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KR101911434B1 - Composite anode active material, anode and lithium battery comprising the material, and preparation method thereof - Google Patents

Composite anode active material, anode and lithium battery comprising the material, and preparation method thereof Download PDF

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KR101911434B1 KR1020130000631A KR20130000631A KR101911434B1 KR 101911434 B1 KR101911434 B1 KR 101911434B1 KR 1020130000631 A KR1020130000631 A KR 1020130000631A KR 20130000631 A KR20130000631 A KR 20130000631A KR 101911434 B1 KR101911434 B1 KR 101911434B1
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Abstract

리튬과 합금가능한 금속 및 그 산화물로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함하는 기재; 및 상기 기재 표면상 또는 주위의 적어도 일부에 형성된 코팅층 또는 계면층을 포함하며, 상기 코팅층 또는 계면층이 금속실리사이드(metal silicide) 화합물을 포함하는 복합음극활물질, 이를 포함하는 음극 및 리튬전지, 및 상기 복합음극활물질의 제조방법이 제시된다.A substrate comprising at least one selected from the group consisting of lithium-alloyable metals and oxides thereof; And a coating layer or an interfacial layer formed on at least a part of or on the surface of the substrate, wherein the coating layer or the interfacial layer comprises a metal silicide compound, a negative electrode and a lithium battery including the composite negative electrode active material, A method for producing a composite negative electrode active material is presented.

Description

복합음극활물질, 이를 포함하는 음극 및 리튬전지, 및 이의 제조 방법{Composite anode active material, anode and lithium battery comprising the material, and preparation method thereof}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a composite anode active material, a cathode and a lithium battery including the composite anode active material, and a method of manufacturing the anode active material, an anode and a lithium battery,

복합음극활물질, 상기 복합음극활물질을 포함하는 음극 및 리튬전지, 및 상기복합음극활물질의 제조방법에 관한 것이다.A negative electrode including the composite negative electrode active material, a lithium battery, and a method of manufacturing the composite negative electrode active material.

현재 리튬전지용 음극화물질로 탄소계 물질이 많이 사용되고 있다. 이러한 탄소계 활물질로서는, 그래파이트(graphite)와 같은 결정질계 탄소와 소프트 카본(soft carbon) 및 하드 카본(hard carbon)과 같은 비정질계 탄소가 있다. 상기 비정질계 탄소는 용량이 크지만 충방전 과정에서 비가역성이 크고, 결정질계 탄소는 이론 한계 용량이 다소 높긴 하나 고용량 리튬 전지로는 여전히 부족한 상태이다. 이와 같은 문제점을 개선하기 위하여 현재 활발히 연구되고 있는 물질은 리튬과 합금가능한 금속계 또는 금속간 화합물(intermetallic compounds)계의 음극 활물질이다.Currently, carbon-based materials are widely used as cathode materials for lithium batteries. Examples of such a carbon-based active material include crystalline carbon such as graphite and amorphous carbon such as soft carbon and hard carbon. Although the amorphous carbon has a large capacity, it has high irreversibility in charge and discharge processes, and the crystalline carbon has a somewhat higher theoretical limit capacity, but is still insufficient as a high capacity lithium battery. In order to overcome such a problem, currently active materials are lithium metal-based metal-based or intermetallic compounds-based anode active materials.

여기서 리튬과 합금가능한 금속은 Si, Sn, Al 등이 있다. 상기 리튬과 합금가능한 금속은 용량이 매우 크다. 예를 들어, 흑연에 비하여 용량이 10배 이상이다. 상기 리튬과 합금가능한 금속은 충방전시에 부피의 팽창/수축을 수반하므로, 전극 내에서 고립되는 활물질을 발생시키며 비표면적 증가에 따른 전해질 분해 반응이 심화된다.Here, the metal that can be alloyed with lithium is Si, Sn, Al, or the like. The lithium-alloyable metal has a very large capacity. For example, the capacity is 10 times higher than that of graphite. Since the metal capable of alloying with lithium is accompanied by volume expansion / contraction at the time of charging and discharging, an active material isolated in the electrode is generated, and the decomposition reaction of the electrolyte due to the increase of the specific surface area is intensified.

따라서, 리튬과 합금가능한 금속의 높은 용량을 가지면서도 상기 금속의 부피 팽창에 따른 응력의 흡수가 용이하여 열화가 억제될 수 있는 복합음극활물질이 요구된다.Accordingly, there is a need for a composite anode active material having a high capacity of metal capable of alloying with lithium and capable of easily absorbing stress due to the volume expansion of the metal, thereby suppressing deterioration.

한 측면은 향상된 용량과 수명특성을 가지는 복합음극활물질을 제공하는 것이다.One aspect is to provide a composite anode active material having improved capacity and lifetime characteristics.

다른 한 측면은 상기 복합음극활물질을 포함하는 음극을 제공하는 것이다.Another aspect is to provide a negative electrode comprising the composite negative electrode active material.

다른 한 측면은 상기 음극을 채용한 리튬전지를 제공하는 것이다.Another aspect is to provide a lithium battery employing the negative electrode.

또 다른 한 측면은 상기 복합음극활물질의 제조방법을 제공하는 것이다.Another aspect of the present invention provides a method of manufacturing the composite anode active material.

한 측면에 따라,According to one aspect,

리튬과 합금가능한 금속 및 그 산화물로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함하는 기재; 및A substrate comprising at least one selected from the group consisting of lithium-alloyable metals and oxides thereof; And

상기 기재 표면상 또는 주위의 적어도 일부에 형성된 코팅층 또는 계면층을 포함하며,A coating layer or an interfacial layer formed on at least a part of the surface or the periphery of the substrate,

상기 코팅층 또는 계면층이 금속실리사이드(metal silicide) 화합물을 포함하는 복합음극활물질이 제공된다.There is provided a composite negative electrode active material in which the coating layer or the interface layer includes a metal silicide compound.

다른 한 측면에 따라,According to another aspect,

상기에 따른 복합음극활물질을 포함하는 음극이 제공된다.There is provided a negative electrode comprising the above composite negative active material.

또 다른 한 측면에 따라,According to another aspect,

상기 음극을 포함하는 리튬전지가 제공된다.A lithium battery including the negative electrode is provided.

또 다른 한 측면에 따라,According to another aspect,

리튬과 합금가능한 금속 및 그 산화물로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함하는 입자 및 금속실리사이드 입자를 밀링하는 단계를 포함하는 복합음극활물질 제조방법이 제공된다.There is provided a method for manufacturing a composite negative electrode active material comprising milling a metal silicide particle and particles comprising at least one selected from the group consisting of lithium-alloyable metals and oxides thereof.

한 측면에 따르면 리튬과 합금가능한 금속 및 그 산화물로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함하는 기재 상에 형성된 금속실리사이드 코팅층 또는 계면층을 포함함에 의하여 리튬전지의 고율특성, 방전용량, 수명특성 및 충방전효율이 향상될 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a lithium battery comprising a metal silicide coating layer or an interfacial layer formed on a substrate including at least one selected from the group consisting of lithium-alloyable metals and oxides thereof, The efficiency can be improved.

도 1은 일구현예에 따른 복합음극활물질의 단면도이다.
도 2는 실시예 1에서 제조된 복합음극활물질의 주사전자현미경(SEM) 사진이다.
도 3a는 실시예 2에서 제조된 복합음극활물질의 투과전자현미경(TEM) 사진이다.
도 3b는 실시예 2에서 제조된 복합음극활물질의 코어 영역의 EDX(Energy dispersive spectroscopy) 스펙트럼이다.
도 3c는 실시예 2에서 제조된 복합음극활물질의 코팅층 영역의 EDX 스펙트럼이다.
도 4a는 실시예 1 내지 4에서 사용한 CaSi2 입자의 XRD(X-ray diffraction) 스펙트럼이다.
도 4b 는 실시예 1에서 제조된 복합음극활물질의 XRD(X-ray diffraction) 스펙트럼이다.
도 4c 는 실시예 2에서 제조된 복합음극활물질의 XRD(X-ray diffraction) 스펙트럼이다.
도 5는 일구현예에 따른 리튬전지의 개략도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1: 리튬전지 2: 음극
3: 양극 4: 세퍼레이터
5: 전지케이스 6: 캡 어셈블리
10: 제 1 코어 11: 제 2 코어
12: 코팅층
1 is a cross-sectional view of a composite anode active material according to one embodiment.
2 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of the composite negative electrode active material prepared in Example 1. Fig.
FIG. 3A is a transmission electron microscope (TEM) photograph of the composite negative electrode active material prepared in Example 2. FIG.
FIG. 3B is an energy dispersive spectroscopy (EDX) spectrum of the core region of the composite anode active material prepared in Example 2. FIG.
3C is an EDX spectrum of the coating layer region of the composite anode active material prepared in Example 2. FIG.
FIG. 4A is an X-ray diffraction (XRD) spectrum of the CaSi 2 particles used in Examples 1 to 4. FIG.
FIG. 4B is an X-ray diffraction (XRD) spectrum of the composite anode active material prepared in Example 1. FIG.
4C is an X-ray diffraction (XRD) spectrum of the composite anode active material prepared in Example 2. FIG.
5 is a schematic view of a lithium battery according to one embodiment.
Description of the Related Art
1: Lithium battery 2: cathode
3: anode 4: separator
5: Battery case 6: Cap assembly
10: first core 11: second core
12: Coating layer

이하에서 예시적인 구현예들에 따른 복합음극활물질, 이를 포함하는 음극 및 리튬전지, 및 상기 복합음극활물질의 제조방법에 관하여 더욱 상세히 설명한다.Hereinafter, a composite anode active material according to exemplary embodiments, a cathode and a lithium battery including the same, and a method for manufacturing the composite anode active material will be described in detail.

일구현예에 따른 복합음극활물질은 리튬과 합금가능한 금속 및 그 산화물로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함하는 기재; 및 상기 기재 표면상 또는 주위의 적어도 일부에 형성된 코팅층 또는 계면층을 포함하며, 상기 코팅층 또는 계면층이 금속실리사이드(metal silicide) 화합물을 포함한다. 예를 들어, 상기 복합음극활물질은 리튬과 합금가능한 금속 및 그 산화물로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함하는 코어; 및 상기 코어 상의 적어도 일부에 형성된 코팅층을 포함하며, 상기 코팅층이 금속실리사이드(metal silicide) 화합물을 포함한다.A composite anode active material according to an embodiment includes a substrate comprising at least one selected from the group consisting of lithium-alloyable metals and oxides thereof; And a coating layer or an interfacial layer formed on at least a part of the surface or the periphery of the substrate, wherein the coating layer or the interfacial layer includes a metal silicide compound. For example, the composite anode active material includes at least one selected from the group consisting of lithium-alloyable metals and oxides thereof; And a coating layer formed on at least a portion of the core, wherein the coating layer comprises a metal silicide compound.

도 1에서 보여지는 바와 같이 상기 복합음극활물질은 리튬과 합금가능한 금속 및/또는 그 산화물을 포함하는 코어(10, 11)를 금속실리사이드를 포함하는 코팅층(12)이 피복하는 구조를 가질 수 있다.As shown in FIG. 1, the composite anode active material may have a structure in which the coating layer 12 including the metal silicide covers the cores 10 and 11 including lithium-alloyable metals and / or oxides thereof.

상기 복합음극활물질에서 금속실리사이드는 탄소계 재료에 비하여 강도 등이 상대적으로 우수하여 충방전 시 코어의 부피팽창을 용이하게 흡수할 수 있으면서도 향상된 전도도를 가짐에 의하여 향상된 충방전효율, 고율특성 및 수명특성 등을 제공할 수 있다. 또한, 상기 금속실리사이드는 자체에 포함된 실리콘 성분에 의하여 순수한 불활성 금속 및 탄소계 재료에 비하여 향상된 용량을 제공할 수 있다.The metal suicide in the composite anode active material is relatively excellent in strength and the like compared with the carbon-based material, so that it can easily absorb the volume expansion of the core during charging and discharging, and has improved conductivity, thereby improving the charging / discharging efficiency, And so on. In addition, the metal silicide can provide enhanced capacity over pure inert metal and carbon-based materials by virtue of the silicon component contained therein.

상기 리튬과 합금가능한 금속을 포함하는 코어는 결정성(crystalline) 영역과 비정질(amorphous) 영역을 동시에 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 리튬과 합금가능한 금속을 포함하는 코어는 결정성 금속을 포함하는 제 1 코어; 및 상기 제 1 코어 상에 형성된 비정질 금속을 포함하는 제 2 코어를 포함할 수 있다. 즉, 상기 결정성 금속을 포함하는 제 1 코어 상의 적어도 일부에 비정질 금속을 포함하는 제 2 코어가 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제 2 코어가 제 1 코어를 피복할 수 있다. 도 1에서 보여지는 바와 같이 결정성 금속인 제 1 코어(10)의 외부가 비정질인 제 2 코어(11)에 의하여 피복된 구성을 가질 수 있다. 상기 구조는 결정성이 금속 입자를 밀링하는 과정에서 비정질화가 완전히 진행되지 않고 금속 입자의 외부가 우선적으로 비정질화됨에 의하여 얻어질 수 있다. 상기 코어가 결정성 영역과 비정질 영역을 동시에 포함함에 의하여 상기 복합음극활물질을 포함하는 리튬전지의 고율특성이 더욱 향상될 수 있다.The core comprising the lithium-metal capable of lithium may simultaneously include a crystalline region and an amorphous region. For example, the core comprising lithium-alloyable metal may comprise a first core comprising a crystalline metal; And a second core comprising amorphous metal formed on the first core. That is, a second core including an amorphous metal may be formed on at least a part of the first core including the crystalline metal. For example, the second core may cover the first core. As shown in Fig. 1, the outer surface of the first core 10, which is a crystalline metal, may be covered with the second core 11, which is amorphous. The above structure can be obtained by amorphizing the outside of the metal particles preferentially while the crystallinity is not completely progressed in the process of milling the metal particles. By including the crystalline region and the amorphous region simultaneously in the core, the high-rate characteristics of the lithium battery including the composite anode active material can be further improved.

상기 복합음극활물질에서 코어의 입경은 5 nm 내지 100㎛ 일 수 있다. 예를 들어, 상기 복합음극활물질에서 코어의 입경은 5 nm 내지 50㎛ 일 수 있다.The particle size of the core in the composite anode active material may be 5 nm to 100 탆. For example, the particle size of the core in the composite anode active material may be 5 nm to 50 탆.

예를 들어, 상기 복합음극활물질에서 코어의 입경은 5 nm 내지 500nm의 나노 크기일 수 있다. 예를 들어, 상기 복합음극활물질에서 코어의 입경은 5 nm 내지 100nm의 나노 크기일 수 있다.For example, in the composite anode active material, the particle size of the core may be nanosized to 5 nm to 500 nm. For example, in the composite anode active material, the particle size of the core may be nano-sized from 5 nm to 100 nm.

다르게는, 상기 복합음극활물질에서 코어의 입경은 1㎛ 내지 100㎛의 마이크로 크기일 수 있다. 예를 들어, 상기 복합음극활물질에서 코어의 입경은 1㎛ 내지 50㎛의 마이크로 크기일 수 있다.Alternatively, the particle size of the core in the composite negative electrode active material may be in the range of 1 占 퐉 to 100 占 퐉. For example, in the composite negative electrode active material, the particle size of the core may be in the range of 1 to 50 microns.

상기 복합음극활물질에서 코팅층의 두께는 1nm 내지 500nm일 수 있다. 예를 들어, 상기 복합음극활물질에서 코팅층의 두께는 10nm 내지 200nm일 수 있다. 예를 들어, 상기 복합음극활물질에서 코팅층의 두께는 10nm 내지 100nm일 수 있다. 상기 코팅층의 두께가 지나치게 얇으면 코어의 충방전을 효과적으로 수용하기 어려울 수 있으며, 상기 코팅층의 두께가 지나치게 두꺼우면 방전용량이 지나치게 감소할 수 있다.The thickness of the coating layer in the composite negative electrode active material may be 1 nm to 500 nm. For example, the thickness of the coating layer in the composite negative electrode active material may be 10 nm to 200 nm. For example, the thickness of the coating layer in the composite negative electrode active material may be 10 nm to 100 nm. If the thickness of the coating layer is too small, it may be difficult to effectively charge and discharge the core. If the thickness of the coating layer is excessively large, the discharge capacity may be excessively reduced.

상기 복합음극활물질에서 리튬과 합금가능한 금속은 원소주기율표의 14족 원소일 수 있다. 예를들어, 상기 리튬과 합금가능한 금속은 Si, Ge, Sn, Pb일 수 있다. 특히, 상기 리튬과 합금가능한 금속은 Si 일 수 있다.In the composite negative electrode active material, lithium-alloyable metal may be a Group 14 element of the periodic table of the elements. For example, the lithium-alloyable metal may be Si, Ge, Sn, Pb. In particular, the metal capable of alloying with lithium may be Si.

상기 복합음극활물질에서 리튬과 합금가능한 금속의 산화물은 하기 화학식 1로 표시될 수 있다:In the composite negative electrode active material, an oxide of lithium-alloyable metal may be represented by the following formula (1)

<화학식 1>&Lt; Formula 1 >

MxOy M x O y

상기 식에서, 1≤x≤2, 1≤y≤3이며, M은 Al, Si, Ti, Sn, Ge 및 Zr로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.Wherein M is at least one selected from the group consisting of Al, Si, Ti, Sn, Ge, and Zr.

예를 들어, 리튬과 합금가능한 금속의 산화물은 SiOz (1≤z≤2)일 수 있다. 예를들어, 리튬과 합금가능한 금속의 산화물은 SiO 일 수 있다.For example, the oxide of a metal capable of alloying with lithium may be SiO z (1? Z ? 2). For example, the oxide of the lithium-alloyable metal may be SiO.

또한, 상기 복합음극활물질에서 리튬과 합금가능한 금속은 리튬금속산화물에 의하여 피복될 수 있다. 즉, 상기 리튬과 합금가능한 금속을 포함하는 코어 상에 리튬금속산화물을 포함하는 코팅층이 형성될 수 있다.In addition, in the composite negative electrode active material, a lithium-alloyable metal may be coated with a lithium metal oxide. That is, a coating layer containing a lithium metal oxide may be formed on the core containing the lithium-alloyable metal.

예를 들어, 상기 리튬과 합금가능한 금속을 피복하는 리튬금속산화물은 하기 화학식 2로 표시될 수 있다:For example, the lithium metal oxide covering the metal capable of alloying with lithium may be represented by the following chemical formula 2:

<화학식 2>(2)

LixMyOLi x M y O

상기 식에서, 0.5≤x/y≤2이며, M은Al, Si, Ti, Ge 및 Zr로 이루어진 군으로부터 선택된 원소이다. 예를 들어, 상기 리튬금속산화물은 LixAlyO, LixSiyO, LixTiyO, LixZryO 일 수 있다. 상기 리튬금속산화물에서 0.5≤x/y≤2이다.Where 0.5? X / y? 2, and M is an element selected from the group consisting of Al, Si, Ti, Ge and Zr. For example, the lithium metal oxide may be Li x Al y O, Li x Si y O, Li x Ti y O, Li x Zr y O. X / y? 2 in the lithium metal oxide.

상기 복합음극활물질에서 코팅층에 포함되는 금속실리사이드는 하기 화학식 3으로 표시될 수 있다:The metal suicide included in the coating layer in the composite negative electrode active material may be represented by the following Formula 3:

<화학식 3>(3)

MaSib M a Si b

상기 식에서, 1≤a≤4, 1≤b≤3이며, M은 1족 내지 2족 금속원소이거나 3 내지 12족의 전이금속이다.In the above formula, 1? A? 4, 1? B? 3, and M is a Group 1 to Group 2 metal element or a transition metal of Groups 3 to 12.

예를 들어, 상기 금속실리사이드의 금속이 리튬을 제외한 알칼리금속일 수 있다.
예를 들어, 상기 금속실리사이드는 CaSi2, Mg2Si, Cu3Si, NiSi 및 FeSi로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상일 수 있다.
For example, the metal of the metal silicide may be an alkali metal other than lithium.
For example, the metal silicide may be at least one selected from the group consisting of CaSi 2 , Mg 2 Si, Cu 3 Si, NiSi, and FeSi.

상기 복합음극활물질에서 금속실리사이드가 비정질 또는 저결정성일 수 있다. 상기 금속실리사이드가 비정질 또는 저결정성임에 의하여 복합음극활물질의 수명특성이 더욱 향상될 수 있다.The metal suicide in the composite anode active material may be amorphous or low-crystalline. Since the metal silicide is amorphous or low crystalline, the life characteristics of the composite anode active material can be further improved.

상기 복합음극활물질에서 금속실리사이드의 함량이 활물질 총 중량을 기준으로 50중량% 이하일 수 있다. 예를 들어, 상기 복합음극활물질에서 금속실리사이드의 함량이 활물질 총 중량을 기준으로 50중량% 이하일 수 있다. 예를 들어, 상기 복합음극활물질에서 금속실리사이드의 함량이 활물질 총 중량을 기준으로 0 초과 내지 50중량% 일 수 있다. 예를 들어, 상기 복합음극활물질에서 금속실리사이드의 함량이 활물질 총 중량을 기준으로 5중량% 내지 45중량% 일 수 있다. 예를 들어, 상기 복합음극활물질에서 금속실리사이드의 함량이 활물질 총 중량을 기준으로 10중량% 내지 40중량% 일 수 있다. 상기 복합음극활물질에서 금속실리사이드의 함량이 지나치게 많으면 방전용량이 크게 감소할 수 있으며, 금속실리사이드의 함량이 지나치게 작으면 그 효과가 미미할 수 있다.The content of the metal silicide in the composite anode active material may be 50 wt% or less based on the total weight of the active material. For example, the content of the metal silicide in the composite negative electrode active material may be 50 wt% or less based on the total weight of the active material. For example, the content of the metal silicide in the composite negative electrode active material may be more than 0 to 50% by weight based on the total weight of the active material. For example, the content of the metal silicide in the composite anode active material may be 5 wt% to 45 wt% based on the total weight of the active material. For example, the content of the metal silicide in the composite anode active material may be 10% by weight to 40% by weight based on the total weight of the active material. If the content of the metal suicide in the composite negative electrode active material is too large, the discharge capacity may be greatly reduced. If the content of the metal suicide is too small, the effect may be insignificant.

상기 복합음극활물질은 탄소계 재료를 추가적으로 포함할 수 있다. 상기 탄소계 재료는 금속실리사이드를 포함하는 코팅층 상에 추가적으로 코팅되거나, 상기복합음극활물질 내에 분산되어 복합화될 수 있다. 상기 추가되는 탄소계 재료는 특별히 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 탄소계 재료로 사용될 수 있는 것이라면 모두 가능하다. 예를 들어, 상기 탄소계 재료는 고분자 등과 같은 탄소계 재료의 전구체의 소성물, 탄소섬유, 탄소나노튜브, 흑연, 비정질 탄소 등이 사용될 수 있다. 상기 복합음극활물질에서 탄소계 재료의 함량은 복합음극활물질 총 중량의 1 내지 50중량%일 수 있다. 예를 들어, 상기 복합음극활물질에서 탄소계 재료의 함량은 복합음극활물질 총 중량의 5 내지 40중량%일 수 있다. 예를 들어, 상기 복합음극활물질에서 탄소계 재료의 함량은 복합음극활물질 총 중량의 5 내지 30중량%일 수 있다.
The composite anode active material may further include a carbon-based material. The carbon-based material may be additionally coated on the coating layer containing the metal silicide, or may be dispersed and compounded in the composite negative electrode active material. The above-mentioned additional carbon-based material is not particularly limited and can be used as long as it can be used as a carbon-based material in the related art. For example, the carbon-based material may be a sintered material of a precursor of a carbon-based material such as a polymer, carbon fiber, carbon nanotube, graphite, amorphous carbon, or the like. The content of the carbon-based material in the composite anode active material may be 1 to 50 wt% of the total weight of the composite anode active material. For example, the content of the carbon-based material in the composite anode active material may be 5 to 40 wt% of the total weight of the composite anode active material. For example, the content of the carbon-based material in the composite anode active material may be 5 to 30 wt% of the total weight of the composite anode active material.

다른 구현예에 따르는 음극은 상기 복합음극활물질을 포함한다. 상기 음극은 예를 들어 상기 복합음극활물질 및 결착제를 포함하는 음극활물질 조성물이 일정한 형상으로 성형되거나, 상기의 음극활물질 조성물이 동박(copper foil) 등의 집전체에 도포되는 방법으로 제조될 수 있다.The negative electrode according to another embodiment includes the composite negative electrode active material. The negative electrode may be manufactured, for example, by forming the negative electrode active material composition containing the composite negative electrode active material and the binder in a predetermined shape or by applying the negative electrode active material composition to a current collector such as copper foil .

구체적으로, 상기 복합음극활물질, 도전재, 결합제 및 용매가 혼합된 음극활물질 조성물이 준비된다. 상기 음극활물질 조성물이 금속 집전체 위에 직접 코팅되어 음극판이 제조된다. 다르게는, 상기 음극활물질 조성물이 별도의 지지체 상에 캐스팅된 다음, 상기 지지체로부터 박리된 필름이 금속 집전체상에 라미네이션되어 음극판이 제조될 수 있다. 상기 음극은 상기에서 열거한 형태에 한정되는 것은 아니고 상기 형태 이외의 형태일 수 있다.Specifically, a negative electrode active material composition in which the composite negative electrode active material, the conductive material, the binder, and the solvent are mixed is prepared. The negative electrode active material composition is directly coated on the metal current collector to produce a negative electrode plate. Alternatively, the negative electrode active material composition may be cast on a separate support, and then the film peeled off from the support may be laminated on the metal current collector to produce a negative electrode plate. The negative electrode is not limited to the above-described form, but may be in a form other than the above-described form.

상기 음극활물질 조성물은 상술한 복합음극활물질외에 다른 탄소계 음극활물질을 추가적으로 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 탄소계 음극활물질은 예를 들어, 천연흑연, 인조흑연, 팽창흑연, 그래핀, 카본블랙, 플러렌 수트(fullerene soot), 탄소나노튜브, 및 탄소섬유로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상일 수 있으나 반드시 이들로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 사용될 수 있는 것이라면 모두 가능하다.The negative electrode active material composition may further include a carbonaceous negative electrode active material in addition to the composite negative electrode active material. For example, the carbonaceous anode active material may be at least one selected from the group consisting of natural graphite, artificial graphite, expanded graphite, graphene, carbon black, fullerene soot, carbon nanotube, But are not limited to, and can be used in the art.

상기 도전재로는 아세틸렌 블랙, 케첸블랙, 천연 흑연, 인조 흑연, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸블랙, 탄소섬유, 구리, 니켈, 알루미늄, 은 등의 금속 분말, 금속 섬유, 등을 사용할 수 있고, 또한 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 재료를 1종 또는 1종 이상을 혼합하여 사용할 수 있으나, 이들로 한정되지 않으며, 당해 기술분야에서 도전재로 사용될 수 있는 것이라면 모두 사용될 수 있다. 또한, 상술한 결정성 탄소계 재료가 도전재로 추가될 수 있다.As the conductive material, metal powders such as acetylene black, Ketjen black, natural graphite, artificial graphite, carbon black, acetylene black, Ketjen black, carbon fiber, copper, nickel, aluminum and silver, metal fibers, In addition, one or more conductive materials such as polyphenylene derivatives may be used in combination, but the present invention is not limited thereto, and any conductive material may be used as long as it can be used as a conductive material in the related art. In addition, the above-described crystalline carbon-based material can be added as a conductive material.

상기 결합제로는 비닐리덴 플루오라이드/헥사플루오로프로필렌 코폴리머, 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리아크릴로니트릴, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리아크일릭액시드, 폴리아미드이미드, 폴리테트라플루오로에틸렌 및 그 혼합물 또는 스티렌 부타디엔 고무계 폴리머 등이 사용될 수 있으나, 이들로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 결합제로 사용될 수 있는 것이라면 모두 사용될 수 있다.Examples of the binder include vinylidene fluoride / hexafluoropropylene copolymer, polyvinylidene fluoride (PVDF), polyacrylonitrile, polymethyl methacrylate, polyacrylic liquid seed, polyamideimide, polytetrafluoro Ethylene and mixtures thereof, styrene butadiene rubber-based polymers, and the like can be used, but not limited thereto, and any of them can be used as long as they can be used as a bonding agent in the technical field.

상기 용매로는 N-메틸피롤리돈, 아세톤 또는 물 등이 사용될 수 있으나, 이들로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 사용될 수 있는 것이라면 모두 사용될 수 있다.As the solvent, N-methylpyrrolidone, acetone, water or the like may be used, but not limited thereto, and any solvent which can be used in the technical field can be used.

상기 복합음극활물질, 도전재, 결합제 및 용매의 함량은 리튬 전지에서 통상적으로 사용되는 수준이다. 리튬전지의 용도 및 구성에 따라 상기 도전재, 결합재 및 용매 중 하나 이상이 생략될 수 있다.
The content of the composite anode active material, the conductive material, the binder, and the solvent is a level commonly used in a lithium battery. At least one of the conductive material, the binder and the solvent may be omitted depending on the use and configuration of the lithium battery.

또 다른 구현예에 따르는 리튬 전지는 상기의 음극활물질을 포함하는 음극을 채용한다. 상기 리튬 전지는 다음과 같은 방법으로 제조될 수 있다.A lithium battery according to another embodiment employs a negative electrode comprising the above negative electrode active material. The lithium battery can be produced by the following method.

먼저, 상기 음극 제조방법에 따라 음극이 준비된다.First, a negative electrode is prepared according to the negative electrode manufacturing method.

다음으로, 양극활물질, 도전재, 결합재 및 용매가 혼합된 양극활물질 조성물이 준비된다. 상기 양극활물질 조성물이 금속 집전체상에 직접 코팅 및 건조되어 양극판이 제조된다. 다르게는, 상기 양극활물질 조성물이 별도의 지지체상에 캐스팅된 다음, 상기 지지체로부터 박리된 필름이 금속 집전체상에 라미네이션되어 양극판이 제조될 수 있다.Next, a cathode active material composition in which a cathode active material, a conductive material, a binder, and a solvent are mixed is prepared. The positive electrode active material composition is directly coated on the metal current collector and dried to produce a positive electrode plate. Alternatively, the cathode active material composition may be cast on a separate support, and then the film peeled from the support may be laminated on the metal current collector to produce a cathode plate.

상기 양극활물질로서 리튬코발트산화물, 리튬니켈코발트망간산화물, 리튬니켈코발트알루미늄산화물, 리튬철인산화물, 및 리튬망간산화물로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있으나, 반드시 이들로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 이용 가능한 모든 양극활물질이 사용될 수 있다.The positive electrode active material may include at least one selected from the group consisting of lithium cobalt oxide, lithium nickel cobalt manganese oxide, lithium nickel cobalt aluminum oxide, lithium iron phosphate, and lithium manganese oxide. However, May be used.

예를 들어, LiaA1-bBbD2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 및 0 ≤ b ≤ 0.5이다); LiaE1-bBbO2-cDc(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05이다); LiE2-bBbO4-cDc(상기 식에서, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05이다); LiaNi1-b-cCobBcDα(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α ≤ 2이다); LiaNi1-b-cCobBcO2-αFα(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α < 2이다); LiaNi1-b-cCobBcO2-αF2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α < 2이다); LiaNi1-b-cMnbBcDα(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α ≤ 2이다); LiaNi1-b-cMnbBcO2-αFα(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α < 2이다); LiaNi1-b-cMnbBcO2-αF2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α < 2이다); LiaNibEcGdO2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.9, 0 ≤ c ≤ 0.5, 0.001 ≤ d ≤ 0.1이다.); LiaNibCocMndGeO2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.9, 0 ≤ c ≤ 0.5, 0 ≤ d ≤0.5, 0.001 ≤ e ≤ 0.1이다.); LiaNiGbO2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0.001 ≤ b ≤ 0.1이다.); LiaCoGbO2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0.001 ≤ b ≤ 0.1이다.); LiaMnGbO2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0.001 ≤ b ≤ 0.1이다.); LiaMn2GbO4(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0.001 ≤ b ≤ 0.1이다.); QO2; QS2; LiQS2; V2O5; LiV2O5; LiIO2; LiNiVO4; Li(3-f)J2(PO4)3(0 ≤ f ≤ 2); Li(3-f)Fe2(PO4)3(0 ≤ f ≤ 2); LiFePO4의 화학식 중 어느 하나로 표현되는 화합물을 사용할 수 있다:For example, Li a A 1-b B b D 2 , wherein 0.90 ≤ a ≤ 1.8, and 0 ≤ b ≤ 0.5; Li a E 1-b B b O 2 -c D c wherein, in the formula, 0.90? A? 1.8, 0? B? 0.5, 0? C? 0.05; LiE (in the above formula, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05) 2-b B b O 4-c D c; Li a Ni 1 -bc Co b B c D ? Wherein, in the formula, 0.90? A? 1.8, 0? B? 0.5, 0? C? 0.05, 0 <? Li a Ni 1- b c Co b B c O 2 -? F ? Wherein? 0.90? A? 1.8, 0? B? 0.5, 0? C? 0.05, 0 <? Li a Ni 1- b c Co b B c O 2-α F 2 wherein 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 <α <2; Li a Ni 1-bc Mn b B c D ? Wherein, in the formula, 0.90? A? 1.8, 0? B? 0.5, 0? C? 0.05, 0 <? Li a Ni 1-bc Mn b B c O 2-α F α wherein 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 <α <2; Li a Ni 1-bc Mn b B c O 2-α F 2 wherein 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 <α <2; Li a Ni b E c G d O 2 wherein 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.9, 0 ≤ c ≤ 0.5, and 0.001 ≤ d ≤ 0.1; Li a Ni b Co c Mn d GeO 2 wherein 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.9, 0 ≤ c ≤ 0.5, 0 ≤ d ≤ 0.5, and 0.001 ≤ e ≤ 0.1; Li a NiG b O 2 (in the above formula, 0.90? A? 1.8, and 0.001? B? 0.1); Li a CoG b O 2 wherein, in the above formula, 0.90? A? 1.8, and 0.001? B? 0.1; Li a MnG b O 2 (in the above formula, 0.90? A? 1.8, 0.001? B? 0.1); Li a Mn 2 G b O 4 wherein, in the above formula, 0.90? A? 1.8, and 0.001? B? 0.1; QO 2; QS 2 ; LiQS 2 ; V 2 O 5 ; LiV 2 O 5 ; LiIO 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); In the formula of LiFePO 4 may be used a compound represented by any one:

상기 화학식에 있어서, A는 Ni, Co, Mn, 또는 이들의 조합이고; B는 Al, Ni, Co, Mn, Cr, Fe, Mg, Sr, V, 희토류 원소 또는 이들의 조합이고; D는 O, F, S, P, 또는 이들의 조합이고; E는 Co, Mn, 또는 이들의 조합이고; F는 F, S, P, 또는 이들의 조합이고; G는 Al, Cr, Mn, Fe, Mg, La, Ce, Sr, V, 또는 이들의 조합이고; Q는 Ti, Mo, Mn, 또는 이들의 조합이고; I는 Cr, V, Fe, Sc, Y, 또는 이들의 조합이며; J는 V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, 또는 이들의 조합이다.In the above formula, A is Ni, Co, Mn, or a combination thereof; B is Al, Ni, Co, Mn, Cr, Fe, Mg, Sr, V, a rare earth element or a combination thereof; D is O, F, S, P, or a combination thereof; E is Co, Mn, or a combination thereof; F is F, S, P, or a combination thereof; G is Al, Cr, Mn, Fe, Mg, La, Ce, Sr, V, or combinations thereof; Q is Ti, Mo, Mn, or a combination thereof; I is Cr, V, Fe, Sc, Y, or a combination thereof; J is V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, or a combination 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, 하이드록사이드, 코팅 원소의 옥시하이드록사이드, 코팅 원소의 옥시카보네이트, 또는 코팅 원소의 하이드록시카보네이트의 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 of the compound may be used, or a compound having a coating layer may be mixed with the compound. The coating layer may comprise an oxide, a hydroxide of the coating element, an oxyhydroxide of the coating element, an oxycarbonate of the coating element, or a coating element compound of the hydroxycarbonate of the coating element. The compound constituting these coating layers may be amorphous or crystalline. The coating layer may contain Mg, Al, Co, K, Na, Ca, Si, Ti, V, Sn, Ge, Ga, B, As, Zr or a mixture thereof. The coating layer forming step may be any coating method as long as it can coat the above compound by a method that does not adversely affect physical properties of the cathode active material (for example, spray coating, dipping, etc.) by using these elements, It will be understood by those skilled in the art that a detailed description will be omitted.

예를 들어, LiNiO2, LiCoO2, LiMnxO2x(x=1, 2), LiNi1-xMnxO2(0<x<1), LiNi1-x-yCoxMnyO2 (0≤x≤0.5, 0≤y≤0.5), LiFeO2, V2O5, TiS, MoS 등이 사용될 수 있다.For example, LiNiO 2 , LiCoO 2 , LiMn x O 2 x (x = 1, 2), LiNi 1-x Mn x O 2 (0 <x <1), LiNi 1-xy Co x Mn y O 2 ? 0.5, 0? Y? 0.5), LiFeO 2 , V 2 O 5 , TiS, MoS and the like can be used.

양극활물질 조성물에서 도전재, 결합제 및 용매는 상기 음극활물질 조성물의 경우와 동일한 것을 사용할 수 있다. 한편, 상기 양극활물질 조성물 및/또는 음극활물질 조성물에 가소제를 더 부가하여 전극판 내부에 기공을 형성하는 것도 가능하다.As the conductive material, binder and solvent in the positive electrode active material composition, the same materials as those of the negative electrode active material composition may be used. It is also possible to add a plasticizer to the cathode active material composition and / or the anode active material composition to form pores inside the electrode plate.

상기 양극활물질, 도전재, 결합제 및 용매의 함량은 리튬 전지에서 통상적으로 사용하는 수준이다. 리튬전지의 용도 및 구성에 따라 상기 도전재, 결합제 및 용매 중 하나 이상이 생략될 수 있다.The content of the cathode active material, the conductive material, the binder, and the solvent is a level commonly used in a lithium battery. Depending on the application and configuration of the lithium battery, one or more of the conductive material, the binder, and the solvent may be omitted.

다음으로, 상기 양극과 음극 사이에 삽입될 세퍼레이터가 준비된다. 상기 세퍼레이터는 리튬 전지에서 통상적으로 사용되는 것이라면 모두 사용될 수 있다. 전해질의 이온 이동에 대하여 저저항이면서 전해액 함습 능력이 우수한 것이 사용될 수 있다. 예를 들어, 유리 섬유, 폴리에스테르, 테프론, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 또는 이들의 조합물 중에서 선택된 것으로서, 부직포 또는 직포 형태이어도 무방하다. 예를 들어, 리튬이온전지에는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등과 같은 권취 가능한 세퍼레이터가 사용되며, 리튬이온폴리머전지에는 유기전해액 함침 능력이 우수한 세퍼레이터가 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 세퍼레이터는 하기 방법에 따라 제조될 수 있다.Next, a separator to be inserted between the positive electrode and the negative electrode is prepared. The separator can be used as long as it is commonly used in a lithium battery. A material having low resistance against the ion movement of the electrolyte and excellent in the ability to impregnate the electrolyte may be used. For example, selected from glass fiber, polyester, Teflon, polyethylene, polypropylene, polytetrafluoroethylene (PTFE), or a combination thereof, and may be nonwoven fabric or woven fabric. For example, a rewindable separator such as polyethylene, polypropylene, or the like is used for the lithium ion battery, and a separator having excellent organic electrolyte impregnation capability can be used for the lithium ion polymer battery. For example, the separator may be produced according to the following method.

고분자 수지, 충진제 및 용매를 혼합하여 세퍼레이터 조성물이 준비된다. 상기 세퍼레이터 조성물이 전극 상부에 직접 코팅 및 건조되어 세퍼레이터가 형성될 수 있다. 또는, 상기 세퍼레이터 조성물이 지지체상에 캐스팅 및 건조된 후, 상기 지지체로부터 박리시킨 세퍼레이터 필름이 전극 상부에 라미네이션되어 세퍼레이터가 형성될 수 있다.A polymer resin, a filler and a solvent are mixed to prepare a separator composition. The separator composition may be coated directly on the electrode and dried to form a separator. Alternatively, after the separator composition is cast and dried on a support, a separator film peeled from the support may be laminated on the electrode to form a separator.

상기 세퍼레이터 제조에 사용되는 고분자 수지는 특별히 한정되지 않으며, 전극판의 결합재에 사용되는 물질들이 모두 사용될 수 있다. 예를 들어, 비닐리덴플루오라이드/헥사플루오로프로필렌 코폴리머, 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리아크릴로니트릴, 폴리메틸메타크릴레이트 또는 이들의 혼합물 등이 사용될 수 있다.The polymer resin used in the production of the separator is not particularly limited, and any material used for the binder of the electrode plate may be used. For example, vinylidene fluoride / hexafluoropropylene copolymer, polyvinylidene fluoride (PVDF), polyacrylonitrile, polymethyl methacrylate or mixtures thereof may be used.

다음으로 전해질이 준비된다.Next, the electrolyte is prepared.

예를 들어, 상기 전해질은 유기전해액일 수 있다. 또한, 상기 전해질은 고체일 수 있다. 예를 들어, 보론산화물, 리튬옥시나이트라이드 등일 수 있으나 이들로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 고체전해질로 사용될 수 있은 것이라면 모두 사용가능하다. 상기 고체 전해질은 스퍼터링 등의 방법으로 상기 음극상에 형성될 수 있다.For example, the electrolyte may be an organic electrolyte. In addition, the electrolyte may be a solid. For example, boron oxide, lithium oxynitride, and the like, but not limited thereto, and any of them can be used as long as they can be used as solid electrolytes in the art. The solid electrolyte may be formed on the cathode by a method such as sputtering.

예를 들어, 유기전해액이 준비될 수 있다. 유기전해액은 유기용매에 리튬염이 용해되어 제조될 수 있다.For example, an organic electrolytic solution can be prepared. The organic electrolytic solution can be prepared by dissolving a lithium salt in an organic solvent.

상기 유기용매는 당해 기술분야에서 유기 용매로 사용될 수 있는 것이라면 모두 사용될 수 있다. 예를 들어, 프로필렌카보네이트, 에틸렌카보네이트, 플루오로에틸렌카보네이트, 부틸렌카보네이트, 디메틸카보네이트, 디에틸카보네이트, 메틸에틸카보네이트, 메틸프로필카보네이트, 에틸프로필카보네이트, 메틸이소프로필카보네이트, 디프로필카보네이트, 디부틸카보네이트, 플루오르에틸렌카보네이트, 벤조니트릴, 아세토니트릴, 테트라히드로퓨란, 2-메틸테트라히드로퓨란, γ-부티로락톤, 디옥소란, 4-메틸디옥소란, N,N-디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드, 디메틸설폭사이드, 디옥산, 1,2-디메톡시에탄, 설포란, 디클로로에탄, 클로로벤젠, 니트로벤젠, 디에틸렌글리콜, 디메틸에테르 또는 이들의 혼합물 등이다.The organic solvent may be any organic solvent which can be used in the art. Examples of the solvent include propylene carbonate, ethylene carbonate, fluoroethylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, methyl propyl carbonate, ethyl propyl carbonate, methyl isopropyl carbonate, dipropyl carbonate, dibutyl carbonate , Fluoroethylene carbonate, benzonitrile, acetonitrile, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, gamma -butyrolactone, dioxolane, 4-methyldioxolane, N, N-dimethylformamide, dimethylacetamide , Dimethylsulfoxide, dioxane, 1,2-dimethoxyethane, sulfolane, dichloroethane, chlorobenzene, nitrobenzene, diethylene glycol, dimethyl ether or mixtures thereof.

상기 리튬염도 당해 기술분야에서 리튬염으로 사용될 수 있는 것이라면 모두사용될 수 있다. 예를 들어, LiPF6, LiBF4, LiSbF6, LiAsF6, LiClO4, LiCF3SO3, Li(CF3SO2)2N, LiC4F9SO3, LiAlO2, LiAlCl4, LiN(CxF2x+1SO2)(CyF2y+1SO2)(단 x,y는 자연수), LiCl, LiI 또는 이들의 혼합물 등이다.The lithium salt may also be used as long as it can be used in the art as a lithium salt. For example, LiPF 6 , LiBF 4 , LiSbF 6 , LiAsF 6 , LiClO 4 , LiCF 3 SO 3 , Li (CF 3 SO 2 ) 2 N, LiC 4 F 9 SO 3 , LiAlO 2 , LiAlCl 4 , x F 2x + 1 SO 2 ) (C y F 2y + 1 SO 2 ) (where x and y are natural numbers), LiCl, LiI, or a mixture thereof.

도 5에서 보여지는 바와 같이 상기 리튬전지(1)는 양극(3), 음극(2) 및 세퍼레이터(4)를 포함한다. 상술한 양극(3), 음극(2) 및 세퍼레이터(4)가 와인딩되거나 접혀서 전지케이스(5)에 수용된다. 이어서, 상기 전지케이스(5)에 유기전해액이 주입되고 캡(cap) 어셈블리(6)로 밀봉되어 리튬전지(1)가 완성된다. 상기 전지케이스는 원통형, 각형, 박막형 등일 수 있다. 예를 들어, 상기 리튬전지는 박막형전지일 수 있다. 상기 리튬전지는 리튬이온전지일 수 있다.As shown in FIG. 5, the lithium battery 1 includes an anode 3, a cathode 2, and a separator 4. The anode 3, the cathode 2 and the separator 4 described above are wound or folded and housed in the battery case 5. Then, an organic electrolytic solution is injected into the battery case 5 and is sealed with a cap assembly 6 to complete the lithium battery 1. The battery case may have a cylindrical shape, a rectangular shape, a thin film shape, or the like. For example, the lithium battery may be a thin film battery. The lithium battery may be a lithium ion battery.

상기 양극 및 음극 사이에 세퍼레이터가 배치되어 전지구조체가 형성될 수 있다. 상기 전지구조체가 바이셀 구조로 적층된 다음, 유기 전해액에 함침되고, 얻어진 결과물이 파우치에 수용되어 밀봉되면 리튬이온폴리머전지가 완성된다.A separator may be disposed between the anode and the cathode to form a battery structure. The cell structure is laminated in a bi-cell structure, then impregnated with an organic electrolyte solution, and the obtained result is received in a pouch and sealed to complete a lithium ion polymer battery.

또한, 상기 전지구조체는 복수개 적층되어 전지팩을 형성하고, 이러한 전지팩이 고용량 및 고출력이 요구되는 모든 기기에 사용될 수 있다. 예를 들어, 노트북, 스마트폰, 전기차량 등에 사용될 수 있다.In addition, a plurality of battery assemblies may be stacked to form a battery pack, and such battery pack may be used for all devices requiring high capacity and high output. For example, a notebook, a smart phone, an electric vehicle, and the like.

특히, 상기 리튬전지는 고율특성 및 수명특성이 우수하므로 전기차량(electric vehicle, EV)에 적합하다. 예를 들어, 플러그인하이브리드차량(plug-in hybrid electric vehicle, PHEV) 등의 하이브리드차량에 적합하다.
Particularly, the lithium battery is suitable for an electric vehicle (EV) because it has a high rate characteristic and a good life characteristic. For example, it is suitable for a hybrid vehicle such as a plug-in hybrid electric vehicle (PHEV).

또 다른 일구현예에 따른 복합음극활물질 제조방법은 리튬과 합금가능한 금속 및 그 산화물로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함하는 입자 및 금속실리사이드 입자를 밀링하는 단계를 포함한다.According to another embodiment of the present invention, a method for manufacturing a composite negative electrode active material includes milling particles and metal silicide particles containing at least one selected from the group consisting of lithium-alloyable metals and oxides thereof.

상기 제조방법에서 밀링은 4시간 이상 수행될 수 있다. 상기 밀링 시간이 너무 적으면 밀링 정도가 낮아 입자들간의 복합화가 이루어지지 않고 단순한 혼합만이 이루어질 수 있다. 기공형성물질은 1500℃ 미만의 온도에서 열분해되는 물질일 수 있다. 예를 들어, 상기 제조방법에서 밀링은 4시간 내지 10시간 동안 수행될 수 있다.In the above manufacturing method, milling can be performed for 4 hours or more. If the milling time is too short, the degree of milling is low so that the particles can not be mixed together and only simple mixing can be achieved. The pore-forming material may be a material that is pyrolyzed at a temperature below 1500 ° C. For example, milling may be carried out for 4 to 10 hours in the above manufacturing method.

상기 밀링에 사용되는 장치는 특별히 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 사용될 수 있는 밀링 장치라면 모두 가능하다. 예를 들어, 스펙스 밀(spex mill), 플레너터리 밀(planetary mill) 등이 사용될 수 있다.The apparatus used for the milling is not particularly limited and can be any milling apparatus that can be used in the art. For example, a spes mill, a planetary mill, or the like may be used.

또한, 상기 밀링 시에 재료에 가해지는 힘인 중력가속도는 10G 이상일 수 있다. 상기 밀링 시에 재료에 가해지는 중력가속도가 10G 미만이면 입자들간의 복합화가 이루어지지 않고 단순한 혼합만이 이루어질 수 있다.Further, the gravitational acceleration, which is a force applied to the material at the time of milling, may be 10 G or more. If the gravitational acceleration applied to the material at the time of milling is less than 10G, the particles can not be mixed with each other and only simple mixing can be performed.

상기 리튬과 합금가능한 금속 입자는 Si 나노입자, Si 마이크로입자, Ge 나노입자, Ge 마이크로입자, Sn 나노입자, Sn 마이크로입자, Pb 나노입자, Pb 마이크로입자 등이 사용될 수 있으나 반드시 이들로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 리튬과 합금가능한 금속의 입자로서 사용할 수 있는 것이라면 모두 가능하다. 또한, 상기 리튬과 합금가능한 금속입자는 리튬금속산화물로 코팅된 것일 수 있다. 상기 리튬금속산화물은 리튬티탄산화물일 수 있다.The metal particles that can be alloyed with lithium may be Si nanoparticles, Si microparticles, Ge nanoparticles, Ge microparticles, Sn nanoparticles, Sn microparticles, Pb nanoparticles, Pb microparticles, As long as it can be used as particles of lithium-alloyable metal in the technical field. In addition, the lithium-alloyable metal particles may be coated with a lithium metal oxide. The lithium metal oxide may be lithium titanium oxide.

상기 나노입자의 입경은 10nm 내지 500nm일 수 있다. 예를 들어, 상기 나노입자의 입경은 10nm 내지 100nm일 수 있다. 한편, 상기 마이크로입자의 입경은 1㎛ 내지 100㎛일 수 있다. 예를 들어, 상기 마이크로입자의 입경은 1㎛ 내지 50㎛ 일 수 있다.The particle diameter of the nanoparticles may be 10 nm to 500 nm. For example, the particle size of the nanoparticles may be between 10 nm and 100 nm. On the other hand, the particle size of the microparticles may be 1 탆 to 100 탆. For example, the particle size of the microparticles may be between 1 탆 and 50 탆.

상기 리튬과 합금가능한 금속의 산화물 입자는 SiO 입자, SiO1.5 입자, Si와 SiO2의 복합체 등일 수 있으나, 반드시 이들로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 리튬과 합금가능한 금속의 산화물 입자로서 사용할 수 있는 것이라면 모두 가능하다.The oxide particles of the lithium-alloyable metal may be SiO 2 particles, SiO 1.5 particles, a complex of Si and SiO 2 , and the like, but are not limited thereto. If they can be used as oxide particles of lithium-alloyable metals in the related art Everything is possible.

상기 금속실리사이드 입자는 CaSi2, Mg2Si, Cu3Si, NiSi 및 FeSi 로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 입자일 수 있으나, 반드시 이들로 한정되지 않으며, 일 수 있다. 금속실리사이드 입자는 나노입자 또는 마이크로입자일 수 있다. 금속실리사이드 나노입자의 입경은 10nm 내지 500nm 일 수 있다. 금속실리사이드 마이크로입자의 입경은 1㎛ 내지 100㎛일 수 있다.The metal silicide particles may be at least one particle selected from the group consisting of CaSi 2 , Mg 2 Si, Cu 3 Si, NiSi, and FeSi, but is not limited thereto. The metal silicide particles may be nanoparticles or microparticles. The particle size of the metal silicide nanoparticles may be 10 nm to 500 nm. The particle diameter of the metal silicide microparticles may be 1 탆 to 100 탆.

상기 밀링 단계에서 탄소계 재료가 추가적으로 포함될 수 있다. 상기 탄소계 재료는 특별히 한정되지 않으며 탄소섬유, 탄소나노튜브, 흑연, 비정질 탄소 등이 사용될 수 있다.In the milling step, a carbon-based material may be further included. The carbon-based material is not particularly limited, and carbon fiber, carbon nanotube, graphite, amorphous carbon and the like can be used.

또한, 상기 밀링 단계 후에 탄소계 재료의 전구체를 혼합한 후 불활성 분위기에서 소성하는 단계를 추가적으로 포함할 수 있다. 상기 소성 단계에서 탄소계 전구체가 탄화되어 탄소계 재료를 포함하는 코팅층을 추가적으로 형성할 수 있다.
Further, it may further include a step of mixing the precursor of the carbon-based material after the milling step and firing in an inert atmosphere. In the firing step, the carbon-based precursor may be carbonized to form a coating layer containing a carbon-based material.

이하의 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명이 더욱 상세하게 설명된다. 단, 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로서 이들만으로 본 발명의 범위가 한정되는 것이 아니다.The present invention will be described in more detail by way of the following examples and comparative examples. However, the examples are for illustrating the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereto.

(음극의 제조)(Preparation of negative electrode)

실시예 1Example 1

입경 약 50nm의 실리콘 나노입자(Aldrich) 6g과 입경 약 40 ㎛ 의 CaSi2 마이크로입자 (~325mesh, Aldrich) 3.3g을 Ar으로 충진된 고에너지 기계식 밀링기(SPEX CertiPrep, 8000M)로 5시간 동안 밀링하여 Si/CaSi2 복합체를 제조하였다.6 g of silicon nanoparticles (Aldrich) having a particle diameter of about 50 nm and 3.3 g of CaSi 2 microparticles (~ 325 mesh, Aldrich) having a particle diameter of about 40 μm were milled for 5 hours with a high energy mechanical milling machine (SPEX CertiPrep, 8000M) Si / CaSi 2 composites were prepared.

실시예 2Example 2

입경 약 20㎛의 실리콘 마이크로입자(~325mesh, Aldrich) 24.2g과 입경 40 ㎛ 의 CaSi2 마이크로입자 (~325mesh, Aldrich) 13.2g을 Ar으로 충진된 planetray mill로 7시간 동안 밀링하여 Si/CaSi2 복합체를 제조하였다.Milled for 7 hours to a particle size of about 20㎛ silicon microparticles (~ 325mesh, Aldrich) CaSi 2 24.2g of the microparticles with diameter 40 ㎛ (~ 325mesh, Aldrich) 13.2g of a the planetray mill filled with Ar Si / CaSi 2 Complex.

실시예 3Example 3

실리콘모노옥사이드(SiO) (~325mesh, Aldrich) 입자를 Bead mill 장비(Kotobuki사, 모델명: UAM05)를 이용하여 2-butanol 용매하에서 135분 milling한 후, 용매를 진공 건조하여 입경 약 300nm의 SiO 입자를 제조하였다.Silicon monoxide (SiO) (~ 325 mesh, Aldrich) particles were milled for 135 minutes in a 2-butanol solvent using Bead mill equipment (Kotobuki, model name: UAM05), and the solvent was vacuum dried to obtain SiO 2 particles .

상기 SiO 입자 4.52g과 입경 40 ㎛ 의 CaSi2 마이크로입자 (~325mesh, Aldrich) 2.44g을 Ar으로 고에너지 기계식 밀링기(SPEX CertiPrep, 8000M)로 5시간 동안 밀링하여 SiO/CaSi2 복합체를 제조하였다.4.52 g of the SiO 2 particles and 2.44 g of CaSi 2 microparticles (~ 325 mesh, Aldrich) having a particle diameter of 40 μm were milled for 5 hours with a high energy mechanical milling machine (SPEX CertiPrep, 8000M) as Ar to prepare a SiO 2 / CaSi 2 composite.

실시예 4Example 4

입경 약 50nm의 실리콘 나노입자(Aldrich) 1.6g과 입경 약 10 ㎛의 Lithium Titanium Oxide(LTO) (Ishihara社)입자 0.4g를 Ar으로 충진된 고에너지 기계식 밀링기(SPEX CertiPrep, 8000M)로 5시간 동안 밀링한 뒤에 850ㅀC 질소분위기하에서 열처리하여 Si/LTO 복합체를 제조하였다.1.6 g of silicon nanoparticles (Aldrich) having a particle diameter of about 50 nm and 0.4 g of Lithium Titanium Oxide (LTO) (Ishihara) particles having a particle diameter of about 10 탆 were sprayed for 5 hours with a high energy mechanical milling machine (SPEX CertiPrep, 8000M) After milling, Si / LTO composites were prepared by annealing under 850 ㅀ C nitrogen atmosphere.

상기 Si/LTO 복합체 4.52g과 입경 약 40 ㎛ 의 CaSi2 마이크로입자 (~325mesh, Aldrich) 1.22g을 Ar으로 충진된 고에너지 기계식 밀링기(SPEX CertiPrep, 8000M)로 5시간 동안 밀링하여 Si/LTO/CaSi2 복합체를 제조하였다4.52 g of the Si / LTO composite and 1.22 g of CaSi 2 microparticles (~ 325 mesh, Aldrich) having a particle diameter of about 40 μm were milled for 5 hours in a high energy mechanical milling machine (SPEX CertiPrep, 8000M) CaSi 2 complex was prepared

비교예 1Comparative Example 1

입경 약 20㎛의 실리콘 마이크로입자(~325mesh, Aldrich) 5g을 Ar으로 충진된 고에너지 기계식 밀링기(SPEX CertiPrep, 8000M)로 5시간 동안 밀링하여 Si 음극활물질을 제조하였다.5 g of silicon microparticles (~ 325 mesh, Aldrich) having a particle diameter of about 20 탆 were milled for 5 hours with a high energy mechanical milling machine (SPEX CertiPrep, 8000 M) filled with Ar to prepare a Si negative electrode active material.

비교예 2Comparative Example 2

실리콘모노옥사이드(SiO) (~325mesh, Aldrich) 입자를 Bead mill 장비(Kotobuki사, 모델명: UAM05)를 이용하여 2-butanol 용매하에서 135분 milling한 후, 용매를 진공 건조하여 입경 약 300nm의 SiO 입자를 제조하였다.
Silicon monoxide (SiO) (~ 325 mesh, Aldrich) particles were milled for 135 minutes in a 2-butanol solvent using Bead mill equipment (Kotobuki, model name: UAM05), and the solvent was vacuum dried to obtain SiO 2 particles .

(음극 및 리튬전지의 제조)(Preparation of negative electrode and lithium battery)

실시예 5Example 5

실시예 1에서 합성된 복합음극활물질 분말 0.057g, 흑연(ICG10H) 0.276g을 유발에서 혼합한 후, 여기에 폴리아미드-이미드(PAI: Polyamide-imide, Torlon) 바인더의 6.5중량% N-메틸피롤리돈 용액 0.369g을 투입하고 다시 혼합하여 음극활물질 슬러리를 제조하였다.0.057 g of the composite anode active material powder synthesized in Example 1 and 0.276 g of graphite (ICG10H) were mixed in a mortar and then mixed with 6.5 wt% N-methyl (meth) acrylate of a polyamide-imide 0.369 g of pyrrolidone solution was added and mixed again to prepare a negative electrode active material slurry.

15㎛ 두께의 Cu 호일 위에 상기 음극활물질 슬러리를 코팅한 후 80℃ 오븐에서 1시간 건조시킨 다음 압연한 후, 200℃의 진공오븐에서 2시간 건조한 음극 극판을 제조한 후, 코인셀(CR2032 type)을 제조하였다.The anode active material slurry was coated on a Cu foil having a thickness of 15 탆, dried in an oven at 80 캜 for 1 hour, rolled, dried in a vacuum oven at 200 캜 for 2 hours, .

셀 제조시 대극(counter electrode)로는 금속 리튬을 사용하였으며, 격리막으로 폴리에틸렌 세퍼레이터(Tonnen사)를 사용하고, 전해질로는 EC(에틸렌카보네이트):DEC(디에틸렌카보네이트):FEC(플루오로에틸렌카보네이트)(5/70/25 부피비) 혼합 용매에 1.5 M LiPF6이 용해된 것을 사용하였다.(Ethylene carbonate): DEC (diethylene carbonate): FEC (fluoroethylene carbonate) was used as a separator, while a polyethylene separator (Tonnen Co., Ltd.) was used as a separator. (5/70/25 by volume ratio) mixed solvent and 1.5 M LiPF 6 dissolved therein.

실시예 6Example 6

상기 실시예 2에서 제조된 복합음극활물질을 사용한 것을 제외하고는 실시예 5와 동일한 방법으로 코인셀을 제조하였다.A coin cell was prepared in the same manner as in Example 5, except that the composite negative electrode active material prepared in Example 2 was used.

비교예 3Comparative Example 3

비교예 1에서 제조된 Si 분말 0.032g, 흑연(ICG10H) 0.152g을 유발에서 혼합한 후, 여기에 폴리아미드-이미드(PAI: Polyamide-imide, Torlon) 바인더의 6.5중량% N-메틸피롤리돈 용액 0.246g을 투입하고 다시 혼합하여 음극활물질 슬러리를 제조하는 것을 제외하고는 실시예 5와 동일한 방법으로 코인셀을 제조하였다.0.032 g of the Si powder prepared in Comparative Example 1 and 0.152 g of graphite (ICG10H) were mixed in a mortar. Then, 6.5 wt% of N-methylpyrrole (PAI) of a polyamide- A coin cell was prepared in the same manner as in Example 5, except that 0.246 g of a Don solution was added and mixed again to prepare a negative electrode active material slurry.

실시예 7Example 7

상기 실시예 3에서 제조된 복합음극활물질 분말 0.07g, 흑연(ICG10H) 0.114g을 유발에서 혼합한 후, 여기에 폴리아미드-이미드(PAI: Polyamide-imide, Torlon) 바인더의 6.5중량% N-메틸피롤리돈 용액 0.246g을 투입하고 다시 혼합하여 음극활물질 슬러리를 제조하는 것을 제외하고는 실시예 5와 동일한 방법으로 코인셀을 제조하였다.0.07 g of the composite anode active material powder prepared in Example 3 and 0.114 g of graphite (ICG10H) were mixed in a mortar. Then, 6.5 wt% of a mixture of 6.5 wt% of a polyamide-imide (Torlon) And 0.246 g of methyl pyrrolidone solution were added and mixed again to prepare a negative electrode active material slurry.

실시예 8Example 8

상기 실시예 4에서 제조된 복합음극활물질 분말 0.051g, 흑연(ICG10H) 0.134g을 유발에서 혼합한 후, 여기에 폴리아미드-이미드(PAI: Polyamide-imide, Torlon) 바인더의 6.5중량% N-메틸피롤리돈 용액 0.246g을 투입하고 다시 혼합하여 음극활물질 슬러리를 제조하는 것을 제외하고는 실시예 5와 동일한 방법으로 코인셀을 제조하였다.0.051 g of the composite anode active material powder prepared in Example 4 and 0.134 g of graphite (ICG10H) were mixed in a mortar and then mixed with 6.5 wt% of a polyamide-imide (Toridon) And 0.246 g of methyl pyrrolidone solution were added and mixed again to prepare a negative electrode active material slurry.

비교예 4Comparative Example 4

실시예 3에서 제조된 SiO 분말 0.07g, 흑연(ICG10H) 0.114g을 유발에서 혼합한 후, 여기에 폴리아미드-이미드(PAI: Polyamide-imide, Torlon) 바인더의 6.5중량% N-메틸피롤리돈 용액 0.246g을 투입하고 다시 혼합하여 음극활물질 슬러리를 제조하는 것을 제외하고는 실시예 5와 동일한 방법으로 코인셀을 제조하였다.
0.07 g of the SiO powder prepared in Example 3 and 0.114 g of graphite (ICG10H) were mixed in a mortar, and then 6.5 wt% of N-methylpyrrole (PAI) of a polyamide-imide A coin cell was prepared in the same manner as in Example 5, except that 0.246 g of a Don solution was added and mixed again to prepare a negative electrode active material slurry.

평가예 1: SEM, TEM, EDX, 및 XRD 측정Evaluation Example 1: Measurement of SEM, TEM, EDX, and XRD

실시예 1에서 제조된 복합음극활물질의 단면 SEM 이미지를 도 2에 나타내었다. Si 입자 주위로 CaSi2가 고르게 분포되어있는 것을 볼 수 있다.A cross-sectional SEM image of the composite negative electrode active material prepared in Example 1 is shown in FIG. It can be seen that CaSi 2 is uniformly distributed around the Si particles.

실시예 2에서 제조된 복합음극활물질의 TEM 이미지를 도 3a에 나타내었고, 상기 복합체에서 코팅층 영역(1) 및 코어 영역(2)에 대한 EDX 스펙트럼을 3b 내지 3c에 나타내었다.A TEM image of the composite anode active material prepared in Example 2 is shown in FIG. 3A, and EDX spectra for the coating layer region 1 and the core region 2 in the composite are shown in 3b to 3c.

도 3a에 보여진 바와 같이 코어 및 코팅층이 형성된 복합체 구성을 보여주며, 도 3b에 보여지는 바와 같이 코팅층 영역을 Ca 원자를 포함하고 있으며, 도 3c에 보여지는 코어 영역은 Ca 원자를 실질적으로 포함하지 않으므로, Si 코어 상에 CaSi2 코팅층이 형성되었음을 확인하였다.3B shows a composite structure in which a core and a coating layer are formed as shown in FIG. 3A. As shown in FIG. 3B, the coating layer region includes Ca atoms, and the core region shown in FIG. 3C does not substantially contain Ca atoms , It was confirmed that a CaSi 2 coating layer was formed on the Si core.

도 4a는 실시예들에서 사용한 CaSi2 입자의 XRD(X-diffraction) 스펙트럼이고, 실시예 1 및 2에서 제조된 복합음극활물질의 XRD 스펙트럼을 도 4b 및 4c 에 나타내었다. 도 4b 및 4c에 보여지는 바와 같이 CaSi2 입자와 관련된 피크는 거의 나타나지 않고, Si 피크의 강도가 매우 낮으므로 복합음극활물질의 코어 및 코팅층이 대부분 비정질화되었으며, 부분적으로 결정성을 가짐을 알 수 있다.FIG. 4A is an X-ray diffraction (XRD) spectrum of CaSi 2 particles used in Examples, and XRD spectra of composite anode active materials prepared in Examples 1 and 2 are shown in FIGS. 4B and 4C. As shown in FIGS. 4B and 4C, almost no peak related to the CaSi 2 particles is observed, and the core and coating layers of the composite anode active material are mostly amorphized and have partial crystallinity because the Si peak intensity is very low. have.

실시예 1의 실리콘 나노입자를 사용하여 제조된 복합음극활물질에 대한 XRD 스펙트럼인 도 4b는 실리콘 마이크로입자를 사용하여 제조된 복합음극활물질에 대한 XRD 스펙트럼인 도 4c에 비하여 피크가 상대적으로 넓게(broad) 나타나므로, 비정질화가 더욱 많이 진행되었음을 알 수 있다. 즉, 실시예 2의 복합음극활물질이 실시예 1의 복합음극활물질에 비하여 결정성을 가지는 영역을 더 많이 포함하고 있음을 보여준다.4B, which is an XRD spectrum of the composite anode active material prepared using the silicon nanoparticles of Example 1, shows that the peak is broader than the XRD spectrum of the composite anode active material prepared using silicon microparticles, ), It can be seen that the amorphization has proceeded much more. That is, it is shown that the composite negative electrode active material of Example 2 contains more regions having crystallinity than the composite negative active material of Example 1.

상기 금속의 비정질화는 밀링에 의하여 이루어지므로 실리콘입자의 중심부는 결정성 영역이고 표면 부분은 비정질 영역에 해당한다.
Since the amorphization of the metal is performed by milling, the center portion of the silicon particle corresponds to the crystalline region and the surface portion corresponds to the amorphous region.

평가예 2: 충방전 특성 평가Evaluation Example 2: Evaluation of charge / discharge characteristics

상기 실시예 5 내지 8 및 비교예 3 내지 4에서 제조된 상기 코인셀을 25℃에서 0.1C rate의 전류로 전압이 0.01V(vs. Li)에 이를 때까지 정전류 충전하고, 0.01V를 유지하면서 전류가 0.01C가 될 때까지 정전압 충전하였다. 충전이 완료된 코인셀을 10분간 휴지시킨 후, 방전시에 전압이 1.5V(vs. Li)에 이를 때까지 0.1C의 정전류로 방전하였다.The coin cells prepared in Examples 5 to 8 and Comparative Examples 3 to 4 were subjected to constant current charging at a current of 0.1 C rate at 25 DEG C until the voltage reached 0.01 V (vs. Li), and while maintaining 0.01 V And the cells were subjected to constant-voltage charging until the current reached 0.01C. After the charged coin cell was stopped for 10 minutes, it was discharged at a constant current of 0.1 C until the voltage reached 1.5 V (vs. Li) at the time of discharging.

이어서, 0.2C rate의 전류로 전압이 0.01V(vs. Li)에 이를 때까지 정전류 충전하고, 0.01V를 유지하면서 전류가 0.01C가 될 때까지 정전압 충전하였다. 충전이 완료된 코인셀을 10분간 휴지시킨 후, 방전시에 전압이 1.5V(vs. Li)에 이를 때까지 0.2C의 정전류로 방전하였다(화성 단계).Then, the battery was charged at a constant current of 0.2 C at a constant current until the voltage reached 0.01 V (vs. Li), and charged at a constant voltage until the current became 0.01 C while maintaining the voltage at 0.01 V. After the charged coin cell was stopped for 10 minutes, the battery was discharged at a constant current of 0.2 C until the voltage reached 1.5 V (vs. Li) at the time of discharging (Mars phase).

상기 화성단계를 거친 코인셀을 25℃에서 1.0C rate의 전류로 전압이 0.01V(vs. Li)에 이를 때까지 정전류 충전하고, 0.01V를 유지하면서 전류가 0.01C가 될 때까지 정전압 충전하였다. 충전이 완료된 코인셀을 10분간 휴지시킨 후, 방전시에 전압이 1.5V(vs. Li)에 이를 때까지 1.0C의 정전류로 방전하는 사이클을 30 회 반복하였다. 상기 충방전 실험 결과의 일부를 하기 표 1에 나타내었다.The coin cell having undergone the above conversion step was subjected to constant current charging at a current of 1.0 C rate at 25 DEG C until the voltage reached 0.01 V (vs. Li), and the battery was charged at a constant voltage until the current became 0.01 C while maintaining the voltage at 0.01 V . After the charged coin cell was stopped for 10 minutes, a cycle of discharging at a constant current of 1.0 C was repeated 30 times until the voltage reached 1.5 V (vs. Li) at the time of discharging. Part of the charge-discharge test results are shown in Table 1 below.

초기효율, 용량유지율은 하기 수학식 1 내지 2로부터 각각 계산되었다.The initial efficiency and the capacity retention rate were calculated from the following equations (1) and (2), respectively.

<수학식 1>&Quot; (1) &quot;

초기효율 [%] = [1st 사이클에서의 방전용량 / 1st 사이클에서의 충전용량] × 100The initial efficiency (%) = [discharge capacity / charge capacity at 1 st cycle at 1 st cycle] × 100

<수학식 2>&Quot; (2) &quot;

용량유지율[%] = [33rd 사이클의 방전용량 / 3rd 사이클의 방전용량] × 100Capacity retention rate [%] = [Discharge capacity of 33 rd cycle / Discharge capacity of 3 rd cycle] × 100

초기효율
[%]
Initial efficiency
[%]
용량유지율
[%]
Capacity retention rate
[%]
비교예 3Comparative Example 3 8585 8888 실시예 5Example 5 8282 9494 실시예 6Example 6 8484 9393 비교예 4Comparative Example 4 6363 9595 실시예 7Example 7 7474 9999 실시예 8Example 8 7979 9898

표 1에서 보여지는 바와 같이 금속실리사이드를 포함하는 실시예 5 내지 6의 코인셀은 비교예 3에 비하여 용량유지율이 증가하였다.As shown in Table 1, the coin cells of Examples 5 to 6 including the metal silicide showed an increase in the capacity retention ratio as compared with Comparative Example 3.

또한, 금속산화물을 포함하는 비교예 4, 실시예 7 및 8에서, 금속실리사이드를 포함하는 실시예 7 내지 8은 비교예 4에 비하여 초기효율 및 용량유지율이 모두 향상되었다.
Further, in Comparative Examples 4, 7 and 8 including the metal oxide, the initial efficiency and the capacity retention rate of Examples 7 to 8 including the metal silicide were improved as compared with Comparative Example 4.

평가예 3: 출력특성 평가Evaluation Example 3: Evaluation of output characteristics

비교예 4 및 실시예 7 내지 8에서 제조한 코인셀에 대하여, 평가예 2에서와 같이 화성단계를 거친 후, 코인셀을 25℃에서 0.5C rate의 전류로 전압이 0.01V(vs. Li)에 이를 때까지 정전류 충전하고, 0.01V를 유지하면서 전류가 0.05C가 될 때까지 정전압 충전하였다. 충전이 완료된 코인셀을 10분간 휴지시킨 후, 방전시에 전압이 1.5V(vs. Li)에 이를 때까지 1.0C 및 3C의 정전류로 방전하는 사이클을 실시하여 실험 결과의 일부를 하기 표 2에 나타내었다. 출력특성은 하기 수학식 3으로부터 계산되었다.The coin cells prepared in Comparative Example 4 and Examples 7 to 8 were subjected to a chemical conversion step as in Evaluation Example 2 and the coin cells were subjected to a voltage of 0.01 V (vs. Li) at a current of 0.5 C rate at 25 캜, And the battery was charged at a constant voltage until the current became 0.05 C while maintaining the voltage at 0.01 V. [ After the charged coin cell was stopped for 10 minutes, a cycle of discharging at a constant current of 1.0 C and 3 C was performed until the voltage reached 1.5 V (vs. Li) at the time of discharging. Respectively. The output characteristic was calculated from the following equation (3).

<수학식 3>&Quot; (3) &quot;

출력특성[%]= [3C rate에서의 방전용량 / 0.2C rate에서의 방전용량] × 100Output characteristic [%] = [Discharge capacity at 3C rate / Discharge capacity at 0.2C rate] × 100

출력특성 [%]Output characteristics [%] 비교예 4Comparative Example 4 7575 실시예 7Example 7 8787 실시예 8Example 8 9292

상기 표 2에 보여지는 바와 같이, 실시예 7 내지 8의 코인셀은 비교예 4의 리튬전지에 비하여 출력특성이 향상되었다.As shown in Table 2, the output characteristics of the coin cells of Examples 7 to 8 were improved compared to the lithium battery of Comparative Example 4.

Claims (19)

리튬과 합금가능한 금속을 포함하는 기재; 및
상기 기재 표면상 또는 주위의 적어도 일부에 형성된 코팅층 또는 계면층을 포함하며,
상기 코팅층 또는 계면층이 금속실리사이드(metal silicide) 화합물을 포함하며,
상기 리튬과 합금가능한 금속을 포함하는 기재가,
결정성 금속을 포함하는 제 1 코어; 및
상기 제 1 코어 상에 형성된 비정질 금속을 포함하는 제 2 코어를 포함하며,
상기 제2 코어가 제1 코어를 피복하는 복합음극활물질.
A substrate comprising lithium and an alloyable metal; And
A coating layer or an interfacial layer formed on at least a part of the surface or the periphery of the substrate,
Wherein the coating or interfacial layer comprises a metal silicide compound,
Wherein the substrate comprising the metal capable of alloying with lithium,
A first core comprising a crystalline metal; And
And a second core comprising an amorphous metal formed on the first core,
And the second core covers the first core.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 제 1 항에서 상기 리튬과 합금가능한 금속이 원소주기율표 14족 원소인 복합음극활물질.The composite negative electrode active material according to claim 1, wherein the metal capable of alloying with lithium is an element belonging to Group 14 of the Periodic Table of Elements. 제 1 항에 있어서, 상기 리튬과 합금가능한 금속이 Si인 복합음극활물질.The composite negative electrode active material according to claim 1, wherein the lithium-alloyable metal is Si. 삭제delete 삭제delete 제 1 항에 있어서, 상기 리튬과 합금가능한 금속이 리튬금속산화물에 의하여 피복되거나 복합화된 복합음극활물질.The composite negative electrode active material according to claim 1, wherein the lithium-alloyable metal is coated or compounded with a lithium metal oxide. 제 9 항에 있어서, 상기 리튬금속산화물이 하기 화학식 2로 표시되는 복합음극활물질:
<화학식 2>
LixMyO
상기 식에서, 0.5≤x/y≤2이며, M은Al, Si, Ti, Ge 및 Zr로 이루어진 군으로부터 선택된 원소이다.
The composite negative electrode active material according to claim 9, wherein the lithium metal oxide is represented by the following formula (2)
(2)
Li x M y O
Where 0.5? X / y? 2, and M is an element selected from the group consisting of Al, Si, Ti, Ge and Zr.
제 1 항에 있어서, 상기 금속실리사이드가 하기 화학식 3으로 표시되는 복합음극활물질:
<화학식 3>
MaSib
상기 식에서, 1≤a≤4, 1≤b≤3이며, M은 1족 내지 2족 금속원소이거나 3 내지 12족 전이금속이다.
The composite negative electrode active material according to claim 1, wherein the metal silicide is represented by the following formula (3)
(3)
M a Si b
In the above formula, 1? A? 4, 1? B? 3, and M is a Group 1 to Group 2 metal element or a Group 3 to Group 12 transition metal.
제 1 항에 있어서, 상기 금속실리사이드의 금속이 리튬을 제외한 알칼리금속인 복합음극활물질.The composite negative electrode active material according to claim 1, wherein the metal of the metal silicide is an alkali metal other than lithium. 제 1 항에 있어서, 상기 금속실리사이드가 CaSi2, Mg2Si, Cu3Si, NiSi 및 FeSi로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상인 복합음극활물질.The composite anode active material according to claim 1, wherein the metal silicide is at least one selected from the group consisting of CaSi 2 , Mg 2 Si, Cu 3 Si, NiSi, and FeSi. 제 1 항에 있어서, 상기 금속실리사이드가 비정질 또는 저결정성인 복합음극활물질.The composite anode active material according to claim 1, wherein the metal silicide is amorphous or low crystalline. 제 1 항에 있어서, 상기 금속실리사이드의 함량이 활물질 총 중량을 기준으로 50중량% 이하인 복합음극활물질.The composite anode active material according to claim 1, wherein the content of the metal silicide is 50 wt% or less based on the total weight of the active material. 제 1 항에 있어서, 상기 복합음극활물질이 탄소계 재료를 추가적으로 포함하는 복합음극활물질.The composite negative electrode active material according to claim 1, wherein the composite negative electrode active material further comprises a carbon-based material. 제 1 항, 제 5 항 내지 제 6 항 및 제 9 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 따른 복합음극활물질을 포함하는 음극.A negative electrode comprising the composite negative electrode active material according to any one of claims 1, 5, 6, and 9 to 16. 제 17 항에 따른 음극을 포함하는 리튬전지.18. A lithium battery comprising a negative electrode according to claim 17. 제 1 항, 제 5 항 내지 제 6 항 및 제 9 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 따른 복합음극활물질의 제조방법으로서,
리튬과 합금가능한 금속을 포함하는 입자 및 금속실리사이드 입자를 밀링하는 단계를 포함하는 복합음극활물질 제조방법.
17. A method of manufacturing a composite negative electrode active material according to any one of claims 1, 5, 6, and 9 to 16,
And milling the metal silicide particles and particles comprising lithium-alloyable metal.
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