KR20190059906A - A negative electrode active material, a mixed negative electrode active material and a negative electrode active material production method - Google Patents

A negative electrode active material, a mixed negative electrode active material and a negative electrode active material production method Download PDF

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Abstract

본 발명은, 부극 활물질 입자를 포함하는 부극 활물질로서, 부극 활물질 입자가 규소 화합물(SiOx: 0.5≤x≤1.6)을 포함하는 규소 화합물 입자를 함유하고, 규소 화합물 입자가 Li 화합물을 함유하고, 부극 활물질 입자가 폴리아크릴산의 염 및 카르복시메틸셀룰로오스의 염으로부터 선택되는 적어도 1종의 염을 포함하고, Mg 및 Al로부터 선택되는 적어도 1종의 금속을 포함하는 금속염을 포함하는 것을 특징으로 하는 부극 활물질이다. 이에 의해, 이차 전지의 부극 제작 시에 제작하는 슬러리를 안정화시킬 수 있어, 이차 전지의 부극 활물질로서 사용하였을 때, 초기 충방전 특성 및 사이클 특성을 향상시키는 것이 가능한 부극 활물질이 제공된다.The present invention relates to a negative electrode active material comprising negative electrode active material particles, wherein the negative electrode active material particles contain silicon compound particles containing a silicon compound (SiO x : 0.5? X? 1.6), the silicon compound particles contain a Li compound, Characterized in that the negative electrode active material particles comprise a metal salt containing at least one salt selected from a salt of polyacrylic acid and a salt of carboxymethylcellulose and containing at least one metal selected from Mg and Al, to be. Thereby, a negative electrode active material capable of stabilizing a slurry produced at the time of manufacturing the negative electrode of the secondary battery and improving initial charge / discharge characteristics and cycle characteristics when used as the negative electrode active material of the secondary battery is provided.

Description

부극 활물질, 혼합 부극 활물질 재료 및 부극 활물질의 제조 방법A negative electrode active material, a mixed negative electrode active material and a negative electrode active material production method

본 발명은, 부극 활물질, 혼합 부극 활물질 재료 및 부극 활물질의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a negative electrode active material, a mixed negative electrode active material and a method for producing the negative electrode active material.

근년 모바일 단말기 등으로 대표되는 소형 전자 기기가 널리 보급되어 있으며, 더 한층의 소형화, 경량화 및 장수명화가 강하게 요구되고 있다. 이러한 시장 요구에 대하여, 특히 소형이면서 경량이며 고에너지 밀도를 얻는 것이 가능한 이차 전지의 개발이 진행되고 있다. 이 이차 전지는 소형 전자 기기에 한정되지 않고, 자동차 등으로 대표되는 대형 전자 기기, 가옥 등으로 대표되는 전력 저장 시스템에 대한 적용도 검토되고 있다.Background Art [0002] In recent years, small-sized electronic devices such as mobile terminals have become widespread, and further downsizing, weight reduction, and long life are strongly demanded. In response to such market demand, development of a secondary battery capable of obtaining a small, lightweight and high energy density is progressing. The secondary battery is not limited to a small electronic device but is also being studied for application to a power storage system represented by a large electronic apparatus represented by an automobile or a house.

그 중에서도, 리튬 이온 이차 전지는 소형이면서 고용량화를 행하기 쉽고, 또한 납 전지, 니켈 카드뮴 전지보다도 높은 에너지 밀도가 얻어지기 때문에, 대단히 기대되고 있다.Among them, the lithium ion secondary battery is very small in size, easy to make high capacity, and has a much higher energy density than a lead battery and a nickel-cadmium battery.

상기 리튬 이온 이차 전지는 정극 및 부극, 세퍼레이터와 함께 전해액을 구비하고 있고, 부극은 충방전 반응에 관계되는 부극 활물질을 포함하고 있다.The lithium ion secondary battery includes a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte together with a separator, and the negative electrode includes a negative electrode active material related to charge / discharge reaction.

이 부극 활물질로서는, 탄소계 활물질이 널리 사용되고 있는 한편, 최근의 시장 요구로부터 전지 용량의 더 한층의 향상이 요구되고 있다. 전지 용량 향상을 위해, 부극 활물질재로서 규소를 사용하는 것이 검토되고 있다. 왜냐하면, 규소의 이론 용량(4199mAh/g)은 흑연의 이론 용량(372mAh/g)보다도 10배 이상 크기 때문에, 전지 용량의 대폭적인 향상을 기대할 수 있기 때문이다. 부극 활물질재로서의 규소재의 개발은 규소 단체뿐만 아니라, 합금, 산화물로 대표되는 화합물 등에 대해서도 검토되고 있다. 또한, 활물질 형상은, 탄소계 활물질에서는 표준적인 도포형으로부터, 집전체에 직접 퇴적하는 일체형까지 검토되고 있다.As the negative electrode active material, a carbon-based active material has been widely used, and further improvement of battery capacity is demanded from recent market demands. In order to improve battery capacity, it has been studied to use silicon as the negative electrode active material. This is because the theoretical capacity of silicon (4199 mAh / g) is 10 times larger than the theoretical capacity of graphite (372 mAh / g), so that a significant improvement in the capacity of the battery can be expected. The development of a quartz as a negative electrode active material has been studied not only for a silicon group but also for a compound represented by an alloy or an oxide. In addition, the active material shape is studied from a standard coating type to a single type in which the carbon-based active material is directly deposited on the current collector.

그러나, 부극 활물질로서 규소를 주원료로서 사용하면, 충방전 시에 부극 활물질이 팽창 수축되기 때문에, 주로 부극 활물질 표층 근방에서 깨지기 쉬워진다. 또한, 활물질 내부에 이온성 물질이 생성되어, 부극 활물질이 깨지기 쉬운 물질이 된다. 부극 활물질 표층이 깨지면, 그것에 의해 새 표면이 발생하여, 활물질의 반응 면적이 증가한다. 이 때, 새 표면에 있어서 전해액의 분해 반응이 발생함과 함께, 새 표면에 전해액의 분해물인 피막이 형성되기 때문에 전해액이 소비된다. 이 때문에 사이클 특성이 저하되기 쉬워진다.However, when silicon is used as the main raw material as the negative electrode active material, the negative electrode active material expands and shrinks during charging and discharging, and therefore, it tends to break mainly in the vicinity of the surface layer of the negative electrode active material. Also, an ionic material is generated inside the active material, and the negative electrode active material becomes a fragile material. When the negative electrode active material surface layer is broken, a new surface is generated thereby to increase the reaction area of the active material. At this time, a decomposition reaction of the electrolytic solution occurs on the new surface, and a film as a decomposed product of the electrolytic solution is formed on the new surface, so that the electrolytic solution is consumed. As a result, the cycle characteristics tend to decrease.

지금까지, 전지 초기 효율이나 사이클 특성을 향상시키기 위해서, 규소재를 주재로 한 리튬 이온 이차 전지용 부극 재료, 전극 구성에 대하여 다양한 검토가 이루어져 있다.Up to now, in order to improve the cell initial efficiency and the cycle characteristics, various studies have been made on the negative electrode material and the electrode configuration for a lithium ion secondary battery based on a cast material.

구체적으로는, 양호한 사이클 특성이나 높은 안전성을 얻을 목적으로, 기상법을 사용하여 규소 및 비정질 이산화규소를 동시에 퇴적시키고 있다(예를 들어 특허문헌 1 참조). 또한, 높은 전지 용량이나 안전성을 얻기 위해서, 규소 산화물 입자의 표층에 탄소재(전자 전도재)를 마련하고 있다(예를 들어 특허문헌 2 참조). 또한, 사이클 특성을 개선함과 함께 고입출력 특성을 얻기 위해서, 규소 및 산소를 함유하는 활물질을 제작하며, 또한 집전체 근방에서의 산소 비율이 높은 활물질층을 형성하고 있다(예를 들어 특허문헌 3 참조). 또한, 사이클 특성을 향상시키기 위해서, 규소 활물질 중에 산소를 함유시켜, 평균 산소 함유량이 40at% 이하이며, 또한 집전체에 가까운 장소에서 산소 함유량이 많아지도록 형성하고 있다(예를 들어 특허문헌 4 참조).Concretely, silicon and amorphous silicon dioxide are simultaneously deposited using a vapor phase method for the purpose of obtaining good cycle characteristics and high safety (see, for example, Patent Document 1). Further, in order to obtain a high battery capacity and safety, a carbon material (electron conduction material) is provided on the surface layer of the silicon oxide particles (see, for example, Patent Document 2). In order to improve cycle characteristics and obtain high input / output characteristics, an active material containing silicon and oxygen is prepared, and an active material layer having a high oxygen ratio in the vicinity of the current collector is formed (see, for example, Patent Document 3 Reference). In order to improve the cycle characteristics, oxygen is contained in the silicon active material so that the average oxygen content is 40 at% or less and the oxygen content is increased at a position close to the current collector (see, for example, Patent Document 4) .

또한, 첫회 충방전 효율을 개선하기 위해서 Si상, SiO2, MyO 금속 산화물을 함유하는 나노 복합체를 사용하고 있다(예를 들어 특허문헌 5 참조). 또한, 사이클 특성 개선을 위해서, SiOx(0.8≤x≤1.5, 입경 범위=1㎛ 내지 50㎛)와 탄소재를 혼합하여 고온 소성하고 있다(예를 들어 특허문헌 6 참조). 또한, 사이클 특성 개선을 위해서, 부극 활물질 중에 있어서의 규소에 대한 산소의 몰비를 0.1 내지 1.2로 하고, 활물질, 집전체 계면 근방에 있어서의 몰비의 최댓값, 최솟값의 차가 0.4 이하가 되는 범위에서 활물질의 제어를 행하고 있다(예를 들어 특허문헌 7 참조). 또한, 전지 부하 특성을 향상시키기 위해서, 리튬을 함유한 금속 산화물을 사용하고 있다(예를 들어 특허문헌 8 참조). 또한, 사이클 특성을 개선시키기 위해서, 규소재 표층에 실란 화합물 등의 소수층을 형성하고 있다(예를 들어 특허문헌 9 참조). 또한, 사이클 특성 개선을 위해서, 산화규소를 사용하고, 그 표층에 흑연 피막을 형성함으로써 도전성을 부여하고 있다(예를 들어 특허문헌 10 참조). 특허문헌 10에 있어서, 흑연 피막에 관한 RAMAN 스펙트럼으로부터 얻어지는 시프트값에 대하여, 1330cm-1 및 1580cm-1에 브로드한 피크를 나타냄과 함께, 그들의 강도비 I1330/I1580이 1.5<I1330/I1580<3으로 되어 있다. 또한, 높은 전지 용량, 사이클 특성의 개선을 위해서, 이산화규소 중에 분산된 규소 미결정상을 갖는 입자를 사용하고 있다(예를 들어, 특허문헌 11 참조). 또한, 과충전, 과방전 특성을 향상시키기 위해서, 규소와 산소의 원자수비를 1:y(0<y<2)로 제어한 규소 산화물을 사용하고 있다(예를 들어 특허문헌 12 참조).In order to improve the charge / discharge efficiency at first , a nanocomposite containing a Si phase, SiO 2 , or M y O metal oxide is used (see, for example, Patent Document 5). In order to improve the cycle characteristics, SiOx (0.8? X ? 1.5, particle size range = 1 to 50 占 퐉) and carbon materials are mixed and baked at a high temperature (for example, see Patent Document 6). In order to improve the cycle characteristics, the ratio of oxygen to silicon in the negative electrode active material is 0.1 to 1.2, and the difference between the maximum value and the minimum value of the molar ratio near the interface of the collector is 0.4 or less. (See, for example, Patent Document 7). Further, in order to improve battery load characteristics, a metal oxide containing lithium is used (see, for example, Patent Document 8). Further, in order to improve the cycle characteristics, a hydrophobic layer such as a silane compound is formed on the surface layer of the silk material (see, for example, Patent Document 9). In order to improve cycle characteristics, silicon oxide is used, and a graphite film is formed on the surface layer to impart conductivity (see, for example, Patent Document 10). In the Patent Document 10, with respect to the shift value obtained from the RAMAN spectrum of the graphite film, 1330cm -1 and 1580cm -1 of a broad peak with the indicated, their intensity ratio I 1330 / I 1580 is 1.5 <I 1330 / I 1580 < 3. In order to improve the high battery capacity and the cycle characteristics, particles having a purity of silicon suspended in silicon dioxide are used (see, for example, Patent Document 11). In order to improve the overcharging and overdischarging characteristics, a silicon oxide whose atomic ratio of silicon and oxygen is controlled to be 1: y (0 <y <2) is used (see, for example, Patent Document 12).

일본 특허 공개 제2001-185127호 공보Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-185127 일본 특허 공개 제2002-042806호 공보Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-042806 일본 특허 공개 제2006-164954호 공보Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-164954 일본 특허 공개 제2006-114454호 공보Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-114454 일본 특허 공개 제2009-070825호 공보Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-070825 일본 특허 공개 제2008-282819호 공보Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-282819 일본 특허 공개 제2008-251369호 공보Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-251369 일본 특허 공개 제2008-177346호 공보Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-177346 일본 특허 공개 제2007-234255호 공보Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-234255 일본 특허 공개 제2009-212074호 공보Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-212074 일본 특허 공개 제2009-205950호 공보Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-205950 일본 특허 제2997741호 명세서Japanese Patent No. 2997741 Specification

상술한 바와 같이, 근년 모바일 단말기 등으로 대표되는 소형 전자 기기는 고성능화, 다기능화가 진행되고 있으며, 그 주전원인 리튬 이온 이차 전지는 전지 용량의 증가가 요구되고 있다. 이 문제를 해결하는 하나의 방법으로서, 규소재를 주재로서 사용한 부극을 포함하는 리튬 이온 이차 전지의 개발이 요망되고 있다. 또한, 규소재를 사용하는 경우, Li를 도핑한 규소재를 사용함으로써 높은 초기 효율 및 용량 유지율을 얻을 수 있지만, 한편, Li를 도핑한 규소재는 수계 용매에 대한 안정성이 낮고, 부극 제작 시에 제작하는 규소재를 혼합한 수계 부극 슬러리의 안정성이 저하되어버리기 때문에, 공업적으로 부적합하였다.As described above, in recent years, small-sized electronic devices represented by mobile terminals and the like are becoming more sophisticated and multifunctional, and lithium ion secondary batteries as their main power sources are required to increase their battery capacities. As a method for solving this problem, development of a lithium ion secondary battery including a negative electrode using a cast material as a main material has been desired. In the case of using a roughened material, a high initial efficiency and a capacity retention rate can be obtained by using a roughened material doped with Li. On the other hand, a roughened material doped with Li has low stability against an aqueous solvent, The stability of the water-based negative electrode slurry mixed with the gypsum material is lowered, and thus it is industrially unsuitable.

본 발명은 전술한 바와 같은 문제를 감안하여 이루어진 것이며, 이차 전지의 부극 제작 시에 제작하는 슬러리를 안정화시킬 수 있어, 이차 전지의 부극 활물질로서 사용하였을 때, 초기 충방전 특성 및 사이클 특성을 향상시키는 것이 가능한 부극 활물질, 및 이 부극 활물질을 포함하는 혼합 부극 활물질 재료를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 부극 제작 시에 제작하는 슬러리를 안정화시킬 수 있어, 초기 충방전 특성 및 사이클 특성을 향상시킬 수 있는 부극 활물질의 제조 방법을 제공하는 것도 목적으로 한다.Disclosure of the Invention The present invention has been made in view of the above problems, and it is an object of the present invention to provide a secondary battery which can stabilize a slurry produced at the time of manufacturing negative electrode of a secondary battery and improve initial charge / discharge characteristics and cycle characteristics And a mixed negative electrode active material including the negative electrode active material. It is also an object of the present invention to provide a method for producing a negative electrode active material which can stabilize a slurry to be produced at the time of producing the negative electrode and improve initial charge / discharge characteristics and cycle characteristics.

상기 목적을 달성하기 위해서 본 발명은, 부극 활물질 입자를 포함하는 부극 활물질로서, 상기 부극 활물질 입자가 규소 화합물(SiOx: 0.5≤x≤1.6)을 포함하는 규소 화합물 입자를 함유하고, 상기 규소 화합물 입자가 Li 화합물을 함유하고, 상기 부극 활물질 입자가 폴리아크릴산의 염 및 카르복시메틸셀룰로오스의 염으로부터 선택되는 적어도 1종의 염을 포함하고, Mg 및 Al로부터 선택되는 적어도 1종의 금속을 포함하는 금속염을 포함하는 것을 특징으로 하는 부극 활물질을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a negative electrode active material comprising negative electrode active material particles, wherein the negative electrode active material particles contain silicon compound particles containing a silicon compound (SiO x : 0.5? X? 1.6) Wherein the particle contains a Li compound and the negative electrode active material particle contains at least one salt selected from a salt of polyacrylic acid and a salt of carboxymethyl cellulose and contains at least one metal selected from Mg and Al And a negative electrode active material.

본 발명의 부극 활물질은, 규소 화합물 입자를 포함하는 부극 활물질 입자(규소계 활물질 입자라고도 호칭함)를 포함하기 때문에, 전지 용량을 향상시킬 수 있다. 또한, 규소 화합물 입자가 Li 화합물을 포함함으로써, 충전 시에 발생하는 불가역 용량을 저감시킬 수 있다. 이에 의해, 전지의 첫회 효율 및 사이클 특성을 향상시킬 수 있다. 또한, 폴리아크릴산의 염 및 카르복시메틸셀룰로오스의 염으로부터 선택되는 적어도 1종의 염과, Mg 및 Al로부터 선택되는 적어도 1종의 금속을 포함하는 금속염을 부극 활물질 입자가 포함함으로써, 수계 용매 중에 부극 활물질 등을 분산시킨 슬러리(수계 부극 슬러리)의 제작 시에, 부극 활물질 입자 중의 Li 화합물로부터의 Li 이온의 용출이 억제되어, 수계 부극 슬러리의 안정성이 향상된다.Since the negative electrode active material of the present invention includes negative electrode active material particles (also referred to as silicon-based active material particles) containing silicon compound particles, the battery capacity can be improved. Further, when the silicon compound particles contain a Li compound, the irreversible capacity generated upon charging can be reduced. As a result, the efficiency and cycle characteristics of the battery can be improved at the first time. Further, the negative electrode active material particles include a metal salt containing at least one salt selected from a salt of polyacrylic acid and a salt of carboxymethyl cellulose and at least one metal selected from Mg and Al, so that the negative electrode active material The elution of Li ions from the Li compound in the negative electrode active material particles is suppressed and the stability of the aqueous negative electrode slurry is improved.

이 때, 상기 폴리아크릴산의 염 및 상기 카르복시메틸셀룰로오스의 염으로부터 선택되는 적어도 1종의 염의 총량이, 상기 부극 활물질 입자의 총량에 대하여 0.1질량% 이상 5질량% 이하의 범위의 것이면 바람직하다.At this time, it is preferable that the total amount of at least one salt selected from the salt of polyacrylic acid and the salt of carboxymethyl cellulose is in the range of 0.1 mass% to 5 mass% with respect to the total amount of the negative electrode active material particles.

폴리아크릴산의 염 및 카르복시메틸셀룰로오스의 염으로부터 선택되는 적어도 1종의 염의 총량이, 부극 활물질 입자의 총량에 대하여 0.1질량% 이상이면, 부극 활물질 입자 중의 Li 화합물로부터의 Li 이온의 용출이 보다 억제되어, 수계 부극 슬러리의 안정성이 보다 향상된다. 또한, 이러한 염의 총량이, 부극 활물질 입자의 총량에 대하여 5질량% 이하이면 전지 용량의 저하를 방지할 수 있다.When the total amount of at least one salt selected from a salt of polyacrylic acid and a salt of carboxymethyl cellulose is 0.1% by mass or more based on the total amount of the negative electrode active material particles, the elution of Li ions from the Li compound in the negative electrode active material particles is further suppressed , The stability of the aqueous negative electrode slurry is further improved. When the total amount of these salts is 5% by mass or less based on the total amount of the negative electrode active material particles, the battery capacity can be prevented from lowering.

또한 이 때, 상기 폴리아크릴산의 염 및 상기 카르복시메틸셀룰로오스의 염으로부터 선택되는 적어도 1종의 염이, 암모늄염인 것이 바람직하다.At this time, it is preferable that at least one salt selected from the salt of polyacrylic acid and the salt of carboxymethyl cellulose is an ammonium salt.

이러한 것이면, 부극 활물질 입자 중의 Li 화합물로부터의 Li 이온의 용출이 보다 억제되기 때문에, 수계 부극 슬러리의 안정성이 보다 향상된다.If this is the case, the elution of Li ions from the Li compound in the negative electrode active material particles is further suppressed, so that the stability of the aqueous negative electrode slurry is further improved.

또한, 상기 Mg 및 Al로부터 선택되는 적어도 1종의 금속을 포함하는 금속염의 총량이, 상기 부극 활물질 입자의 총량에 대하여 0.1질량% 이상 5질량% 이하의 범위의 것이면 바람직하다.The total amount of the metal salt containing at least one metal selected from Mg and Al is preferably in the range of 0.1 mass% to 5 mass% with respect to the total amount of the negative electrode active material particles.

상기 금속염의 총량이, 부극 활물질 입자의 총량에 대하여 0.1질량% 이상이면, 부극 활물질 입자 중의 Li 화합물로부터의 Li 이온의 용출이 보다 억제되어, 수계 부극 슬러리의 안정성이 보다 향상된다. 또한, 금속염의 총량이, 부극 활물질 입자의 총량에 대하여 5질량% 이하이면 전지 용량의 저하를 방지할 수 있다.When the total amount of the metal salt is 0.1% by mass or more based on the total amount of the negative electrode active material particles, the elution of Li ions from the Li compound in the negative electrode active material particles is further suppressed, and the stability of the aqueous negative electrode slurry is further improved. When the total amount of the metal salt is 5% by mass or less based on the total amount of the negative electrode active material particles, the battery capacity can be prevented from lowering.

또한, 상기 Mg 및 Al로부터 선택되는 적어도 1종의 금속을 포함하는 금속염이, 질산염, 인산염, 염산염 또는 황산염 중 어느 것이면 바람직하다.The metal salt containing at least one metal selected from the group consisting of Mg and Al is preferably a nitrate salt, a phosphate salt, a hydrochloride salt or a sulfate salt.

이러한 것이면, 부극 활물질 입자 중의 Li 화합물로부터의 Li 이온의 용출이 보다 억제되기 때문에, 수계 부극 슬러리의 안정성이 보다 향상된다.If this is the case, the elution of Li ions from the Li compound in the negative electrode active material particles is further suppressed, so that the stability of the aqueous negative electrode slurry is further improved.

또한, 상기 부극 활물질 입자에 포함되는 상기 폴리아크릴산의 염 및 상기 카르복시메틸셀룰로오스의 염으로부터 선택되는 적어도 1종의 염의 질량 기준의 함유량의 합계가, 상기 부극 활물질 입자에 포함되는 상기 Mg 및 Al로부터 선택되는 적어도 1종의 금속을 포함하는 금속염의 질량 기준의 함유량의 합계보다도 작은 것이면 바람직하다.The total content of the negative electrode active material particles based on the mass of the polyacrylic acid salt and at least one salt selected from the salt of carboxymethyl cellulose contained in the negative electrode active material particles is selected from among Mg and Al contained in the negative electrode active material particles Is smaller than the sum of the content based on the mass of the metal salt containing at least one kind of metal.

이러한 것이면, 부극 활물질 입자 중의 Li 화합물로부터의 Li 이온의 용출이 보다 억제되기 때문에, 수계 부극 슬러리의 안정성이 보다 향상된다.If this is the case, the elution of Li ions from the Li compound in the negative electrode active material particles is further suppressed, so that the stability of the aqueous negative electrode slurry is further improved.

또한, 상기 부극 활물질 입자가 Li 화합물로서, Li2Si2O5, Li2SiO3, Li4SiO4 중 적어도 1종 이상을 포함하는 것이 바람직하다.Further, it is preferable that the negative electrode active material particle contains at least one of Li 2 Si 2 O 5 , Li 2 SiO 3 , and Li 4 SiO 4 as a Li compound.

리튬 화합물로서 상기와 같은 리튬실리케이트를 포함함으로써, 충전 시에 발생하는 불가역 용량을 저감시킬 수 있어, 전지의 첫회 효율 및 사이클 특성을 향상시킬 수 있다.By including lithium silicate as the lithium compound, the irreversible capacity generated at the time of charging can be reduced, and the efficiency and cycle characteristics of the battery can be improved at the first time.

또한, 상기 규소 화합물 입자는, Cu-Kα선을 사용한 X선 회절 스펙트럼에 있어서의 Si(111) 결정면에 기인하는 피크의 반값폭(2θ)이 1.2° 이상임과 함께, 그 결정면에 대응하는 결정자 크기는 7.5nm 이하인 것이 바람직하다.Further, the silicon compound particle has a half-width (2?) Of a peak attributed to a Si (111) crystal plane in an X-ray diffraction spectrum using a Cu-K? Line of 1.2 占 or more and a crystallite size Is preferably 7.5 nm or less.

규소 화합물 입자가 상기 규소 결정성을 갖는 부극 활물질을 리튬 이온 이차 전지의 부극 활물질로서 사용하면, 보다 양호한 사이클 특성 및 초기 충방전 특성이 얻어진다.When the negative electrode active material having the silicon crystallinity of the silicon compound particles is used as the negative electrode active material of the lithium ion secondary battery, better cycle characteristics and initial charge / discharge characteristics are obtained.

또한, 본 발명의 부극 활물질은, 상기 규소 화합물 입자에 있어서 29Si-MAS-NMR 스펙트럼으로부터 얻어지는, 케미컬 쉬프트값으로서 -60 내지 -95ppm에서 부여되는 Si 및 Li 실리케이트 영역의 최대 피크 강도값 A와, 케미컬 쉬프트값으로서 -96 내지 -150ppm에서 부여되는 SiO2 영역의 피크 강도값 B가, A>B라는 관계를 만족시키는 것이면 바람직하다.The negative electrode active material of the present invention is characterized in that the maximum peak strength value A of the Si and Li silicate regions, which are obtained from the 29 Si-MAS-NMR spectrum in the silicon compound particles and are given at -60 to -95 ppm as a chemical shift value, It is preferable that the peak intensity value B of the SiO 2 region given at -96 to -150 ppm as the chemical shift value satisfies the relation A> B.

규소 화합물 입자에 있어서, SiO2 성분을 기준으로 하여 Si 및 Li2SiO3의 양이 보다 많은 것이면, Li의 삽입에 의한 전지 특성의 향상 효과를 충분히 얻어지는 부극 활물질이 된다.In the silicon compound particles, SiO 2 As long as the on the basis of more than the amount of Si and Li 2 SiO 3 ingredient is a fully obtained the negative electrode active material to the effect of improving the cell characteristics due to insertion of Li.

또한, 상기 부극 활물질 입자는 메디안 직경이 3㎛ 이상 15㎛ 이하인 것이 바람직하다.It is preferable that the negative electrode active material particles have a median diameter of 3 탆 or more and 15 탆 or less.

부극 활물질 입자의 메디안 직경이 3㎛ 이상이면, 질량당 표면적의 증가에 의해 전지 불가역 용량이 증가하는 것을 억제할 수 있다. 한편, 메디안 직경을 15㎛ 이하로 함으로써, 입자가 깨지기 어려워지기 때문에 새 표면이 나오기 어려워진다.When the median diameter of the negative electrode active material particles is 3 mu m or more, increase in cell irreversible capacity due to increase in surface area per mass can be suppressed. On the other hand, when the median diameter is 15 占 퐉 or less, it is difficult for the particles to break, and therefore, a new surface is difficult to come out.

또한, 상기 부극 활물질 입자는 표층부에 탄소재를 포함하는 것이 바람직하다.It is preferable that the negative electrode active material particle contains a carbon material in the surface layer portion.

이와 같이, 부극 활물질 입자가 그 표층부에 탄소재를 포함함으로써, 도전성의 향상이 얻어진다.As described above, the negative electrode active material particles contain a carbon material in the surface layer portion, thereby improving the conductivity.

또한, 상기 탄소재의 평균 두께는 5nm 이상 5000nm 이하인 것이 바람직하다.The average thickness of the carbonaceous material is preferably 5 nm or more and 5000 nm or less.

탄소재의 평균 두께가 5nm 이상이면 도전성 향상이 얻어진다. 또한, 피복하는 탄소재의 평균 두께가 5000nm 이하라면, 이러한 부극 활물질 입자를 포함하는 부극 활물질을 리튬 이온 이차 전지에 사용함으로써, 규소 화합물 입자를 충분한 양으로 확보할 수 있으므로, 전지 용량의 저하를 억제할 수 있다.When the average thickness of the carbon material is 5 nm or more, the conductivity is improved. When the average thickness of the carbon material to be coated is 5000 nm or less, by using a negative electrode active material containing such negative electrode active material particles in the lithium ion secondary battery, it is possible to secure a sufficient amount of the silicon compound particles, can do.

또한, 상기 목적을 달성하기 위해서 본 발명은, 상기 부극 활물질과 탄소계 활물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 혼합 부극 활물질 재료를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a mixed negative electrode active material characterized by comprising the negative electrode active material and the carbonaceous active material.

이와 같이, 부극 활물질층을 형성하는 재료로서, 본 발명의 부극 활물질(규소계 부극 활물질)과 함께 탄소계 활물질을 포함함으로써, 부극 활물질층의 도전성을 향상시킬 수 있음과 함께, 충전에 수반하는 팽창 응력을 완화시키는 것이 가능해진다. 또한, 규소계 부극 활물질을 탄소계 활물질에 혼합함으로써 전지 용량을 증가시킬 수 있다.As described above, by including the carbon-based active material together with the negative electrode active material (silicon-based negative electrode active material) of the present invention as a material for forming the negative-electrode active material layer, it is possible to improve the conductivity of the negative electrode active material layer, It becomes possible to relax the stress. Further, the capacity of the battery can be increased by mixing the silicon-based negative electrode active material with the carbon-based active material.

또한, 상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은, 규소 화합물 입자를 함유하는 부극 활물질 입자를 포함하는 부극 활물질을 제조하는 방법으로서, 규소 화합물(SiOx: 0.5≤x≤1.6)을 포함하는 규소 화합물 입자를 제작하는 공정과, 상기 규소 화합물 입자에 Li를 삽입하여, Li 화합물을 함유시키는 공정에 의해 부극 활물질 입자를 제작하고, 상기 부극 활물질 입자에, 폴리아크릴산의 염 및 카르복시메틸셀룰로오스의 염으로부터 선택되는 적어도 1종의 염과 Mg 및 Al로부터 선택되는 적어도 1종의 금속을 포함하는 금속염을 포함시키는 공정을 포함하고, 상기 폴리아크릴산의 염 및 카르복시메틸셀룰로오스의 염으로부터 선택되는 적어도 1종의 염과, 상기 Mg 및 Al로부터 선택되는 적어도 1종의 금속을 포함하는 금속염을 포함한 상기 부극 활물질 입자를 사용하여, 부극 활물질을 제조하는 것을 특징으로 하는 부극 활물질의 제조 방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a method for producing a negative electrode active material comprising negative electrode active material particles containing silicon compound particles, comprising the steps of: preparing a negative electrode active material containing a silicon compound (SiOx: 0.5? X? 1.6) A method for producing negative electrode active material particles, comprising the steps of: preparing particles; preparing negative electrode active material particles by a step of inserting Li into the silicon compound particles and containing a Li compound; and separating the negative electrode active material particles from a salt of polyacrylic acid and a salt of carboxymethylcellulose And at least one metal salt selected from the group consisting of a salt of polyacrylic acid and a salt of carboxymethyl cellulose, and a salt of at least one salt selected from salts of polyacrylic acid and carboxymethyl cellulose, , The negative electrode active material particles containing a metal salt containing at least one metal selected from Mg and Al W, provides a method for preparing a negative electrode active material, characterized in that for preparing the negative electrode active material.

부극 활물질 입자에 상기와 같은 염을 포함시켜, 부극 활물질을 제조함으로써, 부극 제작 시에 제작하는 수계 부극 슬러리를 특히 안정화시킬 수 있으며, 또한 리튬 이온 이차 전지의 부극 활물질로서 사용하였을 때에 고용량임과 함께 양호한 사이클 특성 및 초기 충방전 특성을 갖는 부극 활물질을 제조할 수 있다.By preparing the negative electrode active material by including the salt as described above in the negative electrode active material particles, it is possible to stabilize the aqueous negative electrode slurry produced at the time of manufacturing the negative electrode, and when used as the negative electrode active material of the lithium ion secondary battery, A negative electrode active material having good cycle characteristics and initial charge / discharge characteristics can be produced.

본 발명의 부극 활물질은, 부극 제작 시에 제작하는 수계 부극 슬러리를 특히 안정화시킬 수 있으며, 또한 이차 전지의 부극 활물질로서 사용하였을 때, 고용량이며 양호한 사이클 특성 및 초기 충방전 특성이 얻어진다. 또한, 이 부극 활물질을 포함하는 혼합 부극 활물질 재료에 있어서도 동일한 효과가 얻어진다. 또한, 본 발명의 부극 활물질의 제조 방법이면, 부극 제작 시에 제작하는 수계 슬러리를 안정화시킬 수 있으며, 또한 리튬 이온 이차 전지의 부극 활물질로서 사용하였을 때, 양호한 사이클 특성 및 초기 충방전 특성을 갖는 부극 활물질을 제조할 수 있다.The negative electrode active material of the present invention can stabilize the aqueous negative electrode slurry to be produced at the time of producing the negative electrode, and when used as a negative electrode active material for a secondary battery, a high capacity, good cycle characteristics and initial charge / discharge characteristics are obtained. The same effect can be obtained also in the mixed negative-electrode active material including the negative-electrode active material. In addition, the method for producing the negative electrode active material of the present invention can stabilize the aqueous slurry produced at the time of manufacturing the negative electrode, and when used as the negative electrode active material of the lithium ion secondary battery, the negative electrode having good cycle characteristics and initial charge / An active material can be produced.

도 1은 본 발명의 부극 활물질을 포함하는 비수전해질 이차 전지용 부극의 구성의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 2는 산화 환원법에 의해 개질을 행한 경우에 규소 화합물 입자로부터 측정되는 29Si-MAS-NMR 스펙트럼의 일례이다.
도 3은 열 도프법에 의해 개질을 행한 경우에 규소 화합물 입자로부터 측정되는 29Si-MAS-NMR 스펙트럼의 일례이다.
도 4는 본 발명의 부극 활물질을 포함하는 리튬 이차 전지의 구성예(라미네이트 필름형)를 나타내는 도면이다.
도 5는 부극 활물질의 총량에 대한 규소계 활물질 입자의 비율과 이차 전지의 전지 용량의 증가율의 관계를 나타내는 그래프이다.
1 is a cross-sectional view showing an example of the configuration of a negative electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery including a negative electrode active material of the present invention.
2 is an example of a 29 Si-MAS-NMR spectrum measured from silicon compound particles when the modification is carried out by an oxidation-reduction method.
3 is an example of a 29 Si-MAS-NMR spectrum measured from silicon compound particles when the modification is performed by the thermal doping method.
4 is a view showing a configuration example (laminate film type) of a lithium secondary battery including the negative electrode active material of the present invention.
5 is a graph showing the relationship between the ratio of the silicon-based active material particles to the total amount of the negative electrode active material and the rate of increase of the battery capacity of the secondary battery.

이하, 본 발명에 대하여 실시 형태를 설명하지만, 본 발명은 이것으로 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described, but the present invention is not limited thereto.

전술한 바와 같이, 리튬 이온 이차 전지의 전지 용량을 증가시키는 하나의 방법으로서, 규소재를 주재로서 사용한 부극을 리튬 이온 이차 전지의 부극으로서 사용하는 것이 검토되고 있다. 특히, Li를 도핑한 규소재는 초기 충방전 특성 및 사이클 특성이 양호해지기는 하지만, 이러한 규소재를 포함하는 수계 부극 슬러리의 안정성이 저하된다는 문제가 있어, 탄소계 활물질을 사용한 리튬 이온 이차 전지와 동등한 슬러리 안정성, 초기 충방전 특성 및 사이클 특성을 갖는 부극 활물질을 제안하는 데 이르지 못하였다.As described above, as one method for increasing the battery capacity of a lithium ion secondary battery, it has been studied to use a negative electrode using a roughened material as a main material as a negative electrode of a lithium ion secondary battery. Particularly, although the Li-doped silicon carbide has good initial charging / discharging characteristics and cycle characteristics, there is a problem that the stability of the water-based negative electrode slurry containing such silicon carbide is deteriorated. Therefore, the lithium ion secondary battery using the carbon- , The initial charge / discharge characteristics and cycle characteristics of the negative electrode active material.

그래서, 본 발명자들은, 이차 전지에 사용한 경우, 고전지 용량으로 됨과 함께, 슬러리 안정성, 사이클 특성 및 첫회 효율이 양호해지는 부극 활물질을 얻기 위해 예의 검토를 거듭하여, 본 발명에 이르렀다.Therefore, the inventors of the present invention have made intensive investigations to obtain a negative electrode active material having a high battery capacity and good slurry stability, cycle characteristics and initial efficiency when used in a secondary battery, and have reached the present invention.

본 발명의 부극 활물질은 부극 활물질 입자를 포함한다. 또한, 이 부극 활물질 입자는 규소 화합물(SiOx: 0.5≤x≤1.6)을 포함하는 규소 화합물 입자를 함유하고 있으며, 이 규소 화합물 입자는 Li 화합물을 함유하고 있다. 또한, 부극 활물질 입자는 폴리아크릴산의 염 및 카르복시메틸셀룰로오스의 염으로부터 선택되는 적어도 1종의 염을 포함한다. 또한, 부극 활물질 입자는 Mg 및 Al로부터 선택되는 적어도 1종의 금속을 포함하는 금속염을 포함한다.The negative electrode active material of the present invention includes negative electrode active material particles. Further, the negative electrode active material particles contain silicon compound particles containing a silicon compound (SiO x : 0.5? X? 1.6), and the silicon compound particles contain a Li compound. In addition, the negative electrode active material particles include at least one salt selected from a salt of polyacrylic acid and a salt of carboxymethylcellulose. Further, the negative electrode active material particles include a metal salt containing at least one metal selected from Mg and Al.

이러한 부극 활물질은 규소 화합물 입자를 포함하는 부극 활물질 입자(규소계 활물질 입자라고도 호칭함)를 포함하기 때문에, 전지 용량을 향상시킬 수 있다. 또한, 규소 화합물 입자가 Li 화합물을 포함함으로써, 충전 시에 발생하는 불가역 용량을 저감시킬 수 있다. 이에 의해, 전지의 첫회 효율 및 사이클 특성을 향상시킬 수 있다. 또한, 폴리아크릴산의 염 및 카르복시메틸셀룰로오스의 염으로부터 선택되는 적어도 1종의 염과, Mg 및 Al로부터 선택되는 적어도 1종의 금속을 포함하는 금속염을 양쪽 모두 부극 활물질 입자가 포함함으로써, 수계 용매 중에 부극 활물질 등을 분산시킨 슬러리(수계 부극 슬러리)의 제작 시에, 부극 활물질 입자 중의 Li 화합물로부터의 Li 이온의 용출이 억제되어, 수계 부극 슬러리의 안정성이 향상된다. 부극 활물질 입자가 폴리아크릴산의 염 및 카르복시메틸셀룰로오스의 염으로부터 선택되는 적어도 1종의 염만 단독으로 포함하고 있어도, 수계 부극 슬러리의 안정성은 향상되지 않는다. 또한, 부극 활물질 입자가 상기 중 적어도 1종의 금속염만 단독으로 포함하고 있어도, 수계 부극 슬러리의 안정성을 향상시키는 효과는 작다.Since the negative electrode active material includes negative electrode active material particles (also referred to as silicon-based active material particles) containing silicon compound particles, the battery capacity can be improved. Further, when the silicon compound particles contain a Li compound, the irreversible capacity generated upon charging can be reduced. As a result, the efficiency and cycle characteristics of the battery can be improved at the first time. Further, since the negative electrode active material particles include both the at least one salt selected from a salt of polyacrylic acid and a salt of carboxymethyl cellulose and the metal salt including at least one metal selected from Mg and Al, The elution of Li ions from the Li compound in the negative electrode active material particles is suppressed at the time of manufacturing the slurry in which the negative electrode active material or the like is dispersed (aqueous negative electrode slurry), and the stability of the aqueous negative electrode slurry is improved. The stability of the aqueous negative electrode slurry is not improved even when the negative electrode active material particles contain at least one salt selected from a salt of polyacrylic acid and a salt of carboxymethyl cellulose alone. Further, even if the negative electrode active material particles contain at least one kind of metal salt alone, the effect of improving the stability of the aqueous negative electrode slurry is small.

<비수전해질 이차 전지용 부극>&Lt; Negative electrode for non-aqueous electrolyte secondary battery &

이어서, 본 발명의 부극 활물질을 포함하는 비수전해질 이차 전지용 부극에 대하여 설명한다. 도 1은 비수전해질 이차 전지용 부극(이하, 「부극」이라고도 호칭함)의 구성의 일례를 나타내는 단면도이다.Next, a negative electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery including the negative electrode active material of the present invention will be described. 1 is a cross-sectional view showing an example of the configuration of a negative electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery (hereinafter also referred to as &quot; negative electrode &quot;).

[부극의 구성][Configuration of negative electrode]

도 1에 도시한 바와 같이, 부극(10)은 부극 집전체(11) 상에 부극 활물질층(12)을 갖는 구성으로 되어 있다. 이 부극 활물질층(12)은 부극 집전체(11)의 양면, 또는 편면만 마련되어 있어도 된다. 또한, 본 발명의 부극 활물질이 사용된 것이면, 부극 집전체(11)는 없어도 된다.As shown in Fig. 1, the negative electrode 10 is configured to have the negative electrode active material layer 12 on the negative electrode collector 11. The negative electrode active material layer 12 may be provided on both sides or only one side of the negative electrode collector 11. In addition, if the negative electrode active material of the present invention is used, the negative electrode collector 11 may be omitted.

[부극 집전체][Negative collector]

부극 집전체(11)는 우수한 도전성 재료이며, 또한 기계적인 강도가 뛰어난 물질로 구성된다. 부극 집전체(11)에 사용할 수 있는 도전성 재료로서, 예를 들어 구리(Cu)나 니켈(Ni)을 들 수 있다. 이 도전성 재료는, 리튬(Li)과 금속간 화합물을 형성하지 않는 재료인 것이 바람직하다.The negative electrode collector 11 is made of a material having excellent electrical conductivity and excellent mechanical strength. Examples of the conductive material usable for the negative electrode collector 11 include copper (Cu) and nickel (Ni). The conductive material is preferably a material that does not form an intermetallic compound with lithium (Li).

부극 집전체(11)는 주원소 이외에도, 탄소(C)나 황(S)을 포함하고 있는 것이 바람직하다. 부극 집전체의 물리적 강도가 향상되기 때문이다. 특히 충전 시에 팽창하는 활물질층을 갖는 경우, 집전체가 상기 원소를 포함하고 있으면, 집전체를 포함하는 전극 변형을 억제하는 효과가 있기 때문이다. 상기 함유 원소의 함유량은 특별히 한정되지 않지만, 그 중에서도 각각 100질량ppm 이하인 것이 바람직하다. 더 높은 변형 억제 효과가 얻어지기 때문이다. 이러한 변형 억제 효과에 의해 사이클 특성을 보다 향상시킬 수 있다.The negative electrode current collector 11 preferably contains carbon (C) or sulfur (S) in addition to the main element. This is because the physical strength of the negative electrode collector is improved. Particularly, in the case where the current collector has an active material layer that expands upon charging, if the current collector contains the element, deformation of the electrode including the current collector is suppressed. The content of the containing element is not particularly limited, but is preferably 100 mass ppm or less in each case. And a higher strain inhibiting effect can be obtained. The cycle characteristics can be further improved by such strain suppressing effect.

또한, 부극 집전체(11)의 표면은 조화(粗化)되어 있어도 되고, 조화되어 있지 않아도 된다. 조화되어 있는 부극 집전체는, 예를 들어 전해 처리, 엠보싱 처리 또는 화학 에칭 처리된 금속박 등이다. 조화되지 않은 부극 집전체는, 예를 들어 압연 금속박 등이다.In addition, the surface of the negative electrode collector 11 may be roughened or not coarsened. The harmonized anode current collector is, for example, a metal foil subjected to an electrolytic treatment, an embossing treatment or a chemical etching treatment. The non-harmonized negative electrode collector is, for example, a rolled metal foil or the like.

[부극 활물질층][Negative electrode active material layer]

부극 활물질층(12)은, 리튬 이온을 흡장, 방출 가능한 본 발명의 부극 활물질을 포함하고 있고, 전지 설계상의 관점에서, 추가로 부극 결착제(결합제)나 도전 보조제 등 다른 재료를 포함하고 있어도 된다. 부극 활물질은 부극 활물질 입자를 포함하고, 부극 활물질 입자는 규소 화합물(SiOx: 0.5≤x≤1.6)을 함유하는 규소 화합물 입자를 포함한다.The negative electrode active material layer 12 includes the negative electrode active material of the present invention capable of absorbing and desorbing lithium ions and may further contain other materials such as a negative electrode binder (binder) and a conductive auxiliary agent from the viewpoint of battery designing . The negative electrode active material includes negative electrode active material particles, and the negative electrode active material particles include silicon compound particles containing a silicon compound (SiO x : 0.5? X? 1.6).

또한, 부극 활물질층(12)은, 본 발명의 부극 활물질과 탄소계 활물질을 포함하는 혼합 부극 활물질 재료를 포함하고 있어도 된다. 이에 의해, 부극 활물질층의 전기 저항이 저하됨과 함께, 충전에 수반하는 팽창 응력을 완화시키는 것이 가능해진다. 탄소계 활물질로서는, 예를 들어 열분해 탄소류, 코크스류, 유리상 탄소 섬유, 유기 고분자 화합물 소성체, 카본 블랙류 등을 사용할 수 있다.The negative electrode active material layer 12 may include a mixed negative electrode active material including the negative electrode active material and the carbonaceous active material of the present invention. Thereby, the electrical resistance of the negative electrode active material layer is lowered, and the expansion stress accompanying charging can be relaxed. As the carbon-based active material, for example, pyrolytic carbon, cokes, glass-like carbon fiber, sintered organic polymer compound, carbon black and the like can be used.

또한, 혼합 부극 활물질 재료는, 본 발명의 부극 활물질(규소계 부극 활물질)과 탄소계 활물질의 질량의 합계에 대한, 규소계 부극 활물질의 질량의 비율이 6질량% 이상인 것이 바람직하다. 규소계 부극 활물질과 탄소계 활물질의 질량의 합계에 대한, 규소계 부극 활물질의 질량의 비율이 6질량% 이상이면, 전지 용량을 확실하게 향상시키는 것이 가능해진다.The mixed negative-electrode active material preferably has a mass ratio of the silicon-based negative electrode active material to the total mass of the negative electrode active material (silicon-based negative electrode active material) of the present invention and the carbon-based active material of 6 mass% or more. When the ratio of the mass of the silicon-based negative electrode active material to the total mass of the silicon-based negative electrode active material and the carbon-based active material is 6 mass% or more, it is possible to reliably improve the battery capacity.

또한, 상기와 같이 본 발명의 부극 활물질은 규소 화합물 입자를 포함하고, 규소 화합물 입자는 규소 화합물(SiOx: 0.5≤x≤1.6)을 함유하는 산화규소재이지만, 그 조성은 x가 1에 가까운 쪽이 바람직하다. 왜냐하면, 높은 사이클 특성이 얻어지기 때문이다. 또한, 본 발명에 있어서의 규소 화합물의 조성은 반드시 순도 100%를 의미하는 것은 아니고, 미량의 불순물 원소를 포함하고 있어도 된다.In addition, as described above, the negative electrode active material of the present invention includes silicon compound particles, and the silicon compound particles are silicon oxide materials containing silicon compounds (SiO x : 0.5? X? 1.6) Is preferable. This is because a high cycle characteristic is obtained. The composition of the silicon compound in the present invention does not always mean a purity of 100% but may contain a trace amount of impurity element.

또한, 본 발명의 부극 활물질에 있어서, 규소 화합물 입자는 Li 화합물로서, Li2Si2O5, Li2SiO3 및 Li4SiO4 중 적어도 1종 이상을 함유하고 있는 것이 바람직하다. 이러한 것은, 규소 화합물 중의, 전지의 충방전 시의 리튬의 삽입, 탈리 시에 불안정화되는 SiO2 성분부를 미리 별도의 리튬실리케이트로 개질시킨 것이므로, 충전 시에 발생하는 불가역 용량을 저감시킬 수 있다.In the negative electrode active material of the present invention, it is preferable that the silicon compound particle contains at least one or more of Li 2 Si 2 O 5 , Li 2 SiO 3 and Li 4 SiO 4 as the Li compound. This is because, among the silicon compounds, SiO 2 which is destabilized by insertion and desorption of lithium at the time of charging / Since the component portion is previously modified with another lithium silicate, the irreversible capacity generated at the time of charging can be reduced.

또한, 규소 화합물 입자의 벌크 내부에 Li2Si2O5, Li2SiO3 및 Li4SiO4는 적어도 1종 이상 존재함으로써 전지 특성이 향상되지만, 2종류 이상의 Li 화합물을 공존시키면 전지 특성이 보다 향상된다. 또한, 이들 리튬실리케이트는 NMR(Nuclear Magnetic Resonance: 핵자기 공명) 또는 XPS(X-ray photoelectron spectroscopy: X선 광전자 분광)로 정량 가능하다. XPS와 NMR의 측정은, 예를 들어 이하의 조건에 의해 행할 수 있다.Further, the presence of at least one or more of Li 2 Si 2 O 5 , Li 2 SiO 3, and Li 4 SiO 4 in the bulk of the silicon compound particles improves the battery characteristics. However, when two or more Li compounds are coexisted, . In addition, these lithium silicates can be quantified by NMR (Nuclear Magnetic Resonance) or X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). Measurement of XPS and NMR can be performed, for example, under the following conditions.

XPSXPS

·장치: X선 광전자 분광 장치,· Apparatus: X-ray photoelectron spectrometer,

·X 선원: 단색화 Al Kα선,· X-ray source: monochromatic Al Kα line,

·X선 스폿 직경: 100㎛,X-ray spot diameter: 100 占 퐉,

·Ar 이온 총 스퍼터 조건: 0.5kV/2mm×2mm.Ar ion total sputter condition: 0.5 kV / 2 mm x 2 mm.

29Si MAS NMR(매직각 회전 핵자기 공명) 29 Si MAS NMR (magic spinning nuclear magnetic resonance)

·장치: Bruker사제 700NMR 분광기,Device: 700NMR spectrometer manufactured by Bruker,

·프로브: 4mmHR-MAS 로터 50μL,· Probe: 50 μL of 4 mm HR-MAS rotor,

·시료 회전 속도: 10kHz,· Sample rotation speed: 10 kHz,

·측정 환경 온도: 25℃.· Measuring environment Temperature: 25 ℃.

또한, 상기한 바와 같이, 본 발명의 부극 활물질은, 부극 활물질 입자가 폴리아크릴산의 염 및 카르복시메틸셀룰로오스의 염으로부터 선택되는 적어도 1종의 염을 포함하고, 또한 Mg 및 Al로부터 선택되는 적어도 1종의 금속을 포함하는 금속염도 포함하고 있다. 이 때, 본 발명의 부극 활물질에서는, 폴리아크릴산의 염 및 카르복시메틸셀룰로오스의 염으로부터 선택되는 적어도 1종의 염의 총량이, 부극 활물질 입자의 총량에 대하여 0.1질량% 이상 5질량% 이하의 범위인 것이 바람직하다. 예를 들어, 부극 활물질 입자가 폴리아크릴산의 염 및 카르복시메틸셀룰로오스의 염으로부터 선택되는 염을 2종류 이상 포함할 때는, 해당 2종류 이상의 염의 질량의 합계가, 부극 활물질 입자의 총량에 대하여 0.1질량% 이상 5질량% 이하인 것이 바람직하다. 또한, 상기 염을 1종류만 포함하는 경우에는, 그 염의 질량이 부극 활물질 입자의 질량에 대하여 0.1질량% 이상 5질량% 이하인 것이 바람직하다. 이와 같이, 상기 염의 총량이 부극 활물질 입자의 총량에 대하여 0.1질량% 이상의 범위임으로써, 부극 활물질 입자 중의 Li 화합물로부터의 Li 이온의 용출이 보다 충분히 억제되어, 수계 부극 슬러리의 안정성이 한층 향상된다. 또한, 상기 염의 총량이 부극 활물질 입자의 총량에 대하여 5질량% 이하의 범위라면, 전지 용량이 저하되는 일이 없다.As described above, the negative electrode active material of the present invention is characterized in that the negative electrode active material particle contains at least one salt selected from a salt of polyacrylic acid and a salt of carboxymethylcellulose, and further contains at least one kind selected from Mg and Al Of the metal salt. At this time, in the negative electrode active material of the present invention, the total amount of at least one salt selected from a salt of polyacrylic acid and a salt of carboxymethyl cellulose is in the range of 0.1 mass% to 5 mass% with respect to the total amount of negative electrode active material particles desirable. For example, when the negative electrode active material particles contain two or more kinds of salts selected from a salt of polyacrylic acid and a salt of carboxymethylcellulose, the total mass of the two or more kinds of salts is preferably 0.1 mass% Or more and 5 mass% or less. When the salt contains only one kind of salt, it is preferable that the mass of the salt is 0.1% by mass or more and 5% by mass or less with respect to the mass of the negative electrode active material particle. Thus, when the total amount of the salt is in the range of 0.1 mass% or more based on the total amount of the negative electrode active material particles, the elution of Li ions from the Li compound in the negative electrode active material particles is sufficiently suppressed, and the stability of the aqueous negative electrode slurry is further improved. If the total amount of the salt is 5% by mass or less based on the total amount of the negative electrode active material particles, the battery capacity is not lowered.

또한, 본 발명의 부극 활물질에서는, Mg 및 Al로부터 선택되는 적어도 1종의 금속을 포함하는 금속염의 총량이, 부극 활물질 입자의 총량에 대하여 0.1질량% 이상 5질량% 이하의 범위로 포함되어 있는 것이 바람직하다. 상기와 동일하게, 부극 활물질 입자가 Mg 및 Al로부터 선택되는 적어도 1종의 금속을 포함하는 금속염을 2종류 이상 포함할 때는, 2종류 이상의 금속염의 질량의 합계가, 부극 활물질 입자의 총량에 대하여 0.1질량% 이상 5질량% 이하인 것이 바람직하다. 또한, 금속염을 1종류만 포함하는 경우에는, 그 금속염의 질량이 부극 활물질 입자의 질량에 대하여 0.1질량% 이상 5질량% 이하인 것이 바람직하다. 이와 같이, 금속염의 총량이, 부극 활물질 입자의 총량에 대하여 0.1질량% 이상의 범위임으로써, 부극 활물질 입자 중의 Li 화합물로부터의 Li 이온의 용출이 보다 충분히 억제되어, 수계 부극 슬러리의 안정성이 한층 향상된다. 또한, 금속염의 총량이, 부극 활물질 입자의 총량에 대하여 5질량% 이하의 범위라면, 전지 용량이 저하되는 일이 없다.Further, in the negative electrode active material of the present invention, the total amount of the metal salt containing at least one metal selected from Mg and Al is contained in the range of 0.1 mass% to 5 mass% with respect to the total amount of the negative electrode active material particles desirable. When the negative electrode active material particles include two or more metal salts containing at least one metal selected from Mg and Al, the total mass of the two or more metal salts is preferably 0.1 By mass to 5% by mass or less. When only one kind of metal salt is contained, it is preferable that the mass of the metal salt is 0.1% by mass or more and 5% by mass or less with respect to the mass of the negative electrode active material particles. As described above, the total amount of the metal salt is in the range of 0.1 mass% or more based on the total amount of the negative electrode active material particles, whereby the elution of Li ions from the Li compound in the negative electrode active material particles is more sufficiently suppressed and the stability of the aqueous negative electrode slurry is further improved . If the total amount of the metal salt is in the range of 5 mass% or less based on the total amount of the negative electrode active material particles, the battery capacity is not lowered.

또한, 특히 본 발명에서는, 부극 활물질 입자에 포함되는 폴리아크릴산의 염 및 카르복시메틸셀룰로오스의 염으로부터 선택되는 적어도 1종의 염의 질량 기준의 함유량의 합계가, 부극 활물질 입자에 포함되는 Mg 및 Al로부터 선택되는 적어도 1종의 금속을 포함하는 금속염의 질량 기준의 함유량의 합계보다도 작은 것이 바람직하다. 금속염을 폴리아크릴산의 염 등보다도 많이 포함함으로써, 수계 부극 슬러리의 안정성이 보다 향상된다.Particularly, in the present invention, the total content of at least one salt selected from salts of polyacrylic acid and salts of carboxymethyl cellulose contained in the negative electrode active material particles is selected from Mg and Al contained in the negative electrode active material particles Is preferably smaller than the sum of the content based on the mass of the metal salt containing at least one kind of metal. The stability of the aqueous negative electrode slurry is further improved by containing the metal salt more than the salt of polyacrylic acid or the like.

또한, 본 발명에서는 폴리아크릴산의 염 또는 카르복시메틸셀룰로오스의 염으로서, 카르복시메틸셀룰로오스의 암모늄염(CMC-NH4), 폴리아크릴산의 리튬염(PAA-Li) 및 폴리아크릴산의 암모늄염(PAA-NH4) 등으로부터 적어도 1종류를 선택할 수 있다. 이 중에서도 특히, 폴리아크릴산의 염 또는 카르복시메틸셀룰로오스의 염이 암모늄염인 것이 바람직하다. 이러한 것이면, 수계 부극 슬러리의 안정성을 보다 향상시킬 수 있기 때문이다.(CMC-NH 4 ), a lithium salt of polyacrylic acid (PAA-Li) and an ammonium salt of polyacrylic acid (PAA-NH 4 ) as a salt of polyacrylic acid or carboxymethylcellulose, And the like can be selected. Among them, it is particularly preferable that the salt of polyacrylic acid or the salt of carboxymethylcellulose is an ammonium salt. This is because the stability of the aqueous negative electrode slurry can be further improved.

또한, 본 발명에서는, Mg 및 Al로부터 선택되는 적어도 1종의 금속을 포함하는 금속염이, 질산염, 인산염, 염산염 또는 황산염 중 어느 것이면 바람직하다. 이러한 것을 포함하면, 수계 부극 슬러리의 안정성을 보다 향상시킬 수 있기 때문이다. 보다 구체적으로는, Mg 및 Al로부터 선택되는 적어도 1종의 금속을 포함하는 금속염으로서, Mg(NO3)2, MgCl2, MgSO4, Mg3(PO4)2, AlCl3, Al(NO3)3 및 AlPO4 등으로부터 적어도 1종의 금속염을 선택할 수 있다.In the present invention, the metal salt containing at least one kind of metal selected from Mg and Al is preferably a nitrate salt, a phosphate salt, a hydrochloride salt or a sulfate salt. This is because the stability of the water-based negative electrode slurry can be further improved by including such a component. More specifically, as the metal salt comprises a metal of at least one kind selected from Mg, Al, Mg (NO 3) 2 , MgCl 2, MgSO 4, Mg 3 (PO 4) 2, AlCl 3, Al (NO 3 ) 3 , AlPO 4 , and the like can be selected.

또한, 폴리아크릴산의 염 또는 카르복시메틸셀룰로오스의 염, 및 Mg 및 Al로부터 선택되는 적어도 1종의 금속을 포함하는 금속염은 약알칼리성인 것이면 바람직하다. 약알칼리성 염을 사용하면, 산성 염을 사용하는 경우보다도 Li 실리케이트로부터 Li가 용출되기 어렵다.The salt of polyacrylic acid or salt of carboxymethyl cellulose and the metal salt containing at least one kind of metal selected from Mg and Al are preferably those which are weakly alkaline. When a weakly alkaline salt is used, Li is less liable to elute from Li silicate than when an acidic salt is used.

또한, 규소 화합물 입자는, Cu-Kα선을 사용한 X선 회절에 의해 얻어지는 Si(111) 결정면에 기인하는 회절 피크의 반값폭(2θ)이 1.2° 이상임과 함께, 그 결정면에 대응하는 결정자 크기는 7.5nm 이하인 것이 바람직하다. 이 피크는, 결정성이 높을 때(반값폭이 좁을 때) 2θ=28.4±0.5° 부근에 나타난다. 규소 화합물 입자에 있어서의 규소 화합물의 규소 결정성은 낮을수록 좋고, 특히 Si 결정의 존재량이 적으면, 전지 특성을 향상시킬 수 있어, 더욱 안정적인 Li 화합물을 생성할 수 있다.The silicon compound particle has a half-width (2?) Of a diffraction peak attributable to the Si (111) crystal plane obtained by X-ray diffraction using a Cu-K? Ray of 1.2 占 or more and a crystallite size corresponding to the crystal plane is And is preferably 7.5 nm or less. This peak appears near 2θ = 28.4 ± 0.5 ° when the crystallinity is high (when the half band width is narrow). The lower the silicon crystallinity of the silicon compound in the silicon compound particles is, the better, and in particular, when the amount of Si crystals present is small, the battery characteristics can be improved and a more stable Li compound can be produced.

또한, 본 발명의 부극 활물질은, 규소 화합물 입자에 있어서 29Si-MAS-NMR 스펙트럼으로부터 얻어지는, 케미컬 쉬프트값으로서 -60 내지 -95ppm에서 부여되는 Si 및 Li 실리케이트 영역의 최대 피크 강도값 A와, 케미컬 쉬프트값으로서 -96 내지 -150ppm에서 부여되는 SiO2 영역의 피크 강도값 B가, A>B라는 관계를 만족시키는 것이 바람직하다. 규소 화합물 입자에 있어서, SiO2 성분을 기준으로 한 경우에 규소 성분 또는 Li2SiO3의 양이 비교적 많은 것이면, Li의 삽입에 의한 전지 특성의 향상 효과를 충분히 얻을 수 있다. 또한, 29Si-MAS-NMR의 측정 조건은 상기와 동일하면 된다.In addition, the negative electrode active material of the present invention, the silicon compound particles in the 29 Si-MAS-NMR spectrum obtained from a chemical shift value as a value A and a maximum peak intensity of Si and Li silicate area imparted from -60 to -95ppm, chemical It is preferable that the peak intensity value B of the SiO 2 region given as the shift value at -96 to -150 ppm satisfies the relation A> B. If the amount of the silicon component or Li 2 SiO 3 is relatively large in the case of the silicon compound particle based on the SiO 2 component, the effect of improving the battery characteristics by inserting Li can be sufficiently obtained. The measurement conditions of 29 Si-MAS-NMR may be the same as described above.

또한, 부극 활물질 입자의 메디안 직경(D50: 누적 체적이 50%가 될 때의 입자 직경)이 3㎛ 이상 15㎛ 이하인 것이 바람직하다. 메디안 직경이 상기 범위라면, 충방전 시에 있어서 리튬 이온의 흡장 방출이 되기 쉬워짐과 함께, 입자가 깨지기 어려워지기 때문이다. 메디안 직경이 3㎛ 이상이면, 질량당 표면적을 작게 할 수 있어, 전지 불가역 용량의 증가를 억제할 수 있다. 한편, 메디안 직경을 15㎛ 이하로 함으로써, 입자가 깨지기 어려워지기 때문에 새 표면이 나오기 어려워진다.It is also preferable that the median diameter (D 50 : particle diameter when the cumulative volume is 50%) of the negative electrode active material particles is 3 μm or more and 15 μm or less. When the median diameter is within the above range, the lithium ion is likely to be occluded and released during charging and discharging, and the particles are less likely to break. If the median diameter is 3 mu m or more, the surface area per mass can be reduced, and the increase in the battery irreversible capacity can be suppressed. On the other hand, when the median diameter is 15 占 퐉 or less, it is difficult for the particles to break, and therefore, a new surface is difficult to come out.

또한, 본 발명의 부극 활물질에 있어서, 부극 활물질 입자는 표층부에 탄소재를 포함하는 것이 바람직하다. 부극 활물질 입자가 그 표층부에 탄소재를 포함함으로써, 도전성의 향상이 얻어지기 때문에, 이러한 부극 활물질 입자를 포함하는 부극 활물질을 이차 전지의 부극 활물질로서 사용하였을 때, 전지 특성을 향상시킬 수 있다.In the negative electrode active material of the present invention, it is preferable that the negative electrode active material particles include a carbon material in the surface layer portion. Since the negative electrode active material particles contain a carbon material in the surface layer portion, the improvement of conductivity can be obtained. Therefore, when the negative electrode active material containing such negative electrode active material particles is used as the negative electrode active material of the secondary battery, battery characteristics can be improved.

또한, 부극 활물질 입자의 표층부의 탄소재의 평균 두께는, 5nm 이상 5000nm 이하인 것이 바람직하다. 탄소재의 평균 두께가 5nm 이상이면, 도전성 향상이 얻어지고, 피복하는 탄소재의 평균 두께가 5000nm 이하라면, 이러한 부극 활물질 입자를 포함하는 부극 활물질을 리튬 이온 이차 전지의 부극 활물질로서 사용하였을 때, 전지 용량의 저하를 억제할 수 있다.The average thickness of the carbonaceous material in the surface layer portion of the negative electrode active material particles is preferably 5 nm or more and 5000 nm or less. When the average thickness of the carbonaceous material is 5 nm or more, the conductivity is improved and the average thickness of the carbonaceous material is 5000 nm or less. When the negative electrode active material containing such negative electrode active material particles is used as the negative electrode active material of the lithium ion secondary battery, The deterioration of the battery capacity can be suppressed.

이 탄소재의 평균 두께는, 예를 들어 이하의 수순에 의해 산출할 수 있다. 우선, TEM(투과형 전자 현미경)에 의해 임의의 배율로 부극 활물질 입자를 관찰한다. 이 배율은, 두께를 측정할 수 있도록, 눈으로 보아 탄소재의 두께를 확인할 수 있는 배율이 바람직하다. 계속해서, 임의의 15점에 있어서, 탄소재의 두께를 측정한다. 이 경우, 가능한 한 특정한 장소에 집중하지 않고, 넓게 랜덤하게 측정 위치를 설정하는 것이 바람직하다. 마지막으로, 상기 15점의 탄소재의 두께의 평균값을 산출한다.The average thickness of the carbon material can be calculated, for example, by the following procedure. First, the negative electrode active material particles are observed at a certain magnification by a TEM (transmission electron microscope). This magnification is preferably a magnification capable of confirming the thickness of the carbon material by eyes so that the thickness can be measured. Subsequently, the thickness of the carbon material is measured at an arbitrary 15 point. In this case, it is preferable to set the measurement position at a wide random range without focusing on a specific place as much as possible. Finally, the average value of the thicknesses of the carbon materials of 15 points is calculated.

탄소재의 피복률은 특별히 한정되지 않지만, 가능한 한 높은 쪽이 바람직하다. 피복률이 30% 이상이면, 전기 전도성이 보다 향상되기 때문에 바람직하다. 탄소재의 피복 방법은 특별히 한정되지 않지만, 당탄화법, 탄화수소 가스의 열분해법이 바람직하다. 왜냐하면, 피복률을 향상시킬 수 있기 때문이다.The covering ratio of the carbonaceous material is not particularly limited, but is preferably as high as possible. When the covering ratio is 30% or more, it is preferable because the electric conductivity is further improved. The method of coating the carbonaceous material is not particularly limited, but the sugar carbonization method and the thermal decomposition method of the hydrocarbon gas are preferable. This is because the covering ratio can be improved.

또한, 부극 활물질층에 포함되는 부극 결착제로서는, 예를 들어 고분자 재료, 합성 고무 등 중 어느 1종류 이상을 사용할 수 있다. 고분자 재료는, 예를 들어 폴리불화비닐리덴, 폴리이미드, 폴리아미드이미드, 아라미드, 폴리아크릴산, 폴리아크릴산리튬, 카르복시메틸셀룰로오스 등이다. 합성 고무는, 예를 들어 스티렌부타디엔계 고무, 불소계 고무, 에틸렌프로필렌디엔 등이다.As the negative electrode binder contained in the negative electrode active material layer, any one or more of, for example, a polymer material and a synthetic rubber may be used. The polymer material is, for example, polyvinylidene fluoride, polyimide, polyamideimide, aramid, polyacrylic acid, lithium polyacrylate, carboxymethylcellulose and the like. The synthetic rubber is, for example, a styrene butadiene rubber, a fluorine rubber, or an ethylene propylene diene.

부극 도전 보조제로서는, 예를 들어 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 흑연, 케첸 블랙, 카본 나노튜브, 카본 나노파이버 등의 탄소 재료 중 어느 1종 이상을 사용할 수 있다.As the negative electrode conductive auxiliary, at least one of carbon materials such as carbon black, acetylene black, graphite, Ketjen black, carbon nanotubes, and carbon nanofibers can be used.

부극 활물질층은, 예를 들어 도포법으로 형성된다. 도포법이란, 부극 활물질 입자와 상기 결착제 등, 또한 필요에 따라서 도전 보조제, 탄소 재료를 혼합한 후에, 유기 용제나 물 등에 분산시켜 도포하는 방법이다.The negative electrode active material layer is formed by, for example, a coating method. The coating method is a method in which the negative electrode active material particles and the binder, and if necessary, the conductive auxiliary agent and the carbon material are mixed and dispersed in an organic solvent or water.

[부극의 제조 방법][Manufacturing method of negative electrode]

부극은, 예를 들어 이하의 수순에 의해 제조할 수 있다. 우선, 부극에 사용하는 부극 활물질의 제조 방법을 설명한다. 먼저, 규소 화합물(SiOx: 0.5≤x≤1.6)을 포함하는 규소 화합물 입자를 제작한다. 이어서, 규소 화합물 입자에 Li를 삽입하여, Li 화합물을 함유시킨다. 이와 같이 하여, 부극 활물질 입자를 제작한다. 이어서, 제작한 부극 활물질 입자에, 폴리아크릴산의 염 및 카르복시메틸셀룰로오스의 염으로부터 선택되는 적어도 1종의 염과 Mg 및 Al로부터 선택되는 적어도 1종의 금속을 포함하는 금속염을 포함시킨다. 그리고, 이 부극 활물질 입자를 사용하여, 부극 활물질을 제조한다.The negative electrode can be produced, for example, by the following procedure. First, a method of manufacturing the negative electrode active material used for the negative electrode will be described. First, silicon compound particles containing a silicon compound (SiO x : 0.5? X? 1.6) are prepared. Then, Li is inserted into the silicon compound particles to contain a Li compound. Thus, negative electrode active material particles are produced. Subsequently, the negative electrode active material particles thus prepared contain at least one salt selected from a salt of polyacrylic acid and a salt of carboxymethyl cellulose, and a metal salt containing at least one metal selected from Mg and Al. Then, the negative electrode active material is produced by using the negative electrode active material particles.

보다 구체적으로는 이하와 같이 부극 활물질을 제조할 수 있다. 우선, 산화규소 가스를 발생하는 원료를 불활성 가스의 존재 하, 감압 하에 900℃ 내지 1600℃의 온도 범위에서 가열하여, 산화규소 가스를 발생시킨다. 금속 규소 분말의 표면 산소 및 반응로 중의 미량 산소의 존재를 고려하면, 혼합 몰비가 0.8<금속 규소 분말/이산화규소 분말<1.3의 범위인 것이 바람직하다.More specifically, the negative electrode active material can be produced as follows. First, a raw material for generating a silicon oxide gas is heated in a temperature range of 900 to 1600 占 폚 under reduced pressure in the presence of an inert gas to generate silicon oxide gas. Considering the surface oxygen of the metal silicon powder and the presence of trace oxygen in the reaction furnace, it is preferable that the mixing molar ratio is in the range of 0.8 <metal silicon powder / silicon dioxide powder <1.3.

발생한 산화규소 가스는 흡착판 상에서 고체화되어 퇴적된다. 이어서, 반응로 내 온도를 100℃ 이하로 낮춘 상태에서 산화규소의 퇴적물을 취출하고, 볼 밀, 제트 밀 등을 사용하여 분쇄하여, 분말화를 행한다. 이와 같이 하여 얻어진 분말을 분급해도 된다. 본 발명에서는, 분쇄 공정 및 분급 공정 시에 규소 화합물 입자의 입도 분포를 조정할 수 있다. 이상과 같이 하여, 규소 화합물 입자를 제작할 수 있다. 또한, 규소 화합물 입자 중의 Si 결정자는, 기화 온도의 변경, 또는 생성 후의 열처리로 제어할 수 있다.The generated silicon oxide gas is solidified and deposited on the adsorption plate. Subsequently, in a state where the temperature in the reaction furnace is lowered to 100 占 폚 or lower, sediments of silicon oxide are taken out and pulverized using a ball mill, a jet mill or the like, and pulverized. The powder thus obtained may be classified. In the present invention, the particle size distribution of the silicon compound particles can be adjusted during the pulverizing step and the classifying step. Thus, silicon compound particles can be prepared. Further, the Si crystallite in the silicon compound particles can be controlled by changing the vaporization temperature or by heat treatment after the generation.

여기서, 규소 화합물 입자의 표층에 탄소재의 층을 생성해도 된다. 탄소재의 층을 생성하는 방법으로서는, 열분해 CVD법이 바람직하다. 열분해 CVD법으로 탄소재의 층을 생성하는 방법에 대하여 설명한다.Here, a carbon material layer may be formed on the surface layer of the silicon compound particles. A pyrolytic CVD method is preferred as a method for producing a layer of carbon material. A method of producing a carbon material layer by thermal decomposition CVD will be described.

우선, 규소 화합물 입자를 로 내에 세팅한다. 이어서, 로 내에 탄화수소 가스를 도입하고, 로 내 온도를 승온시킨다. 분해 온도는 특별히 한정되지 않지만, 1200℃ 이하가 바람직하고, 더 바람직한 것은 950℃ 이하이다. 분해 온도를 1200℃ 이하로 함으로써, 활물질 입자의 의도하지 않은 불균화를 억제할 수 있다. 소정의 온도까지 로 내 온도를 승온시킨 후에, 규소 화합물 입자의 표면에 탄소층을 생성한다. 또한, 탄소재의 원료가 되는 탄화수소 가스는 특별히 한정되지 않지만, CnHm 조성에 있어서 n≤3인 것이 바람직하다. n≤3이면, 제조 비용을 낮출 수 있고, 또한 분해 생성물의 물성을 양호하게 할 수 있다.First, the silicon compound particles are set in a furnace. Subsequently, a hydrocarbon gas is introduced into the furnace, and the furnace temperature is raised. The decomposition temperature is not particularly limited, but is preferably 1200 ° C or lower, and more preferably 950 ° C or lower. When the decomposition temperature is 1200 占 폚 or less, unintended disproportionation of the active material particles can be suppressed. After raising the internal temperature to a predetermined temperature, a carbon layer is formed on the surface of the silicon compound particles. The hydrocarbon gas to be a raw material of the carbonaceous material is not particularly limited, but it is preferable that n? 3 in the C n H m composition. If n &lt; = 3, the production cost can be lowered, and the physical properties of the decomposition product can be improved.

이어서, 상기와 같이 제작한 규소 활물질 입자에, Li를 삽입하여, Li 화합물을 함유시킨다. 이 때, Li 화합물로서, Li2Si2O5, Li2SiO3, Li4SiO4 중 적어도 1종 이상을 함유시키는 것이 바람직하다. 이들과 같은 Li 실리케이트를 얻기 위해서, Li의 삽입은 산화 환원법에 의해 행하는 것이 바람직하다.Then, Li is inserted into the silicon active material particles prepared as described above to contain a Li compound. At this time, it is preferable to contain at least one or more of Li 2 Si 2 O 5 , Li 2 SiO 3 and Li 4 SiO 4 as the Li compound. In order to obtain Li silicates such as these, the insertion of Li is preferably carried out by the redox method.

산화 환원법에 의한 개질에서는, 예를 들어 먼저, 에테르 용매에 리튬을 용해시킨 용액 A에 규소 활물질 입자를 침지시킴으로써, 리튬을 삽입할 수 있다. 이 용액 A에 추가로 다환 방향족 화합물 또는 직쇄 폴리페닐렌 화합물을 포함시켜도 된다. 리튬의 삽입 후, 다환 방향족 화합물이나 그의 유도체를 포함하는 용액 B에 규소 활물질 입자를 침지시킴으로써, 규소 활물질 입자로부터 활성 리튬을 탈리할 수 있다. 이 용액 B의 용매는 예를 들어, 에테르계 용매, 케톤계 용매, 에스테르계 용매, 알코올계 용매, 아민계 용매, 또는 이들의 혼합 용매를 사용할 수 있다. 또는 용액 A에 침지시킨 후, 얻어진 규소 활물질 입자를 400 내지 800℃ 불활성 가스 하에서 열처리해도 된다. 열처리함으로써 Li 화합물을 안정화시킬 수 있다. 그 후, 알코올, 탄산리튬을 용해시킨 알카리수, 약산 또는 순수 등으로 세정하는 방법 등으로 세정해도 된다.In the modification by the oxidation-reduction method, lithium can be inserted, for example, by immersing the silicon active material particle in the solution A in which the lithium is dissolved in the ether solvent. A polycyclic aromatic compound or a straight-chain polyphenylene compound may be further contained in this solution A. After inserting lithium, active lithium may be desorbed from the silicon active material particles by immersing the silicon active material particle in the solution B containing the polycyclic aromatic compound or its derivative. The solvent of the solution B may be, for example, an ether solvent, a ketone solvent, an ester solvent, an alcohol solvent, an amine solvent, or a mixed solvent thereof. Or after immersing in the solution A, the obtained silicon active material particles may be subjected to heat treatment under an inert gas at 400 to 800 ° C. The Li compound can be stabilized by heat treatment. Thereafter, it may be cleaned by a method of washing with alcohol, weak alkali or pure water in which lithium carbonate is dissolved.

용액 A에 사용하는 에테르계 용매로서는, 디에틸에테르, tert-부틸메틸에테르, 테트라히드로푸란, 디옥산, 1,2-디메톡시에탄, 디에틸렌글리콜디메틸에테르, 트리에틸렌글리콜디메틸에테르, 테트라에틸렌글리콜디메틸에테르, 또는 이들의 혼합 용매 등을 사용할 수 있다. 이 중에서도 특히 테트라히드로푸란, 디옥산, 1,2-디메톡시에탄을 사용하는 것이 바람직하다. 이들 용매는 탈수되어 있는 것이 바람직하고, 탈산소되어 있는 것이 바람직하다.Examples of the ether solvent used in the solution A include diethyl ether, tert-butyl methyl ether, tetrahydrofuran, dioxane, 1,2-dimethoxyethane, diethylene glycol dimethyl ether, triethylene glycol dimethyl ether, tetraethylene glycol Dimethyl ether, a mixed solvent thereof, and the like can be used. Among these, tetrahydrofuran, dioxane and 1,2-dimethoxyethane are particularly preferably used. These solvents are preferably dehydrated and desirably deoxygenated.

또한, 용액 A에 포함되는 다환 방향족 화합물로서는, 나프탈렌, 안트라센, 페난트렌, 나프타센, 펜타센, 피렌, 피센, 트리페닐렌, 코로넨, 크리센 및 이들의 유도체 중 1종류 이상을 사용할 수 있고, 직쇄 폴리페닐렌 화합물로서는, 비페닐, 터페닐 및 이들의 유도체 중 1종류 이상을 사용할 수 있다.As the polycyclic aromatic compound contained in the solution A, at least one of naphthalene, anthracene, phenanthrene, naphthacene, pentacene, pyrene, picene, triphenylene, coronene, chrysene and derivatives thereof can be used As the linear polyphenylene compound, at least one of biphenyl, terphenyl and derivatives thereof may be used.

용액 B에 포함되는 다환 방향족 화합물로서는, 나프탈렌, 안트라센, 페난트렌, 나프타센, 펜타센, 피렌, 피센, 트리페닐렌, 코로넨, 크리센 및 이들의 유도체 중 1종 이상을 사용할 수 있다.As the polycyclic aromatic compound contained in the solution B, at least one of naphthalene, anthracene, phenanthrene, naphthacene, pentacene, pyrene, picene, triphenylene, coronene, chrysene and derivatives thereof may be used.

또한, 용액 B의 에테르계 용매로서는, 디에틸에테르, tert-부틸메틸에테르, 테트라히드로푸란, 디옥산, 1,2-디메톡시에탄, 디에틸렌글리콜디메틸에테르, 트리에틸렌글리콜디메틸에테르 및 테트라에틸렌글리콜디메틸에테르 등을 사용할 수 있다.Examples of the ether solvent of the solution B include diethyl ether, tert-butyl methyl ether, tetrahydrofuran, dioxane, 1,2-dimethoxyethane, diethylene glycol dimethyl ether, triethylene glycol dimethyl ether and tetraethylene glycol Dimethyl ether and the like can be used.

케톤계 용매로서는, 아세톤, 아세토페논 등을 사용할 수 있다.As the ketone solvent, acetone, acetophenone and the like can be used.

에스테르계 용매로서는, 포름산메틸, 아세트산메틸, 아세트산에틸, 아세트산프로필 및 아세트산이소프로필 등을 사용할 수 있다.As the ester-based solvent, methyl formate, methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate and isopropyl acetate may be used.

알코올계 용매로서는, 메탄올, 에탄올, 프로판올 및 이소프로필알코올 등을 사용할 수 있다.As the alcoholic solvent, methanol, ethanol, propanol, isopropyl alcohol and the like can be used.

아민계 용매로서는, 메틸아민, 에틸아민 및 에틸렌디아민 등을 사용할 수 있다.As the amine-based solvent, methylamine, ethylamine, ethylenediamine and the like can be used.

그 밖에도, 열 도프법에 의해 규소 활물질 입자에 Li를 삽입해도 된다. 열 도프법에 의한 개질에서는, 예를 들어 규소 활물질 입자를 LiH분이나 Li분과 혼합하여 비산화 분위기 하에서 가열을 행함으로써 개질 가능하다. 비산화 분위기로서는, 예를 들어 Ar 분위기 등을 사용할 수 있이다. 보다 구체적으로는 먼저, Ar 분위기 하에 LiH분 또는 Li분과 산화규소 분말을 충분히 섞어, 밀봉을 행하고, 밀봉한 용기마다 교반함으로써 균일화한다. 그 후, 700℃ 내지 750℃의 범위에서 가열하여 개질을 행한다. 또한 이 경우, Li를 규소 화합물로부터 탈리하기 위해서는, 가열 후의 분말을 충분히 냉각시키고, 그 후 알코올이나 알카리수, 약산이나 순수로 세정해도 된다.In addition, Li may be inserted into the silicon active material particle by the thermal doping method. In the modification by the heat doping method, for example, the silicon active material particles can be modified by mixing them with LiH or Li and heating them under a non-oxidizing atmosphere. As the non-oxidizing atmosphere, for example, an Ar atmosphere or the like can be used. More specifically, firstly, LiH powder or Li powder and silicon oxide powder are sufficiently mixed in an Ar atmosphere, followed by sealing, and stirring is performed for each sealed container. Thereafter, the reforming is performed by heating at a temperature in the range of 700 ° C to 750 ° C. In this case, in order to desorb Li from the silicon compound, the powder after heating may be sufficiently cooled and then washed with alcohol, alkaline water, weak acid or pure water.

또한, 열 도프법에 의해 개질을 행한 경우, 규소 화합물 입자로부터 얻어지는 29Si-MAS-NMR 스펙트럼은 산화 환원법을 사용한 경우와는 상이하다. 도 2에 산화 환원법에 의해 개질을 행한 경우에 규소 화합물 입자로부터 측정되는 29Si-MAS-NMR 스펙트럼의 일례를 나타낸다. 도 2에 있어서, -75ppm 부근에 부여되는 피크가 Li2SiO3에서 유래되는 피크이며, -80 내지 -100ppm에 부여되는 피크가 Si에서 유래되는 피크이다. 또한, -80 내지 -100ppm에 걸쳐, Li2SiO3, Li4SiO4 이외의 Li 실리케이트의 피크를 갖는 경우도 있다.Further, when the modification is carried out by the thermal doping method, the 29 Si-MAS-NMR spectrum obtained from the silicon compound particles is different from the case where the redox method is used. Fig. 2 shows an example of a 29 Si-MAS-NMR spectrum measured from the silicon compound particles when the modification is carried out by the oxidation-reduction method. In Fig. 2, the peak imparted to the vicinity of -75 ppm is a peak derived from Li 2 SiO 3 , and the peak imparted to -80 to -100 ppm is a peak derived from Si. In addition, over -80 to -100 ppm of Li 2 SiO 3 , Li 4 SiO 4 In some cases, a peak of Li silicate is present.

또한, 도 3에 열 도프법에 의해 개질을 행한 경우에 규소 화합물 입자로부터 측정되는 29Si-MAS-NMR 스펙트럼의 일례를 나타낸다. 도 3에 있어서, -75ppm 부근에 부여되는 피크가 Li2SiO3에서 유래되는 피크이며, -80 내지 -100ppm에 부여되는 피크가 Si에서 유래되는 피크이다. 또한, -80 내지 -100ppm에 걸쳐, Li2SiO3, Li4SiO4 이외의 Li 실리케이트의 피크를 갖는 경우도 있다. 또한, XPS 스펙트럼으로부터 Li4SiO4의 피크를 확인할 수 있다.3 shows an example of a 29 Si-MAS-NMR spectrum measured from the silicon compound particles when the modification is carried out by the thermal doping method. In Fig. 3, the peak imparted at around -75 ppm is a peak derived from Li 2 SiO 3 , and the peak imparted at -80 to -100 ppm is a peak derived from Si. In some cases, Li silicate peaks other than Li 2 SiO 3 and Li 4 SiO 4 are present over -80 to -100 ppm. In addition, the peak of Li 4 SiO 4 can be confirmed from the XPS spectrum.

이어서, 제작한 부극 활물질 입자에, 폴리아크릴산의 염 및 카르복시메틸셀룰로오스의 염으로부터 선택되는 적어도 1종의 염과 Mg 및 Al로부터 선택되는 적어도 1종의 금속을 포함하는 금속염을 포함시킨다. 부극 활물질 입자에 이들 염을 포함시키기 위해서는, 이하와 같은 방법을 사용할 수 있다.Subsequently, the negative electrode active material particles thus prepared contain at least one salt selected from a salt of polyacrylic acid and a salt of carboxymethyl cellulose, and a metal salt containing at least one metal selected from Mg and Al. In order to incorporate these salts in the negative electrode active material particles, the following method can be used.

예를 들어, 이하와 같은 습식 혼합법을 사용할 수 있다. 습식 혼합법에서는, 폴리아크릴산의 염 및 카르복시메틸셀룰로오스의 염으로부터 선택되는 적어도 1종의 염과 Mg 및 Al로부터 선택되는 적어도 1종의 금속을 포함하는 금속염을 분산시킨 용액을 부극 활물질 입자의 표면에 분무하여, 분무 후에 부극 활물질 입자를 건조시킴으로써 부극 활물질 입자의 표면에 상기 염을 포함시킬 수 있다.For example, the following wet mixing method can be used. In the wet mixing method, a solution obtained by dispersing at least one salt selected from a salt of polyacrylic acid and a salt of carboxymethyl cellulose and a metal salt containing at least one metal selected from Mg and Al is dispersed on the surface of the negative electrode active material particle The salt may be included on the surface of the negative electrode active material particles by spraying and drying the negative electrode active material particles after spraying.

보다 구체적으로는, 예를 들어 폴리아크릴산의 염과 인산알루미늄을 수용매에 분산시킨 수용액을 부극 활물질 입자에 분무하여, 부극 활물질 입자를 건조시킬 수 있다. 수용매에는 폴리아크릴산의 염은 용해되지만, 인산알루미늄은 용해되지 않기 때문에, 수용매 중의 이들 염 사이에 양이온 또는 음이온의 교환은 거의 일어나지 않는다. 따라서, 용매에 분산시킬 때, 부극 활물질 입자의 질량에 따라서 상기 각각의 염의 질량을 조정함으로써, 부극 활물질 입자 중의 각각의 염의 농도를 조절할 수 있다. 또한, 그 밖에도, 카르복시메틸셀룰로오스의 염과 금속염을 분산시킨 에탄올 등의 유기 용매를 부극 활물질 입자에 분무하여, 부극 활물질 입자를 건조시켜도 된다.More specifically, for example, an aqueous solution in which a salt of polyacrylic acid and aluminum phosphate are dispersed in a water solvent may be sprayed onto the negative electrode active material particles to dry the negative electrode active material particles. The salt of the polyacrylic acid is dissolved in the water solvent, but since the aluminum phosphate is not dissolved, exchange of the cation or anion rarely occurs between these salts in the aqueous solvent. Therefore, when dispersed in a solvent, the concentration of each salt in the negative electrode active material particles can be adjusted by adjusting the mass of each salt according to the mass of the negative electrode active material particles. In addition, an organic solvent such as ethanol in which a salt of carboxymethyl cellulose and a metal salt are dispersed may be sprayed on the negative electrode active material particles to dry the negative electrode active material particles.

또한, 상기와 같은 습식 혼합법 이외에도 건식 혼합법을 사용해도 된다. 이 경우, 공지된 처리 장치(호소카와미크론 노빌타 (R)NOB, 호소카와미크론 나우타 믹서 (R)DBX 등)를 사용함으로써, 부극 활물질 입자와, 폴리아크릴산의 염 및 카르복시메틸셀룰로오스의 염으로부터 선택되는 적어도 1종의 염과, Mg 및 Al로부터 선택되는 적어도 1종의 금속을 포함하는 금속염을 건식 혼합하여, 부극 활물질 입자의 표면에 상기 염의 각각을 부착시킬 수 있다.In addition to the above wet mixing method, a dry mixing method may also be used. In this case, by using a known treatment device (Hosokawa Micronobilta (R) NOB, Hosokawa Micron Nauta Mixer (R) DBX, etc.), at least an anode active material particle, a salt of polyacrylic acid and a salt of carboxymethylcellulose One kind of salt and a metal salt containing at least one metal selected from Mg and Al may be dry mixed to adhere each of the salts to the surface of the negative electrode active material particles.

이상과 같이 하여 제작한 부극 활물질을, 부극 결착제, 도전 보조제 등의 다른 재료와 혼합하여, 부극 합제로 한 후에, 유기 용제 또는 물 등을 첨가하여 슬러리로 한다. 다음으로 부극 집전체의 표면에, 상기 슬러리를 도포하고, 건조시켜 부극 활물질층을 형성한다. 이 때, 필요에 따라서 가열 프레스 등을 행해도 된다. 이상과 같이 하여, 부극을 제작할 수 있다.The negative electrode active material thus prepared is mixed with other materials such as a negative electrode binder and a conductive auxiliary agent to prepare a negative electrode mixture and then an organic solvent or water is added to form a slurry. Next, the slurry is coated on the surface of the negative electrode current collector and dried to form the negative electrode active material layer. At this time, a hot press or the like may be carried out if necessary. Thus, the negative electrode can be manufactured.

<리튬 이온 이차 전지>&Lt; Lithium ion secondary battery >

이어서, 본 발명의 부극 활물질을 포함하는 리튬 이온 이차 전지에 대하여 설명한다. 여기에서는 구체예로서, 라미네이트 필름형 리튬 이온 이차 전지를 예로 든다.Next, a lithium ion secondary battery including the negative electrode active material of the present invention will be described. Here, as a specific example, a laminate film type lithium ion secondary battery is taken as an example.

[라미네이트 필름형 리튬 이온 이차 전지의 구성][Configuration of laminate film type lithium ion secondary battery]

도 4에 나타내는 라미네이트 필름형 리튬 이온 이차 전지(20)는, 주로 시트상 외장 부재(25)의 내부에 권회 전극체(21)가 수납된 것이다. 이 권회체는 정극, 부극간에 세퍼레이터를 가지고, 권회된 것이다. 또한 정극, 부극간에 세퍼레이터를 갖고 적층체를 수납한 경우도 존재한다. 어느 전극체에 있어서도, 정극에 정극 리드(22)가 설치되고, 부극에 부극 리드(23)가 설치되어 있다. 전극체의 최외주부는 보호 테이프에 의해 보호되어 있다.The laminated film type lithium ion secondary cell 20 shown in Fig. 4 is one in which the wound electrode body 21 is housed in the sheet-like sheathing member 25 mainly. This winding is wound with a separator between the positive electrode and the negative electrode. There is also a case where the laminate is housed with the separator between the positive electrode and the negative electrode. In any of the electrode bodies, the positive electrode lead 22 is provided on the positive electrode, and the negative electrode lead 23 is provided on the negative electrode. The outermost peripheral portion of the electrode body is protected by a protective tape.

정부극 리드는, 예를 들어 외장 부재(25)의 내부로부터 외부를 향해 일방향으로 도출되어 있다. 정극 리드(22)는, 예를 들어 알루미늄 등의 도전성 재료에 의해 형성되고, 부극 리드(23)는, 예를 들어 니켈, 구리 등의 도전성 재료에 의해 형성된다.For example, the government pole lead is led out from the inside of the exterior member 25 to the outside in one direction. The positive electrode lead 22 is made of a conductive material such as aluminum and the negative electrode lead 23 is made of a conductive material such as nickel or copper.

외장 부재(25)는, 예를 들어 융착층, 금속층, 표면 보호층이 이 순서대로 적층된 라미네이트 필름이며, 이 라미네이트 필름은 융착층이 전극체(21)와 대향하도록, 2매의 필름의 융착층에 있어서의 외주연부끼리가 융착, 또는 접착제 등으로 맞대어져 있다. 융착부는, 예를 들어 폴리에틸렌이나 폴리프로필렌 등의 필름이며, 금속부는 알루미늄박 등이다. 보호층은, 예를 들어 나일론 등이다.The exterior member 25 is a laminate film in which, for example, a fusing layer, a metal layer, and a surface protective layer are laminated in this order. The laminate film is a laminate film in which the fusing layer faces the electrode body 21, And the outer peripheral edges of the layer are mutually fused or adhered with an adhesive or the like. The fused portion is, for example, a film such as polyethylene or polypropylene, and the metal portion is an aluminum foil or the like. The protective layer is, for example, nylon or the like.

외장 부재(25)와 정부극 리드 사이에는, 외기 침입 방지를 위해 밀착 필름(24)이 삽입되어 있다. 이 재료는, 예를 들어 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리올레핀 수지이다.An adhesive film 24 is inserted between the sheathing member 25 and the lead of the positive electrode for preventing entry of outside air. This material is, for example, polyethylene, polypropylene or polyolefin resin.

[정극][Positive]

정극은, 예를 들어 도 1의 부극(10)과 동일하게, 정극 집전체의 양면 또는 편면에 정극 활물질층을 갖고 있다.Like the negative electrode 10 of Fig. 1, for example, the positive electrode has a positive electrode active material layer on both sides or one side of the positive electrode collector.

정극 집전체는, 예를 들어 알루미늄 등의 도전성재에 의해 형성되어 있다.The positive electrode current collector is formed of a conductive material such as aluminum.

정극 활물질층은, 리튬 이온의 흡장 방출 가능한 정극재 중 어느 1종 또는 2종 이상을 포함하고 있고, 설계에 따라서 결착제, 도전 보조제, 분산제 등의 다른 재료를 포함하고 있어도 된다. 이 경우, 결착제, 도전 보조제에 관한 상세한 것은, 예를 들어 이미 기술한 부극 결착제, 부극 도전 보조제와 동일하다.The positive electrode active material layer contains any one or more of positive electrode materials capable of lithium ion storage and extraction, and may contain other materials such as a binder, a conductive auxiliary agent, and a dispersant depending on the design. In this case, details of the binder and the conductive auxiliary agent are the same as those of the negative electrode binder and the negative electrode conductive auxiliary agent described above.

정극 재료로서는, 리튬 함유 화합물이 바람직하다. 이 리튬 함유 화합물은, 예를 들어 리튬과 전이 금속 원소를 포함하는 복합 산화물, 또는 리튬과 전이 금속 원소를 갖는 인산 화합물을 들 수 있다. 이들 정극재 중에서도 니켈, 철, 망간, 코발트 중 적어도 1종 이상을 갖는 화합물이 바람직하다. 이들의 화학식으로서, 예를 들어 LixM1O2 또는 LiyM2PO4로 표시된다. 식 중, M1, M2는 적어도 1종 이상의 전이 금속 원소를 나타낸다. x, y의 값은 전지 충방전 상태에 따라서 상이한 값을 나타내지만, 일반적으로 0.05≤x≤1.10, 0.05≤y≤1.10으로 나타난다.As the positive electrode material, a lithium-containing compound is preferable. The lithium-containing compound includes, for example, a composite oxide containing lithium and a transition metal element, or a phosphoric acid compound having lithium and a transition metal element. Of these positive electrode materials, a compound having at least one of nickel, iron, manganese, and cobalt is preferable. These are represented by, for example, Li x M 1 O 2 or Li y M 2 PO 4 . In the formulas, M1 and M2 represent at least one kind of transition metal element. The values of x and y represent different values depending on the charge / discharge state of the battery, but generally 0.05? x? 1.10 and 0.05? y? 1.10.

리튬과 전이 금속 원소를 갖는 복합 산화물로서는, 예를 들어 리튬 코발트 복합 산화물(LixCoO2), 리튬 니켈 복합 산화물(LixNiO2) 등을 들 수 있다. 리튬과 전이 금속 원소를 갖는 인산 화합물로서는, 예를 들어 리튬 철 인산 화합물(LiFePO4) 또는 리튬 철 망간 인산 화합물(LiFe1 - uMnuPO4(0<u<1)) 등을 들 수 있다. 이들 정극재를 사용하면, 높은 전지 용량이 얻어짐과 함께, 우수한 사이클 특성도 얻어지기 때문이다.Examples of the composite oxide having lithium and a transition metal element include a lithium cobalt complex oxide (Li x CoO 2 ) and a lithium nickel composite oxide (Li x NiO 2 ). Examples of the phosphoric acid compound having lithium and a transition metal element include a lithium iron phosphate compound (LiFePO 4 ) or a lithium iron manganese phosphate compound (LiFe 1 - u Mn u PO 4 (0 <u <1) . When these positive electrode materials are used, a high battery capacity can be obtained and excellent cycle characteristics can be obtained.

[부극][Negative pole]

부극은 상기한 도 1의 리튬 이온 이차 전지용 부극(10)과 동일한 구성을 가지고, 예를 들어 집전체(11)의 양면에 부극 활물질층(12)을 갖고 있다. 이 부극은, 정극 활물질제로부터 얻어지는 전기 용량(전지로서 충전 용량)에 대하여, 부극 충전 용량이 커지는 것이 바람직하다. 부극 상에서의 리튬 금속의 석출을 억제할 수 있기 때문이다.The negative electrode has the same structure as the above-described negative electrode 10 for a lithium ion secondary battery of FIG. 1, and has, for example, a negative electrode active material layer 12 on both sides of the current collector 11. The negative electrode preferably has a larger negative electrode charging capacity than the electric capacity (charging capacity as a cell) obtained from the positive electrode active material. This is because precipitation of lithium metal on the negative electrode can be suppressed.

정극 활물질층은 정극 집전체의 양면의 일부에 마련되어 있고, 부극 활물질층도 부극 집전체의 양면의 일부에 마련되어 있다. 이 경우, 예를 들어 부극 집전체 상에 마련된 부극 활물질층은 대향하는 정극 활물질층이 존재하지 않는 영역이 마련되어 있다. 이것은, 안정된 전지 설계를 행하기 위함이다.The positive electrode active material layer is provided on a part of both surfaces of the positive electrode current collector, and the negative electrode active material layer is also provided on a part of both surfaces of the negative electrode current collector. In this case, for example, the negative electrode active material layer provided on the negative electrode collector is provided with a region where the opposite positive electrode active material layer does not exist. This is for carrying out a stable battery design.

비대향 영역, 즉, 상기 부극 활물질층과 정극 활물질층이 대향하지 않은 영역에서는, 충방전의 영향을 거의 받을 일이 없다. 그 때문에 부극 활물질층의 상태가 형성 직후인 채로 유지된다. 이에 의해 부극 활물질의 조성 등, 충방전의 유무에 의존하지 않고 높은 재현성으로 조성 등을 정확하게 조사할 수 있다.In a non-opposing region, that is, a region where the negative electrode active material layer and the positive electrode active material layer do not face each other, there is almost no influence of charge and discharge. Therefore, the state of the negative electrode active material layer is maintained immediately after formation. As a result, it is possible to accurately investigate the composition and the like with high reproducibility without depending on the presence or absence of charge and discharge, such as the composition of the negative electrode active material.

[세퍼레이터][Separator]

세퍼레이터는 정극, 부극을 격리하고, 양극 접촉에 수반하는 전류 단락을 방지하면서, 리튬 이온을 통과시키는 것이다. 이 세퍼레이터는, 예를 들어 합성 수지, 또는 세라믹을 포함하는 다공질막에 의해 형성되어 있고, 2종 이상의 다공질막이 적층된 적층 구조를 가져도 된다. 합성 수지로서, 예를 들어 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 등을 들 수 있다.The separator separates the positive electrode and the negative electrode, and allows lithium ions to pass therethrough while preventing a current short circuit accompanying the positive electrode contact. The separator may be formed of, for example, a synthetic resin or a porous film containing ceramics, and may have a laminated structure in which two or more porous films are laminated. As the synthetic resin, for example, polytetrafluoroethylene, polypropylene, polyethylene and the like can be given.

[전해액][Electrolytic solution]

활물질층의 적어도 일부, 또는 세퍼레이터에는, 액상 전해질(전해액)이 함침되어 있다. 이 전해액은, 용매 중에 전해질염이 용해되어 있으며, 첨가제 등 다른 재료를 포함하고 있어도 된다.At least a part of the active material layer or the separator is impregnated with a liquid electrolyte (electrolytic solution). The electrolytic solution contains an electrolytic salt dissolved in a solvent, and may contain other materials such as an additive.

용매는, 예를 들어 비수용매를 사용할 수 있다. 비수용매로서는, 예를 들어 탄산에틸렌, 탄산프로필렌, 탄산부틸렌, 탄산디메틸, 탄산디에틸, 탄산에틸메틸, 탄산메틸프로필, 1,2-디메톡시에탄 또는 테트라히드로푸란 등을 들 수 있다. 이 중에서도 탄산에틸렌, 탄산프로필렌, 탄산디메틸, 탄산디에틸, 탄산에틸메틸 중 적어도 1종 이상을 사용하는 것이 바람직하다. 더 좋은 특성이 얻어지기 때문이다. 또한 이 경우, 탄산에틸렌, 탄산프로필렌 등의 고점도 용매와, 탄산디메틸, 탄산에틸메틸, 탄산디에틸 등의 저점도 용매를 조합함으로써, 보다 우위의 특성을 얻을 수 있다. 전해질염의 해리성이나 이온 이동도가 향상되기 때문이다.As the solvent, for example, a non-aqueous solvent may be used. Examples of the non-aqueous solvent include ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, methyl carbonate, 1,2-dimethoxyethane and tetrahydrofuran. Among these, it is preferable to use at least one of ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate and ethyl methyl carbonate. And better characteristics can be obtained. In this case, superior characteristics can be obtained by combining a high viscosity solvent such as ethylene carbonate and propylene carbonate with a low viscosity solvent such as dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate or diethyl carbonate. This is because the dissociability and ion mobility of the electrolyte salt are improved.

합금계 부극을 사용하는 경우, 특히 용매로서, 할로겐화 쇄상 탄산에스테르, 또는 할로겐화 환상 탄산에스테르 중 적어도 1종을 포함하고 있는 것이 바람직하다. 이에 의해, 충방전 시, 특히 충전 시에 있어서 부극 활물질 표면에 안정된 피막이 형성된다. 여기서, 할로겐화 쇄상 탄산에스테르는, 할로겐을 구성 원소로서 갖는(적어도 하나의 수소가 할로겐에 의해 치환된) 쇄상 탄산에스테르이다. 또한, 할로겐화 환상 탄산에스테르란, 할로겐을 구성 원소로서 갖는(즉, 적어도 하나의 수소가 할로겐에 의해 치환된) 환상 탄산에스테르이다.In the case of using the alloy-based negative electrode, it is particularly preferable that at least one of the halogenated chain carbonate ester and the halogenated cyclic carbonate ester is contained as the solvent. As a result, a stable film is formed on the surface of the negative electrode active material during charging and discharging, particularly charging. Here, the halogenated chain carbonic ester is a chain carbonate ester (in which at least one hydrogen is substituted by halogen) having a halogen as a constituent element. Further, the halogenated cyclic carbonic ester is a cyclic carbonic ester having a halogen as a constituent element (that is, at least one hydrogen is substituted by halogen).

할로겐의 종류는 특별히 한정되지 않지만, 불소가 바람직하다. 이것은, 다른 할로겐보다도 양질의 피막을 형성하기 때문이다. 또한, 할로겐수는 많을수록 바람직하다. 이것은, 얻어지는 피막이 보다 안정적이며, 전해액의 분해 반응이 저감되기 때문이다.The kind of the halogen is not particularly limited, but fluorine is preferable. This is because a film of better quality than other halogens is formed. Also, the larger the number of halogen atoms, the better. This is because the obtained coating film is more stable and the decomposition reaction of the electrolytic solution is reduced.

할로겐화 쇄상 탄산에스테르는, 예를 들어 탄산플루오로메틸메틸, 탄산디플루오로메틸메틸 등을 들 수 있다. 할로겐화 환상 탄산에스테르로서는, 4-플루오로-1,3-디옥솔란-2-온, 4,5-디플루오로-1,3-디옥솔란-2-온 등을 들 수 있다.Examples of the halogenated chain carbonic ester include fluoromethyl methyl carbonate, difluoromethyl methyl carbonate, and the like. Examples of the halogenated cyclic carbonate ester include 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one and 4,5-difluoro-1,3-dioxolan-2-one.

용매 첨가물로서, 불포화 탄소 결합 환상 탄산에스테르를 포함하고 있는 것이 바람직하다. 충방전 시에 부극 표면에 안정된 피막이 형성되어, 전해액의 분해 반응을 억제할 수 있기 때문이다. 불포화 탄소 결합 환상 탄산에스테르로서, 예를 들어 탄산비닐렌 또는 탄산비닐에틸렌 등을 들 수 있다.As the solvent additive, it is preferable to contain an unsaturated carbon-bonded cyclic carbonate ester. This is because a stable film is formed on the surface of the negative electrode at the time of charging and discharging, and the decomposition reaction of the electrolyte can be suppressed. As the unsaturated carbon-bonded cyclic carbonic ester, for example, vinylene carbonate, vinyl ethylene carbonate and the like can be given.

또한 용매 첨가물로서, 술톤(환상 술폰산에스테르)을 포함하고 있는 것이 바람직하다. 전지의 화학적 안정성이 향상되기 때문이다. 술톤으로서는, 예를 들어 프로판술톤, 프로펜술톤을 들 수 있다.As the solvent addition, it is preferable to contain sultone (cyclic sulfonic acid ester). This is because the chemical stability of the battery improves. Examples of the sultone include propanesultone and propensultone.

또한, 용매는 산무수물을 포함하고 있는 것이 바람직하다. 전해액의 화학적 안정성이 향상되기 때문이다. 산무수물로서는, 예를 들어 프로판디술폰산무수물을 들 수 있다.It is also preferable that the solvent contains an acid anhydride. This is because the chemical stability of the electrolytic solution is improved. As the acid anhydride, for example, propane disulfonic anhydride can be mentioned.

전해질염은, 예를 들어 리튬염 등의 경금속염 중 어느 1종 이상 포함할 수 있다. 리튬염으로서, 예를 들어 육불화인산리튬(LiPF6), 사불화붕산리튬(LiBF4) 등을 들 수 있다.The electrolytic salt may include any one or more of, for example, a light metal salt such as a lithium salt. Examples of the lithium salt include lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) and lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ).

전해질염의 함유량은, 용매에 대하여 0.5mol/kg 이상 2.5mol/kg 이하인 것이 바람직하다. 높은 이온 전도성이 얻어지기 때문이다.The content of the electrolyte salt is preferably 0.5 mol / kg or more and 2.5 mol / kg or less based on the solvent. This is because high ion conductivity is obtained.

[라미네이트 필름형 이차 전지의 제조 방법][Method of producing laminate film type secondary battery]

본 발명에서는, 상기 본 발명의 부극 활물질의 제조 방법에 의해 제조한 부극 활물질을 사용하여 부극을 제작할 수 있고, 해당 제작한 부극을 사용하여 리튬 이온 이차 전지를 제조할 수 있다.In the present invention, the negative electrode can be manufactured using the negative electrode active material produced by the method of manufacturing the negative electrode active material of the present invention, and the lithium ion secondary battery can be manufactured using the prepared negative electrode.

먼저 상기한 정극재를 사용하여 정극 전극을 제작한다. 먼저, 정극 활물질과, 필요에 따라서 결착제, 도전 보조제 등을 혼합하여 정극 합제로 한 후, 유기 용제에 분산시켜 정극 합제 슬러리로 한다. 계속해서, 나이프 롤 또는 다이 헤드를 갖는 다이 코터 등의 코팅 장치로 정극 집전체에 합제 슬러리를 도포하고, 열풍 건조시켜 정극 활물질층을 얻는다. 마지막으로, 롤 프레스기 등으로 정극 활물질층을 압축 성형한다. 이 때, 가열해도 되고, 또한 가열 또는 압축을 복수회 반복해도 된다.First, a positive electrode is manufactured using the positive electrode material. First, a positive electrode active material and, if necessary, a binder, a conductive auxiliary agent, and the like are mixed to form a positive electrode mixture, which is then dispersed in an organic solvent to form a positive electrode mixture slurry. Subsequently, a mixed slurry is applied to the positive electrode current collector by a coating apparatus such as a knife roll or a die coater such as a die coater, and hot air drying is performed to obtain a positive electrode active material layer. Finally, the positive electrode active material layer is compression molded by a roll press machine or the like. At this time, heating may be performed, and heating or compression may be repeated a plurality of times.

이어서, 상기한 리튬 이온 이차 전지용 부극(10)의 제작과 동일한 작업 수순을 사용하여, 부극 집전체에 부극 활물질층을 형성하여 부극을 제작한다.Subsequently, a negative electrode active material layer is formed on the negative electrode current collector by using the same operation procedure as that for the above-mentioned negative electrode for lithium ion secondary battery 10, to produce a negative electrode.

정극 및 부극을 제작할 때, 정극 및 부극 집전체의 양면에 각각의 활물질층을 형성한다. 이 때, 어느 전극에 있어서도 양면부의 활물질 도포 길이가 어긋나 있어도 된다(도 1을 참조).When the positive electrode and the negative electrode are fabricated, respective active material layers are formed on both surfaces of the positive electrode and the negative electrode current collector. At this time, the coating length of the active material on both sides of the electrode may be deviated from any electrode (see Fig. 1).

계속해서, 전해액을 조정한다. 계속해서, 초음파 용접 등에 의해, 정극 집전체에 정극 리드(22)를 설치함과 함께, 부극 집전체에 부극 리드(23)를 설치한다. 계속해서, 정극과 부극을 세퍼레이터를 개재하여 적층, 또는 권회시켜 권회 전극체(21)를 제작하고, 그 최외주부에 보호 테이프를 접착시킨다. 이어서, 편평한 형상으로 되게 권회체를 성형한다. 계속해서, 접어 겹친 필름상의 외장 부재(25) 사이에 권회 전극체를 끼워 넣은 후, 열 융착법에 의해 외장 부재의 절연부끼리를 접착시키고, 일방향만 해방 상태로 하여, 권회 전극체를 봉입한다. 정극 리드 및 부극 리드와 외장 부재 사이에 밀착 필름을 삽입한다. 해방부로부터 상기 조정한 전해액을 소정량 투입하고, 진공 함침을 행한다. 함침 후, 해방부를 진공 열 융착법에 의해 접착시킨다. 이상과 같이 하여, 라미네이트 필름형 리튬 이온 이차 전지(20)를 제조할 수 있다.Subsequently, the electrolyte is adjusted. Subsequently, the positive electrode lead 22 is provided on the positive electrode current collector by ultrasonic welding or the like, and the negative electrode lead 23 is provided on the negative electrode current collector. Subsequently, the positive electrode and the negative electrode are laminated or wound with a separator interposed therebetween to prepare the wound electrode body 21, and a protective tape is bonded to the outermost periphery thereof. Then, a winding is formed to have a flat shape. Subsequently, after the wound electrode body is sandwiched between the sheathing members 25 on the folded film, the insulating portions of the sheathing member are adhered to each other by the heat welding method, and only the one direction is released and the wound electrode body is sealed . An adhesive film is inserted between the positive electrode lead and the negative electrode lead and the sheathing member. A predetermined amount of the adjusted electrolytic solution is charged from the liberating portion, and vacuum impregnation is performed. After the impregnation, the release part is bonded by the vacuum heat sealing method. In this manner, the laminate film type lithium ion secondary battery 20 can be manufactured.

실시예Example

이하, 본 발명의 실시예 및 비교예를 나타내어 본 발명을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples of the present invention, but the present invention is not limited to these Examples.

(실시예 1-1)(Example 1-1)

이하의 수순에 의해, 도 4에 도시한 라미네이트 필름형 리튬 이온 이차 전지(20)를 제작하였다.The laminate film type lithium ion secondary cell 20 shown in Fig. 4 was produced by the following procedure.

먼저 정극을 제작하였다. 정극 활물질은 리튬 니켈 코발트 복합 산화물인 LiNi0.7Co0.25Al0.05O를 95질량%와, 정극 도전 보조제 2.5질량%와, 정극 결착제(폴리불화비닐리덴: PVDF) 2.5질량%를 혼합하여, 정극 합제로 하였다. 계속해서 정극 합제를 유기 용제(N-메틸-2-피롤리돈: NMP)에 분산시켜 페이스트상 슬러리로 하였다. 계속해서 다이 헤드를 갖는 코팅 장치로 정극 집전체의 양면에 슬러리를 도포하고, 열풍식 건조 장치로 건조시켰다. 이 때 정극 집전체는 두께 15㎛의 것을 사용하였다. 마지막으로 롤 프레스로 압축 성형을 행하였다.First, a positive electrode was prepared. The positive electrode active material was prepared by mixing 95 mass% of LiNi 0.7 Co 0.25 Al 0.05 O, a lithium nickel cobalt composite oxide, 2.5 mass% of a positive electrode active material, and 2.5 mass% of a positive electrode binder (polyvinylidene fluoride: PVDF) Respectively. Subsequently, the positive electrode mixture was dispersed in an organic solvent (N-methyl-2-pyrrolidone: NMP) to obtain a paste-like slurry. Subsequently, slurry was applied to both surfaces of the positive electrode current collector with a coating apparatus having a die head, and dried with a hot air type drying apparatus. At this time, the positive electrode current collector having a thickness of 15 mu m was used. Finally, compression molding was performed using a roll press.

다음으로 부극을 제작하였다. 먼저, 부극 활물질을 이하와 같이 하여 제작하였다. 금속 규소와 이산화규소를 혼합한 원료를 반응로에 도입하고, 10Pa의 진공도의 분위기 중에서 기화시킨 것을 흡착판 상에 퇴적시키고, 충분히 냉각시킨 후, 퇴적물을 취출하여 볼 밀로 분쇄하였다. 이와 같이 하여 얻은 규소 화합물 입자의 SiOx의 x의 값은 0.5였다. 계속해서, 규소 화합물 입자의 입경을 분급에 의해 조정하였다. 그 후, 열분해 CVD를 행함으로써, 규소 화합물 입자의 표면에 탄소재를 피복하였다.Next, a negative electrode was prepared. First, a negative electrode active material was prepared as follows. A raw material obtained by mixing metallic silicon and silicon dioxide was introduced into a reactor and vaporized in an atmosphere of 10 Pa in a vacuum degree was deposited on the adsorption plate. After cooling sufficiently, the deposit was taken out and pulverized by a ball mill. The x value of SiO x of the silicon compound particles thus obtained was 0.5. Subsequently, the particle diameter of the silicon compound particles was adjusted by classification. Thereafter, thermal decomposition CVD was carried out to cover the surface of the silicon compound particles with a carbon material.

계속해서, 탄소 피막을 피복한 규소 화합물 입자(부극 활물질 입자)에 대하여, 산화 환원법에 의해 리튬을 삽입하여 개질을 행하였다. 먼저, 부극 활물질 입자를, 리튬 조각과, 방향족 화합물인 나프탈렌을 테트라히드로푸란(이하, THF라 호칭함)에 용해시킨 용액(용액 C)에 침지시켰다. 이 용액 C는, THF 용매에 나프탈렌을 0.2mol/L의 농도로 용해시킨 후에, 이 THF와 나프탈렌의 혼합액에 대하여 10질량%의 질량분의 리튬 조각을 가함으로써 제작하였다. 또한, 부극 활물질 입자를 침지시킬 때의 용액 온도는 20℃이며, 침지 시간은 20시간으로 하였다. 그 후, 부극 활물질 입자를 여과 취출하였다. 이상의 처리에 의해 부극 활물질 입자에 리튬을 삽입하였다.Subsequently, lithium compounds were inserted into the silicon compound particles coated with the carbon coating (negative electrode active material particles) by the redox method to carry out the modification. First, the negative electrode active material particles were immersed in a solution (solution C) in which a lithium piece and naphthalene as an aromatic compound were dissolved in tetrahydrofuran (hereinafter referred to as THF). This Solution C was prepared by dissolving naphthalene in a THF solvent at a concentration of 0.2 mol / L and then adding a lithium fraction of 10 mass% to the mixture of THF and naphthalene. The solution temperature at the time of immersing the negative electrode active material particles was 20 占 폚, and the immersion time was 20 hours. Thereafter, the negative electrode active material particles were filtered out. Through the above process, lithium was inserted into the negative electrode active material particles.

계속해서, 얻어진 규소 화합물 입자를 아르곤 분위기 하에 600℃에서 24시간 열처리를 행하여 Li 화합물의 안정화를 행하였다.Subsequently, the obtained silicon compound particles were subjected to heat treatment at 600 캜 for 24 hours under an argon atmosphere to stabilize the Li compound.

이어서, 부극 활물질 입자에, 카르복시메틸셀룰로오스의 암모늄염(CMC-NH4)과 인산알루미늄(AlPO4)을 분산시킨 에탄올을 분무하여, 부극 활물질 입자를 건조시켰다. 부극 활물질 입자의 CMC-NH4의 함유량은 1질량%, AlPO4의 함유량은 2질량%였다.Subsequently, the negative electrode active material particles were dried by spraying ethanol with carbon monoxide (CMC-NH 4 ) and aluminum phosphate (AlPO 4 ) dispersed in the negative electrode active material particles. The content of CMC-NH 4 in the negative electrode active material particles was 1% by mass and the content of AlPO 4 was 2% by mass.

이어서, 부극 제작용 부극 활물질 입자(규소계 부극 활물질)와, 탄소계 활물질을 2:8의 질량비로 배합하여, 부극 활물질을 제작하였다. 여기서, 탄소계 활물질로서는, 피치층으로 피복한 천연 흑연 및 인조 흑연을 5:5의 질량비로 혼합한 것을 사용하였다. 또한, 탄소계 활물질의 메디안 직경은 20㎛였다.Subsequently, the negative electrode active material particles (silicon based negative electrode active material) for negative electrode and the carbonaceous active material were mixed at a mass ratio of 2: 8 to prepare a negative electrode active material. Here, as the carbonaceous active material, natural graphite coated with a pitch layer and artificial graphite mixed at a mass ratio of 5: 5 were used. The median diameter of the carbon-based active material was 20 占 퐉.

이어서, 제작한 부극 활물질, 도전 보조제 1(카본 나노튜브, CNT), 도전 보조제 2(메디안 직경이 약 50nm인 탄소 미립자), 스티렌부타디엔 고무(스티렌부타디엔 공중합체, 이하, SBR이라고 칭함), 카르복시메틸셀룰로오스(이하, CMC라고 칭함)을 92.5:1:1:2.5:3의 건조 질량비로 혼합한 후, 순수로 희석하여 부극 합제 슬러리로 하였다. 또한, 상기 SBR, CMC는 부극 결합제(부극 결착제)이다.Subsequently, the negative electrode active material, the conductive auxiliary agent 1 (carbon nanotube, CNT), the conductive auxiliary agent 2 (carbon fine particles having a median diameter of about 50 nm), styrene butadiene rubber (styrene butadiene copolymer, hereinafter referred to as SBR) Cellulose (hereinafter referred to as CMC) was mixed at a dry weight ratio of 92.5: 1: 1: 2.5: 3 and then diluted with pure water to obtain a negative electrode mixture slurry. The SBR and CMC are negative electrode binders (negative electrode binder).

여기서, 부극 활물질 입자를 포함하는 수계 슬러리의 안정성을 평가하기 위해서, 제작한 부극 합제 슬러리의 일부를 이차 전지 제작용의 것과 별도로 30g 취출하고, 20℃에서 보존하여, 부극 합제 슬러리 제작 후로부터 가스 발생까지의 시간을 측정하였다.Here, in order to evaluate the stability of the aqueous slurry containing the negative electrode active material particles, 30 g of the prepared negative electrode material mixture slurry was taken out separately from those for the secondary battery production and stored at 20 占 폚 to generate gas Were measured.

또한, 부극 집전체로서는, 두께 15㎛의 전해 구리박을 사용하였다. 이 전해 구리박에는, 탄소 및 황이 각각 70질량ppm의 농도로 포함되어 있었다. 마지막으로, 부극 합제 슬러리를 부극 집전체에 도포하여 진공 분위기 중에서 100℃×1시간의 건조를 행하였다. 건조 후의, 부극의 편면에 있어서의 단위 면적당 부극 활물질층의 퇴적량(면적 밀도라고도 칭함)은 5mg/cm2였다.As the negative electrode current collector, an electrolytic copper foil having a thickness of 15 mu m was used. The electrolytic copper foil contained carbon and sulfur in a concentration of 70 mass ppm respectively. Finally, the negative electrode mixture slurry was applied to the negative electrode current collector and dried in a vacuum atmosphere at 100 占 폚 for 1 hour. After drying, the deposition amount (also referred to as an areal density) of the negative electrode active material layer per unit area on one side of the negative electrode was 5 mg / cm 2 .

이어서, 용매(4-플루오로-1,3-디옥솔란-2-온(FEC), 에틸렌카르보네이트(EC) 및 디메틸카르보네이트(DMC))를 혼합한 후, 전해질염(육불화인산리튬: LiPF6)을 용해시켜 전해액을 조제하였다. 이 경우에는, 용매의 조성을 체적비로 FEC:EC:DMC=10:20:70으로 하고, 전해질염의 함유량을 용매에 대하여 1.2mol/kg으로 하였다.Subsequently, the mixture was mixed with a solvent (4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one (FEC), ethylene carbonate (EC) and dimethyl carbonate (DMC) Lithium: LiPF 6 ) was dissolved to prepare an electrolytic solution. In this case, the composition of the solvent was FEC: EC: DMC = 10: 20: 70 by volume, and the content of the electrolyte salt was 1.2 mol / kg with respect to the solvent.

이어서, 이하와 같이 하여 이차 전지를 조립하였다. 먼저, 정극 집전체의 일단부에 알루미늄 리드를 초음파 용접하고, 부극 집전체의 일단부에는 니켈 리드를 용접하였다. 계속해서, 정극, 세퍼레이터, 부극, 세퍼레이터를 이 순서대로 적층하고, 길이 방향으로 권회하여 권회 전극체를 얻었다. 그 감기 종료 부분을 PET 보호 테이프로 고정시켰다. 세퍼레이터는 다공성 폴리프로필렌을 주성분으로 하는 필름에 의해 다공성 폴리에틸렌을 주성분으로 하는 필름에 끼워진 적층 필름(두께 12㎛)을 사용하였다. 계속해서, 외장 부재간에 전극체를 끼운 후, 1변을 제외한 외주연부끼리를 열 융착시켜, 내부에 전극체를 수납하였다. 외장 부재는 나일론 필름, 알루미늄박 및 폴리프로필렌 필름이 적층된 알루미늄 적층 필름을 사용하였다. 계속해서, 개구부로부터 조정한 전해액을 주입하고, 진공 분위기 하에서 함침시킨 후, 열 융착시켜 밀봉하였다.Subsequently, the secondary battery was assembled as follows. First, an aluminum lead was ultrasonically welded to one end of the positive electrode current collector, and nickel lead was welded to one end of the negative electrode current collector. Subsequently, a positive electrode, a separator, a negative electrode, and a separator were laminated in this order and wound in the longitudinal direction to obtain a wound electrode body. The end of the wound was fixed with a PET protective tape. As the separator, a laminated film (thickness: 12 mu m) was used which was sandwiched by a film mainly composed of porous polyethylene by a film mainly composed of porous polypropylene. Subsequently, after the electrode bodies were sandwiched between the sheathing members, the outer circumferential edges excluding one side were thermally fused, and the electrode bodies were housed inside. An aluminum laminated film in which a nylon film, an aluminum foil and a polypropylene film were laminated was used as the exterior member. Subsequently, the electrolytic solution adjusted from the opening was injected, impregnated in a vacuum atmosphere, sealed by heat sealing.

이상과 같이 하여 제작한 이차 전지의 사이클 특성 및 첫회 충방전 특성을 평가하였다.The cycle characteristics and the first charge / discharge characteristics of the secondary battery fabricated as described above were evaluated.

사이클 특성에 대해서는, 이하와 같이 하여 조사하였다. 먼저, 전지 안정화를 위해 25℃의 분위기 하에 0.2C에서 2사이클 충방전을 행하여, 2사이클째의 방전 용량을 측정하였다. 계속해서, 총 사이클수가 499사이클이 될 때까지 충방전을 행하고, 그 때마다 방전 용량을 측정하였다. 마지막으로, 0.2C 충방전으로 얻어진 500사이클째의 방전 용량을 2사이클째의 방전 용량으로 나누어, 용량 유지율(이하, 간단히 유지율이라고도 함)을 산출하였다. 통상 사이클, 즉 3사이클째로부터 499사이클째까지는, 충전 0.7C, 방전 0.5C로 충방전을 행하였다.Cycle characteristics were examined as follows. First, charging and discharging were carried out at 0.2 C under an atmosphere of 25 캜 for battery stabilization, and the discharge capacity at the second cycle was measured. Subsequently, charge and discharge were carried out until the total cycle number became 499 cycles, and the discharge capacity was measured every time. Finally, the discharge capacity at the 500th cycle obtained by 0.2C charge / discharge was divided by the discharge capacity at the second cycle, and the capacity retention rate (hereinafter simply referred to as retention rate) was calculated. Charging and discharging were carried out at a normal cycle, that is, from the third cycle to the 499th cycle, at a charge of 0.7C and a discharge of 0.5C.

첫회 충방전 특성을 조사하는 경우에는, 첫회 효율(이하에서는 초기 효율이라 칭하는 경우도 있음)을 산출하였다. 첫회 효율은, 첫회 효율(%)=(첫회 방전 용량/첫회 충전 용량)×100으로 표시되는 식으로부터 산출하였다. 분위기 온도는 사이클 특성을 조사한 경우와 동일하게 하였다.In the case where the charge / discharge characteristics are investigated for the first time, the first efficiency (hereinafter also referred to as the initial efficiency) is calculated. The first efficiency was calculated from the equation represented by the first efficiency (%) = (first discharge capacity / first charge capacity) × 100. The atmospheric temperature was the same as in the case where the cycle characteristics were examined.

(실시예 1-2 내지 실시예 1-3, 비교예 1-1, 1-2)(Examples 1-2 to 1-3, Comparative Examples 1-1 and 1-2)

규소 화합물의 벌크 내 산소량을 조정한 것을 제외하고, 실시예 1-1과 동일하게 이차 전지의 제조를 행하였다. 이 경우, 규소 화합물의 원료 중의 금속 규소와 이산화규소의 비율이나 가열 온도를 변화시킴으로써, 산소량을 조정하였다. 실시예 1-1 내지 1-3, 비교예 1-1, 1-2에 있어서의, SiOx로 표시되는 규소 화합물의 x의 값을 표 1 중에 나타냈다.A secondary battery was produced in the same manner as in Example 1-1 except that the amount of oxygen in the bulk of the silicon compound was adjusted. In this case, the oxygen amount was adjusted by changing the ratio of the metal silicon and silicon dioxide in the raw material of the silicon compound and the heating temperature. Table 1 shows the values of x of the silicon compounds represented by SiO x in Examples 1-1 to 1-3 and Comparative Examples 1-1 and 1-2.

이 때, 실시예 1-1 내지 1-3 및 비교예 1-1, 1-2의 규소계 활물질 입자는 이하와 같은 성질을 갖고 있었다. 부극 활물질 입자 중의 규소계 활물질 입자의 메디안 직경은 8㎛였다. 규소 화합물 입자의 내부에는, Li2Si2O5 및 Li2SiO3이 포함되어 있었다. 또한, 규소 화합물은, X선 회절에 의해 얻어지는 Si(111) 결정면에 기인하는 회절 피크의 반값폭(2θ)이 2.257°이며, Si(111) 결정면에 기인하는 결정자 크기는 3.77nm였다. 또한, 표면에 피복된 탄소재의 평균 두께는 50nm였다.At this time, the silicon-based active material particles of Examples 1-1 to 1-3 and Comparative Examples 1-1 and 1-2 had the following properties. The median diameter of the silicon-based active material particles in the negative electrode active material particles was 8 占 퐉. The inside of the silicon compound particles contained Li 2 Si 2 O 5 and Li 2 SiO 3 . The silicon compound had a half width (2?) Of 2.257 占 of the diffraction peak attributed to the Si (111) crystal face obtained by X-ray diffraction and a crystallite size attributable to the Si (111) crystal face of 3.77 nm. The average thickness of the carbon material coated on the surface was 50 nm.

또한, 상기 모든 실시예 및 비교예에 있어서, 29Si-MAS-NMR 스펙트럼으로부터 얻어지는 케미컬 쉬프트값으로서 -60 내지 -95ppm에서 부여되는 Si 및 Li 실리케이트 영역의 피크가 발현되었다. 또한, 상기 모든 실시예, 비교예에서, 29Si-MAS-NMR 스펙트럼으로부터 얻어지는 케미컬 쉬프트값으로서 -60 내지 -95ppm에서 부여되는 Si 및 Li 실리케이트 영역의 최대 피크 강도값 A와, -96 내지 -150ppm에서 부여되는 SiO2 영역의 피크 강도값 B의 관계가 A>B였다.In all of the above Examples and Comparative Examples, peaks of Si and Li silicate regions imparted at -60 to -95 ppm as chemical shift values obtained from 29 Si-MAS-NMR spectra were expressed. In all of the above Examples and Comparative Examples, the maximum peak intensity value A of the Si and Li silicate regions given at -60 to -95 ppm as the chemical shift value obtained from the 29 Si-MAS-NMR spectrum and the maximum peak intensity value A of -96 to -150 ppm And the peak intensity value B of the SiO 2 region given by &quot; A &quot;

실시예 1-1 내지 1-3, 비교예 1-1, 1-2의 평가 결과를 표 1에 나타낸다.The evaluation results of Examples 1-1 to 1-3 and Comparative Examples 1-1 and 1-2 are shown in Table 1.

Figure pct00001
Figure pct00001

표 1에 나타낸 바와 같이, SiOx로 표시되는 규소 화합물에 있어서, x의 값이 0.5≤x≤1.6의 범위 밖인 경우, 전지 특성이 악화되었다. 예를 들어, 비교예 1-1에 나타내는 바와 같이, 산소가 충분하지 않은 경우(x=0.3), 첫회 효율이 향상되지만, 용량 유지율이 현저하게 악화된다. 한편, 비교예 1-2에 나타내는 바와 같이, 산소량이 많은 경우(x=1.8)에는, 도전성의 저하가 발생하여 실질적으로 규소 산화물의 용량이 발현되지 않기 때문에, 평가를 정지하였다. 또한, 실시예 1-1 내지 1-3에서는 가스 발생까지의 시간이 2일 이상으로 되어, 수계 부극 슬러리 안정성이 높은 것을 알았다. 또한, 비교예 1-2에서는 가스 발생까지의 시간의 측정은 행하지 않았다.As shown in Table 1, when the value of x in the silicon compound represented by SiO x was out of the range of 0.5? X? 1.6, the battery characteristics deteriorated. For example, as shown in Comparative Example 1-1, when oxygen is insufficient (x = 0.3), the efficiency is improved first, but the capacity retention rate is markedly deteriorated. On the other hand, as shown in Comparative Example 1-2, in the case where the amount of oxygen was large (x = 1.8), the conductivity was lowered and the silicon oxide capacity was not substantially developed. In Examples 1-1 to 1-3, the time until the generation of the gas was two days or more, and the stability of the aqueous negative electrode slurry was high. In Comparative Example 1-2, no measurement of the time until gas generation was performed.

(실시예 2-1 내지 실시예 2-2)(Examples 2-1 to 2-2)

규소 화합물 입자의 내부에 포함시키는 리튬실리케이트의 종류를 표 2와 같이 변경한 것 이외에는, 실시예 1-2와 동일한 조건에서 이차 전지를 제작하고, 사이클 특성, 첫회 효율 및 수계 부극 슬러리의 안정성을 평가하였다.A secondary battery was manufactured under the same conditions as in Example 1-2 except that the kind of lithium silicate contained in the silicon compound particles was changed as shown in Table 2, and the cycle characteristics, the initial efficiency and the stability of the aqueous negative electrode slurry were evaluated Respectively.

(비교예 2-1)(Comparative Example 2-1)

규소 화합물 입자에 Li를 삽입하지 않은 것 이외에는, 실시예 1-2와 동일한 조건에서 이차 전지를 제작하고, 사이클 특성, 첫회 효율 및 수계 부극 슬러리의 안정성을 평가하였다.A secondary battery was produced under the same conditions as in Example 1-2 except that Li was not inserted into the silicon compound particles, and the cycle characteristics, the first efficiency and the stability of the aqueous negative electrode slurry were evaluated.

실시예 2-1 내지 실시예 2-2, 비교예 2-1의 결과를 표 2에 나타낸다.Table 2 shows the results of Examples 2-1 to 2-2 and Comparative Example 2-1.

Figure pct00002
Figure pct00002

규소 화합물 입자가 Li2SiO3, Li4SiO4와 같은 안정된 리튬실리케이트를 포함함으로써, 용량 유지율, 초기 효율이 높은 밸런스로 향상되었다. 특히 2종류의 리튬실리케이트를 포함하는 경우에, 용량 유지율, 초기 효율이 보다 높은 밸런스로 향상되었다. 또한, 실시예 1-2, 2-1, 2-2에서는, 가스 발생까지의 시간이 1일 이상으로 되어, 충분한 수계 부극 슬러리의 안정성이 얻어졌다. 한편, 비교예 2-1과 같이, 규소 화합물 입자가 Li 화합물을 함유하지 않은 경우, 가스 발생은 없지만, 초기 효율이 현저하게 저하되어버렸다.When the silicon compound particles contain stable lithium silicate such as Li 2 SiO 3 and Li 4 SiO 4 , the capacity retention ratio and the initial efficiency were improved to a high balance. In particular, when two types of lithium silicate are included, the capacity retention ratio and the initial efficiency are improved to a higher balance. Further, in Examples 1-2, 2-1, and 2-2, the time until the generation of the gas was one day or longer, and the stability of the water-based negative electrode slurry was obtained. On the other hand, as in Comparative Example 2-1, when the silicon compound particles did not contain a Li compound, no gas was generated, but the initial efficiency remarkably decreased.

(실시예 3-1 내지 실시예 3-38)(Examples 3-1 to 3-38)

카르복시메틸셀룰로오스(CMC)의 염의 함유량과, 금속염의 종류와, 금속염의 함유량을 표 3과 같이 변경한 것 이외에는, 실시예 1-2와 동일한 조건에서 이차 전지를 제작하고, 사이클 특성, 첫회 효율 및 수계 부극 슬러리의 안정성을 평가하였다.A secondary battery was produced under the same conditions as in Example 1-2 except that the content of salt of carboxymethyl cellulose (CMC), the kind of the metal salt and the content of the metal salt were changed as shown in Table 3, and the cycle characteristics, The stability of the aqueous negative electrode slurry was evaluated.

실시예 3-1 내지 실시예 3-38의 결과를 표 3에 나타낸다.Table 3 shows the results of Examples 3-1 to 3-38.

Figure pct00003
Figure pct00003

표 3으로부터 알 수 있는 바와 같이, 카르복시메틸셀룰로오스의 염과, Mg 또는 Al을 포함하는 금속염의 양쪽이 부극 활물질 입자에 포함되어 있는 경우에, 가스 발생까지의 시간이 높아지고, 수계 부극 슬러리의 안정성이 향상되었다. 또한, 카르복시메틸셀룰로오스의 염과, Mg 또는 Al을 포함하는 금속염의 함유량은, 각각 0.1질량% 이상이면, 충분한 수계 부극 슬러리의 안정성이 얻어졌다. 또한, 실시예 3-10 내지 3-14와 같이, 카르복시메틸셀룰로오스의 염의 함유량보다도 금속염의 함유량이 적은 실시예보다도, 실시예 3-1 내지 3-4, 3-15 내지 3-26, 3-35 내지 3-38이라는, 카르복시메틸셀룰로오스의 염의 함유량보다도 금속염의 함유량이 많은 실시예에 있어서, 가스 발생까지의 시간이 보다 증가하였다.As can be seen from Table 3, when both the salt of carboxymethylcellulose and the metal salt containing Mg or Al are contained in the negative electrode active material particles, the time until the generation of gas becomes high, and the stability of the aqueous negative electrode slurry . Further, when the content of the salt of carboxymethylcellulose and the content of the metal salt containing Mg or Al were 0.1% by mass or more, the stability of the water-based negative electrode slurry was obtained. Further, as in Examples 3-10 to 3-14, in Examples 3-1 to 3-4, 3-15 to 3-26, and 3-3, as compared with the Examples in which the content of the salt of metal is lower than that of the salt of carboxymethylcellulose, 35 to 3-38, the time until the generation of the gas was further increased in the Examples in which the content of the metal salt was larger than the content of the salts of the carboxymethylcellulose.

(실시예 3-39 내지 실시예 3-43)(Examples 3-39 to 3-43)

카르복시메틸셀룰로오스를 폴리아크릴산(PAA)의 염으로 변경하고, 금속염의 종류와, 금속염의 함유량을 표 4와 같이 변경한 것 이외에는, 실시예 1-2와 동일한 조건에서 이차 전지를 제작하고, 사이클 특성, 첫회 효율 및 수계 부극 슬러리의 안정성을 평가하였다.A secondary battery was produced under the same conditions as in Example 1-2 except that carboxymethylcellulose was changed to a salt of polyacrylic acid (PAA), and the kind of the metal salt and the content of the metal salt were changed as shown in Table 4, , The initial efficiency and the stability of the aqueous negative electrode slurry were evaluated.

실시예 3-39 내지 실시예 3-43의 결과를 표 4에 나타낸다. 또한, 표 중의 「PAA-NH4」는 폴리아크릴산의 암모늄염을 의미한다.Table 4 shows the results of Examples 3-39 to 3-43. In the table, &quot; PAA-NH4 &quot; means an ammonium salt of polyacrylic acid.

Figure pct00004
Figure pct00004

표 4로부터 알 수 있는 바와 같이, 카르복시메틸셀룰로오스의 염을 사용한 경우와 동일하게, 폴리아크릴산의 염과, Mg 또는 Al을 포함하는 금속염의 양쪽이 부극 활물질 입자에 포함되어 있는 경우에, 가스 발생까지의 시간이 증가하고, 수계 부극 슬러리의 안정성이 향상되었다.As can be seen from Table 4, in the case where both the salt of polyacrylic acid and the metal salt containing Mg or Al are included in the negative electrode active material particles as in the case of using the salt of carboxymethyl cellulose, And the stability of the aqueous negative electrode slurry was improved.

(비교예 3-1)(Comparative Example 3-1)

부극 활물질 입자의 개질 후에, 폴리아크릴산의 염, 카르복시메틸셀룰로오스의 염, Mg을 포함하는 금속염 및 Al을 포함하는 금속염의 어느 염도 부극 활물질 입자에 함유시키지 않은 것 이외에는, 실시예 1-2와 동일한 조건에서 이차 전지를 제작하고, 사이클 특성, 첫회 효율 및 수계 부극 슬러리의 안정성을 평가하였다.After modification of the negative electrode active material particles, the same operations as in Example 1-2 were carried out except that the salt of polyacrylic acid, the salt of carboxymethylcellulose, the metal salt containing Mg, and the metal salt containing Al were not contained in the negative electrode active material particles , And the cycle characteristics, the initial efficiency, and the stability of the aqueous negative electrode slurry were evaluated.

(비교예 3-2 내지 비교예 3-7)(Comparative Examples 3-2 to 3-7)

부극 활물질 입자의 개질 후에, 폴리아크릴산의 염 또는 카르복시메틸셀룰로오스의 염만을 부극 활물질 입자에 함유시켜, 금속염은 함유시키지 않은 것 이외에는, 실시예 1-2와 동일한 조건에서 이차 전지를 제작하고, 사이클 특성, 첫회 효율 및 수계 부극 슬러리의 안정성을 평가하였다.A secondary battery was fabricated under the same conditions as in Example 1-2 except that the negative electrode active material particles were not contained in the negative electrode active material particle only after the salt of polyacrylic acid or carboxymethylcellulose was modified after the modification of the negative electrode active material particles, , The initial efficiency and the stability of the aqueous negative electrode slurry were evaluated.

(비교예 3-8 내지 비교예 3-14)(Comparative Examples 3-8 to 3-14)

부극 활물질 입자의 개질 후에, 폴리아크릴산의 염 또는 카르복시메틸셀룰로오스의 염은 부극 활물질 입자에 함유시키지 않고, 금속염만을 함유시킨 것 이외에는, 실시예 1-2와 동일한 조건에서 이차 전지를 제작하고, 사이클 특성, 첫회 효율 및 수계 부극 슬러리의 안정성을 평가하였다.A secondary battery was fabricated under the same conditions as in Example 1-2 except that the salt of polyacrylic acid or the salt of carboxymethylcellulose was not contained in the negative electrode active material particles after the modification of the negative electrode active material particles and only the metal salt was contained, , The initial efficiency and the stability of the aqueous negative electrode slurry were evaluated.

비교예 3-1 내지 3-14의 결과를 표 5에 나타낸다. 또한, 표 5 중의 「PAA-Li」는 폴리아크릴산의 리튬염을 의미한다.The results of Comparative Examples 3-1 to 3-14 are shown in Table 5. In Table 5, &quot; PAA-Li &quot; means a lithium salt of polyacrylic acid.

Figure pct00005
Figure pct00005

비교예 3-2 내지 3-7로부터 알 수 있는 바와 같이, 폴리아크릴산의 염 또는 카르복시메틸셀룰로오스의 염만을 부극 활물질 입자에 함유시킨 경우, 가스 발생까지의 시간은, 비교예 3-1과 동일해지고, 슬러리의 안정성의 향상 효과를 얻지 못하였다. 또한, 금속염만을 부극 활물질 입자에 함유시킨 경우, 가스 발생까지의 시간은, 비교예 3-1 내지 비교예 3-7보다는 증가하지만, 표 3, 4에 나타낸 실시예에는 떨어지는 결과가 되었다.As can be seen from Comparative Examples 3-2 to 3-7, when only the salt of polyacrylic acid or the salt of carboxymethylcellulose was contained in the negative electrode active material particles, the time until the generation of gas became the same as in Comparative Example 3-1 , The effect of improving the stability of the slurry was not obtained. Further, when only the metal salt is contained in the negative electrode active material particles, the time until the generation of the gas is increased as compared with Comparative Examples 3-1 to 3-7, but the results are shown in the examples shown in Tables 3 and 4.

(실시예 4-1)(Example 4-1)

부극 활물질 입자에 폴리아크릴산의 염 또는 카르복시메틸셀룰로오스의 염과, 금속염을 함유시키는 방법을, 습식 혼합법으로부터, 호소카와미크론 노빌타 (R)NOB를 사용한 건식 혼합법으로 변경한 것 이외에는, 실시예 1-2와 동일한 수순으로 이차 전지를 제작하고, 사이클 특성, 첫회 효율 및 수계 부극 슬러리의 안정성을 평가하였다. 구체적으로는, 부극 활물질 입자 100g에 CMC-NH4를 1g, AlPO4를 2g 첨가하고, 노빌타를 사용한 처리(노빌타 처리)를 30초 행하였다.Except that a method of containing a salt of polyacrylic acid or a salt of carboxymethyl cellulose and a metal salt in the negative electrode active material particles was changed from a wet mixing method to a dry mixing method using Hosokawa Micronobiltar (R) NOB, -2, and the cycle characteristics, the initial efficiency, and the stability of the aqueous negative electrode slurry were evaluated. Concretely, 1 g of CMC-NH 4 and 2 g of AlPO 4 were added to 100 g of the negative electrode active material particles, and a treatment using a novilla rust was performed for 30 seconds.

(실시예 4-2)(Example 4-2)

부극 활물질 입자에 폴리아크릴산의 염 또는 카르복시메틸셀룰로오스의 염과, 금속염을 함유시키는 방법을, 습식 혼합법으로부터, 호소카와미크론 나우타 믹서 (R)DBX를 사용한 건식 혼합법으로 변경한 것 이외에는, 실시예 1-2와 동일한 수순으로 이차 전지를 제작하고, 사이클 특성, 첫회 효율 및 수계 부극 슬러리의 안정성을 평가하였다. 구체적으로는, 부극 활물질 입자 100g에 CMC-NH4를 1g, AlPO4를 2g 첨가하고, 나우타 믹서를 사용한 혼합을 1시간 행하였다.A negative electrode active material particle was prepared in the same manner as in Example 1 except that the method of containing a salt of polyacrylic acid or a salt of carboxymethylcellulose and a metal salt was changed from a wet mixing method to a dry mixing method using a Hosokawa Micron Nauta Mixer (R) -2, and the cycle characteristics, the initial efficiency, and the stability of the aqueous negative electrode slurry were evaluated. Concretely, 1 g of CMC-NH 4 and 2 g of AlPO 4 were added to 100 g of the negative electrode active material particles, and mixing was performed for 1 hour using a Nauta mixer.

실시예 4-1 내지 4-2의 결과를 표 6에 나타낸다.The results of Examples 4-1 to 4-2 are shown in Table 6.

Figure pct00006
Figure pct00006

건식 혼합법을 사용한 경우, 습식 혼합법을 사용한 경우보다도, 가스 발생까지의 시간이 더욱 증가하였다.In the case of using the dry mixing method, the time until the generation of the gas was further increased as compared with the case of using the wet mixing method.

(실시예 5-1 내지 5-9)(Examples 5-1 to 5-9)

규소 화합물 입자의 결정성을 표 7과 같이 변화시킨 것 이외에는, 실시예 1-2와 동일한 조건에서 이차 전지를 제작하고, 사이클 특성, 첫회 효율 및 수계 부극 슬러리의 안정성을 평가하였다. 또한, 규소 화합물 입자 중의 결정성은, 원료의 기화 온도의 변경, 또는 규소 화합물 입자의 생성 후의 열처리로 제어할 수 있다. 또한, 실시예 5-9에서는 반값폭을 20° 이상으로 산출하였지만, 해석 소프트웨어를 사용하여 피팅한 결과이며, 실질적으로 피크는 얻어지지 않았다. 따라서, 실시예 5-9의 규소 화합물은 실질적으로 비정질이라고 할 수 있다.A secondary battery was produced under the same conditions as in Example 1-2 except that the crystallinity of the silicon compound particles was changed as shown in Table 7, and the cycle characteristics, the initial efficiency and the stability of the aqueous negative electrode slurry were evaluated. The crystallinity in the silicon compound particles can be controlled by changing the vaporization temperature of the raw material or by heat treatment after the generation of the silicon compound particles. In Example 5-9, the full width at half maximum was calculated to be 20 DEG or more, but the results were obtained by fitting using analysis software, and substantially no peak was obtained. Therefore, the silicon compounds of Examples 5-9 can be said to be substantially amorphous.

Figure pct00007
Figure pct00007

특히 반값폭이 1.2° 이상이며, 또한 Si(111)면에 기인하는 결정자 크기가 7.5nm 이하인 저결정성 재료에서 높은 초기 효율 및 용량 유지율이 얻어졌다.In particular, high initial efficiency and capacity retention rate were obtained in a low crystalline material having a half width of 1.2 or more and a crystallite size of 7.5 nm or less due to a Si (111) face.

(실시예 6-1)(Example 6-1)

규소 화합물을 Si 및 Li 실리케이트 영역의 최대 피크 강도값 A와 상기 SiO2 영역에서 유래되는 피크 강도값 B의 관계가 A<B인 것으로 한 것 이외에는, 실시예 1-2와 동일한 조건에서 이차 전지를 제작하고, 사이클 특성, 첫회 효율 및 수계 부극 슬러리의 안정성을 평가하였다. 이 경우, 개질 시에 리튬의 삽입량을 저감시킴으로써, Li2SiO3의 양을 저감시켜, Li2SiO3에서 유래되는 피크의 강도 A를 작게 하였다.The secondary battery was manufactured under the same conditions as in Example 1-2 except that the relationship between the maximum peak strength value A of the Si and Li silicate regions and the peak strength value B derived from the SiO 2 region was A & And the cycle characteristics, the initial efficiency and the stability of the aqueous negative electrode slurry were evaluated. In this case, by reducing the insertion amount of lithium at the time of modification, the amount of Li 2 SiO 3 was reduced, and the intensity A of the peak derived from Li 2 SiO 3 was reduced.

Figure pct00008
Figure pct00008

표 8로부터 알 수 있는 바와 같이, 피크 강도의 관계가 A>B인 경우의 쪽이, 전지 특성이 향상되었다.As can be seen from Table 8, the battery characteristics were improved when the relationship of peak intensity was A> B.

(실시예 7-1 내지 7-6)(Examples 7-1 to 7-6)

규소 화합물 입자의 메디안 직경을 표 9와 같이 변화시킨 것 이외에는, 실시예 1-2와 동일한 조건에서 이차 전지를 제작하고, 사이클 특성, 첫회 효율 및 수계 부극 슬러리의 안정성을 평가하였다.A secondary battery was manufactured under the same conditions as in Example 1-2 except that the median diameter of the silicon compound particles was changed as shown in Table 9, and the cycle characteristics, the initial efficiency and the stability of the aqueous negative electrode slurry were evaluated.

Figure pct00009
Figure pct00009

규소 화합물의 메디안 직경이 3㎛ 이상이면, 유지율 및 초기 효율이 보다 향상되었다. 이것은, 규소 화합물의 질량당 표면적이 과도하게 크지 않고, 부반응이 일어나는 면적을 작게 할 수 있었기 때문이라고 생각된다. 한편, 메디안 직경이 15㎛ 이하이면, 충전 시에 입자가 깨지기 어렵고, 충방전 시에 신생 면에 의한 SEI(고체 전해질 계면)가 생성되기 어렵기 때문에, 가역 Li의 손실을 억제할 수 있다. 또한, 규소계 활물질 입자의 메디안 직경이 15㎛ 이하이면, 충전 시의 규소 화합물 입자의 팽창량이 커지지 않기 때문에, 팽창에 의한 부극 활물질층의 물리적, 전기적 파괴를 방지할 수 있다.When the median diameter of the silicon compound was 3 m or more, the retention and initial efficiency were further improved. This is considered to be because the surface area per mass of the silicon compound is not excessively large and the area where side reactions occur can be made small. On the other hand, when the median diameter is 15 μm or less, the particles are hardly broken at the time of charging, and SEI (solid electrolyte interface) due to the new surface is not generated at the time of charging and discharging, so that loss of reversible Li can be suppressed. When the median diameter of the silicon-based active material particle is 15 mu m or less, the amount of expansion of the silicon compound particles at the time of filling is not increased, so physical and electrical destruction of the negative electrode active material layer due to expansion can be prevented.

(실시예 8-1 내지 8-4)(Examples 8-1 to 8-4)

규소계 활물질 입자의 표면에 피복된 탄소재의 평균 두께를 표 10과 같이 변경한 것 이외에는, 실시예 1-2와 동일한 조건에서 이차 전지를 제작하고, 사이클 특성, 첫회 효율 및 수계 부극 슬러리의 안정성을 평가하였다. 탄소재의 평균 두께는 CVD 조건을 변경함으로써 조정할 수 있다.A secondary battery was fabricated under the same conditions as in Example 1-2 except that the average thickness of the carbonaceous material coated on the surface of the silicon-based active material was changed as shown in Table 10, and the cycle characteristics, the initial efficiency and the stability of the aqueous negative electrode slurry . The average thickness of the carbonaceous material can be adjusted by changing the CVD conditions.

Figure pct00010
Figure pct00010

표 10으로부터 알 수 있는 바와 같이, 탄소층의 막 두께가 5nm 이상에서 도전성이 향상되기 때문에, 용량 유지율 및 초기 효율을 향상시킬 수 있다. 한편, 탄소층의 막 두께가 5000nm 이하이면, 전지 설계상, 규소 화합물 입자의 양을 충분히 확보할 수 있기 때문에, 전지 용량이 저하되는 일이 없다.As can be seen from Table 10, since the conductivity is improved when the thickness of the carbon layer is 5 nm or more, the capacity retention rate and initial efficiency can be improved. On the other hand, if the thickness of the carbon layer is 5000 nm or less, the amount of the silicon compound particles can be sufficiently secured in the battery design, so that the battery capacity is not lowered.

(실시예 9-1)(Example 9-1)

부극 활물질 중의 규소계 활물질 입자의 질량의 비율을 변경한 것 이외에는, 실시예 1-2와 동일한 조건에서 이차 전지를 제작하고, 전지 용량의 증가율을 평가하였다.A secondary battery was manufactured under the same conditions as in Example 1-2 except that the ratio of the mass of the silicon-based active material particles in the negative electrode active material was changed, and the rate of increase of the battery capacity was evaluated.

도 5에, 부극 활물질의 총량에 대한 규소계 활물질 입자의 비율과 이차 전지의 전지 용량의 증가율의 관계를 나타내는 그래프를 나타낸다. 도 5 중의 A로 나타내는 그래프는, 본 발명의 부극 부극 활물질에 있어서, 규소 화합물 입자의 비율을 증가시킨 경우의 전지 용량의 증가율을 나타내고 있다. 한편, 도 5 중의 B로 나타내는 그래프는, Li를 도핑하지 않은 규소 화합물 입자의 비율을 증가시킨 경우의 전지 용량의 증가율을 나타내고 있다. 도 5로부터 알 수 있는 바와 같이, 규소 화합물의 비율이 6질량% 이상으로 되면, 전지 용량의 증가율은 종래에 비해 커지고, 체적 에너지 밀도가 특히 현저하게 증가한다.5 is a graph showing the relationship between the ratio of the silicon-based active material particles to the total amount of the negative electrode active material and the rate of increase of the battery capacity of the secondary battery. The graph A in Fig. 5 shows the rate of increase of the battery capacity when the ratio of the silicon compound particles in the negative electrode active material of the present invention is increased. On the other hand, the graph shown by B in Fig. 5 shows the rate of increase of the battery capacity when the proportion of the silicon compound particles not doped with Li is increased. As can be seen from Fig. 5, when the proportion of the silicon compound is 6 mass% or more, the rate of increase of the battery capacity becomes larger than that of the prior art, and the volume energy density increases particularly remarkably.

또한, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되는 것은 아니다. 상기 실시 형태는 예시이며, 본 발명의 특허 청구 범위에 기재된 기술적 사상과 실질적으로 동일한 구성을 가지고, 동일한 작용 효과를 발휘하는 것은, 어떠한 것이어도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.The present invention is not limited to the above-described embodiments. The above embodiment is an example, and anything that has substantially the same structure as the technical idea described in the claims of the present invention and exhibits the same operational effects is included in the technical scope of the present invention.

Claims (14)

부극 활물질 입자를 포함하는 부극 활물질로서,
상기 부극 활물질 입자가 규소 화합물(SiOx: 0.5≤x≤1.6)을 포함하는 규소 화합물 입자를 함유하고,
상기 규소 화합물 입자가 Li 화합물을 함유하고,
상기 부극 활물질 입자가 폴리아크릴산의 염 및 카르복시메틸셀룰로오스의 염으로부터 선택되는 적어도 1종의 염을 포함하고, Mg 및 Al로부터 선택되는 적어도 1종의 금속을 포함하는 금속염을 포함하는 것을 특징으로 하는 부극 활물질.
1. A negative electrode active material comprising negative electrode active material particles,
Wherein the negative electrode active material particles contain silicon compound particles containing a silicon compound (SiO x : 0.5? X? 1.6)
Wherein the silicon compound particles contain a Li compound,
Characterized in that the negative electrode active material particles comprise at least one salt selected from a salt of polyacrylic acid and a salt of carboxymethylcellulose and a metal salt containing at least one metal selected from Mg and Al Active material.
제1항에 있어서, 상기 폴리아크릴산의 염 및 상기 카르복시메틸셀룰로오스의 염으로부터 선택되는 적어도 1종의 염의 총량이, 상기 부극 활물질 입자의 총량에 대하여 0.1질량% 이상 5질량% 이하의 범위의 것임을 특징으로 하는 부극 활물질.The positive electrode active material according to claim 1, wherein the total amount of at least one salt selected from the salt of polyacrylic acid and the salt of carboxymethyl cellulose is in a range of 0.1 mass% to 5 mass% with respect to the total amount of the negative electrode active material particles As a negative active material. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 폴리아크릴산의 염 및 상기 카르복시메틸셀룰로오스의 염으로부터 선택되는 적어도 1종의 염이, 암모늄염인 것을 특징으로 하는 부극 활물질.The negative electrode active material according to claim 1 or 2, wherein the at least one salt selected from the salt of polyacrylic acid and the salt of carboxymethyl cellulose is an ammonium salt. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 Mg 및 Al로부터 선택되는 적어도 1종의 금속을 포함하는 금속염의 총량이, 상기 부극 활물질 입자의 총량에 대하여 0.1질량% 이상 5질량% 이하의 범위의 것임을 특징으로 하는 부극 활물질.The negative electrode active material according to any one of claims 1 to 3, wherein the total amount of the metal salt containing at least one metal selected from Mg and Al is 0.1% by mass or more and 5% by mass or less Lt; RTI ID = 0.0 &gt;%. &Lt; / RTI &gt; 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 Mg 및 Al로부터 선택되는 적어도 1종의 금속을 포함하는 금속염이, 질산염, 인산염, 염산염 또는 황산염 중 어느 것임을 특징으로 하는 부극 활물질.The negative electrode active material according to any one of claims 1 to 4, wherein the metal salt containing at least one metal selected from Mg and Al is at least one of nitrate, phosphate, hydrochloride and sulfate. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 부극 활물질 입자에 포함되는 상기 폴리아크릴산의 염 및 상기 카르복시메틸셀룰로오스의 염으로부터 선택되는 적어도 1종의 염의 질량 기준의 함유량의 합계가, 상기 부극 활물질 입자에 포함되는 상기 Mg 및 Al로부터 선택되는 적어도 1종의 금속을 포함하는 금속염의 질량 기준의 함유량의 합계보다도 작은 것임을 특징으로 하는 부극 활물질.The negative electrode active material composition according to any one of claims 1 to 5, wherein the sum of the content of at least one salt selected from the salt of polyacrylic acid and the salt of carboxymethyl cellulose contained in the negative electrode active material particle, Wherein the total amount of the negative electrode active material particles and the negative electrode active material particles is smaller than the total amount of the metal salt containing at least one metal selected from the group consisting of Mg and Al contained in the negative electrode active material on a mass basis. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 부극 활물질 입자가 Li 화합물로서, Li2Si2O5, Li2SiO3, Li4SiO4 중 적어도 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 부극 활물질.The lithium secondary battery according to any one of claims 1 to 6, wherein the negative electrode active material particles include at least one of Li 2 Si 2 O 5 , Li 2 SiO 3 , and Li 4 SiO 4 as a Li compound Negative active material. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 규소 화합물 입자는, Cu-Kα선을 사용한 X선 회절에 의해 얻어지는 Si(111) 결정면에 기인하는 회절 피크의 반값폭(2θ)이 1.2° 이상임과 함께, 그 결정면에 대응하는 결정자 크기는 7.5nm 이하인 것을 특징으로 하는 부극 활물질.The method according to any one of claims 1 to 7, wherein the silicon compound particle has a half-width (2?) Of a diffraction peak attributable to a Si (111) crystal plane obtained by X-ray diffraction using a Cu- Deg.] Or more, and a crystallite size corresponding to the crystal plane is 7.5 nm or less. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 규소 화합물 입자에 있어서, 29Si-MAS-NMR 스펙트럼으로부터 얻어지는, 케미컬 쉬프트값으로서 -60 내지 -95ppm에서 부여되는 Si 및 Li 실리케이트 영역의 최대 피크 강도값 A와, 케미컬 쉬프트값으로서 -96 내지 -150ppm에서 부여되는 SiO2 영역의 피크 강도값 B가, A>B라는 관계를 만족시키는 것임을 특징으로 하는 부극 활물질.9. The method according to any one of claims 1 to 8, wherein in the silicon compound particles, the maximum of the Si and Li silicate regions, which are obtained from the 29 Si-MAS-NMR spectrum and are given at -60 to -95 ppm as the chemical shift value Wherein the peak intensity value A and the peak intensity value B of the SiO 2 region imparted at -96 to -150 ppm as the chemical shift value satisfy a relation of A > B. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 부극 활물질 입자는 메디안 직경이 3㎛ 이상 15㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 부극 활물질.10. The negative electrode active material according to any one of claims 1 to 9, wherein the negative electrode active material particles have a median diameter of 3 mu m or more and 15 mu m or less. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 부극 활물질 입자는 표층부에 탄소재를 포함하는 것을 특징으로 하는 부극 활물질.11. The negative electrode active material according to any one of claims 1 to 10, wherein the negative electrode active material particle contains a carbon material in a surface layer portion. 제11항에 있어서, 상기 탄소재의 평균 두께는 5nm 이상 5000nm 이하인 것을 특징으로 하는 부극 활물질.12. The negative electrode active material according to claim 11, wherein the carbonaceous material has an average thickness of 5 nm or more and 5,000 nm or less. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 기재된 부극 활물질과 탄소계 활물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 혼합 부극 활물질 재료.A mixed negative electrode active material material comprising the negative electrode active material according to any one of claims 1 to 12 and a carbonaceous active material. 규소 화합물 입자를 함유하는 부극 활물질 입자를 포함하는 부극 활물질을 제조하는 방법으로서,
규소 화합물(SiOx: 0.5≤x≤1.6)을 포함하는 규소 화합물 입자를 제작하는 공정과,
상기 규소 화합물 입자에 Li를 삽입하여, Li 화합물을 함유시키는 공정
에 의해 부극 활물질 입자를 제작하고,
상기 부극 활물질 입자에, 폴리아크릴산의 염 및 카르복시메틸셀룰로오스의 염으로부터 선택되는 적어도 1종의 염과 Mg 및 Al로부터 선택되는 적어도 1종의 금속을 포함하는 금속염을 포함시키는 공정을 포함하고,
상기 폴리아크릴산의 염 및 카르복시메틸셀룰로오스의 염으로부터 선택되는 적어도 1종의 염과, 상기 Mg 및 Al로부터 선택되는 적어도 1종의 금속을 포함하는 금속염을 포함한 상기 부극 활물질 입자를 사용하여, 부극 활물질을 제조하는 것을 특징으로 하는 부극 활물질의 제조 방법.
A method for producing a negative electrode active material comprising negative electrode active material particles containing silicon compound particles,
A step of producing a silicon compound particle containing a silicon compound (SiO x : 0.5? X? 1.6)
In the step of inserting Li into the silicon compound particles to contain a Li compound
The negative electrode active material particles were produced by the above-
And a step of incorporating into the negative electrode active material particles a metal salt containing at least one salt selected from a salt of polyacrylic acid and a salt of carboxymethyl cellulose and at least one metal selected from Mg and Al,
The negative electrode active material containing the metal salt containing at least one salt selected from the salt of polyacrylic acid and the salt of carboxymethyl cellulose and the metal salt containing at least one metal selected from Mg and Al, Wherein the negative electrode active material is produced by a method comprising the steps of:
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