상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은
제1 집전체 상에 형성된 제1 양극 활물질층을 포함하는 제1 극판; 및
제2 집전체 상에 형성된 제2 양극 활물질층을 포함하는 제2 극판을 적어도 2층 이상 포함하고,
상기 제1 양극 활물질층 및 제2 양극 활물질층은 서로 다른 리튬 복합금속 산화물을 포함하는 것인 다층 구조의 리튬 이차 전지용 양극을 제공한다.
이때 상기 양극은 제1 양극 활물질층이 제2 양극 활물질층 또는 제2 극판과 접한다.
또한 상기 양극은 제1 극판과 제2극판이 적층 또는 중첩 권선되는 구조를 가진다.
그리고 본 발명은 제1 집전체 상에 제1 양극 활물질층을 형성하여 제1 극판을 제조하고, 제2 집전체 상에 제2 양극 활물질층을 형성하여 제2 극판을 제조하고, 상기 제1 극판 및 제2 극판을 합지하는 단계를 포함하는 다층 구조의 리튬 이차 전지용 양극의 제조방법을 제공한다.
또한 본 발명은 상기 다층 구조의 리튬 이차 전지용 양극이 구비된 리튬 이차 전지를 제공한다.
이하 본 발명의 하나의 사용례로서 더욱 상세히 설명한다.
종래 양극 활물질로 사용되고 있는 리튬 복합금속 산화물은 전압 특성이 우수하나 안전성 문제로 만충전이나 만방전이 불가능한 문제가 있다. 이를 극복하기 위해 다양한 금속이 도핑된 리튬 복합금속 산화물이 제안되고 있으나 여전히 만족 할만한 충방전 특성을 나타내고 있지 못하다.
본 발명에 따른 양극은 양극 활물질로 서로 다른 종류의 리튬 복합금속 산화물을 사용하여 각각의 리튬 복합금속 산화물이 가지고 있는 복합 특성을 갖게 된다. 즉, 상기 양극 활물질로 높은 방전 초기 전압과 낮은 용량 특성을 가지는 리튬 복합금속 산화물과, 낮은 방전 초기 전압과 높은 용량 특성을 가지는 리튬 복합금속 산화물을 사용한다. 그 결과, 상기 양극 활물질을 포함하는 양극은 이 둘의 장점인 높은 초기 방전 전압과 높은 방전 용량을 나타내 새로운 방전 전압 특성을 갖게 된다.
도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 양극의 구조를 나타낸 단면도이다. 도 1에서는 편의상 제1 극판(55a)과 제2 극판(56a)의 2층으로 적층된 구조로 표시하였으나, 중첩 권선 또한 가능하다.
도 1을 참조하면, 상기 양극은 제1 집전체(51a) 상에 형성된 제1 양극 활물질층(53a)을 포함하는 제1 극판(55a)과 제2 집전체(52a) 상에 형성된 제2 양극 활물질층(54a)이 형성된 제2 극판(56a)을 포함한다. 이때 제1 양극 활물질층(53a)은 제2 집전체(52a)와 접하도록 적층된다.
도 2는 본 발명의 제2 실시형태에 따른 양극의 구조를 나타낸 단면도이다.
도 2를 참조하면, 상기 양극은 제1 집전체(51b) 상에 형성된 제1 양극 활물질층(53b)을 포함하는 제1 극판(55b)과 제2 집전체(52b) 상에 형성된 제2 양극 활물질층(54b)이 형성된 제2 극판(56b)을 포함한다. 이때 제1 양극 활물질층(53b)은 제2 양극 활물질층(54b)과 접하도록 적층된다.
도 1 및 도 2에서 제시하는 양극의 제1 양극 활물질층(53a, 53b)과 제2 양극 활물질층(54a, 54b)의 활물질은 리튬 복합금속 산화물을 사용하되 서로 다른 리튬 복합금속 산화물을 사용한다.
이때 상기 제1 양극 활물질층(53a, 53b)에는 초기 방전 전압이 4.0 V 이상인 고전압 특성을 가지는 리튬 복합금속 산화물을 사용하고, 제2 양극 활물질층(54)에는 용량이 상온에서 180 내지 1500 mAh/g 인 고용량 특성을 가지는 리튬 복합금속 산화물을 사용한다. 그 결과 본 발명에 따른 양극은 고전압 특성 및 고용량 특성을 모두 가지게 된다.
다만, 상기 제1 양극 활물질층(53a, 53b)과 제2 양극 활물질층(54a, 54b)을 구성하는 리튬 복합금속 산화물은 서로 간 충전 종말 전압의 차는 0V 초과 1V 이하, 바람직하게는 0.001V 내지 1V이다. 상기 제1 양극 활물질층(53a, 53b)과 제2 양극 활물질층(54a, 54b)은 충전 종말 전압이 거의 유사한 리튬 복합금속 산화물을 선택 사용하는 것이 바람직하다. 이는, 전지의 과충전 메커니즘 측면에서 보면 다층으로 되어 있는 양극 극판들에서 어느 한쪽이 전위가 상대적으로 높은 쪽을 기준으로 충전하면 과충전되어 리튬 금속 석출이 일어나 안전성에 문제가 발생할 수 있으며, 낮은 쪽을 기준으로 충전하면 충전부족으로 에너지 효율이 떨어질 수 있기 때문이다.
구체적으로 상기 제1 양극 활물질층(53a, 53b)을 구성하는 활물질로는 하기 화학식 1로 표시되는 리튬 복합금속 산화물을 사용한다:
LiwMxM'yO4 -z
(상기 화학식 1에서, M은 Co, Ni, Mn 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종이고, M'는 Co, Ni, Mn, Al, Cr, Fe, Mg, La, Ce, Sr, V 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종이고, 0.9≤w≤1.1, 0<x≤2, 0≤y≤2, 및 0≤z≤2이다.)
바람직하기로, 상기 화학식 1의 화합물은 LiCoO2 또는 LiMn2O4와 여기에 전술한 바의 금속(M')이 다양하게 도핑된 리튬 복합금속 산화물이 가능하다. 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 초기 방전 전압이 4.0 V 내지 6.0 V으로 전지 구동시 우수한 충방전 특성을 나타낸다. 그러나 이러한 화합물은 용량이 상온에서 110 내지 180 mAh/g으로 비교적 저용량 특성을 가진다.
상기 저용량 특성을 보완하기 위해 제2 양극 활물질층(54a, 54b)에 고용량 특성을 가지는 리튬 복합금속 산화물을 활물질로 사용한다.
상기 제2 양극 활물질층(54a, 54b)을 구성하는 활물질은 하기 화학식 2로 표시되는 리튬 복합금속 산화물이 가능하다:
LiwMxM'yAqO4 -z
(상기 화학식 2에서, M은 Fe, Co, Ni, Mn 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종이고, M'는 Fe, Co, Ni, Mn, Al, Cr, Mg, La, Ce, Sr, V 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종이고, A는 F, S 및 P로 이루어진 군에서 선택 되는 원소이고, 0.9≤w≤1.1, 0≤x≤2, 0≤y≤2, 0≤q≤2, 0≤z≤2이다.)
바람직하기로, 상기 화학식 2의 화합물은 LiCoPO4, LiFePO4, LiNiCoMnO2, LiNiCoAlO2, Li/S계 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종이 가능하며, 가장 바람직하기로는 Li/S계나 LiFePO4 올리빈계 화합물이 가능하다
상기 화학식 2의 화합물은 용량이 110 mAh/g를 초과하고, 1500 mAh/g 이하이며, 바람직하기로 300 내지 1500 mAh/g으로 제1 양극 활물질층(53a, 53b)에 사용되는 활물질의 낮은 용량 특성을 충분히 보완할 수 있다.
더욱이 이러한 화학식 2의 화합물 단독으로 활물질로 사용하기에는 방전 전압이 낮은 문제가 있으며, 이러한 단점은 화학식 1의 화합물을 사용함으로써 해소된다.
그 대표적인 예로, 본 발명에 따른 양극은 제1 양극 활물질로 LiCoO2를 사용하고, 제2 양극 활물질로 LiFePO4로 사용한다.
상기 제1 양극 활물질로 사용되는 LiCoO2는 전자 전도도, 전지 전압이 높아 우수한 전극 특성을 가지나 안정성이 낮아 제한된 전압범위에서 사용하고, 사용 용량도 이론치의 50 내지 60% 정도 밖에 사용하지 못하고 있다. 또한 상기 제2 양극 활물질로 사용되는 LiFePO4는 안정성이 우수하고 방전 용량이 우수하나 방전 전압이 낮은 문제가 있다.
이에 본 발명에서와 같이 양극의 활물질로 이들 둘을 사용하는 경우 전지는 방전전압이 큰 제1 양극 활물질인 LiCoO2가 먼저 초기 방전 전위로부터 작동하고, 제2 양극 활물질인 LiFePO4가 갖는 초기 방전 전위에 도달하면, LiFePO4가 반응을 시작해서 최종 방전말기는 LiCoO2의 열화가 일어나기 전에 LiFePO4의 반응이 중단하는 원리로 된다.
따라서, 본 발명에서는 양극 활물질로 서로 다른 특성을 가지는 리튬 복합금속 산화물을 사용함으로써, 각 활물질이 가진 단점을 서로 보완하고 장점에 대한 시너지 효과를 얻음으로써 고전압, 고용량 특성을 가지는 양극의 제조를 가능케 한다.
이와 같이 본 발명에 따른 양극은 양극 활물질로 서로 다른 특성을 가지는 리튬 복합금속 산화물을 사용하여 2층 이상의 다층 구조로 제작한다. 상기 양극은 압착한 후 두께가 10 nm 내지 3000 ㎛를 가지도록 제조하며, 이때 제1 극판(55a, 55b) 및 제2 극판(56a, 56b)에 형성되는 제1 및 제2 양극 활물질층(53a, 53b, 54a, 54b)은 적어도 2층 이상, 최대 20층으로 적층될 수 있다.
바람직하기로, 화학식 1의 리튬 복합금속 산화물을 포함하는 제1 양극 활물질층(53a, 54b)은 압연 후 두께가 단면일 경우 5 nm 내지 1500 ㎛, 양면일 경우는 2배의 두께로 형성된다. 만약 층 두께가 상기 범위 미만이면 제1 양극 활물질층의 리튬 금속금속 산화물이 지닌 낮은 초기 방전 전위 특성의 효과를 얻을 수 없으며, 상기 범위를 초과하더라도 전술한 바의 효과가 더 이상 증가하지 않으므로, 경제적인 면을 고려하여 상기 범위 내에서 적절히 사용한다
또한 화학식 2의 리튬 복합금속 산화물을 포함하는 제2 양극 활물질층(54a, 54b)은 압연 후 두께가 단면일 경우 5 nm 내지 1500 ㎛, 양면일 경우는 2배의 두께로 형성한다. 만약 층 두께가 상기 범위 미만이면 제2 양극 활물질층의 리튬 금속금속 산화물이 지닌 높은 방전 특성의 효과를 얻을 수 없으며, 상기 범위를 초과하더라도 전술한 바의 효과가 더 이상 증가하지 않으므로, 경제적인 면을 고려하여 상기 범위 내에서 적절히 사용한다.
이때 제1 집전체(51a, 51b) 및 제2 집전체(52a, 52b)는 서로 같거나 다르며, 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, Ag, Au, Pt, Pd, Al, Ni, Cu, Ti, V, Cr, Fe, Co, Mn 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종이 사용될 수 있다.
전술한 바의 다층 구조를 가지는 양극은
a) 제1 집전체 상에 제1 양극 활물질층을 형성하여 제1 극판을 제조하고,
b) 제2 집전체 상에 제2 리튬 복합금속 산화물층을 형성하여 제2 극판을 제조하고,
c) 상기 제1 극판 및 제2 극판을 합지하는 단계를 포함하여 제조한다.
구체적으로, 단계 a)에서는 제1 집전체 상에 제1 양극 활물질층을 형성하여 제1 극판을 제조한다.
이때 제1 양극 활물질층의 형성은 공지된 바의 건식 방법 또는 습식 방법으로 이루어진다.
상기 건식 방법으로는 도전재는 사전 표면 처리한 것과 결합제는 열간 성형 하는 공법, 코팅마그네트론 스퍼터링, 펄스 레이저 증착(pulsed laser deposition), 및 이온빔 스퍼터링법으로 이루어진 군에서 선택된 1종이 가능하다.
또한 습식 방법으로는 각각의 제1 및 제2 리튬 복합금속 산화물을 포함하는 양극 활물질 형성용 조성물을 제조한 후, 직접 코팅하거나 라미네이션한 후 열처리하여 제조한다. 이때 양극 활물질 형성용 조성물은 통상의 도전제, 결합제 및 용매를 포함한다.
상기 도전제는 카본 블랙, 흑연, 금속 분말을 사용하며, 결합제는 비닐리덴플루오라이드/헥사플루오로프로필렌 코폴리머, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리테트라플루오로에틸렌 및 그 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것을 사용할 수 있다. 또한 용매는 N-메틸피롤리돈, 아세톤, 테트라하이드로퓨란, 데칸 등을 사용할 수 있다. 이때 양극 활물질, 도전제, 결합제 및 용매의 함량은 리튬 이차 전지에서 통상적으로 사용하는 수준으로 사용된다.
다음으로, 단계 b)에서는 제2 집전체 상에 제2 양극 활물질층을 형성하여 제2 극판을 제조한다.
이때 제2 극판의 제조는 상기 제1 극판의 제조방법과 동일한 방법으로 수행된다.
다음으로, 단계 c)에서는 상기 단계 a) 및 b)에서 제조된 제1 및 제2 극판을 합지하여 다층 구조의 양극을 제조한다. 이때 제1 및 제2 극판을 적어도 1개 이상씩 최대 20층까지 합지하여 다층 구조의 양극을 제조한다.
이때 상기 다층 구조의 양극은 단순 적층된 구조로 제작하거나 중첩 권선된 구조로 제조가 가능하다.
또한 상기 다층 구조의 양극은 단계 c)를 통해 제1 양극 활물질층이 제2 집전체와 접촉하도록 합지하여 도 1에서 보여지는 구조를 갖도록 제조하거나, 제2 양극 활물질층이 제1 집전체와 접촉하도록 합지하여 도 2에서 보여지는 구조를 갖도록 제조한다.
한편, 본 발명에 따른 양극은 리튬 복합금속 산화물층을 집전제의 양쪽 면에 형성하여 바이셀(bicell)의 구조를 구현할 수 있다.
도 3은 본 발명에 제3 실시형태에 따른 바이셀 구조의 양극의 구조를 나타낸 단면도이다.
도 3을 참조하면, 바이셀 구조의 양극은
제1 집전체(151)의 양쪽 면에 제1 양극 활물질층(153a, 153b)이 형성된 제1 극판(155); 및
제2 집전체(152)의 양쪽 면에 제2 양극 활물질층(154a, 154b)이 형성된 제2 극판(156)을 포함하며, 상기 제1 극판(155) 및 제2 극판(156)이 적어도 2층 이상 적층된 다층 구조를 가진다.
상기 제1 집전체(151), 제2 집전체(152), 제1 양극 활물질층(153a, 153b) 및 제2 양극 활물질층(154a, 154b)은 상기 제1 실시형태에서 언급한 바를 따른다.
다만, 이때 제1 또는 제2 양극 활물질층(153a, 153b, 154a, 154b)을 각각의 제1 및 제2 집전체(151, 152)의 양쪽 면에 형성함으로써 바이셀 구조의 양극을 구 현한다.
전술한 바의 제1, 제2 및 제3 실시형태에서 제시된 다층 구조의 양극은 리튬 이차 전지의 양극으로 바람직하게 도입될 수 있다.
도 4는 본 발명의 제4 실시 형태에 따른 각형 리튬 이차 전지의 단면도이다. 도 4를 참조하면, 양극(2)과 음극(4) 사이에 세퍼레이터(6)를 삽입하여 이를 권취하여 전극조립체(8)를 형성한 다음 케이스(10)에 넣어 제조된다. 상기 전지의 상부는 캡 플레이트(12)와 가스켓(14)으로 밀봉한다. 상기 양극(2) 및 음극(4)에 각각 양극 탭(18)과 음극 탭(20)을 설치하고 절연체(22, 24)는 전지의 내부 단락을 방지하기 위하여 삽입된다. 전지를 밀봉하기 전에 전해질(26)을 주입하고, 주입된 전해질(26)은 세퍼레이터(6)에 함침된다.
도면에는 각형 이차 전지를 도시한 것이지만 본 발명의 리튬 이차 전지가 이 형상으로 한정되는 것은 아니며, 각형 이외에 원통형, 코인형, 파우치형 등 전지로서 작동할 수 있는 어떠한 형상도 가능함은 당연하다.
상기 양극은 전술한 바에 따라 다층 구조로 제조한다. 이때 상기 다층 구조의 양극은 적층 순서는 제1 극판 또는 제2 극판 중 어느 하나의 극판이 세퍼레이터와 접하더라도 무관하며, 바람직하기로는 제1 극판이 세퍼레이터와 접하도록 위치시킨다.
상기 음극은 양극과 마찬가지로 음극 활물질 조성물을 사용하여 음극 집전체에 형성한다. 이때 음극 활물질은 리튬을 인터칼레이션/디인터칼레이션할 수 있는 재료가 사용되고, 예컨대, 리튬 금속이나 리튬 합금, 코크스, 인조 흑연, 천연 흑 연, 유기 고분자 화합물 연소체, 탄소 섬유 등을 사용한다. 상기 음극은 양극과 마찬가지로 건식 방법에 의해 형성하거나, 도전제, 결합제 및 용매를 포함하여 습식 방법에 의해 형성한다.
상기 세퍼레이터는 리튬 이차 전지에서 통상적으로 사용되는 것이라면 모두 다 사용가능하며, 일예로 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.
상기 리튬 이차 전지에 충전되는 전해질로는 비수성 전해질 또는 공지된 고체 전해질 등이 사용 가능하며, 리튬염이 용해된 것을 사용한다.
상기 비수성 전해질의 용매는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 에틸렌 카보네이트, 프로필렌 카보네이트, 부틸렌 카보네이트, 비닐렌 카보네이트 등의 환상 카보네이트; 디메틸 카보네이트, 메틸에틸 카보네이트, 디에틸 카보네이트 등의 쇄상 카보네이트; 아세트산메틸, 아세트산에틸, 아세트산프로필, 프로피온산메틸, 프로피온산에틸, γ-부티로락톤 등의 에스테르류; 1,2-디메톡시에탄, 1,2-디에톡시에탄, 테트라히드로푸란, 1,2-디옥산, 2-메틸테트라히드로푸란 등의 에테르류; 아세토니트릴 등의 니트릴류; 디메틸포름아미드 등의 아미드류 등을 사용할 수 있다. 이들을 단독 또는 복수개 조합하여 사용할 수 있다. 특히, 환상 카보네이트와 쇄상 카보네이트와의 혼합 용매를 바람직하게 사용할 수 있다.
또한 전해질로서, 폴리에틸렌옥시드, 폴리아크릴로니트릴 등의 중합체 전해질에 전해액을 함침한 겔상 중합체 전해질이나, LiI, Li3N 등의 무기 고체 전해질이 가능하다.
이때 리튬염은 LiPF6, LiBF4, LiSbF6, LiAsF6, LiClO4, LiCF3SO3, Li(CF3SO2)2N, LiC4F9SO3, LiSbF6, LiAlO4, LiAlCl4, LiCl, 및 LiI로 이루어진 군에서 선택된 1종이 가능하다.
이러한 본 발명의 다층 구조의 양극을 포함하는 리튬 이차 전지는 방전 특성을 계측하면 초기에는 방전 전압이 높은 제1 양극 활물질층에 포함된 화학식 1의 화합물에 의한 특성이 나타나고, 후기에는 방전 전압이 낮고 용량 특성이 우수한 제2 양극 활물질층에 포함된 화학식 2의 화합물에 의한 특성이 나타난다. 그 결과, 본 발명에 따른 리튬 이차 전지는 고용량 및 고전압 특성을 나타낼 뿐만 아니라 수명 특성이 향상된다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나 하기 실예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일 뿐 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
실시예
1:
LiCoO
2
/
Al
/
LiFePO
4
/
Al
다층 구조의 양극 및 전지 제조
양극
LiCoO2 양극 활물질, 슈퍼 P(도전제), 및 폴리비닐리덴 플루오라이드(바인더)를 96/2/2의 중량비로 혼합하여 제1 양극 활물질층 형성용 조성물을 제조하였다. 상기 제1 양극 활물질층 형성용 조성물을 제1 집전체인 Al-포일 상에 코팅하고, 130 ℃에서 20 분간 건조하여 제1 극판을 제조하였다.
LiFePO4 양극 활물질, 슈퍼 P(도전제), 및 폴리비닐리덴 플루오라이드(바인더)를 96/2/2의 중량비로 혼합하여 제2 양극 활물질층 형성용 조성물을 제조하였다. 상기 제2 양극 활물질층 형성용 조성물을 제2 집전체인 Al-포일 상에 코팅하고, 130 ℃에서 20 분간 건조하여 제2 극판을 제조하였다.
이어 제1 극판 상에 제2 극판을 위치시키고 1톤의 압력으로 압연하여 LiCoO2/Al/LiFePO4/Al의 다층 구조의 양극 극판을 제조하였다. 이때 LiCoO2층은 50 ㎛, LiFePO4 층은 약 80 ㎛이었다.
전지
상기 제조된 양극과 리튬 금속을 대극으로 사용하여 라미네이트형의 전지를 제조하였다. 이때, 다공성 폴리에틸렌막(두께: 25 ㎛)을 세퍼레이터로 하고, 에틸렌 카보네이트(EC)와 디메틸 카보네이트(DMC)를 3:7 부피비로 혼합한 용매에 1M LiPF6가 용해된 전해질을 사용하였다. 또한 양극의 LiCoO2의 제1 리튬금속 산화물층이 세퍼레이트와 접하도록 위치시켰다.
실시예
2:
LiFePO
4
/
Al
/
LiCoO
2
/
Al
다층 구조의 양극 및 전지 제조
상기 실시예 1과 동일하게 수행하되, 전지 제조시 제2 극판 상에 제1 극판을 위치시켜 LiFePO4/Al/LiCoO2/Al의 다층 구조의 양극을 제조하고, 이를 이용하여 전지를 제조하였다.
이때 양극의 LiCoO2층은 50 ㎛, LiFePO4 층은 두께가 약 80 ㎛이었으며, LiFePO4층이 세퍼레이트와 접하도록 위치시켰다.
실시예
3:
LiMn
2
O
4
/
Al
/
LiNiO
2
/
Al
다층 구조의 양극 및 전지 제조
제1 리튬 복합금속 산화물로 LiMn2O4를 사용하고, 제2 리튬 복합금속 산화물로 LiNiO2를 사용한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 양극 및 전지를 제조하였다.
이때 양극의 LiMn2O4층은 두께가 50 ㎛이고, LiNiO2층은 두께가 80 ㎛이었으며, LiMn2O4층이 세퍼레이트와 접하도록 위치시켰다.
비교예
1:
LiCoO
2
/
Al
구조의 양극 및 전지 제조
LiCoO2, 슈퍼 P(도전제), 및 폴리비닐리덴 플루오라이드(바인더)를 96/2/2의 중량비로 혼합하여 조성물을 제조한 다음, Al-포일 상에 코팅하고, 130 ℃에서 20 분간 건조하여 양극을 제조하였다. 이때 양극의 LiCoO2층은 두께가 50 ㎛이었다.
상기 제조된 양극을 이용하여 실시예 1과 동일하게 수행하여 전지를 제조하였다.
비교예
2:
LiFePO
4
/
Al
구조의 양극 및 전지 제조
양극 활물질로 LiFePO4를 단독으로 사용한 것을 제외하고는 상기 비교예 1과 동일하게 수행하여 양극 및 전지를 제조하였다. 이때 양극의 LiFePO4층은 두께가 80 ㎛이었다.
비교예
3:
LiCoO
2
/
LiFePO
4
/
Al
다층 구조의 양극 및 전지 제조
LiFePO4, 슈퍼 P(도전제), 및 폴리비닐리덴 플루오라이드(바인더)를 96/2/2의 중량비로 혼합하여 제1 조성물을 제조하고, LiCoO2, 슈퍼 P(도전제), 및 폴리비닐리덴 플루오라이드(바인더)를 96/2/2의 중량비로 혼합하여 제2 조성물을 제조하였다.
상기 제1 조성물을 Al-포일 상에 코팅한 다음, 그 상부로 제2 조성물을 코팅한 다음, 130 ℃에서 20 분간 건조하여 LiCoO2/LiFePO4/Al 다층 구조의 양극을 제조하였다. 이때 양극의 LiFePO4층은 두께가 80 ㎛이고, LiCoO2층은 두께가 50 ㎛이었으며, LiCoO2층이 세퍼레이트와 접하도록 위치시켰다.
상기 제조된 양극을 이용하여 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 전지를 제조하였다.
실험예
1: 전지 특성
상기 실시예 1, 비교예 1 및 비교예 2에서 제조된 전지의 특성을 알아보기 위해 0.2C 충방전 속도로 4.3V∼2.75V의 범위에서 충방전을 실시한 후, 그 결과를 도 5에 나타내었다.
도 5는 실시예 1, 비교예 1 및 비교예 2에서 제조된 전지의 충방전 결과를 보여주는 그래프이다.
도 5를 참조하면, 비교예 1의 Al/LiCoO2 구조의 양극이 구비된 전지는 방전 전위가 4.2 V이고, 방전 용량이 1000 mAh이고, 방전 전위는 높으나 용량 특성이 낮으며, 비교예 2의 Al/LiFePO4 구조의 양극이 구비된 전지는 방전 전위가 3.5 V이고, 방전 용량이 1500 mAh으로, 용량 특성은 우수하나 방전 전위가 낮음을 알 수 있다. 이와 비교하여 본 발명에 따른 실시예 1에서 제조된 Al/LiCoO2/Al/LiFePO4 다층 구조의 양극이 구비된 전지는 방전 전위가 4.3 V이고, 방전 용량이 1550 mAh로, 방전 전위 및 방전 용량 특성이 우수함을 알 수 있다.