KR20200103336A - An anode active material for a lithium secondary battery - Google Patents

An anode active material for a lithium secondary battery Download PDF

Info

Publication number
KR20200103336A
KR20200103336A KR1020190021664A KR20190021664A KR20200103336A KR 20200103336 A KR20200103336 A KR 20200103336A KR 1020190021664 A KR1020190021664 A KR 1020190021664A KR 20190021664 A KR20190021664 A KR 20190021664A KR 20200103336 A KR20200103336 A KR 20200103336A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
active material
negative active
carbon
present
negative electrode
Prior art date
Application number
KR1020190021664A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
김현욱
Original Assignee
에스케이이노베이션 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 에스케이이노베이션 주식회사 filed Critical 에스케이이노베이션 주식회사
Priority to KR1020190021664A priority Critical patent/KR20200103336A/en
Publication of KR20200103336A publication Critical patent/KR20200103336A/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/362Composites
    • H01M4/366Composites as layered products
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/05Preparation or purification of carbon not covered by groups C01B32/15, C01B32/20, C01B32/25, C01B32/30
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/20Graphite
    • C01B32/21After-treatment
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052Li-accumulators
    • H01M10/0525Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/58Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
    • H01M4/583Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
    • H01M4/587Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx for inserting or intercalating light metals
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2002/00Crystal-structural characteristics
    • C01P2002/02Amorphous compounds
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00Particle morphology
    • C01P2004/60Particles characterised by their size
    • C01P2004/61Micrometer sized, i.e. from 1-100 micrometer
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00Particle morphology
    • C01P2004/80Particles consisting of a mixture of two or more inorganic phases
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/40Electric properties
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

The present invention relates to a novel negative electrode active material for a lithium secondary battery. The negative electrode active material of the present invention can improve the initial efficiency and rapid charging performance of the battery in a balanced manner.

Description

리튬 이차 전지용 음극 활물질{An anode active material for a lithium secondary battery}An anode active material for a lithium secondary battery

본 발명은 리튬 이차 전지용 음극 활물질, 상기 음극 활물질의 제조방법, 상기 음극 활물질을 포함하는 음극, 및 상기 음극을 포함하는 리튬 이차 전지에 관한 것이다.The present invention relates to a negative active material for a lithium secondary battery, a method of preparing the negative active material, a negative electrode including the negative active material, and a lithium secondary battery including the negative electrode.

종래의 리튬 이차 전지는 음극 활물질로 비정질계 탄소와 결정질계 탄소를 사용하며, 양극의 리튬 이온이 음극으로 삽입되고 탈리되는 과정을 반복하면서 충전과 방전이 진행된다. Conventional lithium secondary batteries use amorphous carbon and crystalline carbon as negative active materials, and charging and discharging are performed while repeating a process in which lithium ions of a positive electrode are inserted and desorbed into a negative electrode.

특히 특허문헌 1에서와 같이, 결정질계 탄소인 인조흑연과 비정질계 탄소를 혼합한 혼합물 형태의 음극 활물질의 사용도 확인된다. In particular, as in Patent Document 1, the use of a negative electrode active material in the form of a mixture of artificial graphite, which is a crystalline carbon, and amorphous carbon, is also confirmed.

하지만 결정질계 탄소인 인조흑연을 포함하는 음극 활물질의 경우에는, 음극과의 접착력이 낮아 공정성이 저하되는 문제가 발생할 수 있으며, 또한 전지의 저항 특성을 저하시키는 문제가 발생할 수 있으며, 아울러 비싼 가격으로 인하여 전반적인 경제성도 저하되는 문제가 있다. However, in the case of a negative electrode active material containing artificial graphite, which is a crystalline carbon, a problem of lowering fairness may occur due to low adhesion to the negative electrode, and a problem of lowering the resistance characteristics of the battery may occur. Therefore, there is a problem that the overall economic feasibility is also deteriorated.

KR 10-2008-0036255 AKR 10-2008-0036255 A

본 발명은 전지의 충방전 및 저항 특성을 우수하게 하고 또한 급속 충전 성능도 향상시키며, 아울러 공정성도 개선된 경제적인 음극 활물질을 제공하고자 한다. An object of the present invention is to provide an economical negative electrode active material with excellent charge/discharge and resistance characteristics of a battery, improved rapid charging performance, and improved processability.

본 발명은,The present invention,

결정질계 탄소를 포함하지 않고 비정질계 탄소를 포함하는 코어; 및A core that does not contain crystalline carbon and contains amorphous carbon; And

상기 코어를 둘러싸고, 비정질계 탄소 및 인조흑연을 포함하지 않고 천연흑연을 포함하는 쉘;을 포함하는, A shell surrounding the core and containing natural graphite without including amorphous carbon and artificial graphite; including,

음극 활물질을 제공한다.Provide a negative active material.

본 발명의 일실시예에 따른 음극 활물질에서, 상기 비정질계 탄소는 소프트 카본(soft carbon), 하드 카본(hard carbon), 코크스, 1500℃ 이하에서 소성한 메조카본 마이크로비드(mesocarbon microbead: MCMB), 및 메조페이스피치계 탄소섬유(mesophase pitch-based carbon fiber: MPCF)로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나 이상일 수 있다.In the negative active material according to an embodiment of the present invention, the amorphous carbon is soft carbon, hard carbon, coke, mesocarbon microbeads (MCMB) fired at 1500° C. or lower, And at least one selected from the group consisting of mesophase pitch-based carbon fiber (MPCF).

본 발명의 일실시예에 따른 음극 활물질에서, 상기 음극 활물질의 평균직경은 50 ㎛ 내지 100 ㎛일 수 있다. In the negative active material according to an embodiment of the present invention, the average diameter of the negative active material may be 50 μm to 100 μm.

또한, 본 발명은 비정질계 탄소 및 천연흑연을 혼합하여 구형화하는 단계를 포함하는 본 발명의 음극 활물질의 제조방법을 제공한다. In addition, the present invention provides a method for preparing a negative electrode active material of the present invention comprising the step of mixing and spheroidizing amorphous carbon and natural graphite.

본 발명의 일실시예에 따른 음극 활물질의 제조방법에서, 상기 비정질계 탄소 및 상기 천연흑연의 혼합 중량비는 5:95~20:80일 수 있다.In the method of manufacturing a negative active material according to an embodiment of the present invention, a mixed weight ratio of the amorphous carbon and the natural graphite may be 5:95-20:80.

또한, 본 발명은 본 발명의 음극 활물질을 포함하는 음극을 제공한다. In addition, the present invention provides a negative electrode comprising the negative active material of the present invention.

또한, 본 발명은 상기 음극을 포함하는 리튬 이차 전지를 제공한다. In addition, the present invention provides a lithium secondary battery including the negative electrode.

본 발명의 음극 활물질에 의하여 전지의 초기효율 및 급속 충전 성능이 균형있게 향상될 수 있으며, 또한 전지의 저항 특성 및 공정성 역시 크게 개선될 수 있다. By the negative active material of the present invention, initial efficiency and rapid charging performance of a battery may be improved in a balanced manner, and resistance characteristics and processability of the battery may also be greatly improved.

도 1은 본 발명의 음극 활물질의 제조방법을 나타낸 모식도이다.1 is a schematic diagram showing a method of manufacturing an anode active material of the present invention.

이하, 본 발명에 대하여 보다 구체적으로 설명한다. 이 때 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail. If there are no other definitions in the technical and scientific terms used at this time, they have the meanings commonly understood by those of ordinary skill in the technical field to which this invention belongs, and the following description will unnecessarily obscure the subject matter of the present invention. Description of possible known functions and configurations will be omitted.

본 발명은,The present invention,

결정질계 탄소를 포함하지 않고 비정질계 탄소를 포함하는 코어; 및A core that does not contain crystalline carbon and contains amorphous carbon; And

상기 코어를 둘러싸고, 비정질계 탄소 및 인조흑연을 포함하지 않고 천연흑연을 포함하는 쉘;을 포함하는, A shell surrounding the core and containing natural graphite without including amorphous carbon and artificial graphite; including,

음극 활물질을 제공한다. Provide a negative active material.

먼저, 본 발명의 음극 활물질의 코어는 결정질계 탄소를 포함하지 않고 비정질계 탄소를 포함하는 것을 특징으로 한다. 즉, 통상의 기술자에게 공지된 어느 결정질계 탄소라도 본 발명의 음극 활물질의 코어에 포함되지 않으며, 상기 결정질계 탄소는 예시적으로 인조흑연, 천연흑연, 흑연화 코크스, 흑연화 메조카본 마이크로비드(mesocarbon microbead: MCMB), 및 흑연화 메조페이스피치계 탄소섬유(mesophase pitch-based carbon fiber: MPCF)로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나 이상일 수 있다. First, the core of the negative electrode active material of the present invention is characterized in that it does not contain crystalline carbon but contains amorphous carbon. That is, any crystalline carbon known to a person skilled in the art is not included in the core of the negative active material of the present invention, and the crystalline carbon is exemplified by artificial graphite, natural graphite, graphitized coke, graphitized mesocarbon microbeads ( mesocarbon microbead: MCMB), and graphitized mesophase pitch-based carbon fiber (MPCF) may be at least one selected from the group consisting of.

본 발명의 일실시예에 따른 음극 활물질에서, 상기 비정질계 탄소는 바람직하게 소프트 카본(soft carbon), 하드 카본(hard carbon), 코크스, 1500℃ 이하에서 소성한 메조카본 마이크로비드(mesocarbon microbead: MCMB), 및 메조페이스피치계 탄소섬유(mesophase pitch-based carbon fiber: MPCF)로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나 이상 일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.In the negative active material according to an embodiment of the present invention, the amorphous carbon is preferably soft carbon, hard carbon, coke, mesocarbon microbeads fired at 1500°C or less (MCMB). ), and mesophase pitch-based carbon fiber (MPCF) may be at least one or more selected from the group consisting of, but is not limited thereto.

본 발명의 일실시예에 따른 음극 활물질은 바람직하게, 비정질계 탄소로 이루어진 코어; 및 천연흑연으로 이루어진 쉘;을 포함하는 음극 활물질일 수 있다. A negative electrode active material according to an embodiment of the present invention is preferably, a core made of amorphous carbon; And a shell made of natural graphite; may be a negative active material including.

본 발명의 일실시예에 따른 음극 활물질에서, 상기 음극 활물질의 평균직경(D50)은 바람직하게 50 ㎛ 내지 100 ㎛일 수 있으며, 보다 바람직하게 75 ㎛ 내지 100 ㎛일 수 있다. 상기 음극 활물질의 평균직경이 50 ㎛ 미만인 경우에는, 적절한 두께를 갖는 쉘이 형성되기 어려워 전지의 초기효율이 저하될 수 있다. 상기 음극 활물질의 평균직경이 100 ㎛ 초과인 경우에는, 쉘이 상당히 두꺼워져 전지의 급속 충전 성능이 개선되지 않을 수 있다. 즉, 상기 음극 활물질의 평균직경(D50)이 50 ㎛ 내지 100 ㎛이면, 전지의 초기효율 및 급속 충전 성능이 균형있게 현저히 향상되는 이점이 있을 수 있다.In the negative active material according to an embodiment of the present invention, the average diameter (D 50 ) of the negative active material may be preferably 50 μm to 100 μm, and more preferably 75 μm to 100 μm. When the average diameter of the negative active material is less than 50 μm, it is difficult to form a shell having an appropriate thickness, so that the initial efficiency of the battery may decrease. When the average diameter of the negative electrode active material is more than 100 μm, the shell becomes considerably thick, so that the rapid charging performance of the battery may not be improved. That is, when the average diameter (D 50 ) of the negative active material is 50 μm to 100 μm, there may be an advantage in that initial efficiency and rapid charging performance of the battery are significantly improved in a balanced manner.

또한, 도 1의 모식도에서와 같이, 본 발명은 비정질계 탄소 및 천연흑연을 혼합하여 구형화하는 단계를 포함하는 본 발명의 음극 활물질의 제조방법을 제공한다.In addition, as shown in the schematic diagram of FIG. 1, the present invention provides a method for producing a negative active material of the present invention, including the step of mixing and spheroidizing amorphous carbon and natural graphite.

본 발명의 일실시예에 따른 음극 활물질의 제조방법에서, 구형화 단계에 적용되는 상기 비정질계 탄소의 평균직경(D50)은 바람직하게 7 ㎛ 이하일 수 있으며, 구형화 단계에 적용되는 상기 천연흑연의 평균길이(L50)는 바람직하게 50 ㎛ 이상일 수 있다. 구형화 단계에 적용되는 상기 비정질계 탄소의 평균직경(D50)은 보다 바람직하게 5 ㎛ 이하일 수 있으며, 구형화 단계에 적용되는 상기 천연흑연의 평균길이(L50)는 보다 바람직하게 70 ㎛ 이상일 수 있다. In the method of manufacturing an anode active material according to an embodiment of the present invention, the average diameter (D 50 ) of the amorphous carbon applied to the spheronization step may be preferably 7 μm or less, and the natural graphite applied to the spheronization step The average length (L 50 ) of may be preferably 50 μm or more. The average diameter (D 50 ) of the amorphous carbon applied to the spheronization step may be more preferably 5 μm or less, and the average length (L 50 ) of the natural graphite applied to the spheronization step is more preferably 70 μm or more. I can.

본 발명의 일실시예에 따른 음극 활물질의 제조방법에서, 상기 구형화는 드럼 믹서를 통해 수행될 수 있으나, 건식 텀블러, 슈퍼 믹서, 헨셸 믹서, 플래시 믹서, 에어 블렌더, 플로우 제트 믹서, 리보콘 믹서, 퍼그 믹서, 나우타 믹서, 리본 믹서, 스파르탄 류저, 레디게 믹서, 플래너터리 믹서를 들 수 있고, 스크루형 니더, 탈포 니더, 페인트 쉐이커 등의 장치, 가압 니더, 2 개 롤 등의 혼련기 등을 사용할 수 있으나, 상기 구형화를 위한 장치가 이에 제한되는 것은 아니며, 2종 이상의 물질을 혼합할 수 있는 장치를 적절히 선택하여 사용할 수 있다. In the method for producing a negative active material according to an embodiment of the present invention, the spheronization may be performed through a drum mixer, but a dry tumbler, a super mixer, a Henschel mixer, a flash mixer, an air blender, a flow jet mixer, and a revocon mixer , Pug Mixer, Nauta Mixer, Ribbon Mixer, Spartan Flower, Redige Mixer, Planetary Mixer, and other devices such as screw type kneaders, defoaming kneaders, paint shakers, pressure kneaders, and kneaders such as two rolls. Although it may be used, the device for spheroidization is not limited thereto, and a device capable of mixing two or more materials may be appropriately selected and used.

본 발명의 일실시예에 따른 음극 활물질의 제조방법에서, 상기 드럼 믹서는 바람직하게 700 rpm 내지 2,500 rpm의 회전속도로 2 내지 6 시간 동안 회전하는 것일 수 있으며, 보다 바람직하게 1000 rpm 내지 2,000 rpm의 회전속도로 3 내지 5 시간 동안 회전하는 것일 수 있다. 상기 드럼 믹서의 회전 속도가 700 rpm 미만, 2 시간 미만으로 수행되는 경우에는 회전력이 부족하여, 음극 활물질의 쉘의 천연흑연이 코어의 비정질계 탄소를 감싸는 형태로 충분히 구형화되지 못하는 문제점이 있을 수 있다. 상기 드럼 믹서의 회전 속도가 2,500 rpm 초과, 6 시간 초과로 수행되는 경우에는 과도한 회전력으로 인해, 음극 활물질의 쉘의 천연흑연이 끊어지면서 감싸지 못하는 코어의 비정질계 탄소의 면적이 증가하게 되므로, 전지의 초기효율 및 급속 충전 성능이 저하될 수 있다. In the method for producing a negative active material according to an embodiment of the present invention, the drum mixer may be rotated for 2 to 6 hours at a rotational speed of preferably 700 rpm to 2,500 rpm, more preferably 1000 rpm to 2,000 rpm. It may be to rotate for 3 to 5 hours at a rotational speed. When the rotational speed of the drum mixer is less than 700 rpm and less than 2 hours, there may be a problem in that the rotational force is insufficient, and the natural graphite of the shell of the negative electrode active material is not sufficiently spherical in the form of surrounding amorphous carbon of the core. have. When the rotational speed of the drum mixer exceeds 2,500 rpm and exceeds 6 hours, due to excessive rotational force, the natural graphite of the shell of the negative electrode active material is cut off and the area of the amorphous carbon of the core that cannot be wrapped increases. Initial efficiency and rapid charging performance may be deteriorated.

본 발명의 일실시예에 따른 음극 활물질의 제조방법에서, 구형화 단계에 적용되는 상기 비정질계 탄소 및 상기 천연흑연의 혼합 중량비는 바람직하게 5:95~20:80일 수 있으며, 보다 바람직하게 5:95~10:90일 수 있다. 상기 혼합 중량비의 적용에 의하여, 음극 활물질의 쉘의 천연흑연이 코어의 비정질계 탄소를 충분히 감싸는 형태로 구형화가 이루어질 수 있다. In the method of manufacturing a negative active material according to an embodiment of the present invention, the mixed weight ratio of the amorphous carbon and the natural graphite applied to the spheronization step may be preferably 5:95-20:80, more preferably 5 :95-10:90 can be. By the application of the mixing weight ratio, the natural graphite of the shell of the negative electrode active material can be spheronized in a form that sufficiently surrounds the amorphous carbon of the core.

본 발명은 본 발명의 음극 활물질을 포함하는 음극을 제공하며, 또한 상기 음극을 포함하는 리튬 이차 전지를 제공한다. The present invention provides a negative electrode including the negative electrode active material of the present invention, and also provides a lithium secondary battery including the negative electrode.

본 발명의 일실시예에 따른 리튬 이차 전지는 상기 음극 이외에, 비수성 전해액; 양극활물질을 포함하는 양극; 및 세퍼레이터;를 포함할 수 있다.In addition to the negative electrode, a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention includes a non-aqueous electrolyte; A positive electrode including a positive electrode active material; And a separator; may include.

상기 비수성 전해액은 전해액과 리튬염으로 이루어질 수 있으며, 상기 전해액으로는 비수계 유기용매 등이 사용될 수 있다.The non-aqueous electrolyte may be made of an electrolyte and a lithium salt, and a non-aqueous organic solvent or the like may be used as the electrolyte.

상기 비수계 유기용매로는, 예를 들어, N-메틸-2-피롤리돈, 프로필렌 카보네이트, 에틸렌 카보네이트, 부틸렌 카보네이트, 디메틸 카보네이트, 디에틸 카보네이트, 감마-부틸로 락톤, 1,2-디메톡시 에탄, 테트라히드록시 프랑(franc), 2-메틸 테트라하이드로푸란, 디메틸술폭시드, 1,3-디옥소런, 포름아미드, 디메틸포름아미드, 디옥소런, 아세토니트릴, 니트로메탄, 포름산 메틸, 초산메틸, 인산 트리에스테르, 트리메톡시 메탄, 디옥소런 유도체, 설포란, 메틸 설포란, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 프로필렌 카보네이트 유도체, 테트라하이드로푸란 유도체, 에테르, 프로피온산 메틸, 또는 프로피온산 에틸 등의 비양자성 유기용매가 사용될 수 있다.As the non-aqueous organic solvent, for example, N-methyl-2-pyrrolidone, propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, gamma-butyllolactone, 1,2-dime Oxyethane, tetrahydroxy franc (franc), 2-methyl tetrahydrofuran, dimethyl sulfoxide, 1,3-dioxolone, formamide, dimethylformamide, dioxolone, acetonitrile, nitromethane, methyl formate, Methyl acetate, phosphoric acid tryester, trimethoxymethane, dioxolone derivative, sulfolane, methyl sulfolane, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, propylene carbonate derivative, tetrahydrofuran derivative, ether, methyl propionate , Or an aprotic organic solvent such as ethyl propionate may be used.

상기 리튬염은 상기 비수 전해액에 용해되기 좋은 물질로서, 예를 들어, LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, CF3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, 클로로 보란 리튬, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4 페닐 붕산 리튬, 이미드 등이 사용될 수 있다. The lithium salt is a material soluble in the non-aqueous electrolyte, for example, LiCl, LiBr, LiI, LiClO 4 , LiBF 4 , LiB 10 Cl 10 , LiPF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiCF 3 CO 2 , LiAsF 6 , LiSbF 6 , LiAlCl 4 , CH 3 SO 3 Li, CF 3 SO 3 Li, (CF 3 SO 2 ) 2 NLi, lithium chloroborane, lithium lower aliphatic carboxylic acid, lithium 4 phenyl borate, imide, etc. may be used .

상기 양극 활물질로는 코발트, 망간, 니켈에서 선택되는 최소한 1종 및 리튬과의 복합 금속 산화물인 것이 바람직하다. 금속 사이의 고용율은 다양하게 이루어질 수 있으며, 이들 금속 외에 Mg, Al, Co, K, Na, Ca, Si, Ti, Sn, V, Ge, Ga, B, As, Zr, Mn, Cr, Fe, Sr, V 및 희토류 원소로 이루어진 군에서 선택되는 원소가 더 포함될 수 있다. 상기 양극 활물질의 구체적인 예로는 LiaA1 - bBbD2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 및 0 ≤ b ≤ 0.5이다); LiaE1 - bBbO2 - cDc(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05이다); LiE2 - bBbO4 - cDc(상기 식에서, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05이다); LiaNi1 -b- cCobBcDα(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α ≤ 2이다); LiaNi1 -b- cCobBcO2 - αFα(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α < 2이다); LiaNi1 -b-cCobBcO2-αF2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α < 2이다); LiaNi1 -b- cMnbBcDα(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α ≤ 2이다); LiaNi1 -b- cMnbBcO2 - αFα(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α < 2이다); LiaNi1 -b- cMnbBcO2 - αF2 (상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α < 2이다); LiaNibEcGdO2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.9, 0 ≤ c ≤ 0.5, 0.001 ≤ d ≤ 0.1이다.); LiaNibCocMndGeO2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.9, 0 ≤ c ≤ 0.5, 0 ≤ d ≤0.5, 0.001 ≤ e ≤ 0.1이다.); LiaNiGbO2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0.001 ≤ b ≤ 0.1이다.); LiaCoGbO2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0.001 ≤ b ≤ 0.1이다.); LiaMnGbO2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0.001 ≤ b ≤ 0.1이다.); LiaMn2GbO4(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0.001 ≤ b ≤ 0.1이다.); QO2; QS2; LiQS2; V2O5; LiV2O5; LiIO2; LiNiVO4; Li(3-f)J2(PO4)3(0 ≤ f ≤ 2); Li(3-f)Fe2(PO4)3(0 ≤ f ≤ 2); 및 LiFePO4의 화학식 중 어느 하나로 표현되는 화합물을 사용할 수 있다.The positive electrode active material is preferably a composite metal oxide of at least one selected from cobalt, manganese, and nickel, and lithium. The solid solubility between metals can be made variously. In addition to these metals, Mg, Al, Co, K, Na, Ca, Si, Ti, Sn, V, Ge, Ga, B, As, Zr, Mn, Cr, Fe, An element selected from the group consisting of Sr, V, and rare earth elements may be further included. Examples of the positive electrode active material is Li a A 1 - (in the above formula, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, and 0 ≤ b ≤ 0.5) b B b D 2; Li a E 1 - b B b O 2 - ( in the above formula, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05) c D c; LiE 2 - b B b O 4 - ( in the above formula, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05) c D c; Li a Ni 1 -b- c Co b B c D α (in the above formula, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 <α ≤ 2); Li a Ni 1 -b- c Co b B c O 2 - α F α ( wherein, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 <α <2 a); Li a Ni 1 -bc Co b B c O 2-α F 2 (in the above formula, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 <α <2); Li a Ni 1 -b- c Mn b B c D α (in the above formula, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 <α ≤ 2); Li a Ni 1 -b- c Mn b B c O 2 - α F α ( wherein, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 <α <2 a); Li a Ni 1 -b- c Mn b B c O 2 - α F 2 ( wherein, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 <α <2 a); Li a Ni b E c G d O 2 (in the above formula, 0.90≦a≦1.8, 0≦b≦0.9, 0≦c≦0.5, 0.001≦d≦0.1); Li a Ni b Co c Mn d GeO 2 (wherein, 0.90≦a≦1.8, 0≦b≦0.9, 0≦c≦0.5, 0≦d≦0.5, 0.001≦e≦0.1); Li a NiG b O 2 (in the above formula, 0.90≦a≦1.8, 0.001≦b≦0.1); Li a CoG b O 2 (in the above formula, 0.90≦a≦1.8, 0.001≦b≦0.1); Li a MnG b O 2 (in the above formula, 0.90≦a≦1.8, 0.001≦b≦0.1); Li a Mn 2 G b O 4 (in the above formula, 0.90≦a≦1.8 and 0.001≦b≦0.1); QO 2 ; QS 2 ; LiQS 2 ; V 2 O 5 ; LiV 2 O 5 ; LiIO 2 ; LiNiVO 4 ; Li (3-f) J 2 (PO 4 ) 3 (0≦f≦2); Li (3-f) Fe 2 (PO 4 ) 3 (0≦f≦2); And LiFePO 4 It is possible to use a compound represented by any one of the formula.

상기 화학식에 있어서, A는 Ni, Co, Mn 또는 이들의 조합이고; B는 Al, Ni, Co, Mn, Cr, Fe, Mg, Sr, V, 희토류 원소 또는 이들의 조합이고; D는 O, F, S, P, 또는 이들의 조합이고; E는 Co, Mn 또는 이들의 조합이고; F는 F, S, P 또는 이들의 조합이고; G는 Al, Cr, Mn, Fe, Mg, La, Ce, Sr, V 또는 이들의 조합이고; Q는 Ti, Mo, Mn 또는 이들의 조합이고; I는 Cr, V, Fe, Sc, Y 또는 이들의 조합이고; J는 V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu 또는 이들의 조합일 수 있다. 예를 들어, LiCoO2, LiMnxO2X(x=1, 2), LiNi1 - xMnxO2X(0<x<1), LiNi1 -x- yCoxMnyO2 (0≤x≤0.5, 0≤y≤0.5), FePO4 등일 수 있다. In the above formula, A is Ni, Co, Mn, or a combination thereof; B is Al, Ni, Co, Mn, Cr, Fe, Mg, Sr, V, rare earth elements, or combinations thereof; D is O, F, S, P, or a combination thereof; E is Co, Mn or a combination thereof; F is F, S, P, or a combination thereof; G is Al, Cr, Mn, Fe, Mg, La, Ce, Sr, V, or a combination thereof; Q is Ti, Mo, Mn, or a combination thereof; I is Cr, V, Fe, Sc, Y or a combination thereof; J may be V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, or a combination thereof. For example, LiCoO 2 , LiMn x O 2X (x=1, 2), LiNi 1 - x Mn x O 2X (0<x<1), LiNi 1 -x- y Co x Mn y O 2 (0≤ x≤0.5, 0≤y≤0.5), may be FePO 4 or the like.

양극 또는 음극은 전극 활물질, 바인더 및 도전재, 필요한 경우 증점제를 용매에 분산시켜 전극 슬러리 조성물을 제조하고, 이 슬러리 조성물을 전극 집전체에 도포하여 제조될 수 있다. 양극 집전체로는 흔히 알루미늄 또는 알루미늄 합금 등을 사용할 수 있고, 음극 집전체로는 흔히 구리 또는 구리 합금 등을 사용할 수 있다. 상기 양극 집전체 및 음극 집전체의 형태로는 포일이나 메시 형태를 들 수 있다.The positive or negative electrode may be prepared by dispersing an electrode active material, a binder, a conductive material, and, if necessary, a thickener in a solvent to prepare an electrode slurry composition, and then applying the slurry composition to an electrode current collector. Aluminum or aluminum alloy may be used as the positive electrode current collector, and copper or copper alloy may be commonly used as the negative electrode current collector. The positive electrode current collector and the negative electrode current collector may be in the form of foil or mesh.

바인더는 활물질의 페이스트화, 활물질의 상호 접착, 집전체와의 접착, 활물질 팽창 및 수축에 대한 완충효과 등의 역할을 하는 물질로서, 예를 들면 폴리비닐리덴플루오라이드(PVdF), 폴리헥사플루오로프로필렌-폴리비닐리덴플루오라이드의 공중합체(PVdF/HFP)), 폴리(비닐아세테이트), 폴리비닐알코올, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리비닐피롤리돈, 알킬레이티드폴리에틸렌옥사이드, 폴리비닐에테르, 폴리(메틸메타크릴레이트), 폴리(에틸아크릴레이트), 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐클로라이드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리비닐피리딘, 스티렌-부타디엔고무(SBR), 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 아크릴로니트릴-부타디엔 고무 등이 있다. 바인더의 함량은 전극 활물질에 대하여 0.1 내지 30 중량%, 바람직하게는 1 내지 10 중량%일 수 있다. 상기 바인더의 함량이 너무 적으면 전극 활물질과 집전체와의 접착력이 불충분할 수 있으며, 바인더의 함량이 너무 많으면 접착력은 좋아지지만 전극 활물질의 함량이 그만큼 감소하여 전지용량을 고용량화 하는데 불리할 수 있다.The binder is a material that plays a role of a buffering effect on the expansion and contraction of the active material, such as forming a paste of the active material, mutual adhesion of the active material, adhesion to the current collector, and, for example, polyvinylidene fluoride (PVdF), polyhexafluoro Copolymer of propylene-polyvinylidene fluoride (PVdF/HFP)), poly(vinyl acetate), polyvinyl alcohol, polyethylene oxide, polyvinylpyrrolidone, alkylated polyethylene oxide, polyvinyl ether, poly(methylmetha) Acrylate), poly(ethylacrylate), polytetrafluoroethylene, polyvinyl chloride, polyacrylonitrile, polyvinylpyridine, styrene-butadiene rubber (SBR), carboxymethylcellulose (CMC), acrylonitrile -Butadiene rubber, etc. The content of the binder may be 0.1 to 30% by weight, preferably 1 to 10% by weight, based on the electrode active material. If the content of the binder is too small, the adhesion between the electrode active material and the current collector may be insufficient, and if the content of the binder is too high, the adhesion is improved, but the content of the electrode active material decreases that much, which may be disadvantageous in increasing the battery capacity.

도전재는 전극에 도전성을 부여하기 위해 사용되는 것으로서, 구성되는 전지에 있어서, 화학변화를 야기하지 않고 전자 전도성 재료이면 어떠한 것도 사용가능하며, 흑연계 도전재, 카본 블랙계 도전재, 금속 또는 금속 화합물계 도전재로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나를 사용할 수 있다. 상기 흑연계 도전재의 예로는 인조흑연, 천연 흑연 등이 있으며, 카본 블랙계 도전재의 예로는 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙(ketjen black), 덴카 블랙(denka black), 써멀 블랙(thermal black), 채널 블랙(channel black) 등이 있으며, 금속계 또는 금속 화합물계 도전재의 예로는 주석, 산화주석, 인산주석(SnPO4), 산화티타늄, 티탄산칼륨, LaSrCoO3, LaSrMnO3와 같은 페로브스카이트(perovskite) 물질이 있다. 그러나 상기 열거된 도전재에 한정되는 것은 아니다.The conductive material is used to impart conductivity to the electrode, and in the battery constituted, any material can be used as long as it does not cause chemical changes and is an electronic conductive material. At least one selected from the group consisting of conductive materials may be used. Examples of the graphite-based conductive material include artificial graphite and natural graphite, and examples of the carbon black-based conductive material include acetylene black, ketjen black, denka black, thermal black, and channel black. channel black), and examples of metal-based or metallic compound-based conductive materials include perovskite materials such as tin, tin oxide, tin phosphate (SnPO 4 ), titanium oxide, potassium titanate, LaSrCoO 3 , and LaSrMnO 3. have. However, it is not limited to the conductive materials listed above.

도전재의 함량은 전극 활물질에 대하여 0.1 내지 10 중량%인 것이 바람직하다. 도전재의 함량이 0.1중량%보다 적은 경우에는 전기 화학적 특성이 저하되고, 10중량%을 초과하는 경우에는 중량당 에너지 밀도가 감소한다.The content of the conductive material is preferably 0.1 to 10% by weight based on the electrode active material. When the content of the conductive material is less than 0.1% by weight, the electrochemical properties decrease, and when it exceeds 10% by weight, the energy density per weight decreases.

증점제는 활물질 슬러리 점도조절의 역할을 할 수 있는 것이라면 특별히 한정되지 않으나, 예를 들면 카르복시메틸 셀룰로오스, 하이드록시메틸 셀룰로오스, 하이드록시에틸 셀룰로오스, 하이드록시프로필 셀룰로오스 등이 사용될 수 있다.The thickener is not particularly limited as long as it can control the viscosity of the active material slurry, but for example, carboxymethyl cellulose, hydroxymethyl cellulose, hydroxyethyl cellulose, hydroxypropyl cellulose, and the like may be used.

전극 활물질, 바인더, 도전재 등이 분산되는 용매로는 비수계 유기용매 또는 수계용매가 사용된다. 비수계 유기용매로는 N-메틸-2-피롤디돈(NMP), 디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드, N,N-디메틸아미노프로필아민, 에틸렌옥사이드, 테트라하이드로푸란 등을 들 수 있다.As a solvent in which an electrode active material, a binder, a conductive material, and the like are dispersed, a non-aqueous organic solvent or an aqueous solvent is used. Examples of the non-aqueous organic solvent include N-methyl-2-pyrrolididone (NMP), dimethylformamide, dimethylacetamide, N,N-dimethylaminopropylamine, ethylene oxide, and tetrahydrofuran.

본 발명의 일실시예에 따른 리튬 이차전지는 양극 및 음극 사이에 단락을 방지하고 리튬 이온의 이동통로를 제공하는 세퍼레이터를 포함할 수 있으며, 이러한 세퍼레이터로는 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리에틸렌/폴리프로필렌, 폴리에틸렌/폴리프로필렌/폴리에틸렌, 폴리프로필렌/폴리에틸렌/폴리프로필렌 등의 폴리올레핀계 고분자막 또는 이들의 다중막, 미세다공성 필름, 직포 및 부직포를 사용할 수 있다. 또한 다공성의 폴리올레핀 필름에 안정성이 우수한 수지가 코팅된 필름을 사용할 수도 있다.A lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention may include a separator that prevents a short circuit between a positive electrode and a negative electrode and provides a passage for lithium ions. Such separators include polypropylene, polyethylene, polyethylene/polypropylene, Polyolefin-based polymer films such as polyethylene/polypropylene/polyethylene, polypropylene/polyethylene/polypropylene, or a multilayer thereof, microporous films, woven fabrics, and nonwoven fabrics may be used. In addition, a film coated with a resin having excellent stability on a porous polyolefin film may be used.

본 발명의 일실시예에 따른 리튬 이차 전지는 각형 외에 원통형, 파우치형 등 다른 형상으로 이루어질 수 있다. 상기 이차 전지는 기존의 휴대폰, 휴대용 컴퓨터 등의 용도 외에, 전기차량(Electric Vehicle)과 같은 고전압, 고출력 및 고온 구동이 요구되는 용도에도 적합하다. 또한, 상기 이차 전지는 기존의 내연기관, 연료전지, 수퍼커패시터 등과 결합하여 하이브리드차량(Hybrid Vehicle) 등에도 사용될 수 있으며, 고출력, 고전압 및 고온 구동이 요구되는 전기 자전거, 전동 공구, 기타 모든 용도에 사용될 수 있다.The lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention may be formed in other shapes such as a cylindrical shape or a pouch type in addition to a square shape. The secondary battery is suitable for applications requiring high voltage, high output, and high temperature driving, such as an electric vehicle, in addition to applications such as conventional mobile phones and portable computers. In addition, the secondary battery can be used in hybrid vehicles, etc. in combination with existing internal combustion engines, fuel cells, supercapacitors, etc., and can be used for electric bicycles, power tools, and all other uses requiring high output, high voltage and high temperature driving. Can be used.

이하 본 발명의 실시예 및 실험예를 기재한다. 그러나 하기 실시예 및 실험예는 본 발명의 바람직한 일례일뿐, 본 발명이 하기 실시예 및 실험예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, examples and experimental examples of the present invention will be described. However, the following examples and experimental examples are only preferred examples of the present invention, and the present invention is not limited to the following examples and experimental examples.

[음극 활물질의 분석][Analysis of negative electrode active material]

각각의 실시예 및 비교예에서 제조된 음극 활물질을 물 95 %, 음극 활물질 5 %의 비율로 혼합한 용액에 제산제를 넣어 음극 활물질을 분산시킨 후, 마이크로 입도 분석기(기기명: mastersizer3000, 업체: Malvern Instruments Ltd)로 활물질의 형태 및 평균직경을 관찰하였다.After dispersing the negative active material by adding an antacid to a solution in which the negative active material prepared in each Example and Comparative Example was mixed in a ratio of 95% water and 5% negative active material, a micro particle size analyzer (device name: mastersizer3000, manufacturer: Malvern Instruments Ltd) to determine the form and average diameter of the active material. Observed.

실시예Example

[실시예 1]: 본 발명의 음극 활물질 제조 [Example 1]: Preparation of the negative active material of the present invention

평균직경(D50)이 3 ㎛인 하드카본 및 평균길이(L50)가 75 ㎛인 천연흑연을 중량비 10:90으로 드럼 믹서에 투입하고, 1,500 rpm의 속도로 4 시간 동안 회전시키면서 혼합하고 이어서 분급(sieving) 과정을 거쳐, 하드카본을 천연흑연이 감싼 구형화 형태이며 평균직경(D50)이 25 ㎛인 음극 활물질을 제조하였다.Hard carbon having an average diameter (D 50 ) of 3 µm and natural graphite having an average length (L 50 ) of 75 µm were added to a drum mixer at a weight ratio of 10:90, and mixed while rotating at a speed of 1,500 rpm for 4 hours. Through a sieving process, a negative electrode active material having an average diameter (D 50 ) of 25 μm was prepared in a spherical shape in which natural graphite was wrapped around hard carbon.

[실시예 2]: 본 발명의 음극 활물질 제조 [Example 2]: Preparation of the negative active material of the present invention

평균직경(D50)이 3 ㎛인 하드카본 및 평균길이(L50)가 120 ㎛인 천연흑연을 중량비 10:90으로 드럼 믹서에 투입하고, 1,500 rpm의 속도로 4 시간 동안 회전시키면서 혼합하고 이어서 분급(sieving) 과정을 거쳐, 하드카본을 천연흑연이 감싼 구형화 형태이며 평균직경(D50)이 40 ㎛인 음극 활물질을 제조하였다.Hard carbon having an average diameter (D 50 ) of 3 μm and natural graphite having an average length (L 50 ) of 120 μm were added to a drum mixer at a weight ratio of 10:90, and mixed while rotating at a speed of 1,500 rpm for 4 hours. Through a sieving process, a negative electrode active material having an average diameter (D 50 ) of 40 μm was prepared in a spherical shape in which natural graphite was wrapped around hard carbon.

[실시예 3]: 본 발명의 음극 활물질 제조 [Example 3]: Preparation of the negative active material of the present invention

평균직경(D50)이 3 ㎛인 하드카본 및 평균길이(L50)가 150 ㎛인 천연흑연을 중량비 10:90으로 드럼 믹서에 투입하고, 1,500 rpm의 속도로 4 시간 동안 회전시키면서 혼합하고 이어서 분급(sieving) 과정을 거쳐, 하드카본을 천연흑연이 감싼 구형화 형태이며 평균직경(D50)이 50 ㎛인 음극 활물질을 제조하였다.Hard carbon having an average diameter (D 50 ) of 3 µm and natural graphite having an average length (L 50 ) of 150 µm were added to a drum mixer at a weight ratio of 10:90, and mixed while rotating at a speed of 1,500 rpm for 4 hours. Through a sieving process, a negative active material having an average diameter (D 50 ) of 50 μm was prepared in a spherical shape in which natural graphite was wrapped around hard carbon.

[실시예 4]: 본 발명의 음극 활물질 제조 [Example 4]: Preparation of the negative active material of the present invention

평균직경(D50)이 3 ㎛인 하드카본 및 평균길이(L50)가 220 ㎛인 천연흑연을 중량비 10:90으로 드럼 믹서에 투입하고, 1,500 rpm의 속도로 4 시간 동안 회전시키면서 혼합하고 이어서 분급(sieving) 과정을 거쳐, 하드카본을 천연흑연이 감싼 구형화 형태이며 평균직경(D50)이 75 ㎛인 음극 활물질을 제조하였다.Hard carbon having an average diameter (D 50 ) of 3 µm and natural graphite having an average length (L 50 ) of 220 µm were added to a drum mixer at a weight ratio of 10:90, and mixed while rotating at a speed of 1,500 rpm for 4 hours. Through a sieving process, a negative electrode active material having an average diameter (D 50 ) of 75 μm was prepared in a spherical shape in which natural graphite was wrapped around the hard carbon.

[실시예 5]: 본 발명의 음극 활물질 제조 [Example 5]: Preparation of the negative active material of the present invention

평균직경(D50)이 3 ㎛인 하드카본 및 평균길이(L50)가 310 ㎛인 천연흑연을 중량비 10:90으로 드럼 믹서에 투입하고, 1,500 rpm의 속도로 4 시간 동안 회전시키면서 혼합하고 이어서 분급(sieving) 과정을 거쳐, 하드카본을 천연흑연이 감싼 구형화 형태이며 평균직경(D50)이 100 ㎛인 음극 활물질을 제조하였다.Hard carbon having an average diameter (D 50 ) of 3 µm and natural graphite having an average length (L 50 ) of 310 µm were introduced into a drum mixer at a weight ratio of 10:90, and mixed while rotating at a speed of 1,500 rpm for 4 hours. Through a sieving process, a negative active material having an average diameter (D 50 ) of 100 μm was prepared in a spherical shape in which the hard carbon was wrapped with natural graphite.

[실시예 6]: 본 발명의 음극 활물질 제조 [Example 6]: Preparation of the negative active material of the present invention

평균직경(D50)이 3 ㎛인 하드카본 및 평균길이(L50)가 400 ㎛인 천연흑연을 중량비 10:90으로 드럼 믹서에 투입하고, 1,500 rpm의 속도로 4 시간 동안 회전시키면서 혼합하고 이어서 분급(sieving) 과정을 거쳐, 하드카본을 천연흑연이 감싼 구형화 형태이며 평균직경(D50)이 125 ㎛인 음극 활물질을 제조하였다.Hard carbon having an average diameter (D 50 ) of 3 µm and natural graphite having an average length (L 50 ) of 400 µm were introduced into a drum mixer at a weight ratio of 10:90, and mixed while rotating at a speed of 1,500 rpm for 4 hours. Through a sieving process, a negative active material having an average diameter (D 50 ) of 125 μm and a spherical shape in which natural graphite is wrapped around hard carbon was prepared.

[실시예 7]: 본 발명의 음극 활물질 제조 [Example 7]: Preparation of the negative active material of the present invention

평균직경(D50)이 3 ㎛인 하드카본 및 평균길이(L50)가 450 ㎛인 천연흑연을 중량비 10:90으로 드럼 믹서에 투입하고, 1,500 rpm의 속도로 4 시간 동안 회전시키면서 혼합하고 이어서 분급(sieving) 과정을 거쳐, 하드카본을 천연흑연이 감싼 구형화 형태이며 평균직경(D50)이 150 ㎛인 음극 활물질을 제조하였다.Hard carbon having an average diameter (D 50 ) of 3 μm and natural graphite having an average length (L 50 ) of 450 μm were added to a drum mixer at a weight ratio of 10:90, and mixed while rotating at a speed of 1,500 rpm for 4 hours. Through a sieving process, a negative electrode active material having an average diameter (D 50 ) of 150 μm and a spherical shape in which natural graphite is wrapped around hard carbon was prepared.

[비교예 1]: 대조 음극 활물질 제조[Comparative Example 1]: Preparation of a control negative active material

평균직경(D50)이 7 ㎛인 하드카본 및 평균길이(L50)가 120 ㎛인 인조흑연을 중량비 10:90으로 드럼 믹서에 투입하고, 1,500 rpm의 속도로 4 시간 동안 회전시키면서 혼합하고 이어서 분급(sieving) 과정을 거쳐, 하드카본을 인조흑연이 감싼 구형화 형태이며 평균직경(D50)이 45 ㎛인 음극 활물질을 제조하였다.Hard carbon having an average diameter (D 50 ) of 7 µm and artificial graphite having an average length (L 50 ) of 120 µm were added to a drum mixer at a weight ratio of 10:90, and mixed while rotating at a speed of 1,500 rpm for 4 hours. Through a sieving process, a negative electrode active material having an average diameter (D 50 ) of 45 μm was prepared in a spherical shape in which the hard carbon was wrapped with artificial graphite.

실험예Experimental example

[실험예 1]: 전지의 초기효율 측정 [Experimental Example 1]: Measurement of initial efficiency of a battery

음극 활물질을, 음극 활물질 : SBR : CMC = 97.0 : 1.5 : 1.5의 중량비가 되도록 하여 음극 합제를 제조한 후, 상기 음극 합제를 구리 호일 상에 코팅한 후, 건조 및 압연하여 코인형 하프 셀(half coin cell)을 제조하였다. 상기 셀에서 대극(counter electrode)은 리튬 금속을 사용하였고, 전해액은 카보네이트 용매에 LiPF6가 1M 녹아있는 전해액을 사용하였다.A negative active material was prepared in a weight ratio of negative active material: SBR: CMC = 97.0: 1.5: 1.5 to prepare a negative electrode mixture, and then the negative electrode mixture was coated on a copper foil, dried and rolled to form a coin-shaped half-cell (half cell). coin cell) was prepared. In the cell, lithium metal was used as a counter electrode, and an electrolyte in which 1M LiPF 6 was dissolved in a carbonate solvent was used.

제조된 코인형 하프 셀의 초기효율(1st efficiency)을 측정하고, 그 결과를 표 1에 나타내었다. 초기효율은, 구체적으로, 충전 시 0.1 C의 전류밀도로 5 mV까지 CC 모드 충전 후, CV 모드로 5 mV로 일정하게 유지시켜 전류 밀도가 0.005 C가 되면 충전을 완료하였다. 방전 시 0.1 C의 전류밀도로 1.5 V까지 CC 모드로 방전을 완료하여 초기효율을 얻었다.The initial efficiency (1 st efficiency) of the manufactured coin-type half cell was measured, and the results are shown in Table 1. The initial efficiency, specifically, was charged in CC mode to 5 mV at a current density of 0.1 C during charging, and then maintained at a constant rate of 5 mV in CV mode to complete charging when the current density reached 0.005 C. Initial efficiency was obtained by completing the discharge in CC mode up to 1.5 V with a current density of 0.1 C during discharge.

음극 활물질Negative active material 전지의 초기효율(%)Initial efficiency of battery (%) 실시예 1Example 1 85.485.4 실시예 2Example 2 86.186.1 실시예 3Example 3 91.891.8 실시예 4Example 4 92.192.1 실시예 5Example 5 92.292.2 실시예 6Example 6 92.292.2 실시예 7Example 7 92.192.1 하드카본(평균직경(D50): 7㎛)Hard carbon (average diameter (D 50 ): 7㎛) 7979

상기 [표 1]에 의하면, 실시예에 따른 본 발명의 음극 활물질을 사용 시, 비정질계 탄소(하드카본)만으로 이루어진 음극 활물질을 사용하는 경우에 대비하여 전지의 초기효율을 크게 개선시킬 수 있다. 특히, 실시예 3-7에 따른 본 발명의 음극 활물질은 평균직경이 50 ㎛ 이상이며, 더욱 현저히 개선된 전지의 초기효율을 유도할 수 있다. According to [Table 1], when using the negative active material of the present invention according to the embodiment, the initial efficiency of the battery can be greatly improved compared to the case of using a negative active material consisting of only amorphous carbon (hard carbon). In particular, the negative active material of the present invention according to Example 3-7 has an average diameter of 50 μm or more, and may induce a more remarkably improved initial efficiency of the battery.

[실험예 2]: 전지의 급속 충전 성능(2 C) 측정 [Experimental Example 2]: Measurement of battery fast charging performance (2 C)

상기 실험예 1에서 제조된 코인형 하프 셀을 전기화학 충방전기를 이용하여 충전과 방전을 해주었다. 충/방전 레이트를 0.1 C-rate로 하여 3 사이클 충/방전을 진행하고, 3 번째 사이클의 절대 방전 용량을 기준으로 C-rate의 전류 값을 계산하여 2 C로 24분 급속충전을 해주었다. 급속충전 진행 후, Li-플레이팅(plating)이 되는 SOC 시점, 및 그 후에 1 시간 동안 휴지기(rest)를 주어 전압 릴렉세이션 프로파일(Voltage relaxation profile)을 확인하였다. 급속충전 진행 후, Li-플레이팅(plating)이 되는 SOC 시점을 하기 표 2에 나타내었다.The coin-type half-cell prepared in Experimental Example 1 was charged and discharged using an electrochemical charger and discharger. The charge/discharge rate was set to 0.1 C-rate, 3 cycles were charged/discharged, and the current value of the C-rate was calculated based on the absolute discharge capacity of the 3rd cycle, and 24 minutes   rapid charging was performed at 2 C. After the rapid charging   progress, the SOC time point at which Li-plating was performed, and a rest for 1 hour thereafter was given to confirm the voltage relaxation profile. After rapid charging   progress, the SOC time point at which Li-plating is performed is shown in Table 2 below.

음극 활물질Negative active material Li-플레이팅 SOC (%)
(2 C 급속 충전)
Li-plating SOC (%)
(2C quick charge)
실시예 3Example 3 88.288.2 실시예 4Example 4 87.987.9 실시예 5Example 5 87.887.8 실시예 6Example 6 80.180.1 천연흑연(평균길이(L50): 120 ㎛)Natural graphite (average length (L 50 ): 120 ㎛) 7575

상기 [표 2]에 의하면, 실시예에 따른 본 발명의 음극 활물질을 사용 시, 천연흑연만으로 이루어진 음극 활물질을 사용하는 경우에 대비하여 전지의 급속 충전 성능을 크게 개선시킬 수 있다. 특히, 실시예 3-5에 따른 본 발명의 음극 활물질은 평균직경이 50 ㎛ 내지 100 ㎛이며, 더욱 현저히 개선된 전지의 급속 충전 성능을 유도할 수 있다.According to [Table 2], when using the negative active material of the present invention according to the embodiment, it is possible to significantly improve the rapid charging performance of the battery compared to the case of using the negative active material consisting of only natural graphite. In particular, the negative active material of the present invention according to Example 3-5 has an average diameter of 50 µm to 100 µm, and may induce a more remarkably improved battery fast charging performance.

[실험예 3]: 음극 활물질의 접착력 측정[Experimental Example 3]: Measurement of adhesion of negative active material

상기 실험예 1에 의해 제조된 코인형 하프 셀의 음극 극판과 음극 활물질 간의 접착력을 측정하여 그 결과를 표 3에 나타내었다. 음극 극판과 음극 활물질 간의 접착력은 일정 길이와 폭을 갖는 3M 테이프를 음극 활물질 표면에 부착한 후 인스트론사의 인장강도 시험기를 이용한 180도 peel-off test를 행하여 음극 활물질을 음극 극판으로부터 떼어내는 힘(gf/20mm)을 측정하였다. 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다. The adhesion between the  cathode  electrode plate and the  cathode active material of the coin-shaped half-cell prepared in Experimental Example 1 was measured, and the results are shown in Table 3. The adhesive strength between the negative electrode plate and the negative electrode active material is determined by attaching a 3M tape with a certain length and width to the surface of the negative electrode active material, and then performing a 180 degree peel-off test using an Instron's tensile strength tester. gf/20mm) was measured. The results are shown in Table 3 below.

음극 활물질Negative active material 음극과의 접착력(gf/20mm)Adhesion to cathode (gf/20mm) 실시예 3Example 3 4040 비교예 1Comparative Example 1 1515

상기 [표 3]에 의하면, 인조흑연 쉘을 포함하는 음극 활물질의 경우(비교예 1)에 대비하여, 실시예에 따른 본 발명의 음극 활물질은 음극과의 접착력이 현저히 향상됨이 확인된다. 즉, 본 발명의 음극 활물질은 음극과의 높은 접착력을 나타냄으로서, 공정성도 개선시킬 수 있음이 확인된다. According to [Table 3], it is confirmed that the negative electrode active material of the present invention according to the embodiment has remarkably improved adhesion to the negative electrode as compared to the case of the negative electrode active material including the artificial graphite shell (Comparative Example 1). That is, it is confirmed that the negative electrode active material of the present invention exhibits high adhesion to the negative electrode, thereby improving processability.

[실험예 4]: 전지의 DC-IR(Direct Current - Internal Resistance) 측정 [Experimental Example 4]: DC-IR (Direct Current-Internal Resistance) measurement of a battery

상온에서 전지의 초기 DC-IR을 측정하였으며, DC-IR은 다음과 같이 계산하여 하기 표 4에 나타내었다. 50% 충전된 상태(이하 SOC50)의 전지(상기 실험예 1에 의해 제조된 코인형 하프 셀)를 0.5C-rate로 10초간 충전하였다. 상기 전지를 다시 SOC50으로 만들고 10 분 휴지 후 1.0C-rate로 10초간 충전하였다. 상기 전지를 다시 SOC50으로 만들고 10분 휴지 후 2.0C-rate로 10 초간 충전하였다. 각 C-rate에서 얻은 전압과 전류를 이용하여 충전 시 DC-IR을 계산하였다. 그리고 50% 충전된 상태의 전지를 0.5C-rate로 10초간 방전하였다. 상기 전지를 다시 SOC50으로 만들고 10분 휴지 후 1.0C-rate로 10초간 방전하였다. 상기 전지를 다시 SOC50으로 만들고 10분 휴지 후 2.0C-rate로 10초간 방전하였다. 각 C-rate에서 얻은 전압과 전류를 이용하여 방전 시 DC-IR을 계산하였다.Initial DC-IR of the battery was measured at room temperature, and DC-IR was calculated as follows and shown in Table 4 below. A battery in a 50% charged state (hereinafter, SOC50) (coin-type half cell manufactured according to Experimental Example 1) was charged at 0.5C-rate for 10 seconds. The battery was made into SOC50 again, paused for 10 minutes, and then charged at 1.0C-rate for 10 seconds. The battery was made into SOC50 again, rested for 10 minutes, and then charged at 2.0C-rate for 10 seconds. DC-IR was calculated during charging by using the voltage and current obtained at each C-rate. And the battery in a 50% charged state was discharged for 10 seconds at 0.5C-rate. The battery was made into SOC50 again, paused for 10 minutes, and then discharged for 10 seconds at 1.0C-rate. The battery was made into SOC50 again, rested for 10 minutes, and then discharged at 2.0C-rate for 10 seconds. DC-IR was calculated during discharge using the voltage and current obtained at each C-rate.

음극 활물질Negative active material 전지의 초기 DC-IR(mOhm)Initial DC-IR (mOhm) of the battery 실시예 3Example 3 1.341.34 비교예 1Comparative Example 1 1.451.45

상기 [표 4]에 의하면, 인조흑연 쉘을 포함하는 음극 활물질의 경우(비교예 1)에 대비하여, 실시예에 따른 본 발명의 음극 활물질은 전지의 DC-IR을 현저히 감소시킴이 확인된다. 즉, 본 발명의 음극 활물질은 전지의 저항 특성도 우수하게 할 수 있음이 확인된다. According to [Table 4], it is confirmed that the negative active material of the present invention according to the embodiment significantly reduces the DC-IR of the battery as compared to the case of the negative active material including the artificial graphite shell (Comparative Example 1). That is, it is confirmed that the negative active material of the present invention can also improve the resistance characteristics of the battery.

Claims (7)

결정질계 탄소를 포함하지 않고 비정질계 탄소를 포함하는 코어; 및
상기 코어를 둘러싸고, 비정질계 탄소 및 인조흑연을 포함하지 않고 천연흑연을 포함하는 쉘;을 포함하는,
음극 활물질. 
A core that does not contain crystalline carbon and contains amorphous carbon; And
A shell surrounding the core and containing natural graphite without including amorphous carbon and artificial graphite; including,
Negative active material.
제1항에 있어서,
상기 비정질계 탄소는 소프트 카본(soft carbon), 하드 카본(hard carbon), 코크스, 1500℃ 이하에서 소성한 메조카본 마이크로비드(mesocarbon microbead: MCMB), 및 메조페이스피치계 탄소섬유(mesophase pitch-based carbon fiber: MPCF)로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나 이상인 음극 활물질. 
The method of claim 1,
The amorphous carbon is soft carbon, hard carbon, coke, mesocarbon microbeads (MCMB) calcined at 1500°C or less, and mesophase pitch-based carbon fibers. carbon fiber: MPCF) at least one negative active material selected from the group consisting of.
제1항에 있어서,
상기 음극 활물질의 평균직경은 50 ㎛ 내지 100 ㎛인 음극 활물질.
The method of claim 1,
The negative active material has an average diameter of 50 μm to 100 μm.
비정질계 탄소 및 천연흑연을 혼합하여 구형화하는 단계를 포함하는 청구항 1의 음극 활물질의 제조방법. A method for producing a negative active material according to claim 1, comprising the step of mixing amorphous carbon and natural graphite to form a sphere. 제4항에 있어서,
상기 비정질계 탄소 및 상기 천연흑연의 혼합 중량비는 5:95~20:80인 음극 활물질의 제조방법.
The method of claim 4,
A method for producing a negative active material in which the amorphous carbon and the natural graphite are mixed in a weight ratio of 5:95 to 20:80.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 음극 활물질을 포함하는 음극.A negative electrode comprising the negative active material according to any one of claims 1 to 3. 제6항에 따른 음극을 포함하는 리튬 이차 전지.A lithium secondary battery comprising the negative electrode according to claim 6.
KR1020190021664A 2019-02-25 2019-02-25 An anode active material for a lithium secondary battery KR20200103336A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190021664A KR20200103336A (en) 2019-02-25 2019-02-25 An anode active material for a lithium secondary battery

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190021664A KR20200103336A (en) 2019-02-25 2019-02-25 An anode active material for a lithium secondary battery

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20200103336A true KR20200103336A (en) 2020-09-02

Family

ID=72449877

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190021664A KR20200103336A (en) 2019-02-25 2019-02-25 An anode active material for a lithium secondary battery

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20200103336A (en)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20080036255A (en) 2006-10-23 2008-04-28 주식회사 엘지화학 Mixed cathode material for lithium secondary battery and high power lithium secondary battery employed with the same

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20080036255A (en) 2006-10-23 2008-04-28 주식회사 엘지화학 Mixed cathode material for lithium secondary battery and high power lithium secondary battery employed with the same

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10109851B2 (en) Composite cathode active material, method of preparing the same, and cathode and lithium battery including the composite cathode active material
JP5228576B2 (en) Lithium ion secondary battery and electric vehicle power supply
KR101849976B1 (en) Electrode active material, preparing method thereof, electrode including the same, and lithium secondary battery employing the same
KR101772754B1 (en) Method for producing positive electrode active material layer for lithium ion battery, and positive electrode active material layer for lithium ion battery
US20050186474A1 (en) Positive electrodes for lithium batteries and their methods of fabrication
JP5614307B2 (en) Nonaqueous electrolyte secondary battery
WO2016121322A1 (en) Negative electrode plate for nonaqueous electrolyte secondary batteries and nonaqueous electrolyte secondary battery using said negative electrode plate
KR102368979B1 (en) Cathode material, cathode including the same, and lithium battery including the cathode
US20110135982A1 (en) Negative electrode for non-aqueous electrolyte secondary battery and fabrication method thereof, and non-aqueous electrolyte secondary battery
CN103337617A (en) Positive electrode active material and positive electrode and lithium ion secondary battery including positive electrode active material
KR20140101640A (en) Negative electrode active material for rechargeable lithium battery, and method for preparing the same
CN111048831B (en) Electrolyte for secondary battery and lithium secondary battery comprising same
KR20140094959A (en) Electrolyte for rechargeable lithium battery, and rechargeable lithium battery including the same
CN112599850A (en) Solid electrolyte composite layer and lithium ion battery
US20090233178A1 (en) Lithium-ion batteries
KR20120119450A (en) Negative active for rechargeable lithium battery, method of preparing the same, and rechargeable lithium battery including the same
KR20140013885A (en) Lithium ion secondary battery
CN115172654A (en) Lithium-supplementing negative pole piece and secondary battery
CN101651233A (en) Lithium ion secondary battery and preparation method thereof
JP3579280B2 (en) Negative electrode for non-aqueous electrolyte secondary battery and non-aqueous electrolyte secondary battery provided with this negative electrode
JP2017134923A (en) Negative electrode for lithium secondary battery, lithium secondary battery and manufacturing methods thereof
KR101535865B1 (en) electrolyte for secondary battery containing boron-based lithium salt and a secondary battery containing the same
KR20200122636A (en) Nonaqueous electrolyte additive for lithium secondary battery, nonaqueous electrolyte for lithium secondary battery comprising the same, and lithium secondary battery
JP2005025991A (en) Nonaqueous electrolyte secondary battery
US11817584B2 (en) Binder for the lithium secondary battery, electrode comprising same and lithium secondary battery

Legal Events

Date Code Title Description
N231 Notification of change of applicant
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal