KR20180053481A - Manufacturing method of lithium anode containing protection layer, lithium anode manufactured thereby and lithium secondary battery applied thereby - Google Patents

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Abstract

One embodiment of the present invention provides a manufacturing method of a lithium negative electrode containing a surface protection layer which comprises the following steps: applying a protective metal precursor solution to a lithium metal (step 1); and reacting the lithium metal coated with the precursor solution to form a lithium-protective metal alloy layer on the surface (step 2). According to the manufacturing method of the present invention, the stability of lithium can be increased by dendrite inhibition.

Description

표면 보호층이 형성된 리튬 음극 제조방법, 이에 따라 제조된 리튬 음극 및 이를 적용한 리튬 이차전지{MANUFACTURING METHOD OF LITHIUM ANODE CONTAINING PROTECTION LAYER, LITHIUM ANODE MANUFACTURED THEREBY AND LITHIUM SECONDARY BATTERY APPLIED THEREBY}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a lithium secondary battery, and more particularly, to a lithium secondary battery having a surface protective layer formed thereon, a lithium negative electrode produced thereby, and a lithium secondary battery using the same. BACKGROUND OF THE INVENTION < RTI ID =

본 발명은 리튬 음극 제조방법, 이에 따라 제조된 리튬 음극 및 이를 적용한 리튬 이차전지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 리튬 합금계(리튬-실리콘계, 리튬-주석계 및 리튬과 합금을 형성할 수 있는 리튬 합금계)가 표면 보호층으로 형성된 리튬 음극 제조방법, 이에 따라 제조된 리튬 음극 및 이를 적용한 리튬 이차전지에 관한 것이다.[0001] The present invention relates to a lithium negative electrode manufacturing method, a lithium negative electrode produced thereby, and a lithium secondary battery using the same. More particularly, the present invention relates to a lithium negative electrode comprising lithium-silicon based, lithium- Alloy system) as a surface protective layer, a lithium negative electrode produced thereby, and a lithium secondary battery using the lithium negative electrode.

최근 지구 온난화 및 환경오염 등의 문제 대처를 위해 친환경 에너지 생산 기술 및 에너지 저장장치의 개발에 대한 관심이 높아지고 있다. 이에 따라 리튬 이차전지의 에너지 밀도 증가에 대한 수요 역시 증가하고 있다. 리튬 금속을 음극으로 사용하는 전지 시스템은 가장 낮은 산화환원 전위를 갖는 리튬 금속의 특성으로 인해 기존 양극 기술을 이용 하더라도 전지의 전압을 극대화 할 수 있고, 기존에 사용하는 탄소 기반의 음극에 비하여 10배 이상 높은 비정전용량(3,884 mAh/g)을 발현할 수 있어 전지의 질량당 에너지 밀도를 극대화할 수 있다. 또한, 단위 부피당 에너지 밀도 역시 2,047 mAh/cm3 으로 높아 부피를 줄일 수 있는 장점을 가지고 있다.In recent years, interest in the development of environmentally friendly energy production technology and energy storage devices has been increasing to cope with global warming and environmental pollution. As a result, the demand for increasing the energy density of lithium secondary batteries is also increasing. The battery system using the lithium metal as the cathode can maximize the voltage of the battery even if the conventional anode technique is used due to the lithium metal having the lowest oxidation-reduction potential, and it is possible to maximize the voltage of the battery by 10 times (3,884 mAh / g) can be expressed, thereby maximizing the energy density per mass of the battery. Also, the energy density per unit volume is as high as 2,047 mAh / cm 3 , which has the advantage of reducing the volume.

고 에너지밀도를 발현할 수 있는 리튬 금속 음극 기술은 많은 각광을 받기는 하였지만, 많은 안전성 문제로 인하여 실제로 많이 응용되지 못하였다. 리튬 금속은 충방전시 리튬이온의 가역적인 흡탈착 반을을 따르기 때문에 전극내의 전류 분포에 따라 불균일한 흡착이 일어날 수 있고 결과적으로 리튬 덴드라이트를 형성할 수 있다. 이렇게 한번 덴드라이트가 형성되면 덴드라이트 쪽으로 전류가 집중되기 때문에 덴드라이트 형성이 심해지는 경향이 있으며 이에 따라 전지 내 단락이 일어나게 되고 결과적으로 열폭주를 야기하여 전지의 폭발 및 화재와 같은 안전성에 치명적인 영향을 미칠 수 있다.Although the lithium metal cathode technology capable of manifesting high energy density has received a lot of light, it has not been actually applied due to a lot of safety problems. Since lithium metal follows the reversible adsorption / desorption of lithium ions during charging and discharging, non-uniform adsorption may occur depending on the current distribution in the electrode, and lithium dendrite can be formed as a result. Once the dendrite is formed, the current concentrates to the dendrite, which tends to increase the dendrite formation. As a result, a short circuit occurs in the battery, resulting in thermal runaway, which can seriously affect safety such as explosion and fire of the battery I can go crazy.

종래 기술에는 물리적인 방어막으로 리튬 금속 위에 다양한 고분자를 코팅하는 기술들이 존재한다. 한국 공개특허 10-2012-0122674에는 집전체; 상기 집전체 상에 배치된 음극 활물질층; 및 상기 음극 활물질층 상에 배치된 유무기 복합(organic-inorganic hybrid) 보호층을 포함하며; 상기 복합 보호층에 포함된 고분자의 리튬 이온 전도도가 10-4 S/㎝ 이하인 리튬 이차 전지용 음극을 개시하고 있다. 또한, 전해질에 첨가제를 넣어 리튬 금속을 안정화시키는 기술이 많이 연구되었으나, 리튬 금속 표면에 리튬-합금계의 보호층을 형성하여 리튬 금속을 보호할 수 있는 기술연구는 부족한 실정이다.In the prior art, techniques for coating various polymers onto lithium metal as physical shielding films exist. Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2012-0122674 discloses a current collector; A negative electrode active material layer disposed on the current collector; And an organic-inorganic hybrid protective layer disposed on the anode active material layer; And the lithium ion conductivity of the polymer contained in the composite protective layer is 10 -4 S / cm or less. In addition, many techniques for stabilizing lithium metal by adding an additive to an electrolyte have been studied. However, there is a lack of research on protecting lithium metal by forming a lithium-alloy-based protective layer on the surface of lithium metal.

한국 공개특허 10-2012-0122674Korean Patent Publication No. 10-2012-0122674

본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 리튬 금속 표면에 다른 금속 소스를(주석, 실리콘, 게르마늄, 알루미늄, 안티몬, 금, 은, 인듐, 구리, 마그네슘, 나트륨, 칼륨, 아연 및 니켈 등 리튬과 합금을 이룰 수 있는 금속) 도포함으로써 리튬 금속 표면에 얇은 리튬 합금층을 형성하여 1) 리튬 합금과 전해질 간의 안정한 고체 전해질 계면SEI(Solid Electrolyte Interface) 층을 형성하고, 2) 리튬보다 높은 전위의 합금 층의 리튬 전달에 따른 덴드라이트 억제를 통한 리튬의 안정성을 증가시킨, 표면 보호층이 형성된 리튬 음극 제조방법 및 이에 따라 제조된 리튬 음극을 제공하는 데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a lithium- , A metal capable of forming an alloy with lithium such as potassium, zinc and nickel) to form a thin lithium alloy layer on the surface of the lithium metal to form a stable solid electrolyte interface SEI (Solid Electrolyte Interface) layer between the lithium alloy and the electrolyte , 2) a lithium negative electrode having a surface protective layer formed by increasing the stability of lithium through dendrite inhibition due to the lithium transfer of the alloy layer having a higher potential than that of lithium, and a lithium negative electrode produced by the method.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 측면은 리튬 금속에 보호금속 전구체 용액을 도포하는 단계(단계 1); 및 상기 전구체 용액이 도포된 리튬 금속을 반응시켜, 표면에 리튬-보호금속 합금층을 형성하는 단계(단계 2);를 포함하는, 표면 보호층이 형성된 리튬 음극 제조방법을 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a lithium secondary battery including: applying a protective metal precursor solution to a lithium metal (step 1); And forming a lithium-protective metal alloy layer on the surface by reacting the lithium metal coated with the precursor solution (step 2).

일 실시예에 있어서, 상기 단계 1의 보호금속 전구체는 주석, 실리콘, 게르마늄, 알루미늄, 안티몬, 금, 은, 인듐, 구리, 마그네슘, 나트륨, 칼륨, 아연 및 니켈로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종의 금속을 포함하는 전구체를 사용할 수 있다.In one embodiment, the protective metal precursor of step 1 is one metal selected from the group consisting of tin, silicon, germanium, aluminum, antimony, gold, silver, indium, copper, magnesium, sodium, potassium, May be used.

일 실시예에 있어서, 상기 단계 1의 보호금속 전구체는 주석 전구체를 사용할 수 있고, 상기 주석 전구체는 염화주석(SnCl2), 사염화주석(SnCl4), 아세트산주석(Sn(CH3COO)2), 주석아세틸아세토네이트(Sn(CH3COCHCOCH3)2)로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.In one embodiment, the protective metal precursor of step 1 can be a tin precursor, which is selected from the group consisting of tin chloride (SnCl 2 ), tin tetrachloride (SnCl 4 ), tin acetate (Sn (CH 3 COO) 2 ) , And tin acetylacetonate (Sn (CH 3 COCHCOCH 3 ) 2 ).

일 실시예에 있어서, 상기 단계 1의 보호금속 전구체는 실리콘 전구체를 사용할 수 있고, 상기 실리콘 전구체는 사염화실리콘(SiCl4), 디클로로실란(SiH2Cl2), 헥사클로로디실란(Si2Cl6), 실란(SiH4), 테트라에톡시실란(Si(C2H5O)4) 및 실리콘 테트라이소시아네이트(Si(NCO)4)로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.In one embodiment, the protective metal precursor of step 1 may be a silicon precursor, and the silicon precursor may be selected from the group consisting of silicon tetrachloride (SiCl 4 ), dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ), hexachlorodisilane (Si 2 Cl 6 ), Silane (SiH 4 ), tetraethoxysilane (Si (C 2 H 5 O) 4 ), and silicon tetraisocyanate (Si (NCO) 4 ).

일 실시예에 있어서, 상기 단계 1의 전구체 용액의 도포는 도포 두께가 10 nm 내지 50 ㎛이 되도록 수행될 수 있되, 도포 두께에 따라 리튬의 출입에 저항이 증가하지 않는 두께 내에서 수행될 수 있다..In one embodiment, the application of the precursor solution of step 1 may be carried out so that the coating thickness is 10 nm to 50 탆, but it may be carried out within a thickness that does not increase the resistance to the entry and exit of lithium depending on the coating thickness ..

일 실시예에 있어서, 상기 단계 2의 반응 온도는 25 ℃ 내지 200 ℃일 수 있고, 리튬금속이 용융(melt) 되지 않는 온도범위 내에서 반응시킬 수 있다.In one embodiment, the reaction temperature in the step 2 may be 25 to 200 ° C, and the reaction may be performed within a temperature range in which the lithium metal is not melted.

일 실시예에 있어서, 상기 단계 2의 반응 시간은 0.5 분 내지 24 시간 일 수 있고, 반응 중 리튬 금속과 부반응이 일어나지 않는 시간 내에서 반응시킬 수 있다.In one embodiment, the reaction time in step 2 may be from 0.5 minutes to 24 hours, and may be carried out within a period of time during which no side reaction with lithium metal occurs during the reaction.

일 실시예에 있어서, 상기 단계 2의 리튬-보호금속 합금층은 리튬-주석계 합금, 리튬-실리콘계 합금, 리튬-게르마늄계 합금, 리튬-알루미늄계 합금, 리튬-안티몬계 합금, 리튬-은계 합금, 리튬-금계 합금, 리튬-인듐계 합금, 리튬-구리계 합금, 리튬-마그네슘계 합금, 리튬-나트륨계 합금, 리튬-칼륨계 합금, 리튬-아연계 합금 및 리튬-니켈계 합금으로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종의 합금을 포함할 수 있다.In one embodiment, the lithium-protective metal alloy layer in step 2 is a lithium-tin alloy, a lithium-silicon alloy, a lithium-germanium alloy, a lithium-aluminum alloy, a lithium- antimony alloy, A lithium-iron alloy, a lithium-gold alloy, a lithium-indium alloy, a lithium-copper alloy, a lithium-magnesium alloy, a lithium-sodium alloy, a lithium-potassium alloy, And the like.

또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 다른 일 측면은 상기의 방법으로 제조되어, 리튬 금속; 및 상기 리튬 금속 표면에 10 nm 내지 50 ㎛ 두께로 형성된 리튬-보호금속 합금층;을 포함하는, 표면 보호층이 형성된 리튬 음극을 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a lithium secondary battery comprising: a lithium metal; And a lithium-protective metal alloy layer formed on the lithium metal surface to a thickness of 10 nm to 50 占 퐉.

일 실시예에 있어서, 상기 리튬-보호금속 합금층은 리튬-주석계 합금, 리튬-실리콘계 합금, 리튬-게르마늄계 합금, 리튬-알루미늄계 합금, 리튬-안티몬계 합금, 리튬-은계 합금, 리튬-금계 합금, 리튬-인듐계 합금, 리튬-구리계 합금, 리튬-마그네슘계 합금, 리튬-나트륨계 합금, 리튬-칼륨계 합금, 리튬-아연계 합금 및 리튬-니켈계 합금으로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종의 합금을 포함할 수 있다.In one embodiment, the lithium-protecting metal alloy layer is formed of a lithium-tin alloy, a lithium-silicon alloy, a lithium-germanium alloy, a lithium-aluminum alloy, a lithium-antimony alloy, A lithium-iron alloy, a lithium-iron alloy, a lithium-iron alloy, a lithium-iron alloy, a lithium-indium alloy, a lithium-copper alloy, a lithium-magnesium alloy, a lithium- May include alloys of species.

또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 또 다른 일 측면은 제9상기의 리튬 음극; 전해질; 및 양극을 포함하는 리튬 이차전지를 제공한다.In order to achieve the above object, another aspect of the present invention is a lithium secondary battery comprising: the lithium negative electrode of the ninth aspect; Electrolyte; And a positive electrode.

본 발명의 일 측면에 따르면, 리튬 금속 표면에 리튬-보호금속 합금층을 형성하여, 이를 리튬 이차전지의 음극으로 적용 시 리튬 흡착 및 탈착 과정에서 피치발생을 최소화하고, 전류분포를 균일하게 하며, 리튬 음극의 덴드라이트 성장을 억제하여 리튬 이차전지의 충방전 싸이클 특성을 향상시킬 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a lithium secondary battery comprising: a lithium-protective metal alloy layer formed on a surface of a lithium metal and applying the lithium-protective metal alloy layer as a negative electrode of a lithium secondary battery to minimize pitch generation during lithium adsorption and desorption, The charge / discharge cycle characteristics of the lithium secondary battery can be improved by suppressing the dendrite growth of the lithium negative electrode.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.It should be understood that the effects of the present invention are not limited to the above effects and include all effects that can be deduced from the detailed description of the present invention or the configuration of the invention described in the claims.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 표면 보호층이 형성된 리튬 음극 제조방법의 일례를 나타낸 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 표면 보호층이 형성된 리튬 음극 제조방법의 일례를 나타낸 그림이다.
도 3은 본 발명의 실시예 1 및 2와 리튬 금속을 비교한 사진이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 표면 보호층이 형성된 리튬 음극을 포함하는 리튬 코인셀의 일례를 나타낸 그림이다.
도 5는 본 발명의 실시예 3, 4 및 비교예 1의 충방전 싸이클 특성을 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예 3, 4 및 비교예 1의 10 싸이클 충방전 수행 전후의 전기화학적 임피던스 분광법을 수행한 그래프이다.
도 7은 본 발명의 비교예 1의 10 싸이클 충방전 수행 전후의 음극 표면 사진을 주사전자현미경을 통해 촬영한 사진이다.
도 8은 본 발명의 실시예 3의 10 싸이클 충방전 수행 전후의 음극 표면 사진을 주사전자현미경을 통해 촬영한 사진이다.
도 9는 본 발명의 실시예 4의 10 싸이클 충방전 수행 전후의 음극 표면 사진을 주사전자현미경을 통해 촬영한 사진이다.
FIG. 1 is a flowchart showing an example of a method of manufacturing a lithium negative electrode having a surface protective layer according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a view illustrating an example of a method of manufacturing a lithium anode having a surface protection layer according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.
FIG. 3 is a photograph showing a comparison between Examples 1 and 2 of the present invention and lithium metal.
4 is a view illustrating an example of a lithium coin cell including a lithium negative electrode having a surface protection layer according to an embodiment of the present invention.
5 is a graph showing charge-discharge cycle characteristics of Examples 3 and 4 and Comparative Example 1 of the present invention.
FIG. 6 is a graph showing electrochemical impedance spectroscopy performed before and after 10 cycle charging and discharging of Examples 3 and 4 and Comparative Example 1 of the present invention. FIG.
7 is a photograph of a surface of a negative electrode surface taken before and after 10 cycle charging and discharging of Comparative Example 1 of the present invention, taken through a scanning electron microscope.
8 is a photograph of a cathode surface photograph taken before and after 10 cycle charging and discharging according to Example 3 of the present invention through a scanning electron microscope.
FIG. 9 is a photograph of a cathode surface photograph taken before and after 10 cycles charging and discharging according to Example 4 of the present invention through a scanning electron microscope. FIG.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것을 달성하는 방법은 첨부된 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention and the manner of achieving it will become apparent with reference to the embodiments described in detail below with reference to the accompanying drawings.

그러나, 본 발명은 이하에 개시되는 실시예들에 의해 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 또한, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.It should be understood, however, that the present invention is not limited to the disclosed embodiments, but may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the exemplary embodiments set forth herein. To fully inform the inventor of the category of invention. Further, the present invention is only defined by the scope of the claims.

나아가, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기술 등이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그에 관한 자세한 설명은 생략하기로 한다.Further, in the following description of the present invention, if it is determined that related arts or the like may obscure the gist of the present invention, detailed description thereof will be omitted.

본 발명의 일 측면은,According to an aspect of the present invention,

리튬 금속에 보호금속 전구체 용액을 도포하는 단계(단계 1)(S10); 및(Step 1) (S10) of applying a protective metal precursor solution to the lithium metal; And

상기 전구체 용액이 도포된 리튬 금속을 반응시켜, 표면에 리튬-보호금속 합금층을 형성하는 단계(단계 2)(S20);를 포함하는, 표면 보호층이 형성된 리튬 음극 제조방법을 제공한다.And a step (S20) of reacting the lithium metal coated with the precursor solution to form a lithium-protective metal alloy layer on the surface (step S20).

이하, 본 발명의 일 측면에 따른 표면 보호층이 형성된 리튬 음극 제조방법에 대하여 각 단계별로 상세히 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing a lithium negative electrode having a surface protective layer according to one aspect of the present invention will be described in detail for each step.

본 발명의 일 측면에 따른 표면 보호층이 형성된 리튬 음극 제조방법에 있어서, 상기 단계 1(S10)은 리튬 금속에 보호금속 전구체 용액을 도포한다.In the method for manufacturing a lithium negative electrode having a surface protective layer according to one aspect of the present invention, the step 1 (S10) applies a protective metal precursor solution to lithium metal.

상기 단계 1의 보호금속은 주석, 실리콘, 게르마늄, 알루미늄, 안티몬, 은, 금, 인듐, 구리, 마그네슘, 나트륨, 칼륨, 아연, 니켈 등 리튬과 합금을 형성할 수 있는 금속일 수 있고, 바람직하게는 주석 또는 실리콘일 수 있다.The protective metal in step 1 may be a metal capable of forming an alloy with lithium such as tin, silicon, germanium, aluminum, antimony, silver, gold, indium, copper, magnesium, sodium, potassium, zinc, nickel, May be tin or silicon.

상기 단계 1의 보호금속 전구체는 주석 전구체일 수 있고, 상기 주석 전구체는 염화주석(SnCl2), 사염화주석(SnCl4), 아세트산주석(Sn(CH3COO)2), 주석아세틸아세토네이트(Sn(CH3COCHCOCH3)2)로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 사염화주석을 포함할 수 있다.The protective metal precursor of step 1 may be a tin precursor such as SnCl 2 , SnCl 4 , Sn (CH 3 COO) 2 , Sn (Sn (CH 3 COCHCOCH 3 ) 2 ), and may preferably contain at least one selected from the group consisting of tin tetrachloride.

상기 단계 1의 보호금속 전구체로 주석 전구체를 사용할 경우, 이후 단계(단계 2)에서 리튬-주석 합금층이 형성될 수 있다.If a tin precursor is used as the protective metal precursor of step 1, a lithium-tin alloy layer may be formed in a subsequent step (step 2).

상기 단계 1의 보호금속 전구체는 실리콘 전구체일 수 있고, 상기 실리콘 전구체는 사염화실리콘(SiCl4), 디클로로실란(SiH2Cl2), 헥사클로로디실란(Si2Cl6), 실란(SiH4), 테트라에톡시실란(Si(C2H5O)4) 및 실리콘 테트라이소시아네이트(Si(NCO)4)로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있고, 바람직하게는 사염화실리콘을 포함할 수 있다.The protective metal precursor of step 1 may be a silicon precursor and the silicon precursor may be silicon tetrachloride (SiCl 4 ), dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ), hexachlorodisilane (Si 2 Cl 6 ), silane (SiH 4 ) , Tetraethoxysilane (Si (C 2 H 5 O) 4 ) and silicon tetraisocyanate (Si (NCO) 4 ), and preferably may contain silicon tetrachloride have.

상기 단계 1의 보호금속 전구체로 실리콘 전구체를 사용할 경우, 이후 단계(단계 2)에서 리튬-실리콘 합금층이 형성될 수 있다. If a silicon precursor is used as the protective metal precursor of step 1, a lithium-silicon alloy layer may be formed in a subsequent step (step 2).

상기 단계 1의 전구체 용액은 구체적인 일례로, 사염화주석 수화물 용액을 용매에 혼합하여 구비할 수 있다.The precursor solution of step 1 may be prepared by mixing a solution of tin tetrachloride hydrate in a solvent.

상기 단계 1의 전구체 용액은 다른 구체적인 일례로, 사염화실리콘 수화물 용액을 용매에 혼합하여 구비할 수 있다.As another specific example, the precursor solution of step 1 may be prepared by mixing a solution of a silicon tetrachloride hydrate in a solvent.

상기 용매는 메탄올, 에탄올, n-프로판올, 이소프로판올, 디메틸설폭시드(DMSO), 테트라하이드로퓨란(THF), 아세토니트릴(ACN), 아세톤, 디메틸포름아미드(DMF), N-메틸피롤리디논(NMP), 디메틸아세트아미드(DMA), 에틸렌 카보네이트(EC), 디에틸 카보네이트(DEC), 디메틸카보네이트(DMC), 프로필렌카보네이트(PC), 에틸렌카보네이트(EC)와 디메틸카보네이트(DMC)의 중합체(비율은 v:v으로 다양함), 에틸린카보네이트(EC)와 프로필렌카보네이트(PC) 중합체(비율은 v:v으로 다양함) 및 디메틸이써(DME)로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.The solvent may be selected from the group consisting of methanol, ethanol, n-propanol, isopropanol, dimethyl sulfoxide (DMSO), tetrahydrofuran (THF), acetonitrile (ACN), acetone, dimethylformamide (DMF), N-methylpyrrolidinone ), Dimethylacetamide (DMA), ethylene carbonate (EC), diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC), propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC) and dimethyl carbonate v: v), ethylenecarbonate (EC) and propylene carbonate (PC) polymers (the ratio varies in v: v), and dimethyl ether (DME).

상기 단계 1의 전구체 용액의 도포는 드롭 캐스팅, 딥 코팅, 전사 코팅 등의 방법을 통해 수행될 수 있고, 바람직하게는 드롭 캐스팅을 통해 수행될 수 있다.The application of the precursor solution of step 1 above may be carried out by a method such as drop casting, dip coating, transfer coating and the like, preferably, through drop casting.

상기 단계 1의 전구체 용액의 도포는 도포 두께가 10 nm 내지 50 ㎛이 되도록 수행될 수 있고, 바람직하게는 100 nm 내지 10 ㎛의 두께가 되도록 수행될 수 있으며, 상기 도포된 두께가 저항 증가로 이어지지 않도록 수행될 수 있다. 상기 도포 두께가 10 nm 미만일 경우, 하기 후술할 리튬 이차전지의 반복적인 충방전 시 피치가 많이 형성되어 리튬 이차전지의 안정성이 저하될 우려가 있고, 상기 도포 두께가 50 ㎛ 초과일 경우, 도포된 층이 저항체로 작용하여 저항 증가의 문제가 발생할 수 있다. The application of the precursor solution of step 1 above can be carried out so that the coating thickness is 10 nm to 50 m, preferably 100 nm to 10 m, and the applied thickness does not lead to an increase in resistance . When the coating thickness is less than 10 nm, there is a possibility that the pitch of the rechargeable lithium secondary battery to be described later will be increased and the stability of the lithium secondary battery may be deteriorated. When the coating thickness exceeds 50 탆, Layer may act as a resistor, which may cause a problem of resistance increase.

상기 단계 1은 하기의 반응식 1에 의해서 반응성이 큰 리튬 메탈과 합금을 이룰 수도 있고, 합금으로 인하여 하기 후술할 리튬 이차전지의 안정한 고체 전해질 계면(SEI) 층 형성과 물리적 보호막 역할을 기대할 수 있다.The step 1 may form an alloy with a lithium metal having a high reactivity according to the following Reaction Scheme 1, and it is expected that the alloy plays a role of forming a stable solid electrolyte interface (SEI) layer and a physical protective layer of a lithium secondary battery described later.

[반응식 1][Reaction Scheme 1]

xLi+ + xe- + yM ↔ LixMy (M=Si, Sn, Ge…) xLi + + xe - + yM? Li x M y (M = Si, Sn, Ge ...)

상기 단계 1에서 보호금속 전구체로 주석 전구체를 사용할 경우, 하기 단계 2의 반응을 통해 LixSny(Li22Sn5 Li7Sn2, Li13Sn5 Li7Sn2, Li5Sn2, LiSn, Li2Sn5) 등의 금속간화합물이 형성될 수도 있다.When the tin precursor is used as the protective metal precursor in the step 1, Li x Sn y (Li 22 Sn 5 Li 7 Sn 2 , Li 13 Sn 5 Li 7 Sn 2 , Li 5 Sn 2 , LiSn , Li 2 Sn 5 ) may be formed.

상기 단계 1에서 보호금속 전구체로 실리콘 전구체를 사용할 경우, 하기 단계 2의 반응을 통해 LixSiy(Li22Si5, Li13Si4, Li7Si3, Li12Si7 및 LiSi) 등의 금속간화합물이 형성될 수도 있다.When a silicon precursor is used as the protective metal precursor in the step 1, Li x Si y (Li 22 Si 5 , Li 13 Si 4 , Li 7 Si 3 , Li 12 Si 7 and LiSi) An intermetallic compound may be formed.

상기 단계 1은 보호금속 전구체 용액을 도포하는 과정 대신, 도 2 (c)에 도시한 바와 같이 기판 상에 보호금속 전구체 및 바인더를 도포하고 이를 리튬 금속 표면으로 전사시켜 수행될 수 있다. 상기 기판은 구리 포일일 수 있다.Step 1 may be performed by applying a protective metal precursor and a binder onto a substrate and transferring the protective metal precursor and the binder onto a lithium metal surface, as shown in FIG. 2 (c), instead of applying the protective metal precursor solution. The substrate may be a copper foil.

상기 단계 1은 보호금속 전구체 용액을 도포하는 과정 대신에, 도 2 (d)에 도시한 바와 같이 보호금속 전구체 및 전해질이 혼합된 용액 상에 리튬 금속 전극, 상대 보호금속 전극을 이격 배치시켜 전착을 통해 수행될 수도 있다.In the step 1, instead of applying the protective metal precursor solution, a lithium metal electrode and a counterpart protective metal electrode are disposed on a solution mixed with a protective metal precursor and an electrolyte as shown in FIG. 2 (d) ≪ / RTI >

본 발명의 일 측면에 따른 표면 보호층이 형성된 리튬 음극 제조방법에 있어서, 상기 단계 2(S20)는 상기 전구체 용액이 도포된 리튬 금속을 반응시켜, 표면에 리튬-보호금속 합금층을 형성한다.In step (S20), the lithium metal coated with the precursor solution is reacted to form a lithium-protective metal alloy layer on the surface, in the method for manufacturing a lithium anode having a surface protective layer according to one aspect of the present invention.

상기 단계 2의 반응 온도는 25 ℃ 내지 200 ℃일 수 있고, 바람직하게는 25 ℃ 내지 100 ℃일 수 있다. 상기 반응 온도가 25 ℃ 미만일 경우, 온도가 낮아 합금 반응이 용이하게 발생하지 못할 가능성이 있으며, 이에 불순물들의 함량이 높아 리튬 이차전지의 음극으로 활용할 시 충방전 특성이 저하될 우려가 있고, 상기 반응 온도가 200 ℃ 초과일 경우, 리튬금속의 용융으로 인하여 금속 자체의 손상 문제가 발생할 수 있다.The reaction temperature of the step 2 may be 25 캜 to 200 캜, preferably 25 캜 to 100 캜. If the reaction temperature is lower than 25 ° C, the reaction may not be easily performed due to the low temperature. Therefore, the content of impurities is high, so there is a possibility that the charge / discharge characteristics of the lithium secondary battery may deteriorate. If the temperature is higher than 200 ° C, the problem of damage to the metal itself may occur due to melting of the lithium metal.

상기 단계 2의 반응 시간은 0.5 분 내지 24 시간 동안 수행될 수 있고, 바람직하게는 1 분 내지 12 시간 동안 수행될 수 있다. 상기 반응 시간이 0.5 분 미만일 경우, 리튬-보호금속 합금층이 균일하게 형성되지 못할 우려가 있고, 상기 반응 시간이 24 시간 초과일 경우, 리튬-보호금속 합금층을 형성 외에 부반응이 존재하여 불순물 함량이 높아지고 리튬 이차전지의 음극으로서 활용 시 특성이 저하될 우려가 있다.The reaction time of step 2 may be performed for 0.5 minutes to 24 hours, preferably for 1 minute to 12 hours. If the reaction time is less than 0.5 minutes, the lithium-protective metal alloy layer may not be uniformly formed. If the reaction time is more than 24 hours, a side reaction other than the formation of the lithium- There is a possibility that the characteristics of the lithium secondary battery may deteriorate when used as a cathode of the lithium secondary battery.

상기 단계 2의 반응을 통해 리튬-보호금속 합금층이 용이하게 형성될 수 있다. 상기 리튬-보호금속 합금층은 리튬-주석계 합금, 리튬-실리콘계 합금, 리튬-게르마늄계 합금, 리튬-알루미늄계 합금, 리튬-안티몬계 합금, 리튬-은계 합금, 리튬-금계 합금, 리튬-인듐계 합금, 리튬-구리계 합금, 리튬-마그네슘계 합금, 리튬-나트륨계 합금, 리튬-칼륨계 합금, 리튬-아연계 합금 및 리튬-니켈계 합금으로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종의 합금을 포함할 수 있다. 상기 단계 1의 보호금속 전구체가 주석 전구체일 경우, 상기 단계 2의 반응을 통해 리튬-주석계 합금층이 형성될 수 있고, 이때 상기 리튬-주석계 합금층은 LixSny(Li22Sn5 Li7Sn2, Li13Sn5 Li7Sn2, Li5Sn2, LiSn, Li2Sn5) 등의 금속간화합물을 포함할 수도 있다. 상기 단계 1의 보호금속 전구체가 실리콘일 경우, 상기 단계 2의 반응을 통해 리튬-실리콘계 합금층이 형성될 수 있고, 이때 상기 리튬-실리콘계 합금층은 LixSiy(Li22Si5, Li13Si4, Li7Si3, Li12Si7 및 LiSi)등의 금속간화합물을 포함할 수도 있다.Through the reaction of step 2, the lithium-protecting metal alloy layer can be easily formed. The lithium-protective metal alloy layer may be formed of a lithium-tin alloy, a lithium-silicon alloy, a lithium-germanium alloy, a lithium-aluminum alloy, a lithium-antimony alloy, a lithium- A lithium-magnesium alloy, a lithium-magnesium alloy, a lithium-magnesium alloy, a lithium-sodium alloy, a lithium-potassium alloy, a lithium-zinc alloy and a lithium-nickel alloy . When the protective metal precursor of step 1 is a tin precursor, a lithium-tin alloy layer may be formed through the reaction of step 2, wherein the lithium-tin alloy layer comprises Li x Sn y (Li 22 Sn 5 And an intermetallic compound such as Li 7 Sn 2 , Li 13 Sn 5 Li 7 Sn 2 , Li 5 Sn 2 , LiSn, and Li 2 Sn 5 ). When the protective metal precursor of step 1 is silicon, a lithium-silicon based alloy layer may be formed through the reaction of step 2, wherein the lithium-silicon based alloy layer is Li x Si y (Li 22 Si 5 , Li 13 Si 4 , Li 7 Si 3 , Li 12 Si 7, and LiSi).

상기 단계 1 및 단계 2를 통해 형성된 리튬-보호금속 합금층을 포함하는 리튬 음극은, 리튬 이차전지로 적용될 시 반복적인 충방전에도 음극 표면의 피치 성장 및 덴드라이트 성장을 억제하며 안정적인 수명특성을 나타낼 수 있다.The lithium negative electrode comprising the lithium-protective metal alloy layer formed through steps 1 and 2 suppresses pitch growth and dendrite growth on the surface of the negative electrode even when repeatedly charged and discharged when applied to a lithium secondary battery, and exhibits stable lifetime characteristics .

또한, 본 발명의 다른 일 측면은,According to another aspect of the present invention,

상기의 방법(단계 1 및 단계 2, S10 및 S20)으로 제조되어,(Steps 1 and 2, S10 and S20)

리튬 금속; 및 상기 리튬 금속 표면에 10 nm 내지 50 ㎛ 두께로 형성된 리튬-보호금속 합금층;을 포함하는, 표면 보호층이 형성된 리튬 음극을 제공한다.Lithium metal; And a lithium-protective metal alloy layer formed on the lithium metal surface to a thickness of 10 nm to 50 占 퐉.

상기 리튬-보호금속 합금층은 리튬-주석계 합금, 리튬-실리콘계 합금, 리튬-게르마늄계 합금, 리튬-알루미늄계 합금, 리튬-안티몬계 합금, 리튬-은계 합금, 리튬-금계 합금, 리튬-인듐계 합금, 리튬-구리계 합금, 리튬-마그네슘계 합금, 리튬-나트륨계 합금, 리튬-칼륨계 합금, 리튬-아연계 합금 및 리튬-니켈계 합금으로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종의 합금을 포함할 수 있다.The lithium-protective metal alloy layer may be formed of a lithium-tin alloy, a lithium-silicon alloy, a lithium-germanium alloy, a lithium-aluminum alloy, a lithium-antimony alloy, a lithium- A lithium-magnesium alloy, a lithium-magnesium alloy, a lithium-magnesium alloy, a lithium-sodium alloy, a lithium-potassium alloy, a lithium-zinc alloy and a lithium-nickel alloy .

상기 리튬 금속 표면에 10 nm 내지 50 ㎛ 두께로 형성된 리튬-보호금속 합금층으로 인하여, 이를 적용한 리튬 이차전지에서 안정하고 저항이 낮은 고체 전해질 계면(SEI) 층을 형성할 수 있고, 이에 따라 리튬이온의 흡착 및 탈착이 안정적으로 이루어질 수 있다.Due to the lithium-protective metal alloy layer formed on the lithium metal surface to a thickness of 10 nm to 50 탆, a stable and low-resistance solid electrolyte interface (SEI) layer can be formed in the lithium secondary battery to which the lithium- Adsorption and desorption can be stably performed.

또한, 본 발명의 또 다른 일 측면은,According to another aspect of the present invention,

상기의 표면 보호층이 형성된 리튬 음극; 전해질; 및 양극을 포함하는 리튬 이차전지를 제공한다.A lithium negative electrode having a surface protective layer formed thereon; Electrolyte; And a positive electrode.

상기 이차전지는 상기 음극 및 양극 사이에 구비되는 분리막을 더 포함할 수 있다.The secondary battery may further include a separation membrane disposed between the cathode and the anode.

상기 리튬 이차전지는 포함될 수 있는 분리막과 전해질의 종류에 따라 리튬 이온전지, 리튬이온 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 있고, 본 발명의 일 측면은 이들 모두를 포함할 수 있다.The lithium secondary battery may be classified into a lithium ion battery, a lithium ion polymer battery, and a lithium polymer battery depending on the type of separation membrane and electrolyte to be included, and may be classified into a cylindrical shape, a square shape, a coin shape, And can be divided into a bulk type and a thin film type depending on the size, and one aspect of the present invention can include all of them.

상기 리튬 이차전지는 음극과 양극 사이에 분리막을 배치하여 전극 조립체를 제조하고, 이를 케이스에 위치시키며 리튬염 함유 비수계 전해질을 주입함으로써 제조할 수 있다. 상기 음극은 앞서 기술한 본 발명의 일 측면에 따른 표면 보호층이 형성된 리튬 음극이 적용될 수 있다.The lithium secondary battery can be manufactured by disposing a separator between a cathode and an anode to manufacture an electrode assembly, placing the electrode assembly in a case, and injecting a non-aqueous electrolyte containing a lithium salt. The negative electrode may be a lithium negative electrode having a surface protective layer according to one aspect of the present invention.

상기 분리막은 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용될 수 있다.The separator may be an insulating thin film having high ion permeability and mechanical strength.

상기 분리막의 기공 직경은 0.01 ㎛ 내지 10 ㎛일 수 있고, 두께는 5 ㎛ 내지 300 ㎛ 일 수 있으나, 이에 제한하는 것은 아니다.The pore diameter of the separation membrane may be 0.01 탆 to 10 탆, and the thickness may be 5 탆 to 300 탆, but is not limited thereto.

상기 분리막은 내화학성 및 소수성의 폴리프로필렌 등의 올레핀계 폴리머, 유리섬유 또는 폴리에틸렌 등으로 만들어진 시트나 부직포 등을 사용할 수 있다. 또한, 전해질로서 폴리머 등의 고체 전해질이 사용되는 경우에는 고체 전해질이 분리막을 겸할수도 있다.The separator may be a sheet or nonwoven fabric made of olefin-based polymer such as polypropylene which is resistant to chemical and hydrophobic, glass fiber, polyethylene, or the like. Further, when a solid electrolyte such as a polymer is used as the electrolyte, the solid electrolyte may also serve as a separation membrane.

상기 전해질은 비수 전해질과 리튬염으로 이루어져 있을 수 있다. 비수 전해질로는 비수 전해액, 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용될 수 있다.The electrolyte may comprise a non-aqueous electrolyte and a lithium salt. The non-aqueous electrolyte may be a non-aqueous electrolyte, a solid electrolyte, an inorganic solid electrolyte, or the like.

상기 비수 전해질로는, 예를 들어, N-메틸-2-피롤리디논, 프로필렌 카르보네이트, 에틸렌 카르보네이트, 부틸렌 카르보네이트, 디메틸 카르보네이트, 디에틸 카르보네이트, 감마-부틸로 락톤, 1,2-디메톡시 에탄, 테트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran, THF), 2-메틸 테트라하이드로퓨란, 디메틸술폭시드, 1,3-디옥솔란(1,3-dioxolan), 포름아미드, 디메틸포름아미드, 디옥솔란(dioxolan), 아세토니트릴, 니트로메탄, 포름산 메틸, 초산메틸, 인산 트리에스테르, 트리메톡시 메탄, 디옥솔란(dioxolan) 유도체, 설포란, 메틸 설포란, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 프로필렌 카르보네이트 유도체, 테트라하이드로퓨란 유도체, 에테르, 피로피온산 메틸, 프로피온산 에틸 등의 비양자성 유기용매가 사용될 수 있다.Examples of the nonaqueous electrolyte include N-methyl-2-pyrrolidinone, propylene carbonate, ethylene carbonate, butylenecarbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, Such as tetrahydrofuran, tetrahydrofuran (THF), 2-methyltetrahydrofuran, dimethylsulfoxide, 1,3-dioxolane, formamide, dimethylform Amide, dioxolan, acetonitrile, nitromethane, methyl formate, methyl acetate, triester phosphate, trimethoxymethane, dioxolan derivatives, sulfolane, methylsulfolane, 1,3-dimethyl- -Ammonic organic solvents such as imidazolidinone, propylene carbonate derivatives, tetrahydrofuran derivatives, ethers, methyl pyrophosphate and ethyl propionate can be used.

상기 유기 고체 전해질로는, 예를 들어, 폴리에틸렌 유도체, 폴리에틸렌 옥사이드 유도체, 폴리프로필렌 옥사이드 유도체, 인산 에스테르 폴리머, 폴리 에지테이션 리신(agitation lysine), 폴리에스테르 술파이드, 폴리비닐알코올, 폴리 불화 비닐리덴, 이온성 해리기를 포함하는 중합체 등이 사용될 수 있다.Examples of the organic solid electrolyte include a polymer electrolyte such as a polyethylene derivative, a polyethylene oxide derivative, a polypropylene oxide derivative, a phosphate ester polymer, an agitation lysine, a polyester sulfide, a polyvinyl alcohol, a polyvinylidene fluoride, Polymers containing ionic dissociation groups, and the like can be used.

상기 무기 고체 전해질로는, 예를 들어, Li3N, LiI, Li5NI2, Li3N-LiI-LiOH, LiSiO4, LiSiO4-LiI-LiOH, Li2SiS3, Li4SiO4, Li4SiO4-LiI-LiOH, Li3PO4-Li2S-SiS2 등의 Li의 질화물, 할로겐화물, 황산염 등이 사용될 수 있다.Examples of the inorganic solid electrolyte include Li 3 N, LiI, Li 5 NI 2 , Li 3 N-LiI-LiOH, LiSiO 4 , LiSiO 4 -LiI-LiOH, Li 2 SiS 3 , Li 4 SiO 4 , Nitrides, halides and sulfates of Li such as Li 4 SiO 4 -LiI-LiOH and Li 3 PO 4 -Li 2 S-SiS 2 can be used.

상기 리튬염은 상기 비수계 전해질에 용해되기 용이한 물질으로서, 예를 들어, LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, CF3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, 클로로보란리튬, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4 페닐 붕산 리튬 등이 사용될 수 있다.The lithium salt is a substance which is easily dissolved in the non-aqueous electrolyte, for example, LiCl, LiBr, LiI, LiClO 4 , LiBF 4 , LiB 10 Cl 10 , LiPF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiCF 3 CO 2 , LiAsF 6, LiSbF 6, LiAlCl 4 , CH 3 SO 3 Li, CF 3 SO 3 Li, (CF 3 SO 2) can be used 2 NLi, such as chloroborane lithium, lower aliphatic carboxylic acid lithium, lithium tetraphenyl borate.

상기 이차전지는 리튬 음극의 표면 보호층으로 리튬이온의 불균일 탈착을 억제하고, 피치 및 덴드라이트 성장을 억제할 수 있으며, 이로 인하여 수명특성이 증가할 수 있다.The secondary battery is a surface protective layer of a lithium negative electrode, suppressing non-uniform detachment of lithium ions, suppressing pitch and dendritic growth, and thereby improving lifetime characteristics.

이하, 실시예 및 실험예에 의하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하고자 한다. 단, 하기 실시예 및 실험예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐 본 발명의 범위가 이들만으로 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Experimental Examples. However, the following examples and experimental examples are for illustrative purposes only and are not intended to limit the scope of the present invention.

<실시예 1> 표면 보호층이 형성된 리튬 음극 제조 1&Lt; Example 1 > Preparation of a lithium negative electrode having a surface protective layer 1

단계 1 : 도 3에 도시한 바와 같이, 리튬 금속에 사염화주석(SnCl4) 용액을 드롭 캐스팅을 통해 30 ㎛의 두께가 되도록 도포하였다.Step 1: As shown in Fig. 3, a tin tetrachloride (SnCl4) solution was applied to lithium metal to a thickness of 30 mu m by drop casting.

단계 2 : 상기 도포 이후 25 ℃ 의 온도에서 1 분 동안 반응하여, 30 ㎛ 두께의 리튬-주석계 합금층이 형성된 리튬 음극을 제조하였다.Step 2: After the application, the reaction was conducted at a temperature of 25 캜 for 1 minute to prepare a lithium anode having a lithium-tin alloy layer with a thickness of 30 탆.

<실시예 2> 표면 보호층이 형성된 리튬 음극 제조 2&Lt; Example 2 > Preparation of a lithium negative electrode having a surface protective layer 2

단계 1 : 도 3에 도시한 바와 같이, 리튬 금속에 사염화실리콘(SiCl4) 용액을 드롭 캐스팅을 통해 50 ㎛의 두께가 되도록 도포하였다.Step 1: As shown in Fig. 3, a solution of silicon tetrachloride (SiCl4) was applied to lithium metal to a thickness of 50 mu m by drop casting.

단계 2 : 상기 도포 이후 25 ℃ 의 온도에서 3 분 동안 반응하여, 20 ㎛ 두께의 리튬-실리콘계 합금층이 형성된 리튬 음극을 제조하였다.Step 2: After the application, the reaction was carried out at a temperature of 25 캜 for 3 minutes to prepare a lithium anode having a 20 탆 thick lithium-silicon alloy layer.

<실시예 3> 리튬 코인셀 제조 1&Lt; Example 3 > Preparation of lithium coin cell 1

도 4에 도시한 바와 같이, 상기 실시예 1에서 제조된 리튬 음극; 리튬 금속 박막으로 구성되는 양극;을 구비하고, 상기 전극들을 두께 20㎛의 폴리에틸렌 재질의 분리막을 포함하여 적층 및 압축한 다음, 전해질을 주입하여 코인셀을 제조하였다. 이때, 전해질로서 에틸렌 카보네이트(EC), 디메틸 카보네이트(DMC)의 혼합 용매(EC:DMC=1:1의 부피비)에 LiPF6가 1M의 농도가 되도록 용해시킨 것을 사용하였다.As shown in FIG. 4, the lithium negative electrode prepared in Example 1; And a cathode made of a lithium metal thin film. The electrodes were laminated and compressed with a polyethylene separator having a thickness of 20 mu m, and then an electrolyte was injected to prepare a coin cell. At this time, a solution obtained by dissolving LiPF6 in a concentration of 1M in a mixed solvent of ethylene carbonate (EC) and dimethyl carbonate (DMC) (EC: DMC = 1: 1 by volume) as an electrolyte was used.

<실시예 4> 리튬 코인셀 제조 2Example 4 Lithium Coin Cell Production 2

음극으로 상기 실시예 2에서 제조된 리튬 음극;을 적용한 것을 제외하고, 상기 실시예 3과 동일하게 하여 코인셀을 제조하였다.A coin cell was prepared in the same manner as in Example 3, except that the lithium negative electrode prepared in Example 2 was used as a negative electrode.

<비교예 1> 리튬 코인셀 제조 3&Lt; Comparative Example 1 > Preparation of lithium coin cell 3

음극으로 순수 리튬 음극;을 적용한 것을 제외하고, 상기 실시예 3과 동일하게 하여 코인셀을 제조하였다.A coin cell was prepared in the same manner as in Example 3 except that a pure lithium negative electrode was used as a negative electrode.

<실험예 1> 리튬 코인셀의 충방전 특성 평가EXPERIMENTAL EXAMPLE 1 Evaluation of charge / discharge characteristics of a lithium coin cell

상기 실시예 3, 4 및 비교예 1에서 제조된 코인셀에 1 mA/㎠ 의 조건으로 1 시간씩 양전하 및 음전하를 반복적으로 가하여 충방전 싸이클 특성을 측정하였으며, 그 결과를 도 5에 나타내었다.The charge and discharge cycle characteristics were measured by repeatedly applying positive and negative charges to the coin cell prepared in Examples 3 and 4 and Comparative Example 1 for 1 hour under the condition of 1 mA / cm 2. The results are shown in FIG.

도 5에 나타낸 바와 같이, 리튬 합금층이 존재하지 않는 비교예 1의 경우, 55 싸이클 이후 수명이 다한 반면, 실시예 3의 경우 170 싸이클, 실시예 4의 경우 180싸이클에 도달하여 수명특성이 증가한 것을 확인하였다.As shown in Fig. 5, in the case of Comparative Example 1 in which the lithium alloy layer was not present, the lifetime after 55 cycles was reached, while 170 cycles in Example 3 and 180 cycles in Example 4 were reached, Respectively.

<실험예 2> 리튬 코인셀의 전기화학적 임피던스 분광법 테스트Experimental Example 2 Electrochemical Impedance Spectroscopy Test of Lithium Coin Cell

상기 실시예 3, 4 및 비교예 1에서 제조된 코인셀의 전기화학적 임피던스 분광법을 수행하였고, 상기 제조된 코인셀들을 10회 충방전 테스한 코인셀 또한 측정하였으며, 그 결과를 도 6 (a) 및 (b)에 나타내었다.The electrochemical impedance spectroscopy of the coin cells prepared in Examples 3 and 4 and Comparative Example 1 was performed, and the coin cells obtained by charging and discharging the prepared coin cells 10 times were also measured. The results are shown in FIG. 6 (a) And (b).

도 6 (a) 및 (b)에 나타낸 바와 같이, 코인셀의 리튬의 흡착 및 탈착이 일어나면서 리튬 금속의 표면 저항이 어떻게 변하는지를 나타내고 있다.6 (a) and 6 (b) show how the surface resistance of the lithium metal changes as the adsorption and desorption of lithium in the coin cell occurs.

도 6 (a)에 나타낸 바와 같이, 주석-리튬계 합금층이 형성된 실시예 3은 그렇지 않은 비교예 1에 비하여 저항이 감소된 것을 확인하였고, 실리콘-리튬계 합금층이 형성된 실시예 4는 더 작은 저항값을 나타내었다.As shown in Fig. 6 (a), in Example 3 in which a tin-lithium based alloy layer was formed, it was confirmed that the resistance was reduced in comparison with Comparative Example 1 in which no tin-lithium based alloy layer was formed. And showed a small resistance value.

도 6 (b)에 나타낸 바와 같이, 코인셀을 10 싸이클 구동한 후 전기화학적 임피던스 분광법을 측정한 결과는 10 싸이클과 같이 적은 시간의 수명 특성에서 초기 불안정했던 순수 리튬 음극으로 구성된 비교예 1이 고체 전해질 계면(SEI) 층을 형성하면서 안정해지기 때문에 10 싸이클 이전의 값 보다 저항이 낮아지는 것을 관찰할 수 있었다. 다만, 이 역시 리튬-주석계 합금, 리튬-실리콘계 합금이 코팅된 것에 비하여 저항이 큰 것을 확인할 수 있었다.As shown in FIG. 6 (b), the results of electrochemical impedance spectroscopy after driving the coin cell for 10 cycles showed that Comparative Example 1, which was composed of a pure lithium cathode which was initially unstable in a life time characteristic of less than 10 cycles, It is observed that the resistance becomes lower than the value before 10 cycles because the electrolyte is stabilized while forming the interface (SEI) layer. However, it was also confirmed that the resistance was also higher than that of the lithium-tin alloy and the lithium-silicon alloy.

즉, 실시예 3 및 4는 보호막에 안정된 고체 전해질 계면(SEI) 층이 형성되었고, 이 보호막이 금속 표면의 저항을 낮춘 것을 확인하였다.That is, in Examples 3 and 4, it was confirmed that a stable solid electrolyte interface (SEI) layer was formed on the protective film and that the protective film lowered the resistance of the metal surface.

<실험예 3> 코인셀 음극의 표면 분석<Experimental Example 3> Surface analysis of a coin cell cathode

상기 실시예 3, 4 및 비교예 1에서 제조된 코인셀 및 상기 코인셀을 상기 실험예 1을 통해 10 싸이클 충방전 테스트를 수행한 코인셀의 음극 표면을 주사 전자 현미경(SEM)을 통해 촬영하였으며, 그 결과를 도 7 내지 9에 나타내었다.The coin cell and the coin cell fabricated in Examples 3 and 4 and Comparative Example 1 were photographed through a scanning electron microscope (SEM) on the surface of the coin cell in which the 10 cycle charging / discharging test was performed through Experimental Example 1 , And the results are shown in Figs.

도 7 내지 9에 나타낸 바와 같이, 리튬의 흡착 및 탈착 진행 후 최종적으로 리튬 탈착이 진행된 상태의 음극 표면은 충방전 테스트 전 실시예 3, 4 및 비교예 1 모두 균일한 형태를 유지하는데 반해, 10 싸이클 충방전 수행 후 비교예 1의 음극은 리튬의 불균일한 탈착현상으로 인하여 많은 피치(홈)가 생긴 것을 확인할 수 있었다.As shown in FIGS. 7 to 9, the surface of the negative electrode in the state where lithium was finally desorbed after progress of adsorption and desorption of lithium maintained a uniform shape in all of Examples 3 and 4 and Comparative Example 1 before charge / discharge test, It was confirmed that the negative electrode of Comparative Example 1 after the cycle charge / discharge had a large pitch (groove) due to the non-uniform desorption of lithium.

이러한 피치는 계속되는 충방전 싸이클에서 불균일한 전류분포를 유도하게 되며, 최종적으로 리튬금속의 덴드라이트 성장을 유도하게 된다.This pitch induces a non-uniform current distribution in the subsequent charge / discharge cycle and ultimately induces dendrite growth of the lithium metal.

반면, 리튬-주석계 합금, 리튬-실리콘계 합금층이 형성된 실시예 3 및 4의 경우, 각각 음극 표면 형태가 상이하긴 하나, 실시예 3은 비교적 균일하고 둥그런 모양의 리튬이 덮여있는 형태를 발견할 수 있었고, 실시예 4는 균일하고 평평한 형태를 잘 유지하고 있는 것을 관찰할 수 있었다.On the other hand, in Examples 3 and 4 in which a lithium-tin alloy and a lithium-silicon based alloy layer were formed, the shape of the surface of the negative electrode was different from each other, but Example 3 found a form in which lithium was covered in a relatively uniform and rounded shape And it can be seen that the fourth embodiment maintains a uniform and flat shape well.

이를 통해, 실시예 3 및 4가 형성한 리튬합금 보호층이 리튬 금속의 흡착 및 탈착에 있어서 물리적 보호막으로 작용하면서도, 전기화학적 임피던스 분광법의 결과와 같이 안정하고 저항이 낮은 고체 전해질 계면(SEI) 층을 형성하여 리튬의 흡착 및 탈착이 안정적으로 일어날 수 있도록 한 것을 확인하였다.It was confirmed that the lithium alloy protective layer formed in Examples 3 and 4 acted as a physical protective layer in the adsorption and desorption of lithium metal, and the stable and low-resistance solid electrolyte interface (SEI) layer as a result of electrochemical impedance spectroscopy So that the adsorption and desorption of lithium can be stably performed.

이러한 결과들을 통해 리튬 음극의 수명 특성 및 안정성이 증가할 수 있었다.These results show that the lifetime characteristics and stability of the lithium anode can be increased.

지금까지 본 발명의 일 측면에 따른 표면 보호층이 형성된 리튬 음극 제조방법, 이에 따라 제조된 리튬 음극 및 이를 적용한 리튬 이차전지에 관한 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 실시 변형이 가능함은 자명하다.Although the present invention has been described with respect to a method for producing a lithium negative electrode having a surface protective layer according to one aspect of the present invention, a lithium negative electrode manufactured thereby, and a lithium secondary battery using the same, It is apparent that various modifications can be made.

그러므로 본 발명의 범위에는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Therefore, the scope of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described, but should be determined by equivalents to the appended claims, as well as the following claims.

즉, 전술된 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 그 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.It is to be understood that the foregoing embodiments are illustrative and not restrictive in all respects and that the scope of the present invention is indicated by the appended claims rather than the foregoing description, It is intended that all changes and modifications derived from the equivalent concept be included within the scope of the present invention.

Claims (11)

리튬 금속에 보호금속 전구체 용액을 도포하는 단계(단계 1); 및
상기 전구체 용액이 도포된 리튬 금속을 반응시켜, 표면에 리튬-보호금속 합금층을 형성하는 단계(단계 2);를 포함하는, 표면 보호층이 형성된 리튬 음극 제조방법.
Applying a protective metal precursor solution to the lithium metal (step 1); And
And a step of forming a lithium-protective metal alloy layer on the surface by reacting the lithium metal coated with the precursor solution (step 2).
제1항에 있어서,
상기 단계 1의 보호금속 전구체는,
주석, 실리콘, 게르마늄, 알루미늄, 안티몬, 금, 은, 인듐, 구리, 마그네슘, 나트륨, 칼륨, 아연 및 니켈로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종의 금속을 포함하는 전구체인 것을 특징으로 하는 표면 보호층이 형성된 리튬 음극 제조방법.
The method according to claim 1,
The protective metal precursor of step &lt; RTI ID = 0.0 &gt; 1 &
Wherein the surface protective layer is a precursor including a metal selected from the group consisting of tin, silicon, germanium, aluminum, antimony, gold, silver, indium, copper, magnesium, sodium, potassium, A method for manufacturing a lithium negative electrode.
제1항에 있어서,
상기 단계 1의 보호금속 전구체는 주석 전구체이고,
상기 주석 전구체는 염화주석(SnCl2), 사염화주석(SnCl4), 아세트산주석(Sn(CH3COO)2), 주석아세틸아세토네이트(Sn(CH3COCHCOCH3)2)로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 보호층이 형성된 리튬 음극 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the protective metal precursor of step 1 is a tin precursor,
The tin precursor is tin chloride (SnCl 2), tin tetrachloride (SnCl 4), acetate, tin (Sn (CH 3 COO) 2 ), tin acetylacetonate (Sn (CH 3 COCHCOCH 3) 2) selected from the group consisting of 1 Wherein the surface protective layer is formed on the surface of the anode.
제1항에 있어서,
상기 단계 1의 보호금속 전구체는 실리콘 전구체이고,
상기 실리콘 전구체는 사염화실리콘(SiCl4), 디클로로실란(SiH2Cl2), 헥사클로로디실란(Si2Cl6), 실란(SiH4), 테트라에톡시실란(Si(C2H5O)4) 및 실리콘 테트라이소시아네이트(Si(NCO)4)로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 보호층이 형성된 리튬 음극 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the protective metal precursor of step 1 is a silicon precursor,
The silicon precursor may be selected from the group consisting of silicon tetrachloride (SiCl 4 ), dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ), hexachlorodisilane (Si 2 Cl 6 ), silane (SiH 4 ), tetraethoxysilane (Si (C 2 H 5 O) 4 ) and silicon tetraisocyanate (Si (NCO) 4 ). 2. The method of manufacturing a lithium negative electrode according to claim 1,
제1항에 있어서,
상기 단계 1의 전구체 용액의 도포는,
도포 두께가 10 nm 내지 50 ㎛이 되도록 수행되는 것을 특징으로 하는 표면 보호층이 형성된 리튬 음극 제조방법.
The method according to claim 1,
The application of the precursor solution of step 1 above,
And the coating thickness is 10 nm to 50 占 퐉.
제1항에 있어서,
상기 단계 2의 반응 온도는.
25 ℃ 내지 200 ℃인 것을 특징으로 하는 표면 보호층이 형성된 리튬 음극 제조방법.
The method according to claim 1,
The reaction temperature of step 2 is:
Lt; RTI ID = 0.0 &gt; 25 C &lt; / RTI &gt; to &lt; RTI ID = 0.0 &gt; 200 C. &lt; / RTI &gt;
제1항에 있어서,
상기 단계 2의 반응 시간은,
0.5 분 내지 24 시간 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 표면 보호층이 형성된 리튬 음극 제조방법.
The method according to claim 1,
The reaction time of step 2 is,
Wherein the surface protective layer is formed on the surface of the anode.
제1항에 있어서,
상기 단계 2의 리튬-보호금속 합금층은,
리튬-주석계 합금, 리튬-실리콘계 합금, 리튬-게르마늄계 합금, 리튬-알루미늄계 합금, 리튬-안티몬계 합금, 리튬-은계 합금, 리튬-금계 합금, 리튬-인듐계 합금, 리튬-구리계 합금, 리튬-마그네슘계 합금, 리튬-나트륨계 합금, 리튬-칼륨계 합금, 리튬-아연계 합금 및 리튬-니켈계 합금으로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종의 합금을 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 보호층이 형성된 리튬 음극 제조방법.
The method according to claim 1,
The lithium-protecting metal alloy layer of step 2 is a lithium-
A lithium-iron alloy, a lithium-iron alloy, a lithium-iron alloy, a lithium-iron alloy, a lithium-tin alloy, a lithium-silicon alloy, a lithium-germanium alloy, a lithium-aluminum alloy, , A lithium-magnesium alloy, a lithium-sodium alloy, a lithium-potassium alloy, a lithium-zinc alloy, and a lithium-nickel alloy. Wherein the lithium negative electrode is formed.
제1항의 방법으로 제조되어,
리튬 금속; 및 상기 리튬 금속 표면에 10 nm 내지 50 ㎛ 두께로 형성된 리튬-보호금속 합금층;을 포함하는, 표면 보호층이 형성된 리튬 음극.
5. A process for the preparation of a compound according to claim 1,
Lithium metal; And a lithium-protective metal alloy layer formed on the lithium metal surface to a thickness of 10 nm to 50 占 퐉.
제9항에 있어서,
상기 리튬-보호금속 합금층은,
리튬-주석계 합금, 리튬-실리콘계 합금, 리튬-게르마늄계 합금, 리튬-알루미늄계 합금, 리튬-안티몬계 합금, 리튬-은계 합금, 리튬-금계 합금, 리튬-인듐계 합금, 리튬-구리계 합금, 리튬-마그네슘계 합금, 리튬-나트륨계 합금, 리튬-칼륨계 합금, 리튬-아연계 합금 및 리튬-니켈계 합금으로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종의 합금을 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 보호층이 형성된 리튬 음극.
10. The method of claim 9,
The lithium-
A lithium-iron alloy, a lithium-iron alloy, a lithium-iron alloy, a lithium-iron alloy, a lithium-tin alloy, a lithium-silicon alloy, a lithium-germanium alloy, a lithium-aluminum alloy, , A lithium-magnesium alloy, a lithium-sodium alloy, a lithium-potassium alloy, a lithium-zinc alloy, and a lithium-nickel alloy. Formed lithium cathode.
제9항의 리튬 음극; 전해질; 및 양극을 포함하는 리튬 이차전지.
A lithium negative electrode according to claim 9; Electrolyte; And a positive electrode.
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