KR20230106498A - Negative electrode including silicon based negative active material and secondary battery including the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 규소계 음극 활물질을 포함하는 음극 및 이를 포함하는 이차전지에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따르면 집전체 및 상기 집전체 상에 위치하며, 복수개의 규소계 활물질 입자들을 포함하는 음극 활물질층을 포함하고, 하기 관계식1을 만족하는 이차전지용 음극을 제공할 수 있다.
[관계식1] 0.01 ≤ A-B ≤ 0.81
상기 관계식1에서, A는 상기 음극 활물질층 내에서 임의로 선택되는 50개의 규소계 활물질 입자들에 대한 라만 스펙트럼 피크 강도비 Ia/Ib의 평균값이고, B는 상기 50개의 규소계 활물질 입자들에 대한 각 라만 스펙트럼 피크 강도비 Ia/Ib 값에 대하여, 상위 10개의 값 및 하위 10개의 값을 제외한 나머지 값들의 평균값이며, 상기 Ia는 515±15cm-1에서의 피크강도, 상기 Ib는 470±30cm-1에서의 피크강도이다.
The present invention relates to a negative electrode including a silicon-based negative active material and a secondary battery including the same. According to an embodiment of the present invention, a current collector and a negative electrode disposed on the current collector and including a plurality of silicon-based active material particles A negative electrode for a secondary battery including an active material layer and satisfying the following relational expression 1 may be provided.
[Relationship 1] 0.01 ≤ AB ≤ 0.81
In the relational expression 1, A is the average value of the Raman spectrum peak intensity ratio Ia/Ib for 50 randomly selected silicon-based active material particles in the negative electrode active material layer, and B is each value for each of the 50 silicon-based active material particles. With respect to the Raman spectrum peak intensity ratio Ia/Ib value, the average value of the remaining values excluding the top 10 values and the bottom 10 values, Ia is the peak intensity at 515±15cm -1 , and the Ib is 470±30cm -1 is the peak intensity at

Description

규소계 음극 활물질을 포함하는 음극 및 이를 포함하는 이차전지{NEGATIVE ELECTRODE INCLUDING SILICON BASED NEGATIVE ACTIVE MATERIAL AND SECONDARY BATTERY INCLUDING THE SAME}Negative electrode containing silicon-based negative electrode active material and secondary battery including the same

본 개시는 규소계 음극 활물질을 포함하는 음극 및 이를 포함하는 이차전지에 관한 것이다. The present disclosure relates to a negative electrode including a silicon-based negative electrode active material and a secondary battery including the negative electrode.

최근 지구온난화 이슈와 함께 이에 대한 대응으로 친환경 기술들에 관한 수요가 급증하고 있다. 특히, 전기차 및 ESS(에너지 저장 시스템)에 관한 기술적 수요가 늘어남에 따라 에너지 저장 장치로 각광받고 있는 리튬 이차전지에 관한 수요 또한 폭발적으로 증가하고 있다. 따라서 리튬 이차전지의 에너지밀도를 향상시키는 연구들이 진행되고 있다.Recently, as a response to the issue of global warming, the demand for eco-friendly technologies is rapidly increasing. In particular, as the technical demand for electric vehicles and ESS (energy storage systems) increases, the demand for lithium secondary batteries, which are in the spotlight as energy storage devices, is also explosively increasing. Therefore, studies to improve the energy density of lithium secondary batteries are being conducted.

기존 상용 리튬 이차전지는 일반적으로 천연흑연, 인조흑연 등의 흑연 활물질을 사용하고 있다. 그러나, 흑연(372mAh/g)의 낮은 이론 용량으로 인하여 전지의 에너지밀도가 낮은 한계점이 존재한다. 이런 한계점때문에 에너지밀도를 향상시키기 위하여 새로운 음극재를 개발하는 연구들이 진행되고 있다.Existing commercial lithium secondary batteries generally use graphite active materials such as natural graphite and artificial graphite. However, due to the low theoretical capacity of graphite (372 mAh/g), there is a limit to the low energy density of the battery. Because of these limitations, researches are being conducted to develop new anode materials to improve energy density.

규소계 음극은 높은 이론 용량(3580 mAh/g)을 가지고 있어 하나의 해결책으로 떠오르고 있다. 그러나, 규소계 음극은 제조과정에서 결정질 Si상과 비결정질 Si상을 형성하게 되는데, 이들은 전지 충전 방전시 팽창과 수축하는 정도가 상이한 것으로 알려져 있다. 또한, 전극 제조시 결정질 Si의 사이즈 분포가 균일하지 않으면 일부 비대한 결정질 Si을 포함하는 입자로부터 충방전 사이클 중 열화가 개시되며, 이는 전극 전체에서의 불균일한 열화와 국부적인 전극 열화를 유발할 우려가 있다. 이로 인해 결과적으로, 전지의 수명특성이 저하될 우려가 있다.Silicon-based anodes are emerging as a solution due to their high theoretical capacity (3580 mAh/g). However, a silicon-based negative electrode forms a crystalline Si phase and an amorphous Si phase during the manufacturing process, and these are known to have different degrees of expansion and contraction during charging and discharging of the battery. In addition, if the size distribution of crystalline Si is not uniform during electrode manufacturing, deterioration is initiated during charge/discharge cycles from particles containing some enlarged crystalline Si, which may cause non-uniform deterioration in the entire electrode and local electrode deterioration. there is. As a result of this, there is a possibility that the life characteristics of the battery may be deteriorated.

한국 공개특허공보 제10-2005-0032464호(공개일자:2005년04월07일)Korean Patent Publication No. 10-2005-0032464 (published on April 7, 2005)

본 개시는 규소계 활물질을 적용한 전극 제조 시, 규소계 활물질 입자들이 균일한 결정화도를 가지는 전극 활물질층 및 이를 포함하는 전극을 제공하여 전지의 수명특성을 개선하고자 한다.The present disclosure is to improve the lifespan characteristics of a battery by providing an electrode active material layer having uniform crystallinity of silicon-based active material particles and an electrode including the same when manufacturing an electrode to which a silicon-based active material is applied.

상술한 과제를 달성하기 위한 일 수단으로서 본 개시의 일 구현예에 따르면 집전체; 및 상기 집전체 상에 위치하며, 복수개의 규소계 활물질 입자들을 포함하는 음극 활물질층을 포함하고,As one means for achieving the above object, according to one embodiment of the present disclosure, the current collector; and a negative active material layer disposed on the current collector and including a plurality of silicon-based active material particles,

하기 관계식1을 만족하는 이차전지용 음극을 제공할 수 있다. A negative electrode for a secondary battery that satisfies the following relational expression 1 can be provided.

[관계식1] 0.01 ≤ A-B ≤ 0.81[Relationship 1] 0.01 ≤ A-B ≤ 0.81

상기 관계식1에서, A는 상기 음극 활물질층 내에서 임의로 선택되는 50개의 규소계 활물질 입자들에 대한 라만 스펙트럼 피크 강도비 Ia/Ib의 평균값이고, B는 상기 50개의 규소계 활물질 입자들에 대한 각 라만 스펙트럼 피크 강도비 Ia/Ib 값에 대하여, 상위 10개의 값 및 하위 10개의 값을 제외한 나머지 값들의 평균값이며, 상기 Ia는 515±15cm-1에서의 피크강도, 상기 Ib는 470±30cm-1에서의 피크강도이다.In the relational expression 1, A is the average value of the Raman spectrum peak intensity ratio Ia/Ib for 50 randomly selected silicon-based active material particles in the negative electrode active material layer, and B is each value for each of the 50 silicon-based active material particles. With respect to the Raman spectrum peak intensity ratio Ia/Ib value, the average value of the remaining values excluding the top 10 values and the bottom 10 values, Ia is the peak intensity at 515±15cm -1 , and the Ib is 470±30cm -1 is the peak intensity at

일 구현예에 따르면 상기 규소계 활물질은 규소, 규소 산화물(SiOx, 0<x≤2), 규소 합금 및 규소/탄소 복합체로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나일 수 있다. According to one embodiment, the silicon-based active material may be at least one selected from the group consisting of silicon, silicon oxide (SiO x , 0<x≤2), silicon alloy, and silicon/carbon composite.

일 구현예에 따르면 상기 규소계 활물질은 금속 전처리된 규소 산화물을 포함할 수 있다. According to one embodiment, the silicon-based active material may include metal pre-treated silicon oxide.

일 구현예에 따르면 상기 금속 전처리된 규소 산화물은 규소 산화물(SiOx, 0<x≤2);과 상기 규소 산화물의 적어도 일부에 위치하는 금속 실리케이트(MaSibOc, M은 Li 또는 Mg이고, 1≤a≤6, 1≤b<3, 0<c≤7);를 포함할 수 있다. According to one embodiment, the metal pretreated silicon oxide is silicon oxide (SiO x , 0<x≤2); and a metal silicate (M a Si b O c , M is Li or Mg) located on at least a part of the silicon oxide , and 1≤a≤6, 1≤b<3, 0<c≤7); may include.

일 구현예에 따르면 상기 금속 전처리된 규소 산화물은 총 중량에 대하여 금속 실리케이트를 40 내지 95중량% 포함할 수 있다.According to one embodiment, the metal pretreated silicon oxide may include 40 to 95% by weight of metal silicate based on the total weight.

일 구현예에 따른 이차전지용 음극은 하기 관계식2를 더 만족할 수 있다. A negative electrode for a secondary battery according to an embodiment may further satisfy the following relational expression 2.

[관계식2] 0.01 ≤ A-C ≤ 0.65[Relationship 2] 0.01 ≤ A-C ≤ 0.65

상기 관계식2에서, A는 상기 음극 활물질층 내에서 임의로 선택되는 50개의 규소계 활물질 입자들에 대한 라만 스펙트럼 피크 강도비 Ia/Ib의 평균값이고, C는 상기 50개의 규소계 활물질 입자들에 대한 각 라만 스펙트럼 피크 강도비 Ia/Ib 값에 대하여, 상위 5개의 값 및 하위 5개의 값을 제외한 나머지 값들의 평균값이며, 상기 Ia는 515±15cm-1에서의 피크강도, 상기 Ib는 470±30cm-1에서의 피크강도이다.In the relational expression 2, A is the average value of the Raman spectrum peak intensity ratio Ia/Ib for 50 randomly selected silicon-based active material particles in the negative electrode active material layer, and C is the average value for each of the 50 silicon-based active material particles. With respect to the Raman spectrum peak intensity ratio Ia/Ib value, the average value of the remaining values excluding the top 5 values and the bottom 5 values, wherein Ia is the peak intensity at 515±15cm -1 , and the Ib is 470±30cm -1 is the peak intensity at

일 구현예에 따른 이차전지용 음극은 하기 관계식3a, 관계식3b 및 관계식3c 중에서 선택되는 적어도 하나를 만족할 수 있다. A negative electrode for a secondary battery according to an embodiment may satisfy at least one selected from the following relational expressions 3a, 3b, and 3c.

[관계식3a] 0.3 ≤ A ≤ 8.50 [Relationship 3a] 0.3 ≤ A ≤ 8.50

[관계식3b] 0.3 ≤ B ≤ 7.71 [Relationship 3b] 0.3 ≤ B ≤ 7.71

[관계식3c] 0.3 ≤ C ≤ 7.91 [Relationship 3c] 0.3 ≤ C ≤ 7.91

상기 관계식3a, 3b 및 3c에서, A는 상기 음극 활물질층 내에서 임의로 선택되는 50개의 규소계 활물질 입자들에 대한 라만 스펙트럼 피크 강도비 Ia/Ib의 평균값이며, B는 상기 50개의 규소계 활물질 입자들에 대한 각 라만 스펙트럼 피크 강도비 Ia/Ib 값에 대하여, 상위 10개의 값 및 하위 10개의 값을 제외한 나머지 값들의 평균값이며, C는 상기 50개의 규소계 활물질 입자들에 대한 각 라만 스펙트럼 피크 강도비 Ia/Ib 값에 대하여, 상위 5개의 값 및 하위 5개의 값을 제외한 나머지 값들의 평균값이다.In the relations 3a, 3b, and 3c, A is the average value of the Raman spectrum peak intensity ratio Ia/Ib for 50 randomly selected silicon-based active material particles in the negative electrode active material layer, and B is the average value of the 50 silicon-based active material particles For each Raman spectrum peak intensity ratio Ia / Ib value for , the average value of the remaining values excluding the top 10 values and the bottom 10 values, C is the peak intensity of each Raman spectrum for the 50 silicon-based active material particles For the ratio Ia/Ib value, it is the average value of the remaining values excluding the top 5 values and the bottom 5 values.

일 구현예에 따르면 상기 음극 활물질층은 음극 활물질 총 중량에 대하여 상기 규소계 활물질 입자들을 10 중량% 이상 포함할 수 있다.According to one embodiment, the negative active material layer may include 10% by weight or more of the silicon-based active material particles based on the total weight of the negative active material.

또한, 상술한 과제를 달성하기 위한 다른 일 수단으로서 본 개시의 일 구현예에 따르면 a) 규소 화합물 입자들과 금속 전구체를 200 내지 800rpm으로 혼합(mixing)하는 공정, b) 상기 a)단계의 산물을 100℃ 이상 500℃ 미만에서 예비 열처리하는 공정 및 c) 상기 b) 단계의 산물을 500 내지 800℃에서 열처리하는 공정을 포함하여 음극 활물질을 마련하는 이차전지용 음극의 제조방법을 제공할 수 있다. In addition, as another means for achieving the above object, according to an embodiment of the present disclosure, a) a process of mixing silicon compound particles and a metal precursor at 200 to 800 rpm, b) the product of step a) A process for preparing a negative electrode for a secondary battery, including a step of pre-heating at 100 ° C. or more and less than 500 ° C., and c) a step of heat-treating the product of step b) at 500 to 800 ° C.

일 구현예에 따르면 상기 a)단계 이전에 p1) Si 분말과 SiO2 분말을 혼합하여 900℃ 미만으로 열처리하는 공정을 더 포함하여 상기 규소 화합물 입자들을 마련할 수 있다.According to an embodiment, the silicon compound particles may be prepared by further including p1) mixing Si powder and SiO 2 powder and heat-treating the mixture at less than 900° C. before step a).

일 구현예에 따르면 상기 a)단계 이전에 p1) Si 분말과 SiO2 분말을 혼합하여 900℃ 미만으로 열처리하는 공정 및 p2) 상기 p1)단계의 산물을 탄화수소 가스 존재 하에 800℃ 미만으로 열처리하는 공정을 더 포함하여 상기 규소 화합물 입자들을 마련할 수 있다. According to one embodiment, prior to step a), p1) mixing Si powder and SiO 2 powder and heat-treating the mixture at less than 900°C, and p2) heat-treating the product of step p1) at less than 800°C in the presence of hydrocarbon gas. The silicon compound particles may be prepared by further including.

또한, 상술한 과제를 달성하기 위한 다른 일 수단으로서 전술한 구현예의 음극을 포함하는 이차전지를 제공할 수 있다. In addition, as another means for achieving the above object, a secondary battery including the negative electrode of the above-described embodiment may be provided.

본 개시에 따르면 규소계 음극 활물질 제조 시의 제조조건을 특정 조건으로 제어하고, 고온의 금속 전처리 공정 이전에 예비 열처리 공정을 수행함으로써 결정질 Si(c-Si)의 균일한 사이즈 분포를 확보할 수 있다. According to the present disclosure, a uniform size distribution of crystalline Si (c-Si) can be secured by controlling manufacturing conditions for manufacturing a silicon-based negative electrode active material under specific conditions and performing a preliminary heat treatment process prior to a high-temperature metal pretreatment process. .

본 개시에 따르면 음극 활물질층 내에서 임의로 선택되는 50개의 규소계 활물질 입자들에 대한 라만 스펙트럼 피크 강도비를 특정 조건으로 제어함으로써 음극 활물질층 내 규소계 활물질 입자들의 균일한 결정성, 사이즈 분포를 확보할 수 있다. According to the present disclosure, uniform crystallinity and size distribution of silicon-based active material particles in the negative electrode active material layer are secured by controlling the Raman spectrum peak intensity ratio for 50 randomly selected silicon-based active material particles in the negative electrode active material layer under specific conditions. can do.

본 개시의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 구현예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 개시는 이하에서 개시되는 구현예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 구현예들은 본 개시가 완전하도록 하며, 본 개시가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 개시의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 개시는 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 아래 첨부된 도면을 참조하여 본 개시의 실시를 위한 구체적인 내용을 상세히 설명한다. 도면에 관계없이 동일한 부재번호는 동일한 구성요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.Advantages and features of the present disclosure, and methods of achieving them, will become apparent with reference to the detailed implementation examples taken in conjunction with the accompanying drawings. However, the present disclosure is not limited to the implementations disclosed below and will be implemented in a variety of different forms, only the present disclosures make the present disclosure complete, and those skilled in the art to which the present disclosure belongs It is provided to fully inform you of the scope of the disclosure, and the disclosure is only defined by the scope of the claims. Specific details for the practice of the present disclosure will be described in detail with reference to the accompanying drawings below. Like reference numbers refer to like elements, regardless of drawing, and "and/or" includes each and every combination of one or more of the recited items.

다른 정의가 없다면 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 개시가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.Unless otherwise defined, all terms (including technical and scientific terms) used in this specification may be used in a meaning commonly understood by those of ordinary skill in the art to which this disclosure belongs. When it is said that a certain part "includes" a component throughout the specification, this means that it may further include other components, not excluding other components unless otherwise stated. In addition, singular forms also include plural forms unless specifically stated in the text.

본 명세서에서 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 “위에” 또는 “상에” 있다고 할 때, 이는 다른 부분 “바로 위에” 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.In this specification, when a part such as a layer, film, region, plate, etc. is said to be “on” or “on” another part, this includes not only the case where it is “directly on” the other part, but also the case where there is another part in the middle. do.

일 구현예는 이차전지용 음극을 제공한다. 상기 음극은 집전체; 및 상기 집전체 상에 위치하며, 복수개의 규소계 활물질 입자들을 포함하는 음극 활물질층을 포함한다. One embodiment provides a negative electrode for a secondary battery. The negative electrode is a current collector; and a negative active material layer disposed on the current collector and including a plurality of silicon-based active material particles.

본 구현예는 특정 조건에서 규소계 화합물의 금속 전처리 공정을 수행하는 것과 고온의 금속 전처리 공정 이전에 예비 열처리 공정을 수행함으로써, 복수개의 규소계 화합물 입자들에 있어서 결정질 Si(c-Si)의 분포의 불균일성, 예를 들어, c-Si의 사이즈 분포의 불균일성을 개선하는 것에 기술적 특징이 있다.In this embodiment, the distribution of crystalline Si (c-Si) in a plurality of silicon-based compound particles by performing a metal pretreatment process of a silicon-based compound under specific conditions and a preliminary heat treatment process prior to a high-temperature metal pretreatment process. There is a technical feature in improving the non-uniformity of, for example, the non-uniformity of the size distribution of c-Si.

본 구현예에 따르면 음극 활물질층 내에서 임의로 선택되는 50개의 규소계 활물질 입자들에 대한 라만 스펙트럼 피크 강도비를 다음과 같이 제어함으로써 음극 활물질층 내 전체 규소계 활물질 입자의 균일한 결정성, 사이즈 분포를 확보할 수 있다. According to the present embodiment, by controlling the Raman spectrum peak intensity ratio of 50 randomly selected silicon-based active material particles in the negative electrode active material layer as follows, uniform crystallinity and size distribution of all silicon-based active material particles in the negative electrode active material layer can be obtained.

일 구현예에 따르면 하기 관계식1을 만족하는 것을 특징으로 할 수 있다.According to one embodiment, it may be characterized in that the following relational expression 1 is satisfied.

[관계식1] 0.01 ≤ A-B ≤ 0.81[Relationship 1] 0.01 ≤ A-B ≤ 0.81

상기 관계식1에서, A는 상기 음극 활물질층 내에서 임의로 선택되는 50개의 규소계 활물질 입자들에 대한 라만 스펙트럼 피크 강도비 Ia/Ib의 평균값이고, B는 상기 50개의 규소계 활물질 입자들에 대한 각 라만 스펙트럼 피크 강도비 Ia/Ib 값에 대하여, 상위 10개의 값 및 하위 10개의 값을 제외한 나머지 값들의 평균값이며, 상기 Ia는 515±15cm-1에서의 피크강도, 상기 Ib는 470±30cm-1에서의 피크강도이다. 또는, 구체적으로 상기 Ib는 480±20cm-1에서의 피크강도일 수도 있다.In the relational expression 1, A is the average value of the Raman spectrum peak intensity ratio Ia/Ib for 50 randomly selected silicon-based active material particles in the negative electrode active material layer, and B is each value for each of the 50 silicon-based active material particles. With respect to the Raman spectrum peak intensity ratio Ia/Ib value, the average value of the remaining values excluding the top 10 values and the bottom 10 values, Ia is the peak intensity at 515±15cm -1 , and the Ib is 470±30cm -1 is the peak intensity at Alternatively, specifically, the Ib may be a peak intensity at 480±20 cm −1 .

라만 스펙트럼 피크 강도비의 측정은 미리 마련되거나, 막 제조한 음극의 음극 활물질층 내 복수개의 규소계 활물질 입자들을 대상으로 수행될 수 있다. 상기 라만 스펙트럼 피크 강도비는 충방전 싸이클에 의한 변동성이 아주 낮을 것으로 예상되므로, 충방전 싸이클을 수회로 수행한 음극을 대상으로 하여도 무방하다. 예를 들어 상기 음극은 충방전 싸이클을 10회 미만 수행한 것일 수 있다. 일반적으로 음극 제조 시 충방전 싸이클을 대략적으로 2~3회 정도 수행한다는 점을 감안할 때, 시장에 판매되고 있는 이차전지를 분해하여 추출한 음극을 대상으로 수행하여도 무방하다.The measurement of the Raman spectrum peak intensity ratio may be performed on a plurality of silicon-based active material particles in the negative electrode active material layer of a previously prepared or freshly prepared negative electrode. Since the variability of the Raman spectrum peak intensity ratio due to charge/discharge cycles is expected to be very low, a negative electrode subjected to several charge/discharge cycles may be used as a target. For example, the negative electrode may have been subjected to less than 10 charge/discharge cycles. Considering that charging and discharging cycles are generally performed approximately 2 to 3 times when manufacturing a negative electrode, it is okay to perform the negative electrode extracted by disassembling a secondary battery sold in the market.

상기 라만 스펙트럼 피크 강도비 Ia/Ib는 결정성 Si 상과 비결정성 Si상의 형성 비율을 의미하며, 상기 Ia 피크 강도는 c-Si(결정성 Si 상)의 형성을 나타내는 지표, 상기 Ib 피크 강도는 a-Si(비결정성 Si 상)의 형성을 나타내는 지표일 수 있다. The Raman spectrum peak intensity ratio Ia / Ib means the formation ratio of the crystalline Si phase and the amorphous Si phase, the Ia peak intensity is an index indicating the formation of c-Si (crystalline Si phase), and the Ib peak intensity is It may be an indicator of the formation of a-Si (amorphous Si phase).

상기 피크 강도비의 평균값 A와 상기 피크 강도비 평균값 B의 차이값인 A-B의 값이 작을수록 음극 활물질층에 분포된 복수개의 규소계 활물질 입자들의 결정성이 균일한 것을 의미한다. 전술한 관계식1을 만족함으로써 본 구현예는 전극 팽창 및 수축을 전극 두께 방향 및 폭 방향에서 전체적으로 균일하게 유지할 수 있고, 전극의 수명 특성을 개선할 수 있다. 한편, 본 구현예의 A-B 수치범위는 하나의 규소계 활물질 입자의 조성이 복수개의 입자들의 전체 평균치에 근접한다는 것을 의미한다. The smaller the value of A-B, which is the difference between the average value of the peak intensity ratio A and the average value of the peak intensity ratio B, means that the crystallinity of the plurality of silicon-based active material particles distributed in the negative active material layer is uniform. By satisfying the above-described relational expression 1, the present embodiment can maintain overall electrode expansion and contraction uniformly in the thickness direction and width direction of the electrode, and can improve the lifespan characteristics of the electrode. Meanwhile, the numerical range A-B of the present embodiment means that the composition of one silicon-based active material particle is close to the overall average value of a plurality of particles.

구체적으로 0.01 ≤ A-B ≤ 0.73, 또는 더 구체적으로 0.01 ≤ A-B ≤ 0.5, 또는 보다 더 구체적으로 0.01 ≤ A-B ≤ 0.17인 경우 음극 활물질층에 분포되는 복수개의 규소계 활물질 입자들이 더욱 균일한 결정성을 갖는 것을 의미할 수 있다.Specifically, when 0.01 ≤ A-B ≤ 0.73, or more specifically 0.01 ≤ A-B ≤ 0.5, or even more specifically 0.01 ≤ A-B ≤ 0.17, the plurality of silicon-based active material particles distributed in the negative active material layer have more uniform crystallinity. that can mean

또한, 상기 규소계 활물질 입자가 결정질이라 함은 입자 내부에 위치한 단일 Si의 형상이 결정성을 띤다는 의미이며, 비결정질이라 함은 입자 내부에 위치한 단일 Si의 형상이 비결정질 혹은 XRD분석법 중 Scherrer's equation을 통한 사이즈 측정이 어려울 정도로 작은 미립자인 것을 의미하는 것일 수 있다. In addition, the fact that the silicon-based active material particle is crystalline means that the shape of the single Si located inside the particle is crystalline, and the amorphous means that the shape of the single Si located inside the particle is amorphous or Scherrer's equation in XRD analysis It may mean that it is a particle so small that it is difficult to measure the size through it.

본 구현예의 음극은 하기 관계식2를 더 만족하는 것일 수 있다. The negative electrode of this embodiment may further satisfy the following relational expression 2.

[관계식2] 0.01 ≤ A-C ≤ 0.65[Relationship 2] 0.01 ≤ A-C ≤ 0.65

상기 관계식2에서, A는 상기 음극 활물질층 내에서 임의로 선택되는 50개의 규소계 활물질 입자들에 대한 라만 스펙트럼 피크 강도비 Ia/Ib의 평균값이고, C는 상기 50개의 규소계 활물질 입자들에 대한 각 라만 스펙트럼 피크 강도비 Ia/Ib 값에 대하여, 상위 5개의 값 및 하위 5개의 값을 제외한 나머지 값들의 평균값이며, 상기 Ia는 515±15cm-1에서의 피크강도, 상기 Ib는 470±30cm-1에서의 피크강도이다. 또는, 구체적으로 상기 Ib는 480±20cm-1에서의 피크강도일 수도 있다.In the relational expression 2, A is the average value of the Raman spectrum peak intensity ratio Ia/Ib for 50 randomly selected silicon-based active material particles in the negative electrode active material layer, and C is the average value for each of the 50 silicon-based active material particles. With respect to the Raman spectrum peak intensity ratio Ia/Ib value, the average value of the remaining values excluding the top 5 values and the bottom 5 values, wherein Ia is the peak intensity at 515±15cm -1 , and the Ib is 470±30cm -1 is the peak intensity at Alternatively, specifically, the Ib may be a peak intensity at 480±20 cm −1 .

구체적으로, 0.01 ≤ A-C ≤ 0.59, 또는 더 구체적으로 0.01 ≤ A-C ≤ 0.54, 또는 보다 더 구체적으로 0.01 ≤ A-C ≤ 0.48인 경우 음극 활물질층에 분포되는 복수의 규소계 입자들이 더욱 균일한 결정성을 갖는 것을 의미할 수 있다.Specifically, when 0.01 ≤ A-C ≤ 0.59, or more specifically 0.01 ≤ A-C ≤ 0.54, or even more specifically 0.01 ≤ A-C ≤ 0.48, the plurality of silicon-based particles distributed in the negative active material layer have more uniform crystallinity. that can mean

본 구현예의 음극은 하기 관계식3a, 관계식3b 및 관계식3c 중에서 선택되는 적어도 하나를 만족하는 것일 수 있다. The cathode of this embodiment may satisfy at least one selected from the following Relational Expressions 3a, 3b, and 3c.

[관계식3a] 0.3 ≤ A ≤ 8.50[Relationship 3a] 0.3 ≤ A ≤ 8.50

[관계식3b] 0.3 ≤ B ≤ 7.71 [Relationship 3b] 0.3 ≤ B ≤ 7.71

[관계식3c] 0.3 ≤ C ≤ 7.91 [Relationship 3c] 0.3 ≤ C ≤ 7.91

상기 관계식3a, 3b 및 3c에서, A는 상기 음극 활물질층 내에서 임의로 선택되는 50개의 규소계 활물질 입자들에 대한 라만 스펙트럼 피크 강도비 Ia/Ib의 평균값이며, B는 상기 50개의 규소계 활물질 입자들에 대한 각 라만 스펙트럼 피크 강도비 Ia/Ib 값에 대하여, 상위 10개의 값 및 하위 10개의 값을 제외한 나머지 값들의 평균값이며, C는 상기 50개의 규소계 활물질 입자들에 대한 각 라만 스펙트럼 피크 강도비 Ia/Ib 값에 대하여, 상위 5개의 값 및 하위 5개의 값을 제외한 나머지 값들의 평균값이다.In the relations 3a, 3b, and 3c, A is the average value of the Raman spectrum peak intensity ratio Ia/Ib for 50 randomly selected silicon-based active material particles in the negative electrode active material layer, and B is the average value of the 50 silicon-based active material particles For each Raman spectrum peak intensity ratio Ia / Ib value for , the average value of the remaining values excluding the top 10 values and the bottom 10 values, C is the peak intensity of each Raman spectrum for the 50 silicon-based active material particles For the ratio Ia/Ib value, it is the average value of the remaining values excluding the top 5 values and the bottom 5 values.

상기 A는 전술한 관계식 중 하나를 만족하면 되고, 한정되지 않으나 비한정적인 예로 0.3 내지 8.5, 또는 0.3 내지 7.5, 또는 0.3 내지 2.9, 또는 0.3 내지 2.5, 또는 0.3 내지 1.5, 또는 0.3 내지 0.8일 수 있다.The A may satisfy one of the above relations, and may be, but is not limited to, 0.3 to 8.5, or 0.3 to 7.5, or 0.3 to 2.9, or 0.3 to 2.5, or 0.3 to 1.5, or 0.3 to 0.8. there is.

상기 B는 전술한 관계식 중 하나를 만족하면 되고, 한정되지 않으나 비한정적인 예로 0.3 내지 7.7, 또는 0.3 내지 6.7, 또는 0.3 내지 2.8, 또는 0.3 내지 2.5, 또는 0.3 내지 0.7일 수 있다. The B may satisfy one of the above relations, and may be 0.3 to 7.7, or 0.3 to 6.7, or 0.3 to 2.8, or 0.3 to 2.5, or 0.3 to 0.7 for non-limiting examples.

상기 C는 전술한 관계식 중 하나를 만족하면 되고, 한정되지 않으나 비한정적인 예로 0.3 내지 8.0, 또는 0.3 내지 7.0, 또는 0.3 내지 3.0, 또는 0.3 내지 2.5, 또는 0.3 내지 2.1, 또는 0.3 내지 0.7일 수 있다.The C may satisfy one of the above relations, and may be, but is not limited to, 0.3 to 8.0, or 0.3 to 7.0, or 0.3 to 3.0, or 0.3 to 2.5, or 0.3 to 2.1, or 0.3 to 0.7. there is.

이하에서, 음극에 대한 각 구성인 집전체, 음극 활물질층을 상세히 설명한다.Hereinafter, the current collector and the negative electrode active material layer, each component of the negative electrode, will be described in detail.

상기 집전체로는 구리 박, 니켈 박, 스테인레스강 박, 티타늄 박, 니켈 발포체(foam), 구리 발포체, 전도성 금속이 코팅된 폴리머 기재 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. As the current collector, one selected from the group consisting of copper foil, nickel foil, stainless steel foil, titanium foil, nickel foam, copper foam, conductive metal-coated polymer substrate, and combinations thereof may be used. It is not limited.

상기 음극 활물질층은 규소계 활물질을 포함하며, 추가로 바인더 및 도전재를 포함할 수 있다. 상기 음극 활물질층은 규소계 활물질 이외에, 선택적으로 리튬 이온을 가역적으로 삽입/탈리할 수 있는 물질, 리튬 금속, 리튬 금속의 합금, 리튬에 도프 및 탈도프 가능한 물질 또는 전이 금속 산화물을 더 포함할 수 있다. 상기 리튬 이온을 가역적으로 삽입/탈리할 수 있는 물질로는, 그 예로 탄소 물질, 즉 리튬 이차 전지에서 일반적으로 사용되는 탄소계 음극 활물질을 들 수 있다. 탄소계 음극 활물질의 대표적인 예로는 결정질 탄소, 비정질 탄소 또는 이들을 함께 사용할 수 있다. 상기 결정질 탄소의 예로는 무정형, 판상, 편상(flake), 구형 또는 섬유형의 천연 흑연 또는 인조 흑연과 같은 흑연을 들 수 있고, 상기 비정질 탄소의 예로는 소프트 카본(soft carbon) 또는 하드 카본(hard carbon), 메조페이스 피치 탄화물, 소성된 코크스 등을 들 수 있다. 상기 리튬 금속의 합금으로는 리튬과, Na, K, Rb, Cs, Fr, Be, Mg, Ca, Sr, Si, Sb, Pb, In, Zn, Ba, Ra, Ge, Al 및 Sn으로 이루어진 군에서 선택되는 금속의 합금이 사용될 수 있다.The negative active material layer includes a silicon-based active material, and may further include a binder and a conductive material. The anode active material layer may further include, in addition to the silicon-based active material, a material capable of selectively reversibly intercalating/deintercalating lithium ions, lithium metal, an alloy of lithium metal, a material capable of doping and dedoping lithium, or a transition metal oxide. there is. Examples of the material capable of reversibly intercalating/deintercalating lithium ions include carbon materials, that is, carbon-based negative electrode active materials generally used in lithium secondary batteries. Representative examples of the carbon-based negative electrode active material may include crystalline carbon, amorphous carbon, or a combination thereof. Examples of the crystalline carbon include graphite such as amorphous, plate-shaped, flake-shaped, spherical or fibrous natural graphite or artificial graphite, and examples of the amorphous carbon include soft carbon or hard carbon. carbon), mesophase pitch carbide, calcined coke, and the like. The lithium metal alloy is a group consisting of lithium and Na, K, Rb, Cs, Fr, Be, Mg, Ca, Sr, Si, Sb, Pb, In, Zn, Ba, Ra, Ge, Al and Sn. An alloy of a metal selected from may be used.

상기 규소계 활물질은 규소(Si), 규소 산화물(SiOx, 0<x≤2), 규소 합금(Si-Q, Q는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 13족 원소, 14족 원소, 15족 원소, 16족 원소, 전이금속, 희토류 원소 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 원소이며, Si은 제외) 및 규소/탄소 복합체로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나일 수 있다.The silicon-based active material includes silicon (Si), silicon oxide (SiO x , 0<x≤2), silicon alloy (Si-Q, Q is an alkali metal, an alkaline earth metal, a group 13 element, a group 14 element, a group 15 element, It is an element selected from the group consisting of Group 16 elements, transition metals, rare earth elements, and combinations thereof, except for Si), and may be at least one selected from the group consisting of silicon/carbon composites.

구체적으로 상기 규소계 활물질은 금속 전처리된 규소 산화물을 포함할 수 있다. 일반적으로 규소 산화물은 규소 대비 낮은 부피팽창률로 인하여 우수한 수명특성을 보이지만, 초기 충방전 시 비가역상을 형성하여 특유의 낮은 초기효율을 나타낸다. 금속 전처리를 통해 금속 실리케이트를 미리 형성시켜서 초기효율 저하 문제를 개선할 수 있다. 구체적으로 상기 금속 전처리된 규소 산화물은 리튬 또는 마그네슘 전처리된 규소 산화물일 수 있으며, 규소 산화물(SiOx, 0<x≤2);과 상기 규소 산화물의 적어도 일부에 위치하는 금속 실리케이트(MaSibOc, M은 Li 또는 Mg이고, 1≤a≤6, 1≤b<3, 0<c≤7);를 포함하는 활물질 입자를 포함할 수 있다. 상기 금속 실리케이트는 금속이 Li인 경우 Li2SiO3, Li2Si2O5, Li4SiO4 또는 이들의 조합일 수 있고, 금속이 Mg인 경우 MgSiO3, MgSi2O5, Mg2SiO4 또는 이들의 조합일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 한편, 상기 금속 전처리된 규소 산화물은 실질적으로 Li4SiO4 또는 Mg2SiO4를 포함하지 않는 경우 더욱 바람직하다. Li4SiO4 또는 Mg2SiO4 상은 M 이온(Li, Mg 이온)에 대하여 비가역적인 특성을 가지며, 수분에 취약하여 수계 바인더를 사용하는 음극의 활물질로 사용하기 바람직하지 않고, 안정적인 슬러리 제조를 위해서는 Li4SiO4 또는 Mg2SiO4상의 함량이 상기 규소 산화물 총 중량에 대하여 35 중량% 미만, 좋게는 5 중량% 미만, 더 좋게는 실질적으로 포함하지 않는 것이 바람직하다. 이로써, 음극 활물질의 내수성을 향상시킬 수 있다.Specifically, the silicon-based active material may include metal pre-treated silicon oxide. In general, silicon oxide shows excellent lifespan characteristics due to a lower volume expansion rate than silicon, but exhibits a unique low initial efficiency by forming an irreversible phase during initial charging and discharging. It is possible to improve the initial efficiency decrease problem by forming the metal silicate in advance through the metal pretreatment. Specifically, the metal pretreated silicon oxide may be lithium or magnesium pretreated silicon oxide, silicon oxide (SiOx, 0<x≤2); and a metal silicate (M a Si b O located on at least a part of the silicon oxide) c , M is Li or Mg, and 1≤a≤6, 1≤b<3, 0<c≤7); may include an active material particle. The metal silicate may be Li 2 SiO 3 , Li 2 Si 2 O 5 , Li 4 SiO 4 or a combination thereof when the metal is Mg, MgSiO 3 , MgSi 2 O 5 , Mg 2 SiO 4 when the metal is Mg. Or it may be a combination thereof, but is not limited thereto. On the other hand, it is more preferable that the metal pretreated silicon oxide does not substantially include Li 4 SiO 4 or Mg 2 SiO 4 . The Li 4 SiO 4 or Mg 2 SiO 4 phase has irreversible characteristics with respect to M ions (Li, Mg ions) and is vulnerable to moisture, making it undesirable to use as an active material for an anode using a water-based binder. In order to prepare a stable slurry, It is preferred that the content of the Li 4 SiO 4 or Mg 2 SiO 4 phase is less than 35% by weight, preferably less than 5% by weight, better still substantially free, based on the total weight of the silicon oxide. Accordingly, the water resistance of the negative electrode active material can be improved.

상기 금속 전처리된 규소 산화물은 총 중량에 대하여 금속 실리케이트를 40 내지 95중량% 포함할 수 있고, 좋게는 45 내지 90중량%, 또는 50 내지 90중량%, 더 좋게는 40 내지 85중량%, 또는 50 내지 85중량% 포함할 수 있으나, 특별히 제한되는 것은 아니다. 종래에는 규소계 활물질 전처리 시 규소계 활물질 온도의 불균일한 구배 및 규소계 활물질과 Li 소스와의 불균일한 혼합상태로 인해 금속 실리케이트의 함량이 국부적으로 증가하고, 이와 동시에 부분적인 불균일화 반응이 개시된다. 이에 의하여 c-Si 시드의 생성이 국부적으로 증가하거나 응집되어 c-Si 사이즈 분포가 불균일해지는 현상이 더욱 가속화되는 문제가 있었다. 즉, 종래의 합성 방법으로는 금속 실리케이트를 고함량으로 확보하기 위한 전처리 시 c-Si 성장을 균일하게 제어하지 못하여 전극의 열화가 발생하였다. 반면에, 본 구현예에서는 후술하는 특정 조건에서 금속 전처리 공정을 수행함으로써 미세 c-Si 시드의 형태를 유지하면서 금속 실리케이트를 고함량으로 형성할 수 있다. 이러한 결과는 미세 c-Si를 복수의 SiOx 입자에 균일하게 분포시킴으로써 c-Si 성장을 억제할 수 있기 때문으로 분석된다.The metal pretreated silicon oxide may contain 40 to 95% by weight of metal silicate based on the total weight, preferably 45 to 90% by weight, or 50 to 90% by weight, more preferably 40 to 85% by weight, or 50 to 85% by weight, but is not particularly limited. Conventionally, during the pretreatment of the silicon-based active material, the content of the metal silicate is locally increased due to the non-uniform temperature gradient of the silicon-based active material and the non-uniform mixing state of the silicon-based active material and the Li source, and at the same time, a partial non-uniformization reaction is initiated. . As a result, there is a problem in that the generation of c-Si seeds is locally increased or aggregated, further accelerating a phenomenon in which c-Si size distribution becomes non-uniform. That is, in the conventional synthesis method, c-Si growth could not be uniformly controlled during pretreatment to secure a high content of metal silicate, resulting in deterioration of the electrode. On the other hand, in this embodiment, it is possible to form a high content of metal silicate while maintaining the shape of a fine c-Si seed by performing a metal pretreatment process under specific conditions to be described later. This result is analyzed because c-Si growth can be suppressed by uniformly distributing fine c-Si to a plurality of SiOx particles.

상기 규소계 활물질 입자는 2㎛ 초과 30㎛ 미만, 좋게는 6㎛ 초과 10㎛ 미만의 평균 입자 크기를 가질 수 있으며, 이 경우 금속 전처리 시 SiOx 입자를 둘러싸고 있는 수 마이크로 사이즈의 금속 전구체와 균일하게 혼합이 가능하여, 이후 열처리 시 SiOx 입자의 모든 방향으로 균일한 반응(전리튬화)이 진행됨에 따라 결정성이 균일하게 Li 전처리된 SiOx 입자를 회수할 수 있다.The silicon-based active material particles may have an average particle size of greater than 2 μm and less than 30 μm, preferably greater than 6 μm and less than 10 μm, and in this case, during metal pretreatment, they are uniformly mixed with several micro-sized metal precursors surrounding the SiOx particles. Since this is possible, as the uniform reaction (prelithiation) proceeds in all directions of the SiOx particles during subsequent heat treatment, the Li-pretreated SiO particles having uniform crystallinity can be recovered.

상기 규소계 활물질 입자의 평균 입자 크기는 D50을 의미하는 것일 수 있고, 상기 D50은 레이저 산란법에 의한 입도 분포 측정에서 작은 입경부터 누적 체적이 50%가 될 때의 입자 직경을 의미한다. 여기서 D50은 제조된 탄소질 재료에 대해 KS A ISO 13320-1 규격에 따라 시료를 채취하여 Malvern社의 Mastersizer3000을 이용하여 입도 분포를 측정할 수 있다. 구체적으로, 에탄올을 용매로 하고 필요한 경우 초음파 분산기를 사용하여 분산시킨 뒤, Volume density를 측정할 수 있다.The average particle size of the silicon-based active material particles may mean D50, and the D50 means a particle diameter when the cumulative volume becomes 50% from a small particle size in particle size distribution measurement by a laser scattering method. Here, D50 may take a sample according to KS A ISO 13320-1 standard for the manufactured carbonaceous material and measure the particle size distribution using Malvern's Mastersizer3000. Specifically, after dispersing using ethanol as a solvent and using an ultrasonic disperser if necessary, the volume density can be measured.

상기 규소계 활물질은 상기 음극 활물질층에 포함되는 음극 활물질 총 중량에 대하여 10 중량% 이상, 좋게는 20 중량% 이상 또는 30 중량% 이상, 더 좋게는 40 중량% 이상 또는 50 중량% 이상 포함될 수 있으나, 특별히 제한되는 것은 아니다. 일 예에 따르면 규소계 활물질은 음극 활물질 총 중량에 대하여 100 중량%로 포함될 수도 있다. 종래에는 규소계 활물질만을 음극 활물질로 전량 사용하는 경우 전극 부피 팽창으로 우수한 수명 특성을 구현할 수 없어, 활물질 입자의 수축/팽창을 완화할 수 있는 흑연계 활물질 등을 과반 이상 혼합하여 사용하였으나, 본 구현예에서는 불균일한 부피 팽창으로 인해 전극의 국부적인 열화를 개선함에 따라 고용량 특성 및 장기 사이클 특성이 개선되는 음극을 제조할 수 있다.The silicon-based active material may be included in an amount of 10 wt% or more, preferably 20 wt% or more, 30 wt% or more, and more preferably 40 wt% or more or 50 wt% or more, based on the total weight of the anode active material included in the anode active material layer. , is not particularly limited. According to one example, the silicon-based active material may be included in an amount of 100% by weight based on the total weight of the negative electrode active material. Conventionally, when only silicon-based active materials are used as the negative electrode active material, excellent lifespan characteristics cannot be implemented due to electrode volume expansion, so graphite-based active materials that can alleviate contraction / expansion of active material particles have been used in a mixture of more than half, but this implementation In the example, it is possible to manufacture a negative electrode having improved high-capacity characteristics and long-term cycle characteristics by improving local deterioration of the electrode due to non-uniform volume expansion.

상기 바인더는 음극 활물질 입자들을 서로 잘 부착시키고, 또한 음극 활물질을 전류 집전체에 잘 부착시키는 역할을 하는 것으로, 바람직하게 수계 바인더일 수 있다. 상기 수계 바인더로는 폴리비닐리덴플로라이드(PVDF), 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 폴리머(EPDM), 술폰화-EPDM, 스티렌-부타디엔 고무 (styrene-butadiene rubber, SBR), 불소 고무, 이들의 다양한 공중합체 등을 들 수 있으며, 구체적으로 바인더는 CMC(carboxyl methyl cellulose), SBR(styrene-butadiene rubber) 및 이들의 혼합물로 이루어진 바인더를 포함할 수 있다.The binder serves to well attach the anode active material particles to each other and to well attach the anode active material to the current collector, and may be preferably an aqueous binder. The aqueous binder includes polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinyl alcohol, carboxymethyl cellulose (CMC), starch, hydroxypropyl cellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoro ethylene, polyethylene, polypropylene, ethylene-propylene-diene polymer (EPDM), sulfonated-EPDM, styrene-butadiene rubber (SBR), fluororubber, various copolymers thereof, and the like. As such, the binder may include a binder made of carboxyl methyl cellulose (CMC), styrene-butadiene rubber (SBR), and a mixture thereof.

상기 도전재는 전극에 도전성을 부여하기 위해 사용되는 것으로서, 구성되는 전지에 있어서 화학변화를 야기하지 않고 전자 전도성 재료이면 어떠한 것이라도 사용 가능하다. 도전재의 예로 천연 흑연, 인조 흑연, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸블랙, 탄소섬유 등의 탄소계 물질; 구리, 니켈, 알루미늄, 은 등의 금속 분말 또는 금속 섬유 등의 금속계 물질; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 폴리머; 또는 이들의 혼합물을 포함하는 도전성 재료를 사용할 수 있다.The conductive material is used to impart conductivity to the electrode, and any material may be used as long as it does not cause chemical change in the battery and is electronically conductive. Examples of the conductive material include carbon-based materials such as natural graphite, artificial graphite, carbon black, acetylene black, ketjen black, and carbon fiber; metal-based materials such as metal powders or metal fibers, such as copper, nickel, aluminum, and silver; conductive polymers such as polyphenylene derivatives; Alternatively, a conductive material including a mixture thereof may be used.

상기 음극 활물질층에서 상기 바인더 및 상기 도전재의 함량은 각각 음극 활물질층 총 중량에 대하여 1 내지 10 중량%, 좋게는 1 내지 5 중량%일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The content of the binder and the conductive material in the negative electrode active material layer may be 1 to 10% by weight, preferably 1 to 5% by weight, based on the total weight of the negative electrode active material layer, but is not limited thereto.

다른 일 구현예는 이차전지용 음극의 제조방법을 제공한다. 일 예에 따르면 상기 제조방법은, a) 규소 화합물 입자들과 금속 전구체를 혼합하는 공정; b) 상기 a)단계의 산물을 예비 열처리하는 공정; 및 c) 상기 b) 단계의 산물을 열처리하는 공정을 포함하여 음극 활물질을 마련할 수 있다. Another embodiment provides a method for manufacturing a negative electrode for a secondary battery. According to an example, the manufacturing method may include: a) mixing silicon compound particles and a metal precursor; b) preliminarily heat-treating the product of step a); and c) heat-treating the product of step b) to prepare an anode active material.

일 예에 따르면 상기 제조방법은 p1) Si 분말과 SiO2 분말을 혼합하여 열처리하는 공정을 더 포함하여 상기 규소 화합물 입자들을 마련할 수 있다. 상기 공정은 원료물질 분말을 혼합하고, 열처리하는 것이다. 상기 원료물질 분말의 혼합은 목적하는 규소 화합물 입자(SiOx, 0<x≤2)들의 Si 및 O 몰 비율을 형성할 수 있도록 Si 분말과 SiO2 분말의 혼합 비를 적절히 조절하여 혼합하는 것일 수 있다. 이어서, 혼합된 원료물질 분말을 비활성 분위기의 로(furnace) 내에 위치시키고, 감압 하에서 900℃ 미만의 온도, 좋게는 800℃ 미만, 또는 500 내지 700℃의 온도, 더 좋게는 500 내지 650℃의 온도에서 1 내지 12시간 또는 1 내지 8시간 동안 열처리할 수 있다. 종래에는 규소 화합물 입자를 제조하기 위해 900 내지 1600℃의 고온에서 열처리를 진행하였으나, SiOx 소재, 또는 SiO 소재는 열처리 온도가 800℃ 이상에서 c-Si 시드가 자라게 되며, 900℃ 정도면 확연하게 결정자가 성장하게 된다. 이에, 본 구현예에서는 규소 화합물 입자들의 제조 시 c-Si 시드의 형성 및 c-Si의 성장을 억제하여 비정질 혹은 미정질의 규소계 화합물을 제조하며, Si의 결정성을 균일하게 분포시키는 것과 동시에 결정입자를 작게 제어할 수 있다. c-Si의 성장을 억제하는 저온 범위에서 시드 형태의 유지 또는 미세하게 더 성장한 c-Si가 균일하게 분포될 수 있다. 그러나, 고온 범위에서는 추가적인 시드 생성 보다는 불균일화 반응이 가속화되어 c-Si가 국부적으로 성장하는 방향으로 제어되기 때문에 조대하며 불균일한 사이즈의 c-Si 성장을 확인할 수 있다. According to an example, the manufacturing method may further include p1) mixing and heat-treating Si powder and SiO 2 powder to prepare the silicon compound particles. The process is to mix the raw material powder and heat-treat it. The mixing of the raw material powder may be performed by appropriately adjusting the mixing ratio of the Si powder and the SiO 2 powder to form the Si and O molar ratio of the desired silicon compound particles (SiO x , 0<x≤2). there is. Then, the mixed raw material powder is placed in a furnace with an inert atmosphere and heated under reduced pressure at a temperature of less than 900°C, preferably less than 800°C, or a temperature of 500 to 700°C, more preferably 500 to 650°C. It may be heat treated for 1 to 12 hours or 1 to 8 hours. Conventionally, heat treatment was performed at a high temperature of 900 to 1600 ° C. to produce silicon compound particles, but for SiO x material or SiO material, c-Si seeds grow at a heat treatment temperature of 800 ° C or higher, and at about 900 ° C. crystallites grow. Therefore, in the present embodiment, the formation of c-Si seeds and the growth of c-Si are suppressed during the production of silicon compound particles to prepare an amorphous or microcrystalline silicon-based compound, uniformly distributing the crystallinity of Si, and crystallization at the same time Particles can be controlled to be small. In a low temperature range that suppresses the growth of c-Si, the seed form may be maintained or finely grown c-Si may be uniformly distributed. However, in the high temperature range, since the disproportionation reaction is accelerated rather than additional seed generation and c-Si is controlled in the direction of local growth, c-Si growth of coarse and non-uniform size can be confirmed.

이어서, 제조된 규소 화합물을 추출하고, 분쇄, 분말화를 행하여 규소 화합물 입자들을 제조할 수 있다.Subsequently, the prepared silicon compound is extracted, and pulverized and powdered to produce silicon compound particles.

또한, 일 예에 따르면 상기 규소 화합물 입자들은 상기 p1) 공정과 더불어 선택적으로 p2) 상기 p1) 공정의 산물을 탄화수소 가스 존재 하에서 열처리하는 공정을 더 포함하여 마련될 수 있다.In addition, according to an example, the silicon compound particles may be prepared by further including, in addition to the process p1), a process of optionally p2) heat-treating the product of the process p1) in the presence of a hydrocarbon gas.

p2) 공정으로 상기 제조된 규소 화합물 입자들의 표면에 탄소층을 더 형성할 수 있다. 일 예에 따르면 로 내에 탄화수소 가스를 도입하고, 상기 규소 화합물 제조 시의 열처리 온도보다 낮은 온도로 승온하여 탄소층을 형성할 수 있다. 구체적으로, 감압 또는 비활성 분위기 하에서 800℃ 미만 또는 500 내지 700℃의 온도, 더 좋게는 500 내지 650℃의 온도에서 1 내지 12시간 또는 1 내지 8시간 동안 열처리하는 것일 수 있다. 종래에는 규소 화합물 입자의 표면에 탄소재를 코팅하기 위해 800~1200℃ 또는 800~950℃의 상대적으로 고온에서 열처리를 진행하였으나, 이 경우 추가적인 열처리가 들어가면서 규소 화합물의 불균일화 반응이 가속화되어 Si와 SiOx(0<x≤2), 혹은 SiO2 영역으로 나뉘게 되고, 규소 화합물 소재는 800℃ 이상의 온도에서 c-Si의 성장이 촉진되고, Si 결정자의 크기가 증가하는 것으로 분석된다. 본 구현예에서는 Si 결정자의 크기가 측정 불가할 정도로 작게 제어하여 c-Si 성장을 극히 억제할 수 있다. 위의 결정자가 성장된 종래 기술의 규소계 화합물 대비 본 구현예의 비정질 혹은 미정질의 규소계 화합물을 사용하는 경우, 동일한 조건으로 Li 전처리를 진행하더라도 c-Si의 성장을 높은 수준으로 억제할 수 있다. In step p2), a carbon layer may be further formed on the surfaces of the prepared silicon compound particles. According to an example, a carbon layer may be formed by introducing a hydrocarbon gas into a furnace and raising the temperature to a temperature lower than the heat treatment temperature in preparing the silicon compound. Specifically, it may be heat treatment for 1 to 12 hours or 1 to 8 hours at a temperature of less than 800 ° C or 500 to 700 ° C, more preferably 500 to 650 ° C under reduced pressure or an inert atmosphere. Conventionally, heat treatment was performed at a relatively high temperature of 800 to 1200 ° C or 800 to 950 ° C to coat the surface of silicon compound particles with a carbon material. It is divided into SiO x (0<x≤2) or SiO 2 region, and the silicon compound material is analyzed to promote the growth of c-Si at a temperature of 800 ° C or higher and increase the size of Si crystallites. In this embodiment, c-Si growth can be extremely suppressed by controlling the size of Si crystallites to be small enough to be unmeasurable. In the case of using the amorphous or microcrystalline silicon-based compound of the present embodiment compared to the conventional silicon-based compound in which the above crystallites are grown, the growth of c-Si can be suppressed to a high level even if Li pretreatment is performed under the same conditions.

따라서, 탄소층 코팅시에 결정성의 균일도를 유지하기 위해 고분자를 이용한 습식 코팅을 진행하거나, 규소 화합물의 합성 온도 이하에서 제어되어야 한다. 저온에서 균일한 코팅을 위해서는 습식 코팅시 탄소층 코팅 전구체의 선정 또는 운반가스의 압력 조절과 종류 선정에 신중하여야 한다. 규소 화합물의 전기 전도성 확보를 위해 탄소층 코팅 공정에서 c-Si 성장을 효율적으로 억제시 비정질 혹은 미정질의 규소 화합물 합성이 가능하며 이는 균일한 결정성 특성을 보이는 음극 활물질 전처리시 확인해야 할 매우 중요한 모재의 특성이라고 할 수 있다.Therefore, in order to maintain the uniformity of crystallinity during the carbon layer coating, wet coating using a polymer must be performed or controlled below the synthesis temperature of the silicon compound. For uniform coating at low temperature, care must be taken in selecting the carbon layer coating precursor or adjusting the pressure and selecting the type of the carrier gas during wet coating. Amorphous or microcrystalline silicon compounds can be synthesized when c-Si growth is effectively suppressed in the carbon layer coating process to ensure electrical conductivity of silicon compounds, which is a very important base material to be checked during pretreatment of negative electrode active materials with uniform crystalline characteristics. can be said to be a characteristic of

상기 탄화수소 가스로는 탄소수 3 이하의 탄화수소 가스를 사용하는 경우 제조 비용을 절감하고 양호한 코팅층 형성할 수 있으므로 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다. As the hydrocarbon gas, when a hydrocarbon gas having 3 or less carbon atoms is used, it is preferable to reduce manufacturing costs and form a good coating layer, but is not limited thereto.

이어서, 금속 전처리 공정을 진행한다. Subsequently, a metal pretreatment process is performed.

a) 혼합 공정은 규소 화합물 입자들과 금속 전구체를 혼합하는 것으로, 구체적으로 200 내지 800rpm, 250 내지 600rpm, 또는 300 내지 500 rpm으로 30 내지 120분 동안 혼합(mixing)하는 것일 수 있다. 믹싱속도가 200rpm 미만이면 오랜 시간 믹싱을 수행하여도 균일한 혼합이 어려우며, 공정 간소화 측면에서 바람직하지 않다. 반면, 믹싱속도가 800rpm을 초과하면 운동에너지에 의한 화학반응이 발생하여 국부적으로 금속 전구체의 화학적 변형을 유발하고, 균일한 금속 전처리 반응의 제어가 어려울 수 있다. a) The mixing process may be mixing the silicon compound particles and the metal precursor, specifically, mixing at 200 to 800 rpm, 250 to 600 rpm, or 300 to 500 rpm for 30 to 120 minutes. If the mixing speed is less than 200 rpm, uniform mixing is difficult even when mixing is performed for a long time, and it is not preferable in terms of process simplification. On the other hand, when the mixing speed exceeds 800 rpm, a chemical reaction by kinetic energy occurs, causing local chemical transformation of the metal precursor, and it may be difficult to control a uniform metal pretreatment reaction.

상기 혼합은, 상기 규소 화합물 입자와 금속(M) 전구체를 M/Si 몰비가 0.3 초과 1.0 이하, 또는 0.3 초과 0.8 이하, 좋게는 0.4 내지 1.0 또는 0.4 내지 0.8, 더 좋게는 0.5 내지 1.0, 또는 0.5 내지 0.8이 되도록 혼합하는 경우 바람직하다.In the mixing, the M/Si molar ratio between the silicon compound particles and the metal (M) precursor is greater than 0.3 and less than or equal to 1.0, or greater than 0.3 and less than or equal to 0.8, preferably 0.4 to 1.0 or 0.4 to 0.8, more preferably 0.5 to 1.0, or 0.5 to 0.8 is preferable when mixing.

상기 규소 화합물 입자는 상술한 바와 동일하다.The silicon compound particles are the same as those described above.

상기 금속 전구체로는, LiOH, Li, LiH, Li2O 및 Li2CO3 중에서 선택되는 적어도 1종 이상의 Li 전구체, 또는 Mg(OH)2, Mg, MgH2, MgO 및 MgCO3 중에서 선택되는 적어도 1종 이상의 Mg 전구체를 사용할 수 있으며, 열처리 시 분해가 가능한 화합물이면 특별히 제한되지 않는다.As the metal precursor, at least one Li precursor selected from LiOH, Li, LiH, Li 2 O and Li 2 CO 3 , or at least one selected from Mg(OH) 2 , Mg, MgH 2 , MgO and MgCO 3 One or more types of Mg precursors may be used, and any compound capable of being decomposed during heat treatment is not particularly limited.

상기 혼합 공정은 믹서에서 진행될 수 있고, 물리적인 혼합처리가 가능하면 되나, 특별히 장치의 구조 및 원리에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 블레이드가 단방향으로 회전하는 믹서, 단방향 혹은 양방향의 회전식 볼밀, 2축 내지는 3축 운동이 가능한 형태의 믹서 또는 밀링 머신 등이 있다. 한편, 상기 혼합은 공기나 수분 중 변질 가능성이 우려되는 원료의 경우, 드라이룸 또는 글러브 박스 형태에서 진행하는 등의 대기 조건 조절이 필요할 수도 있다.The mixing process may be performed in a mixer, and as long as a physical mixing process is possible, it is not particularly limited to the structure and principle of the device. For example, there are mixers in which blades rotate in one direction, rotary ball mills in one direction or two directions, and mixers or milling machines capable of two or three axis motion. On the other hand, in the case of raw materials that are concerned about the possibility of deterioration in air or moisture, atmospheric conditions may need to be adjusted, such as in a dry room or glove box form.

b) 예비 열처리 공정은 상기 a) 공정의 산물로서 균일하게 혼합된 규소 화합물 입자 및 금속 전구체의 혼합물을 저온에서 예비 열처리하는 것일 수 있다. 금속 전처리 공정은 고온의 열처리로, 급격한 온도 변화 조건에서 Li 소스의 높은 활성으로 인해 로 내의 중심부와 표면부의 온도가 불균일할 수 있으며, 이에 따라 내부의 c-Si 시드의 생성 및 성장이 로 내의 온도 구배에 따라 국지적 영역에 과중되어 불균일한 결정성을 가질 우려가 있다. b) The preliminary heat treatment process may be a preliminary heat treatment of a mixture of silicon compound particles and metal precursors uniformly mixed as a product of process a) at a low temperature. The metal pretreatment process is a high-temperature heat treatment. Due to the high activity of the Li source under rapid temperature change conditions, the temperature of the central and surface parts of the furnace may be non-uniform, and accordingly, the generation and growth of c-Si seeds inside the furnace Depending on the gradient, there is a risk of having non-uniform crystallinity due to heavy load in the local area.

본 구현예에 따르면 고온의 열처리 이전에 예비 열처리의 중간 공정을 둠으로써 Li 소스와 반응할 수 있는 휘발성 부반응 물질들을 미리 제거할 수 있으며, 온도 구배를 완화하여 균일한 반응을 유도할 수 있다. 또한, 예비 열처리 시 반응 활성화 상태가 된 일부 금속 전구체는 규소계 화합물 입자 중 전처리 금속의 농도가 적은 곳으로 이동하여 먼저 반응하려는 경향을 보인다. 이를 이용하여 상기 예비 열처리 공정은 후속되는 금속 전처리를 위한 고온의 열처리 이전에 금속 전구체가 불균일하게 혼합되어 SiOx 입자 주변에 일부 과량으로 존재하는 것을 해소할 수 있다. 따라서, 상기 b) 예비 열처리 공정을 통해 후속되는 c)열처리 공정에서 c-Si의 응집 및 성장을 세밀하게 제어할 수 있게 된다.According to the present embodiment, by placing an intermediate process of preliminary heat treatment before high-temperature heat treatment, volatile side reaction materials that may react with the Li source can be removed in advance, and a uniform reaction can be induced by relieving the temperature gradient. In addition, some of the metal precursors in a reaction-activated state during the preliminary heat treatment tend to move to a place where the concentration of the pre-treated metal is low among the silicon-based compound particles and react first. Using this, the preliminary heat treatment process can solve the fact that the metal precursor is non-uniformly mixed and partially excessively present around the SiO x particle before the high-temperature heat treatment for the subsequent metal pretreatment. Therefore, it is possible to precisely control the aggregation and growth of c-Si in the subsequent c) heat treatment process through the preliminary heat treatment process b).

일 예에 따른 b) 예비 열처리 공정은 비활성 분위기 하 100℃ 이상 500℃ 미만, 150℃ 이상 500℃ 미만, 200 내지 450℃, 또는 250 내지 400℃에서 30 내지 120분 동안 예비 열처리할 수 있다. 상기 예비 열처리 온도가 150℃ 이하이거나, 열처리 시간이 30분 이하이면 예비 열처리로 확보하기 위한 효과가 충분하지 못할 우려가 있다. 반면, 예비 열처리 온도가 500℃ 이상이면 예비 열처리에 의해 전구체 금속과 규소 화합물의 반응이 시작되어 후속되는 열처리 공정에서의 반응, 예를 들면 전리튬화 반응을 제어하기 어려운 문제가 있다. b) preliminary heat treatment process according to an example may include preliminary heat treatment at 100 ° C. to less than 500 ° C., 150 ° C. to less than 500 ° C., 200 to 450 ° C., or 250 to 400 ° C. for 30 to 120 minutes in an inert atmosphere. If the preliminary heat treatment temperature is 150° C. or less or the heat treatment time is 30 minutes or less, there is a concern that the effect for securing by the preliminary heat treatment may not be sufficient. On the other hand, if the temperature of the preliminary heat treatment is 500° C. or higher, the reaction between the precursor metal and the silicon compound is started by the preliminary heat treatment, and it is difficult to control the reaction in the subsequent heat treatment process, for example, the prelithiation reaction.

c) 열처리 공정은 상기 b) 공정의 산물로서 예비 열처리된 규소 화합물 입자 및 금속 전구체의 혼합물을 고온에서 열처리할 수 있다. 본 구현예에 따르면 c) 열처리 공정으로 c-Si 성장을 억제하여 비정질 혹은 미정질의 규소산화물 입자의 제조가 가능하며, 균일한 입자의 특성 분포를 기대할 수 있다. c) In the heat treatment process, the mixture of the preheated silicon compound particles and the metal precursor as a product of the process b) may be heat treated at a high temperature. According to this embodiment, it is possible to manufacture amorphous or microcrystalline silicon oxide particles by suppressing c-Si growth through c) heat treatment process, and a uniform characteristic distribution of the particles can be expected.

예를 들면 c) 열처리 공정은 비활성 분위기 하 500 내지 800℃, 550 내지 750℃ 또는 600 내지 750℃에서 1 내지 12 시간 동안 열처리할 수 있다. 상기 열처리 온도가 500℃ 미만이면 c-Si 시드가 너무 적게 생성되며, 적게 생성된 c-Si 시드에서 국부적으로 응집, 성장이 이루어져 c-Si 사이즈 분포가 불균일해질 우려가 있다. 반면에, 상기 열처리 온도가 800℃를 초과하게 되면 c-Si 시드의 추가 생성보다는 c-Si의 성장이 촉진되고, 이로 인해 일부 c-Si의 사이즈가 급격하게 증대되어 c-Si 사이즈 분포가 불균일해질 우려가 있다.For example, c) heat treatment may be heat treatment at 500 to 800 °C, 550 to 750 °C or 600 to 750 °C for 1 to 12 hours under an inert atmosphere. If the heat treatment temperature is less than 500 ° C., too few c-Si seeds are generated, and local aggregation and growth occur in the small c-Si seeds, so that the c-Si size distribution may become non-uniform. On the other hand, when the heat treatment temperature exceeds 800 ° C., growth of c-Si is promoted rather than additional generation of c-Si seeds, and as a result, the size of some c-Si increases rapidly, resulting in non-uniform c-Si size distribution. There is a risk of breaking down.

한편, 상기 비활성 분위기는 비활성 가스로 반응부 내부를 퍼지하여 비활성 분위기를 조성하는 공지된 방법을 적용할 수 있고, 상기 비활성 가스는 Ne, Ar, Kr, 및 N2 등에서 선택할 수 있고, 좋게는 Ar 또는 N2를 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. Meanwhile, as the inert atmosphere, a known method of creating an inert atmosphere by purging the inside of the reaction unit with an inert gas may be applied, and the inert gas may be selected from Ne, Ar, Kr, and N 2 , and preferably Ar. Alternatively, N 2 may be used, but is not limited thereto.

이어서, 상기 열처리 산물을 회수하고 분쇄함으로써 최종 음극 활물질 입자를 포함하는 음극 활물질을 제조할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 분쇄 공정은 공지된 분쇄 방법을 적용해도 무방하며, 이에 한정되는 것은 아니다.Subsequently, the anode active material including final anode active material particles may be prepared by recovering and pulverizing the heat treatment product, but is not limited thereto. The crushing process may apply a known crushing method, but is not limited thereto.

다른 일 구현예는 상기 음극;을 포함하는 이차전지를 제공한다. 상기 음극은 전술한 바와 동일하다. Another embodiment provides a secondary battery including the negative electrode. The cathode is the same as described above.

일 예에 따르면 상기 이차전지는 상기 음극; 양극; 상기 음극과 양극 사이에 위치하는 분리막; 및 전해액;을 포함할 수 있다.According to an example, the secondary battery may include the negative electrode; anode; a separator positioned between the cathode and anode; And an electrolyte solution; may include.

상기 양극은 집전체, 및 상기 집전체상에 양극 활물질을 포함하는 양극 슬러리를 도포하여 형성한 양극 활물질층을 포함할 수 있다. The cathode may include a current collector and a cathode active material layer formed by applying a cathode slurry containing a cathode active material on the current collector.

상기 집전체는 상술한 음극 집전체를 사용할 수 있고, 해당 기술분야의 공지된 물질을 사용하는 경우 무방하나, 이에 한정되는 것은 아니다.The current collector may use the above-described negative electrode current collector, and when a material known in the art is used, it may be used, but is not limited thereto.

상기 양극 활물질층은 양극 활물질를 포함하고, 선택적으로 바인더 및 도전재를 더 포함할 수 있다. 상기 양극 활물질은 해당 기술분야의 공지된 양극 활물질을 사용하는 경우 무방하며, 예를 들어 코발트, 망간, 니켈 및 이들의 조합으로부터 선택되는 금속과 리튬과의 복합 산화물을 사용하는 경우 바람직하나 이에 한정되는 것은 아니다. The positive electrode active material layer includes a positive electrode active material, and may optionally further include a binder and a conductive material. The cathode active material may be used when a known cathode active material in the art is used, and for example, a composite oxide of lithium and a metal selected from cobalt, manganese, nickel, and combinations thereof is used, but is limited thereto It is not.

상기 바인더 및 도전재는 상술한 음극 바인더 및 음극 도전재를 사용할 수 있고, 해당 기술분야의 공지된 물질을 사용하는 경우 무방하나, 이에 한정되는 것은 아니다.As the binder and the conductive material, the above-described negative electrode binder and negative electrode conductive material may be used, and materials known in the art may be used, but are not limited thereto.

상기 분리막은 예를 들면, 유리 섬유, 폴리에스테르, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리테트라플루오로에틸렌 또는 이들의 조합물 중에서 선택된 것일 수 있으며, 부직포 또는 직포 형태일 수 있다. 예를 들어, 리튬 이차 전지에는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등과 같은 폴리올레핀계 고분자 분리막이 주로 사용될 수 있고, 내열성 또는 기계적 강도 확보를 위해 세라믹 성분 또는 고분자 물질이 포함된 조성물로 코팅된 분리막이 사용될 수도 있으며, 선택적으로 단층 또는 다층 구조로 사용될 수 있으며, 해당 기술분야의 공지된 분리막을 사용하는 경우 무방하나, 이에 한정되는 것은 아니다.The separator may be selected from, for example, glass fiber, polyester, polyethylene, polypropylene, polytetrafluoroethylene, or a combination thereof, and may be in the form of a nonwoven fabric or a woven fabric. For example, a polyolefin-based polymer separator such as polyethylene or polypropylene may be mainly used in a lithium secondary battery, and a separator coated with a composition containing a ceramic component or a polymer material may be used to secure heat resistance or mechanical strength. It may be used in a single-layer or multi-layer structure, and when using a separator known in the art, it may be used, but is not limited thereto.

상기 전해액은 유기용매와 리튬염을 포함한다. The electrolyte solution includes an organic solvent and a lithium salt.

상기 유기용매는 전지의 전기화학적 반응에 관여하는 이온들이 이동할 수 있는 매질 역할을 하는 것으로서, 예를 들어 카보네이트계, 에스테르계, 에테르계, 케톤계, 알코올계 또는 비양성자성 용매를 사용할 수 있고, 상기 유기용매는 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있으며, 2종 이상 혼합하여 사용하는 경우의 혼합 비율은 목적하는 전지 성능에 따라 적절하게 조절할 수 있다. 한편, 해당 기술분야의 공지된 유기용매를 사용하는 경우 무방하나, 이에 한정되는 것은 아니다.The organic solvent serves as a medium through which ions involved in the electrochemical reaction of the battery can move, and for example, carbonate-based, ester-based, ether-based, ketone-based, alcohol-based or aprotic solvents may be used, The organic solvents may be used alone or in combination of two or more, and when two or more organic solvents are used in combination, the mixing ratio may be appropriately adjusted according to the desired battery performance. On the other hand, in the case of using an organic solvent known in the art, it may be used, but is not limited thereto.

상기 리튬염은 유기용매에 용해되어, 전지 내에서 리튬 이온의 공급원으로 작용하여 기본적인 리튬 이차 전지의 작동을 가능하게 하고, 양극과 음극 사이의 리튬 이온의 이동을 촉진시키는 물질이다. 상기 리튬염의 예로는, LiPF6, LiBF4, LiSbF6, LiAsF6, LiN(SO3C2F5)2, LiN(CF3SO2)2, LiC4F9SO3, LiClO4, LiAlO2, LiAlCl4, LiN(CxF2x+1SO2)(CyF2y+1SO2)(x 및 y는 자연수임), LiCl, LiI, LiB(C2O4)2 또는 이들의 조합을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The lithium salt is a material that dissolves in an organic solvent and acts as a source of lithium ions in the battery to enable basic operation of the lithium secondary battery and promotes the movement of lithium ions between the positive electrode and the negative electrode. Examples of the lithium salt include LiPF 6 , LiBF 4 , LiSbF 6 , LiAsF 6 , LiN(SO 3 C 2 F 5 ) 2 , LiN(CF 3 SO 2 ) 2 , LiC 4 F 9 SO 3 , LiClO 4 , LiAlO 2 , LiAlCl 4 , LiN(C x F 2x+1 SO 2 )(C y F 2y+1 SO 2 ) (x and y are natural numbers), LiCl, LiI, LiB(C 2 O 4 ) 2 or combinations thereof. It may include, but is not limited thereto.

상기 리튬염의 농도는 0.1M 내지 2.0M 범위 내에서 사용할 수 있다. 리튬염의 농도가 상기 범위 내인 경우, 전해액이 적절한 전도도 및 점도를 가지므로 우수한 전해액 성능을 나타낼 수 있고, 리튬 이온이 효과적으로 이동할 수 있다.The concentration of the lithium salt may be used within the range of 0.1M to 2.0M. When the concentration of the lithium salt is within the above range, since the electrolyte solution has appropriate conductivity and viscosity, excellent performance of the electrolyte solution can be exhibited, and lithium ions can move effectively.

또한, 상기 전해액은 필요에 따라 충방전 특성, 난연성 특성 등의 개선을 위하여 피리딘, 트리에틸포스페이트, 트리에탄올아민, 환상에테르, 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 등을 추가로 포함할 수 있다. 경우에 따라서는, 불연성을 부여하기 위하여 사염화탄소, 삼불화에틸렌 등의 할로겐 함유 용매를 더 포함할 수 있으며, 고온 보존 특성을 향상시키기 위하여 FEC(fluoro-ethylene carbonate), PRS(propane sultone), FPC(fluoro-propylene carbonate) 등을 더 포함할 수 있다.In addition, the electrolyte solution is pyridine, triethyl phosphate, triethanolamine, cyclic ether, ethylene diamine, n-glyme (glyme), hexaphosphoric acid triamide, nitrobenzene derivatives to improve charge and discharge characteristics, flame retardancy characteristics, etc. as needed , 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 included. . In some cases, halogen-containing solvents such as carbon tetrachloride and trifluoroethylene may be further included to impart incombustibility, and FEC (fluoro-ethylene carbonate), PRS (propane sultone), FPC ( fluoro-propylene carbonate) and the like may be further included.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 구현예에 따른 이차전지의 제조방법은, 제조된 음극, 분리막 및 양극을 순서대로 적층하여 전극 조립체를 형성하고, 제조된 전극 조립체를 원통형 전지 케이스 또는 각형 전지 케이스에 넣은 다음 전해액을 주입하여 전지를 제조할 수 있다. 또는, 상기 전극 조립체를 적층한 후 이를 전해액에 함침시키고 얻어진 결과물을 전지 케이스에 넣어 밀봉하여 제조할 수 있다. In the method for manufacturing a secondary battery according to the present embodiment for achieving the above object, an electrode assembly is formed by sequentially stacking a negative electrode, a separator, and a positive electrode, and the manufactured electrode assembly is a cylindrical battery case or a prismatic battery case Then, a battery can be manufactured by injecting an electrolyte solution. Alternatively, it may be manufactured by laminating the electrode assembly, impregnating it with an electrolyte, and sealing the obtained result by putting it in a battery case.

본 개시에서 사용되는 전지 케이스는 해당 분야에서 통상적으로 사용되는 것이 채택될 수 있고, 전지의 용도에 따른 외형에 제한이 없으며, 예를 들어 캔을 사용한 원통형, 각형, 파우치(pouch)형 또는 코인(coin)형 등이 될 수 있다. As the battery case used in the present disclosure, those commonly used in the field may be adopted, and there is no limitation on the external appearance according to the purpose of the battery, for example, a cylindrical shape using a can, a prismatic shape, a pouch shape, or a coin ( coin) type, etc.

본 개시에 따른 리튬 이차전지는 소형 디바이스의 전원으로 사용되는 전지셀에 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 다수의 전지셀들을 포함하는 중대형 전지모듈에 단위전지로도 바람직하게 사용될 수 있다. 상기 중대형 디바이스의 바람직한 예로는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 전력 저장용 시스템 등을 들 수 있지만, 이들 만으로 한정되는 것은 아니다.The lithium secondary battery according to the present disclosure can be used not only as a battery cell used as a power source for a small device, but also can be preferably used as a unit cell in a medium or large battery module including a plurality of battery cells. Preferred examples of the medium or large-sized device include, but are not limited to, electric vehicles, hybrid electric vehicles, plug-in hybrid electric vehicles, power storage systems, and the like.

이하 본 구현예의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나 하기 실시예는 본 구현예의 바람직한 일 실시예일뿐 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, preferred examples and comparative examples of this embodiment will be described. However, the following examples are only preferred examples of this embodiment and are not limited thereto.

실시예Example

(실시예1 내지 16 및 비교예 1 내지 7)(Examples 1 to 16 and Comparative Examples 1 to 7)

1. 규소계 활물질 제조1. Manufacture of silicon-based active material

a) 미리 마련된 규소계 화합물 입자 SiOx(0<x≤2)와 리튬을 포함한 원료(LiH)를 밀폐된 용기에 투입하고, 믹서에서 충분히 믹싱하였다. 규소계 화합물 입자와 LiH는 Li/Si 몰비율 0.5 내지 1.0으로 투입되었고, 믹서로는 2축 운동이 가능한 쉐이커를 볼과 함께 이용하였으며, 이 때의 믹싱속도 및 믹싱시간은 하기 표 1과 같다. a) Silicon-based compound particles prepared in advance (LiH) containing SiO x (0<x≤2) and lithium were put into a sealed container and thoroughly mixed in a mixer. Silicon-based compound particles and LiH were added at a Li / Si molar ratio of 0.5 to 1.0, and a shaker capable of biaxial motion was used as a mixer with a ball, and the mixing speed and mixing time at this time are shown in Table 1 below.

b) 이어서, 혼합된 분말을 25~500㎛의 체를 이용하여 필터링한 후 알루미나 도가니에 담았다. 알루미늄 도가니를 질소가스 분위기의 로(furnace)에서 예비 열처리하였다. 예비 열처리 온도 및 시간은 하기 표 1과 같다.b) Subsequently, the mixed powder was filtered using a 25-500 μm sieve, and then placed in an alumina crucible. An aluminum crucible was subjected to preliminary heat treatment in a furnace under a nitrogen gas atmosphere. Preliminary heat treatment temperature and time are shown in Table 1 below.

c) 이어서, 로의 온도를 올리고 1~12 시간동안 열처리하였다. 열처리 온도는 하기 표 1과 같다. 이후 열처리된 분말을 회수하여 유발에서 분쇄함으로써 규소 산화물(SiOx)과 리튬 실리케이트(Li2Si2O5, Li2SiO3 등)을 포함하는 규소계 활물질을 제조하였다. c) Subsequently, the temperature of the furnace was raised and heat treatment was performed for 1 to 12 hours. Heat treatment temperatures are shown in Table 1 below. Thereafter, the heat-treated powder was recovered and pulverized in a mortar to prepare a silicon-based active material including silicon oxide (SiO x ) and lithium silicate (Li 2 Si 2 O 5 , Li 2 SiO 3 , etc.).

2. 음극 제조2. Cathode fabrication

상기 제조된 각 실시예 및 비교예의 규소계 활물질 23중량%, 인조흑연 71.5중량%, 도전재 (CNT) 0.5중량%, 및 카르복시메틸 셀룰로오스 2중량%, 스티렌 부타디엔 러버(SBR) 3중량%을 증류수에 혼합하여 슬러리를 제조하고, Cu 호일(foil)에 도포한 후 80~160℃에서 1~24시간 진공 건조하여 음극을 제조하였다.23% by weight of the silicon-based active material, 71.5% by weight of artificial graphite, 0.5% by weight of conductive material (CNT), 2% by weight of carboxymethyl cellulose, and 3% by weight of styrene butadiene rubber (SBR) in distilled water was mixed to prepare a slurry, coated on a Cu foil, and vacuum dried at 80 to 160° C. for 1 to 24 hours to prepare a negative electrode.

3. 반쪽전지 제조3. Half-cell manufacturing

제조된 음극, 리튬 메탈을 대극으로 하고, 음극, 대극 사이에 PE 분리막을 개재한 후 전해액을 주입하여 코인셀(CR2016)를 조립하였다. 조립된 코인셀을 상온에서 3~24시간 휴지시킴으로써 반쪽전지를 제조하였다. 이 때 전해액은 리튬염 1.0M LiPF6을 유기용매(EC:EMC= 3:7 Vol%)에 혼합하고, 전해액 첨가제 FEC 2 Vol% 혼합된 것을 사용하였다. A coin cell (CR2016) was assembled by using the manufactured negative electrode and lithium metal as a counter electrode, interposing a PE separator between the negative electrode and the counter electrode, and then injecting an electrolyte solution. A half-cell was manufactured by resting the assembled coin cell at room temperature for 3 to 24 hours. At this time, the electrolyte solution was a mixture of lithium salt 1.0M LiPF 6 in an organic solvent (EC:EMC = 3:7 Vol%) and an electrolyte additive FEC 2 Vol%.

  a) 혼합 공정a) mixing process b) 예비 열처리 공정b) preliminary heat treatment process c) 열처리 공정c) heat treatment process 믹싱속도
[rpm]
mixing speed
[rpm]
믹싱시간
[min]
mixing time
[min]
열처리 온도
[℃]
heat treatment temperature
[℃]
열처리 시간
[min]
heat treatment time
[min]
열처리 온도
[℃]
heat treatment temperature
[℃]
실시예 1Example 1 500500 120120 400400 120120 750750 실시예 2Example 2 500500 3030 400400 6060 750750 실시예 3Example 3 300300 6060 400400 120120 600600 실시예 4Example 4 300300 6060 400400 6060 600600 실시예 5Example 5 300300 6060 400400 3030 600600 실시예 6Example 6 500500 8080 300300 120120 750750 실시예 7Example 7 500500 3030 300300 120120 750750 실시예 8Example 8 300300 120120 300300 3030 600600 실시예 9Example 9 300300 120120 300300 120120 600600 실시예 10Example 10 300300 8080 300300 6060 600600 실시예 11Example 11 300300 8080 300300 120120 600600 실시예 12Example 12 500500 120120 150150 3030 750750 실시예 13Example 13 500500 6060 150150 6060 750750 실시예 14Example 14 300300 3030 150150 3030 750750 실시예 15Example 15 300300 3030 150150 6060 750750 실시예 16Example 16 300300 120120 150150 120120 600600 비교예 1Comparative Example 1 500500 6060 400400 3030 900900 비교예 2Comparative Example 2 900900 6060 400400 3030 900900 비교예 3Comparative Example 3 100100 120120 150150 3030 600600 비교예 4Comparative Example 4 100100 120120 400400 120120 600600 비교예 5Comparative Example 5 900900 6060 400400 120120 750750 비교예 6Comparative Example 6 500500 120120 500500 3030 750750 비교예 7Comparative Example 7 900900 120120 500500 120120 900900

평가예evaluation example

(평가방법)(Assessment Methods)

* 라만 스펙트럼 분석을 통한 음극 활물질 입자들의 구조적 분석* Structural analysis of negative electrode active material particles through Raman spectrum analysis

라만 스펙트럼 분석은 상기 제조된 음극에 대해서 수행되었으며, Renishaw(UK)사의 Invia confocal Raman microscope를 사용하였다. Laser wavelength는 532nm, 렌즈배율은 50배, static mode로 67~1800cm-1범위에서 입자 표면을 8회 측정하여 평균값을 적용하였다.Raman spectrum analysis was performed on the fabricated cathode using an Invia confocal Raman microscope manufactured by Renishaw (UK). The laser wavelength was 532 nm, the lens magnification was 50 times, and the particle surface was measured 8 times in the range of 67 to 1800 cm -1 in static mode, and the average value was applied.

표 2의 라만 스펙트럼 피크 강도비 'Ia/Ib'는 상기 '2. 음극 제조'에서 초기효율 평가를 위해 제조된 음극을 대상으로 측정하였으며, 음극 활물질층 내 복수개의 규소계 활물질 입자들을 대상으로 측정하였다. 여기서, Ia는 라만 스펙트럼에서 515±15cm-1의 피크강도, 상기 Ib는 라만 스펙트럼에서 470±30cm-1의 피크강도이다.The Raman spectrum peak intensity ratio 'Ia/Ib' in Table 2 is '2. The negative electrode prepared for the initial efficiency evaluation in 'manufacture of negative electrode' was measured as a target, and a plurality of silicon-based active material particles in the negative electrode active material layer were measured as a target. Here, Ia is the peak intensity of 515±15cm -1 in the Raman spectrum, and Ib is the peak intensity of 470±30cm -1 in the Raman spectrum.

표 2에서 상기 제조된 각 음극을 대상으로 'A', 'B', 'C'를 측정하였다. 'A'는 음극 활물질층 내에서 임의로 선택되는 50개의 규소계 활물질 입자들에 대한 라만 스펙트럼 피크 강도비 Ia/Ib의 평균값이다. 'B'는 상기 50개의 규소계 활물질 입자들에 대한 각 라만 스펙트럼 피크 강도비 Ia/Ib 값에 대하여, 상위 10개의 값 및 하위 10개의 값을 제외한 나머지 값들의 평균값이며, 'C'는 상기 50개의 규소계 활물질 입자들에 대한 각 라만 스펙트럼 피크 강도비 Ia/Ib 값에 대하여, 상위 5개의 값 및 하위 5개의 값을 제외한 나머지 값들의 평균값이다.In Table 2, 'A', 'B', and 'C' were measured for each of the prepared negative electrodes. 'A' is the average value of the Raman spectrum peak intensity ratio Ia/Ib for 50 randomly selected silicon-based active material particles in the negative electrode active material layer. 'B' is the average value of the remaining values excluding the top 10 values and the bottom 10 values for each Raman spectrum peak intensity ratio Ia/Ib value for the 50 silicon-based active material particles, and 'C' is the average value of the 50 For each Raman spectrum peak intensity ratio Ia/Ib value for the silicon-based active material particles, it is an average value of the remaining values excluding the top 5 values and the bottom 5 values.

* 전기화학적 특성 평가 (수명특성)* Electrochemical characteristics evaluation (life characteristics)

음극의 전기화학적 특성을 평가하기 위하여 반쪽전지를 제조하여 수명특성을 측정하였다. 제조된 반쪽전지를 상온(25℃)에서, 0.1C rate의 전류로 전압이 0.01V(vs. Li/Li+)에 이를 때까지 정전류 충전하고, 이어서 정전압 모드에서 0.01V를 유지하면서 0.01C rate의 전류에서 컷오프(cut-off)하여 정전압 충전하였다. 전압이 1.5V(vs.Li/Li+)에 이를 때까지 0.1C rate의 정전류로 방전하였다. 상기 충전 및 방전을 1사이클로 하고 이후 수명특성을 확인하기 위해 충방전시 인가 전류를 0.5C로 변경하여 50사이클을 진행하였으며, 사이클 간에 10분의 휴지기를 두었다. 수명특성 확인을 위해 2사이클 방전용량에 대한 50사이클 방전용량을 용량유지율(%)로 하여 수명특성을 측정하였고, 그 결과를 하기 표 2에 정리하였다.In order to evaluate the electrochemical characteristics of the negative electrode, half-cells were prepared and life characteristics were measured. The prepared half-cell was charged with a constant current at room temperature (25°C) at a current of 0.1C rate until the voltage reached 0.01V (vs. Li/Li + ), followed by constant current charging while maintaining 0.01V in constant voltage mode. It was cut-off at a current of and charged with a constant voltage. It was discharged with a constant current of 0.1C rate until the voltage reached 1.5V (vs.Li/Li + ). The charging and discharging were performed as one cycle, and then, in order to check the life characteristics, 50 cycles were performed by changing the applied current to 0.5C during charging and discharging, and a 10-minute rest period was placed between the cycles. To confirm the life characteristics, the life characteristics were measured using the 50 cycle discharge capacity as the capacity retention rate (%) for the 2 cycle discharge capacity, and the results are summarized in Table 2 below.

  Ia/IbIa/Ib 편차Deviation 용량 유지율
[%, @50 cycle]
capacity retention rate
[%, @50 cycle]
AA CC BB A-CA-C A-BA-B 실시예1Example 1 4.584.58 4.384.38 4.404.40 0.200.20 0.180.18 7373 실시예2Example 2 3.093.09 2.852.85 2.862.86 0.240.24 0.230.23 7171 실시예3Example 3 1.241.24 0.960.96 0.620.62 0.280.28 0.620.62 8383 실시예4Example 4 1.001.00 0.680.68 0.610.61 0.320.32 0.390.39 8686 실시예5Example 5 0.940.94 0.540.54 0.440.44 0.400.40 0.500.50 9494 실시예6Example 6 2.422.42 2.222.22 2.182.18 0.200.20 0.240.24 8080 실시예7Example 7 2.142.14 2.062.06 2.052.05 0.080.08 0.090.09 8282 실시예8Example 8 0.780.78 0.660.66 0.610.61 0.120.12 0.170.17 9191 실시예9Example 9 0.610.61 0.510.51 0.490.49 0.100.10 0.120.12 9292 실시예10Example 10 0.590.59 0.480.48 0.430.43 0.110.11 0.160.16 9595 실시예11Example 11 0.410.41 0.380.38 0.380.38 0.030.03 0.030.03 9797 실시예12Example 12 2.902.90 2.782.78 2.792.79 0.120.12 0.110.11 7474 실시예13Example 13 2.52.5 2.472.47 2.472.47 0.030.03 0.030.03 9090 실시예14Example 14 1.801.80 1.151.15 0.990.99 0.650.65 0.810.81 7777 실시예15Example 15 1.411.41 1.051.05 0.870.87 0.360.36 0.540.54 9090 실시예16Example 16 1.301.30 0.830.83 0.580.58 0.480.48 0.730.73 9090 비교예1Comparative Example 1 8.998.99 7.557.55 7.017.01 1.441.44 1.981.98 4848 비교예2Comparative Example 2 9.129.12 8.618.61 6.406.40 0.510.51 2.722.72 4747 비교예3Comparative Example 3 7.187.18 6.446.44 6.056.05 0.740.74 1.131.13 5353 비교예4Comparative Example 4 7.647.64 7.127.12 5.495.49 0.520.52 2.152.15 5757 비교예5Comparative Example 5 7.897.89 6.526.52 5.705.70 1.371.37 2.192.19 5858 비교예6Comparative Example 6 8.788.78 7.337.33 5.225.22 1.451.45 3.563.56 4545 비교예7Comparative Example 7 13.0213.02 9.489.48 8.268.26 3.543.54 4.764.76 3636

표 1 및 2로부터, 본 구현예의 실시예들은 비교예들 대비 수명특성이 매우 우수한 것을 확인할 수 있었다.From Tables 1 and 2, it can be seen that the examples of this embodiment have very excellent life characteristics compared to the comparative examples.

비교예 1 및 2를 참고하면, 900℃ 이상의 고온에서 열처리를 하는 경우 c-Si 시드를 추가 생성하기보다는 결정 크기가 커지고 과도하게 성장함에 따라 균일한 전리튬 반응이 나타나지 않았다.Referring to Comparative Examples 1 and 2, when the heat treatment was performed at a high temperature of 900 ° C. or higher, the crystal size increased and excessively grown rather than additionally generated c-Si seeds, so that a uniform all-lithium reaction did not appear.

비교예 3 및 4로부터, 믹싱속도가 지나치게 낮아서 실질적으로 충분한 믹싱이 수행되지 않은 경우에는 오랜 시간 믹싱하더라도 균일한 혼합이 어렵고, 이후 전처리(예비 열처리)을 진행해도 불균일한 혼합물이 제조된다는 것을 알 수 있었다. 반면에, 비교예 5 및 7은 믹싱속도(900 rpm)가 비교적 높아서 운동에너지에 의한 화학반응이 발생하여 균일한 전리튬 반응 컨트롤이 어려웠다.From Comparative Examples 3 and 4, when the mixing speed is too low and substantially sufficient mixing is not performed, uniform mixing is difficult even after mixing for a long time, and it can be seen that a non-uniform mixture is produced even if pretreatment (preliminary heat treatment) is performed thereafter. there was. On the other hand, in Comparative Examples 5 and 7, the mixing speed (900 rpm) was relatively high, so a chemical reaction occurred due to kinetic energy, making it difficult to control the uniform lithium reaction.

비교예 6 및 7을 참고하면, 전처리(예비 열처리) 온도가 500℃ 이상으로 과도한 경우, 예비 열처리 시 이미 Li과 SiOx의 반응이 시작되어 전리튬 반응을 컨트롤하기 어렵고, 예비 열처리 시간이 늘어날수록(120분 이상) 균일한 반응이 어렵다는 것을 알 수 있었다. Referring to Comparative Examples 6 and 7, when the pretreatment (preliminary heat treatment) temperature is excessive at 500 ° C or more, the reaction between Li and SiO x has already started during the preliminary heat treatment, making it difficult to control the entire lithium reaction, and as the preliminary heat treatment time increases, (more than 120 minutes) It was found that a uniform reaction was difficult.

종합하면, 열처리 온도는 800℃ 이하인 것이 상의 균일성을 향상시키기 위해 바람직하다. 또한, 가혹조건에서(믹싱속도 증가, 믹싱시간 증가, 전처리 온도 상승, 전처리 시간 증가, 열처리 온도 증가) 규소계 활물질의 결정화도가 높아져 초기효율은 다소 향상될 수도 있으나, 결정질 규소계 활물질 입자들의 균일한 사이즈 분포를 확보하지 못하여 빠른 수명 열화로 이어진다.In summary, the heat treatment temperature is preferably 800° C. or lower to improve phase uniformity. In addition, under harsh conditions (increase in mixing speed, increase in mixing time, increase in pretreatment temperature, increase in pretreatment time, increase in heat treatment temperature), the crystallinity of the silicon-based active material increases and the initial efficiency may be slightly improved, but the uniformity of the crystalline silicon-based active material particles Failure to ensure size distribution leads to rapid life deterioration.

이상 본 구현예의 실시예들을 설명하였으나, 본 구현예는 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 개시가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 구현예의 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.Although the embodiments of this embodiment have been described above, this embodiment is not limited to the above embodiments and can be manufactured in a variety of different forms, and those skilled in the art to which this disclosure belongs are essential to this embodiment. It will be appreciated that it may be embodied in other specific forms without changing its characteristics. Therefore, the embodiments described above should be understood as illustrative in all respects and not limiting.

Claims (12)

집전체; 및 상기 집전체 상에 위치하며, 복수개의 규소계 활물질 입자들을 포함하는 음극 활물질층을 포함하고,
하기 관계식1을 만족하는 이차전지용 음극:
[관계식1] 0.01 ≤ A-B ≤ 0.81
상기 관계식1에서, A는 상기 음극 활물질층 내에서 임의로 선택되는 50개의 규소계 활물질 입자들에 대한 라만 스펙트럼 피크 강도비 Ia/Ib의 평균값이고, B는 상기 50개의 규소계 활물질 입자들에 대한 각 라만 스펙트럼 피크 강도비 Ia/Ib 값에 대하여, 상위 10개의 값 및 하위 10개의 값을 제외한 나머지 값들의 평균값이며, 상기 Ia는 515±15cm-1에서의 피크강도, 상기 Ib는 470±30cm-1에서의 피크강도이다.
current collector; and a negative active material layer disposed on the current collector and including a plurality of silicon-based active material particles,
A negative electrode for a secondary battery satisfying the following relational expression 1:
[Relationship 1] 0.01 ≤ AB ≤ 0.81
In the relational expression 1, A is the average value of the Raman spectrum peak intensity ratio Ia/Ib for 50 randomly selected silicon-based active material particles in the negative electrode active material layer, and B is each value for each of the 50 silicon-based active material particles. With respect to the Raman spectrum peak intensity ratio Ia/Ib value, the average value of the remaining values excluding the top 10 values and the bottom 10 values, Ia is the peak intensity at 515±15cm -1 , and the Ib is 470±30cm -1 is the peak intensity at
제1항에 있어서,
상기 규소계 활물질은 규소, 규소 산화물(SiOx, 0<x≤2), 규소 합금 및 규소/탄소 복합체로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나인 이차전지용 음극.
According to claim 1,
The silicon-based active material is at least one selected from the group consisting of silicon, silicon oxide (SiO x , 0<x≤2), silicon alloy, and silicon / carbon composite negative electrode for a secondary battery.
제1항에 있어서,
상기 규소계 활물질은 금속 전처리된 규소 산화물을 포함하는 이차전지용 음극.
According to claim 1,
The silicon-based active material is a negative electrode for a secondary battery comprising a metal pre-treated silicon oxide.
제3항에 있어서,
상기 금속 전처리된 규소 산화물은 규소 산화물(SiOx, 0<x≤2);과 상기 규소 산화물의 적어도 일부에 위치하는 금속 실리케이트(MaSibOc, M은 Li 또는 Mg이고, 1≤a≤6, 1≤b<3, 0<c≤7);를 포함하는 이차전지용 음극.
According to claim 3,
The metal pretreated silicon oxide is silicon oxide (SiO x , 0<x≤2); and a metal silicate (M a Si b O c , M is Li or Mg, and 1≤a located on at least a part of the silicon oxide) ≤6, 1≤b<3, 0<c≤7); a negative electrode for a secondary battery comprising a.
제3항에 있어서,
상기 금속 전처리된 규소 산화물은 총 중량에 대하여 금속 실리케이트를 40 내지 95중량% 포함하는 이차전지용 음극.
According to claim 3,
The metal pretreated silicon oxide is a negative electrode for a secondary battery comprising 40 to 95% by weight of a metal silicate based on the total weight.
제1항에 있어서,
하기 관계식2를 더 만족하는 이차전지용 음극:
[관계식2] 0.01 ≤ A-C ≤ 0.65
상기 관계식2에서, A는 상기 음극 활물질층 내에서 임의로 선택되는 50개의 규소계 활물질 입자들에 대한 라만 스펙트럼 피크 강도비 Ia/Ib의 평균값이고, C는 상기 50개의 규소계 활물질 입자들에 대한 각 라만 스펙트럼 피크 강도비 Ia/Ib 값에 대하여, 상위 5개의 값 및 하위 5개의 값을 제외한 나머지 값들의 평균값이며, 상기 Ia는 515±15cm-1에서의 피크강도, 상기 Ib는 470±30cm-1에서의 피크강도이다.
According to claim 1,
A negative electrode for a secondary battery further satisfying the following relational expression 2:
[Relationship 2] 0.01 ≤ AC ≤ 0.65
In the relational expression 2, A is the average value of the Raman spectrum peak intensity ratio Ia/Ib for 50 randomly selected silicon-based active material particles in the negative electrode active material layer, and C is the average value for each of the 50 silicon-based active material particles. With respect to the Raman spectrum peak intensity ratio Ia/Ib value, the average value of the remaining values excluding the top 5 values and the bottom 5 values, wherein Ia is the peak intensity at 515±15cm -1 , and the Ib is 470±30cm -1 is the peak intensity at
제6항에 있어서,
하기 관계식3a, 관계식3b 및 관계식3c 중에서 선택되는 적어도 하나를 만족하는 이차전지용 음극:
[관계식3a] 0.3 ≤ A ≤ 8.50
[관계식3b] 0.3 ≤ B ≤ 7.71
[관계식3c] 0.3 ≤ C ≤ 7.91
상기 관계식3a, 3b 및 3c에서, A는 상기 음극 활물질층 내에서 임의로 선택되는 50개의 규소계 활물질 입자들에 대한 라만 스펙트럼 피크 강도비 Ia/Ib의 평균값이며, B는 상기 50개의 규소계 활물질 입자들에 대한 각 라만 스펙트럼 피크 강도비 Ia/Ib 값에 대하여, 상위 10개의 값 및 하위 10개의 값을 제외한 나머지 값들의 평균값이며, C는 상기 50개의 규소계 활물질 입자들에 대한 각 라만 스펙트럼 피크 강도비 Ia/Ib 값에 대하여, 상위 5개의 값 및 하위 5개의 값을 제외한 나머지 값들의 평균값이다.
According to claim 6,
A negative electrode for a secondary battery that satisfies at least one selected from the following relations 3a, 3b and 3c:
[Relationship 3a] 0.3 ≤ A ≤ 8.50
[Relationship 3b] 0.3 ≤ B ≤ 7.71
[Relationship 3c] 0.3 ≤ C ≤ 7.91
In the relations 3a, 3b, and 3c, A is the average value of the Raman spectrum peak intensity ratio Ia/Ib for 50 randomly selected silicon-based active material particles in the negative electrode active material layer, and B is the average value of the 50 silicon-based active material particles For each Raman spectrum peak intensity ratio Ia / Ib value for , the average value of the remaining values excluding the top 10 values and the bottom 10 values, C is the peak intensity of each Raman spectrum for the 50 silicon-based active material particles For the ratio Ia/Ib value, it is the average value of the remaining values excluding the top 5 values and the bottom 5 values.
제1항에 있어서,
상기 음극 활물질층은 음극 활물질 총 중량에 대하여 상기 규소계 활물질 입자들을 10 중량% 이상 포함하는 이차전지용 음극.
According to claim 1,
The negative electrode active material layer includes 10% by weight or more of the silicon-based active material particles based on the total weight of the negative electrode active material.
a) 규소 화합물 입자들과 금속 전구체를 200 내지 800rpm으로 혼합(mixing)하는 공정;
b) 상기 a)단계의 산물을 100℃ 이상 500℃ 미만에서 예비 열처리하는 공정; 및
c) 상기 b) 단계의 산물을 500 내지 800℃에서 열처리하는 공정;을 포함하여 음극 활물질을 마련하는, 이차전지용 음극의 제조방법.
a) mixing the silicon compound particles and the metal precursor at 200 to 800 rpm;
b) preliminarily heat-treating the product of step a) at 100° C. or more and less than 500° C.; and
c) a step of heat-treating the product of step b) at 500 to 800 ° C; to prepare a negative electrode active material, including a method for producing a negative electrode for a secondary battery.
제9항에 있어서,
상기 a)단계 이전에
p1) Si 분말과 SiO2 분말을 혼합하여 900℃ 미만으로 열처리하는 공정;을 더 포함하여 상기 규소 화합물 입자들을 마련하는, 이차전지용 음극의 제조방법.
According to claim 9,
Before step a) above
p1) a step of mixing Si powder and SiO 2 powder and heat-treating the powder at less than 900° C.; further comprising preparing the silicon compound particles, a method for manufacturing a negative electrode for a secondary battery.
제9항에 있어서,
상기 a)단계 이전에
p1) Si 분말과 SiO2 분말을 혼합하여 900℃ 미만으로 열처리하는 공정; 및
p2) 상기 p1)단계의 산물을 탄화수소 가스 존재 하에 800℃ 미만으로 열처리하는 공정;을 더 포함하여 상기 규소 화합물 입자들을 마련하는, 이차전지용 음극의 제조방법.
According to claim 9,
Before step a) above
p1) mixing Si powder and SiO 2 powder and heat-treating at less than 900°C; and
p2) heat-treating the product of step p1) at less than 800° C. in the presence of a hydrocarbon gas; the method of manufacturing a negative electrode for a secondary battery, further comprising preparing the silicon compound particles.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 음극을 포함하는 이차전지.
A secondary battery comprising the negative electrode of any one of claims 1 to 8.
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