KR100804991B1 - 표면 처리된 전극 집전체 및 이를 이용한 리튬 이차 전지 - Google Patents

표면 처리된 전극 집전체 및 이를 이용한 리튬 이차 전지 Download PDF

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Abstract

본 발명은 한 면 또는 양면에 코팅층이 형성된 집전체에 있어서, 상기 코팅층은 용융 온도가 200℃ 이상인 내열성 고분자를 포함하는 것이 특징인 집전체 및 이의 제조방법을 제공한다. 또한, 본 발명은 상기 집전체 상에 전극활물질을 포함하는 전극 슬러리가 도포된 전극 및 상기 전극을 구비하는 리튬 이차 전지를 제공한다.
본 발명에 따른 집전체는 우수한 내열성 및 접착력을 갖는 고분자로 코팅하여 전극과 집전체 간의 결착성을 강화시킴으로써, 전지의 성능을 향상시킬 수 있다.
집전체, 용융 온도, 내열성, 고분자, 무기물 입자, 이차 전지

Description

표면 처리된 전극 집전체 및 이를 이용한 리튬 이차 전지{SURFACE-TREATED CURRENT COLLECTOR AND LITHIUM SECONDARY BATTERY USING THE SAME}
본 발명은 전극과 집전체 간의 접착성을 향상시킬 수 있는 내열성 고분자가 코팅된 집전체, 상기 집전체 상에 전극활물질을 포함하는 전극 슬러리가 도포된 전극 및 상기 전극을 구비한 리튬 이차 전지에 관한 것이다.
최근 전자 장비의 소형화 및 경량화가 실현되고 휴대용 전자 기기의 사용이 일반화됨에 따라, 고에너지 밀도를 갖는 이차 전지에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다.
현재 적용되고 있는 이차 전지 중에서 1990 년대 초에 개발된 리튬 이차 전지는 수용액 전해액을 사용하는 Ni-MH, Ni-Cd, 황산-납 전지 등의 재래식 전지에 비해서 작동 전압이 높고 에너지 밀도가 월등히 크다는 장점으로 각광을 받고 있다. 리튬 이차 전지는 일반적으로 구리 집전체를 사용한 음극(anode)과 알루미늄 집전체를 사용한 양극(cathode), 이들 사이에 개재된 분리막을 구비하는데, 이때 양(兩) 전극은 전극 활물질을 포함하는 전극 슬러리를 상기 집전체 상에 도포함으로써 제조된다. 종래의 구리, 알루미늄, 니켈, 철 등과 같은 집전체를 사용하는 경 우, 반복되는 충방전으로 인해 집전체로부터 전극활물질층이 박리되는 문제점이 발생하게 되며, 특히 고온에서 충방전을 진행하는 경우 상기 문제점이 가속화되어 전지의 성능 저하가 야기되었다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서, 종래에는 집전체 상에 에틸렌 아크릴산 공중합체(특개 2002-134103호)나, 폴리이소프렌, 폴리이소부틸렌(특개 2004-214046호) 등과 같은 접착성 수지를 도포하거나, 전극과 집전체 사이에 전자 전도성 입자와 결착제로 이루어진 층을 이용하였는데, 이 경우 결착제로 반응성 이중 결합을 갖는 모노머로 이루어지는 고분자 화합물을 자외선 또는 전자선으로 경화하여 사용하였다(일본 특개평 5-135759호). 그러나 아크릴레이트 계통의 고분자나 폴리이소프렌, 폴리이소부틸렌 등과 같은 고분자들은 열에 약한 단점을 가지고 있기 때문에 고온 충방전시 전극과 집전체 간의 결착력이 급격히 떨어지는 단점이 있었다. 또한, 고분자를 경화하는 경우에는 전도성이 많이 떨어지기 때문에, 부가적으로 전자 전도성 입자를 첨가해야 하는 단점도 있었다.
본 발명은 상기에 언급된 문제점을 해결하기 위해서, 집전체 표면을 용융 온도가 200℃ 이상인 내열성 고분자로 코팅시킴으로써, 전극과 집전체 간의 접착성 증대 및 이로 인한 전지의 고온 성능을 향상시키고자 한다.
이에 본 발명은 집전체 상에 전극활물질과 집전체 간의 접착력을 증가시킬 수 있는 내열성 고분자가 코팅된 집전체 및 이의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 집전체 상에 전극활물질을 포함하는 전극 슬러리가 도포된 전극 및 상기 전극을 구비하는 리튬 이차 전지를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
본 발명은 한 면 또는 양면에 코팅층이 형성된 집전체에 있어서, 상기 코팅층은 용융 온도가 200℃ 이상인 내열성 고분자를 포함하는 것이 특징인 집전체, 상기 집전체 상에 전극활물질을 포함하는 전극 슬러리가 도포된 전극 및 상기 전극을 구비한 리튬 이차 전지를 제공한다.
또한, 본 발명은 (a) 용융 온도 200℃ 이상인 고분자를 용매에 용해시켜 고분자 용액을 제조하는 단계; (b) 집전체 상에 상기 고분자 용액(a)을 코팅한 후 건조하는 단계를 포함하는 용융 온도 200℃ 이상인 고분자로 코팅된 집전체의 제조방법을 제공한다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명은 통상적인 집전체 상에 용융 온도가 200℃ 이상인 고분자를 코팅하여 접착력 및 내열성을 동시에 만족시키는 코팅층을 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 형성된 고분자 코팅층의 물성으로 인해, 전지의 성능 향상을 도모할 수 있다.
즉, 종래 전극은 금속 재질의 집전체와 전극활물질이 직접 접촉하는 형태이기 때문에, 전지의 고온 충방전이 반복 수행되면 집전체로부터 전극활물질이 박리 또는 이탈되는 현상이 급격히 발생하게 되며, 이로 인해 전지의 성능 저하가 필수 적으로 초래되었다. 또한, 접착력을 부여하고자 집전체 상에 종래 통상적인 고분자, 예컨대 에틸렌 아크릴산 공중합체 또는 폴리이소플렌, 폴리이소부틸렌과 같은 고분자를 적용하는 경우, 상기 고분자들의 열 취약성으로 인해 고온 충방전시 전극과 집전체 간의 결착력이 급격히 저하되는 문제점이 완전히 해소될 수 없을 뿐만 아니라, 전지 조립 후 주입된 전해액에 의해 팽윤 및 용해되는 단점 및 적절한 용매 선정 곤란성 등으로 인해 원하는 효과를 도모할 수 없었다.
그러나, 본 발명에서는 저온 뿐만 아니라 고온에서도 지속적으로 접착력을 유지시킬 수 있는 용융 온도 200℃ 이상의 내열성 고분자를 집전체의 코팅 재료로 사용함으로써, 집전체와 전극활물질의 분리로부터 파생되는 전지의 성능 저하를 방지할 수 있다. 특히, 상기 고분자 내에 존재하는 극성 관능기들로 인해 전극과 집전체 간의 접착력이 현저하게 향상될 수 있다.
또한, 집전체에 내열성 및 전도성을 부가적으로 도입하고자 상기 내열성 고분자에 도전제, 예를 들면 탄소 입자를 혼합하여 코팅 재료로 사용하는 경우, 전술한 효과를 상승시킬 수 있다.
본 발명에 따른 집전체의 재질로는 4.2V 이하에서 산화되는 통상적인 금속 또는 이의 합금 재질을 사용할 수 있으며, 이의 비제한적인 예로는 Cu, Al, Ni, Fe, SUS(Steel Use Stainless), Ti 또는 이들의 합금 등이 있다. 또한, 집전체의 형상으로는 메쉬(mesh), 박판(foil), 구멍 뚫린 박판(punched foil), 확장된 박판(expanded foil) 또는 다공성 박판(porous foil) 등이 있으며, 집전체 표면을 에칭(eching) 등의 조면화 처리를 가하여 표면적을 증가시킨 것도 사용할 수 있다. 집 전체의 크기나 형태는 특별히 한정하지 않고, 그 용도에 따라 적절히 결정될 수 있다.
본 발명에 따라 집전체 표면의 한 면 또는 양면상에 코팅되는 성분은 당 업계의 통상적인 고분자로서, 용융 온도가 200℃ 이상이기만 하면 고분자의 성분, 함량, 기타 조건 등에 제한 없이 사용 가능하다. 이는 고분자의 내열성으로 인해 상온에서 뿐만 아니라 고온 충방전시에도 전극과 집전체 간의 우수한 결착력을 유지시켜 전지의 성능을 향상시킬 수 있기 때문이다. 특히, 전극과 집전체 간의 접착력 향상을 도모하기 위해, 고분자 사슬 구조 내에 극성기, 즉 에테르기, 아미드기, 이미드기, 술폰기, 설파이드기, 카보네이트기, 케톤기 등을 포함하여 이들 극성기들이 수소 결합을 통해 강하게 연결되어 있는 고분자가 바람직하다.
상기 용융 온도 200℃ 이상이며, 분자 구조 내 극성기를 포함하는 내열성 고분자의 비제한적인 예로는 폴리이미드, 폴리에테르이미드, 폴리에테르에테르케톤, 폴리술폰, 폴리에테르술폰, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리아미드, 폴리카보네이트, 폴리페닐렌옥사이드, 폴리에스테르, 폴리페닐렌설파이드 또는 이들의 혼합체 등이 있다. 이외에 기타 엔지니어링 플라스틱도 사용 가능하다.
상기 내열성 고분자의 분자량 범위는 약 10,000 내지 1,000,000의 범위가 바람직하다. 분자량이 10,000 미만인 경우 코팅된 후 내스크래치성 등의 충분한 기계적 물성을 보이기 힘들며, 분자량이 1,000,000을 초과하는 경우 용매에 대한 용해도가 감소하게 되어 코팅 용액 제조가 어려우며, 코팅 상태 역시 좋지 못한 단점을 지니게 된다.
집전체 상에 형성된 고분자 코팅층의 두께는 특별한 제한이 없으나, 0.001 내지 10㎛ 범위가 바람직하다. 0.001㎛ 미만인 경우 원하는 집전체와 전극과의 결착력 향상 효과가 미미하며, 10㎛를 초과하는 경우 전극활물질과 전지 단자 사이에 전자의 흐름을 만드는 종래 집전체 역할 수행이 고분자 층에 의해 방해되므로, 이로 인해 전지의 성능 저하가 야기된다.
본 발명에 따라 집전체 표면의 한 면 또는 양면에 코팅되는 성분으로 당업계에 통상적으로 알려진 도전제, 예를 들면 카본 블랙, 탄소 섬유, 탄소나노튜브, 활성탄 등의 탄소재를 추가적으로 사용할 수 있다. 탄소재의 전도성으로 인해 전극활물질과 전지 단자 사이에 형성되는 전자의 흐름을 원활히 전달할 수 있다.
전술한 성분들 이외에, 본 발명에 따라 집전체 표면의 한 면 또는 양면상에 형성된 코팅층은 기타 성분, 예컨대 당 업계에 알려진 통상적인 첨가제 등을 추가로 포함할 수 있다.
본 발명에 따라 집전체의 한 면 또는 양면에 내열성 고분자를 코팅하는 방법은 당업계에 알려진 통상적인 코팅 방법을 사용할 수 있으며, 이하 본 발명에 따른 제조방법의 일 실시 양태를 들면 다음과 같다.
1) 용융 온도가 200℃ 이상인 내열성 고분자를 용매에 용해시켜 고분자 용액을 제조한다.
용매로는 사용하고자 하는 고분자와 용해도 지수가 유사하며, 끓는점(boiling point)이 낮은 것이 바람직하다. 이는 혼합이 균일하게 이루어질 수 있으 며, 이후 용매를 용이하게 제거할 수 있기 때문이다. 상기 용매의 비제한적인 예로는 아세톤 (acetone), 테트라하이드로퓨란 (tetrahydrofuran), 메틸렌클로라이드 (methylene chloride), 클로로포름 (chloroform), 디메틸포름아미드 (dimethylformamide), N-메틸-2-피롤리돈 (N-methyl-2-pyrrolidone, NMP), 시클로헥산 (cyclohexane), 물 또는 이들의 혼합체 등이 있다.
2) 제조된 고분자 용액을 이용하여 집전체를 코팅 및 건조한다.
제조된 고분자 용액은 전술한 탄소재 입자를 포함할 수 있으며, 이때 탄소재는 고분자 용액 100 중량% 당 0.01 내지 20 중량%를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 고분자 용액을 집전체 상에 코팅하는 방법은 당업계에 알려진 통상의 방법을 사용할 수 있으며, 예를 들면 딥핑(dipping)법, 스프레이(spray)법, 롤 코트(roll court)법, 그라비아 인쇄법, 바코트(bar court)법, 다이(die) 코팅법, 콤마(comma) 코팅법 또는 이들의 혼합 방식 등 다양한 방식을 이용할 수 있다.
이와 같은 코팅 과정을 거친 본 발명의 집전체는 집전체 표면의 일부 또는 전부에 균일한 내열성 고분자 코팅막이 형성되며, 이후 건조 과정을 통해 용매나 분산매의 증발, 코팅막의 조밀성 및 코팅막과 집전체와의 밀착성 등이 이루어진다. 이때 건조는 통상적인 방법에 따라 실시되며, 이를 특별히 제한하지 않는다.
상기와 같이 제조된 내열성 고분자로 코팅된 집전체는 양(兩) 전극의 집전체로 사용될 수 있으며, 전극활물질과 선택적으로 바인더를 혼합하여 제조된 전극 슬러리를 본 발명의 집전체상에 코팅함으로써 전극을 제조할 수 있다. 이와 같은 전극의 제조 방법으로는 당 기술 분야에 알려져 있는 통상적인 방법을 이용할 수 있 으며, 특별히 한정되지 않는다.
상기 전극활물질 중 양극활물질의 비제한적인 예로는 리튬을 흡장 및 방출할 수 있는 리튬망간산화물(lithiated magnesium oxide), 리튬코발트산화물(lithiated cobalt oxide), 리튬니켈산화물 (lithiated nickel oxide), 리튬철산화물 (lithiated iron phosphate) 또는 이들의 조합에 의해서 형성된 복합산화물 등과 같은 리튬 흡착 물질(lithium intercalation material) 등이 있다.
상기 전극활물질 중 음극활물질의 비제한적인 예로는 리튬을 흡장 및 방출할 수 있는 리튬 합금, 카본(carbon), 석유코크(petroleum coke), 활성화 카본(activated carbon), 그래파이트(graphite), 또는 여타 카본류 등과 같은 리튬 흡착 물질을 사용할 수 있으며, 기타 리튬을 흡장 및 방출할 수 있고 리튬에 대한 전위가 2V 미만인 TiO2, SnO2 또는 Li4Ti5O12와 같은 금속 산화물도 사용 가능하다.
사용 가능한 바인더의 예로는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVdF) 등이 있다.
슬러리를 집전체에 도포하는 방법도 특별히 제한되지 않는다. 예컨대, 닥터블레이드, 침지, 솔칠 등에 의해서 도포될 수 있으며, 도포량도 특별히 제한되지 않는다.
또한, 본 발명은 양극, 음극, 양(兩) 전극 사이에 개재된 분리막 및 전해액을 포함하는 리튬 이차 전지에 있어서, 상기 양극, 음극 또는 양(兩) 전극 모두가 본 발명에 따라 내열성 고분자로 코팅된 집전체 상에 전극활물질이 도포되어 제조 된 전극인 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지를 제공한다.
본 발명이 적용될 수 있는 리튬 이차 전지의 예로는 리튬 금속 이차 전지, 리튬 이온 이차 전지, 리튬 폴리머 이차 전지 또는 리튬 이온 폴리머 이차 전지 등이 있으며, 상기 리튬 이차 전지는 당 기술 분야에 알려져 있는 통상적인 방법으로 양극과 음극 사이에 다공성의 분리막을 넣고 전해질을 투입하여 제조할 수 있다.
본 발명에서 사용될 수 있는 전해액은 A+B-와 같은 구조의 염으로서, A+는 Li+, Na+, K+와 같은 알칼리 금속 양이온 또는 이들의 조합으로 이루어진 이온을 포함하고 B-는 PF6 -, BF4 -, Cl-, Br-, I-, ClO4 -, AsF6 -, CH3CO2 -, CF3SO3 -, N(CF3SO2)2 -, C(CF2SO2)3 -와 같은 음이온 또는 이들의 조합으로 이루어진 이온을 포함하는 염이 프로필렌 카보네이트(PC), 에틸렌 카보네이트(EC), 디에틸카보네이트(DEC), 디메틸카보네이트(DMC), 디프로필카보네이트(DPC), 디메틸설폭사이드, 아세토니트릴, 디메톡시에탄, 디에톡시에탄, 테트라하이드로퓨란, N-메틸-2-피롤리돈(NMP), 에틸메틸카보네이트(EMC), 감마 부티로락톤((γ-부티로락톤) 또는 이들의 혼합물로 이루어진 유기 용매에 용해 또는 해리된 것이 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
본 발명에서 사용될 수 있는 분리막은 특별한 제한은 없으나, 다공성 분리막이 사용 가능하며, 예를 들면 폴리프로필렌계, 폴리에틸렌계, 폴리올레핀계 다공성 분리막 등이 있다.
제작된 리튬 이차 전지의 외형은 제한이 없으나, 캔을 사용한 원통형, 각형, 파우치(pouch)형 또는 코인(coin)형 등이 될 수 있다.
본 발명은 하기의 실시예 및 실험예에 의거하여 더욱 상세히 설명된다. 단, 실시예 및 실험예는 본 발명을 예시하기 위한 것이지 이들만으로 한정하는 것은 아니다.
[실시예 1~2. 내열성 고분자가 코팅된 집전체]
실시예 1
1-1. 집전체
폴리이미드 고분자(GE사, Ultem 1000)를 메틸렌클로라이드 (CH2Cl2)에 약 1중량% 첨가한 후, 상온에서 약 12시간 이상 용해시켜 고분자 용액을 제조하였다. 알루미늄 호일을 상기 고분자 용액에 함침하여 코팅하였으며, 이후 80℃에서 건조하였다. 폴리이미드 고분자의 코팅 두께는 1㎛ 정도였다.
1-2. 리튬 이차 전지
(양극 제조)
양극 활물질 LiCoO2 94 중량%, 도전제로 인조 흑연 3 중량%, 결합제로 PVdF 3 중량%를 용제인 N-메틸-2 피롤리돈(NMP)에 첨가하여 전극 슬러리를 제조하였다. 상기 전극 슬러리를 상기에서 제조된 폴리이미드가 코팅된 알루미늄(Al) 호일에 도포하고 130℃에서 2시간 동안 열처리하여 전극을 제조하였다. 이렇게 제조된 전극을 압연한 후 1.4875 cm2로 펀칭하여 준비하였다.
(음극 제조)
음극은 리튬(Li) 금속박(metal)을 1.767cm2로 펀칭하여 준비하였다.
(전지 제조)
상기와 같이 준비된 전극과 리튬 금속 간에 폴리에틸렌(PE) 수지 분리막을 개재시킨 후, 1M LiPF6를 포함하고 EC:EMC=1:2 (부피비)인 전해액을 주입하여 코인셀을 제조하였다.
실시예 2
알루미늄 호일 대신 구리 호일을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법을 수행하여 폴리이미드가 코팅된 구리 집전체를 제조하였다.
또한, 제조된 집전체 상에 메조 카본 마이크로 비드(Mesocarbon microbead), 인조 흑연, 바인더를 93:1:6의 중량비로 혼합하고 NMP를 가하여 제조된 전극 슬러리를 도포하여 전극을 제조한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법을 수행하여 코인셀을 제조하였다.
[비교예 1-3]
비교예 1
알루미늄 호일상에 고분자를 코팅하지 않은 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법을 수행하여 코인셀을 제조하였다.
비교예 2
구리 호일상에 고분자를 코팅하지 않은 것을 제외하고는, 상기 실시예 2와 동일한 방법을 수행하여 코인셀을 제조하였다.
비교예 3
내열성 고분자인 폴리이미드 대신 용융 온도 91℃인 에틸렌-아크릴산 공중합체 (아크릴산 함량 = 6.9 mol%) 를 적용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법을 수행하여, 코팅층이 형성된 집전체 및 상기 집전체가 구비된 전극을 구비하는 코인셀을 제조하였다.
실험예 1. 리튬 이차 전지의 성능 평가
본 발명에 따라 내열성 고분자가 코팅된 집전체를 포함하는 리튬 이차 전지의 성능 평가를 수행하기 위하여, 하기와 같은 실험을 수행하였다.
알루미늄 호일 및 구리 호일상에 각각 폴리이미드가 코팅된 집전체를 사용하여 제조된 실시예 1 및 실시예 2의 리튬 이차 전지를 사용하였으며, 대조군으로 비코팅된 집전체를 사용하여 제조된 비교예 1, 비교예 2의 리튬 이차 전지 및 종래 고분자로 코팅된 집전체를 사용하여 제조된 비교예 3의 전지를 사용하였다.
각 전지를 50℃에서 0.2C / 0.5C로 50회 충방전을 실시하였으며, 충방전에 따른 각 전지의 효율을 하기 표 1에 기재하였다.
실험 결과, 비코팅된 집전체를 사용한 비교예 1및 비교예 2의 전지는 50회 충방전 실시 후 60% 이하의 충방전 효율을 나타냈는데, 이는 고온에서 반복되는 충방전으로 인해 집전체로부터 전극활물질층의 박리 등이 발생하여 전지의 성능 저하가 야기된 것을 의미한다. 또한, 종래 통상적인 고분자로 코팅된 집전체를 사용한 비교예 3의 전지는 비처리된 비교예 1및 비교예 2의 전지 보다는 우수하나, 고온에서의 충방전 효율이 실시예 1 및 실시예 2의 전지에 비해 열등함을 관찰할 수 있었 다. 이는 고온에서 반복되는 충방전으로 인해 집전체로부터 전극활물질층의 박리되는 현상 및 이로 인한 전지 성능 저하가 종래 고분자에 의해서는 해결되지 못한다는 것을 입증하는 것이다.
이에 비해, 내열성 고분자가 코팅된 알루미늄 집전체를 사용한 실시예 1의 리튬 이차 전지는 82%의 충방전 효율을 나타냄으로써, 종래 집전체를 사용한 비교예 1의 전지보다 12% 정도의 현저한 충방전 효율 향상을 보여주었다. 마찬가지로, 구리 집전체 상에 내열성 고분자가 코팅된 집전체를 사용한 실시예 2의 전지는 비코팅된 집전체를 사용한 비교예 2의 전지에 비해 18% 정도의 충방전 효율 향상을 보여주었다. 또한, 종래 고분자로 코팅된 집전체를 사용한 비교예 3의 전지에 비해 우수한 충분한 효율 향상을 보여줌으로써, 일반 고분자를 적용한 종래 기술보다 훨씬 우월하다는 것을 파악할 수 있었다.
이로서, 본 발명에 따라 내열성 고분자가 코팅된 집전체는 전극활물질과 집전체 간의 결착성을 증가시켜 전지의 성능 향상을 확보할 수 있다는 것을 확인할 수 있었다.
전지 충방전 효율 (%)
실시예 1 82
비교예 1 60
실시예 2 75
비교예 2 57
비교예 3 68
본 발명에 따른 집전체는 우수한 내열성 및 접착력을 갖는 고분자로 코팅하 여 전극과 집전체 간의 결착성을 강화시킴으로써, 전지의 고온 성능을 향상시킬 수 있다.

Claims (14)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. (a) 집전체;
    (b) 상기 집전체의 한 면 또는 양면에 형성된, 용융 온도가 200℃ 이상인 고분자를 포함하는 내열성 고분자층; 및
    (c) 상기 내열성 고분자층상에 형성된 전극활물질층을 포함하는 전극.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 전극활물질 중 양극활물질은 리튬망간산화물, 리튬코발트산화물, 리튬니켈산화물 및 리튬철산화물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 리튬 흡착 물질(lithium intercalation material)이며, 음극활물질은 리튬 금속, 리튬 합금, 카본, 석유 코크(petroleum coke), 활성화 카본(activated carbon), 그래파이트(graphite) 및 금속산화물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 리튬 흡착 물질인 전극.
  9. 양극, 음극, 양 전극 사이에 개재된 분리막 및 전해액을 포함하는 리튬 이차 전지에 있어서, 상기 양극, 음극 또는 두 전극 모두가 제7항의 집전체 상에 전극활물질을 포함하는 전극 슬러리가 도포된 전극인 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지.
  10. (a) 용융 온도가 200℃ 이상인 고분자를 용매에 용해시켜 고분자 용액을 제조하는 단계;
    (b) 집전체 상에 상기 고분자 용액(a)을 코팅한 후 건조하는 단계
    를 포함하는 제7항에 기재된 용융 온도 200℃ 이상인 고분자로 코팅된 집전체의 제조방법.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 고분자 용액은 탄소 입자를 고분자 용액 100 중량% 당 0.01 내지 20 중량% 범위로 포함하는 것이 특징인 제조방법.
  12. 제 7항에 있어서, 상기 용융온도가 200℃ 이상인 내열성 고분자는 폴리이미드, 폴리에테르이미드, 폴리에테르에테르케톤, 폴리술폰, 폴리에테르술폰, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리아미드, 폴리카보네이트, 폴리페닐렌옥사이드, 폴리에스테르 및 폴리페닐렌설파이드로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것이 특징인 전극.
  13. 제 7항에 있어서, 상기 고분자층은 카본 블랙, 탄소 섬유, 탄소나노튜브, 활성탄으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 탄소 입자를 추가로 포함하는 것이 특징인 전극.
  14. 제 7항에 있어서, 상기 고분자층 두께는 0.001 내지 10㎛ 범위인 전극.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101023354B1 (ko) * 2007-06-22 2011-03-18 주식회사 엘지화학 전자전도도가 향상된 리튬티탄산화물
KR101150258B1 (ko) * 2007-07-16 2012-06-12 주식회사 엘지화학 열적 안정성이 우수한 전극조립체 및 이를 포함하는이차전지
WO2015016540A1 (ko) * 2013-07-29 2015-02-05 주식회사 엘지화학 이차전지용 전극 및 이를 포함하는 리튬 이차전지
KR102110800B1 (ko) 2016-10-26 2020-05-14 주식회사 엘지화학 카본 나노 튜브 시트를 포함하고 있는 이차전지용 전극
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US11469412B2 (en) 2018-05-02 2022-10-11 Lg Energy Solution, Ltd. Anode for lithium metal battery, manufacturing method of the same, lithium metal battery including the same
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR980012686A (ko) * 1996-07-09 1998-04-30 홍건희 리튬이온 이차 전지 및 그의 제조 방법
KR20010097747A (ko) * 2000-04-26 2001-11-08 박호군 나노미터 크기의 섬유상 고분자로 이루어진 고분자막 및이로부터 얻어진 탄소막
KR20010104539A (ko) * 2000-05-15 2001-11-26 김순택 리튬 2차 전지용 전극판, 그 제조방법 및 상기 전극판을채용하고 있는 리튬 2차 전지
KR20030084696A (ko) * 2002-04-24 2003-11-01 데이진 가부시키가이샤 리튬 이온 2차 전지용 분리기

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR980012686A (ko) * 1996-07-09 1998-04-30 홍건희 리튬이온 이차 전지 및 그의 제조 방법
KR20010097747A (ko) * 2000-04-26 2001-11-08 박호군 나노미터 크기의 섬유상 고분자로 이루어진 고분자막 및이로부터 얻어진 탄소막
KR20010104539A (ko) * 2000-05-15 2001-11-26 김순택 리튬 2차 전지용 전극판, 그 제조방법 및 상기 전극판을채용하고 있는 리튬 2차 전지
KR20030084696A (ko) * 2002-04-24 2003-11-01 데이진 가부시키가이샤 리튬 이온 2차 전지용 분리기

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