the step of coating the carbon-based material with silicon is performed by chemical vapor deposition (CVD).
제17항에서,
상기 실리콘은 비정질 또는 준결정질 실리콘인 음극 활물질의 제조 방법.
The method of claim 17,
Wherein the silicon is amorphous or quasi-crystalline silicon.
제18항에서,
상기 탄소계 소재에 실리콘을 코팅하는 단계는
실란 가스를 사용하여 상기 탄소계 소재의 표면에 실리콘을 화학 증착시키는 것인 음극 활물질의 제조 방법.
The method of claim 18,
The step of coating silicon on the carbonaceous material
And silicon is chemically vapor-deposited on the surface of the carbon-based material by using silane gas.
제17항에서,
상기 탄소계 소재에 실리콘을 코팅하는 단계는 420℃ 내지 650℃에서 수행되는 것인 음극 활물질의 제조 방법.
The method of claim 17,
Wherein the step of coating the carbon-based material with silicon is performed at a temperature of 420 ° C to 650 ° C.
제17항에서,
상기 탄화수소가스를 열분해시켜 상기 코팅된 실리콘 상에 탄소층을 코팅하는 단계에서,
상기 열분해 온도는 800℃ 내지 1000℃인 음극 활물질의 제조 방법.
The method of claim 17,
In the step of thermally decomposing the hydrocarbon gas to coat the carbon layer on the coated silicon,
Wherein the thermal decomposition temperature is 800 ° C to 1000 ° C.
제17항에서,
상기 탄소계 소재는 결정질계 탄소계 소재인 음극 활물질의 제조 방법.
The method of claim 17,
Wherein the carbon-based material is a crystalline carbon-based material.
제17항에서,
상기 탄소계 소재는 그라파이트인 음극 활물질의 제조 방법.
The method of claim 17,
Wherein the carbon-based material is graphite.
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 음극 활물질을 포함하는 음극,
양극, 및
전해질을 포함하는 리튬 이차 전지.
A negative electrode comprising the negative electrode active material according to any one of claims 1 to 13,
Anode, and
A lithium secondary battery comprising an electrolyte.
KR1020140128496A 2014-05-29 2014-09-25 Negativ7e electrode active material, methode for synthesis the same, negative electrode including the same, and lithium rechargable battery including the same KR101628873B1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140065268 2014-05-29
KR20140065268 2014-05-29

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20150137946A true KR20150137946A (en) 2015-12-09
KR101628873B1 KR101628873B1 (en) 2016-06-09

Family

ID=54873811

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140128496A KR101628873B1 (en) 2014-05-29 2014-09-25 Negativ7e electrode active material, methode for synthesis the same, negative electrode including the same, and lithium rechargable battery including the same

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101628873B1 (en)

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180078176A (en) * 2016-12-29 2018-07-09 울산과학기술원 Negative active material for lithium secondary battery, method of manufacturing the same, and lithium secondary battery including the same
WO2019013395A1 (en) * 2017-07-14 2019-01-17 (주)에스제이신소재 Negative electrode active material for lithium secondary battery and method for manufacturing same
KR20190035390A (en) * 2017-09-26 2019-04-03 울산과학기술원 Composite anode active material, a method of preparing the composite anode material, and Lithium secondary battery comprising the composite anode active material
CN109887763A (en) * 2019-01-24 2019-06-14 暨南大学 A kind of multiple micro nano structure carbon material and preparation method having conductive energy storage effect
KR20190067496A (en) * 2017-12-07 2019-06-17 에스케이이노베이션 주식회사 Negative active material for lithium secondary battery, method of manufacturing the same, and lithium secondary battery including the same
KR20190085380A (en) * 2018-01-10 2019-07-18 울산과학기술원 Composite anode active material, a method of preparing the composite anode material, and Lithium secondary battery comprising the composite anode active material
KR20200019394A (en) * 2018-08-14 2020-02-24 울산과학기술원 an anode active material, a method of preparing the anode active material, and Lithium secondary battery comprising an anode including the anode active material
KR102091941B1 (en) * 2018-10-30 2020-03-20 진홍수 Silicon-graphite composite electrode active material for lithium secondary battery and Lithium secondary battery having such a silicon-graphite composite electrode active material
KR102091942B1 (en) * 2018-10-30 2020-03-20 진홍수 Manufacturing method of silicon-graphite composite electrode active material for lithium secondary battery
WO2020091148A1 (en) * 2018-10-30 2020-05-07 진홍수 Silicon-graphite composite electrode active material for lithium secondary battery, electrode and lithium secondary battery comprising same, and method for producing said silicon-graphite composite electrode active material
CN111925232A (en) * 2020-07-24 2020-11-13 江西昌大高新能源材料技术有限公司 Graphite surface silicon/carbon double-layer coated negative electrode material and preparation method thereof
WO2020235748A1 (en) * 2019-05-17 2020-11-26 주식회사 엘아이비에너지 Silicon-graphite composite electrode active material for lithium secondary battery, electrode and lithium secondary battery which comprise same, and method for preparing silicon-graphite composite electrode active material
WO2021112300A1 (en) * 2019-12-06 2021-06-10 주식회사 엘아이비에너지 Electrode active material for secondary battery, electrode and secondary battery which comprise same, and method for preparing electrode active material
CN113054179A (en) * 2021-03-24 2021-06-29 浙江锂宸新材料科技有限公司 Double-particle-size asphalt multi-coating shaping graphite silicon carbon negative electrode material and preparation method and application thereof
CN114744172A (en) * 2022-04-06 2022-07-12 广东海洋大学 Silicon-carbon composite negative electrode material and preparation method and application thereof

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200095017A (en) 2019-01-31 2020-08-10 진홍수 Manufacturing method of electrode active material for lithium secondary battery
KR20200095013A (en) 2019-01-31 2020-08-10 진홍수 Electrode active material for secondary battery, and Electrode and secondary battery having such electrode active material
KR20200132696A (en) 2020-04-27 2020-11-25 주식회사 엘아이비에너지 Silicon-graphite composite electrode active material for lithium secondary battery, electrode and secondary battery provided therewith, and manufacturing method for such a silicon-graphite composite electrode active material

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20060069738A (en) * 2004-12-18 2006-06-22 삼성에스디아이 주식회사 Anode active material, method of preparing the same, and anode and lithium battery containing the material
KR100794192B1 (en) * 2006-09-08 2008-01-14 한국과학기술연구원 Method for fabricating carbon-coated silicon/graphite composite anode material for lithium secondary battery and method for fabricating secondary battery comprising the same

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20060069738A (en) * 2004-12-18 2006-06-22 삼성에스디아이 주식회사 Anode active material, method of preparing the same, and anode and lithium battery containing the material
KR100794192B1 (en) * 2006-09-08 2008-01-14 한국과학기술연구원 Method for fabricating carbon-coated silicon/graphite composite anode material for lithium secondary battery and method for fabricating secondary battery comprising the same

Cited By (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180078176A (en) * 2016-12-29 2018-07-09 울산과학기술원 Negative active material for lithium secondary battery, method of manufacturing the same, and lithium secondary battery including the same
WO2019013395A1 (en) * 2017-07-14 2019-01-17 (주)에스제이신소재 Negative electrode active material for lithium secondary battery and method for manufacturing same
US11682757B2 (en) 2017-09-26 2023-06-20 Unist (Ulsan National Institute Of Science And Technology) Composite anode active material, method of preparing the composite anode material, and lithium secondary battery comprising the composite anode active material
KR20190035390A (en) * 2017-09-26 2019-04-03 울산과학기술원 Composite anode active material, a method of preparing the composite anode material, and Lithium secondary battery comprising the composite anode active material
WO2019066129A3 (en) * 2017-09-26 2019-05-16 울산과학기술원 Composite anode active material, manufacturing method therefor, and lithium secondary battery having anode including same
KR20230116752A (en) * 2017-12-07 2023-08-04 에스케이온 주식회사 Negative active material for lithium secondary battery, method of manufacturing the same, and lithium secondary battery including the same
KR20190067496A (en) * 2017-12-07 2019-06-17 에스케이이노베이션 주식회사 Negative active material for lithium secondary battery, method of manufacturing the same, and lithium secondary battery including the same
CN109904404A (en) * 2017-12-07 2019-06-18 Sk新技术株式会社 Lithium secondary battery anode active material, preparation method and contain its lithium secondary battery
US11791457B2 (en) 2017-12-07 2023-10-17 Sk On Co., Ltd Anode active material for lithium secondary battery, method of preparing the same, and lithium secondary battery containing the same
CN109904404B (en) * 2017-12-07 2024-03-15 Sk新能源株式会社 Lithium secondary battery negative electrode active material, method for preparing the same, and lithium secondary battery comprising the same
KR20190085380A (en) * 2018-01-10 2019-07-18 울산과학기술원 Composite anode active material, a method of preparing the composite anode material, and Lithium secondary battery comprising the composite anode active material
KR20200019394A (en) * 2018-08-14 2020-02-24 울산과학기술원 an anode active material, a method of preparing the anode active material, and Lithium secondary battery comprising an anode including the anode active material
CN111418096A (en) * 2018-10-30 2020-07-14 秦洪秀 Silicon-graphite composite electrode active material for lithium secondary battery, electrode comprising same, lithium secondary battery, and method for producing silicon-graphite composite electrode active material
WO2020091148A1 (en) * 2018-10-30 2020-05-07 진홍수 Silicon-graphite composite electrode active material for lithium secondary battery, electrode and lithium secondary battery comprising same, and method for producing said silicon-graphite composite electrode active material
KR102091942B1 (en) * 2018-10-30 2020-03-20 진홍수 Manufacturing method of silicon-graphite composite electrode active material for lithium secondary battery
KR102091941B1 (en) * 2018-10-30 2020-03-20 진홍수 Silicon-graphite composite electrode active material for lithium secondary battery and Lithium secondary battery having such a silicon-graphite composite electrode active material
CN109887763B (en) * 2019-01-24 2021-02-05 暨南大学 Multiple micro-nano structure carbon material with conductive energy storage function and preparation method thereof
CN109887763A (en) * 2019-01-24 2019-06-14 暨南大学 A kind of multiple micro nano structure carbon material and preparation method having conductive energy storage effect
WO2020235748A1 (en) * 2019-05-17 2020-11-26 주식회사 엘아이비에너지 Silicon-graphite composite electrode active material for lithium secondary battery, electrode and lithium secondary battery which comprise same, and method for preparing silicon-graphite composite electrode active material
CN112243540A (en) * 2019-05-17 2021-01-19 力弗能源有限公司 Silicon-graphite composite electrode active material for lithium secondary battery, electrode comprising same, lithium secondary battery, and method for producing silicon-graphite composite electrode active material
CN113302764A (en) * 2019-12-06 2021-08-24 力弗能源有限公司 Electrode active material for secondary battery, electrode and secondary battery including the same, and method of preparing the electrode active material
JP2022515938A (en) * 2019-12-06 2022-02-24 リブエナジー カンパニー リミテッド Electrode active material for secondary batteries, electrodes and secondary batteries containing the same, and methods for manufacturing electrode active materials.
KR20210071246A (en) * 2019-12-06 2021-06-16 주식회사 엘아이비에너지 Electrode active material for secondary battery, electrode and secondary battery provided therewith, and manufacturing method for such a electrode active material
WO2021112300A1 (en) * 2019-12-06 2021-06-10 주식회사 엘아이비에너지 Electrode active material for secondary battery, electrode and secondary battery which comprise same, and method for preparing electrode active material
CN111925232A (en) * 2020-07-24 2020-11-13 江西昌大高新能源材料技术有限公司 Graphite surface silicon/carbon double-layer coated negative electrode material and preparation method thereof
CN113054179A (en) * 2021-03-24 2021-06-29 浙江锂宸新材料科技有限公司 Double-particle-size asphalt multi-coating shaping graphite silicon carbon negative electrode material and preparation method and application thereof
CN114744172A (en) * 2022-04-06 2022-07-12 广东海洋大学 Silicon-carbon composite negative electrode material and preparation method and application thereof
CN114744172B (en) * 2022-04-06 2024-03-22 广东海洋大学 Silicon-carbon composite anode material and preparation method and application thereof

Also Published As

Publication number Publication date
KR101628873B1 (en) 2016-06-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101628873B1 (en) Negativ7e electrode active material, methode for synthesis the same, negative electrode including the same, and lithium rechargable battery including the same
US20220093964A1 (en) Anode active material for lithium secondary battery, manufacturing method thereof, and lithium secondary battery including the same
CN111883815A (en) Rechargeable lithium battery
KR102211835B1 (en) Negative active material for recahrgeable lithium battery and recahrgeable lithium battery including the same
KR20160149862A (en) Silicon oxide-carbon-polymer composite, and negative electrode active material comprising the same
KR101665099B1 (en) Anode materials for lithium rechargeable batteries including natural graphite and metal and a preparation method thereof
KR101929413B1 (en) Negative active material for lithium secondary battery, method of manufacturing the same, and lithium secondary battery including the same
KR20180072112A (en) Negative active material for lithium secondary battery, method of manufacturing the same, and lithium secondary battery including the same
US11791457B2 (en) Anode active material for lithium secondary battery, method of preparing the same, and lithium secondary battery containing the same
KR101576276B1 (en) Negative electrode active material, methode for synthesis the same, and lithium rechargable battery including the same
JP2023107873A (en) Negative electrode active material, method for producing the same, and lithium secondary battery having negative electrode including the same
KR101671347B1 (en) Negative electrode active material for rechargable lithium battery, method for manufacturing the same, and rechargable lithium battery including the same
KR101692330B1 (en) Negative active material for rechargable lithium battery, method for manufacturing the same, and rechargable lithium battery including the same
KR101968733B1 (en) Composite anode active material, a method of preparing the composite anode material, and Lithium secondary battery comprising the composite anode active material
JP2012151129A (en) Manufacturing method of negative electrode active material for nonaqueous electrolyte secondary battery, and negative electrode active material for nonaqueous electrolyte battery provided thereby
KR20190033214A (en) Negavive electrode for lithium secondary battery, and lithium secondary battery comprising the same
KR102597205B1 (en) Negative active material for lithium secondary battery, method of manufacturing the same, and lithium secondary battery including the same
KR101833974B1 (en) Negative electrode for rechargeable lithium battery, manufacturing method thereof, and rechargeable lithium battery including the same
JP2022117978A (en) Positive electrode, lithium battery adopting the same, and manufacturing method of the same
KR101862774B1 (en) Negative electrode active material for rechargable lithium battery, method for manufacturing the same, and rechargable lithium battery including the same
KR102013826B1 (en) Negative active material for lithium secondary battery, and lithium secondary battery including the same
KR20210013282A (en) Negative active material for recahrgeable lithium battery and recahrgeable lithium battery including the same
KR20240044921A (en) Composite cathode active material, Cathode and Lithium battery containing composite cathode active material, and Preparation method of composite cathode active material
KR20240092338A (en) Composite cathode active material, Cathode and Lithium battery containing composite cathode active material, and Preparation method of composite cathode active material
TW202348559A (en) Core-shell nanoparticles and methods of fabrication thereof

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
N231 Notification of change of applicant
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant