KR20190011362A - Spider network structure composition of N-doped carbon nanofibers containing MnCoOx nanoparticles, the preparation method, and application to anode material for secondary battery - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a network structure composition of a web network structure and a manufacturing method thereof. The network structure composition of a web network structure comprises: nitrogen-doped carbon nanofibers having mesopores; and MnCoO_X nanoparticles arranged on the nitrogen-doped carbon nanofibers, wherein the nitrogen-doped carbon nanofibers are arranged to have a plurality of intersection points. Also, the present invention relates to a negative electrode composition for a secondary battery, a secondary battery including the same, and a manufacturing method of the negative electrode composition for a secondary battery. According to an embodiment of the present invention, the negative electrode composition for a secondary battery comprises: nitrogen-doped carbon nanofibers having mesopores; and MnCoO_X nanoparticles arranged in the nitrogen-doped carbon nanofibers, wherein the nitrogen-doped carbon nanofibers are arranged to have a plurality of intersection points, are capable of forming an electrode without a binder, and have excellent flexibility, thereby being used as an excellent secondary battery negative electrode material exhibiting stable charge capacity according to excellent charge capacity, long-term stability and current density, and as an excellent electrode material of a super capacitor, a sensor and the like.

Description

망간-코발트 금속산화물 나노입자를 포함하는 질소 담지된 탄소 나노선의 거미망 구조체 조성물, 이의 합성 방법 및 이차전지 음극 조성물{Spider network structure composition of N-doped carbon nanofibers containing MnCoOx nanoparticles, the preparation method, and application to anode material for secondary battery}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a sponge net structure composition of a nitrogen-loaded carbon nanotube including manganese-cobalt metal oxide nanoparticles, a method for synthesizing the same, and a negative electrode composition for a secondary battery comprising the preparation method of a nanocomposite to anode material for secondary battery}

본 발명은 망간-코발트 금속산화물 나노입자를 포함하는 질소 담지된 탄소 나노선의 거미망 구조체 조성물, 이의 합성 방법 및 이차전지 음극 조성물에 관한 것으로, 이차전지 음극 조성물, 이를 포함하는 이차전지 및 이차전지 음극 조성물의 제조방법에 관한 것을 포함한다. The present invention relates to a sponge net structure composition of nitrogen-supported carbon nanotubes comprising manganese-cobalt metal oxide nanoparticles, a method of synthesizing the same, and a secondary battery anode composition, which comprises a secondary battery anode composition, And a method for producing the composition.

최근 정보 통신 산업의 발전에 따라 전자 기기의 수요가 급격하게 증가하고 있다. 이러한 전자 기기의 전원으로 사용되는 전지의 고에너지 밀도화에 대한 요구가 높아지고 있다. 리튬 이차전지는 이러한 요구를 가장 잘 충족시킬 수 있는 전지로서, 현재 이에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.Recently, the demand of electronic devices has been rapidly increasing with the development of the information communication industry. There is a growing demand for higher energy density of batteries used as power sources for such electronic devices. Lithium secondary batteries are the ones that can best meet this demand, and researches thereon are actively being carried out.

리튬 이차전지의 음극 활물질로는 리튬의 삽입/탈리가 가능한 인조 흑연, 천연 흑연 또는 하드 탄소를 포함한 다양한 형태의 탄소계 재료가 적용되어 왔다. 상기 탄소 계열 중 흑연은 리튬 전지의 에너지 밀도면에서 이점을 제공하며 또한 뛰어난 가역성으로 리튬 이차전지의 장수명을 보장하여 가장 널리 사용되고 있다. Various types of carbon-based materials including artificial graphite, natural graphite, and hard carbon capable of lithium intercalation / deintercalation have been applied to the anode active material of the lithium secondary battery. The carbon-based graphite provides advantages in terms of energy density of a lithium battery and is most widely used because it guarantees a long life of a lithium secondary battery with excellent reversibility.

그러나 흑연은 전극의 단위 부피당 에너지 밀도 측면에서 용량이 낮은 문제점이 있고, 높은 방전 전압에서는 사용되는 유기 전해액과의 부반응이 일어나기 쉬워, 전지의 오동작 및 과충전 등에 의해 발화 혹은 폭발의 위험성이 있다.However, graphite has a problem in that its capacity is low in terms of energy density per unit volume of electrodes, and a high side discharge voltage tends to cause a side reaction with the organic electrolytic solution to be used, and there is a risk of ignition or explosion due to malfunction or overcharge of the battery.

상기 문제점을 해결하기 위한 방안으로, 최근 전이금속 산화물(TMO)를 이용한 리튬 이차전지 음극 조성물이 보고되고 있다. 그러나, 이러한 이차전지 음극 조성물을 이용하여 리튬 이차전지를 형성하는 경우 금속 산화물의 전기전도도가 낮아 전기저항이 증가하고, 정전용량이 급격히 감소하는 문제가 발생한다. In order to solve the above problems, a lithium secondary battery negative electrode composition using a transition metal oxide (TMO) has recently been reported. However, when such a secondary battery anode composition is used to form a lithium secondary battery, the electrical conductivity of the metal oxide is low, so that the electrical resistance increases and the capacitance decreases sharply.

Guoyong Huang 외, Core-Shell Ellipsoidal MnCo2O4 Anode with Micro-/Nano-Structure and Concentration Gradient for Lithium-Ion Batteries, ACS Appl. Mater. Interfaces 2014, 6, 21325Guoyong Huang et al., Core-Shell Ellipsoidal MnCo2O4 Anode with Micro- / Nano-Structure and Concentration Gradient for Lithium-Ion Batteries, ACS Appl. Mater. Interfaces 2014, 6, 21325

발명은 이차전지 내에서 Li+이온의 이동을 향상, 체적 변화 완화, 효율적인 전자 이동 경로를 제공, 높은 충방전 용량, 높은 안정성, 바인더 비(非)사용, 유연 이차전지의 특성을 갖는 유연성 네트워크 구조체 형상을 갖는 조성물, 이를 이용한 이차전지 음극 조성물, 이를 포함하는 이차전지 및 그 제조방법을 제공하는 것이다. The invention relates to a flexible network structure having improved characteristics of Li + ion in a secondary cell, mitigating volume change, providing an efficient electron transfer path, high charge / discharge capacity, high stability, binder usage, A secondary battery including the negative electrode composition, and a method of manufacturing the same.

본 발명의 실시 예를 따르는 유연성 네트워크 구조체 형상을 갖는 조성물은, 메조 세공을 갖는 질소 도핑 탄소 나노 파이버; 및 상기 질소 도핑 탄소 나노 파이버에 배치된 MnCoOX 나노입자;를 포함하고, 상기 질소 도핑 탄소 나노 파이버는 복수의 교차점을 갖도록 배치되어 네트워크 구조체 형상을 갖는다. Compositions having a flexible network structure shape according to an embodiment of the present invention include: nitrogen-doped carbon nanofibers having mesopores; And MnCoO x nanoparticles disposed on the nitrogen-doped carbon nanofibers, wherein the nitrogen-doped carbon nanofibers are arranged to have a plurality of intersection points to have a network structure shape.

본 발명의 실시 예를 따르는 이차전지는, 음극; 양극; 및 상기 음극 및 양극 사이에 배치된 전해질;을 포함하고, 상기 음극은, 메조 세공을 갖는 질소 도핑 탄소 나노 파이버 및 상기 질소 도핑 탄소 나노 파이버에 배치된 MnCoOX 나노입자를 포함하고, 상기 질소 도핑 탄소 나노 파이버는 복수의 교차점을 갖도록 배치되어 네트워크 구조체 형상을 갖는다. A secondary battery according to an embodiment of the present invention includes: a negative electrode; anode; And an electrolyte disposed between the cathode and the anode, wherein the cathode comprises a nitrogen-doped carbon nanofiber having mesopores and a MnCoO x nanoparticle disposed on the nitrogen-doped carbon nanofiber, wherein the nitrogen-doped carbon The nanofibers are arranged to have a plurality of intersection points to have a network structure shape.

본 발명의 실시 예를 따르는 유연성 네트워크 구조체 형상을 갖는 조성물의 제조방법은, 금속 전구체, 고분자 물질 및 용매를 혼합하여 혼합액을 형성하는 단계; 상기 혼합액을 이용하여 파이버 복합체를 형성하는 단계; 및 상기 파이버 복합체를 소성하여 질소 도핑 탄소 나노 파이버 네트워크 구조체를 형성하고, 상기 질소 도핑 탄소 나노 파이버에 메조 세공을 형성하는 단계;를 포함한다. A method of preparing a composition having a flexible network structure according to an embodiment of the present invention includes: forming a mixture by mixing a metal precursor, a polymer material, and a solvent; Forming a fiber composite using the mixed solution; And firing the fiber composite to form a nitrogen-doped carbon nanofiber network structure, and forming mesopores in the nitrogen-doped carbon nanofibers.

상기 파이버 복합체를 형성하는 단계는, 상기 혼합액을 전기방사하여 수행할 수 있다. The step of forming the fiber composite may be carried out by electrospinning the mixed solution.

상기 파이버 복합체를 소성하는 단계는, 상기 파이버 복합체를 150 내지 350 ℃에서 1차 소성하고, 상기 1차 소성된 파이버 복합체를 N2 분위기에서 500 내지 900 ℃에서 2차 소성할 수 있다.In the step of firing the fiber composite, the fiber composite may be firstly fired at 150 to 350 ° C, and the first fired fiber composite may be fired at 500 to 900 ° C in an N 2 atmosphere.

본 발명의 실시 예를 따르는 이차전지 음극 조성물은, 메조 세공을 갖는 질소 도핑 탄소 나노 파이버; 및 상기 질소 도핑 탄소 나노 파이버에 배치된 MnCoOX 나노입자;를 포함하고, 상기 질소 도핑 탄소 나노 파이버는 복수의 교차점을 갖도록 배치되어 네트워크 구조체 형상을 갖다. 이로써, 전극 구성 시 바인더가 필요하지 않으며, 유연한 전극소재 구성이 가능하다.A secondary battery negative electrode composition according to an embodiment of the present invention includes: nitrogen-doped carbon nanofibers having mesopores; And MnCoO x nanoparticles disposed on the nitrogen-doped carbon nanofibers, wherein the nitrogen-doped carbon nanofibers are arranged to have a plurality of intersection points to form a network structure. Thereby, a binder is not required in the electrode construction, and a flexible electrode material composition is possible.

발명의 실시 예를 따르는 유연성 네트워크 구조체 형상을 갖는 조성물, 이차전지 음극 조성물, 이를 포함하는 이차전지 및 그 제조방법을 통해, 이차전지 내에서 Li+이온의 이동을 향상시키고, 체적 변화를 완화할 수 있다. The composition having a flexible network structure according to an embodiment of the present invention, a secondary battery anode composition, a secondary battery including the same, and a manufacturing method thereof can improve the movement of Li + ions in the secondary battery and alleviate the volume change .

또한, 효율적인 전자 이동 경로를 제공할 수 있고, 높은 충방전 용량을 가지며, 높은 안정성을 갖는다. In addition, it can provide an efficient electron transfer path, has a high charge / discharge capacity, and has high stability.

또한, 바인더 없는 이차전지 음극 조성물을 제공함으로써, 유연 이차전지에 적용이 가능하고, 제조방법이 간단하고, 대량생산이 가능하며, 경제적이다. Further, by providing the binder-free secondary battery negative electrode composition, it can be applied to a flexible secondary battery, a manufacturing method is simple, mass production is possible, and it is economical.

도 1은 본 발명의 실시 예를 따르는 조성물을 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 실시 예를 따르는 이차전지 음극 조성물에서 이온 및 전자가 이동하는 경로를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 실시 예를 따르는 이차전지를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 실시 예를 따르는 유연성 네트워크 구조체 형상을 갖는 조성물의 제조방법을 도시한 것이다.
도 5는 조성물의 SEM 이미지이다.
도 6은 조성물의 TEM 이미지이다.
도 7은 조성물의 EDX 분석 이미지이다.
도 8은 메조 세공 크기에 따른 메조 세공의 공극도 분포(pore size distrivution)과의 관계를 도시한 것이다.
도 9는 조성물의 CV 곡선을 도시한 것이다.
도 10은 전압-용량 그래프를 도시한 것이다.
도 11은 충전 및 방전 사이클 횟수에 따른 용량을 도시한 것이다.
Figure 1 shows a composition according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a view showing the path of movement of ions and electrons in a secondary battery negative electrode composition according to an embodiment of the present invention.
3 illustrates a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 illustrates a method of making a composition having a flexible network structure shape according to an embodiment of the present invention.
5 is a SEM image of the composition.
6 is a TEM image of the composition.
7 is an EDX analysis image of the composition.
Figure 8 shows the relationship between pore size distri- bution of mesopores according to mesopore size.
Figure 9 shows the CV curve of the composition.
Figure 10 shows a voltage-capacity graph.
FIG. 11 shows the capacity according to the number of charging and discharging cycles.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 다음과 같이 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다.  또한, 본 발명의 실시 형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.  따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면 상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다. 덧붙여, 명세서 전체에서 어떤 구성요소를 "포함"한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the embodiments of the present invention can be modified into various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. Further, the embodiments of the present invention are provided to more fully explain the present invention to those skilled in the art. Accordingly, the shapes and sizes of the elements in the drawings may be exaggerated for clarity of description, and the elements denoted by the same reference numerals in the drawings are the same elements. In the drawings, like reference numerals are used throughout the drawings. In addition, "including" an element throughout the specification does not exclude other elements unless specifically stated to the contrary.

유연성 네트워크 구조체 Flexible network structure 형상을 갖는Shaped 조성물 및 이차전지 음극 조성물  Composition and secondary battery anode composition

도 1은 본 발명의 실시 예를 따르는 조성물을 도시한 것이다. Figure 1 shows a composition according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예를 따르는 유연성 네트워크 구조체 형상을 갖는 조성물은, 메조 세공을 갖는 질소 도핑 탄소 나노 파이버; 및 상기 질소 도핑 탄소 나노 파이버에 배치된 MnCoOX 나노입자;를 포함하고, 상기 질소 도핑 탄소 나노 파이버는 복수의 교차점을 갖도록 배치되어 독특한 그물망 네트워크 구조체 형상을 갖다. Referring to FIG. 1, a composition having a flexible network structure according to an embodiment of the present invention includes: a nitrogen-doped carbon nanofiber having mesopores; And MnCoO x nanoparticles disposed in the nitrogen-doped carbon nanofibers, wherein the nitrogen-doped carbon nanofibers are arranged to have a plurality of intersection points to form a unique network network structure.

본 발명의 실시 예를 따르는 유연성 네트워크 구조체 형상을 갖는 조성물은 독특한 구조적 특성을 가지고 있기 때문에 이차전지뿐 아니라, 슈퍼커패시터 및 센서 등의 다양한 분야에서 활용될 수 있다. 본 발명의 실시 예를 따르는 유연성 네트워크 구조체 형상을 갖는 조성물을 이차전지에 이용하는 경우, 음극 조성물로 응용이 가능하다. 이에 대하여 아래에 설명한다. Since the composition having the flexible network structure shape according to the embodiment of the present invention has unique structural characteristics, it can be utilized in various fields such as a secondary cell, a supercapacitor and a sensor. When a composition having a flexible network structure shape according to an embodiment of the present invention is used in a secondary battery, it can be applied to a negative electrode composition. This will be described below.

본 발명의 실시 예를 따르는 유연성 네트워크 구조체 형상을 갖는 조성물은이차전지 음극용으로 사용이 가능하다. 이 때, 상기 이차전지 음극 조성물은, 메조 세공을 갖는 질소 도핑 탄소 나노 파이버; 및 상기 질소 도핑 탄소 나노 파이버에 배치된 MnCoOX 나노입자;를 포함하고, 상기 질소 도핑 탄소 나노 파이버는 복수의 교차점을 갖도록 배치되어 네트워크 구조체 형상을 갖는다. Compositions having a flexible network structure shape according to embodiments of the present invention can be used for secondary battery cathodes. At this time, the secondary battery negative electrode composition includes nitrogen-doped carbon nanofibers having mesopores; And MnCoOX nanoparticles disposed on the nitrogen-doped carbon nanofibers, wherein the nitrogen-doped carbon nanofibers are arranged to have a plurality of intersection points to have a network structure shape.

도 2는 본 발명의 실시 예를 따르는 이차전지 음극 조성물을 리튬 이온 이차전지에 적용한 경우 전자 및 리튬 이온의 거동을 도시하고 있다. 도 2에서 전자는 질소 도핑 탄소 나노 파이버를 따라 이동하고, 리튬 이온은 질소 도핑 탄소 나노 파이버로 이동하여 충전 및 방전이 일어난다. 이 때, 상기 리튬 이온은 MnCoOX 나노입자와 반응하여 LiMnCoOX 또는 Li2MnCoOX 를 형성할 수 있다. 상기 질소 도핑 탄소 나노 파이버의 메조 세공 및 상기 나노 파이버에 배치된 MnCoOX 나노입자에 의해 상기 리튬 이온의 충전 및 방전 효율이 상승한다. 또한, 상기 나노 파이버는 상기 나노파이버 상에 배치된 MnCoOX 나노입자가 리튬 이온의 충전 및 방전 시 발생할 수 있는 음극 활물질층의 부피 변화를 완충할 수 있다. FIG. 2 shows the behavior of electrons and lithium ions when a secondary battery anode composition according to an embodiment of the present invention is applied to a lithium ion secondary battery. In FIG. 2, the electrons move along the nitrogen-doped carbon nanofibers, and the lithium ions move to the nitrogen-doped carbon nanofibers to cause charging and discharging. At this time, the lithium ions may react with the X MnCoO nanoparticles to form LiMnCoO X or Li 2 MnCoO X. The charge and discharge efficiency of the lithium ion is increased by the mesopores of the nitrogen-doped carbon nanofibers and the MnCoO x nanoparticles arranged on the nanofibers. In addition, the nanofibers can buffer the volume change of the anode active material layer, which may occur when the MnCoO x nanoparticles disposed on the nanofibers are charged and discharged with lithium ions.

또한, 본 발명의 실시 예를 따르는 유연성 네트워크 구조체 형상을 갖는 조성물은 질소 도핑 탄소 나노 파이버가 복수의 교차점을 갖는 네트워크 구조를 가짐으로써, 전극 구성 시 바인더를 필요로 하지 않으며 상기 전극에 유연성을 부여할 수 있다. 상기 질소 도핑 탄소 나노 파이버는 전자의 이동 통로로서 기능을 수행하며, 외부의 압력에 의해 변형되더라도 양이온이 이동할 수 있는 충분한 통로를 유지할 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시 예를 따르는 이차전지 음극 조성물을 유연 이차전지에 적용할 수 있다. In addition, the composition having the flexible network structure shape according to the embodiment of the present invention has a network structure in which the nitrogen-doped carbon nanofibers have a plurality of intersection points, so that a binder is not required in the construction of the electrode and flexibility is imparted to the electrode . The nitrogen-doped carbon nanofibers function as electron transfer paths, and even if deformed by external pressure, sufficient channels can be maintained for the cations to move. Therefore, the secondary battery anode composition according to the embodiment of the present invention can be applied to a flexible secondary battery.

이와 같이, 본 발명의 실시 예를 따르는 유연성 네트워크 구조체 형상을 갖는 조성물은 메조 세공을 갖고 네트워크 구조체를 형성하는 질소 도핑 탄소 나노 파이버와 MnCoOX 나노입자를 포함함으로써, 충전 및 방전 효율성을 향상시키고, 충전 및 방전 시의 부피 변화에 따른 문제를 방지하고, 이차전지에 유연성을 부여할 수 있다. As described above, the composition having the flexible network structure shape according to the embodiment of the present invention includes the nitrogen-doped carbon nanofibers and the MnCoO X nanoparticles having the mesopores and forming the network structure, thereby improving the charging and discharging efficiency, And a problem caused by a volume change at the time of discharge can be prevented, and flexibility can be imparted to the secondary battery.

본 발명의 실시 예를 따르는 유연성 네트워크 구조체 형상을 갖는 조성물에서, 상기 MnCoOX 나노입자에서 MnCoOX는 MnCoO2, MnCoO4 또는 MnCoO6 의 화학식을 가질 수 있다. 상기 MnCoOX 나노입자의 지름은 5 내지 50 nm일 수 있고, 충전 및 방전 효율을 고려하면 바람직하게 10 내지 30 nm일 수 있다. 상기 MnCoOX 나노입자의 지름이 5 nm 보다 작은 경우에는 충전 및 방전 효율이 감소할 수 있고, 50 nm 보다 큰 경우에는 탄소 나노 파이버의 구조적 안정성이 떨어지고, 이로 인하여 용량 감소가 발생할 수 있다. In a composition having a flexible network structure shape according to an embodiment of the present invention, in the MnCoO x nanoparticles, MnCoO x may have the formula MnCoO 2 , MnCoO 4 or MnCoO 6 . The diameter of the MnCoO x nanoparticles may be 5 to 50 nm, and preferably 10 to 30 nm in view of charging and discharging efficiency. If the diameter of the MnCoO x nanoparticles is smaller than 5 nm, the charging and discharging efficiency may be decreased. If the diameter is larger than 50 nm, the structural stability of the carbon nanofibers may be deteriorated, and the capacity may be decreased.

상기 질소 도핑 탄소 나노 파이버는 다수의 파이버가 거미줄 네트워크롤 형성하고 있다. 상기 질소 도핑 탄소 나노 파이버의 지름은 100 내지 1200 nm 일 수 있고, 충전 및 방전 효율을 고려하면 바람직하게 400 내지 800 nm일 수 있다. 상기 질소 도핑 탄소 나노 파이버의 지름이 100 nm 보다 작은 경우에는 메조 세공의 형성이 어렵고, MnCoOX 나노입자의 생성이 어려울 수 있다. 상기 질소 도핑 탄소 나노 파이버의 지름이 1200 nm 보다 큰 경우에는 전자 전달이 원활하지 않을 수 있고, 리튬 이온의 이동 효율이 떨어질 수 있다.In the nitrogen-doped carbon nanofibers, a plurality of fibers form a web roll. The diameter of the nitrogen-doped carbon nanofibers may be 100 to 1,200 nm, and preferably 400 to 800 nm in view of charging and discharging efficiency. When the diameter of the nitrogen-doped carbon nanofibers is less than 100 nm, it is difficult to form mesopores and MnCoO x nanoparticles may be difficult to be produced. When the diameter of the nitrogen-doped carbon nanofibers is larger than 1200 nm, the electron transfer may not be smooth and the migration efficiency of lithium ions may be lowered.

이차전지Secondary battery

도 3은 본 발명의 실시 예를 따르는 이차전지를 도시한 것이다. 3 illustrates a secondary battery according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예를 따르는 이차전지는, 음극; 양극; 및 Referring to FIG. 3, a secondary battery according to an embodiment of the present invention includes a cathode; anode; And

상기 음극 및 양극 사이에 배치된 전해질;을 포함하고, 상기 음극은, 메조 세공을 갖는 질소 도핑 탄소 나노 파이버 및 상기 질소 도핑 탄소 나노 파이버에 배치된 MnCoOX 나노입자를 포함하고, 상기 질소 도핑 탄소 나노 파이버는 복수의 교차점을 갖도록 배치되어 네트워크 구조체 형상을 갖는다. Doped carbon nanofibers having mesopores and MnCoO x nanoparticles disposed on the nitrogen-doped carbon nanofibers, wherein the nitrogen-doped carbon nano-particles have a mesopores, The fibers are arranged to have a plurality of intersection points to have a network structure shape.

본 발명의 실시 예를 따르는 이차전지는 리튬 이온 이차전지일 수 있으나, 특별히 한정하지 않는다. 또한, 본 발명의 조성물은 이차전지 외에 슈퍼캐페시터 및 센서 등에 적용이 가능하다. The secondary battery according to the embodiment of the present invention may be a lithium ion secondary battery, but is not particularly limited. In addition, the composition of the present invention can be applied to a super capacitor, a sensor, etc. in addition to a secondary battery.

음극 및 양극은 서로 대향하도록 배치될 수 있으며, 상기 음극 및 양극 사이에 분리막(separator, 미도시)가 배치될 수 있다. 상기 음극 및 양극은 외부와 연결되도록 하기 위한 단자를 포함할 수 있다. The cathode and the anode may be disposed to face each other, and a separator (not shown) may be disposed between the cathode and the anode. The cathode and the anode may include terminals for connection to the outside.

음극은 음극 집전체 및 상기 음극 집전체 상에 배치된 음극 활물질층을 포함할 수 있다. 이 때, 상기 음극 활물질층은 메조 세공을 갖는 질소 도핑 탄소 나노 파이버 및 상기 질소 도핑 탄소 나노 파이버에 배치된 MnCoOX 나노입자를 포함하고, 상기 질소 도핑 탄소 나노 파이버는 복수의 교차점을 갖도록 배치되어 네트워크 구조체 형상을 갖는 이차전지 음극 조성물을 포함할 수 있다. The negative electrode may include a negative electrode current collector and a negative electrode active material layer disposed on the negative electrode current collector. At this time, the anode active material layer includes nitrogen-doped carbon nanofibers having mesopores and MnCoO x nanoparticles disposed on the nitrogen-doped carbon nanofibers, and the nitrogen-doped carbon nanofibers are arranged to have a plurality of intersection points, And a secondary battery negative electrode composition having a structure shape.

앞서 설명한 바와 같이, 상기 이차전지 음극 조성물은 본 발명의 실시 예를 따르는 이차전지 음극 조성물이며, 질소 도핑 탄소 나노 파이버가 메조 세공을 갖고 복수의 교차점을 갖는 네트워크 형상을 하며, 상기 나노 파이버에 배치된 MnCoOX 나노입자를 포함함으로써 전자 및 리튬 이온의 이동도가 증가하여 충전 및 방전 효율이 상승하고, 충전 및 방전 시 부피 변화의 문제를 방지하고, 충전 및 방전 효율이 증가하고 안정적이고, 유연성을 갖는 이차전지를 제공할 수 있다. As described above, the secondary battery negative electrode composition is a secondary battery negative electrode composition according to an embodiment of the present invention, wherein the nitrogen-doped carbon nanofibers have a network shape having mesopores and a plurality of intersection points, The inclusion of MnCoO x nanoparticles increases the mobility of electrons and lithium ions, thereby increasing the charging and discharging efficiency, preventing the problem of volume change during charging and discharging, increasing charging and discharging efficiency, A secondary battery can be provided.

상기 MnCoOX 나노입자에서 MnCoOX는 MnCoO2, MnCoO4 또는 MnCoO6 의 화학식을 가질 수 있다. 상기 MnCoOX 나노입자의 지름은 5 내지 50 nm일 수 있고, 충전 및 방전 효율을 고려하면 바람직하게 10 내지 30 nm일 수 있다.In the MnCoO x nanoparticles, MnCoO x may have the formula MnCoO 2 , MnCoO 4 or MnCoO 6 . The diameter of the MnCoO x nanoparticles may be 5 to 50 nm, and preferably 10 to 30 nm in view of charging and discharging efficiency.

상기 질소 도핑 탄소 나노 파이버는 다수의 파이버가 거미줄 네트워크롤 형성하고 있다. 상기 질소 도핑 탄소 나노 파이버의 지름은 100 내지 1200 nm 일 수 있고, 충전 및 방전 효율을 고려하면 바람직하게 400 내지 800 nm일 수 있다.In the nitrogen-doped carbon nanofibers, a plurality of fibers form a web roll. The diameter of the nitrogen-doped carbon nanofibers may be 100 to 1,200 nm, and preferably 400 to 800 nm in view of charging and discharging efficiency.

상기 음극 집전체는 알루미늄 또는 스테인레스 포일일 수 있으나, 본 발명이 여기에 한정하는 것은 아니다. The negative electrode current collector may be aluminum or stainless steel foil, but the present invention is not limited thereto.

양극은 양극 집전체 및 상기 양극 집전체 상에 배치된 양극 활물질층을 포함할 수 있다. The anode may include a cathode current collector and a cathode active material layer disposed on the cathode current collector.

양극 활물질층은 충전 및 방전되는 이온과 인터칼레이션(intercalation) 및 디인터칼레이션(deintercalation)이 가능한 물질을 포함할 수 있다. 또한, 도전재 및 바인더를 더 포함할 수 있다. 상기 도전재는 도전성을 부여하고, 상기 바인더는 활물질 상호간에 우수한 결합을 유도하고, 활물질이 전류 집전체에 잘 부착될 수 있도록 하는 역할을 한다.The cathode active material layer may include a material capable of intercalating and deintercalating ions to be charged and discharged. Further, it may further include a conductive material and a binder. The conductive material imparts conductivity, and the binder serves to induce a good bond between the active materials and to allow the active material to adhere well to the current collector.

양극 집전체는 알루미늄 또는 스테인레스 포일일 수 있으나, 본 발명이 여기에 한정하는 것은 아니다. The anode current collector may be aluminum or stainless steel foil, but the present invention is not limited thereto.

전해질은 이차전지에서 일반적으로 사용하는 비수계 전해질(유기 전해질) 또는 수계 전해질일 수 있다. 또한, 리튬 이온을 포함할 수 있다. The electrolyte may be a non-aqueous electrolyte (organic electrolyte) or an aqueous electrolyte generally used in a secondary battery. Further, it may include lithium ions.

상기 유기 전해질은 유기 용매를 포함할 수 있다. 상기 유기 용매는 전지의 전기화학적 반응에 관여하는 이온들이 이동할 수 있는 매질 역할을 한다. 상기 유기 용매로는 카보네이트계, 에스테르계, 에테르계, 케톤계, 알코올계 및 비양성자성 용매에서 선택될 수 있다. 상기 유기 전해질은 하나 이상 혼합하여 사용할 수 있으며, 하나 이상 혼합하여 사용하는 경우의 혼합 비율은 목적하는 전지 성능에 따라 적절하게 조절할 수 있으며, 본 발명이 여기에 한정하는 것은 아니다. The organic electrolyte may include an organic solvent. The organic solvent serves as a medium through which ions involved in the electrochemical reaction of the battery can move. The organic solvent may be selected from carbonate, ester, ether, ketone, alcohol and aprotic solvents. The organic electrolytes may be used in a mixture of one or more, and the mixing ratio in the case of using one or more of the organic electrolytes may be appropriately adjusted according to the performance of the desired cell, and the present invention is not limited thereto.

상기 수계 전해질은 황산나트륨(Na2SO4), 질산나트륨(NaNO3), 염화나트륨(NaCl), 탄산나트륨(Na2CO3), 탄산수소나트륨(NaHCO3) 또는 수산화나트륨(NaOH)의 수용액을 포함할 수 있다.The aqueous electrolyte includes an aqueous solution of sodium sulfate (Na 2 SO 4 ), sodium nitrate (NaNO 3 ), sodium chloride (NaCl), sodium carbonate (Na 2 CO 3 ), sodium hydrogen carbonate (NaHCO 3 ) or sodium hydroxide .

유연성 네트워크 구조체 Flexible network structure 형상을 갖는Shaped 조성물의 제조방법 Method for producing a composition

도 4는 본 발명의 실시 예를 따르는 유연성 네트워크 구조체 형상을 갖는 조성물의 제조방법을 도시한 것이다. Figure 4 illustrates a method of making a composition having a flexible network structure shape according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예를 따르는 유연성 네트워크 구조체 형상을 갖는 조성물의 제조방법은, 금속 전구체, 고분자 물질 및 용매를 혼합하여 혼합액을 형성하는 단계; 상기 혼합액을 이용하여 파이버 복합체를 형성하는 단계; 및 상기 파이버 복합체를 소성하여 질소 도핑 탄소 나노 파이버 네트워크 구조체를 형성하고, 상기 질소 도핑 탄소 나노 파이버에 메조 세공을 형성하는 단계;를 포함한다.Referring to FIG. 4, a method of fabricating a flexible network structure according to an embodiment of the present invention includes: forming a mixed solution by mixing a metal precursor, a polymer material, and a solvent; Forming a fiber composite using the mixed solution; And firing the fiber composite to form a nitrogen-doped carbon nanofiber network structure, and forming mesopores in the nitrogen-doped carbon nanofibers.

금속 전구체, 고분자 물질 및 용매를 혼합하여 혼합액을 형성하는 단계를 설명한다. A metal precursor, a polymer material, and a solvent are mixed to form a mixed solution.

상기 금속 전구체는 망간 전구체 및 코발트 전구체를 포함할 수 있다. 망간 전구체로는 망간 아세테이트 디하이드레이트(Mn(AC2).2H2O) 및 Mn(NO3)2, MnCl2 중 어느 하나일 수 있고, 코발트 전구체로는 코발트 아세테이트 테트라하이드레이트(Co(AC)2.4H2O), Co(NO3)2 및 CoCl2 중 어느 하나일 수 있다. The metal precursor may include a manganese precursor and a cobalt precursor. Manganese precursor is manganese acetate dihydrate (Mn (A C2) .2H 2 O) , and Mn (NO 3) 2, MnCl 2 can be any one of, the cobalt precursor to cobalt acetate tetrahydrate (Co (C A) 2 .4H 2 O), Co (NO 3 ) 2 and CoCl 2 .

고분자 물질은 질소 도핑 탄소 나노 파이버에서 탄소 골격을 형성할 수 있다. 상기 탄소 골격을 형성하기 위한 고분자 물질은 폴리아크릴로나이트릴(PAN), 폴리아닐린 (polyaniline (PANI)), 유레아 (Urea) 티오펜, 피롤, 스티렌, 에틸렌디옥시티오펜, 페닐렌, 페닐비닐렌 및 카바졸일 중 어느 하나를 포함할 수 있다.Polymeric materials can form carbon skeletons in nitrogen-doped carbon nanofibers. The polymeric material for forming the carbon skeleton is selected from the group consisting of polyacrylonitrile (PAN), polyaniline (PANI), urea thiophene, pyrrole, styrene, ethylene dioxythiophene, phenylene, Carbazolyl, < / RTI >

용매는 질소 도핑 탄소 나노 파이버에 질소를 도핑하기 위해 N 소스를 포함할 수 있다. 상기 용매는 N 소스를 제공하기 위해 디메틸포름아미드(DMF)를 포함할 수 있다. The solvent may include an N source for doping nitrogen to the nitrogen doped carbon nanofibers. The solvent may include dimethylformamide (DMF) to provide an N source.

상기 금속 전구체는 상기 용매에 각각 1 내지 5몰이 첨가될 수 있다. 금속 전구체의 함량이 상기 범위를 벗어나는 경우에는 파이버 복합체를 형성하기 어려운 문제점이 있다. The metal precursor may be added to the solvent in an amount of 1 to 5 moles each. When the content of the metal precursor is out of the above range, it is difficult to form a fiber composite.

혼합액을 이용하여 파이버 복합체를 형성하는 단계를 설명한다. The step of forming the fiber composite using the mixed solution will be described.

본 단계는 혼합액을 전기방사하여 수행할 수 있다. 상기 전기방사는 혼합액을 공급 장치를 이용하여 전기방사 장치의 전기방사 노즐에 연결하고, 노즐과 집전체 사이에 고전압 발생장치를 이용하여 고전계(高電界, 10kV~100kV)를 형성하여 혼합액을 상기 노즐을 통해 방사함으로써 수행할 수 있다. 전계의 크기는 노즐과 집전체 사이의 거리와 관계가 있으며, 전기방사를 용이하게 하기 위하여 이들 사이의 관계를 조합하여 사용할 수 있다. 이때, 사용되는 전기방사장치로는 일반적으로 사용되는 것을 사용할 수 있으며, 일렉트로브로운법이나 원심전기방사방법 등을 사용할 수 있다. This step can be carried out by electrospinning the mixed solution. The electrospinning may be performed by connecting a mixed liquid to an electrospinning nozzle of an electrospinning device using a feeding device, forming a high electric field (high electric field, 10 kV to 100 kV) between the nozzle and the current collector by using a high voltage generating device, Or by radiating through a nozzle. The size of the electric field is related to the distance between the nozzle and the current collector, and the relationship between them can be used in combination to facilitate electrospinning. As the electrospinning device to be used at this time, those generally used can be used, and electroblast method, centrifugal electrospinning method and the like can be used.

상기 파이버 복합체는 망간(Mn), 코발트(Co) 및 폴리아크릴로나이트릴(PAN)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 파이버 복합체는 다수의 교차점을 갖는 네트워크 구조를 가질 수 있다. The fiber composite may include manganese (Mn), cobalt (Co), and polyacrylonitrile (PAN). Further, the fiber composite may have a network structure having a plurality of intersection points.

상기 파이버 복합체를 소성하는 단계를 설명한다. The step of firing the fiber composite will be described.

앞선 단계의 파이버 복합체를 고온 소성함으로써 메조 세공을 갖는 질소 도핑 탄소 나노 파이버를 형성할 수 있다. The nitrogen-doped carbon nanofibers having mesopores can be formed by high-temperature firing the fiber composite in the preceding step.

상기 소성은 파이버 복합체의 고분자물질에서 탄소 구조체가 잘 형성되고, 질소가 도핑되기 위해 충분한 조건에서 수행될 수 있다. 또한, 상기 소성은 서로 다른 온도에서 여러 단계로 수행할 수 있다. 일 예로, 상기 파이버 복합체를 상대적으로 낮은 온도에서 1차 소성하고, 상기 1차 소성된 파이버 복합체를 N2 분위기에서 상대적으로 높은 온도에서 2차 소성할 수 있다. 상기 1차 소성은 150 내지 350 ℃에서 30 내지 180분 동안 수행할 수 있으며, 2차 소성은 500 내지 900 ℃에서 30 내지 180분 동안 수행할 수 있다.The firing can be performed under conditions sufficient for the carbon structure to be well formed in the polymer material of the fiber composite and to be doped with nitrogen. In addition, the firing can be performed at different temperatures at various stages. For example, the fiber composite can be firstly fired at a relatively low temperature and the first fired fiber composite can be secondarily fired at a relatively high temperature in an N 2 atmosphere. The first firing may be performed at 150 to 350 ° C for 30 to 180 minutes, and the second firing may be performed at 500 to 900 ° C for 30 to 180 minutes.

1차 소성을 하는 동안 망간(Mn) 및 코발트(Co)의 아세테이트 그룹이 CO2로 전환되고, 폴리아클릴로나이트릴(PAN) 고분자 물질이 분해되어 탄소 파이버 구조체를 형성하고 NH3를 형성할 수 있다. 이 때, CO2, NH3 및 다른 가스의 생성으로 상기 탄소 구조체에 메조 세공이 형성된다. 2차 소성을 하는 동안 고분자 물질의 고리 구조가 열리고 탄소 골격으로 전환되고, 상기 탄소 골격에 MnCoOX 나노입자가 균일하게 재배치된다. During the first firing, the acetate groups of manganese (Mn) and cobalt (Co) are converted to CO 2 and the polyacrylonitrile (PAN) polymer material is decomposed to form a carbon fiber structure and form NH 3 have. At this time, mesopores are formed in the carbon structure by the production of CO 2 , NH 3, and other gases. During the secondary firing, the ring structure of the polymer substance is opened and converted into a carbon skeleton, and the MnCoO x nanoparticles are uniformly relocated to the carbon skeleton.

본 발명의 실시 예를 따르는 제조방법에 의해 제조된 조성물은 메조 세공을 갖는 질소 도핑 카본 나노 파이버; 및 상기 질소 도핑 카본 나노 파이버에 배치된 MnCoOX 나노입자;를 포함하고, 상기 질소 도핑 카본 나노 파이버는 복수의 교차점을 갖도록 배치되어 네트워크 구조체 형상을 갖는 것을 알 수 있다. The composition produced by the manufacturing method according to the embodiment of the present invention is a nitrogen doped carbon nanofiber having mesopores; And MnCoO x nanoparticles disposed on the nitrogen-doped carbon nanofibers, wherein the nitrogen-doped carbon nanofibers are arranged to have a plurality of intersection points to have a network structure shape.

실시 예: 유연성 네트워크 구조체 Example: Flexible network structure 형상을 갖는Shaped 조성물의 제조 Preparation of composition

실시 예1Example 1

중량평균 분자량이 150,000인 폴리아크릴로나이트릴(PAN) 1 g을 디메틸포름아미드(DMF) 10 mL에 넣고 70 ℃에서 4 시간 동안 교반하여 용해하였다. 여기에 2몰의 망간 아세테이트 디하이드레이트(Mn(AC)2.2H2O)(씨그마알드리치, Sigma Aldrich) 및 4 몰의 코발트 아세테이트 테트라하이드레이트(Co(AC)2.4H2O) (씨그마알드리치, Sigma Aldrich)를 섞고 70 ℃에서 기계를 이용하여 교반하였다. 상기 용액을 다시 4시간 동안 교반하여 혼합 용액을 형성하였다.1 g of polyacrylonitrile (PAN) having a weight average molecular weight of 150,000 was added to 10 mL of dimethylformamide (DMF) and dissolved by stirring at 70 DEG C for 4 hours. Where 2 mol of manganese acetate dihydrate of the (Mn (A C) 2 .2H 2 O) ( Sigma Aldrich seed, Sigma Aldrich) and cobalt acetate tetrahydrate (Co (C A) 2 .4H 2 O) 4 moles ( Sigma Aldrich) were mixed and stirred at 70 ° C using a mechanical stirrer. The solution was stirred again for 4 hours to form a mixed solution.

다음으로, 상기 혼합 용액을 전기방사하여 Mo-Co-PAN이 복합된 파이버 복합체를 형성하였다. 상기 전기방사를 위해 혼합 용액을 23 게이지 바늘이 달린 플라스틱 주사기에 넣고, 알루미늄 포일로 덮은 드럼 집전체 상으로 전기방사하였다. 집전체 및 바늘 사이의 거리는 18 cm로 유지하였고, 드럼의 회전을 500 rpm으로 유지하였다. 16 kV 조건에서 주입 속도 1 mL/h로 공급하였다. 8 mL의 혼합용액을 전기방사하여 Mo-Co-PAN이 복합된 파이버 복합체를 형성하였다. Next, the mixed solution was electrospun to form a fiber composite in which Mo-Co-PAN was compounded. For this electrospinning, the mixed solution was placed in a plastic syringe with a 23 gauge needle and electrospun onto a drum current collector covered with aluminum foil. The distance between the collector and the needle was maintained at 18 cm and the rotation of the drum was maintained at 500 rpm. And supplied at an injection rate of 1 mL / h under a condition of 16 kV. 8 mL of a mixed solution was electrospun to form a Mo-Co-PAN complexed fiber composite.

다음으로, 상기 알루미늄 포일 상에 형성된 파이버 복합체를 알루미늄 포일로부터 벗겨내어 소성하여 메조 세공을 갖고 MnCoOX 나노입자를 포함하는 질소 도핑 카본 나노 파이버를 제조하였다. 상기 파이버 복합체를 250 ℃에서 1시간 동안 소성한 다음, N2 분위기에서 700 ℃에서 1시간 동안 소성하였다.Next, the fiber composite formed on the aluminum foil was peeled off from the aluminum foil and fired to produce a nitrogen-doped carbon nanofiber having mesopores and containing MnCoO x nanoparticles. The fiber composite was sintered at 250 ° C for 1 hour and then at 700 ° C for 1 hour in an N 2 atmosphere.

비교 예1Comparative Example 1

금속 전구체를 혼합하지 않고, 폴리아크릴로나이트릴(PAN) 및 디메틸포름아미드(DMF) 만으로 혼합 용액을 형성하였다. 나머지 공정은 실시 예1과 동일하게 수행하였다. The mixed solution was formed only of polyacrylonitrile (PAN) and dimethylformamide (DMF) without mixing the metal precursor. The remaining process was carried out in the same manner as in Example 1.

도 5 (b) 및 (d)는 실시 예1의 SEM 이미지이고, (a) 및 (c)는 비교 예1의 SEM 이미지이다. 도 5에서 실시 예1은 탄소 나노 파이버 표면에 메조 세공이 형성되어 있고, 상기 나노 파이버에 나노 입자가 배치되어 있음을 알 수 있다. 반면에, 비교 예1은 탄소 나노 파이버 표면에 메조 세공 또는 나노 입자가 배치되지 않음을 알 수 있다. 또한, 도 5에서 실시 예1의 탄소 나노 파이버의 지름은 약 700 nm 인 반면, 비교 예1의 탄소 나노 파이버의 지름은 약 400 nm임을 알 수 있다. 이는 실시 예1의 경우 메조 세공 및 나노 입자의 생성으로 인하여 탄소 골격이 더 두껍게 형성되었기 때문이다.5 (b) and 5 (d) are SEM images of Example 1, and (a) and (c) are SEM images of Comparative Example 1. FIG. In FIG. 5, Example 1 shows that mesopores are formed on the surface of the carbon nanofibers, and nanoparticles are arranged on the nanofibers. On the other hand, in Comparative Example 1, no mesopores or nanoparticles were arranged on the surface of the carbon nanofibers. In FIG. 5, the diameter of the carbon nanofibers of Example 1 is about 700 nm, while the diameter of the carbon nanofibers of Comparative Example 1 is about 400 nm. This is because in Example 1, the carbon skeleton was formed thicker due to the formation of mesopores and nanoparticles.

도 6 (b) 내지 (d)는 실시 예1의 TEM 이미지이고, (a) 는 비교 예1의 TEM 이미지이다. 도 6에서 실시 예1은 10 내지 20 nm 지름의 나노 입자를 보여준다. 실시 예1의 EDX 분석 이미지(도 7)를 통해 상기 나노 입자가 MnCoOX 나노 입자임을 알 수 있다. 도 7에 의하면 Mn, Co, C, N 및 O가 균일하게 분포하고 있음을 보여준다. 6 (b) to 6 (d) are TEM images of Example 1, and FIG. 6 (a) is a TEM image of Comparative Example 1. In Figure 6, Example 1 shows nanoparticles of 10-20 nm in diameter. The EDX analysis image (FIG. 7) of Example 1 shows that the nanoparticles are MnCoO X nanoparticles. FIG. 7 shows that Mn, Co, C, N and O are uniformly distributed.

도 8은 메조 세공 크기에 따른 메조 세공의 공극도 분포(pore size distrivution)과의 관계를 도시한 것이다. 도 8에 의하면 메조 세공의 지름이 3 및 12 nm인 경우 이차전지에서의 이온의 확산이 수월하게 진행될 것을 예상할 수 있다. Figure 8 shows the relationship between pore size distri- bution of mesopores according to mesopore size. According to FIG. 8, it can be expected that diffusion of ions in the secondary battery proceeds smoothly when the mesopores have diameters of 3 and 12 nm.

도 9 내지 도 11은 실시 예1 및 비교 예1의 전기적 특성을 도시한 것이다. 전기적 특성 평가는 CR2032 코인형 시험셀을 이용하여 수행하였다. 상기 코인형 시험셀 제작 시, 양극(cathode)으로 Li 금속 포일(순도 99.9%, 두께 150 μm), 전해질로는 에틸렌 카보네이트(EC) 및 디메틸 카보네이트(DMC)가 1:1 부피비로 혼합된 용매에 0.1 M의 LiPF6을 혼합한 용액, 분리막으로 셀가이드 2400(microporous polypropylene sheet)를 사용하였다. 실시 예1 및 비교 예 1을 직경 14 mm의 원형으로 펀칭하여 도전체 또는 바인더 등을 첨가하지 않고 음극(anode)전극으로 사용하였다. 이후 수분 제거를 위해 진공 오븐에서 건조하였고, 이를 CR2032 코인형 시험셀을 조립하였다. CV 곡선은 0.01 내지 3.00 V에서 0.1 mV/s의 스캔 속도로 측정하였다. Figs. 9 to 11 show electrical characteristics of Example 1 and Comparative Example 1. Fig. Electrical characteristics were evaluated using a CR2032 coin type test cell. In the coin-type test cell, Li metal foil (purity: 99.9%, thickness: 150 μm) was used as a cathode and ethylene carbonate (EC) and dimethyl carbonate (DMC) 0.1 M of LiPF 6, and a cell guide 2400 (microporous polypropylene sheet) was used as a separation membrane. Example 1 and Comparative Example 1 were punched out into a circle having a diameter of 14 mm and used as an anode electrode without adding a conductor or a binder. Thereafter, it was dried in a vacuum oven to remove water, and the CR2032 coin type test cell was assembled. The CV curve was measured at a scan rate of 0.1 mV / s at 0.01 to 3.00 V.

도 9는 CV 곡선을 도시한 것이다. (a)는 실시 예1의 CV 곡선이고, (b)는 비교 예1의 CV 곡선이다. 9 shows the CV curve. (a) is the CV curve of the first embodiment, and (b) is the CV curve of the first comparative example.

도 9 (a)를 참조하면, 실시 예1을 음극으로 사용한 경우 두 번째 사이클 이후부터 0.33 V/1.29 V및 0.47 V/2.05 V에서 산화/환원 피크 쌍이 반복적으로 나타남을 알 수 있다. 이는 Li+ 가 음극에 충전 및 방전되는 가역반응이 안정적으로 발생함을 의미한다. 도 9 (b)를 참조하면, 비교 예1을 음극으로 사용한 경우 두 번째 사이클 이후에 산화/환원 피크가 관찰되지 않아 가역반응이 안정적으로 발생하지 않는 것으로 확인되었다. 이는 첫 번째 사이클 이후 음극 표면에 SEI(solid electrolyte interphase)가 생성되어 가역반응을 방해하는 것으로 해석될 수 있다. Referring to FIG. 9 (a), it can be seen that the oxidation / reduction peak pair repeatedly appeared at 0.33 V / 1.29 V and 0.47 V / 2.05 V from the second cycle after Example 1 was used as the cathode. This means that a reversible reaction in which Li < + > is charged and discharged to the cathode stably occurs. Referring to FIG. 9 (b), when Comparative Example 1 was used as a negative electrode, no oxidation / reduction peak was observed after the second cycle, and it was confirmed that no reversible reaction occurred stably. It can be interpreted that a solid electrolyte interphase (SEI) is formed on the surface of the cathode after the first cycle, thereby interfering with the reversible reaction.

도 10은 전압-용량 그래프를 도시한 것이다. (a)는 실시 예1의 전압-용량 그래프이고, (b)는 비교 예1의 전압-용량 그래프이다. 0.01 ~ 3.00 V의 전위 범위 및 100 mA/g의 전류 밀도 범위에서 실시 예1 및 비교 예1의 충전/방전 특성을 평가하였다. Figure 10 shows a voltage-capacity graph. (a) is a voltage-capacity graph of Example 1, and (b) is a voltage-capacity graph of Comparative Example 1. Fig. The charge / discharge characteristics of Example 1 and Comparative Example 1 were evaluated in a potential range of 0.01 to 3.00 V and a current density range of 100 mA / g.

도 10 (a)에서 실시 예1을 음극으로 사용한 경우 첫 번째 사이클에서 방전 용량 및 충전 용량은 각각 1103 및 610 mAh/g 이다. 두 번째 사이클부터는 방전 용량 및 충전 용량은 각각 608 및 597 mAh/g 이었다. 도 10 (b)에서 비교 예1을 음극으로 사용한 경우 첫 번째 사이클에서 방전 용량 및 충전 용량은 물론, 두 번째 이후 사이클에서 방전 용량 및 충전 용량도 실시 예1을 음극으로 사용한 경우에 비하여 낮은 값을 보였다. 10 (a), the discharge capacity and the charge capacity in the first cycle were 1103 and 610 mAh / g, respectively, when Example 1 was used as the cathode. From the second cycle, the discharge capacity and charge capacity were 608 and 597 mAh / g, respectively. 10 (b), when Comparative Example 1 is used as a negative electrode, the discharge capacity and the charge capacity in the second and subsequent cycles as well as the discharge capacity and the charge capacity in the first cycle are lower than those in Example 1 used as the cathode It looked.

도 11은 충전 및 방전 사이클 횟수에 따른 용량을 도시한 것이다. 10회 사이클을 기점으로 전류 밀도를 단계적으로 증가하였으며, 80회 사이클 이후 다시 초기 전류 밀도인 100 mA/g 조건에서 용량을 측정하였다. 실시 예1을 음극으로 사용한 경우(MnCoOX@NCNF) 80회 사이클 이후 초기 전류 밀도를 공급한 경우에 초기 용량보다 더 증가하였다. 이는 질소 도핑 탄소 나노 파이버가 전자의 이동 통로로서 역할할고, 메조 세공 및 MnCoOX 나노입자가 Li+의 확산 속도를 향상시키기 때문으로 이해할 수 있다. 비교 예1을 음극으로 사용한 경우(NCNF) 전체적으로 용량이 작고 80회 사이클 이후 용량은 최초 용량보다 증가하지 않는다. FIG. 11 shows the capacity according to the number of charging and discharging cycles. The current density was increased step by step starting from the 10th cycle, and the capacity was measured at an initial current density of 100 mA / g after 80 cycles. When Example 1 was used as the negative electrode (MnCoO x @ NCNF), the initial current density was further increased after the 80th cycle than the initial capacity. It can be understood that the nitrogen-doped carbon nanofibers serve as electron transfer paths, and mesopores and MnCoO x nanoparticles improve the diffusion rate of Li + . When Comparative Example 1 is used as a negative electrode (NCNF), the capacity is small overall, and after 80 cycles, the capacity does not increase beyond the initial capacity.

본 발명은 상술한 실시 형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다. The present invention is not limited to the above-described embodiment and the accompanying drawings, but is intended to be limited by the appended claims. It will be apparent to those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. something to do.

100: 유연성 네트워크 구조체 형상을 갖는 조성물
110: 질소 도핑 탄소 나노 파이버
120: MnCoOX 나노입자
1000: 이차전지
1100: 음극
1110: 음극 집전체
1120: 음극 활물질층
1200: 양극
1210: 양극 집전체
1220: 양극 활물질층
1300: 전해질
100: composition with flexible network structure morphology
110: nitrogen-doped carbon nanofiber
120: MnCoO X nanoparticles
1000: secondary battery
1100: cathode
1110: cathode collector
1120: anode active material layer
1200: anode
1210: positive collector
1220: cathode active material layer
1300: electrolyte

Claims (12)

메조 세공을 갖는 질소 도핑 탄소 나노 파이버; 및
상기 질소 도핑 탄소 나노 파이버에 배치된 MnCoOX 나노입자;를 포함하고,
상기 질소 도핑 탄소 나노 파이버는 복수의 교차점을 갖도록 배치되어 유연성 네트워크 구조체 형상을 갖는 조성물.
Nitrogen-doped carbon nanofibers having mesopores; And
And MnCoO X nanoparticles disposed on the nitrogen-doped carbon nanofibers,
Wherein the nitrogen-doped carbon nanofibers are arranged to have a plurality of intersection points to have a flexible network structure shape.
제1항에 있어서,
상기 MnCoOX 나노입자의 지름은 5 내지 50 nm인 유연성 네트워크 구조체 형상을 갖는 조성물.
The method according to claim 1,
Wherein the MnCoO x nanoparticles have a flexible network structure of 5 to 50 nm in diameter.
제1항에 있어서,
상기 질소 도핑 탄소 나노 파이버의 지름은 100 내지 1200 nm인 유연성 네트워크 구조체 형상을 갖는 조성물..
The method according to claim 1,
Wherein the nitrogen-doped carbon nanofibers have a diameter of 100 to 1200 nm.
음극;
양극; 및
상기 음극 및 양극 사이에 배치된 전해질;을 포함하고,
상기 음극은,
메조 세공을 갖는 질소 도핑 탄소 나노 파이버 및 상기 질소 도핑 탄소 나노 파이버에 배치된 MnCoOX 나노입자를 포함하고, 상기 질소 도핑 탄소 나노 파이버는 복수의 교차점을 갖도록 배치되어 네트워크 구조체 형상을 갖는 이차전지.
cathode;
anode; And
And an electrolyte disposed between the cathode and the anode,
The negative electrode,
Doped carbon nanofibers having mesopores and MnCoO x nanoparticles disposed on the nitrogen-doped carbon nanofibers, wherein the nitrogen-doped carbon nanofibers are arranged to have a plurality of intersections to form a network structure.
금속 전구체, 고분자 물질 및 용매를 혼합하여 혼합액을 형성하는 단계;
상기 혼합액을 이용하여 파이버 복합체를 형성하는 단계; 및
상기 파이버 복합체를 소성하여 질소 도핑 탄소 나노 파이버 네트워크 구조체를 형성하고, 상기 질소 도핑 탄소 나노 파이버에 메조 세공을 형성하는 단계;를 포함하는 유연성 네트워크 구조체 형상을 갖는 조성물의 제조방법.
Mixing a metal precursor, a polymer material, and a solvent to form a mixed solution;
Forming a fiber composite using the mixed solution; And
And firing the fiber composite to form a nitrogen-doped carbon nanofiber network structure, and forming mesopores in the nitrogen-doped carbon nanofibers.
제5항에 있어서,
상기 파이버 복합체를 형성하는 단계는, 상기 혼합액을 전기방사하여 수행하는 유연성 네트워크 구조체 형상을 갖는 조성물의 제조방법.
6. The method of claim 5,
Wherein the step of forming the fiber composite has a flexible network structure shape in which the mixed solution is electrospun.
제5항에 있어서,
상기 파이버 복합체를 소성하는 단계는,
상기 파이버 복합체를 150 내지 350 ℃에서 1차 소성하고,
상기 1차 소성된 파이버 복합체를 N2 분위기에서 500 내지 900 ℃에서 2차 소성하는 유연성 네트워크 구조체 형상을 갖는 조성물의 제조방법.
6. The method of claim 5,
The step of firing the fiber composite includes:
The fiber composite is firstly fired at 150 to 350 占 폚,
The primary method of producing a composition having the fired fiber composite a flexible network structure shaped to secondary baking at 500 to 900 ℃ in N 2 atmosphere.
제5항에 있어서,
상기 금속 전구체는 망간 전구체 및 코발트 전구체를 포함하는 유연성 네트워크 구조체 형상을 갖는 조성물의 제조방법.
6. The method of claim 5,
Wherein the metal precursor has a flexible network structure including a manganese precursor and a cobalt precursor.
제5항에 있어서,
상기 고분자 물질은 폴리아크릴로나이트릴(PAN)을 포함하는 유연성 네트워크 구조체 형상을 갖는 조성물의 제조방법.
6. The method of claim 5,
Wherein the polymeric material has a flexible network structure shape comprising polyacrylonitrile (PAN).
제5항에 있어서,
상기 용매는 디메틸포름아미드(DMF)을 포함하는 유연성 네트워크 구조체 형상을 갖는 조성물의 제조방법.
6. The method of claim 5,
Wherein the solvent has a flexible network structure shape comprising dimethylformamide (DMF).
제5항에 있어서,
상기 파이버 복합체는 망간, 코발트 및 폴리 아크릴로 니트릴(PAN)을 포함하는 유연성 네트워크 구조체 형상을 갖는 조성물의 제조방법.
6. The method of claim 5,
Wherein the fiber composite has a flexible network structure shape comprising manganese, cobalt and polyacrylonitrile (PAN).
메조 세공을 갖는 질소 도핑 탄소 나노 파이버; 및
상기 질소 도핑 탄소 나노 파이버에 배치된 MnCoOX 나노입자;를 포함하고,
상기 질소 도핑 탄소 나노 파이버는 복수의 교차점을 갖도록 배치되어 유연성 네트워크 구조체 형상을 갖는 이차전지 음극 조성물.

Nitrogen-doped carbon nanofibers having mesopores; And
And MnCoO X nanoparticles disposed on the nitrogen-doped carbon nanofibers,
Wherein the nitrogen-doped carbon nanofibers are arranged so as to have a plurality of intersection points to form a flexible network structure.

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