KR100471983B1 - Electrode for lithium battery - Google Patents

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KR100471983B1 KR10-2003-0014046A KR20030014046A KR100471983B1 KR 100471983 B1 KR100471983 B1 KR 100471983B1 KR 20030014046 A KR20030014046 A KR 20030014046A KR 100471983 B1 KR100471983 B1 KR 100471983B1
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Abstract

본 발명은 리튬 전지용 전극에 관한 것으로서, 이 전극은 전류 집전체; 상기 전류 집전체 위에 형성된 다공성 도전층; 및 상기 다공성 도전층 위에 형성된 활물질층을 포함한다.The present invention relates to an electrode for a lithium battery, the electrode comprising a current collector; A porous conductive layer formed on the current collector; And an active material layer formed on the porous conductive layer.

본 발명의 전극은 우수한 고율 충방전 특성 및 수명 특성을 갖는 전지를 제공할 수 있으며, 전지 내부 저항도 감소시킬 수 있다.The electrode of the present invention can provide a battery having excellent high rate charge / discharge characteristics and lifetime characteristics, and can also reduce battery internal resistance.

Description

리튬 전지용 전극{ELECTRODE FOR LITHIUM BATTERY}Electrode for lithium battery {ELECTRODE FOR LITHIUM BATTERY}

[산업상 이용 분야][Industrial use]

본 발명은 리튬 전지용 전극에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 향상된 고율 충방전 특성 및 수명 특성을 나타내는 전지를 제공할 수 있는 리튬 전지용 전극에 관한 것이다.The present invention relates to a lithium battery electrode, and more particularly to a lithium battery electrode that can provide a battery exhibiting improved high rate charge and discharge characteristics and life characteristics.

[종래 기술][Prior art]

휴대 전자 기기의 발전으로 가볍고 고용량 전지에 대한 요구가 갈수록 증가하고 있다.With the development of portable electronic devices, there is an increasing demand for light and high capacity batteries.

이러한 요구를 만족시키는 이차 전지로는 활물질의 종류에 따라 리튬 이온 전지 또는 리튬 황 전지가 있다. 리튬 이온 전지는 양극 활물질로 전이 금속 산화물을 사용하여, 리튬 황 전지는 황계 물질을 사용하는 전지이다. Secondary batteries that satisfy these requirements include lithium ion batteries or lithium sulfur batteries, depending on the type of active material. Lithium ion batteries use transition metal oxides as positive electrode active materials, and lithium sulfur batteries use sulfur-based materials.

이러한 리튬 전지는 다른 전지에 비하여 용량이 높고, 자연친화적이며, 원료가 풍부하여 휴대 전자 기기의 전력원으로 활발히 연구되고 있으나 여전히 최적의 성능, 예를 들어 고율 충방전 특성, 수명 특성 등을 내는 전지 개발은 이루어지지 못하고 있다.These lithium batteries are actively studied as power sources of portable electronic devices due to their high capacity, nature-friendly, and abundant raw materials, compared to other batteries, but still exhibit optimal performance, for example, high rate charge / discharge characteristics, and lifetime characteristics. Development is not happening.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 우수한 고율 충방전 특성 및 수명 특성을 나타내는 리튬 전지용 전극을 제공하는 것이다.The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a lithium battery electrode exhibiting excellent high rate charge and discharge characteristics and life characteristics.

본 발명의 다른 목적은 전지의 내부 저항을 감소시킬 수 있는 리튬 전지용 전극을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide an electrode for a lithium battery that can reduce the internal resistance of the battery.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 전류 집전체; 상기 전류 집전체 위에 형성된 두개 이상의 활물질 층; 및 활물질층 사이에 형성된 다공성 도전층을 포함하는 리튬 전지용 전극을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention is a current collector; Two or more active material layers formed on the current collector; And a porous conductive layer formed between the active material layers.

이하 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

본 발명의 리튬 전지용 전극은 전류 집전체, 이 전류 집전체 위에 형성된 활물질 층을 포함한다. 또한, 더욱 바람직하게는 도 1에 나타낸 것과 같이 전류 집전체(1), 이 전류 집전체에 형성된 두 개 이상의 활물질층(3) 및 이 활물질층 사이에 형성된 다공성 도전층(porous conducting layer, 5)을 포함한다.The electrode for lithium batteries of this invention contains a current collector and the active material layer formed on this current collector. More preferably, as illustrated in FIG. 1, the current collector 1, at least two active material layers 3 formed on the current collector, and a porous conducting layer 5 formed between the active material layers. It includes.

상기 다공성 도전층은 도전 네트워크를 형성할 수 있는 물질은 어떠한 것도 포함할 수 있으며, 그 예로 결정질 탄소, 비정질 탄소 및 금속으로 이루어진 군에서 선택되는 물질을 포함한다. 상기 결정질 탄소로는 인조 흑연 또는 천연 흑연을 포함하며, 상기 비정질 탄소로는 카본 블랙, 탄소 섬유 또는 탄소 분말을 포함한다. 상기 금속으로는 Al, Cu, Ni, Fe,Mn, Co 및 Mo으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함한다.The porous conductive layer may include any material capable of forming a conductive network, and includes, for example, a material selected from the group consisting of crystalline carbon, amorphous carbon, and metal. The crystalline carbon includes artificial graphite or natural graphite, and the amorphous carbon includes carbon black, carbon fiber or carbon powder. The metal includes those selected from the group consisting of Al, Cu, Ni, Fe, Mn, Co, and Mo.

상기 다공성 도전층은 0.5 내지 20㎛의 두께를 갖는 것이 바람직하다. 상기 다공성 도전층의 두께가 0.5㎛보다 얇을 경우에는 전극성능 향상에 문제점이 있고, 20㎛보다 두꺼울 경우에는 극판 두께가 두꺼워짐으로 인해 전지용량 향상에 불리해지는 문제점이 있다.The porous conductive layer preferably has a thickness of 0.5 to 20㎛. When the thickness of the porous conductive layer is thinner than 0.5 μm, there is a problem in improving electrode performance. When the thickness of the porous conductive layer is thicker than 20 μm, there is a problem in that battery capacity is improved due to a thicker electrode plate.

상기 다공성 도전층의 기공도는 리튬 이온의 이동이 원활하게 일어나기에 충분한 정도면 되며, 특별한 제약은 없으나 5% 내지 70%기 바람직하다.The porosity of the porous conductive layer may be sufficient to smoothly move lithium ions, and there is no particular limitation, but it is preferably 5% to 70%.

상기 다공성 도전층이 전극 구조를 지지해주는 역할을 하므로 용량을 증가시키기 위하여 활물질층을 두 층으로 하여도 충방전이 진행되는 동안 또한 고율 충방전을 실시하여도 활물질층을 잘 지지할 수 있다. 또한 도전네트워크가 활물질 층보다 우수한 도전층이 가운데에 형성됨으로 인해 이온의 이동에 의해 주고받는 전지자의 이동경로가 많아지는 효과로 인해 내부저항이 감소하게 된다.Since the porous conductive layer plays a role of supporting the electrode structure, the active material layer can be well supported even during high charge / discharge during charging and discharging even when the active material layer has two layers to increase the capacity. In addition, since the conductive layer having the conductive network superior to the active material layer is formed in the center, the internal resistance decreases due to the effect of increasing the movement path of the battery which is transmitted and received by the movement of ions.

상기 전류 집전체로는 본 발명의 전극은 리튬-황 전지의 양극 또는 리튬 이온 전지의 양극이나 음극으로 사용될 수 있으며, 어떠한 전지에 사용되며, 양극 또는 음극으로 사용되는냐에 따라, 상기 전류 집전체의 구성 물질은 달라진다. 본 발명의 전극을 리튬-황 전지의 양극으로 사용할 경우에는 스테인레스 스틸, 구리, 티타늄, 알루미늄 또는 카본-코팅된 알루미늄 등의 도전성 물질을 사용할 수 있다. 일반적으로 카본-코팅된 알루미늄 기판을 사용하는 것이 탄소가 코팅되지 않은 것에 비해 활물질에 대한 접착력이 우수하고, 접촉 저항이 낮으며, 알루미늄의 폴리설파이드에 의한 부식을 방지할 수 있는 장점이 있어 가장 바람직다.As the current collector, the electrode of the present invention may be used as a positive electrode or a negative electrode of a lithium-sulfur battery, or a positive electrode or a negative electrode of a lithium ion battery. The materials of construction vary. When the electrode of the present invention is used as a positive electrode of a lithium-sulfur battery, a conductive material such as stainless steel, copper, titanium, aluminum, or carbon-coated aluminum may be used. In general, the use of a carbon-coated aluminum substrate is most preferable because it has excellent adhesion to the active material, low contact resistance, and prevents corrosion due to polysulfide of aluminum, compared with the non-carbon coated coating. All.

또한, 본 발명의 전극을 리튬 이온 전지의 양극으로 사용할 경우 전류 집전체는 일반적으로 알루미늄을 사용할 수 있고, 음극으로 사용할 경우에는 구리를 사용할 수 있다.In addition, when the electrode of the present invention is used as a positive electrode of a lithium ion battery, a current collector may generally use aluminum, and when used as a negative electrode, copper may be used.

본 발명의 전극에서 활물질층은 전기화학적으로 가역적인 산화/환원 반응이 가능한 활물질을 포함한다. 본 발명의 전극은 리튬-황 전지의 양극 또는 리튬 이온 전지의 양극이나 음극으로 사용될 수 있으며, 어떠한 전지에 사용되며, 양극 또는 음극으로 사용되는냐에 따라, 상기 활물질층에 포함된 활물질이 달라진다.In the electrode of the present invention, the active material layer includes an active material capable of an electrochemically reversible oxidation / reduction reaction. The electrode of the present invention may be used as a positive electrode or a negative electrode of a lithium-sulfur battery, or a positive electrode or a negative electrode of a lithium ion battery. The active material included in the active material layer varies depending on which battery is used and used as a positive electrode or a negative electrode.

본 발명의 전극을 리튬-황 전지의 양극으로 사용할 경우 활물질은 무기황(S8) 또는 황 계열 화합물을 포함한다. 이 황 계열 화합물은 Li2Sn (n ≥1), 유기 황 화합물 및 탄소-황 폴리머((C2Sx)n: x=2.5 내지 50, n ≥2)로 이루어진 군에서 선택되는 것을 사용할 수 있다. 또한, 이 경우 상기 활물질층은 도전재와 바인더를 포함한다. 이때, 도전재로는 전자가 양극 활물질 내에서 원활하게 이동하도록 하기 위한 전기 전도성 도전재와 이온 전도성 도전재를 하나 이상 포함할 수 있다. 상기 전기 전도성 도전재로는 특히 한정하지 않으나, 카본(예: 상품명: 슈퍼-P), 카본 블랙과 같은 전도성 물질 또는 폴리아닐린, 폴리티오펜, 폴리아세틸렌, 폴리피롤과 같은 전도성 고분자를 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있고, 상기 이온 전도성 도전재로는 폴리에틸렌옥사이드, 폴리헥사플루오로프로필렌과 폴리비닐리덴 플루오라이드의 코폴리머, 폴리비닐 피롤리돈 등을 사용할 수 있다. 상기 바인더로는 폴리(비닐 아세테이트), 폴리비닐 알콜, 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리비닐 피롤리돈, 알킬레이티드 폴리에틸렌 옥사이드, 가교결합된 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리비닐 에테르, 폴리(메틸 메타크릴레이트), 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리헥사플루오로프로필렌과 폴리비닐리덴 플루오라이드의 코폴리머(상품명: Kynar), 폴리(에틸 아크릴레이트), 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐클로라이드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리비닐피리딘, 폴리스티렌, 폴리스티렌과 부타디엔의 공중합체(SBR) 이들의 유도체, 블랜드, 코폴리머 등이 사용될 수 있다.When the electrode of the present invention is used as a positive electrode of a lithium-sulfur battery, the active material includes inorganic sulfur (S 8 ) or a sulfur-based compound. This sulfur-based compound may be selected from the group consisting of Li 2 S n (n ≧ 1), organic sulfur compounds and carbon-sulfur polymers ((C 2 S x ) n : x = 2.5 to 50, n ≥ 2) Can be. In this case, the active material layer includes a conductive material and a binder. In this case, the conductive material may include at least one electrically conductive conductive material and at least one ion conductive conductive material for allowing electrons to move smoothly in the positive electrode active material. The electrically conductive conductive material is not particularly limited, but conductive materials such as carbon (eg, Super-P), carbon black, or conductive polymers such as polyaniline, polythiophene, polyacetylene, and polypyrrole may be used alone or in combination. The ion conductive conductive material may be polyethylene oxide, a copolymer of polyhexafluoropropylene and polyvinylidene fluoride, polyvinyl pyrrolidone, or the like. The binder includes poly (vinyl acetate), polyvinyl alcohol, polyethylene oxide, polyvinyl pyrrolidone, alkylated polyethylene oxide, crosslinked polyethylene oxide, polyvinyl ether, poly (methyl methacrylate), polyvinylidene Copolymers of fluoride, polyhexafluoropropylene and polyvinylidene fluoride (trade name: Kynar), poly (ethyl acrylate), polytetrafluoroethylene, polyvinylchloride, polyacrylonitrile, polyvinylpyridine, polystyrene , Copolymers of polystyrene and butadiene (SBR) Derivatives, blends, copolymers and the like thereof may be used.

본 발명의 전극을 리튬 이온 전지에 사용할 경우에는 양극과 음극으로 모두 사용가능하며, 이 경우 상기 전기화학적으로 가역적인 산화/환원 반응이 가능한 활물질은 리튬 이온의 가역적인 인터칼레이션/디인터칼레이션 가능한 물질을 사용한다. 상기 리튬 이온의 가역적인 인터칼레이션/디인터칼레이션 가능한 물질은 리튬 금속 산화물 또는 리튬 함유 칼코게나이드 화합물의 양극 활물질이거나 또는 탄소재 물질의 음극 활물질을 사용할 수 있다. When the electrode of the present invention is used in a lithium ion battery, both an anode and a cathode may be used. In this case, the active material capable of the electrochemically reversible oxidation / reduction reaction may be a reversible intercalation / deintercalation of lithium ions. Use possible materials. The reversible intercalation / deintercalation material of the lithium ions may be a positive electrode active material of a lithium metal oxide or a lithium-containing chalcogenide compound or a negative electrode active material of a carbon material.

상기 리튬 금속 산화물 또는 리튬 함유 칼코게나이드 화합물은 리튬 이온의 가역적인 인터칼레이션/디인터칼레이션이 가능한 물질로 리티에이티드 인터칼레이션 화합물을 의미한다. The lithium metal oxide or the lithium-containing chalcogenide compound is a material capable of reversible intercalation / deintercalation of lithium ions, and means a retired intercalation compound.

상기 리튬 인터칼레이션 화합물은 모노클리닉, 헥사고날 또는 큐빅 구조중 어느 하나를 기본 구조로 가진다. The lithium intercalation compound has any one of a monoclinic, hexagonal or cubic structure as a basic structure.

본 발명에 사용되는 리튬 인터칼레이션 화합물로는 기존의 모든 리튬 화합물(리튬 금속 산화물 및 리튬 함유 칼코게나이드 화합물)이 사용될 수 있으며, 이중 바람직한 예로는 다음과 같은 화합물이 있다. As the lithium intercalation compound used in the present invention, all existing lithium compounds (lithium metal oxides and lithium-containing chalcogenide compounds) may be used, and preferred examples thereof include the following compounds.

[화학식 1][Formula 1]

LixMn1-yMyA2 Li x Mn 1-y M y A 2

[화학식 2][Formula 2]

LixMn1-yMyO2-zXz Li x Mn 1-y M y O 2-z X z

[화학식 3][Formula 3]

LixMn2O4-zXz Li x Mn 2 O 4-z X z

[화학식 4][Formula 4]

LixMn2-yMyA4 Li x Mn 2-y M y A 4

[화학식 5][Formula 5]

LixCo1-yMyA2 Li x Co 1-y M y A 2

[화학식 6][Formula 6]

LixCo1-yMyO2-zXz Li x Co 1-y M y O 2-z X z

[화학식 7][Formula 7]

LixNi1-yMyA2 Li x Ni 1-y M y A 2

[화학식 8][Formula 8]

LixNi1-yMyO2-zXz Li x Ni 1-y M y O 2-z X z

[화학식 9][Formula 9]

LixNi1-yCoyO2-zXz Li x Ni 1-y Co y O 2-z X z

[화학식 10][Formula 10]

LixNi1-y-zCoyMzAα Li x Ni 1-yz Co y M z A α

[화학식 11][Formula 11]

LixNi1-y-zCoyMzO2-αXα Li x Ni 1-yz Co y M z O 2-α X α

[화학식 12][Formula 12]

LixNi1-y-zMnyMzAα Li x Ni 1-yz Mn y M z A α

[화학식 13][Formula 13]

LixNi1-y-zMnyMzO2-αXα Li x Ni 1-yz Mn y M z O 2-α X α

(상기 식에서, 0.90 ≤x ≤1.1, 0 ≤y ≤0.5, 0 ≤z ≤0.5, 0 ≤ α≤2이고, M는 Al, Ni, Co, Mn, Cr, Fe, Mg, Sr, V 또는 희토류 원소로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 원소이며, A는 O, F, S 및 P로 이루어진 군에서 선택되는 원소이고, X는 F, S 또는 P이다.)Wherein 0.90 ≦ x ≦ 1.1, 0 ≦ y ≦ 0.5, 0 ≦ z ≦ 0.5, 0 ≦ α ≦ 2, and M is Al, Ni, Co, Mn, Cr, Fe, Mg, Sr, V or rare earth At least one element selected from the group consisting of elements, A is an element selected from the group consisting of O, F, S and P, and X is F, S or P.)

상기 탄소재 물질로는 비정질 탄소, 결정질 탄소 또는 이들의 혼합물을 모두 사용할 수 있다. 상기 비정질 탄소의 예로는 소프트 카본(soft carbon: 저온 소성 탄소) 또는 하드 카본(hard carbon: 고온 소성 탄소)이 있으며, 결정질 탄소로는 판상, 구형 또는 섬유형의 천연 흑연 또는 인조 흑연이 있다.As the carbonaceous material, both amorphous carbon, crystalline carbon, or a mixture thereof may be used. Examples of the amorphous carbon include soft carbon (low temperature calcined carbon) or hard carbon (hard carbon calcined carbon), and crystalline carbon includes plate-like, spherical or fibrous natural graphite or artificial graphite.

리튬 이온 전지의 양극 및 음극으로 사용할 경우에 활물질층에 포함되는 바인더는 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리비닐클로라이드 등 일반적으로 리튬 이온 전지에 사용되는 바인더는 어떠한 것도 사용할 수 있다. 양극으로 사용하는 경우 활물질층은 도전재도 포함한다. 이러한 도전재로는 카본, 카본 블랙과 같은 도전성 물질을 사용할 수 있다.When used as a positive electrode and a negative electrode of a lithium ion battery, the binder included in the active material layer may be any binder generally used in a lithium ion battery such as polyvinylidene fluoride and polyvinyl chloride. When used as a positive electrode, the active material layer also contains a conductive material. As such a conductive material, a conductive material such as carbon or carbon black may be used.

상술한 구성을 갖는 본 발명의 리튬 전지용 전극은 먼저 전류 집전체에 전극 활물질 조성물을 도포하여 활물질층을 형성한다. 활물질층 형성 공정은 당해 분야에 널리 알려진 기술 내용이므로 본 명세서에서 자세한 설명은 생략하며, 이는 당해 분야에 종사하는 사람들에게는 널리 이해될 수 있는 내용이다. In the lithium battery electrode of the present invention having the above-described configuration, first, the electrode active material composition is applied to a current collector to form an active material layer. Since the active material layer forming process is well known in the art, a detailed description thereof will be omitted herein, which may be widely understood by those skilled in the art.

상기 전극 활물질 조성물은 활물질, 바인더 및 용매를 포함하며, 경우에 따라 도전재를 포함한다. 상기 용매로는 활물질, 바인더, 경우에 따라 도전재를 잘 분산시킬 수 있는 용매는 어떠한 것도 사용할 수 있으며, 사용되는 활물질, 바인더, 경우에 따라 도전재의 종류에 따라 적절하게 선택할 수 있고, 이는 당해 분야에 널리 알려진 내용이므로 본 명세서에서 자세한 설명은 생략한다.The electrode active material composition includes an active material, a binder, and a solvent, and optionally a conductive material. As the solvent, any active material, a binder, and optionally a solvent capable of dispersing the conductive material may be used, and may be appropriately selected according to the type of the active material, the binder, and in some cases, the conductive material. Since it is well known in the detailed description thereof will be omitted.

상기 활물질층에 도전성 물질 조성물을 도포하여 다공성 전도층을 형성한다A conductive material composition is coated on the active material layer to form a porous conductive layer.

이어서, 상기 다공성 전도층에 전극 활물질 조성물을 사용하여 활물질층을 다시 형성한다. Subsequently, an active material layer is formed again on the porous conductive layer using an electrode active material composition.

이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나 하기한 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일 뿐 본 발명이 하기한 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, preferred examples and comparative examples of the present invention are described. However, the following examples are only one preferred embodiment of the present invention and the present invention is not limited to the following examples.

(실시예 1)(Example 1)

무기황(S8) 60 중량%, 탄소 도전재 20 중량% 및 폴리에틸렌옥사이드 바인더 20 중량%를 혼합하여 리튬-황 전지용 양극 활물질 조성물을 제조하였다.60 wt% of inorganic sulfur (S 8 ), 20 wt% of carbon conductive material, and 20 wt% of polyethylene oxide binder were mixed to prepare a cathode active material composition for a lithium-sulfur battery.

상기 양극 활물질 조성물은 알루미늄 전류 집전체에 도포하여 전류 집전체에 양극 활물질층을 형성하였다. 이어서, 탄소 섬유 70 중량%,폴리에틸렌옥사이드 30%를 아세토니트릴용매에 혼합하여 탄소 섬유 슬러리 조성물을 제조한후 상기 양극 활물질층에 도포하여 다공성 전도층을 형성하였다.The positive electrode active material composition was applied to an aluminum current collector to form a positive electrode active material layer on the current collector. Subsequently, 70% by weight of carbon fiber and 30% of polyethylene oxide were mixed in an acetonitrile solvent to prepare a carbon fiber slurry composition, and then coated on the cathode active material layer to form a porous conductive layer.

이어서, 상기 다공성 전도층에 다시 제조된 양극 활물질 조성물을 도포하여 다공성 전도층에 양극 활물질층을 형성하였다. 결과적으로, 리튬-황 전지용 양극을 제조하였다.Subsequently, the cathode active material composition was applied to the porous conductive layer again to form a cathode active material layer on the porous conductive layer. As a result, a positive electrode for a lithium-sulfur battery was produced.

음극은 두께 100um의 리튬호일을 사용하였다.The negative electrode used a lithium foil having a thickness of 100um.

(실시예 2)(Example 2)

LiCoO2 양극 활물질 94 중량%, 폴리비닐피롤리돈 바인더 3 중량% 및 카본 도전제 3 중량%를 N-메틸피롤리돈 용매에 녹여 제조된 양극 활물질 슬러리를 이용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하여 리튬 이온 전지용 양극을 제조하였다. 음극으로는 인조 흑연 음극 활물질 96 중량% 및 폴리비닐리덴 플루오라이드 결합제 4 중량%를 N-메틸피롤리돈 용매에서 혼합하여 리튬 이온 전지용 음극 활물질 슬러리를 제조하였다. 상기 음극 활물질 슬러리를 구리 호일 전류 집전체에 도포하고 건조하여 상기 전류 집전체에 음극 활물질층을 형성하였다Except for using the positive electrode active material slurry prepared by dissolving 94% by weight of LiCoO 2 positive electrode active material, 3% by weight of polyvinylpyrrolidone binder, and 3% by weight of carbon conductive agent in N-methylpyrrolidone solvent. In the same manner, a positive electrode for a lithium ion battery was manufactured. As the negative electrode, 96% by weight of the artificial graphite negative electrode active material and 4% by weight of the polyvinylidene fluoride binder were mixed in an N-methylpyrrolidone solvent to prepare a negative electrode active material slurry for a lithium ion battery. The negative electrode active material slurry was applied to a copper foil current collector and dried to form a negative electrode active material layer on the current collector.

(실시예 3)(Example 3)

LiCoO2 양극 활물질 94 중량%, 폴리비닐피롤리돈 바인더 3 중량% 및 카본 도전제 3 중량%를 N-메틸피롤리돈 용매에 녹여 제조된 양극 활물질 슬러리를 이용한 양극극판을 제조하였다A cathode plate using a cathode active material slurry prepared by dissolving 94% by weight of LiCoO 2 cathode active material, 3% by weight of polyvinylpyrrolidone binder, and 3% by weight of carbon conductive agent in N-methylpyrrolidone solvent was prepared.

음극으로는 인조 흑연 음극 활물질 96 중량% 및 폴리비닐리덴 플루오라이드 결합제 4 중량%를 N-메틸피롤리돈 용매에서 혼합하여 리튬 이온 전지용 음극 활물질 슬러리를 제조하였다. 상기 음극 활물질 슬러리를 구리 호일 전류 집전체에 도포하고 건조하여 상기 전류 집전체에 음극 활물질층을 형성하였다. 이어서, 탄소 섬유 70 중량%,폴리에틸렌옥사이드 30%를 아세토니트릴용매에 혼합하여 탄소 섬유 슬러리 조성물을 제조한후 상기 양극 활물질층에 도포하여 다공성 전도층을 형성하였다.As the negative electrode, 96% by weight of the artificial graphite negative electrode active material and 4% by weight of the polyvinylidene fluoride binder were mixed in an N-methylpyrrolidone solvent to prepare a negative electrode active material slurry for a lithium ion battery. The negative electrode active material slurry was applied to a copper foil current collector and dried to form a negative electrode active material layer on the current collector. Subsequently, 70% by weight of carbon fiber and 30% of polyethylene oxide were mixed in an acetonitrile solvent to prepare a carbon fiber slurry composition, and then coated on the cathode active material layer to form a porous conductive layer.

이어서, 상기 다공성 전도층에 다시 제조된 음극 활물질 조성물을 도포하여 다공성 전도층에 음극 활물질층을 형성하였다. 결과적으로, 리튬-이온 전지용 음극을 제조하였다.Subsequently, the negative electrode active material composition was applied to the porous conductive layer again to form a negative electrode active material layer on the porous conductive layer. As a result, a negative electrode for a lithium-ion battery was produced.

(비교예 1)(Comparative Example 1)

무기황(S8) 60 중량%, 탄소 도전재 20 중량% 및 폴리에틸렌옥사이드 바인더 20 중량%를 혼합하여 리튬-황 전지용 양극 활물질 조성물을 제조하였다.60 wt% of inorganic sulfur (S 8 ), 20 wt% of carbon conductive material, and 20 wt% of polyethylene oxide binder were mixed to prepare a cathode active material composition for a lithium-sulfur battery.

이어서, 상기 양극 활물질 조성물을 알루미늄 전류 집전체에 도포하여 리튬-황 전지용 양극을 제조하였다.Subsequently, the cathode active material composition was applied to an aluminum current collector to prepare a cathode for a lithium-sulfur battery.

음극은 실시예1과 같다.The negative electrode is the same as in Example 1.

(비교예 2)(Comparative Example 2)

양극 활물질 조성물을 알루미늄 전류 집전체에 2회 도포하여 양극 활물질층을 두 층 형성한 것을 제외하고는 상기 비교예 1과 동일하게 실시하였다.The positive electrode active material composition was applied to an aluminum current collector twice, and thus, the same procedure as in Comparative Example 1 was performed except that two positive electrode active material layers were formed.

(비교예 3)(Comparative Example 3)

LiCoO2 양극 활물질 94 중량%, 폴리비닐피롤리돈 바인더 3 중량% 및 카본 도전제 3 중량%를 N-메틸피롤리돈 용매에 용해하여 양극 활물질 슬러리를 제조하였다. 상기 양극 활물질 슬러리를 알루미늄 호일 전류 집전체에 도포하여 리튬 이온 전지용 양극을 제조하였다.A positive electrode active material slurry was prepared by dissolving 94% by weight of LiCoO 2 positive electrode active material, 3% by weight of polyvinylpyrrolidone binder, and 3% by weight of carbon conductive agent in an N-methylpyrrolidone solvent. The cathode active material slurry was applied to an aluminum foil current collector to prepare a cathode for a lithium ion battery.

음극으로는 인조 흑연 음극 활물질 96 중량% 및 폴리비닐리덴 플루오라이드 결합제 4 중량%를 N-메틸피롤리돈 용매에서 혼합하여 리튬 이온 전지용 음극 활물질 슬러리를 제조하였다. 상기 음극 활물질 슬러리를 구리 호일 전류 집전체에 도포하고 건조하여 음극 활물질층을 형성하였다 .As the negative electrode, 96% by weight of the artificial graphite negative electrode active material and 4% by weight of the polyvinylidene fluoride binder were mixed in an N-methylpyrrolidone solvent to prepare a negative electrode active material slurry for a lithium ion battery. The negative electrode active material slurry was applied to a copper foil current collector and dried to form a negative electrode active material layer.

상기 제조된 극판들로 양극과 음극과 세퍼레이터를 와인딩하여 각형타입의 파우치 전지를 제조하여 전지특성을 평가하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다. 하기 표 1에서, 0.5C 및 2.0C 방전 용량은 0.2C 방전 용량에 대한 값이고, 300 충방전 사이클 후 방전 용량은 첫 번째 사이클에 대한 값이다.Winding the positive electrode, the negative electrode and the separator with the prepared electrode plates to prepare a pouch battery of the square type to evaluate the battery characteristics and the results are shown in Table 1 below. In Table 1 below, the 0.5C and 2.0C discharge capacities are values for 0.2C discharge capacities, and the discharge capacities after 300 charge / discharge cycles are values for the first cycle.

실시예 1Example 1 실시예 2Example 2 실시예 3Example 3 비교예 1Comparative Example 1 비교예 2Comparative Example 2 비교예 3Comparative Example 3 전지 형태Battery mode Li-SLi-S Li-이온Li-ion Li-이온Li-ion Li-SLi-S Li-SLi-S Li-이온Li-ion 설계 용량Design capacity 2mAh/cm2 2mAh / cm 2 3mAh/cm2 3 mAh / cm 2 3mAh/cm2 3 mAh / cm 2 2mAh/cm2 2mAh / cm 2 3mAh/cm2 3 mAh / cm 2 3mAh/cm2 3 mAh / cm 2 다공성 전도층위치Porous conductive layer location 양극anode 양극anode 음극cathode 없음none 없음none 없음none 0.5C 방전 용량0.5C discharge capacity 100%100% 100%100% 100%100% 85%85% 90%90% 100%100% 2.0C 방전 용량2.0C discharge capacity 70%70% 95%95% 97%97% 30%30% 40%40% 90%90% 300 충방전 사이클 후 방전 용량Discharge capacity after 300 charge and discharge cycles 55%55% 95%95% 95%95% 25%25% 30%30% 90%90%

상기 표 1에 나타낸 것과 같이, 리튬-황 전지인 실시예 1과 비교예 1 및 2를 비교해보면, 실시예 1의 전지가 비교예 1 및 2에 비하여 0.5C, 2.0C 방전 용량이 우수하며, 특히 고율(2.0C) 용량 특성이 월등하게 우수함을 알 수 있고, 아울러, 사이클 특성도 비교예 1 및 2에 비하여 매우 우수함을 알 수 있다. 또한, 리튬-이온 전지인 실시예 2 및 3과 비교예 3을 비교해보면, 실시예 2 및 3의 전지가 비교예 3에 비하여, 고율 특성(2.0C 방전 용량)과 사이클 특성이 우수함을 알 수 있다.As shown in Table 1, when comparing Example 1 and Comparative Examples 1 and 2, which is a lithium-sulfur battery, the battery of Example 1 has an excellent discharge capacity of 0.5C, 2.0C compared to Comparative Examples 1 and 2, In particular, it can be seen that the high rate (2.0C) capacity characteristics are excellent, and the cycle characteristics are also very excellent compared to Comparative Examples 1 and 2. In addition, comparing Examples 2 and 3 and Comparative Example 3, which are lithium-ion batteries, shows that the batteries of Examples 2 and 3 are superior in high rate characteristics (2.0 C discharge capacity) and cycle characteristics, as compared with Comparative Example 3. have.

본 발명의 전극은 우수한 고율 충방전 특성 및 수명 특성을 갖는 전지를 제공할 수 있으며, 전지 내부 저항도 감소시킬 수 있다.The electrode of the present invention can provide a battery having excellent high rate charge / discharge characteristics and lifetime characteristics, and can also reduce battery internal resistance.

도 1은 본 발명의 리튬 전지용 전극을 개략적으로 나타낸 단면도.1 is a cross-sectional view schematically showing an electrode for a lithium battery of the present invention.

Claims (10)

전류 집전체;Current collectors; 상기 전류 집전체 위에 형성된 두 개 이상의 활물질 층; 및Two or more active material layers formed on the current collector; And 상기 활물질 층 사이에 형성된 다공성 도전층Porous conductive layer formed between the active material layer 을 포함하는 리튬 전지용 전극.Lithium battery electrode comprising a. 제 1 항에 있어서, 상기 다공성 도전층은 결정질 탄소, 비정질 탄소 및 금속으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함하는 리튬 전지용 전극.The electrode of claim 1, wherein the porous conductive layer is selected from the group consisting of crystalline carbon, amorphous carbon, and metal. 제 2 항에 있어서, 상기 금속은 Al, Cu, Ni, Fe,Mn, Co 및 Mo으로 이루어진 군에서 선택되는 것인 리튬 전지용 전극.The electrode of claim 2, wherein the metal is selected from the group consisting of Al, Cu, Ni, Fe, Mn, Co, and Mo. 제 1 항에 있어서, 상기 다공성 도전층은 0.5 내지 10㎛의 두께를 갖는 것인 리튬 전지용 전극.The electrode of claim 1, wherein the porous conductive layer has a thickness of 0.5 to 10 μm. 제 1 항에 있어서, 상기 활물질 층에서 활물질은 전기화학적으로 가역적인 산화/환원 반응이 가능한 물질인 리튬 전지용 전극.The electrode of claim 1, wherein the active material in the active material layer is a material capable of an electrochemically reversible oxidation / reduction reaction. 제 5 항에 있어서, 상기 전기화학적으로 가역적인 산화/환원 반응이 가능한 물질은 황 원소 또는 황계 화합물인 리튬 전지용 전극. The electrode of claim 5, wherein the electrochemically reversible oxidation / reduction reaction material is an elemental sulfur or a sulfur compound. 제 6 항에 있어서, 상기 황계 화합물은 Li2Sn(n ≥1), 유기 황 화합물 및 탄소-황 폴리머((C2Sx)n: x=2.5 내지 50, n ≥2)로 이루어진 군에서 선택되는 것인 리튬 전지용 전극.The method of claim 6, wherein the sulfur compound is a group consisting of Li 2 S n (n ≥ 1), an organic sulfur compound and a carbon-sulfur polymer ((C 2 S x ) n : x = 2.5 to 50, n ≥ 2) The electrode for lithium batteries selected from. 제 5 항에 있어서, 상기 전기화학적으로 가역적인 산화/환원 반응이 가능한 물질은 리튬 이온의 가역적인 인터칼레이션/디인터칼레이션 가능한 물질인 리튬 전지용 전극.The electrode of claim 5, wherein the electrochemically reversible oxidation / reduction reaction material is a reversible intercalation / deintercalation material of lithium ions. 제 8 항에 있어서, 상기 리튬 이온의 가역적인 인터칼레이션/디인터칼레이션 가능한 물질은 리튬 금속 산화물, 리튬 함유 칼코게나이드 화합물 및 탄소재 물질로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 물질인 리튬 전지용 전극. The lithium battery of claim 8, wherein the reversible intercalation / deintercalation material of the lithium ion is at least one material selected from the group consisting of lithium metal oxides, lithium-containing chalcogenide compounds, and carbonaceous materials. electrode. 제 1 항에 있어서, 상기 전극은 리튬 이온 전지 및 리튬-황 전지로 이루어진 군에서 선택되는 전지에 사용되는 리튬 전지용 전극.The lithium battery electrode according to claim 1, wherein the electrode is used in a battery selected from the group consisting of lithium ion batteries and lithium-sulfur batteries.
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