KR20240109577A - Negative active material for rechargeable lithium battery and rechargeable lithium battery including same - Google Patents

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Abstract

리튬 이차 전지용 음극 활물질 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지에 관한 것으로서, 상기 음극 활물질은 복수의 1차 입자들을 조립 및 구형화한 2차 입자들이 조립된 조립체와 흑연을 포함하는 3차 입자, 및 상기 3차 입자 천연 흑연을 둘러싸는 비정질 탄소 코팅층을 포함하고, 상기 1차 입자 및 상기 2차 입자는 천연 흑연이다.It relates to a negative electrode active material for a lithium secondary battery and a lithium secondary battery containing the same, wherein the negative electrode active material includes an assembly of secondary particles assembled and sphericalized from a plurality of primary particles, tertiary particles containing graphite, and the above 3 It includes an amorphous carbon coating layer surrounding natural graphite, and the primary particles and the secondary particles are natural graphite.

Description

리튬 이차 전지용 음극 활물질 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지{NEGATIVE ACTIVE MATERIAL FOR RECHARGEABLE LITHIUM BATTERY AND RECHARGEABLE LITHIUM BATTERY INCLUDING SAME}Negative active material for lithium secondary battery and lithium secondary battery containing same {NEGATIVE ACTIVE MATERIAL FOR RECHARGEABLE LITHIUM BATTERY AND RECHARGEABLE LITHIUM BATTERY INCLUDING SAME}

리튬 이차 전지용 음극 활물질 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지에 관한 것이다. It relates to a negative electrode active material for lithium secondary batteries and a lithium secondary battery containing the same.

최근 휴대전화, 노트북 컴퓨터, 전기 자동차 등 전지를 사용하는 전자기구의 급속한 보급에 수반하여 소형 경량이면서도 상대적으로 고용량인 이차 전지의 수요가 급속히 증대되고 있다. 특히, 리튬 이차 전지는 경량이고 에너지 밀도가 높기 때문에 휴대 기기의 구동 전원으로서 각광을 받고 있다. 이에 따라, 리튬 이차 전지의 성능 향상을 위한 연구개발이 활발하게 진행되고 있다. Recently, with the rapid spread of electronic devices that use batteries, such as mobile phones, laptop computers, and electric vehicles, the demand for small, lightweight, and relatively high capacity secondary batteries is rapidly increasing. In particular, lithium secondary batteries are attracting attention as a driving power source for portable devices because they are lightweight and have high energy density. Accordingly, research and development to improve the performance of lithium secondary batteries is actively underway.

리튬 이차 전지는 리튬 이온의 삽입(intercalation) 및 탈리(deintercalation)가 가능한 활물질을 포함하는 양극 및 음극과, 전해액을 포함하는 전지로서, 리튬 이온이 양극 및 음극에서 삽입/탈리될 때의 산화 및 환원 반응에 의해 전기 에너지를 생산한다. A lithium secondary battery is a battery that contains a positive electrode and a negative electrode containing an active material capable of intercalation and deintercalation of lithium ions, and an electrolyte solution, and is oxidized and reduced when lithium ions are intercalated/deintercalated from the positive electrode and negative electrode. Electrical energy is produced by reaction.

리튬 이차 전지의 양극 활물질로는 리튬 코발트 산화물, 리튬 니켈 산화물, 리튬 망간 산화물 등과 같은 전이금속 화합물이 주로 사용된다. 음극 활물질로는 천연 흑연이나 인조 흑연, 비정질계 탄소인 탄소계 활물질, Si과 같은 실리콘계 활물질이 사용되고 있다.Transition metal compounds such as lithium cobalt oxide, lithium nickel oxide, and lithium manganese oxide are mainly used as positive electrode active materials for lithium secondary batteries. As anode active materials, natural graphite, artificial graphite, carbon-based active materials such as amorphous carbon, and silicon-based active materials such as Si are used.

이 중에서, 인조 흑연은 고출력 및 장수명을 만족시킬 수 있으나, 이차 전지 수요가 증가함에 따라 가격 및 용량이 우수한 천연 흑연에 대한 수요가 지속적으로 증가하고 있다. 그러나 천연 흑연의 경우, 입자가 큰 인편 흑연을 구형화하여 제조하기 때문에, 인조 흑연 대비 상대적으로 큰 결정성으로 인해 리튬 이온의 삽입 및 탈리 속도가 느려 요구되는 고출력 특성을 만족할 수 없는 문제가 있다.Among these, artificial graphite can satisfy high output and long lifespan, but as demand for secondary batteries increases, the demand for natural graphite with excellent price and capacity is continuously increasing. However, in the case of natural graphite, since it is manufactured by spheroidizing flaky graphite with large particles, there is a problem in that the required high output characteristics cannot be satisfied due to the slow insertion and desorption rates of lithium ions due to its relatively large crystallinity compared to artificial graphite.

일 구현예는 향상된 고출력 특성을 나타내는 리튬 이차 전지용 음극 활물질을 제공하는 것이다.One embodiment is to provide a negative electrode active material for a lithium secondary battery that exhibits improved high-output characteristics.

다른 일 구현예는 상기 음극 활물질을 포함하는 리튬 이차 전지를 제공하는 것이다. Another embodiment provides a lithium secondary battery including the negative electrode active material.

일 구현예는 복수의 1차 입자들을 조립 및 구형화한 2차 입자들이 조립된 조립체와 흑연을 포함하는 3차 입자; 및, 상기 3차 입자 천연 흑연을 둘러싸는 비정질 탄소 코팅층을 포함하고, 상기 1차 입자 및 상기 2차 입자는 천연 흑연인 리튬 이차 전지용 음극 활물질을 제공한다.One embodiment includes an assembly of secondary particles obtained by assembling and sphericalizing a plurality of primary particles and tertiary particles including graphite; and an amorphous carbon coating layer surrounding the tertiary particle natural graphite, wherein the primary particle and the secondary particle are natural graphite.

다른 일 구현예는 상기 음극 활물질을 포함하는 음극; 양극; 및 전해질을 포함하는 리튬 이차 전지를 제공한다. Another embodiment includes a negative electrode including the negative electrode active material; anode; and a lithium secondary battery including an electrolyte.

일 구현예에 따른 음극 활물질은 우수한 사이클 수명 특성 및 고율 특성을 나타낼 수 있다.The anode active material according to one embodiment may exhibit excellent cycle life characteristics and high rate characteristics.

도 1은 일 구현예에 따른 리튬 이차 전지용 음극 활물질의 구조를 개략적으로 나타낸 도면.
도 1a는 도 1에 나타낸 음극 활물질의 구조 중, 3차 입자를 나타낸 도면.
도 2는 종래 음극 활물질의 구조를 개략적으로 나타낸 도면.
도 3은 일 구현예에 따른 음극 활물질의 제조 공정 중, 각 공정에서의 생성물을 나타낸 도면.
도 4는 일 구현예에 리튬 이차 전지를 개략적으로 나타낸 도면.
도 5는 실시예 1에 따라 제조된 음극 활물질의 SEM 사진.
도 6은 비교예 1에 따라 제조된 음극 활물질의 SEM 사진.
도 7은 비교예 2에 따라 제조된 음극 활물질의 SEM 사진.
도 8은 비교예 4에 따라 제조된 음극 활물질의 SEM 사진.
1 is a diagram schematically showing the structure of a negative electrode active material for a lithium secondary battery according to an embodiment.
FIG. 1A is a diagram showing tertiary particles in the structure of the negative electrode active material shown in FIG. 1.
Figure 2 is a diagram schematically showing the structure of a conventional negative electrode active material.
Figure 3 is a diagram showing products in each process during the manufacturing process of a negative active material according to one embodiment.
Figure 4 is a diagram schematically showing a lithium secondary battery in one embodiment.
Figure 5 is an SEM photograph of the negative electrode active material prepared according to Example 1.
Figure 6 is an SEM photograph of the negative electrode active material prepared according to Comparative Example 1.
Figure 7 is an SEM photograph of the negative electrode active material prepared according to Comparative Example 2.
Figure 8 is an SEM photograph of the negative electrode active material prepared according to Comparative Example 4.

이하, 본 발명의 구현예를 상세하게 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로서, 이에 의해 본 발명이 제한되지 않으며, 본 발명은 후술한 청구항의 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 described below.

본 명세서에서 특별한 언급이 없는 한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우 뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.Unless otherwise specified herein, when a part such as a layer, membrane, region, plate, etc. is said to be “on” another part, this refers not only to the case where it is “directly above” the other part, but also to the case where there is another part in between. Includes.

본 명세서에서 특별한 언급이 없는 한, 단수로 표시한 것은 복수 또한 포함할 수 있다. 아울러, 특별한 언급이 없는 한, "A 또는 B"는 "A를 포함하거나, B를 포함하거나, A 및 B를 포함하는"을 의미할 수 있다.Unless otherwise specified in this specification, the singular may also include the plural. In addition, unless otherwise specified, “A or B” may mean “including A, including B, or including A and B.”

본 명세서에서 별도의 정의가 없는 한, 입경은 평균 입경일 수 있다. 또한 입경은 입도 분포에서 누적 체적이 50 부피%인 입자의 지름을 의미하는 평균 입경(D50)을 의미한다. 평균 입경(D50) 측정은 당업자에게 널리 공지된 방법으로 측정될 수 있으며, 예를 들어, 입도 분석기(Particle size analyzer)로 측정하거나, 또는 투과전자현미경(Transmission Electron Microscope) 사진 또는 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope) 사진으로 측정할 수도 있다. 다른 방법으로는, 동적광산란법(dynamic light-scattering)을 이용한 측정장치를 이용하여 측정하고, 데이터 분석을 실시하여 각각의 입자 사이즈 범위에 대하여 입자 수를 카운팅한 후, 이로부터 계산하여 평균 입경(D50) 값을 얻을 수 있다. 또는 레이저 회절법(laser diffraction method)을 이용하여 측정할 수 있다. 레이저 회절법에 의해 측정 시, 보다 구체적으로는, 측정하고자 하는 입자를 분산매 중에 분산시킨 후, 시판되는 레이저 회절 입경 측정 장치(예를 들어, Microtrac社MT 3000)에 도입하여 약 28 kHz의 초음파를 60 W의 출력으로 조사한 후, 측정장치에 있어서의 입경 분포의 50% 기준에서의 평균 입경(D50)을 산출할 수 있다.Unless otherwise defined herein, the particle size may be an average particle size. In addition, particle size refers to the average particle size (D50), which refers to the diameter of particles with a cumulative volume of 50% by volume in the particle size distribution. The average particle size (D50) can be measured by methods well known to those skilled in the art, for example, using a particle size analyzer, a transmission electron microscope photograph, or a scanning electron microscope. It can also be measured with a photo (Electron Microscope). Another method is to measure using a measuring device using dynamic light-scattering, perform data analysis, count the number of particles for each particle size range, and then calculate from this the average particle diameter ( D50) value can be obtained. Alternatively, it can be measured using a laser diffraction method. When measuring by laser diffraction, more specifically, the particles to be measured are dispersed in a dispersion medium, then introduced into a commercially available laser diffraction particle size measurement device (for example, Microtrac MT 3000) and subjected to ultrasonic waves at about 28 kHz. After irradiation with an output of 60 W, the average particle size (D50) based on 50% of the particle size distribution in the measuring device can be calculated.

일 구현예에 따른 리튬 이차 전지용 음극 활물질은 복수의 1차 입자들을 조립 및 구형화한 2차 입자들이 조립된 조립체와 흑연을 포함하는 3차 입자; 및 상기 3차 입자를 둘러싸는 비정질 탄소 코팅층을 포함한다. 일 구현예에서, 상기 1차 입자 및 2차 입자는 천연 흑연이다.According to one embodiment, a negative electrode active material for a lithium secondary battery includes an assembly of secondary particles obtained by assembling and sphericalizing a plurality of primary particles, and tertiary particles including graphite; and an amorphous carbon coating layer surrounding the tertiary particles. In one embodiment, the primary and secondary particles are natural graphite.

도 1은 이러한 음극 활물질의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 1에서, 오른쪽은 점선에 해당하는 2차 입자(5)를 확대하여 나타낸 것이다. 일 구현예에 따른 음극 활물질(1)은 복수의 1차 입자(3)들이 조립되고 구형화한 2차 입자(5)와, 상기 2차 입자(5)들이 조립된 조립체를 포함하는 3차 입자를 포함한다. 또한, 상기 3차 입자를 둘러싸는 비정질 카본 코팅층(11)을 포함한다. 상기 3차 입자는 흑연을 더 포함하고, 이 흑연은 인조 흑연을 포함한다. 예를 들어, 상기 1차 입자(3)들 및 상기 2차 입자(5)들 표면에 위치하는 인조 흑연(9)을 포함한다. Figure 1 is a diagram schematically showing the structure of this negative electrode active material. In Figure 1, the right side shows an enlarged view of the secondary particle 5 corresponding to the dotted line. The negative active material 1 according to one embodiment is a tertiary particle including secondary particles 5 formed by assembling and sphericalizing a plurality of primary particles 3, and an assembly of the secondary particles 5. Includes. In addition, it includes an amorphous carbon coating layer 11 surrounding the tertiary particles. The tertiary particles further include graphite, and the graphite includes artificial graphite. For example, it includes artificial graphite (9) located on the surface of the primary particles (3) and the secondary particles (5).

또한, 도 1a는 도 1에서의 상기 3차 입자(7)을 보다 명확하게 나타낸 것이다. Additionally, FIG. 1A shows the tertiary particle 7 in FIG. 1 more clearly.

음극 활물질로 사용되는 결정성 탄소, 특히 천연 흑연은 인조 흑연에 비하여 용량이 높아, 이론 용량에 가까운 이상적인 용량을 실현할 수 있다. 그러나 천연 흑연은 입경이 40㎛ 내지 120㎛의 큰 입자로 이루어져 있어, 일반적으로 이를 구형화하여(spheroidizing process) 음극 활물질로 이용하고 있다. 도 2는 통상적인 천연 흑연 음극 활물질(20)의 구조를 나타낸 것으로서, 이는 인편 천연 흑연(23) 및 이 인편 천연 흑연 입자 표면에 위치하는 비정질 카본 코팅층(27)을 포함한다. 이러한 음극 활물질은 충방전 시 삽입/탈리 될 수 있는 사이트(site)가 한정적이기 때문에 충방전 특성, 특히 고율 충방전 특성이 적절하지 않다.Crystalline carbon, especially natural graphite, used as a negative electrode active material has a higher capacity than artificial graphite, making it possible to realize an ideal capacity close to the theoretical capacity. However, natural graphite consists of large particles with a particle size of 40㎛ to 120㎛, and is generally used as a negative electrode active material by spheroidizing process. Figure 2 shows the structure of a typical natural graphite negative electrode active material 20, which includes flaky natural graphite 23 and an amorphous carbon coating layer 27 located on the surface of the flaky natural graphite particles. Since these negative electrode active materials have limited sites where they can be inserted/discharged during charge/discharge, charge/discharge characteristics, especially high-rate charge/discharge characteristics, are not appropriate.

일 구현예에 따른 음극 활물질은 천연 흑연을 소립화한 1차 입자들을 조립하고 구형화한 2차 입자와, 이 2차 입자들을 다시 조립한 조립체와 흑연을 포함하는 3차 입자를을 포함한다. 상기 1차 입자 및 상기 2차 입자는 천연 흑연이다. 또한, 상기 흑연은 인조 흑연일 수 있고, 이 흑연은 상기 1차 입자들의 표면 및 상기 2차 입자들 표면에 위치하는 인조 흑연일 수 있다. 이러한 음극 활물질은 리튬 이온의 삽입/탈리 사이트를 증가시켜, 리튬 이온의 이동을 용이하게 할 수 있다. 이에, 일 구현예에 따른 음극 활물질은 향상된 급속 충방전 특성을 나타낼 수 있다.The anode active material according to one embodiment includes secondary particles obtained by assembling and sphericalizing primary particles obtained by atomizing natural graphite, and tertiary particles containing graphite and an assembly obtained by reassembling the secondary particles. The primary particles and the secondary particles are natural graphite. Additionally, the graphite may be artificial graphite, and the graphite may be artificial graphite located on the surfaces of the primary particles and the surfaces of the secondary particles. This negative electrode active material can increase the insertion/extraction site of lithium ions, thereby facilitating the movement of lithium ions. Accordingly, the negative active material according to one embodiment may exhibit improved rapid charge/discharge characteristics.

일 구현예에서, 상기 천연 흑연은 인편상 천연 흑연일 수 있고, 이 경우, 리튬 인터칼레이션이 보다 활발하게 일어날 수 있다. 다른 일 구현예에 따르면, 상기 인편상 천연 흑연은 소립 인편상 천연 흑연일 수 있다. 천연 흑연이 소립 인편상 천연 흑연인 경우, 동일한 면적 내에 리튬 이온이 삽입 및 탈리할 수 있는 사이트가 더욱 증가하고, 리튬 이온이 이동할 수 있는 경로가 보다 짧아져서, 급속 충방전에 보다 적절할 수 있다. In one embodiment, the natural graphite may be flaky natural graphite, and in this case, lithium intercalation may occur more actively. According to another embodiment, the flaky natural graphite may be small-grained flaky natural graphite. When the natural graphite is small-scale natural graphite, the number of sites where lithium ions can insert and desorb within the same area increases, and the path through which lithium ions can move becomes shorter, making it more suitable for rapid charging and discharging.

또한, 일 구현예에 따른 음극 활물질은 소립화한 1차 입자들을 구형화, 구부려서 형성하는 것이므로, 리튬이 음극 활물질, 특히 인편상 천연 흑연의 양 말단 이외에도, 구부러진 굴곡부에도 삽입될 수 있다. 이와 같이, 일 구현예에 따른 음극 활물질은 리튬 삽입 사이트가 증가된 것이므로, 향상된 충전율, 특히 향상된 고율 충전율을 나타낼 수 있다. In addition, since the negative electrode active material according to one embodiment is formed by sphericalizing and bending atomized primary particles, lithium can be inserted into the bent portions of the negative electrode active material, especially flaky natural graphite, in addition to both ends. As such, the negative electrode active material according to one embodiment has an increased lithium insertion site, and thus can exhibit an improved charging rate, particularly an improved high rate charging rate.

상기 1차 입자는 4㎛ 내지 8㎛의 입경을 가질 수 있다. 상기 1차 입자의 입경은 예를 들어 5㎛ 내지 8㎛, 6㎛ 내지 8㎛ 또는 6㎛ 내지 7㎛일 수도 있다.The primary particles may have a particle size of 4㎛ to 8㎛. The particle size of the primary particles may be, for example, 5㎛ to 8㎛, 6㎛ to 8㎛, or 6㎛ to 7㎛.

상기 2차 입자는 5㎛ 내지 10㎛의 입경을 가질 수 있다. 상기 2차 입자의 입경은, 예를 들어 6㎛ 내지 10㎛, 6㎛ 내지 8㎛ 또는 7㎛ 내지 8㎛일 수도 있다.The secondary particles may have a particle size of 5㎛ to 10㎛. The particle size of the secondary particles may be, for example, 6 μm to 10 μm, 6 μm to 8 μm, or 7 μm to 8 μm.

상기 3차 입자는 9㎛ 내지 15㎛의 입경을 가질 수 있다. 예를 들어 9.2㎛ 내지 15㎛ 또는 9.5㎛ 내지 15㎛일 수도 있다.The tertiary particles may have a particle size of 9㎛ to 15㎛. For example, it may be 9.2 μm to 15 μm or 9.5 μm to 15 μm.

1차 입자의 입경이 4㎛ 내지 8㎛인 경우, 제조가 보다 용이하고, 사이클 수명 특성을 더욱 향상시킬 수 있고, 리튬 이차 전지에 적용이 보다 용이할 수 있다. 아울러, 상기 2차 입자의 입경이 5㎛ 내지 10㎛인 경우, 3차 입자를 보다 잘 제조할 수 있고, 리튬 이차 전지에 적용이 보다 용이할 수 있다. 아울러, 3차 입자의 입경이 9㎛ 내지 15㎛이면, 보다 우수한 초기 효율을 나타낼 수 있고, 우수한 음극의 충방전 특성을 나타내어, 리튬 이차 전지에 적용이 보다 적절할 수 있다.When the particle size of the primary particles is 4㎛ to 8㎛, manufacturing is easier, cycle life characteristics can be further improved, and application to lithium secondary batteries can be easier. In addition, when the particle size of the secondary particles is 5㎛ to 10㎛, tertiary particles can be better manufactured and can be more easily applied to lithium secondary batteries. In addition, when the particle size of the tertiary particles is 9㎛ to 15㎛, it can exhibit better initial efficiency and excellent charge/discharge characteristics of the negative electrode, making it more suitable for application to lithium secondary batteries.

일 구현예에 따른 음극 활물질에서, 상기 비정질 탄소 코팅층의 두께는 5nm 내지 50nm, 예를 들어 10nm 내지 50nm 또는 20nm 내지 50nm일 수 있다. 상기 비정질 탄소 코팅층의 두께가 상기 범위에 해당하는 경우에는 전해액과의 부반응을 더욱 효과적으로 억제할 수 있으며 충방전 율특성이 개선될 수 있다. 상기 비정질 탄소 코팅층의 두께는 음극 활물질 단면에 대한 SEM 또는 TEM 이미지로 측정할 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니고, 당해 분야에서 비정질 탄소 코팅층의 두께를 측정할 수 있는 방법이면 어떠한 방법으로도 측정할 수 있다. 아울러, 두께는 평균 두께일 수 있다.In the anode active material according to one embodiment, the thickness of the amorphous carbon coating layer may be 5 nm to 50 nm, for example, 10 nm to 50 nm or 20 nm to 50 nm. When the thickness of the amorphous carbon coating layer falls within the above range, side reactions with the electrolyte can be more effectively suppressed and charge/discharge rate characteristics can be improved. The thickness of the amorphous carbon coating layer can be measured using an SEM or TEM image of the cross section of the anode active material, but is not limited to this, and can be measured by any method that can measure the thickness of the amorphous carbon coating layer in the field. there is. Additionally, the thickness may be an average thickness.

이러한 입경을 갖는 1차 입자, 2차 입자 및 3차 입자와, 상기 두께의 비정질 탄소 코팅층을 갖는 음극 활물질의 입경은 9.05㎛ 내지 16㎛일 수 있다. 음극 활물질의 입경은 예를 들어, 9.05㎛ 내지 16㎛, 9.2㎛ 내지 15.5㎛ 또는 9.5㎛ 내지 15㎛일 수도 있다. 음극 활물질의 입경이 상기 범위에 포함되는 경우, 리튬 이온의 삽입이 용이하여 충전율 특성이 향상될 수 있으며, 초기 효율 및 음극 공정성 향상으로 인하여 우수한 사이클 수명 특성을 나타낼 수 있다.The particle size of the anode active material having primary particles, secondary particles, and tertiary particles having such particle sizes and an amorphous carbon coating layer having the above thickness may be 9.05 ㎛ to 16 ㎛. The particle size of the negative electrode active material may be, for example, 9.05 μm to 16 μm, 9.2 μm to 15.5 μm, or 9.5 μm to 15 μm. When the particle size of the negative electrode active material is within the above range, lithium ions can be easily inserted, thereby improving charging rate characteristics, and excellent cycle life characteristics can be exhibited due to improved initial efficiency and negative electrode processability.

일 구현예에서, 상기 2차 입자는 1차 입자가 조립 형성된 것으로서, 1차 입자의 개수는 2차 입자를 형성할 수 있을 정도이면 별다른 제한이 없으나, 예를 들어 2개 내지 30개, 2개 내지 20개, 2개 내지 10개 또는 2개 내지 4개의 1차 입자가 모여 2차 입자를 형성할 수 있다. 또한, 3차 입자는 2차 입자들이 조립되어 형성된 것으로서, 2차 입자의 개수 또한 3차 입자를 형성할 수 있을 정도이면, 별다른 제한이 없으나, 예를 들면, 예를 들어 2개 내지 20개, 2개 내지 10개 또는 2개 내지 4개의 2차 입자가 모여 3차 입자를 형성할 수 있다. In one embodiment, the secondary particles are formed by assembling primary particles, and the number of primary particles is not particularly limited as long as it is sufficient to form secondary particles, for example, 2 to 30, 2 From 20 to 20, 2 to 10, or 2 to 4 primary particles may come together to form secondary particles. In addition, tertiary particles are formed by assembling secondary particles, and there is no particular limitation as long as the number of secondary particles is sufficient to form tertiary particles, for example, 2 to 20, 2 to 10 or 2 to 4 secondary particles may come together to form tertiary particles.

일 구현예에서, 상기 흑연의 함량은 상기 음극 활물질 전체 100 중량%에 대하여 9 중량% 내지 16.5 중량%일 수 있고, 9 중량% 내지 15 중량%일 수 있고, 10 중량% 내지 14.5 중량%일 수도 있다. 일 구현예에서, 흑연, 예를 들어 인조 흑연은 상기 1차 입자들의 표면 및 상기 2차 입자들 표면에 위치하는 것이기에, 흑연의 함량이 상기 범위에 포함되는 경우, 음극 활물질의 내부가 보다 치밀한 형태일 수 있다. 일 구현예에 따른 음극 활물질은 1차 입자들이 조립 및 구형화된 2차 입자와 이 2차 입자들이 조립된 3차 입자를 포함하는 것이므로, 입자들 사이에 형성될 수 있는 공간에 흑연, 예를 들어 인조 흑연이 충진되고, 특히 상기 함량으로 충진되므로, 공간을 보다 충분하게 채울 수 있어, 결과적으로 최종 음극 활물질의 내부가 치밀한 형태를 가질 수 있다.In one embodiment, the content of graphite may be 9% by weight to 16.5% by weight, 9% by weight to 15% by weight, or 10% by weight to 14.5% by weight based on 100% by weight of the total negative electrode active material. there is. In one embodiment, graphite, for example, artificial graphite, is located on the surface of the primary particles and the surface of the secondary particles, so when the content of graphite is within the above range, the interior of the negative electrode active material is more dense. It can be. The negative active material according to one embodiment includes secondary particles in which the primary particles are assembled and spherical, and tertiary particles in which the secondary particles are assembled, so graphite, for example, can be formed in the space that can be formed between the particles. For example, since artificial graphite is filled, especially at the above content, the space can be more sufficiently filled, and as a result, the interior of the final anode active material can have a dense shape.

일 구현예에서, 천연 흑연의 함량은 상기 음극 활물질 전체 100 중량%에 대하여 78.5 중량% 내지 89 중량%일 수 있고, 80 중량% 내지 88.5 중량%일 수 있고, 80.5 중량% 내지 88 중량%일 수도 있다.In one embodiment, the content of natural graphite may be 78.5% by weight to 89% by weight, 80% by weight to 88.5% by weight, or 80.5% by weight to 88% by weight based on 100% by weight of the total negative electrode active material. there is.

일 구현예에 따른 음극 활물질은 40 내지 70의 배향 지수(orientation index, O.I.)를 가질 수 있고, 45 내지 70의 배향 지수, 50 내지 60의 배향 지수를 가질 수 있다. 음극 활물질의 배향 지수가 상기 범위에 포함되면, 인조 흑연과 유사하게 난배향화된 것을 의미하며, 이에 일 구현예에 따른 음극 활물질은 인조 흑연과 유사하게 우수한 충전율을 나타날 수 있다. The anode active material according to one embodiment may have an orientation index (O.I.) of 40 to 70, an orientation index of 45 to 70, and an orientation index of 50 to 60. If the orientation index of the anode active material is within the above range, it means that the anode active material is poorly oriented similar to artificial graphite. Accordingly, the anode active material according to one embodiment may exhibit an excellent charging rate similar to artificial graphite.

일 구현예에서, 배향 지수는 CuKα선을 이용한 X-선 회절 분석(X-ray diffraction analysis)을 실시하여 얻을 수 있고, 일 예를 들면, (110)면의 피크 강도에 대한 (002)면의 피크 강도비(I002/I110)로 얻을 수 있다.In one embodiment, the orientation index can be obtained by performing X-ray diffraction analysis using CuKα rays, for example, the peak intensity of the (002) plane relative to the peak intensity of the (110) plane. It can be obtained by the peak intensity ratio (I 002 /I 110 ).

이와 같이, 일 구현예에 따른 음극 활물질은 천연 흑연을 사용함에 따른 고용량, 잘 눌리는 특성 및 우수한 펠렛 밀도의 특징과, 소립 1차 입자들이 조립된 구형화된 2차 입자를 포함하여 증가된 리튬 삽입 사이트에 따른 향상된 고율 충전율과, 또한 인조 흑연의 높은 충전율 특성을 모두 가질 수 있다. 아울러, 비정질 탄소 코팅층을 포함함에 따른 충방전율 특성 향상 효과 또한 얻을 수 있다.As such, the negative electrode active material according to one embodiment has the characteristics of high capacity, good pressing properties, and excellent pellet density due to the use of natural graphite, and includes spherical secondary particles assembled from small primary particles, thereby enabling increased lithium insertion. It can have both an improved high charging rate depending on the site and the high charging rate characteristics of artificial graphite. In addition, the effect of improving charge/discharge rate characteristics can also be obtained by including the amorphous carbon coating layer.

상기 비정질 카본은 소프트카본, 하드카본, 메조페이스 피치 탄화물, 소성된 코크스 및 이들의 혼합물 중에서 선택되는 어느 하나일 수 있다. 일 구현예에서, 상기 비정질 카본의 함량은 상기 음극 활물질 전체 100 중량%에 대하여, 1 중량% 내지 5 중량%일 수 있다. The amorphous carbon may be any one selected from soft carbon, hard carbon, mesophase pitch carbide, calcined coke, and mixtures thereof. In one embodiment, the content of the amorphous carbon may be 1% to 5% by weight based on 100% by weight of the total negative electrode active material.

상기 음극 활물질은 0.8g/cc 내지1.1g/cc의 탭밀도를 가질 수 있으며, 예를 들어 0.9g/cc 내지 1.1g/cc의 탭밀도를 가질 수 있다. 음극 활물질의 탭밀도가 상기 범위에 해당하는 경우에는 음극 활물질의 내부 공극(pore volume) 및 전해액과의 부반응이 감소하고, 이에 따라 수명 특성이 향상될 수 있다. 일 구현예에서, 상기 탭 밀도는 전환 팩터(conversion factor)가 0.2907cm3/mm이고, 직경이 19.1mm인 챔버가 삽입된 Micromeritics사의 GeoPyc 1360 Pycnometer를 사용하여, 108N의 압력을 인가하는 공정을 3회 실시하여, 평균값을 구하여 얻을 수 있다.The anode active material may have a tap density of 0.8 g/cc to 1.1 g/cc, for example, 0.9 g/cc to 1.1 g/cc. When the tap density of the negative electrode active material falls within the above range, the internal pore volume of the negative electrode active material and side reactions with the electrolyte solution are reduced, and thus the lifespan characteristics can be improved. In one embodiment, the tap density has a conversion factor of 0.2907 cm 3 /mm, and a process of applying a pressure of 108 N is performed using a Micromeritics GeoPyc 1360 Pycnometer inserted into a chamber with a diameter of 19.1 mm. It can be obtained by performing the test several times and calculating the average value.

일 구현예에 따른 음극 활물질은 수은 누적 기공 부피(Hg Cumulative Pore volume)가 0.01mL/g 내지 0.07mL/g일 수 있고, 0.03mL/g 내지 0.07 mL/g일 수 있고, 0.04mL/g 내지 0.07mL/g일 수도 있다. 수은 누적 기공 부피가 상기 범위에 포함되면, 음극 활물질 내부에 기공이, 즉 빈 공간이 작은 것을 의미한다. 상기 기공 부피에서 측정되는 기공은 0.01㎛ 내지 1㎛의 입경을 갖는 것일 수 있다. The negative electrode active material according to one embodiment may have a mercury cumulative pore volume (Hg Cumulative Pore volume) of 0.01 mL/g to 0.07 mL/g, 0.03 mL/g to 0.07 mL/g, and 0.04 mL/g to 0.04 mL/g. It may be 0.07mL/g. If the accumulated mercury pore volume is within the above range, it means that the pores, or empty space, inside the negative electrode active material are small. The pores measured in the pore volume may have a particle size of 0.01㎛ to 1㎛.

만약, 수은 누적 기공 부피가 상기 범위에 포함되는 경우에는, 음극 활물질 내부에 비정질 탄소의 함량이 적절하므로, 보다 우수한 음극 활물질 효율을 얻을 수 있다. 또한, 수은 누적 기공 부피가 상기 범위에 포함되면, 음극 활물질 내부가, 전해액과 반응하는 면적이 과도하지 않은 수준에서, 전해액은 잘 함침될 수 있는 정도의 치밀함을 유지할 수 있어, 과도한 부반응없이 적절한 수명 특성을 나타낼 수 있다.If the accumulated mercury pore volume is within the above range, the content of amorphous carbon within the negative electrode active material is appropriate, so better negative electrode active material efficiency can be obtained. In addition, when the accumulated mercury pore volume is within the above range, the area inside the negative electrode active material that reacts with the electrolyte solution is not excessive, and the electrolyte solution can maintain a density sufficient to be well impregnated, thereby maintaining an appropriate level without excessive side reactions. Lifespan characteristics can be expressed.

일 구현예에서, 수은 누적 기공 부피는 음극 활물질에 수은을 첨가하고, 0.1psi 내지 60,000psi의 압력을 가하여, 상기 음극 활물질 내에 수은이 압입되게 한 후, 압력 변화에 따른 수은의 부피 변화를 측정하여 얻을 수 있다. 상기 압력 변화는 0.1 psi 내지 0.2 psi의 압력에서, 압력을 증가시켜 50,000 psi 내지 60,000 psi의 압력이 되도록 조절하여 실시할 수 있다.In one embodiment, the accumulated mercury pore volume is determined by adding mercury to the negative electrode active material, applying a pressure of 0.1 psi to 60,000 psi, causing the mercury to be injected into the negative electrode active material, and then measuring the change in volume of mercury according to the pressure change. You can get it. The pressure change can be performed by increasing the pressure from 0.1 psi to 0.2 psi to 50,000 psi to 60,000 psi.

상기 음극 활물질은 다음과 같은 방법으로 제조될 수 있다. 이하 각 공정에서 얻어진 생성물을 명확하게 설명하고자, 도 1 및 도 1a에 나타낸 물질을 분류하여 나타낸 도 3을 참조하여 설명한다. The negative electrode active material can be manufactured by the following method. Hereinafter, in order to clearly explain the products obtained in each process, they will be described with reference to FIG. 3, which classifies the materials shown in FIGS. 1 and 1A.

입자의 입경이 80㎛ 이상인 천연 흑연 원료를 1차 입자(도 3의 3)로 분쇄하는 분쇄 소립화 공정을 진행한다. 상기 천연 흑연 원료는 기류 분쇄 방법을 적용하여 1차 입자로 분쇄할 수 있다. 기류 분쇄는 상기 천연 흑연을 상온에서 5 내지 20kg/cm2 조건의 기류로 분쇄하여 실시할 수 있다. A pulverization granulation process is performed in which natural graphite raw material with a particle diameter of 80㎛ or more is pulverized into primary particles (3 in FIG. 3). The natural graphite raw material can be pulverized into primary particles by applying an air current pulverization method. Air current pulverization can be performed by pulverizing the natural graphite with an air current under the condition of 5 to 20 kg/cm 2 at room temperature.

상기 천연 흑연 원료는 인편상 천연 흑연일 수 있다.The natural graphite raw material may be flaky natural graphite.

상기 분쇄 소립화 공정은 1차 입자의 입경이 4㎛ 내지 8㎛, 예를 들어 4㎛ 내지 7㎛, 4㎛ 내지 6㎛ 또는 5㎛ 내지 7㎛가 되도록 실시할 수 있다.The grinding and granulating process may be carried out so that the particle size of the primary particles is 4㎛ to 8㎛, for example, 4㎛ to 7㎛, 4㎛ to 6㎛, or 5㎛ to 7㎛.

상기 1차 입자를 구형화 장비를 사용하여 구형화 및 조립 공정을 실시하여 2차 입자를 형성한다(도 3의 5). 상기 구형화 및 조립 공정은 2차 입자의 입경이 5㎛ 내지 10㎛, 예를 들어 6㎛ 내지 10㎛, 6㎛ 내지 8㎛, 또는 7㎛ 내지 8㎛가 되도록 실시할 수 있다.The primary particles are subjected to a spheronization and assembly process using a spheronization equipment to form secondary particles (5 in FIG. 3). The spheronization and assembly process may be performed so that the particle size of the secondary particles is 5㎛ to 10㎛, for example, 6㎛ to 10㎛, 6㎛ to 8㎛, or 7㎛ to 8㎛.

이어서, 상기 2차 입자와 제1 비정질 탄소 전구체를 혼합하여 혼합 생성물을 제조한다. 이 공정에 따라 2차 입자 내부가 보다 치밀화될 수 있다.Next, the secondary particles and the first amorphous carbon precursor are mixed to prepare a mixed product. According to this process, the interior of the secondary particles can become more dense.

얻어진 혼합 생성물에 제2 비정질 탄소 전구체를 첨가하고 조립화하여 3차 입자를 제조한다(도 3의 7). 상기 조립화 공정은 통상적인 조립화 장비를 사용하여 실시할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. A second amorphous carbon precursor is added to the obtained mixed product and granulated to produce tertiary particles (7 in FIG. 3). The granulation process can be performed using conventional granulation equipment, but is not limited thereto.

상기 제1 및 상기 제2 비정질 탄소 전구체는 동일하거나 상이할 수 있고, 페놀 수지, 푸란수지, 에폭시수지, 폴리아크릴로니트릴, 폴리아미드수지, 폴리이미드수지, 폴리아미드이미드수지, 합성피치, 석유계 피치, 석탄계 피치, 타르 및 이들의조합에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.The first and second amorphous carbon precursors may be the same or different, and may be phenol resin, furan resin, epoxy resin, polyacrylonitrile, polyamide resin, polyimide resin, polyamide-imide resin, synthetic pitch, petroleum-based It may be any one selected from pitch, coal-based pitch, tar, and combinations thereof.

상기 제1 및 상기 제2 비정질 탄소 전구체는 이후 열처리 공정에서 결정질 탄소, 즉 인조 흑연으로 전환되는 것으로서, 이에 2차 입자와 상기 제1 및 상기 제2 비정질 탄소 전구체의 혼합비는 최종 생성물에서 인조 흑연의 함량이 음극 활물질 전체 100 중량%에 대하여 10 중량% 내지 15 중량%의 함량이 되도록 조절할 수 있다.The first and second amorphous carbon precursors are converted to crystalline carbon, that is, artificial graphite, in a subsequent heat treatment process. Accordingly, the mixing ratio of the secondary particles and the first and second amorphous carbon precursors is that of artificial graphite in the final product. The content can be adjusted to be 10% by weight to 15% by weight based on 100% by weight of the total negative electrode active material.

상기 공정에 따라, 상기 제1 및 상기 제2 비정질 탄소 전구체가 2차 입자 내부로 삽입되어 1차 입자 표면에 위치할 수 있고, 또한 2차 입자 표면에도 위치할 수 있다.According to the above process, the first and second amorphous carbon precursors may be inserted into the secondary particle and located on the surface of the primary particle, and may also be located on the surface of the secondary particle.

얻어진 3차 입자를 1차 열처리한다. 이 1차 열처리는 상기 제1 및 상기 제2 비정질 탄소 전구체가 흑연화되기에 적절한 고온으로 실시할 수 있으며, 예를 들어 2,800℃ 내지 3,000℃에서 실시할 수 있다. 상기 1차 열처리 공정은 1시간 내지 5시간, 예를 들어, 1시간 내지 4시간, 1시간 내지 3시간 동안 실시할 수 있다. 이 공정에 따라 상기 제1 및 상기 제2 비정질 탄소 전구체가 흑연, 예를 들어 인조 흑연으로 전환될 수 있다. 이에 1차 입자 표면 및 2차 입자 표면에 위치하는 제1 및 제2 비정질 탄소 전구체가 흑연, 예를 들어 인조 흑연으로 전환되어, 인조 흑연이 위치할 수 있다.The obtained tertiary particles are subjected to primary heat treatment. This primary heat treatment may be performed at a high temperature appropriate for graphitization of the first and second amorphous carbon precursors, for example, at 2,800°C to 3,000°C. The first heat treatment process may be performed for 1 hour to 5 hours, for example, 1 hour to 4 hours, or 1 hour to 3 hours. According to this process, the first and second amorphous carbon precursors may be converted into graphite, for example, artificial graphite. Accordingly, the first and second amorphous carbon precursors located on the surface of the primary particle and the surface of the secondary particle are converted into graphite, for example, artificial graphite, and the artificial graphite may be located.

얻어진 1차 열처리 생성물을 제3 비정질 탄소 전구체로 코팅한다. 상기 제3 비정질 탄소 전구체는 페놀 수지, 푸란수지, 에폭시수지, 폴리아크릴로니트릴, 폴리아미드수지, 폴리이미드수지, 폴리아미드이미드수지, 합성피치, 석유계 피치, 석탄계 피치, 타르 및 이들의 조합에서 선택되는 어느 하나일 수 있다. 상기 제3 비정질 탄소 전구체와, 상기 제1 및/또는 상기 제2 비정질 탄소 전구체는 동일할 수도 있고 상이할 수도 있다.The obtained first heat treatment product is coated with a third amorphous carbon precursor. The third amorphous carbon precursor is phenol resin, furan resin, epoxy resin, polyacrylonitrile, polyamide resin, polyimide resin, polyamide-imide resin, synthetic pitch, petroleum pitch, coal-based pitch, tar, and combinations thereof. It can be any one selected. The third amorphous carbon precursor and the first and/or second amorphous carbon precursor may be the same or different.

상기 코팅 공정에서, 제3 비정질 탄소 전구체의 사용량은 최종 생성물인 음극 활물질에서, 비정질 탄소 코팅층의 두께가 5nm 내지 50nm가 되도록 적절하게 조절할 수 있으며, 특별하게 한정할 필요는 없다.In the coating process, the amount of the third amorphous carbon precursor used can be appropriately adjusted so that the thickness of the amorphous carbon coating layer in the final product, the negative electrode active material, is 5 nm to 50 nm, and there is no need to specifically limit it.

상기 코팅 생성물을 2차 열처리한다. 2차 열처리 공정은 800℃ 내지 2,000℃에서 실시할 수 있고, 예를 들어 800℃ 내지 1,800℃, 800℃ 내지 1,600℃, 800℃ 내지 1,400℃ 또는 1,200℃ 내지 1,300℃에서 실시할 수 있다. 상기 2차 열처리 공정은 1시간 내지 5시간 동안 실시할 수 있고, 1시간 내지 4시간, 또는 1시간 내지 3시간 동안 실시할 수도 있다.The coating product is subjected to secondary heat treatment. The secondary heat treatment process may be performed at 800°C to 2,000°C, for example, 800°C to 1,800°C, 800°C to 1,600°C, 800°C to 1,400°C, or 1,200°C to 1,300°C. The secondary heat treatment process may be performed for 1 hour to 5 hours, 1 hour to 4 hours, or 1 hour to 3 hours.

다른 일 구현예는 음극, 양극 및 비수계 전해질을 포함하는 리튬 이차 전지를 제공한다.Another embodiment provides a lithium secondary battery including a negative electrode, a positive electrode, and a non-aqueous electrolyte.

상기 음극은 일 구현예에 따른 음극 활물질, 바인더 및 선택적으로 도전재를 포함하는 음극 활물질층 및 이 음극 활물질층을 지지하는 전류 집전체를 포함한다. The negative electrode includes a negative electrode active material layer including a negative electrode active material, a binder, and optionally a conductive material according to one embodiment, and a current collector supporting the negative electrode active material layer.

상기 음극 활물질층에서, 음극 활물질의 함량은 상기 음극 활물질층 전체 100 중량%에 대하여 95 중량% 내지 99 중량%일 수 있다. In the negative electrode active material layer, the content of the negative electrode active material may be 95% by weight to 99% by weight based on 100% by weight of the total negative electrode active material layer.

상기 바인더의 함량은 바인더 음극 활물질층 전체 100 중량%에 대하여, 1 중량% 내지 5 중량%일 수 있다.The content of the binder may be 1% to 5% by weight based on 100% by weight of the total binder negative electrode active material layer.

음극 활물질층이 도전재를 더욱 포함하는 경우, 음극 활물질의 함량은 상기 음극 활물질층 전체 100 중량%에 대하여 90 중량% 내지 99 중량%일 수 있고, 상기 바인더 및 상기 도전재의 함량은 상기 음극 활물질층 전체 100 중량%에 대하여 각각 1 중량% 내지 5 중량%일 수 있다.When the negative electrode active material layer further includes a conductive material, the content of the negative electrode active material may be 90% by weight to 99% by weight based on 100% by weight of the total negative electrode active material layer, and the content of the binder and the conductive material may be It may be 1% to 5% by weight, respectively, based on the total 100% by weight.

상기 바인더는 음극 활물질 입자들을 서로 잘 부착시키고, 또한 음극 활물질을 전류 집전체에 잘 부착시키는 역할을 한다. 상기 바인더로는 비수계 바인더, 수계 바인더 또는 이들의 조합을 사용할 수 있다.The binder serves to adhere the negative electrode active material particles to each other and also helps the negative electrode active material to adhere to the current collector. The binder may be a non-aqueous binder, an aqueous binder, or a combination thereof.

상기 비수계 바인더로는 에틸렌프로필렌 공중합체, 폴리아크릴로니트릴, 폴리스티렌, 폴리비닐클로라이드, 카르복실화된 폴리비닐클로라이드, 폴리비닐플루오라이드, 폴리우레탄, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리아미드이미드, 폴리이미드 또는 이들의 조합을 들 수 있다. The non-aqueous binders include ethylene propylene copolymer, polyacrylonitrile, polystyrene, polyvinyl chloride, carboxylated polyvinyl chloride, polyvinyl fluoride, polyurethane, polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, Polyethylene, polypropylene, polyamidoimide, polyimide, or combinations thereof may be mentioned.

상기 수계 바인더로는 스티렌-부타디엔 러버(SBR), 아크릴레이티드 스티렌-부타디엔 러버(ABR), 아크릴로나이트릴-부타디엔 러버, 아크릴 고무, 부틸고무, 불소 고무, 에틸렌 옥사이드를 포함하는 폴리머, 폴리비닐피롤리돈, 폴리프로필렌, 폴리에피크로로히드린, 폴리포스파젠, 에틸렌프로필렌디엔공중합체, 폴리비닐피리딘, 클로로설폰화폴리에틸렌, 라텍스, 폴리에스테르수지, 아크릴수지, 페놀수지, 에폭시 수지, 폴리비닐알콜 또는 이들의 조합일 수 있다. The water-based binders include styrene-butadiene rubber (SBR), acrylated styrene-butadiene rubber (ABR), acrylonitrile-butadiene rubber, acrylic rubber, butyl rubber, fluorine rubber, polymers containing ethylene oxide, and polyvinyl. Pyrrolidone, polypropylene, polyepichlorohydrin, polyphosphazene, ethylene propylene diene copolymer, polyvinylpyridine, chlorosulfonated polyethylene, latex, polyester resin, acrylic resin, phenol resin, epoxy resin, poly It may be vinyl alcohol or a combination thereof.

상기 음극 바인더로 수계 바인더를 사용하는 경우, 점성을 부여할 수 있는 셀룰로즈 계열 화합물을 증점제로 더욱 포함할 수 있다. 이 셀룰로즈 계열 화합물로는 카르복시메틸 셀룰로즈, 하이드록시프로필메틸 셀룰로즈, 메틸 셀룰로즈, 또는 이들의 알칼리 금속염 등을 1종 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 상기 알칼리 금속으로는 Na, K 또는 Li를 사용할 수 있다. 이러한 증점제 사용 함량은 음극 활물질 100 중량부에 대하여 0.1 중량부 내지 3 중량부일 수 있다. When an aqueous binder is used as the negative electrode binder, a cellulose-based compound capable of imparting viscosity may be further included as a thickener. As this cellulose-based compound, one or more types of carboxymethyl cellulose, hydroxypropylmethyl cellulose, methyl cellulose, or alkali metal salts thereof can be used. Na, K, or Li can be used as the alkali metal. The amount of the thickener used may be 0.1 to 3 parts by weight based on 100 parts by weight of the negative electrode active material.

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

상기 전류 집전체로는 구리 박, 니켈 박, 스테인레스강 박, 티타늄 박, 니켈 발포체(foam), 구리 발포체, 전도성 금속이 코팅된 폴리머 기재, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 사용할 수 있다. The current collector may be selected from the group consisting of copper foil, nickel foil, stainless steel foil, titanium foil, nickel foam, copper foam, a polymer substrate coated with a conductive metal, and combinations thereof. .

상기 양극은 전류 집전체 및 이 전류 집전체에 형성되는 양극 활물질층을 포함한다.The positive electrode includes a current collector and a positive electrode active material layer formed on the current collector.

상기 양극 활물질로는 리튬의 가역적인 인터칼레이션 및 디인터칼레이션이 가능한 화합물(리티에이티드 인터칼레이션 화합물)을 사용할 수 있다. 구체적으로는 코발트, 망간, 니켈, 및 이들의 조합으로부터 선택되는 금속과 리튬과의 복합 산화물 중 1종 이상의 것을 사용할 수 있다. 보다 구체적인 예로는 하기 화학식 중 어느 하나로 표현되는 화합물을 사용할 수 있다. LiaA1-bXbD2(0.90≤a≤1.8, 0≤b≤0.5); LiaA1-bXbO2-cDc(0.90≤a≤1.8, 0≤b≤0.5, 0≤c≤0.05); LiaE1-bXbO2-cDc(0.90≤a≤1.8, 0≤b≤0.5, 0≤c≤0.05); LiaE2-bXbO4-cDc(0.90≤a≤1.8, 0≤b≤0.5, 0≤c≤0.05); LiaNi1-b-cCobXcDα(0.90≤a≤1.8, 0≤b≤0.5, 0≤c≤0.5, 0<α≤2); LiaNi1-b-cCobXcO2-αTα(0.90≤a≤1.8, 0≤b≤0.5, 0≤c≤0.5, 0<α<2); LiaNi1-b-cCobXcO2-αT2(0.90≤a≤ 1.8, 0≤b≤0.5, 0≤c≤0.5, 0<α<2); LiaNi1-b-cMnbXcDα(0.90≤a≤1.8, 0≤b≤0.5, 0≤c≤0.5, 0<α≤2); LiaNi1-b-cMnbXcO2-αTα(0.90≤a≤1.8, 0≤b≤0.5, 0≤c≤0.5, 0<α<2); LiaNi1-b-cMnbXcO2-αT2(0.90≤a≤1.8, 0≤b≤0.5, 0≤c≤0.5, 0<α<2); LiaNibEcGdO2(0.90≤a≤1.8, 0≤b≤0.9, 0≤c≤0.5, 0.001≤d≤0.1); LiaNibCocL1 dGeO2(0.90≤a≤1.8, 0≤b≤0.9, 0≤c≤0.5, 0≤d≤0.5, 0≤e≤0.1); LiaNibCocAldGeO2(0.90≤a≤1.8, 0≤b≤0.9, 0≤c≤0.5, 0≤d≤0.5, 0≤e≤0.1); LiaNibCocMndGeO2(0.90≤a≤1.8, 0≤b≤0.9, 0≤c≤0.5, 0≤d≤0.5, 0.001≤e≤0.1); LiaNiGbO2(0.90≤a≤1.8, 0.001≤b≤0.1); LiaCoGbO2(0.90≤a≤1.8, 0.001≤b≤0.1); LiaMn1-bGbO2(0.90≤a≤1.8, 0.001≤b≤0.1); LiaMn2GbO4(0.90≤a≤1.8, 0.001≤b≤0.1); LiaMn1-gGgPO4(0.90≤a≤1.8, 0≤g≤0.5); QO2; QS2; LiQS2; V2O5; LiV2O5; LiZO2; LiNiVO4; Li(3-f)J2(PO4)3(0≤f≤2); Li(3-f)Fe2(PO4)3(0≤f≤2); LiaFePO4(0.90≤a≤1.8)As the positive electrode active material, a compound capable of reversible intercalation and deintercalation of lithium (lithiated intercalation compound) can be used. Specifically, one or more types of complex oxides of lithium and a metal selected from cobalt, manganese, nickel, and combinations thereof can be used. As a more specific example, a compound represented by any of the following chemical formulas can be used. Li a A 1-b X b D 2 (0.90≤a≤1.8, 0≤b≤0.5); Li a A 1 - b Li a E 1 - b Li a E 2 - b Li a Ni 1- bc Co b Li a Ni 1 - bc Co b Li a Ni 1 - bc Co b Li a Ni 1- bc Mn b Li a Ni 1 - bc Mn b Li a Ni 1 - bc Mn b Li a Ni b E c G d O 2 (0.90≤a≤1.8, 0≤b≤0.9, 0≤c≤0.5, 0.001≤d≤0.1); Li a Ni b Co c L 1 d G e O 2 (0.90≤a≤1.8, 0≤b≤0.9, 0≤c≤0.5, 0≤d≤0.5, 0≤e≤0.1); Li a Ni b Co c Al d G e O 2 (0.90≤a≤1.8, 0≤b≤0.9, 0≤c≤0.5, 0≤d≤0.5, 0≤e≤0.1); Li a Ni b Co c Mn d G e O 2 (0.90≤a≤1.8, 0≤b≤0.9, 0≤c≤0.5, 0≤d≤0.5, 0.001≤e≤0.1); Li a NiG b O 2 (0.90≤a≤1.8, 0.001≤b≤0.1); Li a CoG b O 2 (0.90≤a≤1.8, 0.001≤b≤0.1); Li a Mn 1-b G b O 2 (0.90≤a≤1.8, 0.001≤b≤0.1); Li a Mn 2 G b O 4 (0.90≤a≤1.8, 0.001≤b≤0.1); Li a Mn 1-g G g PO 4 (0.90≤a≤1.8, 0≤g≤0.5); QO 2 ; QS 2 ; LiQS 2 ; V 2 O 5 ; LiV 2 O 5 ; LiZO 2 ; LiNiVO 4 ; Li (3-f) J 2 (PO 4 ) 3 (0≤f≤2); Li (3-f) Fe 2 (PO 4 ) 3 (0≤f≤2); Li a FePO 4 (0.90≤a≤1.8)

상기 화학식에 있어서, A는 Ni, Co, Mn, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되고; X는 Al, Ni, Co, Mn, Cr, Fe, Mg, Sr, V, 희토류 원소 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되고; D는 O, F, S, P, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되고; E는 Co, Mn, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되고; T는 F, S, P, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되고; G는 Al, Cr, Mn, Fe, Mg, La, Ce, Sr, V, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되고; Q는 Ti, Mo, Mn, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되고; Z는 Cr, V, Fe, Sc, Y, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되며; J는 V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되고; L1은 Mn, Al 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된다.In the above formula, A is selected from the group consisting of Ni, Co, Mn, and combinations thereof; X is selected from the group consisting of Al, Ni, Co, Mn, Cr, Fe, Mg, Sr, V, rare earth elements, and combinations thereof; D is selected from the group consisting of O, F, S, P, and combinations thereof; E is selected from the group consisting of Co, Mn, and combinations thereof; T is selected from the group consisting of F, S, P, and combinations thereof; G is selected from the group consisting of Al, Cr, Mn, Fe, Mg, La, Ce, Sr, V, and combinations thereof; Q is selected from the group consisting of Ti, Mo, Mn, and combinations thereof; Z is selected from the group consisting of Cr, V, Fe, Sc, Y, and combinations thereof; J is selected from the group consisting of V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, and combinations thereof; L 1 is selected from the group consisting of Mn, Al, and combinations thereof.

물론 이 화합물 표면에 코팅층을 갖는 것도 사용할 수 있고, 또는 상기 화합물과 코팅층을 갖는 화합물을 혼합하여 사용할 수도 있다. 이 코팅층은 코팅 원소의 옥사이드, 코팅 원소의 하이드록사이드, 코팅 원소의 옥시하이드록사이드, 코팅 원소의 옥시카보네이트 및 코팅 원소의 하이드록시카보네이트로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 코팅 원소 화합물을 포함할 수 있다. 이들 코팅층을 이루는 화합물은 비정질 또는 결정질일 수 있다. 상기 코팅층에 포함되는 코팅 원소로는 Mg, Al, Co, K, Na, Ca, Si, Ti, V, Sn, Ge, Ga, B, As, Zr 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 코팅층 형성 공정은 상기 화합물에 이러한 원소들을 사용하여 양극 활물질의 물성에 악영향을 주지 않는 방법(예를 들어 스프레이 코팅, 침지법 등)으로 코팅할 수 있으면 어떠한 코팅 방법을 사용하여도 무방하며, 이에 대하여는 당해 분야에 종사하는 사람들에게 잘 이해될 수 있는 내용이므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.Of course, a compound having a coating layer on the surface can be used, or a mixture of the above compound and a compound having a coating layer can be used. This coating layer may include at least one coating element compound selected from the group consisting of oxides of coating elements, hydroxides of coating elements, oxyhydroxides of coating elements, oxycarbonates of coating elements and hydroxycarbonates of coating elements. You can. The compounds that make up these coating layers may be amorphous or crystalline. Coating elements included in the coating layer may include Mg, Al, Co, K, Na, Ca, Si, Ti, V, Sn, Ge, Ga, B, As, Zr, or mixtures thereof. For the coating layer formation process, any coating method may be used as long as the above compounds can be coated with these elements in a manner that does not adversely affect the physical properties of the positive electrode active material (e.g., spray coating, dipping method, etc.). Since this is well-understood by people working in the field, detailed explanation will be omitted.

상기 양극에서, 상기 양극 활물질의 함량은 양극 활물질층 전체 중량에 대하여 90 중량% 내지 98 중량%일 수 있다.In the positive electrode, the content of the positive electrode active material may be 90% by weight to 98% by weight based on the total weight of the positive electrode active material layer.

일 구현예에 있어서, 상기 양극 활물질층은 바인더 및 도전재를 더욱 포함할 수 있다. 이때, 상기 바인더 및 도전재의 함량은 양극 활물질층 전체 중량에 대하여 각각 1 중량% 내지 5 중량%일 수 있다.In one embodiment, the positive electrode active material layer may further include a binder and a conductive material. At this time, the content of the binder and the conductive material may be 1% to 5% by weight, respectively, based on the total weight of the positive electrode active material layer.

상기 바인더는 양극 활물질 입자들을 서로 잘 부착시키고, 또한 양극 활물질을 전류 집전체에 잘 부착시키는 역할을 한다. 바인더의 대표적인 예로는 폴리비닐알콜, 카르복시메틸셀룰로즈, 히드록시프로필셀룰로즈, 디아세틸셀룰로즈, 폴리비닐클로라이드, 카르복실화된 폴리비닐클로라이드, 폴리비닐플루오라이드, 에틸렌 옥사이드를 포함하는 폴리머, 폴리비닐피롤리돈, 폴리우레탄, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 스티렌-부타디엔 러버, 아크릴레이티드 스티렌- 부타디엔 러버, 에폭시 수지, 나일론 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The binder serves to adhere the positive electrode active material particles to each other and also to adhere the positive electrode active material to the current collector. Representative examples of binders include polyvinyl alcohol, carboxymethylcellulose, hydroxypropylcellulose, diacetylcellulose, polyvinyl chloride, carboxylated polyvinyl chloride, polyvinyl fluoride, polymers containing ethylene oxide, and polyvinylpyrroli. Money, polyurethane, polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, polyethylene, polypropylene, styrene-butadiene rubber, acrylated styrene-butadiene rubber, epoxy resin, nylon, etc. can be used, but are not limited to these. .

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

상기 전류 집전체로는 Al을 사용할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.Al may be used as the current collector, but is not limited thereto.

상기 전해액은 비수성 유기 용매 및 리튬염을 포함한다.The electrolyte solution includes a non-aqueous organic solvent and lithium salt.

상기 비수성 유기용매는 전지의 전기화학적 반응에 관여하는 이온들이 이동할 수 있는 매질 역할을 한다. The non-aqueous organic solvent serves as a medium through which ions involved in the electrochemical reaction of the battery can move.

상기 비수성 유기용매로는 카보네이트계, 에스테르계, 에테르계, 케톤계, 알코올계, 또는 비양자성 용매를 사용할 수 있다. The non-aqueous organic solvent may be carbonate-based, ester-based, ether-based, ketone-based, alcohol-based, or aprotic solvent.

상기 카보네이트계 용매로는 디메틸 카보네이트(DMC), 디에틸 카보네이트(DEC), 디프로필 카보네이트(DPC), 메틸프로필 카보네이트(MPC), 에틸프로필 카보네이트(EPC), 메틸에틸 카보네이트(MEC), 에틸렌 카보네이트(EC), 프로필렌 카보네이트(PC), 부틸렌 카보네이트(BC) 등이 사용될 수 있다. 상기 에스테르계 용매로는 메틸 아세테이트, 에틸 아세테이트, n-프로필 아세테이트, 디메틸아세테이트, 메틸프로피오네이트, 에틸프로피오네이트, 데카놀라이드(decanolide), 메발로노락톤(mevalonolactone), 카프로락톤(caprolactone) 등이 사용될 수 있다. 상기 에테르계 용매로는 디부틸 에테르, 테트라글라임, 디글라임, 디메톡시에탄, 2-메틸테트라히드로퓨란, 테트라히드로퓨란 등이 사용될 수 있다. 또한, 상기 케톤계 용매로는 시클로헥사논 등이 사용될 수 있다. 또한 상기 알코올계 용매로는 에틸알코올, 이소프로필 알코올 등이 사용될 수 있으며, 상기 비양자성 용매로는 R-CN(R은 탄소수 2 내지 20의 직쇄상, 분지상, 또는 환 구조의 탄화수소기이며, 이중결합 방향 환 또는 에테르 결합을 포함할 수 있다) 등의 니트릴류, 디메틸포름아미드 등의 아미드류, 1,3-디옥솔란 등의 디옥솔란류, 설포란(sulfolane)류 등이 사용될 수 있다. The carbonate-based solvents include dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), dipropyl carbonate (DPC), methylpropyl carbonate (MPC), ethylpropyl carbonate (EPC), methylethyl carbonate (MEC), and ethylene carbonate ( EC), propylene carbonate (PC), butylene carbonate (BC), etc. can be used. The ester solvents include methyl acetate, ethyl acetate, n-propyl acetate, dimethyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, decanolide, mevalonolactone, and caprolactone. etc. may be used. As the ether-based solvent, dibutyl ether, tetraglyme, diglyme, dimethoxyethane, 2-methyltetrahydrofuran, tetrahydrofuran, etc. may be used. Additionally, cyclohexanone, etc. may be used as the ketone-based solvent. In addition, the alcohol-based solvent may be ethyl alcohol, isopropyl alcohol, etc., and the aprotic solvent may be R-CN (R is a straight-chain, branched, or ring-shaped hydrocarbon group having 2 to 20 carbon atoms, Nitriles such as (may contain a double bond aromatic ring or ether bond), amides such as dimethylformamide, dioxolanes such as 1,3-dioxolane, sulfolanes, etc. may be used.

상기 유기 용매는 단독으로 또는 하나 이상 혼합하여 사용할 수 있으며, 하나 이상 혼합하여 사용하는 경우의 혼합 비율은 목적하는 전지 성능에 따라 적절하게 조절할 수 있고, 이는 당해 분야에 종사하는 사람들에게는 널리 이해될 수 있다.The organic solvents can be used alone or in a mixture of one or more, and when using a mixture of more than one, the mixing ratio can be appropriately adjusted according to the desired battery performance, which can be widely understood by those working in the field. there is.

또한, 상기 카보네이트계 용매의 경우, 환형(cyclic) 카보네이트와 사슬형(chain) 카보네이트를 혼합하여 사용하는 것이 좋다. 이 경우 환형 카보네이트와 사슬형 카보네이트는 1:1 내지 1:9의 부피비로 혼합하여 사용하는 것이 전해액의 성능이 우수하게 나타날 수 있다. In addition, in the case of the carbonate-based solvent, it is better to use a mixture of cyclic carbonate and chain carbonate. In this case, mixing cyclic carbonate and chain carbonate in a volume ratio of 1:1 to 1:9 may result in superior electrolyte performance.

상기 유기용매는 상기 카보네이트계 용매에 방향족 탄화수소계 유기용매를 더 포함할 수도 있다. 이때 상기 카보네이트계 용매와 방향족 탄화수소계 유기용매는 1:1 내지 30:1의 부피비로 혼합될 수 있다.The organic solvent may further include an aromatic hydrocarbon-based organic solvent in addition to the carbonate-based solvent. At this time, the carbonate-based solvent and the aromatic hydrocarbon-based organic solvent may be mixed at a volume ratio of 1:1 to 30:1.

상기 방향족 탄화수소계 유기용매로는 하기 화학식 1의 방향족 탄화수소계 화합물이 사용될 수 있다.As the aromatic hydrocarbon-based organic solvent, an aromatic hydrocarbon-based compound of the following formula (1) may be used.

[화학식 1][Formula 1]

(상기 화학식 1에서, R1 내지 R6는 서로 동일하거나 상이하며 수소, 할로겐, 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 할로알킬기 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것이다.)(In Formula 1, R 1 to R 6 are the same or different from each other and are selected from the group consisting of hydrogen, halogen, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, a haloalkyl group, and combinations thereof.)

상기 방향족 탄화수소계 유기용매의 구체적인 예로는 벤젠, 플루오로벤젠, 1,2-디플루오로벤젠, 1,3-디플루오로벤젠, 1,4-디플루오로벤젠, 1,2,3-트리플루오로벤젠, 1,2,4-트리플루오로벤젠, 클로로벤젠, 1,2-디클로로벤젠, 1,3-디클로로벤젠, 1,4-디클로로벤젠, 1,2,3-트리클로로벤젠, 1,2,4-트리클로로벤젠, 아이오도벤젠, 1,2-디아이오도벤젠, 1,3-디아이오도벤젠, 1,4-디아이오도벤젠, 1,2,3-트리아이오도벤젠, 1,2,4-트리아이오도벤젠, 톨루엔, 플루오로톨루엔, 2,3-디플루오로톨루엔, 2,4-디플루오로톨루엔, 2,5-디플루오로톨루엔, 2,3,4-트리플루오로톨루엔, 2,3,5-트리플루오로톨루엔, 클로로톨루엔, 2,3-디클로로톨루엔, 2,4-디클로로톨루엔, 2,5-디클로로톨루엔, 2,3,4-트리클로로톨루엔, 2,3,5-트리클로로톨루엔, 아이오도톨루엔, 2,3-디아이오도톨루엔, 2,4-디아이오도톨루엔, 2,5-디아이오도톨루엔, 2,3,4-트리아이오도톨루엔, 2,3,5-트리아이오도톨루엔, 자일렌, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것이다.Specific examples of the aromatic hydrocarbon-based organic solvent include benzene, fluorobenzene, 1,2-difluorobenzene, 1,3-difluorobenzene, 1,4-difluorobenzene, and 1,2,3-tri. Fluorobenzene, 1,2,4-trifluorobenzene, chlorobenzene, 1,2-dichlorobenzene, 1,3-dichlorobenzene, 1,4-dichlorobenzene, 1,2,3-trichlorobenzene, 1 ,2,4-trichlorobenzene, iodobenzene, 1,2-diiodobenzene, 1,3-diiodobenzene, 1,4-diiodobenzene, 1,2,3-triiodobenzene, 1, 2,4-triiodobenzene, toluene, fluorotoluene, 2,3-difluorotoluene, 2,4-difluorotoluene, 2,5-difluorotoluene, 2,3,4-trifluor Rotoluene, 2,3,5-trifluorotoluene, chlorotoluene, 2,3-dichlorotoluene, 2,4-dichlorotoluene, 2,5-dichlorotoluene, 2,3,4-trichlorotoluene, 2, 3,5-trichlorotoluene, iodotoluene, 2,3-diiodotoluene, 2,4-diiodotoluene, 2,5-diiodotoluene, 2,3,4-triiodotoluene, 2,3 , 5-triiodotoluene, xylene, and combinations thereof.

상기 전해질은 전지 수명을 향상시키기 위하여 비닐에틸 카보네이트, 비닐렌 카보네이트 또는 하기 화학식 2의 에틸렌 카보네이트계 화합물을 수명 향상 첨가제로 더욱 포함할 수도 있다.In order to improve battery life, the electrolyte may further include vinylethyl carbonate, vinylene carbonate, or an ethylene carbonate-based compound of the following formula (2) as a life-enhancing additive.

[화학식 2][Formula 2]

(상기 화학식 2에서, R7 및 R8은 서로 동일하거나 상이하며, 수소, 할로겐기, 시아노기(CN), 니트로기(NO2) 및 불소화된 탄소수 1 내지 5의 알킬기로 이루어진 군에서 선택되며, 상기 R7과 R8 중 적어도 하나는 할로겐기, 시아노기(CN), 니트로기(NO2) 및 불소화된 탄소수 1 내지 5의 알킬기로 이루어진 군에서 선택되나, 단 R7 및 R8가 모두 수소는 아니다.)(In Formula 2, R 7 and R 8 are the same or different from each other and are selected from the group consisting of hydrogen, a halogen group, a cyano group (CN), a nitro group (NO 2 ), and a fluorinated alkyl group having 1 to 5 carbon atoms; , at least one of R 7 and R 8 is selected from the group consisting of a halogen group, a cyano group (CN), a nitro group (NO 2 ), and a fluorinated alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, provided that both R 7 and R 8 are Not hydrogen.)

상기 에틸렌 카보네이트계 화합물의 대표적인 예로는 디플루오로 에틸렌카보네이트, 클로로에틸렌 카보네이트, 디클로로에틸렌 카보네이트, 브로모에틸렌 카보네이트, 디브로모에틸렌 카보네이트, 니트로에틸렌 카보네이트, 시아노에틸렌 카보네이트 또는 플루오로에틸렌 카보네이트 등을 들 수 있다. 이러한 수명 향상 첨가제를 더욱 사용하는 경우 그 사용량은 적절하게 조절할 수 있다.Representative examples of the ethylene carbonate-based compounds include difluoroethylene carbonate, chloroethylene carbonate, dichloroethylene carbonate, bromoethylene carbonate, dibromoethylene carbonate, nitroethylene carbonate, cyanoethylene carbonate, or fluoroethylene carbonate. You can. When using more of these life-enhancing additives, the amount used can be adjusted appropriately.

상기 리튬염은 유기 용매에 용해되어, 전지 내에서 리튬 이온의 공급원으로 작용하여 기본적인 리튬 이차 전지의 작동을 가능하게 하고, 양극과 음극 사이의 리튬 이온의 이동을 촉진하는 역할을 하는 물질이다. 이러한 리튬염의 대표적인 예로는 LiPF6, LiBF4, LiSbF6, LiAsF6, LiN(SO2C2F5)2, Li(CF3SO2)2N, LiN(SO3C2F5)2, Li(FSO2)2N(리튬 비스플루오로설포닐이미드(lithium bis(fluorosulfonyl)imide: LiFSI), LiC4F9SO3, LiClO4, LiAlO2, LiAlCl4, LiPO2F2, LiN(CxF2x+1SO2)(CyF2y+1SO2)(여기서, x 및 y는 자연수이며, 예를 들면 1 내지 20의 정수임), 리튬 디플루오로비스옥살라토 포스페이트(lithium difluoro(bisoxolato) phosphate), LiCl, LiI, LiB(C2O4)2(리튬 비스옥살레이트 보레이트(lithium bis(oxalato) borate: LiBOB) 및 리튬 디플로오로(옥살라토)보레이트(LiDFOB)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 둘 이상을 지지(supporting) 전해염으로 포함한다. 리튬염의 농도는 0.1M 내지 2.0M 범위 내에서 사용하는 것이 좋다. 리튬염의 농도가 상기 범위에 포함되면, 전해질이 적절한 전도도 및 점도를 가지므로 우수한 전해질 성능을 나타낼 수 있고, 리튬 이온이 효과적으로 이동할 수 있다.The lithium salt is a substance that is dissolved in an organic solvent and serves as a source of lithium ions in the battery, enabling the basic operation of a lithium secondary battery and promoting the movement of lithium ions between the anode and the cathode. Representative examples of such lithium salts include LiPF 6 , LiBF 4 , LiSbF 6 , LiAsF 6 , LiN(SO 2 C 2 F 5 ) 2 , Li(CF 3 SO 2 ) 2 N, LiN(SO 3 C 2 F 5 ) 2 , Li(FSO 2 ) 2 N (lithium bis(fluorosulfonyl)imide: LiFSI), LiC 4 F 9 SO 3 , LiClO 4 , LiAlO 2 , LiAlCl 4 , LiPO 2 F 2 , LiN( C difluoro(bisoxolato) phosphate), LiCl, LiI, LiB(C 2 O 4 ) 2 (with lithium bis(oxalato) borate (LiBOB) and lithium difluoro(oxalato)borate (LiDFOB) If the concentration of the lithium salt is within the range of 0.1M to 2.0M, the electrolyte is suitable. Because it has good conductivity and viscosity, it can exhibit excellent electrolyte performance and allows lithium ions to move effectively.

리튬 이차 전지의 종류에 따라 양극과 음극 사이에 세퍼레이터가 존재할 수도 있다. 이러한 세퍼레이터로는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드 또는 이들의 2층 이상의 다층막이 사용될 수 있으며, 폴리에틸렌/폴리프로필렌 2층 세퍼레이터, 폴리에틸렌/폴리프로필렌/폴리에틸렌 3층 세퍼레이터, 폴리프로필렌/폴리에틸렌/폴리프로필렌 3층 세퍼레이터 등과 같은 혼합 다층막이 사용될 수 있음은 물론이다.Depending on the type of lithium secondary battery, a separator may exist between the positive and negative electrodes. Such separators may be polyethylene, polypropylene, polyvinylidene fluoride, or a multilayer film of two or more layers thereof, such as a polyethylene/polypropylene two-layer separator, a polyethylene/polypropylene/polyethylene three-layer separator, or a polypropylene/polyethylene/poly layer. Of course, a mixed multilayer film such as a propylene three-layer separator can be used.

도 4에 본 발명의 일 구현예에 따른 리튬 이차 전지의 분해 사시도를 나타내었다. 일 구현예에 따른 리튬 이차 전지는 각형인 것을 예로 설명하지만, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 원통형, 파우치형 등 다양한 형태의 전지에 적용될 수 있다.Figure 4 shows an exploded perspective view of a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention. Although the lithium secondary battery according to one embodiment is described as an example of a prismatic shape, the present invention is not limited thereto and can be applied to batteries of various shapes, such as cylindrical and pouch types.

도 4를 참고하면, 일 구현예에 따른 리튬 이차 전지(100)는 양극(10)과 음극(20) 사이에 세퍼레이터(30)를 개재하여 귄취된 전극 조립체(40)와, 상기 전극 조립체(40)가 내장되는 케이스(50)를 포함할 수 있다. 상기 양극(10), 상기 음극(20) 및 상기 세퍼레이터(30)는 전해액(미도시)에 함침되어 있을 수 있다.Referring to FIG. 4, a lithium secondary battery 100 according to one embodiment includes an electrode assembly 40 wound with a separator 30 between the positive electrode 10 and the negative electrode 20, and the electrode assembly 40. ) may include a case 50 in which is built-in. The anode 10, the cathode 20, and the separator 30 may be impregnated with an electrolyte solution (not shown).

이하 본 발명의 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나 하기한 실시예는 본 발명의 일 실시예일뿐 본 발명이 하기한 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, examples and comparative examples of the present invention will be described. However, the following example is only an example of the present invention, and the present invention is not limited to the following example.

(실시예 1)(Example 1)

입자의 입경이 80㎛ 내지 120㎛인 인편상 천연 흑연 원료를 기류 분쇄하여 소립 1차 입자를 제조하였다. 상기 소립 1차 입자를 구형화 장비를 사용하여 구형화 및 조립 공정을 실시하여, 2차 입자를 제조하였다. 상기 2차 입자와 제1 핏치 카본을 혼합하여 혼합 생성물을 제조하였다.Small primary particles were prepared by pulverizing flaky natural graphite raw material with a particle diameter of 80㎛ to 120㎛. The small primary particles were subjected to a spheronization and assembly process using a spheronization equipment to produce secondary particles. A mixed product was prepared by mixing the secondary particles and the first pitch carbon.

이어서, 상기 혼합 생성물에 제2 핏치 카본을 첨가하고 조립화하여 3차 입자를 제조하였다.Subsequently, the second pitch carbon was added to the mixed product and granulated to prepare tertiary particles.

제조된 3차 입자를 2,800℃에서 2시간 동안 1차 열처리하였다. 이 열처리 공정에서 상기 제1 및 상기 제2 핏치 카본이 흑연화되어 상기 1차 입자 및 상기 2차 입자 표면에 인조 흑연으로 존재하였다.The prepared tertiary particles were first heat treated at 2,800°C for 2 hours. In this heat treatment process, the first and second pitch carbons were graphitized and existed as artificial graphite on the surfaces of the primary particles and the secondary particles.

얻어진 열처리 생성물을 제3 핏치 카본으로 코팅하고, 이를 1,200℃에서 2시간 동안 열처리하여 음극 활물질을 제조하였다. The obtained heat-treated product was coated with third pitch carbon and heat-treated at 1,200°C for 2 hours to prepare a negative electrode active material.

제조된 음극 활물질은 1차 입자들이 조립 및 구형화한 2차 입자, 이 2차 입자들을 조립한 3차 입자 천연 흑연, 상기 1차 입자들의 표면 및 상기 2차 입자 표면에 위치하는 인조 흑연을 포함하고, 상기 3차 입자 표면을 둘러싸는 소프트 카본 코팅층을 포함하였다. The manufactured negative electrode active material includes secondary particles in which primary particles are assembled and spherical, natural graphite as tertiary particles in which the secondary particles are assembled, artificial graphite located on the surface of the primary particles and the surface of the secondary particles. And, it included a soft carbon coating layer surrounding the surface of the tertiary particle.

상기 제조 공정에서, 상기 3차 입자, 상기 제1 핏치 카본, 상기 제2 핏치 카본 및 상기 제3 핏치 카본의 사용량은, 제조된 음극 활물질에서, 상기 천연 흑연의 함량이 음극 활물질 전체 100 중량%에 대하여 87 중량%, 상기 인조 흑연의 함량이 10 중량%, 및 상기 소프트 카본 코팅층의 함량이 3 중량%가 되도록 조절하였다.In the manufacturing process, the amount of the tertiary particles, the first pitch carbon, the second pitch carbon, and the third pitch carbon used is such that, in the manufactured negative electrode active material, the content of the natural graphite is 100% by weight of the total negative electrode active material. It was adjusted to 87% by weight, the content of the artificial graphite was 10% by weight, and the content of the soft carbon coating layer was 3% by weight.

제조된 1차 입자의 평균 입경(D50), 2차 입자의 평균 입경(D50) 및 3차 입자의 평균 입경(D50), 음극 활물질의 평균 입경(D50) 및 탭밀도를 하기 표 1에 나타내었다.The average particle diameter (D50) of the manufactured primary particles, average particle diameter (D50) and tertiary particles (D50), average particle diameter (D50) and tap density of the anode active material are shown in Table 1 below. .

상기 음극 활물질 97.5 중량%, 스티렌 부타디엔 러버 바인더 1.5 중량%, 카르복시메틸 셀룰로즈 증점제 1 중량%를 물 용매 중에서 혼합하여 음극 활물질 슬러리를 제조하였다.A negative electrode active material slurry was prepared by mixing 97.5% by weight of the negative electrode active material, 1.5% by weight of the styrene butadiene rubber binder, and 1% by weight of the carboxymethyl cellulose thickener in a water solvent.

상기 음극 활물질 슬러리를 Cu 포일 전류 집전체에 코팅, 건조 및 압연하는 통상적인 방법으로 전류 집전체 및 이 전류 집전체에 형성된 음극 활물질층을 포함하는 음극을 제조하였다. A negative electrode including a current collector and a negative electrode active material layer formed on the current collector was manufactured by a conventional method of coating, drying, and rolling the negative electrode active material slurry on a Cu foil current collector.

상기 음극. 리튬 금속 대극 및 전해질을 이용하여 코인형 반쪽 전지를 제조하였다. 상기 전해질은 1.5M LiPF6가 용해된 에틸렌 카보네이트 및 에틸메틸 카보네이트 및 디메틸 카보네이트(20:10:70 부피비)를 사용하였다. The cathode. A coin-type half cell was manufactured using a lithium metal counter electrode and electrolyte. The electrolyte used was ethylene carbonate, ethylmethyl carbonate, and dimethyl carbonate (20:10:70 volume ratio) in which 1.5M LiPF 6 was dissolved.

(실시예 2 내지 6)(Examples 2 to 6)

1차 입자의 평균 입경(D50), 2차 입자의 평균 입경(D50) 및 3차 입자의 평균 입경(D50), 음극 활물질의 평균 입경(D50) 및 탭밀도를 하기 표 1에 나타낸 것과 같이 변경하고, 또한 상기3차 입자, 상기 제1 핏치 카본, 상기 제2 핏치 카본의 사용량을, 제조된 음극 활물질에서, 천연 흑연의 함량, 인조 흑연의 함량 및 소프트 카본 코팅층의 함량이 상기 표 2에 나타낸 함량으로 얻어지도록 조절한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하여 음극 및 반쪽 전지를 제조하였다.The average particle diameter of primary particles (D50), average particle diameter of secondary particles (D50), average particle diameter of tertiary particles (D50), average particle diameter of negative electrode active material (D50), and tap density were changed as shown in Table 1 below. In addition, the amounts of the tertiary particles, the first pitch carbon, and the second pitch carbon, the content of natural graphite, the content of artificial graphite, and the content of the soft carbon coating layer in the manufactured negative electrode active material are shown in Table 2. A negative electrode and a half cell were manufactured in the same manner as in Example 1, except that the content was adjusted to obtain a negative electrode.

(비교예 1)(Comparative Example 1)

입자의 입경이 80㎛ 내지 120㎛인 인편상 천연 흑연 원료를 기류 분쇄하여 소립 1차 입자를 제조하였다. 상기 소립 1차 입자를 구형화 장비를 사용하여 구형화 및 조립 공정을 실시하여, 2차 입자를 제조하였다. Small primary particles were prepared by pulverizing flaky natural graphite raw material with a particle diameter of 80㎛ to 120㎛. The small primary particles were subjected to a spheronization and assembly process using a spheronization equipment to produce secondary particles.

상기 2차 입자에 핏치 카본을 첨가하고 1,200℃에서 2시간 동안 열처리하여, 2차 입자 표면에 소프트 카본 코팅층이 형성된 음극 활물질을 제조하였다. Pitch carbon was added to the secondary particles and heat treated at 1,200°C for 2 hours to prepare a negative electrode active material with a soft carbon coating layer formed on the surface of the secondary particles.

상기 2차 입자 및 상기 핏치 카본의 사용량은, 제조된 음극 활물질에서, 2차 입자 천연 흑연의 함량이, 음극 활물질 전체 100 중량%에 대하여 93 중량%, 소프트 카본 코팅층의 함량이 7 중량%가 되도록 조절하였다.The amount of the secondary particles and the pitch carbon used is such that, in the manufactured negative electrode active material, the content of secondary particle natural graphite is 93% by weight and the content of the soft carbon coating layer is 7% by weight based on 100% by weight of the total negative electrode active material. Adjusted.

제조된 1차 입자의 평균 입경(D50) 및 2차 입자의 평균 입경(D50), 음극 활물질의 평균 입경(D50) 및 탭밀도를 하기 표 1에 나타내었다.The average particle diameter (D50) of the produced primary particles, the average particle diameter (D50) of the secondary particles, and the average particle diameter (D50) and tap density of the anode active material are shown in Table 1 below.

상기 음극 활물질을 이용하여, 상기 실시예 1과 동일하게 실시하여 음극 및 반쪽 전지를 제조하였다.Using the negative electrode active material, a negative electrode and a half battery were manufactured in the same manner as in Example 1.

(비교예 2)(Comparative Example 2)

입자의 입경이 80㎛ 내지 120㎛인 인편상 천연 흑연 원료를 구형화 장비를 사용하여 구형화하고, 1,200℃에서 2시간 동안 2차 열처리하여 음극 활물질을 제조하였다.A flaky natural graphite raw material with a particle diameter of 80㎛ to 120㎛ was spheronized using a spheronizing equipment, and subjected to secondary heat treatment at 1,200°C for 2 hours to prepare a negative electrode active material.

제조된 활물질의 평균 입경(D50) 및 탭밀도를 하기 표 1에 나타내었다.The average particle diameter (D50) and tap density of the manufactured active materials are shown in Table 1 below.

상기 음극 활물질을 이용하여, 상기 실시예 1과 동일하게 실시하여 음극 및 반쪽 전지를 제조하였다.Using the negative electrode active material, a negative electrode and a half battery were manufactured in the same manner as in Example 1.

(비교예 3)(Comparative Example 3)

음극 활물질의 평균 입경(D50) 및 탭밀도를 하기 표 1에 나타낸 것과 같이 변경한 것을 제외하고는 상기 비교예 2과 동일하게 실시하여 음극 및 반쪽 전지를 제조하였다.A negative electrode and a half cell were manufactured in the same manner as Comparative Example 2, except that the average particle diameter (D50) and tap density of the negative electrode active material were changed as shown in Table 1 below.

(비교예 4)(Comparative Example 4)

석유 코크스를 기류 분쇄하여 소립 1차 입자를 제조하였다. 이 소립 1차 입자를 조립 공정을 실시하여 2차 입자를 제조하였다. Petroleum coke was pulverized into small primary particles. These small primary particles were subjected to an assembly process to produce secondary particles.

상기 2차 입자를 3,000℃에서 2시간 동안 열처리하여 인조 흑연을 제조하였다.The secondary particles were heat treated at 3,000°C for 2 hours to produce artificial graphite.

상기 인조 흑연을 사용한 것을 제외하고는 상기 비교예 2와 동일하게 실시하여 음극 활물질을 제조하였다.A negative electrode active material was manufactured in the same manner as Comparative Example 2, except that the artificial graphite was used.

제조된 1차 입자, 2차 입자 및 음극 활물질의 평균 입경(D50) 및 탭밀도를 하기 표 1에 나타내었다.The average particle diameter (D50) and tap density of the prepared primary particles, secondary particles, and negative electrode active materials are shown in Table 1 below.

상기 음극 활물질을 이용하여, 상기 실시예 1과 동일하게 실시하여 음극 및 반쪽 전지를 제조하였다.Using the negative electrode active material, a negative electrode and a half battery were manufactured in the same manner as in Example 1.

(비교예 5 및 6)(Comparative Examples 5 and 6)

1차 입자, 2차 입자 및 음극 활물질의 평균 입경(D50) 및 탭밀도를 하기 표 1에 나타낸 것과 같이 변경한 것을 제외하고는 상기 비교예 4와 동일하게 실시하여 음극 및 반쪽 전지를 제조하였다.A negative electrode and a half cell were manufactured in the same manner as in Comparative Example 4, except that the average particle diameter (D50) and tap density of the primary particles, secondary particles, and negative electrode active material were changed as shown in Table 1 below.

(비교예 7)(Comparative Example 7)

인편상 천연 흑연 대신, 인편상 천연 흑연과 인조 흑연의 혼합물(50 : 50 중량비)를 사용한 것을 제외하고는 상기 비교예 2와 동일하게 실시하여 음극 활물질을 제조하였다.A negative electrode active material was prepared in the same manner as in Comparative Example 2, except that a mixture of natural flaky graphite and artificial graphite (50:50 weight ratio) was used instead of natural flaky graphite.

제조된 활물질의 평균 입경(D50) 및 탭밀도를 하기 표 1에 나타내었다.The average particle diameter (D50) and tap density of the manufactured active materials are shown in Table 1 below.

상기 음극 활물질을 이용하여, 상기 실시예 1과 동일하게 실시하여 음극 및 반쪽 전지를 제조하였다.Using the negative electrode active material, a negative electrode and a half battery were manufactured in the same manner as in Example 1.

실험예 1) 펠렛 밀도 측정Experimental Example 1) Pellet density measurement

상기 실시예 1 내지 6 및 상기 비교예 1 내지 7에 따라 제조된 음극 활물질 1g을 몰드에 넣고, 2ton 압력(press force)하에서 30초간 유지하여 펠렛을 제조하고, 제조된 펠렛의 펠렛 밀도(pellet density)를 측정하여, 그 결과를 하기 표 1에 함께 나타내었다.1 g of the negative electrode active material prepared according to Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 7 was placed in a mold and held for 30 seconds under a 2 ton pressure (press force) to prepare pellets, and the pellet density of the produced pellets was calculated. ) was measured, and the results are shown in Table 1 below.

상기 비교예 2, 3 및 7의 음극 활물질은 1차 입자들이 조립된 2차 입자 형태가 아니기에, 음극 활물질의 평균 입경만 하기 표 1에 나타내었다. Since the negative electrode active materials of Comparative Examples 2, 3, and 7 were not in the form of secondary particles in which primary particles were assembled, only the average particle diameter of the negative electrode active materials is shown in Table 1 below.

1차 입자의 평균 입경
(D50, ㎛)
Average particle size of primary particles
(D50, ㎛)
2차 입자의 평균 입경
(D50, ㎛)
Average particle diameter of secondary particles
(D50, ㎛)
3차 입자의 평균 입경
(D50, ㎛)
Average particle size of tertiary particles
(D50, ㎛)
음극 활물질의 평균 입경
(D50, ㎛)
Average particle size of negative electrode active material
(D50, ㎛)
펠렛밀도
(g/cc)
Pellet density
(g/cc)
탭밀도
(g/cc)
tap density
(g/cc)
실시예 1Example 1 4.94.9 6.16.1 10.410.4 10.510.5 1.661.66 1.041.04 실시예 2Example 2 5.05.0 6.56.5 11.211.2 11.411.4 1.661.66 1.071.07 실시예 3Example 3 5.75.7 6.86.8 11.411.4 11.511.5 1.631.63 1.111.11 실시예 4Example 4 6.06.0 7.57.5 13.213.2 13.313.3 1.621.62 1.101.10 실시예 5Example 5 6.86.8 9.09.0 14.814.8 1515 1.601.60 1.121.12 실시예 6Example 6 4.24.2 6.06.0 9.69.6 9.79.7 1.681.68 1.041.04 비교예 1Comparative Example 1 14.514.5 15.915.9 1616 1.781.78 1.201.20 비교예 2Comparative Example 2 -- -- -- 1111 1.631.63 1.101.10 비교예 3Comparative Example 3 -- -- -- 1717 1.771.77 1.141.14 비교예 4Comparative Example 4 10.110.1 12.712.7 1313 1.541.54 1.031.03 비교예 5Comparative Example 5 11.411.4 13.313.3 13.513.5 1.481.48 1.041.04 비교예 6Comparative Example 6 9.89.8 10.910.9 1111 1.501.50 1.011.01 비교예 7Comparative Example 7 -- -- -- 1313 1.601.60 1.091.09

천연 흑연 함량
(중량%)
Natural graphite content
(weight%)
인조 흑연 함량
(중량%)
Artificial graphite content
(weight%)
소프트 카본 코팅층 함량
(중량%)
Soft carbon coating layer content
(weight%)
실시예 1Example 1 8787 1010 33 실시예 2Example 2 85.585.5 11.511.5 33 실시예 3Example 3 83.583.5 13.513.5 33 실시예 4Example 4 8383 1414 33 실시예 5Example 5 83.583.5 14.514.5 22 실시예 6Example 6 8585 1111 44

실험예 2) SEM 측정Experimental Example 2) SEM measurement

상기 실시예 1, 상기 비교예 1, 상기 비교예 2 및 상기 비교예 4에 따라 제조된 음극 활물질의 SEM 사진을 도 5 내지 도 8에 각각 나타내었다. 도 5 내지 도 6에서, (a)는 3,000 배율 SEM 사진이고, (b)는 1,000 배율 SEM 사진이다. 도 5에 나타낸 것과 같이, 실시예 1에 따라 제조된 음극 활물질은 약 6㎛인 입자들이 조립된 형태가 명확하게 나타나서, 도 8에 나타낸 비교예 4의 인조 흑연과 유사한 형태를 나타냄을 알 수 있다. 반면에, 도 6에 나타낸 것과 같이, 비교예 1의 음극 활물질은 조립 형태가 명확하지 않고, 이는 도 7에 나타낸 비교예 2의 천연 흑연과 유사한 형태를 나타냄을 알 수 있다.SEM images of the negative electrode active materials prepared according to Example 1, Comparative Example 1, Comparative Example 2, and Comparative Example 4 are shown in FIGS. 5 to 8, respectively. In Figures 5 and 6, (a) is a SEM photograph at 3,000 magnification, and (b) is an SEM photograph at 1,000 magnification. As shown in Figure 5, the negative electrode active material manufactured according to Example 1 clearly shows an assembled form of particles measuring about 6㎛, showing a similar form to the artificial graphite of Comparative Example 4 shown in Figure 8. . On the other hand, as shown in FIG. 6, the assembly form of the negative electrode active material of Comparative Example 1 is not clear, and it can be seen that it has a similar form to the natural graphite of Comparative Example 2 shown in FIG. 7.

실험예 3) X-선 회절 분석 평가Experimental Example 3) X-ray diffraction analysis evaluation

상기 실시예 1 내지 6 및 상기 비교예 1 내지 7에 따라 제조된 음극 활물질에 대하여 CuKα선을 이용한 X-선 회절 분석(X-ray diffraction analysis)을 실시하였다.X-ray diffraction analysis using CuKα rays was performed on the negative electrode active materials prepared according to Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 7.

X-선 회절 분석은 X'Pert(PANalytical사) XRD 장비를 사용하고, peak intensity 해상도 향상을 위해 모노크로미터 장비는 제거하여 실시하였다. 이때, 측정 조건은 2θ=20° 내지 80°, 스캔 스피드(°/s)=0.06436, 스텝 사이즈는 0.026°/스텝으로 하였다.X-ray diffraction analysis was performed using X'Pert (PANalytical) XRD equipment and removing the monochromator equipment to improve peak intensity resolution. At this time, the measurement conditions were 2θ = 20° to 80°, scan speed (°/s) = 0.06436, and step size was 0.026°/step.

이러한 결과로부터, (002)면의 회절 피크의 면간 거리(d002)와, I(002) 피크 강도값 및 I(110) 피크 강도값을 구하였다. 또한, I(002)/I(110)인 배향 지수를 구하였고, 그 결과를 O.I.로 하기 표 3에 나타내었다. 아울러, 면간 거리(d002)를 하기 표 3에 나타내었다.From these results, the interplanar distance (d002) of the diffraction peak of the (002) plane, the I (002) peak intensity value, and the I (110) peak intensity value were obtained. In addition, the orientation index of I(002)/I(110) was obtained, and the results are shown in Table 3 below as O.I. In addition, the interplanar distance (d002) is shown in Table 3 below.

실험예 3) 수은 누적 기공 부피 평가Experimental Example 3) Evaluation of mercury cumulative pore volume

상기 실시예 1 내지 6 및 상기 비교예 1 내지 7에 따라 제조된 음극의 수은 누적 기공 부피를, 상기 음극 활물질에 수은을 첨가하고, 0.1psi의 압력을 가하여, 상기 음극 활물질 내에 수은이 압입되게 한 후, 60,000psi까지 압력을 증가시키고, 이때 수은의 부피 변화를 측정하는 방법으로 측정하여, 그 결과를 하기 표 3에 수은 기공 부피로 나타내었다. 상기 기공 부피에서 측정된 기공은 0.01㎛ 내지 1㎛의 입경을 갖는 것이었다.The cumulative pore volume of mercury in the negative electrodes prepared according to Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 7 was calculated by adding mercury to the negative electrode active material and applying a pressure of 0.1 psi to cause mercury to be injected into the negative electrode active material. Then, the pressure was increased to 60,000 psi, and at this time, the change in mercury volume was measured, and the results are shown in the mercury pore volume in Table 3 below. The pores measured in the pore volume had a particle size of 0.01㎛ to 1㎛.

실험예 4) 용량 평가Experimental Example 4) Capacity evaluation

상기 실시예 1 내지 6 및 상기 비교예 1 내지 7에 따라 제조된 반쪽 전지를 0.2C로 충전을 실시하여, 충전 용량을 측정하였다. 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.The half-cells manufactured according to Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 7 were charged at 0.2C, and the charging capacity was measured. The results are shown in Table 3 below.

실험예 5) 충전율 특성 평가Experimental Example 5) Evaluation of charging rate characteristics

상기 실시예 1 내지 6 및 상기 비교예 1 내지 7에 따라 제조된 반쪽 전지를 0.2C로 1회 충방전을 실시하고, 2C로 1회 충방전을 실시하였다.The half-cells manufactured according to Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 7 were charged and discharged once at 0.2C and once at 2C.

0.2C 충전 용량에 대하여, 2C 충전 용량의 비율을 구하여, 그 결과를 충전율 특성으로 하기 표 3에 나타내었다.The ratio of 2C charging capacity to 0.2C charging capacity was calculated, and the results are shown in Table 3 below as charging rate characteristics.

실험예 6) 직류 내부저항(DC-IR: Direct current internal resistance) 평가Experimental Example 6) Direct current internal resistance (DC-IR) evaluation

상기 실시예 1 내지 6 및 상기 비교예 1 내지 7에 따라 제조된 반쪽 전지를 25℃에서 정전류/정전압으로 0.2C, 0.01V, 0.01C 컷-오프 조건으로 충전하고, 10분 휴지한 후, 정전류 0.2C, 1.5V 컷-오프 조건으로 방전하고, 10분간 휴지하는 충방전 조건으로, 1회 충방전을 실시하고, SOC50(전지 전체 충전 용량을 100%로 하였을 때, 50% 충전 용량이 되도록 충전한 상태이며, 이는 방전 중 상태로 보면 방전을 50% 시킨 상태를 의미함)에서 8C로 10초간 전류를 흘려주면서 발생하는 전압 하강(voltage drop, V)를 측정하였다. 측정된전압과, 인가한전류(8C)로부터저항값을 구하여, 그 결과를 직류 내부저항(DC-IR)으로 나타내었다. 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.The half-cells manufactured according to Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 7 were charged at 25°C at constant current/constant voltage under 0.2C, 0.01V, 0.01C cut-off conditions, rested for 10 minutes, and then charged at constant current. Discharge at 0.2C, 1.5V cut-off conditions, charging and discharging once with 10-minute rest, SOC50 (when the total battery charge capacity is set to 100%, charge to reach 50% charge capacity) The voltage drop (V) that occurs while flowing a current at 8C for 10 seconds was measured in a state of discharging (which means 50% discharge when viewed in a discharging state). The resistance value was obtained from the measured voltage and the applied current (8C), and the result was expressed as direct current internal resistance (DC-IR). The results are shown in Table 3 below.

음극 활물질의 평균 입경(D50) 또한 하기 표 3에 다시 나타내었다.The average particle diameter (D50) of the negative electrode active material is also shown in Table 3 below.

음극 활물질의 평균입경(D50, ㎛)Average particle diameter of anode active material (D50, ㎛) O.I.O.I. 수은기공부피(mL/g)Mercury pore volume (mL/g) d002
(Å)
d002
(Å)
용량
(mAh/g)
Volume
(mAh/g)
충전율
(%)
charge rate
(%)
DC-IR
(Ω)
DC-IR
(Ω)
실시예 1Example 1 10.510.5 5252 0.0650.065 3.3563.356 361361 48.048.0 6.36.3 실시예 2Example 2 11.411.4 5454 0.0660.066 3.3563.356 358358 47.547.5 6.46.4 실시예 3Example 3 11.511.5 5555 0.0520.052 3.3573.357 357357 47.547.5 6.46.4 실시예 4Example 4 13.313.3 6161 0.0410.041 3.3583.358 356356 46.446.4 6.66.6 실시예 5Example 5 1515 6262 0.0510.051 3.3563.356 358358 45.245.2 6.96.9 실시예 6Example 6 9.79.7 5252 0.0620.062 3.3563.356 357357 47.747.7 6.36.3 비교예 1Comparative Example 1 1616 6060 0.0790.079 3.3583.358 355355 4040 7.87.8 비교예 2Comparative Example 2 1111 9494 0.0810.081 3.3553.355 356356 3535 7.87.8 비교예 3Comparative Example 3 1717 150150 0.0970.097 3.3543.354 359359 2424 8.28.2 비교예 4Comparative Example 4 1313 5353 0.0140.014 3.3603.360 346346 44.144.1 7.17.1 비교예 5Comparative Example 5 13.513.5 7272 0.0220.022 3.3593.359 346346 44.644.6 7.07.0 비교예 6Comparative Example 6 1111 7070 0.0160.016 3.3613.361 343343 4545 6.96.9 비교예 7Comparative Example 7 1313 7979 0.0500.050 3.3573.357 345345 37.137.1 7.27.2

상기 표 3에 나타낸 것과 같이, 실시예 1 내지 6의 음극 활물질을 포함한 전지의 고율 충전 특성이 비교예 1 내지 7보다 우수하며, DC-IR 저항은 비교예 1 내지 5 및 7보다 낮게 나타났음을 알 수 있다. 비교예 6의 경우, DC-IR 저항은 실시예 5와 동일하나, 충전율이 다소 낮고, 용량이 매우 낮아 적절하지 않다.As shown in Table 3, the high-rate charging characteristics of the batteries containing the negative electrode active materials of Examples 1 to 6 were superior to those of Comparative Examples 1 to 7, and the DC-IR resistance was lower than that of Comparative Examples 1 to 5 and 7. You can. In the case of Comparative Example 6, the DC-IR resistance is the same as Example 5, but the charging rate is somewhat low and the capacity is very low, so it is not appropriate.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited thereto, and can be implemented with various modifications within the scope of the claims, the detailed description of the invention, and the accompanying drawings, and this can also be done with various modifications. It is natural that it falls within the scope of the invention.

Claims (16)

복수의 1차 입자들을 조립 및 구형화한 2차 입자들이 조립된 조립체와 흑연을 포함하는 3차 입자; 및

상기 3차 입자를 둘러싸는 비정질 탄소 코팅층을 포함하고,
상기 1차 입자 및 상기 2차 입자는 천연 흑연인리튬 이차 전지용 음극 활물질.
Tertiary particles including graphite and an assembly of secondary particles obtained by assembling and sphericalizing a plurality of primary particles; and

It includes an amorphous carbon coating layer surrounding the tertiary particles,
The primary particle and the secondary particle are natural graphite, a negative electrode active material for a lithium secondary battery.
제1항에 있어서,
상기 흑연은 인조 흑연인 리튬 이차 전지용 음극 활물질.
According to paragraph 1,
The graphite is an anode active material for a lithium secondary battery, which is artificial graphite.
제1항에 있어서,
상기 흑연은 상기 1차 입자들의 표면 및 상기 2차 입자들 표면에 위치하는 것인 리튬 이차 전지용 음극 활물질.
According to paragraph 1,
The graphite is a negative electrode active material for a lithium secondary battery, which is located on the surface of the primary particles and the surface of the secondary particles.
제1항에 있어서,
상기 천연 흑연은 인편상 천연 흑연인 리튬 이차 전지용 음극 활물질.
According to paragraph 1,
The natural graphite is a negative electrode active material for a lithium secondary battery, which is flaky natural graphite.
제1항에 있어서,
상기 흑연의 함량은 상기 음극 활물질 전체 100 중량%에 대하여 9 중량% 내지 16.5 중량%인 리튬 이차 전지용 음극 활물질.
According to paragraph 1,
A negative electrode active material for a lithium secondary battery wherein the content of graphite is 9% to 16.5% by weight based on 100% by weight of the total negative electrode active material.
제1항에 있어서,
상기 천연 흑연의 함량은 상기 음극 활물질 전체 100 중량%에 대하여 78.5 중량% 내지 89 중량%인 리튬 이차 전지용 음극 활물질.
According to paragraph 1,
A negative electrode active material for a lithium secondary battery in which the content of natural graphite is 78.5% by weight to 89% by weight based on 100% by weight of the total negative electrode active material.
제1항에 있어서,
상기 1차 입자는 4㎛ 내지 8㎛의 입경을 갖는 것인 리튬 이차 전지용 음극 활물질.
According to paragraph 1,
The primary particle is a negative electrode active material for a lithium secondary battery having a particle diameter of 4㎛ to 8㎛.
제1항에 있어서,
상기 2차 입자는 5㎛ 내지 10㎛의 입경을 갖는 것인 리튬 이차 전지용 음극 활물질.
According to paragraph 1,
The secondary particle is a negative electrode active material for a lithium secondary battery having a particle diameter of 5㎛ to 10㎛.
제1항에 있어서,
상기 3차 입자는 9㎛ 내지 15㎛의 입경을 갖는 것인 리튬 이차 전지용 음극 활물질.
According to paragraph 1,
The tertiary particles are a negative electrode active material for a lithium secondary battery having a particle diameter of 9㎛ to 15㎛.
제1항에 있어서,
상기 음극 활물질은 9.05㎛ 내지 16㎛의 입경을 갖는 것인 리튬 이차 전지용 음극 활물질.
According to paragraph 1,
The negative electrode active material is a negative electrode active material for a lithium secondary battery having a particle diameter of 9.05㎛ to 16㎛.
제1항에 있어서,
상기 코팅층은 5nm 내지 50nm의 두께를 갖는 것인 리튬 이차 전지용 음극 활물질.
According to paragraph 1,
The coating layer is a negative electrode active material for a lithium secondary battery having a thickness of 5 nm to 50 nm.
제1항에 있어서,
상기 음극 활물질은 0.8g/cc 내지 1.1g/c의 탭밀도를 갖는 것인 리튬 이차 전지용 음극 활물질.
According to paragraph 1,
The negative electrode active material is a negative electrode active material for a lithium secondary battery having a tap density of 0.8 g/cc to 1.1 g/c.
제1항에 있어서,
상기 음극 활물질은 40 내지 70의 배향 지수(orientation index)를 갖는 것인 리튬 이차 전지용 음극 활물질.
According to paragraph 1,
The negative electrode active material is a negative electrode active material for a lithium secondary battery having an orientation index of 40 to 70.
제1항에 있어서,
상기 음극 활물질은 수은 누적 기공 부피가 0.01mL/g 내지 0.07 mL/g인 리튬 이차 전지용 음극 활물질.
According to paragraph 1,
The negative electrode active material is a negative electrode active material for a lithium secondary battery having a mercury cumulative pore volume of 0.01 mL/g to 0.07 mL/g.
제1항에 있어서,
상기 비정질 탄소는 소프트 카본, 하드 카본, 메조페이스 피치 탄화물, 소성된 코크스 및 이들의 혼합물 중에서 선택되는 어느 하나인 리튬 이차 전지용 음극 활물질.
According to paragraph 1,
The amorphous carbon is any one selected from soft carbon, hard carbon, mesophase pitch carbide, calcined coke, and mixtures thereof.
제1항 내지 제15항 중 어느 한 항의 음극 활물질을 포함하는 음극;
양극; 및
전해질을 포함하는
리튬 이차 전지.
A negative electrode containing the negative electrode active material of any one of claims 1 to 15;
anode; and
containing electrolytes
Lithium secondary battery.
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