KR20160002601A - Rechargeable lithium battery - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 구현예는 음극의 비가역 영역을 보상하여 셀의 초기 효율을 증대시키고, 이로 인하여 용량 및 에너지 밀도를 증가시키는 리튬 이차 전지를 제공하는 것이다. 본 발명의 일 구현예에 따른 리튬 이차 전지는, 양극 전류 집전체에 양극 활물질이 코팅된 양극 코팅부와 양극 활물질이 코팅되지 않은 양극 무지부를 포함하는 양극, 음극 전류 집전체에 음극 활물질이 코팅된 음극 코팅부와 음극 활물질이 코팅되지 않은 음극 무지부를 포함하고, 리튬원을 포함하는 음극, 상기 양극 및 음극 사이에 위치하는 세퍼레이터, 및 전해질을 포함하며, 상기 음극 코팅부는 상기 양극 코팅부에 대응하는 활성 영역을 포함하고, 상기 리튬원은 상기 활성 영역의 말단으로부터 설정된 간격으로 이격되어 상기 음극에 위치한다.One embodiment of the present invention provides a lithium secondary battery that compensates for the irreversible region of the cathode to increase the initial efficiency of the cell, thereby increasing the capacity and energy density. A lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention includes a positive electrode current collector having a positive electrode coating portion coated with a positive electrode active material and a positive electrode uncoated portion not coated with the positive electrode active material, A negative electrode coating portion and a negative electrode coating portion on which a negative electrode active material is not coated, the negative electrode coating portion including a negative electrode including a lithium source, a separator positioned between the positive electrode and the negative electrode, and an electrolyte, Wherein the lithium source is spaced apart from the end of the active region and located at the cathode.
Description
본 기재는 리튬 이차 전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전극군의 양극과 음극에 양극 코팅부와 음극 코팅부를 각각 가지는 리튬 이차 전지에 관한 것이다.The present invention relates to a lithium secondary battery, and more particularly, to a lithium secondary battery having a positive electrode coating portion and a negative electrode coating portion on a positive electrode and a negative electrode of an electrode group, respectively.
최근의 휴대용 소형 전자기기의 전원으로서 각광받고 있는 리튬 이차 전지는 유기 전해액을 사용함에 따라, 기존의 알칼리 수용액을 사용한 전지보다 2배 이상의 높은 방전 전압을 나타내며, 그결과 높은 에너지 밀도를 나타내는 전지이다.A lithium secondary battery, which has recently been spotlighted as a power source for portable electronic devices, has a discharge voltage twice as high as that of a conventional battery using an alkaline aqueous solution, resulting in high energy density.
리튬 이차 전지는 일반적으로 양극, 음극, 양극과 음극 사이에 위치하는 세퍼레이터 및 전해액으로 구성되며, 상기 양극 및음극은 전류 집전체와 활물질 층으로 구성된다.The lithium secondary battery generally comprises a positive electrode, a negative electrode, a separator positioned between the positive electrode and the negative electrode, and an electrolyte, and the positive electrode and the negative electrode are composed of a current collector and an active material layer.
상기 양극의 양극 활물질로는 LiCoO2, LiMn2O4, LiNi1-xCoxO2(0 < X < 1)등과 같이 리튬이 인터칼레이션이 가능한 구조를 가진 리튬과 전이 금속으로 이루어진 산화물이 주로 사용된다.Examples of the positive electrode active material of the positive electrode include an oxide made of lithium and a transition metal having a structure capable of lithium intercalation such as LiCoO 2 , LiMn 2 O 4 , LiNi 1-x Co x O 2 (0 <X <1) It is mainly used.
상기 음극의 음극 활물질로는 리튬의 삽입/탈리가 가능한 인조, 천연 흑연, 하드 카본을 포함한 다양한 형태의 탄소계 재료가 사용된다. 그러나 이러한 탄소계 음극 활물질은 비가역 용량이 발생하고, 이음극의 비가역 용량에 해당하는 리튬이 양극에서 부족하게 되고, 양극의 전위(Li/Li+)가 증가하게 된다. 이러한 양극 전위의 증가는 사이클 수명을 저하시킬 수 있다.As the negative electrode active material for the negative electrode, various types of carbon-based materials including artificial graphite, natural graphite, and hard carbon capable of intercalating / deintercalating lithium are used. However, irreversible capacity occurs in the carbonaceous anode active material, lithium corresponding to the irreversible capacity of the diaphragm becomes insufficient at the anode, and the potential of the anode (Li / Li + ) increases. Such an increase in the positive electrode potential may lower the cycle life.
이러한 문제들은 음극의 초기 충전에 대한 초기 방전이 좋지 않은, 즉 초기 방전 효율이 좋지 않기 때문에 발생하는 문제로서, 이러한 비가역 용량 발생 및 초기 방전 효율의 저하는 활물질 층의 두께가 증가하거나 고합재인 경우 더욱 심해질 수있다.These problems arise because the initial discharge for the initial charging of the cathode is poor, that is, the initial discharge efficiency is not good. Such irreversible capacity generation and reduction of the initial discharge efficiency may occur when the thickness of the active material layer is increased, It can get worse.
음극의 초기 방전 효율을 증가시키기 위한 방법으로, FMC 사의 안정화된 리튬 금속 분말(stabilized lithium metal powder, SLMP) 또는 안정화된 리튬 금속 분말을 이형 필름에 도포하여 제조한 LMCF(lithium metal carrier film)을 음극에 압연하여 전사하는 방법이 연구되고 있다. As a method for increasing the initial discharge efficiency of a cathode, a lithium metal carrier film (LMCF) prepared by applying a stabilized lithium metal powder (SLMP) of FMC Co. or a stabilized lithium metal powder to a release film is applied to a cathode And then transferred to a roll.
본 발명의 일 구현예는 음극의 비가역 영역을 보상하여 초기 효율을 증대시키고, 이로 인하여 용량 및 에너지 밀도를 증가시키는 리튬 이차 전지를 제공하는 것이다.One embodiment of the present invention provides a lithium secondary battery that compensates for the irreversible region of the cathode to increase the initial efficiency, thereby increasing the capacity and energy density.
본 발명의 일 구현예에 따른 리튬 이차 전지는, 양극 전류 집전체에 양극 활물질이 코팅된 양극 코팅부와 양극 활물질이 코팅되지 않은 양극 무지부를 포함하는 양극, 음극 전류 집전체에 음극 활물질이 코팅된 음극 코팅부와 음극 활물질이 코팅되지 않은 음극 무지부를 포함하고, 리튬원을 포함하는 음극, 상기 양극 및 음극 사이에 위치하는 세퍼레이터, 및 전해질을 포함하며, 상기 음극 코팅부는 상기 양극 코팅부에 대응하는 활성 영역을 포함하고, 상기 리튬원은 상기 활성 영역의 말단으로부터 설정된 간격으로 이격되어 상기 음극에 위치한다.A lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention includes a positive electrode current collector having a positive electrode coating portion coated with a positive electrode active material and a positive electrode uncoated portion not coated with the positive electrode active material, A negative electrode coating portion and a negative electrode coating portion on which a negative electrode active material is not coated, the negative electrode coating portion including a negative electrode including a lithium source, a separator positioned between the positive electrode and the negative electrode, and an electrolyte, Wherein the lithium source is spaced apart from the end of the active region and located at the cathode.
상기 리튬원은 상기 활성 영역의 말단으로부터 0.1mm 이상의 간격으로 이격되어 위치할 수 있다.The lithium source may be spaced apart from the end of the active region by an interval of 0.1 mm or more.
상기 리튬원은, 상기 활성 영역의 말단으로부터 0.1mm 내지 10cm의 간격으로 이격되어 위치할 수 있다.The lithium source may be spaced apart from the end of the active region by an interval of 0.1 mm to 10 cm.
상기 리튬원은, 상기 활성 영역의 말단에 형성되는 상기 음극 무지부에 상기 간격으로 이격되어 위치할 수 있다.The lithium source may be spaced apart from the negative electrode uncoated portion formed at the end of the active region.
상기 활성 영역은 상기 음극 전류 집전체의 양면에 형성되며, 상기 리튬원은 상기 음극 무지부의 양면에 위치할 수있다.The active region may be formed on both sides of the negative electrode current collector, and the lithium source may be located on both sides of the negative electrode uncoated portion.
상기 활성 영역은 상기 음극 전류 집전체의 양단에 형성되며, 상기 리튬원은 상기 음극 전류 집전체의 양단의 상기 음극 무지부에 상기 간격으로 이격되어 위치할 수 있다.The active region may be formed at both ends of the negative electrode current collector, and the lithium source may be spaced apart from the negative electrode uncoated portion at both ends of the negative electrode current collector.
상기 음극 코팅부는 상기 활성 영역에 연결되어, 상기 양극 코팅부 밖에 대응하는 비활성 영역을 더 포함할 수있다.The negative electrode coating portion may further include an inactive region connected to the active region and corresponding to the outside of the positive electrode coating portion.
상기 비활성 영역은 상기 음극 전류 집전체의 양면에 형성되며, 상기 리튬원은 상기 비활성 영역에 연결되어 상기 음극 무지부의 양면에 형성될 수 있다.The non-active region may be formed on both sides of the negative electrode current collector, and the lithium source may be formed on both surfaces of the negative electrode uncoated portion by being connected to the inactive region.
상기 비활성 영역은 상기 음극 전류 집전체의 양면에 형성되며, 상기 리튬원은 상기 비활성 영역에 연결되어 상기 음극 무지부의 일면에 형성될 수 있다.The inactive region may be formed on both sides of the cathode current collector, and the lithium source may be formed on one surface of the cathode uncoated portion connected to the inactive region.
상기 비활성 영역은 상기 음극 전류 집전체의 양면에 형성되며, 상기 리튬원은 상기 비활성 영역의 적어도 일면에 상기 간격으로 이격되어 위치할 수 있다.The non-active region may be formed on both sides of the negative electrode current collector, and the lithium source may be located on at least one side of the inactive region at the interval.
이와 같이 본발명의 일 구현예에 따른 리튬 이차 전지는, 음극 코팅부의 활성 영역 말단으로 간격을 가지고 이격된 음극에 리튬원을 구비함으로써, 양극 코팅부와 마주하지 않는 음극의 비가역을 보상하여 리튬 이차 전지의 초기 효율을 증대시킨다. 따라서 리튬 이차 전지의 용량 및 에너지 밀도가 증가된다.As described above, the lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention includes the lithium source in the negative electrode spaced apart from the end of the active region of the negative electrode coating portion to compensate the irreversible portion of the negative electrode not facing the positive electrode coating portion, Thereby increasing the initial efficiency of the battery. Therefore, the capacity and the energy density of the lithium secondary battery are increased.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 리튬 이차 전지의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 리튬 이차 전지의 전극군과 파우치의 분해 사시도이다.
도 3은 도 2의 전극군을 분해하여 음극과 양극을 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 리튬 이차 전지에서 전극군을 분해하여 음극과 양극을 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 리튬 이차 전지에서 전극군을 분해하여 음극과 양극을 도시한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제4실시예에 따른 리튬 이차 전지에서 전극군을 분해하여 음극과 양극을 도시한 단면도이다.
도 7은 비교예 1의 리튬 이차 전지에서 전극군을 분해하여 음극과 양극을 도시한 단면도이다.
도 8은 실시예 1 내지 3 및 비교예 1에 따라 제조된 리튬 이차 전지의 초기 충방전 특성 결과를 나타낸 그래프이다.
도 9는 충방전을 실시한 후, 실시예 1의 리튬 이차 전지를 해체한 사진이다.
도 10은 충방전을 실시한 후, 실시예 2의 리튬 이차 전지를 해체한 사진이다.
도 11은 충방전을 실시한 후, 실시예 3의 리튬 이차 전지를 해체한 사진이다.
도 12는 충방전을 실시한 후, 비교예 1의 리튬 이차 전지를 해체한 사진이다.1 is a perspective view of a lithium secondary battery according to a first embodiment of the present invention.
2 is an exploded perspective view of an electrode assembly and a pouch of a lithium secondary battery according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a cathode and an anode by disassembling the electrode group of FIG. 2; FIG.
FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a cathode and an anode in a lithium secondary battery according to a second embodiment of the present invention in which an electrode group is disassembled.
FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a cathode and an anode in a lithium secondary battery according to a third embodiment of the present invention.
6 is a cross-sectional view illustrating a cathode and an anode in a lithium secondary battery according to a fourth embodiment of the present invention in which the electrode group is disassembled.
7 is a cross-sectional view of a lithium secondary battery of Comparative Example 1 in which an electrode group is decomposed to show a cathode and an anode.
FIG. 8 is a graph showing initial charging / discharging characteristics of a lithium secondary battery manufactured according to Examples 1 to 3 and Comparative Example 1. FIG.
9 is a photograph of the lithium secondary battery of Example 1 disassembled after charge and discharge.
10 is a photograph of a lithium secondary battery of Example 2 disassembled after charging and discharging.
11 is a photograph of a lithium secondary battery of Example 3 disassembled after charging and discharging.
12 is a photograph of a lithium secondary battery of Comparative Example 1 disassembled after charge and discharge.
이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. However, the present invention is not limited thereto, and the present invention is only defined by the scope of the following claims.
본 발명의 일 구현예에 따른 리튬 이차 전지는, 양극 전류 집전체에 양극 활물질이 코팅된 양극 코팅부와 양극 활물질이 코팅되지 않은 양극 무지부를 포함하는 양극, 음극 전류 집전체에 음극 활물질이 코팅된 음극 코팅부와 음극 활물질이 코팅되지 않은 음극 무지부를 포함하고, 리튬원을 포함하는 음극, 상기 양극 및음극 사이에 위치하는 세퍼레이터, 및 전해질을 포함하며, 상기 음극 코팅부는 상기 양극 코팅부에 대응하는 활성 영역을 포함하고, 상기 리튬원은 상기 활성 영역의 말단으로부터 설정된 간격으로 이격되어 상기 음극에 위치한다.A lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention includes a positive electrode current collector having a positive electrode coating portion coated with a positive electrode active material and a positive electrode uncoated portion not coated with the positive electrode active material, A negative electrode coating portion and a negative electrode coating portion on which a negative electrode active material is not coated, the negative electrode coating portion including a negative electrode including a lithium source, a separator positioned between the positive electrode and the negative electrode, and an electrolyte, Wherein the lithium source is spaced apart from the end of the active region and located at the cathode.
이하 상기 리튬 이차 전지에 대하여 도면을 참조하여 자세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, the lithium secondary battery will be described in detail with reference to the drawings.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 리튬 이차 전지의 사시도이고, 도 2는 본발명의 제1실시예에 따른 리튬 이차 전지의 전극군과 파우치의 분해 사시도이다. 도 1 및도 2를 참조하면, 제1실시예의 이차 전지는 전극군(10), 및 전극군(10)을내장하는 파우치(20)를 포함한다.FIG. 1 is a perspective view of a lithium secondary battery according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an exploded perspective view of an electrode assembly and a pouch of a lithium secondary battery according to a first embodiment of the present invention. Referring to FIGS. 1 and 2, the secondary battery of the first embodiment includes an
전극군(10)은 세퍼레이터(13)를 사이에 두고 제1전극(편의상 "양극"이라 한다)(11)과 제2전극(편의상, "음극"이라 한다)(12)을 배치하여 수회 권취하여 두께가 얇은 젤리롤 형태로 이루어진다. 상기 세퍼레이터(13)는 리튬 이온을 통과시키는 역할을 하는 것으로서, 이러한 세퍼레이터로는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드 또는 이들의 2층이상의 다층막이 사용될 수 있으며, 폴리에틸렌/폴리프로필렌 2층 세퍼레이터, 폴리에틸렌/폴리프로필렌/폴리에틸렌 3층 세퍼레이터, 폴리프로필렌/폴리에틸렌/폴리프로필렌 3층 세퍼레이터 등과 같은 혼합 다층막이 사용될 수 있음은 물론이다.The
상기 전극군(10)은 양, 음극(11, 12)에 각각 연결되는 제1리드탭(편의상, "양극 리드탭"이라 한다)(14)과제2리드탭(편의상, "음극 리드탭"이라 한다)(15)을 더 포함할 수 있다.The
도 3은 도 2의 전극군을 분해하여 음극과 양극을 도시한 단면도이다. 도 3을 참조하면, 양극(11)은 양극 전류 집전체에 양극 활물질을 도포한 양극 코팅부(11a), 및 양극 활물질을 도포하지 않아 노출된 양극 전류 진접체로 설정되는 양극 무지부(11b)를포함한다. 상기 양극(11)의 전류 집전체로는 Al을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a cathode and an anode by disassembling the electrode group of FIG. 2; FIG. 3, the
상기 양극 활물질로는 리튬의 가역적인 인터칼레이션 및 디인터칼레이션이 가능한 화합물(리티에이티드 인터칼레이션 화합물)을 사용할 수있다. 구체적으로는 코발트, 망간, 니켈, 및 이들의 조합으로부터 선택되는 금속과 리튬과의 복합 산화물중 1종 이상의 것을 사용할 수 있다. 보다 구체적인 예로는 하기 화학식 중 어느 하나로 표현되는 화합물을 사용할 수있다. LiaA1-bXbD2(0.90 ≤ a ≤ 1.8,0 ≤ b ≤0.5);LiaA1-bXbO2-cDc(0.90 ≤ a ≤1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05); LiaE1-bXbO2-cDc(0 ≤ b ≤0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05); LiaE2-bXbO4-cDc(0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05); LiaNi1-b-cCobXcDα(0.90 ≤ a ≤1.8, 0 ≤b≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.5, 0 < α ≤ 2); LiaNi1-b-cCobXcO2-αTα(0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α < 2); LiaNi1-b-cCobXcO2-αT2(0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α< 2); LiaNi1-b-cMnbXcDα(0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α ≤ 2); LiaNi1-b-cMnbXcO2-αTα(0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α < 2); LiaNi1-b-cMnbXcO2-αT2( 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α < 2); LiaNibEcGdO2(0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.9, 0 ≤c ≤ 0.5, 0.001 ≤ d ≤ 0.1); LiaNibCocMndGeO2(0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.9, 0 ≤c ≤ 0.5, 0 ≤ d ≤0.5, 0.001 ≤ e ≤ 0.1); LiaNiGbO2(0.90 ≤a ≤1.8, 0.001 ≤ b ≤ 0.1); LiaCoGbO2(0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0.001 ≤b ≤ 0.1); LiaMn1-bGbO2(0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0.001 ≤ b ≤0.1);LiaMn2GbO4(0.90 ≤ a ≤1.8, 0.001 ≤ b ≤ 0.1); LiaMn1-gGgPO4(0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ g ≤ 0.5); QO2 QS2 LiQS2 V2O5 LiV2O5 LiZO2 LiNiVO4 Li(3-f)J2(PO4)3(0 ≤ f ≤ 2); Li(3-f)Fe2(PO4)3(0 ≤f ≤ 2); LiaFePO4(0.90 ≤ a ≤1.8)As the cathode active material, a compound capable of reversibly intercalating and deintercalating lithium (a lithiated intercalation compound) can be used. Concretely, at least one of complex oxides of metal and lithium selected from cobalt, manganese, nickel, and combinations thereof may be used. As a more specific example, a compound represented by any one of the following formulas may be used. Li a A 1-b X b D 2 (0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5), Li a A 1-b X b O 2 -c D c (0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5 , 0? C? 0.05); Li a E 1-b X b O 2 -c D c (0? B? 0.5, 0? C? 0.05); Li a E 2-b X b O 4 -c D c (0? B? 0.5, 0? C? 0.05); Li a Ni 1- b c Co b X c D ? (0.90? A? 1.8, 0? B? 0.5, 0? C? 0.5, 0 <?? 2); Li a Ni 1- b c Co b X c O 2-α T α (0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 <α <2); Li a Ni 1- b c Co b X c O 2-α T 2 (0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 <α <2); Li a Ni 1-bc Mn b X c D ? (0.90? A? 1.8, 0? B? 0.5, 0? C? 0.05, 0 <? Li a Ni 1-bc Mn b X c O 2-α T α (0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 <α <2); Li a Ni 1-bc Mn b X c O 2-α T 2 (0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 <α <2); Li a Ni b E c G d O 2 (0.90? A? 1.8, 0? B? 0.9, 0? C? 0.5, 0.001? D? 0.1); Li a Ni b Co c Mn d G e O 2 (0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.9, 0 ≤ c ≤ 0.5, 0 ≤ d ≤ 0.5, 0.001 ≤ e ≤ 0.1); Li a NiG b O 2 (0.90? A? 1.8, 0.001? B? 0.1); Li a CoG b O 2 (0.90? A? 1.8, 0.001? B? 0.1); L a Mn 1-b G b O 2 (0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0.001 ≤ b ≤ 0.1); Li a Mn 2 G b O 4 (0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0.001 ≤ b ≤ 0.1); Li a Mn 1-g G g PO 4 (0.90? A? 1.8, 0? G? 0.5); QO 2 QS 2 LiQS 2 V 2 O 5 LiV 2 O 5 LiZO 2 LiNiVO 4 Li (3-f) J 2 (PO 4 ) 3 (0? F? 2); Li (3-f) Fe 2 (PO 4 ) 3 (0? F ? 2); Li a FePO 4 (0.90? A? 1.8)
상기 화학식에 있어서, A는 Ni, Co, Mn, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되고; X는 Al, Ni, Co, Mn, Cr, Fe, Mg, Sr, V, 희토류 원소 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되고; D는 O, F, S, P, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되고; E는 Co, Mn, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되고; T는 F, S, P, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되고; G는 Al, Cr, Mn, Fe, Mg, La, Ce, Sr, V, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되고; Q는 Ti, Mo, Mn, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되고; Z는 Cr, V, Fe, Sc, Y, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되며; J는 V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된다.In the above formula, A is selected from the group consisting of Ni, Co, Mn, and combinations thereof; X is selected from the group consisting of Al, Ni, Co, Mn, Cr, Fe, Mg, Sr, V, rare earth elements and combinations thereof; D is selected from the group consisting of O, F, S, P, and combinations thereof; E is selected from the group consisting of Co, Mn, and combinations thereof; T is selected from the group consisting of F, S, P, and combinations thereof; G is selected from the group consisting of Al, Cr, Mn, Fe, Mg, La, Ce, Sr, V, and combinations thereof; Q is selected from the group consisting of Ti, Mo, Mn, and combinations thereof; Z is selected from the group consisting of Cr, V, Fe, Sc, Y, and combinations thereof; J is selected from the group consisting of V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, and combinations thereof.
물론 이 화합물 표면에 코팅층을 갖는 것도 사용할 수 있고, 또는 상기 화합물과 코팅층을 갖는 화합물을 혼합하여 사용할 수도 있다. 이 코팅층은 코팅 원소의 옥사이드, 코팅 원소의 하이드록사이드, 코팅 원소의 옥시하이드록사이드, 코팅 원소의 옥시카보네이트 및 코팅 원소의 하이드록시카보네이트로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 코팅 원소 화합물을 포함할 수 있다. 이들 코팅층을 이루는 화합물은 비정질 또는 결정질일 수있다. 상기 코팅층에 포함되는 코팅 원소로는 Mg, Al, Co, K, Na, Ca, Si, Ti, V, Sn, Ge, Ga, B, As, Zr 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 코팅층 형성 공정은 상기 화합물에 이러한 원소들을 사용하여 양극 활물질의 물성에 악영향을 주지 않는 방법(예를 들어 스프레이 코팅, 침지법 등)으로 코팅할 수 있으면 어떠한 코팅 방법을 사용하여도 무방하며, 이에 대하여는 당해 분야에 종사하는 사람들에게 잘 이해될 수 있는 내용이므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.Of course, a compound having a coating layer on the surface of the compound may be used, or a compound having a coating layer may be mixed with the compound. The coating layer comprises at least one coating element compound selected from the group consisting of an oxide of the coating element, a hydroxide of the coating element, an oxyhydroxide of the coating element, an oxycarbonate of the coating element and a hydroxycarbonate of the coating element . The compound constituting these coating layers may be amorphous or crystalline. The coating layer may contain Mg, Al, Co, K, Na, Ca, Si, Ti, V, Sn, Ge, Ga, B, As, Zr or a mixture thereof. The coating layer forming step may be any coating method as long as it can coat the above compound by a method which does not adversely affect the physical properties of the cathode active material (for example, spray coating, dipping, etc.) by using these elements, It will be understood by those skilled in the art that a detailed description will be omitted.
상기 양극 활물질 층에서 상기 양극 활물질의 함량은 양극 활물질 층 전체 중량에 대하여 90 중량% 내지 98 중량%일수 있다.The content of the cathode active material in the cathode active material layer may be 90% by weight to 98% by weight based on the total weight of the cathode active material layer.
상기 양극 활물질 층은 또한 바인더 및도전재를 포함한다. 이때, 상기 바인더 및 도전재의 함량은 양극 활물질 층 전체 중량에 대하여 각각 1 중량% 내지 5 중량%일 수 있다.The cathode active material layer also includes a binder and a conductive material. At this time, the content of the binder and the conductive material may be 1 wt% to 5 wt% with respect to the total weight of the cathode active material layer.
상기 바인더는 양극 활물질 입자들을 서로 잘 부착시키고, 또한 양극 활물질을 전류 집전체에 잘 부착시키는 역할을 하며, 그 대표적인 예로는 폴리비닐알콜, 카르복시메틸셀룰로즈, 히드록시프로필셀룰로즈, 디아세틸셀룰로즈, 폴리비닐클로라이드, 카르복실화된 폴리비닐클로라이드, 폴리비닐플루오라이드, 에틸렌 옥사이드를 포함하는 폴리머, 폴리비닐피롤리돈, 폴리우레탄, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 스티렌-부타디엔 러버, 아크릴레이티드 스티렌-부타디엔 러버, 에폭시 수지, 나일론 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The binder serves to adhere the positive electrode active material particles to each other and to adhere the positive electrode active material to the current collector. Typical examples thereof include polyvinyl alcohol, carboxymethyl cellulose, hydroxypropyl cellulose, diacetyl cellulose, polyvinyl Polyvinylpyrrolidone, polyurethane, polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, polyethylene, polypropylene, styrene-acrylonitrile, styrene-butadiene rubber, Butadiene rubber, acrylated styrene-butadiene rubber, epoxy resin, nylon, and the like, but not limited thereto.
상기 도전재는 전극에 도전성을 부여하기 위해 사용되는 것으로서, 구성되는 전지에 있어서, 화학변화를 야기하지 않고 전자 전도성 재료이면 어떠한 것도 사용가능하며, 그 예로 천연 흑연, 인조 흑연, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸블랙, 탄소섬유 등의 탄소계 물질 구리, 니켈, 알루미늄, 은 등의 금속 분말 또는 금속 섬유 등의 금속계 물질 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 폴리머 또는 이들의 혼합물을 포함하는 도전성 재료를 사용할 수 있다.The conductive material is used for imparting conductivity to the electrode. Any conductive material can be used without causing any chemical change in the battery. Examples of the conductive material include natural graphite, artificial graphite, carbon black, acetylene black, Carbon materials such as black, carbon fiber and the like, metal powders such as nickel, aluminum, and silver, or metal-based materials such as metal fibers, or conductive polymers such as polyphenylene derivatives or mixtures thereof.
음극(12)은 음극 전류 집전체에 음극 활물질을 도포한 음극 코팅부(12a), 및 음극 활물질을 도포하지 않아 노출된 음극 전류 집전체로 설정되는 음극 무지부(12b)를포함한다. 상기 음극(12)의 전류 집전체는 집전체로는 구리 박, 니켈 박, 스테인레스강 박, 티타늄 박, 니켈 발포체(foam), 구리 발포체, 전도성 금속이 코팅된 폴리머 기재, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 사용할 수 있다.The
상기 음극 활물질은 리튬 이온을 가역적으로 인터칼레이션/디인터칼레이션할 수 있는 물질, 리튬 금속, 리튬 금속의 합금, 리튬에 도프 및 탈도프 가능한 물질 또는 전이 금속 산화물을 포함한다.The negative electrode active material includes a material capable of reversibly intercalating / deintercalating lithium ions, a lithium metal, an alloy of lithium metal, a material capable of doping and dedoping lithium, or a transition metal oxide.
상기 리튬 이온을 가역적으로 인터칼레이션/디인터칼레이션할 수 있는 물질로는 탄소 물질로서, 리튬 이온 이차 전지에서 일반적으로 사용되는 탄소계 음극 활물질은 어떠한 것도 사용할 수 있으며, 그 대표적인 예로는 결정질 탄소, 비정질 탄소 또는 이들을 함께 사용할 수 있다. 상기 결정질 탄소의 예로는 무정형, 판상, 린편상(flake),구형 또는 섬유형의 천연 흑연 또는 인조 흑연과 같은 흑연을 들 수 있고, 상기 비정질 탄소의 예로는 소프트 카본(soft carbon) 또는 하드 카본(hard carbon), 메조페이스 피치 탄화물, 소성된 코크스 등을 들 수 있다.As a material capable of reversibly intercalating / deintercalating lithium ions, any carbonaceous anode active material commonly used in lithium ion secondary batteries can be used as the carbonaceous material. Typical examples thereof include crystalline carbon , Amorphous carbon, or a combination thereof. Examples of the crystalline carbon include graphite such as natural graphite or artificial graphite in the form of amorphous, plate-like, flake, spherical or fibrous type. Examples of the amorphous carbon include soft carbon or hard carbon hard carbon, mesophase pitch carbide, fired coke, and the like.
상기 리튬 금속의 합금으로는 리튬과 Na, K, Rb, Cs, Fr, Be, Mg, Ca, Sr, Si, Sb, Pb, In, Zn, Ba, Ra, Ge, Al 및 Sn으로 이루어진 군에서 선택되는 금속의 합금이 사용될 수있다.As the lithium metal alloy, a lithium-metal alloy may be selected from the group consisting of lithium, Na, K, Rb, Cs, Fr, Be, Mg, Ca, Sr, Si, Sb, Pb, In, Zn, Ba, An alloy of a selected metal may be used.
상기 리튬에 도프 및 탈도프 가능한 물질로는 Si, Si-C 복합체, SiOx(0 < x < 2), Si-Q 합금(상기 Q는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 13족 원소, 14족 원소, 15족 원소, 16족 원소, 전이금속, 희토류 원소 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 원소이며, Si은 아님), Sn, SnO2, Sn-R(상기 R은 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 13족 원소, 14족 원소, 15족 원소, 16족 원소, 전이금속, 희토류 원소 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 원소이며, Sn은 아님) 등을 들 수 있고, 또한 이들 중적어도 하나와 SiO2를 혼합하여 사용할 수도 있다. 상기 원소 Q 및 R로는 Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Sc, Y, Ti, Zr, Hf, Rf, V, Nb, Ta, Db, Cr, Mo, W, Sg, Tc, Re, Bh, Fe, Pb, Ru, Os, Hs, Rh, Ir, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, B, Al, Ga, Sn, In, Tl, Ge, P, As, Sb, Bi, S, Se, Te, Po, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 사용할 수 있다. As the material capable of being doped and dedoped into lithium, Si, Si-C composite, SiO x (0 <x <2), Si-Q alloy (Q is an alkali metal, an alkaline earth metal, a
상기 전이 금속 산화물로는 바나듐 산화물, 리튬 바나듐 산화물 또는 리튬 티타늄 산화물 등을 들 수 있다.Examples of the transition metal oxide include vanadium oxide, lithium vanadium oxide, and lithium titanium oxide.
상기 음극 활물질 층에서 음극 활물질의 함량은 음극 활물질 층 전체 중량에 대하여 95 중량% 내지 99 중량%일수 있다.The content of the negative electrode active material in the negative electrode active material layer may be 95 wt% to 99 wt% with respect to the total weight of the negative electrode active material layer.
상기 음극 활물질 층은 또한 바인더를 포함하며, 선택적으로 도전재를 더욱 포함할 수도 있다. 상기 음극 활물질 층에서 바인더의 함량은 음극 활물질 층전체 중량에 대하여 1 중량% 내지 5 중량%일 수 있다. 또한 도전재를 더욱 포함하는 경우에는 음극 활물질을 90 중량% 내지 98 중량%, 바인더를 1 내지 5 중량%, 도전재를 1 내지 5 중량% 사용할 수 있다.The negative electrode active material layer also includes a binder, and may optionally further include a conductive material. The content of the binder in the negative electrode active material layer may be 1 wt% to 5 wt% with respect to the total weight of the negative electrode active material layer. When the conductive material is further included, the negative electrode active material may be used in an amount of 90 to 98 wt%, the binder may be used in an amount of 1 to 5 wt%, and the conductive material may be used in an amount of 1 to 5 wt%.
상기 바인더는 음극 활물질 입자들을 서로 잘 부착시키고, 또한 음극 활물질을 전류 집전체에 잘 부착시키는 역할을 한다. 상기 바인더로는 비수용성 바인더, 수용성 바인더 또는 이들의 조합을 사용할 수 있다.The binder serves to adhere the anode active material particles to each other and to adhere the anode active material to the current collector. As the binder, a water-insoluble binder, a water-soluble binder, or a combination thereof may be used.
상기 비수용성 바인더로는 폴리비닐클로라이드, 카르복실화된 폴리비닐클로라이드, 폴리비닐플루오라이드, 에틸렌 옥사이드를 포함하는 폴리머, 폴리비닐피롤리돈, 폴리우레탄, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리아미드이미드, 폴리이미드 또는 이들의 조합을 들 수 있다. Examples of the water-insoluble binder include polyvinyl chloride, carboxylated polyvinyl chloride, polyvinyl fluoride, a polymer containing ethylene oxide, polyvinyl pyrrolidone, polyurethane, polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride , Polyethylene, polypropylene, polyamideimide, polyimide, or a combination thereof.
상기 수용성 바인더는 물을 용매 또는 분산매체로 하는 바인더를 의미한다. 이러한 수계 바인더는 물을 용매 또는 분산매체로 사용하므로, N-메틸피롤리돈과 같은 독성이 강한 유기 용매를 사용하지 않아도 된다. 따라서, 상기 수계 바인더를 포함하는 활물질 조성물은 인체에 무해하며 환경 친화적이다. The water-soluble binder means a binder in which water is used as a solvent or a dispersion medium. Since such an aqueous binder uses water as a solvent or a dispersion medium, it is not necessary to use an organic solvent having high toxicity such as N-methylpyrrolidone. Therefore, the active material composition containing the aqueous binder is harmless to the human body and environmentally friendly.
상기 수계 바인더는 상기 고무계 바인더 또는 고분자 수지 바인더일 수 있다. 상기 고무계 바인더는 스티렌-부타디엔 러버, 아크릴레이티드 스티렌-부타디엔 러버(SBR), 아크릴로나이트릴-부타디엔 러버, 아크릴 고무, 부틸고무, 불소고무 및 이들의 조합에서 선택되는 것일 수 있다. 상기 고분자 수지 바인더는 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌프로필렌공중합체, 폴리에틸렌옥시드, 폴리비닐피롤리돈, 폴리에피크로로히드린, 폴리포스파젠, 폴리아크릴로니트릴, 폴리스틸렌, 에틸렌프로필렌디엔공중합체, 폴리비닐피리딘, 클로로설폰화폴리에틸렌, 라텍스, 폴리에스테르수지, 아크릴수지, 페놀수지, 에폭시 수지, 폴리비닐알콜으로 및 이들의 조합에서 선택되는 것일 수 있다. The water-based binder may be the rubber-based binder or the polymeric resin binder. The rubber binder may be selected from styrene-butadiene rubber, acrylated styrene-butadiene rubber (SBR), acrylonitrile-butadiene rubber, acrylic rubber, butyl rubber, fluorine rubber and combinations thereof. The polymeric resin binder may be selected from the group consisting of polytetrafluoroethylene, polyethylene, polypropylene, ethylene propylene copolymer, polyethylene oxide, polyvinylpyrrolidone, polyepichlorohydrin, polyphosphazene, polyacrylonitrile, polystyrene, Polyvinyl pyrrolidone, ethylene propylene diene copolymer, polyvinyl pyridine, chlorosulfonated polyethylene, latex, polyester resin, acrylic resin, phenol resin, epoxy resin, polyvinyl alcohol, and combinations thereof.
상기 음극 바인더로 수계 바인더를 사용하는 경우, 점성을 부여할 수 있는 셀룰로즈 계열 화합물을 더욱 포함할 수 있다. 이 셀룰로즈 계열 화합물로는 카르복시메틸 셀룰로즈, 하이드록시프로필메틸 셀룰로즈, 메틸 셀룰로즈, 또는 이들의 알칼리 금속염 등을 1종 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 상기 알칼리 금속으로는 Na, K 또는 Li를 사용할 수 있다. 이러한 증점제 사용 함량은 바인더 100 중량부에 대하여 0.1 중량부 내지 3 중량부일 수 있다. When an aqueous binder is used as the negative electrode binder, it may further include a cellulose-based compound capable of imparting viscosity. As the cellulose-based compound, carboxymethyl cellulose, hydroxypropylmethyl cellulose, methyl cellulose, alkali metal salts thereof or the like may be used in combination. As the alkali metal, Na, K or Li can be used. The content of the thickener may be 0.1 part by weight to 3 parts by weight based on 100 parts by weight of the binder.
상기 도전재는 전극에 도전성을 부여하기 위해 사용되는 것으로서, 구성되는 전지에 있어서, 화학변화를 야기하지 않고 전자 전도성 재료이면 어떠한 것도 사용가능하며, 그 예로 천연 흑연, 인조 흑연, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸블랙, 탄소섬유 등의 탄소계 물질 구리, 니켈, 알루미늄, 은 등의 금속 분말 또는 금속 섬유 등의 금속계 물질 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 폴리머 또는 이들의 혼합물을 포함하는 도전성 재료를 사용할 수 있다.The conductive material is used for imparting conductivity to the electrode. Any conductive material can be used without causing any chemical change in the battery. Examples of the conductive material include natural graphite, artificial graphite, carbon black, acetylene black, Carbon materials such as black, carbon fiber and the like, metal powders such as nickel, aluminum, and silver, or metal-based materials such as metal fibers, or conductive polymers such as polyphenylene derivatives or mixtures thereof.
양, 음극 무지부(11b, 12b)는 전극군(10)을형성하기 위하여, 양, 음극(11, 12)을 권취할 때, 권취되는 양, 음극(11, 12) 길이 방향의 권취 선단 또는 종단에 구비될 수 있다. 일례로써, 양극 무지부(11b)는 권취 양단에 구비되고, 음극 무지부(12b)는 권취 양단에 구비된다. 도시하지 않았으나, 양극 무지부가 권취 종단에 구비되고, 음극 무지부기 권취 선단에 구비될 수도 있다.The positive and negative electrode
다시 도 1 및 도 2를 참조하면, 양극 리드탭(14)은 양극 무지부(11b)에 연결되고, 음극 리드탭(15)은 양극 리드탭(14)과 이격되어 음극 무지부(12b)에 연결된다.1 and 2, the positive
양극 리드탭(14)과 음극 리드탭(15)은 전극군(10)의동일 측면으로 인출되어 각각 배치된다. 도시하지 않았지만, 양극 리드탭과 음극 리드탭은 전극군의 서로 반대 측면(도1 및도 2의 좌, 우측)으로 각각 배치될 수도 있다.The positive
파우치(20)는 전극군(10)을 수용하고, 그 외곽부를 열융착하여 리튬 이차 전지를 형성한다. 이때, 양극 리드탭(14)과 음극 리드탭(15)은탭 절연부재(16, 17)로 피복되어, 융착된 부분을 통하여 파우치(20) 밖으로 인출된다. 즉 탭 절연부재(16, 17)는 양, 음극 리드탭(14, 15)을 전기적으로 절연하고, 양, 음극 리드탭(14, 15)과 파우치(20)를 전기적으로 절연한다.The
파우치(20)는 전극군(10)의 외부를 감싸는 다층 시트 구조로 형성될 수 있다. 예를 들면, 파우치(20)는내면을 형성하며 절연 및 열융착 작용하는 폴리머 시트(21), 외면을 형성하여 보호 작용하는 폴리에틸렌테트라프탈레이트(polyethyleneterephthalate: PET) 시트, 나일론 시트 또는 PET-나일론 복합 시트(22)(이하에서, 편의상 "나일론 시트"를 예로 설명한다), 및 기계적인 강도를 제공하는 금속 시트(23)를 포함한다. 금속 시트(23)는 폴리머 시트(21)와 나일론 시트(22) 사이에 개재되며, 일례인 알루미늄 시트로 형성될 수있다.The
파우치(20)는 전극군(10)을 수용하는 제1외장재(201), 및 전극군(10)을덮고 전극군(10)의 외측에서 제1외장재(201)에열융착되는 제2외장재(202)를 포함한다. 제1, 제2외장재(201, 202)는 동일한 층구조의 폴리머 시트(21), 나일론 시트(22) 및 금속 시트(23)로 형성될 수 있다.The
예를 들면, 제1외장재(201)는 전극군(10)을 수용하도록 오목 구조로 형성되고, 제2외장재(202)는 제1외장재(201)에 수용된 전극군(10)을 덮을 수 있도록 평평하게 형성되어 있다. 도시하지 않았으나 제2외장재는 제1외장재에 연결될 수도 있다.For example, the
또한, 전극군(10)은 대략 직육면체의 평판 구조로 형성되고, 이에 따라 파우치(20)는 직육면체의 평판 구조로 외관을 형성한다. 이차 전지는 전극군(10)을 파우치(20)로 둘러싸서 형성되므로 전체적으로 직육면체의 평판 구조를 형성할 수 있다.Further, the
다시 도 3을 참조하면, 음극 코팅부(12a)는 양극 코팅부(11a)에 대응하는 활성 영역(AA)을 포함한다. 또한 음극(12)은 양극 코팅부(11a)에 마주하지 않는 음극(12)에 리튬원(12c)을 더 포함한다. 리튬원(12c)은활성 영역(AA)의 말단으로부터 설정된 간격(G)으로 이격되어 음극(12)에 위치한다. 즉 리튬원(12c)은 양극 무지부(11b)에 마주한다.Referring again to FIG. 3, the
상기 리튬원은 리튬 금속, 리티에이티드 실리콘(Lithiated Silicon), 리티에이티드 게르마늄(lithiated Ge) 또는 이들의 조합을 사용할 수 있다. 또는 리튬원으로 상술한 물질 이외에 리티에이티드 금속 형태 또한 사용할 수 있다.The lithium source may be lithium metal, lithiated silicon, lithiated Ge, or a combination thereof. Alternatively, a lithiated metal form may be used in addition to the materials described above as a lithium source.
리튬원(12c)이 양극 코팅부(11a)와 대면하는 음극 코팅부(11a)의 활성 영역(AA)에 위치하는 경우 리튬원이 석출될 우려가 있기에, 리튬원(12c)는양극 코팅부(11a)와 대면하지 않는 음극(12)의 활성 영역(AA) 밖에 위치한다.When the
즉 리튬원(12c)은 양극 코팅부(11a)와 마주하지 않는 음극(12)에 구비되어 리튬원을 붙임으로써, 리튬 이차 전지의 초기 효율을 상승시킬 수 있다. 따라서 리튬 이차 전지는 초기 효율 상승을 통하여 용량 및 에너지 밀도를 상승시킬 수 있다.That is, the
예를 들면, 리튬원(12c)은활성 영역(AA)의 말단으로부터 0.1mm 이상의 간격(G)으로 이격되어 위치할 수 있다. 또한 리튬원(12c)은 활성 영역(AA)의 말단으로부터 0.1mm 내지 10cm의 간격(G)으로 이격되어 위치할 수 있다. 본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 리튬원(12c)은활성 영역(AA)의 말단으로부터 2mm 내지 10mm의 간격(G)으로 이격되어 위치할 수 있다. 상기 이격 간격이 상기 범위에 포함되는 경우, 초기 충방전 특성을 보다 향상시킬 수 있다.For example, the
리튬원(12c)은 활성 영역(AA)의 말단에 형성되는 음극 무지부(12b)에 간격(G)으로 이격되어 위치할 수있다. 이 경우, 리튬원(12c)은 초기 효율을 상승시키고, 이에 따라 용량 및 에너지 밀도를 상승시키며, 간격(G)은 활성 영역(AA)과 음극 무지부(12b) 사이에 리튬원의 석출을 방지한다.The
활성 영역(AA)은 음극 전류 집전체의 양면에 형성될 수 있다. 이때, 리튬원(12c)은 음극 무지부(12b)의양면에 형성될 수 있다. 이 경우, 리튬원(12c)은 음극 무지부(12b)의양면에서 초기 효율을 상승시키고, 간격(G)은 음극 무지부(12b)의 양면에서 활성 영역(AA)과 음극 무지부(12b) 사이에 리튬의 석출을 방지한다.The active area AA may be formed on both sides of the cathode current collector. At this time, the
또한, 활성 영역(AA)은 음극 전류 집전체의 양단에 형성될 수 있다. 이때, 리튬원(12c)은음극 전류 집전체의 양단에서 음극 무지부(12b)에간격(G)으로 이격되어 위치할 수 있다. 이 경우, 리튬원(12c)은음극 전류 집전체의 양단에서 초기 효율을 상승시키고, 간격(G)은 음극 전류 집전체의 양단에서 활성 영역(AA)과 음극 무지부(12b) 사이에 리튬의 석출을 방지할 수 있다.Further, the active region AA may be formed at both ends of the cathode current collector. At this time, the
상기 전해질은 비수성 유기 용매와 리튬염을 포함한다. The electrolyte includes a non-aqueous organic solvent and a lithium salt.
상기 비수성 유기 용매는 전지의 전기화학적 반응에 관여하는 이온들이 이동할 수 있는 매질 역할을 한다. The non-aqueous organic solvent serves as a medium through which ions involved in the electrochemical reaction of the battery can move.
비수성 유기용매로는 카보네이트계, 에스테르계, 에테르계, 케톤계, 알코올계, 또는 비양자성 용매를 사용할 수 있다. 상기 카보네이트계 용매로는 디메틸 카보네이트(DMC), 디에틸 카보네이트(DEC), 디프로필 카보네이트(DPC), 메틸프로필 카보네이트(MPC), 에틸프로필 카보네이트(EPC), 메틸에틸 카보네이트(MEC), 에틸렌 카보네이트(EC), 프로필렌 카보네이트(PC), 부틸렌 카보네이트(BC) 등이 사용될 수 있으며, 상기 에스테르계 용매로는 메틸 아세테이트, 에틸 아세테이트, n-프로필 아세테이트, 디메틸아세테이트, 메틸프로피오네이트, 에틸프로피오네이트, γ-부티로락톤, 데카놀라이드(decanolide), 발레로락톤, 메발로노락톤(mevalonolactone), 카프로락톤(caprolactone), 등이 사용될 수 있다. 상기 에테르계 용매로는 디부틸 에테르, 테트라글라임, 디글라임, 디메톡시에탄, 2-메틸테트라히드로퓨란, 테트라히드로퓨란 등이 사용될 수 있다. 또한, 상기 케톤계 용매로는 시클로헥사논 등이 사용될 수 있다. 또한 상기 알코올계 용매로는 에틸알코올, 이소프로필 알코올 등이 사용될 수 있으며, 상기 비양자성 용매로는 R-CN(R은 탄소수 2 내지 20의 직쇄상, 분지상, 또는 환 구조의 탄화수소기이며, 이중결합 방향 환 또는 에테르 결합을 포함할 수 있다) 등의 니트릴류, 디메틸포름아미드 등의 아미드류, 1,3-디옥솔란 등의 디옥솔란류, 설포란(sulfolane)류 등이 사용될 수 있다. As the non-aqueous organic solvent, a carbonate-based, ester-based, ether-based, ketone-based, alcohol-based, or aprotic solvent may be used. Examples of the carbonate solvent include dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), dipropyl carbonate (DPC), methyl propyl carbonate (MPC), ethyl propyl carbonate (EPC), methyl ethyl carbonate (MEC) EC), propylene carbonate (PC), and butylene carbonate (BC) may be used. As the ester solvent, methyl acetate, ethyl acetate, n-propyl acetate, dimethyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate , gamma -butyrolactone, decanolide, valerolactone, mevalonolactone, caprolactone, and the like can be used. Examples of the ether solvent include dibutyl ether, tetraglyme, diglyme, dimethoxyethane, 2-methyltetrahydrofuran, tetrahydrofuran and the like. As the ketone-based solvent, cyclohexanone and the like can be used. As the alcoholic solvent, ethyl alcohol, isopropyl alcohol and the like can be used. As the non-protonic solvent, R-CN (R is a linear, branched or cyclic hydrocarbon group having 2 to 20 carbon atoms, A double bond aromatic ring or an ether bond), amides such as dimethylformamide, dioxolanes such as 1,3-dioxolane, and sulfolanes.
상기 비수성 유기 용매는 단독으로 또는 하나 이상 혼합하여 사용할 수 있으며, 하나 이상 혼합하여 사용하는 경우의 혼합 비율은 목적하는 전지 성능에 따라 적절하게 조절할 수 있고, 이는 당해 분야에 종사하는 사람들에게는 널리 이해될 수 있다.The non-aqueous organic solvent may be used alone or in admixture of one or more. If the non-aqueous organic solvent is used in combination, the mixing ratio may be appropriately adjusted according to the desired cell performance. .
또한, 상기 카보네이트계 용매의 경우 환형(cyclic) 카보네이트와 사슬형(chain) 카보네이트를 혼합하여 사용하는 것이 좋다. 이 경우 환형 카보네이트와 사슬형 카보네이트는 1:1 내지 1:9의 부피비로 혼합하여 사용하는 것이 전해액의 성능이 우수하게 나타날 수 있다. In the case of the carbonate-based solvent, it is preferable to use a mixture of a cyclic carbonate and a chain carbonate. In this case, when the cyclic carbonate and the chain carbonate are mixed in a volume ratio of 1: 1 to 1: 9, the performance of the electrolytic solution may be excellent.
상기 비수성 유기용매는 상기 카보네이트계 용매에 방향족 탄화수소계 유기용매를 더 포함할 수도 있다. 이때 상기 카보네이트계 용매와 방향족 탄화수소계 유기용매는 1:1 내지 30:1의 부피비로 혼합될 수 있다.The non-aqueous organic solvent may further include an aromatic hydrocarbon-based organic solvent in the carbonate-based solvent. In this case, the carbonate-based solvent and the aromatic hydrocarbon-based organic solvent may be mixed in a volume ratio of 1: 1 to 30: 1.
상기 방향족 탄화수소계 유기용매로는 하기 화학식 1의 방향족 탄화수소계 화합물이 사용될 수 있다.The aromatic hydrocarbon-based organic solvent may be an aromatic hydrocarbon-based compound represented by the following formula (1).
[화학식 1][Chemical Formula 1]
(상기 화학식 1에서, R1 내지 R6는 서로 동일하거나 상이하며 수소, 할로겐, 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 할로알킬기 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것이다.)Wherein R 1 to R 6 are the same or different from each other and selected from the group consisting of hydrogen, halogen, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, a haloalkyl group, and combinations thereof.
상기 방향족 탄화수소계 유기용매의 구체적인 예로는 벤젠, 플루오로벤젠, 1,2-디플루오로벤젠, 1,3-디플루오로벤젠, 1,4-디플루오로벤젠, 1,2,3-트리플루오로벤젠, 1,2,4-트리플루오로벤젠, 클로로벤젠, 1,2-디클로로벤젠, 1,3-디클로로벤젠, 1,4-디클로로벤젠, 1,2,3-트리클로로벤젠, 1,2,4-트리클로로벤젠, 아이오도벤젠, 1,2-디아이오도벤젠, 1,3-디아이오도벤젠, 1,4-디아이오도벤젠, 1,2,3-트리아이오도벤젠, 1,2,4-트리아이오도벤젠, 톨루엔, 플루오로톨루엔, 2,3-디플루오로톨루엔, 2,4-디플루오로톨루엔, 2,5-디플루오로톨루엔, 2,3,4-트리플루오로톨루엔, 2,3,5-트리플루오로톨루엔, 클로로톨루엔, 2,3-디클로로톨루엔, 2,4-디클로로톨루엔, 2,5-디클로로톨루엔, 2,3,4-트리클로로톨루엔, 2,3,5-트리클로로톨루엔, 아이오도톨루엔, 2,3-디아이오도톨루엔, 2,4-디아이오도톨루엔, 2,5-디아이오도톨루엔, 2,3,4-트리아이오도톨루엔, 2,3,5-트리아이오도톨루엔, 자일렌, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것이다.Specific examples of the aromatic hydrocarbon-based organic solvent include benzene, fluorobenzene, 1,2-difluorobenzene, 1,3-difluorobenzene, 1,4-difluorobenzene, 1,2,3-tri Fluorobenzene, 1,2,4-trifluorobenzene, 1,2-dichlorobenzene, 1,3-dichlorobenzene, 1,4-dichlorobenzene, 1,2,3-trichlorobenzene, 1 , 2,4-trichlorobenzene, iodobenzene, 1,2-diiodobenzene, 1,3-diiodobenzene, 1,4-diiodobenzene, 1,2,3-triiodobenzene, Examples of the solvent include 2,4-triiodobenzene, toluene, fluorotoluene, 2,3-difluorotoluene, 2,4-difluorotoluene, 2,5-difluorotoluene, 2,3,4- Dichlorotoluene, 2,3-dichlorotoluene, 2,5-dichlorotoluene, 2,3,4-trichlorotoluene, 2, 3-trifluorotoluene, 3,5-trichlorotoluene, iodotoluene, 2,3-diiodotoluene, 2,4-diiodotoluene, 2 , 5-diiodotoluene, 2,3,4-triiodotoluene, 2,3,5-triiodotoluene, xylene, and combinations thereof.
상기 비수성 전해질은 전지 수명을 향상시키기 위하여 비닐렌 카보네이트 또는 하기 화학식 2의 에틸렌 카보네이트계 화합물을 더욱 포함할 수도 있다.The non-aqueous electrolyte may further include vinylene carbonate or an ethylene carbonate-based compound represented by the following formula (2) to improve battery life.
[화학식 2](2)
(상기 화학식 2에서, R7 및 R8는 서로 동일하거나 상이하며, 수소, 할로겐기, 시아노기(CN), 니트로기(NO2) 및 불소화된 탄소수 1 내지 5의 알킬기로 이루어진 군에서 선택되며, 상기 R7과 R8중 적어도 하나는 할로겐기, 시아노기(CN), 니트로기(NO2) 및 불소화된 탄소수 1 내지 5의 알킬기로 이루어진 군에서 선택되나, 단R7과 R8이 모두 수소는 아니다.)(Wherein R 7 and R 8 are the same or different and are selected from the group consisting of hydrogen, a halogen group, a cyano group (CN), a nitro group (NO 2 ) and an alkyl group having 1 to 5 fluorinated carbon atoms , At least one of R 7 and R 8 is selected from the group consisting of a halogen group, a cyano group (CN), a nitro group (NO 2 ) and an alkyl group having 1 to 5 fluorinated carbon atoms, provided that R 7 and R 8 are both It is not hydrogen.)
상기 에틸렌 카보네이트계 화합물의 대표적인 예로는 디플루오로 에틸렌카보네이트, 클로로에틸렌 카보네이트, 디클로로에틸렌 카보네이트, 브로모에틸렌 카보네이트, 디브로모에틸렌 카보네이트, 니트로에틸렌 카보네이트, 시아노에틸렌 카보네이트 또는 플루오로에틸렌 카보네이트 등을 들 수 있다. 이러한 수명 향상 첨가제를 더욱 사용하는 경우 그 사용량은 적절하게 조절할 수 있다.Representative examples of the ethylene carbonate-based compound include diethylene carbonate, diethylene carbonate, dibromoethylene carbonate, nitroethylene carbonate, cyanoethylene carbonate, fluoroethylene carbonate, and the like, such as difluoroethylene carbonate, chloroethylene carbonate, dichloroethylene carbonate, . When such a life improving additive is further used, its amount can be appropriately adjusted.
상기 리튬염은 유기 용매에 용해되어, 전지 내에서 리튬 이온의 공급원으로 작용하여 기본적인 리튬 이차 전지의 작동을 가능하게 하고, 양극과 음극 사이의 리튬 이온의 이동을 촉진하는 역할을 하는 물질이다. 이러한 리튬염의 대표적인 예로는 LiPF6, LiBF4, LiSbF6, LiAsF6, LiN(SO2C2F5)2, Li(CF3SO2)2N, LiN(SO3C2F5)2, LiC4F9SO3, LiClO4, LiAlO2, LiAlCl4, LiN(CxF2x+1SO2)(CyF2y+1SO2)(여기서, x 및 y는 자연수이고, 1 내지 20의 정수임), LiCl, LiI 및 LiB(C2O4)2(리튬 비스옥살레이트 보레이트(lithiumbis(oxalato) borate; LiBOB) 로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 둘 이상을 지지(supporting) 전해염으로 포함한다. 리튬염의 농도는 0.1 내지 2.0M 범위 내에서 사용하는 것이 좋다. 리튬염의 농도가 상기 범위에 포함되면, 전해질이 적절한 전도도 및 점도를 가지므로 우수한 전해질 성능을 나타낼 수 있고, 리튬 이온이 효과적으로 이동할 수있다.The lithium salt is dissolved in an organic solvent to act as a source of lithium ions in the cell to enable operation of a basic lithium secondary battery and to promote the movement of lithium ions between the anode and the cathode. The lithium salt Representative examples are LiPF 6, LiBF 4, LiSbF 6 , LiAsF 6, LiN (SO 2 C 2 F 5) 2, Li (
리튬 이차 전지는 사용하는 세퍼레이터와 전해질의 종류에 따라 리튬 이온 전지, 리튬 이온 폴리머 전지 및 리튬 폴리머 전지로 분류될 수있고, 형태에 따라 원통형, 각형, 코인형, 파우치형 등으로 분류될 수 있으며, 사이즈에 따라 벌크 타입과 박막 타입으로 나눌 수 있다. 이들 전지의 구조와 제조방법은 이 분야에 널리 알려져 있으므로 상세한 설명은 생략한다.The lithium secondary battery can be classified into a lithium ion battery, a lithium ion polymer battery, and a lithium polymer battery depending on the type of the separator and electrolyte used. The lithium secondary battery can be classified into a cylindrical shape, a square shape, a coin shape, Depending on the size, it can be divided into bulk type and thin type. The structure and the manufacturing method of these cells are well known in the art, and detailed description thereof will be omitted.
이하 본 발명의 다양한 실시예들에 대하여 설명한다. 제1실시예 및 기 설명된 실시예의 구성과 동일한 구성에 대하여 설명을 생략하고, 서로 다른 구성에 대하여 설명한다.Hereinafter, various embodiments of the present invention will be described. The description of the same constitution as the constitution of the first embodiment and the previously described embodiment will be omitted and the different constitution will be described.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 리튬 이차 전지에서 전극군을 분해하여 음극과 양극을 도시한 단면도이다. 도 4를 참조하면, 제2실시예의 리튬 이차 전지의 전극군(210)에서, 음극 코팅부(212a)는 활성 영역(AA)과 활성 영역(AA)에 연결되어 양극 코팅부(11a) 밖에 대응하는 비활성 영역(IA)을 포함한다.FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a cathode and an anode in a lithium secondary battery according to a second embodiment of the present invention in which an electrode group is disassembled. Referring to FIG. 4, in the
활성 영역(AA)은 음극 전류 집전체의 양면에 형성되고, 비활성 영역(IA)은 음극 전류 집전체의 양면에서 활성 영역(AA)에 연결 형성된다. 리튬원(212c)은 비활성 영역(IA)에 연결되어 음극 무지부(212b)의 양면에 형성된다.The active region AA is formed on both sides of the cathode current collector and the inactive region IA is formed in connection with the active region AA on both sides of the cathode current collector. The
이때, 활성 영역(AA)의 말단으로부터 설정된 간격(G2)은 비활성 영역(IA)의 범위로 설정된다. 즉 리튬원(212c)은 음극 무지부(212b)의 양면에서 초기 효율을 상승시키고, 간격(G2)은 음극 무지부(212b)의양면에서 활성 영역(AA)과 비활성 영역(IA) 사이에서 리튬의 석출을 방지한다.At this time, the interval G2 set from the end of the active area AA is set to the range of the inactive area IA. That is, the
제2실시예의 전극군(210)에서, 리튬원(212c)은 음극 전류 집전체의 일단에서 음극 무지부(212b)의 양면에 형성되어 있다. 도시하지 않았으나 리튬원은 음극 전류 집전체의 일단에서 음극 무지부의 양면에 형성될 수도 있다.In the
도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 리튬 이차 전지에서 전극군을 분해하여 음극과 양극을 도시한 단면도이다. 도 5를 참조하면, 제3실시예의 리튬 이차 전지의 전극군(310)에서, 음극 코팅부(312a)의 활성 영역(AA)은 음극 전류 집전체의 양면에 형성되고, 비활성 영역(IA)은 음극 전류 집전체의 양면에서 활성 영역(AA)에연결 형성된다.FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a cathode and an anode in a lithium secondary battery according to a third embodiment of the present invention. 5, in the
리튬원(212c)은 비활성 영역(IA)에 연결되어 음극 무지부(212b)의 일면에 형성된다. 이때, 활성 영역(AA)의말단으로부터 설정된 간격(G3)은 비활성 영역(IA)의 범위로 설정된다. 즉리튬원(312c)은 음극 무지부(312b)의 일면에서 초기 효율을 상승시키고, 간격(G3)은음극 무지부(312b)의 일면에서 활성 영역(AA)과 비활성 영역(IA) 사이에서 리튬의 석출을 방지할 수 있다.The
제3실시예의 전극군(310)에서, 리튬원(312c)은 음극 무지부(312b)의 외측 일면에 형성되어 있다. 도시하지 않았으나 리튬원은 음극 무지부의 내측 일면에 형성될 수도 있다.In the
도 6은 본 발명의 제4실시예에 따른 리튬 이차 전지에서 전극군을 분해하여 음극과 양극을 도시한 단면도이다. 도 6을 참조하면, 제4실시예의 리튬 이차 전지의 전극군(410)에서, 음극 코팅부(412a)의 비활성 영역(IA)은 음극 전류 집전체의 양면에 형성된다. 따라서 음극 무지부(412b)는 비활성 영역(IA) 밖에 설정된다.6 is a cross-sectional view illustrating a cathode and an anode in a lithium secondary battery according to a fourth embodiment of the present invention in which the electrode group is disassembled. Referring to FIG. 6, in the
리튬원(412c)은 비활성 영역(IA)의 적어도 일면에 형성되며, 활성 영역(AA)으로부터 간격(G4)으로 이격되어 위치한다. 즉 리튬원(412c)은 비활성 영역(IA)의 일면에서 초기 효율을 상승시키고, 간격(G4)은 비활성 영역(IA)의 일면에서 활성 영역(AA)과 비활성 영역(IA) 사이에서 리튬원의 석출을 방지한다.The
제4실시예의 전극군(410)에서, 리튬원(412c)은 음극 전류 집전체의 일단에서 비활성 영역(IA)의 양면에 형성되어 있다. 도시하지 않았으나 리튬원은 음극 전류 집전체의 일단에서 비활성 영역의 양면에 형성되거나, 양단에서 비활성 영역의 일면 또는 양면에 형성될 수 있다.In the
이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나 하기한 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일뿐, 본 발명이 하기 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, preferred embodiments and comparative examples of the present invention will be described. However, the following examples are merely preferred embodiments of the present invention, and the present invention is not limited by the following examples.
(실시예 1)(Example 1)
LiCoO2 양극 활물질 94 중량%, 슈퍼 P 도전재 3 중량% 및 폴리비닐리덴 플로라이드 바인더 3 중량%를 N-메틸 피롤리돈 용매 중에서 혼합하여 양극 활물질 슬러리를 제조하였다. 94 wt% of LiCoO 2 cathode active material, 3 wt% of Super P conductive material and 3 wt% of polyvinylidene fluoride binder were mixed in N-methylpyrrolidone solvent to prepare a cathode active material slurry.
상기 양극 활물질 슬러리를 Al-포일 전류 집전체에 일 단부를 제외하고(코팅되지 않은 부분은 무지부라 함) 코팅을 실시하고, 건조하여 양극 무지부 및 양극 코팅부를 포함하는 양극을 제조하였다.The positive electrode active material slurry was coated on the Al foil current collector except for one end (the uncoated portion was referred to as an ignition portion) and dried to prepare a positive electrode including a positive electrode uncoated portion and a positive electrode coated portion.
흑연 음극 활물질 90 중량% 및 폴리비닐리덴 플루오라이드 바인더 10 중량%를 N-메틸피롤리돈 중에서 혼합하여 음극 활물질 슬러리를 제조하였다. 이 음극 활물질 슬러리를 Cu 포일 전류 집전체의 일 단부를 제외하고(코팅되지 않은 양 단부는 무지부라함) 코팅하고 건조하여 음극 무지부 및음극 코팅부가 형성된 음극을 제조하였다. 이때, 상기 음극 코팅부는 상기 양극 코팅부와 대응하는 활성 영역과, 상기 무지부와 대응하는 비활성 영역으로 구성되도록 하였으며, 이 비활성 영역 중, 세퍼레이터와 직접 접촉하지 않는 일면에, 상기 활성 영역의 말단으로부터 3 mm의 간격을 두고 리튬 금속 포일을 부착시켜 도 6에 나타낸 구조의 음극을 제조하였다. A negative electrode active material slurry was prepared by mixing 90% by weight of a graphite negative electrode active material and 10% by weight of a polyvinylidene fluoride binder in N-methylpyrrolidone. The negative electrode active material slurry was coated and dried except for one end of the Cu foil current collector (both uncoated portions were coated with an uncoated portion) to prepare a negative electrode having a negative electrode coating portion and a negative electrode coating portion. At this time, the anode coating portion is composed of the active region corresponding to the anode coating portion and the inactive region corresponding to the non-coated portion. On one surface of the inactive region, which is not in direct contact with the separator, A lithium metal foil was attached at an interval of 3 mm to prepare a negative electrode having the structure shown in Fig.
상기 양극 및 음극을 이용하고, 이양극 및 음극 사이에 폴리에틸렌 고분자 세퍼레이터를 위치시켜 권취하여 전극군을 제조하였다. The positive electrode and the negative electrode were used, and a polyethylene polymer separator was placed between the transfer pole and the negative electrode to take up an electrode group.
상기 전극군과 1M LiPF6가 용해된 에틸렌 카보네이트 및 에틸메틸 카보네이트의 혼합 용매(1:1 부피비) 전해액을 사용하여 리튬 이차 전지를 제조하였다.A lithium secondary battery was prepared by using a mixed solvent of ethylene carbonate and ethyl methyl carbonate (1: 1 by volume) electrolytic solution in which the electrode group and 1M LiPF 6 were dissolved.
(실시예 2)(Example 2)
리튬 금속 포일을 활성 영역의 말단으로부터 5 mm의 간격을 두고, 비활성 영역 중 세퍼레이터와 직접 접촉하지 않는 일면에 부착시켜 도 6에 나타낸 구조의 음극을 제조한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하여 리튬 이차 전지를 제조하였다.The lithium metal foil was attached to one surface of the inactive region which was not in direct contact with the separator at a distance of 5 mm from the end of the active region to produce a negative electrode having the structure shown in Fig. 6, Thereby preparing a lithium secondary battery.
(실시예 3)(Example 3)
리튬 금속 포일을 활성 영역의 말단으로부터 10 mm의 간격을 두고, 비활성 영역 중 세퍼레이터와 직접 접촉하지 않는 일면에 부착시켜 도 6에 나타낸 구조의 음극을 제조한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하여 리튬 이차 전지를 제조하였다.The same procedure as in Example 1 was carried out except that the lithium metal foil was attached to one surface of the inactive region not in direct contact with the separator at a distance of 10 mm from the end of the active region, Thereby preparing a lithium secondary battery.
(비교예 1)(Comparative Example 1)
리튬 금속 포일을 비활성 영역 중, 세퍼레이터와 직접 접촉하지 않는 일면에 리튬 금속 포일을 부착시켜 도 7에 나타낸 구조의 음극을 제조하였다. 즉, 상기 리튬 금속 포일(도 7의 413c)은 상기 활성 영역의 말단으로부터 간격을 두지 않는, 비활성 영역 전체에 위치하도록 하였다. A lithium metal foil was attached to one surface of the inactive region not in direct contact with the separator to produce a negative electrode having the structure shown in Fig. That is, the lithium metal foil (413c in FIG. 7) is located in the entire inactive region which is not spaced from the end of the active region.
상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1에 따라 제조된 리튬 이차 전지를 0.1C 충전 및 방전을 실시하여, 초기 충방전 특성을 측정한 후, 그 결과를 도 8에 나타내었다. The lithium secondary batteries prepared in Examples 1 to 3 and Comparative Example 1 were charged and discharged at 0.1 C to measure initial charging / discharging characteristics, and the results are shown in FIG.
도 8에 나타낸 것과 같이, 활성 영역의 말단으로부터 3 mm, 5 mm 및 10 mm 간격을 두고 리튬 금속 포일을 음극에 부착시킨 실시예 1 내지 3의 리튬 이차 전지의 초기 충방전 특성이, 간격을 두지 않은 비교예 1의 리튬 이차 전지에 비하여 우수함을 알 수 있다.As shown in Fig. 8, the initial charge-discharge characteristics of the lithium secondary batteries of Examples 1 to 3 in which the lithium metal foil was attached to the negative electrode at intervals of 3 mm, 5 mm, and 10 mm from the ends of the active region, Which is superior to the lithium secondary battery of Comparative Example 1, which is not used.
또한, 충방전을 실시한 후, 실시예 1의리튬 이차 전지를 해체한 사진을 도 9에, 실시예 2의 리튬 이차 전지를 해체한 사진을 도 10에, 실시예 3의 리튬 이차 전지를 해체한 사진을 도 11에 각각 나타내었다. 또한, 충방전을 실시한 후, 비교예 1의 리튬 이차 전지를 해체한 사진을 도 12에 나타내었으며, 비교를 위하여, 리튬 금속을 사용하지 않은 경우(ref.)를 도 12에 함께 나타내었다. 도 9 내지 도 11에 나타낸 것과 같이, 실시예 1 내지 3의 리튬 이차 전지는 표면이 깨끗하므로 리튬 석출이 일어나지 않은 것을 알 수 있으나, 도 12에 나타낸 비교예 1의 경우(with Li metal로 표시), Ref.와 다르게 하얀색 가루가 표면에 발생, 즉 리튬 석출이 일어났음을 알 수 있다. 9 shows a photograph of the disassembly of the lithium secondary battery of Example 1 after charging and discharging, FIG. 10 shows a photograph of the disassembled lithium secondary battery of Example 2, and FIG. 10 shows a photograph of the disassembled lithium secondary battery of Example 3 The photographs are shown in Fig. FIG. 12 shows a photograph of the disassembly of the lithium secondary battery of Comparative Example 1 after charging and discharging, and FIG. 12 shows the case where the lithium metal is not used (ref.) For comparison. As shown in FIGS. 9 to 11, the lithium secondary batteries of Examples 1 to 3 are clear because the surface is clean, and lithium precipitation does not occur. However, in the case of Comparative Example 1 shown in FIG. 12 (with Li metal) , Ref., White powder is generated on the surface, that is, lithium precipitation occurs.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, and that various changes and modifications may be made therein without departing from the scope of the appended claims, And it goes without saying that the invention belongs to the scope of the invention.
10, 210, 310, 410: 전극군
11: 제1전극(양극)
11a: 양극 코팅부
11b: 양극 무지부
12: 제2전극(음극)
12a, 212a, 312a, 412a: 음극 코팅부
12b, 212b, 312b, 412b: 음극 무지부
12c, 212c, 312c, 412c: 리튬원
13: 세퍼레이터
14: 제1리드탭(양극 리드탭)
15: 제2리드탭(음극 리드탭)
16, 17: 탭 절연부재
20: 파우치
21: 폴리머 시트
22: 나일론 시트
23: 금속 시트
201: 제1외장재
202: 제2외장재
AA: 활성 영역
IA: 비활성 영역
G, G2, G3, G4: 간격10, 210, 310, 410: electrode group 11: first electrode (anode)
11a:
12: Second electrode (cathode) 12a, 212a, 312a, 412a: cathode coating
12b, 212b, 312b, 412b: cathode
13: separator 14: first lead tab (positive lead tab)
15: second lead tab (negative electrode lead tab) 16, 17:
20: Pouch 21: Polymer sheet
22: nylon sheet 23: metal sheet
201: first exterior material 202: second exterior material
AA: active region IA: inactive region
G, G2, G3, G4: Interval
Claims (10)
음극 전류 집전체에 음극 활물질이 코팅된 음극 코팅부와 음극 활물질이 코팅되지 않은 음극 무지부를 포함하고, 리튬원을 포함하는 음극;
상기 양극 및 음극 사이에 위치하는 세퍼레이터; 및
전해질
을 포함하며,
상기 음극 코팅부는
상기 양극 코팅부에 대응하는 활성 영역을 포함하고,
상기 리튬원은
상기 활성 영역의 말단으로부터 설정된 간격으로 이격되어 상기 음극에 위치하는 리튬 이차 전지.A positive electrode including a positive electrode coating portion in which a positive electrode current collector is coated with a positive electrode active material and a positive electrode uncoated portion in which a positive electrode active material is not coated;
A negative electrode coating part including a negative electrode current collector coated with a negative electrode active material and a negative electrode uncoated part not coated with the negative electrode active material, the negative electrode including a lithium source;
A separator positioned between the anode and the cathode; And
Electrolyte
/ RTI >
The negative electrode coating portion
And an active region corresponding to the anode coating portion,
The lithium source
Wherein the active region is spaced apart from the end of the active region at a predetermined interval and is located in the negative electrode.
상기 리튬원은
상기 활성 영역의 말단으로부터 0.1mm 이상의 간격으로 이격되어 위치하는 것인 리튬 이차 전지.The method according to claim 1,
The lithium source
Wherein the active region is spaced apart from the end of the active region by 0.1 mm or more.
상기 리튬원은,
상기 활성 영역의 말단으로부터 0.1mm 내지 10cm의 간격으로 이격되어 위치하는 것인 리튬 이차 전지.The method according to claim 1,
The lithium source is a lithium-
And is spaced apart from the end of the active region by an interval of 0.1 mm to 10 cm.
상기 리튬원은,
상기 활성 영역의 말단에 형성되는 상기 음극 무지부에 상기 간격으로 이격되어 위치하는 리튬 이차 전지.The method according to claim 1,
The lithium source is a lithium-
And is spaced apart from the negative electrode uncoated portion formed at an end of the active region.
상기 활성 영역은 상기 음극 전류 집전체의 양면에 형성되며,
상기 리튬원은 상기 음극 무지부의 양면에 형성되는 리튬 이차 전지.5. The method of claim 4,
Wherein the active region is formed on both sides of the cathode current collector,
Wherein the lithium source is formed on both surfaces of the negative electrode uncoated portion.
상기 활성 영역은 상기 음극 전류 집전체의 양단에 형성되며,
상기 리튬원은 상기 음극 전류 집전체의 양단의 상기 음극 무지부에 상기 간격으로 이격되어 위치하는 리튬 이차 전지.5. The method of claim 4,
Wherein the active region is formed at both ends of the negative electrode current collector,
Wherein the lithium source is located at the negative electrode nonconductive portions at both ends of the negative electrode current collector at intervals.
상기 음극 코팅부는
상기 활성 영역에 연결되어, 상기 양극 코팅부 밖에 대응하는 비활성 영역을 더 포함하는 리튬 이차 전지.The method according to claim 1,
The negative electrode coating portion
And a non-active region connected to the active region and corresponding to outside the positive electrode coating portion.
상기 비활성 영역은 상기 음극 전류 집전체의 양면에 형성되며,
상기 리튬원은 상기 비활성 영역에 연결되어 상기 음극 무지부의 양면에 형성되는 리튬 이차 전지.8. The method of claim 7,
Wherein the inactive region is formed on both sides of the cathode current collector,
Wherein the lithium source is connected to the inactive region and formed on both surfaces of the negative electrode uncoated portion.
상기 비활성 영역은 상기 음극 전류 집전체의 양면에 형성되며,
상기 리튬원은 상기 비활성 영역에 연결되어 상기 음극 무지부의 일면에 형성되는 리튬 이차 전지.8. The method of claim 7,
Wherein the inactive region is formed on both sides of the cathode current collector,
Wherein the lithium source is connected to the inactive region and is formed on one surface of the uncoated cathode.
상기 비활성 영역은 상기 음극 전류 집전체의 양면에 형성되며,
상기 리튬원은 상기 비활성 영역의 적어도 일면에 상기 간격으로 이격되어 위치하는 리튬 이차 전지.8. The method of claim 7,
Wherein the inactive region is formed on both sides of the cathode current collector,
Wherein the lithium source is located on at least one side of the inactive region at the intervals.
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20220163479A (en) * | 2020-04-29 | 2022-12-09 | 바르타 마이크로바테리 게엠베하 | Lithium ion secondary electrochemical cell |
| US12155059B2 (en) | 2019-04-08 | 2024-11-26 | Lg Energy Solution, Ltd. | Secondary battery and method for manufacturing the same |
-
2015
- 2015-06-22 KR KR1020150088435A patent/KR20160002601A/en not_active Ceased
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| KR20220163479A (en) * | 2020-04-29 | 2022-12-09 | 바르타 마이크로바테리 게엠베하 | Lithium ion secondary electrochemical cell |
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