KR20160116109A - Anode active material, method of fabricating the same, and lithium secondary battery comprising the same - Google Patents

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Abstract

Provided is a manufacturing method of a negative electrode active material. The manufacturing method of a negative electrode active material comprises the following steps of: manufacturing a precursor structure which has a shape of a hexagonal column and contains titanium; and manufacturing a porous structure which has a shape of a hexagonal column and includes lithium titanium oxide by mixing lithium salt to the precursor structure, and heat-treating the resultant product.

Description

음극 활물질, 그 제조 방법, 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지{Anode active material, method of fabricating the same, and lithium secondary battery comprising the same}[0001] The present invention relates to an anode active material, a method of manufacturing the same, and an anode active material including the lithium secondary battery,

본 발명은 음극 활물질, 그 제조 방법, 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지에 관련된 것으로, 보다 상세하게는, 리튬 티타늄 산화물을 포함하는 육각 기둥 형태의 다공성 구조체를 포함하는 음극 활물질, 그 제조 방법, 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지에 관련된 것이다. The present invention relates to a negative electrode active material, a method for producing the same, and a lithium secondary battery including the same, and more particularly, to a negative electrode active material including a hexagonal columnar porous structure containing lithium titanium oxide, The present invention relates to a lithium secondary battery including a lithium secondary battery.

스마트폰, MP3 플레이어, 태블릿 PC와 같은 휴대용 모바일 전자 기기와 전기 자동차 등의 발전으로, 전기 에너지를 저장할 수 있는 리튬 이차 전지에 대한 수요가 폭발적으로 증가하고 있다.With the development of portable mobile electronic devices such as smart phones, MP3 players, and tablet PCs and electric vehicles, the demand for lithium secondary batteries capable of storing electric energy has increased explosively.

일반적으로 리튬 이차 전지의 음극으로, 인조 흑연, 천연 흑연, 및 하드 카본과 같은 탄소계 소재가 사용되고 있다. 탄소계 소재가 갖는 이론적 한계(약 372 mAh/g)로 차세대 이동통신 기기, 전기 자동차 등 고용량 이차 전지가 필요한 용도에, 흑연 소재 음극의 리튬 이차 전지의 사용하기 어려운 실정이다. 이에 따라, 기존의 흑연 음극 소재의 이론적 한계를 극복하기 위해, 리튬 이차 전지에 적용 가능한 다양한 음극 소재가 개발 중이다.Generally, carbon-based materials such as artificial graphite, natural graphite, and hard carbon are used as a cathode of a lithium secondary battery. It is difficult to use a graphite negative electrode lithium secondary battery for applications requiring high capacity secondary batteries such as next-generation mobile communication devices and electric vehicles with the theoretical limit of carbon-based materials (about 372 mAh / g). Accordingly, in order to overcome the theoretical limitations of existing graphite anode materials, various anode materials applicable to lithium secondary batteries are under development.

예를 들어, 대한민국 특허공개공보 10-2014-0062202(출원번호 10-2012-0128525, 출원인: 인하대학교 산학협력단)에는, 우수한 용량과 가역성을 갖고 안정적인 주기 수명을 갖는 리튬 이차 전지를 제공하기 위해, 그래핀 옥사이드(Graphene oxide, GO)에 황(elemental sulfur)을 도입하여, 그래핀 옥사이드와 황이 1 : 0.01 내지 1 : 10의 중량비로 혼합된 그래핀 나노 시트를 제조하고, 제조된 그래핀 나노 시트를 리튬 이차 전지의 음극 재료로 활용하는 기술이 개시되어 있다.For example, in Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2014-0062202 (Application No. 10-2012-0128525, Applicant: Inha University Industry-Academy Collaboration Group), in order to provide a lithium secondary battery having excellent capacity and reversibility and having a stable cycle life, An elemental sulfur is introduced into graphene oxide (GO) to prepare a graphene nanosheet in which graphene oxide and sulfur are mixed at a weight ratio of 1: 0.01 to 1:10, Is used as a negative electrode material of a lithium secondary battery.

대한민국 특허공개공보 10-2014-0062202Korean Patent Publication No. 10-2014-0062202

본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는, 고신뢰성의 음극 활물질, 그 제조 방법, 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지를 제공하는 데 있다. Disclosure of Invention Technical Problem [8] The present invention provides a high-reliability anode active material, a method of manufacturing the same, and a lithium secondary battery including the same.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는 충방전 효율이 향상된 리튬 이차 전지를 제공하는 데 있다. Another object of the present invention is to provide a lithium secondary battery having improved charging / discharging efficiency.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는 가용 기간이 증가된 리튬 이차 전지를 제공하는 데 있다. Another object of the present invention is to provide a lithium secondary battery having an increased usable life.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는 안정성이 향상된 리튬 이차 전지를 제공하는 데 있다. It is another object of the present invention to provide a lithium secondary battery having improved stability.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술된 것에 제한되지 않는다.The technical problem to be solved by the present invention is not limited to the above.

상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 음극 활물질의 제조 방법을 제공한다. According to an aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a negative electrode active material.

일 실시 예에 따르면, 상기 음극 활물질의 제조 방법은, 티타늄을 포함하는 육각 기둥 형태의 전구체 구조체(precursor structure)를 제조하는 단계, 및 상기 전구체 구조체에 리튬염을 혼합 및 열처리하여, 리튬 티타늄 산화물을 포함하는 육각 기둥 형태의 다공성 구조체(porous structure)를 제조하는 단계를 포함할 수 있다. According to one embodiment, the method for manufacturing the negative electrode active material comprises the steps of: preparing a hexagonal pillar-shaped precursor structure containing titanium; mixing and heat-treating the lithium salt to the precursor structure to form lithium titanium oxide; The method comprising the steps of: forming a porous structure in the form of a hexagonal column including the porous structure.

일 실시 예에 따르면, 상기 다공성 구조체는, 상기 전구체 구조체보다 다공성 레벨(pore level)이 높을 수 있다. According to one embodiment, the porous structure may have a higher pore level than the precursor structure.

일 실시 예에 따르면, 상기 전구체 구조체를 제조하는 단계는, 옥살산(oxalic acid) 및 SDBS(sodium dodecylbenzenesulfonate)가 혼합된 제1 혼합액을 준비하는 단계, 및 티타늄이 포함된 제2 혼합액을 상기 제1 혼합액을 첨가하는 단계를 포함할 수 있다. According to an embodiment, the step of preparing the precursor structure may include preparing a first mixed liquid in which oxalic acid and sodium dodecylbenzenesulfonate (SDBS) are mixed, and mixing the second mixed liquid containing titanium with the first mixed liquid And the like.

일 실시 예에 따르면, 상기 음극 활물질의 제조 방법은, 상기 제2 혼합액을 상기 제1 혼합액에 첨가하기 전, 상기 제1 혼합액을 열처리하는 단계를 더 포함할 수 있다. According to an embodiment, the method of manufacturing the negative active material may further include a step of heat-treating the first mixed solution before adding the second mixed solution to the first mixed solution.

일 실시 예에 따르면, 상기 다공성 구조체를 제조하는 단계는, 상기 전구체 구조체 및 리튬염을 용매에 분산하여, 소스 용액을 제조하는 단계, 상기 소스 용액을 열처리하여, 상기 다공성 구조체를 제조하는 단계, 상기 소스 용액으로부터 상기 다공성 구조체를 분리시키는 단계, 및 상기 다공성 구조체를 세척 및 건조하는 단계를 포함할 수 있다. According to one embodiment, the step of preparing the porous structure includes the steps of: preparing a source solution by dispersing the precursor structure and a lithium salt in a solvent; heat-treating the source solution to produce the porous structure; Separating the porous structure from the source solution, and washing and drying the porous structure.

일 실시 예에 따르면, 리튬염 및 상기 전구체 구조체는 4:5의 무게 비율로 혼합될 수 있다. According to one embodiment, the lithium salt and the precursor structure may be mixed in a weight ratio of 4: 5.

상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 음극 활물질을 제공한다. In order to solve the above technical problems, the present invention provides a negative electrode active material.

일 실시 예에 따르면, 상기 음극 활물질은, 리튬 티타늄 산화물을 포함하고, 육각 기둥 형태를 갖는 다공성 구조체를 포함할 수 있다. According to one embodiment, the negative electrode active material may include a porous structure including lithium titanium oxide and having a hexagonal pillar shape.

일 실시 예에 따르면, 상기 다공성 구조체는, 복수의 입자들로 구획되고, 상기 복수의 입자들 사이에 기공이 정의되는 것을 포함할 수 있다. According to one embodiment, the porous structure may be partitioned into a plurality of particles and defining pores between the plurality of particles.

일 실시 예에 따르면, 상기 다공성 구조체는, 티타늄 산화물을 포함하고 육각 기둥 형태를 갖는 전구체 구조체로부터 제조되고, 상기 다공성 구조체는 상기 전구체 구조체보다 높은 표면적을 가질 수 있다. According to one embodiment, the porous structure is made from a precursor structure comprising titanium oxide and having a hexagonal columnar shape, and the porous structure may have a higher surface area than the precursor structure.

상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 리튬 이차 전지를 제공한다. In order to solve the above technical problems, the present invention provides a lithium secondary battery.

일 실시 예에 따르면, 상기 리튬 이차 전지는, 상술된 실시 예에 따른 따른 음극 활물질을 포함하는 음극, 상기 음극에 대향하는 양극, 및 상기 음극 및 상기 양극 사이의 전해질 및 분리막을 포함할 수 있다. According to one embodiment, the lithium secondary battery may include a negative electrode including a negative electrode active material according to the above-described embodiment, an opposite electrode to the negative electrode, and an electrolyte and a separator between the negative electrode and the positive electrode.

발명의 실시 예에 따르면, 타타늄을 포함하는 육각 기둥 형태의 전구체 구조체에 리튬 염을 혼합 및 열처리하여, 리튬 티타늄 산화물을 포함하는 육각 기둥 형태의 다공성 구조체를 포함하는 음극 활물질이 제공된다. According to an embodiment of the present invention, there is provided an anode active material including a hexagonal columnar porous structure containing lithium titanium oxide by mixing a lithium salt with a hexagonal columnar precursor structure containing titanium and heat-treating the lithium salt.

육각 기둥 형태를 갖는 상기 다공성 구조체를 포함하는 상기 음극 활물질에 의해, 리튬 이차 전지의 충방전 특성 및 용량 특성이 향상될 수 있다. The charge / discharge characteristics and capacity characteristics of the lithium secondary battery can be improved by the negative electrode active material including the porous structure having a hexagonal columnar shape.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 음극 활물질의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따라 육각 기둥 형태를 갖는 다공성 구조체를 도시한 도면이다.
도 3a는 본 발명의 실시 예에 따른 전구체 구조체의 SEM 사진이다.
도 3b는 본 발명의 실시 예에 따른 다공성 구조체의 SEM 사진이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따라 제조된 다공성 구조체의 XRD 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 다공성 구조체를 포함하는 리튬 이차 전지를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 다공성 구조체를 포함하는 리튬 이차 전지의 방전 용량 특성을 설명하기 위한 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기자동차의 블록도를 도시한 것이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기자동차의 사시도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 팩을 설명하기 위한 도면이다.
1 is a view for explaining a method of manufacturing an anode active material according to an embodiment of the present invention.
2 is a view showing a porous structure having a hexagonal column shape according to an embodiment of the present invention.
3A is a SEM photograph of a precursor structure according to an embodiment of the present invention.
3B is a SEM photograph of a porous structure according to an embodiment of the present invention.
4 is an XRD graph of a porous structure made according to an embodiment of the present invention.
5 is a view illustrating a lithium secondary battery including a porous structure according to an embodiment of the present invention.
6 is a graph illustrating a discharge capacity characteristic of a lithium secondary battery including a porous structure according to an embodiment of the present invention.
7 is a block diagram of an electric vehicle according to an embodiment of the present invention.
8 is a perspective view of an electric vehicle according to an embodiment of the present invention.
9 is a view for explaining a battery pack according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the technical spirit of the present invention is not limited to the embodiments described herein but may be embodied in other forms. Rather, the embodiments disclosed herein are provided so that the disclosure can be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art.

본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. In this specification, when an element is referred to as being on another element, it may be directly formed on another element, or a third element may be interposed therebetween. Further, in the drawings, the thicknesses of the films and regions are exaggerated for an effective explanation of the technical content.

또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.Also, while the terms first, second, third, etc. in the various embodiments of the present disclosure are used to describe various components, these components should not be limited by these terms. These terms have only been used to distinguish one component from another. Thus, what is referred to as a first component in any one embodiment may be referred to as a second component in another embodiment. Each embodiment described and exemplified herein also includes its complementary embodiment. Also, in this specification, 'and / or' are used to include at least one of the front and rear components.

명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서에서 "연결"은 복수의 구성 요소를 간접적으로 연결하는 것, 및 직접적으로 연결하는 것을 모두 포함하는 의미로 사용된다. The singular forms "a", "an", and "the" include plural referents unless the context clearly dictates otherwise. It is also to be understood that the terms such as " comprises "or" having "are intended to specify the presence of stated features, integers, Should not be understood to exclude the presence or addition of one or more other elements, elements, or combinations thereof. Also, in this specification, the term "connection " is used to include both indirectly connecting and directly connecting a plurality of components.

또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 음극 활물질의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.1 is a view for explaining a method of manufacturing an anode active material according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 전구체 구조체(precursor structure, 100)가 제조된다. 상기 전구체 구조체(100)는 티타늄을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 전구체 구조체(100)는 Hydroxyl Titanium Oxalate로 형성될 수 있다. Referring to FIG. 1, a precursor structure 100 is prepared. The precursor structure 100 may comprise titanium. For example, the precursor structure 100 may be formed of Hydroxyl Titanium Oxalate.

상기 전구체 구조체(100)를 제조하는 단계는, 옥살산(oxalic acid) 및 SDBS(sodium dodecylbenzenesulfonate)가 혼합된 제1 혼합액을 준비하는 단계, 상기 제1 혼합액을 열처리하는 단계, 티타늄이 포함된 제2 혼합액을 열처리된 상기 제1 혼합액에 첨가하는 단계, 상기 제1 및 제2 혼합액들이 반응하여 육각 기둥형태의 상기 전구체 구조체(100)가 제조되는 단계, 상기 전구체 구조체(100)을 상기 제1 및 제2 혼합액들로부터 분리시키는 단계, 및 상기 전구체 구조체(100)를 세척 및 건조하는 단계를 포함할 수 있다. The step of preparing the precursor structure 100 may include preparing a first mixed solution containing oxalic acid and sodium dodecylbenzenesulfonate (SDBS), heat treating the first mixed solution, A step of adding the precursor structure 100 to the heat-treated first mixed solution, the first and second mixed solutions reacting to produce the hexagonal pillar-shaped precursor structure 100, the first and second precursor structures 100, Separating them from the mixed liquors, and washing and drying the precursor structure 100.

상기 제1 혼합액에 포함된 옥살산은 아래의 <화학식 1>과 같은 구조를 가질 수 있고, 상기 제1 혼합액에 포함된 SDBS는 아래의 <화학식 2>와 같은 구조를 가질 수 있다. The oxalic acid contained in the first mixed liquid may have a structure represented by the following Formula 1, and SDBS contained in the first mixed liquid may have a structure represented by Formula 2 below.

<화학식 1>&Lt; Formula 1 >

Figure pat00001
Figure pat00001

<화학식 2>(2)

Figure pat00002
Figure pat00002

일 실시 예에 따르면, 상기 제1 혼합액은, 상기 옥살산 및 상기 SDBS가 첨가된 초순수(DI Water)와 에탄올(ethanol)의 혼합 용액일 수 있다. 상기 초순수에 첨가된 상기 옥살산의 양은, 상기 초순수에 첨가된 상기 SDBS의 양보다 많을 수 있다.According to one embodiment, the first mixed solution may be a mixed solution of DI water and ethanol added with oxalic acid and SDBS. The amount of oxalic acid added to the ultrapure water may be greater than the amount of SDBS added to the ultrapure water.

열처리된 상기 제1 혼합액은 제1 온도를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 온도는 90℃일 수 있다. 상기 제1 혼합액은 Reflux하에서 저어가며(stirring) 열처리될 수 있다.The heat-treated first mixed liquid may have a first temperature. For example, the first temperature may be 90 &lt; 0 &gt; C. The first mixed solution may be stirred and heat-treated under reflux.

일 실시 예에 따르면, 상기 제2 혼합액은 분할하여 시간 간격을 두어 열처리되어 상기 제1 온도를 갖는 상기 제1 혼합액에 첨가될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 제2 혼합액은, TBT(titanium butoxide)와 아세트산이 에탄올에 첨가된 것을 포함할 수 있다.According to one embodiment, the second mixed liquid may be added to the first mixed liquid having the first temperature by being divided and heat-treated at a time interval. According to one embodiment, the second mixed solution may include titanium butoxide (TBT) and acetic acid added to ethanol.

상기 제1 혼합액과 상기 제2 혼합액은 제2 온도에서 기준 시간 동안 반응되어, 육각 기둥 형태의 상기 전구체 구조체가 제조될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 제2 온도는 상기 제1 혼합액의 열처리 온도인 제1 온도(예를 들어, 90℃)와 실질적으로 동일할 수 있다. The first mixed liquid and the second mixed liquid are reacted at a second temperature for a reference time to form the hexagonal column-shaped precursor structure. According to an embodiment, the second temperature may be substantially equal to a first temperature (e.g., 90 ° C) that is a heat treatment temperature of the first mixed liquid.

일 실시 예에 따르면, 육각 기둥 형태의 상기 전구체 구조체는, 원심분리법을 이용하여 분리되고, 초순수 및 에탄올을 이용하여 세정된 후, 진공 오븐을 이용하여 80℃에서 2시간 동안 건조될 수 있다.According to one embodiment, the hexagonal column-shaped precursor structure is separated using centrifugation, washed with ultrapure water and ethanol, and then dried in a vacuum oven at 80 DEG C for 2 hours.

상기 전구체 구조체 및 리튬 염(예를 들어, LiOH)를 혼합 및 열처리하여, 다공성 구조체(porous structure, 200)가 제조될 수 있다. 상기 다공성 구조체(200)는 리튬 티타늄 산화물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 다공성 구조체(200)는 Li4Ti5O12, 및/또는 Li2TiO3를 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 다공성 구조체(200)의 주성분(main component)은 Li4Ti5O12이고, 부성분(sub component)는 Li2TiO3일 수 있다. 또는, 다른 실시 예에 따르면, 상기 다공성 구조체(200)는, Li4Ti5O12, 및 Li2TiO3 외에, Anatase TiO2 및/또는 Rutile TiO2를 더 포함할 수 있다. The precursor structure and the lithium salt (for example, LiOH) may be mixed and heat-treated to prepare a porous structure 200. The porous structure 200 may include lithium titanium oxide. For example, the porous structure 200 may comprise Li 4 Ti 5 O 12 , and / or Li 2 TiO 3 . According to one embodiment, the main component of the porous structure 200 may be Li 4 Ti 5 O 12 , and the subcomponent may be Li 2 TiO 3 . Alternatively, according to another embodiment, the porous structure 200 may further comprise Anatase TiO 2 and / or Rutile TiO 2 in addition to Li 4 Ti 5 O 12 and Li 2 TiO 3 .

일 실시 예에 따르면, 상기 리튬염 및 상기 전구체 구조체(100)는 실질적으로(substantially) 4:5의 무게 비율로 혼합될 수 있다. 이로 인해, 리튬 염 및 상기 전구체 구조체(100)가 반응되어 제조된 상기 다공성 구조체(200)의 Li4Ti5O12 함량이 최대값을 가질 수 있다. 이로 인해, 상기 다공성 구조체(200)를 갖는 음극 활물질을 이용하여 제조된 리튬 이차 전지의 충방전 특성 및 용량 특성이 향상될 수 있다.According to one embodiment, the lithium salt and the precursor structure 100 may be mixed substantially in a weight ratio of 4: 5. Accordingly, the Li 4 Ti 5 O 12 content of the porous structure 200 produced by reacting the lithium salt and the precursor structure 100 may have a maximum value. Accordingly, the charge / discharge characteristics and the capacity characteristics of the lithium secondary battery manufactured using the negative electrode active material having the porous structure 200 can be improved.

상기 다공성 구조체(200)는 내부에 복수의 기공들을 포함할 수 있다. 다시 말하면, 상기 다공성 구조체(200)는 복수의 입자들로 구획되고, 상기 복수의 입자들 사이에 상기 복수의 기공들이 정의될 수 있다. 상기 다공성 구조체(200)는 상기 복수의 입자들이 응집(aggregated)되어 형성된 것과 같은 형태를 보일 수 있으나, 상기 다공성 구조체(200)은 bottom up 방식이 아닌, top down 방식으로 제조될 수 있다. 다시 말하면, 복수의 입자들이 응집되어 구조체로 형성되는 것(bottom up 방식)과 달리, 상기 다공성 구조체(200)는 상기 전구체 구조체(100)가 리튬 염과 반응하면서 내부에 상기 복수의 기공들이 형성되어 제조(top down 방식)될 수 있다. The porous structure 200 may include a plurality of pores therein. In other words, the porous structure 200 is divided into a plurality of particles, and the plurality of pores may be defined between the plurality of particles. The porous structure 200 may be formed by aggregating the plurality of particles, but the porous structure 200 may be manufactured by a top down method instead of a bottom up method. In other words, unlike a bottom up method in which a plurality of particles are aggregated to form a structure, the porous structure 200 forms the plurality of pores therein while the precursor structure 100 reacts with the lithium salt (Top down method).

상기 다공성 구조체(200)의 다공성 레벨(pore level)은 상기 전구체 구조체(100)의 다공성 레벨보다 높을 수 있다. 다시 말하면, 상기 전구체 구조체(100)보다, 상기 다공성 구조체(200) 내에 보다 많은 수의 기공들이 존재할 수 있다. 이로 인해, 상기 다공성 구조체(200)의 표면적은, 상기 전구체 구조체(100)의 표면적보다 넓을 수 있다. The porosity level of the porous structure 200 may be higher than the porosity level of the precursor structure 100. In other words, a greater number of pores may be present in the porous structure 200 than the precursor structure 100. Therefore, the surface area of the porous structure 200 may be wider than the surface area of the precursor structure 100.

상기 다공성 구조체(200)를 제조하는 단계는, 상기 전구체 구조체(100) 및 리튬 염을 용매에 분산하여 소스 용액을 제조하는 단계, 상기 소스 용액을 열처리하여 상기 다공성 구조체(200)를 제조하는 단계, 상기 소스 용액으로부터 상기 다공성 구조체(200)를 분리시키는 단계, 및 상기 다공성 구조체(200)를 세척 및 건조하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 전구체 구조체(100) 및 리튬 염은 DI water에 분산되어 상기 소스 용액으로 제조될 수 있고, 상기 소스 용액은 180℃에서 6시간 동안 열처리될 수 있고, 상기 다공성 구조체(200)는 원심 분리법으로 분리된 후 DI water 및 에탄올을 이용하여 건조될 수 있고, 이후, 70℃에서 건조될 수 있다. The step of preparing the porous structure 200 may include preparing a source solution by dispersing the precursor structure 100 and a lithium salt in a solvent, heat-treating the source solution to produce the porous structure 200, Separating the porous structure 200 from the source solution, and washing and drying the porous structure 200. For example, the precursor structure 100 and the lithium salt may be dispersed in DI water to form the source solution, the source solution may be heat treated at 180 &lt; 0 &gt; C for 6 hours, Separated by centrifugation, dried using DI water and ethanol, and then dried at 70 ° C.

본 발명의 실시 예에 따르면, 티타늄을 포함하는 육각 기둥 형태의 상기 전구체 구조체(100) 및 리튬 염을 이용하여, 육각 기둥 형태를 유지한 리튬 티타늄 산화물을 포함하는 상기 다공성 구조체(200)가 제조될 수 있다. 상기 다공성 구조체(200)의 육각 기둥 형태에 의해, 상기 다공성 구조체(200)를 포함하는 음극 활물질을 이용하여 제조된 리튬 이차 전지의 충방전 특성 및 용량 특성이 향상될 수 있다.
According to an embodiment of the present invention, the porous structure 200 including the lithium titanium oxide retaining a hexagonal pillar shape is manufactured using the hexagonal pillar-shaped precursor structure 100 and the lithium salt . By the hexagonal column shape of the porous structure 200, the charge / discharge characteristics and the capacity characteristics of the lithium secondary battery manufactured using the negative electrode active material including the porous structure 200 can be improved.

이하, 도 2를 참조하여, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 다공성 구조체(200)의 육각 기둥 형태가 보다 상세하게 설명된다. 2, a hexagonal column shape of the porous structure 200 according to an embodiment of the present invention will be described in more detail.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따라 육각 기둥 형태를 갖는 다공성 구조체를 도시한 도면이다. 2 is a view showing a porous structure having a hexagonal column shape according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 상기 다공성 구조체(200)가 갖는 육각 기둥 형태는, 육각형 모양의 하부면(bottom surface), 육각형 모양의 상부면(top surface), 및 6개의 측면(side surface)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2, the hexagonal column shape of the porous structure 200 includes a hexagonal bottom surface, a hexagonal top surface, and six side surfaces .

상기 육각 기둥 형태의 상기 하부면 및 상기 상부면은 제1 방향(도 2에서 x 축 방향), 및 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향(도 2에서 y 축 방향)에 평행할 수 있다. 상기 육각 기둥 형태의 상기 하부면 및 상기 상부면은 실질적으로 동일한 면적을 가지고, 실질적으로 동일한 모양을 가질 수 있다.The lower surface and the upper surface of the hexagonal column shape may be parallel to a first direction (x-axis direction in Fig. 2) and a second direction (y-axis direction in Fig. 2) perpendicular to the first direction. The lower surface and the upper surface of the hexagonal column shape have substantially the same area and may have substantially the same shape.

상기 상부면 및 상기 하부면은 각각 2개의 장변(long side, 長邊) 및 4개의 단변(short side, 短邊)을 포함할 수 있다. 상기 장변들은 상기 단변들보다 길 수 있다. 상기 상부면 및 상기 하부면의 상기 단변들의 길이는 서로 동일할 수 있다.The upper surface and the lower surface may each include two long sides and four short sides. The long sides may be longer than the short sides. The lengths of the short sides of the upper surface and the lower surface may be equal to each other.

상기 장변들은 상기 제1 방향(x축 방향)으로 연장할 수 있다. 이로 인해, 상기 제1 방향(x축 방향)으로 상기 육각 기둥 형태의 폭(Wx)은, 상기 제2 방향(y축 방향)으로 폭(Wy)보다 넓을 수 있다.The long sides may extend in the first direction (x-axis direction). Therefore, the width Wx of the hexagonal columnar shape in the first direction (x-axis direction) can be wider than the width Wy in the second direction (y-axis direction).

상기 6개의 측면들은 상기 제1 방향(x축 방향) 및 상기 제2 방향(y축 방향)에 직각이고, 상기 제1 방향(x축 방향) 및 상기 제2 방향(y축 방향)에 직각인 제3 방향(도 2에서 z축 방향)에 평행할 수 있다.The six sides are perpendicular to the first direction (x-axis direction) and the second direction (y-axis direction), and the six sides are perpendicular to the first direction (x-axis direction) and the second direction And may be parallel to the third direction (z-axis direction in Fig. 2).

상기 6개의 측면들 중에서, 서로 대향하는(facing) 2개의 측면들은 서로 평행할 수 있다. 상기 6개의 측면들은, 2개의 넓은 측면(large area side surface), 및 4개의 좁은 측면(small area side surface)을 포함할 수 있다. 상기 2개의 넓은 측면은 상기 상부면 및 상기 하부면의 장변들과 연결될 수 있다. 상기 2개의 넓은 측면 각각 면적이 상기 4개의 좁은 측면 각각의 면적보다 넓을 수 있다.Of the six sides, two sides facing each other may be parallel to each other. The six sides may include two large area side surfaces and four small area side surfaces. The two wide sides may be connected to the long sides of the upper surface and the lower surface. And each of the two wide sides may be wider than the area of each of the four narrow sides.

상기 2개의 넓은 측면과 상기 4개의 좁은 측면은 상기 제3 방향(z축 방향)으로 동일한 높이를 가질 수 있다. 상기 제3 방향(z축 방향)으로 폭(Wz, 높이)은 도 1을 참조하여 설명된 상기 제1 혼합액에 첨가되는 SDBS의 농도에 따라 조절될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 SDBS의 농도가 높아질수록 상기 육각 기둥 형태의 상기 제3 방향(z축 방향)의 폭(Wz, 높이)은 감소되고, 상기 SDBS의 농도가 낮아질수록 상기 육각 기둥 형태 상기 제3 방향(z축 방향)의 폭(Wz, 높이)은 증가할 수 있다. 상기 SDBS는 상기 육각 기둥 형태의 기공의 양을 조절할 수도 있다.The two wide sides and the four narrow sides may have the same height in the third direction (z-axis direction). The width (Wz, height) in the third direction (z-axis direction) can be adjusted according to the concentration of SDBS added to the first mixed liquid described with reference to Fig. According to one embodiment, the width (Wz, height) in the third direction (z-axis direction) of the hexagonal pillar shape decreases as the concentration of SDBS increases, and as the concentration of SDBS decreases, The width (Wz, height) in the third direction (z-axis direction) can be increased. The SDBS may control the amount of the hexagonal columnar pores.

도 2를 참조하여 설명된 것과 달리, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 육각 기둥 형태의 하부면 및 상부면은 정육각형(regular hexagon) 모양을 가질 수 있다.
2, the lower and upper surfaces of the hexagonal column shape according to another embodiment of the present invention may have a regular hexagon shape.

이하, 상술된 본 발명의 실시 예에 따른 다공성 구조체의 특성 평가 결과가 도 3a, 도 3b, 및 도 4를 참조하여 설명된다. Hereinafter, characteristics evaluation results of the porous structure according to the above-described embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 3A, 3B, and 4. FIG.

도 3a는 본 발명의 실시 예에 따른 전구체 구조체의 SEM 사진이고, 도 3b는 본 발명의 실시 예에 따른 다공성 구조체의 SEM 사진이다. FIG. 3A is a SEM photograph of a precursor structure according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3B is a SEM photograph of a porous structure according to an embodiment of the present invention.

도 3a 및 도 3b를 참조하면, 2g의 옥살산(oxalic acid) 및 0.2g의 SDBS(sodium dodecylbenzenesulfonate)를 90ml의 초순수에 첨가하고, 옥살산 및 SDBS가 첨가된 초순수를 30ml의 에탄올과 혼합하여 제1 혼합액을 제조하였다. 3A and 3B, 2 g of oxalic acid and 0.2 g of sodium dodecylbenzenesulfonate (SDBS) were added to 90 ml of ultrapure water, and ultrapure water to which oxalic acid and SDBS had been added was mixed with 30 ml of ethanol, .

그리고, 5ml의 TBT(titanium butoxide)와 0.3ml의 아세트산을 60ml 에탄올에 혼합하여 제2 혼합액을 제조하였다.Then, 5 ml of titanium butoxide (TBT) and 0.3 ml of acetic acid were mixed with 60 ml of ethanol to prepare a second mixed solution.

상기 제1 혼합액이 90℃를 갖도록 열처리한 후, 90℃의 상기 제1 혼합액에 티타늄을 포함하는 상기 제2 혼합액을 1ml씩 첨가하였다. 상기 제1 혼합액에 상기 제2 혼합액을 첨가한 후, 90℃에서 4시간 동안 상기 제1 혼합액 및 상기 제2 혼합액을 반응시켜, 육각 기둥 형태의 전구체 구조체인 Hydroxyl titanium oxalate를 제조하였다. 도 3a에서 알 수 있듯이, 상기 제1 혼합액과 상기 제2 혼합액의 반응 시간이 경과함에 따라, 전구체 구조체가 육각 기둥 형태에 가까워지는 것을 확인할 수 있다.The first mixed solution was heat-treated to have a temperature of 90 캜, and then 1 ml of the second mixed solution containing titanium was added to the first mixed solution at 90 캜. The second mixed solution was added to the first mixed solution, and then the first mixed solution and the second mixed solution were reacted at 90 ° C for 4 hours to prepare a hexagonal columnar precursor structure, hydroxyl titanium oxalate. As can be seen from FIG. 3A, it can be seen that as the reaction time of the first mixed solution and the second mixed solution has elapsed, the precursor structure approaches the hexagonal columnar shape.

상기 제1 혼합액과 상기 제2 혼합액을 반응시킨 후, 7500rpm으로 원심분리기를 20분 동안 동작시켜 상기 육각 기둥 형태의 중간 생성물을 분리하였고, 초순수로 1회 및 에탄올로 1회 세정하였다. 이후, 진공 오븐을 이용하여 80℃에서 2시간 동안 건조하였다. After reacting the first mixed solution with the second mixed solution, the hexagonal column-shaped intermediate product was separated by operating the centrifugal separator at 7500 rpm for 20 minutes, and washed once with ultra pure water and once with ethanol. Thereafter, it was dried in a vacuum oven at 80 DEG C for 2 hours.

상기 전구체 구조체 0.5g 및 LiOH 0.27g을 25ml의 초순수에 혼합하여 소스 용액을 제조하였다. 상기 소스 용액 50ml를 auto clave에서 180℃에서 6시간 동안 열처리하여, 리튬 티타늄 산화물로 형성된 육각 기둥 형태의 다공성 구조체를, 도 3b에 도시된 것과 같이 제조하였다. 이후, , 7500rpm으로 원심분리기를 20분 동안 동작시켜 육각 기둥 형태의 상기 다공성 구조체를 분리하였고, 초순수로 1회 및 에탄올로 1회 세정하였다. 이후, 진공 오븐을 이용하여 70℃에서 4시간 동안 건조하였다. 0.5 g of the precursor structure and 0.27 g of LiOH were mixed with 25 ml of ultrapure water to prepare a source solution. 50 ml of the source solution was heat-treated in an auto clave at 180 ° C for 6 hours to prepare a hexagonal columnar porous structure formed of lithium titanium oxide as shown in FIG. 3b. Thereafter, the centrifugal separator was operated at 7500 rpm for 20 minutes to separate the porous structure in the form of a hexagonal column, and once with ultra pure water and once with ethanol. Then, it was dried in a vacuum oven at 70 DEG C for 4 hours.

도 3a 및 도 3b에서 알 수 있듯이, 상기 전구체 구조체가 갖는 육각 기둥 형태가 유지된 채로, 육각 기둥 형태의 상기 다공성 구조체가 제조되는 것을 확인할 수 있다. As can be seen from FIGS. 3A and 3B, it can be seen that the hexagonal pillar-shaped porous structure is produced while maintaining the hexagonal pillar shape of the precursor structure.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따라 제조된 다공성 구조체의 XRD 그래프이다. 4 is an XRD graph of a porous structure made according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 상술된 본 발명의 실시 예에 따라, 리튬 염 및 상기 전구체 구조체의 무게 비율을 달리하여, 제1 내지 제6 실시 예에 따른 다공성 구조체들을 제조하였다. Referring to FIG. 4, porous structures according to the first to sixth embodiments were manufactured by varying the weight ratio of the lithium salt and the precursor structure according to the embodiment of the present invention described above.

구분division 리튬 염과 전구체 구조체의 무게 비율Weight ratio of lithium salt and precursor structure pHpH 제1 실시 예First Embodiment 5:45: 4 1313 제2 실시 예Second Embodiment 5:55: 5 12.512.5 제3 실시 예Third Embodiment 4:54: 5 1212 제4 실시 예Fourth Embodiment 3:53: 5 1010 제5 실시 예Fifth Embodiment 2:52: 5 9.59.5 제6 실시 예Sixth Embodiment 1:51: 5 99

구체적으로, <표 1>과 같이, 리튬 염 및 상기 전구체 구조체의 무게 비율을, 5:4, 5:5, 4:5, 3:5, 2:5, 및 1:5로 각각 달리하여, 또는 용액의 pH를 조절하여 제1 내지 제6 실시 예에 따른 다공성 구조체들을 제조하였다. 이후, 제1 내지 제 6 실시 예에 따른 다공성 구조체들에 대해서 X선 회절 분석을 수행하였다. Specifically, as shown in Table 1, the weight ratio of the lithium salt and the precursor structure was varied to 5: 4, 5: 5, 4: 5, 3: 5, 2: 5, Or the pH of the solution was adjusted to prepare the porous structures according to the first to sixth embodiments. Thereafter, X-ray diffraction analysis was performed on the porous structures according to the first to sixth embodiments.

X선 회절 분석 결과, 리튬 염 및 상기 전구체 구조체의 무게 비율에 따라서, 상기 다공성 구조체의 성분이 변화되는 것을 알 수 있다. 또한, 제1 및 제2 실시 예에 따라 리튬 염 및 상기 전구체 구조체의 무게 비율이 5:4 및 5:5인 경우, 다공성 구조체 내에 Anatase TiO2 및 Rutile TiO2가 존재하는 것으로 측정되었다. As a result of the X-ray diffraction analysis, it can be seen that the composition of the porous structure changes depending on the weight ratio of the lithium salt and the precursor structure. In addition, when the weight ratio of the lithium salt and the precursor structure was 5: 4 and 5: 5 according to the first and second embodiments, the presence of Anatase TiO 2 and Rutile TiO 2 in the porous structure was measured.

또한, 제3 실시 예에 따라 리튬 염 및 상기 전구체 구조체의 무게 비율이 4:5인 경우, 제4 내지 제6 실시 예들과 비교하여, Li4Ti5O12의 함량이 최대 값을 갖는 것을 확인할 수 있다. 다시 말하면, 리튬 염 및 상기 전구체 구조체의 무게 비율을 4:5로 제어하는 것이, 다공성 구조체 내 Li4Ti5O12의 함량이 최대화시키는 효과적인 방법임을 확인할 수 있다.
Further, when the weight ratio of the lithium salt and the precursor structure is 4: 5 according to the third embodiment, it is confirmed that the content of Li 4 Ti 5 O 12 has a maximum value in comparison with the fourth to sixth embodiments . In other words, it can be confirmed that controlling the weight ratio of the lithium salt and the precursor structure to 4: 5 is an effective method of maximizing the content of Li 4 Ti 5 O 12 in the porous structure.

상술된 본 발명의 실시 예에 따른 다공성 구조체를 갖는 음극 활물질을 포함하는 리튬 이차 전지가 도 5를 참조하여 설명된다. A lithium secondary battery including a negative electrode active material having a porous structure according to the above-described embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 다공성 구조체를 포함하는 리튬 이차 전지를 설명하기 위한 도면이다. 5 is a view illustrating a lithium secondary battery including a porous structure according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 리튬 이차 전지는, 제1 집전체(315) 및 음극활물질(310)을 포함하는 음극, 양극활물질(320) 및 제2 집전체(325)를 포함하는 양극, 전해질(330), 및 분리막(340)을 포함할 수 있다.5, a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention includes a cathode, a cathode active material 320, and a second current collector 325 including a first current collector 315 and a negative active material 310, An electrolyte 330, and a separator 340. The separator 340 may include a cathode,

상기 음극활물질(310)은 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 다공성 구조체를 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 음극활물질(310)은 본 발명의 실시 예에 따른 상기 다공성 구조체 외에, 리튬(Li), 카본(C), 실리콘(Si), 알루미늄(Al), 주석(Sn), 마그네슘(Mg), 인듐(In), 또는 바나듐(V) 중에서 적어도 어느 하나를 더 포함할 수 있다.The negative electrode active material 310 may include a porous structure according to an embodiment of the present invention with reference to FIGS. According to one embodiment, the anode active material 310 may include lithium, carbon, silicon, aluminum, tin, or tantalum in addition to the porous structure according to an embodiment of the present invention. And may further include at least one of magnesium (Mg), indium (In), and vanadium (V).

상기 제1 집전체(315)는 도전성 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 집전체(315)는 구리, 니켈, 스테인리스강 등으로 형성될 수 있다.The first current collector 315 may be formed of a conductive material. For example, the first current collector 315 may be formed of copper, nickel, stainless steel, or the like.

일 실시 예에 따르면, 상기 양극활물질(320)은, LiMO2 (M = V, Cr, Co, Ni), LiM2O4 (M = Mn, Ti, V), LiMPO4 (M = Co, Ni, Fe, Mn), LiNi1-xCoxO2 (0<x<1), LiNi2-xMnxO4 (0<x<2), 또는 Li[NiMnCo]O2 중에서 적어도 어느 하나의 물질을 포함할 수 있다. 상기 양극 활물질은 사용되는 활물질의 종류에 따라, 층상 구조, 스피넬 구조, 또는 올리빈 구조를 가질 수 있다. 또는, 다른 실시 예에 따르면, 산소(O2)가 상기 양극활물질(320)로 사용될 수 있다.According to one embodiment, the cathode active material 320 may include LiMO 2 (M = V, Cr, Co, Ni), LiM 2 O 4 (M = Mn, Ti, V), LiMPO 4 At least one of LiNi 1-x Co x O 2 (0 <x <1), LiNi 2-x Mn x O 4 (0 <x <2), or Li [NiMnCo] O 2 &Lt; / RTI &gt; The cathode active material may have a layered structure, a spinel structure, or an olivine structure depending on the kind of the active material used. Alternatively, according to another embodiment, oxygen (O 2 ) may be used as the cathode active material 320.

상기 제2 집전체(325)는 도전성 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 집전체(325)는 전도성 카본, 스테인리스강, 알루미늄, 니켈 등으로 형성될 수 있다.The second current collector 325 may be formed of a conductive material. For example, the second current collector 325 may be formed of conductive carbon, stainless steel, aluminum, nickel, or the like.

상기 음극 및 상기 양극 사이에 상기 전해질(330)이 배치될 수 있다. 상기 전해질(330)은 겔(Gel) 폴리머 타입 전해질 또는 액체 전해질 일 수 있다. 예를 들어, 상기 전해질(330)은 에틸렌 카보네이트(ethylene carbonate, EC), 프로필렌 카보네이트(propylene carbonate, PC)을 포함하는 기본 용매에, 디메틸 카보네이트(dimethyl carbonate, DC), 에틸메틸 카보네이트(ethylmethyl carbonate, EMC) 등을 포함하는 보조 용매를 첨가하고, 리튬염이 용해된 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 리튬 염은, LiN(CF3SO2)2, LiN(FSO2)2, LiN(C2F5SO2)2, LiC(CF2SO2)3,LiBF4, LiPF6, LiClO4, LiCF3SO3, 또는 LiAsF6 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.The electrolyte (330) may be disposed between the cathode and the anode. The electrolyte 330 may be a gel polymer electrolyte or a liquid electrolyte. For example, the electrolyte 330 may be prepared by dissolving dimethyl carbonate (DC), ethylmethyl carbonate (PC), or the like in a basic solvent containing ethylene carbonate (EC), propylene carbonate EMC), and the like, and the lithium salt may be dissolved. For example, the lithium salt, LiN (CF 3 SO 2) 2, LiN (FSO 2) 2, LiN (C 2 F 5 SO 2) 2, LiC (CF 2 SO 2) 3, LiBF 4, LiPF 6 , LiClO 4 , LiCF 3 SO 3 , or LiAsF 6 .

상기 분리막(340)은, 유리 섬유, 올레핀계 수지, 불소계 수지(예를 들어, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리테트라플루오루에틸렌 등), 에스터계 수지(예를 들어, 폴레에틸렌테레프탈레이트 등), 또는 셀룰로오스계 부직포 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 상기 분리막(340)은 상술된 예들 외에 다양한 종류의 물질들로 형성될 수 있다.
The separator 340 may be formed of a glass fiber, an olefin resin, a fluorine resin (e.g., polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene), an ester resin (e.g., polyethylene terephthalate) Or a cellulose-based nonwoven fabric. The separation membrane 340 may be formed of various kinds of materials in addition to the examples described above.

이하, 상술된 본 발명의 실시 예에 따른 복합 구조체를 포함하는 리튬 이차 전지의 특성 평가 결과가 도 6을 참조하여 설명된다.Hereinafter, the characteristics evaluation results of the lithium secondary battery including the composite structure according to the embodiment of the present invention described above will be described with reference to FIG.

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 다공성 구조체를 포함하는 리튬 이차 전지의 방전 용량 특성을 설명하기 위한 그래프이다. 6 is a graph illustrating a discharge capacity characteristic of a lithium secondary battery including a porous structure according to an embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 도 4를 참조하여 설명된 제1 내지 제3 실시 예에 따른 다공성 구조체들, Anatase TiO2, 및 육각 기둥 형태를 갖지 않는 리튬 티타늄 산화물(LTO)를 준비하고, 바인더를 이용하여 집전체에 코팅하여 음극들을 제조하였다. Referring to FIG. 6, the porous structures according to the first to third embodiments described with reference to FIG. 4, Anatase TiO 2 , and lithium titanium oxide (LTO) having no hexagonal pillar shape are prepared, Thereby preparing cathodes.

제조된 음극들을 이용하여, 아래 <표 2>와 같이, 제1 내지 제3 실시 예에 따른 리튬 이차 전지, 및 제1 및 제2 비교 예에 따른 리튬 이차 전지를 제조하였다. Using the produced negative electrodes, the lithium secondary batteries according to the first to third embodiments and the lithium secondary batteries according to the first and second comparative examples were manufactured as shown in Table 2 below.

구분division 음극 활물질Anode active material 제1 실시 예First Embodiment 리튬 염 및 전구체 구조체가 5:4 무게 비율로 제조된 다공성 구조체A lithium salt and a precursor structure were prepared in a weight ratio of 5: 4 제2 실시 예Second Embodiment 리튬 염 및 전구체 구조체가 5:5 무게 비율로 제조된 다공성 구조체A lithium salt and a precursor structure were prepared in a weight ratio of 5: 5 제3 실시 예Third Embodiment 리튬 염 및 전구체 구조체가 4:5 무게 비율로 제조된 다공성 구조체A lithium salt and a precursor structure were prepared in a weight ratio of 4: 5 제1 비교 예Comparative Example 1 Anatase TiO2 Anatase TiO 2 제2 비교 예Comparative Example 2 육각 기둥 형태를 갖지 않는 리튬 티타늄 산화물(LTO)Lithium titanium oxide (LTO) having no hexagonal column shape

도 6에서 알 수 있듯이, 제2 및 제3 실시 예에 따라 리튬 염 및 전구체 구조체가 5:5 및 4:5의 무게 비율로 제조된 다공성 구조체를 포함하는 리튬 이차 전지의 방전 용량이, 제1 및 제2 비교 예에 따라 Anatase TiO2 및 육각 기둥 형태를 갖지 않는 리튬 티타늄 산화물(LTO)을 포함하는 리튬 이차 전지의 방전 용량보다 우수한 것을 확인할 수 있다. As can be seen from FIG. 6, according to the second and third embodiments, the discharge capacity of the lithium secondary battery including the porous structure in which the lithium salt and the precursor structure are manufactured in a weight ratio of 5: 5 and 4: 5, and it can be confirmed that the more excellent discharge capacity of a lithium secondary battery comprising a lithium titanium oxide (LTO) having no Anatase TiO 2 and a hexagonal prism shape according to the second comparative example.

또한, 도 4를 참조하여 설명된 것과 같이, 리튬 염 및 상기 전구체 구조체의 무게 비율에 따라서 다공성 구조체의 성분 ?t량이 변화되고, 도 6에 도시된 제1 내지 제3 실시 예에 따른 리튬 이차 전지들의 방전 용량 특성에서 알 수 있듯이, 리튬 염 및 전구체 구조체의 무게 비율에 따라 변화되는 다공성 구조체의 성분 비율에 의해, 리튬 이차 전지의 방전 용량이 조절되는 것을 확인할 수 있다.
Also, as described with reference to FIG. 4, the amount of components of the porous structure varies depending on the weight ratio of the lithium salt and the precursor structure, and the amount of the lithium secondary battery according to the first to third embodiments shown in FIG. It can be seen that the discharge capacity of the lithium secondary battery is controlled by the composition ratio of the porous structure depending on the weight ratio of the lithium salt and the precursor structure.

상술된 본 발명의 실시 예에 따른 리튬 이차 전지는 다양한 어플리케이션에 적용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시 예에 따른 리튬 이차 전지는 후술할 전기자동차에 적용될 수 있다.The lithium secondary battery according to the embodiment of the present invention can be applied to various applications. For example, the lithium secondary battery according to the embodiment of the present invention can be applied to an electric vehicle to be described later.

도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기자동차의 블록도를 도시한 것이다.7 is a block diagram of an electric vehicle according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 일 실시 예에 따른 전기자동차(1000)는 모터(1010), 변속기(1020), 액슬(1030), 배터리팩(1040) 및 파워제어부(1050) 및 충전부(1060) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.An electric vehicle 1000 according to an embodiment of the present invention includes at least one of a motor 1010, a transmission 1020, an axle 1030, a battery pack 1040 and a power control unit 1050 and a charging unit 1060 can do.

상기 모터(1010)는 상기 배터리팩(1040)의 전기 에너지를 운동 에너지로 변환할 수 있다. 상기 모터(1010)는 변환된 운동에너지를 상기 변속기(1020)를 통하여 상기 액슬(1030)에 제공할 수 있다. 상기 모터(1010)는 단일 모터 또는 복수의 모터로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 모터(1010)가 복수의 모터로 이루어지는 경우 상기 모터(1010)는 전륜 액슬에 운동 에너지를 공급하는 전륜 모터와 후륜 액슬에 운동 에너지를 공급하는 후륜 모터를 포함할 수 있다.The motor 1010 can convert the electric energy of the battery pack 1040 into kinetic energy. The motor 1010 may provide the converted kinetic energy to the axle 1030 through the transmission 1020. [ The motor 1010 may be composed of a single motor or a plurality of motors. For example, when the motor 1010 includes a plurality of motors, the motor 1010 may include a front wheel motor for supplying kinetic energy to the front wheel axle and a rear wheel motor for supplying kinetic energy to the rear wheel axle.

상기 변속기(1020)는 상기 모터(1010)와 상기 액슬(1030) 사이에 위치하여 상기 모터(1010)로부터의 운동 에너지를 운전자가 원하는 운전 환경에 부합하도록 변속하여 상기 액슬(1030)에 제공할 수 있다.The transmission 1020 is positioned between the motor 1010 and the axle 1030 and can shift the kinetic energy from the motor 1010 to the axle 1030 in accordance with the operating environment desired by the driver have.

상기 배터리팩(1040)은 상기 충전부(1060)로부터의 전기 에너지를 저장할 수 있고, 저장된 전기 에너지를 상기 모터(1010)에 제공할 수 있다. 상기 배터리팩(1040)은 상기 모터(1010)로 직접 전기 에너지를 공급할 수도 있고, 상기 파워제어부(1050)을 통하여 전기 에너지를 공급할 수 있다.The battery pack 1040 can store electric energy from the charging unit 1060 and can supply the stored electric energy to the motor 1010. [ The battery pack 1040 can supply electric energy directly to the motor 1010 or supply electric energy through the power controller 1050.

이 때 상기 배터리팩(1040)은 적어도 하나의 배터리 셀을 포함하여 이루어질 수 있다. 또한, 배터리 셀은 상술한 본 발명의 실시 예에 따른 리튬 이차 전지를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 리튬계 이차전지 등 다양한 방식의 이차전지를 포함할 수 있다. 한편, 배터리 셀은 개개의 배터리를 말하는 용어일 수 있고, 배터리 팩은 원하는 전압 및/또는 용량을 가지도록 개개의 배터리 셀이 상호 연결된 배터리 셀 집합체를 말할 수 있다.At this time, the battery pack 1040 may include at least one battery cell. Also, the battery cell may include the lithium secondary battery according to the embodiment of the present invention. However, the battery cell is not limited thereto and may include various types of secondary batteries such as a lithium secondary battery. On the other hand, a battery cell may be a term referring to an individual battery, and a battery pack may refer to an assembly of battery cells in which individual battery cells are interconnected to have a desired voltage and / or capacity.

상기 파워 제어부(1050)는 상기 배터리 팩(1040)을 제어할 수 있다. 다시 말해, 상기 파워 제어부(1050)는 상기 배터리 팩(1040)으로부터 상기 모터(1010)로의 파워가 요구되는 전압, 전류, 파형 등을 가지도록 제어할 수 있다. 이를 위하여, 상기 파워 제어부(1050)는 패시브 전력소자 및 액티브전력소자 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The power control unit 1050 can control the battery pack 1040. In other words, the power control unit 1050 can control the power from the battery pack 1040 to the motor 1010 to have required voltage, current, waveform, and the like. To this end, the power controller 1050 may include at least one of a passive power device and an active power device.

상기 충전부(1060)는 도 7에 도시된 외부 전력원(1070)으로부터 전력을 제공받아 상기 배터리 팩(1040)에 제공할 수 있다. 상기 충전부(1060)는 충전상태를 전반적으로 제어할 수 있다. 예를 들어 상기 충전부(1060)는 충전의 on/off 및 충전 속도 등을 제어할 수 있다.The charging unit 1060 may supply power to the battery pack 1040 by receiving power from the external power source 1070 shown in FIG. The charging unit 1060 can control the charging state as a whole. For example, the charging unit 1060 can control on / off and charge speed of the charge.

도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기자동차의 사시도이다.8 is a perspective view of an electric vehicle according to an embodiment of the present invention.

도 8을 참조하면, 기 배터리 팩(1040)은 전기자동차(1000)의 하면에 결합될 수 있다. 예를 들어, 상기 배터리 팩(1040)는 상기 전기자동차(1000)이 폭 방향의 너비를 가지는 동시에 상기 자동차(1000)의 길이방향으로 연장하는 형상을 가질 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 배터리 팩(1040)은 전방 서스펜션에서부터 후방 서스펜션까지 연장할 수 있다. 따라서, 상기 배터리 팩(1040)은 보다 많은 수의 배터리 셀을 패키징할 수 있는 공간을 제공할 수 있다. 또한, 상기 배터리 팩(1040)이 차체의 하단에 결합 위치하므로 차체의 무게 중심을 낮추게 되어 전기자동차(1000)의 주행 안전성을 향상시킬 수 있다.Referring to FIG. 8, the base battery pack 1040 may be coupled to the lower surface of the electric vehicle 1000. For example, the battery pack 1040 may have a width in the width direction of the electric vehicle 1000 and a shape extending in the longitudinal direction of the vehicle 1000. More specifically, the battery pack 1040 may extend from the front suspension to the rear suspension. Accordingly, the battery pack 1040 can provide a space for packaging a greater number of battery cells. In addition, since the battery pack 1040 is engaged with the lower end of the vehicle body, the center of gravity of the vehicle body is lowered, thereby improving the running safety of the electric vehicle 1000.

도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 팩을 설명하기 위한 도면이다.9 is a view for explaining a battery pack according to an embodiment of the present invention.

도 9를 참조하면, 상기 배터리 팩(1040)은 복수의 배터리 셀(1043)을 보관할 수 있다.Referring to FIG. 9, the battery pack 1040 may store a plurality of battery cells 1043.

상기 배터리 팩(1040)은 하부 하우징(1041)과 상부 하우징(1042)을 포함할 수 있다. 상기 하부 하우징(1041)은 플랜지(1044)를 포함할 수 있고, 상기 상부 하우징(1045)에 마련된 홀을 통하여 볼트(1045)를 상기 플랜지(1044)와 체결함으로써, 상기 하부 하우징(1041)과 상기 상부 하우징(1042)을 결합시킬 수 있다.The battery pack 1040 may include a lower housing 1041 and an upper housing 1042. The lower housing 1041 may include a flange 1044 and a bolt 1045 may be fastened to the flange 1044 through a hole provided in the upper housing 1045 so that the lower housing 1041, The upper housing 1042 can be engaged.

이 때, 상기 배터리 팩(1040)의 안정성을 향상시키기 위하여 상기 하부 및 상부 하우징은 수분 및 산소 침투를 최소화할 수 있는 물질로 제조될 수 있다. 예를 들어, 상기 하부 및 상부 하우징은 알루미늄, 알루미늄 합금, 플라스틱, 탄소 화합물 중 적어도 하나의 물질로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 하부 하우징(1041)과 상기 상부 하우징(1042) 사이에는 불침투성의 밀봉제(1049)가 위치할 수 있다.At this time, in order to improve the stability of the battery pack 1040, the lower and upper housings may be made of a material that minimizes moisture and oxygen penetration. For example, the lower and upper housings may be made of at least one of aluminum, aluminum alloy, plastic, and carbon. An impermeable sealant 1049 may be disposed between the lower housing 1041 and the upper housing 1042.

또한, 상기 배터리 팩(1040)은 상기 배터리 셀(1043)을 제어하거나 안정성을 향상시키기 위한 구성을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 배터리 팩(1040)은 상기 배터리 팩(1040) 내부의 배터리 셀(1043)을 제어하기 위한 제어단자(1047)를 포함할 수 있다. 또한, 예를 들어 상기 배터리 팩(1040)은 상기 배터리 셀(1043)의 열폭주(thermal runaway)를 방지하거나 상기 배터리 셀(1043)의 온도를 제어하기 위하여 냉각라인(1046)을 포함할 수 있다. 또한, 예를 들어, 상기 배터리 팩(1040)은 상기 배터리 팩(1040) 내부의 가스를 분출하기 위한 가스분출구(1048)을 포함할 수 있다.
In addition, the battery pack 1040 may include a structure for controlling the battery cell 1043 or improving stability. For example, the battery pack 1040 may include a control terminal 1047 for controlling the battery cell 1043 in the battery pack 1040. Also, for example, the battery pack 1040 may include a cooling line 1046 to prevent thermal runaway of the battery cell 1043 or to control the temperature of the battery cell 1043 . In addition, for example, the battery pack 1040 may include a gas ejection port 1048 for ejecting gas inside the battery pack 1040.

이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the scope of the present invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. It will also be appreciated that many modifications and variations will be apparent to those skilled in the art without departing from the scope of the invention.

100: 전구체 구조체
200: 다공성 구조체
310: 음극 활물질
315: 제1 집전체
320: 양극 활물질
325: 제2 집전체
330: 전해질
340: 분리막
100: precursor structure
200: Porous structure
310: anode active material
315: 1st Total
320: cathode active material
325: The 2nd Collection
330: electrolyte
340: Membrane

Claims (10)

티타늄을 포함하는 육각 기둥 형태의 전구체 구조체(precursor structure)를 제조하는 단계; 및
상기 전구체 구조체에 리튬염을 혼합 및 열처리하여, 리튬 티타늄 산화물을 포함하는 육각 기둥 형태의 다공성 구조체(porous structure)를 제조하는 단계를 포함하는 음극 활물질의 제조 방법.
Preparing a hexagonal columnar precursor structure comprising titanium; And
And mixing and heat-treating the lithium salt to the precursor structure to produce a hexagonal columnar porous structure containing lithium titanium oxide.
제1 항에 있어서,
상기 다공성 구조체는, 상기 전구체 구조체보다 다공성 레벨(pore level)이 높은 것을 포함하는 음극 활물질의 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the porous structure has a higher pore level than the precursor structure.
제1 항에 있어서,
상기 전구체 구조체를 제조하는 단계는,
옥살산(oxalic acid) 및 SDBS(sodium dodecylbenzenesulfonate)가 혼합된 제1 혼합액을 준비하는 단계; 및
티타늄이 포함된 제2 혼합액을 상기 제1 혼합액을 첨가하는 단계를 포함하는 음극 활물질의 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the step of fabricating the precursor structure comprises:
Preparing a first mixed liquid in which oxalic acid and sodium dodecylbenzenesulfonate (SDBS) are mixed; And
And adding the first mixed solution to a second mixed solution containing titanium.
제3 항에 있어서,
상기 제2 혼합액을 상기 제1 혼합액에 첨가하기 전, 상기 제1 혼합액을 열처리하는 단계를 더 포함하는 음극 활물질의 제조 방법.
The method of claim 3,
Further comprising the step of heat treating the first mixed solution before adding the second mixed solution to the first mixed solution.
제1 항에 있어서,
상기 다공성 구조체를 제조하는 단계는,
상기 전구체 구조체 및 리튬염을 용매에 분산하여, 소스 용액을 제조하는 단계;
상기 소스 용액을 열처리하여, 상기 다공성 구조체를 제조하는 단계;
상기 소스 용액으로부터 상기 다공성 구조체를 분리시키는 단계; 및
상기 다공성 구조체를 세척 및 건조하는 단계를 포함하는 음극 활물질의 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the step of fabricating the porous structure comprises:
Dispersing the precursor structure and the lithium salt in a solvent to prepare a source solution;
Heat treating the source solution to produce the porous structure;
Separating the porous structure from the source solution; And
And washing and drying the porous structure.
제1 항에 있어서,
리튬염 및 상기 전구체 구조체는 4:5의 무게 비율로 혼합되는 것을 포함하는 음극 활물질의 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the lithium salt and the precursor structure are mixed at a weight ratio of 4: 5.
리튬 티타늄 산화물을 포함하고, 육각 기둥 형태를 갖는 다공성 구조체를 포함하는 음극 활물질.
A negative electrode active material comprising lithium titanium oxide and a porous structure having a hexagonal columnar shape.
제7 항에 있어서,
상기 다공성 구조체는,
복수의 입자들로 구획되고, 상기 복수의 입자들 사이에 기공이 정의되는 것을 포함하는 음극 활물질.
8. The method of claim 7,
The porous structure may include:
Wherein the negative electrode active material is defined by a plurality of particles, and pores are defined between the plurality of particles.
제7 항에 있어서,
상기 다공성 구조체는, 티타늄 산화물을 포함하고 육각 기둥 형태를 갖는 전구체 구조체로부터 제조되고,
상기 다공성 구조체는 상기 전구체 구조체보다 높은 표면적을 갖는 것을 포함하는 음극 활물질.
8. The method of claim 7,
Wherein the porous structure is made from a precursor structure containing titanium oxide and having a hexagonal pillar shape,
Wherein the porous structure has a surface area higher than that of the precursor structure.
제7 항 내지 제9 항 중 어느 한 항에 따른 음극 활물질을 포함하는 음극;
상기 음극에 대향하는 양극; 및
상기 음극 및 상기 양극 사이의 전해질 및 분리막을 포함하는 리튬 이차 전지.
A negative electrode comprising the negative active material according to any one of claims 7 to 9;
A positive electrode facing the negative electrode; And
An electrolyte between the cathode and the anode, and a separator.
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