KR102813878B1 - Positive electrode comprising insulating layer having excellent wet adhesion and lithium secondary battery comprising the same - Google Patents
Positive electrode comprising insulating layer having excellent wet adhesion and lithium secondary battery comprising the same Download PDFInfo
- Publication number
- KR102813878B1 KR102813878B1 KR1020220092191A KR20220092191A KR102813878B1 KR 102813878 B1 KR102813878 B1 KR 102813878B1 KR 1020220092191 A KR1020220092191 A KR 1020220092191A KR 20220092191 A KR20220092191 A KR 20220092191A KR 102813878 B1 KR102813878 B1 KR 102813878B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- positive electrode
- insulating layer
- secondary battery
- lithium secondary
- active material
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
- H01M10/4235—Safety or regulating additives or arrangements in electrodes, separators or electrolyte
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/052—Li-accumulators
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
- H01M4/621—Binders
- H01M4/622—Binders being polymers
- H01M4/623—Binders being polymers fluorinated polymers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M2004/026—Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
- H01M2004/028—Positive electrodes
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
본 발명은 습윤 접착력이 우수한 절연층을 포함하는 리튬 이차전지용 양극 및 이를 포함하는 리튬 이차전지에 관한 것으로, 상기 절연층이 전해액 내에서 습윤 접착력이 우수하여 전극의 오버레이 영역의 리튬 이온의 이동을 막아 용량 발현 등을 억제할 수 있는 이점이 있다.The present invention relates to a positive electrode for a lithium secondary battery including an insulating layer having excellent wet adhesiveness, and a lithium secondary battery including the same. The insulating layer has an advantage in that it has excellent wet adhesiveness in an electrolyte, thereby preventing the movement of lithium ions in an overlay region of the electrode, thereby suppressing capacity expression, etc.
Description
본 발명은 습윤 접착력이 우수한 절연층을 포함하는 리튬 이차전지용 양극, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 리튬 이차전지에 관한 것이다.The present invention relates to a positive electrode for a lithium secondary battery including an insulating layer having excellent wet adhesion, a method for manufacturing the same, and a lithium secondary battery including the same.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차 전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 이에 따라 다양한 요구에 부응할 수 있는 전지에 대해 많은 연구가 행해지고 있다.As technological development and demand for mobile devices increase, the demand for secondary batteries as an energy source is rapidly increasing, and accordingly, much research is being conducted on batteries that can meet various needs.
대표적으로 전지의 형상 면에서는 얇은 두께로 휴대폰 등과 같은 제품들에 적용될 수 있는 각형 전지와 파우치형 전지에 대한 수요가 높고, 재료 면에서는 에너지 밀도, 방전 전압, 안전성이 우수한 리튬 코발트 폴리머 전지와 같은 리튬 이차 전지에 대한 수요가 높다.In terms of battery shape, there is a high demand for square batteries and pouch-type batteries that can be applied to products such as mobile phones due to their thin thickness, and in terms of materials, there is a high demand for lithium secondary batteries such as lithium cobalt polymer batteries that have excellent energy density, discharge voltage, and safety.
이러한 이차 전지에서 주요 연구과제 중의 하나는 안전성을 향상시키는 것이다. 전지의 안전성 관련 사고의 주요한 원인은 양극과 음극간의 단락으로 인한 비정상적인 고온 상태의 도달에 기인한다. 즉, 정상적인 상황에서는 양극과 음극간의 분리막이 위치하여 전기적 절연을 유지하고 있으나, 전지가 과충전 또는 과방전을 일으키거나, 전극 재료의 수지상 성장(dendritic growth) 또는 이물에 의한 내부 단락을 일으키거나, 못, 나사 등의 예리한 물체가 전지를 관통하거나, 외력에 의해 전지에 무리한 변형이 가해지는 등의 비정상적인 상황에서는 기존 분리막으로는 한계를 보이게 된다.One of the major research tasks in these secondary batteries is to improve safety. The main cause of safety-related accidents in batteries is due to abnormal high temperature conditions caused by short circuits between the positive and negative electrodes. In other words, under normal circumstances, the separator between the positive and negative electrodes is located to maintain electrical insulation, but under abnormal circumstances such as overcharge or overdischarge of the battery, dendritic growth of electrode materials or internal short circuit caused by foreign substances, sharp objects such as nails or screws piercing the battery, or excessive deformation of the battery due to external force, the existing separator shows its limitations.
일반적으로, 분리막은 폴리올레핀 수지로 이루어진 미세다공막이 주로 이용되고 있으나, 그 내열온도가 120 내지 160℃ 정도로서 내열성이 불충분하다. 따라서, 내부 단락이 발생하면, 단락 반응열에 의해 분리막이 수축하여 단락부가 확대되고, 더 크고 많은 반응열이 발생하는 열폭주(thermal runaway) 상태에 이르게 되는 문제가 있었다. 이러한 현상은 전극을 적층시 전극 활물질이 코팅된 전극 집전체의 전극 활물질 도포 단부에서 주로 발생하는 바, 외부 충격 또는 고온 하에서 전극의 단락 가능성을 낮추기 위하여 다양한 방법이 시도되어 왔다.In general, the separator is mainly a microporous membrane made of polyolefin resin, but its heat resistance is insufficient as its heat resistance temperature is about 120 to 160℃. Therefore, when an internal short circuit occurs, the separator shrinks due to the short circuit reaction heat, the short circuit area expands, and a thermal runaway state occurs in which a larger amount of reaction heat is generated. This phenomenon mainly occurs at the electrode active material-coated end of the electrode current collector coated with the electrode active material when stacking electrodes, and various methods have been attempted to reduce the possibility of a short circuit of the electrode under external impact or at high temperatures.
구체적으로, 전지의 내부 단락을 해결하기 위하여, 전극의 무지부와 활물질층의 일부에 절연 테이프를 부착하거나, 절연액을 코팅시켜 절연층을 형성하는 방법이 제안되어 왔다. 예를 들어, 양극의 무지부와 활물질층의 일부에는 절연목적의 바인더를 도포하거나, 상기 바인더와 무기 입자의 혼합물을 용매에 분산시킨 절연액을 코팅(이하, 절연층)하는 방법이 있다.Specifically, in order to solve the internal short circuit of the battery, a method has been proposed of forming an insulating layer by attaching an insulating tape to a part of the non-conductive part and the active material layer of the electrode, or by coating an insulating liquid. For example, a method has been proposed of applying a binder for insulating purposes to a part of the non-conductive part and the active material layer of the positive electrode, or of coating an insulating liquid (hereinafter, an insulating layer) in which a mixture of the binder and inorganic particles is dispersed in a solvent.
한편, 실제 이차전지 내에서의 전극은 전해액에 함침된 상태로 존재하는데, 종래의 절연층은 전해액에 함침된 상태에서의 접착력(이하, 습윤 접착력)이 저하되어, 전극의 오버레이(overlay) 영역에 리튬 이온의 이동을 막지 못하여 용량이 발현되는 문제가 있었다(도 1 참조). 특히, 전극의 오버레이 영역에서 용량 발현시 리튬 이온이 석출될 수 있으며, 이는 전지 셀의 안정성 저하를 야기할 수 있다.Meanwhile, the electrode in an actual secondary battery exists in a state of being immersed in an electrolyte, but the adhesive strength (hereinafter, wet adhesive strength) of the conventional insulating layer in a state of being immersed in an electrolyte is reduced, so that the movement of lithium ions in the overlay region of the electrode is not prevented, resulting in a problem of capacity development (see Fig. 1). In particular, lithium ions may be precipitated when capacity is developed in the overlay region of the electrode, which may cause a decrease in the stability of the battery cell.
따라서, 습윤 접착력이 우수한 절연층의 개발이 필요한 실정이다.Therefore, there is a need to develop an insulating layer with excellent wet adhesion.
이에, 본 발명의 목적은 습윤 접착력이 우수한 절연층을 포함하는 리튬 이차전지용 양극, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 리튬 이차전지를 제공하는데 있다.Accordingly, the purpose of the present invention is to provide a positive electrode for a lithium secondary battery including an insulating layer having excellent wet adhesion, a method for manufacturing the same, and a lithium secondary battery including the same.
상술된 문제를 해결하기 위하여, 본 발명은 하나의 실시예에서, 집전체; 집전체의 일면 또는 양면에 형성되되, 양극 활물질, 도전재 및 비수계 바인더를 포함하는 활물질층; 및 상기 활물질층의 측면에 위치하는 절연층을 포함한다. 또한, 상기 절연층은 비수계 용매로 치환된 수계 바인더로 형성된다. In order to solve the above-described problem, the present invention comprises, in one embodiment, a current collector; an active material layer formed on one or both sides of the current collector, the active material layer including a positive electrode active material, a conductive material, and a non-aqueous binder; and an insulating layer positioned on a side of the active material layer. In addition, the insulating layer is formed of an aqueous binder substituted with a non-aqueous solvent.
하나의 실시예에서, 상기 절연층은 집전체 상에 위치되되, 집전체 무지부의 일부 영역으로부터 집전체에 도포된 활물질층의 일부 영역을 커버하도록 형성된 구조이다. In one embodiment, the insulating layer is positioned on the current collector, and is structured to cover a portion of the active material layer applied to the current collector from a portion of the non-conductive portion of the current collector.
하나의 구체적인 실시예에서, 상기 절연층은 집전체 상에 위치되되, 집전체 무지부의 일부 영역으로부터 집전체에 도포된 활물질층의 슬라이딩 영역의 일부 커버하도록 형성된 구조이고, 절연층의 형성 높이는 활물질층 높이의 10 내지 50% 범위이다. In one specific embodiment, the insulating layer is positioned on the current collector and has a structure formed to cover a part of the sliding area of the active material layer applied to the current collector from a part of the non-conductive portion of the current collector, and the formation height of the insulating layer is in a range of 10 to 50% of the height of the active material layer.
또 다른 하나의 실시예에서, 상기 절연층은 집전체 상에 위치되되, 집전체 무지부의 일부 영역으로부터 집전체에 도포된 활물질층의 슬라이딩 영역의 일부 커버하도록 형성된 구조이고, 절연층의 형성 높이는 활물질층 높이의 50 내지 100% 범위이다. In another embodiment, the insulating layer is positioned on the current collector, and has a structure formed to cover a part of the sliding area of the active material layer applied to the current collector from a part of the non-conductive portion of the current collector, and the formation height of the insulating layer is in a range of 50 to 100% of the height of the active material layer.
예를 들어, 상기 절연층의 두께는, 평균 1㎛ 내지 50㎛ 범위이다. For example, the thickness of the insulating layer is in the range of 1 ㎛ to 50 ㎛ on average.
하나의 실시예에서, 상기 절연층은, 비수계 용매로 치환된 수계 바인더 내에 분산된 무기입자를 더 포함한다. 또한, 상기 무기입자 및 수계 바인더의 중량비는 1:99 내지 95:5 범위이다. In one embodiment, the insulating layer further comprises inorganic particles dispersed in an aqueous binder substituted with a non-aqueous solvent. In addition, a weight ratio of the inorganic particles and the aqueous binder is in a range of 1:99 to 95:5.
상기 무기입자는, 무기입자는, AlOOH, Al2O3, γ-AlOOH, Al(OH)3, Mg(OH)2, Ti(OH)4, MgO, CaO, Cr2O3, MnO2, Fe2O3, Co3O4, NiO, ZrO2, BaTiO3, SnO2, CeO2, Y2O3, SiO2, 실리콘 카바이드(SIC) 및 보론 나이트라이드(BN) 로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.The above inorganic particles may be at least one selected from the group consisting of AlOOH, Al 2 O 3 , γ-AlOOH, Al(OH) 3 , Mg(OH) 2 , Ti(OH) 4 , MgO, CaO, Cr 2 O 3 , MnO 2 , Fe 2 O 3 , Co 3 O 4 , NiO, ZrO 2 , BaTiO 3 , SnO 2 ,
아울러, 상기 수계 바인더는, 스티렌-부타디엔 러버, 아크릴레이트 스티렌-부타디엔 러버, 아크릴로니트릴-부타디엔 러버, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 러버, 아크릴 고무, 부틸고무, 불소고무, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌프로필렌공중합체, 폴리에틸렌옥시드, 폴리비닐피롤리돈, 폴리에피크로로히드린, 폴리포스파젠, 폴리아크릴로니트릴, 폴리스틸렌, 에틸렌프로필렌디엔공중합체, 폴리비닐피리딘, 클로로설폰화폴리에틸렌, 라텍스, 폴리에스테르수지, 아크릴수지, 페놀수지, 에폭시 수지, 폴리비닐알콜, 하이드록시프로필메틸셀룰로즈, 히드록시프로필셀룰로오스 및 디아세틸셀룰로오스로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상 이상일 수 있다.In addition, the aqueous binder may be at least one selected from the group consisting of styrene-butadiene rubber, acrylate styrene-butadiene rubber, acrylonitrile-butadiene rubber, acrylonitrile-butadiene-styrene rubber, acrylic rubber, butyl rubber, fluoroelastomer, polytetrafluoroethylene, polyethylene, polypropylene, ethylene propylene copolymer, polyethylene oxide, polyvinyl pyrrolidone, polyepichlorohydrin, polyphosphazene, polyacrylonitrile, polystyrene, ethylene propylene diene copolymer, polyvinyl pyridine, chlorosulfonated polyethylene, latex, polyester resin, acrylic resin, phenol resin, epoxy resin, polyvinyl alcohol, hydroxypropyl methyl cellulose, hydroxypropyl cellulose, and diacetyl cellulose.
아울러, 상기 활물질층의 비수계 바인더는, 폴리비닐리덴 플로라이드(PVDF), 폴리비닐리덴 플루오라이드-co-헥사플루오로프로핀(PVDF-co-HFP, Poly(vinylidene fluoride-co-hexafluoropropene)), 폴리(에틸렌 옥사이드)((PEO, Poly(ethylene oxide)), 폴리아크릴산(PAA), 폴리이미드(PI), 폴리아미드이미드(PAI) 및 폴리이미드-폴리아미드이미드 공중합체(PI-PAI)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.In addition, the non-aqueous binder of the active material layer may be at least one selected from the group consisting of polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinylidene fluoride-co-hexafluoropropene (PVDF-co-HFP, Poly(vinylidene fluoride-co-hexafluoropropene)), poly(ethylene oxide) (PEO, Poly(ethylene oxide)), polyacrylic acid (PAA), polyimide (PI), polyamideimide (PAI), and polyimide-polyamideimide copolymer (PI-PAI).
구체적인 예에서, 상기 비수계 바인더는, 폴리비닐리덴 플로라이드(PVDF)일 수 있다. 또한, 상기 수계 바인더는, 비수계 유기용매로 치환된 수계 바인더일 수 있으며, 예를 들면, N-메틸-2-피롤리돈 용매로 치환된 스티렌-부타디엔 고무일 수 있다.In a specific example, the non-aqueous binder may be polyvinylidene fluoride (PVDF). Additionally, the aqueous binder may be an aqueous binder substituted with a non-aqueous organic solvent, for example, styrene-butadiene rubber substituted with an N-methyl-2-pyrrolidone solvent.
한편, 또한, 본 발명의 하나의 실시예에서, 상기 절연층은 비수계 용매로 치환된 수계 바인더와 비수계 바인더를 함께 포함하는 조성도 가능하다. 예를 들어, 상기 절연층은 수계 바안더와 비수계 바인더가 20:80 내지 80:20 중량비로 혼합된 조성, 또는 40:60 내지 60:40 중량비로 혼합된 조성일 수 있다. Meanwhile, in addition, in one embodiment of the present invention, the insulating layer may also have a composition including both an aqueous binder substituted with a non-aqueous solvent and a non-aqueous binder. For example, the insulating layer may have a composition in which the aqueous binder and the non-aqueous binder are mixed in a weight ratio of 20:80 to 80:20, or a composition in which the aqueous binder and the non-aqueous binder are mixed in a weight ratio of 40:60 to 60:40.
나아가, 본 발명은 앞서 설명한 이차전지용 양극을 포함하는 리튬 이차전지를 제공한다.Furthermore, the present invention provides a lithium secondary battery including the positive electrode for a secondary battery described above.
본 발명에 따른 습윤 접착력이 우수한 절연층을 포함하는 리튬 이차전지용 양극 및 이를 포함하는 리튬 이차전지는, 상기 절연층이 전해액 내에서 습윤 접착력이 우수하여 전극의 오버레이 영역의 리튬 이온의 이동을 막아 용량 발현 등을 억제할 수 있는 이점이 있다.A positive electrode for a lithium secondary battery including an insulating layer having excellent wet adhesion according to the present invention and a lithium secondary battery including the same have the advantage that the insulating layer has excellent wet adhesion in an electrolyte, thereby preventing the movement of lithium ions in an overlay region of the electrode, thereby suppressing capacity expression, etc.
도 1은 전극의 오버레이 영역서 리튬 이온의 이동을 모식적으로 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 리튬 이차전지용 양극의 제조방법을 나타낸 순서도이다.
도 3은 실시예 및 비교예의 절연층의 습윤 접착력을 측정한 결과를 보여주는 도면이다.
도 4는 실시예 4~6의 전지 셀의 용량 발현을 평가하기 위하여 방전 용량을 측정한 그래프이다(상온 방전 특성).
도 5는 실시예 4~6의 전지 셀의 용량 발현을 평가하기 위하여 방전 용량을 측정한 그래프이다(고온 방전 특성).Figure 1 is a schematic diagram showing the movement of lithium ions in the overlay region of the electrode.
Figure 2 is a flow chart showing a method for manufacturing a positive electrode for a lithium secondary battery according to the present invention.
Figure 3 is a drawing showing the results of measuring the wet adhesion of the insulating layers of examples and comparative examples.
Figure 4 is a graph showing the discharge capacity measured to evaluate the capacity development of the battery cells of Examples 4 to 6 (room temperature discharge characteristics).
Figure 5 is a graph showing the discharge capacity measured to evaluate the capacity development of the battery cells of Examples 4 to 6 (high-temperature discharge characteristics).
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다.The present invention is susceptible to various modifications and various embodiments, and specific embodiments will be described in detail in the detailed description.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, but should be understood to include all modifications, equivalents, or substitutes included in the spirit and technical scope of the present invention.
본 발명에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.In the present invention, it should be understood that terms such as “include” or “have” are intended to specify the presence of a feature, number, step, operation, component, part or combination thereof described in the specification, but do not exclude in advance the possibility of the presence or addition of one or more other features, numbers, steps, operations, components, parts or combinations thereof.
또한, 본 발명에서, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 있다고 기재된 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "하에" 있다고 기재된 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 또한, 본 출원에서 "상에" 배치된다고 하는 것은 상부뿐만 아니라 하부에 배치되는 경우도 포함하는 것일 수 있다.In addition, in the present invention, when a part such as a layer, film, region, or plate is described as being "on" another part, this includes not only the case where it is "directly above" the other part, but also the case where there is another part in between. Conversely, when a part such as a layer, film, region, or plate is described as being "under" another part, this includes not only the case where it is "directly below" the other part, but also the case where there is another part in between. Furthermore, in the present application, being disposed "on" may include the case where it is disposed below as well as above.
본 발명에서, "절연층"이란, 전극 집전체의 무지부 중 적어도 일부로부터 전극 활물질층의 적어도 일부까지 도포 및 건조하여 형성되는 절연 부재를 의미한다.In the present invention, the “insulating layer” means an insulating member formed by applying and drying from at least a portion of the non-conductive portion of the electrode current collector to at least a portion of the electrode active material layer.
본 발명에서 "습윤 접착력"이란, 전해액에 함침된 상태에서 측정한 절연층의 접착력을 의미한다. 보다 구체적으로, 상기 습윤 접착력은 절연층이 형성된 금속 시편을 전해액에 함침시키고, 초음파를 인가한 후, 상기 절연층의 스웰링 또는 탈리 여부를 확인함으로써 측정할 수 있다.In the present invention, "wet adhesion" means the adhesion of an insulating layer measured while immersed in an electrolyte. More specifically, the wet adhesion can be measured by immersing a metal specimen on which an insulating layer is formed in an electrolyte, applying ultrasonic waves, and then checking whether the insulating layer swells or detaches.
본 발명에서 "금속 시편" 이라 함은, 절연층이 형성되는 공간으로, 전극 제조시 사용되는 금속 집전체를 의미할 수 있으며, 소정 너비와 소정 길이를 갖도록 타발한 금속 집전체일 수 있다. 예컨대, 상기 금속 시편은 알루미늄, 구리 또는 알루미늄 합금일 수 있다.In the present invention, the term "metal specimen" refers to a space where an insulating layer is formed, and may mean a metal collector used in the manufacture of an electrode, and may be a metal collector punched to have a predetermined width and a predetermined length. For example, the metal specimen may be aluminum, copper, or an aluminum alloy.
본 발명에서 "오버레이 영역"이라 함은, 전극에서 절연층이 형성되는 영역을 의미할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 절연층은 활물질층이 형성된 전극에서 무지부 중 적어도 일부로부터 상기 활물질층의 적어도 일부까지 커버하는데, 상기 활물질층에서 절연층이 형성된 영역을 오버레이 영역이라 할 수 있다.In the present invention, the term "overlay region" may mean a region in an electrode where an insulating layer is formed. More specifically, the insulating layer covers from at least a part of a non-conductive region in an electrode where an active material layer is formed to at least a part of the active material layer, and the region in which the insulating layer is formed in the active material layer may be referred to as an overlay region.
이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
리튬 이차전지용 양극Cathode for lithium secondary battery
본 발명은 일 실시예에서, 집전체; 집전체의 일면 또는 양면에 형성되되, 양극 활물질, 도전재 및 비수계 바인더를 포함하는 활물질층; 및 상기 활물질층의 측면에 위치하는 절연층을 포함한다.In one embodiment, the present invention comprises: a current collector; an active material layer formed on one or both sides of the current collector, the active material layer including a positive electrode active material, a conductive material, and a non-aqueous binder; and an insulating layer positioned on a side of the active material layer.
또한, 상기 절연층은 비수계 용매로 치환된 수계 바인더로 형성된다. 본 발명에서는, 절연층 형성시 수계 바인더를 적용함으로써 습윤 접착력을 높이면서도, 비수계 용매 치환을 통해 수분에 취약한 양극에도 상기 절연층을 안정적으로 적용할 수 있다. In addition, the insulating layer is formed with an aqueous binder substituted with a non-aqueous solvent. In the present invention, by applying an aqueous binder when forming the insulating layer, wet adhesiveness is increased, and the insulating layer can be stably applied to an anode vulnerable to moisture through substitution of a non-aqueous solvent.
본 발명에 따른 이차전지용 전극은 습윤 접착력이 우수한 절연층을 포함하여, 전극의 오버레이 영역에서 리튬 이온의 이동을 막아 용량 발현 등을 억제할 수 있는 이점이 있다.The electrode for a secondary battery according to the present invention has an advantage in that it can suppress capacity expression, etc. by preventing the movement of lithium ions in the overlay region of the electrode by including an insulating layer having excellent wet adhesion.
일반적으로, 이차전지 내에서의 양극은 전해액에 함침된 상태로 존재하는데, 종래의 절연층은 전해액에 함침된 상태에서의 습윤 접착력이 저하되어, 양극의 오버레이 영역에 리튬 이온의 이동을 막지 못하여 용량이 발현되는 문제가 있었다. 특히, 양극의 오버레이 영역에서 용량 발현시 리튬 이온이 석출될 수 있으며, 이는 전지 셀의 안정성 저하를 초래할 수 있다. 본 발명에서는 이차전지의 양극 제조시, 양극 슬러리의 용매와 동일한 비수계 용매 치환된 수계 바인더를 이용하여 절연층을 형성함으로써 활물질층과 코팅층 사이의 바인더 종류 차이로 인한 겔화를 억제한다. 특히, 상기 절연층은 건조단계에서 양극 슬러리의 용매와 동시에 건조되어, 건조 속도 또는 온도 차이로 인한 활물질층과 절연층 사이의 크랙 발생을 방지할 수 있다. In general, the positive electrode in a secondary battery exists in a state impregnated with an electrolyte, but the conventional insulating layer has a problem in that the wet adhesive strength in a state impregnated with an electrolyte is reduced, so that the movement of lithium ions in the overlay region of the positive electrode is not prevented, resulting in the development of capacity. In particular, lithium ions may precipitate when the capacity is developed in the overlay region of the positive electrode, which may result in a decrease in the stability of the battery cell. In the present invention, when manufacturing the positive electrode of a secondary battery, an insulating layer is formed using an aqueous binder substituted with a non-aqueous solvent identical to the solvent of the positive electrode slurry, thereby suppressing gelation due to a difference in the type of binder between the active material layer and the coating layer. In particular, the insulating layer is dried simultaneously with the solvent of the positive electrode slurry in the drying step, so that cracks between the active material layer and the insulating layer due to a drying speed or temperature difference can be prevented.
또한, 상기 절연층은 무기입자를 더 포함함으로써, 전기 절연성과 열적 안전성을 높이고 열 팽창을 억제하는 효과가 있다.In addition, the insulating layer further contains inorganic particles, thereby enhancing electrical insulation and thermal safety and suppressing thermal expansion.
한편, 절연층의 습윤 접착력 측정은 절연층이 형성된 금속 시편을 전해액에 함침시키고, 초음파를 인가한 후, 상기 금속 시편에 형성된 절연층의 스웰링 또는 탈리 여부를 확인함으로써 측정할 수 있다. Meanwhile, the wet adhesion of the insulating layer can be measured by immersing the metal specimen on which the insulating layer has been formed in an electrolyte, applying ultrasonic waves, and then checking whether the insulating layer formed on the metal specimen is swelling or detaching.
상기 습윤 접착력 측정시 사용되는 전해액은 유기용매 및 전해질 염을 포함할 수 있으며, 상기 전해질 염은 리튬염일 수 있다. 상기 리튬염은 리튬 이차전지용 비수 전해액에 통상적으로 사용되는 것들이 제한 없이 사용될 수 있다. 예를 들어 상기 리튬염의 음이온으로는 F-, Cl-, Br-, I-, NO3 -, N(CN)2 -, BF4 -, ClO4 -, PF6 -, (CF3)2PF4 -, (CF3)3PF3 -, (CF3)4PF2 -, (CF3)5PF-, (CF3)6P-, CF3SO3 -, CF3CF2SO3 -, (CF3SO2)2N-, (FSO2)2N-, CF3CF2(CF3)2CO-, (CF3SO2)2CH-, (SF5)3C-, CF3(CF2)7SO3 -, CF3CO2 -, CH3CO2 -, SCN- 및 (CF3CF2SO2)2N-로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상을 포함할 수 있다.The electrolyte used in the above wet adhesion measurement may include an organic solvent and an electrolyte salt, and the electrolyte salt may be a lithium salt. The lithium salt may be any of those commonly used in non-aqueous electrolytes for lithium secondary batteries without limitation. For example, the anions of the lithium salts above include F - , Cl - , Br - , I - , NO 3 - , N(CN) 2 - , BF 4 - , ClO 4 - , PF 6 - , (CF 3 ) 2 PF 4 - , (CF 3 ) 3 PF 3 - , (CF 3 ) 4 PF 2 - , (CF 3 ) 5 PF - , (CF 3 ) 6 P - , CF 3 SO 3 - , CF 3 CF 2 SO 3 - , (CF 3 SO 2 ) 2 N - , (FSO 2 ) 2 N - , CF 3 CF 2 (CF 3 ) 2 CO - , (CF 3 SO 2 ) 2 CH - , (SF 5 ) 3 C - , CF 3 (CF 2 ) It may include one or two or more selected from the group consisting of 7 SO 3 - , CF 3 CO 2 - , CH 3 CO 2 - , SCN - and (CF 3 CF 2 SO 2 ) 2 N - .
전술한 전해액에 포함되는 유기용매로는 리튬 이차전지용 전해액에 통상적으로 사용되는 것들을 제한없이 사용할 수 있으며, 예를 들면 에테르, 에스테르, 아미드, 선형 카보네이트 또는 환형 카보네이트 등을 각각 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 그 중에서 대표적으로는 환형 카보네이트, 선형 카보네이트, 또는 이들의 혼합물인 카보네이트 화합물을 포함할 수 있다.As the organic solvent included in the above-mentioned electrolyte, those commonly used in electrolytes for lithium secondary batteries can be used without limitation, and for example, ethers, esters, amides, linear carbonates, or cyclic carbonates can be used alone or in combination of two or more. Among these, a representative example can include a carbonate compound that is a cyclic carbonate, a linear carbonate, or a mixture thereof.
본 발명에 따른 리튬 이차전지용 양극에서, 상기 절연층은 수계 바인더를 포함할 수 있다.In the positive electrode for a lithium secondary battery according to the present invention, the insulating layer may include an aqueous binder.
구체적인 예에서, 수계 바인더는 스티렌-부타디엔 러버, 아크릴레이트 스티렌-부타디엔 러버, 아크릴로니트릴-부타디엔 러버, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 러버, 아크릴 고무, 부틸고무, 불소고무, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌프로필렌공중합체, 폴리에틸렌옥시드, 폴리비닐피롤리돈, 폴리에피크로로히드린, 폴리포스파젠, 폴리아크릴로니트릴, 폴리스틸렌, 에틸렌프로필렌디엔공중합체, 폴리비닐피리딘, 클로로설폰화폴리에틸렌, 라텍스, 폴리에스테르수지, 아크릴수지, 페놀수지, 에폭시 수지, 폴리비닐알콜, 하이드록시프로필메틸셀룰로즈, 히드록시프로필셀룰로오스 및 디아세틸셀룰로오스로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다. 구체적인 예에서, 상기 수계 바인더는 스티렌-부타디엔 러버, 아크릴레이트 스티렌-부타디엔 러버, 아크릴로니트릴-부타디엔 러버 및 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 러버로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다. 예를 들어, 수계 바인더는 스티렌-부타디엔 러버일 수 있다.In a specific example, the aqueous binder may be at least one selected from the group consisting of styrene-butadiene rubber, acrylated styrene-butadiene rubber, acrylonitrile-butadiene rubber, acrylonitrile-butadiene-styrene rubber, acrylic rubber, butyl rubber, fluoroelastomer, polytetrafluoroethylene, polyethylene, polypropylene, ethylene propylene copolymer, polyethylene oxide, polyvinyl pyrrolidone, polyepichlorohydrin, polyphosphazene, polyacrylonitrile, polystyrene, ethylene propylene diene copolymer, polyvinyl pyridine, chlorosulfonated polyethylene, latex, polyester resin, acrylic resin, phenol resin, epoxy resin, polyvinyl alcohol, hydroxypropyl methyl cellulose, hydroxypropyl cellulose, and diacetyl cellulose. In a specific example, the aqueous binder may be at least one selected from the group consisting of styrene-butadiene rubber, acrylate styrene-butadiene rubber, acrylonitrile-butadiene rubber, and acrylonitrile-butadiene-styrene rubber. For example, the aqueous binder may be styrene-butadiene rubber.
종래에는, 양극의 절연층 바인더로 폴리비닐리덴플루오라이드(이하, PVDF)를 사용 하였으나, 이는 전해액에 함침되어 있을 때, 습윤 접착력이 저하되는 문제가 있었다. 이에 본 발명에서는 바인더 고분자로 스티렌-부타디엔 러버를 사용할 수 있다. 한편, 상기 고분자 바인더로 스티렌-부타디엔 러버를 사용하는 경우, 용매로 물을 사용할 수 있으나, 이러한 경우, 절연 조성물을 양극 슬러리와 동시 코팅의 도포시 상기 절연 조성물과 양극 슬러리 사이에서 바인더 종류 차이로 인한 겔화(gelation)가 발생할 수 있다. In the past, polyvinylidene fluoride (hereinafter, PVDF) was used as an insulating layer binder for the positive electrode, but this had a problem in that wet adhesive strength was reduced when impregnated with an electrolyte. Therefore, in the present invention, styrene-butadiene rubber can be used as the binder polymer. Meanwhile, when styrene-butadiene rubber is used as the polymer binder, water can be used as a solvent, but in this case, when the insulating composition is applied for simultaneous coating with the positive electrode slurry, gelation may occur between the insulating composition and the positive electrode slurry due to a difference in the type of binder.
구체적인 예에서, 상기 수계 바인더는 비수계 유기용매로 치환된 수계 바인더일 수 있다. 여기서, 상기 비수계 유기용매는, N-메틸-피롤리돈(NMP), 디메틸포름아마이드(DMF) 및 디메틸아세트아마이드(DMAc), 디메틸설폭사이드(DMSO), 에틸렌 카보네이트(EC), 디에틸카보네이트(DEC), 에틸메틸카보네이트(EMC), 디메틸카보네이트(DMC), 프로필렌 카보네이트(PC), 디프로필카보네이트(DPC), 부티렌 카보네이트(BC), 메틸프로필 카보네이트(MPC), 에틸프로필 카보네이트(EPC), 아세토니트릴(Acetonitrile), 디메톡시에탄(Dimethoxyethane), 테트라하이드로퓨란(THF), 감마 부티로락톤(γ-butyrolactone), 메틸 알코올(methyl alcohol), 에틸 알코올(ethyl alcohol), 이소프로필 알코올(isopropyl alcohol)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.In a specific example, the aqueous binder may be an aqueous binder substituted with a non-aqueous organic solvent. Here, the non-aqueous organic solvent may be at least one selected from the group consisting of N-methyl-pyrrolidone (NMP), dimethylformamide (DMF), dimethylacetamide (DMAc), dimethyl sulfoxide (DMSO), ethylene carbonate (EC), diethyl carbonate (DEC), ethyl methyl carbonate (EMC), dimethyl carbonate (DMC), propylene carbonate (PC), dipropyl carbonate (DPC), butylene carbonate (BC), methyl propyl carbonate (MPC), ethyl propyl carbonate (EPC), acetonitrile, dimethoxyethane, tetrahydrofuran (THF), gamma butyrolactone, methyl alcohol, ethyl alcohol, and isopropyl alcohol.
예를 들어, 상기 수계 바인더는 NMP 용매로 치환된 스티렌-부타디엔 러버일 수 있다. 보다 상세하게는, 절연 조성물을 무지부 중 적어도 일부로부터 상기 활물질층의 적어도 일부까지 커버하도록 도포한 후 약 50 내지 300℃ 온도에서 건조하는 과정을 통해서 절연층을 형성할 수 있다. 이때, 상기 절연층은 상기 건조하는 과정에서 용매는 제거되어 상기 용매에 분산되어 있던 스티렌-부타디엔 러버가 상기 NMP로 치환된 스티렌-부타디엔 러버로 존재할 수 있다.For example, the aqueous binder may be a styrene-butadiene rubber substituted with an NMP solvent. More specifically, an insulating layer may be formed by applying an insulating composition so as to cover at least a portion of the non-woven portion to at least a portion of the active material layer and then drying the composition at a temperature of about 50 to 300° C. At this time, the solvent may be removed during the drying process, so that the insulating layer may exist as a styrene-butadiene rubber substituted with the NMP, instead of the styrene-butadiene rubber dispersed in the solvent.
아울러, 상기 절연층은 무기입자를 포함하여, 전지의 안전성을 향상시킬 수 있으며, 절연층의 강도 또한 향상시킬 수 있다. 상기 무기입자의 합량은 절연 조성물의 점도, 열저항, 절연성, 충진 효과, 분산성 또는 안정성 등을 고려하여 적절히 조절될 수 있다. 일반적으로 무기입자의 사이즈가 커질수록 이를 포함하는 조성물의 점도가 높아지고, 절연 조성물에서 침강할 가능성이 높아진다. 또한 사이즈가 작아질수록 열저항이 높아지는 경향이 있다. 따라서 상기와 같은 점을 고려하여 적정 종류 및 크기의 무기입자가 선택될 수 있고, 필요하다면 2종 이상의 무기입자를 함께 사용할 수 있다. In addition, the insulating layer can improve the safety of the battery by including inorganic particles, and can also improve the strength of the insulating layer. The amount of the inorganic particles can be appropriately adjusted in consideration of the viscosity, thermal resistance, insulation, filling effect, dispersibility, or stability of the insulating composition. In general, as the size of the inorganic particles increases, the viscosity of the composition containing them increases, and the possibility of sedimentation in the insulating composition increases. In addition, as the size decreases, the thermal resistance tends to increase. Therefore, in consideration of the above points, an appropriate type and size of inorganic particles can be selected, and if necessary, two or more types of inorganic particles can be used together.
구체적인 예에서, 상기 절연층의 무기입자는, AlOOH, Al2O3, γ-AlOOH, Al(OH)3, Mg(OH)2, Ti(OH)4, MgO, CaO, Cr2O3, MnO2, Fe2O3, Co3O4, NiO, ZrO2, BaTiO3, SnO2, CeO2, Y2O3, SiO2, 실리콘 카바이드(SIC) 및 보론 나이트라이드(BN)로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있으며, AlOOH, Al2O3, γ-AlOOH 및 Al(OH)3로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있다. 예를 들어, 무기입자는 AlOOH 일 수 있다.In a specific example, the inorganic particles of the insulating layer may be at least one selected from the group consisting of AlOOH, Al 2 O 3 , γ-AlOOH, Al(OH) 3 , Mg(OH) 2 , Ti(OH) 4 , MgO, CaO , Cr 2 O 3 , MnO 2 , Fe 2 O 3 , Co 3 O 4 , NiO, ZrO 2 , BaTiO 3 , SnO 2 ,
상기 무기입자 및 수계 바인더의 중량비는 1:99 내지 95:5 범위일 수 있으며, 또는 10:90 내지 70:30; 20:80 내지 60:40 일 수 있으며, 또는 40:60 내지 60:40 일 수 있다. 예를 들어, 절연 조성물 내에서 무기입자 및 수계 바인더의 중량비는 50:50 일 수 있다. 한편, 상기 수계 바인더의 함량이 너무 적은 경우에는 본 발명에서 목적하는 절연 효과를 나타내기 어려울 수 있으며, 전극과의 접착력이 약화될 수 있다. 아울러, 상기 수계 바인더의 함량이 너무 많은 경우, 전극의 코팅시 오버레이 영역에서 절연 조성물이 흘러내려 전지 셀의 안전성 저하를 야기할 수 있다.The weight ratio of the inorganic particles and the aqueous binder may be in the range of 1:99 to 95:5, or 10:90 to 70:30; 20:80 to 60:40, or 40:60 to 60:40. For example, the weight ratio of the inorganic particles and the aqueous binder in the insulating composition may be 50:50. Meanwhile, when the content of the aqueous binder is too small, it may be difficult to exhibit the insulating effect intended in the present invention, and the adhesive strength with the electrode may be weakened. In addition, when the content of the aqueous binder is too large, the insulating composition may flow down in the overlay area during coating of the electrode, which may cause a decrease in the safety of the battery cell.
상기 무기입자의 평균 입경은 0.1㎛ 내지 100㎛ 일 수 있으며, 0.5㎛ 내지 80㎛ 일 수 있으며, 1㎛ 내지 50㎛; 2㎛ 내지 30㎛; 3㎛ 내지 20㎛ 또는 5㎛ 내지 10㎛일 수 있다. 상기 무기물 입자의 크기가 상기 범위 내일 경우 상기 전극에 균일하게 코팅될 수 있고, 리튬 이온의 저항을 최소화하여 리튬 이차 전지의 성능을 확보할 수 있다The average particle size of the above inorganic particles may be 0.1 ㎛ to 100 ㎛, 0.5 ㎛ to 80 ㎛, 1 ㎛ to 50 ㎛; 2 ㎛ to 30 ㎛; 3 ㎛ to 20 ㎛ or 5 ㎛ to 10 ㎛. When the size of the above inorganic particles is within the above range, they can be uniformly coated on the electrode and the resistance of lithium ions can be minimized to secure the performance of the lithium secondary battery.
다른 하나의 예에서, 상기 절연 조성물은 입경 수지가 서로 다른 제1 및 제2 무기입자를 포함하되, 바이모달 입도 분포를 가질 수 있다. 이는 상기 무기입자가 소립자와 대립자가 혼합되는 경우를 의미하며, 대립자의 제1 무기입자들 사이의 빈공간을 소립자의 제2 무기입자가 채울 수 있으며, 적절한 양의 무기입자의 분산이 가능할 수 있다. 다만, 이에 한정하는 것은 아니다.In another example, the insulating composition may include first and second inorganic particles having different particle diameters, but may have a bimodal particle size distribution. This means that the inorganic particles are a mixture of small particles and large particles, and the empty spaces between the first inorganic particles of the large particles can be filled by the second inorganic particles of the small particles, and dispersion of an appropriate amount of inorganic particles can be possible. However, this is not limited thereto.
한편, 상기 절연층의 두께는 0.2 ㎛ 내지 100 ㎛의 범위에서 정해질 수 있으며, 상세하게는, 1 ㎛ 내지 50 ㎛일 수 있고, 더욱 상세하게는, 1 ㎛ 내지 30 ㎛; 2 ㎛ 내지 30 ㎛; 3 ㎛ 내지 20 ㎛; 또는 5 ㎛ 내지 15 ㎛ 일 수 있다. 상기 코팅부의 두께가 너무 얇은 경우에는 절연층의 도포로 인하여 안전성을 향상시키기 위한 효과를 기대하기 어려울 수 있다.Meanwhile, the thickness of the insulating layer may be determined in a range of 0.2 ㎛ to 100 ㎛, specifically, 1 ㎛ to 50 ㎛, and more specifically, 1 ㎛ to 30 ㎛; 2 ㎛ to 30 ㎛; 3 ㎛ to 20 ㎛; or 5 ㎛ to 15 ㎛. If the thickness of the coating portion is too thin, it may be difficult to expect an effect for improving safety due to the application of the insulating layer.
나아가, 상기 활물질층은 양극 활물질을 포함할 수 있다. 구체적인 예에서, 양극 활물질은 통상적으로 사용되는 양극 활물질이 모두 사용 가능하며, 리튬망간산화물, 리튬코발트산화물, 리튬니켈산화물, 리튬철산화물 또는 이들을 조합한 리튬복합산화물 등이 사용될 수 있으며, 이에 한정되지 않는다. In addition, the active material layer may include a cathode active material. In a specific example, the cathode active material may include any cathode active material that is commonly used, and may include, but is not limited to, lithium manganese oxide, lithium cobalt oxide, lithium nickel oxide, lithium iron oxide, or a lithium composite oxide that combines these.
또한, 상기 양극 활물질의 함량은 활물질층 100 중량부에 대하여 85 내지 95 중량부 일 수 있고, 구체적으로는 88 내지 95 중량부, 90 내지 95 중량부, 86 내지 90 중량부 또는 92 내지 95 중량부일 수 있다.In addition, the content of the positive electrode active material may be 85 to 95 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the active material layer, and specifically, may be 88 to 95 parts by weight, 90 to 95 parts by weight, 86 to 90 parts by weight, or 92 to 95 parts by weight.
이때, 상기 도전재는 양극의 전기 전도성 등의 성능을 향상시키기 위해 사용될 수 있으며, 천연 흑연, 인조 흑연, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸블랙 및 탄소섬유로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있다. 예를 들어, 상기 도전재는 아세틸렌 블랙을 포함할 수 있다.At this time, the conductive material can be used to improve the performance of the anode, such as electrical conductivity, and at least one selected from the group consisting of natural graphite, artificial graphite, carbon black, acetylene black, Ketjen black, and carbon fiber can be used. For example, the conductive material can include acetylene black.
또한, 상기 도전재는 활물질층 100 중량부에 대하여 1 내지 10 중량부로 포함할 수 있고, 구체적으로는 2 내지 8 중량부; 또는 2 내지 6 중량부로 포함할 수 있다.In addition, the conductive agent may be included in an amount of 1 to 10 parts by weight, specifically 2 to 8 parts by weight; or 2 to 6 parts by weight, based on 100 parts by weight of the active material layer.
아울러, 상기 바인더는 폴리비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 코폴리머(PVDF-co-HFP), 폴리비닐리덴플루오라이드(polyvinylidenefluoride), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate) 및 이들의 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 수지를 포함할 수 있다. 하나의 예로서, 상기 바인더는 폴리비닐리덴플루오라이드(polyvinylidenefluoride)를 포함할 수 있다.In addition, the binder may include at least one resin selected from the group consisting of polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer (PVDF-co-HFP), polyvinylidene fluoride, polyacrylonitrile, polymethylmethacrylate, and copolymers thereof. As an example, the binder may include polyvinylidene fluoride.
또한, 상기 바인더는 활물질층의 전체 100 중량부에 대하여, 1 내지 10 중량부로 포함할 수 있고, 구체적으로는 2 내지 8 중량부; 또는 2 내지 6 중량부로 포함할 수 있다.In addition, the binder may be included in an amount of 1 to 10 parts by weight, specifically 2 to 8 parts by weight; or 2 to 6 parts by weight, based on 100 parts by weight of the total active material layer.
이와 더불어, 상기 활물질층의 평균 두께는 특별히 제한되는 것은 아니나, 구체적으로는 0.1㎛ 내지 20㎛일 수 있고, 보다 구체적으로는 0.1㎛ 내지 15㎛; 0.1㎛ 내지 10㎛; 2㎛ 내지 10㎛; 4㎛ 내지 10㎛; 또는 5㎛ 내지 9㎛ 일 수 있다.In addition, the average thickness of the active material layer is not particularly limited, but may be specifically 0.1 ㎛ to 20 ㎛, and more specifically 0.1 ㎛ to 15 ㎛; 0.1 ㎛ to 10 ㎛; 2 ㎛ to 10 ㎛; 4 ㎛ to 10 ㎛; or 5 ㎛ to 9 ㎛.
한편, 본 발명에 따른 리튬 이차전지용 양극은 집전체로서 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것을 사용할 수 있다. 예를 들어, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소 등을 사용할 수 있으며, 알루미늄이나 스테인리스 스틸의 경우 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리된 것을 사용할 수도 있다. 또한, 상기 집전체는 표면에 미세한 요철을 형성하여 양극 활물질의 접착력을 높일 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태가 가능하다. 아울러, 상기 집전체의 평균 두께는 제조되는 양극의 도전성과 총 두께를 고려하여 3~500 ㎛에서 적절하게 적용될 수 있다.Meanwhile, the positive electrode for a lithium secondary battery according to the present invention can use a current collector that has high conductivity without causing chemical changes in the battery. For example, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, calcined carbon, etc. can be used, and in the case of aluminum or stainless steel, a surface-treated one with carbon, nickel, titanium, silver, etc. can be used. In addition, the current collector can form fine unevenness on the surface to increase the adhesive strength of the positive electrode active material, and can be in various forms such as a film, sheet, foil, net, porous body, foam, non-woven fabric, etc. In addition, the average thickness of the current collector can be appropriately applied in the range of 3 to 500 ㎛ in consideration of the conductivity and total thickness of the positive electrode to be manufactured.
리튬 이차전지용 양극의 제조방법Method for manufacturing a cathode for lithium secondary battery
본 발명은 일 실시예에서, 집전체의 일면 또는 양면에 양극 활물질, 도전재 및 비수계 바인더를 포함하는 양극 슬러리를 도포하는 단계; 집전체의 무지부 중 적어도 일부로부터 집전체에 도포된 양극 슬러리의 일부 영역을 커버하도록 비수계 용매로 치환된 수계 바인더를 포함하는 절연 조성물을 도포하는 단계; 및 집전체에 도포된 양극 슬러리와 절연 조성물을 건조시키는 단계를 포함한다. 또한, 상기 양극 슬러리 및 절연 조성물은, 서로 동일한 비수계 용매를 포함한다. In one embodiment, the present invention includes a step of applying a positive electrode slurry including a positive electrode active material, a conductive material, and a non-aqueous binder to one side or both sides of a current collector; a step of applying an insulating composition including an aqueous binder substituted with a non-aqueous solvent so as to cover a portion of the positive electrode slurry applied to the current collector from at least a portion of a non-conductive portion of the current collector; and a step of drying the positive electrode slurry and the insulating composition applied to the current collector. In addition, the positive electrode slurry and the insulating composition include the same non-aqueous solvent.
도 2는 본 발명에 따른 리튬 이차전지용 양극의 제조방법에 대한 순서도이다. 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 리튬 이차전지용 양극의 제조방법은 양극 슬러리를 집전체의 일면 또는 양면에 도포하고, 집전체의 무지부 중 적어도 일부로부터 집전체에 도포된 양극 슬러리의 일부 영역을 커버하도록 절연 조성물을 도포할 수 있다. 한편, 상기 절연 조성물은 양극 슬러리가 미건조인 상태에서 도포할 수 있다. 여기서 미건조라 함은 건조장치 또는 장비에서 별도의 건조과정을 거치지 않은 상태의 슬러리를 의미할 수 있다. 그리고, 본 발명에서는 집전체에 도포된 양극 슬러리와 절연 조성물을 건조시키는 단계를 포함할 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 리튬 이차전지용 양극의 제조방법에 따르면, 집전체에 도포된 양극 슬러리와 절연 조성물을 동시에 건조하여 양극 활물질과 절연층의 접착력을 증가시키고, 이에 따라 계면 저항이 감소하게 되며, 부서짐 등과 같은 기계적 물성의 문제점이 개선되는 치밀한 절연층을 형성할 수 있다. 아울러, 양극의 제조 공정의 효율성을 증가시킬 수 있다.FIG. 2 is a flow chart of a method for manufacturing a positive electrode for a lithium secondary battery according to the present invention. Referring to FIG. 2, the method for manufacturing a positive electrode for a lithium secondary battery according to the present invention may include applying a positive electrode slurry to one side or both sides of a current collector, and applying an insulating composition to cover a portion of the positive electrode slurry applied to the current collector from at least a portion of a non-coated portion of the current collector. Meanwhile, the insulating composition may be applied to the positive electrode slurry while it is not dried. Here, the term “not dried” may mean a slurry that has not undergone a separate drying process in a drying device or equipment. In addition, the present invention may include a step of drying the positive electrode slurry and the insulating composition applied to the current collector. In particular, according to the method for manufacturing a positive electrode for a lithium secondary battery according to the present invention, the positive electrode slurry and the insulating composition applied to the current collector are dried at the same time to increase the adhesive strength between the positive electrode active material and the insulating layer, thereby reducing the interfacial resistance and forming a dense insulating layer that improves mechanical property problems such as breakage. In addition, the efficiency of the bipolar manufacturing process can be increased.
한편, 본 발명에 따른 리튬 이차전지용 양극의 제조방법에서, 상기 양극 슬러리 및 절연 조성물은, 서로 동일한 비수계 유기용매를 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 양극 슬러리 및 절연 조성물을 서로 동일한 용매를 사용하는 경우, 이종 바인더의 겔레이션 문제나, 비점 차이에 의한 건조시 균열 발생 등의 문제를 해소할 수 있다.Meanwhile, in the method for manufacturing a positive electrode for a lithium secondary battery according to the present invention, the positive electrode slurry and the insulating composition are characterized in that they contain the same non-aqueous organic solvent. When the positive electrode slurry and the insulating composition use the same solvent, problems such as gelation problems of different binders or cracking during drying due to differences in boiling points can be solved.
상기 비수계 유기용매는, N-메틸-피롤리돈(NMP), 디메틸포름아마이드(DMF) 및 디메틸아세트아마이드(DMAc), 디메틸설폭사이드(DMSO), 에틸렌 카보네이트(EC), 디에틸카보네이트(DEC), 에틸메틸카보네이트(EMC), 디메틸카보네이트(DMC), 프로필렌 카보네이트(PC), 디프로필카보네이트(DPC), 부티렌 카보네이트(BC), 메틸프로필 카보네이트(MPC), 에틸프로필 카보네이트(EPC), 아세토니트릴(Acetonitrile), 디메톡시에탄(Dimethoxyethane), 테트라하이드로퓨란(THF), 감마 부티로락톤(γ-butyrolactone), 메틸 알코올(methyl alcohol), 에틸 알코올(ethyl alcohol), 이소프로필 알코올(isopropyl alcohol)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다. The above non-aqueous organic solvent may be at least one selected from the group consisting of N-methyl-pyrrolidone (NMP), dimethylformamide (DMF), dimethylacetamide (DMAc), dimethyl sulfoxide (DMSO), ethylene carbonate (EC), diethyl carbonate (DEC), ethyl methyl carbonate (EMC), dimethyl carbonate (DMC), propylene carbonate (PC), dipropyl carbonate (DPC), butylene carbonate (BC), methyl propyl carbonate (MPC), ethyl propyl carbonate (EPC), acetonitrile, dimethoxyethane, tetrahydrofuran (THF), gamma butyrolactone, methyl alcohol, ethyl alcohol, and isopropyl alcohol.
구체적인 예에서, 상기 비수계 유기용매는 N-메틸-피롤리돈(NMP), 디메틸포름아마이드(DMF), 디메틸아세트아마이드(DMAc) 및 디메틸설폭사이드(DMSO)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있으며, N-메틸-피롤리돈(NMP), 디메틸포름아마이드(DMF) 및 디메틸아세트아마이드(DMAc)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.In a specific example, the non-aqueous organic solvent may be at least one selected from the group consisting of N-methyl-pyrrolidone (NMP), dimethylformamide (DMF), dimethylacetamide (DMAc), and dimethyl sulfoxide (DMSO), and may be at least one selected from the group consisting of N-methyl-pyrrolidone (NMP), dimethylformamide (DMF), and dimethylacetamide (DMAc).
예를 들어, 상기 비수계 유기용매는 아미드계 유기용매일 수 있으며, 양극 슬러리 제조시 사용되는 용매와 동일한 용매를 사용할 수 있으며, 상기 비수계 유기용매는 N-메틸-피롤리돈(NMP)일 수 있다.For example, the non-aqueous organic solvent may be an amide-based organic solvent, and the same solvent as that used in preparing the positive electrode slurry may be used, and the non-aqueous organic solvent may be N-methyl-pyrrolidone (NMP).
상기 양극 슬러리의 용매를 NMP를 사용한 경우, 상기 절연 조성물의 용매는 NMP 일 수 있으며, 특히, 절연 조성물의 용매로 NMP를 사용하여, 전극의 오버레이 영역에서 절연 코팅부와 활물질층의 경계부에서 발생하는 크랙 등을 방지할 수 있다. 본 발명에 따른 이차전지의 전극용 절연 조성물은 양극 슬러리와 동시에 코팅 및 건조될 수 있다. 특히, 상기 건조과정에서, NMP는 치환용매로 사용될 수 있다.When the solvent of the above positive electrode slurry is NMP, the solvent of the insulating composition may be NMP, and in particular, by using NMP as the solvent of the insulating composition, cracks occurring at the boundary between the insulating coating portion and the active material layer in the overlay region of the electrode can be prevented. The insulating composition for the electrode of the secondary battery according to the present invention can be coated and dried simultaneously with the positive electrode slurry. In particular, in the drying process, NMP can be used as a substitution solvent.
본 발명에 따른 리튬 이차전지용 양극의 제조방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.The method for manufacturing a positive electrode for a lithium secondary battery according to the present invention is described in detail as follows.
집전체의 일면 또는 양면에 양극 슬러리를 도포하는 단계(S10)Step of applying anode slurry to one or both sides of the entire body (S10)
본 발명에 따른 리튬 이차전지용 양극의 제조방법은 집전체의 일면 또는 양면에 양극 슬러리를 도포하는 단계를 포함한다.A method for manufacturing a positive electrode for a lithium secondary battery according to the present invention includes a step of applying positive electrode slurry to one or both sides of a current collector.
이때, 상기 집전체는 본 발명에 따른 리튬 이차전지용 양극은 집전체로서 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것을 사용할 수 있다. 예를 들어, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소 등을 사용할 수 있으며, 알루미늄이나 스테인리스 스틸의 경우 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리된 것을 사용할 수도 있다. 예를 들어, 상기 집전체는 알루미늄일 수 있다.At this time, the current collector can be a cathode for a lithium secondary battery according to the present invention that has high conductivity without causing chemical changes in the battery. For example, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, calcined carbon, etc. can be used, and in the case of aluminum or stainless steel, a surface-treated one with carbon, nickel, titanium, silver, etc. can also be used. For example, the current collector can be aluminum.
아울러, 상기 양극 활물질용 슬러리에서, 양극 활물질은 양극에서 통상적으로 사용되는 양극 활물질이 모두 사용 가능하며, 리튬망간산화물, 리튬코발트산화물, 리튬니켈산화물, 리튬철산화물 또는 이들을 조합한 리튬복합산화물 등이 사용될 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.In addition, in the slurry for the positive electrode active material, all positive electrode active materials commonly used in positive electrodes can be used, and lithium manganese oxide, lithium cobalt oxide, lithium nickel oxide, lithium iron oxide, or a lithium composite oxide combining these can be used, but are not limited thereto.
상기 양극 활물질용 슬러리에 포함되는 비수계 바인더는 폴리비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 코폴리머(PVDF-co-HFP), 폴리비닐리덴플루오라이드(polyvinylidenefluoride), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate) 및 이들의 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 수지를 포함할 수 있다. 하나의 예로서, 상기 바인더는 폴리비닐리덴플루오라이드(polyvinylidenefluoride)를 포함할 수 있다.The non-aqueous binder included in the slurry for the above positive electrode active material may include at least one resin selected from the group consisting of polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer (PVDF-co-HFP), polyvinylidene fluoride, polyacrylonitrile, polymethylmethacrylate, and copolymers thereof. As an example, the binder may include polyvinylidene fluoride.
이때, 상기 도전재는 양극의 전기 전도성 등의 성능을 향상시키기 위해 사용될 수 있으며, 천연 흑연, 인조 흑연, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸블랙 및 탄소섬유로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있다. 예를 들어, 상기 도전재는 아세틸렌 블랙을 포함할 수 있다.At this time, the conductive material can be used to improve the performance of the anode, such as electrical conductivity, and at least one selected from the group consisting of natural graphite, artificial graphite, carbon black, acetylene black, Ketjen black, and carbon fiber can be used. For example, the conductive material can include acetylene black.
나아가, 양극 슬러리에 사용되는 용매는 비수계 유기용매로, N-메틸-피롤리돈(NMP), 디메틸포름아마이드(DMF) 및 디메틸아세트아마이드(DMAc), 디메틸설폭사이드(DMSO), 에틸렌 카보네이트(EC), 디에틸카보네이트(DEC), 에틸메틸카보네이트(EMC), 디메틸카보네이트(DMC), 프로필렌 카보네이트(PC), 디프로필카보네이트(DPC), 부티렌 카보네이트(BC), 메틸프로필 카보네이트(MPC), 에틸프로필 카보네이트(EPC), 아세토니트릴(Acetonitrile), 디메톡시에탄(Dimethoxyethane), 테트라하이드로퓨란(THF), 감마 부티로락톤(γ-butyrolactone), 메틸 알코올(methyl alcohol), 에틸 알코올(ethyl alcohol), 이소프로필 알코올(isopropyl alcohol)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있으며, 예를 들어, N-메틸-2-피롤리돈(NMP) 일 수 있다.Furthermore, the solvent used in the cathode slurry may be a non-aqueous organic solvent, and may be at least one selected from the group consisting of N-methyl-pyrrolidone (NMP), dimethylformamide (DMF), dimethylacetamide (DMAc), dimethyl sulfoxide (DMSO), ethylene carbonate (EC), diethyl carbonate (DEC), ethyl methyl carbonate (EMC), dimethyl carbonate (DMC), propylene carbonate (PC), dipropyl carbonate (DPC), butylene carbonate (BC), methyl propyl carbonate (MPC), ethyl propyl carbonate (EPC), acetonitrile, dimethoxyethane, tetrahydrofuran (THF), gamma butyrolactone, methyl alcohol, ethyl alcohol, and isopropyl alcohol, for example, It could be N-methyl-2-pyrrolidone (NMP).
집전체의 무지부 중 적어도 일부로부터 집전체에 도포된 양극 슬러리의 일부 영역을 커버하도록 절연 조성물을 도포하는 단계(S20)Step (S20) of applying an insulating composition to cover a portion of the cathode slurry applied to the entire collector from at least a portion of the entire collector's non-conductive portion.
본 발명에 따른 리튬 이차전지용 양극의 제조방법은 집전체의 무지부 중 적어도 일부로부터 집전체에 도포된 양극 슬러리의 일부 영역을 커버하도록 무기입자 및 수계 바인더를 포함하는 절연 조성물을 도포할 수 있다.The method for manufacturing a positive electrode for a lithium secondary battery according to the present invention can apply an insulating composition including inorganic particles and an aqueous binder to cover a portion of a positive electrode slurry applied to a current collector from at least a portion of a non-conductive portion of the current collector.
이때, 상기 양극 슬러리는 미건조 상태일 수 있다. 여기서 미건조라 함은 건조장치 또는 장비에서 별도의 건조과정을 거치지 않은 상태의 슬러리를 의미할 수 있다.At this time, the anode slurry may be in an undried state. Here, undried may mean a slurry that has not undergone a separate drying process in a drying device or equipment.
이때, 상기 절연 조성물은 무기입자 및 수계 바인더를 포함하여, 우수한 습윤 접착력을 제공할 수 있다. 이에 따라, 양극의 오버레이 영역에서 리튬 이온의 이동을 억제 시킬 수 있으며, 리튬 이온이 석출되는 것을 방지할 수 있다At this time, the insulating composition can provide excellent wet adhesion by including inorganic particles and an aqueous binder. Accordingly, the movement of lithium ions in the overlay region of the positive electrode can be suppressed, and lithium ions can be prevented from being precipitated.
리튬 이차전지Lithium secondary battery
또한, 본 발명은 일 실시예에서, In addition, the present invention, in one embodiment,
상술한 본 발명에 따른 리튬 이차전지용 양극을 포함하는 리튬 이차전지를 제공한다.A lithium secondary battery including a positive electrode for a lithium secondary battery according to the present invention described above is provided.
본 발명에 따른 리튬 이차전지는 상술한 본 발명의 양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 위치하는 분리막을 포함할 수 있다.A lithium secondary battery according to the present invention may include the cathode, anode, and a separator positioned between the cathode and anode of the present invention as described above.
특히, 본 발명에 따른 리튬 이차전지는 상기 절연층이 전해액 내에서 습윤 접착력이 우수하여 전극의 오버레이 영역의 리튬 이온의 이동을 막아 용량 발현 등을 억제할 수 있는 이점이 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 리튬 이차전지는 안정성을 향상시킬 수 있다.In particular, the lithium secondary battery according to the present invention has an advantage in that the insulating layer has excellent wet adhesion in an electrolyte, thereby preventing the movement of lithium ions in the overlay region of the electrode, thereby suppressing capacity expression, etc. Accordingly, the lithium secondary battery according to the present invention can improve stability.
여기서, 상기 음극은 음극 집전체 및 음극 집전체 상에 위치하고, 음극활물질을 함유하는 음극 활물질층을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 음극은 음극 집전체 상에 음극활물질을 도포, 건조 및 프레싱하여 제조되며, 필요에 따라 상기에서와 같은 도전재, 유기 바인더 고분자, 충진제 등이 선택적으로 더 포함될 수 있다.Here, the negative electrode may include a negative electrode current collector and a negative electrode active material layer positioned on the negative electrode current collector and containing a negative electrode active material. Specifically, the negative electrode is manufactured by applying, drying, and pressing a negative electrode active material on the negative electrode current collector, and, if necessary, a conductive material, an organic binder polymer, a filler, etc. as described above may be further optionally included.
또한, 상기 음극활물질은 예를 들어, 천연 흑연과 같이 층상 결정구조가 완In addition, the negative electrode active material has a complete layered crystal structure, such as natural graphite.
전히 이루어진 그라파이트, 저결정성 층상 결정 구조(graphene structure; 탄소의 6각형 벌집 모양 평면이 층상으로 배열된 구조)를 갖는 소프트 카본 및 이런 구조Soft carbon having a fully formed graphite, a low-crystalline layered crystal structure (graphene structure; a structure in which hexagonal honeycomb-shaped planes of carbon are arranged in layers), and such structures
들이 비결정성 부분들과 혼합되어 있는 하드 카본, 인조 흑연, 팽창 흑연, 탄소섬유, 난흑연화 탄소, 카본블랙, 카본나노튜브, 플러렌, 활성탄 등의 탄소 및 흑연재료나; LixFe2O3(0≤x≤1), LixWO2(0≤x≤1), SnxMe1-xMe'yOz (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me', Al, B, P, Si, 주기율표의 1족, 2족, 3족 원소, 할로겐; 0<x≤1; 1≤y≤3; 1≤z≤8) 등의 금속 복합 산화물; 리튬 금속; 리튬 합금; 규소계 합금; 주석계 합금; SnO, SnO2, PbO, PbO2, Pb2O3, Pb3O4, Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5, GeO, GeO2, Bi2O3, Bi2O4 및 Bi2O5 등의 금속 산화물; 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-Co-Ni계 재료; 티타늄 산화물; 리튬 티타늄 산화물 등을 사용할 수 있다.Carbon and graphite materials such as hard carbon, artificial graphite, expanded graphite, carbon fiber, non-graphitizable carbon, carbon black, carbon nanotubes, fullerene, and activated carbon, which are mixed with amorphous parts; metal composite oxides such as Li x Fe 2 O 3 (0≤x≤1), Li x WO 2 (0≤x≤1), Sn x Me 1-x Me' y O z (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me', Al, B, P, Si, elements of
하나의 예로서, 상기 음극활물질은 흑연과 규소(Si) 함유 입자를 함께 포함할 수 있으며, 상기 흑연으로는 층상 결정구조를 갖는 천연 흑연과 등방형 구조를 갖는 인조 흑연 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있고, 상기 규소(Si) 함유 입자로는 금속 성분으로서 규소(Si)를 주성분으로 포함하는 입자로서, 규소(Si) 입자, 산화규소(SiO2) 입자, 또는 상기 규소(Si) 입자와 산화규소(SiO2) 입자가 혼합된 것을 포함할 수 있다.As an example, the negative electrode active material may include graphite and silicon (Si)-containing particles together, and the graphite may include at least one of natural graphite having a layered crystal structure and artificial graphite having an isotropic structure, and the silicon (Si)-containing particles may include particles containing silicon (Si) as a main component as a metal component, and may include silicon (Si) particles, silicon oxide (SiO 2 ) particles, or a mixture of the silicon (Si) particles and silicon oxide (SiO 2 ) particles.
이 경우, 상기 음극활물질은 전체 100 중량부에 대하여 흑연 80 내지 95 중량부; 및 규소(Si) 함유 입자 1 내지 20 중량부로 포함할 수 있다. 본 발명은 음극활물질에 포함된 흑연과 규소(Si) 함유 입자의 함량을 상기와 같은 범위로 조절함으로써 전지의 초기 충방전 시 리튬 소모량과 비가역 용량 손실을 줄이면서 단위 질량당 충전 용량을 향상시킬 수 있다.In this case, the negative electrode active material may include 80 to 95 parts by weight of graphite and 1 to 20 parts by weight of silicon (Si)-containing particles based on 100 parts by weight of the total. The present invention can reduce lithium consumption and irreversible capacity loss during initial charge and discharge of a battery while improving the charge capacity per unit mass by controlling the contents of graphite and silicon (Si)-containing particles included in the negative electrode active material within the above range.
또한, 상기 음극 활물질층은 100㎛ 내지 200㎛의 평균 두께를 가질 수 있고, 구체적으로는 100㎛ 내지 180㎛; 100㎛ 내지 150㎛; 120㎛ 내지 200㎛; 140㎛ 내지 200㎛ 또는 140㎛ 내지 160㎛의 평균 두께를 가질 수 있다.In addition, the negative active material layer may have an average thickness of 100 ㎛ to 200 ㎛, and specifically, may have an average thickness of 100 ㎛ to 180 ㎛; 100 ㎛ to 150 ㎛; 120 ㎛ to 200 ㎛; 140 ㎛ to 200 ㎛ or 140 ㎛ to 160 ㎛.
아울러, 상기 음극 집전체는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인리스 스틸, 니켈, 티탄, 소성 탄소 등을 사용할 수 있으며, 구리나 스테인리스 스틸의 경우 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리된 것을 사용할 수도 있다.In addition, the negative current collector is not particularly limited as long as it has high conductivity without causing chemical changes in the battery, and for example, copper, stainless steel, nickel, titanium, calcined carbon, etc. can be used. In the case of copper or stainless steel, a material surface-treated with carbon, nickel, titanium, silver, etc. can also be used.
또한, 상기 음극 집전체는 양극 집전체와 마찬가지로, 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극활물질과의 결합력을 강화시킬 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태가 가능하다. 아울러, 상기 음극 집전체의 평균 두께는 제조되는 음극의 도전성과 총 두께를 고려하여 3~500 ㎛에서 적절하게 적용될 수 있다.In addition, the negative current collector, like the positive current collector, can form fine unevenness on the surface to strengthen the bonding strength with the negative active material, and can be in various forms such as a film, sheet, foil, net, porous body, foam, non-woven fabric, etc. In addition, the average thickness of the negative current collector can be appropriately applied in the range of 3 to 500 ㎛ in consideration of the conductivity and total thickness of the negative electrode to be manufactured.
또한, 상기 분리막은 양극과 음극 사이에 개재되며, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용된다. 분리막은 당업계에서 통상적으로 사용되는 것이라면 특별히 제한되지 않으나, 구체적으로는, 내화학성 및 소수성의 폴리프로필렌; 유리섬유; 또는 폴리에틸렌 등으로 만들어진 시트나 부직포 등이 사용될 수 있으며, 경우에 따라서는, 상기 시트나 부직포와 같은 다공성 고분자 기재에 무기물 입자/유기물 입자가 유기 바인더 고분자에 의해 코팅된 복합 분리막이 사용될 수도 있다. 전해질로서 폴리머 등의 고체 전해질이 사용되는 경우에는 고체 전해질이 분리막을 겸할 수도 있다. 아울러, 상기 분리막의 기공 직경은 평균 0.01~10 ㎛이고, 두께는 평균 5~300 ㎛일 수 있다.In addition, the separator is interposed between the anode and the cathode, and an insulating thin film having high ion permeability and mechanical strength is used. The separator is not particularly limited as long as it is commonly used in the art, but specifically, a sheet or nonwoven fabric made of chemically resistant and hydrophobic polypropylene; glass fiber; or polyethylene, etc. may be used, and in some cases, a composite separator in which inorganic particles/organic particles are coated with an organic binder polymer on a porous polymer substrate such as the sheet or nonwoven fabric may be used. When a solid electrolyte such as a polymer is used as the electrolyte, the solid electrolyte may also function as the separator. In addition, the pore diameter of the separator may be 0.01 to 10 ㎛ on average, and the thickness may be 5 to 300 ㎛ on average.
한편, 상기 양극과 음극은 젤리롤 형태로 권취되어 원통형 전지, 각형 전지 또는 파우치형 전지에 수납되거나, 또는 폴딩 또는 스택앤폴딩 형태로 파우치형 전지에 수납될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.Meanwhile, the positive and negative electrodes may be wound in a jelly roll shape and stored in a cylindrical battery, a square battery, or a pouch-shaped battery, or stored in a pouch-shaped battery in a folding or stack-and-folding form, but are not limited thereto.
또한, 본 발명에 따른 상기 리튬염 함유 전해액은 전해액과 리튬염으로 이루어질 수 있으며, 상기 전해액으로는 비수계 유기용매, 유기고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용될 수 있다.In addition, the lithium salt-containing electrolyte according to the present invention may be composed of an electrolyte and a lithium salt, and a non-aqueous organic solvent, an organic solid electrolyte, an inorganic solid electrolyte, etc. may be used as the electrolyte.
상기 비수계 유기용매로는, 예를 들어, N-메틸-2-피롤리디논, 에틸렌 카보네이트, 프로필렌 카보네이트, 부틸렌 카보네이트, 디메틸 카보네이트, 디에틸 카보네이트, 감마-부틸로락톤, 1,2-디메톡시 에탄, 테트라히드록시 프랑(franc), 2-메틸 테트라하이드로푸란, 디메틸설폭사이드, 1,3-디옥소런, 포름아미드, 디메틸포름아미드, 디옥소런, 아세토니트릴, 니트로메탄, 포름산 메틸, 초산메틸, 인산 트리에스테르, 트리메톡시 메탄, 디옥소런 유도체, 설포란, 메틸 설포란, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 프로필렌 카보네이트 유도체, 테트라하이드로푸란 유도체, 에테르, 피로피온산 메틸, 프로피온산 에틸 등의 비양자성 유기용매가 사용될 수 있다.As the above non-aqueous organic solvent, for example, an aprotic organic solvent such as N-methyl-2-pyrrolidinone, ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, gamma-butyrolactone, 1,2-dimethoxy ethane, tetrahydroxy franc, 2-methyl tetrahydrofuran, dimethyl sulfoxide, 1,3-dioxolan, formamide, dimethylformamide, dioxolan, acetonitrile, nitromethane, methyl formate, methyl acetate, triester phosphate, trimethoxy methane, dioxolan derivatives, sulfolane, methyl sulfolane, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, propylene carbonate derivatives, tetrahydrofuran derivatives, ethers, methyl pyrropionate, and ethyl propionate can be used. there is.
상기 유기 고체 전해질로는, 예를 들어, 폴리에틸렌 유도체, 폴리에틸렌 옥사이드 유도체, 폴리프로필렌 옥사이드 유도체, 인산 에스테르 폴리머, 폴리 에지테이션 리신(agitation lysine), 폴리에스테르 설파이드, 폴리비닐알코올, 폴리 불화 비닐리덴, 이온성 해리기를 포함하는 중합제 등이 사용될 수 있다.As the organic solid electrolyte, for example, polyethylene derivatives, polyethylene oxide derivatives, polypropylene oxide derivatives, phosphate ester polymers, polyagitation lysine, polyester sulfide, polyvinyl alcohol, polyvinylidene fluoride, polymerizers containing ionic dissociation groups, and the like can be used.
상기 무기 고체 전해질로는, 예를 들어, Li3N, LiI, Li5Ni2, Li3N-LiI-LiOH, LiSiO4, LiSiO4-LiI-LiOH, Li2SiS3, Li4SiO4, Li4SiO4-LiI-LiOH, Li3PO4-Li2S-SiS2 등의 Li의 질화물, 할로겐화물, 황산염 등이 사용될 수 있다.As the above-mentioned inorganic solid electrolyte, for example, Li nitrides, halides, sulfates, etc., such as Li 3 N, LiI, Li 5 Ni 2 , Li 3 N - LiI-LiOH, LiSiO 4 , LiSiO 4 -LiI -LiOH, Li 2 SiS 3 , Li 4 SiO 4 ,
상기 리튬염은 비수계 전해질에 용해되기 좋은 물질로서, 예를 들어, LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, 클로로보란 리튬, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4-페닐보론산 리튬, 이미드 등이 사용될 수 있다.The above lithium salt is a substance that is easily dissolved in a non-aqueous electrolyte, and for example, LiCl, LiBr, LiI, LiClO 4 , LiBF 4 , LiB10Cl 10 , LiPF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiCF 3 CO 2 , LiAsF 6 , LiSbF 6 , LiAlCl 4 , CH 3 SO 3 Li, (CF 3 SO 2 ) 2 NLi, lithium chloroborane, lithium lower aliphatic carboxylic acid, lithium 4-phenylboronic acid, imide, etc. can be used.
또한, 전해액에는 충방전 특성, 난연성 등의 개선을 목적으로, 예를 들어, 피리딘, 트리에틸포스파이트, 트리에탄올아민, 환상 에테르, 에틸렌 디아민, n-글라임(glyme), 헥사 인산 트리아미드, 니트로벤젠 유도체, 유황, 퀴논 이민 염료, N-치환 옥사졸리디논, N,N-치환된 이미다졸리딘, 에틸렌글리콜 디알킬 에테르, 암모늄염, 피롤, 2-메톡시 에탄올, 삼염화 알루미늄 등이 첨가될 수도 있다. 경우에 따라서는, 불연성을 부여하기 위하여, 사염화탄소, 삼불화에틸렌 등의 할로겐 함유 용매를 더 포함시킬 수도 있고, 고온 보존 특성을 향상시키기 위하여 이산화탄소 가스를 더 포함시킬 수도 있으며, FEC(Fluoro-Ethylene Carbonate), PRS(Propene sultone) 등을 더 포함시킬 수 있다.In addition, for the purpose of improving the charge/discharge characteristics, flame retardancy, etc., the electrolyte may contain, for example, pyridine, triethylphosphite, triethanolamine, cyclic ethers, ethylene diamine, n-glyme, hexaphosphoric acid triamide, nitrobenzene derivatives, sulfur, quinone imine dyes, N-substituted oxazolidinones, N,N-substituted imidazolidines, ethylene glycol dialkyl ethers, ammonium salts, pyrrole, 2-methoxy ethanol, aluminum trichloride, etc. In some cases, a halogen-containing solvent such as carbon tetrachloride or ethylene trifluoromethane may be further contained to provide incombustibility, carbon dioxide gas may be further contained to improve high-temperature storage characteristics, and FEC (Fluoro-Ethylene Carbonate), PRS (Propene sultone), etc. may be further contained.
한편, 본 발명은 일실시예에서, 상술된 이차전지를 단위전지로 포함하는 전지모듈을 제공하고, 상기 전지모듈을 포함하는 전지팩을 제공한다.Meanwhile, in one embodiment, the present invention provides a battery module including the secondary battery described above as a unit battery, and a battery pack including the battery module.
상기 전지팩은 고온 안정성 및 긴 사이클 특성과 높은 레이트 특성 등이 요구되는 중대형 디바이스의 전원으로 사용될 수 있으며, 이러한 중대형 디바이스의 구체적인 예로는 전지적 모터에 의해 동력을 받아 움직이는 파워 툴(power tool); 전기 자동차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기자동차(Hybrid Electric Vehicle, HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV) 등을 포함하는 전기차; 전기 자전거(E-bike), 전기 스쿠터(E-scooter)를 포함하는 전기 이륜차; 전기 골프 카트(electric golf cart); 전력저장용 시스템 등을 들 수 있고, 좀더 구체적으로는 하이브리드 전기자동차(Hybrid Electric Vehicle, HEV)를 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The above-mentioned battery pack can be used as a power source for medium-to-large-sized devices that require high-temperature stability, long cycle characteristics, and high-rate characteristics, and specific examples of such medium-to-large-sized devices include: a power tool that is powered by an electric motor and moves; an electric vehicle including an electric vehicle (EV), a hybrid electric vehicle (HEV), and a plug-in hybrid electric vehicle (PHEV); an electric two-wheeled vehicle including an electric bicycle (E-bike) and an electric scooter (E-scooter); an electric golf cart; and a power storage system, and more specifically, a hybrid electric vehicle (HEV) can be mentioned, but is not limited thereto.
나아가, 상기 양극과 음극은 젤리롤 형태로 권취되어, 원통형 전지, 각형 전지 또는 파우치형 전지에 수납되거나, 또는 폴딩 또는 스택앤폴딩 형태로 파우치형에 수납되는 형태일 수 있다. 예컨대, 본 발명에 따른 리튬 이차전지는 파우치형의 전지일 수 있다. Furthermore, the positive and negative electrodes may be wound in a jelly roll shape and stored in a cylindrical battery, a square battery, or a pouch-shaped battery, or may be stored in a pouch shape in a folding or stack-and-folding form. For example, the lithium secondary battery according to the present invention may be a pouch-shaped battery.
상기와 같이 본 발명에 따른 양극 활물질을 포함하는 리튬 이차전지는 단위전지로서 다수개 포함하는 전지모듈, 또는 전지팩에 사용될 수 있다. 구체적으로, 휴대전화, 노트북 컴퓨터, 디지털 카메라 등의 휴대용 기기, 및 하이브리드 전기자동차(hybrid electric vehicle, HEV) 등의 전기 자동차 분야 등에 유용하다.As described above, the lithium secondary battery including the cathode active material according to the present invention can be used in a battery module or battery pack including a plurality of unit cells. Specifically, it is useful in portable devices such as mobile phones, notebook computers, and digital cameras, and electric vehicles such as hybrid electric vehicles (HEVs).
이하, 본 발명을 실시예 및 실험예에 의해 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples and experimental examples.
단, 하기 실시예 및 실험예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예 및 실험예에 한정되는 것은 아니다.However, the following examples and experimental examples are only intended to illustrate the present invention, and the content of the present invention is not limited to the following examples and experimental examples.
실시예 1.Example 1.
스티렌-부타디엔 고무(이하, SBR, ZEON사 BM451B 제품) 바인더가 용매인 물에 60 : 40 비율(중량부)로 분산된 상태 100 g에 대하여, N-메틸-2-피롤리돈(NMP) 용매 500 g을 첨가 및 교반하였다. 그런 다음, 교반된 혼합물을 100 내지 120℃ 조건에서 2시간 동안 가열하면서 함유된 물을 완전히 증발시켜, NMP 치환된 SBR 바인더를 제조하였다. 그런 다음, NMP 치환된 SBR 바인더와 무기입자를 50:50 중량비로 혼합 및 교반하여 절연 조성물을 제조하였다. 제조된 절연 조성물의 점도는 5,000 cP이다.For 100 g of a styrene-butadiene rubber (hereinafter, SBR, ZEON BM451B product) binder dispersed in water as a solvent at a ratio of 60:40 (parts by weight), 500 g of N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) solvent was added and stirred. Then, the stirred mixture was heated at 100 to 120°C for 2 hours to completely evaporate the contained water, thereby preparing an NMP-substituted SBR binder. Then, the NMP-substituted SBR binder and inorganic particles were mixed and stirred at a weight ratio of 50:50 to prepare an insulating composition. The viscosity of the prepared insulating composition is 5,000 cP.
실시예 2~4, 비교예 1~2.Examples 2 to 4, Comparative Examples 1 to 2.
절연 조성물 제조시 무기입자 및 바인더의 함량을 변경한 것을 제외하곤, 실시예 1과 동일한 방법으로 절연 코팅액을 수득하였다.An insulating coating solution was obtained in the same manner as in Example 1, except that the content of inorganic particles and binder was changed when preparing the insulating composition.
실시예 1~4, 비교예 1~2의 구체적인 조성은 아래의 표 1에 나타내었다.The specific compositions of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 2 are shown in Table 1 below.
실험예 1. 절연층의 습윤 접착력 측정Experimental Example 1. Measurement of wet adhesion of insulation layer
본 발명에 따른 절연층의 접착력을 평가하기 위하여 하기와 같은 실험을 수행하였다.In order to evaluate the adhesive strength of the insulating layer according to the present invention, the following experiment was conducted.
절연층이 형성된 금속 시편Metal specimen with formed insulating layer
실시예 1-4 및 비교예 1, 2 에서 제조한 절연 조성물을 알루미늄 금속 호일에 코팅하고, 건조 시켜 약 10 ㎛ 두께의 절연층이 형성된 금속 시편을 준비하였다. 상기 절연층이 형성된 금속 시편은 접착력 측정용 타발기를 사용하여 2 cm × 2 cm 크기로 타발하였다.The insulating compositions manufactured in Examples 1-4 and Comparative Examples 1 and 2 were coated on aluminum metal foil and dried to prepare a metal specimen having an insulating layer of about 10 ㎛ in thickness. The metal specimen having the insulating layer formed thereon was punched into a size of 2 cm × 2 cm using a puncher for measuring adhesion.
초음파 인가Ultrasonic authentication
250 ㎖ 의 비커에 전해액 EC/EMC=3/7(vol.%) 200 g을 투입하고, 상기 전해액에 절연층이 형성된 금속 시편을 함침 시켰다. 상기 금속 시편의 움직임을 제어하기 위하여, 상기 금속 시편을 지그로 고정하였다.200 g of electrolyte EC/EMC=3/7(vol.%) was added to a 250 ml beaker, and a metal specimen having an insulating layer formed thereon was immersed in the electrolyte. In order to control the movement of the metal specimen, the metal specimen was fixed with a jig.
그리고, 상기 금속 시편이 함침된 전해액에 초음파 분산기(BANDELIN 社, 4200)를 이용하여 초음파를 인가하였다. 이때, 초음파 인가 조건은 하기와 같다.Then, ultrasonic waves were applied to the electrolyte solution in which the metal specimen was impregnated using an ultrasonic disperser (BANDELIN, 4200). At this time, the ultrasonic wave application conditions were as follows.
- 주파수: 20kHz- Frequency: 20kHz
- 팁 직경(Tip diameter): 13 mm (TS-113)- Tip diameter: 13 mm (TS-113)
- Amplitude: 100%- Amplitude: 100%
(13 mm tip 사용시, Peak-to-peak 132 ㎛)(When using 13 mm tip, peak-to-peak 132 ㎛)
그리고, 그 결과를 하기 표 2와 도 2에 나타내었다.And, the results are shown in Table 2 and Figure 2 below.
=50:50AlOOH:SBR
=50:50
=60:40AlOOH:SBR
=60:40
=75:25AlOOH:SBR
=75:25
=80:20AlOOH:SBR
=80:20
=80:20AlOOH:PVDF
=80:20
=88:12AlOOH:PVDF
=88:12
도 2는 실시예 1, 4 및 비교예 1-2의 절연층의 습윤 접착력을 측정한 결과를 보여주는 도면이다.Figure 2 is a drawing showing the results of measuring the wet adhesion of the insulating layers of Examples 1 and 4 and Comparative Example 1-2.
표 2와 도 2를 살펴보면, 실시예 1의 전극 시편은 절연층에 스웰링 또는 탈리 발생이 없었다. 다만, 실시예 1의 경우 초음파 인가에 의한 전해액의 온도 증가로 EMC 의 끓는점이 107.5℃로, 용매가 증발하여 측정환경이 변화하여 109℃ 도달시 측정을 멈췄다.Looking at Table 2 and Figure 2, the electrode specimen of Example 1 did not experience swelling or detachment in the insulating layer. However, in the case of Example 1, the boiling point of EMC was 107.5℃ due to the increase in temperature of the electrolyte caused by the application of ultrasonic waves, and the measurement environment changed due to the evaporation of the solvent, so the measurement was stopped when it reached 109℃.
아울러, 실시예 2, 3의 경우 사진에는 나타나지 않았으나, 전극 시편도 실시예 1과 마찬가지로 절연층에 스웰링 또는 탈리가 발생하지 않았다. 다만, EMC 의 끓는점이 107.5℃로, 용매가 증발하여 측정환경이 변화하여 109℃ 도달시 측정을 멈췄다.In addition, for Examples 2 and 3, although not shown in the photographs, no swelling or detachment occurred in the insulating layer of the electrode specimen, as in Example 1. However, since the boiling point of EMC was 107.5°C, the measurement environment changed as the solvent evaporated, and the measurement was stopped when it reached 109°C.
실시예 4의 경우, 전해액에 초음파를 인가하고 15분 동안에는 전극 시편에 스웰링 또는 탈리가 발생하지 않았다. 다만, 도면에는 개시되어 있지 않으나, 계속된 초음파 인가에 의한 전해액의 온도 증가로 108℃ 를 도달하였을 때, 전극 시편의 스웰링과 탈리가 발생하였다.In the case of Example 4, when ultrasonic waves were applied to the electrolyte, no swelling or detachment occurred in the electrode specimen for 15 minutes. However, although not disclosed in the drawing, when the temperature of the electrolyte reached 108°C due to the continued application of ultrasonic waves, swelling and detachment of the electrode specimen occurred.
아울러, 비교예 1, 2의 경우, 전해액에 초음파를 인가한지 5분 만에 상기 전극 시편에 스웰링 및 탈리가 발생하였다. In addition, in the case of Comparative Examples 1 and 2, swelling and detachment occurred in the electrode specimen within 5 minutes of applying ultrasonic waves to the electrolyte.
이를 통해, 실시예의 절연층이 비교예 1-2 의 절연층 대비 습윤 접착력이 우수한 것을 확인할 수 있었다. Through this, it was confirmed that the insulating layer of the example had superior wet adhesion compared to the insulating layer of Comparative Example 1-2.
실험예 2. 전지 셀의 용량 발현 평가Experimental Example 2. Evaluation of Capacity Development of Battery Cells
본 발명에 따른 절연층을 포함하는 양극의 성능을 평가하기 위하여 하프 셀을 제조한 후 용량 발현을 평가하였다.In order to evaluate the performance of the positive electrode including the insulating layer according to the present invention, half cells were manufactured and then the capacity development was evaluated.
하프 셀의 제조Manufacturing of Half Cells
양극 활물질로서 LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 96 중량부, 바인더로서 PVdF 2 중량부, 도전재로서 카본 블랙 2 중량부를 칭량하여 N-메틸피롤리돈(NMP) 용매 중에서 혼합하여 양극 슬러리를 제조하였다. 알루미늄 호일에, 상기 활물질층용 슬러리를 도포하고 건조시킨 후 압연하여 양극 활물질층(평균 두께: 130㎛)을 구비하는 양극을 제조하였다.As a positive electrode active material, 96 parts by weight of LiNi 0.8 Co 0.1 Mn 0.1 O 2 , 2 parts by weight of PVdF as a binder, and 2 parts by weight of carbon black as a conductive material were weighed and mixed in an N-methylpyrrolidone (NMP) solvent to prepare a positive electrode slurry. The slurry for the active material layer was applied to aluminum foil, dried, and then rolled to prepare a positive electrode having a positive electrode active material layer (average thickness: 130 μm).
그리고, 상기 양극에 실시예 1~3 에서 수득한 절연 코팅액을 딥코팅한 후 컨벡션 오븐(130℃)에서 건조하여, 양극에 두께가 10㎛ 인 절연층을 형성하였다. 음극으로는 리튬 호일을 사용하고, EC:DMC:DEC=1:2:1 인 용매에 1M의 LiPF6가 들어있는 전해액을 사용하여 코인형 하프 셀들을 제조하였다.Then, the insulating coating solution obtained in Examples 1 to 3 was dip-coated on the positive electrode and dried in a convection oven (130°C) to form an insulating layer with a thickness of 10 μm on the positive electrode. Lithium foil was used as the negative electrode, and coin-type half-cells were manufactured using an electrolyte containing 1 M LiPF 6 in a solvent of EC:DMC:DEC = 1:2:1.
방전 용량 측정Discharge capacity measurement
실시예 5~7 의 전지에 대해, 다음과 같은 조건으로 방전 특성을 평가하였다. 그리고, 상기 방전 특성은 상온(25℃) 및 고온(45℃)에서 각각 측정하였다. For the batteries of Examples 5 to 7, the discharge characteristics were evaluated under the following conditions. And, the discharge characteristics were measured at room temperature (25°C) and high temperature (45°C), respectively.
- 방전: 0.1C, 0.33C, 0.5C, 1.0C, 2.5, cut-off- Discharge: 0.1C, 0.33C, 0.5C, 1.0C, 2.5, cut-off
한편, 각 전지의 용량 발현 여부를 비교하기 위하여 절연층이 형성되지 않은 전극을 포함하는 전지 셀을 비교예 3으로 하였다. 그리고, 그 결과를 표 4와 도 3, 표 5와 도 4에 나타내었다.Meanwhile, in order to compare whether each battery exhibited capacity, a battery cell including an electrode without an insulating layer formed was used as Comparative Example 3. The results are shown in Table 4 and Fig. 3, Table 5 and Fig. 4.
(중량비)Weapon Particle: Binder
(Weight ratio)
(중량비)Weapon Particle: Binder
(Weight ratio)
상기 표 4, 5와 도 3, 도 4 참조하면, 고온 방전(45℃)에서 실시예 7의 경우, 0.1C 방전시 용량 일부가 발현되는 것을 확인할 수 있었으나, 실시예 5~6의 전지는 상온 방전(25℃)에서 용량 발현이 거의 없었다.Referring to Tables 4 and 5 above and Figures 3 and 4, in the case of Example 7, it was confirmed that some of the capacity was developed at 0.1C discharge at high temperature discharge (45°C), but in the batteries of Examples 5 and 6, almost no capacity was developed at room temperature discharge (25°C).
이러한 결과는, 상기 절연층이 전해액 내에서 습윤 접착력이 우수하여 전극의 오버레이 영역의 리튬 이온의 이동을 막아 방전시 용량 발현 등을 억제하는 것으로 보인다. 이에 따라, 본 발명에 따른 리튬 이차전지는 사이클 증가에 따른 용량 퇴화를 억제하면서, 안전성 등을 개선할 수 있는 것으로 보인다.These results indicate that the insulating layer has excellent wet adhesion in the electrolyte, thereby preventing the movement of lithium ions in the overlay region of the electrode, thereby suppressing capacity development, etc. during discharge. Accordingly, the lithium secondary battery according to the present invention appears to be able to improve safety, etc. while suppressing capacity degradation due to an increase in cycles.
이상에서는 본 발명 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면, 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the present invention has been described above with reference to preferred embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art or having ordinary knowledge in the art that various modifications and changes may be made to the present invention without departing from the spirit and technical scope of the present invention as set forth in the claims below.
따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정해져야만 할 것이다.Therefore, the technical scope of the present invention should not be limited to the contents described in the detailed description of the specification, but should be defined by the scope of the patent claims.
Claims (11)
집전체의 일면 또는 양면에 형성되되, 양극 활물질, 도전재 및 비수계 바인더를 포함하는 활물질층; 및
상기 활물질층의 측면에 위치하는 절연층을 포함하며,
상기 절연층은 집전체 상에 위치되되, 집전체 무지부의 일부 영역으로부터 집전체에 도포된 활물질층의 일부 영역을 커버하도록 형성된 구조이고,
상기 절연층은 수계 바인더를 포함하는 리튬 이차전지용 양극.
The whole house;
An active material layer formed on one or both sides of the entire body, comprising a positive electrode active material, a conductive material, and a non-aqueous binder; and
Including an insulating layer located on the side of the above active material layer,
The above insulating layer is positioned on the current collector, and is structured to cover a part of the active material layer applied to the current collector from a part of the non-conductive part of the current collector.
The above insulating layer is a positive electrode for a lithium secondary battery including an aqueous binder.
상기 절연층은 집전체 상에 위치되되, 집전체 무지부의 일부 영역으로부터 집전체에 도포된 활물질층의 슬라이딩 영역의 일부 커버하도록 형성된 구조이고,
절연층의 형성 높이는 활물질층 높이의 10 내지 50% 범위인 리튬 이차전지용 양극.
In paragraph 1,
The above insulating layer is positioned on the current collector, and is structured to cover a part of the sliding area of the active material layer applied to the current collector from a part of the non-conductive portion of the current collector.
A positive electrode for a lithium secondary battery, wherein the height of the insulating layer is in the range of 10 to 50% of the height of the active material layer.
상기 절연층은 집전체 상에 위치되되, 집전체 무지부의 일부 영역으로부터 집전체에 도포된 활물질층의 슬라이딩 영역의 일부 커버하도록 형성된 구조이고,
절연층의 형성 높이는 활물질층 높이의 50 내지 100% 범위인 리튬 이차전지용 양극.
In paragraph 1,
The above insulating layer is positioned on the current collector, and is structured to cover a part of the sliding area of the active material layer applied to the current collector from a part of the non-conductive portion of the current collector.
A positive electrode for a lithium secondary battery, wherein the height of the insulating layer is in the range of 50 to 100% of the height of the active material layer.
절연층의 두께는, 평균 1㎛ 내지 50㎛ 범위인 리튬 이차전지용 양극.
In paragraph 1,
A positive electrode for a lithium secondary battery, the thickness of the insulating layer being in the range of 1㎛ to 50㎛ on average.
상기 절연층은,
비수계 용매로 치환된 수계 바인더 내에 분산된 무기입자를 더 포함하며,
무기입자 및 수계 바인더의 중량비는 1:99 내지 95:5 범위인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지용 양극.
In paragraph 1,
The above insulating layer is,
Further comprising inorganic particles dispersed within an aqueous binder substituted with a non-aqueous solvent,
A positive electrode for a lithium secondary battery, characterized in that the weight ratio of inorganic particles and aqueous binder is in the range of 1:99 to 95:5.
무기입자는, AlOOH, Al2O3, γ-AlOOH, Al(OH)3, Mg(OH)2, Ti(OH)4, MgO, CaO, Cr2O3, MnO2, Fe2O3, Co3O4, NiO, ZrO2, BaTiO3, SnO2, CeO2, Y2O3, SiO2, 실리콘 카바이드(SIC) 및 보론 나이트라이드(BN)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 리튬 이차전지용 양극.
In paragraph 5,
A positive electrode for a lithium secondary battery, wherein the inorganic particles are at least one selected from the group consisting of AlOOH, Al 2 O 3 , γ-AlOOH, Al(OH) 3 , Mg(OH) 2 , Ti(OH ) 4 , MgO, CaO, Cr 2 O 3 , MnO 2 , Fe 2 O 3 , Co 3 O 4 , NiO, ZrO 2 , BaTiO 3 , SnO 2 , CeO 2 , Y 2 O 3 , SiO 2 , silicon carbide (SIC) and boron nitride (BN).
수계 바인더는, 스티렌-부타디엔 러버, 아크릴레이트 스티렌-부타디엔 러버, 아크릴로니트릴-부타디엔 러버, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 러버, 아크릴 고무, 부틸고무, 불소고무, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌프로필렌공중합체, 폴리에틸렌옥시드, 폴리비닐피롤리돈, 폴리에피크로로히드린, 폴리포스파젠, 폴리아크릴로니트릴, 폴리스틸렌, 에틸렌프로필렌디엔공중합체, 폴리비닐피리딘, 클로로설폰화폴리에틸렌, 라텍스, 폴리에스테르수지, 아크릴수지, 페놀수지, 에폭시 수지, 폴리비닐알콜, 하이드록시프로필메틸셀룰로즈, 히드록시프로필셀룰로오스 및 디아세틸셀룰로오스로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 리튬 이차전지용 양극.
In paragraph 1,
A lithium secondary battery cathode, wherein the aqueous binder is at least one selected from the group consisting of styrene-butadiene rubber, acrylated styrene-butadiene rubber, acrylonitrile-butadiene rubber, acrylonitrile-butadiene-styrene rubber, acrylic rubber, butyl rubber, fluoroelastomer, polytetrafluoroethylene, polyethylene, polypropylene, ethylene propylene copolymer, polyethylene oxide, polyvinyl pyrrolidone, polyepichlorohydrin, polyphosphazene, polyacrylonitrile, polystyrene, ethylene propylene diene copolymer, polyvinyl pyridine, chlorosulfonated polyethylene, latex, polyester resin, acrylic resin, phenol resin, epoxy resin, polyvinyl alcohol, hydroxypropyl methyl cellulose, hydroxypropyl cellulose, and diacetyl cellulose.
비수계 바인더는, 폴리비닐리덴 플로라이드(PVDF), 폴리비닐리덴 플루오라이드-co-헥사플루오로프로핀(PVDF-co-HFP, Poly(vinylidene fluoride-co-hexafluoropropene)), 폴리(에틸렌 옥사이드)((PEO, Poly(ethylene oxide)), 폴리아크릴산(PAA), 폴리이미드(PI), 폴리아미드이미드(PAI) 및 폴리이미드-폴리아미드이미드 공중합체(PI-PAI)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 리튬 이차전지용 양극.
In paragraph 1,
A positive electrode for a lithium secondary battery, wherein the non-aqueous binder is at least one selected from the group consisting of polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinylidene fluoride-co-hexafluoropropene (PVDF-co-HFP, Poly(vinylidene fluoride-co-hexafluoropropene)), poly(ethylene oxide) (PEO, Poly(ethylene oxide)), polyacrylic acid (PAA), polyimide (PI), polyamideimide (PAI), and polyimide-polyamideimide copolymer (PI-PAI).
비수계 바인더는, 폴리비닐리덴 플로라이드(PVDF)이고,
수계 바인더는, N-메틸-2-피롤리돈으로 치환된 스티렌-부타디엔 고무인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지용 양극.
In paragraph 1,
The non-aqueous binder is polyvinylidene fluoride (PVDF).
A positive electrode for a lithium secondary battery, characterized in that the aqueous binder is a styrene-butadiene rubber substituted with N-methyl-2-pyrrolidone.
Priority Applications (8)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202280005627.9A CN115917779B (en) | 2021-07-30 | 2022-07-29 | Positive electrode for lithium secondary battery including insulating layer having excellent wet adhesion and lithium secondary battery including the same |
| EP22849928.1A EP4181268A4 (en) | 2021-07-30 | 2022-07-29 | LITHIUM SECONDARY BATTERY CATHODE COMPRISING INSULATING LAYER HAVING EXCELLENT WET ADHESION RESISTANCE AND LITHIUM SECONDARY BATTERY COMPRISING SAME |
| US18/020,569 US20230307650A1 (en) | 2021-07-30 | 2022-07-29 | Positive Electrode for Lithium Secondary Battery Including Insulating Layer Having Excellent Wet Adhesion and Lithium Secondary Battery Including the Same |
| CN202511258095.1A CN121123168A (en) | 2021-07-30 | 2022-07-29 | Positive electrode for lithium secondary battery including insulating layer having excellent wet adhesion and lithium secondary battery including the same |
| JP2023509438A JP7783255B2 (en) | 2021-07-30 | 2022-07-29 | Positive electrode for lithium secondary battery including insulating layer with excellent wet adhesion and lithium secondary battery including the same |
| PCT/KR2022/011204 WO2023008953A1 (en) | 2021-07-30 | 2022-07-29 | Lithium secondary battery cathode comprising insulating layer with excellent wet adhesive strength and lithium secondary battery comprising same |
| US18/917,473 US20250038215A1 (en) | 2021-07-30 | 2024-10-16 | Positive Electrode for Lithium Secondary Battery Including Insulating Layer Having Excellent Wet Adhesion and Lithium Secondary Battery Including the Same |
| KR1020250067360A KR20250077443A (en) | 2021-07-30 | 2025-05-23 | Positive electrode comprising insulating layer having excellent wet adhesion and lithium secondary battery comprising the same |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR20210100426 | 2021-07-30 | ||
| KR1020210100426 | 2021-07-30 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020250067360A Division KR20250077443A (en) | 2021-07-30 | 2025-05-23 | Positive electrode comprising insulating layer having excellent wet adhesion and lithium secondary battery comprising the same |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20230019035A KR20230019035A (en) | 2023-02-07 |
| KR102813878B1 true KR102813878B1 (en) | 2025-05-29 |
Family
ID=85253208
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020220092191A Active KR102813878B1 (en) | 2021-07-30 | 2022-07-26 | Positive electrode comprising insulating layer having excellent wet adhesion and lithium secondary battery comprising the same |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102813878B1 (en) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102864400B1 (en) * | 2023-09-26 | 2025-09-24 | 주식회사 엘지에너지솔루션 | Negative electrode, composition for dam coating layer of negative electrode and lithium secondary battery |
| CN119230725B (en) * | 2024-09-29 | 2025-11-07 | 四川新能源汽车创新中心有限公司 | Pole piece, preparation method of pole piece, secondary battery and power utilization device |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007234418A (en) * | 2006-03-01 | 2007-09-13 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Negative electrode mixture paste for non-aqueous secondary battery, negative electrode and non-aqueous secondary battery using the same, and method for producing negative electrode mixture paste |
| JP2014032758A (en) * | 2012-08-01 | 2014-02-20 | Nippon Zeon Co Ltd | Method of manufacturing electrode for lithium ion secondary battery, and lithium ion secondary battery |
| JP2021086681A (en) * | 2019-11-26 | 2021-06-03 | トヨタ自動車株式会社 | Nonaqueous electrolyte secondary battery |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101768195B1 (en) * | 2015-01-26 | 2017-08-16 | 주식회사 엘지화학 | Method for Preparing Positive Electrode Having Insulation Coating portion and Positive Electrode Prepared Thereby |
| WO2019151833A1 (en) | 2018-02-01 | 2019-08-08 | 주식회사 엘지화학 | Electrode for lithium secondary battery, method for manufacturing same, and lithium secondary battery comprising same |
-
2022
- 2022-07-26 KR KR1020220092191A patent/KR102813878B1/en active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007234418A (en) * | 2006-03-01 | 2007-09-13 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Negative electrode mixture paste for non-aqueous secondary battery, negative electrode and non-aqueous secondary battery using the same, and method for producing negative electrode mixture paste |
| JP2014032758A (en) * | 2012-08-01 | 2014-02-20 | Nippon Zeon Co Ltd | Method of manufacturing electrode for lithium ion secondary battery, and lithium ion secondary battery |
| JP2021086681A (en) * | 2019-11-26 | 2021-06-03 | トヨタ自動車株式会社 | Nonaqueous electrolyte secondary battery |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20230019035A (en) | 2023-02-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101540618B1 (en) | Electrode for Secondary Battery and Method of Preparing the Same | |
| KR102225305B1 (en) | Method of Manufacturing Separator Having Inorganic Coating Layer Using Phase Separation | |
| KR101130052B1 (en) | Sheet-typed Separator Containing Mixed Coating Layer and Electrochemical Cell Employed with the Same | |
| KR102781359B1 (en) | A separator for a litium secondary battery and a lithium secondary battery comprising the same | |
| KR102071489B1 (en) | Electrode Comprising Active Material Layers Having Active Material Particles of Different Average Particle Sizes | |
| KR20250077443A (en) | Positive electrode comprising insulating layer having excellent wet adhesion and lithium secondary battery comprising the same | |
| EP3996196A1 (en) | Electrode assembly with insulation film formed on tab, manufacturing method thereof, and lithium secondary battery comprising same | |
| CN111801837A (en) | Stacked electrode assembly including electrode with insulating layer and lithium secondary battery including the same | |
| US20250038214A1 (en) | Insulating Composition for Electrode Having Excellent Wet Adhesion and Preparation Method Thereof | |
| CN104718659A (en) | Electrolyte for lithium secondary battery and lithium secondary battery comprising same | |
| KR102813878B1 (en) | Positive electrode comprising insulating layer having excellent wet adhesion and lithium secondary battery comprising the same | |
| KR102096821B1 (en) | Method of Manufacturing Negative Electrode for Secondary Battery Comprising Active Material Layers Having Different Hardness of Negative Active Material | |
| EP2816655A1 (en) | Electrode assembly and lithium secondary battery including same | |
| KR101744120B1 (en) | Pouch-typed Secondary Battery of Improved Safety of Nail Penetration Test | |
| US20250105301A1 (en) | Collector Including Adhesion Enhancing Layer, Positive Electrode Including the Same, and Lithium Secondary Battery Including the Positive Electrode | |
| CN118475666A (en) | Adhesion enhancing composition, current collector comprising the same, positive electrode comprising the current collector, method of manufacturing the positive electrode, and lithium secondary battery comprising the positive electrode | |
| KR102848371B1 (en) | Insulation composition for electrode with excellent wet adhesion and manufacturing method thereof | |
| KR20180039452A (en) | Method of making Separator comprising patterned electrode-adhesive layer without solvent | |
| KR102147495B1 (en) | Cathode active material with improved safety and lithium secondary battery comprising the same | |
| CN107925050B (en) | Method of manufacturing electrode for rechargeable battery including process of drying electrode slurry by applying vacuum in a certain direction | |
| EP4131472B1 (en) | Cathode for lithium secondary battery, and lithium secondary battery | |
| KR20250060576A (en) | Secondary battery electrode with double insulation layers and manufacturing method thereof | |
| KR20150132061A (en) | Electrolyte Solution for Lithium Secondary Battery and Lithium Secondary Battery Comprising The Same | |
| KR20230046565A (en) | Composition for a cathode insulating layer with excellent visibility, cathode for lithium secondary battery and lithium secondary battery comprising the cathode |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 20220726 |
|
| PG1501 | Laying open of application | ||
| A201 | Request for examination | ||
| PA0201 | Request for examination |
Patent event code: PA02012R01D Patent event date: 20230419 Comment text: Request for Examination of Application Patent event code: PA02011R01I Patent event date: 20220726 Comment text: Patent Application |
|
| A302 | Request for accelerated examination | ||
| PA0302 | Request for accelerated examination |
Patent event date: 20230803 Patent event code: PA03022R01D Comment text: Request for Accelerated Examination Patent event date: 20220726 Patent event code: PA03021R01I Comment text: Patent Application |
|
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| PE0902 | Notice of grounds for rejection |
Comment text: Notification of reason for refusal Patent event date: 20240223 Patent event code: PE09021S01D |
|
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| PE0902 | Notice of grounds for rejection |
Comment text: Notification of reason for refusal Patent event date: 20240610 Patent event code: PE09021S01D |
|
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| PE0701 | Decision of registration |
Patent event code: PE07011S01D Comment text: Decision to Grant Registration Patent event date: 20250224 |
|
| PG1601 | Publication of registration |