KR20240022268A - Anode active material for lithium secondary battery, secondary battery comprising same, and method of manufactureing thereof - Google Patents

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조문규
박세민
유승재
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Abstract

본 발명은 리튬 이차전지용 음극 활물질, 이를 포함하는 이차전지, 및 이의 제조방법에 관한 것이며, 리튬 이차전지용 음극 활물질은 흑연계 모재 및 상기 흑연계 모재 표면에 코팅되는 코팅층을 포함하고, 상기 코팅층은 카본층 및 적어도 하나 이상의 카본비즈(Carbon Beads)를 포함하며, 상기 카본층 및 상기 카본비즈는 황을 포함하는 만족할 수 있다.The present invention relates to a negative electrode active material for lithium secondary batteries, a secondary battery containing the same, and a method for manufacturing the same. The negative electrode active material for lithium secondary batteries includes a graphite-based base material and a coating layer coated on the surface of the graphite-based base material, and the coating layer is carbon. It includes a layer and at least one carbon bead, and the carbon layer and the carbon bead may contain sulfur.

Description

리튬 이차전지용 음극 활물질, 이를 포함하는 이차전지, 및 이의 제조 방법{ANODE ACTIVE MATERIAL FOR LITHIUM SECONDARY BATTERY, SECONDARY BATTERY COMPRISING SAME, AND METHOD OF MANUFACTUREING THEREOF}Negative active material for lithium secondary battery, secondary battery containing same, and manufacturing method thereof

본 발명은 전지에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 리튬 이차전지용 음극재, 이를 포함하는 이차전지, 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to batteries, and more specifically, to a negative electrode material for lithium secondary batteries, a secondary battery containing the same, and a method for manufacturing the same.

화석 연료의 고갈과 상기 화석 연료 사용에 따른 환경 오염 문제에 대한 사회적 관심이 고조되고, 이를 해결하기 위한 방안으로서, 친환경 에너지원이 주목받고 있다. 상기 친환경 에너지원 중 전기 에너지에 대한 관심이 고조되고 있고, 특히, 리튬 이차 전지가 주목받고 있다.Social interest in the depletion of fossil fuels and environmental pollution caused by the use of fossil fuels is increasing, and eco-friendly energy sources are attracting attention as a solution to this problem. Among the eco-friendly energy sources, interest in electric energy is increasing, and in particular, lithium secondary batteries are attracting attention.

리튬 이차전지는 휴대폰 및 노트북과 같은 소형 응용 분야와 전기자동차 및 에너지저장시스템과 같은 중대형 응용 분야에 광범위하게 사용되고 있다. 상기 리튬 이차전지의 적용 범위의 확대에 따라 고용량 및 고출력을 위한 신규 소재 개발이 중요해지고 있다. 그러나, 상기 소형 응용 분야에서의 효율적인 사용 시간 확충, 상기 전기자동차와 같은 상기 중대형 응용 분야에서의 에너지 특성 향상과 같은 전기 화학적 특성에 대한 향상 방안을 고려할 때, 상기 전기 화학적 특성에 대한 개선은 해결되어야 할 기술적 과제로 남아있다. 구체적으로, 상기 리튬 이차전지의 구성 중 음극재는 리튬이온을 저장하는 역할을 하며, 상기 리튬 이차전지의 용량 및 수명과 관련된 요소이다. 상기 음극재로 리튬의 삽입/탈리가 가능한 인조 흑연, 천연 흑연, 하드 카본을 포함한 다양한 형태의 탄소계 재료가 적용되어 왔다. 흑연은 리튬 대비 방전 전압이 0.2 V로 낮아, 상기 흑연을 음극 활물질로 사용한 전지는 3.6V의 높은 방전 전압을 나타내여, 리튬 이차 전지의 에너지 밀도 면에서 이점을 제공한다. 또한, 뛰어난 가역성으로 리튬 이차 전지의 장수명을 보장하여 가장 널리 사용되고 있다.Lithium secondary batteries are widely used in small-sized applications such as mobile phones and laptops, and medium-to-large applications such as electric vehicles and energy storage systems. As the scope of application of lithium secondary batteries expands, the development of new materials for high capacity and high output is becoming important. However, when considering ways to improve electrochemical properties such as expanding efficient use time in small applications and improving energy characteristics in medium to large applications such as electric vehicles, improvement in electrochemical properties must be addressed. There remain technical challenges to be accomplished. Specifically, among the components of the lithium secondary battery, the negative electrode material serves to store lithium ions and is an element related to the capacity and lifespan of the lithium secondary battery. Various types of carbon-based materials including artificial graphite, natural graphite, and hard carbon that allow insertion/extraction of lithium have been used as the anode material. Graphite has a low discharge voltage of 0.2 V compared to lithium, and batteries using graphite as a negative electrode active material exhibit a high discharge voltage of 3.6 V, providing an advantage in terms of energy density of lithium secondary batteries. In addition, it is the most widely used as it guarantees the long life of lithium secondary batteries due to its excellent reversibility.

상기 천연 흑연의 경우 저가이면서도 인조 흑연과 유사한 전기 화학적 특성을 나타내기 때문에 음극재로의 효용성이 우수한 이점이 있다. 그러나, 천연 흑연은 판상의 형상을 가지고 있어, 표면적이 크고 모서리(edge) 부분이 그대로 노출되어 음극 활물질로 적용 시 전해질의 침투나 분해 반응이 일어나는 문제가 있다. 이 때문에, 모서리 부분이 박리되거나 파괴되어 비가역 반응이 크게 일어나며, 이를 전극 극판으로 제조할 때, 흑연 화물질이 집전체상에 납작하게 압착 배향되어 전해액의 함침이 용이하지 않아 충방전 특성이 저하되기도 한다.In the case of natural graphite, it has the advantage of excellent utility as a cathode material because it is inexpensive and exhibits electrochemical properties similar to artificial graphite. However, natural graphite has a plate-like shape, so it has a large surface area and its edges are exposed, which poses a problem of electrolyte penetration or decomposition reaction when applied as a negative electrode active material. For this reason, the edges are peeled off or destroyed, causing a large irreversible reaction, and when manufacturing this into an electrode plate, the graphite material is pressed and oriented flat on the current collector, making it difficult to impregnate the electrolyte, leading to a decrease in charge and discharge characteristics. do.

이를 해결하기 위해 천연 흑연은 비가역 반응을 줄이고 전극의 공정성을 향상시키기 위해 구형화 과정과 같은 후처리 가공을 통해 매끈한 형태의 표면 형상으로 변형을 위한 노력을 하고 있다. To solve this problem, efforts are being made to transform natural graphite into a smooth surface shape through post-processing such as spheronization to reduce irreversible reactions and improve electrode fairness.

상기 음극재로서 상용화된 흑연은 리튬 이온의 삽입과 탈리가 일어나는 동안 결정구조의 변화가 적어 산화 및 환원 반응이 지속적으로 일어나 우수한 수명특성과 높은 이론 용량을 나타낸다. 그러나, 상기 흑연은 탄소원자 6개 당 1개의 리튬 이온만을 수용할 수 있어, 제한적인 이론용량, 예를 들어 372 mAh/g 정도를 확보할 수 있어, 고출력 및 고용량의 요구 조건에 대한 한계가 있다.Graphite commercialized as the anode material shows excellent lifespan characteristics and high theoretical capacity due to continuous oxidation and reduction reactions due to small changes in crystal structure during insertion and desorption of lithium ions. However, the graphite can only accommodate one lithium ion per six carbon atoms, so it can secure a limited theoretical capacity, for example, about 372 mAh/g, which limits the requirements for high output and high capacity. .

상기 흑연의 한계를 극복하기 위한 새로운 음극재 연구가 계속되고 있으며, 전술한 문제점을 해결하기 위해, 상기 음극재의 전해액과의 부반응을 억제하고 전도성을 더욱 향상시키기 위한 노력이 필요하다.Research on new anode materials is continuing to overcome the limitations of graphite, and in order to solve the above-mentioned problems, efforts are needed to suppress side reactions of the anode material with the electrolyte and further improve conductivity.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 전해액과의 부반응을 억제하고 전도성을 더욱 향상시킨 음극재를 제공하는 것이다.The technical problem to be solved by the present invention is to provide a negative electrode material that suppresses side reactions with electrolyte and further improves conductivity.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는 전술한 이점을 갖는 상기 음극재를 포함하는 리튬 이차 전지를 제공하는 것이다.Another technical problem to be solved by the present invention is to provide a lithium secondary battery including the anode material having the above-described advantages.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는 전술한 이점을 갖는 음극재를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.Another technical problem to be solved by the present invention is to provide a method of manufacturing a negative electrode material having the above-described advantages.

본 발명의 일 실시예에 따른, 리튬 이차전지용 음극 활물질은 흑연계 모재; 및 상기 흑연계 모재 표면에 코팅되는 코팅층을 포함하고, 상기 코팅층은 카본층 및 적어도 하나 이상의 카본비즈(Carbon Beads)를 포함하며, 상기 카본층 및 상기 카본비즈는 황을 포함하며, 코팅재의 함량은 음극 활물질 내 중량%로 1.00 내지 5.00 wt% 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a negative electrode active material for a lithium secondary battery includes a graphite-based base material; and a coating layer coated on the surface of the graphite-based base material, wherein the coating layer includes a carbon layer and at least one carbon bead, wherein the carbon layer and the carbon beads include sulfur, and the content of the coating material is The negative electrode active material may contain 1.00 to 5.00 wt% by weight.

일 실시예에서, 리튬 이차전지용 음극 활물질은 하기 식 1을 만족할 수 있다.In one embodiment, a negative electrode active material for a lithium secondary battery may satisfy Equation 1 below.

<식 1><Equation 1>

30 ≤ 코팅재의 함량[wt%]/ 황 함량[wt%] ≤ 12530 ≤ Coating material content [wt%]/ Sulfur content [wt%] ≤ 125

일 실시예에서, 리튬 이차전지용 음극 활물질은 하기 식 2를 만족할 수 있다.In one embodiment, a negative electrode active material for a lithium secondary battery may satisfy Equation 2 below.

<식 2><Equation 2>

1.0 ≤ 코팅재 함량[wt%] × BET 비표면적[m2/g] ≤ 131.0 ≤ Coating material content [wt%] × BET specific surface area [m 2 /g] ≤ 13

일 실시예에서, 리튬 이차전지용 음극 활물질은 하기 식 3을 만족할 수 있다.In one embodiment, a negative electrode active material for a lithium secondary battery may satisfy Equation 3 below.

<식 3><Equation 3>

0.7 ≤ Raman(Id/Ig) 비율 × 황 함량[wt%] × 100 ≤ 1.50.7 ≤ Raman(I d /I g ) ratio × sulfur content [wt%] × 100 ≤ 1.5

(상기 Id는 파장 1350 cm-1 부근의 비정질 탄소의 피크 강도를 의미하고, Ig는 파장 1575 cm-1 부근의 결정질 탄소의 피크 강도를 의미한다)(The I d refers to the peak intensity of amorphous carbon around a wavelength of 1350 cm -1 , and I g refers to the peak intensity of crystalline carbon around a wavelength of 1575 cm -1 )

일 실시예에서, 2차 입자의 D90 입경 - D10 입경은 22.6 내지 23.9 ㎛일 수 있다. 일 실시예에서, 상기 2차 입자의 D10 입경은 7.3 내지 14.1 ㎛일 수 있다.In one embodiment, the D90 particle size - D10 particle size of the secondary particles may be 22.6 to 23.9 ㎛. In one embodiment, the D10 particle size of the secondary particles may be 7.3 to 14.1 ㎛.

일 실시예에서, 상기 2차 입자의 Span 값((D90-D10)/D50)은 0.96 내지 1.55일 수 있다. 일 실시예에서, Raman(Id/Ig)의 비율은 0.346 내지 0.362의 범위를 만족할 수 있다. In one embodiment, the Span value ((D90-D10)/D50) of the secondary particle may be 0.96 to 1.55. In one embodiment, the ratio of Raman (I d /I g ) may satisfy the range of 0.346 to 0.362.

(상기 Id는 파장 1350 cm-1 부근의 비정질 탄소의 피크 강도를 의미하고, Ig는 파장 1575 cm-1 부근의 결정질 탄소의 피크 강도를 의미한다)(The I d refers to the peak intensity of amorphous carbon around a wavelength of 1350 cm -1 , and I g refers to the peak intensity of crystalline carbon around a wavelength of 1575 cm -1 )

일 실시예에서, 배향도(I004/I110)는 10.0 내지 14.0일 수 있다.In one embodiment, the degree of orientation (I 004 /I 110 ) may be 10.0 to 14.0.

(상기 I004는 XRD 패턴에 있어서 흑연 결정의 (004)면의 배향성 피크 강도이고, 상기 I110는 XRD 패턴에 있어서 흑연 결정의 (110)면의 배향성 피크 강도를 의미한다)(I 004 is the orientation peak intensity of the (004) plane of the graphite crystal in the XRD pattern, and I 110 means the orientation peak intensity of the (110) plane of the graphite crystal in the XRD pattern)

일 실시예에서, 상기 황의 함량은 중량 %로, 0.026 내지 0.04 중량%일 수 있다. 일 실시예에서, 상기 흑연계 모재는 천연흑연, 인조흑연 및 이들의 조합일 수 있다. 일 실시예에서, 상기 카본층은 비정질 카본층일 수 있다.In one embodiment, the sulfur content, in weight percent, may be 0.026 to 0.04 weight percent. In one embodiment, the graphite-based base material may be natural graphite, artificial graphite, or a combination thereof. In one embodiment, the carbon layer may be an amorphous carbon layer.

일 실시예에서, 상기 카본층의 두께는 1 내지 30 ㎚의 두께일 수 있다. 일 실시예에서, 상기 적어도 하나 이상의 카본비즈는 적어도 하나 이상의 클러스터(Cluster)로 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 적어도 하나 이상의 카본비즈는 구형 및 타원형 중 적어도 하나일 수 있다.In one embodiment, the carbon layer may have a thickness of 1 to 30 nm. In one embodiment, the at least one carbon bead may be composed of at least one cluster. In one embodiment, the at least one carbon bead may have at least one of a spherical shape and an oval shape.

본 발명의 다른 실시예에서, 본 발명의 리튬 이차전지용 음극 활물질의 제조 방법은 흑연계 피코팅물질과 황을 함유하는 코팅물질을 혼합하여 코팅층을 형성하는 단계, 및 상기 코팅층이 형성된 결과물을 800 내지 2,700 ℃ 범위에서 열처리하여 탄화하는 단계를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 흑연계 피코팅물질과 황을 함유하는 코팅물질을 혼합하여 코팅층을 형성하는 단계에서, 상기 코팅물질에 대한 상기 피코팅물질의 비는 1/20 내지 1/5 일 수 있다.In another embodiment of the present invention, the method for producing a negative electrode active material for a lithium secondary battery of the present invention includes forming a coating layer by mixing a graphite-based coating material and a sulfur-containing coating material, and the resulting coating layer is processed for 800 to 800 hours. It may include carbonizing by heat treatment in the range of 2,700°C. In one embodiment, in the step of forming a coating layer by mixing a graphite-based coating material and a sulfur-containing coating material, the ratio of the coating material to the coating material may be 1/20 to 1/5.

일 실시예에서, 상기 흑연계 피코팅물질은 천연흑연, 인조흑연 및 이들의 조합을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 흑연계 피코팅물질과 황을 함유하는 코팅물질을 혼합하여 코팅층을 형성하는 단계에서, 상기 피코팅물질의 퀴놀린 불용분(QI)은 상기 피코팅물질 전체 중량에 대해 0.05 중량% 내지 2.0 중량% 일 수 있다.In one embodiment, the graphite-based material to be coated may include natural graphite, artificial graphite, and combinations thereof. In one embodiment, in the step of forming a coating layer by mixing a graphite-based coating material and a sulfur-containing coating material, the quinoline insoluble content (QI) of the coating material is 0.05% by weight based on the total weight of the coating material. It may be from 2.0% by weight.

일 실시예에서, 흑연계 피코팅물질과 황을 함유하는 코팅물질을 혼합하여 코팅층을 형성하는 단계에서, 상기 피코팅물질의 고정 탄소량이 콜타르 전체 중량에 대하여 19.5 내지 96.2 중량%일 수 있다.In one embodiment, in the step of forming a coating layer by mixing a graphite-based coating material and a sulfur-containing coating material, the amount of fixed carbon in the coating material may be 19.5 to 96.2% by weight based on the total weight of coal tar.

일 실시예에 따른, 음극재는 황을 포함하는 카본층 및 적어도 하나 이상의 나노카본비즈를 코팅층으로 포함함으로써, 전해액과의 부반응을 억제하고 전도성을 더욱 향상시킨 음극 활물질을 제공하는 것이다.According to one embodiment, the negative electrode material includes a carbon layer containing sulfur and at least one nanocarbon bead as a coating layer, thereby providing a negative electrode active material that suppresses side reactions with the electrolyte solution and further improves conductivity.

본 발명의 다른 실시예에 따른, 상기 이점을 갖는 음극 활물질을 제공하는 방법을 제공하는 것이다.According to another embodiment of the present invention, a method of providing a negative electrode active material having the above advantages is provided.

도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른, 리튬 이차전지용 음극 활물질의 SEM 사진이고, 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른, 리튬 이차전지용 음극 활물질의 성분 분석 그래프이며, 도 1c는 본 발명의 일 실시예에 따른, 카본층의 TEM 사진을 도시한다.
도 2는 본 발명의 비교예에 따른, 리튬 이차전지용 음극 활물질의 SEM 사진이다.
FIG. 1A is a SEM photograph of a negative electrode active material for a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention, FIG. 1B is a component analysis graph of a negative electrode active material for a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1C is a graph of the negative electrode active material for a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention. A TEM photo of the carbon layer is shown, according to one embodiment of the present invention.
Figure 2 is an SEM photograph of a negative electrode active material for a lithium secondary battery according to a comparative example of the present invention.

제1, 제2 및 제3 등의 용어들은 다양한 부분, 성분, 영역, 층 및/또는 섹션들을 설명하기 위해 사용되나 이들에 한정되지 않는다. 이들 용어들은 어느 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션을 다른 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션과 구별하기 위해서만 사용된다. 따라서, 이하에서 서술하는 제1 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 제2 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션으로 언급될 수 있다.Terms such as first, second, and third are used to describe, but are not limited to, various parts, components, regions, layers, and/or sections. These terms are used only to distinguish one part, component, region, layer or section from another part, component, region, layer or section. Accordingly, the first part, component, region, layer or section described below may be referred to as the second part, component, region, layer or section without departing from the scope of the present invention.

여기서 사용되는 전문 용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 “포함하는”의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.The terminology used herein is only intended to refer to specific embodiments and is not intended to limit the invention. As used herein, singular forms include plural forms unless phrases clearly indicate the contrary. As used in the specification, “comprising” means specifying a particular characteristic, area, integer, step, operation, element and/or ingredient, and the presence or presence of another characteristic, area, integer, step, operation, element and/or ingredient. This does not exclude addition.

어느 부분이 다른 부분의 "위에" 또는 "상에" 있다고 언급하는 경우, 이는 바로 다른 부분의 위에 또는 상에 있을 수 있거나 그 사이에 다른 부분이 수반될 수 있다. 대조적으로 어느 부분이 다른 부분의 "바로 위에" 있다고 언급하는 경우, 그 사이에 다른 부분이 개재되지 않는다.When a part is referred to as being “on” or “on” another part, it may be directly on or on the other part or may be accompanied by another part in between. In contrast, when a part is said to be "directly on top" of another part, there is no intervening part between them.

본 명세서에서, D1O이란 입도 누적 분포 곡선(Cumulative size-distribution curve)에서 부피비로 10%에서의 입자 크기를 의미하며, D50은 부피비로 50%에서의 입자 크기, D90은 부피비로 90%에서의 입자 크기를 의미한다.In this specification, D1O means the particle size at 10% by volume in the cumulative size-distribution curve, D50 is the particle size at 50% by volume, and D90 is the particle size at 90% by volume. It means size.

다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.Although not defined differently, all terms including technical and scientific terms used herein have the same meaning as those generally understood by those skilled in the art in the technical field to which the present invention pertains. Terms defined in commonly used dictionaries are further interpreted as having meanings consistent with related technical literature and currently disclosed content, and are not interpreted in ideal or very formal meanings unless defined.

이하, 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily implement the present invention. However, the present invention may be implemented in many different forms and is not limited to the embodiments described herein.

도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른, 리튬 이차전지용 음극 활물질의 SEM 사진이고, 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른, 리튬 이차전지용 음극 활물질의 성분 분석 그래프이며, 도 1c는 본 발명의 일 실시예에 따른, 카본층의 TEM 사진을 도시한다.FIG. 1A is a SEM photograph of a negative electrode active material for a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention, FIG. 1B is a component analysis graph of a negative electrode active material for a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1C is a graph of the negative electrode active material for a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention. A TEM image of the carbon layer is shown, according to one embodiment of the present invention.

도 1a를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른, 리튬 이차전지용 음극 활물질은, 흑연계 모재, 상기 흑연계 모재 표면에 코팅되는 코팅층을 포함하고, 상기 코팅층은 카본층 및 적어도 하나 이상의 카본비즈(Carbon Beads)를 포함한다.Referring to FIG. 1A, a negative electrode active material for a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention includes a graphite-based base material and a coating layer coated on the surface of the graphite-based base material, and the coating layer includes a carbon layer and at least one carbon bead. (Carbon Beads).

상기 흑연계 모재는 천연 흑연, 인조흑연, 흑연화탄소 섬유, 흑연화 메조카본 마이크로비드, 석유코크스, 수지소성체, 탄소섬유, 열부†Y 탄소 드으이 비정질 탄소로 이루어진 물질 중 적어도 하나가 사용될 수 있다. 구체적으로, 상기 흑연계 모재는 천연 흑연 또는 인조흑연일 수 있다.The graphite-based base material may be at least one of natural graphite, artificial graphite, graphitized carbon fiber, graphitized mesocarbon microbeads, petroleum coke, resin sintered body, carbon fiber, heat part Y carbon, and a material made of amorphous carbon. . Specifically, the graphite-based base material may be natural graphite or artificial graphite.

상기 코팅층은 코팅 물질에 의해, 상기 실리콘 모재 표면 상에 적어도 일부 코팅되는 것 일 수 있다. 상기 코팅층은 상기 실리콘 모재 표면 일부 또는 전부에 코팅될 수 있다. The coating layer may be at least partially coated on the surface of the silicon base material using a coating material. The coating layer may be coated on part or all of the surface of the silicon base material.

상기 코팅층은 비정질 카본층, 소프트 카본층 및 이들의 조합으로 구성된 층일 수 있다. 구체적으로, 상기 코팅층은 콜타르 탄소 코팅층일 수 있고, 탄화온도 1,200 ℃ 이하에서 비정질 카본층이 형성되고, 1,250 내지 2,700 ℃ 범위에서의 결정질과 비정질이 혼재하는 소프트 카본층이 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 코팅층은 비정질 또는 결정질이 혼재할 수 있다. The coating layer may be a layer composed of an amorphous carbon layer, a soft carbon layer, or a combination thereof. Specifically, the coating layer may be a coal tar carbon coating layer, and an amorphous carbon layer may be formed at a carbonization temperature of 1,200°C or lower, and a soft carbon layer containing a mixture of crystalline and amorphous elements may be formed in the range of 1,250 to 2,700°C. Accordingly, the coating layer may be amorphous or crystalline.

일 실시예에서, 상기 코팅층은 상기 음극 활물질 내에 1.00 내지 5.00 wt%의 코팅재를 함유할 수 있다. 구체적으로, 상기 코팅재의 함량은 상기 음극 활물질 내에 1.04 내지 4.16 wt % 포함될 수 있다. 더욱 구체적으로 상기 코팅재의 함량은 상기 음극 활물질 내에 1.04 내지 3.12 wt% 포함될 수 있다. 상기 코팅재의 함량은, 900 ℃의 탄화과정을 거친 후의 코팅재 함량을 의미한다.In one embodiment, the coating layer may contain 1.00 to 5.00 wt% of a coating material in the negative electrode active material. Specifically, the content of the coating material may be 1.04 to 4.16 wt % in the negative electrode active material. More specifically, the content of the coating material may be 1.04 to 3.12 wt% in the negative electrode active material. The content of the coating material refers to the content of the coating material after going through a carbonization process at 900°C.

상기 코팅재의 함량이 상한 값을 벗어나면, 코팅층이 두껍게 형성되어 리튬 이온의 이동을 저해하고 비가역을 발생시켜 초기효율과 초기용량이 저하됨에 따라 수명의 열화를 초래하는 문제가 있다. 상기 코팅재의 함량이 하한 값을 벗어나면, 코팅층의 형성이 불충분해져, 흑연의 가장자리(Edge)면을 충분히 코팅하지 못하여 전해액과 부반응을 초래하여 전지의 수명을 열화시키는 문제가 있다.If the content of the coating material exceeds the upper limit, the coating layer is formed thickly, which inhibits the movement of lithium ions and causes irreversibility, leading to a decrease in initial efficiency and initial capacity, resulting in a deterioration of lifespan. If the content of the coating material exceeds the lower limit, the formation of the coating layer becomes insufficient, and the edge surface of the graphite cannot be sufficiently coated, resulting in a side reaction with the electrolyte solution and deteriorating the lifespan of the battery.

일 실시예에서, 상기 코팅층은 전술한 비정질 또는 결정질을 포함하는 카본층 및 적어도 하나 이상의 카본비즈(Carbon Beads)를 포함할 수 있다. 상기 카본층 및 상기 카본비즈는 코팅물질, 예를 들어, 콜타르 유래 코팅물질로부터 코팅된 것일 수 있다. 상기 카본층은 탄소 함량이 높은 층상 구조의 코팅층일 수 있다. 상기 카본비즈는 상기 탄소 함량이 높은 알갱이 형상일 수 있다.In one embodiment, the coating layer may include the amorphous or crystalline carbon layer described above and at least one carbon bead. The carbon layer and the carbon beads may be coated with a coating material, for example, a coating material derived from coal tar. The carbon layer may be a layered coating layer with a high carbon content. The carbon beads may be in the shape of grains with a high carbon content.

일 실시예에서, 상기 카본층 및 카본비즈는 황(Sulfur)을 포함할 수 있다. 상기 카본층 및 상기 카본비즈가 황을 포함함으로써, 카본 격자에 도핑된 황이 여분의 전자를 제공함으로써, 전자 농도를 증가시켜 전기전도도를 향상시키는 이점이 있다.In one embodiment, the carbon layer and carbon beads may contain sulfur. Since the carbon layer and the carbon beads contain sulfur, the sulfur doped into the carbon lattice provides extra electrons, thereby increasing the electron concentration and improving electrical conductivity.

도 1b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른, 리튬 이차전지용 음극 활물질에서, 상기 카본층 및 카본비즈는 전체 음극 활물질 조성물 100 중량% 기준으로, 상기 황 함량이 0.026 내지 0.040 중량%를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 황 함량은 0.030 내지 0.036 중량 % 포함할 수 있다. 상기 황 함량이 상한 값을 벗어나는 경우, 황을 함유한 코팅층이 두껍게 형성되어, 리튬 이온의 이동을 저하시키고, 전지의 수명을 열화시키는 문제가 있다. 상기 황 함량이 하한 값을 벗어나는 경우, 코팅층의 형성이 불충분해져 흑연의 가장자리(Edge)면을 충분히 코팅하지 못하여, 전해액과의 부반응을 초래하여 전지 수명의 열화를 초래하는 문제가 있다.Referring to FIG. 1B, in the negative electrode active material for a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention, the carbon layer and the carbon beads contain 0.026 to 0.040% by weight of sulfur based on 100% by weight of the total negative electrode active material composition. can do. Specifically, the sulfur content may include 0.030 to 0.036% by weight. If the sulfur content exceeds the upper limit, the coating layer containing sulfur is formed thickly, which reduces the movement of lithium ions and deteriorates the lifespan of the battery. If the sulfur content exceeds the lower limit, the formation of the coating layer becomes insufficient and the edge surface of the graphite cannot be sufficiently coated, resulting in a side reaction with the electrolyte solution, resulting in a problem of deterioration of battery life.

본 발명의 일 실시예에 따른, 리튬 이차전지용 음극 활물질의 코팅층은 비정질 또는 결정질 중 적어도 하나 이상의 층이 혼재하는 카본층일 수 있다. 일 실시예에서, 상기 카본층의 두께는 1 내지 30 ㎚ 범위의 두께를 가질 수 있다. 구체적으로, 상기 카본층의 두께는 3 내지 30 ㎚ 범위를 가질 수 있다. 상기 카본층의 두께가 상한 값을 벗어나는 경우, 코팅층이 저항으로 작용함에 따라 리튬 이온의 이동이 저해되고, 비가역을 발생시켜 초기 효율과 초기 용량이 저하되어 전지 수명이 열화되는 문제가 있다. 상기 카본층의 두께가 하한 값을 벗어나는 경우, 카본층의 형성이 불충분하여 흑연의 가장자리(Edge) 면을 충분하게 코팅하지 못하여 전해액과의 부반응을 초래하여 전지의 수명을 열화시키는 문제가 있다. According to an embodiment of the present invention, the coating layer of the negative electrode active material for a lithium secondary battery may be a carbon layer in which at least one of amorphous and crystalline layers coexists. In one embodiment, the carbon layer may have a thickness ranging from 1 to 30 nm. Specifically, the thickness of the carbon layer may range from 3 to 30 nm. If the thickness of the carbon layer exceeds the upper limit, the coating layer acts as a resistance, inhibiting the movement of lithium ions, causing irreversibility, which reduces initial efficiency and initial capacity, leading to a problem that battery life is deteriorated. If the thickness of the carbon layer exceeds the lower limit, the formation of the carbon layer is insufficient and the edge surface of the graphite cannot be sufficiently coated, resulting in a side reaction with the electrolyte solution, which reduces the lifespan of the battery.

일 실시예에서, 상기 카본비즈는 적어도 하나 이상의 클러스터(Cluster)로 구성될 수 있다. 상기 클러스터는 알갱이들의 집단을 의미하는 것으로, 상기 카본비즈가 단일 알갱이 뿐만 아니라, 상기 알갱이들이 집합된 집단 형상을 가질 수 있다. 상기 카본비즈가 적어도 하나 이상의 클러스터로 구성됨으로써, 전도성 체인을 형성하여 우수한 전기 전도도를 확보할 수 있는 이점이 있다. In one embodiment, the carbon beads may be composed of at least one cluster. The cluster refers to a group of grains, and the carbon beads may have the shape of not only a single grain, but also a group of grains. Since the carbon beads are composed of at least one cluster, there is an advantage in securing excellent electrical conductivity by forming a conductive chain.

일 실시예에서, 적어도 하나 이상의 상기 카본비즈는 상기 흑연계 모재 및 상기 카본층 중 적어도 하나 이상에 배치될 수 있다. 구체적으로, 상기 카본비즈는 상기 흑연계 모재 상에 배치될 수 있고, 상기 카본층 상에 배치될 수도 있으며, 상기 흑연계 모재 상에 일부가 배치되고, 상기 카본층 상에 일부가 배치될 수도 있다.In one embodiment, the at least one carbon bead may be disposed on at least one of the graphite-based base material and the carbon layer. Specifically, the carbon beads may be disposed on the graphite-based base material, may be placed on the carbon layer, may be partially disposed on the graphite-based base material, and may be partially disposed on the carbon layer. .

일 실시예에서, 본 발명의 음극 활물질은 적어도 하나 이상의 2차 입자로 구성될 수 있으며, 상기 2차 입자의 D10은 7.3 내지 14.1 ㎛ 일 수 있다. 구체적으로, 상기 D10은 8.52 내지 12.1 ㎛ 일 수 있다. 더욱 구체적으로, 상기 D10은 2.3 내지 4.0 ㎛ 일 수 있다. 상기 D10의 범위가 하한 값을 벗어나는 경우, 미분함량이 많아져 접촉의 문제가 발생하며, 전기화학적 특성이 열화되는 문제가 있다. In one embodiment, the negative electrode active material of the present invention may be composed of at least one secondary particle, and the D10 of the secondary particle may be 7.3 to 14.1 ㎛. Specifically, D10 may be 8.52 to 12.1 ㎛. More specifically, D10 may be 2.3 to 4.0 ㎛. If the range of D10 is outside the lower limit, the content of fine powder increases, causing contact problems and deterioration of electrochemical properties.

일 실시예에서, 2차 입자의 평균입경(D50)은 13.9 내지 23.7 ㎛ 일 수 있다. 구체적으로, 상기 D50은 15.5 내지 20.6 ㎛ 일 수 있다. 더욱 구체적으로, 상기 D50은 15.5 내지 18.4 ㎛ 일 수 있다.In one embodiment, the average particle diameter (D50) of the secondary particles may be 13.9 to 23.7 ㎛. Specifically, the D50 may be 15.5 to 20.6 ㎛. More specifically, the D50 may be 15.5 to 18.4 ㎛.

상기 D50의 범위가 상한 값을 벗어나는 경우, 분산에 있어서 분산을 일으키고, 전극 압연 특성과 같은 전극 품질에 악영향을 유발하여 전기 화학적 특성이 열화되는 문제가 있다. 상기 D50의 범위가 하한 값을 벗어나는 경우, 미분쇄 공정 중에 있어서 수율을 저하시켜 공정상 문제를 유발하는 문제가 있다. If the range of D50 is outside the upper limit, dispersion occurs and adverse effects occur on electrode quality such as electrode rolling characteristics, resulting in deterioration of electrochemical properties. If the range of D50 is outside the lower limit, there is a problem that the yield is reduced during the pulverizing process, causing problems in the process.

일 실시예에서, 2차 입자의 D90은 31.3 내지 36.0 ㎛ 일 수 있다. 구체적으로, 상기 D90은 31.8 내지 35.2 ㎛ 일 수 있다.In one embodiment, the D90 of the secondary particle may be 31.3 to 36.0 ㎛. Specifically, the D90 may be 31.8 to 35.2 ㎛.

상기 D90의 범위가 상한 값을 벗어나는 경우, 분산에 있어서 분산을 일으키고, 전극 압연 특성과 같은 전극 품질에 악영향을 유발하여 전기 화학적 특성이 열화되는 문제가 있다. 상기 D90의 범위가 하한 값을 벗어나는 경우, 미분쇄 공정이나 체거름 공정에서의 수율을 저하시키는 문제가 있다.If the range of D90 is outside the upper limit, dispersion occurs and adverse effects occur on electrode quality such as electrode rolling characteristics, resulting in deterioration of electrochemical properties. If the range of D90 is outside the lower limit, there is a problem of lowering the yield in the pulverizing process or sieving process.

일 실시예에서, 2차 입자의 D90 - D10은 22.6 내지 23.9 ㎛ 일 수 있다. 상기 D90 - D10의 값이 상한 값을 벗어나는 경우, 거분과 미립자간의 입도 차이가 과도하게 크면 분산이 균일하도록 조절하는데 문제가 있다. 상기 D90 - D10의 값이 하한 값을 벗어나는 경우, 거분과 미립자간 입도 차이가 과도하게 작게 되어, 입자간의 균일한 접촉을 유지하는데 문제가 있다. In one embodiment, D90 - D10 of the secondary particles may be 22.6 to 23.9 ㎛. If the value of D90 - D10 is outside the upper limit, there is a problem in controlling the dispersion to be uniform if the difference in particle size between the coarse powder and the fine particles is excessively large. If the value of D90 - D10 exceeds the lower limit, the difference in particle size between the coarse powder and the fine particles becomes excessively small, causing a problem in maintaining uniform contact between the particles.

일 실시예에서, 2차 입자의 Span 값((D90-D10)/D50)은 0.96 내지 1.55 범위일 수 있다. 구체적으로, 상기 Span 값은 1.12 내지 1.50 범위일 수 있다. In one embodiment, the Span value ((D90-D10)/D50) of the secondary particle may range from 0.96 to 1.55. Specifically, the Span value may range from 1.12 to 1.50.

상기 Span 값이 상한 값을 벗어나는 경우, 입도분포가 넓게 되어 균일한 분산을 어려운 문제가 있다. 상기 Span 값이 하한 값을 벗어나는 경우, 입도분포가 좁게 되어 입자간의 균일한 접촉을 유지하는데 어려운 문제가 있다. If the Span value exceeds the upper limit, the particle size distribution becomes wide, making uniform dispersion difficult. If the Span value exceeds the lower limit, the particle size distribution becomes narrow, making it difficult to maintain uniform contact between particles.

일 실시예에서, 음극 활물질은 Raman(Id/Ig) 비율(ratio)은 0.303 내지 0.382 일 수 있다. 상기 Raman(Id/Ig) 비율은 결정질 탄소의 피크 강도 대비 비정질 탄소의 피크 강도를 의미한다. 상기 Raman(Id/Ig) 비율은 구체적으로, 0.346 내지 0.362 일 수 있다.In one embodiment, the negative electrode active material may have a Raman (I d /I g ) ratio of 0.303 to 0.382. The Raman (I d /I g ) ratio refers to the peak intensity of amorphous carbon compared to the peak intensity of crystalline carbon. Specifically, the Raman (I d /I g ) ratio may be 0.346 to 0.362.

상기 Raman(Id/Ig) 비율이 상한 값을 벗어나는 경우, 코팅층이 두껍게 형성되어 전지의 초기 용량, 초기 효율, 및 전지 수명과 같은 전지 성능에 있어서 악영향을 유발하는 문제가 있다. 상기 Raman(Id/Ig) 비율이 하한 값을 벗어나는 경우, 코팅층의 형성이 충분하지 못함에 따라, 흑연의 가장자리(Edge) 면을 충분히 코팅하지 못해, 전해액과의 부반응을 초래하여 전지 수명의 열화를 초래할 수 있다. If the Raman (I d /I g ) ratio exceeds the upper limit, the coating layer is formed thickly, causing adverse effects on battery performance such as initial capacity, initial efficiency, and battery life. If the Raman (I d /I g ) ratio exceeds the lower limit, the formation of the coating layer is not sufficient, and the edge surface of the graphite cannot be sufficiently coated, resulting in a side reaction with the electrolyte solution, shortening the battery life. It may cause deterioration.

일 실시예에서, 음극 활물질의 배향도(I004/I110)는 10.0 내지 14.0 일 수 있다. 상기 배향도는 X선 회절 측정으로부터 얻어지는 XRD 패턴에 있어서 흑연 결정의 (110)면의 피크 강도와 (004)면의 배향성 피크 강도비를 의미한다.In one embodiment, the degree of orientation (I 004 /I 110 ) of the negative electrode active material may be 10.0 to 14.0. The degree of orientation refers to the ratio of the peak intensity of the (110) plane of the graphite crystal to the peak intensity of the orientation of the (004) plane in the XRD pattern obtained from X-ray diffraction measurement.

구체적으로, 상기 배향도는 11.0 내지 13.0 일 수 있다. 더욱 구체적으로, 상기 배향도는 12.1 내지 12.8 일 수 있다. 상기 배향도가 전술한 범위의 상한 값을 벗어나는 경우, 전해액의 원활한 함침을 방해하고, 이동도를 증가시켜, 리튬 이온의 원활한 삽입과 탈리를 방해함에 따라 전지 수명의 저하를 초래할 수 있다. 상기 배향도가 전술한 범위의 하한 값을 벗어나는 경우, 전극 구성 시 음극 활물질의 난배향성이 커짐에 따라 리튬 이온의 원활한 삽입 및 탈리 과정을 방해하여 전지 수명의 저하를 초래할 수 있다.Specifically, the degree of orientation may be 11.0 to 13.0. More specifically, the degree of orientation may be 12.1 to 12.8. If the degree of orientation is outside the upper limit of the above-mentioned range, smooth impregnation of the electrolyte may be prevented, mobility may be increased, and smooth insertion and desorption of lithium ions may be hindered, resulting in a decrease in battery life. If the degree of orientation is outside the lower limit of the above-mentioned range, the non-orientation of the negative electrode active material increases when forming the electrode, which may interfere with the smooth insertion and desorption process of lithium ions, resulting in a decrease in battery life.

일 실시예에서, 리튬 이차전지용 음극 활물질은 하기 식 1을 만족할 수 있다.In one embodiment, a negative electrode active material for a lithium secondary battery may satisfy Equation 1 below.

<식 1><Equation 1>

30 ≤ 코팅재의 함량[wt%]/황 함량[wt%] ≤ 12530 ≤ Coating material content [wt%]/Sulfur content [wt%] ≤ 125

상기 식 1은 상기 황에 대한 상기 코팅재의 함량은 탄화 과정을 거친 음극 활물질에 잔존하는 코팅재의 함량을 상기 황의 함량으로 나눈 값을 의미한다. 상기 식 1은 30.0 내지 125.0 를 만족할 수 있다. 구체적으로, 상기 식 1은 34.0 내지 115.0 를 만족할 수 있다. 상기 식 1을 만족함으로써, 코팅재 내부의 황이 적절한 함량을 가질 때의 전지의 초기 용량, 초기 효율, 및 혼합 수명이 개선되는 이점이 있다.The formula 1 above means that the content of the coating material relative to the sulfur is the content of the coating material remaining in the negative electrode active material that has undergone the carbonization process divided by the content of sulfur. Equation 1 above can satisfy 30.0 to 125.0. Specifically, Equation 1 above may satisfy 34.0 to 115.0. By satisfying Equation 1 above, there is an advantage that the initial capacity, initial efficiency, and mixing life of the battery are improved when the sulfur inside the coating material has an appropriate content.

상기 식 1의 상한 값을 벗어나는 경우, 코팅층이 두꺼워져 리튬 이온의 이동을 저해하고 비가역을 발생시켜 초기 효율과 초기 용량을 저하시키고, 전지의 수명을 열화시키는 문제가 있고, 상기 식 1의 하한 값을 벗어나는 경우, 코팅층의 불충분함으로, 흑연의 가장자리(Edge) 면을 충분히 코팅하지 못하여 전해액과의 부반응을 초래하여 수명의 열화의 문제가 있다.If it exceeds the upper limit of Equation 1, the coating layer becomes thick, inhibiting the movement of lithium ions and causing irreversibility, which reduces initial efficiency and initial capacity and deteriorates the life of the battery. The lower limit of Equation 1 If it deviates from this, the edge surface of the graphite cannot be sufficiently coated due to insufficient coating layer, resulting in a side reaction with the electrolyte solution, leading to a problem of deterioration of lifespan.

일 실시예에서, 본 발명의 음극 활물질은 하기 식 2을 만족할 수 있다.In one embodiment, the negative electrode active material of the present invention may satisfy Equation 2 below.

<식 2><Equation 2>

1.0 ≤ 코팅재 함량[wt%] × BET 비표면적[m2/g] ≤ 131.0 ≤ Coating material content [wt%] × BET specific surface area [m 2 /g] ≤ 13

상기 식 2는 상기 BET 비표면적과 코팅재 함량에 대한 관계식을 의미한다. 상기 식 2는 1.0 내지 13.0 를 만족할 수 있다. 구체적으로, 상기 식 1은 2.0 내지 10.0 를 만족할 수 있다. 상기 식 2를 만족함으로써, 적절한 코팅량으로 코팅하였을때의 최적의 BET 비표면적을 도출하는 적절한 범위의 상관관계를 가질 수 있다.Equation 2 refers to the relationship between the BET specific surface area and the coating material content. Equation 2 above can satisfy 1.0 to 13.0. Specifically, Equation 1 above may satisfy 2.0 to 10.0. By satisfying Equation 2 above, it is possible to have a correlation in an appropriate range that derives the optimal BET specific surface area when coated with an appropriate coating amount.

상기 식 2의 상한 값을 벗어나는 경우, 코팅층이 두꺼워져 리튬이온의 이동 저해와 비가역을 발생시켜 초기 효율과 초기 용량이 저하되고, 수명의 열화를 초래하는 문제가 있고, 상기 식 1의 하한 값을 벗어나는 경우, 코팅층의 불충분함으로 인해 흑연의 가장자리(Edge)면을 충분히 코팅하지 못하여 전해액과의 부반응을 초래하여 전지 수명의 열화를 유발하는 문제가 있다.If it exceeds the upper limit of Equation 2, the coating layer becomes thick, inhibiting the movement of lithium ions and causing irreversibility, which reduces initial efficiency and initial capacity and causes deterioration of lifespan. The lower limit of Equation 1 is If it deviates, there is a problem that the edge surface of the graphite cannot be sufficiently coated due to insufficient coating layer, resulting in a side reaction with the electrolyte solution and deterioration of battery life.

일 실시예에서, 음극 활물질은 하기 식 3을 만족할 수 있다.In one embodiment, the negative electrode active material may satisfy Equation 3 below.

<식 3><Equation 3>

0.7 ≤ Raman(Id/Ig) 비율 × 황 함량[wt%] × 100 ≤ 1.50.7 ≤ Raman(I d /I g ) ratio × sulfur content [wt%] × 100 ≤ 1.5

상기 식 3은 탄화 과정을 거친 음극 활물질에 잔존하는 표면 카본층의 Raman(Id/Ig) 비율에 황 함량의 값으로 곱한 값의 백분율을 의미한다. 상기 식 3은 0.7 내지 1.5 를 만족할 수 있다. 구체적으로, 상기 식 2는 0.9 내지 1.35 를 만족할 수 있다. 상기 식을 만족함으로써, 비정질 또는 소프트 카본층의 코팅층에 적절한 양의 황이 함유됨으로써, 전지 특성이 우수한 이점이 있다.Equation 3 above means the percentage of the Raman (I d /I g ) ratio of the surface carbon layer remaining in the negative electrode active material that has gone through the carbonization process multiplied by the value of the sulfur content. Equation 3 above can satisfy 0.7 to 1.5. Specifically, Equation 2 may satisfy 0.9 to 1.35. By satisfying the above formula, an appropriate amount of sulfur is contained in the coating layer of the amorphous or soft carbon layer, thereby providing the advantage of excellent battery characteristics.

상기 식 2의 상한 값을 벗어나는 경우, 코팅층이 두꺼워져 리튬 이온의 이동을 저해하고 비가역을 발생시켜 전지 초기 효율과 초기 용량이 저하되고, 전지의 수명을 열화시키는 문제가 있다. 상기 식의 2의 하한 값을 벗어나는 경우, 코팅층이 부족하여 전지 초기 효율과 수명의 열화를 유발하는 문제가 있다.If it exceeds the upper limit of Equation 2, the coating layer becomes thick, which inhibits the movement of lithium ions and causes irreversibility, which reduces the initial efficiency and initial capacity of the battery and deteriorates the lifespan of the battery. If it exceeds the lower limit of Equation 2 above, there is a problem that the coating layer is insufficient, causing deterioration of the initial efficiency and lifespan of the battery.

본 발명의 일 실시예에 따른, 리튬 이차전지용 음극 활물질의 제조 방법은 흑연계 피코팅물질과 황을 함유하는 코팅물질을 균일하게 혼합하는 단계 및 혼합된 결과물을 열처리하여 탄화하는 단계를 포함한다. 상기 흑연계 피코팅물질은 전술한 흑연계 모재와 모순되지 않는 범위에서 동일하다.According to an embodiment of the present invention, a method of manufacturing a negative electrode active material for a lithium secondary battery includes uniformly mixing a graphite-based coating material and a sulfur-containing coating material and carbonizing the mixed resultant by heat treatment. The graphite-based coating material is the same as the graphite-based base material described above to the extent that it is not inconsistent with the above-described graphite-based base material.

상기 황을 함유하는 코팅물질은 황을 함유하는 물질로, 예를 들어, 콜타르일 수 있다. 상기 황을 함유하는 코팅물질은 분말, 액상, 및 기체상일 수 있으며, 구체적으로, 황을 함유하는 액상물질일 수 있다. The sulfur-containing coating material may be a sulfur-containing material, for example, coal tar. The sulfur-containing coating material may be in powder, liquid, or gaseous form. Specifically, it may be a liquid material containing sulfur.

일 실시예에서, 상기 코팅물질은 상온에서 25 내지 45 dyne/cm, 구체적으로, 30 내지 40 dyne/cm를 가질 수 있다. 피코팅재인 흑연계 모재는 상기 코팅물질 대비 높은 표면장력을 가질 수 있다. 이에 따라, 상기 코팅물질과 상기 피코팅재 사이의 표면장력 차이에 의해, 피코팅재 표면에 코팅재가 균일하게 코팅될 수 있고, 표면에 코팅이 되고 남은 잔여 코팅물질은 탄화 공정에서 표면에너지를 낮추기 위해 구형 또는 타원형을 형성하여 카본비즈를 형성하게 된다. 이후, 탄화공정을 거친 후, 카본으로 변환될 수 있다.In one embodiment, the coating material may have 25 to 45 dyne/cm, specifically, 30 to 40 dyne/cm at room temperature. The graphite base material to be coated may have a higher surface tension than the coating material. Accordingly, due to the difference in surface tension between the coating material and the material to be coated, the coating material can be uniformly coated on the surface of the material to be coated, and the remaining coating material remaining after being coated on the surface is spherical to lower the surface energy in the carbonization process. Alternatively, carbon beads are formed by forming an oval shape. Thereafter, after going through a carbonization process, it can be converted to carbon.

일 실시예에서, 흑연계 피코팅재과 황을 함유하는 코팅재를 균일하게 혼합하는 단계는 상기 흑연계 코팅재를 상기 피코팅재 100 중량부를 기준으로, 1 내지 24 중량부 범위에서 혼합할 수 있다. 구체적으로, 상기 코팅재는 5 내지 20 중량부 범위에서 혼합할 수 있다. 구체적으로, 상기 코팅재에 대한 상기 흑연계 피코팅재의 범위는 5 내지 15 중량부 범위일 수 있다.In one embodiment, the step of uniformly mixing the graphite-based coating material and the sulfur-containing coating material may include mixing the graphite-based coating material in the range of 1 to 24 parts by weight based on 100 parts by weight of the coating material. Specifically, the coating material can be mixed in the range of 5 to 20 parts by weight. Specifically, the range of the graphite-based coating material relative to the coating material may be in the range of 5 to 15 parts by weight.

상기 피코팅재의 범위가 상한 값을 벗어나는 경우, 입자간의 뭉침 또는 조립을 유발시켜 입자 크기의 증가를 야기하고, 코팅층이 두껍게 형성되고, 상기 코팅층이 저항으로 작용함에 따라, 리튬 이온의 이동을 저해시키고 비가역을 발생시켜 초기 효율과 초기 용량이 저하되고 전지 수명이 열화되는 문제가 있다. 상기 피코팅재의 범위가 하한 값을 벗어나는 경우, 코팅층이 불충분해져 흑연의 가장자리(Edge) 면을 충분히 코팅시키지 못해, 전해액과의 부반응을 초래하여 수명의 열화를 초래할 수 있다.When the range of the coating material exceeds the upper limit, agglomeration or assembly between particles is caused, causing an increase in particle size, the coating layer is formed thick, and the coating layer acts as a resistance, thereby inhibiting the movement of lithium ions. There is a problem that the initial efficiency and initial capacity are reduced and the battery life is deteriorated due to irreversibility. If the range of the coating material exceeds the lower limit, the coating layer becomes insufficient and the edge surface of the graphite cannot be sufficiently coated, which may cause side reactions with the electrolyte solution and result in deterioration of lifespan.

일 실시예에서, 흑연계 피코팅물질과 황을 함유하는 코팅물질을 균일하게 혼합하는 단계는 건식 혼합 단계에 의해 수행될 수 있다. 상기 건식 혼합 단계는 기계적 혼합 처리일 수 있으며, 상기 기계적 혼합 처리는 볼밀링(ball milling), 메카노퓨전 밀링(mechanofusion milling), 쉐이커 밀링(shaker milling), 플래너터리 밀링(planetary milling), 애트리터 밀링(attritor milling), 디스크 밀링(disk milling), 세이프 밀링(shape milling), 나우타 밀링(nauta milling), 노빌타 밀링(nobilta milling), Planetary, 3D-mixer, V-mixer, Mechano-Fusion, Hybridizer, Pate Mixer, 또는 이들의 조합 중 어느 하나의 방법을 선택하여 수행될 수 있다.In one embodiment, uniformly mixing the graphite-based coating material and the sulfur-containing coating material may be performed by a dry mixing step. The dry mixing step may be a mechanical mixing process, and the mechanical mixing process may include ball milling, mechanofusion milling, shaker milling, planetary milling, or attrition. attritor milling, disk milling, shape milling, nauta milling, nobilta milling, Planetary, 3D-mixer, V-mixer, Mechano-Fusion, It can be performed by selecting any one method among Hybridizer, Pate Mixer, or a combination thereof.

혼합된 결과물을 열처리하여 탄화하는 단계는 상기 코팅물질 및 상기 피코팅물질이 혼합된 결과물을 열처리하면서, 상기 피코팅물질 표면에 상기 코팅물질이 탄화될 수 있다.In the step of heat treating and carbonizing the mixed result, the coating material may be carbonized on the surface of the coated material while heat treating the mixed result of the coating material and the coated material.

일 실시예에서, 상기 혼합된 결과물을 열처리하여 탄화하는 단계는 800 내지 2,700 ℃ 범위에서 수행될 수 있다. 구체적으로, 상기 범위는 1,000 내지 2,500 ℃ 범위에서 수행될 수 있다.In one embodiment, the step of carbonizing the mixed resultant by heat treatment may be performed in the range of 800 to 2,700 °C. Specifically, the above range may be carried out in the range of 1,000 to 2,500°C.

상기 범위의 상한 값을 벗어나는 범위에서 열처리가 수행되는 경우, 비정질층이 모두 결정질 층으로 전화되어 출력되는 문제가 있다. 상기 범위의 하한 값을 벗어나는 범위에서 열처리가 수행되는 경우, 코팅물질의 균일한 비정질화 또는 소프트 카본화를 달성하지 못하는 문제가 있다.If heat treatment is performed outside the upper limit of the above range, there is a problem in that the amorphous layer is converted to a crystalline layer and output. If heat treatment is performed outside the lower limit of the above range, there is a problem in that uniform amorphization or soft carbonization of the coating material cannot be achieved.

일 실시예에서, 흑연계 피코팅물질과 황을 함유하는 코팅물질을 혼합하여 코팅층을 형성하는 단계는 상기 코팅물질에 대한 상기 피코팅물질의 비는 1/20 내지 1/5 일 수 있다. 구체적으로, 상기 코팅물질에 대한 상기 피코팅물질의 비는 2/25 내지 17/100 일 수 있다. In one embodiment, in the step of forming a coating layer by mixing a graphite-based coating material and a sulfur-containing coating material, the ratio of the coating material to the coating material may be 1/20 to 1/5. Specifically, the ratio of the coating material to the coating material may be 2/25 to 17/100.

상기 비의 상한 값을 벗어나는 경우, 입자간 뭉칭 또는 조립을 유발시켜 입자 크기의 증가를 야기하고, 두꺼운 코팅층이 저항으로 작용하여 리튬 이동의 저해와 비가역을 발생시켜 초기 효율과 초기 용량이 저하되고, 전지 수명의 열화를 초래하는 문제가 있다. 상기 비의 하한 값을 벗어나는 경우, 코팅층의 형성이 불충분하여, 흑연의 가장자리(Edge) 면을 충분하게 코팅하지 못하여 전해액과 부반응을 초래함에 따라 전지의 수명을 열화시키는 문제가 있다.If it exceeds the upper limit of the ratio, it causes agglomeration or assembly between particles, causing an increase in particle size, and the thick coating layer acts as a resistance, causing inhibition and irreversibility of lithium movement, resulting in a decrease in initial efficiency and initial capacity, There is a problem that causes deterioration of battery life. If the ratio exceeds the lower limit, the formation of the coating layer is insufficient, and the edge surface of the graphite cannot be sufficiently coated, resulting in a side reaction with the electrolyte solution, thereby deteriorating the lifespan of the battery.

일 실시예에서, 흑연계 피코팅물질과 황을 함유하는 코팅물질을 혼합하여 코팅층을 형성하는 단계에서. 상기 피코팅물질의 퀴놀린 불용분(QI)은 상기 피코팅물 전체 중량에 대해 0.05 내지 2.0 중량 % 포함될 수 있다. 구체적으로, 상기 피코팅물질 전체 중량에 대해 퀴놀린 불용분(QI)은 0.07 중량% 내지 0.7 중량% 일 수 있다. 상기 퀴놀린 불용분이 상기 범위의 상한 값을 벗어나는 경우, 코팅량이 많다는 의미로, 비정질 또는 소프트 카본층이 저항으로 작용하여, 리튬 이동의 저해와 비가역을 발생시켜 초기효율과 초기 용량이 저하되고 전지의 수명의 열화를 초래하는 문제가 있다. 상기 퀴놀린 불용분이 상기 범위의 하한 값을 벗어나는 경우, 코팅량이 적다는 의미로, 비정질 또는 소프트 카본층의 불충분함으로 흑연의 가장자리(Eedge) 면을 충분하게 코팅하지 못하여 전해액과의 부반응을 초래하여 전지의 수명 열화를 초래하는 문제가 있다. In one embodiment, in forming a coating layer by mixing a graphite-based coating material and a sulfur-containing coating material. The quinoline insoluble component (QI) of the material to be coated may be included in an amount of 0.05 to 2.0% by weight based on the total weight of the material to be coated. Specifically, the quinoline insoluble content (QI) may be 0.07% by weight to 0.7% by weight based on the total weight of the coating material. If the quinoline insoluble content is outside the upper limit of the above range, which means that the coating amount is large, the amorphous or soft carbon layer acts as a resistance, inhibiting lithium movement and causing irreversibility, resulting in a decrease in initial efficiency and initial capacity and the life of the battery. There is a problem that causes deterioration. If the quinoline insoluble content is outside the lower limit of the above range, this means that the coating amount is small, and the edge surface of the graphite cannot be sufficiently coated due to insufficient amorphous or soft carbon layer, resulting in a side reaction with the electrolyte solution, resulting in battery failure. There is a problem that causes lifespan to deteriorate.

일 실시예에서, 흑연계 피코팅물질과 황을 함유하는 코팅물질을 혼합하여 코팅층을 형성하는 단계에서, 상기 피코팅물질의 고정 탄소량이 콜타르 전체 중량에 대하여 19.5 내지 96.2 중량%일 수 있다. In one embodiment, in the step of forming a coating layer by mixing a graphite-based coating material and a sulfur-containing coating material, the amount of fixed carbon in the coating material may be 19.5 to 96.2% by weight based on the total weight of coal tar.

본 발명의 다른 실시예에 따른, 리튬 이차 전지는 전술한 음극 활물질을 포함하는 음극, 양극 활물질을 포함하는 양극, 상기 음극과 상기 양극 사이에 위치하는 분리막, 및 전해액을 포함할 수 있다. 상기 음극 활물질에 대한 설명은 전술하여 설명한 리튬 이차전지용 음극 활물질과 모순되지 않는 범위에서 동일하다.According to another embodiment of the present invention, a lithium secondary battery may include a negative electrode containing the above-described negative electrode active material, a positive electrode containing the positive electrode active material, a separator positioned between the negative electrode and the positive electrode, and an electrolyte solution. The description of the negative electrode active material is the same as the negative electrode active material for lithium secondary batteries described above to the extent that it does not contradict.

상기 양극은 LiCoO2, LiNiO2, LiNixMnyO2, Li1+zNixMnyCo1-x-yO2, LiNixCoyAlzO2, LiV2O5, LiTiS2, LiMoS2, LiMnO2, LiCrO2, LiMn2O4, LiFeO2, LiFePO4, 및 이들의 조합으로 구성된 군 중 어느 하나로서 상기 x는 0.3 내지 0.8이고, 상기 y는 0.1 내지 0.45이며, 상기 z는 독립적으로 0 내지 0.2일 수 있다. 상기 양극은 더욱 구체적으로 LiFePO4, LiCoO2, NCM811, 및 NCM622일 수 있다. 상기 음극은 전술한 리튬 이차전지용 활물질, 또는 음극 활물질의 전구체 제조 방법을 통해 제조된 음극 활물질을 사용할 수 있다. The anode is LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiNi x Mn y O 2 , Li 1+z Ni x Mn y Co 1-xy O 2 , LiNi , LiMnO 2 , LiCrO 2 , LiMn 2 O 4 , LiFeO 2 , LiFePO 4 , and combinations thereof, where x is 0.3 to 0.8, y is 0.1 to 0.45, and z is independently It may be 0 to 0.2. More specifically, the anode may be LiFePO 4 , LiCoO 2 , NCM811, and NCM622. The negative electrode may use the above-described active material for lithium secondary batteries, or a negative electrode active material manufactured through the precursor manufacturing method of the negative electrode active material.

상기 분리막은 종래에 세퍼레이터로 사용된 통상적인 다공성 고분자 필름, 예를 들어 에틸렌 단독중합체, 프로필렌 단독중합체, 에틸렌/프로필렌 공중합체, 에틸렌/부텐 공중합체, 에틸렌/헥센 공중합체 및 에틸렌/메타크릴레이트 공중합체 등과 같은 폴리올레핀계 고분자로 제조한 다공성 고분자 필름을 단독으로 또는 이들을 적층하여 사용할 수 있으며, 또는 통상적인 다공성 부직포, 예를 들어 고융점의 유리 섬유, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 섬유 등으로 된 부직포를 사용할 수 있으며, 이는 비제한적인 예시이다.The separation membrane is a conventional porous polymer film used as a separator, such as ethylene homopolymer, propylene homopolymer, ethylene/propylene copolymer, ethylene/butene copolymer, ethylene/hexene copolymer, and ethylene/methacrylate copolymer. Porous polymer films made of polyolefin-based polymers, such as polymers, can be used alone or by laminating them, or conventional porous non-woven fabrics, such as high-melting point glass fibers, polyethylene terephthalate fibers, etc., can be used. , this is a non-limiting example.

상기 전해액에 있어서, 상기 전해질로서 포함될 수 있는 리튬염은 리튬 이차전지용 전해액에 통상적으로 사용되는 것들이 제한 없이 사용될 수 있으며, 예를 들어 상기 리튬염의 음이온으로는 F-, Cl-, Br-, I-, NO3 -, N(CN)2 -, BF4 -, ClO4 -, PF6 -, (CF3)2PF4 -, (CF3)3PF3 -, (CF3)4PF2 -, (CF3)5PF-, (CF3)6P-, CF3SO3 -, CF3CF2SO3 -, (CF3SO2)2N-, (FSO2)2N-, CF3CF2(CF3)2CO-, (CF3SO2)2CH-, (SF5)3C-, (CF3SO2)3C-, CF3(CF2)7SO3 -, CF3CO2 -, CH3CO2 -, SCN- 및 (CF3CF2SO2)2N-로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일수 있다.In the electrolyte solution, the lithium salt that can be included as the electrolyte may be those commonly used in electrolyte solutions for lithium secondary batteries without limitation. For example, the anions of the lithium salt include F - , Cl - , Br - , I - , NO 3 - , N(CN) 2 - , BF 4 - , ClO 4 - , PF 6 - , (CF 3 ) 2 PF 4 - , (CF 3 ) 3 PF 3 - , (CF 3 ) 4 PF 2 - , (CF 3 ) 5 PF - , (CF 3 ) 6 P - , CF 3 SO 3 - , CF 3 CF 2 SO 3 - , (CF 3 SO 2 ) 2 N - , (FSO 2 ) 2 N - , CF 3 CF 2 (CF 3 ) 2 CO - , (CF 3 SO 2 ) 2 CH - , (SF 5 ) 3 C - , (CF 3 SO 2 ) 3 C - , CF 3 (CF 2 ) 7 SO 3 - , It may be any one selected from the group consisting of CF 3 CO 2 - , CH 3 CO 2 - , SCN - and (CF 3 CF 2 SO 2 ) 2 N - .

상기 전해액에 있어서, 유기 용매로는 유기 용매로는 리튬 이차전지용 전해액에 통상적으로 사용되는 것들이 제한 없이 사용될 수 있으며, 대표적으로 프로필렌 카보네이트(propylene carbonate, PC), 에틸렌 카보네이트(ethylene carbonate, EC), 디에틸 카보네이트(diethyl carbonate, DEC), 디메틸 카보네이트(dimethyl carbonate, DMC), 에틸메틸 카보네이트(EMC), 메틸프로필 카보네이트, 디프로필 카보네이트, 디메틸설퍼옥사이드, 아세토니트릴, 디메톡시에탄, 디에톡시에탄, 비닐렌 카보네이트, 설포란, 감마-부티로락톤, 프로필렌 설파이트 및 테트라하이드로푸란으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물 등이 대표적으로 사용될 수 있다.In the electrolyte solution, organic solvents commonly used in electrolytes for lithium secondary batteries can be used without limitation, and representative examples include propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), and Ethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC), ethylmethyl carbonate (EMC), methylpropyl carbonate, dipropyl carbonate, dimethyl sulfuroxide, acetonitrile, dimethoxyethane, diethoxyethane, vinylene Any one selected from the group consisting of carbonate, sulfolane, gamma-butyrolactone, propylene sulfite, and tetrahydrofuran, or a mixture of two or more of these, can be typically used.

상기 리튬 이차 전지는 전지 케이스 내에 배치될 수 있다. 상기 전지 케이스는 비제한적인 예시로서, 캔을 사용한 원통형, 각형, 파우치 형, 및 코인 형 중 어느 하나 일 수 있다. The lithium secondary battery may be placed in a battery case. The battery case is a non-limiting example and may be any one of a cylindrical shape using a can, a rectangular shape, a pouch type, and a coin type.

이하 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily implement the present invention. However, the present invention may be implemented in various different forms and is not limited to the embodiments described herein.

<성분 특성><Ingredient characteristics>

본 발명의 코팅 물질은 제철공장에서 원료탄의 건류 시 생성되는 액체상태의 콜타르(Coal Tar)가 상온에서 유동성이 있기 때문에, ASTM D3104(연화점 측정방법 1, 50 ℃ 이상의 연화점), ASTM D36(연화점 측정방법 2, 30 ℃ 이상의 연화점)으로 측정되지 않으며, 비중은 1.1 내지 1.3 g/cc이며, 900 ℃ 탄화 시 고정 카본량이 19 내지 22 %를 갖는 황을 함유한 액상물질일 수 있다.The coating material of the present invention is liquid coal tar generated during the drying of raw coal in a steel mill and has fluidity at room temperature, so ASTM D3104 (softening point measurement method 1, softening point above 50 ℃), ASTM D36 (softening point measurement) Method 2, softening point above 30 ℃), the specific gravity is 1.1 to 1.3 g/cc, and when carbonized at 900 ℃, it may be a liquid material containing sulfur with a fixed carbon amount of 19 to 22%.

상기 액상물질을 피코팅물질인 모재에 코팅할 경우, 상기 액체의 특성 상 상기 모재의 표면에 황을 포함한 카본층과 카본비즈(CB)를 형성하게 된다.When the liquid material is coated on a base material to be coated, a carbon layer containing sulfur and carbon beads (CB) are formed on the surface of the base material due to the characteristics of the liquid.

<제조 공정><Manufacturing process>

본 발명의 음극재를 제조하기 위한 공정으로서, 상기 음극재의 비정질 또는 소프트 카본층을 포함하는 코팅층과 상기 카본비즈를 형성하기 위하여 코팅 공정은 실리콘계의 피코팅물질과 코팅물질간의 균일한 건식 혼합하는 단계와 건식분산 공정 후에 800 내지 3,200 ℃의 온도에서 열처리하는 탄화공정을 포함한다. 상기 혼합 및 분산방식은 Planetary, 3D-mixer, V-mixer, Mechano-fusion, Hybridizer, Paste Mixer와 같은 방법을 통해 수행된다.As a process for manufacturing the anode material of the present invention, the coating process includes uniform dry mixing between the silicon-based coating material and the coating material to form the carbon beads and a coating layer including an amorphous or soft carbon layer of the anode material. and a carbonization process of heat treatment at a temperature of 800 to 3,200°C after the dry dispersion process. The mixing and dispersion method is performed through methods such as Planetary, 3D-mixer, V-mixer, Mechano-fusion, Hybridizer, and Paste Mixer.

<실시예 1><Example 1>

상기 흑연계 피코팅물질로서 인조흑연을 사용하고, 상기 코팅물질로서, 액상 콜타르를 사용하였다. 구체적으로, 상기 액상 콜타르를 상기 인조흑연에 코팅하여 900 ℃에서 탄화한 물질을 포함하는 음극 활물질을 제조한다.Artificial graphite was used as the graphite-based coating material, and liquid coal tar was used as the coating material. Specifically, the liquid coal tar is coated on the artificial graphite to manufacture a negative electrode active material containing a material carbonized at 900°C.

<실시예 2><Example 2>

상기 액상 콜타르를 상기 인조흑연에 코팅하여 1,200 ℃에서 탄화하는 점 외에 실시예 1과 동일하게 실시하였다.The liquid coal tar was coated on the artificial graphite and carbonized at 1,200° C., in the same manner as in Example 1.

<실시예 3><Example 3>

상기 액상 콜타르를 상기 인조흑연에 코팅하여 1,500 ℃에서 탄화하는 점 외에 실시예 1과 동일하게 실시하였다.The liquid coal tar was coated on the artificial graphite and carbonized at 1,500°C, in the same manner as in Example 1.

<실시예 4><Example 4>

상기 액상 콜타르를 상기 인조흑연에 코팅하여 1,600 ℃에서 탄화하는 점 외에 실시예 1과 동일하게 실시하였다.The liquid coal tar was coated on the artificial graphite and carbonized at 1,600° C., in the same manner as in Example 1.

<실시예 5><Example 5>

상기 액상 콜타르를 상기 인조흑연에 코팅하여 2,500 ℃에서 탄화하는 점 외에 실시예 1과 동일하게 실시하였다.The liquid coal tar was coated on the artificial graphite and carbonized at 2,500° C., in the same manner as in Example 1.

<비교예 1><Comparative Example 1>

실시예 1의 인조흑연을 코팅물질로 코팅하지 않은 상태의 음극 활물질을 제조한다.A negative electrode active material was prepared without the artificial graphite of Example 1 coated with a coating material.

<비교예 2><Comparative Example 2>

피코팅재인 인조흑연을 기상 CVD 방식으로 900 ℃에서 코팅하는 점 외에 실시예 1과 동일하게 실시하였다.The same procedure as Example 1 was carried out except that artificial graphite, which was a coating material, was coated at 900° C. using a vapor phase CVD method.

<비교예 3><Comparative Example 3>

피코팅재인 인조흑연을 고상 핏치로 코팅하여 900 ℃에서 탄화하는 점 외에 실시예 1과 동일하게 실시하였다.The same procedure as Example 1 was carried out except that artificial graphite, which was a coating material, was coated with solid pitch and carbonized at 900°C.

<비교예 4><Comparative Example 4>

피코팅재인 인조흑연을 고상 핏치로 코팅하여 1,200 ℃에서 탄화하는 점 외에 실시예 1과 동일하게 실시하였다.The same procedure as in Example 1 was carried out except that artificial graphite, which was a coating material, was coated with solid pitch and carbonized at 1,200°C.

<흑연계 전극 제조><Manufacture of graphite-based electrode>

실시예 및 비교예로부터 제조된 음극 활물질, 바인더(SBR-CMC), 및 도전재(Super P)를 음극 활물질 : 바인더 : 도전재의 중량비가 각각 96.1 : 2.9 : 1이 되도록 준비한 후 증류수에 투입하여 균일하게 혼합함으로써 슬러리를 제조한다. 상기 슬러리를 구리(Cu, 약 10 ㎛ 두께) 집전체에 균일하게 도포한 후, 롤프레스에서 압착한 후, 건조하여 음극을 제조한다. 구체적으로, 상기 전극은 적층(Loading)량 7 내지 8 mg/cm2, 전극 밀도가 1.55 내지 1.60 g/cc를 가지도록 제조한다.The negative electrode active material, binder (SBR-CMC), and conductive material (Super P) prepared in the Examples and Comparative Examples were prepared so that the weight ratio of the negative electrode active material: binder: conductive material was 96.1:2.9:1, respectively, and then added to distilled water to uniformly A slurry is prepared by mixing thoroughly. The slurry is uniformly applied to a copper (Cu, approximately 10 ㎛ thick) current collector, compressed in a roll press, and then dried to produce a negative electrode. Specifically, the electrode is manufactured to have a loading amount of 7 to 8 mg/cm 2 and an electrode density of 1.55 to 1.60 g/cc.

상대 전극으로 리튬 금속(Li-Metal)을 사용하고, 전해액으로 에틸렌 카보네이트(EC, Ethylene Carbonate) : 디메틸 카보네이트(DMC, Dimethyl Carbonate)의 부피 비율이 3 : 7인 혼합 용매에 1 몰의 LiPF6 용액을 용해시킨 것을 사용한다.Lithium metal (Li-Metal) was used as the counter electrode, and the electrolyte was 1 mole of LiPF 6 solution in a mixed solvent with a volume ratio of 3:7 of ethylene carbonate (EC) and dimethyl carbonate (DMC). Use the dissolved product.

상기 음극, 리튬 금속 및 전해액을 이용하여 통상적인 제조 방법에 따라 CR 2032 반쪽 전지(Half Coin Cell)를 제조한다.A CR 2032 half coin cell is manufactured according to a conventional manufacturing method using the negative electrode, lithium metal, and electrolyte solution.

하기 표 1은, 본 발명의 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 4에 대한, 초기 용량, 초기 효율, 및 수명을 나타낸 것이다. 상기 초기 효율은 충전 CC-CV 0.1 C & 5 mV(0.005 C cutoff), 방전 0.1 C 1.5 V cut-off 1 회 측정 후 (방전용량/충전용량) × 100을 산출한다. 또한, 상기 초기 용량은 충전 CC-CV 0.1 C & 5 mV(0.005 C cutoff), 방전 0.1 C 1.5 V cut-off 3회 측정 후, 방전 시 3rd 사이클(Cycle)의 비용량(mAh/g)을 산출한다. Table 1 below shows the initial capacity, initial efficiency, and lifespan for Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 4 of the present invention. The initial efficiency is calculated as (discharge capacity/charge capacity) × 100 after measuring charging CC-CV 0.1 C & 5 mV (0.005 C cutoff) and discharging 0.1 C 1.5 V cut-off once. In addition, the initial capacity is measured three times for charging CC-CV 0.1 C & 5 mV (0.005 C cutoff) and discharging 0.1 C 1.5 V cut-off, and the specific capacity (mAh/g) of 3 rd cycle when discharging. Calculate .

상기 수명은 충전 CC-CV 0.1 C & 5 mV(0.005 C cutoff), 방전 0.1 C 1.5 V cut-off 3 회 활성화 및 초기용량 확인 후, 충전 CC-CV 0.5 C & 5 mV(0.005C cutoff) 방전 0.5 C 1.5 V cut-off 50 회 반복 수명을 측정한 후, (마지막 수명 시 방전용량/초기용량) 값을 산출한다.The above lifespan is based on charging CC-CV 0.1 C & 5 mV (0.005 C cutoff), discharging 0.1 C 1.5 V cut-off after 3 activations and initial capacity confirmation, charging CC-CV 0.5 C & 5 mV (0.005C cutoff) discharge. 0.5 C 1.5 V cut-off After measuring the life cycle 50 times, calculate the (discharge capacity at last life time/initial capacity) value.

  코팅물질coating material 카본화 온도carbonization temperature
(℃)(℃)
초기용량Initial capacity
(mAh/g)(mAh/g)
초기효율initial efficiency
(%)(%)
혼합수명mixed life
(%)(%)
실시예1Example 1 콜타르coal tar 900900 352.8352.8 92.692.6 92.092.0 실시예2Example 2 콜타르coal tar 1,2001,200 355.2355.2 93.093.0 93.593.5 실시예3Example 3 콜타르coal tar 1,5001,500 355.3355.3 93.193.1 93.793.7 실시예4Example 4 콜타르coal tar 1,6001,600 356.2356.2 93.593.5 94.894.8 실시예5Example 5 콜타르coal tar 2,5002,500 356.8356.8 93.793.7 95.795.7 비교예1Comparative Example 1 XX XX 355.0355.0 93.793.7 78.178.1 비교예2Comparative example 2 메탄가스methane gas 900900 349.6349.6 91.191.1 81.281.2 비교예3Comparative example 3 핏치pitch 900900 348.7348.7 90.790.7 79.579.5 비교예4Comparative example 4 핏치pitch 1,2001,200 351.1351.1 90.690.6 81.181.1

이에 따라, 상기 표 1을 살펴보면, 코팅물질로 액상 콜타르가 사용되고, 탄화 온도가 900 ℃ 이상, 구체적으로, 1,600 ℃ 이상일 때, 리튬 이차 전지의 초기용량, 초기효율, 및 혼합수명이 우수한 것을 확인할 수 있다.하기 표 2를 살펴보면, 피코팅물질과 코팅물질의 비율에 따른 특성을 확인할 수 있다.Accordingly, looking at Table 1 above, it can be seen that the initial capacity, initial efficiency, and mixed life of the lithium secondary battery are excellent when liquid coal tar is used as the coating material and the carbonization temperature is 900 ℃ or higher, specifically, 1,600 ℃ or higher. Looking at Table 2 below, you can check the characteristics according to the ratio of the coated material to the coating material.

  피코팅재Coating material 코팅coating
물질matter
코팅재coating material
함량content
탄화 후After carbonization
코팅재coating material
함량content
카본Carbon
비즈Biz
유무existence and nonexistence
카본Carbon
비즈Biz
크기size
sulfur
함량content
식 1Equation 1 초기Early
용량Volume
초기Early
효율efficiency
혼합mix
수명life span
(wt%)(wt%) (wt%)(wt%) (wt%)(wt%) -- (mAh/g)(mAh/g) (%)(%) (%)(%) 실시예1Example 1 인조
흑연
synthetic
black smoke
콜타르coal tar 55 1.041.04 OO <10<10 0.030.03 34.634.6 353.2353.2 92.692.6 92.092.0
실시예2Example 2 인조흑연Artificial graphite 콜타르coal tar 1515 3.123.12 OO <10<10 0.0340.034 91.791.7 352.5352.5 92.492.4 91.891.8 실시예3Example 3 인조흑연Artificial graphite 콜타르coal tar 2020 4.164.16 OO <10<10 0.0360.036 115.0115.0 351.2351.2 92.592.5 91.591.5 비교예1Comparative Example 1 인조
흑연
synthetic
black smoke
콜타르coal tar 00 00 XX -- 00 00 354.5354.5 89.189.1 78.878.8
비교예2Comparative example 2 인조
흑연
synthetic
black smoke
콜타르coal tar 2525 5.25.2 OO <10<10 0.0410.041 126.0126.0 348.8348.8 88.588.5 76.676.6
비교예5Comparative Example 5 인조
흑연
synthetic
black smoke
핏치pitch 55 3.53.5 XX -- 0.0250.025 140.0140.0 352.2352.2 87.287.2 75.975.9
비교예6Comparative Example 6 인조
흑연
synthetic
black smoke
메탄
가스
methane
gas
gasgas 3.53.5 XX -- 00 00 345.5345.5 88.288.2 73.573.5
비교예7Comparative Example 7 인조흑연Artificial graphite 페놀
레진
phenol
Resin
7.57.5 33 XX -- 00 00 349.1349.1 87.787.7 73.973.9

상기 표 2를 살펴보면, 피코팅재 100 중량부에 대해, 코팅재의 함량이 본원 발명의 범위를 만족함으로써, 초기용량, 초기효율, 및 혼합수명이 상기 범위를 벗어나는 경우 보다 우수한 것을 확인할 수 있다.Looking at Table 2, it can be seen that with respect to 100 parts by weight of the coating material, the content of the coating material satisfies the range of the present invention, and the initial capacity, initial efficiency, and mixing life are superior to those outside the above range.

하기 표 3은 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른, 2차 입자의 D10, D50, 및 D90값, Span 값, BET 비표면적, d002, 배향도(I004/I110), 초기용량, 팽창율, 초기효율, 및 혼합 수명을 나타낸다.Table 3 below shows the D10, D50, and D90 values, Span value, BET specific surface area, d002, orientation (I004/I110), initial capacity, expansion rate, and initial efficiency of secondary particles according to the examples and comparative examples of the present invention. , and represents the mixing life.

2차 입자의 D10, D50, 및 D90은 레이저 회절 방식에 의해 입도 분포를 측정하였다.The particle size distribution of secondary particles D10, D50, and D90 was measured by laser diffraction.

상기 팽창율은 (50th cycle이 지난 후의 전극의 두께 - Cu 집전체 두께) -(Fresh 전극의 두께 - Cu 집전체의 두께)를 (Fresh 전극의 두께 - Cu 집전체 두께)로 나눈 값의 백분율을 의미한다.The expansion rate is the percentage of (thickness of electrode after 50th cycle - thickness of Cu current collector) - (thickness of fresh electrode - thickness of Cu current collector) divided by (thickness of fresh electrode - thickness of Cu current collector). it means.

BET 비표면적은 BET 법(Surface area and Porosity Analyzer)은 Micromeritics의 ASAP2020으로 측정하였다.The BET specific surface area was measured using the BET method (Surface area and Porosity Analyzer) ASAP2020 from Micromeritics.

라만(Raman) 값은 x20의 현미경 비율, 20 × 20 ㎛, 532 ㎚의 레이저, 2.31 mW의 전력(Power), XY 2D-mapping 모드, 1 초의 시간, 1회의 축적(Accumulation), 172의 ND 필터로 측정한 후 Id/Ig 값을 계산하였다. 상기 Id는 파장 1350 cm-1 부근의 비정질 탄소의 피크 강도를 의미하고, Ig는 파장 1575 cm-1 부근의 결정질 탄소의 피크 강도를 측정하였다.Raman values are: microscope ratio of x20, 20 × 20 ㎛, laser of 532 ㎚, power of 2.31 mW, After measurement, the I d /I g value was calculated. I d refers to the peak intensity of amorphous carbon around a wavelength of 1350 cm -1 , and I g refers to the peak intensity of crystalline carbon around a wavelength of 1575 cm -1 .

배향도는 XRD 회절 방식을 이용하여 (004) 면의 피크 강도를 (110) 면의 피크 강도를 측정하여 나눈 값으로 환산하였다.The degree of orientation was converted into a value divided by measuring the peak intensity of the (004) plane by measuring the peak intensity of the (110) plane using the XRD diffraction method.

  황 함량Sulfur content 2차 입자 secondary particle
D50D50
2차 입자secondary particle
D10D10
2차 입자secondary particle
D90D90
D90-D10D90-D10 Span 값Span value
(D90-D10/D50)(D90-D10/D50)
BET BET
비표면적specific surface area
Raman(Id/Ig)Raman(Id/Ig) 배향도Orientation
(I004/I110)(I004/I110)
초기Early
용량Volume
팽창율expansion rate 초기Early
효율efficiency
혼합mix
수명life span
식 2Equation 2 식 3Equation 3
(wt%)(wt%) (㎛)(㎛) (㎛)(㎛) (㎛)(㎛) (㎛)(㎛) mm 22 /g/g (mAh/g)(mAh/g) (%)(%) (%)(%) (%)(%) (%)(%) 실시예1Example 1 0.030.03 15.515.5 8.528.52 31.831.8 23.323.3 1.501.50 1.981.98 0.3460.346 12.612.6 353.2353.2 29.529.5 92.692.6 9292 2.12.1 1.041.04 실시예2Example 2 0.0340.034 18.418.4 10.510.5 33.133.1 22.622.6 1.231.23 2.032.03 0.3540.354 12.812.8 352.5352.5 27.727.7 92.492.4 91.891.8 6.36.3 1.201.20 실시예3Example 3 0.0360.036 20.620.6 12.112.1 35.235.2 23.123.1 1.121.12 2.152.15 0.3620.362 12.112.1 351.2351.2 25.525.5 92.592.5 91.591.5 8.98.9 1.301.30 비교예1Comparative Example 1 00 13.213.2 7.27.2 31.231.2 24.024.0 1.821.82 1.561.56 0.2330.233 14.214.2 354.5354.5 32.832.8 93.293.2 88.888.8 00 00 비교예2Comparative example 2 0.0410.041 23.823.8 14.914.9 36.836.8 21.921.9 0.950.95 2.542.54 0.3830.383 9.89.8 348.8348.8 30.130.1 91.191.1 89.889.8 13.213.2 1.571.57 비교예5Comparative Example 5 0.0250.025 18.518.5 9.99.9 38.838.8 28.928.9 1.561.56 4.854.85 0.2490.249 18.218.2 346.5346.5 32.232.2 90.290.2 79.879.8 17.017.0 0.620.62 비교예6Comparative Example 6 00 13.813.8 8.28.2 33.233.2 2525 1.811.81 5.645.64 0.3020.302 14.814.8 347.7347.7 34.534.5 88.888.8 81.181.1 19.719.7 00 비교예7Comparative example 7 00 19.119.1 9.89.8 34.834.8 2525 1.311.31 8.948.94 0.280.28 14.314.3 348.2348.2 32.832.8 90.490.4 8787 26.826.8 00

본 발명은 상기 구현예 및/또는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 구현예 및/또는 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.The present invention is not limited to the above embodiments and/or examples, but can be manufactured in various different forms, and those skilled in the art may change the technical idea or essential features of the present invention. You will be able to understand that it can be implemented in other specific forms without doing so. Therefore, the implementation examples and/or embodiments described above should be understood in all respects as illustrative and not restrictive.

Claims (20)

흑연계 모재; 및
상기 흑연계 모재 표면에 코팅되는 코팅층을 포함하고,
상기 코팅층은 카본층 및 적어도 하나 이상의 카본비즈(Carbon Beads)를 포함하며,
상기 카본층 및 상기 카본비즈는 황을 포함하며,
코팅재의 함량은 음극 활물질 내 중량%로 1.00 내지 5.00 wt% 포함하는 리튬 이차전지용 음극 활물질.
Graphite base material; and
It includes a coating layer coated on the surface of the graphite-based base material,
The coating layer includes a carbon layer and at least one carbon bead,
The carbon layer and the carbon beads contain sulfur,
A negative electrode active material for a lithium secondary battery containing a coating material content of 1.00 to 5.00 wt% in weight percent of the negative electrode active material.
제1 항에 있어서,
하기 식 1을 만족하는 리튬 이차전지용 음극 활물질.
<식 1>
30 ≤ 코팅재의 함량[wt%]/ 황 함량[wt%] ≤ 125
According to claim 1,
A negative electrode active material for a lithium secondary battery that satisfies the following formula 1.
<Equation 1>
30 ≤ Coating material content [wt%]/ Sulfur content [wt%] ≤ 125
제1 항에 있어서,
하기 식 2를 만족하는 리튬 이차전지용 음극 활물질.
<식 2>
1.0 ≤ 코팅재 함량[wt%] × BET 비표면적[m2/g] ≤ 13
According to claim 1,
A negative electrode active material for a lithium secondary battery that satisfies the following formula 2.
<Equation 2>
1.0 ≤ Coating material content [wt%] × BET specific surface area [m 2 /g] ≤ 13
제1 항에 있어서,
하기 식 3을 만족하는 리튬 이차전지용 음극 활물질.
<식 3>
0.7 ≤ Raman(Id/Ig) 비율 × 황 함량[wt%] × 100 ≤ 1.5
(상기 Id는 파장 1350 cm-1 부근의 비정질 탄소의 피크 강도를 의미하고, Ig는 파장 1575 cm-1 부근의 결정질 탄소의 피크 강도를 의미한다)
According to claim 1,
A negative electrode active material for a lithium secondary battery that satisfies the following formula 3.
<Equation 3>
0.7 ≤ Raman(I d /I g ) ratio × sulfur content [wt%] × 100 ≤ 1.5
(The I d refers to the peak intensity of amorphous carbon around a wavelength of 1350 cm -1 , and I g refers to the peak intensity of crystalline carbon around a wavelength of 1575 cm -1 )
제1 항에 있어서,
2차 입자의 D90 입경 - D10 입경은 22.6 내지 23.9 ㎛인 리튬 이차전지용 음극 활물질.
According to claim 1,
A negative electrode active material for a lithium secondary battery having a D90 particle size of the secondary particle - D10 particle size of 22.6 to 23.9 ㎛.
제1 항에 있어서,
2차 입자의 D10 입경은 7.3 내지 14.1 ㎛인 리튬 이차전지용 음극 활물질.
According to claim 1,
A negative electrode active material for a lithium secondary battery in which the D10 particle size of the secondary particles is 7.3 to 14.1 ㎛.
제1 항에 있어서,
2차 입자의 Span 값((D90-D10)/D50)은 0.96 내지 1.55인 리튬 이차전지용 음극 활물질.
According to claim 1,
A negative electrode active material for a lithium secondary battery whose span value ((D90-D10)/D50) of the secondary particles is 0.96 to 1.55.
제1 항에 있어서,
Raman(Id/Ig)의 비율은 0.346 내지 0.362의 범위를 만족하는 리튬 이차전지용 음극 활물질.
(상기 Id는 파장 1350 cm-1 부근의 비정질 탄소의 피크 강도를 의미하고, Ig는 파장 1575 cm-1 부근의 결정질 탄소의 피크 강도를 의미한다)
According to claim 1,
A negative electrode active material for a lithium secondary battery whose Raman (I d /I g ) ratio satisfies the range of 0.346 to 0.362.
(The I d refers to the peak intensity of amorphous carbon around a wavelength of 1350 cm -1 , and I g refers to the peak intensity of crystalline carbon around a wavelength of 1575 cm -1 )
제1 항에 있어서,
배향도(I004/I110)는 10.0 내지 14.0인 리튬 이차전지용 음극 활물질.
(I004는 XRD 패턴에 있어서 흑연 결정의 (004)면의 배향성 피크 강도이고, I110는 XRD 패턴에 있어서 흑연 결정의 (110)면의 배향성 피크 강도를 의미한다)
According to claim 1,
A negative electrode active material for a lithium secondary battery having an orientation degree (I 004 /I 110 ) of 10.0 to 14.0.
(I 004 is the orientation peak intensity of the (004) plane of the graphite crystal in the XRD pattern, and I 110 means the orientation peak intensity of the (110) plane of the graphite crystal in the XRD pattern)
제1 항에 있어서,
상기 황의 함량은 중량 %로, 0.026 내지 0.04 중량%인 리튬 이차전지용 음극 활물질.
According to claim 1,
The anode active material for a lithium secondary battery has a sulfur content of 0.026 to 0.04 wt% in weight %.
제1 항에 있어서,
상기 흑연계 모재는 천연흑연, 인조흑연 및 이들의 조합인 리튬 이차전지용 음극 활물질.
According to claim 1,
The graphite-based base material is a negative electrode active material for lithium secondary batteries that is natural graphite, artificial graphite, and a combination thereof.
제1 항에 있어서,
상기 카본층은 비정질 카본층인 리튬 이차전지용 음극 활물질.
According to claim 1,
The carbon layer is an amorphous carbon layer, a negative electrode active material for a lithium secondary battery.
제1 항에 있어서,
상기 카본층의 두께는 1 내지 30 ㎚의 두께인 리튬 이차전지용 음극 활물질.
According to claim 1,
A negative electrode active material for a lithium secondary battery wherein the carbon layer has a thickness of 1 to 30 nm.
제1 항에 있어서,
상기 적어도 하나 이상의 카본비즈는 적어도 하나 이상의 클러스터(Cluster)로 구성되는 리튬 이차전지용 음극 활물질.
According to claim 1,
The at least one carbon bead is a negative electrode active material for a lithium secondary battery consisting of at least one cluster.
제1 항에 있어서,
상기 적어도 하나 이상의 카본비즈는 구형 및 타원형 중 적어도 하나인 리튬 이차전지용 음극 활물질.
According to claim 1,
The at least one carbon bead is at least one of spherical and oval shapes.
흑연계 피코팅물질과 황을 함유하는 코팅물질을 혼합하여 코팅층을 형성하는 단계; 및
상기 코팅층이 형성된 결과물을 800 내지 2,700 ℃ 범위에서 열처리하여 탄화하는 단계를 포함하는 리튬 이차전지용 음극 활물질의 제조 방법.
Forming a coating layer by mixing a graphite-based coating material and a sulfur-containing coating material; and
A method of producing a negative electrode active material for a lithium secondary battery, comprising the step of carbonizing the resulting coating layer by heat treatment in the range of 800 to 2,700 ° C.
제16 항에 있어서,
흑연계 피코팅물질과 황을 함유하는 코팅물질을 혼합하여 코팅층을 형성하는 단계에서,
상기 코팅물질에 대한 상기 피코팅물질의 비는 1/20 내지 1/5 인 리튬 이차전지용 음극 활물질의 제조 방법.

According to claim 16,
In the step of forming a coating layer by mixing a graphite-based coating material and a sulfur-containing coating material,
A method for producing a negative electrode active material for a lithium secondary battery, wherein the ratio of the coated material to the coating material is 1/20 to 1/5.

제16 항에 있어서,
상기 흑연계 피코팅물질은 천연흑연, 인조흑연 및 이들의 조합을 포함하는 리튬 이차전지용 음극 활물질의 제조 방법.
According to claim 16,
The graphite-based coating material is a method of producing a negative electrode active material for a lithium secondary battery including natural graphite, artificial graphite, and a combination thereof.
제16 항에 있어서,
흑연계 피코팅물질과 황을 함유하는 코팅물질을 혼합하여 코팅층을 형성하는 단계에서,
상기 피코팅물질의 퀴놀린 불용분(QI)은 상기 피코팅물질 전체 중량에 대해 0.05 중량% 내지 2.0 중량% 인 리튬 이차전지용 음극 활물질의 제조 방법.
According to claim 16,
In the step of forming a coating layer by mixing a graphite-based coating material and a sulfur-containing coating material,
A method for producing a negative active material for a lithium secondary battery, wherein the quinoline insoluble content (QI) of the material to be coated is 0.05% to 2.0% by weight based on the total weight of the material to be coated.
제16 항에 있어서
흑연계 피코팅물질과 황을 함유하는 코팅물질을 혼합하여 코팅층을 형성하는 단계에서,
상기 피코팅물질의 고정 탄소량이 콜타르 전체 중량에 대하여 19.5 내지 96.2 중량%인, 리튬 이차전지용 음극 활물질의 제조 방법.

In clause 16
In the step of forming a coating layer by mixing a graphite-based coating material and a sulfur-containing coating material,
A method for producing a negative electrode active material for a lithium secondary battery, wherein the fixed carbon amount of the coating material is 19.5 to 96.2% by weight based on the total weight of coal tar.

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