KR20110130187A - Active material for anode, method for manufacturing the same, and secondary battery and super capacitor including the same - Google Patents

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KR20110130187A
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이두희
이경민
윤중락
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Abstract

PURPOSE: A negative electrode active material is provided to manufacture a lithium secondary battery and super capacitor having superior stability and charging/discharging stability of high rate. CONSTITUTION: A negative electrode active material includes lithium titanate aggregates. The lithium titanate aggregate comprises a plurality of lithium titanate particles(110) and a carbon layer(120) surrounding the lithium titanate particles. A manufacturing method of the negative electrode active material comprises: a step forming lithium titanate intermediate phase by reacting a lithium precursor and a titanium precursor; a step adding a carbon precursor which includes carbon compound to the lithium titanate intermediate phase; and a step forming lithium titanate by heat-treating the lithium titanate intermediate phase including the carbon precursor.

Description

음극활물질 및 그 제조방법과 그 음극활물질을 포함하는 2차 전지 및 슈퍼 커패시터{Active material for Anode, Method for manufacturing the same, And Secondary Battery and Super Capacitor including the Same}Active material for Anode, Method for manufacturing the same, And Secondary Battery and Super Capacitor including the Same}

실시예는 음극활물질 및 그 제조방법과 그 음극활물질을 포함하는 2차 전지 및 슈퍼 커패시터에 관한 것이다.Embodiments relate to a negative electrode active material, a method of manufacturing the same, and a secondary battery and a super capacitor including the negative electrode active material.

최근 노트북, 휴대폰과 같은 휴대용 전자기기의 보편화 및 전기자동차, 스마트 그리드 등의 대용량 에너지 저장장치의 필요성에 따라 에너지 소자영역에서 리튬이온 2차 전지(LIB: Lithium Ion Secondary Battery) 및 슈퍼 커패시터(super capcitor)에 대한 관심이 높아지고 있다.Recently, in the field of energy devices, Lithium Ion Secondary Batteries (LIBs) and super capacitors (super capcitors) are used in the field of energy devices according to the generalization of portable electronic devices such as laptops and mobile phones and the necessity of large-capacity energy storage devices such as electric vehicles and smart grids. ) Is growing in interest.

리튬이온 2차 전지는 고출력 밀도(W/Kg)와 고에너지 밀도(Wh/Kg)를 요구하는 분야가 많아짐에 따라 용량특성(mAh/g), 충방전 속도특성, 전기화학적 안정성을 만족시키기 위한 연구가 활발히 진행 중이다. 리튬이온 2차 전지는 양극재료, 음극재료, 분리막, 전해액 등으로 구성되며, 리튬이온이 삽입/탈리(intercalation/ deintercalation)되는 과정을 통해 충방전이 일어난다.As Li-ion secondary batteries have increased the demand for high power density (W / Kg) and high energy density (Wh / Kg), the capacity characteristics (mAh / g), charge / discharge rate characteristics, and electrochemical stability The research is active. The lithium ion secondary battery is composed of a positive electrode material, a negative electrode material, a separator, an electrolyte, and the like, and charge and discharge occur through a process in which lithium ions are intercalated / deintercalated.

또한, 슈퍼 커패시터는 전력밀도가 높고 크기가 작고 가벼우며, 안전하고 사이클 수명이 길어 반영구적으로 사용할 수 있는 데다 친환경적인 특성으로 인해 신재생에너지원의 동특성 보상 및 배터리의 동작시간이나 수명연장을 목적으로 널리 사용되고 있고, 현재는 주로 전자기기의 메모리 백업용 전원으로 사용되고 있지만 중, 대용량 제품이 속속 개발됨에 따라 향후 운송, 우주항공, 대체에너지 등의 차세대 에너지 저장장치로서 무한한 시장 잠재력이 있다.In addition, the super capacitor has high power density, small size, light weight, safe and long cycle life, and can be used semi-permanently.The eco-friendly nature of the super capacitor is for the purpose of compensating the dynamic characteristics of renewable energy sources and extending the operating time or life of the battery. It is widely used and is currently used mainly as a power supply for memory backup of electronic devices, but as medium and large-capacity products are developed one after another, there is infinite market potential as next-generation energy storage devices such as transportation, aerospace, and alternative energy.

한편, 슈퍼 커패시터에서 전극 구성 물질이 에너지밀도를 결정하기 때문에 제품의 용량과 출력을 높이기 위해서는 전극재료 기술 향상이 핵심요건이다.On the other hand, since the electrode constituent material determines the energy density in the super capacitor, the improvement of the electrode material technology is a key requirement to increase the capacity and output of the product.

또한, 전지성능에 있어서 음극재료의 역할이 큰 비중을 차지하고 있으며, 음극재료는 가역적인 리튬 이온의 삽입,탈리가 가능한 구조이어야 하고, 부피당, 무게당 에너지 밀도가 높아야 하고, 뛰어난 사이클 안정성이 보장돼야하고, 고속 충방전에 견딜 수 있어야 하며, 안정성이 보장되고 전해질과의 반응성이 낮아야 하는 등의 요건을 만족해야한다.In addition, the negative electrode material plays a large role in battery performance, and the negative electrode material must be capable of reversible insertion and removal of lithium ions, high energy density per volume and weight, and excellent cycle stability must be ensured. It must be able to withstand high-speed charging and discharging, and satisfies requirements such as stability and low reactivity with an electrolyte.

2차 전지 또는 슈퍼 커패시터의 음극재료는 흑연계(Graphite) 물질이 가장 많이 사용되고 있으나 결정성이 잘 발달하여도 이론적으로 6개의 탄소원자당 최대 1개의 리튬이온만을 저장(LiC6)할 수 있기 때문에 약 372 mAh/g이라는 제한된 용량의 한계가 있다.Graphite materials are the most commonly used as anode materials for secondary batteries or supercapacitors. However, even though crystallinity is well developed, they can theoretically store up to one lithium ion per six carbon atoms (LiC 6 ). There is a limited capacity limit of 372 mAh / g.

한편, 실리콘(Si), 주석(Sn) 등과 같은 합금계 음극 활물질은 기존 흑연계에 비하여 Sn은 약 990 mAh/g, Si은 약 4200 mAh/g의 높은 이론용량을 가진다. 합금계 음극 활물질은 흑연계의 삽입탈리반응과는 다르게 리튬이온 충전 시 합금상을 형성하고 방전 시 원래의 단원소 물질로 돌아가는 합급비합금반응으로 리튬이온의 이동이 일어난다.Meanwhile, alloy-based negative electrode active materials such as silicon (Si) and tin (Sn) have a higher theoretical capacity of about 990 mAh / g Sn and about 4200 mAh / g Si than that of conventional graphite. Unlike the graphite-based intercalation reaction of the alloy-based negative electrode active material, lithium ions are transferred by a alloy non-alloy reaction in which an alloy phase is formed during lithium ion charging and returns to the original unsubstituted material during discharge.

그런데, 합금계 음극 활물질은 합급비합금반응 과정에서 복잡한 결정구조를 변화를 수반하며, 실리콘의 경우 약 4배의 부피팽창이 일어나고, 충방전 사이클을 반복함에 따라 실리콘 입자의 파괴가 일어나며, 실리콘과 리튬의 결합에 의해 실리콘이 가지고 있던 리튬 결합사이트가 손상되어 사이클 특성이 급격하게 감소하는 단점이 있다.However, the alloy-based negative electrode active material is accompanied by a complex crystal structure change in the alloying alloying process, about 4 times the volume expansion of silicon, and the destruction of silicon particles as the charge and discharge cycles repeat, Due to the bonding of lithium, the lithium bonding site of silicon is damaged and the cycle characteristics are drastically reduced.

이러한 흑연계 음극 활물질, 합금계 음극 활물질의 단점을 보완하기 위해 대체 음극 활물질로써 구조적으로 안정한 스피넬(Spinel) 구조의 리튬티타늄 산화물(LTO:lithium-titanium oxide)에 대한 연구가 진행되고 있다.In order to make up for the disadvantages of the graphite-based negative electrode active material and the alloy-based negative electrode active material, research on lithium-titanium oxide (LTO) having a spinel structure that is structurally stable as an alternative negative electrode active material is being conducted.

리튬 티타네이트(LTO)의 경우, 충방전시 부피팽창이 거의 일어나지 않는 “Zero-Strain” 특성으로 높은 사이클 특성의 장점이 있기 때문에 최근 고출력, 장수명 음극재료로 2차 전지뿐만 아니라 하이브리드 초고용량의 슈퍼 커패시터의 전극재료로 주목받고 있다.Lithium titanate (LTO) has the advantage of high cycle characteristics due to the “Zero-Strain” characteristic, which hardly causes volume expansion during charging and discharging. It is attracting attention as an electrode material of a capacitor.

그러나, 리튬 티타네이트는 이론적인 용량이 약 175mAh/g로 낮은 한계가 있으며, 산화물인 유전체의 특성상 전자전도성이 낮아 고속 충방전에 어려움이 있다.However, lithium titanate has a low theoretical capacity of about 175 mAh / g, and has a low electronic conductivity due to the characteristics of the dielectric, which is an oxide, and thus has difficulty in fast charging and discharging.

실시예는 사이클 특성이 우수하면서 고속 충방전이 가능하고 향상된 전도성을 가지는 음극활물질 및 그 제조방법과 그 음극활물질을 포함하는 2차 전지 및 슈퍼 커패시터를 제공하고자 한다.Embodiments provide an anode active material having excellent cycle characteristics, capable of high-speed charging and discharging, and having improved conductivity, a method of manufacturing the same, and a secondary battery and a super capacitor including the anode active material.

실시예에 따른 음극 활물질은 다수 개의 리튬 티타네이트 응집체들을 포함하며, 상기 리튬 티타네이트 응집체들은 다수 개의 리튬 티타네이트 입자들; 및 상기 리튬 티타네이트 입자들을 둘러싸는 탄소막;을 포함한다.An anode active material according to an embodiment includes a plurality of lithium titanate aggregates, the lithium titanate aggregates comprising a plurality of lithium titanate particles; And a carbon film surrounding the lithium titanate particles.

또한, 실시예에 따른 음극 활물질은 리튬 티타네이트 입자; 및 상기 리튬 티타네이트 입자를 둘러싸는 탄소막;을 포함할 수 있다.In addition, the negative electrode active material according to the embodiment is lithium titanate particles; And a carbon film surrounding the lithium titanate particles.

또한, 실시예에 따른 음극 활물질의 제조방법은 리튬 전구체 및 티타늄 전구체를 반응시켜서 리튬 티타네이트 중간상을 형성하는 단계; 상기 리튬 티타네이트 중간상에 탄소 화합물을 포함하는 탄소 전구체를 첨가하는 단계; 및 상기 탄소 전구체가 첨가된 리튬 티타네이트 중간상을 열처리하여, 리튬 티타네이트를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.In addition, the manufacturing method of the negative electrode active material according to the embodiment comprises the steps of reacting the lithium precursor and the titanium precursor to form a lithium titanate intermediate phase; Adding a carbon precursor comprising a carbon compound on the lithium titanate intermediate phase; And heat treating the lithium titanate intermediate phase to which the carbon precursor is added to form lithium titanate.

또한, 실시예에 따른 음극 활물질의 제조방법은 리튬 전구체 및 티타늄 전구체를 반응시켜서 다수 개의 리튬 티타네이트 중간상 입자들을 포함하는 리튬 티타네이트 중간상 응집체들을 형성하는 단계; 상기 리튬 티타네이트 중간상 응집체들에 탄소 화합물을 포함하는 탄소 전구체를 첨가하는 단계; 및 상기 탄소 전구체가 첨가된 리튬 티타네이트 중간상 응집체들을 열처리하여, 다수 개의 리튬 티타네이트 응집체들을 형성하는 단계를 포함한다.In addition, the manufacturing method of the negative electrode active material according to the embodiment comprises the steps of reacting the lithium precursor and the titanium precursor to form lithium titanate mesophase aggregates comprising a plurality of lithium titanate mesophase particles; Adding a carbon precursor comprising a carbon compound to the lithium titanate mesophase aggregates; And heat treating the lithium titanate mesophase aggregates to which the carbon precursor is added to form a plurality of lithium titanate aggregates.

또한, 실시예에 따른 2차 전지 및 슈퍼 커패시터는 실시예에 따른 음극활물질을 구비하는 음극; 상기 음극과 대향하는 양극; 상기 음극과 양극 사이에 구비된 세퍼레이터를 포함한다.In addition, the secondary battery and the super capacitor according to the embodiment includes a negative electrode having a negative electrode active material according to the embodiment; An anode facing the cathode; It includes a separator provided between the cathode and the anode.

실시예에 따른 음극 활물질은 리튬 티타네이트 입자들을 둘러싸는 탄소막을 포함한다. 탄소막에 의해서, 리튬 티타네이트의 낮은 전도성이 보완되고, 실시예에 따른 음극 활물질은 높은 전도성을 가진다.The negative electrode active material according to the embodiment includes a carbon film surrounding the lithium titanate particles. By the carbon film, the low conductivity of lithium titanate is compensated for, and the negative electrode active material according to the embodiment has high conductivity.

또한, 리튬 티타네이트는 스피넬 구조를 가질 수 있고, 리튬 이온을 흡장 및 탈장할 때, 부피 변화가 거의 없다. 따라서, 실시예에 따른 음극 활물질은 높은 싸이클 특성을 가진다.In addition, lithium titanate may have a spinel structure, and there is little volume change when occluding and desorbing lithium ions. Therefore, the negative electrode active material according to the embodiment has high cycle characteristics.

따라서, 실시예에 따른 음극 활물질은 높은 안정성 및 고속 충방전 특성을 가지는 리튬 이차 전지 및 슈퍼 커패시터를 제공할 수 있다.Accordingly, the negative electrode active material according to the embodiment may provide a lithium secondary battery and a super capacitor having high stability and high speed charge and discharge characteristics.

또한, 실시예에 따른 음극 활물질을 제조하는 과정에서, 리튬 티타네이트 중간상 입자를 형성한 후, 리튬 티타네이트 최종상을 형성하는 과정에 탄소 화합물이 포함된다.In addition, in the process of manufacturing the negative electrode active material according to the embodiment, after forming the lithium titanate intermediate phase particles, the carbon compound is included in the process of forming the lithium titanate final phase.

이에 따라서, 생성되는 탄소막은 최종상의 리튬 티타네이트 입자들의 입성장을 억제할 수 있다. 따라서, 실시예에 따른 음극 활물질의 제조방법은 미세한 리튬 티타네이트 입자들을 포함하는 음극 활물질을 제공할 수 있다.Accordingly, the resulting carbon film can suppress the grain growth of the lithium titanate particles in the final phase. Therefore, the method of manufacturing the negative electrode active material according to the embodiment may provide a negative electrode active material including fine lithium titanate particles.

도 1은 리튬 티타네이트 응집체의 단면을 도시한 도면이다.
도 2는 리튬 티타네이트 응집체의 일 단면을 확대하여 도시한 단면도이다.
도 3은 리튬 티타네이트 2차 전지의 단면을 도시한 단면도이다.
도 3 내지 도 7은 실시예에 따른 음극 활물질을 제조하는 과정을 도시한 도면들이다.1 is a diagram showing a cross section of a lithium titanate aggregate.
2 is an enlarged cross-sectional view of one cross section of the lithium titanate aggregate.
3 is a cross-sectional view showing a cross section of a lithium titanate secondary battery.
3 to 7 are views illustrating a process of manufacturing a negative electrode active material according to the embodiment.

이하, 실시예에 따른 음극활물질 및 그 제조방법과 그 음극활물질을 포함하는 2차 전지 및 슈퍼 커패시터를 설명한다.Hereinafter, a negative electrode active material according to an embodiment, a method of manufacturing the same, and a secondary battery and a super capacitor including the negative electrode active material will be described.

실시예들의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "위(on)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "위(on)"와 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 층을 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 층의 위 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.In the description of the embodiments, it is to be understood that each layer (film), region, pattern or structure is formed "on" or "under" a substrate, each layer The terms " on "and " under " encompass both being formed" directly "or" indirectly " In addition, the criteria for the top or bottom of each layer will be described with reference to the drawings.

도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.In the drawings, the thickness or size of each layer is exaggerated, omitted, or schematically illustrated for convenience and clarity of description. In addition, the size of each component does not necessarily reflect the actual size.

실시예에 따른 음극 활물질은 다수 개의 리튬 티타네이트 응집체들을 포함한다. 도 1은 실시예에 따른 리튬 티타네이트 응집체를 도시한 도면이다. 도 2는 리튬 티타네이트 응집체의 일 단면을 확대하여 도시한 단면도이다. 도 3은 리튬 티타네이트 2차 전지의 단면을 도시한 단면도이다.The negative electrode active material according to the embodiment includes a plurality of lithium titanate aggregates. 1 is a view showing a lithium titanate aggregate according to the embodiment. 2 is an enlarged cross-sectional view of one cross section of the lithium titanate aggregate. 3 is a cross-sectional view showing a cross section of a lithium titanate secondary battery.

도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 리튬 티타네이트 응집체(100)는 다수 개의 리튬 티타네이트 입자들(110) 및 탄소막(120)을 포함한다. 상기 리튬 티타네이트 응집체(100)는 상기 리튬 티타네이트 입자들(110)이 응집되어 형성된다.1 and 2, the lithium titanate aggregate 100 includes a plurality of lithium titanate particles 110 and a carbon film 120. The lithium titanate aggregate 100 is formed by agglomeration of the lithium titanate particles 110.

또한, 실시예에 따른 음극활물질은 상기 리튬 티타네이트 응집체(100) 형태에 한정되는 것이 아니며, 리튬 티타네이트 입자(110) 및 상기 리튬 티타네이트 입자(110)를 코팅하는 탄소막(120)을 포함할 수 있다.In addition, the negative electrode active material according to the embodiment is not limited to the lithium titanate aggregate 100, and may include a lithium titanate particle 110 and a carbon film 120 coating the lithium titanate particle 110. Can be.

상기 리튬 티타네이트 입자들(110)은 리튬 티타네이트(lithium titanate)를 포함한다. 더 자세하게, 상기 리튬 티타네이트 입자들(110)은 리튬 티타네이트로 이루어질 수 있다.The lithium titanate particles 110 include lithium titanate. In more detail, the lithium titanate particles 110 may be made of lithium titanate.

상기 리튬 티타네이트에는 Cr, Al 또는 Mg 등이 도핑될 수 있다. 예를 들어, 상기 리튬 티타네이트는 아래의 화학식을 가질 수 있다.The lithium titanate may be doped with Cr, Al, or Mg. For example, the lithium titanate may have the following formula.

상기 리튬 티타네이트는 Li4Ti5 (1-X)M5XO12의 화학식을 가질 수 있다. 여기서, M은 Cr, Al 및 Mg로 구성되는 그룹으로부터 선택될 수 있고, 0<X<1일 수 있다.The lithium titanate may have a chemical formula of Li 4 Ti 5 (1-X) M 5X O 12 . Here, M may be selected from the group consisting of Cr, Al and Mg, and may be 0 <X <1.

상기 리튬 티타네이트 입자들(110)은 스피넬 구조(spinel structure)를 가질 수 있다. 또한, 상기 리튬 티타네이트 입자들(110)의 직경은 약 60㎚ 내지 약 400㎚일 수 있다. 또한, 상기 리튬 티타네이트 응집체(100)의 직경은 약 1㎛ 내지 약 10㎛일 수 있다. 더 자세하게, 상기 리튬 티타네이트 응집체(100)의 직경은 약 4㎛ 내지 약 6㎛일 수 있다.The lithium titanate particles 110 may have a spinel structure. In addition, the diameters of the lithium titanate particles 110 may be about 60 nm to about 400 nm. In addition, the lithium titanate aggregate 100 may have a diameter of about 1 μm to about 10 μm. In more detail, the diameter of the lithium titanate aggregate 100 may be about 4 μm to about 6 μm.

또한, 상기 리튬 티타네이트 응집체(100) 내에는 다수 개의 탄소 나노 튜브들이 포함될 수 있다. 예를 들어, 상기 탄소 나노 튜브 입자들은 상기 리튬 티타네이트 입자들(110)과 혼합되어 상기 리튬 티타네이트 응집체(100)를 형성할 수 있다.In addition, the lithium titanate aggregate 100 may include a plurality of carbon nanotubes. For example, the carbon nanotube particles may be mixed with the lithium titanate particles 110 to form the lithium titanate aggregate 100.

상기 탄소 나노 튜브들은 약 1wt% 내지 약 3wt%의 비율로 상기 리튬 티타네이트 응집체(100)에 포함될 수 있다. 또한, 상기 탄소 나노 튜브들은 상기 리튬 티타네이트 입자들(110)에 물리적 및/또는 화학적으로 결합될 수 있다.The carbon nanotubes may be included in the lithium titanate aggregate 100 at a rate of about 1 wt% to about 3 wt%. In addition, the carbon nanotubes may be physically and / or chemically bonded to the lithium titanate particles 110.

상기 탄소막(120)은 상기 리튬 티타네이트 응집체(100)를 둘러싼다. 더 자세하게, 상기 탄소막(120)은 상기 리튬 티타네이트 응집체(100)의 일부 또는 전부를 둘러싼다. 즉, 상기 탄소막(120)은 상기 리튬 티타네이트 응집체(100)의 외부 표면의 일부 또는 전부에 코팅된다.The carbon film 120 surrounds the lithium titanate aggregate 100. In more detail, the carbon film 120 surrounds part or all of the lithium titanate aggregate 100. That is, the carbon film 120 is coated on part or all of the outer surface of the lithium titanate aggregate 100.

상기 탄소막(120)의 두께은 약 10㎚ 내지 약 30㎚일 수 있다. 더 자세하게, 상기 탄소막(120)의 두께는 약 20㎚일 수 있다.The carbon film 120 may have a thickness of about 10 nm to about 30 nm. In more detail, the carbon film 120 may have a thickness of about 20 nm.

상기 탄소막(120)은 상기 리튬 티타네이트 응집체(100)의 표면에 물리 및/또는 화학적으로 결합될 수 있다.The carbon film 120 may be physically and / or chemically bonded to the surface of the lithium titanate aggregate 100.

실시예에 음극 활물질은 상기 탄소막(120)을 포함하기 때문에, 높은 용량을 가진다. 예를 들어, 상기 탄소막(120)에 포함된 탄소에, 많은 리튬 이온이 흡장 및 탈장될 수 있기 때문이다.In the embodiment, since the negative electrode active material includes the carbon film 120, the negative electrode active material has a high capacity. For example, many lithium ions may be occluded and desorbed in the carbon included in the carbon film 120.

이에 따라서, 실시예에 따른 음극 활물질은 많은 리튬 이온을 흡장할 수 있고, 실시예에 따른 음극 활물질이 적용되는 리튬 2차전지 및 슈퍼 커패시터는 높은 용량을 가진다.Accordingly, the negative electrode active material according to the embodiment may store a lot of lithium ions, and the lithium secondary battery and the super capacitor to which the negative electrode active material according to the embodiment is applied have a high capacity.

또한, 실시예에 따른 음극 활물질은 도 3에 도시된 리튬 2차전지에 적용될 수 있다.In addition, the negative electrode active material according to the embodiment may be applied to the lithium secondary battery shown in FIG. 3.

도 3을 참조하면, 리튬 2차전지는 양극(10), 음극(20), 세퍼레이터(30), 전해질, 외장 케이스(40)를 포함한다.Referring to FIG. 3, the lithium secondary battery includes a positive electrode 10, a negative electrode 20, a separator 30, an electrolyte, and an outer case 40.

상기 양극(10)은 상기 음극(20)에 대향된다. 상기 양극(10)은 양극집전체(11) 및 상기 양극집전체(11)에 담지된 양극 활물질층(12)을 포함한다. 상기 양극 활물질층(12)으로 탄소 등이 사용될 수 있다.The positive electrode 10 is opposite to the negative electrode 20. The positive electrode 10 includes a positive electrode current collector 11 and a positive electrode active material layer 12 supported on the positive electrode current collector 11. Carbon or the like may be used as the cathode active material layer 12.

상기 음극(20)은 상기 양극(10)에 대향된다. 상기 음극(20)은 음극집전체(21)에 담지된 음극 활물질층(22)으로 이루어진다.The cathode 20 is opposite to the anode 10. The negative electrode 20 is formed of the negative electrode active material layer 22 supported on the negative electrode current collector 21.

상기 양극 활물질층(12)은, 충전시에 리튬을 방출하고, 방전시에는, 상기 음극 활물질층(22)이 방출한 리튬을 흡장한다. 상기 음극 활물질층(22)는, 충전시에는 상기 양극 활물질층(12)이 방출한 리튬을 흡장하고, 방전시에는 리튬을 방출한다.The positive electrode active material layer 12 releases lithium at the time of charging, and occludes lithium discharged by the negative electrode active material layer 22 at the time of discharge. The negative electrode active material layer 22 occludes lithium discharged from the positive electrode active material layer 12 during charging and releases lithium during discharge.

상기 음극 활물질층(22)에 실시예에 따른 음극 활물질이 포함될 수 있다. 예를 들어, 실시예에 따른 음극 활물질이 바인더 등에 의해서, 상기 응극집전체(21) 상에 결합될 수 있다.The negative electrode active material layer 22 may include the negative electrode active material according to the embodiment. For example, the negative electrode active material according to the embodiment may be bonded onto the positive electrode current collector 21 by a binder or the like.

상기 세퍼레이터(30)는 상기 양극(10) 및 상기 음극(20) 사이에 개재된다. 상기 세퍼레이터(30)는 상기 전해질을 함침시킬 수 있다.The separator 30 is interposed between the positive electrode 10 and the negative electrode 20. The separator 30 may impregnate the electrolyte.

상기 전해질은 리튬 이온 전도성을 가진다. 상기 전해질은 상기 세퍼레이터(30)에 함침된다. 상기 전해질은 상기 양극(10) 및 상기 음극(20)에 직접 접촉된다.The electrolyte has lithium ion conductivity. The electrolyte is impregnated into the separator 30. The electrolyte is in direct contact with the positive electrode 10 and the negative electrode 20.

상기 외장 케이스(40)는 상기 양극(10), 상기 음극(20), 상기 세퍼레이터(30) 및 상기 전해질을 수용한다. 상기 양극집전체(11) 및 상기 음극집전체(21)에는, 각각 양극 리드(50) 및 음극 리드(60)의 일단이 접속되어 있다. 또한, 상기 양극 리드(50) 및 상기 음극 리드(60)의 타단은 상기 외장 케이스(40)의 외부로 도출되고 있다. 또한, 상기 외장 케이스(40)의 개구부는, 수지 재료(70)에 의해 밀봉되어 있다.The outer case 40 accommodates the positive electrode 10, the negative electrode 20, the separator 30, and the electrolyte. One end of the positive electrode lead 50 and the negative electrode lead 60 is connected to the positive electrode current collector 11 and the negative electrode current collector 21, respectively. In addition, the other ends of the positive lead 50 and the negative lead 60 are led to the outside of the outer case 40. Moreover, the opening part of the said exterior case 40 is sealed by the resin material 70.

도 3에서는, 적층형 리튬 2차전지의 일례를 나타냈지만, 본 발명의 리튬 2차전지용 음극은, 스파이럴형의 극판군을 가진 원통형 리튬 2차전지나 각형 리튬 2차전지 등과 같은 다양한 리튬 2차전지들에 적용할 수 있다. 적층형 리튬 2차전지의 형태는, 모든 양극 활물질층이 음극 활물질층과 대향하고, 또한, 모든 음극 활물질층이 양극 활물질층과 대향하도록, 양면 혹은 한 면에 양극 활물질층을 가진 양극과, 양면 혹은 한 면에 음극 활물질층을 가진 음극을 3층 이상으로 적층할 수 있다.In FIG. 3, an example of a stacked lithium secondary battery is illustrated, but the negative electrode for a lithium secondary battery of the present invention is applied to various lithium secondary batteries such as a cylindrical lithium secondary battery or a square lithium secondary battery having a spiral electrode group. Applicable The form of the stacked lithium secondary battery includes a positive electrode having a positive electrode active material layer on both sides or one side, or both sides, such that all the positive electrode active material layers face the negative electrode active material layer and all the negative electrode active material layers face the positive electrode active material layer. The negative electrode having the negative electrode active material layer on one side can be laminated in three or more layers.

또한, 실시예에 따른 음극 활물질은 슈퍼 커패시터에 적용될 수 있다. 슈퍼 커패시터도 상기 리튬 2차전지와 유사한 구조를 가질 수 있다. 즉, 상기 슈퍼 커패시터는 양극(미도시), 음극(미도시), 세퍼레이터(미도시), 전해액(미도시)을 포함할 수 있다. 이때, 실시예에 따른 음극 활물질은 슈퍼 커패시터의 음극에 활물질로 적용될 수 있다.In addition, the negative electrode active material according to the embodiment may be applied to a super capacitor. The supercapacitor may also have a structure similar to that of the lithium secondary battery. That is, the supercapacitor may include a positive electrode (not shown), a negative electrode (not shown), a separator (not shown), and an electrolyte (not shown). In this case, the negative electrode active material according to the embodiment may be applied as an active material to the negative electrode of the super capacitor.

위에서 살펴본 바와 같이, 상기 리튬 티타네이트 응집체(100)는 스피넬 구조를 가질 수 있다. 이에 따라서, 상기 리튬 티타네이트 응집체(100)는 리튬 이온의 흡장 및 방출 과정에서 부피의 변화가 거의 없다.As described above, the lithium titanate aggregate 100 may have a spinel structure. Accordingly, the lithium titanate aggregate 100 has almost no change in volume during occlusion and release of lithium ions.

따라서, 실시예에 따른 음극활물질 및 이를 적용하는 리튬 2차전지 및 슈퍼 커패시터는 향상된 싸이클 특성을 가진다.Therefore, the negative electrode active material and the lithium secondary battery and the super capacitor using the same according to the embodiment have improved cycle characteristics.

따라서, 실시예에 따른 음극 활물질은 탄소 및 리튬 티타네이트를 결합하여, 음극 활물질층(22)에 적용된다. 결과적으로 실시예에 따른 음극 활물질은 높은 용량을 가지고, 동시에 향상된 싸이클 특성을 가지는 리튬 2차전지 및 슈퍼 커패시터를 구현할 수 있다.Therefore, the negative electrode active material according to the embodiment is applied to the negative electrode active material layer 22 by combining carbon and lithium titanate. As a result, the negative electrode active material according to the embodiment may implement a lithium secondary battery and a super capacitor having high capacity and at the same time improved cycle characteristics.

또한, 상기 탄소막(120)은 높은 전도성을 가지므로, 상기 리튬 티타네이트 응집체(100)의 낮은 전도성은 보완될 수 있다. 특히, 상기 탄소막(120)은 상기 리튬 티타네이트 입자들(110)을 둘러싸기 때문에, 실시예에 따른 음극 활물질의 전도성을 더욱 향상된다.In addition, since the carbon film 120 has high conductivity, the low conductivity of the lithium titanate aggregate 100 may be compensated for. In particular, since the carbon film 120 surrounds the lithium titanate particles 110, the conductivity of the negative electrode active material according to the embodiment is further improved.

따라서, 실시예에 따른 음극 활물질은 고속 충방전 특성을 가질 수 있다..Therefore, the negative active material according to the embodiment may have high speed charge and discharge characteristics.

실시예에 따른 음극활물질은 사이클 특성이 우수하면서 고속 충방전이 가능한 2차 전지 및 슈퍼 커패시터를 제공할 수 있다.
The negative electrode active material according to the embodiment may provide a secondary battery and a super capacitor capable of high-speed charging and discharging while having excellent cycle characteristics.

도 4 내지 도 7은 실시예에 다른 음극 활물질의 제조방법을 도시한 도면들이다. 실시예에 따른 음극 활물질의 제조방법과 관련하여, 앞서 설명한 음극 활물질을 참고한다. 즉, 앞서 설명한 음극 활물질에 대한 설명은 본 제조방법에 관한 설명에 본질적으로 결합될 수 있다.4 to 7 are views showing a method of manufacturing a negative electrode active material according to the embodiment. Regarding the manufacturing method of the negative electrode active material according to the embodiment, reference is made to the negative electrode active material described above. That is, the description of the negative electrode active material described above may be essentially combined with the description of the present manufacturing method.

이하, 도 4 내지 도 7을 참조하여 실시예에 따른 음극활물질 제조방법을 설명한다. 실시예의 음극활물질의 제조방법은 이하의 설명 및 도면의 순서에 한정된 것은 아니다.Hereinafter, a method of manufacturing a negative electrode active material according to an embodiment will be described with reference to FIGS. 4 to 7. The manufacturing method of the negative electrode active material of the embodiment is not limited to the following description and the order of the drawings.

한편, 이하의 설명에서 실시예에 따른 음극활물질은 리튬 티타네이트 응집체(100) 형태에 한정되는 것이 아니며, 리튬 티타네이트 입자(110) 및 상기 리튬 티타네이트 입자(110)를 코팅하는 탄소막(120)을 포함할 수 있다.On the other hand, the negative electrode active material according to the embodiment in the following description is not limited to the form of lithium titanate aggregate 100, the carbon film 120 to coat the lithium titanate particles 110 and the lithium titanate particles (110). It may include.

실시예는 최종상인 리튬 티타테이트 입자들(110)의 입자성장을 제어하여 전자 전도성 개선을 하고자 리튬 티타네이트 중간상 응집체(101) 공정을 진행하나 이에 한정되는 것은 아니다.The embodiment proceeds with the process of lithium titanate mesophase aggregate 101 in order to improve the electronic conductivity by controlling the growth of particles of the lithium titanate particles 110 as the final phase, but is not limited thereto.

먼저, 도 3와 같이 티타늄 전구체(112), 리튬 전구체(114) 및 도펀트 전구체(113)를 준비한다.First, as shown in FIG. 3, a titanium precursor 112, a lithium precursor 114, and a dopant precursor 113 are prepared.

상기 티타늄 전구체(112)는 티타늄 옥사이드(TiO2)일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 티타늄 옥사이드는 약 20nm ~약 300nm 의 직경을 가질 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.The titanium precursor 112 may be titanium oxide (TiO 2 ), but is not limited thereto. The titanium oxide may have a diameter of about 20 nm to about 300 nm, but is not limited thereto.

상기 리튬 전구체(114)는 Li2CO3 or LiOH-H2O 등일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.The lithium precursor 114 may be Li 2 CO 3 or LiOH-H 2 O, but is not limited thereto.

상기 도펀트 전구체(113)는 마그네슘 화합물, 알루미늄 화합물 또는 크롬 화합물일 수 있다. 더 자세하게, 상기 도펀트 전구체(113)는 산화물일 수 있다. 즉, 상기 도펀트 전구체(113)는 마그네슘 옥사이드, 알루미늄 옥사이드 또는 크롬 옥사이드일 수 있다. 더 자세하게, 상기 도펀트 전구체(113)는 MgO, Cr2O3 또는 Al2O3로 구성되는 그룹으로부터 선택될 수 있다.The dopant precursor 113 may be a magnesium compound, an aluminum compound, or a chromium compound. In more detail, the dopant precursor 113 may be an oxide. That is, the dopant precursor 113 may be magnesium oxide, aluminum oxide, or chromium oxide. In more detail, the dopant precursor 113 may be selected from the group consisting of MgO, Cr 2 O 3, or Al 2 O 3 .

상기 도펀트 전구체(113)는 상기 티타늄 전구체(112) 및 상기 리튬 전구체(114)에 약 1wt% 내지 약 3wt%의 비율로 혼합될 수 있다.The dopant precursor 113 may be mixed with the titanium precursor 112 and the lithium precursor 114 in a ratio of about 1 wt% to about 3 wt%.

이후, 상기 티타늄 전구체(112), 상기 리튬 전구체(114) 및 상기 도펀트 전구체(113)는 용매에 분산된다. 예를 들어, 나노셋 밀이나 볼밀 등으로 혼합 및 분쇄할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.Thereafter, the titanium precursor 112, the lithium precursor 114, and the dopant precursor 113 are dispersed in a solvent. For example, the nanoset mill or the ball mill may be mixed and pulverized, but is not limited thereto.

이후, 용매에 분산된 상기 혼합된 티타늄 전구체(112), 리튬 전구체(114) 및 도펀트 전구체(113)를 분무 건조(spray drying)하여, 상기 티타늄 전구체(112), 상기 리튬 전구체(114) 및 상기 도펀트 전구체(113)의 과립상들(102)을 형성한다. 예를 들어, 약 150℃~220℃에서 분무건조함으로써 상기 티타늄 전구체(112), 상기 리튬 전구체(114) 및 상기 도펀트 전구체(113)가 상호 응집되어, 상기 원료 물질들의 과립상들(102)을 형성할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.Thereafter, spray-drying the mixed titanium precursor 112, the lithium precursor 114, and the dopant precursor 113 dispersed in the solvent, the titanium precursor 112, the lithium precursor 114, and the Granular phases 102 of the dopant precursor 113 are formed. For example, the titanium precursor 112, the lithium precursor 114, and the dopant precursor 113 are coagulated with each other by spray drying at about 150 ° C. to 220 ° C. to form granules 102 of the raw materials. It may be formed, but is not limited thereto.

실시예는 리튬 티타네이트 응집체들(100)을 과립상 형태로 열처리하여 최종상을 제조함으로써 입자성장이 억제된다. 이에 따라서, 리튬 티타네이트 입자들(110)은 약 20nm~약 100nm의 직경을 가짐으로써 전자 전도성을 개선되어 고속 충방전이 가능하면서 사이클 특성이 우수할 수 있다.In the embodiment, grain growth is suppressed by heat treating the lithium titanate aggregates 100 in a granular form to produce a final phase. Accordingly, the lithium titanate particles 110 may have a diameter of about 20 nm to about 100 nm to improve electronic conductivity, thereby enabling high-speed charging and discharging and excellent cycle characteristics.

다음으로, 도 5와 같이 상기 원료 물질들의 과립상(102)을 열처리하여, 리튬 티타네이트 중간상 응집체(101)들이 형성된다. 즉, 상기 티타늄 전구체(112), 상기 리튬 전구체(114) 및 상기 도펀트 전구체(113)의 혼합물을 열처리(Calcination)하여, 과립상의 리튬 티타네이트 중간상 응집체(101)들을 형성한다. 예를 들어, 리튬 티타네이트가 최종상인 스피넬상이 되지 않는 온도, 예를 들어 약 300℃ 내지 600℃, 예를 들어, 약 500℃에서 열처리하여 중간상을 형성할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.Next, as shown in FIG. 5, the granular material 102 of the raw materials is heat-treated to form lithium titanate mesophase aggregates 101. That is, the mixture of the titanium precursor 112, the lithium precursor 114, and the dopant precursor 113 is heat-treated to form granular lithium titanate mesophase aggregates 101. For example, the intermediate phase may be formed by heat treatment at a temperature at which the lithium titanate does not become the final spinel phase, for example, about 300 ° C. to 600 ° C., for example about 500 ° C., but is not limited thereto.

또한, 상기 리튬 티타네이트 중간상 응집체(101)는 다수 개의 리튬 티타네이트 중간상 입자들(111)이 응집된 구조를 가진다. 상기 리튬 티타네이트 중간상 입자들(111)은 약 20nm ~약 100nm의 직경을 가질 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.In addition, the lithium titanate mesophase aggregate 101 has a structure in which a plurality of lithium titanate mesophase particles 111 are aggregated. The lithium titanate intermediate phase particles 111 may have a diameter of about 20 nm to about 100 nm, but is not limited thereto.

이때, 상기 리튬 티타네이트 중간상 입자들(111)은 스피넬 상을 가지지 않는 리튬 티타네이트를 포함할 수 있다. 이때, 상기 중간상 입자들은 화학식 Li2Ti(1-Y)MYO3를 의 리튬 티타네이트를 포함할 수 있다. 여기서, M은 Mg, Al 또는 Cr이고, 0<Y<1일 수 있다.In this case, the lithium titanate intermediate phase particles 111 may include lithium titanate having no spinel phase. In this case, the mesophase particles may include lithium titanate of the formula Li 2 Ti (1-Y) M Y O 3 . Here, M may be Mg, Al, or Cr, and 0 <Y <1.

이후, 상기 리튬 티타네이트 중간상 응집체(101)에 탄소 화합물을 포함하는 탄소 전구체가 첨가된다. 상기 탄소 화합물의 예로서는 당(sugar) 등을 들 수 있다. 예를 들어, 상기 탄소 화합물은 수크로스(sucrose), 셀룰로오스(cellulose) 또는 글루코스(glucose)일 수 있다.Thereafter, a carbon precursor including a carbon compound is added to the lithium titanate mesophase aggregate 101. Examples of the carbon compound include sugar and the like. For example, the carbon compound may be sucrose, cellulose, or glucose.

상기 탄소 전구체는 물과 같은 용매에 혼합되어, 탄소 전구체 용액이 형성된다. 상기 탄소 전구체 용액에 상기 리튬 티타네이트 중간상 응집체(101)들을 적신다. 이후, 상기 용매는 제거되고, 상기 리튬 티타네이트 중간상 입자들(111)의 표면에 상기 탄소 전구체가 코팅된다. 상기 용매가 제거되는 공정은 최종상을 형성하기 위한 열처리 공정에서 한꺼번에 진행될 수 있다. The carbon precursor is mixed in a solvent such as water to form a carbon precursor solution. The lithium titanate mesophase aggregates 101 are soaked in the carbon precursor solution. Thereafter, the solvent is removed, and the carbon precursor is coated on the surfaces of the lithium titanate mesophase particles 111. The process of removing the solvent may be performed all at once in a heat treatment process for forming the final phase.

실시예는 중간상 형성 후 최종상을 형성하는 과정을 통하여, 리튬 티타네이트의 입자성장을 억제함으로써 리튬 티타네이트의 전자 전도성을 개선하여 고속 충방전이 가능하면서 사이클 특성이 우수한 음극활물질을 제공할 수 있다.The embodiment can provide a negative electrode active material having excellent cycle characteristics while enabling high-speed charging and discharging by improving the electronic conductivity of lithium titanate by inhibiting particle growth of lithium titanate through the process of forming the final phase after the formation of the intermediate phase.

이후, 상기 탄소 전구체가 첨가된 리튬 티타네이트 중간상 응집체들은 열처리되고, 도 7과 같이, 최종상인 스피넬 구조를 가지는 리튬 티타네이트를 포함하는 리튬 티타네이트 응집체들이 형성된다.Thereafter, the lithium titanate intermediate phase aggregates to which the carbon precursor is added are heat-treated, and as shown in FIG. 7, lithium titanate aggregates including lithium titanate having a spinel structure as a final phase are formed.

예를 들어, 상기 탄소 전구체가 첨가된 리튬 티타네이트 중간상 응집체는 N2 등의 환원분위기 및 약 750℃~약 900℃에서 열처리되어, 상기 리튬 티타네이트 응집체들이 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.For example, the lithium titanate mesophase aggregate to which the carbon precursor is added may be heat-treated at a reducing atmosphere such as N 2 , and at about 750 ° C. to about 900 ° C. to form the lithium titanate aggregates, but is not limited thereto.

이때, 상기 리튬 티타네이트 중간상 입자들(111)의 표면에 코팅된 탄소 전구체는 열처리 과정에서 탄소막(120)으로 변화된다. 즉, 상기 탄소막(120)은 상기 탄소 전구체에 포함된 탄소 이외의 수소 및 산소가 분해되어 형성된다.In this case, the carbon precursor coated on the surfaces of the lithium titanate intermediate phase particles 111 is changed into the carbon film 120 during the heat treatment process. That is, the carbon film 120 is formed by decomposing hydrogen and oxygen other than carbon included in the carbon precursor.

상기 리튬 티타네이트 중간상 입자들(111)이 최종상인 리튬 티타네이트 입자들(110)로 반응될 때, 상기 탄소막(120)에 의해서, 상기 리튬 티타네이트 입자들(110)의 성장이 억제된다.When the lithium titanate intermediate phase particles 111 are reacted with the lithium titanate particles 110 as final phases, growth of the lithium titanate particles 110 is suppressed by the carbon film 120.

이에 따라서, 실시예에 따른 음극활물질의 제조방법은 미세한 입경을 가지는 리튬 티타네이트 입자들(110)이 응집된 응집체들을 포함하는 음극활물질을 제공할 수 있다. 이때, 상기 리튬 티타네이트 입자들(110)의 직경은 약 60㎚ 내지 약 100㎚일 수 있다.Accordingly, the method of manufacturing the negative electrode active material according to the embodiment may provide a negative electrode active material including aggregates in which lithium titanate particles 110 having fine particle diameters are aggregated. In this case, the diameters of the lithium titanate particles 110 may be about 60 nm to about 100 nm.

이와 같이, 중간상 형성 후, 최종 상을 형성하는 2단계 공정을 통하여, 도펀트가 도핑되고 탄소막(120)에 의해서 코팅되는 리튬 티타네이트 입자들(110)을 포함하는 음극 활물질이 형성될 수 있다.As such, after the intermediate phase is formed, a negative electrode active material including lithium titanate particles 110 coated with the carbon film 120 may be formed through the two-step process of forming the final phase.

도면에서는 각각의 입자의 형상을 구 형상을 도시하였으나, 이에 한정되지 않으며, 각각의 입자는 다면체, 원기둥 및 뿔 형상 등 다양한 형상을 가질 수 있다.In the drawings, the shape of each particle is illustrated as a spherical shape, but is not limited thereto. Each particle may have various shapes such as a polyhedron, a cylinder, and a horn shape.

이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.Features, structures, effects, and the like described in the above embodiments are included in at least one embodiment of the present invention, and are not necessarily limited to only one embodiment. Furthermore, the features, structures, effects, and the like illustrated in the embodiments may be combined or modified with respect to other embodiments by those skilled in the art to which the embodiments belong. Therefore, it should be understood that the present invention is not limited to these combinations and modifications.

또한, 이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.In addition, the above description has been made with reference to the embodiment, which is merely an example, and is not intended to limit the present invention. Those skilled in the art to which the present invention pertains will be illustrated as above without departing from the essential characteristics of the present embodiment. It will be appreciated that various modifications and applications are possible. For example, each component specifically shown in the embodiment can be modified. And differences relating to such modifications and applications will have to be construed as being included in the scope of the invention defined in the appended claims.

Claims (15)

다수 개의 리튬 티타네이트 응집체들을 포함하며,
상기 리튬 티타네이트 응집체들은
다수 개의 리튬 티타네이트 입자들; 및
상기 리튬 티타네이트 입자들을 둘러싸는 탄소막;을 포함하는 음극 활물질.A plurality of lithium titanate aggregates,
The lithium titanate aggregates
A plurality of lithium titanate particles; And
And a carbon film surrounding the lithium titanate particles. 제 1 항에 있어서, 상기 리튬 티타네이트 입자들의 직경은 60㎚ 내지 100㎚인 음극 활물질.The negative active material of claim 1, wherein the lithium titanate particles have a diameter of 60 nm to 100 nm. 제 1 항에 있어서, 상기 리튬 티타네이트 입자들은
Li4Ti5 (1-X)M5XO12의 화학식(상기 M은 Cr, Al 및 Mg로 구성되는 그룹으로부터 선택될 수 있고, 0<X<1임)으로 화학식으로 표현되는 리튬 티타네이트를 포함하는 음극 활물질.The method of claim 1, wherein the lithium titanate particles
Lithium titanate represented by the chemical formula of Li 4 Ti 5 (1-X) M 5X O 12 (wherein M may be selected from the group consisting of Cr, Al, and Mg, wherein 0 <X <1) A negative electrode active material comprising. 제 1 항에 있어서, 상기 탄소막의 두께는 10㎚ 내지 30㎚인 음극 활물질.The negative active material of claim 1, wherein the carbon film has a thickness of 10 nm to 30 nm. 리튬 티타네이트 입자; 및
상기 리튬 티타네이트 입자를 둘러싸는 탄소막;을 포함하는 음극 활물질.Lithium titanate particles; And
And a carbon film surrounding the lithium titanate particles. 제5 항에 있어서, 상기 리튬 티타네이트 입자의 직경은 60㎚ 내지 100㎚인 음극 활물질.The negative active material of claim 5, wherein the lithium titanate particles have a diameter of 60 nm to 100 nm. 제 5 항에 있어서, 상기 리튬 티타네이트 입자는
Li4Ti5 (1-X)M5XO12의 화학식(상기 M은 Cr, Al 및 Mg로 구성되는 그룹으로부터 선택될 수 있고, 0<X<1임)으로 표현되는 리튬 티타네이트를 포함하는 음극 활물질.The method of claim 5, wherein the lithium titanate particles
Li 4 Ti 5 (1-X) M 5X O 12 comprising a lithium titanate represented by the formula (wherein M may be selected from the group consisting of Cr, Al and Mg, wherein 0 <X <1) Negative electrode active material. 제 5 항에 있어서, 상기 탄소막의 두께는 10㎚ 내지 30㎚인 음극 활물질.The negative active material of claim 5, wherein the carbon film has a thickness of 10 nm to 30 nm. 리튬 전구체 및 티타늄 전구체를 반응시켜서 리튬 티타네이트 중간상을 형성하는 단계;
상기 리튬 티타네이트 중간상에 탄소 화합물을 포함하는 탄소 전구체를 첨가하는 단계; 및
상기 탄소 전구체가 첨가된 리튬 티타네이트 중간상을 열처리하여, 리튬 티타네이트를 형성하는 단계를 포함하는 음극 활물질의 제조방법.Reacting the lithium precursor and the titanium precursor to form a lithium titanate intermediate phase;
Adding a carbon precursor comprising a carbon compound on the lithium titanate intermediate phase; And
Heat treating the lithium titanate intermediate phase to which the carbon precursor is added to form lithium titanate. 제9 항에 있어서,
상기 리튬 티타네이트 중간상을 형성하는 단계에서,
상기 리튬 전구체 및 상기 티타늄 전구체를 반응시켜서 다수 개의 리튬 티타네이트 중간상 입자들을 포함하는 리튬 티타네이트 중간상 응집체들을 형성하는 단계를 포함하는 음극 활물질의 제조방법.10. The method of claim 9,
In the step of forming the lithium titanate intermediate phase,
Reacting the lithium precursor and the titanium precursor to form lithium titanate mesophase aggregates comprising a plurality of lithium titanate mesophase particles. 제 10 항에 있어서, 상기 리튬 티타네이트 중간상 응집체들을 형성하는 단계는
상기 리튬 전구체 및 상기 티타늄 전구체를 혼합하는 단계; 및
상기 혼합된 리튬 전구체 및 상기 티타늄 전구체를 300℃ 내지 600℃의 온도로 열처리하는 단계를 포함하고,
상기 리튬 티타네이트 응집체들을 형성하는 단계에서,
상기 리튬 티타네이트 중간상 응집체들은 700℃ 내지 800℃의 온도에서 열처리되는 음극 활물질의 제조방법.The method of claim 10, wherein forming the lithium titanate mesophase aggregates is
Mixing the lithium precursor and the titanium precursor; And
Heat treating the mixed lithium precursor and the titanium precursor to a temperature of 300 ° C. to 600 ° C.,
In forming the lithium titanate aggregates,
The lithium titanate mesophase aggregates are heat-treated at a temperature of 700 ℃ to 800 ℃. 제 10 항에 있어서, 상기 리튬 티타네이트 중간상 응집체들을 형성하는 단계는
상기 리튬 전구체 및 상기 티타늄 전구체에 도펀트 전구체를 첨가하는 단계를 포함하는 음극 활물질의 제조방법.The method of claim 10, wherein forming the lithium titanate mesophase aggregates is
Method of manufacturing a negative electrode active material comprising the step of adding a dopant precursor to the lithium precursor and the titanium precursor. 제 12 항에 있어서, 상기 도펀트 전구체는 마그네슘 화합물, 알루미늄 화합물 또는 크롬 화합물을 포함하는 음극 활물질의 제조방법.The method of claim 12, wherein the dopant precursor comprises a magnesium compound, an aluminum compound, or a chromium compound. 제1 항 내지 제8 항 중 어느 하나의 음극활물질을 구비하는 음극;
상기 음극과 대향하는 양극;
상기 음극과 양극 사이에 구비된 세퍼레이터; 및
상기 세퍼레이터에 구비되는 전해질;을 포함하는 2차 전지.A negative electrode having any one of the negative electrode active material of claim 1;
An anode facing the cathode;
A separator provided between the cathode and the anode; And
A secondary battery comprising a; electrolyte provided in the separator. 제1 항 내지 제8 항 중 어느 하나의 음극활물질을 구비하는 음극;
상기 음극과 대향하는 양극;
상기 음극과 양극 사이에 구비된 세퍼레이터; 및
상기 세퍼레이터에 구비되는 전해질;을 포함하는 수퍼 커패시터.A negative electrode having any one of the negative electrode active material of claim 1;
An anode facing the cathode;
A separator provided between the cathode and the anode; And
And a electrolyte provided in the separator.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN103165877A (en) * 2011-12-15 2013-06-19 新奥科技发展有限公司 Preparation method and application of negative electrode material of lithium battery
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