KR100362282B1 - A composition for anodic-active materials and lithium secondary battery manufactured using the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 애노드 활물질 조성물 및 리튬 2차 전지에 관한 것으로서, 애노드 활물질, 도전제, 결합제, 용매 및 무기산을 포함하는 것을 특징으로 하는 애노드 활물질 조성물 및 이를 이용하여 제조되는 리튬 2차 전지를 제공한다. 본 발명에 따르면, 무기산을 더 포함하는 애노드 활물질 조성물로 애노드를 제조함으로써 충전시에 애노드가 산성을 띠게되어 불화가스의 발생이 억제되고, 그 결과 불화수소 가스로 인한 부반응이 효과적으로 억제되어 전지의 비가역 반응을 줄이면서 전지의 내부 압력 상승을 효과적으로 억제시킬 수 있다.The present invention relates to an anode active material composition and a lithium secondary battery, and provides an anode active material composition and a lithium secondary battery prepared using the anode active material, a conductive agent, a binder, a solvent and an inorganic acid. According to the present invention, by producing an anode with an anode active material composition further comprising an inorganic acid, the anode becomes acidic at the time of charging, thereby suppressing generation of fluoride gas, and as a result, side reactions due to hydrogen fluoride gas are effectively suppressed, thereby irreversible battery. It is possible to effectively suppress the internal pressure rise of the battery while reducing the reaction.

Description

애노드 활물질 조성물 및 이를 이용하여 제조되는 리튬 2차 전지{A composition for anodic-active materials and lithium secondary battery manufactured using the same}A composition for anodic-active materials and lithium secondary battery manufactured using the same

본 발명은 애노드 활물질 조성물 및 이를 이용하여 제조되는 리튬 2차 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하기로는, 불화수소의 발생이 억제되어 전지의 비가역반응을 감소시키면서 전지의 내부 압력 상승을 효과적으로 억제할 수 있는 리튬 2차 전지에 관한 것이다.The present invention relates to an anode active material composition and a lithium secondary battery manufactured by using the same. More particularly, the generation of hydrogen fluoride is suppressed to effectively suppress the internal pressure increase of the battery while reducing the irreversible reaction of the battery. It relates to a lithium secondary battery.

리튬 2차 전지는 캐소드와 애노드, 상기 캐소드와 애노드 사이에 삽입되어 있는 세페레이타와 리튬염과 유기용매로 구성된 유기 전해액을 구비하여 이루어진다.The lithium secondary battery includes a cathode and an anode, a separator inserted between the cathode and the anode, an organic electrolyte composed of a lithium salt and an organic solvent.

상기 캐소드와 애노드는 각각의 집전체 상부에 전극 활물질 조성물을 코팅 및 건조함으로써 만들어진다. 이 때 상기 전극 활물질 조성물은 리튬 함유 금속 산화물 등과 같은 캐소드 활물질이나 리튬 합금, 탄소재 등과 같은 애노드 활물질, 도전제, 결합제 및 용매를 포함하며, 그중에서 결합제로는 폴리비닐리덴플루오라이드, 비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 코폴리머 등과 같은 불소 함유 화합물을 사용하는 것이 통상적이다. 그리고 상기 유기전해액의 리튬염으로는 LiPF6, LiBF4, LiCF3SO3등과 불소 함유 리튬 화합물을 사용하며, 상기 세퍼레이터 형성 물질로는 전극의 결합제로 사용되는 물질인 폴리비닐리덴플루오라이드. 비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 코폴리머 등이 사용된다.The cathode and anode are made by coating and drying the electrode active material composition on top of each current collector. In this case, the electrode active material composition includes a cathode active material such as a lithium-containing metal oxide or the like, an anode active material such as a lithium alloy or a carbon material, a conductive agent, a binder, and a solvent, among which a polyvinylidene fluoride, vinylidene fluoride It is common to use fluorine-containing compounds such as a lide-hexafluoropropylene copolymer and the like. And a lithium salt of LiPF 6 , LiBF 4 , LiCF 3 SO 3, or the like, and a fluorine-containing lithium compound as the lithium salt of the organic electrolyte, and the separator forming material is a polyvinylidene fluoride material used as a binder of an electrode. Vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer and the like.

상기한 바와 같이 전극, 세퍼레이터 및 전해액 제조시, 불소 함유 화합물을 사용하는 경우, 전지의 충방전중 또는 방치상태에서 탈불화수소(dehydrofluorination) 반응이 일어나서 불화수소를 발생시키게 된다. 불소 함유 화합물중 폴리비닐리덴플루오라이드를 일례로 들어 전극, 세퍼레이터 및 전해액에서의 불화수소 생성 메카니즘에 대하여 살펴보면 다음과 같다.As described above, when the fluorine-containing compound is used in the preparation of the electrode, the separator, and the electrolyte, dehydrofluorination reaction occurs during charging or discharging of the battery, thereby generating hydrogen fluoride. Taking the polyvinylidene fluoride among the fluorine-containing compounds as an example, the mechanism of hydrogen fluoride generation in the electrode, the separator and the electrolyte is as follows.

전극 및 세퍼레이터의 경우는, -(CH2-CF2)-(CH2-CF2)-와 같이 헤드 투 테일(head to tail)의 반복구조에서는 탄화수소의 수소가 전기적으로 동등한 구조를 가지나, -(CH2-CF2)-(CF2-CH2)-(CH2-CF2)-처럼 역전된 결합 즉, 헤드 투 헤드(head to head) 또는 테일 투 테일(tail to tail) 결합을 가지는 섹터에서의 수소는 이와 결합된 전기음성도가 큰 불소가 인근에 많아져서 그의 산성도(acidity)가 증가함으로써 불화수소가 생성된다. 이러한 불화수소의 발생은 충전 시 전기적으로 염기적 성향을 띠게 되는 애노드에서 주로 일어나게 된다.In the case of the electrode and the separator, in the head-to-tail repeating structure, such as-(CH 2 -CF 2 )-(CH 2 -CF 2 )-, hydrogen of the hydrocarbon has an electrically equivalent structure. With inverted bonds, such as (CH 2 -CF 2 )-(CF 2 -CH 2 )-(CH 2 -CF 2 )-, ie head to head or tail to tail bonds Hydrogen in the sector is hydrogen fluoride is generated by increasing the acidity of the fluorine having a high electronegativity associated with it in the vicinity. The generation of hydrogen fluoride occurs mainly at the anode, which is electrically basic during charging.

상술한 바와 같은 메카니즘에 따라 불화수소가 생성되면, 이 불화수소는 전해액의 유기용매 성분인 에틸렌 카보네이트, 디에틸 카보네이트 등과 같은 카보네이트 화합물을 분해하는 반응을 개시하게 된다. 이와 같이 전해액이 분해되면 충방전과정이 반복되면서 이산화탄소, 메탄가스, 에틸렌가스 등과 같은 가스를 생성하며, 이러한 가스는 전지 내부 압력을 증가시켜 전지가 폭발될 위험성이 있다.When hydrogen fluoride is produced in accordance with the above-described mechanism, the hydrogen fluoride initiates a reaction for decomposing carbonate compounds such as ethylene carbonate and diethyl carbonate, which are organic solvent components of the electrolyte solution. As such, when the electrolyte is decomposed, the charging and discharging process is repeated to generate gases such as carbon dioxide, methane gas, and ethylene gas, and the gas increases the internal pressure of the battery, causing the battery to explode.

한편, 전지의 외장재로는, 통상적으로 전지 본체에 대하여 최내층에 열접착성 물질층인 폴리(에틸렌 아크릴산)[poly(ethylene acrylic acid: EAA]층이 있고, 그 상부에, 폴리에틸렌층(polyethylene: PE), EAA층 및 알루미늄층이 순차적으로 적층되어 있고, 이 결과물 상부에 최외층으로서 나일론층이 적층되어 있는 구조를 가지고 있는 파우치를 사용한다. 그런데, 이와 같은 파우치를 사용하는 경우, 별도의 벤트장치 또는 안전변이 없음으로 인하여 사용도중 파우치 부풀음으로 인하여 전지로서 더 이상 사용하기가 불가능하다는 문제점이 있다.On the other hand, the battery packaging material generally includes a poly (ethylene acrylic acid: EAA) layer, which is a heat-adhesive material layer on the innermost layer with respect to the battery body, and on top of that, a polyethylene layer (polyethylene: PE), an EAA layer and an aluminum layer are sequentially stacked, and a pouch having a structure in which a nylon layer is laminated as the outermost layer is used. There is a problem that it is no longer possible to use the battery due to the pouch swelling during use due to no device or safety valve.

상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 전지의 1차 화성후 진공조건하에서 파우치내에 존재하는 가스를 제거해주는 공정을 실시하는 방법이 제안되었다. 그러나, 이 방법을 적용한다고 하더라도 전극의 결합제와 세퍼레이터의 고분자 수지 및/또는 전해액 성분의 리튬염으로부터 발생된 불화수소 가스로 인하여 파우치가 점점 부푸는 현상을 완전히 해결하기는 실질적으로 어렵다.In order to solve the above problems, a method of removing a gas present in the pouch under vacuum conditions after the first chemical conversion of the battery has been proposed. However, even if this method is applied, it is practically difficult to completely solve the phenomenon of pouch swelling due to hydrogen fluoride gas generated from the binder of the electrode, the polymer resin of the separator and / or the lithium salt of the electrolyte component.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기 문제점을 해결하기 위하여 충전시 애노드에 산성적 성향을 띨 수 있게 하는 애노드 활물질 조성물을 제공하는 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention is to provide an anode active material composition that can be acidic to the anode during charging in order to solve the above problems.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 상기의 애노드 활물질 조성물을 이용하여 제조되어 불화수소 발생이 억제된 리튬 2차 전지를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a lithium secondary battery prepared by using the anode active material composition is suppressed the generation of hydrogen fluoride.

상기 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명에서는,In the present invention to achieve the above technical problem,

애노드 활물질, 도전제, 결합제, 용매 및 무기산을 포함하는 것을 특징으로 하는 애노드 활물질 조성물을 제공한다.Provided is an anode active material composition comprising an anode active material, a conductive agent, a binder, a solvent, and an inorganic acid.

본 발명에 따른 애노드 활물질 조성물에 있어서, 상기 무기산은 애노드 활물질 조성물 중 고형분 함량을 기준으로 0중량% 초과, 10중량% 이하 포함되는 것이 바람직하며, 또한 상기 무기산은 규산인 것이 바람직하다.In the anode active material composition according to the present invention, the inorganic acid is preferably contained in more than 0% by weight, 10% by weight or less based on the solid content of the anode active material composition, and the inorganic acid is preferably silicic acid.

본 발명에 따른 애노드 활물질 조성물에 있어서, 상기 규산은 오르토 규산(H4SiO4). 메타규산(H2SiO3), 메타2중규산(H2Si2O5), 메타3중규산(H2Si3O8) 및 메타4중규산(H2Si4O11)으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인 것이 바람직하다.In the anode active material composition according to the present invention, the silicic acid is ortho silicic acid (H 4 SiO 4 ). Group consisting of metasilicate (H 2 SiO 3 ), meta-disilicate (H 2 Si 2 O 5 ), meta-trisilicate (H 2 Si 3 O 8 ) and meta tetrasilicate (H 2 Si 4 O 11 ) It is preferably one or more selected from.

상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 집전체 상에 애노드 활물질층이 형성된 애노드; 집전체 상에 캐소드 활물질층이 형성된 캐소드; 양 전극간에 삽입되는 세퍼레이터; 및 유기용매와 리튬염으로 구성된 유기 전해액을 포함하는 리튬 2차 전지에 있어서,In order to achieve the above technical problem, the present invention is an anode active material layer formed on the current collector; A cathode having a cathode active material layer formed on a current collector; A separator inserted between both electrodes; And in the lithium secondary battery comprising an organic electrolyte consisting of an organic solvent and a lithium salt,

상기 애노드 활물질층이 상술한 바와 같은 애노드 활물질 조성물에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 리튬 2차 전지를 제공한다.The anode active material layer is formed by the anode active material composition as described above provides a lithium secondary battery.

본 발명은 애노드 활물질, 도전제, 결합제 및 용매로 이루어진 통상적인 애노드 활물질 조성물에 무기산을 더 첨가하여 애노드 활물질층을 형성시킴으로서 충전시 전기적으로 염기적 성향을 띠는 애노드에 산성을 부여하여 전해액 분해의 개시제로 작용하는 불화수소 발생을 억제할 수 있는 장점을 가지고 있다.The present invention forms an anode active material layer by further adding an inorganic acid to a conventional anode active material composition composed of an anode active material, a conductive agent, a binder, and a solvent to impart acidity to an electrically basic anode during charging, thereby preventing decomposition of the electrolyte solution. It has the advantage of suppressing the generation of hydrogen fluoride acting as an initiator.

이하, 본 발명에 따른 애노드 활물질 조성물 및 리튬 2차 전지의 제조방법에 대하여 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, an anode active material composition and a method of manufacturing a lithium secondary battery according to the present invention will be described in detail.

먼저, 애노드 활물질 조성물을 제조하는 방법에 대하여 살펴보면, 전극 결합제를 용매에 용해한 다음, 여기에 무기산을 부가하여 소정시간동안 격렬하게 교반한다. 여기에서 상기 전극 결합제로는 폴리비닐리덴플루오라이드, 비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 코폴리머 등의 불소 함유 고분자를 사용하며, 또한, 용매는 본 발명이 속하는 기술분야에서 그 용도로 통상적으로 사용되는 것이라면 모두 다 사용가능하며. N-메틸피롤리돈(NMP), 아세톤, 디메틸포름아미드. 디메틸셀룰로오즈, 메틸에틸케톤 등을 예로 들 수 있다.First, referring to the method for preparing the anode active material composition, the electrode binder is dissolved in a solvent, and then, an inorganic acid is added thereto, followed by vigorous stirring for a predetermined time. Here, as the electrode binder, a fluorine-containing polymer such as polyvinylidene fluoride or vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer is used, and a solvent is commonly used for the purpose in the art to which the present invention belongs. If that's all you can use. N-methylpyrrolidone (NMP), acetone, dimethylformamide. Dimethyl cellulose, methyl ethyl ketone, etc. are mentioned.

상기 무기산은 애노드 활물질 조성물 중 고형분 함량을 기준으로 0중량% 초과, 10중량% 이하 포함되는 것이 바람직하다. 여기에서 상기 무기산은 애노드가 충전시에 산성을 띨 수 있도록 하는 아주 미량만이 포함되어도 충분하나 그 함량이 10중량%를 초과하는 경우에는 상대적으로 활물질의 양이 감소하여 전지의 성능에 문제가 발생한다.The inorganic acid is preferably contained in more than 0% by weight, 10% by weight or less based on the solid content of the anode active material composition. Herein, the inorganic acid may be included only a very small amount to allow the anode to be acidic when charged, but when the content exceeds 10% by weight, the amount of the active material is relatively decreased, causing a problem in battery performance. do.

또한, 상기 무기산으로는 규산을 사용할 수 있으며, 상기 규산은 오르토 규산(H4SiO4). 메타규산(H2SiO3), 메타2중규산(H2Si2O5), 메타3중규산(H2Si3O8) 및 메타4중규산(H2Si4O11)으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인 것이 바람직하다.In addition, silicic acid may be used as the inorganic acid, The silicic acid is ortho silicic acid (H4SiO4). Metasilicate (H2SiO3), Meta-dibasic silicate (H2Si2O5), Meta-trisilicate (H2Si3O8) And metaquatoxysilicate (H2Si4O11It is preferably at least one selected from the group consisting of

그리고 나서, 상기 결과물을 소정시간 동안 방치한 다음, 이를 여과지에여과하여 불용성 물질을 걸러 제거해준다. 얻어진 여액을 애노드 활물질 및 도전제의 혼합물에 부가한 다음, 이를 충분히 혼합함으로써 애노드 활물질 조성물을 제조한다. 상기 애노드 활물질 및 도전제는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적으로 사용되는 것이라면 특별한 제한없이 사용할 수 있으며, 예를 들어 애노드 활물질로는 카본, 그래파이트 등을 사용할 수 있고, 도전제로는 카본블랙, 아세틸렌블랙 등이 사용될 수 있다.Then, the resultant is left for a predetermined time, and then filtered through a filter paper to remove insoluble matters. The obtained filtrate is added to the mixture of the anode active material and the conductive agent, and then sufficiently mixed to prepare the anode active material composition. The anode active material and the conductive agent may be used without particular limitation as long as it is commonly used in the art to which the present invention pertains. For example, the anode active material may be carbon, graphite, etc., and the conductive agent may be carbon black or acetylene black. And the like can be used.

또한, 경우에 따라서는 상술한 애노드 활물질 및 도전제의 혼합물에 가소제를 더 부가하기도 한다. 여기에서 가소제로는 디부틸프탈레이트(DBP), 에틸렌카보네이트, 디에틸카보네이트 등과 같은 전해액의 유기용매 성분들을 사용할 수 있다.In some cases, a plasticizer may be further added to the mixture of the anode active material and the conductive agent described above. Here, as the plasticizer, organic solvent components of an electrolyte such as dibutyl phthalate (DBP), ethylene carbonate and diethyl carbonate may be used.

다음으로 본 발명에 따른 리튬 2차 전지의 제조방법을 살펴보기로 한다.Next, a method of manufacturing a lithium secondary battery according to the present invention will be described.

본 발명에 따른 리튬 2차 전지의 제조단계는 애노드 제조단계, 캐소드 제조단계, 세퍼레이터 제조단계, 전지 조립체 제조단계 및 유기 전해액 함침단계로 나눌 수 있는데, 애노드는 상술한 바와 같이 제조된 애노드 활물질 조성물을 구리 집전체상에 코팅 및 건조하여 애노드 활물질층을 형성시킴으로써 제조된다. 캐소드, 세퍼레이터, 전지 조립체 및 유기 전해액의 함침은 본 발명이 속하는 기술분야에 널리 알려진 통상적인 방법을 따르므로 간략하게 기술하기로 한다.The manufacturing steps of the lithium secondary battery according to the present invention may be divided into an anode manufacturing step, a cathode manufacturing step, a separator manufacturing step, a battery assembly manufacturing step, and an organic electrolyte impregnation step, wherein the anode comprises the anode active material composition prepared as described above. It is prepared by coating and drying on a copper current collector to form an anode active material layer. Impregnation of the cathode, the separator, the battery assembly, and the organic electrolyte solution will be briefly described since it follows a conventional method well known in the art.

캐소드의 제조방법을 살펴보면, 유기용매에 결합제를 용해시키고, 이와 별도로 캐소드 활물질과 도전제를 건식 혼합하여 얻은 혼합물에 상기의 용액을 가하고 균일하게 혼합하여 애노드 활물질 조성물을 제조하고, 이를 집전체 상에 도포한 다음 건조하여 제조된다. 경우에 따라서는 캐소드 활물질과 도전제의 혼합물에 가소제를 더 부가할 수 도 있다.Looking at the manufacturing method of the cathode, the binder is dissolved in an organic solvent, and the above solution is added to the mixture obtained by dry mixing the cathode active material and the conductive agent separately and uniformly mixed to prepare an anode active material composition, which is then It is prepared by applying and then drying. In some cases, a plasticizer may be further added to the mixture of the cathode active material and the conductive agent.

상기 도전제, 유기용매 및 결합제는 상술한 애노드 활물질 조성물의 제조시에 사용되는 것과 동일한 것을 사용할 수 있으며, 또한 캐소드 활물질로는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적으로 사용하는 LiMn2O4, LiNiO2, LiCoO2등을 사용할 수 있고, 캐소드 집전체로는 알루미늄으로 이루어진 익스팬디드(expanded) 메탈, 펀치드(punched) 메탈, 호일이 사용될 수 있다.The conductive agent, the organic solvent, and the binder may be the same as those used in the preparation of the above-described anode active material composition, and as the cathode active material, LiMn 2 O 4 , LiNiO 2 commonly used in the art to which the present invention pertains. LiCoO 2 and the like may be used, and an expanded metal, a punched metal, and a foil made of aluminum may be used as the cathode current collector.

다음으로, 세퍼레이터의 제조방법을 살펴보면, 결합제 및 무기 충진제, 용매를 혼합하여 세퍼레이터 조성물을 제조한다. 경우에 따라서는 이 조성물에 가소제를 더 부가하기도 한다. 여기에서 결합제, 무기 충진제 및 용매는 본 발명이 속하는 기술분야에서 그 용도로서 통상 사용되는 물질이라면 특별하게 제한되지 않으며, 예를 들어 결합제로는 비닐클로라이드, 헥사플루오로프로필렌, 퍼플루오로알콕시, 헥사플루오로이소부텐 및 아크릴로니트릴로부터 선택된 단량체의 호모폴리머 또는 코폴리머, 또는 그의 혼합물을 사용할 수 있고, 무기 충진제로는 실리카와 알루미나 등을 사용할 수 있고, 용매로는 아세톤과 테트라하이드로퓨란를 사용할 수 있다.Next, looking at the method for producing a separator, a binder composition, an inorganic filler, and a solvent are mixed to prepare a separator composition. In some cases, a plasticizer may be further added to the composition. Herein, the binder, the inorganic filler and the solvent are not particularly limited as long as they are materials commonly used in the technical field to which the present invention belongs. For example, the binder may be vinyl chloride, hexafluoropropylene, perfluoroalkoxy, hexa Homopolymers or copolymers of monomers selected from fluoroisobutene and acrylonitrile, or mixtures thereof may be used. As inorganic fillers, silica and alumina may be used, and acetone and tetrahydrofuran may be used as a solvent. .

상기 세퍼레이터 조성물을 전극 상부에 직접 코팅 및 건조하여 세퍼레이터 필름을 얻는다. 또는 이 세퍼레이터 조성물을 별도의 지지체 상부에 캐스팅 및 열풍건조한 다음, 이 지지체로부타 박리하여 세퍼레이터 필름을 얻기도 한다. 이 때 상기 지지체로는 유리기판, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 극판, 마일라 필름 등을 이용한다.The separator composition is directly coated and dried on the electrode to obtain a separator film. Alternatively, the separator composition may be cast on a separate support and hot-air dried, and then peeled off from the support to obtain a separator film. In this case, a glass substrate, a polyethylene terephthalate (PET) electrode plate, a mylar film, or the like is used as the support.

상술한 바와 같은 과정에 따라 얻어진 전극과 세퍼레이터를 적층하여 캐소드/세퍼레이터/애노드/세퍼레이터/캐소드의 순서대로 라미네이션하여 바이셀 구조를 만든다. 이어서, 가소제가 부가된 경우에는 가소제를 추출, 제거해야하는 경우에는 에테르, 메탄올 등과 같은 유기용매를 이용하여 이렇게 얻어진 전지 구조체로부터 가소제를 제거해낸다.Electrodes and separators obtained according to the above-described process are laminated and laminated in the order of cathode / separator / anode / separator / cathode to form a bicell structure. Subsequently, when a plasticizer is added, when the plasticizer needs to be extracted and removed, an organic solvent such as ether or methanol is used to remove the plasticizer from the battery structure thus obtained.

상기 결과물에 알루미늄 탭, 구리 탭을 각각 용접시킨 다음, 전해액을 함침하면 본 발명에 따른 리튬 2차 전지가 완성된다.An aluminum tab and a copper tab are respectively welded to the resultant, and then the lithium secondary battery according to the present invention is completed by impregnating an electrolyte solution.

상기 전해액은 리튬염과 유기용매로 이루어지는데, 리튬 2차 전지에서 통상적으로 사용되는 것이라면 모두 다 사용가능하다. 상기 유기용매로는 프로필렌 카보네이트(PC), 에틸렌 카보네이트, γ-부티로락톤, 1,3-디옥소란, 디메톡시에탄, 디메틸카보네이트, 메틸에틸 카보네이트 및 디에틸카보네이트, 테트라하이드로퓨란, 디메틸설폭사이드 및 폴리에틸렌글리콜 디메틸에테르중에서 선택된 적어도 1종의 용매를 사용한다. 그리고 용매의 함량은 리튬 2차 전지에서 사용하는 통상적인 수준이다. 그리고 리튬염으로는 과염소산 리튬(LiClO4), 사불화붕산 리튬(LiBF4), 육불화인산 리튬(LiPF6), 삼불화메탄술폰산 리튬(LiCF3SO3) 및 리튬 비스트리플루오로메탄술포닐아미드(LiN(CF3SO2)2)로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 이온성 리튬염을 사용하고 그 함량은 리튬 2차 전지에서 사용하는 통상적인 수준이다.The electrolyte is composed of a lithium salt and an organic solvent, all of which can be used as long as it is commonly used in lithium secondary batteries. The organic solvent is propylene carbonate (PC), ethylene carbonate, γ-butyrolactone, 1,3-dioxolane, dimethoxyethane, dimethyl carbonate, methylethyl carbonate and diethyl carbonate, tetrahydrofuran, dimethyl sulfoxide And at least one solvent selected from polyethylene glycol dimethyl ether. And the content of the solvent is the usual level used in the lithium secondary battery. Lithium salts include lithium perchlorate (LiClO 4 ), lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ), lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium trifluoromethanesulfonate (LiCF 3 SO 3 ) and lithium bistrifluoromethanesulfonyl At least one ionic lithium salt selected from the group consisting of amides (LiN (CF 3 SO 2 ) 2 ) is used and its content is at the usual level used in lithium secondary batteries.

이하, 실시예 및 비교예를 들어 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 한다.하지만, 본 발명이 하기 실시예로만 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples. However, the present invention is not limited only to the following Examples.

실시예 1Example 1

폴리비닐리덴플루오라이드 8g을 NMP 92g에 용해한 다음, 이 혼합물에 오르토 규산(H4SiO4) 0.2g을 부가하고 2 내지 4시간 동안 격렬하게 교반시킨 다음, 이를 밀폐된 용기안에서 10시간동안 서서히 교반시켜 결합제 용액을 준비하였다.8 g of polyvinylidene fluoride was dissolved in 92 g of NMP, and then 0.2 g of ortho-silicate (H 4 SiO 4 ) was added to the mixture and stirred vigorously for 2 to 4 hours, and then stirred slowly in a closed container for 10 hours. To prepare a binder solution.

이어서, 상기 결합제 용액을 여과하여 불용성 물질을 제거해낸 다음, 여액을애노드 활물질로서 메조카본파이버(MCF) 65g과 도전제 카본블랙 8g 및 가소제로서 디부틸프탈레이트 27g의 혼합물에 부가하고 이를 충분히 혼합하여 애노드 활물질 조성물을 형성하였다.Subsequently, the binder solution was filtered to remove insoluble matters, and then the filtrate was added to a mixture of 65 g of mesocarbon fiber (MCF) as an anode active material, 8 g of conductive carbon black, and 27 g of dibutylphthalate as a plasticizer, followed by sufficient mixing. An active material composition was formed.

상기 애노드 활물질 조성물 구리 익스팬디드 메탈상에 코팅 및 건조하여 애노드 전극판을 만들었다.The anode active material composition was coated and dried on a copper expanded metal to make an anode electrode plate.

이와 별도로, 애노드 전극판 제조시 만든 결합제 용액을 여과하여 불용성 물질을 제거한 다음, 얻어진 여액을 이어서, 상기 결합제 용액을 여과하여 불용성 물질을 제거해낸 다음, 여액을 캐소드 활물질로서 LiCoO265g과 도전제로서 카본블랙10g 및 가소제로서 디부틸프탈레이트 25g의 혼합물에 부가한 다음, 이를 충분히 혼합하여 캐소드 활물질 조성물을 준비하였다.Separately, the binder solution prepared during the production of the anode electrode plate was filtered to remove the insoluble material, and the obtained filtrate was then filtered to remove the insoluble material, and then the filtrate was used as a cathode active material 65 g of LiCoO 2 and the conductive agent. 10 g of carbon black and 25 g of dibutyl phthalate as a plasticizer were added to the mixture, and then sufficiently mixed to prepare a cathode active material composition.

상기 캐소드 활물질 조성물을 전처리된 알루미늄 익스팬디드 메탈상에 코팅 및 건조하여 캐소드 전극판을 만들었다.The cathode active material composition was coated and dried on a pretreated aluminum expanded metal to form a cathode electrode plate.

이와 별도로, 비닐리덴플루오라이드-헥사프루오로프로필렌 코폴리머 8g을NMP 92g에 용해한 결합제 용액을 여과하여 불용성 물질을 제거한 다음, 여액을 실리카 34g 및 디부틸프탈레이트 40g의 혼합물에 부가하고 이를 충분히 혼합하여 세퍼레이터 조성물을 형성하였다. 이 세퍼레이터 조성물을 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 극판에 캐스팅 및 건조한 다음, 이 PET 극판으로부터 박리하여 세퍼레이터 필름을 얻었다.Separately, the binder solution in which 8 g of vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer was dissolved in 92 g of NMP was filtered to remove the insoluble material, and then the filtrate was added to a mixture of 34 g of silica and 40 g of dibutylphthalate and mixed sufficiently. The separator composition was formed. The separator composition was cast and dried on a polyethylene terephthalate (PET) electrode plate, and then peeled from the PET electrode plate to obtain a separator film.

상기 과정에 따라 얻어진 캐소드 극판과 애노드 극판과 세퍼레이터를 캐소드/세퍼레이터/애노드/세퍼레이터/캐소드의 순서대로 라미네이션하여 바이셀 구조를 만들었다. 이어서, 에테르를 이용하여 이렇게 얻어진 바이셀 구조의 전지 구조체로부터 가소제를 추출, 제거하였다.The bipolar structure was formed by laminating the cathode electrode plate, the anode electrode plate, and the separator obtained according to the above procedure in the order of cathode / separator / anode / separator / cathode. Subsequently, the plasticizer was extracted and removed from the battery structure of the bicell structure thus obtained using ether.

상기 결과물에 알루미늄 탭, 구리 탭을 용접시킨 다음, 전해액(Merck사, 1.5M LiPF6in 에틸렌카보네이트:디메틸카보네이트:디에틸카보네이트=3:3:4)을 3시간동안 함침시킴으로써 리튬 2차 전지를 완성하였다.An aluminum tab and a copper tab were welded to the resultant, and then a lithium secondary battery was formed by impregnating an electrolyte solution (Merck, 1.5M LiPF 6 in ethylene carbonate: dimethyl carbonate: diethyl carbonate = 3: 3: 4) for 3 hours. Completed.

실시예 2Example 2

애노드 활물질 조성물 제조시 오르토 규산(H4SiO4)의 양을 0.5g으로 변경시킨 것을 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 리튬 2차 전지를 제조하였다.A lithium secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the amount of ortho-silicate (H 4 SiO 4 ) was changed to 0.5 g when the anode active material composition was prepared.

실시예 3Example 3

애노드 활물질 조성물 제조시 오르토 규산(H4SiO4) 대신에 메타규산(H2SiO3)을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 리튬 2차 전지를 제조하였다.A lithium secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 1, except that metasilicate (H 2 SiO 3 ) was used instead of ortho silicic acid (H 4 SiO 4 ) to prepare the anode active material composition.

실시예 4Example 4

애노드 활물질 조성물 제조시 오르토 규산(H4SiO4) 대신에 메타2중규산(H2Si2O5)을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 리튬 2차 전지를 제조하였다.A lithium secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 1, except that meta-disilicate (H 2 Si 2 O 5 ) was used instead of ortho silicic acid (H 4 SiO 4 ) to prepare the anode active material composition.

실시예 5Example 5

애노드 활물질 조성물 제조시 오르토 규산(H4SiO4) 대신에. 메타규산(H2SiO3), 메타3중규산(H2Si3O8)을 사용한 것을 제외하고는 동일한 방법으로 리튬 2차 전지를 제조하였다.Instead of ortho-silicate (H 4 SiO 4 ) in the preparation of the anode active material composition. A lithium secondary battery was manufactured in the same manner except that metasilic acid (H 2 SiO 3 ) and metatrititric acid (H 2 Si 3 O 8 ) were used.

실시예 6Example 6

애노드 활물질 조성물 제조시 오르토 규산(H4SiO4) 대신에 메타4중규산(H2Si4O11)을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 리튬 2차 전지를 제조하였다.A lithium secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 1, except that meta tetrasilic acid (H 2 Si 4 O 11 ) was used instead of ortho silicic acid (H 4 SiO 4 ) to prepare the anode active material composition.

비교예 1Comparative Example 1

애노드 활물질 조성물 제조시에 오르토 규산(H4SiO4)을 부가하지 않은 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 리튬 2차 전지를 제조하였다.A lithium secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 1, except that ortho-silicate (H 4 SiO 4 ) was not added at the time of preparing the anode active material composition.

상기 실시예 1-6 및 비교예 1에 따라 제조된 리튬 2차 전지에 있어서, 1차 화성후 진공조건하에서 가스제거과정을 실시하였다. 그리고 나서 HF 가스 발생으로 인하여 파우치가 부푸는 현상을 조사하였다.In the lithium secondary battery prepared according to Example 1-6 and Comparative Example 1, the degassing process was carried out under vacuum conditions after the first chemical conversion. Then, the phenomenon of pouch swelling due to HF gas generation was investigated.

그 결과, 상기 실시예 1-6 따른 리튬 2차 전지는 비교예의 경우와는 달리, 전지 내부압력이 상승되는 것이 억제됨으로써 파우치가 부푸는 현상을 거의 나타나지 않았다.As a result, in the lithium secondary battery according to Example 1-6, unlike the case of the comparative example, the increase in the internal pressure of the battery was suppressed, so that the pouch was almost not swollen.

본 발명에 따르면, 무기산을 더 포함하는 애노드 활물질 조성물로 애노드를 제조함으로써 충전시에 애노드가 산성을 띠게되어 불화가스의 발생이 억제되고, 그 결과 불화수소 가스로 인한 부반응을 효과적으로 억제시킴으로써 전지의 비가역 반응을 줄이면서 전지의 내부 압력 상승을 효과적으로 억제시킬 수 있다.According to the present invention, by producing an anode with an anode active material composition further comprising an inorganic acid, the anode becomes acidic during charging, thereby suppressing generation of fluoride gas, and as a result, effectively inhibiting side reactions due to hydrogen fluoride gas, thereby effectively reversing the battery. It is possible to effectively suppress the internal pressure rise of the battery while reducing the reaction.

본 발명의 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.Although described with reference to the embodiment of the present invention, this is merely exemplary, those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible from this. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims.

Claims (6)

애노드 활물질, 도전제, 결합제, 용매 및 무기산을 포함하는 것을 특징으로 하는 애노드 활물질 조성물.An anode active material composition comprising an anode active material, a conductive agent, a binder, a solvent and an inorganic acid. 제 1항에 있어서, 상기 무기산이 애노드 활물질 조성물 중 고형분 함량을 기준으로 0중량% 초과, 10중량% 이하 포함되는 것을 특징으로 하는 애노드 활물질 조성물.The anode active material composition of claim 1, wherein the inorganic acid is included in an amount of more than 0 wt% and 10 wt% or less based on the solid content of the anode active material composition. 제 1항에 있어서, 상기 무기산이 규산인 것을 특징으로 하는 애노드 활물질 조성물.The anode active material composition according to claim 1, wherein the inorganic acid is silicic acid. 제 3항에 있어서, 상기 규산이 오르토 규산(H4SiO4). 메타규산(H2SiO3), 메타2중규산(H2Si2O5), 메타3중규산(H2Si3O8) 및 메타4중규산(H2Si4O11)으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 애노드 활물질 조성물.The method of claim 3, wherein the silicic acid is ortho silicate (H 4 SiO 4 ). Group consisting of metasilicate (H 2 SiO 3 ), meta-disilicate (H 2 Si 2 O 5 ), meta-trisilicate (H 2 Si 3 O 8 ) and meta tetrasilicate (H 2 Si 4 O 11 ) An anode active material composition, characterized in that at least one selected from. 집전체 상에 애노드 활물질층이 형성된 애노드에 있어서, 상기 애노드 활물질층이 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 따르는 애노드 활물질 조성물에 의하여 형성된 것을 특징으로 하는 리튬 2차 전지용 애노드.An anode having an anode active material layer formed on a current collector, wherein the anode active material layer is formed of the anode active material composition according to any one of claims 1 to 4. 집전체 상에 애노드 활물질층이 형성된 애노드;An anode having an anode active material layer formed on a current collector; 집전체 상에 캐소드 활물질층이 형성된 캐소드;A cathode having a cathode active material layer formed on a current collector; 양 전극간에 삽입되는 세퍼레이터; 및A separator inserted between both electrodes; And 유기용매와 리튬염으로 구성된 유기 전해액을 포함하는 리튬 2차 전지에 있어서,In a lithium secondary battery comprising an organic electrolyte composed of an organic solvent and a lithium salt, 상기 애노드는 제 5 항에 따르는 애노드인 것을 특징으로 하는 리튬 2차 전지.The anode is a lithium secondary battery, characterized in that the anode according to claim 5.
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