KR20210075024A - A surface treatment method of secondary battery electrode materials or secondary battery electrode using gamma rays - Google Patents

A surface treatment method of secondary battery electrode materials or secondary battery electrode using gamma rays Download PDF

Info

Publication number
KR20210075024A
KR20210075024A KR1020200173014A KR20200173014A KR20210075024A KR 20210075024 A KR20210075024 A KR 20210075024A KR 1020200173014 A KR1020200173014 A KR 1020200173014A KR 20200173014 A KR20200173014 A KR 20200173014A KR 20210075024 A KR20210075024 A KR 20210075024A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
secondary battery
electrode
reaction solution
battery electrode
metal
Prior art date
Application number
KR1020200173014A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR102542445B1 (en
Inventor
최장욱
백민성
Original Assignee
서울대학교산학협력단
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 서울대학교산학협력단 filed Critical 서울대학교산학협력단
Publication of KR20210075024A publication Critical patent/KR20210075024A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102542445B1 publication Critical patent/KR102542445B1/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
    • H01M4/13Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/139Processes of manufacture
    • 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
    • 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
    • H01M4/04Processes of manufacture in general
    • 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

Abstract

Provided is a surface treatment method of a secondary battery electrode material, including the steps of: bringing a secondary battery material in contact with a reaction solution; and irradiating gamma rays to the reaction solution in contact with the secondary battery material to form an organic layer or an inorganic layer on the surface of the secondary battery material, wherein the organic material layer formed by grafting a reactant formed according to the gamma ray irradiation on the surface of the secondary battery material, and the inorganic material layer is formed by coating the metal salt of the reaction solution, which is collapsed upon irradiation with gamma rays, on the surface of the secondary battery material.

Description

감마선을 이용한 이차전지 전극용 소재 또는 이차전지용 전극의 표면처리 방법{A surface treatment method of secondary battery electrode materials or secondary battery electrode using gamma rays}A surface treatment method of secondary battery electrode materials or secondary battery electrode using gamma rays

본 발명은 감마선을 이용한 이차전지 전극용 소재 또는 이차전지용 전극의 표면처리 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 이차전지 전극용 소재 또는 이차전지용 전극의 감마선을 이용한 표면처리 방법, 이에 따라 제조된 이차전지 전극용 소재, 이차전지 전극용 소재를 포함하는 전극 및 전극을 포함하는 리튬 이차전지에 관한 것이다.The present invention relates to a method for surface treatment of a material for a secondary battery electrode or an electrode for a secondary battery using gamma rays, and more particularly, a method for surface treatment of a material for a secondary battery electrode or an electrode for a secondary battery using gamma rays, and a secondary battery manufactured accordingly It relates to an electrode including a material for an electrode, a material for a secondary battery electrode, and a lithium secondary battery including the electrode.

흑연은 sp2 탄소가 적층되어 있는 구조의 물질로, 1950년대 화학적으로 리튬이 흑연 안으로 삽입된 물질이 발표되면서 배터리 분야에서 많은 관심을 받게 되었다. 상기 흑연은 리튬 금속과 비슷한 정도의 낮은 작동 전압과 부반응으로 안정적인 전해질을 찾지 못하다가 1990년대에 카보네이트 계열의 전해질이 성공적으로 적용되면서 상용화가 이루어졌다.Graphite is a material with a structure in which sp2 carbon is stacked, and as a material in which lithium is chemically inserted into graphite was announced in the 1950s, it received a lot of attention in the battery field. The graphite failed to find a stable electrolyte due to a low operating voltage and side reaction similar to that of lithium metal, but was commercialized as a carbonate-based electrolyte was successfully applied in the 1990s.

최근 고속충전에 대한 필요성이 요구됨에 따라 흑연을 변형시켜 충전속도를 높이고자 하는 연구들이 많은 관심을 받고 있다. 흑연 내부에서의 리튬이온 전달 속도는 이론적으로 60 ℃ 이상의 고속에서도 이용이 가능하다. 그러나, 흑연의 표면에서 리튬이 전해질로부터 탈착되는 과정과 표면 SEI(Solid Electrolyte Interphase) 층을 통과하는 과정에서 많은 저항이 걸리기 때문에 요구되는 속도특성을 충족시키지 못하는 문제가 있다. 이러한 문제점을 극복하기 위하여 많은 연구들이 진행되었지만, 흑연의 화학적으로 낮은 반응성과 카보네이트 계열 전해질 의존성 때문에 고속 충방전이 가능한 흑연이 성공적으로 상업화된 사례가 거의 없는 실정이다.Recently, as the need for high-speed charging is required, studies to increase the charging speed by modifying graphite are receiving a lot of attention. The lithium ion transfer rate inside graphite can theoretically be used even at a high speed of 60 °C or higher. However, since lithium takes a lot of resistance in the process of desorption from the electrolyte on the surface of graphite and in the process of passing through the surface SEI (Solid Electrolyte Interphase) layer, there is a problem in that the required speed characteristics cannot be satisfied. Although many studies have been conducted to overcome this problem, there are few cases in which graphite capable of high-speed charge/discharge has been successfully commercialized due to the low chemical reactivity of graphite and dependence on carbonate-based electrolytes.

실리콘계 음극은 SiOx(0≤x≤2) 조성의 규소, 산화규소를 포함하며 흑연, 탄소섬유, 카본블랙등의 전도성 탄소재를 포함할 수 있는 것을 특징으로 하는 복합체로 흑연대비 높은 이론용량을 갖기 때문에 차세대 음극 활물질로 많은 관심을 받고 있다. 하지만 흑연과 달리 심한 부피팽창 문제를 갖고 있고 이를 해결하기 위해 다양한 접근 방식들이 적용되고 있다. 특히 실리콘 표면을 유기물로 코팅하는 방식의 경우 실리콘의 부피팽창으로 인한 균열 및 전극으로부터 탈리되는 문제를 해결하는데 효과적이라고 알려져 있으며 많은 연구가 진행되고 있다. 하지만 아직까지 실리콘을 상용화할 수 있을 정도의 표면 처리 기술이 보고되지 않았고 흑연을 대체하기에는 여전히 해결해야할 문제가 많은 상태이다. Silicon-based anode is a composite characterized in that it contains silicon and silicon oxide of SiO x (0≤x≤2) composition and may contain conductive carbon materials such as graphite, carbon fiber, and carbon black, and has a higher theoretical capacity than graphite. Therefore, it is receiving much attention as a next-generation anode active material. However, unlike graphite, it has a severe volume expansion problem, and various approaches are being applied to solve it. In particular, the method of coating the silicon surface with an organic material is known to be effective in solving the problem of cracking and detachment from the electrode due to volume expansion of silicon, and many studies are being conducted. However, there are still no reports of surface treatment technology that can commercialize silicon, and there are still many problems to be solved to replace graphite.

금속산화물은 Li1+aNibCocMndO2 (0 ≤ a ≤ 0.2, 0 ≤ b < 1, 0 ≤ c < 1, 0 ≤ d < 1, b+c+d=1), Li1+e[M2-e]O4 (0 ≤ e ≤ 0.15, M= 1종류 이상의 Mn, Ni, Cr, Fe, Co, Cu), Li1+fNigCohAliO2 (0 ≤ f ≤ 0.2, 0 < g < 1, 0 < h < 1, 0 < i < 1, g+h+i=1), LiFe1-jMkPO4 (M= 1종류 이상의 전이 금속 원소, 0 ≤ j ≤ 0.5, 0 ≤ k ≤ 0.5), LilTimOn (0 < l < 7, 0 < m < 6, 0 < n < 15) 구조등이 사용되고 있으며 층상계 산화물의 경우 높은 작동 전압과 사이클 특성을 갖고 있기 때문에 현재까지 대표적인 양극물질로 사용되고 있다. 그러나, 높은 용량에 대한 수요가 높아지면서 높은 니켈 함량을 갖는 활물질이 요구되었고 그로 인해서 구조적인 불안정성을 보이게 되었다. 이를 해결하기 위하여 전해질과의 부반응을 효과적으로 해결할 수 있는 계면에 대한 연구가 진행되고 있으며 사이클이 지난 후에도 안정적으로 표면을 유지할 수 있는 새로운 계면 기술 및 이를 포함하는 금속산화물 기반 활물질에 대한 수요가 높다.Metal oxide is Li 1+a Ni b Co c Mn d O 2 (0 ≤ a ≤ 0.2, 0 ≤ b < 1, 0 ≤ c < 1, 0 ≤ d < 1, b+c+d=1), Li 1+e [M 2-e ]O 4 (0 ≤ e ≤ 0.15, M= one or more kinds of Mn, Ni, Cr, Fe, Co, Cu), Li 1+f Ni g Co h Al i O 2 (0 ≤ f ≤ 0.2, 0 < g < 1, 0 < h < 1, 0 < i < 1, g+h+i=1), LiFe 1-j M k PO 4 (M= one or more transition metal elements, 0 ≤ j ≤ 0.5, 0 ≤ k ≤ 0.5), Li l Ti m O n (0 < l < 7, 0 < m < 6, 0 < n < 15) structures, etc. Because it has voltage and cycle characteristics, it has been used as a representative anode material until now. However, as the demand for a high capacity increases, an active material having a high nickel content is required, thereby exhibiting structural instability. In order to solve this problem, research on an interface that can effectively solve a side reaction with an electrolyte is in progress, and there is a high demand for a new interface technology that can stably maintain the surface even after a cycle and a metal oxide-based active material including the same.

세라믹 기반 고체 전해질은 LiO2-Al2O3-TiO2-P2O5, LiO2-SiO2-TiO2-P2O5, LiO2-La2O3-ZrO2, LiO2-La2O3-TiO2, Li4SiO4-Li3PO4, LiO2-Al2O3-Ge2O3-P2O5 구조등이 사용되고 있으며 액체 전해질과 다르게 열에 노출되었을 때 연소되지 않아서 안정한 대체 전해질로 각광받고 있다. 특히 전기차등의 상용화로 인하여 배터리의 안정성이 점점 중요한 요소로 평가되면서 많은 연구가 집중되고 있다. 그러나, 고체 전해질의 경우 각 입자 간의 높은 계면 저항으로 인하여 상용화될 만큼의 리튬 이온 전도성을 보유하지 않았고 이로 인하여 낮은 가역성을 보여주고 있다. 이를 해결하기 위하여 금속산화물 고체전해질 표면에 유기물을 코팅하여 계면 저항을 줄이는 접근이 진행되고 있으며 이를 통해 산화물 전해질의 리튬 이온전도성을 증가시킬 수 있는 것으로 알려져 있다. Ceramic-based solid electrolytes are LiO 2 -Al 2 O 3 -TiO 2 -P 2 O 5 , LiO 2 -SiO 2 -TiO 2 -P 2 O 5 , LiO 2 -La 2 O 3 -ZrO 2 , LiO 2 -La 2 O 3 -TiO 2 , Li 4 SiO 4 -Li 3 PO 4 , LiO 2 -Al 2 O 3 -Ge 2 O 3 -P 2 O 5 structure is used, and unlike liquid electrolyte, it does not burn when exposed to heat. It is attracting attention as a stable alternative electrolyte. In particular, with the commercialization of electric vehicles, etc., the stability of the battery is being evaluated as an increasingly important factor, and a lot of research is being focused. However, the solid electrolyte does not have enough lithium ion conductivity to be commercialized due to high interfacial resistance between particles, and thus shows low reversibility. To solve this problem, an approach to reduce the interfacial resistance by coating an organic material on the surface of the metal oxide solid electrolyte is in progress, and it is known that the lithium ion conductivity of the oxide electrolyte can be increased through this.

한편, 감마선은 10 keV 이상의 에너지를 갖는 강력한 형태의 전자기 복사를 칭한다. 일반적으로, 상기 감마선은 원자핵 전이에 의해 생겨나는 고에너지 전자기 복사로부터 발생되고, 전자성과 비교하였을 때 수 cm 정도의 높은 투과도를 갖는 것을 특징으로 한다. 현재 상업적으로 박테리아 제거 등 의료기기 살균에 유용하게 쓰이고 있으며, 컨테이너 벨트를 이용하여 연속적으로 처리하는 것이 가능한 이점이 있다.On the other hand, gamma rays refer to strong forms of electromagnetic radiation with an energy of 10 keV or more. In general, the gamma rays are generated from high-energy electromagnetic radiation generated by atomic nuclear transition, and have a high transmittance of about several cm compared to electrons. Currently, it is commercially useful for sterilization of medical devices such as bacteria removal, and there is an advantage that it is possible to process continuously using a container belt.

이에, 본 발명자들은 감마선을 이용하여 액체 상태의 반응물을 이차전지 전극용 흑연(graphite), 실리콘(silicon)계 음극, 금속산화물(metal oxide), 금속황화물(metal sulfide), 리튬 금속, 나트륨 금속, 마그네슘 금속, 징크 금속, 알루미늄 금속, 유황 기반 복합체, 퀴논(quinone) 그룹이 포함된 유기물, 고분자 기반 고체 전해질, 황화물 기반 고체 전해질 또는 세라믹 기반 고체 전해질과 반응시키고, 표면을 변형시켜서 각 소재가 갖는 상기 문제를 해결하고, 향상된 계면 특성을 갖는 이차전지 소재 개발 공정을 목표로 하였다.Accordingly, the present inventors used gamma rays to convert the reactants in a liquid state to graphite for secondary battery electrodes, silicon-based anodes, metal oxides, metal sulfides, lithium metals, sodium metals, Magnesium metal, zinc metal, aluminum metal, sulfur-based composite, organic material containing a quinone group, polymer-based solid electrolyte, sulfide-based solid electrolyte or ceramic-based solid electrolyte and react with, and deform the surface, To solve the problem, a secondary battery material development process with improved interfacial properties was aimed.

대한민국 등록특허 제10-1789205Republic of Korea Patent Registration No. 10-1789205

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 감마선을 이용하여 이차전지 전극용 양극, 음극, 고체전해질의 표면을 변형시킬 수 있는 이차전지 전극용 소재의 표면처리 방법 및 이에 따라 표면 처리된 이차전지 전극용 소재를 제공하고자 한다.The present invention is to solve the above-described problems, a method for surface treatment of a material for a secondary battery electrode capable of transforming the surface of a positive electrode, a negative electrode, and a solid electrolyte for a secondary battery electrode using gamma rays, and a secondary battery surface-treated accordingly We would like to provide a material for an electrode.

아울러, 상술한 이차전지 전극용 소재를 포함함으로써 향상된 계면 특성을 갖는 이차전지 전극 및 전극을 포함하는 리튬 이차전지를 제공하고자 한다.In addition, an object of the present invention is to provide a secondary battery electrode having improved interfacial properties by including the above-described material for secondary battery electrodes, and a lithium secondary battery including the electrode.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 이차전지용 소재를 반응용액에 접촉시키는 단계; 및 이차전지용 소재와 접촉하는 반응용액에 감마선(γ-ray)을 조사하여, 이차전지용 소재의 표면에 유기물층 또는 무기물층을 형성하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기 유기물층은 상기 감마선 조사에 따라 형성되는 반응물이 상기 이차전지용 소재 표면에 그래프트된 것이며, 상기 무기물층은 상기 감마선 조사에 따라 붕괴되는 반응용액의 금속염이 상기 이차전지용 소재 표면에 코팅된 것인 것을 특징으로 하는 이차전지 전극용 소재의 표면처리 방법을 제공한다. In order to solve the above problems, the present invention comprises the steps of contacting a material for a secondary battery with a reaction solution; and irradiating gamma rays (γ-ray) to the reaction solution in contact with the secondary battery material to form an organic material layer or an inorganic material layer on the surface of the secondary battery material; The organic material layer is a material for secondary batteries, wherein the reactant formed according to the gamma ray irradiation is grafted onto the surface of the material for the secondary battery, and the inorganic material layer is a metal salt of the reaction solution that collapses according to the gamma ray irradiation. The material for the secondary battery It provides a surface treatment method of a material for a secondary battery electrode, characterized in that the coating on the surface.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 이차전지용 소재의 표면에 유기물층을 형성하는 단계는, 반응용액에 감마선(γ-ray)을 조사하여, 이차전지용 소재의 표면 또는 반응용액에 라디칼을 발생시키고, 상기 반응용액 내에 존재하는 반응물 또는 분해물을 상기 이차전지용 소재의 표면에 그래프트시킨다. In one embodiment of the present invention, the step of forming the organic layer on the surface of the material for secondary batteries comprises irradiating gamma rays (γ-ray) to the reaction solution to generate radicals on the surface of the material for secondary batteries or the reaction solution, The reactants or decomposition products present in the reaction solution are grafted onto the surface of the material for secondary batteries.

본 발명이 일 실시예에서, 상기 이차전지용 소재는, 흑연(graphite), 실리콘(silicon)계 음극, 금속산화물(metal oxide), 금속황화물(metal sulfide), 리튬 금속, 나트륨 금속, 마그네슘 금속, 징크 금속, 알루미늄 금속, 유황 기반 복합체, 퀴논(quinone) 그룹이 포함된 유기물, 고분자 기반 고체 전해질, 황화물 기반 고체 전해질 및 산화물 기반 고체 전해질로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상이다. In one embodiment of the present invention, the material for the secondary battery is graphite, silicon-based negative electrode, metal oxide, metal sulfide, lithium metal, sodium metal, magnesium metal, zinc It is at least one selected from the group consisting of metals, aluminum metals, sulfur-based composites, organic materials containing a quinone group, polymer-based solid electrolytes, sulfide-based solid electrolytes, and oxide-based solid electrolytes.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 이차전지용 소재는, 흑연(graphite), 실리콘(silicon)계 음극, 금속산화물(metal oxide) 및 산화물 기반 고체 전해질로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상이다. In an embodiment of the present invention, the material for the secondary battery is at least one selected from the group consisting of graphite, a silicon-based negative electrode, a metal oxide, and an oxide-based solid electrolyte.

본 발명의 일 실시예에서, 흑연은, 분말 형태이며, 천연흑연 혹은 탄소 재료를 원료로 열처리하여 제조된 인조흑연이다. In one embodiment of the present invention, the graphite is in the form of a powder, artificial graphite manufactured by heat-treating natural graphite or a carbon material as a raw material.

본 발명의 일 실시예에서, 실리콘계 음극은, SiOx(0≤x≤2) 조성의 규소, 진성 실리콘, n형 실리콘 또는 p형 실리콘을 포함한다. In an embodiment of the present invention, the silicon-based negative electrode includes silicon, intrinsic silicon, n-type silicon, or p-type silicon having a SiO x (0≤x≤2) composition.

본 발명의 일 실시예에서, 실리콘계 음극은, 흑연, 탄소섬유, 피치계 탄소, 그래핀, 카본 나노튜브, 활성탄 및 카본블랙으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 전도성 탄소재를 포함한다. In an embodiment of the present invention, the silicon-based negative electrode includes at least one conductive carbon material selected from the group consisting of graphite, carbon fiber, pitch-based carbon, graphene, carbon nanotubes, activated carbon, and carbon black.

본 발명의 일 실시예에서, 금속산화물은, Li1+aNibCocMndO2 (0 ≤ a ≤ 0.2, 0 ≤ b < 1, 0 ≤ c < 1, 0 ≤ d < 1, b+c+d=1), Li1+e[M2-e]O4 (0 ≤ e ≤ 0.15, M= Mn, Ni, Cr, Fe, Co, Cu 중 1종류 이상), Li1+fNigCohAliO2 (0 ≤ f ≤ 0.2, 0 < g < 1, 0 < h < 1, 0 < i < 1, g+h+i=1), LiFe1-jMkPO4 (M= 1종류 이상의 전이 금속 원소, 0 ≤ j ≤ 0.5, 0 ≤ k ≤ 0.5), LilTimOn (0 < l < 7, 0 < m < 6, 0 < n < 15) 또는 이들의 표면에 LixMOy (M=Zr, Al, Sn, Nb, Ti, Ta, 0.9 ≤ x ≤ 1.2, 1 ≤ y ≤ 3.5)이 코팅된 소재 또는 이들의 조합을 포함한다. In one embodiment of the present invention, the metal oxide is Li 1+a Ni b Co c Mn d O 2 (0 ≤ a ≤ 0.2, 0 ≤ b < 1, 0 ≤ c < 1, 0 ≤ d < 1, b +c+d=1), Li 1+e [M 2-e ]O 4 (0 ≤ e ≤ 0.15, M= Mn, at least one of Ni, Cr, Fe, Co, Cu), Li 1+f Ni g Co h Al i O 2 (0 ≤ f ≤ 0.2, 0 < g < 1, 0 < h < 1, 0 < i < 1, g+h+i=1), LiFe 1-j M k PO 4 (M= one or more transition metal elements, 0 ≤ j ≤ 0.5, 0 ≤ k ≤ 0.5), Li l Ti m O n (0 < l < 7, 0 < m < 6, 0 < n < 15) or these Li x MO y (M=Zr, Al, Sn, Nb, Ti, Ta, 0.9 ≤ x ≤ 1.2, 1 ≤ y ≤ 3.5) on the surface of the coated material or a combination thereof.

본 발명의 일 실시예에서, 산화물 기반 고체 전해질은, LiO2-Al2O3-TiO2-P2O5, LiO2-SiO2-TiO2-P2O5, LiO2-La2O3-ZrO2, LiO2-La2O3-TiO2, Li4SiO4-Li3PO4, 및 LiO2-Al2O3-Ge2O3-P2O5 로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상이다. In an embodiment of the present invention, the oxide-based solid electrolyte is, LiO 2 -Al 2 O 3 -TiO 2 -P 2 O 5 , LiO 2 -SiO 2 -TiO 2 -P 2 O 5 , LiO 2 -La 2 O 3 -ZrO 2 , LiO 2 -La 2 O 3 -TiO 2 , Li 4 SiO 4 -Li 3 PO 4 , and LiO 2 -Al 2 O 3 -Ge 2 O 3 -P 2 O 5 more than one

본 발명의 일 실시예에서, 반응용액에 분산되는 이차전지용 소재는 평균 입경이 10 nm 내지 50 ㎛ 범위의 분말이다 . In one embodiment of the present invention, the secondary battery material dispersed in the reaction solution is a powder having an average particle diameter in the range of 10 nm to 50 μm.

본 발명의 일 실시예에서 감마선은, 0.1 내지 50 kGy/hr 범위의 조사 선량율로 1 내지 1000 kGy 범위의 조사량을 조사하며, 반응용액은, 물, 방향족 탄화수소, 지방족 탄화수소, 할로겐화 탄화수소, 알코올, 에스테르, 케톤, 에테르, 카보네이트, 아마이드, 니트릴 및 설폰계열로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 용매를 포함한다. In an embodiment of the present invention, gamma rays are irradiated with an irradiation dose in the range of 1 to 1000 kGy at an irradiation dose rate in the range of 0.1 to 50 kGy/hr, and the reaction solution is water, aromatic hydrocarbons, aliphatic hydrocarbons, halogenated hydrocarbons, alcohols, esters , including one or more solvents selected from the group consisting of ketones, ethers, carbonates, amides, nitriles and sulfones.

본 발명의 일 실시예에서, 반응용액은, N-비닐-2피롤리돈, 비닐 올레핀계 단량체, 비닐 방향족계 단량체, 비닐 할로겐계 단량체, 비닐 알코올계 단량체, 에테르계 단량체, 아크릴레이트계 단량체, 아크릴산계 단량체, 아마이드계 단량체, 니트릴계 단량체 및 설폰계 단량체로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 단량체를 포함한다. In one embodiment of the present invention, the reaction solution is N-vinyl-2 pyrrolidone, vinyl olefin monomer, vinyl aromatic monomer, vinyl halogen monomer, vinyl alcohol monomer, ether monomer, acrylate monomer, and at least one monomer selected from the group consisting of acrylic acid-based monomers, amide-based monomers, nitrile-based monomers and sulfone-based monomers.

본 발명은 또한 이차전지용 소재; 및 이차전지용 소재의 표면을 둘러싸는 중합체 기반 유기물층; 을 포함하는 상술한 이차전지 전극용 소재의 표면처리 방법으로 제조된 이차전지 전극용 소재를 제공한다. The present invention also provides a material for a secondary battery; And a polymer-based organic material layer surrounding the surface of the secondary battery material; It provides a material for a secondary battery electrode prepared by the surface treatment method of the material for a secondary battery electrode, including a.

본 발명의 일 실시예에서, 유기물층의 두께는 평균 0.1 nm 내지 10 μm 범위이다. In one embodiment of the present invention, the thickness of the organic material layer ranges from 0.1 nm to 10 μm on average.

본 발명은 또한 상기 이차전지용 소재를 포함하는 이차전지 전극을 제공한다. The present invention also provides a secondary battery electrode comprising the secondary battery material.

본 발명은 상술한 이차전지 전극을 포함하는 리튬 이차전지를 제공한다. The present invention provides a lithium secondary battery including the secondary battery electrode described above.

본 발명은 이차전지용 전극을 반응용액에 침지 또는 이차전지용 전극에 반응용액을 도포하는 단계; 및 이차전지용 전극이 포함된 반응용액 또는 반응용액이 도포된 이차전지용 전극에 감마선(γ-ray)을 조사하여, 이차전지용 전극의 표면에 유기물층을 형성하는 단계; 를 포함하며, 상기 이차전지용 전극의 표면에 유기물층을 형성하는 단계는, 반응용액에 감마선(γ-ray)을 조사하여, 이차전지용 전극의 표면 또는 반응용액에 라디칼을 발생시키고, 상기 반응용액 내에 존재하는 반응물 또는 분해물을 상기 이차전지용 전극의 표면에 그래프트 시키는 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극의 표면처리 방법을 제공한다. The present invention comprises the steps of immersing an electrode for a secondary battery in a reaction solution or applying the reaction solution to an electrode for a secondary battery; and irradiating a reaction solution containing an electrode for a secondary battery or an electrode for a secondary battery coated with the reaction solution with gamma rays (γ-ray) to form an organic material layer on the surface of the electrode for a secondary battery; Including, the step of forming the organic material layer on the surface of the electrode for secondary battery, irradiating gamma rays (γ-ray) to the reaction solution to generate radicals on the surface of the electrode for secondary batteries or the reaction solution, and present in the reaction solution It provides a surface treatment method for a secondary battery electrode, characterized in that grafting the reactant or decomposition product to the surface of the secondary battery electrode.

본 발명에서 상기 이차전지 전극은, 흑연(graphite), 실리콘(silicon)계 음극, 금속산화물(metal oxide), 금속황화물(metal sulfide), 리튬 금속, 나트륨 금속, 마그네슘 금속, 징크 금속, 알루미늄 금속, 유황 기반 복합체, 퀴논(quinone) 그룹이 포함된 유기물, 고분자 기반 고체 전해질, 황화물 기반 고체 전해질 및 산화물 기반 고체 전해질로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포한다. In the present invention, the secondary battery electrode is, graphite, silicon-based negative electrode, metal oxide, metal sulfide, lithium metal, sodium metal, magnesium metal, zinc metal, aluminum metal, and at least one selected from the group consisting of a sulfur-based complex, an organic material including a quinone group, a polymer-based solid electrolyte, a sulfide-based solid electrolyte, and an oxide-based solid electrolyte.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 감마선은, 0.1 내지 50 kGy/hr 범위의 조사 선량율로 1 내지 1000 kGy 범위의 조사량을 조사한다. In an embodiment of the present invention, the gamma rays are irradiated with an irradiation dose in the range of 1 to 1000 kGy at an irradiation dose rate in the range of 0.1 to 50 kGy/hr.

본 발명의 일 실시에에서 상기 반응용액은, 물, 방향족 탄화수소, 지방족 탄화수소, 할로겐화 탄화수소, 알코올, 에스테르, 케톤, 에테르, 카보네이트, 아마이드, 니트릴 및 설폰계열로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 용매를 포함한다. In one embodiment of the present invention, the reaction solution includes at least one solvent selected from the group consisting of water, aromatic hydrocarbons, aliphatic hydrocarbons, halogenated hydrocarbons, alcohols, esters, ketones, ethers, carbonates, amides, nitriles and sulfones. do.

본 발명의 일 실시에에서 상기 반응용액은, N-비닐-2피롤리돈, 비닐 올레핀계 단량체, 비닐 방향족계 단량체, 비닐 할로겐계 단량체, 비닐 알코올계 단량체, 에테르계 단량체, 아크릴레이트계 단량체, 아크릴산계 단량체, 아마이드계 단량체, 니트릴계 단량체 및 설폰계 단량체로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 단량체를 포함할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the reaction solution is N-vinyl-2 pyrrolidone, vinyl olefin monomer, vinyl aromatic monomer, vinyl halogen monomer, vinyl alcohol monomer, ether monomer, acrylate monomer, It may include one or more monomers selected from the group consisting of acrylic acid-based monomers, amide-based monomers, nitrile-based monomers and sulfone-based monomers.

본 발명은 또한 이차전지용 전극; 및 차전지용 전극의 표면을 둘러싸는 중합체 기반 유기물층; 을 포함하며, 상술한 표면처리 방법으로 제조된 이차전지용 전극을 제공한다. The present invention also provides an electrode for a secondary battery; and a polymer-based organic material layer surrounding the surface of the electrode for a secondary battery. It includes, and provides an electrode for a secondary battery manufactured by the above-described surface treatment method.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 유기물층의 두께는 평균 0.1 nm 내지 10 μm 범위이다 .In an embodiment of the present invention, the thickness of the organic material layer ranges from 0.1 nm to 10 μm on average.

본 발명은 또한 상술한 이차전지 전극을 포함하는 리튬 이차전지를 제공한다. The present invention also provides a lithium secondary battery including the secondary battery electrode described above.

본 발명은 또한 이차전지용 전극을 반응용액에 침지 또는 이차전지용 전극에 금속염을 포함하는 반응용액을 접촉하는 단계; 및 상기 반응용액에 감마선(γ-ray)을 조사하는 단계; 상기 조사된 감마선((γ-ray)에 따라 붕괴되는 상기 금속염으로부터 얻어지는 무기물층을 상기 이차전지용 전극 표면에 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 전극 제조방법을 제공한다. The present invention also includes the steps of immersing an electrode for a secondary battery in a reaction solution or contacting a reaction solution containing a metal salt to an electrode for a secondary battery; and irradiating the reaction solution with gamma rays (γ-ray); It provides a secondary battery electrode manufacturing method comprising the step of forming an inorganic material layer obtained from the metal salt that decays according to the irradiated gamma rays ((γ-ray) on the surface of the secondary battery electrode.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 반응 용액은 LiF, LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiB(Ph)4, LiC4BO8, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, LiSO3CH3, LiSO3CF3, LiSCN, LiC(CF3SO2)3, LiN(CF3SO2)2, LiN(C2F5SO2)2, LiN(SO2F)2, 클로로 보란 리튬, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4 페닐 붕산 리튬 및 이미드로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 성분을 포함하며, 상기 감마선의 에너지는 상기 금속염을 이온화시킬 수 있는 수준이다 .In one embodiment of the present invention, the reaction solution is LiF, LiCl, LiBr, LiI, LiClO 4 , LiBF 4 , LiB 10 Cl 10 , LiB(Ph) 4 , LiC 4 BO 8 , LiPF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiCF 3 CO 2, LiAsF 6, LiSbF 6, LiAlCl 4, LiSO 3 CH 3, LiSO 3 CF 3, LiSCN, LiC (CF 3 SO 2) 3, LiN (CF 3 SO 2) 2, LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 , LiN(SO 2 F) 2 , lithium chloroborane, lithium lower aliphatic carboxylate, lithium 4-phenyl borate, and at least one component selected from the group consisting of imides, wherein the energy of the gamma rays ionizes the metal salt level that can be done.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 이차전지 전극 표면에는 감마선(γ-ray) 조사에 따라 붕괴된 금속염을 포함하는 무기물층이 형성된다. In an embodiment of the present invention, an inorganic material layer including a metal salt that has collapsed according to gamma ray (γ-ray) irradiation is formed on the surface of the secondary battery electrode.

본 발명은 또한 상술한 이차전지 전극을 포함하는 이차전지를 제공한다. The present invention also provides a secondary battery including the secondary battery electrode described above.

본 발명은 반응용액 내에 이차전지용 소재를 분산 또는 이차전지용 전극을 침지/도포 시킨 후 감마선을 조사함으로써, 비교적 반응성이 낮은 소재의 표면에 다양한 성분의 분해층을 쉽게 형성시킬 수 있다. 같은 원리로 이차전지 전극 위에 반응용액을 도포한 후 감마선을 조사하여 분해층을 코팅할 수 있다. The present invention can easily form a decomposition layer of various components on the surface of a material with relatively low reactivity by dispersing a material for a secondary battery in a reaction solution or immersing/applying an electrode for a secondary battery and then irradiating with gamma rays. In the same principle, the decomposition layer can be coated by applying a reaction solution on the secondary battery electrode and then irradiating gamma rays.

특히, 상기 감마선을 조사하는 과정에서 추가적인 반응 개시제 등을 첨가할 필요 없이, 반응용액과 이차전지용 소재 또는 이차전지용 전극을 반응시켜 분해층을 형성하는 것이 가능하다.In particular, it is possible to form a decomposition layer by reacting a reaction solution with a material for a secondary battery or an electrode for a secondary battery without adding an additional reaction initiator or the like in the process of irradiating the gamma rays.

이에 따라 제조된 이차전지 전극용 소재 또는 이차전지용 전극은 분해층에 의하여 표면이 개질되어 종래의 소재가 갖고 있던 율속 문제, 낮은 사이클 효율등의 문제를 효과적으로 개선시킨 이차전지를 제공할 수 있다.As a result, the secondary battery electrode material or secondary battery electrode manufactured in this way has a surface modified by the decomposition layer to provide a secondary battery in which problems such as rate limit problem and low cycle efficiency of conventional materials are effectively improved.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 전극용 소재의 표면처리 방법을 나타내는 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 전극의 표면처리 방법을 나타내는 순서도이다.
도 3은 제조예 1에서 코팅된 흑연의 TGA 데이터를 나타낸 도면이다.
도 4는 제조예 1에서 코팅된 흑연의 SEM-EDS 데이터를 나타낸 도면이다.
도 5는 실시예 1, 비교예 1에서 제조한 코팅된 흑연의 일정전류 모드에서의 율속 특성을 보여주는 그래프이다
도 6은 실시예 2, 비교예 2에서 제조한 마이크로 실리콘 음극의 일정전류 모드에서의 전기화학 특성을 보여주는 그래프이다
도 7은 실시예 3, 비교예 3에서 제조한 금속산화물 양극의 일정전류 모드에서의 사이클 특성을 보여주는 그래프이다
도 8은 실시예 4, 비교예 4에서 제조한 산화물 고체전해질의 리튬 이온전도도 측정을 보여주는 그래프이다.
도 9는 비교예1과 실시예 5-13에서 제조한 리튬 이차전지를 이용하여 율특성을 비교한 그래프이다.
도 10은 비교예5와 감마선을 처리한 실시예 14의 율속특성과 충방전 특성을 비교한 그래프이다.
1 is a flowchart illustrating a surface treatment method of a material for a secondary battery electrode according to an embodiment of the present invention.
2 is a flowchart illustrating a method for surface treatment of a secondary battery electrode according to an embodiment of the present invention.
3 is a view showing TGA data of the graphite coated in Preparation Example 1.
4 is a view showing SEM-EDS data of the graphite coated in Preparation Example 1.
5 is a graph showing the rate-rate characteristics of the coated graphite prepared in Example 1 and Comparative Example 1 in a constant current mode;
6 is a graph showing the electrochemical characteristics of the micro-silicon negative electrode prepared in Example 2 and Comparative Example 2 in a constant current mode.
7 is a graph showing cycle characteristics of the metal oxide anodes prepared in Example 3 and Comparative Example 3 in a constant current mode.
8 is a graph showing the lithium ion conductivity measurement of the oxide solid electrolyte prepared in Example 4 and Comparative Example 4;
9 is a graph comparing rate characteristics using the lithium secondary batteries prepared in Comparative Example 1 and Examples 5-13.
10 is a graph comparing the rate and discharge characteristics of Comparative Example 5 and Example 14 treated with gamma rays.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다.Since the present invention can have various changes and can have various embodiments, specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description.

그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and it should be understood to include all modifications, equivalents and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known technology may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.The terms used in the present application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise.

본 발명에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.In the present invention, terms such as "comprises" or "have" are intended to designate that the features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification exist, but one or more other features It should be understood that this does not preclude the possibility of addition or existence of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위하여 이차전지 전극용 소재에 감마선과 반응할 수 있는 반응용액을 접촉시키고 접촉된 반응용액에 감마선을 조사하여 이차전지 성능에 영향을 줄 수 있는 유기물층 또는 무기물층을 형성시킨다.In order to solve the above problem, the present invention is an organic material layer or an inorganic material layer that can affect the secondary battery performance by contacting a reaction solution capable of reacting with gamma rays to a material for secondary battery electrodes and irradiating the contacted reaction solution with gamma rays to form

따라서 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 전극 제조방법은 이차전지용 소재를 반응용액에 접촉시키는 단계; 및 이차전지용 소재와 접촉하는 반응용액에 감마선(γ-ray)을 조사하여, 이차전지용 소재의 표면에 유기물층 또는 무기물층을 형성하는 단계; 를 포함하며, Therefore, the method for manufacturing a secondary battery electrode according to an embodiment of the present invention includes the steps of contacting a material for a secondary battery with a reaction solution; and irradiating gamma rays (γ-ray) to the reaction solution in contact with the secondary battery material to form an organic material layer or an inorganic material layer on the surface of the secondary battery material; includes,

상기 반응용액의 선택에 따라 형성되는 유기물층은 상기 감마선 조사에 따라 형성되는 반응물이 상기 이차전지용 소재 표면에 그래프트된 것이다. 또한 만약 감마선 조사에 따라 형성되는 코팅층이 무기물층인 경우, 상기 무기물층은 상기 감마선 조사에 따라 붕괴되는 반응용액의 금속염이 상기 이차전지용 소재 표면에 코팅된 것일 수 있다. The organic material layer formed according to the selection of the reaction solution is a material formed by the gamma ray irradiation is grafted onto the surface of the secondary battery material. In addition, if the coating layer formed by gamma ray irradiation is an inorganic material layer, the inorganic material layer may be one in which a metal salt of a reaction solution that is disintegrated according to the gamma ray irradiation is coated on the surface of the material for secondary batteries.

즉, 본 발명은 감마선을 이용하여 이차전지 전극용 소재의 표면을 변형시킬 수 있는 이차전지 전극용 소재의 표면처리 방법 및 이에 따라 제조된 이차전지 전극용 소재에 관한 것이다.That is, the present invention relates to a method for surface treatment of a material for a secondary battery electrode capable of deforming the surface of the material for a secondary battery electrode by using gamma rays, and a material for a secondary battery electrode manufactured thereby.

아울러, 상술한 이차전지 전극용 소재를 포함함으로써 향상된 성능의 계면을 갖는 이차전지 전극 및 전극을 포함하는 리튬 이차전지에 관한 것이다.In addition, it relates to a secondary battery electrode having an interface of improved performance by including the material for the secondary battery electrode described above, and a lithium secondary battery including the electrode.

흑연을 전극물질로 사용하는 경우, 상기 흑연 내부에서의 리튬이온 전달 속도는 이론적으로 60℃ 이상의 고속에서도 이용이 가능하다. 그러나, 상기 흑연의 표면에서 리튬이 전해질로부터 탈착되는 과정과 표면 SEI 층을 통과하는 과정에서 많은 저항이 걸리기 때문에 요구되는 속도특성을 충족시키지 못하는 문제가 있었다.When graphite is used as an electrode material, the lithium ion transfer rate in the graphite can be theoretically used even at a high speed of 60° C. or higher. However, there is a problem in that the required speed characteristics cannot be satisfied because a lot of resistance is taken in the process of lithium being desorbed from the electrolyte and passing through the surface SEI layer on the surface of the graphite.

실리콘을 전극물질로 사용하는 경우, 흑연과 비슷한 작동전압과 상대적으로 높은 용량을 갖고 있기 때문에 새로운 음극 물질로 각광받고 있다. 그러나, 상기 실리콘은 충방전 과정중에 심한 부피팽창을 포함하고 이로 인해서 균열과 전극으로부터의 탈리등의 문제를 갖고 있었다.When silicon is used as an electrode material, it is in the spotlight as a new cathode material because it has a similar operating voltage and relatively high capacity to graphite. However, the silicon includes severe volume expansion during the charging and discharging process, and thus has problems such as cracking and detachment from the electrode.

코발트 기반 층상계 금속산화물을 전극물질로 사용하는 경우, 양극으로서 높은 작동 전압과 사이클 특성을 얻을 수 있어 대표적인 양극물질로 사용되고 있다. 그러나, 높은 용량에 대한 수요가 높아지면서 니켈의 함량을 높이게 되었고 그 결과 계면의 불안정성으로 인한 구조 변화를 야기하는 등의 이유로 가역성이 떨어지는 문제를 갖고 있었다.When a cobalt-based layered metal oxide is used as an electrode material, a high operating voltage and cycle characteristics can be obtained as an anode, so it is used as a representative anode material. However, as the demand for high capacity increases, the content of nickel is increased, and as a result, there is a problem of poor reversibility due to the structural change caused by the instability of the interface.

금속산화물 기반 고체 전해질을 전극물질로 사용하는 경우, 액체 전해질과 다르게 연소되지 않아서 안정한 대체 전해질로 각광받고 있다. 그러나, 전해질 입자간의 높은 계면 저항으로 인하여 낮은 가역성을 보여주고 있었다. When a metal oxide-based solid electrolyte is used as an electrode material, unlike a liquid electrolyte, it does not burn, and thus is in the spotlight as a stable alternative electrolyte. However, it showed low reversibility due to the high interfacial resistance between the electrolyte particles.

이에, 본 발명은 감마선을 이용하여 액체 상태의 반응물을 흑연(graphite), 실리콘(silicon)계 음극, 금속산화물(metal oxide)계 양극, 또는 세라믹 기반 고체 전해질의 이차전지용 소재와 반응시켜, 소재의 계면 문제를 개선할 수 있는 이차전지 전극용 소재의 표면처리 방법, 이에 따라 제조된 이차전지 전극용 소재, 이차전지 전극용 소재를 포함하는 이차전지 전극 및 전극을 포함하는 리튬 이차전지를 제공하고자 한다.Accordingly, the present invention uses gamma rays to react a liquid reactant with a material for a secondary battery of graphite, a silicon-based negative electrode, a metal oxide-based positive electrode, or a ceramic-based solid electrolyte. To provide a surface treatment method of a material for a secondary battery electrode that can improve the interface problem, a secondary battery electrode including the secondary battery electrode material, a secondary battery electrode including the secondary battery electrode material, and a lithium secondary battery including the electrode .

이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

이차전지 전극용 소재의 표면처리 방법Surface treatment method of materials for secondary battery electrodes

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 전극용 소재의 표면처리 방법을 나타내는 순서도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 이차전지 전극용 소재의 표면처리 방법은 이차전지용 소재를 반응용액에 분산시키는 단계(S100); 및1 is a flowchart illustrating a surface treatment method of a material for a secondary battery electrode according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1 , the method for surface treatment of a material for a secondary battery electrode according to the present invention includes the steps of dispersing a secondary battery material in a reaction solution (S100); and

이차전지용 소재가 포함된 반응용액에 감마선(γ-ray)을 조사하여, 이차전지용 소재의 표면에 분해층을 형성하는 단계(S200); 를 포함하며,Forming a decomposition layer on the surface of the secondary battery material by irradiating gamma rays (γ-ray) to the reaction solution containing the secondary battery material (S200); includes,

상기 이차전지용 소재의 표면에 분해층을 형성하는 단계는, 반응용액에 감마선(γ-ray)을 조사하여, 이차전지용 소재의 표면 또는 반응용액에 라디칼을 발생시키고, 상기 반응용액 내에 존재하는 반응물 또는 분해물을 상기 이차전지용 소재의 표면에 그래프트 시키는 것을 특징으로 한다.In the step of forming a decomposition layer on the surface of the material for secondary batteries, gamma rays (γ-ray) are irradiated to the reaction solution to generate radicals on the surface or reaction solution of the material for secondary batteries, and reactants present in the reaction solution or It is characterized in that the decomposition product is grafted onto the surface of the material for secondary batteries.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 고체 형태의 전극 소재가 분산되어 있는 반응용액에 감마선을 조사하게 되면, 소재의 표면 및 반응용액에서 감마선의 에너지를 흡수하여 라디칼을 형성하게 되고, 반응 용액 내에 존재하는 다른 분자들과 서로 쉽게 반응할 수 있어, 소재 표면에 산소, 질소, 수소 등을 포함하는 분해층이 쉽게 생성될 수 있다. 보다 구체적으로, 상술한 바와 같이, 이차전지용 소재의 표면에 분해층을 형성하는 단계는, 이차전지용 소재가 분산된 반응용액에 감마선(γ-ray)을 조사하여, 상기 이차전지용 소재의 표면 혹은 반응용액에 라디칼을 발생시켜, 상기 반응용액 내에 존재하는 반응물을 그래프트 시키거나 분해물을 표면에 코팅할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, when gamma rays are irradiated to a reaction solution in which a solid electrode material is dispersed, energy of gamma rays is absorbed from the surface of the material and the reaction solution to form radicals, and is present in the reaction solution Since they can easily react with other molecules that do this, a decomposition layer containing oxygen, nitrogen, hydrogen, etc. can be easily formed on the surface of the material. More specifically, as described above, in the step of forming the decomposition layer on the surface of the material for secondary batteries, gamma rays (γ-ray) are irradiated to the reaction solution in which the material for secondary batteries is dispersed, and the surface or reaction of the material for secondary batteries is By generating radicals in the solution, the reactants present in the reaction solution may be grafted or the decomposition product may be coated on the surface.

이차전지용 소재는 반응용액에 분산시키고, 방사선을 조사할 수 있다. 방사선은 통상의 감마선(γ-rays), 자외선(UV), 전자선(β-rays), 이온빔, 중성자 빔, X선을 사용할 수 있다. 한편, 감마선은 수 cm 정도의 투과 깊이를 갖고 있어, 연속적인 코팅 공정이 가능하기 때문에, 본 발명의 일 실시예에서 상기 방사선은 감마선(γ-rays)일 수 있다. 보다 구체적으로, 0.1 내지 50 kGy/hr 범위의 조사 선량율로 1 내지 1000 kGy 범위의 감마선을 상기 반응용액에 조사할 수 있다. 상기 감마선의 조사량은 반응용액의 종류에 따라 그 범위가 달라질 수 있으나, 바람직하게는 0.5 내지 10 kGy/hr 범위의 조사 선량율로, 5 내지 500 kGy 범위 일 수 있다. 이때, 상기 조사 선량율이 0.1 kGy/hr 미만인 경우, 표면 처리 시간이 매우 길어 생산성이 낮아질 수 있으며, 50 kGy/hr 를 초과하는 경우, 열적 손상이 야기되어 소재의 성능 저하가 야기될 수 있다. 또한, 감마선의 총 조사량이 1 kGy 미만인 경우, 반응하는 양이 미미하여 활용되기 어려울 수 있으며, 1000 kGy 을 초과하는 경우, 소재 및 결합이 많이 깨져서 원치 않는 저하된 물성을 얻을 수 있다. 따라서, 상술한 감마선 조사 범위가 바람직하다.The secondary battery material can be dispersed in the reaction solution and irradiated with radiation. As the radiation, conventional gamma rays (γ-rays), ultraviolet rays (UV), electron beams (β-rays), ion beams, neutron beams, and X-rays may be used. Meanwhile, since gamma rays have a penetration depth of several cm, a continuous coating process is possible, and thus, in an embodiment of the present invention, the radiation may be gamma rays (γ-rays). More specifically, the reaction solution may be irradiated with gamma rays in the range of 1 to 1000 kGy at an irradiation dose rate in the range of 0.1 to 50 kGy/hr. The irradiation dose of the gamma rays may vary in the range depending on the type of the reaction solution, but preferably at an irradiation dose rate in the range of 0.5 to 10 kGy/hr, and may be in the range of 5 to 500 kGy. At this time, if the irradiation dose rate is less than 0.1 kGy / hr, the surface treatment time may be very long and productivity may be lowered, and if it exceeds 50 kGy / hr, thermal damage may be caused, which may cause deterioration of the performance of the material. In addition, when the total irradiation amount of gamma rays is less than 1 kGy, the amount of reaction may be insignificant and may be difficult to utilize, and if it exceeds 1000 kGy, the material and bonding may be broken a lot, so that undesirable lowered physical properties may be obtained. Therefore, the above-mentioned gamma-ray irradiation range is preferable.

특히, 본 발명의 이차전지 전극용 소재의 표면처리 방법에 따르면, 전극 소재가 분산되어 있는 반응용액에 조사되는 감마선의 조사량 등을 제어함으로써, 표면 처리 정도를 용이하게 조절할 수 있고, 화학적 개질 반응에 추가적인 개시제 등을 사용하지 않아 다량의 이차전지용 소재를 용이하게 표면 개질할 수 있다.In particular, according to the method for surface treatment of a material for a secondary battery electrode of the present invention, by controlling the amount of gamma rays irradiated to the reaction solution in which the electrode material is dispersed, the degree of surface treatment can be easily adjusted, and the chemical modification reaction Since an additional initiator is not used, a large amount of material for secondary batteries can be easily surface-modified.

아울러, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 전극용 소재의 표면처리 방법에서, 용매는 물, 방향족 탄화수소, 지방족 탄화수소, 할로겐화 탄화수소, 알코올, 에스테르, 케톤, 에테르, 카보네이트, 아마이드, 니트릴, 설폰계열 등으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다. 이때, 전극 소재의 분산성을 고려하여, 분산성이 우수한 용매를 선택하는 것이 바람직하며, 또한 상기 용매에 중합되기 쉬운 구조체를 갖는 단량체를 추가로 포함할 수 있다. In addition, in the method for surface treatment of a material for a secondary battery electrode according to an embodiment of the present invention, the solvent is water, aromatic hydrocarbon, aliphatic hydrocarbon, halogenated hydrocarbon, alcohol, ester, ketone, ether, carbonate, amide, nitrile, sulfone series. It may include one or more selected from the group consisting of. In this case, in consideration of the dispersibility of the electrode material, it is preferable to select a solvent having excellent dispersibility, and may further include a monomer having a structure that is easily polymerized in the solvent.

구체적으로, 단량체는 N-비닐-2피롤리돈, 비닐 올레핀계 단량체, 비닐 방향족계 단량체, 비닐 할로겐계 단량체, 비닐 알코올계 단량체, 에테르계 단량체, 아크릴레이트계 단량체, 아크릴산계 단량체, 아마이드계 단량체, 니트릴계 단량체 및 설폰계 단량체로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있다. 이때 용매와 단량체의 비율과 조사량을 통해서 코팅층을 조절할 수 있으며, 단량체의 구조는 라디칼 반응을 통해 쉽게 중합반응이 개시되는 비닐계 작용기, 링구조등을 포함할 수 있으며 일 예로, N-메틸-2-피롤리돈일 수 있으며, 또는 N-비닐-2-피롤리돈일 수 있다. 다만, 상기 N-비닐-2-피롤리돈을 사용하는 경우, 중합이 심하게 일어나, 흑연이 분산된 용액 전체가 딱딱한 겔 형태가 될 수 있으므로, DMF 와 함께 반응시켜 사용할 수 있다. 이때, NVP와 DMF의 중량 비율은 9:1 일 수 있다.Specifically, the monomer is N-vinyl-2 pyrrolidone, vinyl olefin-based monomer, vinyl aromatic monomer, vinyl halogen-based monomer, vinyl alcohol-based monomer, ether-based monomer, acrylate-based monomer, acrylic acid-based monomer, amide-based monomer , may be at least one selected from the group consisting of nitrile-based monomers and sulfone-based monomers. In this case, the coating layer can be controlled through the ratio and irradiation amount of the solvent and the monomer, and the structure of the monomer may include a vinyl-based functional group that easily initiates a polymerization reaction through a radical reaction, a ring structure, etc. For example, N-methyl-2 - may be pyrrolidone, or may be N-vinyl-2-pyrrolidone. However, in the case of using the N-vinyl-2-pyrrolidone, polymerization occurs severely, and the entire solution in which graphite is dispersed may become a hard gel, so it may be used by reacting with DMF. In this case, the weight ratio of NVP and DMF may be 9:1.

그리고, 감마선 조사가 완료된 반응용액은 혼합물의 상층액을 제거한 후 상온 진공하에서 건조하여, 이차전지 전극용 흑연기반 소재의 표면처리를 완료할 수 있다. 이때, 평균 6 내지 16시간 동안 건조시킬 수 있으며, 일 예로 12시간 동안 처리하여 건조시킬 수 있다.In addition, the reaction solution after irradiation with gamma rays is dried under vacuum at room temperature after removing the supernatant of the mixture to complete the surface treatment of the graphite-based material for secondary battery electrodes. In this case, it may be dried for an average of 6 to 16 hours, for example, it may be dried by treatment for 12 hours.

한편, 상기 이차전지용 소재는 입자 또는 분말 형태의 흑연(graphite), 실리콘(silicon)계 음극, 금속산화물(metal oxide), 금속황화물(metal sulfide), 리튬 금속, 나트륨 금속, 마그네슘 금속, 징크 금속, 알루미늄 금속, 유황 기반 복합체, 퀴논(quinone) 그룹이 포함된 유기물, 고분자 기반 고체 전해질, 황화물 기반 고체 전해질 또는 세라믹 기반 고체 전해질 또는 이를 이용하여 만들어진 이차전지용 전극일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 이차전지용 소재는 흑연(graphite), 실리콘(silicon)계 음극, 금속산화물(metal oxide) 및 산화물 기반 고체 전해질로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있으며, 또는 흑연일 수 있다.On the other hand, the material for the secondary battery is graphite in the form of particles or powder, a silicon-based negative electrode, a metal oxide, a metal sulfide, a lithium metal, a sodium metal, a magnesium metal, a zinc metal, It may be an aluminum metal, a sulfur-based composite, an organic material including a quinone group, a polymer-based solid electrolyte, a sulfide-based solid electrolyte or a ceramic-based solid electrolyte, or an electrode for a secondary battery made using the same. More specifically, the material for the secondary battery may be at least one selected from the group consisting of graphite, a silicon-based negative electrode, a metal oxide, and an oxide-based solid electrolyte, or may be graphite.

흑연은, 분말 형태이며, 천연흑연 혹은 탄소 재료를 원료로 열처리하여 제조된 인조흑연일 수 있다.Graphite is in the form of a powder, and may be artificial graphite manufactured by heat-treating natural graphite or a carbon material as a raw material.

실리콘계 음극은 SiOx(0≤x≤2) 조성의 규소, 진성 실리콘, n형 실리콘 또는 p형 실리콘을 포함할 수 있으며, 특정 양태로서, 상기 실리콘계 음극은 흑연, 탄소섬유, 피치계 탄소, 그래핀, 카본 나노튜브, 활성탄 및 카본블랙으로 이루어진 군으로부 터 선택되는 하나 이상의 전도성 탄소재를 포함하는 복합체일 수 있다.The silicon-based negative electrode may include silicon, intrinsic silicon, n-type silicon or p-type silicon of SiO x (0≤x≤2) composition, and in a specific embodiment, the silicon-based negative electrode is graphite, carbon fiber, pitch-based carbon, yes It may be a composite including one or more conductive carbon materials selected from the group consisting of fins, carbon nanotubes, activated carbon, and carbon black.

금속산화물은 Li1+aNibCocMndO2 (0 ≤ a ≤ 0.2, 0 ≤ b < 1, 0 ≤ c < 1, 0 ≤ d < 1, b+c+d=1), Li1+e[M2-e]O4 (0 ≤ e ≤ 0.15, M= Mn, Ni, Cr, Fe, Co, Cu 중 1종류 이상), Li1+fNigCohAliO2 (0 ≤ f ≤ 0.2, 0 < g < 1, 0 < h < 1, 0 < i < 1, g+h+i=1), LiFe1-jMkPO4 (M= 1종류 이상의 전이 금속 원소, 0 ≤ j ≤ 0.5, 0 ≤ k ≤ 0.5), LilTimOn (0 < l < 7, 0 < m < 6, 0 < n < 15) 또는 이들의 표면에 LixMOy (M=Zr, Al, Sn, Nb, Ti, Ta, 0.9 ≤ x ≤ 1.2, 1 ≤ y ≤ 3.5)이 코팅된 소재 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.Metal oxide is Li 1+a Ni b Co c Mn d O 2 (0 ≤ a ≤ 0.2, 0 ≤ b < 1, 0 ≤ c < 1, 0 ≤ d < 1, b+c+d=1), Li 1+e [M 2-e ]O 4 (0 ≤ e ≤ 0.15, M= Mn, at least one of Ni, Cr, Fe, Co, Cu), Li 1+f Ni g Co h Al i O 2 ( 0 ≤ f ≤ 0.2, 0 < g < 1, 0 < h < 1, 0 < i < 1, g+h+i=1), LiFe 1-j M k PO 4 (M= one or more transition metal elements) , 0 ≤ j ≤ 0.5, 0 ≤ k ≤ 0.5), Li l Ti m O n (0 < l < 7, 0 < m < 6, 0 < n < 15) or Li x MO y (M =Zr, Al, Sn, Nb, Ti, Ta, 0.9 ≤ x ≤ 1.2, 1 ≤ y ≤ 3.5) coated material or a combination thereof.

산화물 기반 고체 전해질은 LiO2-Al2O3-TiO2-P2O5, LiO2-SiO2-TiO2-P2O5, LiO2-La2O3-ZrO2, LiO2-La2O3-TiO2, Li4SiO4-Li3PO4, 및 LiO2-Al2O3-Ge2O3-P2O5 로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있다.Oxide-based solid electrolytes are LiO 2 -Al 2 O 3 -TiO 2 -P 2 O 5 , LiO 2 -SiO 2 -TiO 2 -P 2 O 5 , LiO 2 -La 2 O 3 -ZrO 2 , LiO 2 -La 2 O 3 -TiO 2 , Li 4 SiO 4 -Li 3 PO 4 , and LiO 2 -Al 2 O 3 -Ge 2 O 3 -P 2 O 5 may be at least one selected from the group consisting of.

금속황화물은 MS2 (M= Ti, Mo, Mn 중 1종류 이상)로 표시되는 이차원 층상 구조의 황화물 및 MxMo6S8 (M= Mg, Pb, Ag, Cu 중 1종류 이상, 0≤x≤2)로 표시되는 슈브렐상(Chevrel phase) 구조일 수 있다.Metal sulfide is a sulfide having a two-dimensional layered structure represented by MS 2 (M = at least one of Ti, Mo, Mn) and M x Mo 6 S 8 (M = at least one of Mg, Pb, Ag, Cu, 0≤ x≤2), and may have a Chevrel phase structure.

리튬 금속은 Al, Si, Ge, Sn, Pb, Sb, Bi 및 Mg로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 금속을 포함하는 함금일 수 있다. 아울러, 상기 리튬금속은 분말, 폼 또는 포일 형태일 수 있다.The lithium metal may be an alloy including at least one metal selected from the group consisting of Al, Si, Ge, Sn, Pb, Sb, Bi, and Mg. In addition, the lithium metal may be in the form of powder, foam or foil.

나트륨 금속은 나트륨 금속일 수 있으며. 또는 나트륨을 포함하는 합금일 수 있다. 특정 양태로서, 나트륨을 포함하는 무기계 재료일 수 있다. 아울러, 상기 나트륨 금속은 분말, 폼 또는 포일 형태일 수 있다.The sodium metal may be sodium metal. Or it may be an alloy containing sodium. In a specific embodiment, it may be an inorganic material including sodium. In addition, the sodium metal may be in the form of powder, foam or foil.

마그네슘 금속은 마그네슘 금속일 수 있으며, 또는 마그네슘을 포함하는 합금일 수 있다. 특정 양태로서, 마그네슘을 포함하는 무기계 재료일 수 있다. 아울러, 상기 마그네슘 금속은 분말, 폼 또는 포일 형태일 수 있다.The magnesium metal may be a magnesium metal, or may be an alloy containing magnesium. In a specific embodiment, it may be an inorganic material including magnesium. In addition, the magnesium metal may be in the form of powder, foam or foil.

징크금속은, 징크 금속일 수 있으며, 또는 징크를 포함하는 합금일 수 있다. 특정 양태로서, 징크를 포함하는 무기계 재료일 수 있다. 아울러, 상기 징크금속은 분말, 폼 또는 포일 형태일 수 있다.The zinc metal may be a zinc metal, or may be an alloy containing zinc. In a specific embodiment, it may be an inorganic material including zinc. In addition, the zinc metal may be in the form of powder, foam or foil.

알루미늄 금속은, 알루미늄 금속일 수 있으며, 알루미늄을 포함하는 합금일 수 있다. 특정 양태로서, 알루미늄을 포함하는 무기계 재료일 수 있다. 아울러, 상기 알루미늄 금속은 분말, 폼 또는 포일 형태일 수 있다.The aluminum metal may be an aluminum metal, and may be an alloy including aluminum. In a specific embodiment, it may be an inorganic material including aluminum. In addition, the aluminum metal may be in the form of powder, foam or foil.

유황 기반 복합체는, 무기 황(S8, elemental sulfur), Li2Sn(n≥1), 유기황 화합물, 탄소-황 폴리머((C2Sx)n, 여기에서, x=2.5-50, n≥2) 및 층상계 구조 무기물 황 화합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함하는 리튬 황 전지용 양극 활물질일 수 있다.The sulfur-based composite is inorganic sulfur (S 8 , elemental sulfur), Li 2 S n (n≥1), an organic sulfur compound, a carbon-sulfur polymer ((C 2 S x ) n , where x=2.5-50 , n≥2) and may be a cathode active material for a lithium sulfur battery comprising at least one selected from the group consisting of a layered inorganic sulfur compound.

퀴논 그룹이 포함된 유기물 기반 복합체는, 퀴논(quinone), 케톤(ketone), 방향족 이미드(aromatic imides), 폴리아세틸렌(polyacetylene) 및 중합된 카보닐 화합물(polymerized carbonyl compound)로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다.The organic material-based complex including the quinone group is selected from the group consisting of quinone, ketone, aromatic imides, polyacetylene, and polymerized carbonyl compound. It may include more than one.

고분자 기반 고체 전해질은, 이온 전도성 고분자 물질로써 폴리에틸렌옥사이드(PEO), 폴리프로필렌옥사이드(PPO), 폴리에틸렌글리콜(PEG), 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리프로필렌카보네이트 (PPC), 폴리페닐렌서파이드 (PPS), 폴리메타크릴산에스테르, 폴리불화비닐리덴(PVdF), 폴리불화비닐리덴과 헥사플루오로프로필렌의 공중합체(PVdF-HFP), 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리(메틸아크릴레이트)(PMA), 폴리(메틸메타크릴레이트)(PMMA), 상기 폴리머들의 혼합물, 상기 폴리머들의 변성체, 상기 폴리머들의 유도체, 상기한 폴리머들의 랜덤 공중합체, 상기한 폴리머들의 교호 공중합체, 상기한 폴리머들의 그래프트 공중합체, 상기한 폴리머들의 블록 공중합체 또는 이들의 조합일 수 있다.Polymer-based solid electrolytes are ion conductive polymer materials such as polyethylene oxide (PEO), polypropylene oxide (PPO), polyethylene glycol (PEG), polyacrylonitrile (PAN), polypropylene carbonate (PPC), polyphenylene sulfide ( PPS), polymethacrylic acid ester, polyvinylidene fluoride (PVdF), copolymer of polyvinylidene fluoride and hexafluoropropylene (PVdF-HFP), polyacrylonitrile (PAN), poly(methyl acrylate) ( PMA), poly(methylmethacrylate) (PMMA), mixtures of the above polymers, modifications of the above polymers, derivatives of the above polymers, random copolymers of the above mentioned polymers, alternating copolymers of the above mentioned polymers, It may be a graft copolymer, a block copolymer of the aforementioned polymers, or a combination thereof.

황화물 기반 고체 전해질은, AMSX의 형태로 A는 Li, Na, K, Mg, Ca, Zn 중 하나 이상을 포함하며 M은 P, Sb, Si, Ge, Sn, B, Al, Ga, In, Ti, Zr, V, Nb 중 하나 이상을 포함하며 X는 F, Cl, Br, I를 포함할 수 있으며, 분말 형태일 수 있다.A sulfide-based solid electrolyte, in the form of AMSX, A contains at least one of Li, Na, K, Mg, Ca, Zn, and M is P, Sb, Si, Ge, Sn, B, Al, Ga, In, Ti , Zr, V, and one or more of Nb, and X may include F, Cl, Br, I, and may be in a powder form.

이차전지 전극용 흑연기반 소재Graphite-based material for secondary battery electrodes

본 발명은 일 실시예에 따른 이차전지 전극용 흑연기반 소재는 상술한 이차전지 전극용 흑연기반 소재의 표면처리 방법에 따라 제조된 이차전지 전극용 흑연기반 소재로, 보다 상세하게는 흑연(graphite) 및 흑연의 표면을 둘러싸는 분해층을 포함하여 구성된다.The present invention is a graphite-based material for a secondary battery electrode according to an embodiment is a graphite-based material for a secondary battery electrode manufactured according to the surface treatment method of the graphite-based material for a secondary battery electrode described above, more specifically, graphite and a decomposition layer surrounding the surface of graphite.

상기 흑연은 흑연기반 소재로 분말형태일 수 있으며, 평균 입경이 50 nm 내지 50 μm 범위의 분말형태일 수 있으며, 반응용액에 대한 좋은 분산성을 갖고 있을 수 있다. 상기 흑연의 평균 입경이 50 nm 미만인 경우, 전극 소재로 사용하기에 부적합하고, 50 μm 를 초과하는 경우, 입자내 이온전도성 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 상술한 범위의 크기가 바람직하다.The graphite may be in the form of a powder as a graphite-based material, and may be in the form of a powder having an average particle diameter in the range of 50 nm to 50 μm, and may have good dispersibility in the reaction solution. When the average particle diameter of the graphite is less than 50 nm, it is not suitable for use as an electrode material, and when it exceeds 50 μm, an ion conductivity problem in the particles may occur. Therefore, the size of the above-mentioned range is preferable.

이때, 상기 분해층의 두께는 평균 0.5 내지 100 nm 범위일 수 있으며, 평균 1 내지 90 nm, 평균 2 내지 80 nm, 평균 3 내지 50 nm, 평균 4 내지 20 nm 일 수 있으며, 또는 평균 10 nm 일 수 있다. 만일, 흑연 표면에 코팅된 분해층의 두께가 0.5 nm 미만인 경우, 전기화학적 성능에 미치는 효과가 미미할 수 있으며, 100 nm 를 초과하는 경우, 리튬 이온의 전도를 저해할 수 있다. 따라서, 상술한 두께 범위가 바람직하다.In this case, the thickness of the decomposition layer may be in the range of 0.5 to 100 nm on average, 1 to 90 nm on average, 2 to 80 nm on average, 3 to 50 nm on average, 4 to 20 nm on average, or 10 nm on average. can If the thickness of the decomposition layer coated on the graphite surface is less than 0.5 nm, the effect on the electrochemical performance may be insignificant, and if it exceeds 100 nm, the conduction of lithium ions may be inhibited. Therefore, the above-mentioned thickness range is preferable.

이러한 분해층이 흑연 표면에 포함될 수 있으며, 상기 분해층은 전해질과 반응하여 새로운 계면을 형성할 수 있으며, 이를 통해 SEI를 조절할 수 있기 때문에, 리튬 이온 전달에 유리할 수 있다. Such a decomposition layer may be included on the graphite surface, and the decomposition layer may react with the electrolyte to form a new interface, and thus SEI may be controlled, which may be advantageous for lithium ion transport.

이차전지 전극용 실리콘기반 소재Silicon-based material for secondary battery electrodes

본 발명은 일 실시예에 따른 이차전지 전극용 실리콘기반 소재는 상술한 이차전지 전극용 실리콘기반 소재의 표면처리 방법에 따라 제조된 이차전지 전극용 실리콘기반 소재로, 보다 상세하게는 실리콘(silicon) 및 실리콘의 표면을 둘러싸는 분해층을 포함하여 구성된다.In the present invention, the silicon-based material for secondary battery electrodes according to an embodiment is a silicon-based material for secondary battery electrodes manufactured according to the surface treatment method of the silicon-based material for secondary battery electrodes described above, and more specifically, silicon and a decomposition layer surrounding the surface of silicon.

상기 실리콘 소재는 분말형태일 수 있으며, 평균 입경이 10 nm 내지 50 μm 범위의 분말형태일 수 있으며, 반응용액에 대한 좋은 분산성을 갖고 있을 수 있다. 상기 흑연의 평균 입경이 10 nm 미만인 경우, 전극 소재로 사용하기에 부적합하고, 50 μm 를 초과하는 경우, 심한 소재의 부피팽창으로 인하여 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 상술한 범위의 크기가 바람직하다The silicon material may be in the form of a powder, the average particle diameter may be in the form of a powder in the range of 10 nm to 50 μm, and may have good dispersibility in the reaction solution. When the average particle diameter of the graphite is less than 10 nm, it is not suitable for use as an electrode material, and when it exceeds 50 μm, a problem may occur due to severe volume expansion of the material. Therefore, the size of the above-mentioned range is preferable.

이때, 상기 분해층의 두께는 평균 0.5 내지 100 nm 범위일 수 있으며, 평균 1 내지 90 nm, 평균 2 내지 80 nm, 평균 3 내지 50 nm, 평균 4 내지 20 nm 일 수 있으며, 또는 평균 10 nm 일 수 있다. 만일, 실리콘 표면에 코팅된 분해층의 두께가 0.5 nm 미만인 경우, 부피팽창 문제를 해결하는데 효과가 미미할 수 있으며, 100 nm 를 초과하는 경우, 리튬 이온의 전도를 저해할 수 있다. 따라서, 상술한 두께 범위가 바람직하다.In this case, the thickness of the decomposition layer may be in the range of 0.5 to 100 nm on average, 1 to 90 nm on average, 2 to 80 nm on average, 3 to 50 nm on average, 4 to 20 nm on average, or 10 nm on average. can If the thickness of the decomposition layer coated on the silicon surface is less than 0.5 nm, the effect in solving the problem of volume expansion may be insignificant, and if it exceeds 100 nm, the conduction of lithium ions may be inhibited. Therefore, the above-mentioned thickness range is preferable.

이러한 분해층이 실리콘 표면에 포함될 수 있으며, 상기 분해층은 전해질과 반응하여 새로운 계면을 형성할 수 있으며, 이를 통해 부피팽창으로부터 생기는 균열 및 탈리등의 문제를 막는데 유리할 수 있다. Such a decomposition layer may be included on the silicon surface, and the decomposition layer may react with the electrolyte to form a new interface, which may be advantageous in preventing problems such as cracks and desorption from volume expansion.

이차전지 전극용 금속산화물기반 소재Metal oxide-based materials for secondary battery electrodes

본 발명은 일 실시예에 따른 이차전지 전극용 금속산화물기반 소재는 상술한 이차전지 전극용 금속산화물기반 소재의 표면처리 방법에 따라 제조된 이차전지 전극용 금속산화물기반 소재로, 보다 상세하게는 코발트(cobalt), 니켈(nickel) 및 망간(manganese)등의 전이금속을 포함하는 금속 산화물 및 표면을 둘러싸는 분해층을 포함하여 구성된다.The present invention is a metal oxide-based material for secondary battery electrodes according to an embodiment is a metal oxide-based material for secondary battery electrodes manufactured according to the above-described method for surface treatment of a metal oxide-based material for secondary battery electrodes, and more specifically, cobalt (cobalt), nickel (nickel) and manganese (manganese) is composed of a metal oxide containing a transition metal and a decomposition layer surrounding the surface.

상기 금속 산화물은 코발트, 니켈 및 망간기반 산화물 소재로 분말형태일 수 있으며, 평균 입경이 50 nm 내지 50 μm 범위의 분말형태일 수 있으며, 반응용액에 대한 좋은 분산성을 갖고 있을 수 있다. 상기 금속 산화물의 평균 입경이 50 nm 미만인 경우, 전극 소재로 사용하기에 부적합하고, 50 μm 를 초과하는 경우, 입자내 이온전도성 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 상술한 범위의 크기가 바람직하다The metal oxide may be in the form of a cobalt, nickel, and manganese-based oxide material, and may be in the form of a powder having an average particle diameter in the range of 50 nm to 50 μm, and may have good dispersibility in the reaction solution. When the average particle diameter of the metal oxide is less than 50 nm, it is not suitable for use as an electrode material, and when it exceeds 50 μm, an ion conductivity problem in the particle may occur. Therefore, the size of the above-mentioned range is preferable.

이때, 상기 분해층의 두께는 평균 0.5 내지 100 nm 범위일 수 있으며, 평균 1 내지 90 nm, 평균 2 내지 80 nm, 평균 3 내지 50 nm, 평균 4 내지 20 nm 일 수 있으며, 또는 평균 10 nm 일 수 있다. 만일, 금속산화물의 표면에 코팅된 분해층의 두께가 0.5 nm 미만인 경우, 전기화학적 가역성을 높이는 효과가 미미할 수 있으며, 100 nm 를 초과하는 경우, 리튬 이온 및 전기 전도를 저해할 수 있다. 따라서, 상술한 두께 범위가 바람직하다.In this case, the thickness of the decomposition layer may be in the range of 0.5 to 100 nm on average, 1 to 90 nm on average, 2 to 80 nm on average, 3 to 50 nm on average, 4 to 20 nm on average, or 10 nm on average. can If the thickness of the decomposition layer coated on the surface of the metal oxide is less than 0.5 nm, the effect of increasing electrochemical reversibility may be insignificant, and if it exceeds 100 nm, lithium ions and electrical conduction may be inhibited. Therefore, the above-mentioned thickness range is preferable.

이러한 분해층이 금속 산화물 표면에 포함될 수 있으며, 상기 분해층은 전해질과 반응하여 새로운 계면을 형성할 수 있으며, 이를 통해 전해질과의 부반응을 조절할 수 있기 때문에, 장기적으로 가역적인 사이클 특성을 갖는데 유리할 수 있다. Such a decomposition layer may be included on the surface of the metal oxide, and the decomposition layer may react with the electrolyte to form a new interface, and through this, a side reaction with the electrolyte may be controlled, so it may be advantageous to have long-term reversible cycle characteristics. have.

이차전지 전극용 세라믹 기반 고체전해질 소재Ceramic-based solid electrolyte material for secondary battery electrodes

본 발명은 일 실시예에 따른 이차전지 전극용 고체전해질 소재는 상술한 이차전지 전극용 고체전해질 소재의 표면처리 방법에 따라 제조된 이차전지 전극용 금속산화물기반 소재로, 보다 상세하게는 고체상태의 금속 산화물 전해질 및 표면을 둘러싸는 분해층을 포함하여 구성된다.The present invention is a secondary battery electrode solid electrolyte material according to an embodiment is a metal oxide-based material for secondary battery electrodes manufactured according to the surface treatment method of the solid electrolyte material for secondary battery electrodes described above, more specifically, in a solid state It consists of a metal oxide electrolyte and a decomposition layer surrounding the surface.

상기 고체 전해질은 리튬, 알루미늄, 티타늄등을 포함할 수 있는 금속 산화물 기반 소재로 분말형태일 수 있으며, 평균 입경이 50 nm 내지 50 μm 범위의 분말형태일 수 있으며, 반응용액에 대한 좋은 분산성을 갖고 있을 수 있다. 상기 금속 산화물의 평균 입경이 50 nm 미만인 경우, 전극 소재로 사용하기에 부적합하고, 50 μm 를 초과하는 경우, 계면간의 이온전도성 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 상술한 범위의 크기가 바람직하다The solid electrolyte may be in a powder form as a metal oxide-based material that may include lithium, aluminum, titanium, etc., and may be in a powder form having an average particle diameter in the range of 50 nm to 50 μm, and has good dispersibility in the reaction solution. may have When the average particle diameter of the metal oxide is less than 50 nm, it is not suitable for use as an electrode material, and when it exceeds 50 μm, an ion conductivity problem between interfaces may occur. Therefore, the size of the above-mentioned range is preferable.

이때, 상기 분해층의 두께는 평균 0.5 nm 내지 5 μm 범위일 수 있으며, 평균 1 내지 1 μm, 평균 5 내지 500 nm, 평균 10 내지 100 nm, 평균 20 내지 50 nm 일 수 있으며, 또는 평균 30 nm 일 수 있다. 만일, 고체전해질 표면에 코팅된 분해층의 두께가 0.5 nm 미만인 경우, 높은 계면저항으로 인하여 낮은 이온전도성을 보일 수 있으며, 5 μm 를 초과하는 경우, 열에 취약한 특성을 보일 수 있다. 따라서, 상술한 두께 범위가 바람직하다.In this case, the thickness of the decomposition layer may range from 0.5 nm to 5 µm on average, 1 to 1 µm on average, 5 to 500 nm on average, 10 to 100 nm on average, 20 to 50 nm on average, or 30 nm on average. can be If the thickness of the decomposition layer coated on the surface of the solid electrolyte is less than 0.5 nm, low ionic conductivity may be exhibited due to high interfacial resistance, and if it exceeds 5 μm, it may exhibit heat-sensitive properties. Therefore, the above-mentioned thickness range is preferable.

이러한 분해층이 금속 산화물 기반 고체전해질 표면에 포함될 수 있으며, 상기 분해층은 고체 전해질 간의 계면 저항성을 줄여줄 수 있고, 이를 통해 향상된 리튬 이온 전도성을 갖는데 유리할 수 있다. Such a decomposition layer may be included on the surface of the metal oxide-based solid electrolyte, and the decomposition layer may reduce the interfacial resistance between the solid electrolytes, which may be advantageous in having improved lithium ion conductivity.

이차전지 전극secondary battery electrode

본 발명은 상술한 전극 소재를 포함하는 이차전지 전극을 제공한다.The present invention provides a secondary battery electrode comprising the above-described electrode material.

보다 구체적으로, 상기 이차전지 전극은 음극, 양극, 고체 전해질일 수 있다. 즉, 상기 흑연, 실리콘기반 소재는 음극소재로 사용될 수 있으며, 상기 금속산화물 기반 소재는 양극소재로 사용될 수 있으며, 고체전해질로 사용될 수 있다.More specifically, the secondary battery electrode may be a negative electrode, a positive electrode, or a solid electrolyte. That is, the graphite and silicon-based material may be used as an anode material, and the metal oxide-based material may be used as an anode material and may be used as a solid electrolyte.

본 발명에 따른 흑연기반 소재는 흑연 표면에 분해층을 포함하고 있어, 상기 분해층은 리튬 이온(Li+)을 가역적으로 흡장(intercalation) 또는 방출(Deintercalation)을 용이하게 해서 흑연기반 소재의 높은 율특성을 기대할 수 있다. 또한 상기 분해층은 실리콘기반 활물질의 부피팽창으로부터 발생하는 전응력을 분산시켜주어 이로부터 발생하는 균열 및 전극으로부터 탈리 문제를 해결하는데 효과적일 수 있다. The graphite-based material according to the present invention includes a decomposition layer on the graphite surface, and the decomposition layer reversibly facilitates intercalation or deintercalation of lithium ions (Li + ), thereby providing a high rate of graphite-based material. characteristics can be expected. In addition, the decomposition layer may be effective in solving the problem of cracking and detachment from the electrode by dispersing the total stress generated from the volume expansion of the silicon-based active material.

음극은 상기 흑연기반 소재, 실리콘 기반 소재를 포함하는 음극 활물질과 음극 활물질이 적어도 일면에 배치되는 음극 집전체를 포함한다.The negative electrode includes an anode active material including the graphite-based material, a silicon-based material, and an anode current collector on which the anode active material is disposed on at least one surface.

상기 음극 집전체는 백금(Pt), 금(Au), 팔라듐(Pd), 이리듐(Ir), 은(Ag), 로듐(Rh), 루테늄(Ru), 니켈(Ni), 스테인리스 스틸, 알루미늄(Al), 몰리브데늄(Mo), 크롬(Cr), 구리(Cu), 티타늄(Ti), 텅스텐(W), ITO(In doped SnO2), FTO(F doped SnO2), 및 Si 웨이퍼에 형성된 금속 중 적어도 어느 하나로 형성된 것일 수 있다.The negative electrode current collector is platinum (Pt), gold (Au), palladium (Pd), iridium (Ir), silver (Ag), rhodium (Rh), ruthenium (Ru), nickel (Ni), stainless steel, aluminum ( Al), molybdenum (Mo), chromium (Cr), copper (Cu), titanium (Ti), tungsten (W), ITO (In doped SnO 2 ), FTO (F doped SnO 2 ), and Si wafers It may be formed of at least any one of the formed metals.

본 발명에 따른 금속 산화물 기반 소재는 표면에 분해층을 포함하고 있어, 상기 분해층은 전해질과의 부반응을 줄여주고 구조적인 변화로 인한 성능 저하를 완화시켜 주어서 가역적인 사이클 특성을 기대할 수 있다. 또한 상기 분해 층은 금속 산화물 표면의 계면저항성을 줄여주어 고체전해질로 사용될 때 리튬이온의 전도성을 높이는데 효과적일 수 있다. Since the metal oxide-based material according to the present invention includes a decomposition layer on the surface, the decomposition layer reduces side reactions with the electrolyte and alleviates performance degradation due to structural changes, so that reversible cycle characteristics can be expected. In addition, the decomposition layer may be effective in increasing the conductivity of lithium ions when used as a solid electrolyte by reducing the interfacial resistance of the surface of the metal oxide.

양극은 상기 금속산화물 기반 소재, 금속산화물 기반 소재를 포함하는 양극 활물질과 양극 활물질이 적어도 일면에 배치되는 양극 집전체를 포함한다.The positive electrode includes the metal oxide-based material, a positive electrode active material including the metal oxide-based material, and a positive electrode current collector on which the positive electrode active material is disposed on at least one surface.

상기 양극 집전체는 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것 중 적어도 어느 하나로 형성된 것일 수 있다.The positive electrode current collector may be formed of at least one of stainless steel, aluminum, nickel, titanium, sintered carbon, or a surface treatment of aluminum or stainless steel with carbon, nickel, titanium, silver, or the like.

고체전해질은 상기 금속산화물 기반 소재, 금속산화물 기반 소재를 포함하는 고체전해질과 고체전해질이 포함된 전극 구성을 포함한다. The solid electrolyte includes the metal oxide-based material, a solid electrolyte including the metal oxide-based material, and an electrode including the solid electrolyte.

음극, 양극, 고체전해질의 구조 및 구성요소 등은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공지되어 있으므로, 이하 이에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.Since the structure and components of the anode, the anode, and the solid electrolyte are known to those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains, a detailed description thereof will be omitted below.

리튬 이차전지lithium secondary battery

본 발명은 이차전지 전극을 포함하는 리튬 이차전지를 제공한다.The present invention provides a lithium secondary battery including a secondary battery electrode.

보다 구체적으로, 상기 리튬 이차전지는 양극, 상술한 음극 및 분리막이 와인딩되거나 접혀서 전지 케이스에 수용된다. 이어서, 상기 전지 케이스에 전해질이 주입되고 캡 어셈블리(cap assembly)로 밀봉되어 리튬 이차 전지가 완성된다.More specifically, the lithium secondary battery is accommodated in the battery case as the positive electrode, the above-described negative electrode, and the separator are wound or folded. Then, electrolyte is injected into the battery case and sealed with a cap assembly to complete a lithium secondary battery.

상기 전해질은 비수성 전해액일 수 있으며, 상기 비수성 전해액은 리튬염을 함유하며, 리튬염과 전해질로 구성되어 있고, 용매로는 비수계 유기 용매, 유기 고체 전해액 및 무기 고체 전해액 등을 사용할 수 있다.The electrolyte may be a non-aqueous electrolyte, and the non-aqueous electrolyte contains a lithium salt and is composed of a lithium salt and an electrolyte, and as a solvent, a non-aqueous organic solvent, an organic solid electrolyte, and an inorganic solid electrolyte may be used. .

상기 리튬염은 비수계 유기 전해질에 쉽게 용해될 수 있는 물질로서, 예컨대, LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiB(Ph)4, LiC4BO8, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, LiSO3CH3, LiSO3CF3, LiSCN, LiC(CF3SO2)3, LiN(CF3SO2)2, LiN(C2F5SO2)2, LiN(SO2F)2, 클로로 보란 리튬, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4 페닐 붕산 리튬, 이미드로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상일 수 있다.The lithium salt is a material that can be easily dissolved in a non-aqueous organic electrolyte, for example, LiCl, LiBr, LiI, LiClO 4 , LiBF 4 , LiB 10 Cl 10 , LiB(Ph) 4 , LiC 4 BO 8 , LiPF 6 , LiCF 3 SO 3, LiCF 3 CO 2, LiAsF 6, LiSbF 6, LiAlCl 4, LiSO 3 CH 3, LiSO 3 CF 3, LiSCN, LiC (CF 3 SO 2) 3, LiN (CF 3 SO 2) 2, LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 , LiN(SO 2 F) 2 , lithium chloroborane, lithium lower aliphatic carboxylate, lithium 4-phenyl borate, and imide may be at least one selected from the group consisting of.

상기 리튬염의 농도는, 전해액 혼합물의 정확한 조성, 염의 용해도, 용해된 염의 전도성, 전지의 충전 및 방전 조건, 작업 온도 및 리튬-황 전지 분야에 공지된 다른 요인과 같은 여러 요인에 따라, 0.1 내지 6.0M, 바람직하기로 0.5M 내지 2.0M일 수 있다. 만약, 상기 리튬염의 농도가 상기 범위 미만이면 전해액의 전도도가 낮아져서 전지 성능이 저하될 수 있고, 상기 범위 초과이면 전해액의 점도가 증가하여 리튬 이온(Li+)의 이동성이 감소될 수 있으므로 상기 범위 내에서 적정 농도를 선택하는 것이 바람직하다.The concentration of the lithium salt varies from 0.1 to 6.0, depending on several factors such as the exact composition of the electrolyte mixture, the solubility of the salt, the conductivity of the dissolved salt, the charging and discharging conditions of the battery, the operating temperature and other factors known in the art of lithium-sulfur batteries. M, preferably 0.5M to 2.0M. If the concentration of the lithium salt is less than the above range, the conductivity of the electrolyte may be lowered and battery performance may be deteriorated. If the concentration of the lithium salt is greater than the above range, the viscosity of the electrolyte may increase and the mobility of lithium ions (Li + ) may be reduced within the above range. It is preferable to select an appropriate concentration in

상기 비수계 유기 용매는 리튬염을 잘 용해시킬 수 있는 물질로서, 바람직하기로 N-메틸-2-피롤리돈, 프로필렌 카르보네이트, 에틸렌 카르보네이트, 부틸렌 카르보네이트, 디메틸 카르보네이트, 디에틸 카르보네이트, 에틸메틸 카보네이트, 감마-부틸로 락톤, 1,2-디메톡시 에탄, 1,2-디에톡시 에탄, 1-에톡시-2-메톡시 에탄, 테트라에틸렌글리콜 디메틸에테르, 테트라히드록시 프랑(franc), 2-메틸 테트라하이드로푸란, 디메틸술폭시드, 1,3-디옥솔란, 4-메틸-1,3-디옥센, 디에틸에테르, 포름아미드, 디메틸포름아미드, 디옥솔란, 아세토니트릴, 니트로메탄, 포름산 메틸, 초산메틸, 인산 트리에스테르, 트리메톡시 메탄, 디옥솔란 유도체, 설포란, 메틸 설포란, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 프로필렌 카르보네이트 유도체, 테트라하이드로푸란 유도체, 에테르, 프로피온산 메틸, 프로피온산 에틸 등의 비양자성 유기 용매가 사용될 수 있으며, 이들 중 하나 또는 둘 이상의 혼합 용매 형태로 사용할 수 있다.The non-aqueous organic solvent is a material capable of dissolving lithium salts well, and is preferably N-methyl-2-pyrrolidone, propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate. , diethyl carbonate, ethylmethyl carbonate, gamma-butylolactone, 1,2-dimethoxy ethane, 1,2-diethoxy ethane, 1-ethoxy-2-methoxy ethane, tetraethylene glycol dimethyl ether, Tetrahydroxy franc, 2-methyl tetrahydrofuran, dimethyl sulfoxide, 1,3-dioxolane, 4-methyl-1,3-dioxene, diethyl ether, formamide, dimethylformamide, dioxolane , acetonitrile, nitromethane, methyl formate, methyl acetate, phosphoric acid triester, trimethoxymethane, dioxolane derivative, sulfolane, methyl sulfolane, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, propylene carbonate Aprotic organic solvents such as derivatives, tetrahydrofuran derivatives, ethers, methyl propionate, and ethyl propionate may be used, and one or more of them may be used in the form of a mixed solvent.

상기 유기 고체 전해액으로는 바람직하기로, 폴리에틸렌 유도체, 폴리에틸렌 옥사이드 유도체, 폴리프로필렌 옥사이드 유도체, 인산 에스테르 폴리머, 폴리 에지테이션 리신(Agitation lysine), 폴리에스테르 설파이드, 폴리비닐 알코올, 폴리 불화 비닐리덴, 이온성 해리기를 포함하는 중합체 등을 사용할 수 있다.The organic solid electrolyte is preferably a polyethylene derivative, a polyethylene oxide derivative, a polypropylene oxide derivative, a phosphoric acid ester polymer, poly agitation lysine, polyester sulfide, polyvinyl alcohol, polyvinylidene fluoride, ionic A polymer containing a dissociating group, etc. can be used.

본 발명의 무기 고체 전해액으로는 바람직하기로, Li3N, LiI, Li5NI2, Li3N-LiI-LiOH, LiSiO4, LiSiO4-LiI-LiOH, Li2SiS3, Li4SiO4, Li4SiO4-LiI-LiOH, Li3PO4-Li2S-SiS2 등의 Li의 질화물, 할로겐화물, 황산염 등을 사용할 수 있다.The inorganic solid electrolyte of the present invention is preferably Li 3 N, LiI, Li 5 NI 2 , Li 3 N-LiI-LiOH, LiSiO 4 , LiSiO 4 -LiI-LiOH, Li 2 SiS 3 , Li 4 SiO 4 , Li 4 SiO 4 -LiI-LiOH, Li 3 PO 4 -Li 2 S-SiS 2 Nitride, halide, sulfate, etc. of Li can be used.

이차전지 전극의 표면처리 방법, 이에 따라 제조된 이차전지 전극 및 이를 포함하는 이차전지Method for surface treatment of secondary battery electrode, secondary battery electrode manufactured accordingly, and secondary battery comprising same

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 전극의 표면처리 방법을 나타내는 순서도이다. 도 2를 참조하면, 이차전지용 전극을 반응용액에 침지 또는 반응용액을 이차전지용 전극에 도포하는 단계(S110); 및 이차전지용 전극이 포함된 반응용액 또는 반응용액이 도포된 이차전지용 전극에 감마선(γ-ray)을 조사하여, 이차전지용 전극의 표면에 분해층을 형성하는 단계(S120); 를 포함하며,2 is a flowchart illustrating a method for surface treatment of a secondary battery electrode according to an embodiment of the present invention. 2, the step of immersing the electrode for a secondary battery in a reaction solution or applying the reaction solution to the electrode for a secondary battery (S110); and forming a decomposition layer on the surface of the secondary battery electrode by irradiating gamma rays (γ-ray) to the reaction solution containing the secondary battery electrode or the secondary battery electrode coated with the reaction solution (S120); includes,

상기 이차전지용 전극의 표면에 분해층을 형성하는 단계는, 반응용액에 감마선(γ-ray)을 조사하여, 이차전지용 전극의 표면 또는 반응용액에 라디칼을 발생시키고, 상기 반응용액 내에 존재하는 반응물 또는 분해물을 상기 이차전지용 전극의 표면에 그래프트 시키는 것을 특징으로 한다.In the step of forming the decomposition layer on the surface of the electrode for secondary batteries, gamma rays (γ-ray) are irradiated to the reaction solution to generate radicals on the surface of the electrode for secondary batteries or the reaction solution, and reactants present in the reaction solution or It is characterized in that the decomposition product is grafted onto the surface of the electrode for the secondary battery.

이는 상술한 바와 같이, 고체 형태의 전극이 침지되어 있는 반응용액이나 반응용액이 도포되어 있는 전극에 감마선을 조사하게 되면, 전극의 표면 및 반응용액에서 감마선의 에너지를 흡수하여 라디칼을 형성하게 되고, 반응 용액 내에 존재하는 다른 분자들과 서로 쉽게 반응할 수 있어, 전극의 표면에 산소, 질소, 수소 등을 포함하는 분해가 쉽게 생성될 수 있다.As described above, when gamma rays are irradiated to the reaction solution in which the solid electrode is immersed or the electrode to which the reaction solution is applied, the energy of gamma rays is absorbed from the surface of the electrode and the reaction solution to form radicals, Since they can easily react with other molecules present in the reaction solution, decomposition containing oxygen, nitrogen, hydrogen, etc. can be easily generated on the surface of the electrode.

한편, 이차전지 전극은, 흑연(graphite), 실리콘(silicon)계 음극, 금속산화물(metal oxide), 금속황화물(metal sulfide), 리튬 금속, 나트륨 금속, 마그네슘 금속, 징크 금속, 알루미늄 금속, 유황 기반 복합체, 퀴논(quinone) 그룹이 포함된 유기물, 고분자 기반 고체 전해질, 황화물 기반 고체 전해질 및 산화물 기반 고체 전해질로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다. 구체적인 소재 및 제조방법은 상술한 바와 같으므로 생략하도록 한다.On the other hand, the secondary battery electrode, graphite, silicon-based negative electrode, metal oxide (metal oxide), metal sulfide (metal sulfide), lithium metal, sodium metal, magnesium metal, zinc metal, aluminum metal, sulfur-based It may include at least one selected from the group consisting of a composite, an organic material including a quinone group, a polymer-based solid electrolyte, a sulfide-based solid electrolyte, and an oxide-based solid electrolyte. Specific materials and manufacturing methods are the same as described above, and thus will be omitted.

본 발명은 이차전지용 전극을 제공한다.The present invention provides an electrode for a secondary battery.

보다 구체적으로, 이차전지용 전극; 및 이차전지용 전극의 표면을 둘러싸는 중합체 기반 분해층; 을 포함하는 이차전지용 전극을 제공한다.More specifically, the secondary battery electrode; And a polymer-based decomposition layer surrounding the surface of the secondary battery electrode; It provides an electrode for a secondary battery comprising a.

구체적으로, 상기 이차전지용 전극은 상술한 이차전지 전극의 표면처리 방법에 의해 제조된 이차전지 전극일 수 있다.Specifically, the secondary battery electrode may be a secondary battery electrode manufactured by the above-described surface treatment method of the secondary battery electrode.

이때, 분해층의 두께는 평균 0.1 nm 내지 10 μm 범위일 수 있다.In this case, the thickness of the decomposition layer may be in the range of 0.1 nm to 10 μm on average.

본 발명은 상기 이차전지 전극을 포함하는 리튬 이차전지를 제공한다.The present invention provides a lithium secondary battery including the secondary battery electrode.

이하, 리튬 이차전지의 구조 및 구성요소 등은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공지되어 있으므로, 이하 이에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, the structure and components of a lithium secondary battery are known to those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains, and thus detailed description thereof will be omitted.

이하, 본 발명을 실시예 및 실험예에 의해 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of Examples and Experimental Examples.

단, 하기 실시예 및 실험예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예 및 실험예에 한정되는 것은 아니다.However, the following Examples and Experimental Examples are merely illustrative of the present invention, and the content of the present invention is not limited to the following Examples and Experimental Examples.

<제조예><Production Example>

제조예 1. 감마선을 이용한 흑연의 표면 코팅Preparation Example 1. Surface coating of graphite using gamma rays

먼저, N,N-Dimethylformamide(DMF) 10 ml에 N-vinyl-2-pyrrolidone (NVP) 0.5 ml, 흑연 1 g 을 혼합하여 흑연이 분산된 용액을 제조하였다. 그리고, 상기 용액을 고준위 감마선을 이용하여 2kGy/hr 속도로 50 kGy을 25시간 동안 조사하였다. 이후, 상기 혼합물의 상층액을 제거한 후 상온 진공하에서 12시간 동안 처리하여 건조하였다. 이에 따라 흑연을 감마선을 이용하여 코팅하였다.First, a solution in which graphite is dispersed was prepared by mixing 0.5 ml of N-vinyl-2-pyrrolidone (NVP) and 1 g of graphite in 10 ml of N,N-dimethylformamide (DMF). Then, the solution was irradiated with 50 kGy at a rate of 2 kGy/hr for 25 hours using high-level gamma rays. Then, after removing the supernatant of the mixture, the mixture was dried under vacuum at room temperature for 12 hours. Accordingly, graphite was coated using gamma rays.

제조예 2. 감마선을 이용한 실리콘의 표면 코팅Preparation Example 2. Surface coating of silicon using gamma rays

먼저 증류수 10 ml에 Acrylic acid 1 ml, 마이크로 실리콘 (1~5 μm) 1 g을 혼합하여 실리콘이 분산된 용액을 제조하였다. 그리고, 상기 용액의 겔화를 방지하기 위하여 Copper sulfate를 50 mg을 혼합하고 고준위 감마선을 이용하여 10kGy/hr 속도로 250 kGy 을 25시간 동안 조사하였다. 이후, 상기 혼합물의 상층액을 제거한 후 상온 진공하에서 12시간 동안 처리하여 건조하였다. 이에 따라, 감마선을 이용하여 실리콘 표면을 Acrylic acid 로 코팅하였다.First, a silicone-dispersed solution was prepared by mixing 1 ml of acrylic acid and 1 g of micro silicone (1-5 μm) in 10 ml of distilled water. Then, in order to prevent gelation of the solution, 50 mg of copper sulfate was mixed, and 250 kGy was irradiated at a rate of 10 kGy/hr using high-level gamma rays for 25 hours. Then, after removing the supernatant of the mixture, the mixture was dried under vacuum at room temperature for 12 hours. Accordingly, the silicon surface was coated with acrylic acid using gamma rays.

제조예 3. 감마선을 이용한 금속산화물 양극의 표면 코팅Preparation Example 3. Surface coating of metal oxide anode using gamma rays

먼저 Ethanol 10 ml에 pyrrole 0.5 ml, Nickel cobalt manganese oxide (Nickel : Cobalt : Manganese = 8 : 1 : 1) 1 g 을 혼합하여 금속산화물이 분산된 용액을 제조하였다. 그리고, 상기 용액을 고준위 감마선을 이용하여 10kGy/hr 속도로 250 kGy을 25시간 동안 조사하였다. 이후, 상기 혼합물의 상층액을 제거한 후 상온 진공하에서 12시간 동안 처리하여 건조하였다. 이에 따라, 감마선을 이용하여 금속산화물 양극의 표면을 pyrrole로 코팅하였다.First, 0.5 ml of pyrrole and 1 g of nickel cobalt manganese oxide (Nickel : Cobalt : Manganese = 8 : 1 : 1) were mixed with 10 ml of ethanol to prepare a solution in which the metal oxide was dispersed. Then, the solution was irradiated with 250 kGy at a rate of 10 kGy/hr for 25 hours using high-level gamma rays. Then, after removing the supernatant of the mixture, the mixture was dried under vacuum at room temperature for 12 hours. Accordingly, the surface of the metal oxide anode was coated with pyrrole using gamma rays.

제조예 4. 감마선을 이용한 산화물 고체전해질의 표면 코팅Preparation Example 4. Surface coating of oxide solid electrolyte using gamma rays

먼저 LiClO4 1M Acrylonitrile 용액 5g에, 산화물 고체전해질 (LAGP) 을 혼합하여 산화물 고체전해질이 분산된 용액을 제조하였다. 그리고, 상기 용액을 고준위 감마선을 이용하여 10kGy/hr 속도로 250 kGy을 25시간 동안 조사하였다. 이후, 상기 혼합물의 상층액을 제거한 후 상온 진공하에서 12시간 동안 처리하여 건조하였다. 이에 따라, 감마선을 이용하여 산화물 고체전해질의 표면을 Acrylonitrile로 코팅하였다.First, a solution in which an oxide solid electrolyte was dispersed was prepared by mixing 5 g of LiClO 4 1M acrylonitrile solution and an oxide solid electrolyte (LAGP). Then, the solution was irradiated with 250 kGy at a rate of 10 kGy/hr for 25 hours using high-level gamma rays. Then, after removing the supernatant of the mixture, the mixture was dried under vacuum at room temperature for 12 hours. Accordingly, the surface of the oxide solid electrolyte was coated with acrylonitrile using gamma rays.

제조예 5. 감마선을 이용한 흑연 전극 코팅 Preparation Example 5. Graphite electrode coating using gamma rays

흑연을 물에 분산시켜 슬러리를 제조한 후, 구리 호일에 캐스팅하여 전극을 제조하였다. 전극의 로딩은 8 mg/cm2 으로 동일하게 하였고, 이때, 슬러리의 비율은 흑연: Super-P: SBR: CMC 는 93 : 3 : 2 : 2 의 비율이 되도록 구성하였다. 그리고, 70 ˚C 오븐에서 12시간 건조를 진행하였다.Graphite was dispersed in water to prepare a slurry, and then cast to copper foil to prepare an electrode. The loading of the electrode was the same at 8 mg/cm 2 , and in this case, the ratio of the slurry was configured such that the ratio of graphite: Super-P: SBR: CMC was 93: 3: 2: 2. Then, drying was performed in an oven at 70 °C for 12 hours.

이렇게 제조된 전극을 바이알에 넣고 다양한 감마선 처리 전해질에 담그고 아르곤 조성하에서 밀봉하였다. 실링된 바이알은 2kGy/hr의 조사속도에서 감마선 하에 다양한 시간동안 처리되었다. 구체적인 감마선 처리 전해질 조건과 시간은 표1과 같다. 이렇게 감마선 처리된 흑연 전극은 아르곤 분위기 하에서 개봉되어 DEC 전해질로 세척 후 건조되었다. 모든 처리 공정은 대기중에 노출 없이 진행되었다.The thus-prepared electrode was placed in a vial, immersed in various gamma-ray-treated electrolytes, and sealed under an argon composition. The sealed vials were treated for various times under gamma radiation at an irradiation rate of 2 kGy/hr. Specific gamma-ray treatment electrolyte conditions and time are shown in Table 1. The gamma-ray-treated graphite electrode was opened under an argon atmosphere, washed with DEC electrolyte, and dried. All treatment processes were carried out without exposure to air.

<실시예><Example>

실시예 1. 감마선을 이용하여 코팅된 흑연을 이용한 리튬 이차전지의 제조Example 1. Preparation of a lithium secondary battery using graphite coated using gamma rays

제조예 1에서 감마선을 이용하여 NVP(N-vinyl-2-pyrrolidone)를 코팅한 흑연을 이용하여 리튬 이차전지를 제조하였다. 보다 구체적으로, 제조예 1에서 코팅한 흑연을 물에 분산시켜 슬러리를 제조한 후, 구리 호일에 캐스팅하여 전극을 제조하였다. In Preparation Example 1, a lithium secondary battery was prepared using graphite coated with NVP (N-vinyl-2-pyrrolidone) using gamma rays. More specifically, the graphite coated in Preparation Example 1 was dispersed in water to prepare a slurry, and then cast to copper foil to prepare an electrode.

전극은 8 mg/cm2 으로 로딩양을 동일하게 하였고, 이때, 슬러리의 비율은 흑연: Super-P: SBR: CMC 는 93 : 3 : 2 : 2 의 비율이 되도록 구성하였다. 그리고, 70 ◎ 오븐에서 12시간 건조된 전극은 아르곤 가스 하의 글로브 박스 안에서 리튬 금속을 상대 전극(Reference Electrode)로 하고, 1 M LiPF6 가 용해된 EC : DEC : FEC = 45 : 45 : 10(부피비) 혼합액을 전해액으로 투입하여 코인셀로 제조하였다. 참고로, 분리막은 PE를 사용하였다.The electrode was loaded with the same amount of 8 mg/cm 2 , and at this time, the ratio of the slurry was configured such that the ratio of graphite: Super-P: SBR: CMC was 93: 3: 2: 2. And, the electrode dried in 70 ◎ oven for 12 hours was made of lithium metal as a reference electrode in a glove box under argon gas, and 1 M LiPF 6 was dissolved in EC : DEC : FEC = 45 : 45 : 10 (volume ratio). ) was prepared as a coin cell by introducing the mixed solution as an electrolyte. For reference, the separator used PE.

실시예 2. 감마선을 이용하여 코팅된 실리콘을 이용한 리튬 이차전지의 제조Example 2. Preparation of a lithium secondary battery using silicon coated using gamma rays

제조예 2에서 감마선을 이용하여 Acrylic acid를 코팅한 마이크로 실리콘을 이용하여 리튬 이차전지를 제조하였다. 보다 구체적으로, 제조예 2에서 코팅한 실리콘을 N-methyl-2-pyrrolidone에 분산시켜 슬러리를 제조한 후, 구리 호일에 캐스팅하여 전극을 제조하였다. In Preparation Example 2, a lithium secondary battery was manufactured using micro silicon coated with acrylic acid using gamma rays. More specifically, the silicone coated in Preparation Example 2 was dispersed in N-methyl-2-pyrrolidone to prepare a slurry, and then cast to copper foil to prepare an electrode.

전극은 2.3 mg/cm2 으로 로딩양을 동일하게 하였고, 이때, 슬러리의 비율은 마이크로 실리콘: Super-P: PAA 는 8 : 1 : 1 의 비율이 되도록 구성하였다. 그리고, 70 ◎ 오븐에서 12시간 건조된 전극은 아르곤 가스 하의 글로브 박스 안에서 리튬 금속을 상대 전극(Reference Electrode)로 하고, 1 M LiPF6 가 용해된 EC : DEC : FEC = 45 : 45 : 10(부피비) 혼합액을 전해액으로 투입하여 코인셀로 제조하였다. 참고로, 분리막은 PE를 사용하였다.The electrode was loaded with the same amount as 2.3 mg/cm 2 , and at this time, the ratio of the slurry was configured such that the ratio of micro silicon: Super-P: PAA was 8: 1: 1. And, the electrode dried in 70 ◎ oven for 12 hours was made of lithium metal as a reference electrode in a glove box under argon gas, and 1 M LiPF 6 was dissolved in EC : DEC : FEC = 45 : 45 : 10 (volume ratio). ) was prepared as a coin cell by introducing the mixed solution as an electrolyte. For reference, the separator used PE.

실시예 3. 감마선을 이용하여 코팅된 금속산화물 양극을 이용한 리튬 이차전지의 제조Example 3. Preparation of a lithium secondary battery using a metal oxide anode coated using gamma rays

제조예 3에서 감마선을 이용하여 Pyrrole를 코팅한 금속산화물을 이용하여 리튬 이차전지를 제조하였다. 보다 구체적으로, 제조예 3에서 코팅한 금속산화물을 N-methyl-2-pyrrolidone에 분산시켜 슬러리를 제조한 후, 알루미늄 호일에 캐스팅하여 전극을 제조하였다. In Preparation Example 3, a lithium secondary battery was prepared using a metal oxide coated with pyrrole using gamma rays. More specifically, the metal oxide coated in Preparation Example 3 was dispersed in N-methyl-2-pyrrolidone to prepare a slurry, and then cast to aluminum foil to prepare an electrode.

전극은 7.8 mg/cm2으로 로딩양을 동일하게 하였고, 이때, 슬러리의 비율은 금속산화물: Super-P: PVDF는 8 :1 :1 의 비율이 되도록 구성하였다. 그리고, 70 ◎ 오븐에서 12시간 건조된 전극은 아르곤 가스 하의 글로브 박스 안에서 리튬 금속을 상대 전극(Reference Electrode)로 하고, 1 M LiPF6 가 용해된 EC : DEC : FEC = 45 : 45 : 10(부피비) 혼합액을 전해액으로 투입하여 코인셀로 제조하였다. 참고로, 분리막은 PE를 사용하였다.The electrode was loaded with the same amount as 7.8 mg/cm 2 , and at this time, the ratio of the slurry was configured such that the ratio of the metal oxide: Super-P: PVDF was 8:1:1. And, the electrode dried in 70 ◎ oven for 12 hours was made of lithium metal as a reference electrode in a glove box under argon gas, and 1 M LiPF 6 was dissolved in EC : DEC : FEC = 45 : 45 : 10 (volume ratio). ) was prepared as a coin cell by introducing the mixed solution as an electrolyte. For reference, the separator used PE.

실시예 4. 감마선을 이용하여 산화물 고체전해질을 이용한 펠렛 제작Example 4. Preparation of pellets using an oxide solid electrolyte using gamma rays

제조예 4에서 제조한 감마선을 이용하여 코팅된 산화물 고체전해질을 이용하여 펠렛을 제작하였다. 형성된 펠렛은 열처리 없이 바로 리튬 이온전도도를 측정하였다. Pellets were prepared using the oxide solid electrolyte coated with gamma rays prepared in Preparation Example 4. The formed pellets were immediately measured for lithium ion conductivity without heat treatment.

<비교예><Comparative example>

비교예 1. 흑연을 이용한 리튬 이차전지의 제조Comparative Example 1. Preparation of a lithium secondary battery using graphite

흑연 (LG 화학)을 이용하여 실시예 1과 동일한 방법으로 리튬 이차전지를 제조하였다.A lithium secondary battery was prepared in the same manner as in Example 1 using graphite (LG Chem).

비교예 2. 실리콘을 이용한 리튬 이차전지의 제조Comparative Example 2. Preparation of a lithium secondary battery using silicon

마이크로 실리콘 (Alfa aesar)을 이용하여 실시예 2와 동일한 방법으로 리튬 이차전지를 제조하였다.A lithium secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 2 using micro silicon (Alfa aesar).

비교예 3. 금속산화물 양극을 이용한 리튬 이차전지의 제조Comparative Example 3. Preparation of a lithium secondary battery using a metal oxide positive electrode

금속산화물 (Nickel : Cobalt : Manganese = 8 : 1 : 1) 양극을 이용하여 실시예 3과 동일한 방법으로 리튬 이차전지를 제조하였다.A lithium secondary battery was prepared in the same manner as in Example 3 using a metal oxide (Nickel: Cobalt: Manganese = 8: 1:1) positive electrode.

비교예 4. 산화물 고체전해질을 이용한 펠렛 제조Comparative Example 4. Preparation of pellets using an oxide solid electrolyte

산화물 고체전해질 (LAGP)을 이용하여 실시예 8와 동일한 방법으로 펠렛을 제작하였다.A pellet was prepared in the same manner as in Example 8 using an oxide solid electrolyte (LAGP).

비교예 5. 코인셀 제작Comparative Example 5. Coin cell fabrication

실시예1과 동일한 방법으로 제조된 흑연 전극을 이용하여 금속 산화물 양극과 함께 코인셀로 제조되었다. 보다 구체적으로, 금속 산화물 양극은 니켈 : 코발트 : 망간의 비율이 6 : 2 : 2인 활물질이 사용되었고 금속산화물 : Super-P : PVDF가 95 : 3 : 2의 비율이 되도록 N-methyl-2-pyrrolidone에 분산시켜 알루미늄 호일 위에 캐스팅하여 전극을 제조하였다. 전극의 로딩양은 15 mg/cm2이 되도록 동일하게 하였고, 60 ˚C 진공 오븐에서 12시간 건조를 진행하였다. 제조된 코인셀의 양극과 음극의 용량 비율인 N/P 비율은 1.1이 되도록 고정되었다.A coin cell was manufactured together with a metal oxide anode using the graphite electrode prepared in the same manner as in Example 1. More specifically, for the metal oxide positive electrode, an active material having a nickel:cobalt:manganese ratio of 6:2:2 was used, and N-methyl-2- such that the metal oxide:Super-P:PVDF had a ratio of 95:3:2. The electrode was prepared by dispersing it in pyrrolidone and casting it on aluminum foil. The loading amount of the electrode was the same as 15 mg/cm 2 , and drying was performed in a vacuum oven at 60 ˚C for 12 hours. The N/P ratio, which is the capacity ratio of the positive and negative electrodes of the prepared coin cell, was fixed to be 1.1.

<실험예><Experimental example>

실험예 1. 감마선을 이용하여 코팅된 흑연의 특성 분석Experimental Example 1. Characterization of coated graphite using gamma rays

1-1. 열중량 분석1-1. thermogravimetric analysis

제조예 1에서 코팅된 흑연의 그래프트율을 알아보기 위하여 열중량분석(thermogravimetric analysis, TGA) 방법을 이용하였다. 일반적으로, 흑연은 600℃의 온도까지는 충분히 안정하기 때문에 이를 통해 코팅된 층의 무게 비율을 확인할 수 있다. A thermogravimetric analysis (TGA) method was used to determine the graft rate of the graphite coated in Preparation Example 1. In general, since graphite is sufficiently stable up to a temperature of 600° C., the weight ratio of the coated layer can be confirmed through this.

열중량 분석을 통해서 제조예 1에서 감마선을 이용하여 코팅한 흑연과 코팅처리 하지 않은 흑연의 무게 변화를 분석하였다. 그리고, 결과를 도 3에 나타내었다.Through thermogravimetric analysis, the weight change of the graphite coated and uncoated graphite in Preparation Example 1 using gamma rays was analyzed. And, the result is shown in FIG.

도 3은 열중량 분석 그래프로, 제조예 1에서 감마선을 이용하여 코팅한 흑연과 코팅처리 하지 않은 흑연의 무게 변화를 나타낸 열중량 분석 그래프이다.FIG. 3 is a thermogravimetric analysis graph, which is a thermogravimetric analysis graph showing the change in weight of graphite coated with gamma rays and graphite not treated with gamma rays in Preparation Example 1. FIG.

도 3를 참조하면, 일반 흑연은 약 600℃ 부근에서부터 무게감소가 일어나기 시작하였고, 제조예 1에서 감마선을 이용하여 PVP를 코팅한 흑연의 경우, 약 200 내지 600℃ 부근에서 지속적인 무게감소가 있는 것을 확인할 수 있었다. 이를 통하여, 전체 흑연 대비 약 4 중량% 만큼이 코팅된 물질임을 확인할 수 있었다.Referring to FIG. 3 , general graphite began to lose weight from around 600° C., and in the case of graphite coated with PVP using gamma rays in Preparation Example 1, there was a continuous weight loss around 200 to 600° C. could check Through this, it was confirmed that about 4% by weight of the total graphite was the coated material.

1-2. 흑연의 표면 분석1-2. Surface analysis of graphite

제조예 1에서 코팅한 흑연의 표면 분석을 실시하였다. 도 4는 제조예 1에서 코팅된 흑연의 SEM-EDS 데이터를 나타낸 도면이다. 도 4을 참조하면, 앞선 원소 분석결과에서 나타난 바와 같이, N, O 의 원소가 입자(particle) 모양으로 고르게 퍼져있는 것을 확인할 수 있다.Surface analysis of the graphite coated in Preparation Example 1 was performed. 4 is a view showing SEM-EDS data of the graphite coated in Preparation Example 1. Referring to FIG. 4 , as shown in the previous element analysis results, it can be confirmed that the elements of N and O are evenly distributed in the shape of particles.

이를 통해서 코팅층이 흑연의 입자 주변에 고르게 퍼져 있다고 판단하였다.Through this, it was determined that the coating layer was evenly spread around the graphite particles.

실험예 2. 감마선을 이용하여 코팅한 흑연의 율특성 분석Experimental Example 2. Analysis of rate characteristics of graphite coated using gamma rays

실시예 1과 비교예 1에서 제조한 리튬 이차전지를 이용하여 율특성을 비교하였다. 그리고, 그 결과를 도 5에 나타내었다. The rate characteristics were compared using the lithium secondary batteries prepared in Example 1 and Comparative Example 1. And, the result is shown in FIG.

도 5를 참조하면, 비교예 1인 흑연 보다 감마선을 이용하여 코팅된 흑연을 이용하여 제조한 리튬 이차전지에서 더 높은 율특성을 보이는 것을 확인할 수 있었다. 일반적으로 흑연(비교예 1)는 1C정도의 속도에서 80mAh/g 정도의 많은 용량감소가 일어나지만 코팅된 흑연(실시예 1)의 경우 약 180 mAh/g 정도의 높은 용량을 보이는 것을 확인할 수 있었다. 이는 실시예 1의 코팅과정에서 생긴 분해막이 전해질과 반응하면서 새로운 계면을 형성하게 되고 이 계면이 기존의 카보네이트로만 이루어진 분해막보다 리튬 이온 전달에 유리하기 때문이라고 판단된다.Referring to FIG. 5 , it was confirmed that the lithium secondary battery manufactured using graphite coated with gamma rays showed higher rate characteristics than that of the graphite of Comparative Example 1. In general, graphite (Comparative Example 1) had a large capacity decrease of about 80 mAh/g at a rate of about 1C, but it was confirmed that the coated graphite (Example 1) showed a high capacity of about 180 mAh/g. . This is thought to be because the decomposition film generated in the coating process of Example 1 reacts with the electrolyte to form a new interface, and this interface is more advantageous for lithium ion transfer than the decomposition film made only of the existing carbonate.

이를 통해, 감마선의 강한 에너지를 이용하여 화학적으로 쉽게 반응하지 않는 흑연을 쉽게 반응시키고 코팅하는 것이 가능함을 알 수 있었다.Through this, it was found that it is possible to easily react and coat graphite, which does not easily react chemically, using the strong energy of gamma rays.

실험예 3. 감마선을 이용하여 코팅한 실리콘의 전기화학 특성 분석Experimental Example 3. Analysis of electrochemical properties of silicon coated using gamma rays

실시예 2와 비교예 2에서 제조한 리튬 이차전지를 이용하여 비교하였다. 그리고, 그 결과를 도 6에 나타내었다. 도 6를 참조하면, 비교예 2인 마이크로 실리콘 보다 감마선을 이용하여 코팅된 실리콘을 이용하여 제조한 리튬 이차전지에서 더 좋은 사이클 특성을 보이는 것을 확인할 수 있었다. 일반적으로 마이크로실리콘(비교예 2)는 첫 사이클에서 73%정도의 쿨롱 효율을 보이는 반면 코팅된 실리콘의 경우 약 90%의 쿨롱 효율을 보이는 것을 확인할 수 있었다. 이는 실시예 2의 코팅과정에서 생긴 PAA와 비슷한 형태의 acrylic acid 중합체가 코팅막으로 작용하면서 실리콘 전극의 부피팽창으로 인한 스트레스를 완화해주고 결착 특성을 향상시키기 때문이라고 판단된다. Comparative Example 2 and the lithium secondary battery prepared in Comparative Example 2 were used. And, the result is shown in FIG. Referring to FIG. 6 , it was confirmed that a lithium secondary battery manufactured using silicon coated with gamma rays showed better cycle characteristics than micro silicon of Comparative Example 2. In general, microsilicon (Comparative Example 2) showed a coulombic efficiency of about 73% in the first cycle, whereas it was confirmed that the coated silicon showed a coulombic efficiency of about 90%. It is considered that this is because the acrylic acid polymer having a similar shape to PAA generated in the coating process of Example 2 acts as a coating film to relieve stress due to volume expansion of the silicon electrode and to improve binding properties.

이를 통해, 감마선을 이용한 코팅이 마이크로 실리콘의 부피 팽창 문제에도 효과적으로 적용이 가능하다는 것을 알 수 있었다. Through this, it was found that the coating using gamma rays can be effectively applied to the problem of volume expansion of micro silicon.

실험예 4. 감마선을 이용하여 코팅한 금속산화물의 전기화학 분석Experimental Example 4. Electrochemical analysis of coated metal oxide using gamma rays

실시예 3과 비교예 3에서 제조한 리튬 이차전지를 이용하여 전기화학 특성을 비교하였다. 그리고, 그 결과를 도 7에 나타내었다. Electrochemical properties were compared using the lithium secondary batteries prepared in Example 3 and Comparative Example 3. And, the result is shown in FIG.

도 7를 참조하면, 비교예 3인 금속산화물 양극 보다 감마선을 이용하여 코팅된 금속산화물 양극 이용하여 제조한 리튬 이차전지에서 더 좋은 사이클 특성을 보이는 것을 확인할 수 있었다. 1C의 속도에서 120사이클을 진행한 결과 비교예 3의 경우 80% 정도의 비용량 유지율을 보인 반면 실시예 3의 경우 95% 정도의 비용량 유지율을 보이는 것을 확인할 수 있었다. 일반적으로 고속에서 충방전이 진행될 때 금속산화물 표면의 비활성화로 용량 감소가 일어나지만 코팅된 금속산화물의 경우 코팅층이 표면을 유지시켜주어 높은 비용량 유지율을 보이는 것으로 판단된다Referring to FIG. 7 , it was confirmed that the lithium secondary battery manufactured using the metal oxide positive electrode coated with gamma rays showed better cycle characteristics than the metal oxide positive electrode of Comparative Example 3. As a result of performing 120 cycles at a speed of 1C, it was confirmed that Comparative Example 3 showed a specific capacity retention ratio of about 80%, whereas Example 3 showed a specific capacity retention ratio of about 95%. In general, when charging and discharging at high speed, the capacity decreases due to the deactivation of the metal oxide surface, but in the case of the coated metal oxide, the coating layer maintains the surface, which is judged to show a high specific capacity retention rate.

이를 통해, 감마선을 이용하여 금속산화물 양극을 코팅하면 사이클특성을 효과적으로 향상시키는 것이 가능함을 확인할 수 있다. Through this, it can be confirmed that it is possible to effectively improve the cycle characteristics by coating the metal oxide anode using gamma rays.

실험예 5. 감마선을 이용하여 산화물 고체전해질을 이용한 리튬 이온전도도 측정 Experimental Example 5. Lithium ion conductivity measurement using an oxide solid electrolyte using gamma rays

실시예 4와 비교예 4에서 제조한 펠렛을 이용하여 리튬 이온전도도를 측정하였다. 그리고, 그 결과를 도 8에 나타내었다. 도 8을 참고하면 비교예 4인 산화물 고체전해질에 비해 월등히 높은 리튬 이온전도도를 갖는 것을 확인할 수 있었다. 일반적으로 산화물 고체전해질의 경우 열처리 없이 리튬 이온 전도도를 거의 갖지 않으나 감마선을 이용하여 리튬 염과 Acrylonitrile 중합체를 이용한 코팅막을 형성하여 열처리 없이도 약 4.2 X 10-7 S/cm-1 정도의 향상된 리튬 이온전도도를 보이는 것을 확인할 수 있었다. 이를 통해 산화물 고체전해질에 감마선을 이용하여 효과적으로 코팅막을 형성할 수 있고 이를 통해 입자 간의 저항을 줄일 수 있다고 판단할 수 있었다.The lithium ion conductivity was measured using the pellets prepared in Example 4 and Comparative Example 4. And, the result is shown in FIG. Referring to FIG. 8 , it was confirmed that the lithium ion conductivity was significantly higher than that of the oxide solid electrolyte of Comparative Example 4. In general, oxide solid electrolytes have little lithium ion conductivity without heat treatment, but improved lithium ion conductivity of about 4.2 X 10 -7 S/cm -1 without heat treatment by forming a coating film using lithium salt and acrylonitrile polymer using gamma rays was able to confirm that Through this, it was determined that a coating film could be effectively formed by using gamma rays on the oxide solid electrolyte, thereby reducing the resistance between particles.

본 발명의 또 다른 일 실시예는 무기 금속염을 포함하는 전해질 용액에 전극을 도포 또는 침지시킨 후 감마선을 조사하여 무기물층을 전극 표면에 형성시킨다. 이 경우 전해질 용액 성분 선택에 따라 전극 표면에 형성되는 층의 성질을 선택할 수 있는 장점이 있다. In another embodiment of the present invention, an inorganic material layer is formed on the electrode surface by applying or immersing the electrode in an electrolyte solution containing an inorganic metal salt and then irradiating gamma rays. In this case, there is an advantage in that the properties of the layer formed on the electrode surface can be selected according to the selection of the electrolyte solution component.

이하 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through preferred embodiments.

제조예 1-1 감마선 조사 전극 및 코인셀 제조Preparation Example 1-1 Preparation of gamma-irradiated electrode and coin cell

흑연을 물에 분산시켜 슬러리를 제조한 후, 구리 호일에 캐스팅하여 전극을 제조하였다. 전극의 로딩은 8 mg/cm2 으로 동일하게 하였고, 이때, 슬러리의 비율은 흑연: Super-P: SBR: CMC 는 93 : 3 : 2 : 2 의 비율이 되도록 구성하였다. 그리고, 70 ˚C 오븐에서 12시간 건조를 진행하였다.Graphite was dispersed in water to prepare a slurry, and then cast to copper foil to prepare an electrode. The loading of the electrode was the same at 8 mg/cm 2 , and in this case, the ratio of the slurry was configured such that the ratio of graphite: Super-P: SBR: CMC was 93: 3: 2: 2. Then, drying was performed in an oven at 70 °C for 12 hours.

이렇게 제조된 전극을 바이알에 넣고 하기 표 1과 같이 다양한 종류의 리튬염을 포함하는 전해질 용액에 담그고 아르곤 조성하에서 밀봉하였다. 실링된 바이알은 2kGy/hr의 조사속도에서 감마선 하에 다양한 시간동안 처리되었다. 구체적인 감마선 처리 전해질 조건과 시간은 표1과 같다. 이렇게 감마선 처리된 흑연 전극은 아르곤 분위기 하에서 개봉되어 DEC 전해질로 세척 후 건조되었다. 모든 처리 공정은 대기중에 노출 없이 진행되었다. 본 발명의 일 실시예에서 상기 감마선은 적어도 리튬과 같은 금속염을 이온화시킬 수 있는 수준의 에너지를 갖는 것이 바람직하다. The thus-prepared electrode was placed in a vial, immersed in an electrolyte solution containing various kinds of lithium salts as shown in Table 1 below, and sealed under an argon composition. The sealed vials were treated for various times under gamma radiation at an irradiation rate of 2 kGy/hr. Specific gamma-ray treatment electrolyte conditions and time are shown in Table 1. The gamma-ray-treated graphite electrode was opened under an argon atmosphere, washed with DEC electrolyte, and dried. All treatment processes were carried out without exposure to air. In an embodiment of the present invention, it is preferable that the gamma rays have at least a level of energy capable of ionizing a metal salt such as lithium.

[표 1][Table 1]

Figure pat00001
Figure pat00001

상기 표 1의 조건에서 제조된 전극을 이후 아르곤 가스 하의 글로브 박스 안에서 리튬 금속을 상대 전극(Reference Electrode)로 하고, 1 M LiPF6 가 용해된 EC:DEC:FEC=45:45:10(부피비) 혼합액을 전해액으로 투입하여 코인셀로 제조하였다. 참고로, 분리막은 PE 를 사용하였다.The electrode prepared under the conditions of Table 1 was then used as a lithium metal as a reference electrode in a glove box under argon gas, and EC:DEC:FEC=45:45:10 (volume ratio) in which 1 M LiPF 6 was dissolved. The mixed solution was added as an electrolyte to prepare a coin cell. For reference, the separator used PE.

제조예 2-1. 완전-셀(Full-Cell) 제조 Preparation Example 2-1. Full-Cell Manufacturing

위 표 1의 실시예 13에서와 같은 전해액에서 감마선 처리된 흑연전극을 이용하여 풀-셀을 제조하였다. 보다 구체적으로 본 제조예에서는 실시예 13에서 제조된 흑연 전극과 함께 금속 산화물 양극을 사용하였으며, 금속 산화물 양극은 니켈 : 코발트 : 망간의 비율이 6 : 2 : 2인 활물질이 사용되었고 금속산화물 : Super-P : PVDF가 95 : 3 : 2의 비율이 되도록 N-methyl-2-pyrrolidone에 분산시켜 알루미늄 호일 위에 캐스팅하여 전극을 제조하였다. 전극의 로딩양은 15 mg/cm2이 되도록 동일하게 하였고, 60 ˚C 진공 오븐에서 12시간 건조를 진행하였다. 제조된 코인셀의 양극과 음극의 용량 비율인 N/P 비율은 1.1이 되도록 고정하였다. A full-cell was prepared by using a graphite electrode treated with gamma rays in the same electrolyte as in Example 13 of Table 1 above. More specifically, in this preparation example, a metal oxide positive electrode was used together with the graphite electrode prepared in Example 13, and an active material having a nickel: cobalt: manganese ratio of 6: 2: 2 was used as the metal oxide anode, and metal oxide: Super -P: PVDF was dispersed in N-methyl-2-pyrrolidone in a ratio of 95: 3: 2 and cast on aluminum foil to prepare an electrode. The loading amount of the electrode was the same as 15 mg/cm 2 , and drying was performed in a vacuum oven at 60 ˚C for 12 hours. The N/P ratio, which is the capacity ratio of the positive electrode and the negative electrode of the prepared coin cell, was fixed to be 1.1.

비교예 5. 감마선 처리가 되지 않는 흑연 전극Comparative Example 5. Graphite electrode not subjected to gamma-ray treatment

비교예로서 감마선 처리 되지 않은 흑연 전극을 이용한 것을 제외하고는 제조예 2-1과 동일한 풀-셀을 제조하였다. As a comparative example, the same full-cell as in Preparation Example 2-1 was prepared except that a graphite electrode not treated with gamma ray was used.

실험예 6. 감마선을 이용해 코팅된 흑연 전극의 율특성 분석Experimental Example 6. Analysis of rate characteristics of graphite electrode coated using gamma rays

비교예1과 실시예 5-13에서 제조한 리튬 이차전지를 이용하여 율특성을 비교하였다. 그리고 그 결과를 도 9에 나타내었다. 도 9를 참조하면, 비교예 1인 흑연 전극보다 감마선을 이용하여 코팅된 흑연 전극이 월등하게 높은 율특성을 보이는 것을 확인할 수 있었다. 비교예 1의 경우 1C에서 약 80 mAh/g정도의 용량을 보이는 반면 처리된 실시예 5-13은 이보다 높은 용량을 구현하였다. 특히, 실시예 13의 경우 약 250 mAh/g 정도의 용량을 구현되었다. 이는 리튬염 LiTFSI가 감마선 코팅 과정중 붕괴되면서 흑연 표면에 LiF 코팅 층을 형성하게 되고 이 계면의 높은 율특성이 셀성능에 반영되었기 때문이라고 판단된다. The rate characteristics were compared using the lithium secondary batteries prepared in Comparative Example 1 and Examples 5-13. And the result is shown in FIG. Referring to FIG. 9 , it was confirmed that the graphite electrode coated with gamma rays showed significantly higher rate characteristics than the graphite electrode of Comparative Example 1. Comparative Example 1 showed a capacity of about 80 mAh/g at 1C, whereas the treated Examples 5-13 realized a higher capacity. In particular, in the case of Example 13, a capacity of about 250 mAh/g was implemented. This is thought to be because the lithium salt LiTFSI collapses during the gamma-ray coating process and forms a LiF coating layer on the graphite surface, and the high rate characteristic of this interface is reflected in the cell performance.

또한 실시예 14와 비교예5를 통하여 제조된 흑연전극이 금속산화물 양극과 함께 완전셀로 작동되었을 때도 우수한 성능이 유지됨을 확인할 수 있었다. 도 10을 참조하면 일반적인 흑연 전극이 들어간 비교예5보다 감마선을 처리한 실시예 14의 율속특성이 훨씬 우수한 것을 확인할 수 있으며, 그 결과 같은 속도에서 훨씬 더 많은 용량이 구현됨을 확인할 수 있다. 또한 낮은 이온저항으로 인하여 같은 충전 속도에서 실시예 14의 충방전 곡선이 비교예 5의 충방전 곡선보다 더 낮은 전압대에서 용량을 구현함을 확인할 수 있다.In addition, it was confirmed that excellent performance was maintained even when the graphite electrode prepared in Example 14 and Comparative Example 5 was operated as a full cell together with the metal oxide anode. Referring to FIG. 10 , it can be seen that the rate-rate characteristic of Example 14 treated with gamma rays is much better than Comparative Example 5 containing a general graphite electrode, and as a result, it can be confirmed that much more capacity is realized at the same speed. In addition, it can be confirmed that the charge/discharge curve of Example 14 realizes the capacity at a lower voltage range than the charge/discharge curve of Comparative Example 5 at the same charge rate due to low ionic resistance.

이를 통해, 감마선을 이용한 코팅이 전극으로 만들어진 후에도 적용 가능한 우수한 기술임을 알 수 있다. 또한 감마선 조사 과정이 다양한 리튬염의 붕괴를 통해 좋은 계면 성분인 LiF를 형성하는 효과적인 방법임을 확인할 수 있다.Through this, it can be seen that coating using gamma rays is an excellent technique that can be applied even after being made into electrodes. In addition, it can be confirmed that the gamma-irradiation process is an effective method for forming LiF, a good interfacial component, through the decay of various lithium salts.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 반응 용액은 감마선(γ-ray) 조사에 따라 붕괴되어 무기물층이 형성되는 금속염을 포함하는 것으로, LiF, LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiB(Ph)4, LiC4BO8, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, LiSO3CH3, LiSO3CF3, LiSCN, LiC(CF3SO2)3, LiN(CF3SO2)2, LiN(C2F5SO2)2, LiN(SO2F)2, 클로로 보란 리튬, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4 페닐 붕산 리튬 및 이미드로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 성분을 포함할 수있다. Therefore, the reaction solution according to an embodiment of the present invention is to contain a metal salt that decays upon irradiation with gamma rays (γ-ray) to form an inorganic material layer, LiF, LiCl, LiBr, LiI, LiClO 4 , LiBF 4 , LiB 10 Cl 10 , LiB(Ph) 4 , LiC 4 BO 8 , LiPF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiCF 3 CO 2 , LiAsF 6 , LiSbF 6 , LiAlCl 4 , LiSO 3 CH 3 , LiSO 3 CF 3 , LiSCN, LiC (CF 3 SO 2 ) 3 , LiN(CF 3 SO 2 ) 2 , LiN(C 2 F 5 SO 2 ) 2 , LiN(SO 2 F) 2 , Chloroborane lithium, lower aliphatic lithium carboxylate, 4-phenyl lithium borate and one or more components selected from the group consisting of imides.

Claims (30)

이차전지용 소재를 반응용액에 접촉시키는 단계; 및
이차전지용 소재와 접촉하는 반응용액에 감마선(γ-ray)을 조사하여, 이차전지용 소재의 표면에 유기물층 또는 무기물층을 형성하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하며,
상기 유기물층은 상기 감마선 조사에 따라 형성되는 반응물이 상기 이차전지용 소재 표면에 그래프트된 것이며,
상기 무기물층은 상기 감마선 조사에 따라 붕괴되는 반응용액의 금속염이 상기 이차전지용 소재 표면에 코팅된 것인 것을 특징으로 하는 이차전지 전극용 소재의 표면처리 방법.
contacting the secondary battery material with the reaction solution; and
Forming an organic layer or an inorganic layer on the surface of the secondary battery material by irradiating gamma rays (γ-ray) to the reaction solution in contact with the secondary battery material; It is characterized in that it comprises
In the organic material layer, a reactant formed by irradiation with gamma rays is grafted onto the surface of the material for secondary batteries,
The inorganic material layer is a method for surface treatment of a material for a secondary battery electrode, characterized in that the metal salt of the reaction solution that collapses upon irradiation with gamma rays is coated on the surface of the material for secondary battery.
제 1항에 있어서,
상기 이차전지용 소재의 표면에 유기물층을 형성하는 단계는, 반응용액에 감마선(γ-ray)을 조사하여, 이차전지용 소재의 표면 또는 반응용액에 라디칼을 발생시키고, 상기 반응용액 내에 존재하는 반응물 또는 분해물을 상기 이차전지용 소재의 표면에 그래프트 시키는 것을 특징으로 하는 이차전지 전극용 소재의 표면처리 방법.
The method of claim 1,
In the step of forming an organic material layer on the surface of the material for secondary batteries, gamma rays (γ-ray) are irradiated to the reaction solution to generate radicals on the surface or reaction solution of the material for secondary batteries, and reactants or decomposition products present in the reaction solution A surface treatment method of a material for a secondary battery electrode, characterized in that grafting on the surface of the material for a secondary battery.
제1항에 있어서,
상기 이차전지용 소재는, 흑연(graphite), 실리콘(silicon)계 음극, 금속산화물(metal oxide), 금속황화물(metal sulfide), 리튬 금속, 나트륨 금속, 마그네슘 금속, 징크 금속, 알루미늄 금속, 유황 기반 복합체, 퀴논(quinone) 그룹이 포함된 유기물, 고분자 기반 고체 전해질, 황화물 기반 고체 전해질 및 산화물 기반 고체 전해질로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 이차전지 전극용 소재의 표면처리 방법.
According to claim 1,
The secondary battery material is, graphite, silicon-based negative electrode, metal oxide (metal oxide), metal sulfide (metal sulfide), lithium metal, sodium metal, magnesium metal, zinc metal, aluminum metal, sulfur-based composite , A method for surface treatment of a material for a secondary battery electrode, characterized in that at least one selected from the group consisting of an organic material containing a quinone group, a polymer-based solid electrolyte, a sulfide-based solid electrolyte, and an oxide-based solid electrolyte.
제1항에 있어서,
상기 이차전지용 소재는, 흑연(graphite), 실리콘(silicon)계 음극, 금속산화물(metal oxide) 및 산화물 기반 고체 전해질로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 이차전지 전극용 소재의 표면처리 방법.
According to claim 1,
The material for the secondary battery is a surface treatment method of a material for a secondary battery electrode, characterized in that at least one selected from the group consisting of graphite, a silicon-based negative electrode, a metal oxide, and an oxide-based solid electrolyte .
제3항에 있어서,
상기 흑연은 분말 형태이며, 천연흑연 혹은 탄소 재료를 원료로 열처리하여 제조된 인조흑연인 것을 특징으로 하는 이차전지 전극용 소재의 표면처리 방법.
4. The method of claim 3,
The graphite is in the form of a powder, and a method for surface treatment of a material for a secondary battery electrode, characterized in that it is artificial graphite manufactured by heat-treating natural graphite or a carbon material as a raw material.
제3항에 있어서,
상기 실리콘계 음극은, SiOx(0≤x≤2) 조성의 규소, 진성 실리콘, n형 실리콘 또는 p형 실리콘을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 전극용 소재의 표면처리 방법.
4. The method of claim 3,
The silicon-based negative electrode, SiO x (0≤x≤2) composition of silicon, intrinsic silicon, n-type silicon or p-type silicon, characterized in that it comprises a surface treatment method of a material for a secondary battery electrode.
제3항에 있어서,
상기 실리콘계 음극은, 흑연, 탄소섬유, 피치계 탄소, 그래핀, 카본 나노튜브, 활성탄 및 카본블랙으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 전도성 탄소재를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 전극용 소재의 표면처리 방법.
4. The method of claim 3,
The silicon-based negative electrode, graphite, carbon fiber, pitch-based carbon, graphene, carbon nanotubes, activated carbon and carbon black, characterized in that the surface of the secondary battery electrode material comprising at least one conductive carbon material selected from the group consisting of processing method.
제3항에 있어서,
상기 금속산화물은, Li1+aNibCocMndO2 (0 ≤ a ≤ 0.2, 0 ≤ b < 1, 0 ≤ c < 1, 0 ≤ d < 1, b+c+d=1), Li1+e[M2-e]O4 (0 ≤ e ≤ 0.15, M= Mn, Ni, Cr, Fe, Co, Cu 중 1종류 이상), Li1+fNigCohAliO2 (0 ≤ f ≤ 0.2, 0 < g < 1, 0 < h < 1, 0 < i < 1, g+h+i=1), LiFe1-jMkPO4 (M= 1종류 이상의 전이 금속 원소, 0 ≤ j ≤ 0.5, 0 ≤ k ≤ 0.5), LilTimOn (0 < l < 7, 0 < m < 6, 0 < n < 15) 또는 이들의 표면에 LixMOy (M=Zr, Al, Sn, Nb, Ti, Ta, 0.9 ≤ x ≤ 1.2, 1 ≤ y ≤ 3.5)이 코팅된 소재 또는 이들의 조합을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 전극용 소재의 표면처리 방법.
4. The method of claim 3,
The metal oxide is Li 1+a Ni b Co c Mn d O 2 (0 ≤ a ≤ 0.2, 0 ≤ b < 1, 0 ≤ c < 1, 0 ≤ d < 1, b+c+d=1) , Li 1+e [M 2-e ]O 4 (0 ≤ e ≤ 0.15, M= at least one of Mn, Ni, Cr, Fe, Co, Cu), Li 1+f Ni g Co h Al i O 2 (0 ≤ f ≤ 0.2, 0 < g < 1, 0 < h < 1, 0 < i < 1, g+h+i=1), LiFe 1-j M k PO 4 (M= more than one kind of transition Metal elements, 0 ≤ j ≤ 0.5, 0 ≤ k ≤ 0.5), Li l Ti m O n (0 < l < 7, 0 < m < 6, 0 < n < 15) or Li x MO y on their surface (M = Zr, Al, Sn, Nb, Ti, Ta, 0.9 ≤ x ≤ 1.2, 1 ≤ y ≤ 3.5) Surface treatment of a material for a secondary battery electrode comprising a coated material or a combination thereof Way.
제3항에 있어서,
상기 산화물 기반 고체 전해질은, LiO2-Al2O3-TiO2-P2O5, LiO2-SiO2-TiO2-P2O5, LiO2-La2O3-ZrO2, LiO2-La2O3-TiO2, Li4SiO4-Li3PO4, 및 LiO2-Al2O3-Ge2O3-P2O5 로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 이차전지 전극용 소재의 표면처리 방법.
4. The method of claim 3,
The oxide-based solid electrolyte is, LiO 2 -Al 2 O 3 -TiO 2 -P 2 O 5 , LiO 2 -SiO 2 -TiO 2 -P 2 O 5 , LiO 2 -La 2 O 3 -ZrO 2, LiO 2 -La 2 O 3 -TiO 2 , Li 4 SiO 4 -Li 3 PO 4 , and LiO 2 -Al 2 O 3 -Ge 2 O 3 -P 2 O 5 Secondary, characterized in that at least one selected from the group consisting of A method for surface treatment of materials for battery electrodes.
제1항에 있어서,
상기 반응용액에 분산되는 이차전지용 소재는 평균 입경이 10 nm 내지 50 ㎛ 범위의 분말인 것을 특징으로 하는 이차전지 전극용 소재의 표면처리 방법.
According to claim 1,
The secondary battery material dispersed in the reaction solution is a surface treatment method of a secondary battery electrode material, characterized in that the powder has an average particle diameter in the range of 10 nm to 50 ㎛.
제1항에 있어서,
상기 감마선은, 0.1 내지 50 kGy/hr 범위의 조사 선량율로 1 내지 1000 kGy 범위의 조사량을 조사하는 것을 특징으로 하는 이차전지 전극용 소재의 표면처리 방법.
According to claim 1,
The gamma-ray is a surface treatment method of a material for a secondary battery electrode, characterized in that for irradiating an irradiation dose in the range of 1 to 1000 kGy at an irradiation dose rate in the range of 0.1 to 50 kGy / hr.
제1항에 있어서,
상기 반응용액은, 물, 방향족 탄화수소, 지방족 탄화수소, 할로겐화 탄화수소, 알코올, 에스테르, 케톤, 에테르, 카보네이트, 아마이드, 니트릴 및 설폰계열로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 용매를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 전극용 소재의 표면처리 방법.
According to claim 1,
The reaction solution comprises at least one solvent selected from the group consisting of water, aromatic hydrocarbons, aliphatic hydrocarbons, halogenated hydrocarbons, alcohols, esters, ketones, ethers, carbonates, amides, nitriles and sulfones. A method for surface treatment of electrode materials.
제1항에 있어서,
상기 반응용액은, N-비닐-2피롤리돈, 비닐 올레핀계 단량체, 비닐 방향족계 단량체, 비닐 할로겐계 단량체, 비닐 알코올계 단량체, 에테르계 단량체, 아크릴레이트계 단량체, 아크릴산계 단량체, 아마이드계 단량체, 니트릴계 단량체 및 설폰계 단량체로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 단량체를 포함할 수 있는 것을 특징으로 하는 이차전지 전극용 소재의 표면처리 방법.
According to claim 1,
The reaction solution is N-vinyl-2 pyrrolidone, vinyl olefin monomer, vinyl aromatic monomer, vinyl halogen monomer, vinyl alcohol monomer, ether monomer, acrylate monomer, acrylic acid monomer, amide monomer , a method for surface treatment of a material for a secondary battery electrode, characterized in that it may include one or more monomers selected from the group consisting of nitrile-based monomers and sulfone-based monomers.
이차전지용 소재; 및
이차전지용 소재의 표면을 둘러싸는 중합체 기반 유기물층; 을 포함하는 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 이차전지 전극용 소재의 표면처리 방법으로 제조된 이차전지 전극용 소재.
materials for secondary batteries; and
A polymer-based organic material layer surrounding the surface of the secondary battery material; A secondary battery electrode material manufactured by the surface treatment method of the secondary battery electrode material according to any one of claims 1 to 12, comprising a.
제14항에 있어서,
상기 유기물층의 두께는 평균 0.1 nm 내지 10 μm 범위인 것을 특징으로 하는 이차전지 전극용 소재
15. The method of claim 14,
The thickness of the organic material layer is a secondary battery electrode material, characterized in that the average range of 0.1 nm to 10 μm
제14항에 따른 이차전지용 소재를 포함하는 이차전지 전극.
A secondary battery electrode comprising the material for a secondary battery according to claim 14 .
제16항에 따른 이차전지 전극을 포함하는 리튬 이차전지.
A lithium secondary battery comprising the secondary battery electrode according to claim 16 .
이차전지용 전극을 반응용액에 침지 또는 이차전지용 전극에 반응용액을 도포하는 단계; 및
이차전지용 전극이 포함된 반응용액 또는 반응용액이 도포된 이차전지용 전극에 감마선(γ-ray)을 조사하여, 이차전지용 전극의 표면에 유기물층을 형성하는 단계; 를 포함하며,
상기 이차전지용 전극의 표면에 유기물층을 형성하는 단계는, 반응용액에 감마선(γ-ray)을 조사하여, 이차전지용 전극의 표면 또는 반응용액에 라디칼을 발생시키고, 상기 반응용액 내에 존재하는 반응물 또는 분해물을 상기 이차전지용 전극의 표면에 그래프트 시키는 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극의 표면처리 방법.
immersing the electrode for a secondary battery in a reaction solution or applying the reaction solution to the electrode for a secondary battery; and
Forming an organic material layer on the surface of the electrode for a secondary battery by irradiating a reaction solution containing the electrode for a secondary battery or a secondary battery electrode coated with the reaction solution with gamma rays (γ-ray); includes,
In the step of forming an organic material layer on the surface of the electrode for a secondary battery, gamma rays (γ-ray) are irradiated to the reaction solution to generate radicals on the surface of the electrode for a secondary battery or the reaction solution, and reactants or decomposition products present in the reaction solution A surface treatment method for a secondary battery electrode, characterized in that grafting on the surface of the secondary battery electrode.
제18항에 있어서,
상기 이차전지 전극은, 흑연(graphite), 실리콘(silicon)계 음극, 금속산화물(metal oxide), 금속황화물(metal sulfide), 리튬 금속, 나트륨 금속, 마그네슘 금속, 징크 금속, 알루미늄 금속, 유황 기반 복합체, 퀴논(quinone) 그룹이 포함된 유기물, 고분자 기반 고체 전해질, 황화물 기반 고체 전해질 및 산화물 기반 고체 전해질로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극의 표면처리 방법.
19. The method of claim 18,
The secondary battery electrode, graphite, silicon-based negative electrode, metal oxide (metal oxide), metal sulfide (metal sulfide), lithium metal, sodium metal, magnesium metal, zinc metal, aluminum metal, sulfur-based composite , An organic material containing a quinone group, a polymer-based solid electrolyte, a sulfide-based solid electrolyte, and an oxide-based solid electrolyte surface treatment method for a secondary battery electrode comprising at least one selected from the group consisting of.
제18항에 있어서,
상기 감마선은, 0.1 내지 50 kGy/hr 범위의 조사 선량율로 1 내지 1000 kGy 범위의 조사량을 조사하는 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극의 표면처리 방법.
19. The method of claim 18,
The gamma ray is a surface treatment method of an electrode for a secondary battery, characterized in that irradiating an irradiation dose in the range of 1 to 1000 kGy at an irradiation dose rate in the range of 0.1 to 50 kGy / hr.
제18항에 있어서,
상기 반응용액은, 물, 방향족 탄화수소, 지방족 탄화수소, 할로겐화 탄화수소, 알코올, 에스테르, 케톤, 에테르, 카보네이트, 아마이드, 니트릴 및 설폰계열로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 용매를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극의 표면처리 방법.
19. The method of claim 18,
The reaction solution is water, aromatic hydrocarbons, aliphatic hydrocarbons, halogenated hydrocarbons, alcohols, esters, ketones, ethers, carbonates, amides, nitriles and secondary batteries, characterized in that it contains one or more solvents selected from the group consisting of sulfone series A method for surface treatment of electrodes.
제18항에 있어서,
상기 반응용액은, N-비닐-2피롤리돈, 비닐 올레핀계 단량체, 비닐 방향족계 단량체, 비닐 할로겐계 단량체, 비닐 알코올계 단량체, 에테르계 단량체, 아크릴레이트계 단량체, 아크릴산계 단량체, 아마이드계 단량체, 니트릴계 단량체 및 설폰계 단량체로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 단량체를 포함할 수 있는 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극의 표면처리 방법.
19. The method of claim 18,
The reaction solution is N-vinyl-2 pyrrolidone, vinyl olefin monomer, vinyl aromatic monomer, vinyl halogen monomer, vinyl alcohol monomer, ether monomer, acrylate monomer, acrylic acid monomer, amide monomer , a method for surface treatment of an electrode for a secondary battery, characterized in that it may include one or more monomers selected from the group consisting of nitrile-based monomers and sulfone-based monomers.
이차전지용 전극; 및
이차전지용 전극의 표면을 둘러싸는 중합체 기반 유기물층; 을 포함하는 제17항 내지 제21항 중 어느 한 항에 따른 이차전지용 전극의 표면처리 방법으로 제조된 이차전지용 전극.
electrodes for secondary batteries; and
A polymer-based organic material layer surrounding the surface of the secondary battery electrode; A secondary battery electrode manufactured by the surface treatment method of the secondary battery electrode according to any one of claims 17 to 21, comprising a.
제23항에 있어서,
상기 유기물층의 두께는 평균 0.1 nm 내지 10 μm 범위인 것을 특징으로 하는 이차전지 전극용 소재.
24. The method of claim 23,
The thickness of the organic material layer is a secondary battery electrode material, characterized in that the average range of 0.1 nm to 10 μm.
제23항에 따른 이차전지 전극을 포함하는 리튬 이차전지.
A lithium secondary battery comprising the secondary battery electrode according to claim 23.
이차전지용 전극을 반응용액에 침지 또는 이차전지용 전극에 금속염을 포함하는 반응용액을 접촉하는 단계;
상기 반응용액에 감마선(γ-ray)을 조사하는 단계; 및
상기 조사된 감마선((γ-ray)에 따라 붕괴되는 상기 금속염으로부터 얻어지는 무기물층을 상기 이차전지용 전극 표면에 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 전극 제조방법.
immersing an electrode for a secondary battery in a reaction solution or contacting a reaction solution containing a metal salt with an electrode for a secondary battery;
irradiating the reaction solution with gamma rays (γ-ray); and
and forming an inorganic material layer obtained from the metal salt that decays according to the irradiated gamma rays (γ-ray) on the surface of the secondary battery electrode.
제 26항에 있어서,
상기 반응 용액은 LiF, LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiB(Ph)4, LiC4BO8, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, LiSO3CH3, LiSO3CF3, LiSCN, LiC(CF3SO2)3, LiN(CF3SO2)2, LiN(C2F5SO2)2, LiN(SO2F)2, 클로로 보란 리튬, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4 페닐 붕산 리튬 및 이미드로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 성분을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 전극 제조방법.
27. The method of claim 26,
The reaction solution is LiF, LiCl, LiBr, LiI, LiClO 4 , LiBF 4 , LiB 10 Cl 10 , LiB(Ph) 4 , LiC 4 BO 8 , LiPF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiCF 3 CO 2 , LiAsF 6 , LiSbF 6 , LiAlCl 4 , LiSO 3 CH 3 , LiSO 3 CF 3 , LiSCN, LiC(CF 3 SO 2 ) 3 , LiN(CF 3 SO 2 ) 2 , LiN(C 2 F 5 SO 2 ) 2 , LiN(SO) 2 F) 2 , A method for manufacturing a secondary battery electrode comprising at least one component selected from the group consisting of lithium chloroborane, lithium lower aliphatic carboxylate, lithium 4-phenyl borate, and imide.
제 26항에 있어서,
상기 감마선의 에너지는 상기 금속염을 이온화시킬 수 있는 수준인 것을 특징으로 하는 이차전지 전극 제조방법.
27. The method of claim 26,
The secondary battery electrode manufacturing method, characterized in that the energy of the gamma ray is at a level capable of ionizing the metal salt.
이차전지 전극으로서,
상기 이차전지 전극 표면에는 감마선(γ-ray) 조사에 따라 붕괴된 금속염을 포함하는 무기물층이 형성된 것을 특징으로 하는 이차전지 전극.
As a secondary battery electrode,
The secondary battery electrode, characterized in that the inorganic material layer containing the metal salt collapsed upon irradiation with gamma rays (γ-ray) is formed on the surface of the secondary battery electrode.
제 28에 따른 이차전지 전극을 포함하는 이차전지.

A secondary battery comprising the secondary battery electrode according to claim 28 .

KR1020200173014A 2019-12-12 2020-12-11 A surface treatment method of secondary battery electrode materials or secondary battery electrode using gamma rays KR102542445B1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20190165388 2019-12-12
KR1020190165388 2019-12-12

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20210075024A true KR20210075024A (en) 2021-06-22
KR102542445B1 KR102542445B1 (en) 2023-06-13

Family

ID=76600730

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200173014A KR102542445B1 (en) 2019-12-12 2020-12-11 A surface treatment method of secondary battery electrode materials or secondary battery electrode using gamma rays

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102542445B1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20050023123A (en) * 2003-08-20 2005-03-09 삼성에스디아이 주식회사 Protective composition for negative electrode of lithium sulfur battery and lithium sulfur battery fabricated by using same
KR101500078B1 (en) * 2012-05-30 2015-03-09 주식회사 엘지화학 Electrode with enhanced cycle life and lithium secondary battery comprising the same
KR101789205B1 (en) 2016-06-30 2017-10-24 충남대학교 산학협력단 The method of surface modifying the carbon fiber by irradiation with acid
WO2019203739A1 (en) * 2018-04-18 2019-10-24 Enwair Enerji̇ Teknoloji̇leri̇ A.Ş. Modification of silicon with acrylic or methacrylic derivatives used as an anode active material in the lithium ion battery technology

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20050023123A (en) * 2003-08-20 2005-03-09 삼성에스디아이 주식회사 Protective composition for negative electrode of lithium sulfur battery and lithium sulfur battery fabricated by using same
KR101500078B1 (en) * 2012-05-30 2015-03-09 주식회사 엘지화학 Electrode with enhanced cycle life and lithium secondary battery comprising the same
KR101789205B1 (en) 2016-06-30 2017-10-24 충남대학교 산학협력단 The method of surface modifying the carbon fiber by irradiation with acid
WO2019203739A1 (en) * 2018-04-18 2019-10-24 Enwair Enerji̇ Teknoloji̇leri̇ A.Ş. Modification of silicon with acrylic or methacrylic derivatives used as an anode active material in the lithium ion battery technology

Also Published As

Publication number Publication date
KR102542445B1 (en) 2023-06-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1489673B1 (en) Anode compostition for lithium battery, and anode and lithium battery using the same
KR101690515B1 (en) Electrode assembly with improved flexural strength, a method for preparing the same and electro-chemical cell comprising the same
KR101584881B1 (en) Cathode active material for lithium-sulfur battery and method of preparing the same
JP5972513B2 (en) Cathode and lithium battery using the same
KR102590173B1 (en) Passivation Layer for Lithium Electrode, Lithium Electrode and Lithium Secondary Battery Comprising the Same
JP2004095264A (en) Negative electrode for lithium ion secondary battery and lithium ion secondary battery manufactured by using the same
KR20070076686A (en) Anode active material and lithium battery using the same
US20150171420A1 (en) Negative electrode active material, method for manufacturing the same, and lithium rechargable battery including the same
KR20140120751A (en) Negative electrode active material and method of manufacturing the same, and electrochemical device having the negative electrode active material
EP1178549A2 (en) Carbon substrate, anode for lithium ion rechargeable battery and lithium ion rechargeable battery
CN109792021A (en) Secondary lithium batteries diaphragm and lithium secondary battery comprising it
EP3955360A1 (en) Solid electrolyte composite and all-solid-state battery electrode comprising same
EP3370297B1 (en) Electrolyte containing polydopamine and lithium-sulfur battery including same
US20230361276A1 (en) Sulfur-carbon composite manufacturing method, sulfur-carbon composite manufactured thereby, cathode comprising same sulfur-carbon composite, and lithium secondary battery comprising same cathode
Shin et al. Composite gel electrolytes for suppressing lithium dendrite growth and improving cycling performance of LiNi0. 5Mn1. 5O4 electrodes
KR102542445B1 (en) A surface treatment method of secondary battery electrode materials or secondary battery electrode using gamma rays
JP2004200011A (en) Cathode for lithium-ion secondary battery and lithium-ion secondary battery manufactured using the cathode
KR101660091B1 (en) Positive electrode for lithium secondary battery and lithium secondary battery comprising the same
KR102337900B1 (en) Lithium cobalt oxide positive electrode active material and secondary battery using the same
CN112952100A (en) Cobalt-free anode material slurry and preparation method and application thereof
JP2004200010A (en) Cathode material for nonaqueous electrolyte secondary battery, electrode structure manufactured using cathode material, and nonaqueous electrolyte secondary battery
US20230238535A1 (en) Positive electrode binder for lithium secondary battery, and lithium secondary battery positive electrode and lithium secondary battery comprising same
KR102583086B1 (en) Negative electrode for lithium secondary battery, method for manufacturing the same and all-solid-state lithium secondary battery comprising the same
US20240039036A1 (en) Flexible solid electrolyte membrane for all-solid-state battery, all-solid-state battery comprising the same, and manufacturing method thereof
JP5541696B2 (en) Electrolyte for lithium secondary battery, lithium secondary battery using the same, and method for producing electrolyte for lithium secondary battery

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right