KR20210037657A - Negative active material for rechargeable lithium battery and rechargeable lithium battery including same - Google Patents
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Abstract
Description
리튬 이차 전지용 음극 활물질 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지에 관한 것이다. It relates to a negative active material for a lithium secondary battery and a lithium secondary battery including the same.
휴대 전화, 노트북, 스마트폰 등의 이동 정보 단말기 또는 전기 자동차 등의 구동 전원으로는 리튬 이차 전지가 주로 사용되고 있다.Lithium secondary batteries are mainly used as a driving power source for mobile information terminals such as mobile phones, notebook computers, and smart phones, or electric vehicles.
상기 리튬 이차 전지는 양극, 음극 및 전해질로 구성된다. 이때, 양극의 양극 활물질로는 LiCoO2, LiMn2O4, LiNi1-xCoxO2(0 < x < 1) 등과 같이 리튬 이온의 인터칼레이션이 가능한 구조를 가진 리튬과 전이 금속으로 이루어진 산화물이 주로 사용된다.The lithium secondary battery is composed of a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte. At this time, the cathode active material of the positive electrode is composed of lithium and a transition metal having a structure capable of intercalating lithium ions such as LiCoO 2 , LiMn 2 O 4 , and LiNi 1-x Co x O 2 (0 <x <1). Oxide is mainly used.
음극 활물질로는 리튬의 삽입/탈리가 가능한 인조, 천연 흑연, 하드 카본을 포함한 다양한 형태의 탄소계 재료가 주로 사용될 수 있다.As the negative active material, various types of carbon-based materials including artificial, natural graphite, and hard carbon capable of intercalation/deintercalation of lithium may be mainly used.
최근 이동 정보 단말기의 소형화 및 경량화가 급격히 진전되어, 그 구동 전원인 리튬 이차 전지의 보다 고용량화가 요구되고 있으며, 또한 무선 충전 및 짧은 충전 시간이 요구되고 있다. 특히, 장시간 충전은 사용자들이 느끼는 가장 큰 불편함이기에, 짧은 충전 시간이 가장 크게 요구되고 있다.In recent years, the miniaturization and weight reduction of mobile information terminals has rapidly progressed, and a higher capacity of a lithium secondary battery, which is a driving power source thereof, has been demanded, and wireless charging and a short charging time are also required. In particular, charging for a long time is the biggest inconvenience that users feel, so a short charging time is the most demanded.
일 구현예는 충전율 특성 및 방전율 특성이 우수한 리튬 이차 전지용 음극 활물질을 제공하는 것이다.One embodiment is to provide a negative active material for a lithium secondary battery excellent in charge rate characteristics and discharge rate characteristics.
다른 일 구현예는 상기 음극 활물질을 포함하는 리튬 이차 전지를 제공하는 것이다.Another embodiment is to provide a lithium secondary battery including the negative active material.
본 발명의 일 구현예는 결정성 탄소계 물질의 1차 입자 및 이 1차 입자들이 조립된 2차 입자를 포함하며, 상기 1차 입자의 평균 입경(D50)에 대한 상기 2차 입자의 평균 입경(D50) 비(상기 2차 입자의 평균 입경(D50)/상기 1차 입자의 평균 입경(D50))는 1.5 내지 5이고, 상기 1차 입자의 종횡비(aspect ratio)가 1 내지 7인 리튬 이차 전지용 음극 활물질을 제공한다.One embodiment of the present invention includes primary particles of a crystalline carbon-based material and secondary particles in which the primary particles are assembled, and the average particle diameter of the secondary particles relative to the average particle diameter (D50) of the primary particles (D50) ratio (average particle diameter of the secondary particles (D50)/average particle diameter of the primary particles (D50)) is 1.5 to 5, and the aspect ratio of the primary particles is 1 to 7 lithium secondary It provides a negative active material for batteries.
상기 1차 입자의 평균 입경(D50)은 3㎛ 내지 10㎛일 수 있으며, 5㎛ 내지 10㎛일 수 있다. The average particle diameter (D50) of the primary particles may be 3 μm to 10 μm, and may be 5 μm to 10 μm.
상기 2차 입자의 평균 입경(D50)은 10㎛ 내지 25㎛일 수 있다.The average particle diameter (D50) of the secondary particles may be 10 μm to 25 μm.
상기 결정성 탄소계 물질은 인조 흑연, 천연 흑연 또는 이들의 조합일 수 있다. 다른 일 구현예에 따르면, 상기 결정성 탄소계 물질은 인조 흑연일 수 있으며, 니들 코크스형(needle-cokes type) 또는 모자이크 코크스형(mosaic-cokes type) 인조 흑연일 수 있다.The crystalline carbonaceous material may be artificial graphite, natural graphite, or a combination thereof. According to another embodiment, the crystalline carbon-based material may be artificial graphite, and may be a needle-cokes type or a mosaic-cokes type artificial graphite.
상기 음극 활물질의 X-선 회절 패턴에 있어서, (002)면과 (110)면의 X-선 회절 강도비인 I(002)/I(110)가 50 내지 270일 수 있다. In the X-ray diffraction pattern of the negative active material, I (002) /I (110), which is an X-ray diffraction intensity ratio of the (002) plane and the (110) plane, may be 50 to 270.
상기 음극 활물질은 Si계 또는 Sn계 물질을 더욱 포함할 수 있다.The negative active material may further include a Si-based or Sn-based material.
상기 음극 활물질의 X-선 회절 패턴에 있어서, (002)면과 (110)면의 X-선 회절 강도비인 I(002)/I(110)와 상기 음극활물질의 펠렛 밀도는 하기 식 1의 관계를 갖는 것일 수 있다. In the X-ray diffraction pattern of the negative electrode active material, I (002) /I (110) , which is the ratio of the X-ray diffraction intensity of the (002) plane and the (110) plane, and the pellet density of the negative electrode active material are in the following equation 1 It may be to have.
[식 1][Equation 1]
29 ≤ [(I(002)/I(110))/펠렛 밀도(cc/g)] ≤14029 ≤ [(I (002) /I (110) ) / pellet density (cc/g)] ≤140
다른 일 구현예는, 상기 음극 활물질을 포함하는 음극; 양극 활물질을 포함하는 양극; 및 전해질을 포함하는 리튬 이차 전지를 제공한다.In another embodiment, a negative electrode including the negative active material; A positive electrode including a positive electrode active material; And it provides a lithium secondary battery including an electrolyte.
기타 본 발명의 구현예들의 구체적인 사항은 이하의 상세한 설명에 포함되어 있다.Other specifics of the embodiments of the present invention are included in the detailed description below.
일 구현예에 따른 리튬 이차 전지용 음극 활물질은 우수한 전해액 함침성과, 충전율 및 방전율 특성, 특히 고율 충방전 특성을 나타낼 수 있다.The negative active material for a lithium secondary battery according to an embodiment may exhibit excellent electrolyte impregnation properties, charge rate and discharge rate characteristics, particularly high rate charge/discharge characteristics.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 리튬 이차 전지의 구조를 개략적으로 나타낸 도면.
도 2는 실시예 4 내지 13 및 비교예 4 내지 12의 슬러리 펠렛에 대한 전해질 함침 특성을 측정하여 나타낸 그래프.
도 3은 실시예 14 내지 19 및 비교예 13 내지 20의 분말 펠렛에 대한 X-선 회절 특성을 측정하여 나타낸 그래프.1 is a schematic view showing the structure of a rechargeable lithium battery according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a graph showing by measuring the electrolyte impregnation characteristics of the slurry pellets of Examples 4 to 13 and Comparative Examples 4 to 12.
3 is a graph showing X-ray diffraction characteristics measured for the powder pellets of Examples 14 to 19 and Comparative Examples 13 to 20.
이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. However, this is presented as an example, and the present invention is not limited thereby, and the present invention is only defined by the scope of the claims to be described later.
본 발명의 일 구현예에 따른 리튬 이차 전지용 음극 활물질은 결정성 탄소계 물질의 1차 입자 및 이 1차 입자들이 조립된 2차 입자를 포함한다.The negative active material for a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention includes primary particles of a crystalline carbon-based material and secondary particles in which the primary particles are assembled.
본 명세서에서 별도의 정의가 없는 한, 평균 입경(D50)은 입도 분포에서 누적 체적이 50 부피%인 입자의 지름을 의미한다. Unless otherwise defined herein, the average particle diameter (D50) refers to the diameter of particles having a cumulative volume of 50% by volume in a particle size distribution.
또한, 상기 1차 입자의 평균 입경(D50)에 대한 상기 2차 입자의 평균 입경(D50) 비, 즉 상기 2차 입자의 평균 입경(D50)/상기 1차 입자의 평균 입경(D50)는 1.5 내지 5일 수 있다. 상기 2차 입자의 평균 입경(D50)/상기 1차 입자의 평균 입경(D50)이 1.5 내지 5인 경우, 난배향성(難配向性, random-orientation) 측면에서 장점이 있을 수 있다. 즉, 난배향성이 우수하여 무질서도가 증가하면, 충전시 음극 활물질 내에 리튬 이온 삽입이 용이하게 일어날 수 있어 적절하다.In addition, the ratio of the average particle diameter (D50) of the secondary particles to the average particle diameter (D50) of the primary particles, that is, the average particle diameter of the secondary particles (D50) / the average particle diameter of the primary particles (D50) is 1.5 To 5 may be. When the average particle diameter (D50) of the secondary particles / the average particle diameter (D50) of the primary particles is 1.5 to 5, there may be an advantage in terms of difficult orientation (難配向性, random-orientation). That is, if the degree of disorder is increased due to excellent difficult orientation, lithium ions can be easily inserted into the negative active material during charging, which is appropriate.
상기 1차 입자의 종횡비가 1 내지 7일 수 있으며, 1 내지 5일 수 있다. The aspect ratio of the primary particles may be 1 to 7 and may be 1 to 5.
상기 1차 입자의 종횡비가 1 내지 7을 벗어나는 경우에는, 음극 활물질의 난배향성이 감소되고, 이에 율특성이 저하되어 적절하지 않다.When the aspect ratio of the primary particles is out of 1 to 7, the negative electrode active material has a reduced orientation property, and thus rate characteristics are deteriorated, which is not appropriate.
이와 같이, 일 구현예에 따른 음극 활물질은 상기 2차 입자의 평균 입경(D50)/상기 1차 입자의 평균 입경(D50)가 1.5 내지 5이고, 상기 1차 입자의 평균 종횡비가 1 내지 7인 것으로서, 2차 입자의 평균 입경(D50)/상기 1차 입자의 평균 입경(D50) 및 1차 입자의 종횡비를 상기 범위로 조절함에 따라 입자들의 무질서도가 증가되므로, 전해액 함침성이 향상될 수 있고, 또한 충방전 특성이 향상되어 우수한 충방전율 특성을 나타낼 수 있다. 또한, 이 음극 활물질은 스웰링 특성이 개선될 수 있다.As described above, in the negative active material according to an embodiment, the average particle diameter (D50) of the secondary particles / the average particle diameter (D50) of the primary particles is 1.5 to 5, and the average aspect ratio of the primary particles is 1 to 7 As a result, as the degree of disorder of the particles increases as the average particle diameter of the secondary particles (D50)/the average particle diameter of the primary particles (D50) and the aspect ratio of the primary particles are adjusted within the above range, the electrolyte impregnation property can be improved. In addition, charging and discharging characteristics may be improved to exhibit excellent charging and discharging rate characteristics. In addition, the negative active material may have improved swelling characteristics.
만약 상기 2차 입자의 평균 입경(D50)/상기 1차 입자의 평균 입경(D50) 및 1차 입자의 종횡비 중 하나의 조건이라도 상기 범위를 만족하지 않는 경우에는 전해질 함침성 및 난배향성이 감소되어 율특성 측면에서 적절하지 않다.If even one of the average particle diameter of the secondary particles (D50) / the average particle diameter of the primary particles (D50) and the aspect ratio of the primary particles does not satisfy the above range, electrolyte impregnation and difficult orientation are reduced. It is not appropriate in terms of rate characteristics.
또한, 상기 1차 입자의 평균 입경(D50)은 3㎛ 내지 10㎛일 수 있으며, 5㎛ 내지 10㎛일 수 있다. 상기 1차 입자의 평균 입경(D50)이 상기 범위를 벗어나는 경우, 난배향성 및 전해액 함침성이 감소함에 따라 율특성이 저하되어 적절하지 않다. In addition, the average particle diameter (D50) of the primary particles may be 3 μm to 10 μm, and may be 5 μm to 10 μm. When the average particle diameter (D50) of the primary particles is out of the above range, the rate characteristics are deteriorated as the poor orientation and impregnating properties of the electrolyte are reduced, which is not appropriate.
상기 2차 입자의 평균 입경(D50)은 10㎛ 내지 25㎛일 수 있다. 상기 2차 입자의 평균 입경(D50)이 상기 범위를 벗어나는 경우에는, 난배향성 및 전해액 함침성이 감소함에 따라 율특성 저하되어 적절하지 않다.The average particle diameter (D50) of the secondary particles may be 10 μm to 25 μm. When the average particle diameter (D50) of the secondary particles is out of the above range, the rate characteristics are deteriorated as the non-alignment property and the impregnating property of the electrolyte solution decrease, and thus it is not appropriate.
상기 결정성 탄소계 물질은 인조 흑연, 천연 흑연 또는 이들의 조합일 수 있다. 다른 구현예에 따르면, 상기 결정성 탄소계 물질은 인조 흑연일 수 있으며, 예를 들면, 니들 코크스형(needle-cokes type) 또는 모자이크 코크스(mosaic-cokes type)형 인조 흑연일 수 있다. 결정성 탄소계 물질로 인조 흑연, 특히 니들 코크스형 인조 흑연 또는 모자이크 코크스형 인조 흑연을 사용하는 경우, 보다 높은 충방전 용량을 얻을 수 있어 적절하다. 상기 니들 코크스형 인조 흑연이란, 니들 코크스를 흑연화 열처리하여 제조된 인조 흑연을 의미하며, 상기 모자이크 코크스형 인조 흑연이란, 모자이크 코크스를 흑연화 열처리하여 제조된 인조 흑연을 의미한다. The crystalline carbonaceous material may be artificial graphite, natural graphite, or a combination thereof. According to another embodiment, the crystalline carbon-based material may be artificial graphite, for example, needle-cokes type or mosaic-cokes type artificial graphite. In the case of using artificial graphite, particularly needle coke artificial graphite or mosaic coke artificial graphite as the crystalline carbon-based material, a higher charge/discharge capacity can be obtained, which is appropriate. The needle coke-type artificial graphite refers to artificial graphite produced by graphitizing and heat-treating needle coke, and the mosaic coke-type artificial graphite refers to artificial graphite produced by graphitizing and heat-treating mosaic coke.
또한, 상기 음극 활물질은 Si계 또는 Sn계 물질을 더욱 포함할 수도 있다. Si계 또는 Sn계 물질을 더욱 포함하는 경우, 결정성 탄소계 물질과 Si계 또는 Sn계 물질의 혼합비는 99.9 : 0.1 내지 20 : 80 중량비일 수 있다. 결정성 탄소계 물질과 Si계 또는 Sn계 물질의 혼합비가 상기 범위에 포함되는 경우에는 Si계 및 Sn계 물질을 더욱 포함함에 따른 팽창 문제는 감소시키면서, 전지 충방전 효율을 보다 향상시킬 수 있어, 수명을 보다 증가시킬 수 있어 적절하다. In addition, the negative active material may further include a Si-based or Sn-based material. When the Si-based or Sn-based material is further included, the mixing ratio of the crystalline carbon-based material and the Si-based or Sn-based material may be 99.9:0.1 to 20:80 by weight. When the mixing ratio of the crystalline carbon-based material and the Si-based or Sn-based material is included in the above range, the expansion problem due to further inclusion of the Si-based and Sn-based material is reduced, and battery charging/discharging efficiency can be further improved, It is suitable because it can further increase the lifespan.
상기 Si계 또는 Sn계 물질로는 Si, Si-C 복합체, SiOx(0 < x < 2), Si-Q 합금(상기 Q는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 13족 원소, 14족 원소, 15족 원소, 16족 원소, 전이금속, 희토류 원소 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 원소이며, Si은 아님), Sn, SnO2, Sn-R 합금(상기 R은 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 13족 원소, 14족 원소, 15족 원소, 16족 원소, 전이금속, 희토류 원소 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 원소이며, Sn은 아님) 등을 들 수 있다. 또한 이들 중 적어도 하나와 SiO2를 혼합하여 사용할 수도 있다. 상기 원소 Q 및 R로는 Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Sc, Y, Ti, Zr, Hf, Rf, V, Nb, Ta, Db, Cr, Mo, W, Sg, Tc, Re, Bh, Fe, Pb, Ru, Os, Hs, Rh, Ir, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, B, Al, Ga, Sn, In, Tl, Ge, P, As, Sb, Bi, S, Se, Te, Po, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 사용할 수 있다. As the Si-based or Sn-based material, Si, Si-C composite, SiO x (0 <x <2), Si-Q alloy (where Q is an alkali metal, alkaline earth metal, group 13 element, group 14 element,
상기 음극 활물질의 X-선 회절 패턴에 있어서, (002)면과 (110)면의 X-선 회절 강도비인 I(002)/I(110)가 50 내지 270일 수 있고, 50 내지 230일 수 있다. 상기 X-선 회절 패턴은 특별하게 한정되지 않는 한 CuKα선을 이용하여 측정한 것이다. 또한, 피크 강도비는 피크의 높이비를 나타낸다. In the X-ray diffraction pattern of the negative active material, I (002) /I (110), which is an X-ray diffraction intensity ratio of the (002) plane and the (110) plane, may be 50 to 270, and may be 50 to 230. have. The X-ray diffraction pattern is measured using CuKα rays unless specifically limited. In addition, the peak intensity ratio represents the height ratio of the peak.
특히, 상기 음극 활물질의 펠렛 밀도에 따라 (002)면과 (110)면의 X-선 회절 강도비(I(002)/I(110))를 조절하는 경우, 펠렛 밀도별 경향을 파악할 수 있으므로, 펠렛 밀도에 따라 보다 적절한 물성을 얻을 수 있어, 더욱 적절하다. 적절한 (002)면과 (110)면의 X-선 회절 강도비, I(002)/I(110)]/펠렛 밀도는 하기 식 1의 관계를 가질 수 있다. In particular, when adjusting the X-ray diffraction intensity ratio (I (002) /I (110) ) of the (002) plane and the (110) plane according to the pellet density of the negative active material, the tendency for each pellet density can be identified. , More appropriate properties can be obtained depending on the pellet density, More appropriate. An appropriate ratio of the X-ray diffraction intensity of the (002) plane and the (110) plane, I (002) /I (110) ]/pellet density may have a relationship of Equation 1 below.
[식 1][Equation 1]
29 ≤ [(I(002)/I(110))/펠렛 밀도(cc/g)] ≤14029 ≤ [(I (002) /I (110) ) / pellet density (cc/g)] ≤140
일 구현예에 이어서, 상기 I(002)/I(110))/펠렛 밀도는 29 내지 125일 수도 있다.Following an embodiment, the I (002) /I (110) ) / pellet density may be 29 to 125.
상기 펠렛 밀도는 슬러리 펠렛 밀도일 수 있다. 슬러리 펠렛이란, 활물질 및 바인더를 용매 중에서 혼합하여 음극 활물질 슬러리를 제조하고, 이 슬러리를 건조 후, 분쇄하여, 이 분말에 일정 압력을 가하여 제조하는 것으로서, 이는 당해 분야에서 일반적으로 알려진 내용이므로, 보다 자세한 내용은 생략하여도 당해 분야에 종사하는 사람들에게는 쉽게 이해될 수 있는 내용임이 분명하다. 상기 음극 활물질 슬러리 제조시 도전재를 더욱 첨가할 수도 있다.The pellet density may be a slurry pellet density. Slurry pellets are prepared by mixing an active material and a binder in a solvent to prepare a negative electrode active material slurry, drying the slurry, pulverizing, and applying a certain pressure to the powder. This is generally known in the art. Even if the details are omitted, it is clear that the contents can be easily understood by those in the field. When preparing the negative active material slurry, a conductive material may be further added.
일 구현예에 따른 음극 활물질의 X-선 회절 특성이 상기 범위에 포함되는 경우, 난배향도가 향상됨을 확인할 수 있다. When the X-ray diffraction property of the negative active material according to the embodiment is included in the above range, it can be seen that the degree of difficult orientation is improved.
이러한 본 발명의 일 구현예에 따른 음극 활물질은 당해 분야에 널리 알려진 일반적인 음극 활물질 제조 공정으로 제조될 수 있으며, 이에 대하여 간략하게 설명하기로 한다.The negative active material according to the exemplary embodiment of the present invention may be manufactured by a general negative active material manufacturing process well known in the art, and this will be briefly described.
평균 입경(D50)이 3㎛ 내지 10㎛, 바람직하게는 5㎛ 내지 10㎛인 1차 입자를 준비한다. 이 1차 입자는 결정성 탄소계 물질일 수 있다.Primary particles having an average particle diameter (D50) of 3 μm to 10 μm, preferably 5 μm to 10 μm are prepared. This primary particle may be a crystalline carbon-based material.
상기 1차 입자들과 바인더를 혼합 및 조립 공정을 실시하여, 2차 입자를 형성한다.The primary particles and the binder are mixed and assembled to form secondary particles.
형성되는 2차 입자의 평균 입경(D50)의 비율은 상기 1차 입자 1차 입자의 평균 입경(D50)에 대하여, 1.5 내지 5일 수 있다(즉, 상기 2차 입자의 평균 입경(D50)/상기 1차 입자의 평균 입경(D50)가 1.5 내지 5임). 상기 2차 입자의 평균 입경(D50)은 10㎛ 내지 25㎛일 수 있다.The ratio of the average particle diameter (D50) of the secondary particles to be formed may be 1.5 to 5 with respect to the average particle diameter (D50) of the primary particles (that is, the average particle diameter of the secondary particles (D50)/ The average particle diameter (D50) of the primary particles is 1.5 to 5). The average particle diameter (D50) of the secondary particles may be 10 μm to 25 μm.
상기 바인더는 석탄계 핏치 또는 석유계 핏치일 수 있다. 상기 1차 입자들과 바인더의 혼합비는 5 : 5 내지 9.9 : 0.1 중량비일 수 있다. 상기 1차 입자들과 바인더의 혼합비가 상기 범위에 포함되는 경우, 목적하는 크기의 평균 입경(D50)을 갖는 2차 입자가 형성될 수 있다.The binder may be a coal-based pitch or a petroleum-based pitch. The mixing ratio of the primary particles and the binder may be 5: 5 to 9.9: 0.1 weight ratio. When the mixing ratio of the primary particles and the binder is included in the above range, secondary particles having an average particle diameter (D50) of a desired size may be formed.
상기 혼합 및 조립 공정은 1차 입자를 이용하여 2차 입자를 형성하는 일반적인 조립 공정 조건 하에서 실시할 수 있다.The mixing and granulation process may be performed under general granulation process conditions in which secondary particles are formed using primary particles.
본 발명의 다른 일 구현예는 상기 음극 활물질을 포함하는 음극, 양극 활물질을 포함하는 양극 및 전해질을 포함하는 리튬 이차 전지를 제공한다.Another embodiment of the present invention provides a lithium secondary battery including a negative electrode including the negative electrode active material, a positive electrode including the positive electrode active material, and an electrolyte.
상기 음극은 상기 음극 활물질을 포함하는 음극 활물질 층, 이 음극 활물질을 지지하는 전류 집전체를 포함한다. The negative electrode includes a negative active material layer including the negative active material, and a current collector supporting the negative active material.
상기 음극 활물질 층에서, 음극 활물질의 함량은 음극 활물질 층 전체 중량에 대하여 95 중량% 내지 99 중량%일 수 있다.In the negative active material layer, the content of the negative active material may be 95% to 99% by weight based on the total weight of the negative active material layer.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 음극 활물질 층은 바인더를 포함하며, 선택적으로 도전재를 더욱 포함할 수도 있다. 상기 음극 활물질 층에서 바인더의 함량은 음극 활물질 층 전체 중량에 대하여 1 중량% 내지 5 중량%일 수 있다. 또한 도전재를 더욱 포함하는 경우에는 음극 활물질을 90 중량% 내지 98 중량%, 바인더를 1 중량% 내지 5 중량%, 도전재를 1 중량% 내지 5 중량% 사용할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the negative active material layer includes a binder, and may optionally further include a conductive material. The content of the binder in the negative active material layer may be 1% to 5% by weight based on the total weight of the negative active material layer. In addition, when a conductive material is further included, 90 to 98% by weight of the negative active material, 1 to 5% by weight of the binder, and 1 to 5% by weight of the conductive material may be used.
상기 바인더는 음극 활물질 입자들을 서로 잘 부착시키고, 또한 음극 활물질을 전류 집전체에 잘 부착시키는 역할을 한다. 상기 바인더로는 비수용성 바인더, 수용성 바인더 또는 이들의 조합을 사용할 수 있다.The binder serves to attach the negative active material particles well to each other, and also serves to attach the negative active material to the current collector well. As the binder, a water-insoluble binder, a water-soluble binder, or a combination thereof may be used.
상기 비수용성 바인더로는 폴리비닐클로라이드, 카르복실화된 폴리비닐클로라이드, 폴리비닐플루오라이드, 에틸렌 옥사이드를 포함하는 폴리머, 폴리비닐피롤리돈, 폴리우레탄, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리아미드이미드, 폴리이미드 또는 이들의 조합을 들 수 있다. As the water-insoluble binder, polyvinyl chloride, carboxylated polyvinyl chloride, polyvinyl fluoride, polymer containing ethylene oxide, polyvinylpyrrolidone, polyurethane, polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride , Polyethylene, polypropylene, polyamideimide, polyimide, or combinations thereof.
상기 수용성 바인더로는 고무계 바인더 또는 고분자 수지 바인더를 들 수 있다. 상기 고무계 바인더는 스티렌-부타디엔 러버, 아크릴레이티드 스티렌 부타디엔 러버(SBR), 아크릴로나이트릴 부타디엔 러버, 아크릴 고무, 부틸고무, 불소고무 및 이들의 조합에서 선택되는 것일 수 있다. 상기 고분자 수지 바인더는 폴리프로필렌, 에틸렌프로필렌공중합체, 폴리에피크로로히드린, 폴리포스파젠, 폴리아크릴로니트릴, 폴리스틸렌, 에틸렌프로필렌디엔공중합체, 폴리비닐피리딘, 클로로설폰화폴리에틸렌, 라텍스, 폴리에스테르수지, 아크릴수지, 페놀수지, 에폭시 수지, 폴리비닐알콜 및 이들의 조합에서 선택되는 것일 수 있다. The water-soluble binder may be a rubber-based binder or a polymer resin binder. The rubber-based binder may be selected from styrene-butadiene rubber, acrylated styrene butadiene rubber (SBR), acrylonitrile butadiene rubber, acrylic rubber, butyl rubber, fluorine rubber, and combinations thereof. The polymer resin binder is polypropylene, ethylene propylene copolymer, polyepichlorohydrin, polyphosphazene, polyacrylonitrile, polystyrene, ethylene propylene diene copolymer, polyvinylpyridine, chlorosulfonated polyethylene, latex, poly It may be one selected from ester resin, acrylic resin, phenol resin, epoxy resin, polyvinyl alcohol, and combinations thereof.
상기 음극 바인더로 수용성 바인더를 사용하는 경우, 점성을 부여할 수 있는 셀룰로즈 계열 화합물을 증점제로 더욱 포함할 수 있다. 이 셀룰로즈 계열 화합물로는 카르복시메틸 셀룰로즈, 하이드록시프로필메틸 셀룰로즈, 메틸 셀룰로즈, 또는 이들의 알칼리 금속염 등을 1종 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 상기 알칼리 금속으로는 Na, K 또는 Li를 사용할 수 있다. 이러한 증점제 사용 함량은 음극 활물질 100 중량부에 대하여 0.1 중량부 내지 3 중량부일 수 있다. When a water-soluble binder is used as the negative electrode binder, a cellulose-based compound capable of imparting viscosity may be further included as a thickener. As the cellulose-based compound, one or more types of carboxymethyl cellulose, hydroxypropylmethyl cellulose, methyl cellulose, or alkali metal salts thereof may be mixed and used. Na, K or Li may be used as the alkali metal. The content of the thickener may be 0.1 parts by weight to 3 parts by weight based on 100 parts by weight of the negative active material.
상기 도전재는 전극에 도전성을 부여하기 위해 사용되는 것으로서, 구성되는 전지에 있어서, 화학변화를 야기하지 않고 전자 전도성 재료이면 어떠한 것도 사용가능하다. 도전재의 예로 천연 흑연, 인조 흑연, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸블랙, 탄소섬유 등의 탄소계 물질; 구리, 니켈, 알루미늄, 은 등의 금속 분말 또는 금속 섬유 등의 금속계 물질; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 폴리머; 또는 이들의 혼합물을 포함하는 도전성 재료를 사용할 수 있다.The conductive material is used to impart conductivity to the electrode, and in the battery to be constructed, any material may be used as long as it does not cause chemical change and is an electron conductive material. Examples of the conductive material include carbon-based materials such as natural graphite, artificial graphite, carbon black, acetylene black, ketjen black, and carbon fiber; Metal-based materials such as metal powders such as copper, nickel, aluminum, and silver, or metal fibers; Conductive polymers such as polyphenylene derivatives; Alternatively, a conductive material containing a mixture thereof may be used.
상기 집전체로는 구리 박, 니켈 박, 스테인레스강 박, 티타늄 박, 니켈 발포체(foam), 구리 발포체, 전도성 금속이 코팅된 폴리머 기재, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 사용할 수 있다.The current collector may be selected from the group consisting of a copper foil, a nickel foil, a stainless steel foil, a titanium foil, a nickel foam, a copper foam, a polymer substrate coated with a conductive metal, and combinations thereof.
상기 양극은 양극 활물질 층, 이 양극 활물질을 지지하는 전류 집전체를 포함한다. 상기 양극 활물질 층에서, 상기 양극 활물질의 함량은 양극 활물질 층 전체 중량에 대하여 90 중량% 내지 98 중량%일 수 있다.The positive electrode includes a positive electrode active material layer and a current collector supporting the positive electrode active material. In the positive electrode active material layer, the amount of the positive electrode active material may be 90% to 98% by weight based on the total weight of the positive electrode active material layer.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 양극 활물질층은 바인더 및 도전재를 더욱 포함할 수 있다. 이때, 상기 바인더 및 도전재의 함량은 양극 활물질 층 전체 중량에 대하여 각각 1 중량% 내지 5 중량%일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the positive active material layer may further include a binder and a conductive material. In this case, the content of the binder and the conductive material may be 1% to 5% by weight, respectively, based on the total weight of the positive electrode active material layer.
상기 양극 활물질로는 리튬의 가역적인 인터칼레이션 및 디인터칼레이션이 가능한 화합물(리티에이티드 인터칼레이션 화합물)을 사용할 수 있다.As the positive electrode active material, a compound capable of reversible intercalation and deintercalation of lithium (reitiated intercalation compound) may be used.
구체적으로는 코발트, 망간, 니켈, 및 이들의 조합으로부터 선택되는 금속과 리튬과의 복합 산화물중 1종 이상의 것을 사용할 수 있다. 보다 구체적인 예로는 하기 화학식 중 어느 하나로 표현되는 화합물을 사용할 수 있다. LiaA1-bXbD2(0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5); LiaA1-bXbO2-cDc(0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05); LiaE1-bXbO2-cDc(0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05); LiaE2-bXbO4-cDc(0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05); LiaNi1-b-cCobXcDα(0.90 ≤ a ≤1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.5, 0 < α ≤ 2); LiaNi1-b-cCobXcO2-αTα(0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α < 2); LiaNi1-b-cCobXcO2-αT2(0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α < 2); LiaNi1-b-cMnbXcDα(0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α ≤ 2); LiaNi1-b-cMnbXcO2-αTα(0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α < 2); LiaNi1-b-cMnbXcO2-αT2( 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α < 2); LiaNibEcGdO2(0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.9, 0 ≤ c ≤ 0.5, 0.001 ≤ d ≤ 0.1); LiaNibCocMndGeO2(0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.9, 0 ≤ c ≤ 0.5, 0 ≤ d ≤0.5, 0.001 ≤ e ≤ 0.1); LiaNiGbO2(0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0.001 ≤ b ≤ 0.1) LiaCoGbO2(0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0.001 ≤ b ≤ 0.1); LiaMn1-bGbO2(0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0.001 ≤ b ≤ 0.1); LiaMn2GbO4(0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0.001 ≤ b ≤ 0.1); LiaMn1-gGgPO4(0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ g ≤ 0.5); QO2; QS2; LiQS2; V2O5; LiV2O5; LiZO2; LiNiVO4; Li(3-f)J2(PO4)3(0 ≤ f ≤ 2); Li(3-f)Fe2(PO4)3(0 ≤ f ≤ 2); LiaFePO4(0.90 ≤ a ≤ 1.8)Specifically, it is possible to use one or more of a composite oxide of lithium and a metal selected from cobalt, manganese, nickel, and combinations thereof. As a more specific example, a compound represented by any one of the following formulas may be used. Li a A 1-b X b D 2 (0.90≦a≦1.8, 0≦b≦0.5); Li a A 1-b X b O 2-c D c (0.90 <a <1.8, 0 <b <0.5, 0 <c <0.05); Li a E 1-b X b O 2-c D c (0.90≦a≦1.8, 0≦b≦0.5, 0≦c≦0.05); Li a E 2-b X b O 4-c D c (0.90≦a≦1.8, 0≦b≦0.5, 0≦c≦0.05); Li a Ni 1-bc Co b X c D α (0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.5, 0 <α ≤ 2); Li a Ni 1-bc Co b X c O 2-α T α (0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 <α <2); Li a Ni 1-bc Co b X c O 2-α T 2 (0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 <α <2); Li a Ni 1-bc Mn b X c D α (0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 <α ≤ 2); Li a Ni 1-bc Mn b X c O 2-α T α (0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 <α <2); Li a Ni 1-bc Mn b X c O 2-α T 2 (0.90 <a <1.8, 0 <b <0.5, 0 <c <0.05, 0 <α <2); Li a Ni b E c G d O 2 (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 G e O 2 (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 (0.90 <a <1.8, 0.001 <b <0.1) Li a CoG b O 2 (0.90 <a <1.8, 0.001 <b <0.1); Li a Mn 1-b G b O 2 (0.90≦a≦1.8, 0.001≦b≦0.1); Li a Mn 2 G b O 4 (0.90≦a≦1.8, 0.001≦b≦0.1); Li a Mn 1-g G g PO 4 (0.90≦a≦1.8, 0≦g≦0.5); QO 2 ; QS 2 ; LiQS 2 ; V 2 O 5 ; LiV 2 O 5 ; LiZO 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); Li a FePO 4 (0.90 ≤ a ≤ 1.8)
상기 화학식에 있어서, A는 Ni, Co, Mn, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되고; X는 Al, Ni, Co, Mn, Cr, Fe, Mg, Sr, V, 희토류 원소 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되고; D는 O, F, S, P, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되고; E는 Co, Mn, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되고; T는 F, S, P, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되고; G는 Al, Cr, Mn, Fe, Mg, La, Ce, Sr, V, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되고; Q는 Ti, Mo, Mn, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되고; Z는 Cr, V, Fe, Sc, Y, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되며; J는 V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된다.In the above formula, A is selected from the group consisting of Ni, Co, Mn, and combinations thereof; X is selected from the group consisting of Al, Ni, Co, Mn, Cr, Fe, Mg, Sr, V, rare earth elements, and combinations thereof; D is selected from the group consisting of O, F, S, P, and combinations thereof; E is selected from the group consisting of Co, Mn, and combinations thereof; T is selected from the group consisting of F, S, P, and combinations thereof; G is selected from the group consisting of Al, Cr, Mn, Fe, Mg, La, Ce, Sr, V, and combinations thereof; Q is selected from the group consisting of Ti, Mo, Mn, and combinations thereof; Z is selected from the group consisting of Cr, V, Fe, Sc, Y, and combinations thereof; J is selected from the group consisting of V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, and combinations thereof.
물론 이 화합물 표면에 코팅층을 갖는 것도 사용할 수 있고, 또는 상기 화합물과 코팅층을 갖는 화합물을 혼합하여 사용할 수도 있다. 이 코팅층은 코팅 원소의 옥사이드, 코팅 원소의 하이드록사이드, 코팅 원소의 옥시하이드록사이드, 코팅 원소의 옥시카보네이트 및 코팅 원소의 하이드록시카보네이트로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 코팅 원소 화합물을 포함할 수 있다. 이들 코팅층을 이루는 화합물은 비정질 또는 결정질일 수 있다. 상기 코팅층에 포함되는 코팅 원소로는 Mg, Al, Co, K, Na, Ca, Si, Ti, V, Sn, Ge, Ga, B, As, Zr 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 코팅층 형성 공정은 상기 화합물에 이러한 원소들을 사용하여 양극 활물질의 물성에 악영향을 주지 않는 방법(예를 들어 스프레이 코팅, 침지법 등)으로 코팅할 수 있으면 어떠한 코팅 방법을 사용하여도 무방하며, 이에 대하여는 당해 분야에 종사하는 사람들에게 잘 이해될 수 있는 내용이므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.Of course, one having a coating layer on the surface of the compound may be used, or a mixture of the compound and a compound having a coating layer may be used. The coating layer contains at least one coating element compound selected from the group consisting of oxides of coating elements, hydroxides of coating elements, oxyhydroxides of coating elements, oxycarbonates of coating elements, and hydroxycarbonates of coating elements. I can. The compound constituting these coating layers may be amorphous or crystalline. As a coating element included in the coating layer, Mg, Al, Co, K, Na, Ca, Si, Ti, V, Sn, Ge, Ga, B, As, Zr, or a mixture thereof may be used. The coating layer forming process may be any coating method as long as the compound can be coated by a method that does not adversely affect the physical properties of the positive electrode active material by using these elements (e.g., spray coating, dipping method, etc.). Since the content can be well understood by those engaged in the relevant field, detailed description will be omitted.
상기 양극 활물질의 함량은 양극 활물질 층 전체 중량에 대하여 90 중량% 내지 98 중량%일 수 있다.The content of the positive active material may be 90% to 98% by weight based on the total weight of the positive active material layer.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 양극 활물질층은 바인더 및 도전재를 포함할 수 있다. 이때, 상기 바인더 및 도전재의 함량은 양극 활물질 층 전체 중량에 대하여 각각 1 중량% 내지 5 중량%일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the positive active material layer may include a binder and a conductive material. In this case, the content of the binder and the conductive material may be 1% to 5% by weight, respectively, based on the total weight of the positive electrode active material layer.
상기 바인더는 양극 활물질 입자들을 서로 잘 부착시키고, 또한 양극 활물질을 전류 집전체에 잘 부착시키는 역할을 하며, 그 대표적인 예로는 폴리비닐알콜, 카르복시메틸셀룰로즈, 히드록시프로필셀룰로즈, 디아세틸셀룰로즈, 폴리비닐클로라이드, 카르복실화된 폴리비닐클로라이드, 폴리비닐플루오라이드, 에틸렌 옥사이드를 포함하는 폴리머, 폴리비닐피롤리돈, 폴리우레탄, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 스티렌-부타디엔 러버, 아크릴레이티드 스티렌-부타디엔 러버, 에폭시 수지, 나일론 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The binder adheres well the positive electrode active material particles to each other, and also plays a role in attaching the positive electrode active material to the current collector well, and representative examples thereof include polyvinyl alcohol, carboxymethylcellulose, hydroxypropylcellulose, diacetylcellulose, and polyvinyl Chloride, carboxylated polyvinylchloride, polyvinylfluoride, polymer containing ethylene oxide, polyvinylpyrrolidone, polyurethane, polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, polyethylene, polypropylene, styrene- Butadiene rubber, acrylated styrene-butadiene rubber, epoxy resin, nylon, etc. may be used, but the present invention is not limited thereto.
상기 도전재는 전극에 도전성을 부여하기 위해 사용되는 것으로서, 구성되는 전지에 있어서, 화학변화를 야기하지 않고 전자 전도성 재료이면 어떠한 것도 사용가능하며, 그 예로 천연 흑연, 인조 흑연, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸블랙, 탄소섬유 등의 탄소계 물질; 구리, 니켈, 알루미늄, 은 등의 금속 분말 또는 금속 섬유 등의 금속계 물질; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 폴리머; 또는 이들의 혼합물을 포함하는 도전성 재료를 사용할 수 있다.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 change and is an electronic conductive material, such as natural graphite, artificial graphite, carbon black, acetylene black, Ketjen Carbon-based materials such as black and carbon fiber; Metal-based materials such as metal powders such as copper, nickel, aluminum, and silver, or metal fibers; Conductive polymers such as polyphenylene derivatives; Alternatively, a conductive material containing a mixture thereof may be used.
상기 전류 집전체로는 알루미늄 박, 니켈 박 또는 이들의 조합을 사용할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.As the current collector, an aluminum foil, a nickel foil, or a combination thereof may be used, but the present invention is not limited thereto.
상기 전해질은 비수성 유기 용매 및 리튬염을 포함한다.The electrolyte includes a non-aqueous organic solvent and a lithium salt.
상기 비수성 유기용매는 전지의 전기화학적 반응에 관여하는 이온들이 이동할 수 있는 매질 역할을 한다. The non-aqueous organic solvent serves as a medium through which ions involved in the electrochemical reaction of a battery can move.
상기 비수성 유기용매로는 카보네이트계, 에스테르계, 에테르계, 케톤계, 알코올계, 또는 비양성자성 용매를 사용할 수 있다. As the non-aqueous organic solvent, a carbonate-based, ester-based, ether-based, ketone-based, alcohol-based, or aprotic solvent may be used.
상기 카보네이트계 용매로는 디메틸 카보네이트(DMC), 디에틸 카보네이트(DEC), 디프로필 카보네이트(DPC), 메틸프로필 카보네이트(MPC), 에틸프로필 카보네이트(EPC), 메틸에틸 카보네이트(MEC), 에틸렌 카보네이트(EC), 프로필렌 카보네이트(PC), 부틸렌 카보네이트(BC) 등이 사용될 수 있다. 상기 에스테르계 용매로는 메틸 아세테이트, 에틸 아세테이트, n-프로필 아세테이트, 디메틸아세테이트, 메틸프로피오네이트, 에틸프로피오네이트, 데카놀라이드(decanolide), 메발로노락톤(mevalonolactone), 카프로락톤(caprolactone) 등이 사용될 수 있다. 상기 에테르계 용매로는 디부틸 에테르, 테트라글라임, 디글라임, 디메톡시에탄, 2-메틸테트라히드로퓨란, 테트라히드로퓨란 등이 사용될 수 있다. 또한, 상기 케톤계 용매로는 시클로헥사논 등이 사용될 수 있다. 또한 상기 알코올계 용매로는 에틸알코올, 이소프로필 알코올 등이 사용될 수 있으며, 상기 비양성자성 용매로는 R-CN(R은 탄소수 2 내지 20의 직쇄상, 분지상, 또는 환 구조의 탄화수소기이며, 이중결합 방향 환 또는 에테르 결합을 포함할 수 있다) 등의 니트릴류, 디메틸포름아미드 등의 아미드류, 1,3-디옥솔란 등의 디옥솔란류, 설포란(sulfolane)류 등이 사용될 수 있다. As the carbonate-based solvent, dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), dipropyl carbonate (DPC), methylpropyl carbonate (MPC), ethylpropyl carbonate (EPC), methyl ethyl carbonate (MEC), ethylene carbonate ( EC), propylene carbonate (PC), butylene carbonate (BC), and the like may be used. Examples of the ester solvent include methyl acetate, ethyl acetate, n-propyl acetate, dimethyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, decanolide, mevalonolactone, and caprolactone. Etc. can be used. As the ether solvent, dibutyl ether, tetraglyme, diglyme, dimethoxyethane, 2-methyltetrahydrofuran, tetrahydrofuran, and the like may be used. In addition, cyclohexanone or the like may be used as the ketone-based solvent. In addition, ethyl alcohol, isopropyl alcohol, etc. may be used as the alcohol-based solvent, and R-CN (R is a linear, branched, or cyclic hydrocarbon group having 2 to 20 carbon atoms) as the aprotic solvent. , A double bonded aromatic ring or an ether bond), such as nitriles, amides such as dimethylformamide, dioxolanes such as 1,3-dioxolane, sulfolanes, etc. may be used. .
상기 유기 용매는 단독으로 또는 하나 이상 혼합하여 사용할 수 있으며, 하나 이상 혼합하여 사용하는 경우의 혼합 비율은 목적하는 전지 성능에 따라 적절하게 조절할 수 있고, 이는 당해 분야에 종사하는 사람들에게는 널리 이해될 수 있다.The organic solvent may be used alone or as a mixture of one or more, and the mixing ratio in the case of using one or more mixtures may be appropriately adjusted according to the desired battery performance, which may be widely understood by those engaged in the field. have.
또한, 상기 카보네이트계 용매의 경우, 환형(cyclic) 카보네이트와 사슬형(chain) 카보네이트를 혼합하여 사용하는 것이 좋다. 이 경우 환형 카보네이트와 사슬형 카보네이트는 1:1 내지 1:9의 부피비로 혼합하여 사용하는 것이 전해액의 성능이 우수하게 나타날 수 있다. In addition, in the case of the carbonate-based solvent, it is preferable to use a mixture of cyclic carbonate and chain carbonate. In this case, when the cyclic carbonate and the chain carbonate are mixed in a volume ratio of 1:1 to 1:9, the electrolyte may exhibit excellent performance.
상기 유기용매는 상기 카보네이트계 용매에 방향족 탄화수소계 유기용매를 더 포함할 수도 있다. 이때 상기 카보네이트계 용매와 방향족 탄화수소계 유기용매는 1:1 내지 30:1의 부피비로 혼합될 수 있다.The organic solvent may further include an aromatic hydrocarbon-based organic solvent in the carbonate-based solvent. At this time, the carbonate-based solvent and the aromatic hydrocarbon-based organic solvent may be mixed in a volume ratio of 1:1 to 30:1.
상기 방향족 탄화수소계 유기용매로는 하기 화학식 1의 방향족 탄화수소계 화합물이 사용될 수 있다.As the aromatic hydrocarbon-based organic solvent, an aromatic hydrocarbon-based compound of Formula 1 may be used.
[화학식 1][Formula 1]
(상기 화학식 1에서, R1 내지 R6은 서로 동일하거나 상이하며 수소, 할로겐, 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 할로알킬기 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것이다.)(In Formula 1, R 1 to R 6 are the same as or different from each other and are selected from the group consisting of hydrogen, halogen, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, a haloalkyl group, and combinations thereof.)
상기 방향족 탄화수소계 유기용매의 구체적인 예로는 벤젠, 플루오로벤젠, 1,2-디플루오로벤젠, 1,3-디플루오로벤젠, 1,4-디플루오로벤젠, 1,2,3-트리플루오로벤젠, 1,2,4-트리플루오로벤젠, 클로로벤젠, 1,2-디클로로벤젠, 1,3-디클로로벤젠, 1,4-디클로로벤젠, 1,2,3-트리클로로벤젠, 1,2,4-트리클로로벤젠, 아이오도벤젠, 1,2-디아이오도벤젠, 1,3-디아이오도벤젠, 1,4-디아이오도벤젠, 1,2,3-트리아이오도벤젠, 1,2,4-트리아이오도벤젠, 톨루엔, 플루오로톨루엔, 2,3-디플루오로톨루엔, 2,4-디플루오로톨루엔, 2,5-디플루오로톨루엔, 2,3,4-트리플루오로톨루엔, 2,3,5-트리플루오로톨루엔, 클로로톨루엔, 2,3-디클로로톨루엔, 2,4-디클로로톨루엔, 2,5-디클로로톨루엔, 2,3,4-트리클로로톨루엔, 2,3,5-트리클로로톨루엔, 아이오도톨루엔, 2,3-디아이오도톨루엔, 2,4-디아이오도톨루엔, 2,5-디아이오도톨루엔, 2,3,4-트리아이오도톨루엔, 2,3,5-트리아이오도톨루엔, 자일렌, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것이다.Specific examples of the aromatic hydrocarbon-based organic solvent include benzene, fluorobenzene, 1,2-difluorobenzene, 1,3-difluorobenzene, 1,4-difluorobenzene, 1,2,3-tri Fluorobenzene, 1,2,4-trifluorobenzene, chlorobenzene, 1,2-dichlorobenzene, 1,3-dichlorobenzene, 1,4-dichlorobenzene, 1,2,3-trichlorobenzene, 1 ,2,4-trichlorobenzene, iodobenzene, 1,2-diaiodobenzene, 1,3-diaiodobenzene, 1,4-diaiodobenzene, 1,2,3-triiodobenzene, 1, 2,4-triiodobenzene, toluene, fluorotoluene, 2,3-difluorotoluene, 2,4-difluorotoluene, 2,5-difluorotoluene, 2,3,4-trifluoro Rotoluene, 2,3,5-trifluorotoluene, chlorotoluene, 2,3-dichlorotoluene, 2,4-dichlorotoluene, 2,5-dichlorotoluene, 2,3,4-trichlorotoluene, 2, 3,5-trichlorotoluene, iodotoluene, 2,3-diaiodotoluene, 2,4-diaiodotoluene, 2,5-diaiodotoluene, 2,3,4-triiodotoluene, 2,3 It is selected from the group consisting of, 5-triiodotoluene, xylene, and combinations thereof.
상기 전해질은 전지 수명을 향상시키기 위하여 비닐렌 카보네이트 또는 하기 화학식 2의 에틸렌계 카보네이트계 화합물을 수명 향상 첨가제로 더욱 포함할 수도 있다.The electrolyte may further include vinylene carbonate or an ethylene carbonate-based compound of Formula 2 as a life-improving additive in order to improve battery life.
[화학식 2][Formula 2]
(상기 화학식 2에서, R7 및 R8은 서로 동일하거나 상이하며, 수소, 할로겐기, 시아노기(CN), 니트로기(NO2) 및 불소화된 탄소수 1 내지 5의 알킬기로 이루어진 군에서 선택되며, 상기 R7 및 R8 중 적어도 하나는 할로겐기, 시아노기(CN), 니트로기(NO2) 및 불소화된 탄소수 1 내지 5의 알킬기로 이루어진 군에서 선택되나, 단 R7 및 R8이 모두 수소는 아니다.)(In Formula 2, R 7 and R 8 are the same as or different from each other, and are selected from the group consisting of hydrogen, a halogen group, a cyano group (CN), a nitro group (NO 2 ), and a fluorinated alkyl group having 1 to 5 carbon atoms. , At least one of R 7 and R 8 is selected from the group consisting of a halogen group, a cyano group (CN), a nitro group (NO 2 ), and a fluorinated alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, provided that both R 7 and R 8 are It is not hydrogen.)
상기 에틸렌계 카보네이트계 화합물의 대표적인 예로는 디플루오로 에틸렌카보네이트, 클로로에틸렌 카보네이트, 디클로로에틸렌 카보네이트, 브로모에틸렌 카보네이트, 디브로모에틸렌 카보네이트, 니트로에틸렌 카보네이트, 시아노에틸렌 카보네이트 또는 플루오로에틸렌 카보네이트 등을 들 수 있다. 이러한 수명 향상 첨가제를 더욱 사용하는 경우 그 사용량은 적절하게 조절할 수 있다.Representative examples of the ethylene-based carbonate-based compound include difluoro ethylene carbonate, chloroethylene carbonate, dichloroethylene carbonate, bromoethylene carbonate, dibromoethylene carbonate, nitroethylene carbonate, cyanoethylene carbonate or fluoroethylene carbonate. Can be lifted. In the case of further use of the life-improving additive, the amount of the additive can be appropriately adjusted.
상기 리튬염은 유기 용매에 용해되어, 전지 내에서 리튬 이온의 공급원으로 작용하여 기본적인 리튬 이차 전지의 작동을 가능하게 하고, 양극과 음극 사이의 리튬 이온의 이동을 촉진하는 역할을 하는 물질이다. 이러한 리튬염의 대표적인 예로는 LiPF6, LiBF4, LiSbF6, LiAsF6, LiN(SO2C2F5)2, Li(CF3SO2)2N, LiN(SO3C2F5)2, LiC4F9SO3, LiClO4, LiAlO2, LiAlCl4, LiN(CxF2x+1SO2)(CyF2y+1SO2)(여기서, x 및 y는 자연수이며, 예를 들면 1 내지 20의 정수임), LiCl, LiI 및 LiB(C2O4)2(리튬 비스옥살레이트 보레이트(lithium bis(oxalato) borate: LiBOB)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 둘 이상을 지지(supporting) 전해염으로 포함한다. 리튬염의 농도는 0.1M 내지 2.0M 범위 내에서 사용하는 것이 좋다. 리튬염의 농도가 상기 범위에 포함되면, 전해질이 적절한 전도도 및 점도를 가지므로 우수한 전해질 성능을 나타낼 수 있고, 리튬 이온이 효과적으로 이동할 수 있다.The lithium salt is a material that is dissolved in an organic solvent and acts as a source of lithium ions in the battery, enabling the operation of a basic lithium secondary battery, and promoting the movement of lithium ions between the positive electrode and the negative electrode. Representative examples of such lithium salts are LiPF 6 , LiBF 4 , LiSbF 6 , LiAsF 6 , LiN(SO 2 C 2 F 5 ) 2 , Li(CF 3 SO 2 ) 2 N, LiN(SO 3 C 2 F 5 ) 2 , LiC 4 F 9 SO 3 , LiClO 4 , LiAlO 2 , LiAlCl 4 , LiN(C x F 2x+1 SO 2 )(C y F 2y+1 SO 2 ) (where x and y are natural numbers, for example It is an integer of 1 to 20), LiCl, LiI and LiB(C 2 O 4 ) 2 (supporting one or two or more selected from the group consisting of lithium bis(oxalato) borate: LiBOB) It is included as an electrolytic salt It is preferable to use the lithium salt concentration within the range of 0.1M to 2.0 M. If the concentration of the lithium salt falls within the above range, the electrolyte has an appropriate conductivity and viscosity, so that excellent electrolyte performance can be exhibited, Lithium ions can move effectively.
리튬 이차 전지의 종류에 따라 양극과 음극 사이에 세퍼레이터가 존재할 수도 있다. 이러한 세퍼레이터로는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드 또는 이들의 2층 이상의 다층막이 사용될 수 있으며, 폴리에틸렌/폴리프로필렌 2층 세퍼레이터, 폴리에틸렌/폴리프로필렌/폴리에틸렌 3층 세퍼레이터, 폴리프로필렌/폴리에틸렌/폴리프로필렌 3층 세퍼레이터 등과 같은 혼합 다층막이 사용될 수 있음은 물론이다.Depending on the type of lithium secondary battery, a separator may exist between the positive electrode and the negative electrode. Polyethylene, polypropylene, polyvinylidene fluoride, or a multilayer film of two or more layers thereof may be used as such a separator, and a polyethylene/polypropylene two-layer separator, a polyethylene/polypropylene/polyethylene three-layer separator, a polypropylene/polyethylene/poly It goes without saying that a mixed multilayer film such as a three-layer propylene separator may be used.
도 1에 본 발명의 일 구현예에 따른 리튬 이차 전지의 분해 사시도를 나타내었다. 일 구현예에 따른 리튬 이차 전지는 각형인 것을 예로 설명하지만, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 원통형, 파우치형 등 다양한 형태의 전지에 적용될 수 있다.1 shows an exploded perspective view of a rechargeable lithium battery according to an embodiment of the present invention. A lithium secondary battery according to an embodiment is described as an example of a prismatic shape, but the present invention is not limited thereto, and may be applied to various types of batteries such as a cylindrical shape and a pouch type.
도 1을 참고하면, 일 구현예에 따른 리튬 이차 전지(100)는 양극(10)과 음극(20) 사이에 세퍼레이터(30)를 개재하여 귄취된 전극 조립체(40)와, 상기 전극 조립체(40)가 내장되는 케이스(50)를 포함할 수 있다. 상기 양극(10), 상기 음극(20) 및 상기 세퍼레이터(30)는 전해액(미도시)에 함침되어 있을 수 있다.Referring to FIG. 1, a
이하 본 발명의 실시예 및 비교예를 기재한다. 하기한 실시예는 본 발명의 일 실시예일뿐 본 발명이 하기한 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, examples and comparative examples of the present invention will be described. The following examples are only examples of the present invention, and the present invention is not limited to the following examples.
(실시예 1)(Example 1)
니들-코크스형 인조 흑연으로 형성된, 평균 입경(D50)이 9.0㎛이고, 종횡비가 1 내지 5인 1차 입자들을 바인더 핏치와 9 : 1 중량비로 혼합하고 조립하여, 평균 입경(D50)이 20.5㎛인 2차 입자 음극 활물질을 제조하였다. 제조된 음극 활물질에서, 2차 입자의 평균 입경(D50)/상기 1차 입자의 평균 입경(D50)는 2.28이었다.Primary particles having an average particle diameter (D50) of 9.0 µm and an aspect ratio of 1 to 5, formed of needle-coke artificial graphite, were mixed with a binder pitch in a ratio of 9:1 by weight and assembled, so that the average particle diameter (D50) was 20.5 µm. A phosphorus secondary particle negative active material was prepared. In the prepared negative active material, the average particle diameter of the secondary particles (D50)/the average particle diameter of the primary particles (D50) was 2.28.
(실시예 2)(Example 2)
니들-코크스형 인조 흑연으로 형성된, 평균 입경(D50)이 5.0㎛이고, 종횡비가 1 내지 5인 1차 입자들을 바인더 핏치와 8 : 2 중량비로 혼합하고 조립하여, 평균 입경(D50)이 13.5㎛인 2차 입자 음극 활물질을 제조하였다. 제조된 음극 활물질에서, 2차 입자의 평균 입경(D50)/상기 1차 입자의 평균 입경(D50)는 2.70이었다.Primary particles having an average particle diameter (D50) of 5.0 µm and an aspect ratio of 1 to 5, formed of needle-coke type artificial graphite, were mixed with a binder pitch in a weight ratio of 8:2 and assembled, and the average particle diameter (D50) was 13.5 µm. A phosphorus secondary particle negative active material was prepared. In the prepared negative active material, the average particle diameter of the secondary particles (D50)/the average particle diameter of the primary particles (D50) was 2.70.
(실시예 3)(Example 3)
니들-코크스형 인조 흑연으로 형성된, 평균 입경(D50)이 9.0㎛이고, 종횡비가 1 내지 5인 1차 입자들을 바인더 핏치와 9 : 1 중량비로 혼합하고 조립하여, 평균 입경(D50)이 18.4㎛인 2차 입자 음극 활물질을 제조하였다. 제조된 음극 활물질에서, 2차 입자의 평균 입경(D50)/상기 1차 입자의 평균 입경(D50)는 2.04이었다.Primary particles having an average particle diameter (D50) of 9.0 µm and an aspect ratio of 1 to 5, formed of needle-coke artificial graphite, were mixed with a binder pitch in a ratio of 9:1 by weight and assembled, and the average particle diameter (D50) was 18.4 µm. A phosphorus secondary particle negative active material was prepared. In the prepared negative active material, the average particle diameter of the secondary particles (D50)/the average particle diameter of the primary particles (D50) was 2.04.
(비교예 1)(Comparative Example 1)
니들-코크스형 인조 흑연으로 형성된, 평균 입경(D50)이 9.0㎛이고, 종횡비가 1 내지 5인 1차 입자들을 바인더 핏치와 9 : 1 중량비로 혼합하고 조립하여, 평균 입경(D50)이 13.3㎛인 2차 입자 음극 활물질을 제조하였다. 제조된 음극 활물질에서, 2차 입자의 평균 입경(D50)/상기 1차 입자의 평균 입경(D50)는 1.48이었다.Primary particles having an average particle diameter (D50) of 9.0 μm and an aspect ratio of 1 to 5, formed of needle-coke artificial graphite, were mixed with a binder pitch in a weight ratio of 9:1 and assembled, and the average particle diameter (D50) was 13.3 μm. A phosphorus secondary particle negative active material was prepared. In the prepared negative active material, the average particle diameter of the secondary particles (D50)/the average particle diameter of the primary particles (D50) was 1.48.
(비교예 2)(Comparative Example 2)
니들-코크스형 인조 흑연으로 형성된, 평균 입경(D50)이 12.0㎛이고, 종횡비가 1 내지 5인 1차 입자들을 바인더 핏치와 혼합하고 조립하여, 평균 입경(D50)이 15.2㎛인 2차 입자 음극 활물질을 제조하였다. 제조된 음극 활물질에서, 2차 입자의 평균 입경(D50)/상기 1차 입자의 평균 입경(D50)는 1.27이었다.A secondary particle negative electrode having an average particle diameter (D50) of 15.2 μm by mixing and assembling primary particles having an average particle diameter (D50) of 12.0 μm and an aspect ratio of 1 to 5 with a binder pitch, formed of needle-coke artificial graphite An active material was prepared. In the prepared negative active material, the average particle diameter of the secondary particles (D50)/the average particle diameter of the primary particles (D50) was 1.27.
(비교예 3)(Comparative Example 3)
니들-코크스형 인조 흑연으로 형성된, 평균 입경(D50)이 8.0㎛이고, 종횡비가 8 내지 9인 1차 입자들을 바인더 핏치와 혼합하고 조립하여, 평균 입경(D50)이 18.0㎛인 2차 입자 음극 활물질을 제조하였다. 제조된 음극 활물질에서, 2차 입자의 평균 입경(D50)/상기 1차 입자의 평균 입경(D50)는 2.25이었다.Secondary particle negative electrode having an average particle diameter (D50) of 18.0 μm by mixing and assembling primary particles having an average particle diameter (D50) of 8.0 μm and an aspect ratio of 8 to 9 with a binder pitch, formed of needle-coke artificial graphite An active material was prepared. In the prepared negative active material, the average particle diameter of the secondary particles (D50)/the average particle diameter of the primary particles (D50) was 2.25.
* 전해액 함침 실험* Electrolyte impregnation experiment
상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 3에 따라 제조된 음극 활물질 97.5 중량%, 카르복시 메틸셀룰로스 1.0 중량% 및 스티렌-부타디엔 러버 1.5 중량%를 물 용매 중에서 혼합하여 음극 활물질 슬러리를 제조하였다. 제조된 슬러리에 하기 표 1에 나타낸 압력을 가하여 활물질과 바인더로 제조된 슬러리 펠렛을 제조하였다. 제조된 슬러리 펠렛을 실시예 4 내지 13 및 비교예 4 내지 12로 명명하였다.A negative active material slurry was prepared by mixing 97.5% by weight of an anode active material prepared according to Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3, 1.0% by weight of carboxymethylcellulose, and 1.5% by weight of styrene-butadiene rubber in a water solvent. A slurry pellet made of an active material and a binder was prepared by applying the pressure shown in Table 1 to the prepared slurry. The prepared slurry pellets were named Examples 4 to 13 and Comparative Examples 4 to 12.
그 후, 1M LiPF6가 용해된 에틸렌 카보네이트와 디메틸 카보네이트의 혼합 용매(3:7 부피비) 전해액 50㎕를 펠렛 위에 조심스럽게 적가한 후, 전해액 증발 방지용 뚜껑을 덮고, 전해액이 완전히 함습되기까지의 시간을 측정하였다. 그 결과를 도 2에 나타내었다. 도 2에 나타낸 것과 같이, 실시예 1 내지 3의 음극 활물질을 이용한 실시예 4 내지 13의 슬러리 펠렛이 비교예 1 내지 3의 음극 활물질을 이용한 비교예 4 내지 12의 슬러리 펠렛에 비하여 전해액 함침에 걸리는 시간이 매우 짧음을 알 수 있다. 따라서, 실시예 1 내지 3의 음극 활물질의 전해액 함침속도(이동속도)가 비교예 1 내지 3의 음극 활물질보다 매우 짧으므로, 전지 내부 저항이 감소하여, 결과적으로 수명유지율에 있어서 유리함을 예측 할 수 있다. Thereafter, 50 µl of a mixed solvent of ethylene carbonate and dimethyl carbonate in which 1M LiPF 6 was dissolved (3:7 volume ratio) was carefully added dropwise onto the pellet, and the lid was covered to prevent evaporation of the electrolyte, and the time until the electrolyte was completely moistened. Was measured. The results are shown in FIG. 2. As shown in FIG. 2, the slurry pellets of Examples 4 to 13 using the negative active material of Examples 1 to 3 were subjected to electrolytic solution impregnation compared to the slurry pellets of Comparative Examples 4 to 12 using the negative active material of Comparative Examples 1 to 3. You can see that the time is very short. Therefore, since the electrolyte solution impregnation rate (movement speed) of the negative electrode active materials of Examples 1 to 3 is much shorter than that of the negative electrode active materials of Comparative Examples 1 to 3, the internal resistance of the battery decreases, and as a result, it can be predicted that it is advantageous in terms of life retention rate have.
이 결과에 따라, 2차 입자의 평균 입경(D50)/상기 1차 입자의 평균 입경(D50)이 1.5 내지 5를 벗어나거나(비교예 4 내지 10), 1차 입자의 종횡비가 1-7을 벗어나는 경우(비교예 11 및 12), 전해액 함침성이 열화됨을 알 수 있다.According to this result, the average particle diameter (D50) of the secondary particles / the average particle diameter (D50) of the primary particles deviate from 1.5 to 5 (Comparative Examples 4 to 10), or the aspect ratio of the primary particles is 1-7. If it deviates (Comparative Examples 11 and 12), it can be seen that the electrolyte impregnation property is deteriorated.
* X-선 회절 특성 평가* X-ray diffraction property evaluation
상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 3에 따라 제조된 음극 활물질 97.5 중량%, 카르복시 메틸셀룰로스 1.0 중량% 및 스티렌-부타디엔 러버 1.5 중량%를 물 용매 중에서 혼합하여 음극 활물질 슬러리를 제조하였다. 제조된 슬러리에 하기 표 2에 나타낸 압력을 가하여 활물질과 바인더로 제조된 슬러리 펠렛을 제조하였다. 제조된 슬러리 펠렛을 실시예 14 내지 19 및 비교예 13 내지 20으로 명명하였다.A negative active material slurry was prepared by mixing 97.5% by weight of an anode active material prepared according to Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3, 1.0% by weight of carboxymethylcellulose, and 1.5% by weight of styrene-butadiene rubber in a water solvent. A slurry pellet made of an active material and a binder was prepared by applying the pressure shown in Table 2 below to the prepared slurry. The prepared slurry pellets were named Examples 14 to 19 and Comparative Examples 13 to 20.
제조된 분말 펠렛에 대하여 CuKα선을 이용한 X-선 회절(XRD)을 측정 실험을 실시하여, (002)면 및 (110)면의 강도를 얻었다. 이 결과로부터, 피크 강도비 I(002)/I(110)를 구하여, 그 결과를 하기 표 3 및 도 3에 나타내었다. 또한, 측정된 피크 강도비 I(002)/I(110)와 상기 표 2에 나타낸 슬러리 펠렛 밀도 값을 이용하여, (I(002)/I(110))/슬러리 펠렛 밀도값을 구하여, 하기 표 3에 나타내었다.The prepared powder pellets were subjected to X-ray diffraction (XRD) using CuKα rays to obtain the intensity of the (002) plane and the (110) plane. From this result, the peak intensity ratio I (002) /I (110) was obtained, and the results are shown in Table 3 and Fig. 3 below. In addition, using the measured peak intensity ratio I (002) /I (110) and the slurry pellet density value shown in Table 2, (I (002) /I (110) ) / slurry pellet density value was obtained, and the following It is shown in Table 3.
도 3에 나타낸 것과 같이, 실시예 1 내지 3의 음극 활물질을 이용한 실시예 14 내지 19의 펠렛의 피크 강도비 I(002)/I(110)는 77 내지 220이며, [I(002)/I(110)]/슬러리 펠렛 밀도는 45.83cc/g 내지 120.22cc/g인 반면, 비교예 1 내지 3의 음극 활물질을 이용한 비교예 13 내지 20의 펠렛의 피크 강도비 I(002)/I(110)는 200 내지 290이며, [I(002)/I(110)]/슬러리 펠렛 밀도는 144.83cc/g 내지 183.54cc/g인 결과가 나타났다.이 결과에 따라, 실시예 1 내지 3의 음극 활물질의 난배향성이 우수함, 즉 무질서도가 증가함을 알 수 있다. 특히, 실시예 3의 음극 활물질의 난배향성이 가장 우수함을 알 수 있다. 또한 이 결과에 따라, 2차 입자의 평균 입경(D50)/상기 1차 입자의 평균 입경(D50)이 1.5 내지 5를 벗어나거나(비교예 13 내지 18), 1차 입자의 종횡비가 1-7을 벗어나는 경우(비교예 19 및 20), 난배향성이 저하됨을 알 수 있다.As shown in Figure 3, the peak intensity ratio I (002) / I (110) of the pellets of Examples 14 to 19 using the negative active material of Examples 1 to 3 is 77 to 220, [I (002) /I (110) ]/Slurry pellet density is 45.83cc/g to 120.22cc/g, whereas the peak intensity ratio I(002)/I(110) of the pellets of Comparative Examples 13 to 20 using the negative electrode active material of Comparative Examples 1 to 3 ) Is 200 to 290, and [I (002) /I (110) ]/slurry pellet density is 144.83cc/g to 183.54cc/g. According to this result, the negative electrode active materials of Examples 1 to 3 It can be seen that the difficulty of orientation is excellent, that is, the degree of disorder increases. In particular, it can be seen that the negative electrode active material of Example 3 has the most excellent non-alignment properties. In addition, according to this result, the average particle diameter of the secondary particles (D50) / the average particle diameter of the primary particles (D50) deviated from 1.5 to 5 (Comparative Examples 13 to 18), or the aspect ratio of the primary particles was 1 to 7 When it deviates from (Comparative Examples 19 and 20), it can be seen that the poor orientation is lowered.
* 율 특성 평가* Rate characteristics evaluation
상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 2의 음극 활물질 97.5 중량%, 카르복시 메틸셀룰로스 1.0 중량% 및 스티렌-부타디엔 러버 1.5 중량%를 물 용매 중에서 혼합하여 음극 활물질 조성물을 제조하였다. 이 음극 활물질 조성물을 Cu 전류 집전체에 도포하여, 음극을 제조하였다.A negative active material composition was prepared by mixing 97.5% by weight of the negative active material of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 2, 1.0% by weight of carboxymethylcellulose, and 1.5% by weight of styrene-butadiene rubber in a water solvent. This negative electrode active material composition was applied to a Cu current collector to prepare a negative electrode.
제조된 음극, 리튬 금속 대극 및 전해액을 이용하여 통상의 방법으로 코인 형태의 반쪽 전지를 제조하였다. 상기 전해액으로는1.0M LiPF6가 용해된 에틸렌 카보네이트 및 디에틸 카보네이트의 혼합 용매(50 : 50 부피비)를 사용하였다. 제조된 반쪽 전지를 실시예 20 내지 22 및 비교예 21 및 23이라 명명하였다.Using the prepared negative electrode, a lithium metal counter electrode, and an electrolyte, a coin-shaped half-cell was manufactured by a conventional method. As the electrolyte, a mixed solvent (50:50 volume ratio) of ethylene carbonate and diethyl carbonate in which 1.0M LiPF 6 was dissolved was used. The prepared half-cells were named Examples 20 to 22 and Comparative Examples 21 and 23.
제조된 반쪽 전지를 25℃서, 0.2C로 1회 충방전을 실시하여, 방전 용량을 측정하였다. 측정된 방전 용량을 하기 표 4에 나타내었다.The prepared half-cell was charged and discharged once at 25°C and 0.2C, and the discharge capacity was measured. The measured discharge capacity is shown in Table 4 below.
또한, 제조된 반쪽 전지를 25℃에서 0.2C로 1회, 0.5C로 1회, 1.0C로 1회, 2.0C로 1회 및 3.0C로 1회 충방전을 실시하여 충방전 용량을 측정하였다. 0.2C 충전 용량에 대한 0.5C 충전 용량비, 0.2C 충전 용량에 대한 1.0C 충전 용량비 및 0.2C 충전 용량에 대한 2.0C 충전 용량비를 계산하여 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다. 또한, 0.2C 방전 용량에 대한 1.0C 방전 용량비, 0.2C 방전 용량에 대한 2.0C 방전 용량비 및 0.2C 방전 용량에 대한 3.0C 방전 용량비를 계산하여 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다.In addition, the prepared half-cell was charged and discharged once at 25°C at 0.2C, once at 0.5C, once at 1.0C, once at 2.0C, and once at 3.0C to measure the charge/discharge capacity. . The 0.5C charging capacity ratio to the 0.2C charging capacity, the 1.0C charging capacity ratio to the 0.2C charging capacity, and the 2.0C charging capacity ratio to the 0.2C charging capacity were calculated, and the results are shown in Table 4 below. In addition, 1.0C discharge capacity ratio to 0.2C discharge capacity, 2.0C discharge capacity ratio to 0.2C discharge capacity, and 3.0C discharge capacity ratio to 0.2C discharge capacity were calculated, and the results are shown in Table 4 below.
상기 표 4에 나타낸 것과 같이, 실시예 1 내지 3의 음극 활물질을 이용한 실시예 20 내지 22의 반쪽 전지의 충방전율 특성이 비교예 1 내지 3의 음극 활물질을 이용한 비교예 21 내지 23의 반쪽 전지에 비하여 우수함을 알 수 있다. 특히, 실시예 21 내지 22의 반쪽 전지의 고율 특성이 비교예 21 내지 23보다 매우 우수함을 알 수 있다. 또한 이 결과에 따라, 2차 입자의 평균 입경(D50)/상기 1차 입자의 평균 입경(D50)이 1.5 내지 5를 벗어나거나(비교예 21 및 22), 1차 입자의 종횡비가 1-7을 벗어나는 경우(비교예 23), 충방전율 특성, 특히 고율 특성이 열화됨을 알 수 있다.이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.As shown in Table 4, the charge/discharge rate characteristics of the half-cells of Examples 20 to 22 using the negative active materials of Examples 1 to 3 were compared to the half-cells of Comparative Examples 21 to 23 using the negative active materials of Comparative Examples 1 to 3 It can be seen that it is superior compared to In particular, it can be seen that the high-rate characteristics of the half-cells of Examples 21 to 22 are much better than those of Comparative Examples 21 to 23. In addition, according to this result, the average particle diameter of the secondary particles (D50) / the average particle diameter of the primary particles (D50) deviated from 1.5 to 5 (Comparative Examples 21 and 22), or the aspect ratio of the primary particles was 1-7 It can be seen that the charge/discharge rate characteristics, particularly the high rate characteristics, are deteriorated in the case of deviating from (Comparative Example 23). Although a preferred embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited thereto, and the claims and invention It is possible to carry out various modifications within the scope of the detailed description and the accompanying drawings, and it is natural that this also falls within the scope of the present invention.
Claims (9)
상기 1차 입자의 평균 입경(D50)에 대한 상기 2차 입자의 평균 입경(D50) 비(상기 2차 입자의 평균 입경(D50)/상기 1차 입자의 평균 입경(D50)) 는 1.5 내지 5이고,
상기 1차 입자의 종횡비가 1 내지 5인
리튬 이차 전지용 음극 활물질로서,
상기 음극 활물질의 X-선 회절 패턴에 있어서, (002)면과 (110)면의 X-선 회절 강도비인 I(002)/I(110)가 50 내지 230이고,
상기 음극 활물질의 X-선 회절 패턴에 있어서, (002)면과 (110)면의 X-선 회절 강도비인 I(002)/I(110)와 상기 음극 활물질의 펠렛 밀도는 하기 식 1의 관계를 갖는 것인 리튬 이차 전지용 음극 활물질.
[식 1]
29 ≤ [(I(002)/I(110))/펠렛 밀도(cc/g)] ≤140.Including primary particles of a crystalline carbon-based material and secondary particles in which the primary particles are assembled,
The ratio of the average particle diameter (D50) of the secondary particles to the average particle diameter (D50) of the primary particles (average particle diameter of the secondary particles (D50)/average particle diameter of the primary particles (D50)) is 1.5 to 5 ego,
The aspect ratio of the primary particles is 1 to 5
As a negative active material for lithium secondary batteries,
In the X-ray diffraction pattern of the negative active material, I (002) /I (110), which is an X-ray diffraction intensity ratio of the (002) plane and the (110) plane, is 50 to 230,
In the X-ray diffraction pattern of the negative active material, I (002) / I (110) , which is the ratio of the X-ray diffraction intensity of the (002) plane and the (110) plane, and the pellet density of the negative active material are the relationship of the following equation 1 Having a negative active material for a lithium secondary battery.
[Equation 1]
29 ≤ [(I (002) /I (110) )/pellet density (cc/g)] ≤ 140.
상기 1차 입자의 평균 입경(D50)은 3㎛ 내지 10㎛인 리튬 이차 전지용 음극 활물질.The method of claim 1,
The average particle diameter (D50) of the primary particles is 3㎛ to 10㎛ negative active material for a lithium secondary battery.
상기 1차 입자의 평균 입경(D50)은 5㎛ 내지 10㎛인 리튬 이차 전지용 음극 활물질.The method of claim 1,
The average particle diameter (D50) of the primary particles is 5㎛ to 10㎛ negative active material for a lithium secondary battery.
상기 2차 입자의 평균 입경(D50)은 10㎛ 내지 25㎛인 리튬 이차 전지용 음극 활물질.The method of claim 1,
The negative active material for a lithium secondary battery having an average particle diameter (D50) of 10 μm to 25 μm of the secondary particles.
상기 결정성 탄소계 물질은 인조 흑연, 천연 흑연 또는 이들의 조합인 리튬 이차 전지용 음극 활물질.The method of claim 1,
The crystalline carbon-based material is artificial graphite, natural graphite, or a combination thereof, a negative active material for a lithium secondary battery.
상기 결정성 탄소계 물질은 인조 흑연인 리튬 이차 전지용 음극 활물질.The method of claim 1,
The crystalline carbon-based material is an artificial graphite negative active material for a lithium secondary battery.
상기 결정성 탄소계 물질은 니들 코크스형 또는 모자이크 코크스형 인조 흑연인 리튬 이차 전지용 음극 활물질.The method of claim 1,
The crystalline carbon-based material is a needle coke type or mosaic coke type artificial graphite negative active material for a lithium secondary battery.
상기 음극 활물질은 Si계 또는 Sn계 물질을 더욱 포함하는 것인 리튬 이차 전지용 음극 활물질.The method of claim 1,
The negative active material is a negative active material for a lithium secondary battery further comprising a Si-based or Sn-based material.
양극 활물질을 포함하는 양극; 및
전해질
을 포함하는 리튬 이차 전지.A negative electrode comprising the negative active material of any one of claims 1 to 8;
A positive electrode including a positive electrode active material; And
Electrolyte
Lithium secondary battery comprising a.
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