이하, 본 발명에 대한 이해를 돕기 위해 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail to aid in understanding the present invention.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.The terms or words used in this specification and claims are not to be construed as limiting in their usual or dictionary meanings, and the inventors may appropriately define the concept of terms in order to best explain their invention in the best way possible. It should be interpreted as meaning and concept corresponding to the technical idea of the present invention based on the principle that the present invention.
본 발명의 일 실시예에 따른 음극 활물질은 천연 흑연 및 모자이크 코크스(Mosaic cokes)계 인조 흑연을 포함할 수 있다. The negative electrode active material according to the embodiment of the present invention may include natural graphite and mosaic cokes-based artificial graphite.
더욱 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 음극 활물질은 도 1에 나타낸 모식도와 같이, 천연 흑연과 모자이크 코크스계 인조 흑연이 함께 혼합되어 포함됨으로써, 천연 흑연을 단독으로 사용하였을 때에 비해 활물질과 활물질간의 빈 공간을 모자이크 코크스계 인조 흑연이 채워줌으로써, 도전성이 증가될 수 있고, 이로 인해 이차전지의 율속 특성이 향상되며, 계면 저항이 감소될 수 있다. More specifically, the negative electrode active material according to an embodiment of the present invention, as shown in the schematic diagram shown in Figure 1, by containing natural graphite and mosaic coke-based artificial graphite is mixed together, compared to when using the natural graphite alone active material and active material By filling the empty space between the mosaic coke-based artificial graphite, the conductivity can be increased, thereby improving the rate characteristic of the secondary battery, the interface resistance can be reduced.
또한, 상기 모자이크 코크스계 인조 흑연은 모자이크 코크스계 인조 흑연만이 갖는 랜덤한 결정구조로 인해, 리튬 이온의 삽입 및 탈리가 더욱 용이하여 이차전지의 성능을 더욱 향상시킬 수 있다. 뿐만 아니라, 상기 모자이크 코크스계 인조 흑연은 천연 흑연과 함께 음극 활물질에 포함됨으로써 도전재의 역할을 할 수 있으므로, 도전재를 사용하지 않거나, 그 사용량을 줄여도 종래의 도전재를 사용한 음극 활물질과 동등 이상의 도전성을 나타낼 수 있다.In addition, the mosaic coke-based artificial graphite is due to the random crystal structure of only the mosaic coke-based artificial graphite, it is easier to insert and detach the lithium ions can further improve the performance of the secondary battery. In addition, since the mosaic coke-based artificial graphite may serve as a conductive material by being included in the negative electrode active material together with the natural graphite, even if the conductive material is not used or the amount thereof is reduced, the mosaic coke-based artificial graphite is equivalent to or higher than the conventional negative electrode active material using the conductive material Can be represented.
나아가, 상기 모자이크 코크스계 인조 흑연은 모자이크상이 갖는 상기와 같은 랜덤한 결정 구조로 인해 특성이 발현될 수 있기 때문에, 일반적으로 사용될 수 있는 판상 또는 침상의 형상을 갖는 니들 코크스계 인조 흑연으로는 리튬 이온의 삽입 및 탈리를 용이하게 해 주기 어려울 수 있으며, 그에 따라 율속 특성의 향상 또는 계면 저항의 감소라는 장점을 얻기 어려울 수 있다.Furthermore, since the mosaic coke artificial graphite may be expressed due to the random crystal structure of the mosaic phase, lithium ion may be used as the needle coke artificial graphite having a plate or needle shape that can be generally used. It may be difficult to facilitate the insertion and desorption of, and thus it may be difficult to obtain the advantages of improving the rate characteristic or decreasing the interface resistance.
구체적으로 살펴보면, 본 발명의 일 실시예에 따른 음극 활물질에 포함되는 모자이크 코크스계 인조 흑연은, 예를 들어 석탄 코크스를 원료로 한 것으로서, 탄화 시료의 연마면을 편광 현미경으로 관찰하였을 경우 모자이크상(mosaic texture)으로 보이는 이방성 조직을 가질 수 있다. 또한, 상기 모자이크상의 이방성 조직은 그 결정 구조가 랜덤(random)하므로, 리튬 이차전지에 적용할 경우, 리튬 이온의 삽입 및 탈리가 더욱 용이할 수 있다.Specifically, the mosaic coke-based artificial graphite included in the negative electrode active material according to an embodiment of the present invention is based on coal coke, for example, and when the polishing surface of the carbonized sample is observed with a polarization microscope, It may have an anisotropic texture shown as a mosaic texture. In addition, since the crystal structure of the anisotropic mosaic is random (random), when applied to a lithium secondary battery, insertion and desorption of lithium ions may be easier.
본 발명의 일 실시예에 따라 사용 가능한 모자이크 코크스계 인조 흑연의 평균 장축길이는 예를 들어, 5 ㎛ 내지 30 ㎛, 바람직하게는 10 ㎛ 내지 25 ㎛일 수 있다. The average major axis length of the mosaic coke-based artificial graphite usable in accordance with an embodiment of the present invention may be, for example, 5 μm to 30 μm, preferably 10 μm to 25 μm.
상기 모자이크 코크스계 인조 흑연의 장축길이가 5 ㎛ 미만인 경우, 비표면적 증가로 인해 전지의 초기 효율이 감소하여 전지 성능이 저하될 수 있고, 30 ㎛를 초과할 경우 이들이 세퍼레이터를 관통하여 단락을 일으킬 우려가 있으며, 충진 밀도가 낮으므로 용량 보유율이 낮을 수 있다.When the long axis length of the mosaic coke artificial graphite is less than 5 μm, the initial efficiency of the battery may decrease due to an increase in specific surface area, thereby degrading battery performance, and when exceeding 30 μm, they may penetrate through the separator. In addition, since the filling density is low, the capacity retention rate may be low.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 모자이크 코크스계 인조 흑연은 3.0 /g 내지 4.0 /g의 비표면적을 갖고, 8 mPa 내지 25 mPa의 압력하에서 1.5 g/cc 내지 2.1 g/cc의 압축 밀도를 갖는 것이 바람직하다. In addition, the mosaic coke artificial graphite according to an embodiment of the present invention has a specific surface area of 3.0 / g to 4.0 / g, the compression density of 1.5 g / cc to 2.1 g / cc under a pressure of 8 mPa to 25 mPa It is preferable to have.
상기 압축 밀도가 1.5 g/cc 미만이면 단위 부피당 에너지 밀도가 감소할 수 있으며, 2.1 g/cc를 초과하는 경우 초기 효율의 감소와 고온 특성의 열화를 야기할 수 있으며, 전극의 접착력 감소도 있을 수 있다.When the compression density is less than 1.5 g / cc, the energy density per unit volume may decrease, and when the compression density exceeds 2.1 g / cc, it may cause a decrease in initial efficiency and deterioration of high temperature characteristics, and may also decrease the adhesion of the electrode. have.
또한, 상기 모자이크 코크스계 인조 흑연은 XRD 측정시 C축 방향의 결정자의 크기인 Lc(002)가 21.6 nm 내지 21.9 nm이고, (002)면의 면간격 d002가 0.3377 nm 이하, 바람직하게는 0.3357 nm 내지 0.3377 nm, 가장 바람직하게는 0.3376 nm인 결정성상인 것이 바람직하다. In addition, the mosaic coke artificial graphite has a Lc (002) of 21.6 nm to 21.9 nm, which is the size of the crystallite in the C-axis direction, and the surface spacing d 002 of the (002) plane is 0.3377 nm or less, preferably 0.3357. It is preferred that it is a crystalline phase of nm to 0.3377 nm, most preferably 0.3376 nm.
상기 모자이크 코크스계 인조 흑연의 d002는 XRD를 이용하여 측정한 2값의 그래프를 얻어 그래프의 피크 위치를 적분법에 의해 구하여 Bragg 공식에 의해 하기 수학식 1에 의해 계산할 수 있다.D 002 of the mosaic coke-based artificial graphite is obtained by obtaining a graph of two values measured using XRD, and the peak position of the graph can be obtained by the integration method, and it can be calculated by the following equation (1) by the Bragg formula.
<수학식 1><Equation 1>
d002 = λ/2sinθd 002 = λ / 2sinθ
또한, 모자이크 코크스계 인조 흑연의 결정자 크기(Lc)는 하기 수학식 2의 Scherrer의 식에 의해 입자의 C축 방향의 결정자 크기 Lc(002)를 계산할 수 있다.In addition, the crystallite size Lc of the mosaic coke-based artificial graphite can calculate the crystallite size Lc (002) in the C-axis direction of the particle by the equation of Scherrer of Equation 2 below.
<수학식 2><Equation 2>
K = Scherrer 상수 (K=0.9)K = Scherrer constant (K = 0.9)
β = 반가폭β = half width
λ = 파장 (0.154056nm)λ = wavelength (0.154056 nm)
θ = 최대 피크에서의 각θ = angle at maximum peak
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 모자이크 코크스계 인조 흑연은 CuK를 이용하여 XRD 측정시 C축 방향의 결정자 크기인 Lc(002)가 21.6 nm 내지 21.9 nm일 수 있다. 상기 모자이크 코크스계 인조 흑연의 Lc가 상기 범위 내에 있을 경우, 전기 전도도가 우수하여 리튬 이온의 확산 속도가 보다 빨라, 리튬 이온의 삽입 및 탈리가 보다 용이하게 일어날 수 있다. 만약, Lc가 21.9 nm를 초과하는 경우, 리튬 이온의 이동 거리가 멀어져 저항으로 작용하여 출력 특성 저하가 발생할 수 있고, 21.6 nm 미만인 경우 흑연 고유의 용량을 발현하기 어려울 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the mosaic coke-based artificial graphite may have a crystallite size Lc (002) of 21.6 nm to 21.9 nm in the C-axis direction when measured by XRD using CuK. When the Lc of the mosaic coke artificial graphite is within the above range, the electrical conductivity is excellent and the diffusion rate of lithium ions is faster, so that insertion and desorption of lithium ions may occur more easily. If Lc is greater than 21.9 nm, the movement distance of lithium ions may be increased to act as a resistance, thereby lowering output characteristics, and when less than 21.6 nm, it may be difficult to express a capacity inherent in graphite.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 음극 활물질은 상기 모자이크 코크스계 인조 흑연과 함께 천연 흑연을 포함하는 것이 바람직하다. On the other hand, the negative electrode active material according to an embodiment of the present invention preferably comprises natural graphite together with the mosaic coke-based artificial graphite.
인조 흑연의 경우, 충방전 효율은 높지만 비용이 고가일 뿐만 아니라, 수계 슬러리 내에서는 분산성이 매우 낮아 공정성 면에서 어려움이 있고, 용량이 낮아 원하는 수준의 전지의 물성 특성을 얻기 어렵다. In the case of artificial graphite, the charging and discharging efficiency is high, but the cost is not only high, dispersibility in the aqueous slurry is very low, there is difficulty in terms of processability, and the capacity is low, it is difficult to obtain the properties of the battery of the desired level.
이에 반해, 천연 흑연은 저가이면서도 우수한 전압 평탄성 및 이론 용량에 가까운 고용량을 나타내므로 활물질로서의 효용성이 높다. On the other hand, natural graphite exhibits high voltage flatness and high capacity close to the theoretical capacity at low cost, and thus has high utility as an active material.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 천연 흑연은 판상 또는 구형 모두를 사용할 수 있지만, 구형의 천연 흑연이 바람직할 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the natural graphite may be used in the form of a plate or a sphere, spherical natural graphite may be preferred.
본 발명의 일 실시예에 따른 음극 활물질에 있어서, 상기 천연 흑연과 모자이크 코크스계 인조 흑연의 함량비는 1 : 0.1 내지 1 : 1 중량비, 바람직하게는 1 : 0.3 내지 1 : 1 중량비인 것이 바람직하다.In the negative electrode active material according to an embodiment of the present invention, the content ratio of the natural graphite and mosaic coke artificial graphite is preferably 1: 0.1 to 1: 1 weight ratio, preferably 1: 0.3 to 1: 1 weight ratio. .
이때, 상기 모자이크 코크스계 인조 흑연의 중량이 상기 범위를 초과할 경우, 상기 모자이크 코크스계 인조 흑연이 천연 흑연에 과량으로 덮여있어 비표면적이 증가하여 전해액의 분해 반응이 커지는 문제가 있을 수 있고, 상기 범위 미만일 경우 천연 흑연 사이의 빈 공간을 전체적으로 채울 수 없기 때문에 도전성이 저하될 수 있다.In this case, when the weight of the mosaic coke artificial graphite exceeds the above range, the mosaic coke-based artificial graphite is covered with an excessive amount of natural graphite, there is a problem that the specific surface area is increased to increase the decomposition reaction of the electrolyte, If it is less than the range, the conductivity may be degraded because the void space between the natural graphite cannot be filled as a whole.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 천연 흑연은 평균 입경(D50)이 5 내지 30 , 바람직하게는 20 내지 25 인 것을 사용할 수 있다. 상기 구형의 천연 흑연의 평균 입경(D50)이 5 미만인 경우, 비표면적 증가로 인해 이차전지의 초기 효율이 감소하여 전지 성능이 저하될 수 있고, 평균 입경(D50)이 30 를 초과할 경우 이들이 세퍼레이터를 관통하여 단락을 일으킬 우려가 있으며, 충진 밀도가 낮으므로 용량 보유율이 낮을 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the natural graphite may use an average particle diameter (D 50 ) of 5 to 30, preferably 20 to 25. When the average particle diameter (D 50 ) of the spherical natural graphite is less than 5, the initial efficiency of the secondary battery may decrease due to an increase in specific surface area, thereby degrading battery performance, and when the average particle diameter (D 50 ) exceeds 30 They may penetrate the separator and cause a short circuit. Since the filling density is low, the capacity retention rate may be low.
본 발명의 일 실시예에 따른 천연 흑연의 평균 입경은 예를 들어, 레이저 회절법(laser diffraction method)을 이용하여 측정할 수 있다. 상기 레이저 회절법은 일반적으로 서브미크론(submicron) 영역에서부터 수 mm 정도의 입경의 측정이 가능하며, 고 재현성 및 고 분해성의 결과를 얻을 수 있다. 상기 천연 흑연의 평균 입경(D50)은 입경 분포의 50% 기준에서의 입경으로 정의할 수 있다. The average particle diameter of natural graphite according to an embodiment of the present invention may be measured using, for example, a laser diffraction method. In general, the laser diffraction method can measure the particle diameter of several mm from the submicron region, and high reproducibility and high resolution can be obtained. The average particle diameter (D 50 ) of the natural graphite may be defined as the particle size based on 50% of the particle size distribution.
본 발명의 일 실시예에 따른, 천연 흑연의 평균 입경(D50)의 측정 방법은 예를 들면, 천연 흑연을 에탄올/물의 용액에 분산시킨 후, 시판되는 레이저 회절 입도 측정 장치(예를 들어 Microtrac MT 3000)에 도입하여 약 28 kHz의 초음파를 출력 60 W로 조사한 후, 측정 장치에 있어서의 입경 분포의 50% 기준에서의 평균 입경(D50)을 산출할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, a method for measuring the average particle diameter (D 50 ) of natural graphite is, for example, after dispersing natural graphite in a solution of ethanol / water, a commercially available laser diffraction particle size measuring apparatus (eg Microtrac MT 3000), and irradiated with an ultrasonic wave of about 28 kHz at an output of 60 W, the average particle diameter D 50 at the 50% reference of the particle size distribution in the measuring device can be calculated.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 천연 흑연의 평균 입경 범위를 만족하는 구형의 천연 흑연은 천연 흑연 입자를 구형화 장치(Nara Hybridization System, NHS-2)에 도입하여, 예를 들어 로터 속도(rotor Speed) 약 30 m/초 내지 100 m/초, 10분 내지 30분 정도 동안 구형화 시킴으로써 얻을 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present invention, the spherical natural graphite satisfying the average particle size range of the natural graphite is introduced into the spheronization apparatus (Nara Hybridization System, NHS-2), for example, the rotor speed ( rotor speed) can be obtained by spheroidizing for about 30 m / s to 100 m / s, 10 minutes to 30 minutes, but is not limited thereto.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 천연 흑연은 비표면적(BET-SSA)이 2 m2/g 내지 8 m2/g 인 것이 바람직하다. 상기 천연 흑연의 비표면적이 2 m2/g 미만인 경우, 전극간의 접착력이 저하될 수 있으며, 8 m2/g를 초과하는 경우 충방전시에 있어서의 초기 비가역 용량의 증가를 초래하기 때문에 바람직하지 않다. In addition, according to an embodiment of the present invention, it is preferable that the natural graphite has a specific surface area (BET-SSA) of 2 m 2 / g to 8 m 2 / g. If the specific surface area of the natural graphite is less than 2 m 2 / g, the adhesion between the electrodes may be lowered, and if it exceeds 8 m 2 / g is preferable because it leads to an increase of the initial irreversible capacity during charging and discharging not.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 비표면적은 BET(Brunauer-Emmett-Teller; BET)법으로 측정할 수 있다. 예를 들어, 기공분포 측정기(Porosimetry analyzer; Bell Japan Inc, Belsorp-II mini)를 사용하여 질소 가스 흡착 유통법에 의해 BET 6 점법으로 측정할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the specific surface area may be measured by Brunauer-Emmett-Teller (BET) method. For example, it can be measured by BET 6-point method by nitrogen gas adsorption distribution method using a porosimetry analyzer (Bell Japan Inc, Belsorp-II mini).
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 음극 활물질의 제조방법은 천연 흑연과 모자이크 코크스계 인조 흑연을 혼합하는 단계를 포함할 수 있다. On the other hand, the manufacturing method of the negative electrode active material according to an embodiment of the present invention may include mixing natural graphite and mosaic coke-based artificial graphite.
본 발명의 음극 활물질의 제조방법에 있어서, 상기 음극 활물질을 제조하기 위한 혼합 방법은 당 분야에서 공지된 통상의 방법을 이용하여 단순 혼합 또는 기계적 밀링에 의해 혼합 할 수 있다. 예를 들어, 단순하게 모르타르(mortar)를 이용하여 혼합하거나, 블레이드 또는 볼밀을 사용하여 회전수 100 내지 1000rpm으로 회전시켜 기계적으로 압축응력을 가하여 탄소 복합체를 형성할 수 있다.In the manufacturing method of the negative electrode active material of the present invention, the mixing method for producing the negative electrode active material may be mixed by simple mixing or mechanical milling using conventional methods known in the art. For example, it is possible to simply mix by using a mortar, or to rotate at a rotational speed of 100 to 1000rpm using a blade or ball mill to mechanically apply compressive stress to form a carbon composite.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 음극 활물질을 사용하여, 집전체, 및 상기 집전체의 적어도 일면에 형성된 상기 음극 활물질을 포함하는 음극을 제공할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a negative electrode including a current collector and the negative electrode active material formed on at least one surface of the current collector may be provided using the negative electrode active material.
본 발명의 일 실시예에 따른 음극은 음극 활물질에 천연 흑연과 모자이크 코크스계 인조 흑연을 함께 포함함으로써, 1.40 g/cc 내지 1.85 g/cc의 압축 밀도에서 배향 지수(I110/I004)가 0.08 내지 0.086, 바람직하게는 0.0819 내지 0.0836일 수 있다. The negative electrode according to an embodiment of the present invention includes a natural graphite and mosaic coke artificial graphite in the negative electrode active material, so that the orientation index (I110 / I004) at a compression density of 1.40 g / cc to 1.85 g / cc is 0.08 to 0.086 , Preferably 0.0819 to 0.0836.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 모자이크 코크스계 인조 흑연의 사용으로 인해 음극의 배향 지수를 조절함으로써, 리튬 이차전지의 성능을 더욱 향상시킬 수 있다. According to one embodiment of the present invention, by adjusting the orientation index of the negative electrode due to the use of the mosaic coke-based artificial graphite, it is possible to further improve the performance of the lithium secondary battery.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 모자이크 코크스계 인조 흑연의 사용으로 인해 음극의 배향 지수를 조절함으로써, 리튬 이차전지의 성능을 더욱 향상시킬 수 있다. According to one embodiment of the present invention, by adjusting the orientation index of the negative electrode due to the use of the mosaic coke-based artificial graphite, it is possible to further improve the performance of the lithium secondary battery.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 음극의 배향 지수는 상기 음극 활물질을 음극 집전체에 도포압연할 때 가하여 지는 압축력에 의존할 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the index of orientation of the negative electrode may depend on the compressive force applied when the negative electrode active material is coated and rolled on the negative electrode current collector.
본 발명의 일 실시예에 따른 음극에 있어서, 상기 배향 지수는 예를 들어, X-선 회절(XRD)로 측정될 수 있다. In the cathode according to an embodiment of the present invention, the orientation index may be measured by, for example, X-ray diffraction (XRD).
본 발명의 일실시예에 따른 음극의 배향 지수는 음극, 보다 구체적으로 음극에 포함된 음극 활물질의 (110)면과 (004)면을 XRD로 측정한 후 (110)면과 (004)면의 피크 강도를 적분하여 얻어진 면적비((110)/(004))이다. 더욱 구체적으로, XRD 측정 조건은 다음과 같다. Orientation index of the negative electrode according to an embodiment of the present invention is the negative electrode, more specifically, the (110) and (004) plane of the negative electrode active material included in the negative electrode after the XRD of the (110) and (004) plane It is the area ratio (110) / (004) obtained by integrating peak intensity. More specifically, XRD measurement conditions are as follows.
- 타겟: Cu(Kα-선) 흑연 단색화 장치Target: Cu (Kα-ray) graphite monochromator
- 슬릿(slit): 발산 슬릿 = 1도, 수신 슬릿 = 0.1, 산란 슬릿 = 1도Slit: diverging slit = 1 degree, receiving slit = 0.1, scattering slit = 1 degree
- 측정 구역 및 스텝 각도/측정 시간:Measuring zone and step angle / measuring time:
(110) 면: 76.5 도 < 2θ < 78.5도, 0.01도 / 3초(110) plane: 76.5 degrees <2θ <78.5 degrees, 0.01 degrees / 3 seconds
(004) 면: 53.5 도 < 2θ < 56.0도, 0.01도 / 3초, 여기서 2θ는 회절 각도를 나타낸다. 상기 XRD 측정은 하나의 예로서, 다른 측정 방법 또한 사용될 수 있으며, 상기와 같은 방법으로 음극의 배향 지수를 측정할 수 있다. (004) plane: 53.5 degrees <2θ <56.0 degrees, 0.01 degrees / 3 seconds, where 2θ represents the diffraction angle. The XRD measurement is one example, other measurement methods may also be used, and the orientation index of the negative electrode may be measured by the above method.
본 발명의 일 실시예에 따른 음극은 당 분야에 알려져 있는 통상적인 방법으로 제조할 수 있다. 예를 들면, 상기 음극 활물질에 용매, 필요에 따라 바인더를 혼합 및 교반하여 슬러리를 제조한 후 이를 금속 재료의 집전체에 도포(코팅)하고 압축한 뒤 건조하여 음극을 제조할 수 있다.The negative electrode according to an embodiment of the present invention can be prepared by conventional methods known in the art. For example, a negative electrode may be manufactured by mixing and stirring a solvent in a negative electrode active material and, if necessary, a binder to prepare a slurry, and then applying the coating (coating) to a current collector of a metal material, compressing the same, and drying the same.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 음극 활물질 슬러리는 도전재를 더 포함할 수 있다. 사용 가능한 도전재는 천연 흑연, 인조 흑연, 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙, 탄소 나노튜브, 플러렌, 탄소 섬유, 금속 섬유, 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말, 산화 아연, 티탄산 칼륨, 산화 티탄 및 폴리페닐렌 유도체로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물일 수 있으며, 바람직하게는 카본블랙일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the negative electrode active material slurry may further include a conductive material. Available conductive materials include natural graphite, artificial graphite, carbon black, acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, summer black, carbon nanotube, fullerene, carbon fiber, metal fiber, carbon fluoride, aluminum, nickel It may be any one selected from the group consisting of powder, zinc oxide, potassium titanate, titanium oxide and polyphenylene derivatives, or a mixture of two or more thereof, and preferably carbon black.
또한, 본 발명에 따른 양극도 상기 음극과 마찬가지로 당 분야의 통상적인 방법으로 제조될 수 있다.In addition, the positive electrode according to the present invention may be manufactured by a conventional method in the art similar to the negative electrode.
예를 들면, 본 발명의 양극 활물질에 바인더와 용매, 필요에 따라 도전재와 분산제를 혼합 및 교반하여 슬러리를 제조한 후, 이를 집전체에 도포하고 압축하여 전극을 제조할 수 있다.For example, a binder and a solvent, and a conductive material and a dispersant may be mixed and stirred in the positive electrode active material of the present invention to prepare a slurry, and then coated on a current collector and compressed to prepare an electrode.
본 발명에 사용되는 바인더로는 양극 활물질 및 음극 활물질 입자들을 결착시켜 성형체를 유지하기 위하여 사용되는 것으로서, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVdF), 스티렌-부타디엔 고무(styrene-butadiene rubber; SBR) 등과 같은 바인더가 사용된다. 바인더는 폴리비닐리덴(PVdF)으로 대표되는 용제계 바인더(즉, 유기용제를 용매로 하는 바인더)와, 아크릴로나이트릴-부타디엔고무, 스티렌-부타디엔 고무 및 아크릴 고무로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물인 수계 바인더(즉, 물을 용매로 하는 바인더)로 나뉜다. 수계 바인더는 용제계 바인더와 달리 경제적, 친환경적이고, 작업자의 건강에도 무해하며, 용제계 바인더에 비하여 결착효과도 크므로 동일체적당 활물질의 비율을 높일 수 있어 고용량화가 가능하다. 수계 바인더로는 스티렌-부타디엔 고무인 것이 바람직하다. The binder used in the present invention is used to bind the positive electrode active material and the negative electrode active material particles to maintain the molded body, polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVdF), styrene-butadiene rubber (styrene binders such as butadiene rubber (SBR). The binder is any one selected from the group consisting of a solvent-based binder represented by polyvinylidene (PVdF) (that is, a binder having an organic solvent as a solvent), acrylonitrile-butadiene rubber, styrene-butadiene rubber, and acrylic rubber Or an aqueous binder (that is, a binder having water as a solvent) which is a mixture of two or more of them. Aqueous binders, unlike solvent binders, are economical, environmentally friendly, harmless to the health of workers, and have a greater binding effect than solvent-based binders. The aqueous binder is preferably styrene-butadiene rubber.
양극 활물질로는 당 분야에서 통상적으로 사용되는 리튬함유 전이금속 산화물이 바람직하게 사용될 수 있다. 또한, 상기 리튬함유 전이금속 산화물은 알루미늄(Al) 등의 금속이나 금속산화물로 코팅될 수도 있다. 또한, 상기 리튬함유 전이금속 산화물(oxide) 외에 황화물 (sulfide), 셀렌화물(selenide) 및 할로겐화물(halide) 등도 사용될 수 있다.As the cathode active material, a lithium-containing transition metal oxide commonly used in the art may be preferably used. In addition, the lithium-containing transition metal oxide may be coated with a metal or metal oxide such as aluminum (Al). In addition, sulfides, selenides, and halides may be used in addition to the lithium-containing transition metal oxides.
전극이 제조되면, 이를 사용하여 당분야에 통상적으로 사용되는, 양극과 음극 사이에 개재된 세퍼레이터 및 전해액을 구비하는 리튬 이차전지가 제조될 수 있다.When the electrode is manufactured, a lithium secondary battery having a separator and an electrolyte interposed between the positive electrode and the negative electrode, which is commonly used in the art, may be manufactured using the electrode.
본 발명에서 사용되는 전해액에 있어서, 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 하나일 수 있다. In the electrolytic solution used in the present invention, the lithium salt that may be included as an electrolyte may be used, without limitation, those which are commonly used in a lithium secondary battery electrolyte, such as the lithium salt, the anion is 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 -, CF 3 CO 2 - may be any one selected from the group consisting of -, CH 3 CO 2 -, SCN - , and (CF 3 CF 2 SO 2) 2 N.
본 발명에서 사용되는 전해액에 있어서, 전해액에 포함되는 유기 용매로는 리튬 이차전지용 전해액에 통상적으로 사용되는 것들이 제한 없이 사용될 수 있다.In the electrolyte solution used in the present invention, as the organic solvent included in the electrolyte solution, those conventionally used in the electrolyte solution for lithium secondary batteries may be used without limitation.
또한, 세퍼레이터로는 종래에 세퍼레이터로 사용된 통상적인 다공성 고분자 필름, 예를 들어 에틸렌 단독중합체, 프로필렌 단독중합체, 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, 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유 등으로 된 부직포를 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.In addition, as the separator, conventional porous polymer films conventionally used as separators, for example, polyolefins such as ethylene homopolymer, propylene homopolymer, ethylene / butene copolymer, ethylene / hexene copolymer and ethylene / methacrylate copolymer, etc. The porous polymer film made of the polymer may be used alone or by laminating them, or a conventional porous nonwoven fabric, for example, a non-woven fabric made of high melting point glass fiber, polyethylene terephthalate fiber, or the like may be used. It is not.
본 발명의 리튬 이차전지의 외형은 특별한 제한이 없으나, 캔을 사용한 원통형, 각형, 파우치 (pouch)형 또는 코인 (coin)형 등이 될 수 있다.The external shape of the lithium secondary battery of the present invention is not particularly limited, but may be cylindrical, square, pouch type, or coin type using a can.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to Examples. However, embodiments according to the present invention can be modified in many different forms, the scope of the present invention should not be construed as limited to the embodiments described below. The embodiments of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art.
실시예Example
이하 실시예 및 실험예를 들어 더욱 설명하나, 본 발명이 이들 실시예 및 실험예에 의해 제한되는 것은 아니다.Although the following Examples and Experimental Examples will be further described, the present invention is not limited to these Examples and Experimental Examples.
<음극 활물질의 제조><Production of Anode Active Material>
실시예 1 Example 1
평균 입경 100 ㎛의 천연 흑연 입자를 구형화 장치(Nara Hybridization System, NHS-2)에 도입하여, 로터 속도(rotor Speed) 65 m/초로 10 분간 구형화 처리하여, 평균 입경(D50) 20 ㎛, FWHM 7.0 ㎛, BET 비표면적 2.60 m2/g의 구형의 천연 흑연 입자를 얻었다. Natural graphite particles having an average particle diameter of 100 µm were introduced into a spherical hybridization apparatus (Nara Hybridization System, NHS-2), spheroidized at a rotor speed of 65 m / sec for 10 minutes, and an average particle diameter (D 50 ) of 20 µm. Spherical natural graphite particles having a FWHM of 7.0 µm and a BET specific surface area of 2.60 m 2 / g.
장축길이가 20 ㎛ 내외이고, 비표면적이 3 m2/g 내지 4 m2/g, 12 mPa 내지 16 mPa의 압력하에서 압축 밀도가 1.7 g/cc 내지 1.8 g/cc 인 모자이크 코크스계 인조 흑연(히타치 케미칼, MAGE3)을 사용하였다.Mosaic coke artificial graphite having a long axis length of about 20 μm and a specific density of 1.7 g / cc to 1.8 g / cc under a pressure of 3 m 2 / g to 4 m 2 / g and 12 mPa to 16 mPa ( Hitachi Chemical, MAGE3) was used.
상기 구형의 천연 흑연 및 모자이크 코크스계 인조 흑연을 1 : 0.3 중량비로 혼합하여, 모르타르를 이용하여 균일하게 교반하여 음극 활물질을 제조하였다.The spherical natural graphite and mosaic coke-based artificial graphite were mixed at a weight ratio of 1: 0.3, and uniformly stirred using mortar to prepare a negative electrode active material.
실시예 2 Example 2
상기 구형의 천연 흑연 및 모자이크 코크스계 인조 흑연을 1 : 1 중량비로 혼합한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 음극 활물질을 제조하였다.A negative electrode active material was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the spherical natural graphite and mosaic coke-based artificial graphite were mixed in a weight ratio of 1: 1.
비교예 1Comparative Example 1
모자이크 코크스계 인조 흑연을 사용하지 않고, 구형의 천연 흑연을 100% 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 음극 활물질을 제조하였다.A negative electrode active material was manufactured in the same manner as in Example 1, except that 100% of spherical natural graphite was used without using a mosaic coke-based artificial graphite.
비교예 2Comparative Example 2
상기 구형의 천연 흑연 및 모자이크 코크스계 인조 흑연을 1 : 0.05 중량비로 혼합한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 음극 활물질을 제조하였다.A negative electrode active material was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the spherical natural graphite and mosaic coke-based artificial graphite were mixed at a weight ratio of 1: 0.05.
비교예 3Comparative Example 3
상기 구형의 천연 흑연 및 모자이크 코크스계 인조 흑연을 1 : 1.2 중량비로 혼합한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 음극 활물질을 제조하였다.A negative electrode active material was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the spherical natural graphite and mosaic coke artificial graphite were mixed in a weight ratio of 1.2.
<리튬 이차전지의 제조><Production of Lithium Secondary Battery>
실시예 3Example 3
음극의 제조Preparation of Cathode
상기 실시예 1에서 얻은 음극 활물질, 바인더로 SBR(styrene-butadiene rubber), 증점제로 CMC(carboxy methyl cellulose) 및 도전재로 아세틸렌 블랙을 95:2:2:1의 중량비로 혼합하고, 이들을 용매인 물(H2O)와 함께 혼합하여 균일한 음극 슬러리를 제조하였다. 제조된 음극 슬러리를 구리 집전체의 일면에 65 ㎛의 두께로 코팅하고, 건조 및 압연한 후 필요한 크기로 펀칭(punching)하여 음극을 제조하였다.The negative electrode active material obtained in Example 1, SBR (styrene-butadiene rubber) as a binder, CMC (carboxy methyl cellulose) as a thickener and acetylene black as a conductive material in a weight ratio of 95: 2: 2: 1, and these are solvent Mixing with water (H 2 O) produced a uniform negative electrode slurry. The prepared negative electrode slurry was coated on one surface of a copper current collector to a thickness of 65 μm, dried and rolled, and then punched to a required size to prepare a negative electrode.
리튬 이차전지의 제조Fabrication of Lithium Secondary Battery
에틸렌 카보네이트(EC) 및 디에틸 카보네이트(DEC)를 30:70의 부피비로 혼합하고, 상기 비수전해액 용매에 LiPF6를 첨가하여 1M LiPF6 비수전해액을 제조하였다.Ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) were mixed in a volume ratio of 30:70, and LiPF 6 was added to the nonaqueous electrolyte solvent to prepare a 1M LiPF 6 nonaqueous electrolyte.
또한, 상대전극, 즉 양극으로 리튬 금속 호일(foil)을 사용하며, 양 전극 사이에 폴리올레핀 세퍼레이터를 개재시킨 후, 상기 전해액을 주입하여 코인형 반쪽 전지를 제조하였다.In addition, a lithium metal foil was used as a counter electrode, that is, a positive electrode, a polyolefin separator was interposed between both electrodes, and the electrolyte was injected to prepare a coin-type half cell.
실시예 4Example 4
상기 실시예 2에서 제조된 음극 활물질을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 3과 동일한 방법으로 음극 및 리튬 이차전지를 제조하였다.A negative electrode and a lithium secondary battery were manufactured in the same manner as in Example 3, except that the negative electrode active material prepared in Example 2 was used.
비교예 4 내지 6Comparative Examples 4 to 6
상기 비교예 1 내지 3에서 제조된 음극 활물질을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 3과 동일한 방법으로 음극 및 리튬 이차전지를 제조하였다.A negative electrode and a lithium secondary battery were manufactured in the same manner as in Example 3, except that the negative electrode active materials prepared in Comparative Examples 1 to 3 were used.
실시예 5Example 5
상기 실시예 2에서 제조된 음극 활물질을 사용하고 음극 제조시 도전재를 첨가하지 않은 것을 제외하고는, 실시예 3과 동일한 방법으로 음극 및 리튬 이차전지를 제조하였다.A negative electrode and a lithium secondary battery were manufactured in the same manner as in Example 3, except that the negative electrode active material prepared in Example 2 was used and no conductive material was added during the preparation of the negative electrode.
비교예 7Comparative Example 7
모자이크 코크스계 인조 흑연 대신 니들 코크스계 인조 흑연을 천연 흑연과 1:1의 중량비로 혼합한 것을 음극 활물질로 사용하고 음극 제조시 도전재를 첨가하지 않은 것을 제외하고는, 실시예 5와 동일한 방법으로 음극 및 리튬 이차전지를 제조하였다.In the same manner as in Example 5, except that needle coke artificial graphite was mixed with natural graphite in a weight ratio of 1: 1, instead of mosaic coke artificial graphite, and a conductive material was not added in the preparation of the negative electrode. A negative electrode and a lithium secondary battery were prepared.
실험예 1: 배향 지수 측정Experimental Example 1 Orientation Index Measurement
실시예 3 및 비교예 4에서 제조된 음극에 대하여 Cu(K-선)을 이용한 XRD 회절 측정을 하였다. 배향 지수는 음극에 포함된 음극 활물질의 (110)면과 (004)면을 XRD로 측정한 후 (110)면과 (004)면의 피크 강도를 적분하여 얻어진 면적비((110)/(004))로 계산하였다. 더욱 구체적으로, XRD 측정 조건은 다음과 같다. XRD diffraction measurements using Cu (K-rays) were performed on the cathodes prepared in Example 3 and Comparative Example 4. The orientation index is obtained by measuring the (110) and (004) planes of the negative electrode active material included in the negative electrode by XRD and then integrating the peak intensities of the (110) plane and (004) plane ((110) / (004) ) More specifically, XRD measurement conditions are as follows.
- 타겟: Cu(Kα-선) 흑연 단색화 장치Target: Cu (Kα-ray) graphite monochromator
- 슬릿(slit): 발산 슬릿 = 1도, 수신 슬릿 = 0.1, 산란 슬릿 = 1도Slit: diverging slit = 1 degree, receiving slit = 0.1, scattering slit = 1 degree
- 측정 구역 및 스텝 각도/측정 시간:Measuring zone and step angle / measuring time:
(110) 면: 76.5 도 < 2θ < 78.5도, 0.01도 / 3초(110) plane: 76.5 degrees <2θ <78.5 degrees, 0.01 degrees / 3 seconds
(004) 면: 53.5 도 < 2θ < 56.0도, 0.01도 / 3초, 여기서 2θ는 회절 각도를 나타낸다. (004) plane: 53.5 degrees <2θ <56.0 degrees, 0.01 degrees / 3 seconds, where 2θ represents the diffraction angle.
또한, 실시예 1과 2에서 사용한 모자이크 코크스계 인조 흑연을 XRD 측정하였고, 그 결과를 도 3에 나타내었다. 모자이크 코크스계 인조 흑연의 Lc(002) 및 d002는 하기 수학식 1과 2를 이용하여 계산하였다:In addition, the mosaic coke-based artificial graphite used in Examples 1 and 2 was measured by XRD, the results are shown in FIG. Lc (002) and d 002 of mosaic coke artificial graphite were calculated using the following equations (1) and (2):
<수학식 1><Equation 1>
d002 = λ/2sinθd 002 = λ / 2sinθ
또한, 모자이크 코크스계 인조 흑연의 결정자 크기(Lc)는 하기 수학식 2의 Scherrer의 식에 의해 입자의 C축 방향의 결정자 크기 Lc(002)를 계산할 수 있다.In addition, the crystallite size Lc of the mosaic coke-based artificial graphite can calculate the crystallite size Lc (002) in the C-axis direction of the particle by the equation of Scherrer of Equation 2 below.
<수학식 2><Equation 2>
K = Scherrer 상수 (K=0.9)K = Scherrer constant (K = 0.9)
β= 반가폭β = half width
λ = 파장 (0.154056nm)λ = wavelength (0.154056 nm)
θ = 최대 피크에서의 각θ = angle at maximum peak
도 3에 나타낸 바와 같이, 상기 모자이크 코크스계 인조 흑연은 XRD 측정시 C축 방향의 결정자의 크기인 Lc(002)가 21.6 nm 내지 21.9 nm이고, (002)면의 면간격 d002가 0.3376 nm인 결정성상을 나타내었다.As shown in FIG. 3, the mosaic coke artificial graphite has Lc (002) of 21.6 nm to 21.9 nm, which is the size of crystallites in the C-axis direction at the time of XRD measurement, and the plane spacing d 002 of the (002) plane is 0.3376 nm. The crystalline phase is shown.
실험예 2: 율속 특성 평가 AExperimental Example 2: Rate property evaluation A
실시예 3과 4, 및 비교예 4 내지 6에서 얻은 리튬 이차전지를 상온에서 0 V에서 1.5 V의 전압 범위에서 율속 특성을 측정하였다. 전지의 충전은 1.5V까지 0.1 C 정전류/정전압(CC/CV) 조건에서 충전한 후, 5 mV에서 전류가 0.1 C에 도달할 때까지 정전류 모드로 방전한 후 종료하였다.Rate characteristics of the lithium secondary batteries obtained in Examples 3 and 4 and Comparative Examples 4 to 6 in a voltage range of 0 V to 1.5 V at room temperature were measured. The battery was charged under 0.1 C constant current / constant voltage (CC / CV) conditions up to 1.5 V, then discharged in constant current mode until the current reached 0.1 C at 5 mV, and then finished.
도 4에 나타낸 바와 같이, 상온에서 0 V에서 1.5 V의 전압 범위에서 0.2C, 0.5C, 1C의 각각 율속 특성을 비교 분석한 결과, 천연 흑연과 모자이크 코크스계 인조 흑연을 혼합한 실시예 1의 음극 활물질을 사용한 실시예 3의 리튬 이차전지가, 모자이크 코크스계를 사용하지 않은 비교예 1의 음극 활물질을 사용한 비교예 4의 리튬 이차전지에 비해 약 5 내지 10% 정도 율속 특성이 개선되었음을 알 수 있다.As shown in FIG. 4, the comparative analysis of the rate characteristics of 0.2C, 0.5C, and 1C in the voltage range of 0 V to 1.5 V at room temperature was performed. As a result, Example 1 was mixed with natural graphite and mosaic coke-based artificial graphite. It can be seen that the lithium secondary battery of Example 3 using the negative electrode active material has improved rate characteristics about 5 to 10% compared to the lithium secondary battery of Comparative Example 4 using the negative electrode active material of Comparative Example 1, which does not use the mosaic coke system. have.
또한, 천연 흑연과 모자이크 코크스계 인조 흑연의 혼합 중량비에 따른 율속 특성을 알아보기 위해, 실시예 3과 4, 및 비교예 5와 6의 리튬 이차전지를 상온에서 0 V에서 1.5 V의 전압 범위에서 0.2C, 0.5C, 1C의 각각 율속 특성을 비교하였고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.In addition, in order to determine the rate-rate characteristic according to the mixing weight ratio of natural graphite and mosaic coke artificial artificial graphite, the lithium secondary batteries of Examples 3 and 4 and Comparative Examples 5 and 6 were used in a voltage range of 0 V to 1.5 V at room temperature. The rate-rate characteristics of 0.2C, 0.5C, and 1C were compared, respectively, and the results are shown in Table 1 below.
표 1 | 음극 활물질(천연흑연:모자이크 코크스계 인조흑연의 중량비) | 율속 특성 |
0.2C | 0.5C | 1C |
실시예 3 | 1 : 0.3 | 100% | 97.5% | 81.2% |
실시예 4 | 1 : 1 | 100% | 98.6% | 89.7% |
비교예 6 | 1 : 0.05 | 100% | 95.9% | 76.7% |
비교예 7 | 1 : 1.2 | 100% | 94.8% | 75.8% |
Table 1 | Negative electrode active material (weight ratio of natural graphite: mosaic coke-based artificial graphite) | Rate characteristics |
0.2C | 0.5C | 1C |
Example 3 | 1: 0.3 | 100% | 97.5% | 81.2% |
Example 4 | 1: 1 | 100% | 98.6% | 89.7% |
Comparative Example 6 | 1: 0.05 | 100% | 95.9% | 76.7% |
Comparative Example 7 | 1: 1.2 | 100% | 94.8% | 75.8% |
상기 표 1에서 확인할 수 있는 바와 같이, 구형의 천연 흑연 및 모자이크 코크스계 인조 흑연을 1 : 0.3 내지 1 중량비의 범위로 혼합한 음극 활물질을 사용한 실시예 3 및 4는, 천연 흑연 : 모자이크 코크스계 인조 흑연을 1 : 0.05 중량비로 모자이크 코크스계 인조 흑연을 소량 사용한 비교예 5 및 1 : 1.2 중량비로 모자이크 코크스계 인조 흑연을 과량 혼합한 비교예 6에 비해 율속 특성, 특히 0.5C 및 1C의 율속 특성이 현저히 우수함을 확인할 수 있다. As can be seen in Table 1, Examples 3 and 4 using the negative active material mixed with spherical natural graphite and mosaic coke artificial graphite in the range of 1: 0.3 to 1 by weight, natural graphite: mosaic coke-based artificial Compared to Comparative Examples 5 and 1 in which a graphite coke artificial graphite was added in a 1: 0.05 weight ratio and comparative example 6 in which an excessive amount of mosaic coke artificial graphite was mixed in a weight ratio, the rate characteristic, in particular, 0.5C and 1C It can be seen that it is remarkably excellent.
실험예 3: 율속 특성 평가 BExperimental Example 3: Rate property evaluation B
천연 흑연과 혼합되는 인조 흑연의 형태에 따른 율속 특성을 알아보기 위해, 실시예 5 및 비교예 8의 리튬 이차전지의 충전 및 방전시의 율속 특성을 평가하였다. 충전은 각각 0.2C 정전류/정전압(CC/CV), 0.2C 정전류, 0.5C 정전류 및 1.0C 정전류 조건에서 0.005 V까지 충전시의 율속을 측정하고, 방전은 상온에서 0.005 V부터 1.5 V의 전압 범위에서 0.2C, 0.5C, 1C 및 2C 각각의 방전시의 율속을 측정하였고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.In order to determine the rate characteristic according to the form of artificial graphite mixed with natural graphite, the rate characteristic during charging and discharging of the lithium secondary batteries of Example 5 and Comparative Example 8 was evaluated. Charging measures the rate of charging to 0.005 V at 0.2C constant current / constant voltage (CC / CV), 0.2C constant current, 0.5C constant current and 1.0C constant current, respectively, and discharge ranges from 0.005 V to 1.5 V at room temperature. At 0.2C, 0.5C, 1C and 2C at the rate of discharge was measured, respectively, the results are shown in Table 2 below.
표 2 | 충전 율속 | 방전 율속 |
0.2C | 0.2C | 0.5C | 1.0C | 0.2C | 0.5C | 1C | 2C |
실시예 5 | 100 | 76.0 | 39.3 | 15.1 | 100 | 99.6 | 94.6 | 70.8 |
비교예 8 | 100 | 70.0 | 33.6 | 10.0 | 100.0 | 86.5 | 86.5 | 56.8 |
TABLE 2 | Charging rate | Discharge rate |
0.2C | 0.2C | 0.5C | 1.0C | 0.2C | 0.5C | 1C | 2C |
Example 5 | 100 | 76.0 | 39.3 | 15.1 | 100 | 99.6 | 94.6 | 70.8 |
Comparative Example 8 | 100 | 70.0 | 33.6 | 10.0 | 100.0 | 86.5 | 86.5 | 56.8 |
상기 표 2에서 확인할 수 있는 바와 같이, 구형의 천연 흑연 및 모자이크 코크스계 인조 흑연을 1 : 1 중량비의 범위로 혼합한 음극 활물질을 사용한 실시예 5는, 천연 흑연 : 니들 코크스계 인조 흑연을 1 : 1 중량비로 혼합한 비교예 8에 비해 충전시의 율속 특성이 약 5 내지 10% 가량 우수함을 확인할 수 있고, 방전시의 율속 특성은 약 10 내지 15% 가량 우수함을 확인할 수 있다. As can be seen in Table 2, Example 5 using a negative electrode active material in which spherical natural graphite and mosaic coke artificial graphite were mixed in a range of 1: 1 by weight, the natural graphite: needle coke artificial graphite 1: It can be seen that the rate characteristic at the time of charging is about 5 to 10% superior to the comparative example 8 mixed in 1 weight ratio, and the rate characteristic at the time of discharge is about 10 to 15% excellent.
실험예 4: 전극 저항 평가Experimental Example 4: Evaluation of Electrode Resistance
구형의 천연 흑연과 모자이크 코크스계 인조 흑연을 포함한 음극을 사용한 실시예 3의 리튬 이차전지와 구형의 천연 흑연만을 포함하는 음극을 사용한 비교예 4의 리튬 이차전지를 장기간 충방전 한 후, 전극의 저항을 측정하였다. 그 결과를 도 5에 나타내었다. 측정 조건은 다음과 같다.The electrode resistance after long-term charge and discharge of the lithium secondary battery of Example 3 using the negative electrode containing spherical natural graphite and mosaic coke artificial graphite and the lithium secondary battery of Comparative Example 4 using the negative electrode containing only spherical natural graphite for a long time Was measured. The results are shown in FIG. Measurement conditions are as follows.
- 샘플 준비: 실시예 3 및 비교예 4의 리튬 이차전지를 200 회 사이클 충방전 후, 전지를 분해하여 음극만 얻은 후, 이것을 음극으로 대칭 전지(symmetric cell)를 만든 뒤, 임피던스를 측정Sample preparation: After charging and discharging the lithium secondary batteries of Example 3 and Comparative Example 200 for 200 cycles, the battery was disassembled to obtain only the negative electrode, which was then formed into a symmetric cell with the negative electrode, and then the impedance was measured.
- 임피던스 진동수 범위: 100,000 ~ 0.005 HzImpedance frequency range: 100,000 to 0.005 Hz
도 5에 나타낸 바와 같이, 상기 실시예 3의 리튬 이차전지를 장기간 충방전 과정을 거쳤을 때, 실시예 3과 같이 구형의 천연 흑연과 모자이크 코크스계 인조 흑연을 포함한 음극을 사용한 경우, 구형의 천연 흑연만을 포함하는 음극을 사용한 비교예 4에 비해 그래프의 반원이 더 작으므로, 계면 저항이 감소하였다는 것을 알 수 있다.As shown in FIG. 5, when the lithium secondary battery of Example 3 is subjected to a long-term charge / discharge process, when the negative electrode including spherical natural graphite and mosaic coke artificial graphite is used as in Example 3, spherical natural Since the semicircle of the graph is smaller than that of Comparative Example 4 using the negative electrode containing only graphite, it can be seen that the interface resistance decreased.