KR20230057081A - Secondary battery comprising a anodic active material comprising contorted hexabenzocoronene derivative - Google Patents

Secondary battery comprising a anodic active material comprising contorted hexabenzocoronene derivative Download PDF

Info

Publication number
KR20230057081A
KR20230057081A KR1020210141073A KR20210141073A KR20230057081A KR 20230057081 A KR20230057081 A KR 20230057081A KR 1020210141073 A KR1020210141073 A KR 1020210141073A KR 20210141073 A KR20210141073 A KR 20210141073A KR 20230057081 A KR20230057081 A KR 20230057081A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
secondary battery
active material
negative electrode
lithium
formula
Prior art date
Application number
KR1020210141073A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
강석주
엄기주
안석훈
황준연
강민성
Original Assignee
울산과학기술원
한국과학기술연구원
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 울산과학기술원, 한국과학기술연구원 filed Critical 울산과학기술원
Priority to KR1020210141073A priority Critical patent/KR20230057081A/en
Publication of KR20230057081A publication Critical patent/KR20230057081A/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
    • H01M4/137Electrodes based on electro-active polymers
    • 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
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/054Accumulators with insertion or intercalation of metals other than lithium, e.g. with magnesium or aluminium
    • 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
    • H01M4/0471Processes of manufacture in general involving thermal treatment, e.g. firing, sintering, backing particulate active material, thermal decomposition, pyrolysis
    • 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
    • H01M4/1399Processes of manufacture of electrodes based on electro-active polymers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/60Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of organic compounds
    • H01M4/602Polymers
    • H01M4/606Polymers containing aromatic main chain polymers
    • 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
    • H01M4/62Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/621Binders
    • 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
    • H01M4/62Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/624Electric conductive fillers
    • 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
    • H01M2004/026Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
    • H01M2004/027Negative electrodes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00Electrolytes
    • H01M2300/0017Non-aqueous electrolytes
    • H01M2300/0025Organic electrolyte
    • H01M2300/0028Organic electrolyte characterised by the solvent
    • H01M2300/0037Mixture of solvents
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

The present invention relates to a secondary battery comprising: a negative electrode including a negative electrode active material for a secondary battery including a compound represented by Chemical Formula 1; a conductive material including a component having conductivity without inducing chemical changes to the battery; a binder including a component for promoting aggregation between the negative electrode active material and the conductive material or aggregation between the negative electrode active material and a current collector; and a solvent for dispersing the negative electrode active material, the conductive material, and the binder; a positive electrode; a separator disposed between the negative electrode and the positive electrode; and an electrolyte including lithium, sodium, or potassium. According to the present invention, the secondary battery includes the negative electrode active material for a secondary battery including the compound represented by Chemical Formula 1, so that the secondary battery may be used as a universal secondary battery applicable to a sodium secondary battery and a potassium secondary battery as well as a lithium secondary battery.

Description

휘어진 헥사벤조코로넨 유도체를 포함하는 이차전지용 음극활물질을 포함하는 이차전지{SECONDARY BATTERY COMPRISING A ANODIC ACTIVE MATERIAL COMPRISING CONTORTED HEXABENZOCORONENE DERIVATIVE}Secondary battery comprising a negative electrode active material for secondary batteries containing a bent hexabenzocoronene derivative

본 발명은 휘어진 헥사벤조코로넨 유도체를 포함하는 이차전지용 음극활물질을 포함하는 이차전지에 관한 것이다. 구체적으로 염소가 치환된 휘어진 헥사벤조코로넨 유도체를 이차전지용 음극활물질로서 사용하여 리튬 이온 배터리뿐만 아니라, 소듐 이온 배터리 및 포타슘 이온 배터리에도 적용될 수 있는 유니버셜 음극을 포함하는 이차전지에 관한 것이다. The present invention relates to a secondary battery including an anode active material for a secondary battery including a bent hexabenzocoronene derivative. Specifically, the present invention relates to a secondary battery including a universal negative electrode that can be applied not only to a lithium ion battery but also to a sodium ion battery and a potassium ion battery by using a chlorine-substituted bent hexabenzocoronene derivative as an anode active material for a secondary battery.

전자, 통신, 컴퓨터 산업의 급속한 발전에 따라 캠코더, 휴대폰, 노트북 PC 등이 눈부신 발전을 거듭하고 있으며, 휴대용 전자기기들을 구동할 동력원으로서 배터리의 높은 에너지 밀도와 안정적인 출력이 요구되고 있다. 동시에 생산적인 면에서 저렴하면서 간단한 공정도 요구되고 있다. 이러한 배터리 중에서 리튬이차전지는 가장 활발하게 개발되고 있으며 휴대용 전자 장치에 광범위하게 적용되고 있다. With the rapid development of electronics, communication, and computer industries, camcorders, mobile phones, notebook PCs, etc. are making remarkable progress, and high energy density and stable output of batteries are required as a power source to drive portable electronic devices. At the same time, an inexpensive and simple process in terms of productivity is also required. Among these batteries, lithium secondary batteries are being most actively developed and are widely applied to portable electronic devices.

리튬이차전지는 양극과 음극 및 전해질을 필수로 포함하는 전지로서 리튬 양이온이 전극에 가역적으로 삽입(Intercalation) 또는 탈리(Deintercalation) 되며 충전과 방전이 이루어지는 것을 특징으로 한다. 충전 및 방전 과정에서 리튬 양이온은 집전체를 통하여 전극으로 들어온 전자와 전하중성을 이루는 역할을 하며, 전극 내에 전기 에너지를 저장하는 매개체 역할을 수행한다.A lithium secondary battery is a battery that essentially includes a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte, and is characterized in that lithium cations are reversibly intercalated or deintercalated in an electrode to perform charging and discharging. In the process of charging and discharging, lithium cations play a role of forming charge neutrality with electrons entering the electrode through the current collector, and serve as a medium to store electrical energy in the electrode.

리튬이차전지의 양극(Cathode)은 리튬이차전지의 방전과정에서 리튬 양이온이 삽입되는 전극을 지칭한다. 리튬 양이온의 삽입과 함께 외부 도선을 통하여 전하가 양극으로 이동되므로, 양극은 방전과정에서 환원되는 것을 특징으로 한다. 통상적으로 리튬이차전지의 양극에는 전이금속산화물이 포함된다. 양극에 포함된 전이금속 산화물을 달리 양극활물질이라고 하며, 상기 양극활물질은 일반적으로 반복적이고 입체적인 구조를 가진다.A cathode of a lithium secondary battery refers to an electrode into which lithium cations are inserted during a discharge process of the lithium secondary battery. Since electric charges are moved to the anode through an external wire with the insertion of lithium cations, the cathode is characterized in that it is reduced during the discharging process. Typically, a transition metal oxide is included in the positive electrode of a lithium secondary battery. The transition metal oxide included in the cathode is otherwise referred to as a cathode active material, and the cathode active material generally has a repeating and three-dimensional structure.

반대로 리튬이차전지의 음극(Anode)은 리튬이차전지의 방전과정에서 리튬 양이온이 탈리되는 전극을 지칭한다. 리튬 양이온의 탈리와 함께 외부도선을 통하여 전하가 빠져나가게 되므로, 음극은 방전과정에서 산화되는 것을 특징으로 한다. 통상적으로 리튬이차전지의 음극에는 리튬 금속, 탄소재, 비탄소재 등이 포함되며, 음극에 포함된 탄소재 등을 달리 음극 활물질이라고 한다.Conversely, an anode of a lithium secondary battery refers to an electrode from which lithium cations are desorbed during a discharge process of the lithium secondary battery. Since the charge escapes through the external wire along with the desorption of lithium cations, the negative electrode is characterized in that it is oxidized during the discharging process. Typically, the negative electrode of a lithium secondary battery includes lithium metal, carbon material, non-carbon material, etc., and the carbon material included in the negative electrode is otherwise referred to as a negative electrode active material.

리튬이차전지의 성능을 극대화하기 위하여 음극 활물질이 일반적으로 갖추어야 할 핵심적인 조건은 다음과 같다. ⅰ) 단위 중량당 저장할 수 있는 전기량이 많아야 하며, ⅱ) 단위 부피당 음극활물질의 밀도가 높아야 한다. 또한 ⅲ) 리튬이온의 삽입 및 탈리에 따른 구조의 변화가 작아야 한다. 구조의 변화가 클 경우에는 충·방전이 진행됨에 따라 구조 내에 스트레인(Strain)을 축적하게 되며, 그 결과 리튬이온의 비가역적인 삽입 및 탈리가 유발될 수 있기 때문이다. In order to maximize the performance of a lithium secondary battery, the key conditions that an anode active material should generally have are as follows. ⅰ) The amount of electricity that can be stored per unit weight should be high, and ii) the density of the negative electrode active material per unit volume should be high. In addition, iii) the structural change due to the intercalation and desorption of lithium ions should be small. This is because when the change in structure is large, strain is accumulated in the structure as charging and discharging proceeds, and as a result, irreversible intercalation and deintercalation of lithium ions may be induced.

하지만 리튬은 희귀 금속으로 매장량에 한계가 있어 그 대안으로서 매장량이 많은 소듐이나 포타슘을 적용한 이차전지 개발이 진행되고 있다. 이에, 리튬 이온 대비 크기가 큰 소듐이나 포타슘 모두를 적용할 수 있는 알칼리 이온 배터리용 음극 활물질의 개발이 요구되고 있다. However, lithium is a rare metal, and its reserves are limited. As an alternative, secondary batteries using sodium or potassium with large reserves are being developed. Accordingly, there is a need to develop an anode active material for an alkali ion battery to which both sodium and potassium, which are larger in size than lithium ions, can be applied.

대한민국 공개특허 제10-2019-0030798호Republic of Korea Patent Publication No. 10-2019-0030798

본원은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 이차전지에 대한 것으로서, 염소가 치환된 헥사벤조코로넨을 음극 활물질로서 사용하여 리튬 이차전지뿐만 아니라, 소듐 이차전지 및 포타슘 이차전지에 적용할 수 있는 유니버셜 음극을 포함하는 것을 첫 번째 목적으로 한다. The present application relates to a secondary battery for solving the problems of the prior art, and can be applied to a sodium secondary battery and a potassium secondary battery as well as a lithium secondary battery using chlorine-substituted hexabenzocoronene as an anode active material. The first purpose is to include a universal cathode with

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 이차전지는 하기 화학식 1로서 표시되는 화합물을 포함하는 이차전지용 음극 활물질; 전지에 화학적 변화를 유발하지 않고 도전성을 가지는 성분을 포함하는 전도성 물질; 상기 음극 활물질과 상기 전도성 물질 사이의 응집이나 상기 음극 활물질과 집전체 사이의 응집을 촉진하는 성분을 포함하는 바인더; 및 상기 음극 활물질, 상기 전도성 물질 및 상기 바인더를 분산시키는 용매; 를 포함하는 음극; 양극; 상기 음극 및 양극 사이에 배치되는 분리막; 및 리튬, 소듐 또는 포타슘을 포함하는 전해액;을 포함하며, 상기 화학식 1로서 표시되는 화합물은 대칭성이 P21/n인 결정상을 나타내는 것을 특징으로 한다. A secondary battery of the present invention for achieving the above technical problem is a negative electrode active material for a secondary battery including a compound represented by Formula 1; A conductive material containing a component having conductivity without causing chemical change in the battery; a binder including a component that promotes aggregation between the anode active material and the conductive material or aggregation between the anode active material and a current collector; and a solvent dispersing the negative electrode active material, the conductive material, and the binder; A cathode comprising a; anode; a separator disposed between the cathode and anode; and an electrolyte solution containing lithium, sodium or potassium; and the compound represented by Chemical Formula 1 is characterized in that it exhibits a crystal phase having symmetry P2 1 /n.

[화학식 1][Formula 1]

Figure pat00001
Figure pat00001

상기 양극은 리튬이온의 삽입-탈리가 가능한 양극활물질을 포함하고, 상기 양극은 리튬, 소듐 또는 포타슘인 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. The positive electrode includes a positive electrode active material capable of intercalating and deintercalating lithium ions, and the positive electrode may be lithium, sodium, or potassium, but is not limited thereto.

상기 화학식 1로서 표시되는 화합물은 14.0 Å내지 15.5 Å간격으로 쌓여있는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. The compound represented by Formula 1 may be stacked at intervals of 14.0 Å to 15.5 Å, but is not limited thereto.

상기 이차전지는 전류밀도가 0.1 A/g일 때, 가역용량이 150 mAh/g 내지 400 mAh/g인 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. The secondary battery may have a reversible capacity of 150 mAh/g to 400 mAh/g when the current density is 0.1 A/g, but is not limited thereto.

상기 이차전지의 가역용량은 1,000 사이클 후에도 80%이상 유지되는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. The reversible capacity of the secondary battery may be maintained at 80% or more even after 1,000 cycles, but is not limited thereto.

본 발명의 이차전지용 음극의 제조 방법은 상기 화학식 1로서 표시되는 화합물을 포함하는 이차전지용 음극활물질을 마련하는 단계; 상기 이차전지용 음극활물질, 전지에 화학적 변화를 유발하지 않고 도전성을 가지는 성분을 포함하는 전도성 물질 및 상기 음극 활물질과 상기 전도성 물질 사이의 응집이나 상기 음극 활물질과 집전체 사이의 응집을 촉진하는 성분을 포함하는 바인더를 용매에 분산시켜 음극용 슬러리를 마련하는 단계; 상기 음극용 슬러리를 건조하는 단계; 및 상기 건조된 음극용 슬러리를 어닐링하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다. The method of manufacturing a negative electrode for a secondary battery of the present invention includes preparing a negative electrode active material for a secondary battery including the compound represented by Chemical Formula 1; The negative electrode active material for a secondary battery, a conductive material containing a component having conductivity without causing chemical change in a battery, and a component that promotes aggregation between the negative electrode active material and the conductive material or between the negative active material and a current collector preparing a slurry for an anode by dispersing a binder to a solvent; drying the slurry for the negative electrode; and annealing the dried slurry for a negative electrode.

상기 어닐링은 200℃ 내지 400℃의 온도에서 진행하는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. The annealing may be performed at a temperature of 200° C. to 400° C., but is not limited thereto.

본 발명의 이차전지용 음극활물질은 상기 화학식 1로서 표시되는 화합물을 포함하며, 상기 화학식 1로서 표시되는 화합물은 대칭성이 P21/n인 결정상을 나타내는 것을 특징으로 한다. The negative electrode active material for a secondary battery of the present invention includes the compound represented by Chemical Formula 1, and the compound represented by Chemical Formula 1 is characterized in that it exhibits a crystalline phase having symmetry P2 1 /n.

상기 화학식 1로서 표시되는 화합물은 14.0 Å 내지 15.5 Å 간격으로 쌓여있는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. Compounds represented by Formula 1 may be stacked at intervals of 14.0 Å to 15.5 Å, but are not limited thereto.

상술한 과제 해결 수단은 단지 예시적인 것으로서, 본원을 제한하려는 의도로 해석되지 않아야 한다. 상술한 예시적인 실시예 외에도, 도면 및 발명의 상세한 설명에 추가적인 실시예가 존재할 수 있다. The above-described problem solving means are merely exemplary and should not be construed as intended to limit the present disclosure. In addition to the exemplary embodiments described above, additional embodiments may exist in the drawings and detailed description of the invention.

개시된 기술은 다음의 효과를 가질 수 있다. 다만, 특정 실시예가 다음의 효과를 전부 포함하여야 한다거나 다음의 효과 만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 개시된 기술의 권리 범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.The disclosed technology may have the following effects. However, since a specific embodiment does not mean that all or only the following effects must be included, the scope of rights of the disclosed technology should not be construed as being limited thereby.

전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 본원에 따른 이차전지는 화학식 1로서 표시되는 화합물을 포함하는 이차전지용 음극 활물질을 포함하여 리튬 이차전지뿐만 아니라 소듐 이차전지 및 포타슘 이차전지에 적용할 수 있는 유니버셜 이차전지로서 활용할 수 있다. According to the above-described problem solving means of the present application, the secondary battery according to the present application includes a negative active material for a secondary battery including a compound represented by Formula 1, and is universal applicable to sodium secondary batteries and potassium secondary batteries as well as lithium secondary batteries. It can be used as a secondary battery.

특히, 유니버셜 이차전지 음극으로 활용하기 위해서는 할로겐 원소 중 염소가 가장 효과적이며 염소로 치환된 휘어진 헥사벤조코로넨 유도체의 경우에 특히 높은 성능을 보인다. 예를 들어 불소로 치환된 휘어진 헥사벤조코로넨 유도체의 경우에는 리튬과 소듐 이차전기에만 활용 가능하다. In particular, chlorine is the most effective among halogen elements to be used as a negative electrode for a universal secondary battery, and a bent hexabenzocoronene derivative substituted with chlorine shows particularly high performance. For example, in the case of bent hexabenzocoronene derivatives substituted with fluorine, they can be used only for lithium and sodium secondary electricity.

또한, 본원의 이차전지는 전류밀도가 0.1 A/g일 때, 가역용량이 150 mAh/g 내지 400 mAh/g로 고율 특성을 달성하며, 가역용량은 1,000 사이클 후에도 80%이상 유지되어 안정적인 특성을 나타낸다. In addition, the secondary battery of the present application achieves high rate characteristics with a reversible capacity of 150 mAh/g to 400 mAh/g when the current density is 0.1 A/g, and the reversible capacity is maintained at 80% or more even after 1,000 cycles, resulting in stable characteristics indicate

도 1은 본원의 일 구현예에 따른 음극 활물질의 도면이다.
도 2는 본 실시예에 따라 제조된 음극의 어닐링 온도에 따른 GIWAXS(grazing-incidence wide-angle X-ray diffraction scattering) 그래프이다.
도 3은 본 실시예에 따라 제조된 리튬 이차전지(실시예 1)의 1 A/g 내지 20 A/g 전류밀도에서의 정전류 충-방전 프로파일을 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 실시예에 따라 제조된 리튬 이차전지(실시예 1)의 율속특성을 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 실시예에 따라 제조된 리튬 이차전지(실시예 1)의 8 A/g 전류밀도에서의 충-방전 사이클을 나타낸 그래프이고, 삽도는 첫번째, 100 번째, 1,000번 째 사이클 에서의 충-방전 프로파일이다.
도 6은 본 실시예에 따라 제조된 리튬 이차전지(실시예 1)의 0.1 mV/s 내지 1.0 mV/s의 스캔 속도로 측정한 CV(cyclic coltammetry) 그래프이고, 삽도는 log(ν)과 log(ip)의 비를 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 실시예에 따라 제조된 소듐 이차전지(실시예 2)의 0.02 A/g 내지 4 A/g 전류밀도에서의 정전류 충-방전 프로파일을 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 실시예에 따라 제조된 소듐 이차전지(실시예 2)의 율속특성을 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 실시예에 따라 제조된 소듐 이차전지(실시예 2)의 1 A/g 전류밀도에서의 충-방전 사이클을 나타낸 그래프이다.
도 10은 본 실시예에 따라 제조된 소듐 이차전지(실시예 2)의 0.1 mV/s 내지 1.0 mV/s의 스캔 속도로 측정한 CV(cyclic coltammetry) 그래프이고, 삽도는 log(ν)과 log(ip)의 비를 나타낸 그래프이다.
도 11은 본 실시예에 따라 제조된 소듐 이차전지(실시예 2)의 0.1 mV/s 내지 1.0 mV/s의 스캔 속도에 따른 용량 기여를 나타낸 그래프이다.
도 12는 본 실시예에 따라 제조된 포타슘 이차전지(실시예 3)의 0.1 A/g 내지 2.0 A/g 전류밀도에서의 정전류-충방전 프로파일을 나타낸 그래프이다.
도 13은 본 실시예에 따라 제조된 포타슘 이차전지(실시예 3)의 율속특성을 나타낸 그래프이다.
도 14는 본 실시예에 따라 제조된 포타슘 이차전지(실시예 3)의 1.0 A/g 전류밀도에서의 충-방전 사이클을 나타낸 그래프이다.
도 15는 본 실시예에 따라 제조된 포타슘 이차전지(실시예 3)의 0.1 mV/s 내지 1.0 mV/s의 스캔 속도로 측정한 CV(cyclic coltammetry) 그래프이고, 삽도는 log(ν)과 log(ip)의 비를 나타낸 그래프이다.
도 16은 본 실시예에 따라 제조된 포타슘 이차전지(실시예 3)의 0.1 mV/s 내지 1.0 mV/s의 스캔 속도에 따른 용량 기여를 나타낸 그래프이다.
1 is a diagram of an anode active material according to an embodiment of the present disclosure.
2 is a grazing-incidence wide-angle X-ray diffraction scattering (GIWAXS) graph according to the annealing temperature of the negative electrode manufactured according to the present embodiment.
3 is a graph showing a constant current charge-discharge profile at a current density of 1 A/g to 20 A/g of a lithium secondary battery (Example 1) manufactured according to this embodiment.
4 is a graph showing rate characteristics of a lithium secondary battery (Example 1) manufactured according to this embodiment.
5 is a graph showing charge-discharge cycles at a current density of 8 A/g of a lithium secondary battery (Example 1) manufactured according to this embodiment, and the inset shows the charge and discharge cycles at the first, 100th, and 1,000th cycles. - is the discharge profile.
6 is a CV (cyclic coltammetry) graph measured at a scan rate of 0.1 mV / s to 1.0 mV / s of a lithium secondary battery (Example 1) manufactured according to this embodiment, and the inset shows log (ν) and log It is a graph showing the ratio of (i p ).
7 is a graph showing a constant current charge-discharge profile at a current density of 0.02 A/g to 4 A/g of a sodium secondary battery (Example 2) manufactured according to this embodiment.
8 is a graph showing rate characteristics of a sodium secondary battery (Example 2) manufactured according to this embodiment.
9 is a graph showing charge-discharge cycles at a current density of 1 A/g of a sodium secondary battery (Example 2) manufactured according to this embodiment.
10 is a CV (cyclic coltammetry) graph measured at a scan rate of 0.1 mV/s to 1.0 mV/s of a sodium secondary battery (Example 2) prepared according to this embodiment, and the inset shows log (ν) and log It is a graph showing the ratio of (i p ).
11 is a graph showing the capacity contribution according to the scan rate of 0.1 mV/s to 1.0 mV/s of the sodium secondary battery (Example 2) manufactured according to this embodiment.
12 is a graph showing a constant current-charge/discharge profile at a current density of 0.1 A/g to 2.0 A/g of a potassium secondary battery (Example 3) prepared according to this embodiment.
13 is a graph showing rate characteristics of a potassium secondary battery (Example 3) manufactured according to this embodiment.
14 is a graph showing charge-discharge cycles at a current density of 1.0 A/g of a potassium secondary battery (Example 3) manufactured according to this embodiment.
15 is a CV (cyclic coltammetry) graph measured at a scan rate of 0.1 mV/s to 1.0 mV/s of a potassium secondary battery (Example 3) prepared according to this embodiment, and the inset shows log (ν) and log It is a graph showing the ratio of (i p ).
16 is a graph showing the capacity contribution according to the scan rate of 0.1 mV / s to 1.0 mV / s of the potassium secondary battery (Example 3) manufactured according to this embodiment.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다. 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.Since the present invention can make various changes and have various embodiments, specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and should be understood to include all modifications, equivalents, or substitutes included in the spirit and technical scope of the present invention.

각 도면을 설명하면서 유사한 참조 부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다. 제 1, 제 2등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.In describing each figure, like reference numbers are used for like elements. Terms such as first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. These terms are only used for the purpose of distinguishing one component from another.

예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다. For example, a first element may be termed a second element, and similarly, a second element may be termed a first element, without departing from the scope of the present invention. The term "and/or" includes any combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the present invention belongs.

일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다. Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having meanings consistent with the meanings in the context of the related art, and unless explicitly defined in this application, they should not be interpreted in ideal or excessively formal meanings. Should not be.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에", "상부에", "상단에", "하에", "하부에", "하단에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.Throughout the present specification, when a member is referred to as being “on,” “above,” “on top of,” “below,” “below,” or “below” another member, this means that a member is located in relation to another member. This includes not only the case of contact but also the case of another member between the two members.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout the present specification, when a part "includes" a certain component, it means that it may further include other components without excluding other components unless otherwise stated.

본 명세서에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용 오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확 하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 또한, 본원 명세서 전체에서, "~ 하는 단계" 또는 "~의 단계"는 "~를 위한 단계"를 의미하지 않는다. As used herein, the terms "about," "substantially," and the like are used in a sense at or close to that number when manufacturing and material tolerances inherent in the stated meaning are given, and are intended to assist in the understanding of this disclosure. exact or absolute figures are used to prevent unfair use by unscrupulous infringers of the stated disclosure. In addition, throughout the present specification, “steps of” or “steps of” do not mean “steps for”.

본원 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 "이들의 조합"의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.Throughout the present specification, the term "combination thereof" included in the expression of the Markush form means one or more mixtures or combinations selected from the group consisting of the components described in the expression of the Markush form, and the components It means including one or more selected from the group consisting of.

이하에서는 본원의 휘어진 헥사벤조코로넨 유도체를 포함하는 이차전지용 음극활물질을 포함하는 이차전지에 대하여 구현예 및 실시예와 도면을 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다. 그러나, 본원이 이러한 구현예 및 실시예와 도면에 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, a secondary battery including an anode active material for a secondary battery including a bent hexabenzocoronene derivative of the present application will be described in detail with reference to embodiments and examples and drawings. However, the present application is not limited to these embodiments and examples and drawings.

본원은, 하기 화학식 1로서 표시되는 화합물을 포함하는 이차전지용 음극 활물질; 전지에 화학적 변화를 유발하지 않고 도전성을 가지는 성분을 포함하는 전도성 물질; 상기 음극 활물질과 상기 전도성 물질 사이의 응집이나 상기 음극 활물질과 집전체 사이의 응집을 촉진하는 성분을 포함하는 바인더; 및 상기 음극 활물질, 상기 전도성 물질 및 상기 바인더를 분산시키는 용매; 를 포함하는 음극; 양극; 상기 음극 및 양극 사이에 배치되는 분리막; 및 리튬, 소듐 또는 포타슘을 포함하는 전해액;을 포함하며, 상기 화학식 1로서 표시되는 화합물은 대칭성이 P21/n인 결정상을 나타내는 이차전지에 관한 것이다. The present application, a negative electrode active material for a secondary battery including a compound represented by Formula 1; A conductive material containing a component having conductivity without causing chemical change in the battery; a binder including a component that promotes aggregation between the anode active material and the conductive material or aggregation between the anode active material and a current collector; and a solvent dispersing the negative electrode active material, the conductive material, and the binder; A cathode comprising a; anode; a separator disposed between the cathode and anode; and an electrolyte solution containing lithium, sodium or potassium, and the compound represented by Chemical Formula 1 relates to a secondary battery exhibiting a crystal phase having symmetry of P2 1 /n.

Figure pat00002
Figure pat00002

본원의 이차전지는 화학식 1로서 표시되는 화합물을 포함하는 이차전지용 음극 활물질을 포함하여 리튬 이차전지뿐만 아니라 소듐 이차전지 및 포타슘 이차전지에 적용할 수 있는 유니버셜 이차전지로서 활용할 수 있다. 상기 화학식 1로서 표시되는 화합물은 휘어진 헥사벤조코로넨(hexabenzocoronene)의 유도체로서, 염소가 치환됨으로써 헥사벤조코로넨이 굽은 구조(contorted structure)를 형성하게 된다. 상기 굽은 구조는 양방향을 배향된 오목면을 포함한다. 상기 염소로 인해 쌍극자 모멘트가 증가하지만 대칭적인 구조를 가지기 때문에 전체적인 쌍극자 모멘트는 0에 가깝다. The secondary battery of the present application can be utilized as a universal secondary battery that can be applied to not only lithium secondary batteries but also sodium secondary batteries and potassium secondary batteries, including a negative electrode active material for secondary batteries including the compound represented by Formula 1. The compound represented by Chemical Formula 1 is a derivative of curved hexabenzocoronene, and chlorine is substituted so that hexabenzocoronene forms a contorted structure. The curved structure includes concave surfaces oriented in both directions. Although the dipole moment increases due to the chlorine, the overall dipole moment is close to zero because of the symmetrical structure.

상기 양극은 리튬이온의 삽입-탈리가 가능한 양극활물질을 포함하고, 상기 양극은 리튬, 소듐 또는 포타슘인 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. The positive electrode includes a positive electrode active material capable of intercalating and deintercalating lithium ions, and the positive electrode may be lithium, sodium, or potassium, but is not limited thereto.

리튬 이차전지뿐만 아니라 소듐 이차전지 및 포타슘 이차전지에 적용하기 위한 음극 활물질은 리튬 이온, 소듐 이온 및 포타슘 이온을 수용할 수 있을 정도로 거리가 조정될 수 있어야 하고(tunable), 삽입된 이온들을 효과적으로 붙잡고 있어 비가역적인 삽입 및 탈리가 가능하여야 한다. 본원의 음극 활물질은 삽입되는 이온의 종류에 따라 간격이 조절될 수 있으며, 염소의 부분음전하가 리튬이온, 소듐이온 및 포타슘이온과의 상호작용에 있어서 강한 정전기적 인력을 유발하여 이온의 삽입 및 탈리에 용이하다.Negative electrode active materials for application to lithium secondary batteries as well as sodium secondary batteries and potassium secondary batteries must be tunable enough to accommodate lithium ions, sodium ions and potassium ions, and effectively hold intercalated ions. Irreversible insertion and withdrawal must be possible. In the anode active material of the present application, the spacing can be adjusted according to the type of ion to be inserted, and the partial negative charge of chlorine induces strong electrostatic attraction in the interaction with lithium ion, sodium ion, and potassium ion, thereby intercalating and deintercalating ions. easy to

구체적으로, 상기 헥사벤조코로넨 유도체는 그래파이트 음극활물질보다 사이 간극이 큼에도 불구하고 상기 염소의 부분음전하가 리튬이온, 소듐이온 및 포타슘이온과의 상호작용에 있어서 강한 정전기적 인력을 유발하여 이온의 삽입 및 탈리에 용이하다. Specifically, although the gap between the hexabenzocoronene derivatives is larger than that of the graphite negative electrode active material, the partial negative charge of the chlorine induces strong electrostatic attraction in the interaction with lithium ions, sodium ions, and potassium ions, is easy to insert and remove.

상기 화학식 1로서 표시되는 화합물은 굽은 구조를 가지며, 모체는 방향족성 고리 13개를 포함한다. 또한, 헥사벤조코로넨 모체는 벤조코로넨에 해당하는 내부의 방향족성 고리 7개와 외부의 방향족성 고리 6개로 나뉠 수 있다. 특히, 오각고리-동일면 상호작용(syn-pentane interaction)과 같은 입체장애에 의하여, 외부의 방향족성 고리는 인접한 외부의 방향족성 고리와 동일한 면에 위치할 수 없다. 구체적으로, 본 발명의 화학식 1로서 표시되는 화합물의 굽은 구조는 양방향으로 배향된 오목면을 포함한다. 또한, 전기음성적인 염소가 치환됨으로써 유발되는 쌍극자 모멘트가 대칭적인 구조로 인하여 상쇄된다. The compound represented by Formula 1 has a bent structure, and the matrix includes 13 aromatic rings. In addition, the hexabenzocoronene parent can be divided into 7 internal aromatic rings and 6 external aromatic rings corresponding to benzocoronene. In particular, due to steric hindrance such as syn-pentane interaction, an external aromatic ring cannot be co-located with an adjacent external aromatic ring. Specifically, the curved structure of the compound represented by Formula 1 of the present invention includes concave surfaces oriented in both directions. In addition, the dipole moment caused by substitution of electronegative chlorine is canceled due to the symmetrical structure.

또한, 상기 화학식 1로서 표시되는 화합물은 대칭성이 P21/n인 결정상을 나타내는 것이 바람직하다. 대칭성이 P21/n인 결정상을 유지함으로써, 본 발명의 음극활물질은 리튬 이온, 소듐 이온 및 포타슘 이온의 반복적인 삽입 및 방출에도 강한 구조적 안정성을 보이게 된다. 또한, 화학식 1로서 표시되는 화합물은 전기음성적인 치환기가 충분히 노출된 구조이고 작은 HOMO-LUMO 사이의 에너지 갭을 가지는 까닭에, 단순 확산에 의한 충-방전이 아닌, 표면 산화-환원과 같은 커패시터 방식의 충-방전이 가능하다.In addition, the compound represented by Formula 1 preferably exhibits a crystalline phase having symmetry P2 1 /n. By maintaining the crystalline phase of P2 1 /n symmetry, the anode active material of the present invention exhibits strong structural stability even when lithium ions, sodium ions, and potassium ions are repeatedly intercalated and released. In addition, since the compound represented by Chemical Formula 1 has a structure in which electronegative substituents are sufficiently exposed and has a small HOMO-LUMO energy gap, it is not charge-discharge by simple diffusion, but a capacitor method such as surface oxidation-reduction. of charge-discharge is possible.

도 1은 본원의 일 구현예에 따른 음극 활물질의 도면이다. 1 is a diagram of an anode active material according to an embodiment of the present disclosure.

도 1을 참고하면, 상기 화학식 1로서 표시되는 화합물의 굽은 구조는 양방향으로 배향된 오목면을 포함하고 있어 충전 시에 전기적으로 상이한 두 위치에 리튬 이온, 소듐 이온 또는 포타슘 이온의 삽입이 이루어지게 된다. 그 결과, 본 발명의 화학식 1로서 표시되는 화합물을 음극활물질로서 포함할 경우, 이차전지의 용량 특성이 개선된다. Referring to FIG. 1, the curved structure of the compound represented by Formula 1 includes bidirectionally oriented concave surfaces, so that lithium ions, sodium ions, or potassium ions are inserted at two electrically different positions during charging. . As a result, when the compound represented by Formula 1 of the present invention is included as an anode active material, the capacity characteristics of the secondary battery are improved.

상기 화학식 1로서 표시되는 화합물은 14.0 Å내지 15.5 Å 간격으로 쌓여있는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. The compound represented by Formula 1 may be stacked at intervals of 14.0 Å to 15.5 Å, but is not limited thereto.

상기 간격은 삽입되는 리튬 이온, 소듐 이온 또는 포타슘 이온에 따라서 조절될 수 있다. The interval may be adjusted according to the intercalated lithium ion, sodium ion or potassium ion.

또한, 삽입되는 리튬 이온, 소듐 이온 또는 포타슘 이온에 따라서 상기 화학식 1로서 표시되는 화합물의 굽혀지는 각도가 조절될 수 있다. 이온의 종류에 따라 10° 내지 20° 정도로 굽혀지는 것 일 수 있다. In addition, the bending angle of the compound represented by Chemical Formula 1 may be adjusted according to the intercalated lithium ion, sodium ion, or potassium ion. Depending on the type of ion, it may be bent at about 10 ° to 20 °.

상기 이차전지는 전류밀도가 0.1 A/g일 때, 가역용량이 150 mAh/g 내지 400 mAh/g인 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. The secondary battery may have a reversible capacity of 150 mAh/g to 400 mAh/g when the current density is 0.1 A/g, but is not limited thereto.

또한, 상기 이차전지는 전류밀도가 높은 8 A/g일 때 220 mAh/g의 가역용량을 달성할 수 있다. In addition, the secondary battery can achieve a reversible capacity of 220 mAh/g when the current density is high at 8 A/g.

상기 이차전지의 가역용량은 1,000 사이클 후에도 80%이상 유지되는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. The reversible capacity of the secondary battery may be maintained at 80% or more even after 1,000 cycles, but is not limited thereto.

본원의 이차전지는 안전성이 뛰어나 1,000 사이클 후에도 가역용량이 거의 변하지 않는다. The secondary battery of the present application has excellent safety, and its reversible capacity hardly changes even after 1,000 cycles.

상기 음극 활물질은 음극의 총 질량을 기준으로 20 질량% 내지 90 질량%, 예를 들어 30 질량% 내지 80 질량%, 예를 들어 40 질량% 내지 70 질량%일 수 있다.The negative electrode active material may be 20 mass% to 90 mass%, for example 30 mass% to 80 mass%, for example 40 mass% to 70 mass% based on the total mass of the negative electrode.

상기 전도성 물질은 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 파네스 블랙, 램프 블랙, 서멀 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 탄소 나노 튜브 등의 도전성 튜브; 플루오로카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스커; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다. 상기 전도성 물질은 음극 총질량에 대해 0.1 질량% 이상 10 질량% 이하일 수 있으며, 바람직하게는 하한치가 0.5 질량% 이상, 보다 바람직하게는 1.0 질량% 이상의 양이 포함될 수 있다. The conductive material is not particularly limited as long as it has conductivity without causing chemical change in the battery, and examples thereof include graphite such as natural graphite or artificial graphite; carbon black such as acetylene black, ketjen black, channel black, farnes black, lamp black, and thermal black; conductive fibers such as carbon fibers and metal fibers; conductive tubes such as carbon nanotubes; metal powders such as fluorocarbon, aluminum, and nickel powder; conductive whiskers such as zinc oxide and potassium titanate; conductive metal oxides such as titanium oxide; Conductive materials such as polyphenylene derivatives may be used. The amount of the conductive material may be greater than or equal to 0.1% by mass and less than or equal to 10% by mass based on the total mass of the negative electrode, and preferably has a lower limit of 0.5% by mass or greater, more preferably greater than or equal to 1.0% by mass.

상기 바인더로는 상기 음극 활물질과 상기 전도성 물질 사이의 응집이나 상기 음극 활물질과 집전체 사이의 응집을 촉진하는 성분이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 폴리비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 코폴리머(PVDF-co-HFP), 폴리비닐리덴플루오라이드(polyvinylidenefluoride), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate), 폴리비닐알코올, 폴리이미드, 카르복시메틸셀룰로오스(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로오스, 재생 셀룰로오스, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리아크릴산, 에틸렌-프로필렌-디엔 모노머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 부타디엔 고무(SBR), 불소 고무, 폴리 아크릴산 (polyacrylic acid) 및 이들의 수소를 Li, Na 또는 Ca 등으로 치환된 고분자, 또는 다양한 공중합체 등의 다양한 종류의 바인더 고분자가 사용될 수 있다. 상기 바인더의 함량은 음극활물질의 총 질량을 기준으로, 약 1 질량부 내지 약 10 질량부의 범위, 예를 들어 약 2 질량부 내지 약 7 질량부의 범위일 수 있다. 상기 바인더의 함량이 상기 범위, 예를 들어, 약 1 질량부 내지 약 10 질량부인 경우, 음극의 집전체에 대한 접착력의 강도가 적절한 수준에 이를 수 있다. The binder is not particularly limited as long as it is a component that promotes aggregation between the anode active material and the conductive material or aggregation between the anode active material and the current collector, and polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer (PVDF- co-HFP), polyvinylidenefluoride, polyacrylonitrile, polymethylmethacrylate, polyvinyl alcohol, polyimide, carboxymethylcellulose (CMC), starch, hydroxypropyl Cellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene, polyethylene, polypropylene, polyacrylic acid, ethylene-propylene-diene monomer (EPDM), sulfonated EPDM, styrene butadiene rubber (SBR), fluororubber, polyacrylic acid Various types of binder polymers such as polyacrylic acid, polymers in which hydrogen is substituted with Li, Na or Ca, or various copolymers may be used. The amount of the binder may be in the range of about 1 part by mass to about 10 parts by mass, for example, about 2 parts by mass to about 7 parts by mass, based on the total mass of the negative electrode active material. When the content of the binder is in the above range, for example, about 1 part by mass to about 10 parts by mass, the strength of the adhesive strength of the negative electrode to the current collector may reach an appropriate level.

상기 금속 재료의 집전체는 전도성이 높은 금속으로, 상기 양극 활물질의 슬러리가 용이하게 접착할 수 있는 금속으로 전지의 전압 범위에서 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예컨대 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테리인레스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것 등이 사용될 수 있다. 또한, 집전체 표면에 미세 한 요철을 형성하여 양극 활물질의 접착력을 높일 수도 있다. 집전체는 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용 가능하며, 사용 용도에 따라 두께를 조절하여 사용할 수 있다. The current collector of the metal material is a metal with high conductivity, which can be easily adhered to the slurry of the positive electrode active material, and has high conductivity without causing chemical change in the battery in the voltage range of the battery. For example, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, calcined carbon, or surface treatment of aluminum or stainless steel with carbon, nickel, titanium, or silver may be used. In addition, the adhesion of the positive electrode active material may be increased by forming fine irregularities on the surface of the current collector. The current collector may be used in various forms such as a film, sheet, foil, net, porous body, foam body, or non-woven fabric body, and may be used by adjusting the thickness according to the purpose of use.

음극 집전체는 일반적으로 3 ㎛ 내지 500 ㎛의 두께로 만들어진다. 이러한 음극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 또한, 양극 집전체와 마찬가지로, 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.The negative electrode current collector is generally made to have a thickness of 3 μm to 500 μm. The negative electrode current collector is not particularly limited as long as it has conductivity without causing chemical change to the battery, and for example, the surface of copper, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, fired carbon, copper or stainless steel. For the surface treatment with carbon, nickel, titanium, silver, etc., an aluminum-cadmium alloy, etc. may be used. In addition, like the positive electrode current collector, fine irregularities may be formed on the surface to enhance the bonding strength of the negative electrode active material, and may be used in various forms such as films, sheets, foils, nets, porous bodies, foams, and nonwoven fabrics.

상기 음극에 사용되는 바인더 및 도전재는 양극과 마찬가지로 당 분야에 통상적으로 사용될 수 있는 것을 사용할 수 있다. 음극은 음극 활물질 및 상기 첨가제들을 혼합 및 교반하여 음극 활물질 슬러리를 제조한 후, 이를 집전체에 도포하고 압축하여 제조할 수 있다.Binders and conductive materials used in the negative electrode may be those commonly used in the art like the positive electrode. The negative electrode may be prepared by mixing and stirring the negative electrode active material and the additives to prepare a negative electrode active material slurry, and then applying the slurry to a current collector and compressing the negative electrode active material.

상기 음극에 포함되는 용매는 바인더의 종류에 따라 선택적으로 사용될 수 있고, N-메틸 피롤리돈(NMP), 디메틸 포름아미드(DMF), 아세톤, 디메틸 아세트아미드, 이소프로필 알코올 등의 유기 용매 또는 물 등이 있으며, 이들 용매는 단독으로 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. 용매의 사용량은 슬러리의 도포 두께, 제조 수율을 고려하여 상기 양극 활물질, 바인더, 전도성 물질을 용해 및 분산시킬 수 있는 정도이면 충분하다. . 예를 들면, 음극활물질, 및 선택적으로 바인더 및 전도성물질을 포함하는 고형분의 농도가 50 질량% 내지 95 질량%, 바람직하게 70 질량% 내지 90 질량%가 되도록 포함될 수 있다.The solvent included in the negative electrode may be selectively used according to the type of binder, and organic solvents such as N-methyl pyrrolidone (NMP), dimethyl formamide (DMF), acetone, dimethyl acetamide, isopropyl alcohol, or the like, or water and the like, and these solvents may be used alone or in combination of two or more. The amount of solvent used is sufficient to dissolve and disperse the positive electrode active material, the binder, and the conductive material in consideration of the coating thickness of the slurry and the manufacturing yield. . For example, the concentration of the solid content including the negative electrode active material and, optionally, the binder and the conductive material may be 50% by mass to 95% by mass, preferably 70% by mass to 90% by mass.

상기 분산제는 수계 분산제 또는 N-메틸-2-피롤리돈 등의 유기 분산제를 사용할 수 있다.As the dispersant, an aqueous dispersant or an organic dispersant such as N-methyl-2-pyrrolidone may be used.

상기 양극은 당 분야에 알려져 있는 통상적인 양극을 사용하거나 제조할 수 있다. 예를 들면, 양극 활물질에 용매, 바인더, 도전재, 분산제를 혼합 및 교반하여 슬러리를 제조한 후 이를 금속 재료의 집전체에 도포(코팅)하고 압축한 뒤 건조하여 양극을 제조할 수 있다. The anode may be prepared using or using a conventional anode known in the art. For example, a positive electrode may be prepared by preparing a slurry by mixing and stirring a positive electrode active material with a solvent, a binder, a conductive material, and a dispersant, applying (coating) the slurry to a current collector of a metal material, compressing the slurry, and then drying the slurry.

상기 양극은 LiFePO4, LiNi0.5Mn1.5O4, LiNiCoAlO2, LiMn2O4, LiCoO2, LiNiCoMnO2, 리튬니켈코발트망간알루미늄 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 것을 포함하는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. The positive electrode may include one selected from the group consisting of LiFePO 4 , LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 , LiNiCoAlO 2 , LiMn 2 O 4 , LiCoO 2 , LiNiCoMnO 2 , lithium nickel cobalt manganese aluminum, and combinations thereof, It is not limited thereto.

상기 양극 활물질은 리튬 코발트 산화물 [LixCoO2(0.5<x<1.3)], 리튬 니켈 산화물[LixNiO2(0.5<x<1.3)] 등의 층상 화합물 또는 추가적인 전이금속으로 치환된 화합물; 화학식 Li1+xMn2-xO4(여기서, x는 0 내지 0.33임), LiMnO3, LiMn2O3, 또는 [LixMnO2(0.5<x<1.3)] 등의 리튬 망간 산화물; 리튬 구리 산화물(Li2CuO2); LiV3O8, LiFe3O4, V2O5, 또는 Cu2V2O7 등의 바나듐 산화물; 화학식 LiNi1-xMxO2(여기서, M=Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B 또는 Ga 이고, x=0.01 내지 0.3임)로 표현되는 Ni 사이트형 리튬 니켈 산화물; 화학식 LiMn2-xMxO2(여기서, M= Co, Ni, Fe, Cr, Zn 또는 Ta 이고, x=0.01 내지 0.1임) 또는 Li2Mn3MO8(여기서, M=Fe, Co, Ni, Cu 또는 Zn임)으로 표현되는 리튬 망간 복합 산화물; 화학식의 Li 일부가 알칼리 토금속 이온으로 치환된 LiMn2O4; 디설파이드 화합물; Fe2(MoO4)3 등일 수 있다. 상기 추가적인 전이금속 으로 치환된 리튬 코발트 산화물[LixCoO2(0.5<x<1.3)] 또는 리튬 니켈 산화물[LixNiO2(0.5<x<1.3)] 등의 층상 화합물로는 리튬 니켈-망간-코발트 산화물을 들 수 있다. The cathode active material may be a layered compound such as lithium cobalt oxide [LixCoO 2 (0.5<x<1.3)] or lithium nickel oxide [Li x NiO 2 (0.5<x<1.3)] or a compound substituted with an additional transition metal; lithium manganese oxides such as Li 1+x Mn 2-x O 4 (where x is 0 to 0.33), LiMnO 3 , LiMn 2 O 3 , or [Li x MnO 2 (0.5<x<1.3)]; lithium copper oxide (Li 2 CuO 2 ); vanadium oxides such as LiV 3 O 8 , LiFe 3 O 4 , V 2 O 5 , or Cu 2 V 2 O 7 ; Ni site type lithium nickel oxide represented by the formula LiNi 1-x M x O 2 , where M=Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B or Ga, and x=0.01 to 0.3; Formula LiMn 2-x M x O 2 where M=Co, Ni, Fe, Cr, Zn or Ta and x=0.01 to 0.1 or Li 2 Mn 3 MO 8 where M=Fe, Co, Ni, Cu or Zn) lithium manganese composite oxide; LiMn 2 O 4 in which Li part of the formula is substituted with an alkaline earth metal ion; disulfide compounds; Fe 2 (MoO 4 ) 3 and the like. Layered compounds such as lithium cobalt oxide [Li x CoO 2 (0.5<x<1.3)] or lithium nickel oxide [Li x NiO 2 (0.5<x<1.3)] substituted with the additional transition metal include lithium nickel-manganese. - Cobalt oxide is mentioned.

상기 양극은 소듐이온의 삽입-탈리가 가능한 양극활물질을 포함하는 것이 바람직하다. 소듐 이차전지용 양극인 경우 상기 양극활물질은, 소듐 금속은 물론 NaFeO2, NaMnO2, NaNiO2, NaCoO2와 같이 화학식 NaM1 aO2로 표시되는 산화물(단, M1은 적어도 하나 이상의 전이금속이고, 0≤a<1임) 또는 NaMn1-aM1 aO2로 표시되는 화합물(단, M1은 적어도 하나 이상의 전이금속이고, 0≤a<1임)과 같이 소듐이온의 삽입이 가역적으로 일어나는 화합물일 수 있다. 대표적인 양극활물질의 예시로서, Na로 표시되는 소듐 금속, Na[Ni1/2Mn1/2]O2, Na2/3[Fe1/2Mn1/2]O2 등; Na0.44Mn1-aM1 aO2로 표시되는 산화물, Na0.7Mn1-aM1 aO2.05(단, M1은 적어도 하나의 전이금속 원소이고, 0≤a<1)로 표시되는 산화물; NabM2 cSi12O30으로 표시되는 산화물(단, M2는 적어도 하나의 전이금속 원소이고, 2≤b≤6 및 2≤c≤5이고, 예를 들어 Na6Fe2Si12O30 또는 Na2Fe5Si12O30임); ; NadM3 eSi6O18로 표시되는 산화물(단, M3은 적어도 하나의 전이금속 원소이고, 3≤d≤6 및 1≤e≤2이고, 예를 들어 Na2Fe2Si6O18 또는 Na2MnFeSi6O18임); NafM4 gSi2O6로 표시 되는 산화물(단, M4는 마그네슘(Mg) 및 알루미늄(Al)에서 선택되는 적어도 하나의 원소이고, 1≤f≤2 및 1≤g≤2이고, 예를 들어 Na2FeSi2O6임); NaFePO4, Na3Fe2(PO4)3, Na3V2(PO4)3, Na4Co3(PO4)2P2O7 등과 같은 인산염; NaFeBO4 또는 Na3Fe2(BO4)3와 같은 붕산염; NahM5F6로 표시되는 불화물(단, M5는 적어도 하나의 전이금속 원소이고, 2≤h≤3이고, 예를 들어 Na3FeF6 또는 Na2MnF6임), Na3V2(PO4)2F3, Na3V2(PO4)2FO2 등과 같은 플루오로인산염을 고려할 수 있다. 더하여, 본 발명의 양극활물질은 전술한 것들에 의하여 특별히 한정되는 것은 아니며, 당업계에서 사용되는 임의의 적절한 양극활물질이 사용될 수 있다.Preferably, the positive electrode includes a positive electrode active material capable of intercalating and deintercalating sodium ions. In the case of a cathode for a sodium secondary battery, the cathode active material is sodium metal as well as an oxide represented by the chemical formula NaM 1 a O 2 such as NaFeO 2 , NaMnO 2 , NaNiO 2 , NaCoO 2 (provided that M 1 is at least one transition metal and , 0≤a<1) or a compound represented by NaMn 1-a M 1 a O 2 (where M 1 is at least one transition metal and 0≤a < 1), the insertion of sodium ions is reversible It may be a compound that occurs as As examples of representative cathode active materials, sodium metal represented by Na, Na[Ni 1/2 Mn 1/2 ]O 2 , Na 2/3 [Fe 1/2 Mn 1/2 ]O 2 , and the like; Oxides represented by Na 0.44 Mn 1-a M 1 a O 2 , Na 0.7 Mn 1-a M 1 a O 2.05 (provided that M 1 is at least one transition metal element, and represented by 0≤a<1) oxide; An oxide represented by Na b M 2 c Si 12 O 30 (provided that M 2 is at least one transition metal element, 2≤b≤6 and 2≤c≤5, for example Na 6 Fe 2 Si 12 O 30 or Na 2 Fe 5 Si 12 O 30 ); ; An oxide represented by Na d M 3 e Si 6 O 18 (provided that M 3 is at least one transition metal element, 3≤d≤6 and 1≤e≤2, for example Na 2 Fe 2 Si 6 O 18 or Na 2 MnFeSi 6 O 18 ); An oxide represented by Na f M 4 g Si 2 O 6 (provided that M 4 is at least one element selected from magnesium (Mg) and aluminum (Al), and 1≤f≤2 and 1≤g≤2, eg Na 2 FeSi 2 O 6 ); phosphates such as NaFePO 4 , Na 3 Fe 2 (PO 4 ) 3 , Na 3 V 2 (PO 4 ) 3 , Na 4 Co 3 (PO 4 ) 2 P 2 O 7 ; borates such as NaFeBO 4 or Na 3 Fe 2 (BO 4 ) 3 ; A fluoride represented by Na h M 5 F 6 provided that M 5 is at least one transition metal element and 2≤h≤3, for example Na 3 FeF 6 or Na 2 MnF 6 , Na 3 V 2 (PO 4 ) 2 F 3 , Na 3 V 2 (PO 4 ) 2 FO 2 and the like can be considered. In addition, the cathode active material of the present invention is not particularly limited by the above, and any suitable cathode active material used in the art may be used.

상기 양극은 포타슘 이온의 삽입-탈리가 가능한 양극활물질을 포함하는 것이 바람직하다. 포타슘 이차전지용 양극인 경우 상기 양극활물질은 포타슘 전이금속 산화물, 구체적으로, 포타슘 망간코발트 산화물일 수 있다. 구체적으로, 상기 양극 활물질은 Kx[Mn1-yCoy]O2 (0.445 ≤ x ≤ 0.555, 0. 450 ≤ y ≤ 0.550)의 조성을 갖는 것일 수 있다. 더 구체적으로, 상기 양극 활물질은 Kx[Mn1-yCoy]O2 (0.450 ≤ x ≤ 0.550, 0. 495 ≤y ≤ 0.505), 보다 구체적으로, Kx[Mn0.5CO0.5]O2 (0.450 ≤ x ≤ 0.550), 일 예로서, K0.5[Mn0.5CO0.5]O2 의 조성을 갖는 것일 수 있으며, 육방정계 P3 결정구조(공간군: R-3m)를 갖는 것일 수 있다. 상기 양극 활물질은 층상구조, 구체적으로는 K 이온의 층(layer)과 (Mn1-yCoy)의 층(layer)이 교대로 적층된 구조일 수 있다.The positive electrode preferably includes a positive electrode active material capable of intercalating and deintercalating potassium ions. In the case of a cathode for a potassium secondary battery, the cathode active material may be potassium transition metal oxide, specifically, potassium manganese cobalt oxide. Specifically, the cathode active material may have a composition of K x [Mn 1-y Co y ] O 2 (0.445 ≤ x ≤ 0.555, 0.450 ≤ y ≤ 0.550). More specifically, the cathode active material is K x [Mn 1-y Co y ] O 2 (0.450 ≤ x ≤ 0.550, 0. 495 ≤ y ≤ 0.505), more specifically, K x [Mn 0.5 CO 0.5 ] O 2 (0.450 ≤ x ≤ 0.550), as an example, it may have a composition of K 0.5 [Mn 0.5 CO 0.5 ] O 2 , and may have a hexagonal P3 crystal structure (space group: R-3m). The cathode active material may have a layered structure, specifically, a structure in which a layer of K ions and a layer of (Mn 1-y Co y ) are alternately stacked.

상기 전해액은 리튬염을 포함할 수 있다. 상기 리튬염은 LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, CF3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, 클로로 보란 리튬, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4 페닐 붕산 리튬 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 리튬염을 포함하는 것 일 수 있다. The electrolyte solution may include a lithium salt. The lithium salt is LiCl, LiBr, LiI, LiClO 4 , LiBF 4 , LiB 10 Cl 10 , LiPF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiCF 3 CO 2 , LiAsF 6 , LiSbF 6 , LiAlCl 4 , CH 3 SO 3 Li, CF 3 SO 3 Li, (CF 3 SO 2 ) 2 NLi, lithium chloroborane, lithium lower aliphatic carbonate, lithium 4 phenyl borate, and combinations thereof.

상기 전해액은 소듐염을 포함할 수 있다. 예를 들어, NaClO4, NaPF6, NaBF4, NaCF3SO3, NaN(CF3SO2)2, NaN(C2F5SO2)2, NaC(CF3SO2)3 등을 포함할 수 있다. 액체 전해질은 바람직하게는 NaClO4, NaPF6 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 상기 소듐염은 전술한 것들에 한정되지 않고, 해당 분야에서 소듐염으로서 사용될 수 있는 임의의 염을 사용할 수 있다. 예를 들어, 리튬 전지에서 리튬 염으로 사용되는 염 중 리튬이 소듐으로 치환된 형태일 수 있다. The electrolyte solution may include a sodium salt. Examples include NaClO 4 , NaPF 6 , NaBF 4 , NaCF 3 SO 3 , NaN(CF 3 SO 2 ) 2 , NaN(C 2 F 5 SO 2 ) 2 , NaC(CF 3 SO 2 ) 3 , and the like. can The liquid electrolyte may preferably include NaClO 4 , NaPF 6 or a combination thereof. The sodium salt is not limited to those mentioned above, and any salt that can be used as a sodium salt in the field may be used. For example, among salts used as lithium salts in lithium batteries, lithium may be substituted with sodium.

상기 전해액은 포타슘염을 포함할 수 있다. 예를 들어, KNO3, K2CO3, KPF6, KClO4, KBF4, KCF3SO3, KN(CF3SO2)2, KN(C2F5SO2)2, KC(CF3SO2)3 등을 포함할 수 있다. 상기 포타슘염은 전술한 것들에 한정되지 않고, 해당 분야에서 포타슘염으로서 사용될 수 있는 임의의 염을 사용할 수 있다. 예를 들어, 리튬 전지에서 리튬 염으로 사용되는 염 중 리튬이 포타슘으로 치환된 형태일 수 있다. The electrolyte solution may include a potassium salt. For example, KNO 3 , K 2 CO 3 , KPF 6 , KClO 4 , KBF 4 , KCF 3 SO 3 , KN(CF 3 SO 2 ) 2 , KN(C 2 F 5 SO 2 ) 2 , KC(CF 3 SO 2 ) 3 and the like. The potassium salt is not limited to those described above, and any salt that can be used as a potassium salt in the field may be used. For example, among salts used as lithium salts in lithium batteries, lithium may be substituted with potassium.

상기 전해액에 포함된 리튬염, 소듐염 또는 포타슘염의 농도는 특별히 제한되지 않는다. 가령, 전해액에 포함된 리튬염, 소듐염 또는 포타슘염의 농도는 각각 0.1M 내지 2.0M 사이의 범위에 속할 수 있고, 0.5M 내지 1.5M 사이일 수 있다.The concentration of the lithium salt, sodium salt or potassium salt contained in the electrolyte solution is not particularly limited. For example, the concentration of the lithium salt, sodium salt, or potassium salt included in the electrolyte may be in the range of 0.1M to 2.0M, respectively, and may be between 0.5M and 1.5M.

상기 전해액은 리튬염, 소듐염 또는 포타슘염을 용해할 수 있는 것이면 충분하고, 용매 중에 극성 비양자성 용매일 수 있다. 극성 비양자성 용매는 디메틸에테르, 디에틸에테르, 디메틸 카보네이트, 디에틸 카보네이트, 에틸메틸 카보네이트, 디프로필 카보네이트, 메틸프로필 카보네이트, 에틸프로필 카보네이트, 에틸렌 카보네이트, 프로필렌 카보네이트, 부틸렌 카보네이트, 플루오로에틸렌 카보네이트, 메틸 아세테이트, 에틸 아세테이트, n-프로필 아세테이트, 디메틸아세테이트, 메틸 프로피오네이트, 에틸 프로피오네이트, γ-부티로락톤, 데카놀라이드, 발레로락톤, 메발로노락톤, 카프로락톤, 디부틸 에테르, 테트라글라임, 디글라임, 폴리에틸렌 글리콜 디메틸에테르, 디메톡시에탄, 2-메틸 테트라히드로푸란, 2,2-디메틸 테트라히드로푸란, 2,5-디메틸 테트라히드로푸란, 시클로헥사논, 트리에틸아민, 트리페닐아민, 트리에테르 포스핀 옥사이드, 아세토니트릴, 디메틸 포름아미드, 1,3-디옥솔란, 및 설포란 등일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 당업계에서 유기 용매 로 사용될 수 있는 임의의 용매를 사용이 허용된다. 일부 구현예에서, 상기 용매는 바람직하게는 카보네이트 에스테르를 포함하고, 보다 바람직하게는 프로필렌 카보네이트를 포함할 수 있다.The electrolyte solution is sufficient if it can dissolve the lithium salt, sodium salt or potassium salt, and the solvent may be a polar aprotic solvent. Polar aprotic solvents include dimethyl ether, diethyl ether, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethylmethyl carbonate, dipropyl carbonate, methylpropyl carbonate, ethylpropyl carbonate, ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, fluoroethylene carbonate, Methyl acetate, ethyl acetate, n-propyl acetate, dimethylacetate, methyl propionate, ethyl propionate, γ-butyrolactone, decanolide, valerolactone, mevalonolactone, caprolactone, dibutyl ether, Tetraglyme, diglyme, polyethylene glycol dimethyl ether, dimethoxyethane, 2-methyl tetrahydrofuran, 2,2-dimethyl tetrahydrofuran, 2,5-dimethyl tetrahydrofuran, cyclohexanone, triethylamine, tri It may be phenylamine, triether phosphine oxide, acetonitrile, dimethyl formamide, 1,3-dioxolane, and sulfolane, but is not limited thereto, and any solvent that can be used as an organic solvent in the art is used. this is allowed In some embodiments, the solvent preferably includes a carbonate ester, and more preferably includes propylene carbonate.

상기 분리막로서 폴리에틸렌, 폴리프로필렌과 같은 다공성 올레핀 필름 및 폴리머 전해질을 사용할 수 있다. 상기 분리막은 둘 이상의 다공성 물질이 적층된 구조일 수 있다. 상기 분리막의 기공직경은 약 0.01㎛ 내지 약 10㎛의 범위일 수 있고, 상기 세퍼레이터의 두께는 약 5㎛ 내지 약 300㎛의 범위일 수 있다.As the separator, a porous olefin film such as polyethylene or polypropylene and a polymer electrolyte may be used. The separator may have a structure in which two or more porous materials are stacked. The pore diameter of the separator may be in the range of about 0.01 μm to about 10 μm, and the thickness of the separator may be in the range of about 5 μm to about 300 μm.

본 발명의 이차전지용 음극의 제조 방법은 상기 화학식 1로서 표시되는 화합물을 포함하는 이차전지용 음극활물질을 마련하는 단계; 상기 이차전지용 음극활물질, 전지에 화학적 변화를 유발하지 않고 도전성을 가지는 성분을 포함하는 전도성 물질 및 상기 음극 활물질과 상기 전도성 물질 사이의 응집이나 상기 음극 활물질과 집전체 사이의 응집을 촉진하는 성분을 포함하는 바인더를 용매에 분산시켜 음극용 슬러리를 마련하는 단계; 상기 음극용 슬러리를 건조하는 단계; 및 상기 건조된 음극용 슬러리를 어닐링하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다. The method of manufacturing a negative electrode for a secondary battery of the present invention includes preparing a negative electrode active material for a secondary battery including the compound represented by Chemical Formula 1; The negative electrode active material for a secondary battery, a conductive material containing a component having conductivity without causing chemical change in a battery, and a component that promotes aggregation between the negative electrode active material and the conductive material or between the negative active material and a current collector preparing a slurry for an anode by dispersing a binder to a solvent; drying the slurry for the negative electrode; and annealing the dried slurry for a negative electrode.

상기 어닐링은 200℃내지 400℃의 온도에서 진행하는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The annealing may be performed at a temperature of 200° C. to 400° C., but is not limited thereto.

상기 어닐링 온도가 200℃ 미만일 경우, 상기 화학식 1로서 표시되는 화합물의 결정성이 충분히 형성되지 않을 수 있다. When the annealing temperature is lower than 200° C., the crystallinity of the compound represented by Chemical Formula 1 may not be sufficiently formed.

본 발명의 이차전지용 음극활물질은 상기 화학식 1로서 표시되는 화합물을 포함하며, 상기 화학식 1로서 표시되는 화합물은 대칭성이 P21/n인 결정상을 나타내는 것을 특징으로 한다. The negative electrode active material for a secondary battery of the present invention includes the compound represented by Chemical Formula 1, and the compound represented by Chemical Formula 1 is characterized in that it exhibits a crystalline phase having symmetry P2 1 /n.

상기 화학식 1로서 표시되는 화합물은 14.0 Å 내지 15.5 Å 간격으로 쌓여있는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.Compounds represented by Formula 1 may be stacked at intervals of 14.0 Å to 15.5 Å, but are not limited thereto.

본 발명의 이차전지는 상기 양극과 음극 사이에 분리막을 배치하고, 전해질을 공급함으로써 제조할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 음극, 분리막 및 양극을 순차적으로 적층하고; 상기 적층된 구조물을 권취하거나 접은 다음, 원통형 또는 직사각형의 전지케이스 또는 파우치에 권취되거나 접힌 구조물을 봉입한 다음, 액체 전해질을 상기 전지케이스 또는 파우치에 배치하여 제조될 수 있다. 상기 액체 전해질을 상기 케이스 또는 파우치에 배치하는 방법은, 예를 들어 액체 전해질을 주입하는 것일 수 있다.The secondary battery of the present invention can be manufactured by disposing a separator between the positive electrode and the negative electrode, and supplying an electrolyte. For example, sequentially stacking the negative electrode, the separator and the positive electrode of the present invention; It may be manufactured by winding or folding the stacked structure, sealing the rolled or folded structure in a cylindrical or rectangular battery case or pouch, and then placing a liquid electrolyte in the battery case or pouch. A method of disposing the liquid electrolyte in the case or pouch may be, for example, injecting the liquid electrolyte.

충방전 특성 내지 난연성 등의 개선을 목적으로 하여 상기 이차전지는 첨가물을 더 포함할 수 있다. 가령, 피리딘, 트리에틸포스파이트, 트리에탄올아민, 환상 에테르, 에틸렌 디아민, n-글라임(glyme), 헥사 인산 트리 아미드, 니트로벤젠 유도체, 유황, 퀴논 이민 염료, N-치환 옥사졸리디논, N, N-치환 이미다졸리딘, 에틸렌 글리콜 디알킬 에테르, 암모늄염, 피롤, 2-메톡시 에탄올, 삼염화 알루미늄, 등이 더 첨가될 수도 있다. 경우에 따라서는, 불연성을 부여하기 위하여, 사염화탄소, 삼불화에틸렌 등의 할로겐 함유 용매를 더 포함시킬 수도 있고, 고온 보존 특성을 향상시키기 위하여 이산화탄산 가스를 더 포함시킬 수도 있으며, FEC(Fluoro-Ethylene carbonate), PRS(Propenesultone), FEC(Fluoro-Ethlene carbonate) 등을 더 포함할 수 있다.For the purpose of improving charge/discharge characteristics or flame retardancy, the secondary battery may further include additives. For example, pyridine, triethylphosphite, triethanolamine, cyclic ethers, ethylene diamine, n-glyme, hexaphosphoric acid triamide, nitrobenzene derivatives, sulfur, quinone imine dyes, N-substituted oxazolidinones, N, N-substituted imidazolidines, ethylene glycol dialkyl ethers, ammonium salts, pyrroles, 2-methoxy ethanol, aluminum trichloride, and the like may further be added. In some cases, halogen-containing solvents such as carbon tetrachloride and trifluoride ethylene may be further included to impart incombustibility, and carbon dioxide gas may be further included to improve high-temperature storage characteristics, and FEC (Fluoro-Ethylene carbonate), PRS (Propenesultone), FEC (Fluoro-Ethlene carbonate), and the like may be further included.

상기 이차전지는 향상된 충전 특성, 사이클 특성, 고율 특성을 가지므로 다양한 전자기기의 전원으로 이용될 수 있다. 전자기기의 예시로는, 에어컨, 세탁기, TV, 냉장고, 냉동고, 냉방 기기, 노트북, 태블릿, 스마트폰, PC 키보드, PC용 디스플레이, 데스크탑형 PC, CRT 모니터, 프린터, 일체형 PC, 마우스, 하드 디스크, PC 주변기기, 다리미, 의류 건조기, 윈도우팬, 트랜시버, 송풍기, 환기팬, TV, 음악 레코더, 음악 플레이어, 오븐, 레인지, 세정 기능이 있는 변기, 온풍 히터, 차량 음향장치(car component), 차량 내비게이션, 회중 전등, 가습기, 휴대 노래방 기계, 환기팬, 건조기, 공기 청정기, 휴대전화, 비상용 전등, 게임기, 혈압계, 커피 분쇄기, 커피 메이커, 코타츠, 복사기, 디스크 체인저, 라디오, 면도기, 쥬서, 슈레더(shredder), 정수기, 조명 기구, 제습기, 식기 건조기, 전기밥솥, 스테레오, 스토브, 스피커, 바지 다리미, 청소기, 체지방계, 체중계, 가정용 소형 체중계(bathroom scales), 비디오 플레이어, 전기장판, 전기밥솥, 전기스탠드, 전기 주전자, 전자 게임기, 휴대용 게임기, 전자사전, 전자수첩, 전자레인지, 전자조리기, 전자 계산기, 전동 카트, 전동 휠체어, 전동 공구, 전동 칫솔, 전기 발 온열 장치, 이발기구, 전화기, 시계, 인터폰, 에어 서큘레이터, 전격 살충기, 핫 플레이트, 토스터, 헤어 드라이어, 전동 드릴, 급탕기, 패널 히터, 분쇄기, 납땜인두, 비디오카메라, VCR, 팩시밀리, 푸드 프로세서, 이불 건조기, 헤드폰, 마이크, 마사지기, 믹서, 재봉틀, 떡을 치는 기계, 바닥 난방 패널, 랜턴, 리모컨, 냉온고, 냉수기, 냉풍기, 워드 프로세서, 거품기, 전자 악기, 오토바이, 장난감류, 잔디 깎는 기계, 낚시 찌, 자전거, 자동차, 하이브리드 자동차, 플러그인 하이브리드 자동차, 전기 자동차, 철도, 배, 비행기, 비상용 축전지 등을 들 수 있다. Since the secondary battery has improved charging characteristics, cycle characteristics, and high rate characteristics, it can be used as a power source for various electronic devices. Examples of electronic devices include air conditioners, washing machines, TVs, refrigerators, freezers, air conditioners, laptops, tablets, smartphones, PC keyboards, PC displays, desktop PCs, CRT monitors, printers, all-in-one PCs, mice, and hard disks. , PC peripherals, iron, clothes dryer, window fan, transceiver, blower, ventilation fan, TV, music recorder, music player, oven, range, toilet with washing function, warm air heater, car component, car navigation , flashlight, humidifier, portable karaoke machine, ventilation fan, dryer, air purifier, mobile phone, emergency light, game machine, blood pressure monitor, coffee grinder, coffee maker, kotatsu, copier, disc changer, radio, razor, juicer, shredder ), water purifiers, lighting fixtures, dehumidifiers, dish dryers, electric rice cookers, stereos, stoves, speakers, trouser presses, vacuum cleaners, body fat scales, scales, bathroom scales, video players, electric blankets, electric rice cookers, electric lamps, Electric kettle, electronic game machine, handheld game machine, electronic dictionary, electronic notebook, microwave oven, electronic cooker, electronic calculator, electric cart, electric wheelchair, electric tools, electric toothbrush, electric foot warmer, hair clipper, telephone, clock, interphone, Air circulator, electric insecticide, hot plate, toaster, hair dryer, electric drill, hot water heater, panel heater, shredder, soldering iron, video camera, VCR, facsimile, food processor, futon dryer, headphones, microphone, massager, mixer, sewing machine , mochi beater, underfloor heating panel, lantern, remote control, hot/cold heater, water cooler, cooling fan, word processor, whisk, electronic musical instrument, motorcycle, toys, lawn mower, fishing float, bicycle, automobile, hybrid car, plug-in Examples include hybrid vehicles, electric vehicles, railways, ships, airplanes, and emergency storage batteries.

이하 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하고자 하나, 하기의 실시예는 단지 설명의 목적을 위한 것이며 본원의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.The present invention will be described in more detail through the following examples, but the following examples are for illustrative purposes only and are not intended to limit the scope of the present application.

상기 화학식 1로서 표시되는 화합물 60 wt%, PVDF poly(vinylidene fluoride) 바인더 10 wt%, 전도성 물질인 카본브랙 30%를 혼합하여 음극용 슬러리를 준비하였다. 상기 음극용 슬러리를 닥터블레이드 공법에 따라 18μm 두께의 구리포일 상에 도포되었다. 그 후, 120℃의 진공오븐에서 슬러리를 건조하여, 용매 및 수분을 증발시켜 건조하였다. 결정성을 향상시키기 위해 330℃의 온도에서 40분동안 더 어닐링하여 음극을 제조하였다. A slurry for an anode was prepared by mixing 60 wt% of the compound represented by Formula 1, 10 wt% of a PVDF poly(vinylidene fluoride) binder, and 30% of carbon black as a conductive material. The slurry for the negative electrode was applied on a copper foil having a thickness of 18 μm according to the doctor blade method. Thereafter, the slurry was dried in a vacuum oven at 120° C., and the solvent and moisture were evaporated and dried. In order to improve crystallinity, annealing was further performed at 330° C. for 40 minutes to prepare a negative electrode.

전해액으로서 10 wt% FEC와 혼합된 1.3M LiPF6(용매로서 EC:DEC, 3:7 v/v), 분리막으로서 폴리에틸렌 멤브레인을 사용하고 리튬을 상대전극으로 하는 2032 타입의 코인 셀(리튬 이차전지)을 제조하였다. 1.3M LiPF 6 mixed with 10 wt% FEC as electrolyte (EC:DEC, 3:7 v/v as solvent), 2032 type coin cell using polyethylene membrane as separator and lithium as counter electrode (lithium secondary battery ) was prepared.

상기 실시예 1의 음극, 전해액으로서 10 wt% FEC와 혼합된 1.0 M NaPF6(용매로서 EC:DEC 5:5, v/v), 분리막으로서 폴리에틸렌 멤브레인을 사용하고 소듐을 상대전극으로 하는 2032 타입의 코인 셀(소듐 이차전지)을 제조하였다. The negative electrode of Example 1, 1.0 M NaPF 6 (EC:DEC 5:5, v/v as solvent) mixed with 10 wt% FEC as electrolyte, 2032 type using polyethylene membrane as separator and sodium as counter electrode of coin cells (sodium secondary batteries) were manufactured.

상기 실시예 1의 음극, 전해액으로서 0.8 M KPF6(용매로서 EC:DEC 5:5, v/v), 분리막으로서 유리 마이크로섬유를 사용하고 포타슘을 상대전극으로 하는 2032 타입의 코인 셀(포타슘 이차전지)을 제조하였다. 2032 type coin cell (potassium secondary) using glass microfibers as the negative electrode of Example 1, 0.8 M KPF 6 as the electrolyte (EC:DEC 5:5, v/v as the solvent), and potassium as the counter electrode as the separator. battery) was prepared.

[평가][evaluation]

1.One. 전지의 특성 분석Cell characterization

실시예 1 내지 3의 이차전지의 특성을 분석하였고, 그 결과를 도 2 내지 도 16으로서 나타내었다. The characteristics of the secondary batteries of Examples 1 to 3 were analyzed, and the results are shown as FIGS. 2 to 16 .

도 2는 본 실시예에 따라 제조된 음극의 어닐링 온도에 따른 GIWAXS(grazing-incidence wide-angle X-ray diffraction scattering) 그래프이다. 2 is a grazing-incidence wide-angle X-ray diffraction scattering (GIWAXS) graph according to the annealing temperature of the negative electrode manufactured according to the present embodiment.

도 2에 나타난 결과에 따르면, 어닐링의 온도가 증가할수록 결정성이 향상되는 것을 확인할 수 있다. According to the results shown in Figure 2, it can be seen that the crystallinity is improved as the annealing temperature increases.

도 2를 참고하면, 음극의 어닐링 온도는 200℃이상인 것이 바람직하다. Referring to FIG. 2 , the annealing temperature of the negative electrode is preferably 200° C. or higher.

도 3은 본 실시예에 따라 제조된 리튬 이차전지(실시예 1)의 1 A/g 내지 20 A/g 전류밀도에서의 정전류 충-방전 프로파일을 나타낸 그래프이다. 3 is a graph showing a constant current charge-discharge profile at a current density of 1 A/g to 20 A/g of a lithium secondary battery (Example 1) manufactured according to this embodiment.

도 3에 나타난 결과에 따르면, 1 A/g 내지 20 A/g의 넓은 전류밀도 범위에서 충-방전이 나타나는 것을 확인할 수 있다. According to the results shown in FIG. 3, it can be seen that charge-discharge occurs in a wide current density range of 1 A/g to 20 A/g.

도 4는 본 실시예에 따라 제조된 리튬 이차전지(실시예 1)의 율속특성을 나타낸 그래프이다. 4 is a graph showing rate characteristics of a lithium secondary battery (Example 1) manufactured according to this embodiment.

도 4에 나타난 결과에 따르면, 0.1 A/g의 전류밀도에서 최대 393 mAh/g의 가역용량을 달성하는 것을 확인할 수 있다. 또한, 20 A/g의 높은 전류밀도에서도 75 mAh/g의 높은 가역용량을 달성한다. According to the results shown in FIG. 4, it can be confirmed that a reversible capacity of up to 393 mAh/g is achieved at a current density of 0.1 A/g. In addition, a high reversible capacity of 75 mAh/g is achieved even at a high current density of 20 A/g.

도 5는 본 실시예에 따라 제조된 리튬 이차전지(실시예 1)의 8 A/g 전류밀도에서의 충-방전 사이클을 나타낸 그래프이고, 삽도는 첫번째, 100 번째, 1,000번 째 사이클 에서의 충-방전 프로파일이다. 5 is a graph showing charge-discharge cycles at a current density of 8 A/g of a lithium secondary battery (Example 1) manufactured according to this embodiment, and the inset shows the charge and discharge cycles at the first, 100th, and 1,000th cycles. - is the discharge profile.

구체적으로, 도 5에서 가로축은 충-방전 사이클 횟수, 세로축은 각각 비용량(mAh/g) 및 쿨롱 효율(%)을 나타내는 것이다. Specifically, in FIG. 5, the horizontal axis represents the number of charge-discharge cycles, and the vertical axis represents specific capacity (mAh/g) and coulombic efficiency (%), respectively.

도 5에 나타난 결과에 따르면, 실시예 1의 리튬 이차전지는 1,000회 충-방전 사이클을 반복하여도 220 mAh/g의 비용량을 유지하고 쿨롱 효율 또한 큰 차이 없이 유지되는 것을 확인할 수 있다. According to the results shown in FIG. 5 , it can be confirmed that the lithium secondary battery of Example 1 maintains a specific capacity of 220 mAh/g even after repeating 1,000 charge-discharge cycles, and the coulombic efficiency is also maintained without a significant difference.

도 6은 본 실시예에 따라 제조된 리튬 이차전지(실시예 1)의 0.1 mV/s 내지 1.0 mV/s의 스캔 속도로 측정한 CV(cyclic coltammetry) 그래프이고, 삽도는 log(ν)과 log(ip)의 비를 나타낸 그래프이다. 6 is a CV (cyclic coltammetry) graph measured at a scan rate of 0.1 mV / s to 1.0 mV / s of a lithium secondary battery (Example 1) manufactured according to this embodiment, and the inset shows log (ν) and log It is a graph showing the ratio of (i p ).

도 6에 나타난 결과에 따르면, log(ν)과 log(ip)의 비가 양극 0.58, 음극 0.51인 것을 확인할 수 있다. log(ν)과 log(ip)의 비가 1에 가까울수록 커패시터로서의 성격이 커지며, log(ν)과 log(ip)의 비가 0.5에 가까울수록 배터리로서의 성격이 커진다는 점을 고려하면, 실시예 1의 리튬 이차전지는 배터리로서의 성격을 가지는 것을 알 수 있다. 또한, 리튬 이온의 삽입은 층간 삽입에 의해 이루어지는 것을 확인할 수 있다. 구체적으로, 화학식 1의 화합물의 층 사이에 상기 리튬 이온이 층간 삽입됨으로써 확산이 이루어져 삽입-탈리가 이루어지는 것이다. According to the results shown in FIG. 6, it can be confirmed that the ratio of log(ν) and log( ip ) is 0.58 for the positive electrode and 0.51 for the negative electrode. Considering that the closer the ratio of log(ν) to log(i p ) is to 1, the character of a capacitor increases, and the closer the ratio of log(ν) to log(i p ) approaches to 0.5, the character of a battery increases. It can be seen that the lithium secondary battery of Example 1 has characteristics as a battery. In addition, it can be confirmed that the insertion of lithium ions is performed by intercalation. Specifically, the intercalation of the lithium ions between the layers of the compound of Formula 1 causes diffusion and intercalation-deintercalation.

도 7은 본 실시예에 따라 제조된 소듐 이차전지(실시예 2)의 0.02 A/g 내지 4 A/g 전류밀도에서의 정전류 충-방전 프로파일을 나타낸 그래프이다. 7 is a graph showing a constant current charge-discharge profile at a current density of 0.02 A/g to 4 A/g of a sodium secondary battery (Example 2) manufactured according to this embodiment.

도 7에 나타난 결과에 따르면, 0.02 A/g 내지 4 A/g의 넓은 전류밀도 범위에서 충-방전이 나타나는 것을 확인할 수 있다. According to the results shown in FIG. 7, it can be seen that charge-discharge occurs in a wide current density range of 0.02 A/g to 4 A/g.

도 8은 본 실시예에 따라 제조된 소듐 이차전지(실시예 2)의 율속특성을 나타낸 그래프이다. 8 is a graph showing rate characteristics of a sodium secondary battery (Example 2) manufactured according to this embodiment.

도 7 및 8에 나타난 결과에 따르면, 0.02 A/g의 전류밀도에서 최대 225 mAh/g의 가역용량을 달성하는 것을 확인할 수 있다. 또한, 0.1 A/g에서 175 mAh/g의 가역용량을 달성한다. According to the results shown in FIGS. 7 and 8 , it can be confirmed that a reversible capacity of up to 225 mAh/g is achieved at a current density of 0.02 A/g. In addition, it achieves a reversible capacity of 175 mAh/g at 0.1 A/g.

도 9는 본 실시예에 따라 제조된 소듐 이차전지(실시예 2)의 1 A/g 전류밀도에서의 충-방전 사이클을 나타낸 그래프이다. 9 is a graph showing charge-discharge cycles at a current density of 1 A/g of a sodium secondary battery (Example 2) manufactured according to this embodiment.

구체적으로, 도 9에서 가로축은 충-방전 사이클 횟수, 세로축은 각각 비용량(mAh/g) 및 쿨롱 효율(%)을 나타내는 것이다. Specifically, in FIG. 9, the horizontal axis represents the number of charge-discharge cycles, and the vertical axis represents specific capacity (mAh/g) and coulombic efficiency (%), respectively.

도 9에 나타난 결과에 따르면, 실시예 2의 소듐 이차전지는 800회의 충-방전 사이클을 반복했을 때 쿨롱 효율이 98.5% 유지하고, 가역용량은 85.3% 유지하는 것을 확인할 수 있다. According to the results shown in FIG. 9 , it can be confirmed that the sodium secondary battery of Example 2 maintained 98.5% of coulombic efficiency and 85.3% of reversible capacity when repeated 800 charge-discharge cycles.

도 10은 본 실시예에 따라 제조된 소듐 이차전지(실시예 2)의 0.1 mV/s 내지 1.0 mV/s의 스캔 속도로 측정한 CV(cyclic coltammetry) 그래프이고, 삽도는 log(ν)과 log(ip)의 비를 나타낸 그래프이다.10 is a CV (cyclic coltammetry) graph measured at a scan rate of 0.1 mV/s to 1.0 mV/s of a sodium secondary battery (Example 2) prepared according to this embodiment, and the inset shows log (ν) and log It is a graph showing the ratio of (i p ).

도 10에 나타난 결과에 따르면, log(ν)과 log(ip)의 비가 0.72인 것을 확인할 수 있다. 이를 통해 본 발명의 화학식 1로서 표시되는 화합물을 음극활물질로서 사용할 시에 소듐 이차전지는 유사-커패시터로서의 성격을 가지는 것을 확인할 수 있다. According to the results shown in FIG. 10, it can be confirmed that the ratio of log(ν) and log( ip ) is 0.72. Through this, it can be confirmed that when the compound represented by Chemical Formula 1 of the present invention is used as an anode active material, the sodium secondary battery has characteristics as a pseudo-capacitor.

도 11은 본 실시예에 따라 제조된 소듐 이차전지(실시예 2)의 0.1 mV/s 내지 1.0 mV/s의 스캔 속도에 따른 용량 기여를 나타낸 그래프이다. 11 is a graph showing the capacity contribution according to the scan rate of 0.1 mV/s to 1.0 mV/s of the sodium secondary battery (Example 2) manufactured according to this embodiment.

도 11에 나타난 결과에 따르면, 스캔 속도가 증가함에 따라 diffusion-limited에서 capacitive의 기여가 증가하는 것을 확인할 수 있다. 이는 소듐 이온의 지름이 크기 때문에 나타나는 것이다. According to the results shown in FIG. 11, it can be confirmed that the contribution of capacitive in diffusion-limited increases as the scan speed increases. This is due to the large diameter of the sodium ion.

도 12는 본 실시예에 따라 제조된 포타슘 이차전지(실시예 3)의 0.1 A/g 내지 2.0 A/g 전류밀도에서의 정전류-충방전 프로파일을 나타낸 그래프이다. 12 is a graph showing a constant current-charge/discharge profile at a current density of 0.1 A/g to 2.0 A/g of a potassium secondary battery (Example 3) prepared according to this embodiment.

도 12에 나타난 결과에 따르면, 0.1 A/g 내지 2.0 A/g의 넓은 전류밀도 범위에서 충-방전이 나타나는 것을 확인할 수 있다. 특히, 0.1 A/g의 전류 밀도에서 최대 260 mAh/g의 가역용량을 달성하는 것을 확인할 수 있다. According to the results shown in FIG. 12, it can be seen that charge-discharge occurs in a wide current density range of 0.1 A/g to 2.0 A/g. In particular, it can be confirmed that a reversible capacity of up to 260 mAh/g is achieved at a current density of 0.1 A/g.

도 13은 본 실시예에 따라 제조된 포타슘 이차전지(실시예 3)의 율속특성을 나타낸 그래프이다. 13 is a graph showing rate characteristics of a potassium secondary battery (Example 3) manufactured according to this embodiment.

도 13에 나타난 결과에 따르면, 0.1 A/g 내지 2.0 A/g의 전류밀도에서 충분한 가역용량을 달성하는 것을 확인할 수 있다. According to the results shown in FIG. 13, it can be confirmed that sufficient reversible capacity is achieved at current densities of 0.1 A/g to 2.0 A/g.

도 14는 본 실시예에 따라 제조된 포타슘 이차전지(실시예 3)의 1.0 A/g 전류밀도에서의 충-방전 사이클을 나타낸 그래프이다. 14 is a graph showing charge-discharge cycles at a current density of 1.0 A/g of a potassium secondary battery (Example 3) manufactured according to this embodiment.

도 14에 나타난 결과에 따르면, 실시예 3의 포타슘 이차전지는 400회의 충-방전 사이클을 반복했을 때 쿨롱 효율이 99.8% 유지되고, 가역용량은 86.5% 유지하는 것을 확인할 수 있다. According to the results shown in FIG. 14 , it can be confirmed that the potassium secondary battery of Example 3 maintains 99.8% of coulombic efficiency and 86.5% of reversible capacity when repeated 400 charge-discharge cycles.

도 15는 본 실시예에 따라 제조된 포타슘 이차전지(실시예 3)의 0.1 mV/s 내지 1.0 mV/s의 스캔 속도로 측정한 CV(cyclic coltammetry) 그래프이고, 삽도는 log(ν)과 log(ip)의 비를 나타낸 그래프이다.15 is a CV (cyclic coltammetry) graph measured at a scan rate of 0.1 mV/s to 1.0 mV/s of a potassium secondary battery (Example 3) prepared according to this embodiment, and the inset shows log (ν) and log It is a graph showing the ratio of (i p ).

도 15에 나타난 결과에 따르면, log(ν)과 log(ip)의 비가 0.75인 것을 확인할 수 있다. 이를 통해 본 발명의 화학식 1로서 표시되는 화합물을 음극활물질로서 사용할 시에 포타슘 이차전지는 유사-커패시터로서의 성격을 가지는 것을 확인할 수 있다. According to the results shown in FIG. 15, it can be confirmed that the ratio of log(ν) and log( ip ) is 0.75. Through this, when the compound represented by Chemical Formula 1 of the present invention is used as an anode active material, it can be confirmed that the potassium secondary battery has the characteristics of a pseudo-capacitor.

도 16은 본 실시예에 따라 제조된 포타슘 이차전지(실시예 3)의 0.1 mV/s 내지 1.0 mV/s의 스캔 속도에 따른 용량 기여를 나타낸 그래프이다. 16 is a graph showing the capacity contribution according to the scan rate of 0.1 mV / s to 1.0 mV / s of the potassium secondary battery (Example 3) manufactured according to this embodiment.

도 16에 나타난 결과에 따르면, 스캔 속도가 증가함에 따라 diffusion-limited에서 capacitive의 기여가 증가하는 것을 확인할 수 있다. 이는 포타슘 이온의 지름이 크기 때문에 나타나는 것이다.According to the results shown in FIG. 16, it can be confirmed that the contribution of capacitive in diffusion-limited increases as the scan speed increases. This is due to the large diameter of the potassium ion.

본원의 화학식 1로서 표시되는 화합물을 음극 활물질로서 포함하는 이차전지는 안정적인 율속 특성, 고율 특성, 충-방전 특성을 갖춘 것으로 판단된다. 특히, 리튬뿐만 아니라 소듐 및 포타슘과 같은 이온의 지름이 큰 알칼리 이온과도 호환 가능하면서 고율 특성과 안정성을 나타낸다. A secondary battery including the compound represented by Chemical Formula 1 of the present application as an anode active material is considered to have stable rate performance, high rate characteristics, and charge-discharge characteristics. In particular, it exhibits high-rate characteristics and stability while being compatible not only with lithium but also with alkali ions with large ion diameters such as sodium and potassium.

전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The above description of the present application is for illustrative purposes, and those skilled in the art will understand that it can be easily modified into other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present application. Therefore, the embodiments described above should be understood as illustrative in all respects and not limiting. For example, each component described as a single type may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as distributed may be implemented in a combined form.

본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present application is indicated by the following claims rather than the detailed description above, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and equivalent concepts thereof should be construed as being included in the scope of the present application.

Claims (9)

하기 화학식 1로서 표시되는 화합물을 포함하는 이차전지용 음극 활물질;
전지에 화학적 변화를 유발하지 않고 도전성을 가지는 성분을 포함하는 전도성 물질;
상기 음극 활물질과 상기 전도성 물질 사이의 응집이나 상기 음극 활물질과 집전체 사이의 응집을 촉진하는 성분을 포함하는 바인더; 및
상기 음극 활물질, 상기 전도성 물질 및 상기 바인더를 분산시키는 용매; 를 포함하는 음극;
양극;
상기 음극 및 양극 사이에 배치되는 분리막; 및
리튬, 소듐 또는 포타슘을 포함하는 전해액;을 포함하며,
상기 화학식 1로서 표시되는 화합물은 대칭성이 P21/n인 결정상을 나타내는, 이차전지:
[화학식 1]
Figure pat00003
.
A negative active material for a secondary battery including a compound represented by Formula 1 below;
A conductive material containing a component having conductivity without causing chemical change in the battery;
a binder including a component that promotes aggregation between the anode active material and the conductive material or aggregation between the anode active material and a current collector; and
a solvent dispersing the negative electrode active material, the conductive material, and the binder; A cathode comprising a;
anode;
a separator disposed between the cathode and anode; and
An electrolyte solution containing lithium, sodium or potassium;
The compound represented by Formula 1 represents a crystal phase having symmetry P2 1 /n, a secondary battery:
[Formula 1]
Figure pat00003
.
제 1 항에 있어서,
상기 양극은 리튬이온의 삽입-탈리가 가능한 양극활물질을 포함하고,
상기 양극은 리튬, 소듐 또는 포타슘인 것인, 이차전지.
According to claim 1,
The positive electrode includes a positive electrode active material capable of intercalating and deintercalating lithium ions,
The positive electrode is a secondary battery of lithium, sodium or potassium.
제 1 항에 있어서,
상기 화학식 1로서 표시되는 화합물은 14.0 Å 내지 15.5 Å 간격으로 쌓여있는 것인, 이차전지.
According to claim 1,
A secondary battery in which the compounds represented by Formula 1 are stacked at intervals of 14.0 Å to 15.5 Å.
제 1 항에 있어서,
상기 이차전지는 전류밀도가 0.1 A/g일 때, 가역용량이 150 mAh/g 내지 400 mAh/g인 것인, 이차전지.
According to claim 1,
Wherein the secondary battery has a reversible capacity of 150 mAh/g to 400 mAh/g when the current density is 0.1 A/g.
제 1 항에 있어서,
상기 이차전지의 가역용량은 1,000 사이클 후에도 80%이상 유지되는 것인, 이차전지.
According to claim 1,
The secondary battery of which the reversible capacity of the secondary battery is maintained at 80% or more even after 1,000 cycles.
하기 화학식 1로서 표시되는 화합물을 포함하는 이차전지용 음극활물질을 마련하는 단계;
상기 이차전지용 음극활물질, 전지에 화학적 변화를 유발하지 않고 도전성을 가지는 성분을 포함하는 전도성 물질 및 상기 음극 활물질과 상기 전도성 물질 사이의 응집이나 상기 음극 활물질과 집전체 사이의 응집을 촉진하는 성분을 포함하는 바인더를 용매에 분산시켜 음극용 슬러리를 마련하는 단계;
상기 음극용 슬러리를 건조하는 단계; 및
상기 건조된 음극용 슬러리를 어닐링하는 단계;를 포함하는 것인, 이차전지용 음극의 제조 방법:
[화학식 1]
Figure pat00004
.
Preparing an anode active material for a secondary battery containing a compound represented by Formula 1 below;
The negative active material for a secondary battery, a conductive material containing a component having conductivity without causing chemical change in a battery, and a component that promotes aggregation between the negative active material and the conductive material or between the negative active material and a current collector preparing a slurry for an anode by dispersing a binder to a solvent;
drying the slurry for the negative electrode; and
Annealing the dried slurry for a negative electrode; manufacturing method of a negative electrode for a secondary battery comprising:
[Formula 1]
Figure pat00004
.
제 6 항에 있어서,
상기 어닐링은 200℃ 내지 400℃의 온도에서 진행하는 것인, 이차전지용 음극의 제조 방법.
According to claim 6,
The annealing is to proceed at a temperature of 200 ℃ to 400 ℃, a method for producing a negative electrode for a secondary battery.
하기 화학식 1로서 표시되는 화합물을 포함하며,
상기 화학식 1로서 표시되는 화합물은 대칭성이 P21/n인 결정상을 나타내는, 이차전지용 음극활물질:
[화학식 1]
.
Figure pat00005
.
Including a compound represented by the following formula (1),
A negative electrode active material for a secondary battery in which the compound represented by Formula 1 represents a crystal phase having symmetry of P2 1 /n:
[Formula 1]
.
Figure pat00005
.
제 8 항에 있어서,
상기 화학식 1로서 표시되는 화합물은 14.0 Å 내지 15.5 Å 간격으로 쌓여있는 것인, 이차전지용 음극활물질.
According to claim 8,
The compound represented by Formula 1 is stacked at intervals of 14.0 Å to 15.5 Å, a negative electrode active material for a secondary battery.
KR1020210141073A 2021-10-21 2021-10-21 Secondary battery comprising a anodic active material comprising contorted hexabenzocoronene derivative KR20230057081A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210141073A KR20230057081A (en) 2021-10-21 2021-10-21 Secondary battery comprising a anodic active material comprising contorted hexabenzocoronene derivative

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210141073A KR20230057081A (en) 2021-10-21 2021-10-21 Secondary battery comprising a anodic active material comprising contorted hexabenzocoronene derivative

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20230057081A true KR20230057081A (en) 2023-04-28

Family

ID=86143114

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210141073A KR20230057081A (en) 2021-10-21 2021-10-21 Secondary battery comprising a anodic active material comprising contorted hexabenzocoronene derivative

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20230057081A (en)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190030798A (en) 2017-09-14 2019-03-25 삼성디스플레이 주식회사 Display device

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190030798A (en) 2017-09-14 2019-03-25 삼성디스플레이 주식회사 Display device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9979014B2 (en) Composite cathode active material, cathode and lithium battery comprising the same, and preparation method thereof
KR101479320B1 (en) Negative electrode active material for rechargeable lithium battery, and method for preparing the same
US9406931B2 (en) Positive active material and positive electrode and lithium battery including positive active material
KR101666871B1 (en) Positive electrode active material and method of manufacturing the same, and rechargeable lithium battery including the positive electrode active material
US10998551B2 (en) Electrode material for electricity storage devices, electrode for electricity storage devices, and electricity storage device
US9991511B2 (en) Composite cathode active material, lithium battery including the same, and method of preparing the same
US8871117B2 (en) Cathode based upon two kinds of compounds and lithium secondary battery comprising the same
CN103208623A (en) Positive active material for rechargeable lithium battery and rechargeable lithium battery including the same
JP2006286599A (en) Anode for nonaqueous secondary battery
US9324999B2 (en) Cathode based upon two kinds of compounds and lithium secondary battery comprising the same
US20170162865A1 (en) Cathode for lithium batteries
CN110383543B (en) High voltage positive active material including lithium manganese-based oxide and method of preparing the same
KR20160036402A (en) Positive electrode material for lithium secondary battery, preparation thereof, and lithium secondary battery comprising the same
US9716273B2 (en) Positive active material for rechargeable lithium battery, method of preparing the same, and rechargeable lithium battery including the same
US20230387384A1 (en) Method for Manufacturing Positive Electrode for Lithium Secondary Battery and Positive Electrode for Lithium Secondary Battery Manufactured Thereby
KR101553389B1 (en) Positive active material for rechargeable lithium battery, coating material for positive active material, method of manufacturing the same and rechargeable lithium battery including same
KR101957233B1 (en) A cathode active material for lithium secondary battery and a method of preparing the same
KR20210046762A (en) Conductive material, positive electrode and secondary battery
WO2016171276A1 (en) Lithium ion cell
KR20230057081A (en) Secondary battery comprising a anodic active material comprising contorted hexabenzocoronene derivative
CN102655234A (en) Positive electrode active material for lithium secondary battery, method of preparing same and lithium secondary battery including same
CN112805849A (en) Negative electrode for lithium ion secondary battery and lithium ion secondary battery
US20220293997A1 (en) All-solid-state lithium secondary battery including both side coated electrodes and method for producing the same
US20220294013A1 (en) Pouch type all-solid-state lithium secondary battery and method for producing the same
JPH10214626A (en) Lithium secondary battery and lithium secondary battery positive active material

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal