KR100790852B1 - Anode, method of preparing the same, and lithium battery containing the anode - Google Patents

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Abstract

An anode for a lithium battery is provided to inhibit swelling of a lithium battery, and to impart improved charge/discharge capacity, capacity maintenance and capacity per unit volume to a lithium battery. An anode comprises a composite anode active material comprising a core containing a metal capable of forming an alloy with lithium, a conductive agent, a binder and an organosilicon compound, wherein coating layers formed on the core and the conductive agent comprises the organosilicon compound, and the core and the conductive agent having the coating layers are bound to each other by the binder. The coating layers have a dual layer structure including a first coating layer individually formed on the core and the conductive agent, and a second coating layer formed on the first coating layer, wherein the first coating layer comprises the organosilicon compound and the second coating layer comprises the binder.

Description

음극, 그 제조 방법 및 이를 채용한 리튬 전지{Anode, method of preparing the same, and lithium battery containing the anode}Anode, method of preparing the same, and a lithium battery employing the same {Anode, method of preparing the same, and lithium battery containing the anode}

도 1은 실시예 4 내지 6 및 비교예 2의 리튬 전지 제1세트의 충방전 실험 결과를 나타낸 그래프이다.1 is a graph showing the results of charge and discharge experiments of the first set of lithium batteries of Examples 4 to 6 and Comparative Example 2. FIG.

도 2는 실시예 4 내지 6 및 비교예 2의 리튬 전지 제2세트의 충방전 실험 결과를 나타낸 그래프이다.2 is a graph showing the results of charge and discharge experiments of the second set of lithium batteries of Examples 4 to 6 and Comparative Example 2. FIG.

본 발명은 음극, 그 제조방법 및 이를 채용한 리튬전지에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 유기 실리콘 화합물로 코팅된 코어 및 도전재를 포함하는 음극 전극, 그 제조 방법 및 이를 포함하여 충방전 효율 및 충방전 용량이 향상된 리튬 전지에 관한 것이다.The present invention relates to a negative electrode, a method for manufacturing the same, and a lithium battery employing the same. More particularly, a negative electrode including a core and a conductive material coated with an organic silicon compound, a method for manufacturing the same, and a charge / discharge efficiency and a charge / discharge including the same The present invention relates to a lithium battery with improved capacity.

리튬 화합물을 음극으로 사용하는 비수 전해질 2차 전지는 고전압과 고에너지 밀도를 가지고 있어 그 동안 많은 연구의 대상이 되어 왔다. 그 중에서도 리튬 금속은 풍부한 전지 용량으로 인해 리튬이 음극 소재로 주목 받은 초기에 많은 연구의 대상이 되었다. 그러나, 리튬 금속을 음극으로 사용할 경우 충전시에 리튬 표 면에 많은 수지상 리튬이 석출하게 되어 충방전 효율이 저하되거나, 양극과 단락을 일으킬 수 있고 또한 리튬 자체의 불안정성 즉 높은 반응성으로 인해 열이나 충격에 민감하며 폭발의 위험성 있어 상용화에 걸림돌이 되었다. 이러한 종래 리튬 금속의 문제점을 해결한 것이 탄소계 음극이다. 탄소계 음극은 리튬 금속을 사용하지 않고 전해액에 존재하는 리튬 이온이 탄소 전극의 결정면 사이를 충방전시에 흡장 방출(intercalation)하면서 산화 환원 반응을 수행하는 소위 흔들의자(rocking-chair)방식이다.탄소계 음극은 리튬 금속이 가지는 각종 문제점을 해결하여 리튬 전지가 대중화되는데 크게 기여를 하였다. 그러나, 점차 각종 휴대용 기기가 소형화, 경량화 및 고성능화 됨에 따라 리튬 2차 전지의 고용량화가 중요한 문제로 대두되었다. 탄소계 음극을 사용하는 리튬 전지는 탄소의 다공성 구조 때문에 본질적으로 낮은 전지 용량을 가지게 된다. 예를 들어 가장 결정성이 높은 흑연의 경우에도 이론적인 용량은 LiC6인 조성일 때 372mAh/g 정도이다. 이것은 리튬 금속의 이론적인 용량이 3860mAh/g인 것에 비하면 겨우 10% 정도에 지나지 않는다. 따라서 금속 음극이 가지는 기존의 문제점에도 불구하고 다시 리튬 등의 금속을 음극에 도입하여 전지의 용량을 향상 시키려는 연구가 활발히 시도되고 있다.Nonaqueous electrolyte secondary batteries using lithium compounds as negative electrodes have high voltage and high energy density and have been the subject of many studies. Among them, lithium metal has been the subject of much research in the early days when lithium was attracting attention as a negative electrode material due to its rich battery capacity. However, when lithium metal is used as a negative electrode, a large amount of dendritic lithium precipitates on the lithium surface during charging, which may reduce charge and discharge efficiency, cause short circuits with the positive electrode, and may cause heat or shock due to instability or high reactivity of lithium itself. It is sensitive to the danger of explosion and has been an obstacle to commercialization. The carbon-based negative electrode solves the problem of the conventional lithium metal. The carbon-based negative electrode is a so-called rocking-chair method in which a lithium ion present in an electrolyte solution does not use lithium metal and performs a redox reaction while intercalating and discharging between crystal surfaces of a carbon electrode during charging and discharging. The carbon-based negative electrode contributed to the popularization of lithium batteries by solving various problems of lithium metal. However, as various portable devices have become smaller, lighter, and higher in performance, higher capacity of lithium secondary batteries has emerged as an important problem. Lithium batteries using carbon-based negative electrodes have inherently low battery capacity due to the porous structure of carbon. For example, even in the case of the most crystalline graphite, the theoretical capacity is about 372 mAh / g in the composition of LiC6. This is only about 10% of the theoretical capacity of lithium metal at 3860mAh / g. Therefore, despite the existing problems of the metal negative electrode, a study to improve the capacity of the battery by introducing a metal such as lithium to the negative electrode is being actively attempted.

리튬, 리튬-알루미늄, 리튬-납, 리튬-주석, 및 리튬-규소 등의 합금은 탄소계 소재보다 더 큰 전기용량을 얻을 수 있다고 알려져 있다. 그러나 이러한 합금 또는 금속을 단독으로 사용할 경우 수지상 리튬의 석출로 인한 문제가 있으므로 이들을 탄소계 소재와 적절히 혼합하여 전기 용량을 증가시키면서도 단락 등의 문제를 피하고자 하는 방향으로 연구가 진행되어 왔다.Alloys such as lithium, lithium-aluminum, lithium-lead, lithium-tin, and lithium-silicon are known to achieve greater capacitance than carbon-based materials. However, the use of such alloys or metals alone has a problem due to precipitation of dendritic lithium, so that research has been conducted in a direction to avoid problems such as short circuits while increasing electric capacity by appropriately mixing them with carbon-based materials.

이 경우에 문제점으로는 탄소계 소재와 금속 소재의 산화 환원시의 부피 팽창율이 다르고 상기 금속 소재가 전해액과 반응을 일으킨다는 점이다. 음극 소재는 충전시에 리튬 이온이 음극 속으로 들어오게 된다. 이 경우 음극 전체의 부피가 팽창하여 보다 조밀한 구조를 가지게 된다. 그런 후에 방전을 하게 되면 리튬은 이온 상태로 다시 빠져나가고 음극 재료의 부피는 감소하게 된다. 이때 상기 탄소계 소재와 금속 소재의 팽창률이 다르기 때문에 이들이 다시 수축하면 빈 공간이 남게 되고 심지어는 공간적으로 틈이 생겨 전기적으로 단절된 부분이 생기게 되어 전자의 이동이 원활하지 못해 전지의 효율이 떨어지게 된다. 또한 이러한 충방전 과정에서 상기 금속 소재가 전해액과 반응을 일으켜 전해액의 수명을 감소시키고 결과적으로 전지의 수명과 효율을 저하시킨다.이러한 복합 소재의 사용으로 인한 문제점을 해결하기 위하여 다양한 종래의 기술이 제시되었다.The problem in this case is that the volume expansion ratio of the carbonaceous material and the metal material at the time of redox reduction is different, and the metal material reacts with the electrolyte solution. In the negative electrode material, lithium ions enter the negative electrode during charging. In this case, the volume of the entire negative electrode expands to have a more compact structure. Then, when discharged, lithium escapes back to the ionic state and the volume of the negative electrode material decreases. At this time, since the expansion rate of the carbon-based material and the metal material is different, when they contract again, empty spaces are left, and even a space is generated, resulting in an electrically disconnected portion, which causes electrons to not move smoothly, thereby degrading battery efficiency. In addition, during the charging and discharging process, the metal material reacts with the electrolyte to reduce the life of the electrolyte and consequently to reduce the life and efficiency of the battery. Various conventional techniques have been proposed to solve the problems caused by the use of the composite material. It became.

일본 특허 공개 제 1994-318454 호는 비늘 조각 모양의 금속 또는 합금의 분말, 비늘 조각 모양의 탄소 분말 및 결착제의 혼합물을 포함하는 음극을 제안하고 있다. 본 발명은 상기 금속 또는 합금 분말이 전극 표면에 대하여 평행하게 겹겹이 쌓이게 되어 전지 작동시의 전극의 팽창수축에 대해서 전극 전체에 균일한 압력이 가해지게 함으로써 반복되는 충방전 사이클에 의한 전극내의 집전 불량 현상을 억제한다는 개념이다. 그러나 이러한 평평한 모양의 분말을 사용한다고 하여도 단순한 혼합 만으로는 충방전에 따르는 상기의 문제점을 해결하기 어렵고 결과적으로 금속의 팽창 수축에 따른 스트레스가 발생하고 전자 이동 경로의 단절도 심하여 충방전 사이클 횟수가 증가할수록 전지 용량이 크게 감소하는 단점이 있다.Japanese Patent Laid-Open No. 1994-318454 proposes a negative electrode comprising a mixture of scaly metal or alloy powder, scaly carbon powder, and a binder. In the present invention, the metal or alloy powder is stacked in parallel to the surface of the electrode, so that current is poorly collected in the electrode due to repeated charge and discharge cycles by applying a uniform pressure to the entire electrode against expansion and contraction of the electrode during battery operation. Is the concept of suppressing. However, even with such a flat powder, it is difficult to solve the above problems caused by the charging and discharging by simple mixing alone. As a result, the stress caused by the expansion and contraction of the metal is generated and the disconnection of the electron transfer path is severe, resulting in an increase in the number of charge and discharge cycles. There is a disadvantage that the battery capacity is greatly reduced.

일본 특허 공개 제 1997-249407 호는 흑연 입자 및 리튬과 합금을 형성할 수 있는 금속 미립자를 포함하는 음극을 제안하고 있다. 흑연 입자 및 금속 입자로 이루어진 원료 분말을 제조하고 이 분말을 분쇄하여 고결정성의 흑연 입자 및 금속 미립자가 분산되어 존재하는 흑연 복합물을 제조하는 방법이다. 금속 미립자를 사용한다는 점이 종래와 다르나 단순한 조립 방식이어서 이 경우에도 금속 입자의 팽창에 따른 흑연 입자와의 결합이 파괴되는 문제를 피하기 어렵다.Japanese Patent Laid-Open No. 1997-249407 proposes a negative electrode containing graphite particles and metal fine particles capable of forming an alloy with lithium. A method of producing a graphite composite in which a raw material powder composed of graphite particles and metal particles is prepared and the powder is pulverized to disperse high-crystalline graphite particles and metal particles. The use of metal fine particles is different from the conventional one, but it is a simple assembly method, and in this case, it is difficult to avoid the problem that the bonding with graphite particles due to the expansion of the metal particles is broken.

따라서 종래의 음극 재료들이 가지는 이러한 문제점들을 해결하여 충방전에도 불구하고 음극 재료들간의 높은 결착력을 유지하여 보다 우수한 충방전 특성을 보여주는 음극의 개발이 여전히 필요한 실정이다.Therefore, there is still a need for the development of a negative electrode, which solves these problems of conventional negative electrode materials and shows better charge and discharge characteristics by maintaining high binding force between the negative electrode materials despite charge and discharge.

본 발명이 이루고자 하는 첫번째 기술적 과제는 유기 실리콘 화합물로 코팅된 코어 및 도전재를 포함하는 복합 음극 활물질을 포함하는 음극을 제공하는 것이다.The first technical problem to be achieved by the present invention is to provide a negative electrode comprising a composite negative electrode active material comprising a core and a conductive material coated with an organic silicon compound.

본 발명이 이루고자 하는 두번째 기술적 과제는 상기 음극을 포함하여 부피 변화가 억제되고 충방전 용량, 용량 유지율 및 단위 부피당 용량(mAh/cc)이 향상된 리튬 전지를 제공하는 것이다.본 발명이 이루고자 하는 세번째 기술적 과제는 상기 음극의 제조 방법을 제공하는 것이다.The second technical problem to be achieved by the present invention is to provide a lithium battery including the negative electrode in which the volume change is suppressed and the charge / discharge capacity, the capacity retention rate, and the capacity per unit volume (mAh / cc) are improved. The problem is to provide a method for producing the negative electrode.

본 발명은 상기 첫번째 기술적 과제를 달성하기 위하여,The present invention to achieve the first technical problem,

리튬과 합금 가능한 금속을 포함하는 코어; 도전재; 바인더; 및 유기 실리콘 화합물을 포함하며, 상기 코어와 도전재 위에 각각 형성된 코팅층이 유기 실리콘 화합물을 포함하며, 상기 코팅층이 형성된 코어와 도전재가 바인더에 의해 서로 결착되어 있는 복합 음극 활물질;A core comprising a metal alloyable with lithium; Conductive material; bookbinder; And an organic silicon compound, wherein each of the coating layers formed on the core and the conductive material includes an organic silicon compound, and the core and the conductive material on which the coating layer is formed are bonded to each other by a binder;

을 포함하는 음극을 제공한다.It provides a negative electrode comprising a.

또한, 본 발명은 상기 두번째 기술적 과제를 달성하기 위하여, 상기 음극을 채용한 리튬 전지를 제공한다.In addition, the present invention provides a lithium battery employing the negative electrode in order to achieve the second technical problem.

또한, 본 발명은 상기 세번째 기술적 과제를 달성하기 위하여,In addition, the present invention to achieve the third technical problem,

리튬과 합금 가능한 금속을 포함하는 코어, 도전재, 바인더, 유기 실리콘 화합물 및 용매를 혼합하여 슬러리를 제조하는 단계; 및 상기 슬러리를 건조하는 단계를 포함하는 음극 제조 방법을 제공한다.Preparing a slurry by mixing a core, a conductive material, a binder, an organosilicon compound, and a solvent including a metal alloyable with lithium; And it provides a negative electrode manufacturing method comprising the step of drying the slurry.

본 발명에 의한 음극은 바인더만으로 결착되는 종래의 금속 코어를 포함하는 음극과 달리 유기 실리콘 화합물을 추가적으로 포함함으로써 충방전 시에 금속 활물질의 높은 팽창률에 의한 부피 변화에도 불구하고 음극 재료들간의 높은 결착력을 유지하고 금속 활물질의 부피 변화를 억제를 시킬 수 있다. 또한 이러한 음극을 포함하는 리튬 전지는 충방전 특성이 우수하다.The negative electrode according to the present invention additionally includes an organosilicon compound, unlike the negative electrode including the conventional metal core, which is bound only by a binder, thereby increasing the high binding force between the negative electrode materials despite the volume change caused by the high expansion rate of the metal active material during charge and discharge. It can maintain and suppress the volume change of a metal active material. In addition, the lithium battery including the negative electrode has excellent charge and discharge characteristics.

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

본 발명의 음극은 리튬과 합금 가능한 금속을 포함하는 코어; 도전재; 바인더; 및 유기 실리콘 화합물을 포함하며, 상기 코어와 도전재 위에 각각 형성된 코팅층이 실리콘 화합물을 포함하며, 상기 코팅층이 형성된 코어와 도전재가 바인더에 의해 서로 결착되어 있는 복합 음극 활물질을 포함한다.The negative electrode of the present invention includes a core comprising a metal alloyable with lithium; Conductive material; bookbinder; And a composite anode active material including an organic silicon compound, wherein the coating layers formed on the core and the conductive material each include a silicon compound, and the core and the conductive material on which the coating layer is formed are bound to each other by a binder.

상기 음극에서 유기 실리콘 화합물은 실리콘 원자를 포함하는 유기 화합물을 의미한다. 상기 유기 실리콘 화합물은 무기물과 유기물의 성질을 동시에 포함하는 화합물이다. 따라서, 상기 코어 및 도전재와 같은 무기 재료의 표면을 유기 실리콘 화합물로 코팅함으로써 바인더와 무기 재료의 결착력을 더욱 향상시킬 수 있으며 금속 코어의 부피 변화를 보다 잘 흡수할 수 있다. 결과적으로, 금속 코어의 반복적인 부피 변화에도 불구하고 음극 재료들간에 높은 결착력을 유지시켜 줄 수 있다.The organic silicon compound in the cathode means an organic compound containing a silicon atom. The organosilicon compound is a compound containing both inorganic and organic properties. Therefore, by coating the surface of the inorganic material such as the core and the conductive material with an organic silicon compound, it is possible to further improve the binding strength of the binder and the inorganic material and to better absorb the volume change of the metal core. As a result, it is possible to maintain a high binding force between the cathode materials despite repeated volume changes of the metal core.

상기 음극에서 코팅층은 바인더와 실리콘 화합물이 서로 혼합된 복합 코팅층일 수 있다. 이러한 복합 코팅층은 바인더와 실리콘 화합물이 서로 제조 단계에서 혼합되어 이들을 구분하기 어려울 수 있다. 그러나, 상기 복합 코팅칭의 구조는 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 코팅층은 실리콘으로 이루어진 제 1 코팅층 및 상기 제 1 코팅층 위에 형성된 바인더로 이루어진 제 2 코팅층으로 이루어진 복층 구조를 가지는 것도 가능하며, 3층 이상의 코팅층으로 이루어진 복층 구조를 가지는 것도 가능하다.In the cathode, the coating layer may be a composite coating layer in which a binder and a silicon compound are mixed with each other. Such a composite coating layer may be difficult to distinguish the binder and the silicone compound are mixed with each other in the manufacturing step. However, the structure of the composite coating is not necessarily limited thereto. The coating layer may have a multilayer structure consisting of a first coating layer made of silicon and a second coating layer made of a binder formed on the first coating layer, or may have a multilayer structure consisting of three or more coating layers.

또한, 상기 코어와 도전재 위에 각각 형성된 코팅층은 상기 코어 및 도전재를 피복할 수 있다. 즉 상기 코팅층은 코어 및 도전재의 표면 전체를 둘러싸는 형태로 존재하는 것도 가능하다.In addition, a coating layer formed on each of the core and the conductive material may cover the core and the conductive material. That is, the coating layer may be present in a form surrounding the entire surface of the core and the conductive material.

상기 코어는 리튬과 합금 가능한 금속과 흑연의 복합체인 것이 바람직하다. 상기 복합체는 예를 들어 금속과 흑연을 미리 혼합한 다음 고에너지 밀링기로 분쇄하여 제조할 수 있다. The core is preferably a composite of graphite, a metal alloyable with lithium. The composite can be prepared, for example, by premixing metal and graphite and then grinding with a high energy mill.

또한, 상기 리튬과 합금 가능한 금속은 리튬과 합금을 형성할 수 있는 금속이라면 특별히 한정되지 않으나, Si, Sn, Al, Ge, Pb, Bi 및 Sb 등이 바람직하며, Si이 가장 바람직하다.Further, the metal capable of alloying with lithium is not particularly limited as long as it is a metal capable of forming an alloy with lithium, but Si, Sn, Al, Ge, Pb, Bi, Sb, and the like are preferred, and Si is most preferred.

상기 음극에 사용되는 도전재로는 카본 블랙, 흑연 미립자 등이 있으나 이들에 한정되는 것은 아니다.Examples of the conductive material used for the negative electrode include carbon black and graphite fine particles, but are not limited thereto.

상기 유기 실리콘 화합물은 실란계 화합물, 실록산계 화합물 및 실란올계 화합물 등이 바람직하다. 상기 유기 실리콘 화합물에 대한 보다 구체적인 내용은 본 발명의 일 태양에 따른 음극 제조 방법 부분에서 설명한다.The organosilicon compound is preferably a silane compound, a siloxane compound, a silanol compound, or the like. More specific details of the organosilicon compound will be described in the method of manufacturing a negative electrode according to an embodiment of the present invention.

또한, 본 발명은 상기 두 번째 기술적 과제를 달성하기 위하여 상기 음극을 채용한 리튬 전지를 제공한다.In addition, the present invention provides a lithium battery employing the negative electrode in order to achieve the second technical problem.

본 발명의 리튬 전지는 상기의 음극을 포함하여 제조되는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 리튬 전지는 다음과 같이 제조할 수 있다.The lithium battery of the present invention is characterized by being manufactured including the above negative electrode. The lithium battery of the present invention can be produced as follows.

먼저, 양극 활물질, 도전재, 결합재 및 용매를 혼합하여 양극 활물질 조성물을 준비한다. 상기 양극 활물질 조성물을 금속 집전체상에 직접 코팅 및 건조하여 양극판을 준비한다. 상기 양극 활물질 조성물을 별도의 지지체상에 캐스팅한 다음, 이 지지체로부터 박리하여 얻은 필름을 금속 집전체상에 라미네이션하여 양극판을 제조하는 것도 가능하다.First, a cathode active material composition is prepared by mixing a cathode active material, a conductive material, a binder, and a solvent. The positive electrode active material composition is directly coated on a metal current collector and dried to prepare a positive electrode plate. It is also possible to produce the positive electrode plate by casting the positive electrode active material composition on a separate support, and then laminating the film obtained by peeling from the support onto a metal current collector.

상기 양극 활물질로는 리튬 함유 금속 산화물로서, 당업계에서 통상적으로 사용되는 것이면 모두 사용가능하며, 예컨대, LiCoO2, LiMnxO2x, LiNix-1MnxO2x(x=1, 2), Li1-x-yCoxMnyO2(0≤x≤0.5, 0≤y≤0.5)등을 들 수 있으며 보다 구체적으로는 LiMn2O4, LiCoO2, LiNiO2, LiFeO2, V2O5, TiS 및 MoS 등의 리튬의 산화 환원이 가능한 화합물들이다.도전재로는 카본 블랙을 사용하며, 결합재로는 비닐리덴 플루오라이드/헥사플루오로프로필렌 코폴리머, 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리아크릴로니트릴, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리테트라플루오로에틸렌 및 그 혼합물, 스티렌 부타디엔 고무계 폴리머를 사용하며, 용매로는 N-메틸피롤리돈, 아세톤, 물 등을 사용한다. 이 때 양극 활물질, 도전재, 결합재 및 용매의 함량은 리튬 전지에서 통상적으로 사용하는 수준이다.The positive electrode active material may be any lithium-containing metal oxide, as long as it is commonly used in the art, for example, LiCoO 2 , LiMn x O 2x , LiNi x-1 Mn x O 2x (x = 1, 2), Li 1-xy Co x Mn y O 2 (0 ≦ x ≦ 0.5, 0 ≦ y ≦ 0.5) and the like, and more specifically, LiMn 2 O 4 , LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiFeO 2 , V 2 O 5 And redox compounds such as TiS, MoS, and the like. Carbon black is used as the conductive material, and vinylidene fluoride / hexafluoropropylene copolymer, polyvinylidene fluoride (PVDF) and poly Acrylonitrile, polymethylmethacrylate, polytetrafluoroethylene and mixtures thereof, and styrene butadiene rubber-based polymers are used, and N-methylpyrrolidone, acetone, water and the like are used as the solvent. At this time, the content of the positive electrode active material, the conductive material, the binder, and the solvent is at a level commonly used in lithium batteries.

세퍼레이터로는 리튬 전지에서 통상적으로 사용되는 것이라면 모두 사용가능하다. 특히 전해질의 이온 이동에 대하여 저저항이면서 전해액 함습 능력이 우수한 것이 바람직하다. 이를 보다 구체적으로 설명하면, 유리 섬유, 폴리에스테르, 테프론, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 그 조합물중에서 선택된 재질로서, 부직포 또는 직포 형태이어도 무방하다. 이를 보다 상세하게 설명하면 리튬 이온 전지의 경우에는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등과 같은 재료로 된 권취가능한 세퍼레이터를 사용하며, 리튬 이온 폴리머 전지의 경우에는 유기전해액 함침 능력이 우수한 세퍼레이터를 사용하는데, 이러한 세퍼레이터는 하기 방법에 따라 제조가능하다.As the separator, any one commonly used in lithium batteries can be used. In particular, it is preferable that it is low resistance with respect to the ion migration of electrolyte, and is excellent in electrolyte-moisture capability. More specifically, the material selected from glass fiber, polyester, teflon, polyethylene, polypropylene, polytetrafluoroethylene (PTFE), and combinations thereof may be nonwoven or woven. In more detail, a lithium ion battery uses a rollable separator made of a material such as polyethylene or polypropylene, and a lithium ion polymer battery uses a separator having excellent organic electrolyte impregnation ability. It can be manufactured according to the method.

즉, 고분자 수지, 충진제 및 용매를 혼합하여 세퍼레이터 조성물을 준비한 다음, 상기 세퍼레이터 조성물을 전극 상부에 직접 코팅 및 건조하여 세퍼레이터 필름을 형성하거나, 또는 상기 세퍼레이터 조성물을 지지체상에 캐스팅 및 건조한 후, 상기 지지체로부터 박리시킨 세퍼레이터 필름을 전극 상부에 라미네이션하여 형성할 수 있다. That is, a separator composition is prepared by mixing a polymer resin, a filler, and a solvent, and the separator composition is directly coated and dried on an electrode to form a separator film, or the separator composition is cast and dried on a support, and then the support The separator film peeled off can be laminated on the electrode and formed.

상기 고분자 수지는 특별히 한정되지는 않으며, 전극판의 결합재에 사용되는 물질들이 모두 사용가능하다. 예를 들면 비닐리덴플루오라이드/헥사플루오로프로필렌 코폴리머, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리메틸메타크릴레이트 및 그 혼합물을 사용할 수 있다.The polymer resin is not particularly limited, and any material used for the binder of the electrode plate may be used. For example, vinylidene fluoride / hexafluoropropylene copolymer, polyvinylidene fluoride, polyacrylonitrile, polymethyl methacrylate and mixtures thereof can be used.

전해액으로는 프로필렌 카보네이트, 에틸렌 카보네이트, 디에틸 카보네이트, 에틸 메틸 카보네이트, 메틸 프로필 카보네이트, 부틸렌 카보네이트, 벤조니트릴, 아세토니트릴, 테트라히드로퓨란, 2-메틸테트라히드로퓨란, γ-부티로락톤, 디옥소란, 4-메틸디옥소란, N,N-디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드, 디메틸설폭사이드, 디옥산, 1,2-디메톡시에탄, 설포란, 디클로로에탄, 클로로벤젠, 니트로벤젠, 디메틸카보네이트, 메틸에틸카보네이트, 디에틸카보네이트, 메틸프로필카보네이트, 메틸이소프로필카보네이트, 에틸프로필카보네이트, 디프로필카보네이트, 디부틸카보네이트, 디에틸렌글리콜 또는 디메틸에테르 등의 용매 또는 이들의 혼합 용매에 LiPF6, LiBF4, LiSbF6, LiAsF6, LiClO4, LiCF3SO3, Li(CF3SO2)2N, LiC4F9SO3, LiSbF6, LiAlO4, LiAlCl4, LiN(CxF2x+1SO2)(CyF2y+1SO2)(단 x,y는 자연수), LiCl, LiI 등의 리튬 염으로 이루어진 전해질 중의 1종 또는 이들을 2종 이상 혼합한 것을 용해하여 사용할 수 있다.상술한 바와 같은 양극 극판과 음극 극판사이에 세퍼레이터를 배치하 여 전지 구조체를 형성한다. 이러한 전지 구조체를 와인딩하거나 접어서 원통형 전지 케이스나 또는 각형 전지 케이스에 넣은 다음, 본 발명의 유기 전해액을 주입하면 리튬 이온 전지가 완성된다. Examples of the electrolyte include propylene carbonate, ethylene carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, methyl propyl carbonate, butylene carbonate, benzonitrile, acetonitrile, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, γ-butyrolactone, and dioxo Column, 4-methyldioxolane, N, N-dimethylformamide, dimethylacetamide, dimethyl sulfoxide, dioxane, 1,2-dimethoxyethane, sulfolane, dichloroethane, chlorobenzene, nitrobenzene, dimethyl carbonate LiPF 6 , LiBF 4 in a solvent such as methyl ethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl propyl carbonate, methyl isopropyl carbonate, ethyl propyl carbonate, dipropyl carbonate, dibutyl carbonate, diethylene glycol or dimethyl ether, or a mixed solvent thereof. , LiSbF 6 , LiAsF 6 , LiClO 4 , LiCF 3 SO 3 , Li (CF 3 SO 2 ) 2 N, LiC 4 F 9 SO 3 , LiSbF 6 , LiAlO 4 , LiAlCl 4 , LiN (C x F 2x + 1 SO2) (C y F 2y + 1 SO 2 ) (where x and y are natural waters), one or more electrolytes consisting of lithium salts such as LiCl and LiI or a mixture of two or more thereof are dissolved A separator is disposed between the positive electrode plate and the negative electrode plate as described above to form a battery structure. The battery structure is wound or folded, placed in a cylindrical battery case or a square battery case, and then the organic electrolyte solution of the present invention is injected to complete a lithium ion battery.

또한 상기 전지 구조체를 바이셀 구조로 적층한 다음, 이를 유기 전해액에 함침시키고, 얻어진 결과물을 파우치에 넣어 밀봉하면 리튬 이온 폴리머 전지가 완성된다.In addition, after stacking the battery structure in a bi-cell structure, it is impregnated in an organic electrolyte, and the resultant is placed in a pouch and sealed to complete a lithium ion polymer battery.

또한, 본 발명은 상기 세 번째 기술적 과제를 달성하기 위하여, 음극의 제조 방법을 제공한다.In addition, the present invention provides a method of manufacturing a negative electrode in order to achieve the third technical problem.

일반적으로, 음극은 상기 코어 및 바인더를 포함하는 음극 혼합 재료를 일정한 형상으로 성형하여도 좋고 상기의 음극 혼합 재료를 동박 등의 집전체에 도포시키는 방법으로 제조되는 것도 바람직하다. In general, the negative electrode may be formed by molding a negative electrode mixture material including the core and the binder into a predetermined shape, or may be manufactured by applying the negative electrode mixture material to a current collector such as copper foil.

더욱 구체적으로는 음극 재료 조성물을 제조하여, 이를 동박 집전체에 직접 코팅하거나, 별도의 지지체상에 캐스팅하고 이 지지체로부터 박리시킨 다공성 음극 활물질 필름을 동박 집전체에 라미네이션하여 음극 극판을 얻는다. 또한 본 발명의 음극은 상기에서 열거한 형태에 한정되는 것은 아니고 열거한 형태 이외의 형태라도 가능하다.More specifically, a negative electrode material composition is prepared and coated directly on a copper foil current collector, or the porous negative electrode active material film cast on a separate support and peeled from the support is laminated on the copper foil current collector to obtain a negative electrode plate. In addition, the negative electrode of this invention is not limited to the form enumerated above, The form other than the enumerated form is possible.

본 발명에 따른 음극 제조 방법의 일 태양은, 리튬과 합금 가능한 금속을 포함하는 코어, 도전재, 바인더, 유기 실리콘 화합물 및 용매를 혼합하여 슬러리를 제조하는 단계; 및 상기 슬러리를 건조하는 단계를 포함한다.One aspect of the method for manufacturing a negative electrode according to the present invention comprises the steps of preparing a slurry by mixing a core, a conductive material, a binder, an organosilicon compound and a solvent comprising a metal alloyable with lithium; And drying the slurry.

상기 슬러리를 제조하는 단계는 리튬과 합금 가능한 금속을 포함하는 코어, 도전재, 유기 실리콘 화합물 및 용매를 혼합하여 제 1 슬러리를 제조하는 단계; 및 상기 제 1 슬러리에 바인더를 혼합하여 제 2 슬러리를 제조하는 단계로 이루어질 수 있으나 이러한 방법에 한정되는 것은 아니다.The preparing of the slurry may include preparing a first slurry by mixing a core, a conductive material, an organic silicon compound, and a solvent including a metal capable of alloying with lithium; And mixing the binder with the first slurry to prepare a second slurry, but is not limited thereto.

즉, 상기 리튬과 합금 가능한 금속을 포함하는 코어, 도전재, 바인더, 유기 실리콘 화합물 및 용매를 동시에 혼합하여 슬러리를 제조하는 것도 가능하다. 이와 같이 동시에 혼합할 경우 집전체 표면에도 실리콘 화합물이 있기 때문에 음극재료와 동박 집전체의 결착력도 향상되는 장점이 있다.That is, it is also possible to prepare a slurry by simultaneously mixing the core, the conductive material, the binder, the organosilicon compound and the solvent containing a metal capable of alloying with lithium. In the case of mixing at the same time, since there is a silicon compound on the surface of the current collector, there is an advantage in that the binding force between the negative electrode material and the copper foil current collector is improved.

그리고, 상기 제조 방법에 사용되는 리튬과 합금 가능한 금속을 포함하는 코어는 리튬과 합금 가능한 금속과 흑연의 복합체인 것이 바람직하다. 상기 리튬과 합금 가능한 금속은 Si, Sn, Al, Ge, Pb, Bi 및 Sb 등이 바람직하며, Si이 가장 바람직하다.And, the core containing the metal alloyable with lithium used in the production method is preferably a composite of lithium alloyable metal and graphite. The metal capable of alloying with lithium is preferably Si, Sn, Al, Ge, Pb, Bi, Sb and the like, with Si being most preferred.

상기 제조 방법에 사용되는 유기 실리콘 화합물은 실란계 화합물, 실록산계 화합물 및 실란올계 화합물 등이 바람직하며, 보다 구체적으로 상기 실란계 화합물은 하기 화학식 1로 표시될 수 있다.The organosilicon compound used in the production method is preferably a silane compound, a siloxane compound, a silanol compound, and the like, and more specifically, the silane compound may be represented by the following Chemical Formula 1.

<화학식 1><Formula 1>

Si(R1)(R2)(R3)(R4)Si (R 1 ) (R 2 ) (R 3 ) (R 4 )

상기 식에서, R1은 C1-5알킬아민기 또는 C2-5알케닐기이고, R2, R3 및 R4는 서로 독립적으로 수소, 할로겐, 히드록시기, 치환 또는 비치환된 C1-5알콕시기, 치환 또는 비치환된 C1-5아실옥시기 및 치환 또는 비치환된 C1-5아실기로 이루어진 군에서 선 택되는 하나의 작용기이다.Wherein R 1 is a C 1-5 alkylamine group or C 2-5 alkenyl group, and R 2 , R 3 and R 4 are independently of each other hydrogen, halogen, hydroxy group, substituted or unsubstituted C 1-5 alkoxy group, a substituted or unsubstituted C 1-5 acyloxy group and a substituted or unsubstituted one functional group chosen from the group consisting of unsubstituted C 1-5 acyl.

이 중, 비닐트리메톡시실란, 비닐트리에톡시실란, 비닐트리클로로실란, 비닐트리스(2-에톡시)실란, γ-메타크릴로옥시프로필트리메톡시실란, γ-메타크릴로옥시프로필트리에톡시실란, γ-아미프로필트리메톡시실란, γ-아미노프로필트리에톡시실란, N-β-(아미노에틸) - γ-아미노프로필트리메톡시실란, N-β-(아미노에틸) - γ-아미노프로필트리에톡시실란, γ-우레이도프로필트리메콕시실란, γ-우레이도프로필트리에콕시실란, β-(3,4에폭시사이클로헥실)에틸트리메톡시실란, β-(3,4에폭시사이클로헥실)에틸트리에톡시실란, γ-글리시독시프로필트리메톡시실란, γ-글리시독시프로필트리에톡시실란, γ-머캅토프로필트리메톡시실란, γ-머캅토프로필트리에톡시실란, γ-클로로프로필트리메톡시실란, γ-클로로프로필트리메톡시실란, 메틸트리메톡시실란, 메틸트리에콕시실란, 페닐트리메톡시실란 및 페닐트리에톡시실란 등이 더욱 바람직하다.Among them, vinyltrimethoxysilane, vinyltriethoxysilane, vinyltrichlorosilane, vinyltris (2-ethoxy) silane, γ-methacryloxypropyltrimethoxysilane, and γ-methacryloxyoxytri Ethoxysilane, γ-amipropyltrimethoxysilane, γ-aminopropyltriethoxysilane, N-β- (aminoethyl) -γ-aminopropyltrimethoxysilane, N-β- (aminoethyl) -γ -Aminopropyltriethoxysilane, γ-ureidopropyltrimethoxysilane, γ-ureidopropyltriethoxysilane, β- (3,4 epoxycyclohexyl) ethyltrimethoxysilane, β- (3, 4 epoxycyclohexyl) ethyl triethoxy silane, (gamma)-glycidoxy propyl trimethoxysilane, (gamma)-glycidoxy propyl triethoxysilane, (gamma)-mercaptopropyl trimethoxysilane, (gamma)-mercaptopropyl trie Oxysilane, γ-chloropropyltrimethoxysilane, γ-chloropropyltrimethoxysilane, methyltrimethoxysilane, methyl Trieoxy silane, phenyl trimethoxysilane, phenyl triethoxysilane, etc. are more preferable.

또한, 상기 실록산계 화합물은 하기 화학식 2의 반복 단위로 이루어진 고분자 화합물인 것이 바람직하다.In addition, the siloxane compound is preferably a high molecular compound consisting of a repeating unit of the formula (2).

<화학식 2><Formula 2>

-[Si(R5)(R6)-O]n--[Si (R 5 ) (R 6 ) -O] n-

상기 식에서, R5 및 R6은 서로 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1-5알킬기, 치환 또는 비치환된 C1-5알케닐기 및 치환 또는 비치환된 C1-5알콕시기로 이루어진 군에서 선택되는 하나의 작용기이며, 상기 n이 10 내지 10,000의 정수이며, 상기 화합물의 분자량이 100 내지 700,000이다.Wherein R 5 and R 6 are independently selected from the group consisting of a substituted or unsubstituted C 1-5 alkyl group, a substituted or unsubstituted C 1-5 alkenyl group and a substituted or unsubstituted C 1-5 alkoxy group N is an integer of 10 to 10,000, and the molecular weight of the compound is from 100 to 700,000.

이 중, 중량 평균 분자량(Mw=30000)의 폴리디메틸실록산, 폴리아미노실록산, 폴리암모늄실록산,, 폴리메틸페닐실록산 및 폴리히드로겐실록산 등이 특히 바람직하다.Among these, polydimethylsiloxane, polyaminosiloxane, polyammoniumsiloxane, polymethylphenylsiloxane, polyhydrogensiloxane, etc. of a weight average molecular weight (Mw = 30000) are especially preferable.

상기 실란계 및 실록산계 화합물에서 치환된 알킬아민기, 아실기, 아실옥시기, 아킬기, 알케닐기 및 알콕시기의 치환기는 할로겐, 히드록시기, C1-5알킬기 및 C1-5알콕시기로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나이다.Substituents of the alkylamine group, acyl group, acyloxy group, alkyl group, alkenyl group and alkoxy group substituted in the silane and siloxane compound are a group consisting of halogen, hydroxy group, C 1-5 alkyl group and C 1-5 alkoxy group At least one selected from.

상기 유기 실리콘 화합물을 함량은 상기 코어, 도전재 및 바인더의 고형분 총량을 기준으로 0.0002 내지 2 중량%가 바람직하다. 0.0002중량% 미만인 경우에는 화학적으로 결합할 수 있는 물질의 함량이 부족으로 결착력이 저하되는 문제가 있고, 2중량% 초과인 경우에는 슬러리를 균일하게 만들기 어려운 문제가 있다.The content of the organosilicon compound is preferably 0.0002 to 2% by weight based on the total solids of the core, the conductive material and the binder. If it is less than 0.0002% by weight, there is a problem in that the binding force is lowered due to the lack of a chemically bondable substance, and in the case of more than 2% by weight, it is difficult to uniformly make the slurry.

상기 유기 실리콘 화합물의 함량은 건조물을 기준으로 한 것으로서 실제 슬러리 제조에 사용되는 유기 실리콘 화합물을 포함하는 용액의 양은 상기 건조물의 함량 범위 내에서 적절히 조절될 수 있다.The content of the organosilicon compound is based on the dry matter, and the amount of the solution containing the organosilicon compound used in the actual slurry production may be appropriately controlled within the content range of the dry matter.

상기 음극 제조 방법에서 상기 슬러리를 건조하는 단계는 80℃ 내지 300℃의 온도에서 수행되는 것이 바람직하다. 80℃ 미만인 경우에는 슬러리 제조에 사용하는 물, NMP 등의 용매를 제거하지 못하는 문제가 있고, 300℃ 초과인 경우에는 바인더가 열분해 되는 문제가 있다.Drying the slurry in the negative electrode manufacturing method is preferably performed at a temperature of 80 ℃ to 300 ℃. If the temperature is less than 80 ° C., there is a problem in that solvents such as water and NMP, which are used for slurry production, cannot be removed. If the temperature is higher than 300 ° C., the binder is pyrolyzed.

이하의 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 단, 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이지 이들만으로 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.The present invention will be described in more detail with reference to the following examples and comparative examples. However, an Example is for illustrating this invention and does not limit the scope of the present invention only by these.

실시예 1Example 1

코어 제조(금속과 흑연의 복합체)Core manufacturing (composite of metal and graphite)

직경 100nm 미만의 실리콘 미립자(Noah사, 직경 20~60nm) 1g, 흑연(MCMB2528, Osaka Gas사) 2g을 1시간 동안 기계식 교반기를 사용하여 혼합하였다. 이어서, 상기 혼합물을 고에너지 기계식 밀링기(SPEX CertiPrep, 8000M)을 사용하여 60분 동안 분쇄하여 복합체 코어을 제조하였다.1 g of silicon fine particles (Noah, 20 to 60 nm in diameter) and 2 g of graphite (MCMB2528, Osaka Gas) having a diameter of less than 100 nm were mixed for 1 hour using a mechanical stirrer. The mixture was then ground for 60 minutes using a high energy mechanical mill (SPEX CertiPrep, 8000M) to prepare a composite core.

음극 제조Cathode manufacturing

상기에서 제조된 복합체 코어 분말 7.5g, 흑연 분말 1.5g, 아미노프로필트리에톡시실란 0.5g 및 N-메틸피롤리돈(NMP)를 혼합하여 제 1 슬러리를 제조하였다. 이어서 상기 제 1 슬러리에 폴리비닐리덴플로라이드(PVDF, 5wt%) 1g 을 혼합하고 기계식 교반기를 사용하여 제 2 슬러리를 제조하였다.7.5 g of the composite core powder prepared above, 1.5 g of graphite powder, 0.5 g of aminopropyltriethoxysilane, and N-methylpyrrolidone (NMP) were mixed to prepare a first slurry. Subsequently, 1 g of polyvinylidene fluoride (PVDF, 5 wt%) was mixed with the first slurry, and a second slurry was prepared using a mechanical stirrer.

상기 제 2 슬러리를 닥터 블레이드(doctor blasㅹ)를 사용하여 구리(Cu) 집전체 위헤 약 200㎛의 두께로 도포하고 상온에서 건조하였다. 이 후에 진공 분위기에서 130℃ 온도로 다시 건조하여 음극판을 제조하였다.The second slurry was applied to a thickness of about 200 μm over a copper (Cu) current collector using a doctor blade and dried at room temperature. Thereafter, the resultant was dried again at 130 ° C. in a vacuum atmosphere to prepare a negative electrode plate.

실시예 2Example 2

아미노프로필트리에톡시실란 대신에 비닐트리메톡시실란을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 음극판을 제조하였다.A negative electrode plate was manufactured in the same manner as in Example 1, except that vinyltrimethoxysilane was used instead of aminopropyltriethoxysilane.

실시예 3Example 3

아미노프로필트리에톡시실란 대신에 폴리디메틸실록산(Mw=30000)을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 음극판을 제조하였다.A negative electrode plate was manufactured in the same manner as in Example 1, except that polydimethylsiloxane (Mw = 30000) was used instead of aminopropyltriethoxysilane.

비교예 1Comparative Example 1

아미노프로필트리에톡시실란을 첨가하지 않고 폴리비닐리덴플로라이드 바인더만을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 음극판을 제조하였다.A negative electrode plate was manufactured in the same manner as in Example 1, except that only the polyvinylidene fluoride binder was used without adding aminopropyltriethoxysilane.

리튬 전지 제조Lithium battery manufacturers

실시예 4Example 4

상기 실시예 1 제조한 상기 음극판을 리튬 금속을 상대전극으로 하고, PTFE 격리막(separator)과 1.3 M LiPF6가 EC(에틸렌 카보네이트)+DEC(디에틸 카보네이트) (3:7 부피비)에 녹아있는 용액을 전해질로 하여 2016 규격의 코인 셀을 2개 제조하였다.Example 1 The negative electrode plate prepared as a lithium metal counter electrode, a solution in which a PTFE separator and 1.3 M LiPF 6 dissolved in EC (ethylene carbonate) + DEC (diethyl carbonate) (3: 7 volume ratio) Two coin cells of the 2016 standard were prepared using as an electrolyte.

실시예Example 5 내지 6 및  5 to 6 and 비교예Comparative example 2 2

상기 실시예 1에서 제조한 음극판 대신에 상기 실시예 2 내지 3 및 비교예 1에서 제조한 음극판을 각각 사용한 것을 제외하고는 동일한 방법으로 코인셀을 2개씩 제조하였다.Two coin cells were prepared in the same manner except that the negative plates prepared in Examples 2 to 3 and Comparative Example 1 were used instead of the negative electrode plates prepared in Example 1, respectively.

충방전 실험Charge / discharge experiment

상기 실시예 4 내지 6 및 비교예 2에서 2개씩 제조한 코인셀을 제1세트 및 제2세트로 나누어 준비하여 활물질 1 g당 100 mA의 전류로 Li 전극에 대하여 0.001 V에 도달할 때까지 정전류 충전을 실시하였다. 충전이 완료된 셀은 약 10분 간의 휴지기간을 거친 후, 활물질 1 g당 100mA의 전류로 전압이 1.5 V에 이를 때까지 정전류 방전을 수행하여 방전 용량을 얻었다. 이로부터 용량 유지율, 밀도, 단위부피용량을 계산하였다. 용량 유지율, 밀도, 단위부피용량은 각각 하기 수학식 1 내지 3으로 표시된다.The coin cells prepared in each of the above Examples 4 to 6 and Comparative Example 2 were prepared by dividing the first and second sets into a constant current until a constant current was reached at 0.001 V with respect to the Li electrode at a current of 100 mA per gram of the active material. Filling was performed. After the charging was completed, the cell went through a rest period of about 10 minutes, and then discharged by constant current discharge until the voltage reached 1.5 V at a current of 100 mA per 1 g of the active material. From this, capacity retention rate, density, and unit volume capacity were calculated. Capacity retention, density, and unit volume capacity are represented by the following Equations 1 to 3, respectively.

<수학식 1><Equation 1>

용량유지율(%)= 30th 사이클에서의 방전용량 / 1st 사이클에서의 방전용량×100Capacity retention rate (%) = discharge capacity in 30 th cycle / discharge capacity in 1 st cycle x 100

상기 방전 용량 및 용량유지율을 사이클수에 따라 각각 측정하였다.The discharge capacity and capacity retention rate were respectively measured according to the number of cycles.

<수학식2><Equation 2>

밀도(g/cc)=전극에서 활물질 무게/(전극 면적×전극 두께)Density (g / cc) = weight of active material at electrode / (electrode area x electrode thickness)

<수학식3><Equation 3>

단위부피당용량(mAh/cc)=용량[mAh/g]×밀도[g/cc]×(활물질+도전재)함량Capacity per unit volume (mAh / cc) = Capacity [mAh / g] × Density [g / cc] × (active material + conductive material)

상기 실시예 4 내지 6 및 비교예 2의 코인셀 제 1세트 및 제 2세트 각각에 대한 충방전 실험 결과를 하기 표 1 내지 2 및 도 1 내지 2에 각각 나타내었다.Charging and discharging test results of the first and second sets of coin cells of Examples 4 to 6 and Comparative Example 2 are shown in Tables 1 to 2 and FIGS. 1 to 2, respectively.

전지 (제1세트)Battery (first set) 1st 사이클 방전용량 (mAh/g)1st cycle discharge capacity (mAh / g) 30th 사이클 방전용량 (mAh/g)30th cycle discharge capacity (mAh / g) 용량 유지율(%)Capacity retention rate (%) 비교예 2Comparative Example 2 10181018 330330 3232 실시예 4Example 4 10621062 698698 6565 실시예 5Example 5 10791079 787787 7272 실시예 6Example 6 11111111 622622 5555

전지 (제2세트)Battery (second set) 1st 사이클 방전용량 (mAh/cc)1st cycle discharge capacity (mAh / cc) 30th 사이클 방전용량 (mAh/cc)30th cycle discharge capacity (mAh / cc) 밀도 (g/cc)Density (g / cc) 용량 유지율(%)Capacity retention rate (%) 비교예 2Comparative Example 2 999999 359359 1.091.09 3535 실시예 4Example 4 12521252 823823 1.311.31 6565 실시예 5Example 5 12921292 943943 1.331.33 7272 실시예 6Example 6 12501250 700700 1.251.25 5555

상기 표 1 내지 2 및 도 1 내지 2에 도시된 바와 같이 실시예들의 경우에는 30th 사이클에서의 용량 유지율이 비교예에 비해 약 2배 정도의 값을 보여 주었다. 이러한 결과는 전지의 수명이 약 2배 정도 향상될 수 있다는 가능성을 나타낸다. 이러한 현저한 차이는 실시예들의 경우에는 유기 실리콘 화합물이 음극 재료들 사이의 결착력을 향상시켜 충방전 시에 금속 코어의 부피 변화에도 불구하고 음극 재료들 사이에 균열 발생을 억제하였기 때문으로 판단된다.As shown in Tables 1 and 2 and FIGS. 1 and 2, the capacity retention rate in the 30 th cycle was about 2 times that of the comparative example. This result indicates that the battery life can be improved by about two times. This remarkable difference is considered to be because, in the case of the embodiments, the organosilicon compound improves the binding force between the negative electrode materials to suppress the occurrence of cracking between the negative electrode materials despite the change in the volume of the metal core during charging and discharging.

또한 실시예들은 비교예에 비해 높은 밀도를 가지므로 단위부피당 용량이 증가하여 부피가 작으면서도 높은 용량을 가지는 전지를 구현할 수 있다.In addition, since the embodiments have a higher density than the comparative example, the capacity per unit volume may be increased to implement a battery having a small volume but a high capacity.

따라서, 본 발명에 따른 리튬 전지는 금속 코어를 활물질로서 포함하는 종래의 리튬 전지가 가지는 낮은 용량 유지율을 극복함으로써, 높은 방전 용량과 향상된 전지 수명을 동시에 제공할 수 있다.Therefore, the lithium battery according to the present invention can provide a high discharge capacity and improved battery life at the same time by overcoming the low capacity retention rate of the conventional lithium battery including a metal core as an active material.

본 발명에 의한 음극은 바인더만으로 결착되는 종래의 금속 코어를 포함하는 음극과 달리 유기 실리콘 화합물을 추가적으로 포함함으로써 충방전 시에 금속 활물질의 높은 팽창률에 의한 부피 변화에도 불구하고 음극 재료들간의 높은 결착력을 유지시키고 활물질의 부피 팽창을 억제시킬 수 있다. 또한 이러한 음극을 포함하는 리튬 전지는 충방전 특성이 우수하다.The negative electrode according to the present invention additionally includes an organosilicon compound, unlike the negative electrode including the conventional metal core, which is bound only by a binder, thereby increasing the high binding force between the negative electrode materials despite the volume change caused by the high expansion rate of the metal active material during charge and discharge. It can maintain and suppress the volume expansion of the active material. In addition, the lithium battery including the negative electrode has excellent charge and discharge characteristics.

Claims (16)

리튬과 합금 가능한 금속을 포함하는 코어; 도전재; 바인더; 및A core comprising a metal alloyable with lithium; Conductive material; bookbinder; And 유기 실리콘 화합물(organic silicon compound)을 포함하며, 상기 코어와 도전재 위에 각각 형성된 코팅층이 유기 실리콘 화합물을 포함하며, 상기 코팅층이 형성된 코어와 도전재가 바인더에 의해 서로 결착되어 있으며,An organic silicon compound (organic silicon compound), each of the coating layer formed on the core and the conductive material comprises an organic silicon compound, the core and the conductive material on which the coating layer is formed is bound to each other by a binder, 상기 코팅층이 상기 코어와 도전재 위에 각각 형성된 제1코팅층; 및A first coating layer in which the coating layer is formed on the core and the conductive material, respectively; And 상기 제1코팅층 위에 형성된 제2코팅층;을 포함하는 복층 구조를 가지며, It has a multilayer structure comprising a; a second coating layer formed on the first coating layer, 상기 제1코팅층이 유기 실리콘 화합물을 포함하며, 상기 제2코팅층이 바인더를 포함하는 복합 음극 활물질;A composite anode active material in which the first coating layer includes an organic silicon compound and the second coating layer includes a binder; 을 포함하는 음극.A cathode comprising a. 제 1 항에 있어서, 상기 코팅층이 바인더와 유기 실리콘 화합물이 서로 혼합된 복합 코팅층인 것을 특징으로 하는 음극.The negative electrode of claim 1, wherein the coating layer is a composite coating layer in which a binder and an organic silicon compound are mixed with each other. 제 1 항에 있어서, 상기 코팅층이 상기 코어 및 도전재를 피복하는 것을 특징으로 하는 음극.The negative electrode according to claim 1, wherein the coating layer covers the core and the conductive material. 제 1 항에 있어서, 상기 코어가 리튬과 합금 가능한 금속과 흑연의 복합체인 것을 특징으로 하는 음극.A negative electrode according to claim 1, wherein said core is a composite of lithium, alloyable metal, and graphite. 제 1 항에 있어서, 상기 리튬과 합금 가능한 금속이 Si, Sn, Al, Ge, Pb, Bi 및 Sb 로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나의 금속인 것을 특징으로 하는 음극.The negative electrode of claim 1, wherein the metal alloyable with lithium is at least one metal selected from the group consisting of Si, Sn, Al, Ge, Pb, Bi, and Sb. 제 1 항에 있어서, 상기 유기 실리콘 화합물이 실란계 화합물, 실록산계 화합물 및 실란올계 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 화합물인 것을 특징으로 하는 음극.The negative electrode of claim 1, wherein the organosilicon compound is at least one compound selected from the group consisting of a silane compound, a siloxane compound, and a silanol compound. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 따른 음극을 채용한 것을 특징으로 하는 리튬 전지.The lithium battery which employ | adopted the negative electrode in any one of Claims 1-6. 리튬과 합금 가능한 금속을 포함하는 코어, 도전재, 바인더, 유기 실리콘 화합물 및 용매를 혼합하여 슬러리를 제조하는 단계; 및Preparing a slurry by mixing a core, a conductive material, a binder, an organosilicon compound, and a solvent including a metal alloyable with lithium; And 상기 슬러리를 건조하는 단계를 포함하며,Drying the slurry; 상기 슬러리를 제조하는 단계가,Preparing the slurry, 리튬과 합금 가능한 금속을 포함하는 코어, 도전재, 유기 실리콘 화합물 및 용매를 혼합하여 제 1 슬러리를 제조하는 단계; 및Preparing a first slurry by mixing a core, a conductive material, an organosilicon compound, and a solvent including a metal alloyable with lithium; And 상기 제 1 슬러리에 바인더를 혼합하여 제 2 슬러리를 제조하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 음극 제조 방법.Mixing a binder in the first slurry to prepare a second slurry, characterized in that consisting of. 삭제delete 제 8 항에 있어서, 리튬과 합금 가능한 금속을 포함하는 코어가 리튬과 합금 가능한 금속과 흑연의 복합체인 것을 특징으로 하는 다공성 음극 제조 방법.10. The method of claim 8, wherein the core comprising lithium and the alloyable metal is a composite of lithium and the alloyable metal and graphite. 제 8 항에 있어서, 상기 유기 실리콘 화합물이 실란계 화합물, 실록산계 화합물 및 실란올계 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 화합물인 것을 특징으로 하는 음극 제조 방법.The method of claim 8, wherein the organosilicon compound is at least one compound selected from the group consisting of a silane compound, a siloxane compound and a silanol compound. 제 11 항에 있어서, 상기 실란계 화합물이 하기 화학식 1로 표시되는 것을 특징으로 하는 음극 제조 방법:12. The method of claim 11, wherein the silane compound is represented by the following formula (1): <화학식 1><Formula 1> Si(R1)(R2)(R3)(R4)Si (R 1 ) (R 2 ) (R 3 ) (R 4 ) 상기 식에서,Where R1은 C1-5알킬아민기 또는 C2-5알케닐기이고,R 1 is a C 1-5 alkylamine group or C 2-5 alkenyl group, R2, R3 및 R4는 서로 독립적으로 수소, 할로겐, 히드록시기, 치환 또는 비치환된 C1-5알콕시기, 치환 또는 비치환된 C1-5아실옥시기 및 치환 또는 비치환된 C1-5아실기로 이루어진 군에서 선택되는 하나의 작용기이다.R 2 , R 3 and R 4 independently of one another are hydrogen, a halogen, a hydroxy group, a substituted or unsubstituted C 1-5 alkoxy group, a substituted or unsubstituted C 1-5 acyloxy group and a substituted or unsubstituted C 1 -5 is one functional group selected from the group consisting of acyl groups. 제 11 항에 있어서, 상기 실란계 화합물이 비닐트리메톡시실란, 비닐트리에톡시실란, 비닐트리클로로실란, 비닐트리스(2-에톡시)실란, γ-메타크릴로옥시프로필트리메톡시실란, γ-메타크릴로옥시프로필트리에톡시실란, γ-아미프로필트리메톡시실란, γ-아미노프로필트리에톡시실란, N-β-(아미노에틸) - γ-아미노프로필 트리메톡시실란, N-β-(아미노에틸) - γ-아미노프로필트리에톡시실란, γ-우레이도프로필트리메콕시실란, γ-우레이도프로필트리에콕시실란, β-(3,4에폭시사이클로헥실)에틸트리메톡시실란, β-(3,4에폭시사이클로헥실)에틸트리에톡시실란, γ-글리시독시프로필트리메톡시실란, γ-글리시독시프로필트리에톡시실란, γ-머캅토프로필트리메톡시실란, γ-머캅토프로필트리에톡시실란, γ-클로로프로필트리메톡시실란, γ-클로로프로필트리메톡시실란, 메틸트리메톡시실란, 메틸트리에콕시실란, 페닐트리메톡시실란 및 페닐트리에톡시실란으로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상의 화합물인 것을 특징으로 하는 음극 제조 방법.The method of claim 11, wherein the silane compound is vinyl trimethoxysilane, vinyltriethoxysilane, vinyltrichlorosilane, vinyltris (2-ethoxy) silane, γ-methacrylooxypropyltrimethoxysilane, γ-methacrylooxypropyltriethoxysilane, γ-amipropyltrimethoxysilane, γ-aminopropyltriethoxysilane, N-β- (aminoethyl) -γ-aminopropyl trimethoxysilane, N- β- (aminoethyl) -γ-aminopropyltriethoxysilane, γ-ureidopropyltrimethoxysilane, γ-ureidopropyltriethoxysilane, β- (3,4 epoxycyclohexyl) ethyltrime Oxysilane, β- (3,4 epoxycyclohexyl) ethyltriethoxysilane, γ-glycidoxypropyltrimethoxysilane, γ-glycidoxypropyltriethoxysilane, γ-mercaptopropyltrimethoxysilane , γ-mercaptopropyltriethoxysilane, γ-chloropropyltrimethoxysilane, γ-chloropropyltrimeth Sisilran, methyltrimethoxysilane, the cathode manufacturing method, characterized in that at least one compound selected from the group consisting of the cock when the silane, phenyl trimethoxy silane and phenyltrimethoxysilane in methyltrimethoxysilane as silane. 제 11 항에 있어서, 상기 실록산계 화합물이 하기 화학식 2의 반복 단위로 이루어진 고분자 화합물인 것을 특징으로 하는 음극 제조 방법:12. The method of claim 11, wherein the siloxane compound is a high molecular compound consisting of a repeating unit represented by the following formula (2): <화학식 2><Formula 2> -[Si(R5)(R6)-O]n--[Si (R 5 ) (R 6 ) -O] n- 상기 식에서,Where R5 및 R6는 서로 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1-5알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 - 5알케닐기 및 치환 또는 비치환된 C1 - 5알콕시기로 이루어진 군에서 선택되는 하나의 작용기이며,R 5 and R 6 are each independently a substituted or unsubstituted C 1-5 alkyl group, a substituted or unsubstituted C 1 - of one selected from the group consisting of a 5-alkoxy-5-alkenyl group and a substituted or unsubstituted C 1 Is a functional group, 상기 n이 10 내지 10,000의 정수이며,N is an integer of 10 to 10,000, 상기 화합물의 분자량이 100 내지 700,000이다.The molecular weight of the compound is 100 to 700,000. 제 11 항에 있어서, 상기 실록산계 화합물이 폴리디메틸실록산, 폴리아미노실록산, 폴리암모늄실록산, 폴리메틸페닐실록산 및 폴리히드로겐실록산으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 화합물인 것을 특징으로 하는 음극 제조 방법.12. The method of claim 11, wherein the siloxane compound is at least one compound selected from the group consisting of polydimethylsiloxane, polyaminosiloxane, polyammoniumsiloxane, polymethylphenylsiloxane and polyhydrogensiloxane. 제 8 항에 있어서, 상기 슬러리를 건조하는 단계가 80 내지 300℃의 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 음극 제조 방법.9. The method of claim 8, wherein the drying of the slurry is carried out at a temperature of 80 to 300 ℃.
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