KR20210082285A - Anode active material for secondary battery, manufacturing method of the same and manufacturing method of the secondary battery - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a negative electrode active material for a secondary battery; a manufacturing method thereof; and a manufacturing method of a secondary battery using the same, wherein the negative electrode active material for a secondary battery is in a complex of a core-shell structure in which a TiO_2-xTiO_1-xN_x (0 < x < 1) complex coating layer surrounds silicon nano particles, and the TiO_2-xTiO_1-xN_x complex coating layer comprises TiO_2-x in an oxygen deficiency structure and TiO_1-xN_x (0 < x < 1) in a rock-salt structure. According to the present invention, in order to overcome a low electrical conductivity problem of silicon and volume expansion and structure change of the silicon generated in the process of repeated charging and discharging as problems caused by the silicon while containing the silicon having a high theoretical capacity, the TiO_2-xTiO_1-xN_x (0 < x < 1) complex coating layer is applied to obtain high ion/electrical conductivity and stable life characteristics.

Description

수명 특성이 개선된 이차전지용 음극활물질, 그 제조방법 및 이를 이용한 이차전지의 제조방법{Anode active material for secondary battery, manufacturing method of the same and manufacturing method of the secondary battery}Anode active material for secondary battery with improved lifespan characteristics, manufacturing method thereof, and manufacturing method of secondary battery using same

본 발명은 이차전지용 음극활물질, 그 제조방법 및 이를 이용한 이차전지의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 이론 용량을 가지는 실리콘을 포함하면서도 실리콘이 가지는 문제점으로써 낮은 전기전도성 문제 및 반복적인 충방전시 발생하는 부피팽창 및 구조 변화를 해결하기 위해 TiO2-x-TiO1-xNx(0<x<1) 복합 코팅층을 적용하여 높은 이온/전자 전도성과 안정적인 수명 특성을 가지는 이차전지용 음극활물질, 그 제조방법 및 이를 이용한 이차전지의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a negative active material for a secondary battery, a method for manufacturing the same, and a method for manufacturing a secondary battery using the same, and more particularly, to a problem of silicon including silicon having a theoretical capacity, low electrical conductivity, and repeated charging and discharging. Anode active material for secondary battery with high ion/electron conductivity and stable lifespan characteristics by applying TiO 2-x -TiO 1-x N x (0<x<1) composite coating layer to solve the volume expansion and structural change that occur. It relates to a method for manufacturing the same and a method for manufacturing a secondary battery using the same.

리튬이차전지는 리튬 이온의 삽입-탈착(intercalation-deintercalation) 시 화학전위(chemical potential)의 변화에 의하여 전기 에너지를 생성하는 양극 및 음극활물질, 분리막, 전해질로 구성되며, 충전 및 방전이 가능한 이차전지이다. 이러한 리튬이차전지는 에너지 밀도(energy density)가 높고, 기전력이 크며, 고용량을 발휘할 수 있는 장점을 가지고 있어 다양한 분야에 적용되고 있다. Lithium secondary batteries are composed of positive and negative active materials, separators, and electrolytes that generate electrical energy by a change in chemical potential during intercalation-deintercalation of lithium ions, and can be charged and discharged. to be. These lithium secondary batteries have advantages of high energy density, large electromotive force, and high capacity, and thus are being applied to various fields.

최근 석유에 대한 의존도를 줄이고 환경적인 문제를 해결하기 위해 플러그인 하이브리드 전기자동차 및 하이브리드 자동차의 개발이 활발하게 이루어질 뿐만 아니라 다양한 분야에서 중대형 이차전지의 수요가 증가하고 있음에 따라 리튬이차전지의 높은 에너지 밀도, 안정적인 수명을 위한 연구개발이 중요시되고 있다. Recently, in order to reduce dependence on oil and solve environmental problems, the development of plug-in hybrid electric vehicles and hybrid vehicles has been actively carried out, and as the demand for medium and large-sized secondary batteries in various fields is increasing, the high energy density of lithium secondary batteries , R&D for a stable lifespan is being emphasized.

리튬이차전지의 음극활물질로는 주로 흑연(graphite), 활성탄(activated carbon)과 같은 탄소계 물질(carbon based meterials)이 사용되고 있다. 그러나, 탄소계 활물질은 이론적 용량이 약 400mAh/g로써 용량이 낮아 이를 해결하기 위해 고용량 음극활물질에 대한 연구가 많이 진행되고 있으며, 그 중에서도 높은 이론용량을 가지는 실리콘(silicon)이 주목받고 있다. Carbon based meterials such as graphite and activated carbon are mainly used as anode active materials for lithium secondary batteries. However, the carbon-based active material has a theoretical capacity of about 400 mAh/g, which has a low capacity. To solve this problem, a lot of research on a high-capacity negative active material is being conducted. Among them, silicon having a high theoretical capacity is attracting attention.

실리콘은 4200mAh/g의 높은 이론 용량을 가지고 있으나, 전기전도성이 낮고 충방전시 반복적인 부피 팽창 및 구조 변화로 인해 불안정한 고체전해질계면(SEI, solid electrolyte interphase)이 생성되어 수명 특성이 저하되는 문제점이 있다. Although silicon has a high theoretical capacity of 4200 mAh/g, it has low electrical conductivity and an unstable solid electrolyte interphase (SEI) is generated due to repeated volume expansion and structural change during charging and discharging, resulting in deterioration of lifespan characteristics. have.

대한민국 등록특허공보 제10-0903610호Republic of Korea Patent Publication No. 10-0903610

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 높은 이론 용량을 가지는 실리콘을 포함하면서도 실리콘이 가지는 문제점으로써 낮은 전기전도성 문제 및 반복적인 충방전시 발생하는 부피팽창 및 구조 변화를 해결하기 위해 TiO2-x-TiO1-xNx(0<x<1) 복합코팅층을 적용하여 높은 이온/전자 전도성과 안정적인 수명 특성을 가지는 이차전지용 음극활물질, 그 제조방법 및 이를 이용한 이차전지의 제조방법을 제공함에 있다. The problem to be solved by the present invention is to solve the problem of low electrical conductivity and volume expansion and structural change that occurs during repeated charging and discharging as a problem of silicon while including silicon having a high theoretical capacity, TiO 2-x -TiO 1 To provide a negative active material for a secondary battery having high ion/electron conductivity and stable lifespan characteristics by applying a -x N x (0<x<1) composite coating layer, a manufacturing method thereof, and a manufacturing method of a secondary battery using the same.

본 발명은, TiO2-x-TiO1-xNx(0<x<1) 복합 코팅층이 실리콘 나노입자를 둘러싸는 코어-쉘(core-shell) 구조의 복합체이고, 상기 TiO2-x-TiO1-xNx 복합 코팅층은 산소결핍(oxygen deficiency) 구조의 TiO2-x(0<x<1)와 암염(rock-salt) 구조의 TiO1-xNx(0<x<1)를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지용 음극활물질을 제공한다. The present invention is a composite of TiO 2-x -TiO 1-x N x (0<x<1) composite coating layer surrounding silicon nanoparticles and having a core-shell structure, and the TiO 2-x - TiO 1-x N x composite coating layer is TiO 2-x (0<x<1) with oxygen deficiency structure and TiO 1-x N x with rock-salt structure (0<x<1) It provides an anode active material for a secondary battery, characterized in that it comprises a.

상기 TiO2-x-TiO1-xNx 복합 코팅층과 상기 실리콘 나노입자는 0.05:1 내지 10:1의 중량비를 이루고 있을 수 있다.The TiO 2-x -TiO 1-x N x composite coating layer and the silicon nanoparticles may have a weight ratio of 0.05:1 to 10:1.

상기 실리콘 나노입자는 10∼200nm의 크기를 갖는 것이 바람직하다.The silicon nanoparticles preferably have a size of 10 to 200 nm.

상기 이차전지용 음극활물질은 15∼500㎚의 크기를 갖는 것이 바람직하다.The negative active material for secondary batteries preferably has a size of 15 to 500 nm.

또한, 본 발명은, (a) TiO2 전구체를 이용하여 실리콘 나노입자 표면에 TiO2가 코팅되게 하는 단계 및 (b) 상기 실리콘 나노입자 표면에 TiO2가 코팅된 Si-TiO2 복합체 입자를 질소 성분을 포함하는 환원 가스 분위기에서 열처리하여 TiO2-x-TiO1-xNx(0<x<1) 복합 코팅층이 실리콘 나노입자를 둘러싸는 코어-쉘(core-shell) 구조의 복합체를 형성하는 단계를 포함하며, 상기 TiO2-x-TiO1-xNx 복합 코팅층은 산소결핍(oxygen deficiency) 구조의 TiO2-x(0<x<1)와 암염(rock-salt) 구조의 TiO1-xNx(0<x<1)를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지용 음극활물질의 제조방법을 제공한다.In addition, the present invention, (a) using a TiO 2 precursor to TiO 2 to be coated on the surface of the silicon nanoparticles and (b) the Si-TiO 2 composite particles coated with TiO 2 on the surface of the silicon nanoparticles nitrogen By heat treatment in a reducing gas atmosphere containing components, a TiO 2-x -TiO 1-x N x (0<x<1) composite coating layer surrounds the silicon nanoparticles to form a core-shell structure composite. wherein the TiO 2-x -TiO 1-x N x composite coating layer has an oxygen deficiency structure of TiO 2-x (0<x<1) and a rock-salt structure of TiO It provides a method of manufacturing a negative active material for a secondary battery, characterized in that it contains 1-x N x (0<x<1).

상기 실리콘 나노입자는 10∼200nm의 크기를 갖는 것이 바람직하다.The silicon nanoparticles preferably have a size of 10 to 200 nm.

상기 (a) 단계는, 실리콘 나노입자를 용매에 분산시켜 실리콘 나노입자 분산액을 형성하는 단계와, 상기 실리콘 나노입자 분산액에 상기 TiO2 전구체를혼합하는 단계와, 상기 실리콘 나노입자 표면에 TiO2가 코팅되는 단계 및 상기 실리콘 나노입자 표면에 TiO2가 코팅된 Si-TiO2 복합체 입자를 선택적으로 분리해내는 단계를 포함할 수 있다.Wherein the step (a), and the method comprising: dispersing silicon nanoparticles in a solvent to form a silicon nano-particle dispersion comprising the steps of: mixing the TiO 2 precursor to the silicon nano-particle dispersion, the TiO 2 in the silicon nano-particle surface The coating and TiO 2 coating on the surface of the silicon nanoparticles may include selectively separating the Si-TiO 2 composite particles.

상기 TiO2 전구체는 티타늄테트라메톡사이드, 티타늄테트라에톡사이드, 티타늄테트라프로포사이드, 티타늄테트라이소프로포사이드, 티타늄테트라부톡사이드, 티타늄테트라이소부톡사이드, 티타늄테트라펜톡사이드 및 티타늄테트라이소펜톡사이드로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 물질을 포함할 수 있다.The TiO 2 precursor is composed of titanium tetramethoxide, titanium tetraethoxide, titanium tetraproposide, titanium tetraisoproposide, titanium tetrabutoxide, titanium tetraisobutoxide, titanium tetrapentoxide and titanium tetraisopentoxide. It may include one or more substances selected from the group.

상기 용매에 염기성 물질을 혼합하여 상기 실리콘 나노입자 분산액의 pH가 8∼12를 이루도록 하는 것이 바람직하다.It is preferable to mix the basic material with the solvent so that the pH of the silicon nanoparticle dispersion is 8 to 12.

상기 열처리는 600∼750℃의 온도에서 수행하는 것이 바람직하다.The heat treatment is preferably performed at a temperature of 600 to 750 ℃.

상기 TiO2-x-TiO1-xNx 복합 코팅층과 상기 실리콘 나노입자는 0.05:1 내지 10:1의 중량비를 이루고 있을 수 있다.The TiO 2-x -TiO 1-x N x composite coating layer and the silicon nanoparticles may have a weight ratio of 0.05:1 to 10:1.

상기 이차전지용 음극활물질은 15∼500㎚의 크기를 갖는 것이 바람직하다.The negative active material for secondary batteries preferably has a size of 15 to 500 nm.

또한, 본 발명은, 상기 이차전지용 음극활물질, 상기 이차전지용 음극활물질 100중량부에 대하여 도전재 5∼40중량부, 상기 이차전지용 음극활물질 100중량부에 대하여 바인더 5∼40중량부 및 상기 이차전지용 음극활물질 100중량부에 대하여 분산매 200∼1000중량부를 혼합하여 이차전지 음극용 조성물을 제조하는 단계와, 상기 이차전지 음극용 조성물을 압착하여 전극 형태로 형성하거나, 상기 이차전지 음극용 조성물을 금속 호일 또는 집전체에 코팅하여 전극 형태로 형성하거나, 상기 이차전지 음극용 조성물을 롤러로 밀어 시트 상태로 만들고 금속 호일 또는 집전체에 붙여서 전극 형태로 형성하거나, 금속 집전체에 닥터블레이드 방법으로 캐스팅하여 전극 형태로 형성하는 단계와, 전극 형태로 형성된 결과물을 건조하여 이차전지의 음극을 형성하는 단계와, 상기 음극과, 리튬 이온을 삽입 또는 탈리할 수 있는 양극활물질을 포함하는 양극과, 상기 양극과 음극 사이에 상기 양극과 상기 음극의 단락을 방지하기 위한 분리막을 배치하는 단계 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 리튬염이 용해되어 있는 전해액을 주입하는 단계를 포함하는 이차전지의 제조방법을 제공한다.In addition, the present invention, 5 to 40 parts by weight of the conductive material with respect to 100 parts by weight of the negative active material for the secondary battery, the negative active material for the secondary battery, 5 to 40 parts by weight of the binder with respect to 100 parts by weight of the negative active material for the secondary battery, and for the secondary battery Preparing a composition for a negative electrode of a secondary battery by mixing 200 to 1000 parts by weight of a dispersion medium with respect to 100 parts by weight of an anode active material, and compressing the composition for a negative electrode of a secondary battery to form an electrode, or applying the composition for a negative electrode of a secondary battery to a metal foil Or by coating the current collector to form an electrode, or by pushing the composition for a negative electrode of a secondary battery with a roller to form a sheet and attaching it to a metal foil or a current collector to form an electrode, or casting to a metal current collector by a doctor blade method to electrode Forming into a shape, drying the resultant formed in the form of an electrode to form a negative electrode of a secondary battery, the negative electrode, a positive electrode comprising a positive electrode active material capable of inserting or deintercalating lithium ions, the positive electrode and the negative electrode It provides a method of manufacturing a secondary battery comprising disposing a separator therebetween to prevent a short circuit between the positive electrode and the negative electrode, and injecting an electrolyte in which a lithium salt is dissolved between the positive electrode and the negative electrode.

본 발명에 의하면, 높은 이론 용량을 가지는 실리콘을 포함하면서도 실리콘에 의해 발생되는 문제점으로써 실리콘의 낮은 전기전도성 문제, 반복적인 충방전시 발생하는 실리콘의 부피팽창 및 구조 변화를 해결하기 위해 TiO2-x-TiO1-xNx(0<x<1) 코팅층을 적용하여 높은 이온/전자 전도성과 안정적인 수명 특성을 얻을 수 있다. According to the present invention, TiO 2-x to solve the problem of low electrical conductivity of silicon, volume expansion and structural change of silicon that occurs during repeated charging and discharging, as problems caused by silicon while including silicon having a high theoretical capacity. -TiO 1-x N x (0<x<1) High ion/electron conductivity and stable lifespan characteristics can be obtained by applying a coating layer.

실리콘 나노입자를 둘러싸고 있는 산소결핍 구조의 TiO2-x은 초기 리튬 이온의 삽입 시(activation 단계)에서 리튬 전도성 LiyTiO2-x상을 형성하는데, 이 상은 리튬 이온의 탈리 후에도 구조 내부에 갇혀 있어 비계 역할을 함으로써 리튬 이온의 전도성을 크게 향상시킬 수 있다. 또한, 암염구조의 TiO1-xNx는 암염(rock-salt) 구조의 TiO와 TiN의 고용체(solid solution)로 이루어져 있는데, 이들 물질은 TiO2 보다 체적 탄성률이 크고 전기전도성이 크게 우수하여 실리콘의 부피팽창을 억제하고 전자의 이동을 용이하게 할 수 있다. 이에 따라, TiO2-x-TiO1-xNx 복합 코팅층은 실리콘과 같은 부피팽창이 동반되는 고용량 음극 활물질의 부피팽창 문제를 해결함과 동시에 전기화학적인 특성을 크게 개선시킬 수 있다. The oxygen-deficient TiO 2-x surrounding the silicon nanoparticles forms a lithium conductive Li y TiO 2-x phase during the initial insertion of lithium ions (activation step), which is trapped inside the structure even after the lithium ions are desorbed. Therefore, the conductivity of lithium ions can be greatly improved by acting as a scaffold. In addition, the rock-salt structure, TiO 1-x N x is halite (rock-salt) there consists of a solid solution (solid solution) of TiO and TiN in the structure, these materials are silicon and the bulk modulus greater electrical conductivity is greatly superior to the TiO 2 It can suppress the volume expansion and facilitate the movement of electrons. Accordingly, the TiO 2-x -TiO 1-x N x composite coating layer can solve the problem of volume expansion of a high-capacity negative active material accompanied by volume expansion, such as silicon, and greatly improve electrochemical properties.

또한, 기존 실리콘의 문제점을 해결하기 위한 방법으로 주로 사용되는 고가의 화학증착법(CVD)이나 복잡한 공정 대신에 간단한 코팅 공정과 열처리 과정을 통해 쉽게 제조 가능하여 상용화에 용이하다. In addition, it is easy to commercialize because it can be easily manufactured through a simple coating process and a heat treatment process instead of an expensive chemical vapor deposition (CVD) or complicated process, which is mainly used as a method to solve the problems of existing silicon.

도 1은 실험예 1에 따라 TiO2를 NH3 가스 분위기에서 600℃, 650℃, 700℃, 750℃, 800℃, 850℃, 900℃, 950℃에서 5시간 동안 열처리한 경우로서, 열처리 온도별 TiO2 입자의 X선-회절(XRD; X-ray diffraction) 분석 결과를 보인 도면이다.
도 2는 실험예 1에 따라 TiO2를 NH3 가스 분위기에서 600℃, 650℃, 700℃, 750℃, 800℃, 850℃, 900℃, 950℃에서 5시간 동안 열처리한 경우로서, 열처리 온도별 TiOxNy로의 상변태 수율(yield) 분석 결과를 보여주는 도면이다.
도 3a는 실험예 2에 따라 제조된 Si-TiO2 복합체 입자의 전계방출주사현미경(FE-SEM; field emission-scanning electron microscope) 이미지이고, 도 3b는 실험예 2에 따라 제조된 Si-TiO2 복합체 입자의 투과전자현미경(TEM; transmission electron microscopy) 이미지이며, 도 3c는 도 3b에서 노란색으로 박스친 'A' 부분을 확대하여 나타낸 이미지이다.
도 4a는 실험예 3에 따라 제조된 이차전지용 음극활물질의 전계방출주사현미경(FE-SEM) 이미지이고, 도 4b는 실험예 3에 따라 제조된 이차전지용 음극활물질의 투과전자현미경(TEM) 이미지이며, 도 4c는 도 4b에서 노란색으로 박스친 'A' 부분을 확대하여 나타낸 이미지이다.
도 5는 실험예 3에 따라 제조된 이차전지용 음극활물질의 TEM-EELS(Electron energy loss spectroscopy) 이미지이다.
도 6a 및 도 6b는 실험예 3에 따라 제조된 이차전지용 음극활물질의 X선 광전자 분광(X-ray Photoelectron Spectroscopy) 결과를 보인 도면이다.
도 7은 리튬이차전지의 성능을 나타내는 그래프로서, 0.01∼1.5V 범위의 전압에서 0.1A/g의 전류밀도로 첫 번째 전위분포를 나타낸 그래프이다.
도 8은 1A/g의 전류밀도에서 100 사이클에 따른 충전 용량과 쿨롱 효율을 나타낸 그래프이다.
도 9는 충전과 방전 속도를 알아보기 위해서 전류밀도가 0.1A/g, 0.5A/g, 1A/g, 2A/g, 5A/g으로 변화함에 따라 충/방전 용량의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 10은 1A/g의 전류밀도에서 50사이클 전/후 음극의 FE-SEM 이미지이다.
1 is a case of heat-treating TiO 2 according to Experimental Example 1 at 600 °C, 650 °C, 700 °C, 750 °C, 800 °C, 850 °C, 900 °C, 950 °C for 5 hours in an NH 3 gas atmosphere, the heat treatment temperature It is a diagram showing the results of X-ray diffraction (XRD) analysis of the star TiO 2 particles.
2 is a case in which TiO 2 according to Experimental Example 1 was heat-treated for 5 hours at 600° C., 650° C., 700° C., 750° C., 800° C., 850° C., 900° C., and 950° C. in an NH 3 gas atmosphere, the heat treatment temperature It is a diagram showing the analysis result of the phase transformation yield (yield) to star TiO x N y.
Figure 3a is a field emission-scanning electron microscope (FE-SEM) image of the Si-TiO 2 composite particles prepared according to Experimental Example 2, Figure 3b is a Si-TiO 2 prepared according to Experimental Example 2 It is a transmission electron microscopy (TEM) image of the composite particle, and FIG. 3c is an enlarged image of the part 'A' boxed in yellow in FIG. 3b.
Figure 4a is a field emission scanning microscope (FE-SEM) image of the negative active material for a secondary battery prepared according to Experimental Example 3, Figure 4b is a transmission electron microscope (TEM) image of the negative active material for a secondary battery prepared according to Experimental Example 3 , FIG. 4C is an enlarged image of 'A' boxed in yellow in FIG. 4B.
5 is a TEM-EELS (electron energy loss spectroscopy) image of a negative active material for a secondary battery prepared according to Experimental Example 3. FIG.
6A and 6B are views showing the results of X-ray photoelectron spectroscopy of the negative active material for a secondary battery prepared according to Experimental Example 3;
7 is a graph showing the performance of the lithium secondary battery, and is a graph showing the first potential distribution at a current density of 0.1A/g at a voltage in the range of 0.01 to 1.5V.
8 is a graph showing the charging capacity and the coulombic efficiency according to 100 cycles at a current density of 1A/g.
9 is a graph showing changes in charge/discharge capacity as the current density changes to 0.1A/g, 0.5A/g, 1A/g, 2A/g, and 5A/g in order to examine the charging and discharging rates.
10 is an FE-SEM image of a cathode before and after 50 cycles at a current density of 1 A/g.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나, 이하의 실시예는 이 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, preferred embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the following examples are provided so that those of ordinary skill in the art can fully understand the present invention, and may be modified in various other forms, and the scope of the present invention is limited to the examples described below it's not going to be

발명의 상세한 설명 또는 청구범위에서 어느 하나의 구성요소가 다른 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 당해 구성요소만으로 이루어지는 것으로 한정되어 해석되지 아니하며, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것으로 이해되어야 한다.When it is said that any one component "includes" another component in the detailed description or claims of the invention, it is not construed as being limited to only the component, unless otherwise stated, and other components are further added. It should be understood as being able to include

이하에서, '나노 크기'라 함은 나노미터(nm) 단위의 크기로서 1∼1000nm 범위의 크기를 의미하는 것으로 사용하며, '나노입자'라 함은 나노 크기의 입자를 의미하는 것으로 사용한다.Hereinafter, 'nano-size' is used to mean a size in the range of 1 to 1000 nm as a size in nanometers (nm), and 'nanoparticle' is used to mean nano-sized particles.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이차전지용 음극활물질은, TiO2-x-TiO1-xNx(0<x<1) 복합 코팅층이 실리콘 나노입자를 둘러싸는 코어-쉘(core-shell) 구조의 복합체이고, 상기 TiO2-x-TiO1-xNx 복합 코팅층은 산소결핍(oxygen deficiency) 구조의 TiO2-x(0<x<1)와 암염(rock-salt) 구조의 TiO1-xNx(0<x<1)를 포함한다. The anode active material for a secondary battery according to a preferred embodiment of the present invention has a core-shell structure in which a TiO 2-x -TiO 1-x N x (0<x<1) composite coating layer surrounds silicon nanoparticles. of TiO 2-x -TiO 1-x N x composite coating layer is TiO 2-x (0<x<1) having an oxygen deficiency structure and TiO 1- having a rock-salt structure contains x N x (0<x<1).

상기 TiO2-x-TiO1-xNx 복합 코팅층과 상기 실리콘 나노입자는 0.05:1 내지 10:1의 중량비를 이루고 있을 수 있다.The TiO 2-x -TiO 1-x N x composite coating layer and the silicon nanoparticles may have a weight ratio of 0.05:1 to 10:1.

상기 실리콘 나노입자는 10∼200nm의 크기를 갖는 것이 바람직하다.The silicon nanoparticles preferably have a size of 10 to 200 nm.

상기 이차전지용 음극활물질은 15∼500㎚의 크기를 갖는 것이 바람직하다.The negative active material for secondary batteries preferably has a size of 15 to 500 nm.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이차전지용 음극활물질의 제조방법은, (a) TiO2 전구체를 이용하여 실리콘 나노입자 표면에 TiO2가 코팅되게 하는 단계 및 (b) 상기 실리콘 나노입자 표면에 TiO2가 코팅된 Si-TiO2 복합체 입자를 질소 성분을 포함하는 환원 가스 분위기에서 열처리하여 TiO2-x-TiO1-xNx(0<x<1) 복합 코팅층이 실리콘 나노입자를 둘러싸는 코어-쉘(core-shell) 구조의 복합체를 형성하는 단계를 포함하며, 상기 TiO2-x-TiO1-xNx 복합 코팅층은 산소결핍(oxygen deficiency) 구조의 TiO2-x(0<x<1)와 암염(rock-salt) 구조의 TiO1-xNx(0<x<1)를 포함한다.The method for manufacturing a negative active material for a secondary battery according to a preferred embodiment of the present invention comprises the steps of (a) coating the surface of the silicon nanoparticles with TiO 2 using a TiO 2 precursor, and (b) TiO 2 on the surface of the silicon nanoparticles. A core-coated Si-TiO 2 composite particle is heat-treated in a reducing gas atmosphere containing a nitrogen component to form a TiO 2-x -TiO 1-x N x (0<x<1) composite coating layer surrounding the silicon nanoparticles- and forming a complex of a core-shell structure, wherein the TiO 2-x -TiO 1-x N x composite coating layer is TiO 2-x (0<x<1) having an oxygen deficiency structure. ) and TiO 1-x N x (0<x<1) in a rock-salt structure.

상기 실리콘 나노입자는 10∼200nm의 크기를 갖는 것이 바람직하다.The silicon nanoparticles preferably have a size of 10 to 200 nm.

상기 (a) 단계는, 실리콘 나노입자를 용매에 분산시켜 실리콘 나노입자 분산액을 형성하는 단계와, 상기 실리콘 나노입자 분산액에 상기 TiO2 전구체를혼합하는 단계와, 상기 실리콘 나노입자 표면에 TiO2가 코팅되는 단계 및 상기 실리콘 나노입자 표면에 TiO2가 코팅된 Si-TiO2 복합체 입자를 선택적으로 분리해내는 단계를 포함할 수 있다.Wherein the step (a), and the method comprising: dispersing silicon nanoparticles in a solvent to form a silicon nano-particle dispersion comprising the steps of: mixing the TiO 2 precursor to the silicon nano-particle dispersion, the TiO 2 in the silicon nano-particle surface The coating and TiO 2 coating on the surface of the silicon nanoparticles may include selectively separating the Si-TiO 2 composite particles.

상기 TiO2 전구체는 티타늄테트라메톡사이드, 티타늄테트라에톡사이드, 티타늄테트라프로포사이드, 티타늄테트라이소프로포사이드, 티타늄테트라부톡사이드, 티타늄테트라이소부톡사이드, 티타늄테트라펜톡사이드 및 티타늄테트라이소펜톡사이드로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 물질을 포함할 수 있다.The TiO 2 precursor is composed of titanium tetramethoxide, titanium tetraethoxide, titanium tetraproposide, titanium tetraisoproposide, titanium tetrabutoxide, titanium tetraisobutoxide, titanium tetrapentoxide and titanium tetraisopentoxide. It may include one or more substances selected from the group.

상기 용매에 염기성 물질을 혼합하여 상기 실리콘 나노입자 분산액의 pH가 8∼12를 이루도록 하는 것이 바람직하다.It is preferable to mix the basic material with the solvent so that the pH of the silicon nanoparticle dispersion is 8 to 12.

상기 열처리는 600∼750℃의 온도에서 수행하는 것이 바람직하다.The heat treatment is preferably performed at a temperature of 600 to 750 ℃.

상기 TiO2-x-TiO1-xNx 복합 코팅층과 상기 실리콘 나노입자는 0.05:1 내지 10:1의 중량비를 이루고 있을 수 있다.The TiO 2-x -TiO 1-x N x composite coating layer and the silicon nanoparticles may have a weight ratio of 0.05:1 to 10:1.

상기 이차전지용 음극활물질은 15∼500㎚의 크기를 갖는 것이 바람직하다.The negative active material for secondary batteries preferably has a size of 15 to 500 nm.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이차전지의 제조방법은, 상기 이차전지용 음극활물질, 상기 이차전지용 음극활물질 100중량부에 대하여 도전재 5∼40중량부, 상기 이차전지용 음극활물질 100중량부에 대하여 바인더 5∼40중량부 및 상기 이차전지용 음극활물질 100중량부에 대하여 분산매 200∼1000중량부를 혼합하여 이차전지 음극용 조성물을 제조하는 단계와, 상기 이차전지 음극용 조성물을 압착하여 전극 형태로 형성하거나, 상기 이차전지 음극용 조성물을 금속 호일 또는 집전체에 코팅하여 전극 형태로 형성하거나, 상기 이차전지 음극용 조성물을 롤러로 밀어 시트 상태로 만들고 금속 호일 또는 집전체에 붙여서 전극 형태로 형성하거나, 금속 집전체에 닥터블레이드 방법으로 캐스팅하여 전극 형태로 형성하는 단계와, 전극 형태로 형성된 결과물을 건조하여 이차전지의 음극을 형성하는 단계와, 상기 음극과, 리튬 이온을 삽입 또는 탈리할 수 있는 양극활물질을 포함하는 양극과, 상기 양극과 음극 사이에 상기 양극과 상기 음극의 단락을 방지하기 위한 분리막을 배치하는 단계 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 리튬염이 용해되어 있는 전해액을 주입하는 단계를 포함하는 이차전지의 제조방법을 제공한다.In the method of manufacturing a secondary battery according to a preferred embodiment of the present invention, 5 to 40 parts by weight of a conductive material based on 100 parts by weight of the negative active material for a secondary battery, the negative active material for a secondary battery, and a binder with respect to 100 parts by weight of the negative active material for a secondary battery Preparing a composition for a negative electrode of a secondary battery by mixing 200 to 1000 parts by weight of a dispersion medium with respect to 5 to 40 parts by weight and 100 parts by weight of the negative active material for a secondary battery, and pressing the composition for a negative electrode of a secondary battery to form an electrode, The composition for a negative electrode of a secondary battery is coated on a metal foil or a current collector to form an electrode, or the composition for a negative electrode of a secondary battery is pressed with a roller to form a sheet and attached to a metal foil or a current collector to form an electrode, or a metal collector The steps of casting the entirety by a doctor blade method to form an electrode, drying the resultant formed in the form of an electrode to form a negative electrode of a secondary battery, and the negative electrode and a positive electrode active material capable of inserting or deintercalating lithium ions. A secondary comprising: disposing a separator between the positive electrode and the negative electrode to prevent a short circuit between the positive electrode and the negative electrode; and injecting an electrolyte in which lithium salt is dissolved between the positive electrode and the negative electrode A method for manufacturing a battery is provided.

이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이차전지용 음극활물질을 더욱 구체적으로 설명한다. Hereinafter, a negative active material for a secondary battery according to a preferred embodiment of the present invention will be described in more detail.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이차전지용 음극활물질은 TiO2-x-TiO1-xNx 복합 코팅층이 실리콘 나노입자를 둘러싸는 코어-쉘(core-shell) 구조의 복합체(Si@TiO2-x-TiO1-xNx) 이고, 상기 TiO2-x-TiO1-xNx 복합 코팅층은 산소결핍(oxygen deficiency) 구조의 TiO2-x(0<x<1)와 암염(rock-salt) 구조의 TiO1-xNx(0<x<1)를 포함한다.The negative active material for a secondary battery according to a preferred embodiment of the present invention is a composite (Si@TiO 2- ) having a core-shell structure in which a TiO 2-x -TiO 1-x N x composite coating layer surrounds silicon nanoparticles. x -TiO 1-x N x ), and the TiO 2-x -TiO 1-x N x composite coating layer has an oxygen deficiency structure of TiO 2-x (0<x<1) and rock salt (rock- salt) structure of TiO 1-x N x (0<x<1).

상기 TiO2-x-TiO1-xNx 복합 코팅층과 상기 실리콘 나노입자는 0.05:1 내지 10:1의 중량비를 이루고 있을 수 있다. The TiO 2-x -TiO 1-x N x composite coating layer and the silicon nanoparticles may have a weight ratio of 0.05:1 to 10:1.

상기 실리콘 나노입자는 10∼200nm의 크기를 갖는 것이 바람직하다. The silicon nanoparticles preferably have a size of 10 to 200 nm.

상기 이차전지용 음극활물질은 그 직경이 나노크기, 더욱 바람직하게는 15∼500㎚, 가장 바람직하게는 20∼300㎚의 크기를 갖는 것이 바람직하다. The negative active material for secondary batteries preferably has a diameter of nano-size, more preferably 15 to 500 nm, and most preferably 20 to 300 nm.

높은 이론 용량을 가지는 실리콘을 포함하면서도 실리콘에 의해 발생되는 문제점으로써 실리콘의 낮은 전기전도성 문제, 반복적인 충방전시 발생하는 실리콘의 부피팽창 및 구조 변화를 해결하기 위해 TiO2-x-TiO1-xNx 복합 코팅층을 적용하여 높은 이온/전자 전도성과 안정적인 수명 특성을 얻을 수 있다. TiO 2-x -TiO 1-x to solve the problem of low electrical conductivity of silicon, volume expansion and structural change of silicon that occurs during repeated charging and discharging, as a problem caused by silicon while including silicon with high theoretical capacity. By applying the N x composite coating layer, high ion/electron conductivity and stable lifespan characteristics can be obtained.

실리콘 나노입자를 둘러싸고 있는 산소결핍 구조의 TiO2-x은 초기 리튬 이온의 삽입 시(activation 단계)에서 리튬 전도성 LiyTiO2-x상을 형성하는데, 이 상은 리튬 이온의 탈리 후에도 구조 내부에 갇혀 있어 비계 역할을 함으로써 리튬 이온의 전도성을 크게 향상시킬 수 있다. The oxygen-deficient TiO 2-x surrounding the silicon nanoparticles forms a lithium conductive Li y TiO 2-x phase during the initial insertion of lithium ions (activation step), which is trapped inside the structure even after the lithium ions are desorbed. Therefore, the conductivity of lithium ions can be greatly improved by acting as a scaffold.

또한, 암염구조의 TiO1-xNx는 암염(rock-salt) 구조의 TiO와 TiN의 고용체(solid solution)로 이루어져 있는데, 이들 물질은 TiO2 보다 체적 탄성률이 크고 전기전도성이 크게 우수하여 실리콘의 부피팽창을 억제하고 전자의 이동을 용이하게 할 수 있다. In addition, the rock-salt structure, TiO 1-x N x is halite (rock-salt) there consists of a solid solution (solid solution) of TiO and TiN in the structure, these materials are silicon and the bulk modulus greater electrical conductivity is greatly superior to the TiO 2 It can suppress the volume expansion and facilitate the movement of electrons.

이에 따라, TiO2-x-TiO1-xNx 복합 코팅층은 실리콘과 같은 부피팽창이 동반되는 고용량 음극 활물질의 부피팽창 문제를 해결함과 동시에 전기화학적인 특성을 크게 개선시킬 수 있다. Accordingly, the TiO 2-x -TiO 1-x N x composite coating layer can solve the problem of volume expansion of a high-capacity negative active material accompanied by volume expansion, such as silicon, and greatly improve electrochemical properties.

이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 Si@TiO2-x-TiO1-xNx 복합체의 제조 방법을 더욱 구체적으로 설명한다. Hereinafter, a method of manufacturing a Si@TiO 2-x -TiO 1-x N x composite according to a preferred embodiment of the present invention will be described in more detail.

실리콘 음극활물질은 이론 용량이 4,200mAh/g 정도로 흑연에 비해 거의 10배 이상의 높은 용량을 가지고 있어 리튬이차전지의 한계를 극복하기 위해 활발하게 연구되고 있다.Silicon anode active material has a theoretical capacity of 4,200 mAh/g, which is almost 10 times higher than graphite, so it is being actively studied to overcome the limitations of lithium secondary batteries.

그러나, 실리콘 음극활물질은 리튬 삽입과 탈리시 300%의 높은 부피 팽창으로 분쇄(pulverization) 및 불안정한 고체전해질계면(solid electrolyte interphase)이 형성되어 수명 특성이 저하된다. 실리콘에 리튬이 삽입되는 경우의 반응식은 다음과 같다.However, silicon anode active material deteriorates lifespan characteristics due to pulverization and formation of an unstable solid electrolyte interphase due to high volume expansion of 300% during lithium insertion and desorption. The reaction formula when lithium is inserted into silicon is as follows.

[화학식 1][Formula 1]

22Li + 5Si = Li22Si5 22Li + 5Si = Li 22 Si 5

실리콘의 문제를 해결하기 위해 실리콘 나노구조화, 포러스(porous) 실리콘, 실리콘-탄소 복합체, 실리콘-금속산화물 복합체 등에 대한 다양한 연구들이 진행되고 있으나, 실리콘의 부피팽창 문제를 효과적으로 제어하는데 한계가 있고, 대부분 고가의 화학증착법(chemical vapor deposition process) 및 복잡한 공정을 사용하여야 하는 단점이 있다. To solve the problem of silicon, various studies on silicon nanostructure, porous silicon, silicon-carbon composite, silicon-metal oxide composite, etc. are being conducted, but there is a limit to effectively controlling the volume expansion problem of silicon, and most There are disadvantages in that an expensive chemical vapor deposition process and a complicated process must be used.

본 발명은 간단한 코팅 공정을 사용하면서도 우수한 성능의 TiO2-x-TiO1-xNx(0<x<1) 복합 코팅층을 제공하여 실리콘의 부피 팽창 문제를 효과적으로 제어할 수 있는 이차전지용 음극활물질, 그 제조방법 및 이를 이용한 이차전지의 제조 방법을 제시한다. The present invention provides a TiO 2-x -TiO 1-x N x (0<x<1) composite coating layer with excellent performance while using a simple coating process to effectively control the volume expansion problem of silicon. , and a method for manufacturing the same and a method for manufacturing a secondary battery using the same.

이차전지용 음극활물질을 제조하기 위하여 실리콘 나노입자와, TiO2 전구체를 준비한다. To prepare an anode active material for a secondary battery, silicon nanoparticles and a TiO 2 precursor are prepared.

상기 실리콘 나노입자는 직경이 나노 크기인 입자이다. 더욱 바람직하게는, 상기 실리콘 나노입자의 크기는 10∼200nm 정도인 것이 바람직하다. The silicon nanoparticles are nanoparticles having a diameter. More preferably, the size of the silicon nanoparticles is preferably about 10 to 200 nm.

상기 TiO2 전구체는 티타늄테트라메톡사이드, 티타늄테트라에톡사이드, 티타늄테트라프로포사이드, 티타늄테트라이소프로포사이드, 티타늄테트라부톡사이드, 티타늄테트라이소부톡사이드, 티타늄테트라펜톡사이드 및 티타늄테트라이소펜톡사이드로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 물질을 포함하는 것이 바람직하다. The TiO 2 precursor is composed of titanium tetramethoxide, titanium tetraethoxide, titanium tetraproposide, titanium tetraisoproposide, titanium tetrabutoxide, titanium tetraisobutoxide, titanium tetrapentoxide and titanium tetraisopentoxide. It is preferred to include one or more substances selected from the group.

TiO2 전구체를 이용하여 실리콘 나노입자 표면에 TiO2가 코팅되게 하여 실리콘 나노입자 표면에 TiO2가 코팅된 Si-TiO2 복합체 입자를 형성한다. TiO 2 The surface of the silicon nanoparticle is coated with TiO 2 using a TiO 2 precursor to form the Si-TiO 2 composite particle coated with TiO 2 on the surface of the silicon nanoparticle.

상기 코팅은 스프레이 코팅법, 졸겔법, 화학증착법, 침지법, 이들의 조합 등의 방법을 사용할 수 있다. For the coating, a method such as a spray coating method, a sol-gel method, a chemical vapor deposition method, an immersion method, or a combination thereof may be used.

이하에서, 상기 Si-TiO2 복합체 입자를 형성하는 방법의 일 예를 설명한다. Hereinafter, an example of a method of forming the Si-TiO 2 composite particles will be described.

실리콘 나노입자를 용매에 분산시켜 실리콘 나노입자 분산액을 형성한다. 상기 용매는 알코올 등을 사용할 수 있다. 상기 알코올은 메탄올, 에탄올, 프로판올, 이소프로필알코올, 부탄올, 이소부탄올 및 2-부탄올로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 물질을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 용매는 상기 실리콘 나노입자 100중량부에 대하여 100∼1000중량부를 사용하는 것이 바람직하다.The silicon nanoparticles are dispersed in a solvent to form a silicon nanoparticle dispersion. The solvent may be alcohol or the like. The alcohol is preferably at least one selected from the group consisting of methanol, ethanol, propanol, isopropyl alcohol, butanol, isobutanol and 2-butanol. The solvent is preferably used in an amount of 100 to 1000 parts by weight based on 100 parts by weight of the silicon nanoparticles.

상기 실리콘 나노입자의 분산에 있어서 실리콘 표면에서만 국한적으로 반응이 일어날 수 있도록 염기성 물질을 넣어줄 수도 있다. 상기 용매에 염기성 물질을 혼합하여 상기 실리콘 나노입자 분산액의 pH가 8∼12를 이루도록 하는 것이 바람직하다. 상기 염기성 물질은 암모니아수(NH4OH) 등일 수 있으나, 이에 국한되는 것은 아니다. In the dispersion of the silicon nanoparticles, a basic material may be added so that the reaction can occur locally only on the silicon surface. It is preferable to mix the basic material with the solvent so that the pH of the silicon nanoparticle dispersion is 8 to 12. The basic material may be aqueous ammonia (NH 4 OH), but is not limited thereto.

상기 실리콘 나노입자 분산액에 상기 TiO2 전구체를 혼합하고, 상기 실리콘 나노입자 표면에 TiO2가 코팅되게 한다. 코팅 공정의 온도는 25∼80℃, 반응시간은 10∼100시간의 범위가 바람직하다.The TiO 2 precursor is mixed with the silicon nanoparticle dispersion, and TiO 2 is coated on the surface of the silicon nanoparticle. The temperature of the coating process is preferably 25 to 80° C., and the reaction time is preferably in the range of 10 to 100 hours.

실리콘 나노입자 표면에 TiO2가 코팅되어 있는 Si-TiO2 복합체 입자(실리콘 나노입자 표면에 TiO2가 코팅된 복합체 입자)를 용매로부터 선택적으로 분리해낸다. 선택적 분리는 침전법(sedimentation method), 원심분리법(centrifuge method), 여과법(filtration method) 등을 사용할 수 있으나, 이에 국한되는 것은 아니다.The Si-TiO 2 composite particle (a composite coating on the TiO 2 particle surface a silicon nanoparticles), which is TiO 2 is coated on a silicon nanoparticle surface recall optionally isolated from the solvent. The selective separation may use a sedimentation method, a centrifuge method, a filtration method, etc., but is not limited thereto.

실리콘 나노입자 표면에 TiO2가 코팅된 Si-TiO2 복합체 입자를 질소 성분을 포함하는 환원 가스 분위기에서 열처리하여 TiO2-x-TiO1-xNx(0<x<1) 복합 코팅층이 실리콘 나노입자를 둘러싸는 코어-쉘(core-shell) 구조의 복합체를 형성한다. The Si-TiO 2 composite particles coated with TiO 2 on the surface of the silicon nanoparticles were heat treated in a reducing gas atmosphere containing a nitrogen component to form a TiO 2-x -TiO 1-x N x (0<x<1) composite coating layer of silicon. Forms a composite of a core-shell structure surrounding the nanoparticles.

상기 열처리는 질소를 포함한 환원 가스 분위기에서 600∼750℃, 더욱 바람직하게는 600∼700℃ 정도의 온도에서 수행하는 것이 바람직하다. 750℃ 보다 높은 열처리 온도에서는 암염(Rock salt) 구조의 TiO1-xNx 코팅층만이 실리콘 나노입자를 둘러싸는 코어-쉘(core-shell) 구조의 복합체(Si@TiO1-xNx)가 형성될 수 있다. 600∼750℃에서 열처리하게 되면, 산소결핍(oxygen deficiency) 구조의 TiO2-x(0<x<1)와 암염(rock-salt) 구조의 TiO1-xNx(0<x<1)를 포함하는 TiO2-x-TiO1-xNx(0<x<1)의 복합 코팅층이 실리콘 나노입자를 둘러싸는 코어-쉘(core-shell) 구조의 복합체(Si@TiO2-x-TiO1-xNx 복합체)가 형성될 수 있다. The heat treatment is preferably performed at a temperature of about 600 to 750 °C, more preferably 600 to 700 °C in a reducing gas atmosphere containing nitrogen. At a heat treatment temperature higher than 750°C, a core-shell structure composite (Si@TiO 1-x N x ) in which only the TiO 1-x N x coating layer having the rock salt structure surrounds the silicon nanoparticles (Si@TiO 1-x N x ) can be formed. When heat-treated at 600~750℃, TiO 2-x (0<x<1) with oxygen deficiency structure and TiO 1-x N x with rock-salt structure (0<x<1) A composite coating layer of TiO 2-x -TiO 1-x N x (0<x<1) containing a core-shell structure (Si@TiO 2-x - TiO 1-x N x complex) may be formed.

질소 성분을 포함하는 환원 가스는 암모니아 가스(NH3), H2와 N2의 혼합가스 등일 수 있으며, 0.1∼10 L/min의 유량으로 퍼니스(furnace) 내로 공급되는 것이 바람직하다. The reducing gas containing the nitrogen component may be ammonia gas (NH 3 ), a mixed gas of H 2 and N 2 , etc., and is preferably supplied into the furnace at a flow rate of 0.1 to 10 L/min.

일 예로서, 열처리동안 강한 환원력을 가지는 NH3 가스에 의해 TiO2는 TiO2-x로 환원되면서 산소결핍구조가 생성되고, 더 높은 열처리 온도에서 산소 하나가 TiO2로부터 빠져나가면서 암염(rock salt) 구조로 상변태(phase transformation)가 발생하는데, 형성된 TiO1-xNy 구조에서 질소 원자는 비교적 쉽게 치환될 수 있다. 따라서, 이들의 형성 조건 제어를 통해서 제조된 Si@TiO2-x-TiO1-xNx 복합체는 산소결핍 구조의 TiO2-x와 암염 구조의 TiO2-x-TiO1-xNx(0<x<1)의 복합 코팅층을 가지며, TiO2-x는 다음과 같은 화학식으로 형성되는 LiyTiO2-x에 의하여 이온 및 전자전도성을 향상시킬 수 있다. As an example, during heat treatment, TiO 2 is reduced to TiO 2-x by NH 3 gas having a strong reducing power, and an oxygen-deficient structure is generated, and at a higher heat treatment temperature, one oxygen escapes from TiO 2 (rock salt) ) structure, a nitrogen atom can be substituted relatively easily in the TiO 1-x N y structure formed. Therefore, the Si@TiO 2-x -TiO 1-x N x composite prepared through the control of their formation conditions has an oxygen-deficient structure of TiO 2-x and a rock salt structure of TiO 2-x -TiO 1-x N x ( It has a composite coating layer of 0<x<1), and TiO 2-x can improve ionic and electronic conductivity by Li y TiO 2-x formed by the following chemical formula.

[화학식 2][Formula 2]

TiO2-x + Li+ ↔ LiyTiO2-x TiO 2-x + Li + ↔ Li y TiO 2-x

또한, TiO1-xNx는 암염 구조로 기계적 강도를 증가시킴과 동시에 전기 전도성을 향상시킬 수 있다. 이에 따라, Si@TiO2-x-TiO1-xNx 복합체가 가지는 우수한 출력 특성 및 수명 특성으로 인해 이차전지 음극활물질로써 효과적으로 사용될 수 있다.In addition, TiO 1-x N x may improve electrical conductivity while increasing mechanical strength in a rock salt structure. Accordingly, due to the excellent output characteristics and lifespan characteristics of the Si@TiO 2-x -TiO 1-x N x composite, it can be effectively used as an anode active material for a secondary battery.

이하에서, Si@TiO2-x-TiO1-xNx 복합체(TiO2-x-TiO1-xNx 복합 코팅층이 실리콘 나노입자를 둘러싸는 코어-쉘(core-shell) 구조의 복합체)를 음극활물질로 사용하여 이차전지(예컨대, 리튬이차전지)를 제조하는 방법을 구체적으로 설명한다. Hereinafter, Si@TiO 2-x -TiO 1-x N x Composite (TiO 2-x -TiO 1-x N x Composite having a core-shell structure in which a composite coating layer surrounds silicon nanoparticles) A method of manufacturing a secondary battery (eg, a lithium secondary battery) using as an anode active material will be described in detail.

상술한 바와 같이 제조된 음극활물질, 도전재, 바인더 및 분산매를 혼합하여 이차전지 음극용 조성물을 형성한다. A composition for a negative electrode of a secondary battery is formed by mixing the negative electrode active material, the conductive material, the binder and the dispersion medium prepared as described above.

상기 도전재는 화학 변화를 야기하지 않는 전자 전도성 재료이면 특별히 제한되지 않으며, 그 예로 천연 흑연, 인조 흑연, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸블랙, 슈퍼-피(Super-P) 블랙, 탄소섬유, 구리, 니켈, 알루미늄, 은 등의 금속 분말 또는 금속 섬유 등이 가능하다. 상기 도전재는 상기 음극활물질 100중량부에 대하여 5∼40중량부 혼합하는 것이 바람직하다. The conductive material is not particularly limited as long as it is an electronically conductive material that does not cause chemical change, and examples include natural graphite, artificial graphite, carbon black, acetylene black, Ketjen black, Super-P black, carbon fiber, copper, nickel. , a metal powder such as aluminum, silver, or a metal fiber, etc. are possible. The conductive material is preferably mixed in an amount of 5 to 40 parts by weight based on 100 parts by weight of the negative electrode active material.

상기 분산매는 에탄올(EtOH), 아세톤, 이소프로필알콜, N-메틸피롤리돈(NMP), 프로필렌글리콜(PG) 등의 유기 용매 또는 물을 사용할 수 있다. 상기 분산매는 상기 음극활물질 100중량부에 대하여 200∼1000중량부 혼합하는 것이 바람직하다. The dispersion medium may be an organic solvent such as ethanol (EtOH), acetone, isopropyl alcohol, N-methylpyrrolidone (NMP), propylene glycol (PG), or water. The dispersion medium is preferably mixed with 200 to 1000 parts by weight based on 100 parts by weight of the negative electrode active material.

상기 바인더는 폴리테트라플루오르에틸렌(polytetrafluoroethylene; PTFE), 폴리비닐리덴플로라이드(polyvinylidenefloride; PVDF), 카르복시메틸셀룰로오스(carboxymethylcellulose; CMC), 폴리비닐알코올(poly vinyl alcohol; PVA), 폴리비닐부티랄(poly vinyl butyral; PVB), 폴리비닐피롤리돈(polyvinyl pyrrolidone; PVP), 스티렌부타디엔고무(styrene butadiene rubber; SBR), 폴리아마이드-이미드(Polyamide-imide), 폴리이미드(polyimide) 또는 이들의 혼합물 등을 사용할 수 있다. 상기 바인더는 상기 음극활물질 100중량부에 대하여 5∼40중량부 혼합하는 것이 바람직하다. The binder is polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidenefloride (PVDF), carboxymethylcellulose (CMC), polyvinyl alcohol (polyvinyl alcohol; PVA), polyvinylbutyral (polyvinylidenefloride) vinyl butyral (PVB), polyvinyl pyrrolidone (PVP), styrene butadiene rubber (SBR), polyamide-imide, polyimide, or mixtures thereof, etc. can be used The binder is preferably mixed in an amount of 5 to 40 parts by weight based on 100 parts by weight of the negative electrode active material.

상기 음극활물질 및 도전재의 균일한 분산을 위해 고속믹서기를 사용하여 소정 시간(예컨대, 1분∼24시간) 동안 교반시키면 전극(음극) 제조에 적합한 슬러리를 얻을 수 있다. 상기 교반은 100∼4,000rpm 정도의 회전속도로 수행하는 것이 바람직하다. For uniform dispersion of the negative electrode active material and the conductive material, a slurry suitable for manufacturing an electrode (cathode) can be obtained by stirring for a predetermined time (eg, 1 minute to 24 hours) using a high-speed mixer. The stirring is preferably performed at a rotation speed of about 100 to 4,000 rpm.

이렇게 제조된 이차전지 음극용 조성물은 슬러리 상태를 이루고 있다. The composition for a negative electrode of a secondary battery prepared in this way is in a slurry state.

음극활물질, 바인더, 도전재 및 분산매를 혼합한 이차전지 음극용 조성물을 압착하여 전극 형태로 형성하거나, 상기 이차전지 음극용 조성물을 금속 호일이나 집전체에 코팅하여 전극 형태로 형성하거나, 상기 이차전지 음극용 조성물을 롤러로 밀어 시트(sheet) 상태로 만들고 금속 호일이나 집전체에 붙여서 전극 형태로 형성하고, 전극 형태로 형성된 결과물을 100℃∼350℃의 온도에서 건조하여 이차전지의 음극을 형성한다. 금속(합금) 집전체를 이용하여 음극을 형성할 수도 있는데, 예를 들면 구리 집전체와 같은 금속(합금) 집전체에 닥터블레이드(doctor blade) 방법 등으로 캐스팅(casting)하여 전극 형태로 형성하고 건조하여 이차전지의 음극을 형성할 수도 있다.The composition for a negative electrode of a secondary battery in which the negative electrode active material, binder, conductive material and dispersion medium are mixed is compressed to form an electrode, or the composition for a negative electrode of a secondary battery is coated on a metal foil or a current collector to form an electrode, or the secondary battery The negative electrode composition is pressed with a roller to form a sheet state, is attached to a metal foil or a current collector to form an electrode, and the resultant formed in the electrode form is dried at a temperature of 100°C to 350°C to form the negative electrode of the secondary battery. . A negative electrode can be formed using a metal (alloy) current collector, for example, by casting a metal (alloy) current collector such as a copper current collector by a doctor blade method to form an electrode. It may be dried to form the negative electrode of the secondary battery.

이차전지의 음극을 형성하는 예를 보다 구체적으로 설명하면, 이차전지 음극용 조성물을 롤프레스 성형기를 이용하여 압착하여 성형할 수 있다. 롤프레스 성형기는 압연을 통한 전극밀도 향상 및 전극의 두께 제어를 목적으로 하고 있으며, 상단과 하단의 롤과 롤의 두께 및 가열 온도를 제어할 수 있는 컨트롤러와, 전극을 풀어주고 감아줄 수 있는 와인딩부로 구성된다. 롤상태의 전극이 롤프레스를 지나면서 압연공정이 진행되고 이것이 다시 롤상태로 감겨진다. 이때, 프레스의 가압 압력은 5~20 ton/㎠로 롤의 온도는 0~150℃로 하는 것이 바람직하다. 상기와 같은 프레스 압착 공정을 거친 이차전지 음극용 조성물은 건조 공정을 거친다. 건조 공정은 100℃∼350℃, 바람직하게는 150℃∼300℃의 온도에서 수행된다. 이때, 건조 온도가 100℃ 미만인 경우 분산매의 증발이 어려워 바람직하지 않으며, 350℃를 초과하는 고온 건조 시에는 도전재의 산화가 일어날 수 있으므로 바람직하지 않다. 따라서 건조 온도는 100℃ 이상이고, 350℃를 넘지 않는 것이 바람직하다. 그리고 건조 공정은 위와 같은 온도에서 약 10분∼6시간 동안 진행시키는 것이 바람직하다. 이와 같은 건조 공정은 성형된 이차전지 음극용 조성물을 건조(분산매 증발)시킴과 동시에 분말 입자를 결속시켜 이차전지 음극의 강도를 향상시킨다.More specifically, an example of forming the negative electrode of the secondary battery can be molded by pressing the composition for the secondary battery negative electrode using a roll press molding machine. The roll press molding machine aims to improve the electrode density and control the thickness of the electrode through rolling, and a controller that can control the thickness and heating temperature of the upper and lower rolls and rolls, and a winding that can unwind and wind the electrode. made up of wealth As the rolled electrode passes through the roll press, the rolling process proceeds and it is wound again in the roll state. At this time, the pressing pressure of the press is preferably 5 to 20 ton/cm 2 and the temperature of the roll is preferably 0 to 150°C. The composition for a negative electrode of a secondary battery that has been subjected to the press compression process as described above is subjected to a drying process. The drying process is carried out at a temperature of 100°C to 350°C, preferably 150°C to 300°C. In this case, when the drying temperature is less than 100° C., it is not preferable because evaporation of the dispersion medium is difficult, and when drying at a high temperature exceeding 350° C., oxidation of the conductive material may occur. Therefore, it is preferable that a drying temperature is 100 degreeC or more, and does not exceed 350 degreeC. And the drying process is preferably carried out for about 10 minutes to 6 hours at the same temperature as above. This drying process dries the molded composition for a negative electrode of a secondary battery (evaporating the dispersion medium) and at the same time binds powder particles to improve the strength of the negative electrode of the secondary battery.

또한, 이차전지의 음극을 형성하는 다른 예를 살펴보면, 상기 이차전지 음극용 조성물을 티타늄 호일(Ti foil), 알루미늄 호일(Al foil), 알루미늄 에칭 호일(Al etching foil), 구리 호일(Cu foil)과 같은 금속 호일(metal foil)에 코팅하거나, 상기 이차전지 음극용 조성물을 롤러로 밀어 시트(sheet) 상태(고무 타입)로 만들고 금속 호일에 붙여서 음극 형상으로 제조할 수도 있다. 상기 알루미늄 에칭 호일이라 함은 알루미늄 호일을 요철 모양으로 에칭한 것을 의미한다. 상기와 같은 공정을 거친 음극 형상에 대하여 건조 공정을 거친다. 건조 공정은 100℃∼350℃, 바람직하게는 150℃∼300℃의 온도에서 수행된다. 이때, 건조 온도가 100℃ 미만인 경우 분산매의 증발이 어려워 바람직하지 않으며, 350℃를 초과하는 고온 건조 시에는 도전재의 산화가 일어날 수 있으므로 바람직하지 않다. 따라서 건조 온도는 100℃ 이상이고, 350℃를 넘지 않는 것이 바람직하다. 그리고 건조 공정은 위와 같은 온도에서 약 10분∼6시간 동안 진행시키는 것이 바람직하다. 이와 같은 건조 공정은 이차전지 음극용 조성물을 건조(분산매 증발)시킴과 동시에 분말 입자를 결속시켜 이차전지 음극의 강도를 향상시킨다.In addition, looking at another example of forming the negative electrode of the secondary battery, the composition for the secondary battery negative electrode is a titanium foil (Ti foil), an aluminum foil (Al foil), an aluminum etching foil (Al etching foil), a copper foil (Cu foil) It may be coated on a metal foil, such as, or the composition for a negative electrode of a secondary battery may be pressed with a roller to form a sheet (rubber type) and attached to a metal foil to form a negative electrode. The aluminum etching foil means that the aluminum foil is etched in a concave-convex shape. A drying process is performed on the negative electrode shape that has been subjected to the above process. The drying process is carried out at a temperature of 100°C to 350°C, preferably 150°C to 300°C. At this time, when the drying temperature is less than 100 ℃, it is not preferable because evaporation of the dispersion medium is difficult, and when drying at a high temperature exceeding 350 ℃, oxidation of the conductive material may occur. Therefore, it is preferable that a drying temperature is 100 degreeC or more, and does not exceed 350 degreeC. And the drying process is preferably carried out for about 10 minutes to 6 hours at the same temperature as above. Such a drying process dries the composition for a negative electrode of a secondary battery (evaporation of the dispersion medium) and at the same time binds the powder particles to improve the strength of the negative electrode of the secondary battery.

상기와 같이 제조된 이차전지 음극은 코인형 전지(coin cell) 등과 같은 목적하는 형태의 이차전지에 유용하게 적용될 수 있다. The secondary battery negative electrode prepared as described above may be usefully applied to a secondary battery of a desired type, such as a coin cell.

상술한 바와 같이 음극활물질로 이용하여 제조된 음극과, 리튬 이온을 삽입 또는 탈리할 수 있는 양극활물질을 포함하는 양극과, 상기 양극과 음극 사이에 상기 양극과 상기 음극의 단락을 방지하기 위한 분리막(seperator)을 배치하고, 상기 양극와 상기 음극 사이에 리튬염이 용해되어 있는 전해액을 주입하여 이차전지를 제조할 수 있다. A negative electrode manufactured by using the negative electrode active material as described above, a positive electrode including a positive electrode active material capable of intercalating or deintercalating lithium ions, and a separator for preventing a short circuit between the positive electrode and the negative electrode between the positive electrode and the negative electrode ( seperator) and injecting an electrolyte in which lithium salt is dissolved between the positive electrode and the negative electrode to manufacture a secondary battery.

상기 양극은 리튬 금속, 리튬 합금, 결정질 탄소, 비정질 탄소, 탄소 복합체 및 탄소 섬유 중에서 선택된 1종 이상의 양극활물질을 포함할 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 양극도 상기 음극을 제조하는 방법과 동일 또는 유사한 방법으로 제조할 수 있다.The positive electrode may include at least one positive electrode active material selected from lithium metal, lithium alloy, crystalline carbon, amorphous carbon, carbon composite material, and carbon fiber, but is not limited thereto. The positive electrode may also be manufactured by the same or similar method to the method for manufacturing the negative electrode.

상기 분리막은 폴리에틸렌 부직포, 폴리프로필렌 부직포, 폴리에스테르 부직포, 폴리아크릴로니트릴 다공성 격리막, 폴리(비닐리덴 플루오라이드) 헥사플루오로프로판 공중합체 다공성 격리막, 셀룰로스 다공성 격리막, 크라프트지 또는 레이온 섬유 등 전지 분야에서 일반적으로 사용되는 분리막이라면 특별히 제한되지 않는다.The separator is a polyethylene nonwoven fabric, polypropylene nonwoven fabric, polyester nonwoven fabric, polyacrylonitrile porous separator, poly(vinylidene fluoride) hexafluoropropane copolymer porous separator, cellulose porous separator, kraft paper or rayon fiber, etc. in the battery field. If it is a commonly used separation membrane, it is not particularly limited.

이차전지에 충전되는 전해액의 전해질은 리튬염이 용해된 것을 사용할 수 있다. 상기 리튬염은 이차전지에서 통상적으로 사용되는 리튬염으로서 특별히 제한되지는 않으며, 예를 들면 LiPF6, LiBF4, LiClO4, Li(CF3SO2)2, LiCF3SO3, LiSbF6, LiAsF6 또는 이들의 혼합물 등을 그 예로 들 수 있다. 상기 리튬염은 상기 전해액에 0.1∼3M의 농도로 함유되는 것이 바람직하다. As the electrolyte of the electrolyte to be charged in the secondary battery, a lithium salt dissolved therein may be used. The lithium salt is not particularly limited as a lithium salt commonly used in secondary batteries, for example, LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , Li(CF 3 SO 2 ) 2 , LiCF 3 SO 3 , LiSbF 6 , LiAsF 6 or a mixture thereof, and the like. The lithium salt is preferably contained in the electrolyte at a concentration of 0.1 to 3M.

상기 전해액을 구성하는 용매는 특별히 한정되는 것은 아니며, 예를 들면 환상 카보네이트계 용매, 쇄상 카보네이트계 용매, 에스테르계 용매, 에테르계 용매, 니트릴계 용매, 아미드계 용매 또는 이들의 혼합물 등을 사용할 수 있다. 상기 환상 카보네이트계 용매로는 에틸렌카보네이트, 프로필렌카보네이트, 부틸렌카보네이트, 비닐렌카보네이트 등을 사용할 수 있고, 상기 쇄상 카보네이트계 용매로는 디메틸카보네이트, 메틸에틸카보네이트, 디에틸카보네이트 등을 사용할 수 있으며, 상기 에스테르계 용매로는 아세트산메틸, 아세트산에틸, 아세트산프로필, 프로피온산메틸, 프로피온산에틸, γ-부티롤락톤 등을 사용할 수 있고, 상기 에테르계 용매로는 1,2-디메톡시에탄, 1,2-디에톡시에탄, 테트라히드로푸란, 1,2-디옥산, 2-메틸테트라히드로푸란 등을 사용할 수 있으며, 상기 니트릴계 용매로는 아세토니트릴 등을 사용할 수 있고, 상기 아미드계 용매로는 디메틸포름아미드 등을 사용할 수 있다.The solvent constituting the electrolyte is not particularly limited, and for example, a cyclic carbonate solvent, a chain carbonate solvent, an ester solvent, an ether solvent, a nitrile solvent, an amide solvent, or a mixture thereof may be used. . Ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, vinylene carbonate, etc. may be used as the cyclic carbonate-based solvent, and dimethyl carbonate, methylethyl carbonate, diethyl carbonate, etc. may be used as the chain carbonate-based solvent, and the As the ester solvent, methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, γ-butyrolactone, etc. can be used, and as the ether solvent, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethane Toxyethane, tetrahydrofuran, 1,2-dioxane, 2-methyltetrahydrofuran, etc. may be used, and the nitrile solvent may include acetonitrile, and the amide solvent may include dimethylformamide, etc. can be used

이하에서, 본 발명에 따른 실험예들을 구체적으로 제시하며, 다음에 제시하는 실험예들에 의하여 본 발명이 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, experimental examples according to the present invention are specifically presented, and the present invention is not limited by the experimental examples presented below.

<실험예 1><Experimental Example 1>

독일 데구사(Degussa)의 TiO2를 사용하여 NH3 가스 분위기에서 600℃, 650℃, 700℃, 750℃, 800℃, 850℃, 900℃, 950℃에서 각각 5시간 동안 열처리하였다. NH3 가스의 유량은 0.5ℓ/min로 하였다. 열처리 온도에 따른 TiO2-x-TiO1-xNx의 구조변화를 모니터링 하였다.Germany Degussa (Degussa) TiO 2 Using NH 3 gas atmosphere 600 ℃, 650 ℃, 700 ℃, 750 ℃, 800 ℃, 850 ℃, 900 ℃, 950 ℃ each was heat-treated for 5 hours. The flow rate of the NH 3 gas was 0.5 L/min. The structural change of TiO 2-x -TiO 1-x N x according to the heat treatment temperature was monitored.

도 1은 실험예 1에 따라 TiO2를 NH3 가스 분위기에서 600℃, 650℃, 700℃, 750℃, 800℃, 850℃, 900℃, 950℃에서 5시간 동안 열처리한 경우로서, 열처리 온도별 TiO2 입자의 X선-회절(XRD; X-ray diffraction) 분석 결과를 보인 도면이다. 1 is a case of heat-treating TiO 2 according to Experimental Example 1 at 600 °C, 650 °C, 700 °C, 750 °C, 800 °C, 850 °C, 900 °C, 950 °C for 5 hours in an NH 3 gas atmosphere, the heat treatment temperature It is a diagram showing the results of X-ray diffraction (XRD) analysis of the star TiO 2 particles.

도 1을 참조하면, 열처리 온도가 증가할수록 TiO2의 구조를 나타내는 Anatase와 Rutile 구조가 사라지고, 600℃ 이상의 열처리 온도에서는 암염(Rock salt) 구조의 TiO1-xNx가 형성됨을 관찰할 수 있으며, 열처리 온도가 높아질수록 형성된 암염(Rock salt) 구조의 TiO1-xNx의 결정구조에서 TiN rich한 상(phase)이 더 많이 형성되어 2-Theta가 낮은 값으로 시프트 되는 현상을 관찰할 수 있었다. Referring to FIG. 1, as the heat treatment temperature increases, the Anatase and Rutile structures representing the structure of TiO 2 disappear, and it can be observed that TiO 1-x N x having a rock salt structure is formed at a heat treatment temperature of 600° C. or higher. , it can be observed that as the heat treatment temperature increases, more TiN-rich phases are formed in the crystal structure of TiO 1-x N x of the rock salt structure formed, and the phenomenon that 2-Theta shifts to a lower value can be observed. there was.

도 2는 실험예 1에 따라 TiO2를 NH3 가스 분위기에서 600℃, 650℃, 700℃, 750℃, 800℃, 850℃, 900℃, 950℃에서 5시간 동안 열처리한 경우로서, 열처리 온도별 TiOxNy로의 상변태 수율(yield) 분석 결과를 보여주는 도면이다. 2 is a case in which TiO 2 according to Experimental Example 1 was heat-treated for 5 hours at 600° C., 650° C., 700° C., 750° C., 800° C., 850° C., 900° C., and 950° C. in an NH 3 gas atmosphere, the heat treatment temperature It is a diagram showing the analysis result of the phase transformation yield (yield) to star TiO x N y.

도 2를 참조하면, 750℃ 이하의 열처리 온도에서는 암염(Rock salt) 구조의 TiO1-xNx과 TiO1-xNx로 phase transformation이 일어나기 전 많은 산소 결함 구조를 가지는 TiO2-x 영역이 함께 존재함을 알 수 있다. Referring to FIG. 2 , at a heat treatment temperature of 750° C. or less, TiO 2-x region having many oxygen defect structures before phase transformation into TiO 1-x N x and TiO 1-x N x having a rock salt structure. It can be seen that they exist together.

실리콘 나노입자 표면에 코팅된 소재의 기능화를 위해 TiO2-x 영역과 TiO1-xNx 영역이 함께 공존하는 650℃를 열처리 온도로 설정하여 실험예 3에 적용하였다. For functionalization of the material coated on the surface of silicon nanoparticles, 650° C., in which the TiO 2-x region and the TiO 1-x N x region coexist, was set as the heat treatment temperature and applied to Experimental Example 3.

<실험예 2><Experimental Example 2>

직경이 약 50nm인 실리콘 나노입자와, TiO2 전구체로 티타늄테트라이소프로포사이드를 준비하였다.Silicon nanoparticles having a diameter of about 50 nm and TiO 2 As a precursor, titanium tetraisoproposide was prepared.

상기 실리콘 나노입자 0.5g과 상기 암모니아수 8㎖를 무수에탄올 666㎖의 용매에 첨가하고, 약 30분 동안 초음파 분산(ultrasonic dispersion) 시켰으며, 실리콘 나노입자 분산액을 수득하였다. 0.5 g of the silicon nanoparticles and 8 ml of aqueous ammonia were added to a solvent of 666 ml of absolute ethanol, followed by ultrasonic dispersion for about 30 minutes to obtain a silicon nanoparticle dispersion.

상기 TiO2 전구체 7.6㎖를 실리콘 나노입자 분산액에 천천히 떨어뜨린 후, 40℃에서 40시간 교반하여 졸겔법을 통해 실리콘 나노입자 표면에 TiO2가 코팅되게 하였다.After slowly dropping 7.6 ml of the TiO 2 precursor into the silicon nanoparticle dispersion, the mixture was stirred at 40° C. for 40 hours to allow TiO 2 to be coated on the silicon nanoparticle surface through a sol-gel method.

미반응 물질을 제거하기 위해 11000rpm에서 1시간 동안 원심분리를 하여 상등액을 제거하는 과정을 3번 반복한 후, Si-TiO2 복합체 입자(실리콘 나노입자 표면에 TiO2가 코팅된 복합체 입자)를 회수하였다. After repeating the process of removing the supernatant by centrifugation at 11000 rpm for 1 hour to remove unreacted substances 3 times, Si-TiO 2 composite particles (TiO 2 coated composite particles on the surface of silicon nanoparticles) are recovered did.

<실험예 3><Experimental Example 3>

직경이 약 50nm인 실리콘 나노입자와, TiO2 전구체로 티타늄테트라이소프로포사이드를 준비하였다.Silicon nanoparticles having a diameter of about 50 nm and TiO 2 As a precursor, titanium tetraisoproposide was prepared.

상기 실리콘 나노입자 0.5g과 상기 암모니아수 8㎖를 무수에탄올 666㎖의 용매에 첨가하고, 약 30분 동안 초음파 분산(ultrasonic dispersion) 시켰으며, 실리콘 나노입자 분산액을 수득하였다. 0.5 g of the silicon nanoparticles and 8 ml of aqueous ammonia were added to a solvent of 666 ml of absolute ethanol, followed by ultrasonic dispersion for about 30 minutes to obtain a silicon nanoparticle dispersion.

상기 TiO2 전구체 7.6㎖를 실리콘 나노입자 분산액에 천천히 떨어뜨린 후, 40℃에서 40시간 교반하여 졸겔법을 통해 실리콘 나노입자 표면에 TiO2가 코팅되게 하였다.After slowly dropping 7.6 ml of the TiO 2 precursor into the silicon nanoparticle dispersion, the mixture was stirred at 40° C. for 40 hours to allow TiO 2 to be coated on the silicon nanoparticle surface through a sol-gel method.

미반응 물질을 제거하기 위해 11000rpm에서 1시간 동안 원심분리를 하여 상등액을 제거하는 과정을 3번 반복한 후, Si-TiO2 복합체 입자(실리콘 나노입자 표면에 TiO2가 코팅된 복합체 입자)를 회수하였다. After repeating the process of removing the supernatant by centrifugation at 11000 rpm for 1 hour to remove unreacted substances 3 times, Si-TiO 2 composite particles (TiO 2 coated composite particles on the surface of silicon nanoparticles) are recovered did.

상기 Si-TiO2 복합체 입자를 NH3 가스 분위기에서 열처리하여 이차전지용 음극활물질(Si@TiO2-x-TiO1-xNx 복합체)를 수득하였다. 상기 열처리는 650℃에서 3시간 동안 수행하였으며, NH3 가스의 유량은 0.5ℓ/min로 하였다. 상기 이차전지용 음극활물질은 TiO2-x-TiO1-xNx 복합 코팅층이 실리콘 나노입자를 둘러싸는 코어-쉘(core-shell) 구조의 복합체(Si@TiO2-x-TiO1-xNx)이다.The Si-TiO 2 composite particles were heat-treated in an NH 3 gas atmosphere to obtain a negative active material for a secondary battery (Si@TiO 2-x -TiO 1-x N x composite). The heat treatment was performed at 650° C. for 3 hours, and the flow rate of NH 3 gas was 0.5 L/min. The negative active material for secondary batteries is a composite (Si@TiO 2-x -TiO 1-x N ) of a core-shell structure in which a TiO 2-x -TiO 1-x N x composite coating layer surrounds silicon nanoparticles. x ).

<실험예 4><Experimental Example 4>

직경이 약 50nm인 실리콘 나노입자와, TiO2 전구체로 티타늄테트라이소프로포사이드를 준비하였다.Silicon nanoparticles having a diameter of about 50 nm and TiO 2 As a precursor, titanium tetraisoproposide was prepared.

상기 실리콘 나노입자 0.5g과 상기 암모니아수 8㎖를 무수에탄올 666㎖의 용매에 첨가하고, 약 30분 동안 초음파 분산(ultrasonic dispersion) 시켰으며, 실리콘 나노입자 분산액을 수득하였다. 0.5 g of the silicon nanoparticles and 8 ml of aqueous ammonia were added to a solvent of 666 ml of absolute ethanol, followed by ultrasonic dispersion for about 30 minutes to obtain a silicon nanoparticle dispersion.

상기 TiO2 전구체 7.6㎖를 실리콘 나노입자 분산액에 천천히 떨어뜨린 후, 40℃에서 40시간 교반하여 졸겔법을 통해 실리콘 나노입자 표면에 TiO2가 코팅되게 하였다.After slowly dropping 7.6 ml of the TiO 2 precursor into the silicon nanoparticle dispersion, the mixture was stirred at 40° C. for 40 hours to allow TiO 2 to be coated on the silicon nanoparticle surface through a sol-gel method.

미반응 물질을 제거하기 위해 11000rpm에서 1시간 동안 원심분리를 하여 상등액을 제거하는 과정을 3번 반복한 후, Si-TiO2 복합체 입자(실리콘 나노입자 표면에 TiO2가 코팅된 복합체 입자)를 회수하였다. After repeating the process of removing the supernatant by centrifugation at 11000 rpm for 1 hour to remove unreacted substances 3 times, Si-TiO 2 composite particles (TiO 2 coated composite particles on the surface of silicon nanoparticles) are recovered did.

상기 Si-TiO2 복합체 입자를 NH3 가스 분위기에서 열처리하여 이차전지용 음극활물질(Si@TiO1-xNx 복합체)를 수득하였다. 상기 열처리는 800℃에서 3시간 동안 수행하였으며, NH3 가스의 유량은 0.5ℓ/min로 하였다. 상기 이차전지용 음극활물질은 TiO1-xNx 코팅층이 실리콘 나노입자를 둘러싸는 코어-쉘(core-shell) 구조의 복합체(Si@TiO1-xNx)이다. 이는 도 2로부터도 예측할 수 있는데, 도 2를 보면 750℃ 보다 높은 열처리 온도에서는 암염(Rock salt) 구조의 TiO1-xNx 영역만이 존재함을 알 수 있는데, 실험예 2에 따라 800℃에서 열처리할 경우에는 TiO1-xNx 코팅층만이 실리콘 나노입자를 둘러싸는 코어-쉘(core-shell) 구조의 복합체(Si@TiO1-xNx)가 형성되게 된다. The Si-TiO 2 composite particles were heat-treated in an NH 3 gas atmosphere to obtain a negative active material for a secondary battery (Si@TiO 1-x N x composite). The heat treatment was performed at 800° C. for 3 hours, and the flow rate of NH 3 gas was 0.5 L/min. The anode active material for a secondary battery is a composite (Si@TiO 1-x N x ) having a core-shell structure in which a TiO 1-x N x coating layer surrounds silicon nanoparticles. This can also be predicted from FIG. 2 , and looking at FIG. 2 , it can be seen that only the TiO 1-x N x region of the rock salt structure exists at a heat treatment temperature higher than 750° C., according to Experimental Example 2, 800° C. In the case of heat treatment, a composite (Si@TiO 1-x N x ) having a core-shell structure in which only the TiO 1-x N x coating layer surrounds the silicon nanoparticles is formed.

실험예 3 및 실험예 4에 따라 제조된 이차전지용 음극활물질을 사용하여 음극을 제조하였다. 더욱 구체적으로는, 음극활물질인 복합체, 도전재인 슈퍼-P 카본 블랙(Super-P carbon black), 바인더인 폴리아크릴산(poly(acrylic acid))을 80:10:10의 중량비로 혼합하고 용매에 첨가하여 슬러리를 제조하였다. 상기 용매는 증류수를 사용하였다. 상기 슬러리를 구리 포일 집전체에 도포하여 음극을 제조하였다.A negative electrode was prepared using the negative active material for secondary batteries prepared according to Experimental Examples 3 and 4. More specifically, a composite as an anode active material, Super-P carbon black as a conductive material, and poly(acrylic acid) as a binder are mixed in a weight ratio of 80:10:10 and added to a solvent. to prepare a slurry. Distilled water was used as the solvent. The slurry was applied to a copper foil current collector to prepare a negative electrode.

상기 음극과 리튬 금속(상대전극)을 사용하여 2032 코인형 반쪽전지(coin-type half cell)을 제조하였다. 전해질로는 1M의 LiPF6이 용해된 EC:DEC(에틸렌 카보네이트:디에틸렌 카보네이트)의 혼합 용매(부피비=1:1)와 5wt%의 FEC(플루오로에틸렌 카보네이트) 첨가제를 사용하였다. 상기 음극과 상대전극 사이의 분리막(seperator)으로는 폴리올레핀 분리막을 사용하였다.A 2032 coin-type half cell was prepared using the negative electrode and lithium metal (counter electrode). As the electrolyte, a mixed solvent of EC:DEC (ethylene carbonate:diethylene carbonate) in which 1M LiPF 6 was dissolved (volume ratio = 1:1) and 5wt% of FEC (fluoroethylene carbonate) additive were used. A polyolefin separator was used as a separator between the negative electrode and the counter electrode.

도 3a는 실험예 2에 따라 제조된 Si-TiO2 복합체 입자의 전계방출주사현미경(FE-SEM; field emission-scanning electron microscope) 이미지이고, 도 3b는 실험예 2에 따라 제조된 Si-TiO2 복합체 입자의 투과전자현미경(TEM; transmission electron microscopy) 이미지이며, 도 3c는 도 3b에서 노란색으로 박스친 'A' 부분을 확대하여 나타낸 이미지이다.Figure 3a is a field emission-scanning electron microscope (FE-SEM) image of the Si-TiO 2 composite particles prepared according to Experimental Example 2, Figure 3b is a Si-TiO 2 prepared according to Experimental Example 2 It is a transmission electron microscopy (TEM) image of the composite particle, and FIG. 3c is an enlarged image of the part 'A' boxed in yellow in FIG. 3b.

도 3a 내지 도 3c를 참조하면, 실험예 2에 따라 제조된 Si-TiO2 복합체 입자(실리콘 나노입자 표면에 TiO2가 코팅된 복합체 입자)는 실리콘 나노입자 표면에 약 3.5nm의 비정질 TiO2 코팅층이 형성되어 있음을 확인할 수 있었다.3A to 3C, the Si-TiO 2 composite particles prepared according to Experimental Example 2 (composite particles coated with TiO 2 on the surface of the silicon nanoparticles) have an amorphous TiO 2 coating layer of about 3.5 nm on the surface of the silicon nanoparticles. It could be confirmed that this was formed.

도 4a는 실험예 3에 따라 제조된 이차전지용 음극활물질의 전계방출주사현미경(FE-SEM) 이미지이고, 도 4b는 실험예 3에 따라 제조된 이차전지용 음극활물질의 투과전자현미경(TEM) 이미지이며, 도 4c는 도 4b에서 노란색으로 박스친 'A' 부분을 확대하여 나타낸 이미지이다.Figure 4a is a field emission scanning microscope (FE-SEM) image of the negative active material for a secondary battery prepared according to Experimental Example 3, Figure 4b is a transmission electron microscope (TEM) image of the negative active material for a secondary battery prepared according to Experimental Example 3 , FIG. 4C is an enlarged image of 'A' boxed in yellow in FIG. 4B.

도 4a 내지 도 4c를 참조하면, 실험예 3에 따라 제조된 이차전지용 음극활물질(TiO2-x-TiO1-xNx 복합 코팅층이 실리콘 나노입자를 둘러싸는 코어-쉘(core-shell) 구조의 복합체(Si@TiO2-x-TiO1-xNx))은 실리콘 나노입자 표면에 암염(Rock salt) 구조의 TiO1-xNx과 비정질 구조의 TiO2-x가 코팅층으로 형성되어 있음을 확인할 수 있었다.4A to 4C , the anode active material for a secondary battery prepared according to Experimental Example 3 (TiO 2-x -TiO 1-x N x composite coating layer surrounds the silicon nanoparticles core-shell structure) The composite (Si@TiO 2-x -TiO 1-x N x )) is formed by forming a coating layer of TiO 1-x N x with a rock salt structure and TiO 2-x with an amorphous structure on the surface of silicon nanoparticles. could confirm that there was

도 5는 실험예 3에 따라 제조된 이차전지용 음극활물질의 TEM-EELS(Electron energy loss spectroscopy) 이미지이다.5 is a TEM-EELS (electron energy loss spectroscopy) image of a negative active material for a secondary battery prepared according to Experimental Example 3;

도 5를 참조하면, 실험예 3에 따라 제조된 이차전지용 음극활물질(TiO2-x-TiO1-xNx 복합 코팅층이 실리콘 나노입자를 둘러싸는 코어-쉘(core-shell) 구조의 복합체(Si@TiO2-x-TiO1-xNx))은 실리콘 나노입자 표면에 Ti, O, N이 균일하게 코팅되어 있음을 확인할 수 있었다.Referring to FIG. 5, a composite of a core-shell structure in which a negative active material for a secondary battery (TiO 2-x -TiO 1-x N x composite coating layer surrounds silicon nanoparticles) prepared according to Experimental Example 3 ( In Si@TiO 2-x -TiO 1-x N x )), it was confirmed that Ti, O, and N were uniformly coated on the surface of the silicon nanoparticles.

도 6a 및 도 6b는 실험예 3에 따라 제조된 이차전지용 음극활물질의 X선 광전자 분광(X-ray Photoelectron Spectroscopy) 결과를 보인 도면이다. 6A and 6B are views showing the results of X-ray photoelectron spectroscopy of the negative active material for a secondary battery prepared according to Experimental Example 3;

도 7은 리튬이차전지의 성능을 나타내는 그래프로서, 0.01∼1.5V 범위의 전압에서 0.1A/g의 전류밀도로 첫 번째 전위분포를 나타낸 그래프이다. 7 is a graph showing the performance of the lithium secondary battery, and is a graph showing the first potential distribution at a current density of 0.1A/g at a voltage in the range of 0.01 to 1.5V.

도 7을 참조하면, 실험예 3에 따라 제조된 이차전지용 음극활물질을 사용하여 음극을 제조하고 상기 음극을 이용하여 2032 코인형 반쪽전지(리튬이차전지)를 제조한 경우(도 7에서 Si@TiO2-x-TiO1-xNx)로 나타냄)는 실험예 4에 따라 제조된 이차전지용 음극활물질을 사용하여 음극을 제조하고 상기 음극을 이용하여 2032 코인형 반쪽전지(리튬이차전지)를 제조한 경우(도 7에서 Si@TiO1-xNx)로 나타냄)보다 성능이 우수한 것을 확인할 수 있었다. Referring to FIG. 7, when a negative electrode was prepared using the negative active material for a secondary battery prepared according to Experimental Example 3, and a 2032 coin-type half battery (lithium secondary battery) was manufactured using the negative electrode (Si@TiO in FIG. 7) Represented by 2-x -TiO 1-x N x )), a negative electrode was prepared using the negative active material for secondary batteries prepared according to Experimental Example 4, and a 2032 coin-type half battery (lithium secondary battery) was prepared using the negative electrode. It was confirmed that the performance was superior to that of one case (represented by Si@TiO 1-x N x in FIG. 7 ).

도 8은 1A/g의 전류밀도에서 100 사이클에 따른 충전 용량과 쿨롱 효율을 나타낸 그래프이다. 8 is a graph showing the charging capacity and the coulombic efficiency according to 100 cycles at a current density of 1A/g.

도 8을 참조하면, 상용 실리콘 나노입자의 경우 실리콘의 부피팽창으로 인해 초반 용량 저하가 크며, Si-TiO2 복합체 입자(Si@TiO2 복합체)의 경우 어느정도 까지는 실리콘의 부피팽창을 억제해 줄 수 있으나 20사이클 후 급격한 용량 저하를 나타냈다. 반면에 Si@TiO2-x-TiO1-xNx 복합체(실험예 3에 따라 제조된 이차전지용 음극활물질)의 경우 높은 기계적 강도를 가지는 복합 코팅층으로 인해 100사이클 후에도 85%의 안정적인 수명 특성 및 높은 용량(1332mAh/g)을 확인할 수 있었다.Referring to FIG. 8 , in the case of commercial silicon nanoparticles, the initial capacity decrease is large due to the volume expansion of silicon, and in the case of Si-TiO 2 composite particles (Si@TiO 2 composite), the volume expansion of silicon can be suppressed to some extent. However, it showed a sharp decrease in capacity after 20 cycles. On the other hand, in the case of the Si@TiO 2-x -TiO 1-x N x composite (anode active material for secondary batteries prepared according to Experimental Example 3), due to the composite coating layer having high mechanical strength, stable lifespan characteristics of 85% and High capacity (1332mAh/g) was confirmed.

도 9는 충전과 방전 속도를 알아보기 위해서 전류밀도가 0.1A/g, 0.5A/g, 1A/g, 2A/g, 5A/g으로 변화함에 따라 충/방전 용량의 변화를 나타낸 그래프이다. 9 is a graph showing changes in charge/discharge capacity as the current density changes to 0.1A/g, 0.5A/g, 1A/g, 2A/g, and 5A/g in order to examine the charging and discharging rates.

도 9를 참조하면, Si@TiO2-x-TiO1-xNx 복합체(실험예 3에 따라 제조된 이차전지용 음극활물질)는 TiO2-x가 전기화학반응에 의해 형성된 Li conductive LiyTiO2-x의 형성과 높은 전기전도성을 가지는 TiO1-xNx의 특성으로 Si@TiO2-x나 Si@TiO1-xNx 복합체 보다도 우수한 충/방전 속도 효율을 나타냈다. Referring to FIG. 9 , the Si@TiO 2-x -TiO 1-x N x composite (anode active material for a secondary battery prepared according to Experimental Example 3) is a Li conductive Li y TiO in which TiO 2-x is formed by an electrochemical reaction. Due to the formation of 2-x and the characteristics of TiO 1-x N x with high electrical conductivity, the charge/discharge rate efficiency was superior to that of Si@TiO 2-x or Si@TiO 1-x N x composites.

도 10은 1A/g의 전류밀도에서 50사이클 전/후 음극의 FE-SEM 이미지이다. 10 is an FE-SEM image of a cathode before and after 50 cycles at a current density of 1 A/g.

도 10을 참조하면, 상용 실리콘 나노입자나 Si-TiO2 복합체 입자(Si@TiO2 복합체)의 경우엔 50사이클 후 실리콘의 부피팽창 및 미분화로 인해 구조가 붕괴되었지만, Si@TiO2-x-TiO1-xNx 복합체(실험예 3에 따라 제조된 이차전지용 음극활물질)의 경우엔 50사이클 후에도 TiO1-xNx의 높은 기계적 강도 특성으로 Si의 부피팽창을 효과적으로 억제하여 초기 형상이 유지됨을 보였다. Referring to FIG. 10, in the case of commercial silicon nanoparticles or Si-TiO 2 composite particles (Si@TiO 2 composite), the structure collapsed due to volume expansion and micronization of silicon after 50 cycles, but Si@TiO 2-x - In the case of the TiO 1-x N x composite (anode active material for secondary batteries prepared according to Experimental Example 3), the initial shape was maintained by effectively suppressing the volume expansion of Si with the high mechanical strength characteristics of TiO 1-x N x even after 50 cycles. showed

이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.As mentioned above, although preferred embodiments of the present invention have been described in detail, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications are possible by those skilled in the art.

Claims (13)

TiO2-x-TiO1-xNx(0<x<1) 복합 코팅층이 실리콘 나노입자를 둘러싸는 코어-쉘(core-shell) 구조의 복합체이고,
상기 TiO2-x-TiO1-xNx 복합 코팅층은 산소결핍(oxygen deficiency) 구조의 TiO2-x(0<x<1)와 암염(rock-salt) 구조의 TiO1-xNx(0<x<1)를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지용 음극활물질.
TiO 2-x -TiO 1-x N x (0<x<1) The composite coating layer is a composite having a core-shell structure surrounding the silicon nanoparticles,
The TiO 2-x -TiO 1-x N x composite coating layer has an oxygen deficiency structure of TiO 2-x (0<x<1) and a rock-salt structure of TiO 1-x N x ( A negative active material for a secondary battery, characterized in that it contains 0<x<1).
제1항에 있어서, 상기 TiO2-x-TiO1-xNx 복합 코팅층과 상기 실리콘 나노입자는 0.05:1 내지 10:1의 중량비를 이루고 있는 것을 특징으로 하는 이차전지용 음극활물질.
The negative active material of claim 1, wherein the TiO 2-x -TiO 1-x N x composite coating layer and the silicon nanoparticles have a weight ratio of 0.05:1 to 10:1.
제1항에 있어서, 상기 실리콘 나노입자는 10∼200nm의 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 이차전지용 음극활물질.
The negative active material of claim 1, wherein the silicon nanoparticles have a size of 10 to 200 nm.
제1항에 있어서, 상기 이차전지용 음극활물질은 15∼500㎚의 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 이차전지용 음극활물질.
The negative active material for secondary batteries according to claim 1, wherein the negative active material for secondary batteries has a size of 15 to 500 nm.
(a) TiO2 전구체를 이용하여 실리콘 나노입자 표면에 TiO2가 코팅되게 하는 단계; 및
(b) 상기 실리콘 나노입자 표면에 TiO2가 코팅된 Si-TiO2 복합체 입자를 질소 성분을 포함하는 환원 가스 분위기에서 열처리하여 TiO2-x-TiO1-xNx(0<x<1) 복합 코팅층이 실리콘 나노입자를 둘러싸는 코어-쉘(core-shell) 구조의 복합체를 형성하는 단계를 포함하며,
상기 TiO2-x-TiO1-xNx 복합 코팅층은 산소결핍(oxygen deficiency) 구조의 TiO2-x(0<x<1)와 암염(rock-salt) 구조의 TiO1-xNx(0<x<1)를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지용 음극활물질의 제조방법.
(a) Step using a TiO 2 precursor which causes the TiO 2 coating on the silicon nano-particle surfaces; and
(b) TiO 2 -TiO 1 -x N x (0<x<1) by heat- treating the Si-TiO 2 composite particles coated with TiO 2 on the surface of the silicon nanoparticles in a reducing gas atmosphere containing a nitrogen component A composite coating layer comprising the step of forming a composite of a core-shell structure surrounding the silicon nanoparticles,
The TiO 2-x -TiO 1-x N x composite coating layer has an oxygen deficiency structure of TiO 2-x (0<x<1) and a rock-salt structure of TiO 1-x N x ( A method of manufacturing a negative active material for a secondary battery, characterized in that it contains 0<x<1).
제5항에 있어서, 상기 실리콘 나노입자는 10∼200nm의 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 이차전지용 음극활물질의 제조방법.
The method of claim 5, wherein the silicon nanoparticles have a size of 10 to 200 nm.
제5항에 있어서, 상기 (a) 단계는,
실리콘 나노입자를 용매에 분산시켜 실리콘 나노입자 분산액을 형성하는 단계;
상기 실리콘 나노입자 분산액에 상기 TiO2 전구체를혼합하는 단계;
상기 실리콘 나노입자 표면에 TiO2가 코팅되는 단계; 및
상기 실리콘 나노입자 표면에 TiO2가 코팅된 Si-TiO2 복합체 입자를 선택적으로 분리해내는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지용 음극활물질의 제조방법.
According to claim 5, wherein the step (a),
dispersing the silicon nanoparticles in a solvent to form a silicon nanoparticle dispersion;
mixing the TiO 2 precursor into the silicon nanoparticle dispersion;
TiO 2 coating the surface of the silicon nanoparticles; and
The method for producing a negative active material for a secondary battery, comprising the step of selectively separating the Si-TiO 2 composite particles coated with TiO 2 on the surface of the silicon nanoparticles.
제7항에 있어서, 상기 TiO2 전구체는 티타늄테트라메톡사이드, 티타늄테트라에톡사이드, 티타늄테트라프로포사이드, 티타늄테트라이소프로포사이드, 티타늄테트라부톡사이드, 티타늄테트라이소부톡사이드, 티타늄테트라펜톡사이드 및 티타늄테트라이소펜톡사이드로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지용 음극활물질의 제조방법.
The method of claim 7, wherein the TiO 2 precursor is titanium tetramethoxide, titanium tetraethoxide, titanium tetraproposide, titanium tetraisoproposide, titanium tetrabutoxide, titanium tetraisobutoxide, titanium tetrapentoxide and titanium A method for producing a negative active material for a secondary battery, comprising at least one material selected from the group consisting of tetraisopentoxide.
제7항에 있어서, 상기 용매에 염기성 물질을 혼합하여 상기 실리콘 나노입자 분산액의 pH가 8∼12를 이루도록 하는 것을 특징으로 하는 이차전지용 음극활물질의 제조방법.
The method according to claim 7, wherein a basic material is mixed with the solvent so that the pH of the silicon nanoparticle dispersion is 8 to 12.
제5항에 있어서, 상기 열처리는 600∼750℃의 온도에서 수행하는 것을 특징으로 하는 이차전지용 음극활물질의 제조방법.
The method of claim 5, wherein the heat treatment is performed at a temperature of 600 to 750°C.
제5항에 있어서, 상기 TiO2-x-TiO1-xNx 복합 코팅층과 상기 실리콘 나노입자는 0.05:1 내지 10:1의 중량비를 이루고 있는 것을 특징으로 하는 이차전지용 음극활물질의 제조방법.
The method of claim 5, wherein the TiO 2-x -TiO 1-x N x composite coating layer and the silicon nanoparticles have a weight ratio of 0.05:1 to 10:1.
제5항에 있어서, 상기 이차전지용 음극활물질은 15∼500㎚의 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 이차전지용 음극활물질의 제조방법.
The method of claim 5, wherein the negative active material for secondary batteries has a size of 15 to 500 nm.
제1항에 기재된 이차전지용 음극활물질, 상기 이차전지용 음극활물질 100중량부에 대하여 도전재 5∼40중량부, 상기 이차전지용 음극활물질 100중량부에 대하여 바인더 5∼40중량부 및 상기 이차전지용 음극활물질 100중량부에 대하여 분산매 200∼1000중량부를 혼합하여 이차전지 음극용 조성물을 제조하는 단계;
상기 이차전지 음극용 조성물을 압착하여 전극 형태로 형성하거나, 상기 이차전지 음극용 조성물을 금속 호일 또는 집전체에 코팅하여 전극 형태로 형성하거나, 상기 이차전지 음극용 조성물을 롤러로 밀어 시트 상태로 만들고 금속 호일 또는 집전체에 붙여서 전극 형태로 형성하거나, 금속 집전체에 닥터블레이드 방법으로 캐스팅하여 전극 형태로 형성하는 단계;
전극 형태로 형성된 결과물을 건조하여 이차전지의 음극을 형성하는 단계;
상기 음극과, 리튬 이온을 삽입 또는 탈리할 수 있는 양극활물질을 포함하는 양극과, 상기 양극과 음극 사이에 상기 양극과 상기 음극의 단락을 방지하기 위한 분리막을 배치하는 단계; 및
상기 양극과 상기 음극 사이에 리튬염이 용해되어 있는 전해액을 주입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지의 제조방법.
5 to 40 parts by weight of the conductive material based on 100 parts by weight of the negative active material for a secondary battery according to claim 1, 5 to 40 parts by weight of a binder based on 100 parts by weight of the negative active material for a secondary battery, and the negative active material for a secondary battery preparing a composition for a negative electrode of a secondary battery by mixing 200 to 1000 parts by weight of a dispersion medium with respect to 100 parts by weight;
The composition for a negative electrode of a secondary battery is compressed to form an electrode, or the composition for a negative electrode of a secondary battery is coated on a metal foil or a current collector to form an electrode, or the composition for a negative electrode of a secondary battery is pressed with a roller to form a sheet Forming in the form of an electrode by attaching it to a metal foil or a current collector, or casting to a metal current collector by a doctor blade method to form an electrode;
drying the resultant formed in the form of an electrode to form a negative electrode of a secondary battery;
disposing a separator for preventing a short circuit between the anode and the cathode, the cathode comprising a cathode active material capable of intercalating or deintercalating lithium ions, and between the cathode and the anode; and
and injecting an electrolyte in which a lithium salt is dissolved between the positive electrode and the negative electrode.
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