KR20200085587A - Anode and Lithium Secondary Battery Comprising the Same - Google Patents

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KR20200085587A
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김덕희
김용훈
이관수
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주식회사 엘지화학
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Abstract

Disclosed are a negative electrode with increased quick charge characteristics and a lithium secondary battery including the same. According to the present invention, the negative electrode comprises a negative electrode active material layer including a negative electrode active material and a binder. The negative electrode active material includes natural graphite and carbon-coated artificial graphite and the content of artificial carbon is 10 wt% or more with respect to the total weight of the negative electrode active material. The artificial graphite is acquired by simultaneously performing granulation and carbon-coating of secondary particles after primary particles are carbonized, the average particle size of the primary particles of the artificial graphite is within a range of 1 to 10 μm, the orientation degree (I004/I110) of the secondary particles of the artificial graphite is 10 or less, the content of the coated carbon is 5 wt% or less with respect to the total weight of the carbon-coated artificial graphite, and the porosity of the negative electrode is 24% or more.

Description

음극 및 이를 포함하는 이차전지{Anode and Lithium Secondary Battery Comprising the Same}Anode and secondary battery comprising the same{Anode and Lithium Secondary Battery Comprising the Same}

본 발명은 음극 및 이를 포함하는 이차전지에 관한 것으로서, 구체적으로는 급속 충전 특성이 개선된 음극 및 이를 포함하는 이차전지에 관한 것이다.The present invention relates to a negative electrode and a secondary battery comprising the same, specifically, to a negative electrode having improved rapid charging characteristics and a secondary battery comprising the same.

모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 재충전이 가능하고 소형화 및 대용량화가 가능한 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있다. 또한, 이차전지 중 높은 에너지 밀도와 전압을 가지는 리튬 이차전지가 상용화되어 널리 사용되고 있다.With the development of technology and demand for mobile devices, the demand for rechargeable batteries capable of recharging, miniaturization and high capacity is rapidly increasing. In addition, lithium secondary batteries having high energy density and voltage among secondary batteries have been commercialized and widely used.

리튬 이차전지는 전극 집전체 상에 각각 활물질이 도포되어 있는 양극과 음극 사이에 다공성의 분리막이 개재된 전극조립체에 리튬염을 포함하는 전해질이 함침되어 있는 구조로 이루어져 있으며, 상기 전극은 활물질, 바인더 및 도전재가 용매에 분산되어 있는 슬러리를 집전체에 도포하고 건조 및 압연(pressing)하여 제조된다. The lithium secondary battery consists of a structure in which an electrolyte containing a lithium salt is impregnated in an electrode assembly in which a porous separator is interposed between the positive electrode and the negative electrode, each of which is coated with an active material, and the electrode is an active material, a binder And a slurry in which a conductive material is dispersed in a solvent is applied to a current collector and dried and pressed.

또한, 최근에는 환경문제에 대한 관심이 커짐에 따라 대기오염의 주요 원인의 하나인 가솔린 차량, 디젤 차량 등 화석연료를 사용하는 차량을 대체할 수 있는 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV) 등에 대한 연구가 많이 진행되고 있다. 이러한 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV) 등의 동력원으로는 높은 에너지 밀도, 높은 방전 전압 및 출력 안정성의 리튬 이차전지가 주로 연구, 사용되고 있다.In addition, in recent years, as interest in environmental issues has increased, electric vehicles (EVs) and hybrid electric vehicles (HEVs) that can replace fossil fuel vehicles, such as gasoline vehicles and diesel vehicles, are one of the main causes of air pollution. A lot of research has been conducted on the back. Lithium secondary batteries having high energy density, high discharge voltage, and output stability are mainly researched and used as power sources such as electric vehicles (EV) and hybrid electric vehicles (HEV).

상기와 같은 리튬 이차전지는 사용 대상이 확대됨에 따라, 전지의 편리성을 향상시키기 위해 충전 시간의 단축화가 요구되고 있고, 이에 고율 방전 특성 및 고율 충전 특성이 중요해지고 있다.As the use target of the lithium secondary battery is expanded, shortening of the charging time is required to improve the convenience of the battery, and thus high rate discharge characteristics and high rate charging characteristics are becoming important.

리튬 이온 이차전지의 충전 시의 율속과정의 하나로서 리튬 이온(Li+)의 음극활물질로의 삽입 반응을 들 수 있다. 그러나, 급속 충전을 진행하면, 리튬 이온이 음극활물질층에 삽입되지 못하고, 음극 전극 표면에 석출하는 문제가 생기고, 이를 회피하기 위해 음극활물질층을 상대적으로 증가시킬 수 있지만, 이 경우, 에너지 밀도 관점에서 불리하다.One of the rate-rate processes when charging a lithium ion secondary battery is an insertion reaction of lithium ions (Li+) into a negative electrode active material. However, when the rapid charging proceeds, lithium ions are not inserted into the negative electrode active material layer, and a problem arises on the surface of the negative electrode, and the negative electrode active material layer can be relatively increased to avoid this, but in this case, energy density point of view Is disadvantageous in

현재 전기자동차(EV) 시장 확대를 위하여 충전 속도 증가가 지속적으로 요구되고 있으나, 충전 레이트 향상시 수명 특성이 저하되는 한계로, 기존 원통형 전기자동차용 전지의 경우 충전 조건을 0.3C 내외로 사용하고 있다.Currently, in order to expand the electric vehicle (EV) market, an increase in charging speed is continuously required, but due to the limitation that the life characteristics are deteriorated when the charging rate is improved, the charging condition of the existing cylindrical electric vehicle battery is used at around 0.3C. .

따라서, 전기자동차 전지 수명 특성을 확보하면서, 동시에 급속 충전 특성을 개선시켜, 충전 속도가 개선된 음극을 포함하는 이차전지 기술에 대한 개발이 여전히 요구되고 있다.Accordingly, there is still a need to develop a secondary battery technology including a negative electrode having an improved charging speed by improving a rapid charging characteristic while simultaneously securing an electric vehicle battery life characteristic.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 한 목적은 전지 수명 특성을 확보하면서, 동시에 급속 충전 특성이 개선된 음극을 제공하는 것이다.The present invention is to solve the above problems, one object of the present invention is to provide a negative electrode with improved fast charging characteristics while securing battery life characteristics.

본 발명의 다른 목적은 상기 음극을 포함하는 리튬 이차전지를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a lithium secondary battery comprising the negative electrode.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 일 측면에 따르면 하기 구현예의 음극이 제공된다.The present invention is to solve the above problems, and according to an aspect of the present invention, a negative electrode of the following embodiment is provided.

제1 구현예는,The first embodiment,

음극활물질, 도전재 및 바인더를 함유하는 음극활물질층을 포함하는 음극으로서,As a negative electrode comprising a negative electrode active material layer containing a negative electrode active material, a conductive material and a binder,

상기 음극활물질이 천연흑연 및 탄소-코팅된 인조흑연을 포함하고,The negative electrode active material includes natural graphite and carbon-coated artificial graphite,

상기 탄소-코팅된 인조흑연은 음극활물질 총량을 기준으로 10중량% 이상의 함량으로 존재하며, The carbon-coated artificial graphite is present in an amount of 10% by weight or more based on the total amount of the negative electrode active material,

상기 인조흑연은 1차 입자 흑연화 후, 2차 입자의 조립화와 탄소 코팅이 동시에 이루어져서 얻어지고,The artificial graphite is obtained by graphitizing the primary particles and then granulating the secondary particles and coating the carbon simultaneously.

상기 인조흑연 1차 입자의 평균 입경이 1 내지 10㎛의 범위이고, The average particle diameter of the artificial graphite primary particles is in the range of 1 to 10㎛,

상기 인조흑연 2차 입자의 배향도(I004/I110)가 10 이하이고,The artificial graphite secondary particles have an orientation (I004/I110) of 10 or less,

상기 탄소-코팅된 인조흑연 총량을 기준으로 코팅된 탄소의 함량이 5 중량% 이하이고,The content of the carbon coated based on the total amount of the carbon-coated artificial graphite is 5% by weight or less,

상기 음극의 기공도(porosity)가 24% 이상인 음극이다.The cathode has a porosity of 24% or more.

제2 구현예는, 제1 구현예에 있어서, 상기 탄소-코팅된 인조흑연이 음극활물질 총량을 기준으로 10 내지 30 중량% 함량으로 존재하는 음극이다.In the second embodiment, in the first embodiment, the carbon-coated artificial graphite is a negative electrode present in an amount of 10 to 30% by weight based on the total amount of the negative electrode active material.

제3 구현예는, 제1 구현예 또는 제2 구현예에 있어서, The third embodiment, in the first embodiment or the second embodiment,

상기 인조흑연에 코팅된 탄소의 함량이 4 내지 5 중량%인 음극이다.It is a negative electrode having a content of 4 to 5% by weight of carbon coated on the artificial graphite.

제4 구현예는, 제1 구현예 내지 제3 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서, The fourth embodiment, in any one of the first to third embodiments,

상기 인조흑연 1차 입자의 평균 입경이 1 내지 5㎛인 음극이다. The artificial graphite is a negative electrode having an average particle diameter of 1 to 5㎛ primary particles.

제5 구현예는, 제1 구현예 내지 제4 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서, The fifth embodiment, in any one of the first to fourth embodiments,

상기 인조흑연 1차 입자의 평균 입경이 1 내지 2.5㎛인 음극이다.The artificial graphite is a negative electrode having an average particle diameter of 1 to 2.5㎛ primary particles.

제6 구현예는, 제1 구현예 내지 제5 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서, The sixth embodiment according to any one of the first to fifth embodiments,

상기 인조흑연의 배향도가 1 내지 10인 음극이다.The artificial graphite is a negative electrode having an orientation of 1 to 10.

제7 구현예는, 제1 구현예 내지 제6 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서, The seventh embodiment according to any one of the first to sixth embodiments,

상기 인조흑연의 배향도가 1 내지 6인 음극이다.The artificial graphite is a negative electrode having an orientation of 1 to 6.

제8 구현예는, 제1 구현예 내지 제7 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서, The eighth embodiment according to any one of the first to seventh embodiments,

상기 음극의 기공도(porosity)가 24 내지 26%인 음극이다.The cathode has a porosity of 24 to 26%.

본 발명의 일 측면에 따르면 하기 구현예의 리튬 이차전지가 제공된다.According to an aspect of the present invention, a lithium secondary battery of the following embodiment is provided.

제9 구현예는, 제1 구현예 내지 제8 구현예 중 어느 한 구현예에 따른 음극을 포함하는 리튬 이차전지이다.The ninth embodiment is a lithium secondary battery including the negative electrode according to any one of the first to eighth embodiments.

제10 구현예는, 제9 구현예에 있어서, The tenth embodiment is the ninth embodiment,

상기 이차 전지가 1.0 내지 1.2C로 급속 충전이 가능한 리튬 이차전지이다.The secondary battery is a lithium secondary battery capable of rapid charging at 1.0 to 1.2C.

제11 구현예는, 제9 구현예 또는 제10 구현예에 있어서, The eleventh embodiment is the ninth or tenth embodiment,

상기 이차 전지가 원통형 이차전지인 리튬 이차전지이다.The secondary battery is a lithium secondary battery that is a cylindrical secondary battery.

본 발명에 따르면, 음극활물질로서 천연흑연 및 탄소-코팅된 인조흑연을 함께 사용하고, 상기 탄소-코팅된 인조흑연의 1차 입자의 평균 입경, 2차 입자의 배향도, 코팅된 탄소의 함량, 음극의 기공도를 함께 제어함으로써, 전지 수명 특성을 확보하면서, 동시에 급속 충전 특성을 개선시켜, 충전 속도가 개선된 음극을 제공할 수 있다.According to the present invention, natural graphite and carbon-coated artificial graphite are used together as a negative electrode active material, the average particle diameter of the primary particles of the carbon-coated artificial graphite, the degree of orientation of the secondary particles, the content of the coated carbon, the negative electrode By controlling the porosity of the same, it is possible to provide a negative electrode with improved battery charging speed while simultaneously improving battery charging characteristics.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 실시예 1 및 비교예 1에서 제조된 이차전지의 초기 효율 특성을 나타낸 그래프이다.
도 2는 실시예 1 내지 2, 및 비교예 1 내지 7에서 제조된 이차전지의 저속 충방전시 수명 특성을 나타낸 그래프이다.
도 3은 실시예 1 내지 2, 및 비교예 1 내지 7에서 제조된 이차전지의 고속 충방전시 수명 특성을 나타낸 그래프이다.
도 4는 실시예 1에서 제조된 이차전지의 고속 충방전시 수명 특성을 나타낸 그래프이다.
The following drawings attached to the present specification illustrate preferred embodiments of the present invention, and serve to further understand the technical spirit of the present invention together with the detailed description of the invention described below. It should not be interpreted as being limited to.
1 is a graph showing the initial efficiency characteristics of the secondary battery prepared in Example 1 and Comparative Example 1.
2 is a graph showing the life characteristics during low-speed charging and discharging of the secondary batteries prepared in Examples 1 to 2 and Comparative Examples 1 to 7.
3 is a graph showing the life characteristics during high-speed charging and discharging of the secondary batteries prepared in Examples 1 to 2 and Comparative Examples 1 to 7.
4 is a graph showing the life characteristics of the secondary battery prepared in Example 1 during high-speed charging and discharging.

이하, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Hereinafter, the terms or words used in the present specification and claims should not be interpreted as being limited to ordinary or dictionary meanings, and the inventor appropriately defines the concept of terms in order to explain his or her invention in the best way. Based on the principle that it can be done, it should be interpreted as a meaning and a concept consistent with the technical idea of the present invention.

본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 예시적인 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도는 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.The terms used in this specification are only used to describe exemplary embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise.

본 명세서에서, "포함하다", "구비하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 구성 요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 구성 요소, 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.In this specification, the terms “include”, “have” or “have” are intended to indicate the presence of implemented features, numbers, steps, elements, or combinations thereof, one or more other features or It should be understood that the existence or addition possibilities of numbers, steps, elements, or combinations thereof are not excluded in advance.

본 발명의 일 측면에 따르면,According to one aspect of the invention,

음극활물질 및 바인더를 함유하는 음극활물질층을 포함하는 음극으로서,A negative electrode comprising a negative electrode active material layer containing a negative electrode active material and a binder,

상기 음극활물질이 천연흑연 및 탄소-코팅된 인조흑연을 포함하고,The negative electrode active material includes natural graphite and carbon-coated artificial graphite,

상기 탄소-코팅된 인조흑연은 음극활물질 총량을 기준으로 10중량% 이상의 함량으로 존재하며, The carbon-coated artificial graphite is present in an amount of 10% by weight or more based on the total amount of the negative electrode active material,

상기 인조흑연은 1차 입자 흑연화 후, 2차 입자의 조립화와 탄소 코팅이 동시에 이루어져서 얻어지고,The artificial graphite is obtained by graphitizing the primary particles and then granulating the secondary particles and coating the carbon simultaneously.

상기 인조흑연의 1차 입자의 평균 입경이 1 내지 10㎛의 범위이고, The average particle diameter of the primary particles of the artificial graphite is in the range of 1 to 10㎛,

상기 인조흑연의 2차 입자의 배향도(I004/I110)가 10 이하이고,The degree of orientation (I004/I110) of the secondary particles of the artificial graphite is 10 or less,

상기 탄소-코팅된 인조흑연 총량을 기준으로 코팅된 탄소의 함량이 5 중량% 이하이고,The content of the carbon coated based on the total amount of the carbon-coated artificial graphite is 5% by weight or less,

상기 음극의 기공도(porosity)가 24% 이상인 음극이 제공된다.A cathode having a porosity of 24% or more is provided.

본 발명에 따르면, 음극활물질로서 천연흑연 및 탄소-코팅된 인조흑연을 함께 사용하고, 상기 탄소-코팅된 인조흑연의 1차 입자의 평균 입경, 2차 입자의 배향도, 코팅된 탄소의 함량, 음극의 기공도를 함께 제어함으로써, 전지 수명 특성을 확보하면서, 동시에 급속 충전 특성을 개선시켜, 충전 속도가 개선된 음극을 제공할 수 있다.According to the present invention, natural graphite and carbon-coated artificial graphite are used together as a negative electrode active material, the average particle diameter of the primary particles of the carbon-coated artificial graphite, the degree of orientation of the secondary particles, the content of the coated carbon, the negative electrode By controlling the porosity of the same, it is possible to provide a negative electrode with improved battery charging speed while simultaneously improving battery charging characteristics.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 탄소계 재료를 흑연화하여 인조흑연 1차 입자를 얻고, 상기 인조흑연 1차 입자를 집합, 결합 또는 조립화에 의해 응집시켜 인조흑연 2차 입자를 얻되, 이때 조립화와 탄소 코팅을 동시에 실시하여, 최종적으로 탄소-코팅된 인조흑연이 얻어진다.According to an embodiment of the present invention, by graphitizing the carbon-based material to obtain artificial graphite primary particles, the artificial graphite primary particles are aggregated by aggregation, bonding or granulation to obtain artificial graphite secondary particles, wherein The granulation and the carbon coating are carried out simultaneously, and finally the carbon-coated artificial graphite is obtained.

보다 구체적으로, 탄소계 재료를 평균입경(D50) 1 ㎛ 내지 10 ㎛의 크기로 분쇄하는 단계; 상기 분쇄된 탄소계 재료를 2,800℃ 내지 3,000℃의 온도에서 열처리하여 인조흑연 1차 입자를 제조하는 단계; 및 상기 인조흑연 1차 입자와 바인더를 혼합한 후, 1,000℃ 내지 1,600℃ 온도에서 열처리하여 인조흑연 2차 입자로의 조립화와 탄소 코팅을 동시에 실시하는 단계;를 통하여 탄소-코팅된 인조흑연이 얻어질 수 있다.More specifically, the step of pulverizing the carbon-based material to a size of 1㎛ to 10㎛ average particle diameter (D50); Heat-treating the pulverized carbon-based material at a temperature of 2,800°C to 3,000°C to produce artificial graphite primary particles; And after mixing the artificial graphite primary particles and the binder, heat-treating at a temperature of 1,000° C. to 1,600° C. to simultaneously assemble the artificial graphite secondary particles and perform carbon coating; through which the carbon-coated artificial graphite is Can be obtained.

이때, 상기 인조흑연 1차 입자와 바인더를 혼합한 후, 1,000℃ 내지 1,600℃ 온도에서 열처리함으로써, 인조흑연 1차 입자들이 응집하여 2차 입자로 성장함과 동시에, 2차 입자의 표면에 탄소층의 코팅이 이루어지게 된다. At this time, after mixing the artificial graphite primary particles and a binder, and then heat-treating at a temperature of 1,000°C to 1,600°C, the artificial graphite primary particles aggregate and grow as secondary particles, and at the same time, the carbon layer is formed on the surface of the secondary particles. Coating is done.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 탄소계 재료는 석탄계 중질유, 석유계 중질유, 타르류, 피치류, 또는 코크스류 등을 포함할 수 있으며, 구체적으로, 니들 코크스(needle cokes), 모자익 코크스(mosaic cokes) 및 콜타르피치(coaltar pitch)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 탄소계 재료를 포함할 수 있으며, 편평상 형상을 가진 것일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 탄소계 재료는 니들 코크스일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the carbon-based material may include coal-based heavy oil, petroleum-based heavy oil, tars, pitches, or coke, and specifically, needle cokes, mosaic coke ( It may include one or more carbon-based materials selected from the group consisting of mosaic cokes and coaltar pitch, and may have a flat shape. More specifically, the carbon-based material may be needle coke.

본 발명의 일 실시예에서 사용되는 인조흑연은 상업적으로 많이 사용되고 있는 MCMB(mesophase carbon microbeads), MPCF(mesophase pitch-based carbon fiber), 블록 형태로 흑연화된 인조흑연, 분체 형태로 흑연화된 인조흑연 등이 있으며, 상기 인조흑연(인조흑연 2차 입자)의 구형도는 0.91 이하, 또는 0.6 내지 0.91, 또는 0.7 내지 0.9일 수 있다. Artificial graphite used in an embodiment of the present invention is a commercially used MCMB (mesophase carbon microbeads), MPCF (mesophase pitch-based carbon fiber), artificial graphite graphitized in block form, artificial graphite graphitized in powder form There are graphite and the like, and the sphericity of the artificial graphite (artificial graphite secondary particles) may be 0.91 or less, or 0.6 to 0.91, or 0.7 to 0.9.

상기 인조흑연 1차 입자의 평균 입경은, 1 내지 10㎛이고, 또는 1 내지 5㎛, 또는 1 내지 2.5㎛일 수 있다. 상기 인조흑연 1차 입자의 평균 입경이 1㎛ 미만인 경우에는, 2차 입자화 후에도 활물질 표면적이 지나치게 커져 전해액에 대한 반응 활성이 과잉될 수 있고, 이러한 부반응 기작으로 초기 비가역 용량이 증가하여 충방전 효율이 감소할 수 있어 고용량 전지를 구현하기 어려우며, 전극 표면 가스 발생량이 증가하여 전지 성능을 악화시킬 수 있다. 또한, 상기 인조흑연 1차 입자의 평균 입경이 10㎛ 초과인 경우에는 리튬 이온 삽입 후 인조흑연 내 확산 거리가 커지고, 전해액 접촉 표면이 상대적으로 작아 확산 저항이 커져 리튬 이온 삽입 탈리가 용이하지 않다.The average particle diameter of the artificial graphite primary particles may be 1 to 10 μm, or 1 to 5 μm, or 1 to 2.5 μm. When the average particle diameter of the artificial graphite primary particles is less than 1 μm, the surface area of the active material may be excessively large even after the secondary particle formation, resulting in excessive reaction activity to the electrolyte solution. Since this can be reduced, it is difficult to implement a high-capacity battery, and the amount of gas generated on the surface of the electrode increases, which can deteriorate the battery performance. In addition, when the average particle diameter of the artificial graphite primary particles is more than 10 μm, the diffusion distance in the artificial graphite becomes large after lithium ion insertion, and the contact surface of the electrolyte is relatively small, so that the diffusion resistance is large, so that lithium ion insertion and detachment is not easy.

상기 인조흑연 2차 입자의 배향도(I004/I110)는 10 이하이고, 또는 1 내지 10일 수 있고, 또는 1 내지 6일 수 있다. The artificial graphite secondary particles may have an orientation (I004/I110) of 10 or less, or 1 to 10, or 1 to 6.

상기 인조흑연 2차 입자의 배향도(I004/I110)라 함은, 전극 상태 X선 회절 분석에 의한 (004)면과 (110)면의 피크 강도비(I004/I110)를 의미하고, 이때 상기 인조흑연의 피크 강도비란, 상기 인조 흑연의 (110) 회절선의 피크 강도에 대한 (004) 회절선의 피크 강도의 비로써, 인조흑연 결정이 전극 내에서 어떠한 방향으로 배향되어있는가를 평가할 수 있다. 구체적으로, 상기 피크 강도비는 배향성으로 나타낼 수 있고, 상기 피크 강도비가 클수록 (002)면은 전극의 집전체와 수평으로 배향된 것일 수 있고, (110)면은 전극의 집전체와 수직으로 배향된 것일 수 있다.The degree of orientation (I004/I110) of the artificial graphite secondary particles means a peak intensity ratio (I004/I110) between the (004) plane and the (110) plane by X-ray diffraction analysis of the electrode state, wherein the artificial graphite The peak intensity ratio of graphite is a ratio of the peak intensity of the (004) diffraction line to the peak intensity of the (110) diffraction line of the artificial graphite, and it is possible to evaluate in which direction the artificial graphite crystal is oriented in the electrode. Specifically, the peak intensity ratio may be represented by orientation, and the larger the peak intensity ratio, the (002) plane may be oriented horizontally with the electrode current collector, and the (110) plane may be oriented vertically with the electrode current collector. It may have been done.

상기 인조흑연 2차 입자의 배향도(I004/I110)는 전극 상태 X선 회절 분석에 의한 (004)면과 (110)면의 피크강도비(I004/I110)로서, 상기 피크강도비는 X선 회절 분석을 통하여 수득할 수 있으며, 상기 X선 회절 분석은 X선 회절 분석기 Bruker D4 Endeavor를 이용하여 Cu-Kα선을 사용하여 측정할 수 있고, Topas3 fitting program을 통하여 수치를 보정할 수 있다.The orientation (I004/I110) of the artificial graphite secondary particles is the peak intensity ratio (I004/I110) between the (004) plane and the (110) plane by X-ray diffraction analysis of the electrode state, and the peak intensity ratio is X-ray diffraction It can be obtained through analysis, and the X-ray diffraction analysis can be measured using a Cu-Kα ray using an X-ray diffraction analyzer Bruker D4 Endeavor, and a numerical value can be corrected through a Topas3 fitting program.

이때, 상기 인조흑연의 피크 강도비(I004/I110)가 10 초과인 경우에는, 전극 내 인조흑연의 비활성을 나타내는 (004)면이 양극과 맞닿는 면을 향해 배향하고 있어, 리튬 이온이 삽입 탈리되기 용이하지 않기 때문에, 확산 저항이 증가하고 고율 충방전시 리튬 석출이 발생하여 수명특성이 저하될 수 있고, 석출된 리튬으로 인해 열안정성 저하, 덴드라이트(dendrite) 형성으로 전지 내부 단락 발생을 유발하여 발화, 폭발의 위험성이 있을 수 있다.At this time, when the peak intensity ratio (I004/I110) of the artificial graphite is greater than 10, the (004) surface showing the inertness of the artificial graphite in the electrode is oriented toward the surface contacting the anode, and lithium ions are inserted and desorbed. Since it is not easy, diffusion resistance increases and lithium precipitation occurs during high rate charging and discharging, which may degrade the life characteristics, and due to the precipitated lithium, thermal stability decreases, and dendrites form, causing short circuits in the battery. There may be a risk of ignition and explosion.

상기 탄소-코팅된 인조흑연 기준으로 코팅된 탄소의 함량이 5 중량% 이하이고, 또는 4 내지 5 중량%일 수 있다. 상기 코팅된 탄소의 함량이 5 중량% 초과인 경우에는 반응성이 큰 표면 코팅 층이 부반응으로 초기 효율을 낮추며, 코팅 층은 용량에 기여하지 못하므로 단위 무게당 용량도 감소하여 전지의 고용량 실현이 어려울 수 있다. The content of carbon coated on the basis of the carbon-coated artificial graphite may be 5% by weight or less, or 4 to 5% by weight. When the content of the coated carbon is more than 5% by weight, the surface efficiency of the highly reactive surface coating layer lowers the initial efficiency due to side reaction, and since the coating layer does not contribute to the capacity, the capacity per unit weight is also reduced, making it difficult to realize the high capacity of the battery. Can.

또한, 상기 탄소-코팅된 인조흑연의 평균 입경은 1 내지 35 ㎛, 또는 10 내지 25 ㎛일 수 있다.In addition, the average particle diameter of the carbon-coated artificial graphite may be 1 to 35 μm, or 10 to 25 μm.

본 발명의 천연흑연은 일반적으로 가공되기 이전에는 판상의 응집체로 되어 있으며, 판상의 입자는 전극 제조를 위한 활물질로 사용되기 위해서 입자 분쇄 및 재조립 과정 등의 후처리 가공을 통해 매끈한 표면을 갖는 구형 형태로 제조된다.The natural graphite of the present invention is generally a plate-like agglomerate before being processed, and the plate-shaped particles have a spherical surface with a smooth surface through post-treatment processing such as particle crushing and reassembly to be used as an active material for electrode production. It is manufactured in the form.

본 발명의 일 실시예에서 사용되는 천연흑연은 구형도가 0.91 초과 및 0.97 이하, 또는 0.93 내지 0.97, 또는 0.94 내지 0.96일 수 있다. 또한, 상기 천연흑연은 5 내지 30㎛, 또는 10 내지 25㎛의 평균입경을 가질 수 있다. Natural graphite used in an embodiment of the present invention may have a sphericity of greater than 0.91 and 0.97 or less, or 0.93 to 0.97, or 0.94 to 0.96. In addition, the natural graphite may have an average particle diameter of 5 to 30㎛, or 10 to 25㎛.

상기 탄소-코팅된 인조흑연의 함량은 음극활물질 총량을 기준으로 10 중량% 이상이고, 또는 10 내지 30 중량%일 수 있다. 상기 탄소-코팅된 인조흑연의 함량이 10 중량% 미만인 경우에는, 본 발명이 개선하고자 하는 음극활물질 결정 구조 주요 인자가 최종 음극 전극 상에서 발현 되기에는 부족한 비율이고, 그 결과 전하 이동 저항 및 확산 저항의 감소 효과를 얻기 어려워 급속 충전 특성이 저하 될 수 있다.The content of the carbon-coated artificial graphite is 10% by weight or more based on the total amount of the negative electrode active material, or may be 10 to 30% by weight. When the content of the carbon-coated artificial graphite is less than 10% by weight, the main factor of the crystal structure of the negative electrode active material to be improved by the present invention is insufficient to be expressed on the final negative electrode, and as a result, the charge transfer resistance and diffusion resistance It is difficult to obtain a reduction effect, and the rapid charging characteristics may be deteriorated.

상기 음극의 기공도란, 음극의 활물질 층 전체의 부피를 기준으로, 활물질, 바인더, 및 도전재 중 1 이상으로 이루어진 군으로부터 둘러싸인 기공의 부피의 상대적 비율을 나타내는 파라미터이다. 상기 음극의 기공도는 수은 포로시미터(기기명: AutoPore Ⅵ 9500, Micromerities, USA)로 총 수은 침투량(mL/g)을 측정하여 계산할 수 있다.The porosity of the negative electrode is a parameter indicating the relative ratio of the volume of the pores enclosed from the group consisting of one or more of the active material, the binder, and the conductive material, based on the total volume of the active material layer of the negative electrode. The porosity of the cathode can be calculated by measuring the total amount of mercury permeation (mL/g) with a mercury porosimeter (device name: AutoPore VI 9500, Micromerities, USA).

상기 음극의 기공도는 24% 이상이고, 또는 24 내지 26%일 수 있다. The porosity of the negative electrode is 24% or more, or may be 24 to 26%.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 음극의 로딩양은 음극의 활물질 층의 단위 면적당 에너지 밀도를 의미할 수 있고, 전극 무게, 전극의 면적, 활물질의 용량 및 활물질 층 내에 활물질이 포함된 비율을 이용하여 계산할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the loading amount of the negative electrode may mean the energy density per unit area of the active material layer of the negative electrode, and the electrode weight, the area of the electrode, the capacity of the active material, and the ratio of the active material included in the active material layer may be used. Can be calculated.

본 발명의 일 실시예 따른 음극의 로딩양은, 음극활물질층의 건조 중량기준으로 15 내지 28 mg/cm2 일 수 있다.The loading amount of the negative electrode according to an embodiment of the present invention is 15 to 28 mg/cm 2 based on the dry weight of the negative electrode active material layer. Can be

본 발명의 일 실시예에서, 상기 음극활물질층의 두께는 특별히 한정되지 않는다. 예컨대 40 내지 300㎛일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the thickness of the negative electrode active material layer is not particularly limited. For example, it may be 40 to 300㎛.

본 발명의 일 실시에 따른 음극은, 음극활물질, 바인더, 도전재를 분산매에 분산시켜 얻은 음극활물질층용 슬러리를 집전체에 코팅하는 습식 방식과, 음극활물질, 바인더, 도전재를 분산매를 사용하지 않고 분말 상태로 직접 혼합하고 선택적으로 분쇄한 후 집전체에 코팅하는 건식 방식이 있을 수 있다. The negative electrode according to an embodiment of the present invention is a wet method of coating a slurry for a negative electrode active material layer obtained by dispersing a negative electrode active material, a binder, and a conductive material on a current collector, and a negative electrode active material, a binder, and a conductive material without using a dispersion medium. There may be a dry method of mixing directly in a powder state and selectively pulverizing and then coating the current collector.

예를 들면, 습식 방법의 경우에는, 음극활물질, 바인더, 도전재 및 선택적으로 증점제를 분산매에 분산시켜 음극 슬러리를 준비하고, 이를 음극용 집전체의 적어도 일면 위에 도포하고 건조 및 압연하여 제조될 수 있다. For example, in the case of the wet method, a negative electrode active material, a binder, a conductive material, and optionally a thickener may be dispersed in a dispersion medium to prepare a negative electrode slurry, which is coated on at least one surface of a current collector for a negative electrode, dried and rolled. have.

본 발명의 일 실시형태에 따른 방법에서, 음극활물질층을 형성하는 기재로 사용되는 음극용 집전체는 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인레스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다.In the method according to an embodiment of the present invention, the current collector for a negative electrode used as a base material for forming a negative electrode active material layer is not particularly limited as long as it has conductivity without causing a chemical change in the battery, for example, copper , Stainless steel, aluminum, nickel, titanium, calcined carbon, copper or stainless steel surface treated with carbon, nickel, titanium, silver, etc., aluminum-cadmium alloy, etc. may be used.

상기 집전체의 두께는 특별히 제한되지는 않으나, 통상적으로 적용되는 3 내지 500 ㎛의 두께를 가질 수 있다.The thickness of the current collector is not particularly limited, but may have a thickness of 3 to 500 μm, which is usually applied.

상기 코팅 방법은 당해 분야에서 통상적으로 사용되는 방법이라면 특별히 한정되지 않는다. 예컨대, 슬롯 다이를 이용한 코팅법이 사용될 수도 있고, 그 이외에도 메이어 바 코팅법, 그라비아 코팅법, 침지 코팅법, 분무 코팅법 등이 사용될 수 있다.The coating method is not particularly limited as long as it is a method commonly used in the art. For example, a coating method using a slot die may be used, and in addition, a Mayer bar coating method, a gravure coating method, an immersion coating method, a spray coating method, or the like may be used.

상기 바인더는 상기 음극활물질과 도전재의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 음극활물질 전체 함량 100 중량부 기준으로 0.3 내지 5 중량부, 또는 0.5 내지 3.5 중량부로 포함될 수 있다.The binder is a component that assists in the bonding of the negative electrode active material and the conductive material and binding to the current collector, and may generally be included in an amount of 0.3 to 5 parts by weight, or 0.5 to 3.5 parts by weight based on 100 parts by weight of the total negative electrode active material.

상기 바인더의 예로는, 폴리비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 코폴리머(PVDF-co-HEP), 폴리비닐리덴플루오라이드(polyvinylidenefluoride), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate), 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로오스(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로오스, 재생 셀룰로오스, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리아크릴산, 스티렌 부티렌 고무(SBR), 불소 고무, 다양한 공중합체 등의 다양한 종류의 바인더 고분자가 사용될 수 있다. Examples of the binder, polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer (PVDF-co-HEP), polyvinylidene fluoride (polyvinylidenefluoride), polyacrylonitrile (polyacrylonitrile), polymethyl methacrylate (polymethylmethacrylate) ), polyvinyl alcohol, carboxymethylcellulose (CMC), starch, hydroxypropylcellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene, polyethylene, polypropylene, polyacrylic acid, styrene butylene rubber (SBR), Various types of binder polymers such as fluorine rubber and various copolymers can be used.

상기 도전재는 음극활물질의 도전성을 더욱 향상시키기 위한 성분으로서, 음극활물질 전체 함량 100 중량부 기준으로 2 중량부 이하, 또는 0.1 내지 1.5 중량부로 포함될 수 있다.The conductive material is a component for further improving the conductivity of the negative electrode active material, and may be included in 2 parts by weight or less, or 0.1 to 1.5 parts by weight based on 100 parts by weight of the total negative electrode active material.

이러한 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서멀 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 산화물; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체, 탄소나노튜브, 그래핀 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.The conductive material is not particularly limited as long as it has conductivity without causing a chemical change in the battery. For example, graphite such as natural graphite or artificial graphite; Carbon blacks such as acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and thermal black; Conductive fibers such as carbon fibers and metal fibers; Metal oxides such as carbon fluoride, aluminum, and nickel powder; Conductive whiskey such as zinc oxide and potassium titanate; Conductive metal oxides such as titanium oxide; Conductive materials such as polyphenylene derivatives, carbon nanotubes, and graphene may be used.

상기 용매로는 N-메틸피롤리돈, 아세톤, 물 등을 사용할 수 있고, 상기 용매는 음극활물질층용 슬러리 중 고형분의 농도가 50 중량% 내 지 95 중량%, 또는 70 중량% 내지 90 중량%가 되도록 포함될 수 있다.As the solvent, N-methylpyrrolidone, acetone, water, or the like can be used, and the solvent has a concentration of solids in the slurry for the negative electrode active material layer of 50% to 95% by weight, or 70% to 90% by weight. It can be included if possible.

또한, 상기 선택적으로 사용될 수 있는 증점제로는 카복시메틸 셀룰로오스(CMC), 카복시에틸 셀룰로오스, 폴리비닐피롤리돈 등이 사용될 수 있다. Further, as the thickener that can be selectively used, carboxymethyl cellulose (CMC), carboxyethyl cellulose, polyvinylpyrrolidone, and the like can be used.

상기 음극활물질층용 슬러리를 코팅 및 건조하여 얻어진 음극활물질층을 압연시킬 수 있고, 압연은 롤 프레싱(roll pressing)와 같이 당업 분야에서 통상적으로 사용되는 방법에 의해 수행될 수 있으며, 예컨대, 1 내지 20 MPa의 압력 및 15 내지 30℃의 온도에서 수행될 수 있다. The negative electrode active material layer obtained by coating and drying the slurry for the negative electrode active material layer may be rolled, and rolling may be performed by a method commonly used in the art, such as roll pressing, for example, 1 to 20. It can be carried out at a pressure of MPa and a temperature of 15 to 30 ℃.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 전술한 음극을 포함하는 리튬 이차전지가 제공된다. According to another aspect of the present invention, a lithium secondary battery including the above-described negative electrode is provided.

구체적으로, 상기 리튬 이차전지는 양극, 상술한 바와 같은 음극, 및 그 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하는 전극조립체에 리튬염 함유 전해질을 주입하여 제조될 수 있다.Specifically, the lithium secondary battery may be manufactured by injecting a lithium salt-containing electrolyte into an electrode assembly including an anode, a cathode as described above, and a separator interposed therebetween.

상기 양극은 양극 활물질, 도전재, 바인더 및 용매를 혼합하여 슬러리를 제조한 후 이를 금속 집전체에 직접 코팅하거나, 별도의 지지체 상에 캐스팅하고 이 지지체로부터 박리시킨 양극 활물질 필름을 금속 집전체에 라미네이션하여 양극을 제조할 수 있다. The positive electrode is prepared by mixing a positive electrode active material, a conductive material, a binder, and a solvent to prepare a slurry, and then directly coating it on a metal current collector, or laminating a positive electrode active material film cast on a separate support and peeled from the support to a metal current collector. Thus, an anode can be produced.

양극에 사용되는 활물질로는 LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4, LiCoPO4, LiFePO4 및 LiNi1-x-y-zCoxM1yM2zO2(M1 및 M2는 서로 독립적으로 Al, Ni, Co, Fe, Mn, V, Cr, Ti, W, Ta, Mg 및 Mo로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나이고, x, y 및 z는 서로 독립적으로 산화물 조성 원소들의 원자 분율로서 0≤x<0.5, 0≤y<0.5, 0≤z<0.5, 0<x+y+z≤1임)로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 활물질 입자 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물을 포함할 수 있다.Active materials used in the positive electrode include LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMn 2 O 4 , LiCoPO 4 , LiFePO 4 and LiNi 1-xyz Co x M1 y M2 z O 2 (M1 and M2 are independently of each other Al, Ni, Co, Fe, Mn, V, Cr, Ti, W, Ta, Mg, and any one selected from the group consisting of Mo, x, y and z independently of each other as the atomic fraction of the oxide composition elements 0≤x<0.5, 0≤ y <0.5, 0 ≤ z <0.5, 0 <x + y + z ≤ 1) may include any one of the active material particles or a mixture of two or more of them.

한편, 도전재, 바인더 및 용매는 상기 음극 제조시에 사용된 것과 동일하게 사용될 수 있다.On the other hand, the conductive material, the binder and the solvent may be used in the same way as used in the production of the negative electrode.

상기 세퍼레이터는 종래 세퍼레이터로 사용되는 통상적인 다공성 고분자 필름, 예를 들어 에틸렌 단독중합체, 프로필렌 단독중합체, 에틸렌/부텐 공중합체, 에틸렌/헥센 공중합체 및 에틸렌/메타크릴레이트 공중합체 등과 같은 폴리올레핀계 고분자로 제조한 다공성 고분자 필름을 단독 또는 이들을 적층하여 사용할 수 있다. 또한, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용될 수 있다. 상기 세퍼레이터는 세퍼레이터 표면에 세라믹 물질이 얇게 코팅된 안정성 강화 세퍼레이터(SRS, safety reinforced separator)을 포함할 수 있다. 이외에도 통상적인 다공성 부직포, 예를 들어 고융점의 유리 섬유, 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유 등으로 된 부직포를 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. The separator is a conventional porous polymer film used as a conventional separator, for example, a polyolefin-based polymer such as ethylene homopolymer, propylene homopolymer, ethylene/butene copolymer, ethylene/hexene copolymer and ethylene/methacrylate copolymer. The prepared porous polymer film may be used alone or by laminating them. In addition, an insulating thin film having high ion permeability and mechanical strength can be used. The separator may include a safety reinforced separator (SRS) in which a ceramic material is thinly coated on the separator surface. In addition to the conventional porous nonwoven fabric, for example, a high melting point glass fiber, non-woven fabric made of polyethylene terephthalate fiber or the like can be used, but is not limited thereto.

상기 전해액은 전해질로서 리튬염 및 이를 용해시키기 위한 유기용매를 포함한다. The electrolyte solution includes a lithium salt as an electrolyte and an organic solvent for dissolving it.

상기 리튬염은 이차전지용 전해액에 통상적으로 사용되는 것들이면 제한 없이 사용될 수 있으며, 예를 들어, 상기 리튬염의 음이온으로는 F-, Cl-, I-, NO3 -, N(CN)2 -, BF4 -, ClO4 -, PF6 -, (CF3)2PF4 -, (CF3)3PF3 -, (CF3)4PF2 -, (CF3)5PF-, (CF3)6P-, CF3SO3 -, CF3CF2SO3 -, (CF3SO2)2N-, (FSO2)2N-, CF3CF2(CF3)2CO-, (CF3SO2)2CH-, (SF5)3C-, (CF3SO2)3C-, CF3(CF2)7SO3 -, CF3CO2 -, CH3CO2 -, SCN- 및 (CF3CF2SO2)2N-로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종을 사용할 수 있다. The lithium salt may be used without limitation, if the ones commonly used in the secondary battery, the electrolytic solution, for example, is in the lithium salt anion F -, Cl -, I - , NO 3 -, N (CN) 2 -, BF 4 -, ClO 4 -, PF 6 -, (CF 3) 2 PF 4 -, (CF 3) 3 PF 3 -, (CF 3) 4 PF 2 -, (CF 3) 5 PF -, (CF 3 ) 6 P -, CF 3 SO 3 -, CF 3 CF 2 SO 3 -, (CF 3 SO 2) 2 N -, (FSO 2) 2 N -, CF 3 CF 2 (CF 3) 2 CO -, ( CF 3 SO 2) 2 CH - , (SF 5) 3 C -, (CF 3 SO 2) 3 C -, CF 3 (CF 2) 7 SO 3 -, CF 3 CO 2 -, CH 3 CO 2 -, One selected from the group consisting of SCN - and (CF 3 CF 2 SO 2 ) 2 N - can be used.

상기 전해액에 포함되는 유기 용매로는 통상적으로 사용되는 것들이면 제한 없이 사용될 수 있으며, 대표적으로 프로필렌 카보네이트, 에틸렌 카보네이트, 디에틸카보네이트, 디메틸카보네이트, 에틸메틸카보네이트, 메틸프로필카보네이트, 디프로필카보네이트, 디메틸술폭사이드, 아세토니트릴, 디메톡시에탄, 디에톡시에탄, 비닐렌카보네이트, 술포란, 감마-부티로락톤, 프로필렌설파이트 및 테트라하이드로퓨란으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있다. Organic solvents included in the electrolyte may be used without limitation as long as they are commonly used, and typically propylene carbonate, ethylene carbonate, diethyl carbonate, dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, methyl propyl carbonate, dipropyl carbonate, dimethyl sulfoxide One or more selected from the group consisting of side, acetonitrile, dimethoxyethane, diethoxyethane, vinylene carbonate, sulfolane, gamma-butyrolactone, propylene sulfite and tetrahydrofuran can be used.

특히, 상기 카보네이트계 유기 용매 중 고리형 카보네이트인 에틸렌카보네이트 및 프로필렌카보네이트는 고점도의 유기 용매로서 유전율이 높아 전해질 내의 리튬염을 잘 해리시키므로 바람직하게 사용될 수 있으며, 이러한 고리형 카보네이트에 디메틸카보네이트 및 디에틸카보네이트와 같은 저점도, 저유전율 선형 카보네이트를 적당한 비율로 혼합하여 사용하면 높은 전기 전도율을 갖는 전해액을 만들 수 있어 더욱 바람직하게 사용될 수 있다. In particular, ethylene carbonate and propylene carbonate, which are cyclic carbonates among the carbonate-based organic solvents, are high-viscosity organic solvents and have high dielectric constants, and can be preferably used because they dissociate lithium salts in the electrolyte well. Dimethyl carbonate and diethyl are used in these cyclic carbonates. When a low-viscosity, low-dielectric-constant linear carbonate such as carbonate is mixed and used in an appropriate ratio, an electrolytic solution having a high electrical conductivity can be made, and more preferably used.

선택적으로, 본 발명에 따라 저장되는 전해액은 통상의 전해액에 포함되는 과충전 방지제 등과 같은 첨가제를 더 포함할 수 있다. Optionally, the electrolyte solution stored according to the present invention may further include additives such as an overcharge inhibitor included in a conventional electrolyte solution.

본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차전지는 양극과 음극 사이에 세퍼레이터를 배치하여 전극 조립체를 형성하고, 상기 전극 조립체를 예를 들어, 파우치, 원통형 전지 케이스 또는 각형 전지 케이스에 넣은 다음, 전해질을 주입하면 이차전지가 완성될 수 있다. 또는 상기 전극 조립체를 적층한 다음, 이를 전해액에 함침시키고, 얻어진 결과물을 전지 케이스에 넣어 밀봉하면 리튬 이차전지가 완성될 수 있다.In the lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention, a separator is disposed between an anode and a cathode to form an electrode assembly, and the electrode assembly is placed in, for example, a pouch, a cylindrical battery case, or a square battery case, and then the electrolyte When injected, the secondary battery can be completed. Alternatively, the lithium secondary battery may be completed by laminating the electrode assembly, impregnating it in an electrolyte, and sealing the resultant product in a battery case.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 리튬 이차전지는 스택형, 권취형, 스택 앤 폴딩형 또는 케이블형일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the lithium secondary battery may be a stack type, a winding type, a stack and folding type, or a cable type.

본 발명에 따른 리튬 이차전지는 소형 디바이스의 전원으로 사용되는 전지셀에 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 다수의 전지셀들을 포함하는 중대형 전지모듈에 단위전지로도 바람직하게 사용될 수 있다. 상기 중대형 디바이스의 바람직한 예로는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 전력 저장용 시스템 등을 들 수 있으며, 특히 고출력이 요구되는 영역인 하이브리드 전기자동차 및 신재생 에너지 저장용 배터리 등에 유용하게 사용될 수 있다. The lithium secondary battery according to the present invention can be used not only for a battery cell used as a power source for a small device, but also as a unit battery for a medium-to-large battery module including a plurality of battery cells. Preferred examples of the medium and large-sized devices include electric vehicles, hybrid electric vehicles, plug-in hybrid electric vehicles, power storage systems, etc., and are particularly useful for hybrid electric vehicles that require high power and batteries for new and renewable energy storage. Can be used.

본 발명자는, 이차전지의 급속 충전 특성에 영향을 주는 가장 큰 요인이 음극활물질 결정 구조 및 음극 전극의 구조라고 파악하였다. 구체적으로, 본 발명에 있어서, 음극활물질 결정 구조의 주요 인자로는 인조흑연 1차 입자의 평균 입경, 인조흑연 2차 입자의 배향도, 탄소-코팅된 인조흑연 기준으로 코팅된 탄소의 함량이 있고, 음극 전극 구조의 주요 인자로는 음극의 기공도가 있다.The present inventors have determined that the largest factors affecting the rapid charging characteristics of the secondary battery are the anode active material crystal structure and the cathode electrode structure. Specifically, in the present invention, the main factors of the anode active material crystal structure include the average particle diameter of the artificial graphite primary particles, the degree of orientation of the artificial graphite secondary particles, and the content of carbon coated on the basis of the carbon-coated artificial graphite, The main factor of the cathode electrode structure is the porosity of the cathode.

개선된 급속 충전 특성을 구현하기 위해서는, 인조흑연 1차 입자의 평균 입경은 작을수록 바람직하고, 인조흑연 2차 입자의 배향도도 작을수록 바람직하며, 탄소-코팅된 인조흑연 기준으로 코팅된 탄소의 함량은 많을수록 유리하고, 음극의 기공도는 클수록 유리할 수 있다.In order to realize the improved rapid filling properties, the smaller the average particle diameter of the artificial graphite primary particles is, the smaller the orientation degree of the artificial graphite secondary particles is, the more preferable, and the content of carbon coated on the basis of carbon-coated artificial graphite. The more it is advantageous, the larger the porosity of the negative electrode may be advantageous.

다만, 이러한 급속 충전 특성에 영향을 주는 인자들이 상기 조건을 단지 만족한다고 하여도, 우수한 전지 수명 특성을 확보하는 것이 아니므로, 상기 조건을 만족한 결정 특성을 갖는 인조흑연을, 천연흑연과 혼합하여 사용함으로써, 상기 음극 전극 구조를 확보하여 음극의 전하 이동(charge transfer) 저항, 확산(diffusion) 저항을 감소시켜 충전 시 음극 전극 내 리튬 삽입을 용이하게 하여 음극 과전압을 해소하고, 음극 표면에 Li 석출을 방지 할 수 있도록 하였다. 이는 고율 충전 시 급속 충전이 가능하도록 하면서 전지의 사이클 중 음극 저항 증가에 의한 퇴화를 개선하여 장기 수명 특성을 확보 할 수 있다.However, even if the factors influencing these rapid charging characteristics satisfy the above conditions, it does not ensure excellent battery life characteristics, so that artificial graphite having crystal characteristics satisfying the above conditions is mixed with natural graphite. By using, the cathode electrode structure is secured to reduce the charge transfer resistance and diffusion resistance of the cathode to facilitate the insertion of lithium into the cathode electrode during charging to relieve the anode overvoltage and to precipitate Li on the cathode surface. It was made to prevent. This enables rapid charging during high-rate charging and improves degradation due to an increase in negative electrode resistance during the cycle of the battery, thereby ensuring long-term life characteristics.

그 결과, 본 발명의 음극을 구비한 이차전지, 구체적으로 원통형 이차전지는 1.0 내지 1.2C의 충방전 조건에서 급속 충전이 가능하면서도, 1,000 사이클 이상의 조건에서도 용량유지율이 90% 이상 높은 값을 나타낼 수 있다. As a result, the secondary battery provided with the negative electrode of the present invention, specifically, the cylindrical secondary battery can be rapidly charged under the conditions of charging and discharging at 1.0 to 1.2C, but can exhibit a value of 90% or higher in capacity retention even under 1,000 cycles or more. have.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다. Hereinafter, examples will be described in detail to help understanding of the present invention. However, the embodiments according to the present invention can be modified in many different forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the following examples. The embodiments of the present invention are provided to more fully describe the present invention to those skilled in the art.

실시예 1Example 1

<탄소-코팅된 인조흑연의 제조><Production of carbon-coated artificial graphite>

니들 코크스를 제트 밀을 이용하여 분쇄한 다음, 체에 걸러 분체를 수득하였다. 불활성(Ar) 가스 분위기하에 3,000℃에서 20시간 동안 상기 분체를 열처리(흑연화)하여 평균입경(D50)이 2.5 ㎛인 인조흑연 1차 입자를 제조하였다.The needle coke was pulverized using a jet mill, and then sieved to obtain a powder. The powder was heat-treated (graphitized) at 3,000° C. for 20 hours under an inert (Ar) gas atmosphere to prepare artificial graphite primary particles having an average particle diameter (D50) of 2.5 μm.

이후, 상기 인조흑연 1차 입자와 바인더 (석유계 피치)를 92:8의 비율로 투입한 다음, 1,500℃에서 10 시간 동안 열처리하여, 상기 인조흑연 1차 입자가 2차 입자로 응집되어 조립화되고, 동시에 탄소 코팅이 이루어지면서 탄소-코팅된 인조흑연을 제조하였다.Thereafter, the artificial graphite primary particles and the binder (petroleum-based pitch) were added at a ratio of 92:8, and then heat treated at 1,500° C. for 10 hours to aggregate the artificial graphite primary particles into secondary particles to assemble. And simultaneously, carbon-coated artificial graphite was prepared while carbon coating was performed.

이때, 상기 인조흑연의 1차 평균 입경, 음극활물질 총량 기준으로 탄소-코팅된 인조흑연의 중량비, 인조흑연에 코팅된 탄소 함량, 2차 입자화 이후 인조흑연의 배향도는 표 1에 나타내었다.At this time, the primary average particle diameter of the artificial graphite, the weight ratio of the carbon-coated artificial graphite based on the total amount of the negative electrode active material, the carbon content coated on the artificial graphite, the orientation of the artificial graphite after secondary granulation is shown in Table 1.

<음극의 제조><Production of cathode>

음극활물질(천연흑연과 탄소-코팅된 인조흑연의 혼합), 바인더 고분자(SBR(스티렌-부타디엔 러버) 및 CMC(카르복시메틸셀룰로오스)), 도전재로 카본블랙를 중량비 95:3.5:1.5로 혼합한 혼합물과, 분산매로 물을 사용하여 혼합물과 분산매의 중량비를 1:2로 혼합하여 활물질층용 슬러리를 준비하였다. Cathode active material (a mixture of natural graphite and carbon-coated artificial graphite), a binder polymer (SBR (styrene-butadiene rubber) and CMC (carboxymethylcellulose)), a mixture of carbon black as a conductive material in a weight ratio of 95:3.5:1.5 And, by using water as the dispersion medium, the weight ratio of the mixture and the dispersion medium was mixed 1:2 to prepare a slurry for an active material layer.

또한, SBR(스티렌-부타디엔 러버) 및 CMC(카르복시메틸셀룰로오스)의 중량비는 2.3:1.2이였다. In addition, the weight ratio of SBR (styrene-butadiene rubber) and CMC (carboxymethylcellulose) was 2.3:1.2.

슬롯 다이를 이용하여, 두께가 10㎛의 음극 집전체인 구리(Cu) 박막의 일면에 상기 활물질층용 슬러리를 코팅하고, 130℃ 진공하에서 1시간 동안 건조하여, 활물질층을 형성하였다. 이렇게 형성된 활물질층을 롤 프레싱(roll pressing) 방식으로 압연하여, 80㎛ 두께의 활물질층을 구비한 음극을 제조하였다. 음극활물질층의 건조 중량기준으로 로딩양은 17 mg/cm2이었다.Using the slot die, the slurry for the active material layer was coated on one surface of a copper (Cu) thin film having a thickness of 10 µm as a negative electrode current collector, and dried under vacuum at 130° C. for 1 hour to form an active material layer. The active material layer thus formed was rolled by a roll pressing method to prepare a negative electrode having an active material layer having a thickness of 80 μm. The loading amount was 17 mg/cm 2 based on the dry weight of the negative electrode active material layer.

<양극의 제조><Production of anode>

양극 활물질로서 Li(Ni0.8Mn0.1Co0.1)O2(NCM-811), 도전재로 카본블랙(carbon black) 및 바인더로 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVdF)를 96:2:2의 중량비로 용매인 N-메틸피롤리돈(NMP)에 첨가하여, 양극활물질 슬러리를 준비하였다. 상기 슬러리를 두께 15㎛의 알루미늄 집전체의 일면에 코팅하고, 상기 음극과 동일한 조건으로 건조 및 압연을 수행하여 양극을 제조하였다. 이때, 양극활물질층의 건조 중량기준으로 로딩양은 20 mg/cm2이었다.Li(Ni 0.8 Mn 0.1 Co 0.1 )O 2 (NCM-811) as a positive electrode active material, carbon black as a conductive material, and polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder in a weight ratio of 96:2:2 Phosphorus N-methylpyrrolidone (NMP) was added to prepare a positive electrode active material slurry. The slurry was coated on one surface of an aluminum current collector having a thickness of 15 μm, and drying and rolling were performed under the same conditions as the negative electrode to prepare an anode. At this time, the loading amount was 20 mg/cm 2 based on the dry weight of the positive electrode active material layer.

<리튬 이차전지의 제조><Production of lithium secondary battery>

에틸렌 카보네이트(EC), 프로필렌카보네이트(PC) 및 에틸메틸 카보네이트(EMC)를 3:1:6 (부피비)의 조성으로 혼합된 유기 용매에 LiPF6를 1.0M의 농도가 되도록 용해시켜 비수성 전해액을 제조하였다. Ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), and ethyl methyl carbonate (EMC) were dissolved in an organic solvent mixed in a composition of 3:1:6 (volume ratio) to dissolve LiPF 6 to a concentration of 1.0 M to dissolve the non-aqueous electrolyte. It was prepared.

상기에서 제조된 양극과 음극 사이에 폴리올레핀 세퍼레이터를 개재시킨 후 이를 원통형 케이스에 내장하고, 이후 상기 전해액을 주입하여 원통형 리튬 이차전지를 제조하였다.A polyolefin separator was interposed between the positive electrode and the negative electrode prepared above, and then embedded in a cylindrical case, and then the electrolyte was injected to prepare a cylindrical lithium secondary battery.

실시예 2Example 2

<음극의 제조><Production of cathode>

표 1에 나타낸 인조흑연의 1차 평균 입경, 음극활물질 총량 기준으로 탄소코팅된 인조흑연의 중량비, 인조흑연에 코팅된 탄소 함량, 2차 입자화 이후 인조흑연의 배향도 조건, 음극활물질층의 두께를 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 음극을 제조하였다. The primary average particle diameter of the artificial graphite shown in Table 1, the weight ratio of the artificial graphite coated with carbon based on the total amount of the negative electrode active material, the carbon content coated on the artificial graphite, the condition of the orientation of the artificial graphite after secondary granulation, the thickness of the negative electrode active material layer A negative electrode was prepared in the same manner as in Example 1, except.

<리튬 이차전지의 제조><Production of lithium secondary battery>

상기 제조된 음극을 사용한 점을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 리튬 이차전지를 제조하였다.A lithium secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the prepared negative electrode was used.

비교예 1Comparative Example 1

<음극의 제조><Production of cathode>

인조흑연을 사용하지 않고, 표 1에 나타낸 조건을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 음극을 제조하였다. An anode was prepared in the same manner as in Example 1, except that artificial graphite was not used and the conditions shown in Table 1 were used.

<리튬 이차전지의 제조><Production of lithium secondary battery>

상기 제조된 음극을 사용한 점을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 리튬 이차전지를 제조하였다.A lithium secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the prepared negative electrode was used.

비교예 2 내지 7Comparative Examples 2 to 7

<음극의 제조><Production of cathode>

표 1에 나타낸 인조흑연의 1차 평균 입경, 음극활물질 총량 기준으로 탄소코팅된 인조흑연의 중량비, 인조흑연에 코팅된 탄소 함량, 2차 입자화 이후 인조흑연의 배향도 조건, 음극활물질층의 두께를 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 음극을 제조하였다. The primary average particle diameter of the artificial graphite shown in Table 1, the weight ratio of the artificial graphite coated with carbon based on the total amount of the negative electrode active material, the carbon content coated on the artificial graphite, the condition of the orientation of the artificial graphite after secondary granulation, the thickness of the negative electrode active material layer A negative electrode was prepared in the same manner as in Example 1, except.

<리튬 이차전지의 제조><Production of lithium secondary battery>

상기 제조된 음극을 사용한 점을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 리튬 이차전지를 제조하였다.A lithium secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the prepared negative electrode was used.

특성 평가Characteristic evaluation

(1) 인조흑연의 1차 평균 입경(1) Primary average particle size of artificial graphite

평균 입경, 즉 D50은 입경에 따른 입자 개수 누적 분포의 50% 지점에서의 입경을 의미한다. 상기 평균 입경은 측정 대상 인조흑연 1차 입자를 분산매로 이소프로필알코올 중에 분산시킨 후, 레이저 회절 입도 측정 장치(Microtrac S3500)에 도입하여 입자들이 레이저빔을 통과할 때 평균 입경에 따른 회절패턴 차이를 측정하여 입도 분포를 산출하였다. 측정 장치에 있어서의 입경에 따른 입자 개수 누적 분포의 50%가 되는 지점에서의 입자 직경을 산출함으로써, D50을 측정하였다.The average particle diameter, namely D50, means the particle diameter at 50% of the cumulative distribution of the particle number according to the particle diameter. The average particle diameter of the artificial graphite primary particles to be measured is dispersed in isopropyl alcohol as a dispersion medium, and then introduced into a laser diffraction particle size measuring device (Microtrac S3500) to determine the difference in diffraction patterns according to the average particle diameter when particles pass through the laser beam. The particle size distribution was calculated by measurement. D50 was measured by calculating the particle diameter at a point where 50% of the cumulative distribution of the number of particles according to the particle diameter in the measuring device was obtained.

(2) 인조흑연의 배향도(I004/I110)(2) Orientation of artificial graphite (I004/I110)

인조흑연의 배향도(I004/I110)는 전극 상태 X선 회절 분석에 의한 (004)면과 (110)면의 피크강도비(I004/I110)로서, 상기 피크강도비는 X선 회절 분석을 통하여 수득할 수 있으며, 상기 X선 회절 분석은 X선 회절 분석기 Bruker D4 Endeavor를 이용하여 Cu-Kα선을 사용하여 측정하였고, Topas3 fitting program을 통하여 수치를 보정하였다.The artificial graphite orientation (I004/I110) is the peak intensity ratio (I004/I110) between the (004) plane and the (110) plane by electrode state X-ray diffraction analysis, and the peak intensity ratio is obtained through X-ray diffraction analysis. The X-ray diffraction analysis was performed using a Cu-Kα ray using an X-ray diffraction analyzer Bruker D4 Endeavor, and the numerical value was corrected through a Topas3 fitting program.

(3) 탄소-코팅된 인조흑연 기준으로 코팅된 탄소의 함량(3) Content of carbon coated on the basis of carbon-coated artificial graphite

탄소-코팅된 인조흑연 기준으로 코팅된 탄소의 함량은, 최종 얻어진 탄소-코팅된 인조흑연의 총 중량과 최초 투입된 인조흑연의 총 중량을 측정하여, 하기 식에 의하여 계산하였다.The content of carbon coated on the basis of carbon-coated artificial graphite was calculated by measuring the total weight of the finally obtained carbon-coated artificial graphite and the total weight of the artificial graphite initially introduced.

탄소-코팅된 인조흑연 기준으로 코팅된 탄소의 함량 (중량%)Content of carbon coated by weight based on carbon-coated artificial graphite (% by weight)

= {[(최종 얻어진 탄소-코팅된 인조흑연의 총 중량)-( 최초 투입된 인조흑연의 총 중량)]/(최종 얻어진 탄소-코팅된 인조흑연의 총 중량)}X100= {[(The total weight of the final obtained carbon-coated artificial graphite)-(the total weight of the first introduced artificial graphite)]/(the total weight of the final obtained carbon-coated artificial graphite)}X100

(4) 음극의 기공도 (4) Porosity of cathode

음극의 기공도는 수은 포로시미터(기기명: AutoPore Ⅵ 9500, Micromerities, USA)로 총 수은 침투량(mL/g)을 측정하여 계산하였다.The porosity of the cathode was calculated by measuring the total amount of mercury permeation (mL/g) with a mercury porosimeter (device name: AutoPore VI 9500, Micromerities, USA).

음극활물질 총량 기준 탄소-코팅된 인조흑연의 중량비 (중량%)Weight ratio of carbon-coated artificial graphite based on the total amount of anode active material (% by weight) 인조흑연 1차 입자의 평균 입경
(㎛)
Average particle size of artificial graphite primary particles
(㎛)
인조흑연 2차입자의 배향도
(I004/I110)
Orientation of artificial graphite secondary particles
(I004/I110)
탄소-코팅된 인조흑연 기준으로 코팅된 탄소의 함량 (중량%)Content of carbon coated by weight based on carbon-coated artificial graphite (% by weight) 음극활물질층의 두께(㎛)Thickness of cathode active material layer (㎛) 음극의
기공도(%)
Negative
Porosity (%)
실시예 1Example 1 3030 2.52.5 3.53.5 4.54.5 8080 2424 실시예 2Example 2 3030 2.52.5 3.53.5 4.54.5 81.581.5 25.525.5 비교예 1Comparative Example 1 00 -- -- -- 80.480.4 24.524.5 비교예 2Comparative Example 2 1010 12.512.5 2020 00 80.680.6 24.724.7 비교예 3Comparative Example 3 7070 5.05.0 1919 00 8080 2424 비교예 4Comparative Example 4 3030 1616 7.57.5 22 80.480.4 24.524.5 비교예 5Comparative Example 5 8787 5.05.0 12.512.5 2.52.5 8181 2525 비교예 6Comparative Example 6 3030 2.52.5 3.53.5 4.54.5 77.577.5 21.521.5 비교예 7Comparative Example 7 3030 2.52.5 3.53.5 4.54.5 7979 2323

(5) 이차전지의 초기 효율 특성(5) Initial efficiency characteristics of secondary batteries

실시예 1 및 비교예 1에서 제조된 이차전지를 24℃에서 0.5C의 정전류(CC)로 4.2V가 될 때까지 충전하고, 이후 정전압(CV)으로 충전하여 충전전류가 0.02 C(cut-off current)이 될 때까지 1회째의 충전을 행하였다. 이후 10분간 방치한 다음 0.2C의 정전류(CC)로 2.5 V가 될 때까지 방전하였다. 이때의 충전 용량 및 방전용량을 측정해서 하기 식으로 초기 효율을 구하였다. 그 결과를 도 1에 나타내었다.The secondary battery prepared in Example 1 and Comparative Example 1 was charged at 24° C. with a constant current (CC) of 0.5C until 4.2V, and then charged with a constant voltage (CV) to obtain a charging current of 0.02 C (cut-off). charging) was performed until the current) was reached. Then, it was left for 10 minutes, and then discharged to a constant current (CC) of 0.2 C until 2.5 V was reached. At this time, the charging capacity and the discharging capacity were measured, and the initial efficiency was obtained by the following equation. The results are shown in FIG. 1.

이차전지의 초기 효율(%) = (1회 사이클의 방전 용량 / 1회 사이클의 충전 용량)Х100Initial efficiency (%) of the secondary battery = (discharge capacity of 1 cycle / charge capacity of 1 cycle)Х100

도 1을 참조하면, 실시예 1에 비하여 비교예 1은 동일 C-Rate 충전과정 중 3.63V 이상 영역에서 높은 과전압 현상(overpotential)이 관찰되었으며, 이러한 현상으로, 실시예 1의 전지가 비교예 1에 비하여 충전시에 저항이 감소하는 것을 확인할 수 있었다.Referring to FIG. 1, compared to Example 1, Comparative Example 1 observed a high overvoltage phenomenon in a region of 3.63 V or more during the same C-Rate charging process, and as a result, the battery of Example 1 was compared to Comparative Example 1 In comparison, it was confirmed that the resistance decreases during charging.

(6) 이차전지의 저속 충방전시 수명 특성(6) Life characteristics of secondary batteries during low-speed charging and discharging

실시예 1 내지 2, 및 비교예 1 내지 7에서 제조된 이차전지를 24℃에서 0.3C, 4.1V가 될 때까지 충전하고, 0.5C의 정전류로 2.85V가 될 때까지 방전하여 1,000회 충방전 사이클을 실시하고, 1사이클 후의 방전 용량 대비 각 사이클 후의 방전용량을 측정하였다. 그런 다음, 하기 식에 따라 용량 유지율을 측정하였다. 그 결과를 도 2에 나타내었다.The secondary batteries prepared in Examples 1 to 2 and Comparative Examples 1 to 7 were charged at 24° C. until 0.3C and 4.1V, and discharged to a constant current of 0.5C until they became 2.85V to charge and discharge 1,000 times. The cycle was performed, and the discharge capacity after each cycle was measured compared to the discharge capacity after one cycle. Then, the capacity retention rate was measured according to the following formula. The results are shown in FIG. 2.

용량유지율(%) = {각 사이클 후의 방전 용량 / 1 사이클 후의 방전 용량}X100Capacity retention rate (%) = {discharge capacity after each cycle / discharge capacity after 1 cycle}X100

(7) 이차전지의 고속 충방전시 수명 특성 (1.0C) (7) Secondary battery life characteristics during high-speed charging and discharging (1.0C)

실시예 1 내지 2, 및 비교예 1 내지 7에서 제조된 이차전지를 24℃에서 1.0C, 4.1V가 될 때까지 충전하고, 1.0C의 정전류로 2.85V가 될 때까지 방전하여 1,000회 충방전 사이클을 실시하고, 1사이클 후의 방전 용량 대비 각 사이클 후의 방전용량을 측정하였다. 그런 다음, 하기 식에 따라 용량 유지율을 측정하였다. 그 결과를 도 3에 나타내었다.The secondary batteries prepared in Examples 1 to 2 and Comparative Examples 1 to 7 were charged at 24° C. until 1.0 C and 4.1 V, and discharged to a constant current of 1.0 C until it became 2.85 V to charge and discharge 1,000 times. The cycle was performed, and the discharge capacity after each cycle was measured compared to the discharge capacity after one cycle. Then, the capacity retention rate was measured according to the following formula. The results are shown in FIG. 3.

용량유지율(%) = {각 사이클 후의 방전 용량 / 1 사이클 후의 방전 용량}X100Capacity retention rate (%) = {discharge capacity after each cycle / discharge capacity after 1 cycle}X100

도 2를 참조하면, 0.3C/0.5C의 저속 충방전 조건에서는 실시예 1 내지 2, 및 비교예 1 내지 7의 이차전지 모두 1,000 사이클 동안 용량유지율이 큰 차이 없이 일정하게 유지되는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 2, it can be seen that in the low-speed charge/discharge conditions of 0.3C/0.5C, the secondary batteries of Examples 1 to 2 and Comparative Examples 1 to 7 were maintained constant for 1,000 cycles without any significant difference. .

도 3을 참조하면, 1.0C/1.0C의 고속 충방전 조건에서는 실시예 1 내지 2의 이차전지는 저속 충방전과 유사하게 1,000 사이클 동안 용량유지율이 큰 차이 없이 일정하게 유지되는 것을 알 수 있다. 반면에, 1.0C/1.0C의 고속 충방전 조건에서는 비교예 1 내지 7의 이차전지는 적게는 100 사이클에서 많게는 800 사이클 정도에서 용량유지율이 현저하게 떨어지는 것을 확인하였다. 이로부터, 본 발명의 음극을 구비한 이차전지는 저속 충방전은 물론이고, 고속 충방전시에도 수명 특성을 확보하고 있음을 알 수 있다.Referring to FIG. 3, it can be seen that, under the conditions of 1.0C/1.0C high-speed charge/discharge, the secondary batteries of Examples 1 to 2 are kept constant for a period of 1,000 cycles, without much difference, similar to low-speed charge/discharge. On the other hand, in the high-speed charge/discharge conditions of 1.0C/1.0C, it was confirmed that the secondary cells of Comparative Examples 1 to 7 had a remarkable drop in capacity retention rate from as little as 100 cycles to as much as 800 cycles. From this, it can be seen that the secondary battery provided with the negative electrode of the present invention secures lifespan characteristics as well as low-speed charging and discharging.

(8) 이차전지의 고속 충방전시 수명 특성 (1.2C) (8) Secondary battery life characteristics during high-speed charging and discharging (1.2C)

실시예 1에서 제조된 이차전지를 24℃에서 1.2C, 4.1V가 될 때까지 충전하고, 1.0C의 정전류로 2.85V가 될 때까지 방전하여 250회 충방전 사이클을 실시하고, 1사이클 후의 방전 용량 대비 각 사이클 후의 방전용량을 측정하였다. 그런 다음, 하기 식에 따라 용량 유지율을 측정하였다. 그 결과를 도 4에 나타내었다.The secondary battery prepared in Example 1 was charged at 24°C until it became 1.2C and 4.1V, and discharged until it became 2.85V with a constant current of 1.0C, thereby performing 250 charge and discharge cycles, and discharge after one cycle. The discharge capacity after each cycle compared to the capacity was measured. Then, the capacity retention rate was measured according to the following formula. The results are shown in FIG. 4.

용량유지율(%) = {각 사이클 후의 방전 용량 / 1 사이클 후의 방전 용량}X100Capacity retention rate (%) = {discharge capacity after each cycle / discharge capacity after 1 cycle}X100

도 4를 참조하면, 실시예 1의 이차전지는 1.2C/1.0C의 초고속 충방전 조건에서도 250 사이클 동안 용량유지율이 90% 이상 유지되어, 급속 충전 특성이 현저하게 개선된 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 4, it can be seen that the secondary battery of Example 1 maintained a capacity retention rate of 90% or more for 250 cycles even under the ultra-fast charging and discharging conditions of 1.2C/1.0C, thereby significantly improving the rapid charging characteristics.

Claims (11)

음극활물질, 도전재 및 바인더를 함유하는 음극활물질층을 포함하는 음극으로서,
상기 음극활물질이 천연흑연 및 탄소-코팅된 인조흑연을 포함하고,
상기 탄소-코팅된 인조흑연은 음극활물질 총량을 기준으로 10중량% 이상의 함량으로 존재하며,
상기 인조흑연은 1차 입자 흑연화 후, 2차 입자의 조립화와 탄소 코팅이 동시에 이루어져서 얻어지고,
상기 인조흑연 1차 입자의 평균 입경이 1 내지 10㎛의 범위이고,
상기 인조흑연 2차 입자의 배향도(I004/I110)가 10 이하이고,
상기 탄소-코팅된 인조흑연 총량을 기준으로 코팅된 탄소의 함량이 5 중량% 이하이고,
상기 음극의 기공도(porosity)가 24% 이상인 음극.
As a negative electrode comprising a negative electrode active material layer containing a negative electrode active material, a conductive material and a binder,
The negative electrode active material includes natural graphite and carbon-coated artificial graphite,
The carbon-coated artificial graphite is present in an amount of 10% by weight or more based on the total amount of the negative electrode active material,
The artificial graphite is obtained by graphitizing the primary particles and then granulating the secondary particles and coating the carbon simultaneously.
The average particle diameter of the artificial graphite primary particles is in the range of 1 to 10㎛,
The artificial graphite secondary particles have an orientation (I004/I110) of 10 or less,
The content of the carbon coated based on the total amount of the carbon-coated artificial graphite is 5% by weight or less,
A cathode having a porosity of 24% or more.
제1항에 있어서,
상기 탄소-코팅된 인조흑연이 음극활물질 총량을 기준으로 10 내지 30 중량% 함량으로 존재하는 음극.
According to claim 1,
The carbon-coated artificial graphite is present in an amount of 10 to 30% by weight based on the total amount of the negative electrode active material.
제1항에 있어서,
상기 인조흑연에 코팅된 탄소의 함량이 4 내지 5 중량%인 음극.
According to claim 1,
A negative electrode having 4 to 5% by weight of carbon coated on the artificial graphite.
제1항에 있어서,
상기 인조흑연 1차 입자의 평균 입경이 1 내지 5㎛인 음극.
According to claim 1,
The cathode having an average particle diameter of the artificial graphite primary particles is 1 to 5㎛.
제1항에 있어서,
상기 인조흑연 1차 입자의 평균 입경이 1 내지 2.5㎛인 음극.
According to claim 1,
The cathode having an average particle diameter of the artificial graphite primary particles is 1 to 2.5㎛.
제1항에 있어서,
상기 인조흑연의 배향도가 1 내지 10인 음극.
According to claim 1,
The artificial graphite has a negative orientation of 1 to 10.
제1항에 있어서,
상기 인조흑연의 배향도가 1 내지 6인 음극.
According to claim 1,
The artificial graphite has a negative orientation of 1 to 6.
제1항에 있어서,
상기 음극의 기공도(porosity)가 24 내지 26%인 음극.
According to claim 1,
A cathode having a porosity of 24 to 26%.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 음극을 포함하는 리튬 이차전지.A lithium secondary battery comprising the negative electrode according to any one of claims 1 to 8. 제9항에 있어서,
상기 이차 전지가 1.0 내지 1.2C로 급속 충전이 가능한 리튬 이차전지.
The method of claim 9,
The secondary battery is a lithium secondary battery capable of rapid charging at 1.0 to 1.2C.
제9항에 있어서,
상기 이차 전지가 원통형 이차전지인 리튬 이차전지.
The method of claim 9,
A lithium secondary battery, wherein the secondary battery is a cylindrical secondary battery.
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CN113422025A (en) * 2021-06-25 2021-09-21 洛阳月星新能源科技有限公司 Natural graphite composite material and preparation method thereof
EP4345945A1 (en) * 2022-09-27 2024-04-03 SK On Co., Ltd. Anode for lithium secondary battery and lithium secondary battery including the same

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113422025A (en) * 2021-06-25 2021-09-21 洛阳月星新能源科技有限公司 Natural graphite composite material and preparation method thereof
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