KR20240026364A - Anode active material for lithium secondary battery and method of manufacturing thereof - Google Patents

Anode active material for lithium secondary battery and method of manufacturing thereof Download PDF

Info

Publication number
KR20240026364A
KR20240026364A KR1020220103641A KR20220103641A KR20240026364A KR 20240026364 A KR20240026364 A KR 20240026364A KR 1020220103641 A KR1020220103641 A KR 1020220103641A KR 20220103641 A KR20220103641 A KR 20220103641A KR 20240026364 A KR20240026364 A KR 20240026364A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
active material
negative electrode
electrode active
particle size
primary particles
Prior art date
Application number
KR1020220103641A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
조현철
박세민
윤종훈
이강호
안정철
Original Assignee
재단법인 포항산업과학연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 재단법인 포항산업과학연구원 filed Critical 재단법인 포항산업과학연구원
Priority to KR1020220103641A priority Critical patent/KR20240026364A/en
Publication of KR20240026364A publication Critical patent/KR20240026364A/en

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/58Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
    • H01M4/583Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/20Graphite
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/20Graphite
    • C01B32/205Preparation
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052Li-accumulators
    • H01M10/0525Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2002/00Crystal-structural characteristics
    • C01P2002/70Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data
    • C01P2002/78Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data by stacking-plane distances or stacking sequences
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00Particle morphology
    • C01P2004/01Particle morphology depicted by an image
    • C01P2004/03Particle morphology depicted by an image obtained by SEM
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00Particle morphology
    • C01P2004/60Particles characterised by their size
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/11Powder tap density
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/12Surface area
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/40Electric properties
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/026Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
    • H01M2004/027Negative electrodes
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

본 실시예는 음극 활물질 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 상기 음극 활물질은 2차 입자를 포함하는 흑연재이되, 상기 2차 입자는 복수개의 1차 입자가 조립된 것이고, 상기 흑연재는 X선 회절 분석에 의한 002 면간격(d002)이 0.3354 내지 0.3362 ㎚이며, 하기 식 1을 만족할 수 있다.
<식 1>
1.2 ≤ Span × (비표면적(BET)[m2/g]/탭밀도[g/cc]) ≤ 1.72 (상기 Span 값은 상기 흑연재의 D50 입경에 대한 D90 입경과 D10 입경의 차이 비인 (D90-D10)/D50을 의미한다)
This embodiment relates to a negative electrode active material and a method of manufacturing the same. The negative electrode active material is a graphite material containing secondary particles, the secondary particles are assembled from a plurality of primary particles, and the graphite material is subjected to X-ray diffraction. The 002 plane spacing (d 002 ) according to the analysis is 0.3354 to 0.3362 ㎚, and can satisfy the following equation 1.
<Equation 1>
1.2 ≤ Span -means D10)/D50)

Description

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

본 실시예들은 이차 전지에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 리튬 이차전지용 음극 활물질, 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.These embodiments relate to secondary batteries, and more specifically, to negative electrode active materials for lithium secondary batteries, and methods of manufacturing the same.

리튬 이차전지는 일반적으로 양극 활물질을 포함하는 양극, 음극 활물질을 포함하는 음극, 분리막, 및 전해질로 구성되며, 리튬 이온의 삽입-탈리(Intercalation-Decalation)에 의해 충전 및 방전이 수행되는 것이다. 상기 리튬 이차전지는 에너지 밀도(Energy Density)에 의해 충전 및 방전이 수행되는 것이다. 상기 리튬 이차전지는 에너지 밀도(Energy Density)가 높고, 기전력이 크며 고용량을 발휘할 수 있는 장점을 가지므로 다양한 분야에 적용되고 있다.A lithium secondary battery generally consists of a positive electrode containing a positive electrode active material, a negative electrode containing a negative electrode active material, a separator, and an electrolyte, and charging and discharging are performed by intercalation-decalation of lithium ions. The lithium secondary battery is charged and discharged based on energy density. The lithium secondary battery has the advantages of high energy density, large electromotive force, and high capacity, so it is applied in various fields.

또한, 리튬 이차전지에서 고온 저장 특성 및 고온 사이클 특성과 같은 고온 성능을 개선하는 것이 중요한 해결 과제이다. 예를 들어, 상기 음극 활물질을 집전체에 도포하여 압연한 후, 내부 총 기공 부피가 높으면 음극의 고온 성능이 저하도리 가능성이 큰 문제가 있다. 따라서, 전극 압연 시 발생하는 전극 구조 변화 및 내부 총기공 부피의 변화를 최소화 시킴으로써 리튬 이차전지, 예를 들어 급속 충전용 이차전지의 음극재 개발 시 고온 특성을 향상시킬 필요가 있다.In addition, improving high-temperature performance such as high-temperature storage characteristics and high-temperature cycling characteristics in lithium secondary batteries is an important problem to be solved. For example, after applying and rolling the negative electrode active material to the current collector, if the total internal pore volume is high, there is a high possibility that the high temperature performance of the negative electrode will deteriorate. Therefore, there is a need to improve high-temperature characteristics when developing anode materials for lithium secondary batteries, for example, secondary batteries for rapid charging, by minimizing changes in electrode structure and total internal pore volume that occur during electrode rolling.

또한, 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지에 대한 수요가 급격히 증가하고 있고, 이차전지 중에서도 높은 에너지 밀도와 작동 전위를 나타내고, 사이클 수명이 길며 자기방전율이 낮은 리튬 이차전지가 상용화되어 널리 사용되고 있다.In addition, as technology development and demand for mobile devices increase, the demand for secondary batteries as an energy source is rapidly increasing. Among secondary batteries, lithium secondary batteries exhibit high energy density and operating potential, long cycle life, and low self-discharge rate. Batteries have been commercialized and are widely used.

또한, 환경문제에 대한 관심이 커짐에 따라 대기오염의 주요 원인 중 하나인 가솔린 차량, 및 디젤 차량과 같은 화석연료를 사용하는 차량을 대체할 수 있는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차에 대한 관심이 높아지고 있으며, 상기 전기차, 상기 하이브리드 전기자동차의 동력원으로 리튬 이차전지를 사용하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다.In addition, as interest in environmental issues grows, interest in electric vehicles and hybrid electric vehicles that can replace vehicles that use fossil fuels such as gasoline vehicles and diesel vehicles, which are one of the main causes of air pollution, is increasing. , research is being actively conducted to use lithium secondary batteries as a power source for the electric vehicles and hybrid electric vehicles.

최근, EV 전기차의 급격한 부상으로 인해, 상기 리튬 이차전지에 대한 기대가 커지고 있고, 기존의 용량을 보존하며, 급속 충전 특성에 대한 개선 요구가 증가되고 있다. 상기 급속 충전의 개선은 충전 시 리튬 이온의 저장을 담당하는 음극 활물질의 역할이 중요해지고 있다.Recently, due to the rapid rise of EV electric vehicles, expectations for lithium secondary batteries are growing, and demands for preserving existing capacity and improving fast charging characteristics are increasing. The role of the negative electrode active material, which is responsible for storing lithium ions during charging, is becoming more important in improving the rapid charging.

상기 음극 활물질로서 금속 리튬 음극 활물질, 탄소계 음극 활물질, 또는 산화실리콘(SiOX)와 같은 물질이 사용되고 있다. 상기 탄소계 음극 활물질은 우수한 용량 보존 특성 및 효율을 나타낸다. 리튬 이차전지의 음극으로 사용되는 탄소계 음극 활물질은 리튬 금속의 전극 전위에 근접한 전위를 가지고 있기 때문에, 이온 상태 리튬의 삽입 및 탈리 과정 동안 결정 구조의 변화가 작다. 또한, 상기 탄소계 음극 활물질은 전극에서의 지속적이고 반복적인 산화 및 환원 반응을 가능하게 하여 리튬 이차전지가 높은 용량 및 우수한 수명을 나타낼 수 있도록 한다.As the negative electrode active material, materials such as metallic lithium negative electrode active material, carbon-based negative electrode active material, or silicon oxide (SiOX) are used. The carbon-based negative active material exhibits excellent capacity preservation characteristics and efficiency. Since the carbon-based negative electrode active material used as the negative electrode of a lithium secondary battery has a potential close to the electrode potential of lithium metal, the change in crystal structure is small during the insertion and desorption process of ionic lithium. In addition, the carbon-based negative active material enables continuous and repetitive oxidation and reduction reactions in the electrode, allowing lithium secondary batteries to exhibit high capacity and excellent lifespan.

상기 탄소계 음극 활물질로 결정질 탄소계 재료인 천연흑연 및 인조흑연 또는 비정질 탄소계 재료인 하드 카본 및 소프트 카본과 같이 다양한 형태의 재료가 사용되고 있다. 상기 탄소계 음극 활물질 중 가역성이 뛰어나 리튬 이차전지의 수명 특성을 향상시킬 수 있는 흑연계 음극 활물질이 가장 널리 사용되고 있다.Various types of materials are used as the carbon-based negative electrode active material, such as natural graphite and artificial graphite, which are crystalline carbon-based materials, or hard carbon and soft carbon, which are amorphous carbon-based materials. Among the carbon-based negative electrode active materials, graphite-based negative electrode active materials, which have excellent reversibility and can improve the lifespan characteristics of lithium secondary batteries, are the most widely used.

상기 흑연계 음극 활물질은 리튬 대비 방전 전압이 - 0.2 V로 낮기 때문에 흑연계 음극 활물질을 이용한 전지는 3.6 V의 높은 방전 전압을 나타낼 수 있어, 리튬 이차전지의 에너지 밀도 측면에서 우수한 이점이 있다.Since the graphite-based negative electrode active material has a low discharge voltage of -0.2 V compared to lithium, batteries using the graphite-based negative electrode active material can exhibit a high discharge voltage of 3.6 V, which has an excellent advantage in terms of energy density of lithium secondary batteries.

상기 결정질 탄소계 재료인 인조흑연은 2,700 ℃ 이상의 높은 열에너지를 가해서 흑연의 결정 구조를 만들기 때문에 상기 천연흑연 보다 안정적인 결정구조를 가지므로 리튬이온의 반복적인 충방전에도 결정구조의 변화가 작아 상대적으로 수명이 길다. 일반적으로 인조흑연계 음극 활물질은 천연흑연보다 2 내지 3 배 정도로 수명이 긴 이점이 있다.Artificial graphite, which is a crystalline carbon-based material, creates a graphite crystal structure by applying high heat energy of 2,700°C or more, so it has a more stable crystal structure than natural graphite, so the change in crystal structure is small even after repeated charging and discharging of lithium ions, so it has a relatively long lifespan. This is long. In general, artificial graphite-based anode active materials have the advantage of having a lifespan that is 2 to 3 times longer than natural graphite.

결정구조가 안정화되어 있지 않은 상기 비정질 탄소계 재료인 소프트 카본 및 하드 카본은 리튬 이온의 진출이 더욱 원활한 특성을 가지게 되며, 충전 및 방전 속도를 높일 수 있어 고속 충전이 요구되는 전극에 사용될 수 있다. 따라서, 사용하고자 하는 리튬 이차전지의 수명 특성 및 출력 특성을 고려하여, 상기 탄소계 재료들을 일정 비율로 혼합하여 사용하는 것이 일반적이다.Soft carbon and hard carbon, which are amorphous carbon-based materials whose crystal structure is not stabilized, have characteristics that allow lithium ions to advance more smoothly and can increase charging and discharging speeds, so they can be used in electrodes that require high-speed charging. Therefore, in consideration of the lifespan characteristics and output characteristics of the lithium secondary battery to be used, it is common to mix the carbon-based materials in a certain ratio.

또한, 리튬 이차전지에서는 고온 저장 특성 및 고온 사이클 특성과 같은 고온 성능을 개선하는 것이 중요한 해결 과제이다. 음극 활물질을 집전체에 도포하여 압연한 이후, 내부 총 기공 부피가 높으면 음극의 고온 성능이 저하될 가능성이 크다. 따라서, 전극 압연 시 발생하는 전극 구조 변화 및 내부 총 기공 부피의 변화를 최소화시켜 리튬 이차전지의 고온 특성을 향상시킬 필요가 있다.Additionally, in lithium secondary batteries, improving high-temperature performance such as high-temperature storage characteristics and high-temperature cycling characteristics is an important problem to be solved. After applying the negative electrode active material to the current collector and rolling it, if the total internal pore volume is high, there is a high possibility that the high temperature performance of the negative electrode will deteriorate. Therefore, there is a need to improve the high-temperature characteristics of lithium secondary batteries by minimizing changes in electrode structure and total internal pore volume that occur during electrode rolling.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 분체 저항 특성에 따른 전극 밀도의 구현이 가능하며, 높은 전기화학특성을 발현할 수 있는 음극 활물질을 제공하는 것이다.The technical problem to be solved by the present invention is to provide a negative electrode active material that can realize electrode density according to powder resistance characteristics and exhibit high electrochemical properties.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 중추적인 조립공정을 가압방식의 압출 또는 가압/팽창을 통해 2개 이상의 회전축을 이용하고 흑연화 처리를 하여 상기 이점을 갖는 음극 활물질을 제공하는 것이다.Another technical problem to be solved by the present invention is to provide a negative electrode active material having the above advantages by performing a central assembly process using two or more rotating axes through pressure extrusion or pressure/expansion and graphitization treatment.

본 발명의 일 실시예에 따른, 음극 활물질은 2차 입자를 포함하는 흑연재이되, 상기 2차 입자는 복수개의 1차 입자가 조립된 것이고, 상기 흑연재는 X선 회절 분석에 의한 002 면간격(d002)이 0.3354 내지 0.3362 ㎚이며, 하기 식 1을 만족할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the negative electrode active material is a graphite material containing secondary particles, wherein the secondary particles are assembled from a plurality of primary particles, and the graphite material has a plane spacing of 002 according to X-ray diffraction analysis. (d 002 ) is 0.3354 to 0.3362 nm, and can satisfy the following equation 1.

<식 1><Equation 1>

1.2 ≤ Span × (비표면적(BET)[m2/g]/탭밀도[g/cc]) ≤ 1.721.2 ≤ Span × (specific surface area (BET) [m 2 /g]/tap density [g/cc]) ≤ 1.72

(상기 Span 값은 상기 흑연재의 D50 입경에 대한 D90 입경과 D10 입경의 차이 비인 (D90-D10)/D50을 의미한다)(The Span value means (D90-D10)/D50, which is the ratio of the difference between the D90 particle size and D10 particle size to the D50 particle size of the graphite material.)

일 실시예에서, 음극 활물질은 하기 식 2를 만족할 수 있다.In one embodiment, the negative electrode active material may satisfy Equation 2 below.

<식 2><Equation 2>

3.95 ≤ 구형화도/Span 값 ≤ 4.803.95 ≤ Sphericity/Span value ≤ 4.80

(상기 Span 값은 상기 흑연재의 D50 입경에 대한 D90 입경과 D10 입경의 차이 비인 (D90-D10)/D50을 의미한다)(The Span value means (D90-D10)/D50, which is the ratio of the difference between the D90 particle size and D10 particle size to the D50 particle size of the graphite material.)

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>

0.310 ≤ 002 면간격(d002)/탭밀도 ≤ 0.4000.310 ≤ 002 Surface spacing (d 002 )/Tap density ≤ 0.400

일 실시예에서, 음극 활물질은 구형화도가 0.85 내지 1.0일 수 있다. 일 실시예에서, 상기 흑연재의 D50 입경에 대한 D90 입경과 D10 입경의 차이 비인 Span 값((D90-D10)/D50)은 1.4 이하일 수 있다.In one embodiment, the negative electrode active material may have a sphericity degree of 0.85 to 1.0. In one embodiment, the Span value ((D90-D10)/D50), which is the ratio of the difference between the D90 particle size and the D10 particle size with respect to the D50 particle size of the graphite material, may be 1.4 or less.

일 실시예에서, 음극 활물질은 탭밀도가 0.8 g/cc 이상일 수 있다. 일 실시예에서, 음극 활물질은 비표면적(BET)은 1.3 g/m2 이하일 수 있다. 일 실시예에서, 하중(Load) 600 내지 1000 kgf에 있어서의 분체 저항 측정에 의한 전기전도도가 38 내지 121 S/cm일 수 있다. In one embodiment, the negative electrode active material may have a tap density of 0.8 g/cc or more. In one embodiment, the negative electrode active material may have a specific surface area (BET) of 1.3 g/m 2 or less. In one embodiment, the electrical conductivity measured by powder resistance measurement at a load of 600 to 1000 kgf may be 38 to 121 S/cm.

일 실시예에서, 하중(Load) 600 내지 1000 kgf에 있어서의 분체 저항 측정에 의한 밀도가 1.45 내지 1.80 g/cc 일 수 있다. 일 실시예에서, 상기 1차 입자는 석탄계 코크스 및 석유계 코크스 중 적어도 하나 이상이 흑연화된 것일 수 있다.In one embodiment, the density as measured by powder resistance at a load of 600 to 1000 kgf may be 1.45 to 1.80 g/cc. In one embodiment, the primary particles may be graphitized from at least one of coal-based coke and petroleum-based coke.

본 발명의 다른 실시예에 따른, 음극 활물질의 제조 방법은, 탄소 원료로부터 1차 입자를 제공하는 단계, 상기 1차 입자와 바인더를 상온에서 30분 이상 혼합하는 단계, 혼합된 상기 1차 입자와 상기 바인더를 조립기에 투입하는 단계, 상기 조립기에 투입된 상기 1차 입자와 상기 바인더를 조립하여 2차 입자를 제조하는 단계, 및 상기 조립된 2차 입자를 2,700 ℃ 이상에서 흑연화하는 단계를 포함하고, 상기 1차 입자 100 중량부에 대한 상기 바인더의 함량은 10.0 내지 13.5 중량부를 만족할 수 있다. 일 실시예에서, 탄소 원료로부터 1차 입자를 제공하는 단계에서, 상기 탄소 원료를 분쇄하는 단계를 포함하고, 상기 1차 입자의 D10: 5 내지 10 ㎛, D50: 10 내지 18 ㎛, D90: 20 내지 28 ㎛ 중 적어도 하나를 만족할 수 있다. According to another embodiment of the present invention, a method for producing a negative electrode active material includes providing primary particles from a carbon raw material, mixing the primary particles and a binder at room temperature for more than 30 minutes, and mixing the primary particles and Inserting the binder into a granulator, assembling the primary particles and the binder introduced into the granulator to produce secondary particles, and graphitizing the assembled secondary particles at 2,700° C. or higher. , the content of the binder with respect to 100 parts by weight of the primary particles may be 10.0 to 13.5 parts by weight. In one embodiment, the step of providing primary particles from a carbon raw material includes grinding the carbon raw material, and the primary particles have D10: 5 to 10 ㎛, D50: 10 to 18 ㎛, and D90: 20. At least one of 28 ㎛ may be satisfied.

일 실시예에서, 상기 조립기에 투입된 1차 입자와 바인더를 조립하여 2차 입자를 제조하는 단계는, 30 RPM 이상으로 조립하는 단계를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 조립기에 투입된 1차 입자와 바인더를 조립하여 2차 입자를 제조하는 단계는, 조립된 분체를 100 ℃ 이상에서 가압을 통해 조립하는 단계를 포함할 수 있다 In one embodiment, the step of manufacturing secondary particles by assembling the primary particles and the binder introduced into the granulator may include assembling at 30 RPM or more. In one embodiment, the step of manufacturing secondary particles by assembling the primary particles and the binder introduced into the granulator may include assembling the granulated powder through pressurization at 100 ° C. or higher.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 코크스의 입도 제어를 통해, 분체 저항 특성에 따른 전극 밀도의 구현이 가능하며, 전기 화학적 특성이 우수한 음극 활물질을 제공할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, by controlling the particle size of coke, it is possible to implement electrode density according to powder resistance characteristics and provide a negative electrode active material with excellent electrochemical properties.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 이점을 갖는 음극 활물질을 제조하는 방법을 제공할 수 있다.Additionally, according to another embodiment of the present invention, a method for manufacturing a negative electrode active material having the above advantages can be provided.

도 1a 및 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른, 음극 활물질의 SEM 사진이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 분체저항에 따른 전극 밀도에 관한 그래프이다.
1A and 1B are SEM photographs of a negative electrode active material according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a graph of electrode density according to powder resistance, according to an embodiment 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, the meaning of "comprising" refers to 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.

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 명세서에서 "그린 코크스(Green coke, raw coke)"란, 일반적으로 석탄 또는 석유계 잔사 혹은 가공품인 핏치를 고압 및 고온 조건에서 코킹 반응을 통하여 제조하는 것을 의미한다. 구체적으로는, 원료의 조성 및 코킹 공정 조건에 따라서 일축 방향으로 탄소질 조직 배향성도가 높은 이방성 또는 침상 코크스(Anisotropic or needle coke) 또는 탄소질 조직 배향도가 낮은 등방성 혹은 핏치 코크스 (Isotropic or pitch coke)가 얻어진다. 보다 더 구체적으로, "그린이"란 코킹 공정 직후 얻어진 상태로 하소(Calcination) 또는 탄화(Carbonization) 등의 열처리를 거치지 않아 일정한 분율의 휘발분을 포함하고 있는 상태를 의미한다.Hereinafter, in this specification, “green coke (raw coke)” generally means manufacturing pitch, which is coal or petroleum residue or processed product, through a coking reaction under high pressure and high temperature conditions. Specifically, depending on the composition of the raw materials and coking process conditions, anisotropic or needle coke with a high degree of carbonaceous structure orientation in the uniaxial direction or isotropic or pitch coke with a low degree of carbonaceous structure orientation. is obtained. More specifically, “green” refers to a state obtained immediately after the coking process and containing a certain percentage of volatile matter without undergoing heat treatment such as calcination or carbonization.

이하, 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. However, this is presented as an example, and the present invention is not limited thereby, and the present invention is only defined by the scope of the claims to be described later.

본 발명의 일 실시예에 따른, 음극 활물질은 2차 입자를 포함하는 흑연재이되, 상기 2차 입자는 복수개의 1차 입자가 조립된 것이다. 상기 2차 입자는 복수 개의 1차 입자가 응집된 후, 후술하는 제조 방법 단계에서 흑연화되어 조립된 상태일 수 있다. 구체적으로, 상기 1차 입자는 어떤 입자로부터 다른 입자가 형성될 때 구성요소가 되는 입자를 의미하며, 복수의 1차 입자가 집합, 결합, 또는 조립에 의해 응집됨으로써, 2차 입자를 형성할 수 있다. 본 발명에서, 복수의 상기 1차 입자가 조립에 의해 응집되어 2차 입자를 형성하는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the negative electrode active material is a graphite material containing secondary particles, and the secondary particles are assembled from a plurality of primary particles. The secondary particles may be assembled by agglomerating a plurality of primary particles and then graphitizing them in a manufacturing method step described later. Specifically, the primary particle refers to a particle that becomes a component when another particle is formed from one particle, and a plurality of primary particles can be aggregated, combined, or aggregated to form secondary particles. there is. In the present invention, a plurality of the primary particles may be aggregated to form secondary particles.

일 실시예에서, 음극 활물질은 하기 식 1을 만족할 수 있다.In one embodiment, the negative electrode active material may satisfy Equation 1 below.

<식 1><Equation 1>

1.2 ≤ Span × (비표면적(BET)[m2/g]/탭밀도[g/cc]) ≤ 1.721.2 ≤ Span × (specific surface area (BET) [m 2 /g]/tap density [g/cc]) ≤ 1.72

상기 Span 값은 상기 흑연재의 D50 입경에 대한 D90 입경과 D10 입경의 차이 비인 (D90-D10)/D50을 의미한다. 구체적으로, 상기 Span 값은 입자의 크기를 나타내는 지표인 D10, D50, D90을 이용하여 상기 (D90-D10)/D50의 계산식을 이용하여 얻어지는 값을 의미한다. 더욱 구체적으로, 상기 D10, D50, D90 입경은 다양한 입자 크기가 분포되어 있는 활물질 입자를 부피비로 각각 10 %, 50 %, 및 90 %까지 입자를 누적시켰을 때의 입자 크기를 의미한다.The Span value means (D90-D10)/D50, which is the ratio of the difference between the D90 particle size and the D10 particle size to the D50 particle size of the graphite material. Specifically, the Span value refers to a value obtained by using the calculation formula of (D90-D10)/D50 using D10, D50, and D90, which are indicators of particle size. More specifically, the D10, D50, and D90 particle sizes refer to the particle sizes when active material particles of various particle sizes are accumulated to 10%, 50%, and 90% by volume, respectively.

상기 식 1은 1.2 내지 1.72 범위를 만족할 수 있다. 구체적으로, 상기 식 1은 1.4 내지 1.70 범위를 만족할 수 있다. 상기 식 1을 만족함으로써, 전극 가공성이 우수한 이점이 있다.Equation 1 above can satisfy the range of 1.2 to 1.72. Specifically, Equation 1 above may satisfy the range of 1.4 to 1.70. By satisfying Equation 1 above, there is an advantage in that electrode processability is excellent.

상기 식 1의 값이 상한 값을 벗어나는 경우, Span 값과 비표면적이 넓어 전극 밀도 향상이 용이하지 못한 문제가 있다. 상기 식 1의 값이 하한 값을 벗어나는 경우, 과도한 비용으로, 비경제적인 문제가 있다. If the value of Equation 1 is outside the upper limit, there is a problem in that it is not easy to improve electrode density because the span value and specific surface area are large. If the value of Equation 1 is outside the lower limit, there is an uneconomical problem due to excessive cost.

일 실시예에서, 음극 활물질은 비표면적(BET)이 1.3 g/m2 이하일 수 있다. 일 실시예에서, 탭밀도는 0.8 g/cc 이상일 수 있다. 흑연재를 포함하는 음극 활물질의 경우, 비표면적이 작고, 탭밀도가 클수록 리튬 이차 전지에 적용 시 전지 특성이 우수할 수 있다.In one embodiment, the negative electrode active material may have a specific surface area (BET) of 1.3 g/m 2 or less. In one embodiment, the tap density may be greater than 0.8 g/cc. In the case of a negative electrode active material containing graphite, the smaller the specific surface area and the larger the tap density, the better the battery characteristics when applied to a lithium secondary battery.

일 실시예에서, 상기 Span 값은 1.40 이하일 수 있다. 구체적으로, 상기 Span 값은 1.30 이하일 수 있다. 더욱 구체적으로 상기 Span 값은 1.10 내지 1.30, 더욱 구체적으로, 1.23 내지 1.30 범위일 수 있다.In one embodiment, the Span value may be 1.40 or less. Specifically, the Span value may be 1.30 or less. More specifically, the Span value may range from 1.10 to 1.30, and more specifically, from 1.23 to 1.30.

상기 Span 값이 상기 범위의 상한 값을 벗어나는 경우, 미분으로 인한 전체 비표면적이 증가하여 초기 충방전 효율이 감소하고, 전극 코팅을 위한 슬러리의 점도가 크게 증가하여 품질이 균일한 전극을 제조하기 어려운 문제가 있다. 상기 Span 값이 상기 범위의 하한 값을 벗어나는 경우, 공업적으로 입도 편차가 매우 작은 분체를 가공하기 위해서는 생산 수율이 크게 감소하여 비용이 증가할 수 있다. 또한, 분체 간의 공극률이 상대적으로 낮아 전해질의 젖음성이 감소하여 전극 내 이온 전도성이 감소하는 문제와 탭밀도가 높은 전극을 구현하기 어려운 문제가 있다.If the Span value is outside the upper limit of the above range, the total specific surface area increases due to fine powder, which reduces the initial charge and discharge efficiency, and the viscosity of the slurry for electrode coating increases significantly, making it difficult to manufacture electrodes of uniform quality. there is a problem. If the Span value is outside the lower limit of the above range, the production yield may be significantly reduced and the cost may increase in order to industrially process powders with very small particle size deviations. In addition, the porosity between powders is relatively low, which reduces the wettability of the electrolyte, which reduces ionic conductivity within the electrode and makes it difficult to implement an electrode with a high tap density.

일 실시예에서, 상기 활물질의 D10은 9 내지 12 ㎛ 범위를 만족할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 활물질의 D50은 11 내지 20 ㎛ 범위를 만족할 수 있다. 구체적으로, 상기 활물질의 D50은 13 내지 16 ㎛ 범위를 만족할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 활물질의 D90은 20 내지 33 ㎛ 범위를 만족할 수 있다. 구체적으로, 상기 활물질의 D90은 25 내지 30 ㎛ 범위를 만족할 수 있다.In one embodiment, D10 of the active material may satisfy the range of 9 to 12 ㎛. In one embodiment, the D50 of the active material may satisfy the range of 11 to 20 ㎛. Specifically, the D50 of the active material may satisfy the range of 13 to 16 ㎛. In one embodiment, the D90 of the active material may satisfy the range of 20 to 33 ㎛. Specifically, the D90 of the active material may satisfy the range of 25 to 30 ㎛.

일 실시예에서, 음극 활물질은 하기 식 2를 만족할 수 있다.In one embodiment, the negative electrode active material may satisfy Equation 2 below.

<식 2><Equation 2>

3.95 ≤ 구형화도/Span 값 ≤ 4.803.95 ≤ Sphericity/Span value ≤ 4.80

상기 식 2는 3.95 내지 4.80 범위를 만족할 수 있다. 구체적으로, 상기 식 2는 3.958 내지 4.765 범위를 만족할 수 있다. 상기 식 2를 만족함으로써, 전극 가공성이 높아지고, 구형화도가 높아 부반응 사이트가 줄어들어 효율과 출력이 높은 이점이 있다.Equation 2 above can satisfy the range of 3.95 to 4.80. Specifically, Equation 2 may satisfy the range of 3.958 to 4.765. By satisfying Equation 2 above, there is an advantage in that electrode processability is increased and side reaction sites are reduced due to a high degree of spheroidization, resulting in high efficiency and output.

상기 식 2의 값이 상한 값을 벗어나는 경우, 비경제적인 문제가 있다. 상기 식 2의 값이 하한 값을 벗어나는 경우, 부반응 사이트 증가로 인해 출력과 효율이 저하되고, 전극가공성이 낮아져 전극밀도가 낮아지는 문제가 있다. If the value of Equation 2 is outside the upper limit, there is an uneconomical problem. If the value of Equation 2 exceeds the lower limit, there is a problem that output and efficiency decrease due to an increase in side reaction sites, and electrode processability decreases, leading to a decrease in electrode density.

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>

0.310 ≤ (002) 면간격(d002)[nm]/탭밀도[g/cc] ≤ 0.4000.310 ≤ (002) Plane spacing (d 002 )[nm]/tap density [g/cc] ≤ 0.400

상기 식3은 0.310 내지 0.400 범위를 만족할 수 있다. 상기 식 3의 값이 상한 값을 벗어나는 경우, 전극 가공성이 낮아지고, 음극재 적용 시 기능이 저하되고, 용량 및 효율이 저하되는 문제가 있다. 상기 식 3의 값이 하한 값을 벗어나는 경우, 비경제적인 문제가 있다.Equation 3 above can satisfy the range of 0.310 to 0.400. If the value of Equation 3 is outside the upper limit, electrode processability is lowered, function is deteriorated when applying anode material, and capacity and efficiency are deteriorated. If the value of Equation 3 is outside the lower limit, there is an uneconomical problem.

상기 (002) 면간격(d002)는 음극 활물질의 분체 상태 X 선 회절 분석에 의해 측정되는 것으로, 흑연의 면간격을 의미한다. 구체적으로, 상기 면간격은 서로 평행인 (002) 결정면 사이의 거리를 의미할 수 있다. 상기 면간격에 의해, 리튬 이온이 삽입 탈리되는 정도가 달라질 수 있고, 이에 따라, 상기 흑연의 용량 또한 상이해질 수 있다.The (002) interplanar spacing (d 002 ) is measured by powder state X-ray diffraction analysis of the negative electrode active material, and refers to the interplanar spacing of graphite. Specifically, the interplanar spacing may refer to the distance between (002) crystal planes that are parallel to each other. Depending on the surface spacing, the extent to which lithium ions are inserted and desorbed may vary, and accordingly, the capacity of the graphite may also vary.

일 실시예에서, 상기 흑연재는 X선 회절 분석에 의한 (002) 면간격(d002)이 0.3354 내지 0.3362 ㎚ 일 수 있다. 구체적으로, 상기 흑연재는 (002) 면간격(d002)이 0.3358 내지 0.3360 ㎚ 일 수 있다. 상기 면간격(d002)이 상기 범위를 만족함으로써, 리튬 이온이 상기 흑연재의 (002) 결정면 사이에 삽입 탈리되기에 용이한 공간을 확보할 수 있기 때문에, 리튬 이온이 확산 저항이 작아, 리튬 이온의 삽입 탈리가 자유로울 수 있다.In one embodiment, the graphite material may have a (002) interplane spacing (d 002 ) of 0.3354 to 0.3362 nm according to X-ray diffraction analysis. Specifically, the graphite material may have a (002) interplane spacing (d 002 ) of 0.3358 to 0.3360 nm. Since the interplanar spacing (d 002 ) satisfies the above range, a space can be secured for lithium ions to easily insert and desorb between the (002) crystal planes of the graphite material, so the lithium ions have a small diffusion resistance, thereby Insertion and desorption of ions can occur freely.

상기 면간격이 상한 값을 벗어나는 경우, 활물질의 용량이 작기 때문에, 이를 포함하는 이차전지가 고용량으로 제조되기 위해 음극의 두께가 두꺼워지고, 수명특성이 저하되어 효율이 크게 저하되는 문제가 있다. 상기 면간격이 하한 값을 벗어나는 경우, 상기 면간격 내로 리튬 이온이 삽입 탈리되기 용이하지 않기 때문에, 확산 저항이 증가하고 고율 충방전 시 리튬 석출이 발생하여 수명특성이 저하될 수 있다.If the surface spacing exceeds the upper limit, the capacity of the active material is small, so the thickness of the negative electrode becomes thick in order to manufacture a secondary battery containing it with high capacity, and there is a problem that the lifespan characteristics are lowered and the efficiency is greatly reduced. When the interplanar spacing exceeds the lower limit, it is difficult for lithium ions to be inserted and desorbed into the interplanar spacing, so diffusion resistance increases and lithium precipitation occurs during high-rate charging and discharging, which may deteriorate lifespan characteristics.

일 실시예에서, 음극 활물질은 하기 식 4를 만족할 수 있다.In one embodiment, the negative electrode active material may satisfy Equation 4 below.

<식 4><Equation 4>

1.10 ≤ 비표면적(BET)[m2/g]/탭밀도[g/cc] ≤ 1.651.10 ≤ specific surface area (BET) [m 2 /g]/tap density [g/cc] ≤ 1.65

상기 식 4는 1.10 내지 1.65 범위를 만족할 수 있다. 구체적으로, 상기 식 4는 1.18 내지 1.45 범위를 만족할 수 있다. 상기 식 4를 만족함으로써, 전극 가공성 및 용량이 우수한 이점이 있다.Equation 4 above can satisfy the range of 1.10 to 1.65. Specifically, Equation 4 may satisfy the range of 1.18 to 1.45. By satisfying Equation 4 above, there is an advantage in that electrode processability and capacity are excellent.

상기 식 4의 상한 값을 벗어나는 경우, 비표면적이 커, 부반응 사이트 증가로인해 용량 및 효율이 저하되는 문제가 있다. 상기 식 4의 하한 값을 벗어나는 경우, 비경제적인 문제가 있다.If it exceeds the upper limit of Equation 4 above, the specific surface area is large and there is a problem of reduced capacity and efficiency due to an increase in side reaction sites. If it exceeds the lower limit of Equation 4 above, there is an uneconomical problem.

일 실시예에서, 상기 2차 입자는 전입경을 기준으로, 구형화도가 0.85 내지 1.0 일 수 있다. 구체적으로, 상기 구형화도는 0.85 내지 0.95 일 수 있다. 상기 구형화도는 1에 가까울수록 탭밀도가 높아지고, 부반응 사이트가 줄어들어 상기 구형화도는 1에 가까울수록 좋다.In one embodiment, the secondary particles may have a degree of sphericity of 0.85 to 1.0 based on the particle diameter. Specifically, the degree of sphericity may be 0.85 to 0.95. The closer the sphericity degree is to 1, the higher the tap density is and the fewer side reaction sites, so the closer the sphericity degree is to 1, the better.

일 실시예에서, 음극 활물질은 하중(Load) 600 내지 1000 kgf에 있어서의 분체 저항 측정에 의한 전기전도도가 38 내지 152 S/cm 일 수 있다. 구체적으로, 상기 전기전도도는 55 내지 120 S/cm 일 수 있다. 상기 하중 범위에서 상기 전기전도도 범위를 만족함으로써, 탄소 결정 구조의 발달이 충분히 발달하고, 결정성이 높아지며, 탄소 자체 전기 전도도가 향상됨에 따라, 충전 및 방전 시 전류 누설에 의한 저항 증가를 억제할 수 있어 용량 유지율 측면에서 유리한 이점이 있다.In one embodiment, the negative electrode active material may have an electrical conductivity of 38 to 152 S/cm as measured by powder resistance under a load of 600 to 1000 kgf. Specifically, the electrical conductivity may be 55 to 120 S/cm. By satisfying the electrical conductivity range in the above load range, the development of the carbon crystal structure is sufficiently developed, crystallinity increases, and the carbon itself electrical conductivity improves, thereby suppressing the increase in resistance due to current leakage during charging and discharging. There is an advantage in terms of capacity maintenance rate.

상기 하중 범위에서의 분체 저항 측정에 의한 전기전도도가 상한 값을 벗어나는 경우, 비경제적인 문제가 있다. 상기 전기전도도가 하한 값을 벗어나는 경우, 용량 및 효율이 낮은 문제가 있다. If the electrical conductivity measured by powder resistance in the above load range exceeds the upper limit, there is an uneconomical problem. If the electrical conductivity exceeds the lower limit, there is a problem of low capacity and efficiency.

일 실시예에서, 음극 활물질은 하중(Load) 600 내지 1000 kgf에 있어서의 분체 저항 측정에 의한 전극 밀도가 1.45 내지 1.80 g/cc 일 수 있다. 구체적으로, 상기 전극 밀도는 1.50 내지 1.65 g/cc 일 수 있다. 상기 하중 범위에서의 분체 저항 측정에 의한 밀도가 상기 범위를 만족함으로써, 탄소 자체 전기 전도도가 향상되고, 용량 유지율이 높은 이점이 있다.In one embodiment, the negative electrode active material may have an electrode density of 1.45 to 1.80 g/cc as measured by powder resistance measurement at a load of 600 to 1000 kgf. Specifically, the electrode density may be 1.50 to 1.65 g/cc. When the density measured by powder resistance measurement in the above load range satisfies the above range, there is an advantage that the carbon's own electrical conductivity is improved and the capacity retention rate is high.

본 발명의 다른 실시예 따른 음극 활물질의 제조 방법은, 탄소 원료로부터 1차 입자를 제공하는 단계, 상기 1차 입자와 바인더를 조립기에 투입하는 단계, 상기 조립기에 투입된 1차 입자와 바인더를 조립하여 2차 입자를 제조하는 단계, 및 상기 조립된 2차 입자를 2,700 ℃ 이상에서 흑연화하는 단계를 포함한다.A method of manufacturing a negative electrode active material according to another embodiment of the present invention includes providing primary particles from a carbon raw material, introducing the primary particles and the binder into a granulator, and assembling the primary particles and the binder introduced into the granulator. It includes preparing secondary particles, and graphitizing the assembled secondary particles at 2,700°C or higher.

상기 탄소 원료로부터 1차 입자를 제공하는 단계에서, 상기 탄소 원료는 그린 코크스 또는 하소 코크스 일 수 있다. 구체적으로, 상기 탄소 원료 중 그린 코크스를 이용할 경우, 팽창율이 낮고, 고속 충전 및 방전 특성이 우수한 리튬 이차 전지용 음극 활물질을 제공할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 탄소 원료는 등방, 이방, 또는 이들의 조합인 코크스 혼합물일 수 있으며, 예를 들어 침상 코크스일 수 있다. In the step of providing primary particles from the carbon raw material, the carbon raw material may be green coke or calcined coke. Specifically, when green coke is used among the carbon raw materials, it is possible to provide a negative electrode active material for a lithium secondary battery with a low expansion rate and excellent fast charging and discharging characteristics. In one embodiment, the carbon raw material may be a coke mixture that is isotropic, anisotropic, or a combination thereof, for example, needle coke.

일 실시예에서, 상기 탄소 원료로부터 1차 입자를 제공하는 단계는 상기 탄소 원료를 분쇄하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 탄소 원료를 예를 들어, 분쇄기인 제트 밀(Jet-mill), 롤러 밀(Roller-mill), 또는 분쇄와 동시에 기상 분급(Air classification)을 할 수 있는 일반적인 형태의 연속식 또는 배치(Batch)식의 분쇄 장치(pulverizer)를 사용할 수 있다. 다만, 이는 비제한적인 예시로, 다양한 분쇄 장치가 활용될 수 있다.In one embodiment, providing primary particles from the carbon raw material may include grinding the carbon raw material. The carbon raw material is, for example, a grinder such as a Jet-mill, Roller-mill, or a general continuous or batch type that can perform air classification at the same time as grinding. A pulverizer of the type can be used. However, this is a non-limiting example, and various grinding devices may be used.

일 실시예에서, 상기 탄소 원료를 분쇄하는 단계는, 1차 입자의 입도 D10이 5 내지 10 ㎛, 구체적으로, 7 내지 9 ㎛가 되도록 분쇄할 수 있다. 상기 탄소 원료를 분쇄하는 단계는, 1차 입자의 입도 D50이 10 내지 18 ㎛, 구체적으로, 10 내지 15 ㎛, 더욱 구체적으로 10 내지 13 ㎛가 되도록 분쇄할 수 있다. 상기 탄소 원료를 분쇄하는 단계는, 1차 입자의 입도 D90이 20 내지 28 ㎛, 구체적으로 상기 1차 입자의 입도 D90이 20 내지 25 ㎛가 되도록 분쇄할 수 있다.In one embodiment, the step of pulverizing the carbon raw material may be performed so that the primary particles have a particle size D10 of 5 to 10 ㎛, specifically, 7 to 9 ㎛. In the step of pulverizing the carbon raw material, the primary particles may be pulverized so that the particle size D50 is 10 to 18 ㎛, specifically 10 to 15 ㎛, and more specifically 10 to 13 ㎛. In the step of pulverizing the carbon raw material, the primary particles may be pulverized so that the particle size D90 is 20 to 28 ㎛, specifically, the primary particle particle size D90 is 20 to 25 ㎛.

상기 D10, D50, D90 입경이 전술한 범위의 하한 값 보다 낮은 경우, 미분에 해당하여 용량/효율 저하로 인해 전지 수명이 저하되는 문제가 있다. 상기 D10, D50, D90 입경이 전술한 범위의 상한 값 보다 높은 경우, 출력이 저하되는 문제가 있다.If the particle sizes of D10, D50, and D90 are lower than the lower limit of the above-mentioned range, it corresponds to fine powder, and there is a problem of reduced battery life due to reduced capacity/efficiency. When the D10, D50, and D90 particle sizes are higher than the upper limit of the above-mentioned range, there is a problem that the output decreases.

일 실시예에서, 상기 1차 입자의 Span 값은 1.20 내지 1.8 일 수 있다. 구체적으로, 상기 Span 값은 1.23 내지 1.6 일 수 있다. 상기 1차 입자의 입도와 Span 값을 만족함으로써, 탄화 후 활물질이 목표한 입도로 제어될 수 있고, 이에 따라, 전술한 식 1 내지 식 5를 만족하며, 전지 적용 시 전지 특성을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.In one embodiment, the Span value of the primary particle may be 1.20 to 1.8. Specifically, the Span value may be 1.23 to 1.6. By satisfying the particle size and Span value of the primary particles, the active material after carbonization can be controlled to the target particle size, thereby satisfying the above-mentioned equations 1 to 5, and improving battery characteristics when applied to batteries. There is an advantage.

상기 1차 입자와 바인더를 조립기에 투입하는 단계 이전에, 상기 1차 입자와 상기 바인더를 상온에서 혼합하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 1차 입자와 상기 바인더는 사전 혼합 없이 이축 이상의 회전체로 구성된 조립기에 바로 투입할 수도 있고, 사전에 혼합하여 투입할 수도 있다.Before introducing the primary particles and the binder into the granulator, the step of mixing the primary particles and the binder at room temperature may be further included. The primary particles and the binder may be directly introduced into a granulator composed of a two-axis or more rotating body without prior mixing, or may be mixed in advance and then added.

일 실시예에서, 상기 1차 입자와 상기 바인더를 상온에서 혼합하는 단계는 30 분 이상의 시간 동안 수행될 수 있다. 구체적으로, 상기 상온에서 혼합하는 단계는 30 분 내지 240 분 이내에서 수행될 수 있다. 상기 상온에서 혼합하는 단계는 혼련 온도 도달 이후, 혼합된 상기 1차 입자와 상기 바인더를 유지(Keeping) 하는 시간을 의미한다. In one embodiment, mixing the primary particles and the binder at room temperature may be performed for 30 minutes or more. Specifically, the mixing step at room temperature may be performed within 30 minutes to 240 minutes. The mixing step at room temperature refers to the time for maintaining the mixed primary particles and the binder after reaching the kneading temperature.

상기 혼합하는 단계는 상기 시간의 하한 값 보다 낮은 시간동안 수행될 경우, 상기 1차 입자 및 상기 바인더가 적절하게 혼합되지 못하는 문제가 있고, 상기 혼합하는 단계는 상기 시간의 상한 값 보다 높은 시간동안 수행될 경우, 상기 바인더가 휘발되어 접착 성능이 저하되는 문제가 있다.If the mixing step is performed for a time lower than the lower limit of the time, there is a problem in that the primary particles and the binder are not properly mixed, and the mixing step is performed for a time higher than the upper limit of the time. If this happens, there is a problem that the binder volatilizes and the adhesive performance deteriorates.

일 실시예에서, 상기 1차 입자와 상기 바인더를 상온에서 혼합하는 단계는 헨젤 믹서, V-믹서, 또는 이들의 조합을 이용하여 혼합할 수 있다.In one embodiment, the step of mixing the primary particles and the binder at room temperature may be performed using a Hensel mixer, V-mixer, or a combination thereof.

상기 조립기는 예를 들어, 이축 이상의 회전체를 포함하여, 상기 회전체가 회전을 하며, 입자들이 조립되는 방식일 수 있다. 일 실시예에서, 상기 조립기는 예를 들어, 연속식 이축 조립기일 수 있다. 상기 연속식 이축 조립기는 기존의 기류를 이용한 입자의 코팅이 아닌, 압축/팽창을 통한 성형된 형태의 조립품을 얻을 수 있다. 이는 보다 밀도가 높게 조립되는 경향이 있으며, 내부의 폐쇄적인 회전 방식이 입자들간의 마찰을 통해 200 ℃ 이상의 마찰열이 발생할 수 있다. 이는 낮은 연화점을 갖는 석탄계 핏치를 사용할 경우, 별도의 탄화공정 없이도 2차 입자를 조립할 수 있어, 공정을 단순화시키는 이점이 있다. 상기 연속식 이축 조립기는 비제한적인 예시로, 물리적인 가압을 통해 입자들을 조립하는 것이라면 제한되지 않는다. 이와 같이, 중추적인 조립 공정을 가압 방식의 압출, 또는 가압 및 팽창 방식을 통해, 2개 이상의 회전축을 활용함으로써, 분체 저항 특성이 우수하고, 높은 전기화학적 특성이 발현되는 음극 활물질을 제조할 수 있다.For example, the assembler may include a rotating body of two or more axes, where the rotating body rotates and the particles are assembled. In one embodiment, the granulator may be, for example, a continuous twin-screw granulator. The continuous twin-screw granulator can obtain assembled products in a molded form through compression/expansion, rather than coating particles using existing air currents. It tends to be assembled at a higher density, and the closed internal rotation method can generate frictional heat of more than 200 ℃ through friction between particles. This has the advantage of simplifying the process because, when using coal-based pitch with a low softening point, secondary particles can be assembled without a separate carbonization process. The continuous twin-screw granulator is a non-limiting example, and is not limited as long as it assembles particles through physical pressure. In this way, by using two or more rotating axes through the central assembly process through pressure extrusion or pressure and expansion, it is possible to manufacture a negative electrode active material that has excellent powder resistance properties and exhibits high electrochemical properties. .

상기 조립기에 투입된 1차 입자와 바인더를 조립하여 2차 입자를 제조하는 단계에서, 상기 바인더는 예를 들어, 연화점이 200 ℃ 이하인 핏치일 수 있다. 구체적으로, 상기 바인더는 콜타르와 같은 석탄계 원료 또는 석유계 원료 기반의 물질일 수 있다. In the step of manufacturing secondary particles by assembling the primary particles and binder introduced into the granulator, the binder may be, for example, pitch with a softening point of 200° C. or lower. Specifically, the binder may be a material based on coal-based raw materials such as coal tar or petroleum-based raw materials.

구체적으로, 상기 연화점은 80 내지 200 ℃, 더욱 구체적으로, 80 내지 120 ℃ 일 수 있다. 상기 바인더의 연화점이 과도하게 높은 경우, 바인더 물질의 용융을 위한 장비의 운전 온도가 높아 설비 제작 비용이 증가하고 고온 사용에 따른 일부 시료의 열변성 및 탄소화가 진행되는 문제가 발생할 수 있다. 상기 바인더의 연화점이 과도하게 적은 경우, 결착력이 낮아 원활한 1차 입자 간의 결합 및 2차 입자 형성이 어려울 수 있어, 탄화 수율이 낮아 경제적인 제조 공정 구현이 어려운 문제가 있다.Specifically, the softening point may be 80 to 200°C, more specifically, 80 to 120°C. If the softening point of the binder is excessively high, the operating temperature of the equipment for melting the binder material is high, which increases equipment manufacturing costs and may cause thermal denaturation and carbonization of some samples due to use at high temperatures. If the softening point of the binder is excessively low, the binding force may be low, making it difficult to smoothly bond between primary particles and form secondary particles, making it difficult to implement an economical manufacturing process due to low carbonization yield.

상기 조립기에 투입된 1차 입자와 바인더를 조립하여 2차 입자를 제조하는 단계는 상기 바인더를 상기 1차 입자 100 중량부에 대하여 9.5 내지 13.8 중량부 투입되는 단계를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 바인더를 상기 1차 입자 100 중량부에 대하여 10.0 내지 14.0 중량부 투입되는 단계를 포함할 수 있다.The step of assembling the primary particles and binder introduced into the granulator to produce secondary particles may include adding 9.5 to 13.8 parts by weight of the binder based on 100 parts by weight of the primary particles. Specifically, it may include adding 10.0 to 14.0 parts by weight of the binder based on 100 parts by weight of the primary particles.

상기 바인더의 함량이 과도하게 많은 경우, 바인더에 유래된 흑연질의 함량이 상대적으로 높아 음극재의 용량을 감소시킬 수 있다. 또한, 열분해 시 발생되는 기공 함량이 높아 비표면적이 증가되어 전지 효율을 감소시킬 수 있는 문제가 있다. 상기 바인더의 함량이 과도하게 적은 경우, 결착 효과가 작아 원활한 2차 입자화가 원활하게 수해오디지 않을 수 있다. 또한, 2차 입자 내 1차 입자간 결착력이 감소하여 분쇄와 같은 분체 처리 공정 중 쉽게 미분화되는 문제가 발생할 수 있다.If the binder content is excessively high, the capacity of the anode material may be reduced due to a relatively high content of graphite derived from the binder. In addition, there is a problem that the specific surface area is increased due to the high pore content generated during thermal decomposition, which may reduce battery efficiency. If the content of the binder is excessively small, the binding effect may be small and secondary particles may not be formed smoothly. In addition, the cohesion between primary particles within secondary particles is reduced, which may cause the powder to easily become finely divided during powder processing processes such as grinding.

상기 조립된 2차 입자를 3,000 ℃ 이상에서 흑연화하는 단계는, 3.000 ℃ 내지 3,500 ℃ 온도에서 수행될 수 있다. 구체적으로, 상기 3,200 ℃ 내지 3,500 ℃ 온도 범위에서 수행될 수 있다. 상기 조립된 2차 입자를 3,000 ℃ 이상에서 수행함으로써, 흑연화도가 증가하여 용량이 증가하는 이점이 있다.The step of graphitizing the assembled secondary particles at 3,000°C or higher may be performed at a temperature of 3.000°C to 3,500°C. Specifically, it may be performed in the temperature range of 3,200°C to 3,500°C. By processing the assembled secondary particles at 3,000° C. or higher, the degree of graphitization increases, thereby increasing capacity.

상기 흑연화하는 단계가 상기 온도 범위 상한 값을 벗어나는 경우, 비경제적인 문제가 있다. 상기 흑연화하는 단계가 상기 온도 범위 하한 값을 벗어나는 경우, 흑연화도가 저하되어 용량이 저하되는 문제가 있다.If the graphitizing step is outside the upper limit of the temperature range, there is an uneconomical problem. If the graphitizing step is outside the lower limit of the temperature range, there is a problem that the degree of graphitization decreases and the capacity decreases.

일 실시예에서, 상기 흑연화된 입자를 마쇄하는 단계를 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 표면의 거칠기 및 파단면의 노출을 감소시키고 구상화된 입자 형태로의 성형을 위해 탄화 후 마쇄(Grinding) 공정을 수행할 수 있다. 상기 마쇄 공정을 거쳐, 구형화도를 높이고, 흑연재의 탭밀도를 향상시킬 수 있다.In one embodiment, the step of grinding the graphitized particles may be further included. Specifically, a grinding process may be performed after carbonization to reduce surface roughness and exposure of fractured surfaces and to form spherical particles. Through the grinding process, the degree of sphericity can be increased and the tap density of the graphite material can be improved.

일 실시예에서, 상기 조립기에 투입된 1차 입자와 바인더를 조립하여 2차 입자를 제조하는 단계는 30 RPM(Revolutions per Minute) 이상으로 조립하는 단계를 포함할 수 있다.In one embodiment, the step of manufacturing secondary particles by assembling the primary particles and the binder introduced into the granulator may include assembling at 30 RPM (Revolutions per Minute) or more.

일 실시예에서, 상기 조립기에 투입된 1차 입자와 바인더를 조립하여 2차 입자를 제조하는 단계는, 조립된 분체를 100 ℃ 이상에서 가압을 통해 조립하는 단계를 포함할 수 있다.In one embodiment, the step of manufacturing secondary particles by assembling the primary particles and the binder introduced into the granulator may include assembling the granulated powder through pressurization at 100° C. or higher.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른, 리튬 이차 전지는 양극 활물질을 포함하는 양극, 음극 활물질을 포함하는 음극, 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 위치하는 분리막과 전해액을 포함할 수 있다.According to another embodiment of the present invention, a lithium secondary battery may include a positive electrode including a positive electrode active material, a negative electrode including a negative electrode active material, and a separator and electrolyte solution positioned between the positive electrode and the negative electrode.

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. 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.

상기 음극은 전술한 음극 활물질 전구체, 음극 활물질, 또는 음극 활물질의 전구체 제조 방법을 통해 제조된 음극 활물질 전구체를 사용하여 제조된 음극 활물질을 사용할 수 있다.The negative electrode may use a negative electrode active material manufactured using the negative electrode active material precursor, a negative electrode active material, or a negative electrode active material precursor prepared through the negative electrode active material precursor manufacturing method described above.

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.

<음극 활물질><Anode active material>

구형화도 측정 방법How to measure sphericity

구형화도는 입자형상분석기 (Particle Imange Analyzer, Model: FlowCAM 8100-B)를 사용하여 측정하였다. 상기 구형화도가 1에 가까울수록 형상이 매끈한 구에 가까운 것이며, 음극재가 구에 가까울수록 탭밀도가 높아지고, 부반응 사이트가 줄어들어 바람직하다.The degree of sphericity was measured using a particle shape analyzer (Particle Imange Analyzer, Model: FlowCAM 8100-B). The closer the sphericity degree is to 1, the closer the shape is to a smooth sphere, and the closer the negative electrode material is to a sphere, the higher the tap density is and the fewer side reaction sites, which is preferable.

입도 측정 방법Particle size measurement method

모재로서의 코크스 입도는 Cilas 1090 장비를 활용하여 분급하였다.The particle size of coke as a base material was classified using Cilas 1090 equipment.

탭밀도 측정 방법How to measure tap density

ASTM-B527에 근거하여, 50 mL 용기에 20g의 분말을 넣은 후, 3000 cycle @ 284 cycle/min으로 좌우상하로 탭핑(Tapping)시켜 충진 밀도를 측정하였다.Based on ASTM-B527, 20 g of powder was placed in a 50 mL container, and then the packing density was measured by tapping left, right, up and down at 3000 cycle @ 284 cycle/min.

비표면적 측정 방법Specific surface area measurement method

BET법(Surface area and Porosity analyzer)(Micromeritics, ASAP2020)을 이용하여 비표면적을 측정하였다.The specific surface area was measured using the BET method (Surface area and Porosity analyzer) (Micromeritics, ASAP2020).

면간격(d002) 측정 방법Surface spacing (d002) measurement method

XRD 데이터 기반으로, 26.5 도에 나오는 피크를 기준으로 X-ray 파장, 피크 강도, 및 Reference 피크 강도를 계산하였다.Based on the XRD data, the X-ray wavelength, peak intensity, and reference peak intensity were calculated based on the peak at 26.5 degrees.

<실험예 1><Experimental Example 1>

구형화도가 0.85로, 입도가 조절된 석유계 침상 코크스(D10: 8㎛, D50: 12 ㎛, D90: 24 ㎛)에 연화점 90 ℃인 석탄계 핏치를 1 : 0.10 비율로 상온 혼합하였다. 상기 상온 혼합은 구리모토Kurimoto Sigma-blade type kneader 2Liter 스케일 장비를 활용하여 실시하였다.Petroleum-based needle coke (D10: 8 ㎛, D50: 12 ㎛, D90: 24 ㎛) with a sphericity degree of 0.85 and a controlled particle size was mixed with coal-based pitch with a softening point of 90°C at room temperature at a ratio of 1:0.10. The room temperature mixing was performed using Kurimoto Sigma-blade type kneader 2Liter scale equipment.

이후, 혼합물을 100 ℃의 온도에서 혼련을 1 시간 동안 실시하고, 자연 냉각한 후, 80 ℃에서 혼합물을 배출하였다. 이후, 배출된 혼합물을 3,200 ℃에서 5 시간 이상 흑연화시킨 후 음극 활물질을 제조하였다.Afterwards, the mixture was kneaded at a temperature of 100°C for 1 hour, cooled naturally, and then discharged at 80°C. Thereafter, the discharged mixture was graphitized at 3,200°C for more than 5 hours to prepare a negative electrode active material.

<실험예 2><Experimental Example 2>

구형화도가 0.85로, 입도가 조절된 석유계 침상 코크스(D10: 8㎛, D50: 12 ㎛, D90: 24 ㎛)에 연화점 90 ℃인 석탄계 핏치를 1 : 0.13 비율로 상온 혼합하였다. 상기 상온 혼합은 구리모토Kurimoto Sigma-blade type kneader 2Liter 스케일 장비를 활용하여 실시하였다.Petroleum-based needle coke (D10: 8 ㎛, D50: 12 ㎛, D90: 24 ㎛) with a sphericity degree of 0.85 and a controlled particle size was mixed with coal-based pitch with a softening point of 90°C at room temperature at a ratio of 1:0.13. The room temperature mixing was performed using Kurimoto Sigma-blade type kneader 2Liter scale equipment.

이후, 혼합물을 100 ℃의 온도에서 혼련을 2 시간 동안 실시하고, 자연 냉각한 후, 80 ℃에서 혼합물을 배출하였다. 이후, 배출된 혼합물을 3,200 ℃에서 5 시간 이상 흑연화시킨 후 음극 활물질을 제조하였다.Afterwards, the mixture was kneaded at a temperature of 100°C for 2 hours, cooled naturally, and then discharged at 80°C. Thereafter, the discharged mixture was graphitized at 3,200°C for more than 5 hours to prepare a negative electrode active material.

<실험예 3><Experimental Example 3>

구형화도가 0.93으로, 입도가 조절된 석탄계 침상 코크스(D10: 7㎛, D50: 10 ㎛, D90: 23 ㎛)에 연화점 90 ℃인 석탄계 핏치를 1 : 0.10 비율로 상온 혼합하였다. 상기 상온 혼합은 구리모토Kurimoto Sigma-blade type kneader 2Liter 스케일 장비를 활용하여 실시하였다.Coal-based needle coke (D10: 7 ㎛, D50: 10 ㎛, D90: 23 ㎛) with a sphericity degree of 0.93 and particle size adjusted was mixed with Coal-based pitch with a softening point of 90°C at room temperature at a ratio of 1:0.10. The room temperature mixing was performed using Kurimoto Sigma-blade type kneader 2Liter scale equipment.

이후, 혼합물을 100 ℃의 온도에서 혼련을 1 시간 동안 실시하고, 자연 냉각한 후, 80 ℃에서 혼합물을 배출하였다. 이후, 배출된 혼합물을 3,200 ℃에서 5 시간 이상 흑연화시킨 후 음극 활물질을 제조하였다.Afterwards, the mixture was kneaded at a temperature of 100°C for 1 hour, cooled naturally, and then discharged at 80°C. Thereafter, the discharged mixture was graphitized at 3,200°C for more than 5 hours to prepare a negative electrode active material.

<실험예 4><Experimental Example 4>

구형화도가 0.93으로, 입도가 조절된 석탄계 침상 코크스(D10: 7㎛, D50: 10 ㎛, D90: 23 ㎛)에 연화점 90 ℃인 석탄계 핏치를 1 : 0.13 비율로 상온 혼합하였다. 상기 상온 혼합은 구리모토Kurimoto Sigma-blade type kneader 2Liter 스케일 장비를 활용하여 실시하였다.Coal-based needle coke (D10: 7 ㎛, D50: 10 ㎛, D90: 23 ㎛) with a sphericity degree of 0.93 and particle size adjusted was mixed with Coal-based pitch with a softening point of 90°C at room temperature at a ratio of 1:0.13. The room temperature mixing was performed using Kurimoto Sigma-blade type kneader 2Liter scale equipment.

이후, 혼합물을 100 ℃의 온도에서 혼련을 2 시간 동안 실시하고, 자연 냉각한 후, 80 ℃에서 혼합물을 배출하였다. 이후, 배출된 혼합물을 3,200 ℃에서 5 시간 이상 흑연화시킨 후 음극 활물질을 제조하였다.Afterwards, the mixture was kneaded at a temperature of 100°C for 2 hours, cooled naturally, and then discharged at 80°C. Thereafter, the discharged mixture was graphitized at 3,200°C for more than 5 hours to prepare a negative electrode active material.

<실험예 5><Experimental Example 5>

구형화도가 0.92로, 입도가 조절된 석탄계 침상 코크스(D10: 7㎛, D50: 10 ㎛, D90: 23 ㎛)에 연화점 90 ℃인 석탄계 핏치를 1 : 0.13 비율로 상온 혼합하였다. 상기 상온 혼합은 구리모토Kurimoto Sigma-blade type kneader 2Liter 스케일 장비를 활용하여 실시하였다.Coal-based needle coke (D10: 7 ㎛, D50: 10 ㎛, D90: 23 ㎛) with a sphericity degree of 0.92 and particle size adjusted was mixed with Coal-based pitch with a softening point of 90°C at room temperature at a ratio of 1:0.13. The room temperature mixing was performed using Kurimoto Sigma-blade type kneader 2Liter scale equipment.

이후, 혼합물을 100 ℃의 온도에서 혼련을 2 시간 동안 실시하고, 자연 냉각한 후, 80 ℃에서 혼합물을 배출하였다. 이후, 배출된 혼합물을 3,200 ℃에서 5 시간 이상 흑연화시킨 후 음극 활물질을 제조하였다.Afterwards, the mixture was kneaded at a temperature of 100°C for 2 hours, cooled naturally, and then discharged at 80°C. Thereafter, the discharged mixture was graphitized at 3,200°C for more than 5 hours to prepare a negative electrode active material.

<실험예 6><Experimental Example 6>

구형화도가 0.85로, 입도가 조절된 석탄계 침상 코크스(D10: 7㎛, D50: 10 ㎛, D90: 20 ㎛)에 연화점 90 ℃인 석탄계 핏치를 1 : 0.13 비율로 상온 혼합하였다. 상기 상온 혼합은 구리모토Kurimoto Sigma-blade type kneader 2Liter 스케일 장비를 활용하여 실시하였다.Coal-based needle coke (D10: 7 ㎛, D50: 10 ㎛, D90: 20 ㎛) with a sphericity degree of 0.85 and particle size adjusted was mixed with Coal-based pitch with a softening point of 90°C at room temperature at a ratio of 1:0.13. The room temperature mixing was performed using Kurimoto Sigma-blade type kneader 2Liter scale equipment.

이후, 혼합물을 100 ℃의 온도에서 혼련을 2 시간 동안 실시하고, 자연 냉각한 후, 80 ℃에서 혼합물을 배출하였다. 이후, 배출된 혼합물을 3,200 ℃에서 5 시간 이상 흑연화시킨 후 음극 활물질을 제조하였다.Afterwards, the mixture was kneaded at a temperature of 100°C for 2 hours, cooled naturally, and then discharged at 80°C. Thereafter, the discharged mixture was graphitized at 3,200°C for more than 5 hours to prepare a negative electrode active material.

<실험예 7><Experimental Example 7>

구형화도가 0.95로, 입도가 조절된 석탄계 침상 코크스(D10: 9㎛, D50: 13 ㎛, D90: 25 ㎛)에 연화점 90 ℃인 석탄계 핏치를 1 : 0.13 비율로 상온 혼합하였다. 상기 상온 혼합은 구리모토Kurimoto Sigma-blade type kneader 2Liter 스케일 장비를 활용하여 실시하였다.Carboniferous needle coke (D10: 9㎛, D50: 13 ㎛, D90: 25 ㎛) with a sphericity degree of 0.95 and particle size adjusted was mixed with Carboniferous pitch with a softening point of 90°C at room temperature at a ratio of 1:0.13. The room temperature mixing was performed using Kurimoto Sigma-blade type kneader 2Liter scale equipment.

이후, 혼합물을 100 ℃의 온도에서 혼련을 2 시간 동안 실시하고, 자연 냉각한 후, 80 ℃에서 혼합물을 배출하였다. 이후, 배출된 혼합물을 3,200 ℃에서 5 시간 이상 흑연화시킨 후 음극 활물질을 제조하였다.Afterwards, the mixture was kneaded at a temperature of 100°C for 2 hours, cooled naturally, and then discharged at 80°C. Thereafter, the discharged mixture was graphitized at 3,200°C for more than 5 hours to prepare a negative electrode active material.

<실험예 8><Experimental Example 8>

구형화도가 0.85로, 입도가 조절된 석유계 침상 코크스(D10: 8㎛, D50: 12 ㎛, D90: 24 ㎛)에 연화점 90 ℃인 석탄계 핏치를 1 : 0.09 비율로 상온 혼합하였다. 상기 상온 혼합은 구리모토Kurimoto Sigma-blade type kneader 2Liter 스케일 장비를 활용하여 실시하였다.Petroleum-based needle coke (D10: 8 ㎛, D50: 12 ㎛, D90: 24 ㎛) with a sphericity degree of 0.85 and a controlled particle size was mixed with coal-based pitch with a softening point of 90°C at room temperature at a ratio of 1:0.09. The room temperature mixing was performed using Kurimoto Sigma-blade type kneader 2Liter scale equipment.

이후, 혼합물을 100 ℃의 온도에서 혼련을 2 시간 동안 실시하고, 자연 냉각한 후, 80 ℃에서 혼합물을 배출하였다. 이후, 배출된 혼합물을 3,200 ℃에서 5 시간 이상 흑연화시킨 후 음극 활물질을 제조하였다.Afterwards, the mixture was kneaded at a temperature of 100°C for 2 hours, cooled naturally, and then discharged at 80°C. Thereafter, the discharged mixture was graphitized at 3,200°C for more than 5 hours to prepare a negative electrode active material.

<실험예 9><Experimental Example 9>

구형화도가 0.85로, 입도가 조절된 석유계 침상 코크스(D10: 8㎛, D50: 12 ㎛, D90: 24 ㎛)에 연화점 90 ℃인 석탄계 핏치를 1 : 0.14 비율로 상온 혼합하였다. 상기 상온 혼합은 구리모토Kurimoto Sigma-blade type kneader 2Liter 스케일 장비를 활용하여 실시하였다.Petroleum-based needle coke (D10: 8 ㎛, D50: 12 ㎛, D90: 24 ㎛) with a sphericity degree of 0.85 and particle size adjusted was mixed with coal-based pitch with a softening point of 90°C at room temperature at a ratio of 1:0.14. The room temperature mixing was performed using Kurimoto Sigma-blade type kneader 2Liter scale equipment.

이후, 혼합물을 100 ℃의 온도에서 혼련을 2 시간 동안 실시하고, 자연 냉각한 후, 80 ℃에서 혼합물을 배출하였다. 이후, 배출된 혼합물을 3,200 ℃에서 5 시간 이상 흑연화시킨 후 음극 활물질을 제조하였다.Afterwards, the mixture was kneaded at a temperature of 100°C for 2 hours, cooled naturally, and then discharged at 80°C. Thereafter, the discharged mixture was graphitized at 3,200°C for more than 5 hours to prepare a negative electrode active material.

하기 표 1은 전술한 실험예의 구형화도, 입도 분포와 최종 제품에서의 입도, 구형화도, 흑연화도, 비표면적(BET), 탭밀도, 및 이들의 관계식을 나타낸다.Table 1 below shows the sphericity and particle size distribution of the above-mentioned experimental example and the particle size, sphericity, graphitization degree, specific surface area (BET), tap density, and their relational expressions in the final product.

피핏치 함량Pipitch content 1차 입자 입도[㎛] Primary particle size [㎛] 활물질의 입도[㎛] Particle size of active material [㎛] 구구형화도spherical flower painting 면간격(d002)Surface spacing (d 002 ) BBETBBET 탭밀도tap density 관계식relational expression [중량부][Weight part] D10D10 D50D50 D90D90 SpanSpan D10D10 D50D50 D90D90 SpanSpan [-][-] [㎚][㎚] [m2/g][m2/g] [g/cc][g/cc] 식1 Equation 1 식2Equation 2 식 3Equation 3 식 4Equation 4 실험예 1Experimental Example 1 0.10.1 88 1212 2424 1.331.33 99 1414 2929 1.431.43 0.850.85 0.33600.3360 1.3501.350 0.7600.760 2.5402.540 3.9583.958 0.34110.3411 1.77631.7763 비교예 1Comparative Example 1 실험예 2Experimental Example 2 0.130.13 88 1212 2424 1.331.33 1010 1616 2828 1.131.13 0.850.85 0.33600.3360 1.2801.280 0.9000.900 1.6071.607 3.9583.958 0.32340.3234 1.42221.4222 실시예 1Example 1 실험예 3Experimental Example 3 0.10.1 77 1010 2323 1.61.6 1111 1515 3030 1.271.27 0.930.93 0.33580.3358 1.1901.190 0.9500.950 1.5911.591 4.7654.765 0.24980.2498 1.25261.2526 실시예 2Example 2 실험예 4Experimental Example 4 0.130.13 77 1010 2323 1.61.6 99 1717 3333 1.411.41 0.930.93 0.33560.3356 0.3300.330 0.7700.770 0.6040.604 4.7684.768 0.06920.0692 0.42860.4286 비교예 2Comparative Example 2 실험예 5Experimental Example 5 0.130.13 77 1010 2323 1.61.6 77 1010 2323 1.61.6 0.920.92 0.33540.3354 1.4101.410 0.8500.850 2.6542.654 4.7704.770 0.29560.2956 1.65881.6588 비교예 3Comparative Example 3 실험예 6Experimental Example 6 0.130.13 77 1010 2020 1.31.3 77 1010 2020 1.31.3 0.850.85 0.33550.3355 1.4501.450 0.8800.880 2.1422.142 3.8753.875 0.37420.3742 1.64771.6477 비교예 4Comparative Example 4 실험예 7Experimental Example 7 0.130.13 99 1313 2525 1.231.23 99 1313 2525 1.231.23 0.950.95 0.33540.3354 1.2401.240 1.0501.050 1.4531.453 3.6673.667 0.33810.3381 1.18101.1810 실시예 3Example 3 실험예 8Experimental Example 8 0.090.09 88 1212 2424 1.331.33 88 1313 2828 1.541.54 0.850.85 0.33590.3359 1.2801.280 0.9000.900 2.1902.190 3.9603.960 0.32330.3233 1.42221.4222 비교예 5Comparative Example 5 실험예 9Experimental Example 9 0.140.14 88 1212 2424 1.331.33 1212 1616 3333 1.311.31 0.850.85 0.33600.3360 1.4801.480 0.7400.740 2.6202.620 3.9583.958 0.37390.3739 2.00002.0000 비교예 6Comparative Example 6

도 1a 및 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른, 음극 활물질의 SEM 사진이다.1A and 1B are SEM photographs of a negative electrode active material according to an embodiment of the present invention.

도 1a 및 1b는 각각 실험예 2 및 3(본 발명의 실시예 1 및 2)에 대한 SEM 사진이고, 상기 실험예 2 및 3과 표 1을 살펴보면, 조립이 용이하여 전기화학적 특성이 우수한 것을 확인할 수 있다.1A and 1B are SEM photographs of Experimental Examples 2 and 3 (Examples 1 and 2 of the present invention), respectively. Looking at Experimental Examples 2 and 3 and Table 1, it can be seen that assembly is easy and the electrochemical properties are excellent. You can.

구체적으로, 최종 입자 기준 입도, 구형화도, 흑연화도, 및 이들의 관계식에 따라 비표면적, 탭밀도의 물성에 영향을 미치는 것을 확인할 수 있으며, 탭밀도의 저하로 인해 전극 가공성이 열위한 것을 확인할 수 있다.Specifically, it can be confirmed that the physical properties of specific surface area and tap density are influenced by the final particle standard particle size, degree of spheroidization, degree of graphitization, and their relational expressions, and it can be confirmed that electrode processability is inferior due to a decrease in tap density. there is.

하기 표 2는 실험예 3 및 실험예 3의 입도를 갖는 코크스를 각각 하기 실험예 10 및 실험예 11과 같이 흑연화 온도를 상이하게 수행한 후 제조된 음극재의 특성을 나타낸다.Table 2 below shows the characteristics of the anode material manufactured after coke having the particle size of Experiment 3 and Experiment 3 was subjected to different graphitization temperatures as in Experiment 10 and Experiment 11 below, respectively.

<실험예 10><Experimental Example 10>

구형화도가 0.85로, 입도가 조절된 석유계 침상 코크스(D10: 8㎛, D50: 12 ㎛, D90: 24 ㎛)에 연화점 90 ℃인 석탄계 핏치를 1 : 0.13 비율로 상온 혼합하였다. 상기 상온 혼합은 구리모토Kurimoto Sigma-blade type kneader 2Liter 스케일 장비를 활용하여 실시하였다.Petroleum-based needle coke (D10: 8 ㎛, D50: 12 ㎛, D90: 24 ㎛) with a sphericity degree of 0.85 and a controlled particle size was mixed with coal-based pitch with a softening point of 90°C at room temperature at a ratio of 1:0.13. The room temperature mixing was performed using Kurimoto Sigma-blade type kneader 2Liter scale equipment.

이후, 혼합물을 100 ℃의 온도에서 혼련을 2 시간 동안 실시하고, 자연 냉각한 후, 80 ℃에서 혼합물을 배출하였다. 이후, 배출된 혼합물을 2,600 ℃에서 5 시간 이상 흑연화시킨 후 음극 활물질을 제조하였다.Afterwards, the mixture was kneaded at a temperature of 100°C for 2 hours, cooled naturally, and then discharged at 80°C. Thereafter, the discharged mixture was graphitized at 2,600°C for more than 5 hours to prepare a negative electrode active material.

<실험예 11><Experimental Example 11>

구형화도가 0.85로, 입도가 조절된 석탄계 침상 코크스(D10: 7㎛, D50: 10 ㎛, D90: 23 ㎛)에 연화점 90 ℃인 석탄계 핏치를 1 : 0.10 비율로 상온 혼합하였다. 상기 상온 혼합은 구리모토Kurimoto Sigma-blade type kneader 2Liter 스케일 장비를 활용하여 실시하였다.Coal-based needle coke (D10: 7 ㎛, D50: 10 ㎛, D90: 23 ㎛) with a sphericity degree of 0.85 and particle size adjusted was mixed with Coal-based pitch with a softening point of 90°C at room temperature at a ratio of 1:0.10. The room temperature mixing was performed using Kurimoto Sigma-blade type kneader 2Liter scale equipment.

이후, 혼합물을 100 ℃의 온도에서 혼련을 2 시간 동안 실시하고, 자연 냉각한 후, 80 ℃에서 혼합물을 배출하였다. 이후, 배출된 혼합물을 2,600 ℃에서 5 시간 이상 흑연화시킨 후 음극 활물질을 제조하였다.Afterwards, the mixture was kneaded at a temperature of 100°C for 2 hours, cooled naturally, and then discharged at 80°C. Thereafter, the discharged mixture was graphitized at 2,600°C for more than 5 hours to prepare a negative electrode active material.

  피치 함량pitch content 1차 입자 입도[㎛]Primary particle size [㎛] 활물질의 입도[㎛]Particle size of active material [㎛] 구형화도Sphericity 면간격
(d002)
Surface spacing
(d 002 )
BETBET 탭밀도tap density 식 1Equation 1 식 2Equation 2 식 3Equation 3 식 4Equation 4 비고note
[중량부][Weight part] D10D10 D50D50 D90D90 SpanSpan D10D10 D50D50 D90D90 SpanSpan [-][-] [㎚][㎚] [m2/g][m2/g] [g/cc][g/cc] 실험예 2Experimental Example 2 0.130.13 88 1212 2424 1.331.33 1010 1616 2828 1.131.13 0.850.85 0.33600.3360 1.2801.280 0.9000.900 1.6071.607 3.9583.958 0.32340.3234 1.42221.4222 실시예 1Example 1 실험예 3Experimental Example 3 0.10.1 77 1010 2323 1.61.6 1111 1515 3030 1.271.27 0.930.93 0.33580.3358 1.1901.190 0.9500.950 1.5911.591 4.7654.765 0.24980.2498 1.25261.2526 실시예 2Example 2 실험예 8Experimental Example 8 0.130.13 88 1212 2424 1.331.33 1010 1616 2828 1.131.13 0.920.92 0.33640.3364 1.2801.280 0.9000.900 1.6071.607 3.9543.954 0.32380.3238 1.42221.4222 비교예 7Comparative Example 7 실험예 9Experimental Example 9 0.10.1 77 1010 2323 1.61.6 1111 1515 3030 1.271.27 0.930.93 0.33620.3362 1.1901.190 0.9500.950 1.5911.591 4.7594.759 0.25000.2500 1.25261.2526 비교예 8Comparative Example 8

상기 표 2를 살펴보면, 음극 활물질 제조 시, 흑연화 온도가 낮은 경우, 흑연화도가 열위한 것을 확인할 수 있다.Looking at Table 2 above, it can be seen that when the graphitization temperature is low when manufacturing the negative electrode active material, the degree of graphitization is poor.

<음극 제조><Cathode manufacturing>

전술한 실험예 1 내지 11에 따라 제조된 음극 활물질 97 중량%, 카복시 메틸 셀룰로오스와 스티렌 부타디엔 러버를 포함하는 바인더 2 중량%, Super P 도전재 1 중량%를 증류수 용매 중에 혼합하여 음극 활물질 슬러리를 제조하였다.A negative electrode active material slurry was prepared by mixing 97% by weight of the negative electrode active material prepared according to the above-described Experimental Examples 1 to 11, 2% by weight of a binder containing carboxymethyl cellulose and styrene butadiene rubber, and 1% by weight of the Super P conductive material in a distilled water solvent. did.

상기 음극 활물질 슬러리를 구리(Cu) 집전체에 도포한 후, 100 ℃에서 10 분 동안 건조하여 롤 프레스에서 압착하였다. 이후, 100 ℃ 진공 오븐에서 12 시간 동안 진공 건조하여 음극을 제조하였다. The negative active material slurry was applied to a copper (Cu) current collector, dried at 100° C. for 10 minutes, and pressed in a roll press. Afterwards, a negative electrode was prepared by vacuum drying in a vacuum oven at 100°C for 12 hours.

<평가예: 실시예 1 내지 3의 분체저항 측정><Evaluation example: Powder resistance measurement of Examples 1 to 3>

전술한 음극 제조 방법에 의해 제조된 음극 중, 실시예 1 내지 3의 음극 활물질을 통해 제조된 음극에 대한 분체저항 측정 결과는 하기 표 4 내지 표 6과 같다.Among the negative electrodes manufactured by the above-described negative electrode manufacturing method, the powder resistance measurement results for the negative electrodes manufactured using the negative electrode active materials of Examples 1 to 3 are shown in Tables 4 to 6 below.

상기 분체저항은 전극 제조 시, Cu 집전체에 10 mg 로딩 기준 시, 값을 의미하며, 한테크 Hantech사 장치로 측정하였다.The powder resistance refers to the value based on 10 mg loading on the Cu current collector when manufacturing the electrode, and was measured with a Hantech device.

  Load Load 전기 전도도 electrical conductivity 전극 밀도 electrode density   [kgf][kgf] [S/cm][S/cm] [g/cc][g/cc] 실험예 2_1Experimental Example 2_1 198.5198.5 35.2835.28 1.3061.306 실험예 2_2Experimental Example 2_2 199199 35.3935.39 1.3061.306 실험예 2_3Experimental Example 2_3 199.5199.5 35.535.5 1.3071.307 실험예 2_4Experimental Example 2_4 398.5398.5 65.6865.68 1.4711.471 실험예 2_5Experimental Example 2_5 399.5399.5 65.8865.88 1.4721.472 실험예 2_6Experimental Example 2_6 400400 66.0666.06 1.4731.473 실험예 2_7Experimental Example 2_7 598.5598.5 95.0695.06 1.5931.593 실험예 2_8Experimental Example 2_8 600600 95.4295.42 1.5941.594 실험예 2_9Experimental Example 2_9 601601 95.5895.58 1.5941.594 실험예 2_10Experimental Example 2_10 798.5798.5 123.7123.7 1.6911.691 실험예 2_11Experimental Example 2_11 800800 123.8123.8 1.6921.692 실험예 2_12Experimental Example 2_12 800.5800.5 124.1124.1 1.6921.692 실험예 2_13Experimental Example 2_13 997997 150.8150.8 1.7721.772 실험예 2_14Experimental Example 2_14 10001000 151.3151.3 1.7741.774 실험예 2_15Experimental Example 2_15 10001000 151.6151.6 1.7741.774 실험예 2_16Experimental Example 2_16 1197.51197.5 177.9177.9 1.8441.844 실험예 2_17Experimental Example 2_17 12001200 178.5178.5 1.8451.845 실험예 2_18Experimental Example 2_18 1200.51200.5 178.5178.5 1.8461.846

  Load Load 전기 전도도 electrical conductivity 전극 밀도 electrode density   [kgf][kgf] [S/cm][S/cm] [g/cc][g/cc] 실험예 3_1Experimental Example 3_1 198.5198.5 27.1827.18 1.3231.323 실험예 3_2Experimental Example 3_2 199.5199.5 27.2827.28 1.3241.324 실험예 3_3Experimental Example 3_3 200200 27.3827.38 1.3251.325 실험예 3_4Experimental Example 3_4 398.5398.5 51.2451.24 1.4881.488 실험예 3_5Experimental Example 3_5 399.5399.5 51.4251.42 1.4881.488 실험예 3_6Experimental Example 3_6 401401 51.5751.57 1.4891.489 실험예 3_7Experimental Example 3_7 598.5598.5 74.8874.88 1.6081.608 실험예 3_8Experimental Example 3_8 600.5600.5 75.175.1 1.6091.609 실험예 3_9Experimental Example 3_9 600600 75.275.2 1.6091.609 실험예 3_10Experimental Example 3_10 799799 98.0898.08 1.7071.707 실험예 3_11Experimental Example 3_11 800.5800.5 98.2898.28 1.7081.708 실험예 3_12Experimental Example 3_12 800800 98.4898.48 1.7081.708 실험예 3_13Experimental Example 3_13 998998 120.4120.4 1.7881.788 실험예 3_14Experimental Example 3_14 10011001 120.7120.7 1.7891.789 실험예 3_15Experimental Example 3_15 1000.51000.5 121121 1.7891.789 실험예 3_16Experimental Example 3_16 11981198 142.5142.5 1.8581.858 실험예 3_17Experimental Example 3_17 1200.51200.5 143143 1.8591.859 실험예 3_18Experimental Example 3_18 12011201 1430314303 1.861.86

  Load Load 전기 전도도 electrical conductivity 전극 밀도 electrode density   [kgf][kgf] [S/cm][S/cm] [g/cc][g/cc] 실험예 7_1Experimental Example 7_1 198.5198.5 20.8920.89 1.2221.222 실험예 7_2Experimental Example 7_2 199199 20.9620.96 1.2221.222 실험예 7_3Experimental Example 7_3 200200 21.0321.03 1.2221.222 실험예 7_4Experimental Example 7_4 398.5398.5 38.5738.57 1.3681.368 실험예 7_5Experimental Example 7_5 199.5199.5 38.6638.66 1.3691.369 실험예 7_6Experimental Example 7_6 400.5400.5 38.7738.77 1.371.37 실험예 7_7Experimental Example 7_7 598.5598.5 55.9755.97 1.4821.482 실험예 7_8Experimental Example 7_8 599.5599.5 56.1156.11 1.4831.483 실험예 7_9Experimental Example 7_9 600.5600.5 56.1956.19 1.4841.484 실험예 7_10Experimental Example 7_10 798.5798.5 73.2773.27 1.5781.578 실험예 7_11Experimental Example 7_11 800800 73.473.4 1.5791.579 실험예 7_12Experimental Example 7_12 800.5800.5 73.5273.52 1.5791.579 실험예 7_13Experimental Example 7_13 997997 90.2690.26 1.6611.661 실험예 7_14Experimental Example 7_14 999.5999.5 90.4690.46 1.6621.662 실험예 7_15Experimental Example 7_15 1000.51000.5 90.7690.76 1.6631.663 실험예 7_16Experimental Example 7_16 1197.51197.5 107.2107.2 1.7341.734 실험예 7_17Experimental Example 7_17 1200.51200.5 107.7107.7 1.7361.736 실험예 7_18Experimental Example 7_18 1200.51200.5 107.9107.9 1.7371.737

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 분체저항에 따른 전극 밀도에 관한 그래프이다.Figure 2 is a graph of electrode density according to powder resistance, according to an embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 실시예 1 내지 3의 하중에 따른 분체 저항 밀도를 나타낸 것이다.Figure 2 shows powder resistance density according to load in Examples 1 to 3 of the present invention.

도 2 및 상기 표 3 내지 5를 살펴보면, Load 600 내지 1000 kgf 구간에서 밀도 1.45 이상이고 전기 전도도가 38 내지 121 S/cm 범위에 있음을 확인할 수 있다. Looking at Figure 2 and Tables 3 to 5, it can be seen that the density is 1.45 or more and the electrical conductivity is in the range of 38 to 121 S/cm in the load range of 600 to 1000 kgf.

<리튬 이차 전지 제조><Lithium secondary battery manufacturing>

전술한 방법으로 제조한 음극과 상대 전극으로 리튬 금속(Li-Metal)을 사용하고, 전해액으로 에틸렌 카보네이트(EC, Ethylene Carbonate) : 디메틸 카보네이트(DMC, Dimethyl Carbonate)의 부피 비율이 1 : 1인 혼합 용매에 1 몰의 LiPF6 용액을 용해시킨 것을 사용하였다.Lithium metal (Li-Metal) was used as the cathode and counter electrode prepared by the above-mentioned method, and the electrolyte was a mixture of ethylene carbonate (EC, Ethylene Carbonate) and dimethyl carbonate (DMC, Dimethyl Carbonate) at a volume ratio of 1:1. 1 mole of LiPF6 solution dissolved in a solvent was used.

상기 각 구성 요소를 사용하여, 통상적인 제조 방법에 따라 2032 코인 셀 타입의 반쪽 전지(Half Coin Cell)를 제조하였다.Using each of the above components, a 2032 coin cell type half cell was manufactured according to a conventional manufacturing method.

<평가예: 리튬 이차 전지의 특성><Evaluation example: Characteristics of lithium secondary battery>

하기 표 5은 전술한 방법으로 제조된 리튬 이차전지의 전기화학적 특성을 나타낸다.Table 5 below shows the electrochemical properties of the lithium secondary battery manufactured by the above-described method.

전극 밀도는 1C, 10 mg 기준으로 측정하였다.Electrode density was measured based on 1C and 10 mg.

방전 용량은 1C, 3차 Cycle 방전 용량을 기준으로 측정하였다.Discharge capacity was measured based on 1C, 3rd cycle discharge capacity.

전지 효율은 1차 Cycle 방전/충전용량을 기준으로 측정하였다. Battery efficiency was measured based on the first cycle discharge/charge capacity.

전극밀도 electrode density 방전용량 Discharge capacity 전지효율 battery efficiency 비고 note [g/cc][g/cc] [mAh/g][mAh/g] [%][%] 실험예 1Experimental Example 1 1.501.50 348348 9393 비교예 1Comparative Example 1 실험예 2Experimental Example 2 1.561.56 355355 9494 실시예 1Example 1 실험예 3Experimental Example 3 1.631.63 357357 9393 실시예 2Example 2 실험예 4Experimental Example 4 1.471.47 338338 9696 비교예 2Comparative Example 2 실험예 5Experimental Example 5 1.511.51 345345 9292 비교예 3Comparative Example 3 실험예 6Experimental Example 6 1.531.53 348348 9191 비교예 4Comparative Example 4 실험예 7Experimental Example 7 1.651.65 358358 9292 실시예 3Example 3 실험예 8Experimental Example 8 1.671.67 354354 8888 비교예 5Comparative Example 5 실험예 9Experimental Example 9 1.531.53 352352 8989 비교예 6Comparative Example 6 실험예 10Experimental Example 10 1.701.70 328328 9494 비교예 7Comparative Example 7 실험예 11Experimental Example 11 1.681.68 331331 9292 비교예 8Comparative Example 8

상기 표 6을 살펴보면, 본 발명의 음극 활물질의 입도, 면간격(d002), 구형화도, 및 이들의 관계식을 만족할 때, 전극 밀도가 1.55 g/cc 이상이고, 방전용량이 350 mAh/g 이상이고, 전지 효율이 92 % 이상을 만족함을 확인할 수 있다.본 발명은 상기 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 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.Looking at Table 6 above, when the particle size, interplanar spacing (d 002 ), degree of sphericity, and their relational formulas of the negative electrode active material of the present invention are satisfied, the electrode density is 1.55 g/cc or more and the discharge capacity is 350 mAh/g or more. It can be confirmed that the battery efficiency satisfies 92% or more. The present invention is not limited to the above embodiments and can be manufactured in various different forms, and those skilled in the art will understand It will be understood that the present invention may be implemented in other specific forms without changing its technical spirit or essential features. Therefore, the embodiments described above should be understood in all respects as illustrative and not restrictive.

Claims (15)

2차 입자를 포함하는 흑연재이되,
상기 2차 입자는 복수개의 1차 입자가 조립된 것이고,
상기 흑연재는 X선 회절 분석에 의한 002 면간격(d002)이 0.3354 내지 0.3362 ㎚이며,
하기 식 1을 만족하는 음극 활물질.
<식 1>
1.2 ≤ Span × (비표면적(BET)[m2/g]/탭밀도[g/cc]) ≤ 1.72
(상기 Span 값은 상기 흑연재의 D50 입경에 대한 D90 입경과 D10 입경의 차이 비인 (D90-D10)/D50을 의미한다)
Graphite material containing secondary particles,
The secondary particles are assembled from a plurality of primary particles,
The graphite material has a 002 plane spacing (d 002 ) of 0.3354 to 0.3362 nm according to X-ray diffraction analysis,
A negative electrode active material that satisfies the following formula 1.
<Equation 1>
1.2 ≤ Span × (specific surface area (BET) [m 2 /g]/tap density [g/cc]) ≤ 1.72
(The Span value means (D90-D10)/D50, which is the ratio of the difference between the D90 particle size and D10 particle size to the D50 particle size of the graphite material.)
제1 항에 있어서,
하기 식 2를 만족하는 음극 활물질.
<식 2>
3.95 ≤ 구형화도/Span 값 ≤ 4.80
(상기 Span 값은 상기 흑연재의 D50 입경에 대한 D90 입경과 D10 입경의 차이 비인 (D90-D10)/D50을 의미한다)
According to claim 1,
A negative electrode active material that satisfies the following formula 2.
<Equation 2>
3.95 ≤ Sphericity/Span value ≤ 4.80
(The Span value means (D90-D10)/D50, which is the ratio of the difference between the D90 particle size and D10 particle size to the D50 particle size of the graphite material.)
제1 항에 있어서,
하기 식 3를 만족하는 음극 활물질.
<식 3>
0.310 ≤ 002 면간격(d002)/탭밀도 ≤ 0.400
According to claim 1,
A negative electrode active material that satisfies the following formula 3.
<Equation 3>
0.310 ≤ 002 Surface spacing (d 002 )/Tap density ≤ 0.400
제1 항에 있어서,
하기 식 4를 만족하는 음극 활물질.
<식 4>
1.10 ≤ 비표면적(BET)/탭밀도 ≤ 1.65
According to claim 1,
A negative electrode active material that satisfies the following formula 4.
<Equation 4>
1.10 ≤ specific surface area (BET)/tap density ≤ 1.65
제1 항에 있어서,
구형화도가 0.85 내지 1.0인 음극 활물질.
According to claim 1,
A negative electrode active material having a sphericity degree of 0.85 to 1.0.
제1 항에 있어서,
상기 흑연재의 D50 입경에 대한 D90 입경과 D10 입경의 차이 비인 Span 값((D90-D10)/D50)은 1.4 이하인 음극 활물질.
According to claim 1,
A negative electrode active material in which the Span value ((D90-D10)/D50), which is the ratio of the difference between the D90 particle size and the D10 particle size to the D50 particle size of the graphite material, is 1.4 or less.
제1 항에 있어서,
탭밀도는 0.8 g/cc 이상인 음극 활물질.
According to claim 1,
A negative electrode active material with a tap density of 0.8 g/cc or more.
제1 항에 있어서,
비표면적(BET)은 1.3 g/m2 이하인 음극 활물질.
According to claim 1,
A negative electrode active material with a specific surface area (BET) of 1.3 g/m 2 or less.
제1 항에 있어서,
하중(Load) 600 내지 1000 kgf에 있어서의 분체 저항 측정에 의한 전기전도도가 38 내지 121 S/cm인 음극 활물질.
According to claim 1,
A negative electrode active material having an electrical conductivity of 38 to 121 S/cm as measured by powder resistance at a load of 600 to 1000 kgf.
제1 항에 있어서,
하중(Load) 600 내지 1000 kgf에 있어서의 분체 저항 측정에 의한 밀도가 1.45 내지 1.80 g/cc 인 음극 활물질.
According to claim 1,
A negative electrode active material having a density of 1.45 to 1.80 g/cc as measured by powder resistance at a load of 600 to 1000 kgf.
제1 항에 있어서,
상기 1차 입자는 석탄계 코크스 및 석유계 코크스 중 적어도 하나 이상이 흑연화된 음극 활물질.
According to claim 1,
The primary particles are a negative electrode active material in which at least one of coal-based coke and petroleum-based coke is graphitized.
탄소 원료로부터 1차 입자를 제공하는 단계;
상기 1차 입자와 바인더를 상온에서 30분 이상 혼합하는 단계;
혼합된 상기 1차 입자와 상기 바인더를 조립기에 투입하는 단계;
상기 조립기에 투입된 상기 1차 입자와 상기 바인더를 조립하여 2차 입자를 제조하는 단계; 및
상기 조립된 2차 입자를 2,700 ℃ 이상에서 흑연화하는 단계를 포함하고,
상기 1차 입자 100 중량부에 대한 상기 바인더의 함량은 10.0 내지 13.5 중량부를 만족하는 음극 활물질의 제조 방법.
providing primary particles from a carbon source;
Mixing the primary particles and the binder at room temperature for more than 30 minutes;
Injecting the mixed primary particles and the binder into a granulator;
manufacturing secondary particles by assembling the primary particles and the binder introduced into the granulator; and
Comprising the step of graphitizing the assembled secondary particles at 2,700°C or higher,
A method of producing a negative electrode active material wherein the binder content satisfies 10.0 to 13.5 parts by weight based on 100 parts by weight of the primary particles.
제12 항에 있어서,
탄소 원료로부터 1차 입자를 제공하는 단계에서,
상기 탄소 원료를 분쇄하는 단계를 포함하고,
상기 1차 입자의 D10: 5 내지 10 ㎛, D50: 10 내지 18 ㎛, D90: 20 내지 28 ㎛ 중 적어도 하나를 만족하는 음극 활물질의 제조 방법.
According to claim 12,
In the step of providing primary particles from carbon raw materials,
Comprising the step of pulverizing the carbon raw material,
A method of producing a negative electrode active material satisfying at least one of D10: 5 to 10 ㎛, D50: 10 to 18 ㎛, and D90: 20 to 28 ㎛ of the primary particles.
제12 항에 있어서,
상기 조립기에 투입된 1차 입자와 바인더를 조립하여 2차 입자를 제조하는 단계는,
30 RPM 이상으로 조립하는 단계를 포함하는 음극 활물질의 제조 방법.
According to claim 12,
The step of manufacturing secondary particles by assembling the primary particles and binder introduced into the granulator is,
A method of manufacturing a negative electrode active material comprising the step of assembling at 30 RPM or more.
제12 항에 있어서,
상기 조립기에 투입된 1차 입자와 바인더를 조립하여 2차 입자를 제조하는 단계는,
조립된 분체를 100 ℃ 이상에서 가압을 통해 조립하는 단계를 포함하는 음극 활물질의 제조 방법.
According to claim 12,
The step of manufacturing secondary particles by assembling the primary particles and binder introduced into the granulator is,
A method of producing a negative electrode active material comprising the step of assembling the assembled powder through pressurization at 100°C or higher.
KR1020220103641A 2022-08-18 2022-08-18 Anode active material for lithium secondary battery and method of manufacturing thereof KR20240026364A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220103641A KR20240026364A (en) 2022-08-18 2022-08-18 Anode active material for lithium secondary battery and method of manufacturing thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220103641A KR20240026364A (en) 2022-08-18 2022-08-18 Anode active material for lithium secondary battery and method of manufacturing thereof

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20240026364A true KR20240026364A (en) 2024-02-28

Family

ID=90125045

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020220103641A KR20240026364A (en) 2022-08-18 2022-08-18 Anode active material for lithium secondary battery and method of manufacturing thereof

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20240026364A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102301219B1 (en) Anode active material, anode and lithium secondary battery comprising the same
KR102171094B1 (en) Negative electrode active material and lithium secondary battery comprising the same
KR101131937B1 (en) Negative active material for lithium rechargeable battery, method of preparing the same, and lithium rechargeable battery comprising the same
KR102179975B1 (en) Negative electrode active material for rechargeable lithium battery, method for manufacturing of the same, and rechargeable lithium battery including the same
KR102240777B1 (en) Method for manufacturing negative electrode material for rechargeable lithium battery
KR20140140323A (en) Negative electrode active material for rechargeable lithium battery, method for preparing the same and rechargeable lithium battery including the same
US20120196193A1 (en) Composite graphite particles and lithium secondary battery using the same
KR20190093177A (en) Anode active material, anode and lithium secondary battery comprising the same
KR102278633B1 (en) Anode active material for lithium secondary battery, Anode comprising the same and Lithium secondary battery comprising the same
KR102321502B1 (en) Anode active material for lithium secondary battery, Method of making the same and Lithium secondary battery comprising the same
KR102250897B1 (en) Active material for an anode and a secondary battery comprising the same
JP2022550820A (en) Spherical carbon-based negative electrode active material, manufacturing method thereof, negative electrode containing same, and lithium secondary battery
KR20150074295A (en) Method of preparing artificial graphite negative electrode material for rechargeable lithium battery and artificial graphite negative electrode material for rechargeable lithium battery prepared from the same
KR102301644B1 (en) Negative electrode material for rechargeable lithium battery, method for manufacturing the same, and rechargeable lithium battery including the same
KR102301643B1 (en) Negative electrode material for rechargeable lithium battery, method for manufacturing the same, and rechargeable lithium battery including the same
KR102433366B1 (en) Negative electrode material for rechargeable lithium battery, method for manufacturing the same, and rechargeable lithium battery including the same
KR102465722B1 (en) Active material for an anode and a secondary battery comprising the same
KR101796819B1 (en) Anode active material and lithium secondary battery comprising the same
KR20220064385A (en) Composite graphite material and manufacturing method thereof, secondary battery and device
KR20110138606A (en) Negative electrode with improved wetting property to electrolyte and secondary battery comprising the same
EP3955348B1 (en) Negative electrode active material and method for preparation thereof, secondary battery, and apparatus including secondary battery
KR101530686B1 (en) Negative electrode active material for rechargeable lithium battery, method for preparing the same, negative electrode including the same, and rechargeable lithium battery including the negative electrode
KR20240026364A (en) Anode active material for lithium secondary battery and method of manufacturing thereof
KR102702002B1 (en) Anode active material, method for preparing the same, and rechargeable lithium battery comprising the same
KR102694221B1 (en) Anode active material, method for preparing the same, and rechargeable lithium battery comprising the same