KR100669338B1 - Negative electrode for rechargeable lithium battery and rechargeable lithium battery comprising same - Google Patents

Negative electrode for rechargeable lithium battery and rechargeable lithium battery comprising same Download PDF

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KR100669338B1
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김성수
이상민
최완욱
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Abstract

Provided is an anode for a lithium secondary battery, which shows a cushioning effect against variations in volume of an anode active material, and thus improves the service life of a lithium secondary battery. The anode(1) for a lithium secondary battery comprises: a collector(2) and an anode active material layer(3) comprising a material capable of reacting reversibly with lithium to form a compound and formed on the collector. In the anode, the collector comprises: a polymer film support(4) having elasticity, a thickness of 5-10 micrometers and an average surface roughness (Ra) of 350-1000nm; and a metal layer(5,5') formed on one or both surfaces of the polymer film support and having a thickness of 300 nm-2 micrometers.

Description

리튬 이차 전지용 음극 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지{NEGATIVE ELECTRODE FOR RECHARGEABLE LITHIUM BATTERY AND RECHARGEABLE LITHIUM BATTERY COMPRISING SAME}A negative electrode for a lithium secondary battery, and a lithium secondary battery including the same {NEGATIVE ELECTRODE FOR RECHARGEABLE LITHIUM BATTERY AND RECHARGEABLE LITHIUM BATTERY COMPRISING SAME}

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 음극의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a cathode according to an embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 리튬 이차 전지의 단면도이다.2 is a cross-sectional view of a lithium secondary battery according to one embodiment of the present invention.

[도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명][Description of Symbols for Main Parts of Drawing]

1: 음극 2: 집전체1: cathode 2: current collector

3: 음극 활물질층 4: 고분자 필름 지지체3: negative electrode active material layer 4: polymer film support

5, 5': 금속층 10: 리튬 이차 전지5, 5 ': metal layer 10: lithium secondary battery

11: 양극 12: 음극11: anode 12: cathode

13: 세퍼레이터 14: 전극조립체 13: Separator 14: Electrode Assembly

15: 케이스 16: 캡 플레이트15: Case 16: Cap Plate

17: 가스켓17: gasket

[산업상 이용 분야][Industrial use]

본 발명은 리튬 이차 전지용 음극 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지 에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 음극 활물질의 체적 변화에 대한 완충작용이 우수하고 전지의 수명 특성을 향상시킬 수 있는 리튬 이차 전지용 음극 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지에 관한 것이다.The present invention relates to a negative electrode for a lithium secondary battery and a lithium secondary battery including the same, and more particularly, to include a lithium secondary battery negative electrode having an excellent buffering effect on volume change of a negative electrode active material and improving battery life characteristics. It relates to a lithium secondary battery.

[종래 기술][Prior art]

최근의 휴대용 소형 전자기기의 전원으로서 각광받고 있는 리튬 이차 전지는 유기 전해액을 사용하여 기존의 알칼리 수용액을 사용한 전지보다 2배 이상의 높은 방전 전압을 보임으로써 높은 에너지 밀도를 나타내는 전지이다.Lithium secondary batteries, which are in the spotlight as power sources of recent portable small electronic devices, exhibit high energy density by showing a discharge voltage that is twice as high as that of a battery using an alkaline aqueous solution using an organic electrolyte solution.

리튬 이차 전지의 양극 활물질로는 LiCoO2, LiMn2O4, LiNi1 -xCoxO2(0 < X < 1)등과 같이 리튬의 인터칼레이션이 가능한 구조를 가진 리튬과 전이 금속으로 이루어진 산화물을 주로 사용하였다. As a cathode active material of a lithium secondary battery, an oxide composed of lithium and a transition metal having a structure capable of intercalating lithium, such as LiCoO 2 , LiMn 2 O 4 , and LiNi 1- x Co x O 2 (0 <X <1) Was mainly used.

음극 활물질로는 초기에는 리튬 금속을 사용하였으나, 덴드라이트가 발생되어 수명이 매우 짧은 문제 등으로 인하여, 최근에는 리튬의 삽입/탈리가 가능한 인조 흑연, 천연 흑연, 하드 카본을 포함한 다양한 형태의 탄소계 재료가 사용되고 있다. 그러나 상기 탄소 계열의 음극 활물질은 덴드라이트 발생 문제는 해결할 수 있고, 저전위에서 전압 평탄성이 우수하고 양호한 수명 특성을 가지고 있으나, 유기 전해액과의 높은 반응성, 물질내 리튬의 낮은 확산 속도 등으로 인해 전력(power) 특성, 초기 비가역 제어, 충방전 중의 전극 부풀림 현상(swelling) 등의 문제점이 있다.Lithium metal was initially used as a negative electrode active material. However, due to a problem of dendrites occurring and a very short lifespan, various types of carbon-based carbonaceous materials including artificial graphite, natural graphite, and hard carbon, which can be inserted / desorbed of lithium, have recently been used. The material is being used. However, the carbon-based anode active material can solve the problem of dendrites and has excellent voltage flatness and good life characteristics at low potential, but due to high reactivity with the organic electrolyte and low diffusion rate of lithium in the material, power ( There are problems such as power characteristics, initial irreversible control, and electrode swelling during charging and discharging.

이에 따라, 덴드라이트 문제를 해결하여 장수명을 갖도록 리튬 합금을 음극 활물질로 사용하기 위한 연구가 진행되었다. 미국 특허 제 6,051,340 호에는 리튬과 합금되지 않는 금속과 리튬과 합금이 되는 금속을 포함하는 음극이 기술되어 있다. 이 특허에서 상기 리튬과 합금되지 않는 금속은 집전체의 역할을 하며, 상기 리튬과 합금이 되는 금속은 충전시 양극으로부터 빠져나온 리튬 이온과 합금을 형성하고, 이 합금이 음극 활물질로 작용하게 되며, 음극은 충전시 리튬을 포함하게 된다. 그러나 상술한 리튬 합금으로도 만족할만한 전지 특성을 얻기는 어려웠다.Accordingly, researches for using lithium alloy as a negative electrode active material to solve the problem of dendrites have a long life. U. S. Patent No. 6,051, 340 describes a negative electrode comprising a metal that is not alloyed with lithium and a metal that is alloyed with lithium. In this patent, the metal that is not alloyed with lithium serves as a current collector, and the metal that is alloyed with lithium forms an alloy with lithium ions taken out of the anode during charging, and the alloy serves as a negative electrode active material, The negative electrode contains lithium during charging. However, even with the lithium alloy described above, it was difficult to obtain satisfactory battery characteristics.

또한, 상기 음극 활물질로서 사용되는 탄소계 재료를 대체할 수 있는 재료로서 종래부터 규소, 주석 또는 이들의 화합물이 또한 검토되어 오고 있다. 그러나 상기 규소나 주석은 비가역 용량이 큰 문제가 있으며, 특히 규소는 충방전 사이클이 진행됨에 따라 수축, 팽창도가 심하여 음극 활물질이 탈락되어 리튬 이차 전지의 수명 특성을 저하시키는 문제점이 있다. 일본 후지 필름사에서 제안한 주석 산화물은 탄소계 음극 활물질을 대체할 새로운 재료로 각광을 받았으나, 30% 이하로 초기 쿨롱 효율이 낮으며, 계속적인 충전과 방전에 따른 리튬의 리튬-주석 합금 형성에 의하여 용량이 감소하고 수명 특성이 낮아서 실용화에 이르지 못하고 있는 실정이다. In addition, silicon, tin, or a compound thereof has also been studied as a material that can replace the carbon-based material used as the negative electrode active material. However, the silicon or tin has a problem of large irreversible capacity, and in particular, silicon has a problem of severe shrinkage and expansion as the charging and discharging cycle progresses, so that the negative electrode active material is dropped, thereby deteriorating the life characteristics of the lithium secondary battery. The tin oxide proposed by Japan's Fujifilm Co., Ltd. was spotlighted as a new material to replace the carbon-based negative electrode active material, but the initial coulombic efficiency was lowered to 30% or less, and the lithium-tin alloy of lithium was formed by continuous charging and discharging. Due to the reduced capacity and low life characteristics, it is not practical.

상기 리튬 이차 전지의 양극 및 음극은 이러한 활물질, 바인더 및 선택적으로 도전재를 혼합하여 슬러리 타입의 조성물을 제조하고, 이 조성물을 전류 집전체에 도포하여 제조된다. 이때 전류 집전체로는 양극에는 주로 알루미늄이 사용되고, 음극에서는 주로 구리가 사용되고 있다.The positive electrode and the negative electrode of the lithium secondary battery are prepared by mixing such an active material, a binder, and optionally a conductive material to prepare a slurry type composition, and applying the composition to a current collector. At this time, aluminum is mainly used for the positive electrode as the current collector, and copper is mainly used for the negative electrode.

최근에는 리튬 이차 전지의 에너지 밀도를 보다 향상시키기 위한 연구가 진행되고 있다.Recently, studies for further improving the energy density of lithium secondary batteries have been conducted.

본 발명의 목적은, 음극 활물질의 체적 변화에 대한 완충작용이 우수한 리튬 이차 전지용 음극을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a negative electrode for a lithium secondary battery that is excellent in buffering effect on volume change of the negative electrode active material.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 리튬 이차 전지용 음극을 포함하며, 에너지 밀도 및 수명 특성이 우수한 리튬 이차 전지를 제공하는 것이다.Still another object of the present invention is to provide a lithium secondary battery including the negative electrode for a lithium secondary battery and having excellent energy density and life characteristics.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 집전체 및 상기 집전체에 형성되며, 리튬과 가역적으로 반응하여 화합물을 형성할 수 있는 물질을 포함하는 음극 활물질층을 포함하고, 상기 집전체는 탄성을 가지며 5㎛ 내지 10㎛의 두께의 고분자 필름 지지체 및 상기 고분자 필름 지지체의 일면 또는 양면에 형성되며 300nm 내지 2㎛의 두께를 갖는 금속층을 포함하는 것인 리튬 이차 전지용 음극을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention includes a negative electrode active material layer formed on a current collector and the current collector, including a material capable of reversibly reacting with lithium to form a compound, the current collector has elasticity It provides a negative electrode for a lithium secondary battery that includes a polymer film support having a thickness of 5 10㎛ and a metal layer formed on one or both surfaces of the polymer film support and having a thickness of 300nm to 2㎛.

본 발명은 또한 상기 음극, 양극 활물질을 포함하는 양극 및 전해질을 포함하는 리튬 이차 전지를 제공한다.The present invention also provides a lithium secondary battery including the negative electrode, the positive electrode including the positive electrode active material and the electrolyte.

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

리튬 이차 전지에 있어서, 전극에서의 활물질들은 충방전이 진행됨에 따라 수축 팽창하게 된다. 특히 실리콘계의 음극 활물질은 그 체적변화가 심하다. 이와 같은 활물질의 체적 변화는 리튬 이차 전지의 수명특성의 저하를 초래한다는 문제 점이 있었다.In a lithium secondary battery, active materials in the electrode contract and expand as charge and discharge proceed. In particular, the volume change of the silicon-based negative electrode active material is severe. Such a volume change of the active material has a problem of causing a decrease in the life characteristics of the lithium secondary battery.

이에 대해 본 발명에서는 리튬 이온 이차 전지의 극판 제조시 사용되는 통상의 금속 전류 집전체 대신에, 탄성을 가진 고분자 필름을 사용하여 충방전에 따른 활물질의 체적 변화에 대하여 완충 작용을 나타내도록 하고, 또한 상기 고분자 필름과 이 고분자 필름에 형성되는 금속층의 두께를 최적화함으로써 리튬 이차 전지의 전지의 사이클 수명 특성을 향상시킬 수 있었다.On the other hand, in the present invention, instead of the usual metal current collector used in the production of the electrode plate of the lithium ion secondary battery, a polymer film having elasticity is used to exhibit a buffering effect against the volume change of the active material due to charge and discharge. By optimizing the thickness of the polymer film and the metal layer formed on the polymer film, the cycle life characteristics of the battery of the lithium secondary battery could be improved.

즉, 본 발명의 일 실시형태에 따른 리튬 이차 전지용 음극은, That is, the negative electrode for lithium secondary batteries which concerns on one Embodiment of this invention,

집전체, 및 상기 집전체에 형성되며, 리튬과 가역적으로 반응하여 화합물을 형성할 수 있는 물질을 포함하는 음극 활물질층을 포함하고, A negative electrode active material layer formed on a current collector and a current collector, and including a material capable of reversibly reacting with lithium to form a compound,

상기 집전체는 탄성을 가지며 5㎛ 내지 10㎛의 두께의 고분자 필름 지지체; 및 The current collector has elasticity and has a polymer film support having a thickness of 5 μm to 10 μm; And

상기 고분자 필름 지지체의 일면 또는 양면에 형성되며, 300nm 내지 2㎛의 두께를 갖는 금속층을 포함한다.It is formed on one side or both sides of the polymer film support, and includes a metal layer having a thickness of 300nm to 2㎛.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 리튬 이차 전지용 음극의 단면도이다. 도 1을 참고하여 설명하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 리튬 이차 전지용 음극(1)은, 집전체(2) 및 상기 집전체(2)에 형성되며, 리튬과 가역적으로 반응하여 화합물을 형성할 수 있는 물질을 포함하는 음극 활물질층(3)을 포함하고, 상기 집전체는 탄성을 갖는 고분자 필름 지지체(4) 및 상기 고분자 필름 지지체(4)의 일면 또는 양면에 형성된 금속층(5, 5')을 포함한다. 1 is a cross-sectional view of a negative electrode for a lithium secondary battery according to one embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, the lithium secondary battery negative electrode 1 according to the exemplary embodiment of the present invention is formed on the current collector 2 and the current collector 2, and reversibly reacts with lithium to form a compound. And a negative electrode active material layer 3 including a material capable of forming the current collector, wherein the current collector includes elastic polymer film support 4 and metal layers 5 and 5 'formed on one or both surfaces of the polymer film support 4. ).

본 발명의 일 실시형태에 따른 전류 집전체에서, 상기 고분자 필름 지지체 및 금속층은 서로간의 두께비를 고려하여 두께를 적절히 조절하여 사용하는데, 상기 고분자 필름 지지체 및 금속층은 각각 5㎛ 내지 10㎛, 및 300nm 내지 2㎛의 두께를 갖는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 5㎛ 내지 8㎛, 및 500nm 내지 1㎛의 두께를 갖는다.In the current collector according to the embodiment of the present invention, the polymer film support and the metal layer are used to properly adjust the thickness in consideration of the thickness ratio of each other, the polymer film support and the metal layer are 5㎛ to 10㎛, respectively 300nm It is preferred to have a thickness of 2 to 2 µm, more preferably 5 to 8 µm, and 500 nm to 1 µm.

상기 고분자 필름 지지체의 경우, 두께가 5㎛ 미만이면 필름 제작에 많은 제조 비용이 들고 또한 작업시 핸들링하는데 많은 제약이 있으며, 두께가 10㎛를 초과하면 현재 집전체로서 사용되고 있는 Cu 금속막을 사용하는 것보다 더 두꺼운 필름을 사용하게 되므로 에너지 밀도 측면에서 바람직하지 않다. 또한 상기 금속층의 경우 두께가 300nm 미만이면 전기전도도 측면에서 나쁜 특성을 보이며 2㎛를 초과하면 제조 후 금속층이 폴리머 지지체로부터 박리되는 문제가 발생되므로 사용에 어려움이 있다.In the case of the polymer film support, if the thickness is less than 5㎛ has a lot of manufacturing cost in the film production and there is a lot of constraints in handling during work, if the thickness exceeds 10㎛ to use the Cu metal film currently used as a current collector The use of thicker films is undesirable in terms of energy density. In addition, in the case of the metal layer, the thickness is less than 300nm shows bad characteristics in terms of electrical conductivity, and when the thickness exceeds 2 μm, there is a problem in that the metal layer is peeled off from the polymer support after manufacture, which is difficult to use.

상기 고분자 필름 지지체는 충방전에 따른 활물질의 수축 팽창에 대해 완충작용을 하는 것으로, 탄성을 갖는 것이 바람직하다. 또한 상기 고분자 필름 지지체는 표면에 엠보싱의 형태를 가지며, 바람직하게는 350 내지 1000nm 의 평균 표면 거칠기(Ra)를, 보다 바람직하게는 500 내지 1000nm의 평균 표면 거칠기를 갖는다. 상기 평균 표면 거칠기가 350nm 미만일 경우 충방전 후 음극 활물질층이 집전체로부터 박리될 우려가 있으며, 이에 따라 수명 특성이 나빠질 수 있다. 또한, 평균 표면 거칠기가 1000nm을 초과할 경우, 고분자 필름 지지체 위에 금속 도금시 금속층이 첨점에 의하여 불균질하게 이루어지기 때문에 도금 두께를 균일하게 하기 어렵다. 따라서, 상기 기재된 범위내의 평균 표면 거칠기를 갖는 고분자 필름 지지체 를 사용하면 음극 활물질과의 접착력을 향상시킬 수 있고, 또한 충방전시 음극 활물질의 팽창 등에 의한 집전체와의 접착력 등에서도 큰 지지대 역할을 할 수 있어서 좋은 사이클 특성을 얻을 수 있다. The polymer film support has a buffering effect against shrinkage expansion of the active material due to charging and discharging, and preferably has elasticity. In addition, the polymer film support has a form of embossing on the surface, preferably has an average surface roughness (Ra) of 350 to 1000 nm, more preferably 500 to 1000 nm. When the average surface roughness is less than 350 nm, the negative electrode active material layer may be peeled off from the current collector after charging and discharging, thereby deteriorating the life characteristics. In addition, when the average surface roughness exceeds 1000nm, it is difficult to make the plating thickness uniform because the metal layer is made inhomogeneously by the point when metal plating on the polymer film support. Therefore, the use of a polymer film support having an average surface roughness within the above-described range can improve the adhesion with the negative electrode active material, and also play a great support role in adhesion with the current collector due to expansion of the negative electrode active material during charging and discharging. It is possible to obtain good cycle characteristics.

상기 고분자 필름 지지체의 표면 거칠기는 코팅 처리 방법에 따라 적절히 조절할 수 있으며, 또는 일정 범위의 평균 표면 거칠기를 갖는 고분자 필름을 구입하여 사용할 수도 있다.The surface roughness of the polymer film support can be appropriately adjusted according to the coating treatment method, or a polymer film having a range of average surface roughness can be purchased and used.

상기 고분자 필름 지지체로 사용가능한 고분자로는 탄성을 갖는 것이라면 특별히 한정됨 없이 사용할 수 있으며, 구체적으로는 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리이미드, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌 나프탈레이트, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리에스테르, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리설폰 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 것을 사용하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 나프탈레이트 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 것을 사용할 수 있다.The polymer that can be used as the polymer film support may be used without particular limitation as long as it has elasticity. Specifically, polyethylene terephthalate, polyimide, polytetrafluoroethylene, polyethylene naphthalate, polypropylene, polyethylene, polyester, poly Preference is given to using at least one selected from the group consisting of vinylidene fluoride, polysulfone and mixtures thereof, more preferably at least one selected from the group consisting of polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate and mixtures thereof Can be used.

또한, 상기 고분자 필름 지지체는 실리콘 함유 이형제 층을 더욱 포함할 수 있다. 상기 실리콘 함유 이형제 층은 고분자 필름 지지체의 금속층이 형성되지 않은 면에 형성되어 극판을 제조시, 또는 제조된 극판을 운반하거나 보관시 와인딩할 때, 보호막과 상기 고분자 필름 지지체가 직접 접촉하는 것을 방지할 수 있다. In addition, the polymer film support may further include a silicon-containing release agent layer. The silicone-containing release agent layer is formed on the side where the metal layer of the polymer film support is not formed to prevent direct contact between the protective film and the polymer film support when the electrode plate is manufactured or when the manufactured electrode plate is wound or transported during storage. Can be.

상기 실리콘 함유 이형제 층은 하기 화학식 1의 실리콘 함유 화합물을 사용하여 롤 코팅, 스프레이 코팅, 그라비어 코팅 등 범용적인 코팅 방법으로 형성된 것을 예로 들 수 있다.The silicon-containing release agent layer may be formed of a general coating method such as a roll coating, spray coating, gravure coating using a silicon-containing compound of formula (1).

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112005038667122-pat00001
Figure 112005038667122-pat00001

(상기 화학식 1에서, R1, R2, R3 및 R4는 각각 직쇄 또는 분지쇄 알킬, 사이클로 알킬, 알케닐, 아릴, 아랄킬, 할로겐화 알킬, 할로겐화 아릴, 할로겐화 아랄킬, 페닐, 머캅탄, 메타아크릴레이트, 아크릴레이트, 에폭시 또는 비닐 에테르이고, 상기 알킬은 C1 내지 C18, 상기 사이클로알킬은 C3 내지 C18, 상기 알케닐은 C2 내지 C18, 상기 아릴 및 상기 아랄킬은 C6 내지 C18의 탄소수를 갖는 것이며, n 및 m은 서로 상이하거나 동일할 수 있으며, 1 내지 100,000의 정수이다.) (In Formula 1, R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are linear or branched alkyl, cycloalkyl, alkenyl, aryl, aralkyl, halogenated alkyl, halogenated aryl, halogenated aralkyl, phenyl, mercaptan, respectively. , Methacrylate, acrylate, epoxy or vinyl ether, the alkyl is C 1 to C 18 , the cycloalkyl is C 3 to C 18 , the alkenyl is C 2 to C 18 , the aryl and the aralkyl are C 6 to C 18 have a carbon number, n and m may be different or the same, and is an integer from 1 to 100,000.)

상기 금속층은 고분자 필름 지지체의 일면 또는 양면에 형성될 수 있으며, Ni, Ti 및 Cu로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 금속을 포함하는 것이 바람직하고, Cu 또는 Ni을 포함하는 것이 보다 바람직하다. The metal layer may be formed on one side or both sides of the polymer film support, and preferably include at least one metal selected from the group consisting of Ni, Ti, and Cu, and more preferably Cu or Ni.

상기한 바와 같이, 상기 탄성을 갖는 고분자 필름 지지체 및 이 고분자 필름 지지체의 일면 또는 양면에 형성된 금속층을 적절한 두께로 하여 포함하는 본 발명의 일 실시형태에 따른 집전체는, 종래 금속기재의 집전체와는 달리, 지지체로서 고분자 필름을 사용함으로써 중량당 에너지 밀도를 향상시킬 수 있다.As described above, the current collector according to an embodiment of the present invention comprising the polymer film support having elasticity and a metal layer formed on one or both surfaces of the polymer film support with an appropriate thickness includes a current collector of a conventional metal base and Alternatively, the energy density per weight can be improved by using a polymer film as a support.

상기 집전체에 형성되는 음극 활물질층은 리튬과 가역적으로 화합물을 형성 할 수 있는 물질로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 물질을 포함하며, 보다 바람직하게는 Al, Si, Sn, Ag, Bi, Mg, Zn, In, Ge, Pb, Ti 등의 원소 및 이들 원소를 포함하는 화합물, 또는 상기 원소 및 이들을 포함하는 원소의 화합물과 탄소 및 흑연재료의 복합화물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 것을 포함할 수 있다.The negative electrode active material layer formed on the current collector includes at least one material selected from the group consisting of a material capable of reversibly forming a compound with lithium, and more preferably Al, Si, Sn, Ag, Bi, Mg , Zn, In, Ge, Pb, Ti and the like, and a compound containing these elements, or a compound of the above elements and the elements containing them, and at least one selected from the group consisting of a composite material of carbon and graphite materials can do.

본 발명의 일 실시 형태에 따른 리튬 이차 전지용 음극은, 고분자 필름 지지체의 일면 또는 양면에 금속층을 형성하고, 상기 금속층위에 음극 활물질층을 더욱 형성하는 공정을 포함하는 제조방법에 의해 제조될 수 있다.The negative electrode for a rechargeable lithium battery according to one embodiment of the present invention may be manufactured by a manufacturing method including forming a metal layer on one or both surfaces of a polymer film support and further forming a negative electrode active material layer on the metal layer.

먼저 적정 표면 거칠기를 갖는 고분자 필름 지지체를 준비하고, 상기 고분자 필름 지지체의 일면 또는 양면에 금속층을 형성한다.First, a polymer film support having a proper surface roughness is prepared, and metal layers are formed on one or both surfaces of the polymer film support.

상기 고분자 필름 지지체는 앞서 설명한 바와 동일하며, 상기 고분자 필름 지지체의 표면 거칠기의 형성방법 역시, 앞서 설명한 바와 같이 통상적인 코팅 처리방법이 이용될 수 있으며, 또는 일정 범위의 평균 표면 거칠기를 갖는 고분자 필름을 구입하여 사용할 수도 있다.The polymer film support is the same as described above, and the method of forming the surface roughness of the polymer film support may also use a conventional coating treatment method as described above, or a polymer film having a range of average surface roughness It can also be purchased and used.

다음으로 금속층 형성 방법은 일반적인 액 코팅 공정 또는 증착 공정 중 어떠한 공정을 사용하여도 무방하다. Next, the metal layer forming method may use any of a general liquid coating process or a deposition process.

액 코팅 공정을 실시하는 경우에는 금속 분말을 용매에 첨가하여 금속 함유 조성물을 제조하고, 이 조성물을 고분자 필름 지지체에 코팅하는 공정을 포함한다. 상기 코팅 공정으로는 일반적인 액 코팅 공정은 모두 사용가능하며, 대표적인 예로 나이프 코팅, 다이렉트 롤 코팅(direct roll coating), 리버스 롤 코팅(reverse roll coating), 그라비어 롤 코팅(gravure roll coating), 갭 코팅(gap coating), 스프레이 코팅(spray coating), 슬롯 다이 코팅(slot die coating) 또는 테이프 캐스팅(tape casting) 공정으로 실시할 수 있다. 금속층에 포함되는 금속은 앞서 설명된 바와 동일하다. 또한 상기 용매로는 비점이 낮아서 제거되기 쉽고, 금속과 반응성이 낮으며, 건조 후 잔류물을 남기지 않는 성질을 갖는 것이면 특별한 제한없이 사용가능하다. 그 대표적인 예로, 아세토니트릴(acetonitrile), 아세톤(acetone), 테트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran), 디메틸포름아미드(dimethyl formamide), N-메틸피롤리디논(N-methyl pyrrolidinone) 등을 사용할 수 있다.In the case of performing the liquid coating step, a metal powder is added to the solvent to prepare a metal-containing composition, and the step of coating the composition on a polymer film support. As the coating process, all the general liquid coating processes can be used, and typical examples include knife coating, direct roll coating, reverse roll coating, gravure roll coating, and gap coating ( gap coating, spray coating, slot die coating, or tape casting. The metal included in the metal layer is the same as described above. In addition, the solvent may be used without particular limitation as long as it has a low boiling point, is easily removed, has low reactivity with metals, and leaves no residue after drying. For example, acetonitrile, acetone, acetone, tetrahydrofuran, dimethyl formamide, N-methyl pyrrolidinone, and the like can be used.

또한 상기 증착 공정으로는 열 증발법, 스퍼터링, 이온-빔-어시스트-증착 또는 화학 기상 증착을 사용할 수 있다.In addition, the deposition process may be thermal evaporation, sputtering, ion-beam-assisted deposition or chemical vapor deposition.

이후 금속층이 형성된 고분자 필름 지지체위에 음극 활물질층을 코팅하고 건조하여 음극을 제조한다. 상기 음극 활물질은 앞서 설명한 바와 동일한 활물질을 사용할 수 있으며, 활물질층 형성방법은 일반적인 슬러리 코팅 공정을 사용한다.Then, the negative electrode active material layer is coated on the polymer film support on which the metal layer is formed and dried to prepare a negative electrode. The negative active material may use the same active material as described above, and the active material layer forming method uses a general slurry coating process.

상기의 구성을 갖는 리튬 이차 전지용 음극은, 충방전에 따른 활물질의 체적 변화에 대하여 완충 작용을 나타내어 리튬 이차 전지의 전지의 수명 특성을 향상시킬 수 있다.The negative electrode for a lithium secondary battery having the above structure exhibits a buffering effect against the volume change of the active material due to charging and discharging, thereby improving the life characteristics of the battery of the lithium secondary battery.

본 발명의 일 실시 형태에 따라, 상기 음극; 양극활물질을 포함하는 양극; 및 전해질을 포함하는 리튬 이차 전지를 제공한다.According to an embodiment of the present invention, the negative electrode; A positive electrode including a positive electrode active material; And it provides a lithium secondary battery comprising an electrolyte.

리튬 이차 전지는 사용하는 세퍼레이터와 전해질의 종류에 따라 리튬 이온 전지, 리튬 이온 폴리머 전지 및 리튬 폴리머 전지로 분류될 수 있고, 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 may be classified into a lithium ion battery, a lithium ion polymer battery, and a lithium polymer battery according to the type of separator and electrolyte used, and may be classified into a cylindrical shape, a square shape, a coin type, a pouch type, and the like, Depending on the size, it can be divided into bulk type and thin film type. Since the structure and manufacturing method of these batteries are well known in the art, detailed description thereof will be omitted.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 각형 리튬 이차 전지를 나타낸 단면도이다. 도 2를 참조하여 설명하면, 상기 각형 리튬 이온 전지(10)는 양극(11), 음극(12) 및 상기 양극(11)과 음극(12) 사이에 존재하는 세퍼레이터(13)를 포함하는 전극조립체(14)를 케이스(15)에 넣은 다음, 케이스(15)의 상부에 전해액을 주입하고 캡 플레이트(16) 및 가스켓(17)으로 밀봉하여 조립한다.2 is a cross-sectional view showing a rectangular lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 2, the prismatic lithium ion battery 10 includes an electrode assembly including a positive electrode 11, a negative electrode 12, and a separator 13 between the positive electrode 11 and the negative electrode 12. (14) is put into the case 15, and then electrolyte is injected into the upper part of the case 15, and it is assembled by sealing it with the cap plate 16 and the gasket 17.

상기 음극은 앞서 설명한 바와 동일하다. The cathode is the same as described above.

상기 양극은 양극 활물질로 리튬의 가역적인 인터칼레이션/디인터칼레이션이 가능한 화합물(리티에이티드 인터칼레이션 화합물), 또는 리튬과 가역적으로 반응하여 리튬-함유 화합물을 형성할 수 있는 물질 등을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 코발트, 망간, 니켈에서 선택되는 최소한 1종 및 리튬과의 복합산화물 중 1종 이상의 것을 포함할 수 있다. 보다 바람직하게는 하기에 기재된 리튬 함유 화합물이 바람직하게 포함될 수 있다: The positive electrode may include a reversible intercalation / deintercalation compound (lithiated intercalation compound) of lithium as a positive electrode active material, or a material capable of forming a lithium-containing compound by reversibly reacting with lithium. It may include, preferably at least one selected from cobalt, manganese, nickel, and may include at least one of a composite oxide with lithium. More preferably, the lithium containing compounds described below may be preferably included:

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

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

LixMn2O4 - zXz (3)Li x Mn 2 O 4 - z X z (3)

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

LixCo1 - yMyA2 (5)Li x Co 1 - y M y A 2 (5)

LixCo1 - yO2 - zXz (6)Li x Co 1 - y O 2 - z X z (6)

LixNi1 - yMyA2 (7)LixNiOne - yMyA2 (7)

LixNi1 - yO2 - zXz (8)Li x Ni 1 - y O 2 - z X z (8)

LixNi1 - yCoyO2 - zXz (9)Li x Ni 1 - y Co y O 2 - z X z (9)

LixNi1 -y- zCoyMzAα (10)Li x Ni 1 -y- z Co y M z A α (10)

LixNi1 -y- zCoyMzO2 Xα (11)Li x Ni 1 -y- z Co y M z O 2 X α (11)

LixNi1 -y- zMnyMzAα (12)Li x Ni 1 -y- z Mn y M z A α (12)

LixNi1 -y- zMnyMzO2 Xα (13)Li x Ni 1 -y- z Mn y M z O 2 X α (13)

(상기 식에서, 0.9 ≤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 0.9 ≦ 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.)

또한 상기 양극 활물질로 사용되는 황계 물질로는 황 원소, Li2Sn(n≥1), 캐솔라이트(catholyte)에 용해된 Li2Sn(n≥1), 유기 황 화합물, 탄소-황 폴리머((C2Sx)n: x= 2.5 내지 50, n≥2) 등이 있다.In addition to the sulfur-based material used as the positive active material is elemental sulfur, Li 2 S n (n≥1), dissolved in the cache solrayiteu (catholyte) Li 2 S n ( n≥1), an organic sulfur compound, a carbon-sulfur polymer ((C 2 S x ) n : x = 2.5 to 50, n ≧ 2) and the like.

리튬 이차 전지의 종류에 따라 양극과 음극 사이에 세퍼레이터가 존재할 수 있다. 이러한 세퍼레이터로는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드 또는 이들의 2층 이상의 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 separator may exist between the positive electrode and the negative electrode according to the type of the lithium secondary battery. As the separator, polyethylene, polypropylene, polyvinylidene fluoride or two or more multilayer films thereof may be used, and polyethylene / polypropylene two-layer separator, polyethylene / polypropylene / polyethylene three-layer separator, polypropylene / polyethylene / poly It goes without saying that a mixed multilayer film such as a propylene three-layer separator can be used.

상기 리튬 이차 전지에 충전되는 전해질로는 비수성 전해질 또는 공지된 고체 전해질 등이 사용가능하다.As the electrolyte charged in the lithium secondary battery, a non-aqueous electrolyte or a known solid electrolyte may be used.

상기 비수성 전해질은 비수성 유기용매에 리튬염을 용해시켜 제조한다. 상기 비수성 유기 용매는 전지의 전기화학적 반응에 관여하는 이온들이 이동할 수 있는 매질 역할을 한다. 상기 비수성 유기 용매로는 벤젠, 톨루엔, 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, 플루오로톨루엔, 1,2-디플루오로톨루엔, 1,3-디플루오로톨루엔, 1,4-디플루오로톨루엔, 1,2,3-트리플루오로톨루엔, 1,2,4-트리플루오로톨루엔, 클로로톨루엔, 1,2-디클로로톨루엔, 1,3-디클로로톨루엔, 1,4-디클로로톨루엔, 1,2,3-트리클로로톨루엔, 1,2,4-트리클로로톨루엔, 아이오도톨루엔, 1,2-디아이오도톨루엔, 1,3-디아이오도톨루엔, 1,4-디아이오도톨루엔, 1,2,3-트리아이오도톨루엔, 1,2,4-트리아이오도톨루엔, R-CN(여기에서, R은 직쇄상, 분지상, 또는 환구조의 탄소수 2-50개의 탄화수소기이고, 이 탄화수소기는 이중결합, 방향환, 또는 에테르 결합을 포함하고 있어도 좋다), 디메톡시포름아마이드, 메틸아세테이트, 자일렌, 사이클로헥산, 테트라하이드로퓨란, 2-메틸테트라하이드로퓨란, 사이클로헥사논, 에탄올, 이소프로필알콜, 디메틸 카보네이트, 에틸메틸 카보네이트, 디에틸 카보네이트, 메틸프로필 카보네이트, 메틸 프로피오네이트, 에틸 프로피오네이트, 메틸 아세테이트, 에틸 아세테이트, 프로필 아세테이트, 디메톡시에탄, 1,3-디옥솔란, 디글라임, 테트라글라임, 에틸렌 카보네이트, 프로필렌 카보네이트, γ-부티로락톤 및 설포란으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 혼합 유기 용매이다.The non-aqueous electrolyte is prepared by dissolving a lithium salt in a non-aqueous organic solvent. The non-aqueous organic solvent serves as a medium through which ions involved in the electrochemical reaction of the cell can move. As the non-aqueous organic solvent, benzene, toluene, fluorobenzene, 1,2-difluorobenzene, 1,3-difluorobenzene, 1,4-difluorobenzene, 1,2,3-trifluoro Robenzene, 1,2,4-trifluorobenzene, chlorobenzene, 1,2-dichlorobenzene, 1,3-dichlorobenzene, 1,4-dichlorobenzene, 1,2,3-trichlorobenzene, 1, 2,4-trichlorobenzene, iodobenzene, 1,2-dioodobenzene, 1,3-dioodobenzene, 1,4-dioiobenzene, 1,2,3-triiodobenzene, 1,2 , 4-triiodobenzene, fluorotoluene, 1,2-difluorotoluene, 1,3-difluorotoluene, 1,4-difluorotoluene, 1,2,3-trifluorotoluene, 1,2,4-trifluorotoluene, chlorotoluene, 1,2-dichlorotoluene, 1,3-dichlorotoluene, 1,4-dichlorotoluene, 1,2,3-trichlorotoluene, 1,2,4 -Trichlorotoluene, iodotoluene, 1,2-dioodotoluene, 1,3-dioodotoluene, 1,4-dioodotoluene, 1,2,3 -Triiodotoluene, 1,2,4-triiodotoluene, R-CN (wherein R is a straight-chain, branched, or cyclic C2-C50 hydrocarbon group, and this hydrocarbon group is a double bond , Aromatic ring, or ether bond), dimethoxyformamide, methyl acetate, xylene, cyclohexane, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, cyclohexanone, ethanol, isopropyl alcohol, dimethyl Carbonate, ethylmethyl carbonate, diethyl carbonate, methylpropyl carbonate, methyl propionate, ethyl propionate, methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate, dimethoxyethane, 1,3-dioxolane, diglyme, tetraglyme , At least one mixed organic solvent selected from the group consisting of ethylene carbonate, propylene carbonate, γ-butyrolactone and sulfolane .

상기 리튬염은 유기 용매에 용해되어, 전지 내에서 리튬 이온의 공급원으로 작용하여 기본적인 리튬 이온 이차 전지의 작동을 가능하게 하고, 양극과 음극 사이의 리튬 이온의 이동을 촉진하는 역할을 하는 물질이다. 상기 리튬염의 대표적인 예로는 리튬 헥사플루오로포스페이트(LiPF6), 리튬 테트라플루오로보레이트(LiBF4), 리튬 헥사플루오로아제네이트(LiAsF6), 리튬 퍼클로레이트(LiClO4), 리튬 트리플루오로메탄설포네이트(CF3SO3Li), 리튬 비스(트리플루오로메틸) 술폰이미드(LiN(SO2CF3)2) 및 리튬 비스(퍼플루오로에틸술포닐) 이미드(LiN(SO2C2F5)2)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 사용할 수 있다. 상기 리튬염은 0.1 내지 2.0M의 농도로 존재하는 것이 바람직하다. 상기 리튬염의 농도가 0.1M 미만이면, 전해질의 전도도가 낮아져 전해질 성능이 떨어지고 2.0M을 초과하는 경우에는 전해질의 점도가 증가하여 리튬 이온의 이동성이 감소되는 문제점이 있다.The lithium salt is a substance that dissolves in an organic solvent and acts as a source of lithium ions in the battery to enable the operation of a basic lithium ion secondary battery and to promote the movement of lithium ions between the positive electrode and the negative electrode. Representative examples of the lithium salt include lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ), lithium hexafluoroazate (LiAsF 6 ), lithium perchlorate (LiClO 4 ), and lithium trifluoromethanesulfo Nate (CF 3 SO 3 Li), lithium bis (trifluoromethyl) sulfonimide (LiN (SO 2 CF 3 ) 2 ) and lithium bis (perfluoroethylsulfonyl) imide (LiN (SO 2 C 2) One or two or more mixtures selected from the group consisting of F 5 ) 2 ) can be used. The lithium salt is preferably present at a concentration of 0.1 to 2.0M. When the concentration of the lithium salt is less than 0.1M, the conductivity of the electrolyte is lowered, the performance of the electrolyte is lowered, and when the concentration exceeds 2.0M, there is a problem that the mobility of lithium ions is reduced by increasing the viscosity of the electrolyte.

상기 고체 전해질로는 폴리에틸렌 산화물 중합체 전해질 또는 하나 이상의 폴리오가노실록산 측쇄 또는 폴리옥시알킬렌 측쇄를 함유하는 중합체 전해질, Li2S-SiS2, Li2S-GeS2, Li2S-P2S5, Li2S-B2S3 등과 같은 황화물 전해질, Li2S-SiS2-Li3PO4, Li2S-SiS2-Li3SO4 등과 같은 무기화합물 전해질 등이 바람직하게 사용될 수 있다.The solid electrolyte may be a polyethylene oxide polymer electrolyte or a polymer electrolyte containing at least one polyorganosiloxane side chain or polyoxyalkylene side chain, Li 2 S-SiS 2 , Li 2 S-GeS 2 , Li 2 SP 2 S 5 , Li Sulfide electrolytes such as 2 SB 2 S 3 , inorganic compound electrolytes such as Li 2 S-SiS 2 -Li 3 PO 4 , Li 2 S-SiS 2 -Li 3 SO 4, and the like can be preferably used.

이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나 하기한 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일뿐 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 preferred embodiments of the present invention and the present invention is not limited to the following examples.

비교예Comparative example 1: 음극의 제조 1: Preparation of Cathode

실리콘 음극 활물질과 도전재 및 폴리비닐디플루오라이드(PVdF) 바인더의 비가 80:10:10(wt%)인 혼합 조성으로 하여 n-메틸-2-피롤리돈(NMP)의 용매를 이용 슬러리를 제조한 후 10㎛ 두께의 구리(Cu) 집전체(표면 거칠기: 350nm) 위에 닥터 블레이드 법으로 코팅하였다. 이후 열풍 오븐에서 120℃, 30분 건조하여 NMP를 휘발시켜 극판을 제조하였다. 이와 같이 하여 만들어진 극판을 직경 13 ㎜의 원형으로 구멍을 뚫어 음극을 제조하였다.The slurry was prepared using a solvent of n-methyl-2-pyrrolidone (NMP) in a mixed composition in which the ratio of the silicon negative electrode active material, the conductive material, and the polyvinyl difluoride (PVdF) binder was 80:10:10 (wt%). After the preparation, it was coated with a doctor blade method on a 10 μm thick copper (Cu) current collector (surface roughness: 350 nm). Then, dried at 120 ° C. in a hot air oven for 30 minutes to volatilize NMP to prepare a plate. The negative electrode was manufactured by punching the produced electrode plate in a circular shape having a diameter of 13 mm.

실시예Example 1: 음극의 제조 1: Preparation of Cathode

텅스텐 보트를 사용하여 평균 표면 거칠기가 447nm(0.447㎛)인 폴리에틸렌 테레프탈레이트 필름의 양면 위에 구리를 증착한 것을 음극 집전체로 사용한 것을 제외하고는, 상기 비교예 1과 동일하게 실시하여 리튬 이차 전지용 음극을 제조하였다. 이때 고분자 필름 지지체과 구리층의 두께는 각각 8㎛ 및 2㎛(앞,뒤의 금속층이 1㎛씩 임)로 하였다.A negative electrode for a lithium secondary battery was manufactured in the same manner as in Comparative Example 1 except that copper was deposited on both surfaces of a polyethylene terephthalate film having an average surface roughness of 447 nm (0.447 μm) using a tungsten boat as the negative electrode current collector. Was prepared. At this time, the thickness of the polymer film support and the copper layer was 8 μm and 2 μm (the front and rear metal layers were 1 μm each).

비교예Comparative example 2 및  2 and 실시예Example 2 내지 4: 음극의 제조 2 to 4: preparation of negative electrode

음극 집전체에서의 고분자 필름과 금속층의 두께, 고분자 필름의 평균표면 거칠기를 하기 표 1에 기재된 대로 다양하게 변경한 것을 제외하고는, 상기 비교예 1과 동일하게 실시하여 리튬 이차 전지용 음극을 제조하였다.A negative electrode for a lithium secondary battery was manufactured in the same manner as in Comparative Example 1, except that the thickness of the polymer film and the metal layer and the average surface roughness of the polymer film in the negative electrode current collector were variously changed as shown in Table 1 below. .

고분자 필름 지지체 두께Polymer film support thickness 금속층 두께Metal layer thickness 고분자 필름 지지체의 평균 표면 거칠기Average Surface Roughness of Polymer Film Supports 비교예 1Comparative Example 1 0㎛0 μm 10㎛10 μm 350nm350 nm 비교예 2Comparative Example 2 6㎛6 μm 100nm100 nm 500nm500 nm 실시예 1Example 1 8㎛8 2㎛2 μm 447nm447 nm 실시예 2Example 2 8㎛8 1㎛1 μm 1000nm 1000 nm 실시예 3Example 3 8㎛8 1㎛1 μm 100nm 100 nm 실시예 4Example 4 6㎛6 μm 1㎛1 μm 500nm500 nm

[충방전 시험용 테스트셀 제조][Manufacture of test cell for charge / discharge test]

상기 실시예 1 내지 4, 및 비교예 1, 2의 음극을 각각 작용극으로 하고, 같은 직경의 원형으로 잘라낸 금속 리튬박을 대극으로 하여, 작용극과 대극 사이에 다공질 폴리프로필렌 필름으로 이루어진 세퍼레이터를 삽입하고, 전해액으로서 프로필렌카보네이트(PC), 디에틸카보네이트(DEC)와 에틸렌카보네이트(EC)의 혼합 용매(PC:DEC:EC = 1:1:1)에 LiPF6가 1.3 몰/L의 농도가 되도록 용해시킨 것을 사용하여 코인형 반쪽 셀을 제조하였다.A separator made of a porous polypropylene film was formed between the working electrode and the counter electrode by using the cathodes of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2 as the working electrodes, respectively, and a metal lithium foil cut into a circular shape having the same diameter as the counter electrode. The concentration of LiPF 6 was 1.3 mol / L in a mixed solvent of propylene carbonate (PC), diethyl carbonate (DEC) and ethylene carbonate (EC) (PC: DEC: EC = 1: 1: 1). Coin-type half cells were prepared using those dissolved as much as possible.

상기 방법으로 제조된 코인형 반쪽 셀에 대하여 첫 충전시 0.005 V 또는 1000mAh/g으로 충전을 하고 방전시 1.0V까지 방전하였다. 이때 C-rate는 0.2C ↔ 0.2C로 하였다. 두번째 사이클부터는 충전 Cut-off를 0.005V로 첫 사이클과 동일한 전위까지만 충전하였고, 방전은 1.0V까지 하였다. 이때 C-rate도 첫 충방전과 마찬가지로 0.2C ↔ 0.2C로 하였다. 사이클 수명은 0.2C로 50사이클의 충방전을 실시한 후의 용량을 초기용량에 대한 %비율로 나타낸 것이다.The coin-type half cell prepared by the above method was charged at 0.005 V or 1000 mAh / g at the first charge and discharged to 1.0 V at the time of discharge. At this time, the C-rate was 0.2C ↔ 0.2C. From the second cycle, the charge cut-off was charged to 0.005V to the same potential as the first cycle, and discharged to 1.0V. At this time, C-rate was 0.2C ↔ 0.2C as in the first charge and discharge. The cycle life shows the capacity after performing 50 cycles of charging / discharging at 0.2C as a percentage of the initial capacity.

초기 충전용량 [mAh/g]Initial charge capacity [mAh / g] 초기 방전용량 [mAh/g]Initial Discharge Capacity [mAh / g] 초기효율 [%]Initial Efficiency [%] 수 명 [%]life span [%] 비교예 1Comparative Example 1 999.9999.9 757.3757.3 75.775.7 42.542.5 비교예 2Comparative Example 2 1000.01000.0 758.0758.0 75.875.8 15.615.6 실시예 1Example 1 999.9999.9 755.7755.7 75.675.6 65.665.6 실시예 2Example 2 1000.01000.0 756.6756.6 75.775.7 85.885.8 실시예 3Example 3 999.9999.9 756.5756.5 75.775.7 23.723.7 실시예 4Example 4 999.9999.9 757.3757.3 75.775.7 82.682.6

상기 표 2에 나타낸 것과 같이, 고분자 필름 지지체와 금속층으로 이루어진 집전체를 포함하는 실시예 1, 2 및 4의 경우 Cu 박을 집전체로서 사용한 비교예 1에 비해 수명 특성이 현저히 우수함을 확인할 수 있었다. 또한 실시예 1, 2 및 4와 같이 집전체가 고분자 필름 지지체와 금속층으로 이루어져 있으나, 금속층의 두께가 본 발명의 두께 범위를 벗어나 지나치게 작은 비교예 2의 경우, 오히려 전지의 수명 특성이 좋지 않음을 확인할 수 있었다. 이로부터 우수한 수명 특성을 얻기 위해서는 집전체가 적합한 두께를 갖는 고분자 필름 지지체 및 금속층을 포함하는 것이 중요함을 알 수 있다. As shown in Table 2, in Examples 1, 2 and 4 including the current collector consisting of a polymer film support and a metal layer, it was confirmed that the life characteristics are significantly superior to Comparative Example 1 using Cu foil as a current collector. . In addition, although the current collector is composed of a polymer film support and a metal layer, as in Examples 1, 2, and 4, in Comparative Example 2, where the thickness of the metal layer is too small outside the thickness range of the present invention, the life characteristics of the battery are rather poor. I could confirm it. From this, it can be seen that it is important for the current collector to include a polymer film support and a metal layer having a suitable thickness in order to obtain excellent life characteristics.

또한 실시예 3의 경우, 집전체가 본 발명의 두께 범위내에 포함되는 고분자 필름 지지체 및 금속층으로 이루어져 있으나, 얻어지는 수명 특성의 효과는 미미하다. 이는 실시예 3에 포함된 고분자 필름 지지체의 평균 표면 거칠기가 지나치게 작은 이유로, 이로 부터 고분자 필름 지지체의 평균 표면 거칠기 또한 사이틀 수명 특성에 영향을 미치는 요인임을 확인할 수 있었다.In addition, in Example 3, the current collector is composed of a polymer film support and a metal layer included in the thickness range of the present invention, but the effect of the life characteristics obtained is insignificant. This is because the average surface roughness of the polymer film support included in Example 3 is too small, from which it can be confirmed that the average surface roughness of the polymer film support also affects the cycle life characteristics.

본 발명의 리튬 이차 전지용 음극은, 충방전에 따른 활물질의 체적 변화에 대하여 완충 작용을 나타내어 또한 리튬 이차 전지의 전지의 수명 특성을 향상시킬 수 있다.The negative electrode for lithium secondary batteries of the present invention exhibits a buffering effect against the volume change of the active material due to charge and discharge, and can also improve the life characteristics of the battery of the lithium secondary battery.

Claims (8)

집전체, 및 상기 집전체에 형성되며, 리튬과 가역적으로 반응하여 화합물을 형성할 수 있는 물질을 포함하는 음극 활물질층을 포함하고,A negative electrode active material layer formed on a current collector and a current collector, and including a material capable of reversibly reacting with lithium to form a compound, 상기 집전체는 탄성을 가지며 5㎛ 내지 10㎛의 두께, 및 350nm 내지 1000nm의 평균 표면 거칠기(Ra)를 갖는 고분자 필름 지지체; 및 The current collector is elastic and has a thickness of 5 μm to 10 μm, and an average film roughness Ra of 350 nm to 1000 nm; And 상기 고분자 필름 지지체의 일면 또는 양면에 형성되며 300nm 내지 2㎛의 두께를 갖는 금속층을 포함하는 것인 리튬 이차 전지용 음극.The negative electrode for a lithium secondary battery is formed on one side or both sides of the polymer film support and comprises a metal layer having a thickness of 300nm to 2㎛. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 고분자 필름 지지체는 엠보싱 형태의 표면을 갖는 것인 리튬 이차 전지용 음극.The polymer film support is a negative electrode for a lithium secondary battery having an embossed surface. 삭제delete 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 고분자 필름 지지체는 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리이미드, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌 나프탈레이트, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리에스테르, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리설폰 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것인 리튬 이차 전지용 음극.The polymer film support is selected from the group consisting of polyethylene terephthalate, polyimide, polytetrafluoroethylene, polyethylene naphthalate, polypropylene, polyethylene, polyester, polyvinylidene fluoride, polysulfone, and mixtures thereof Cathode for lithium secondary battery. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 고분자 필름 지지체는 실리콘 함유 이형제층을 더욱 포함하는 것인 리튬 이차 전지용 음극.The polymer film support further comprises a silicon-containing release agent layer negative electrode for a lithium secondary battery. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 금속층은 Ni, Ti, Cu 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함하는 것인 리튬 이차 전지용 음극.The metal layer is a negative electrode for a lithium secondary battery comprising one selected from the group consisting of Ni, Ti, Cu and combinations thereof. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 음극 활물질층은 Al, Si, Sn, Ag, Bi, Mg, Zn, In, Ge, Pb, Ti를 포함하는 원소 및 이들 원소를 포함하는 화합물; 상기 원소 또는 이들 원소를 포함하는 화합물과 탄소 및 흑연재료의 복합화물; 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함하는 것인 리튬 이차 전지용 음극.The negative electrode active material layer is an element containing Al, Si, Sn, Ag, Bi, Mg, Zn, In, Ge, Pb, Ti and a compound containing these elements; Complexes of the above elements or compounds containing these elements with carbon and graphite materials; And negative electrode for a lithium secondary battery comprising a selected from the group consisting of these. 제 1 항, 제 2 항, 및 제 4 항 내지 제 7 항중 어느 한 항에 따른 음극; Claims 1, 2 and 4 according to any one of the negative electrode; 양극 활물질을 포함하는 양극; 및A positive electrode including a positive electrode active material; And 전해질Electrolyte 을 포함하는 리튬 이차 전지.Lithium secondary battery comprising a.
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