KR100893486B1 - Electrode comprising organic/inorganic composite deposited by electrochemical deposition and their preparation method, electrochemical device comprising the above electrode - Google Patents

Electrode comprising organic/inorganic composite deposited by electrochemical deposition and their preparation method, electrochemical device comprising the above electrode Download PDF

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Abstract

본 발명은 집전체의 일면 또는 양면상에 음극활물질층이 형성되는 음극에 있어서, 상기 음극활물질층은 (a) Si, 및 Sn로 구성되는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 (준)금속; 및 (b) 전기화학적으로 고분자화 가능한 치환기로서, 비닐기, 아릴기, 아크릴레이트기, 메타아크릴레이트기, 환상 락톤 및 환상 카보네이트로 구성된 군으로부터 선택되는 1종 이상의 치환기가 화학결합된 복합체(hybrid)를 포함하며, 상기 고분자화 가능한 치환기는 집전체와 결합하여 고정되고, 상기 (준)금속은 인접하는 다른 (준)금속과 상호 화학결합되는 것이 특징인 음극 및 이의 제조방법을 제공한다. 또한 본 발명은 전술한 전극을 구비하는 전기 화학 소자를 제공한다.The negative electrode active material layer is formed on one or both surfaces of the current collector, the negative electrode active material layer is (a) at least one (semi) metal selected from the group consisting of Si and Sn; And (b) an electrochemically polymerizable substituent, wherein the at least one substituent selected from the group consisting of vinyl group, aryl group, acrylate group, methacrylate group, cyclic lactone and cyclic carbonate is chemically bonded ), Wherein the polymerizable substituent is fixed in combination with a current collector, and the (semi) metal is mutually chemically bonded to another adjacent (semi) metal to provide a negative electrode and a method of manufacturing the same. The present invention also provides an electrochemical device having the electrode described above.

본 발명에서는 이온 결합성 치환기와 고분자화 가능 치환기를 동시에 포함하는 (준)금속 함유 화합물을 전구체 화합물로 사용하여 전기 화학 증착된 전극을 제공함으로써, 전극의 접착력 증대 및 이로 인한 전지의 장수명 특성을 나타낼 수 있다.The present invention provides an electrochemically deposited electrode using a (quasi) metal-containing compound including an ionically bonded substituent and a polymerizable substituent as a precursor compound, thereby increasing the adhesive strength of the electrode and thereby exhibiting long life characteristics of the battery. Can be.

전기 화학 증착, 유기물, 복합체, 전극활물질, 전기 화학 소자, 리튬 이차 전지 Electrochemical Vapor Deposition, Organic Material, Composite, Electrode Active Material, Electrochemical Device, Lithium Secondary Battery

Description

전기화학적으로 증착된 유무기 복합체를 포함하는 전극 및 이의 제조방법, 상기 전극을 구비하는 전기 화학 소자{ELECTRODE COMPRISING ORGANIC/INORGANIC COMPOSITE DEPOSITED BY ELECTROCHEMICAL DEPOSITION AND THEIR PREPARATION METHOD, ELECTROCHEMICAL DEVICE COMPRISING THE ABOVE ELECTRODE}ELECTRODE COMPRISING ORGANIC / INORGANIC COMPOSITE DEPOSITED BY ELECTROCHEMICAL DEPOSITION AND THEIR PREPARATION METHOD, ELECTROCHEMICAL DEVICE COMPRISING THE ABOVE ELECTRODE}

본 발명은 전지의 충방전시 전극활물질의 큰 부피 변화에 기인되어 발생하는 전극활물질 입자의 균열 및/또는 미분화, 전극활물질과 집전체와의 증착면에서의 전기적 분리가 현저히 억제됨으로써 접착력 증대 및 수명 특성이 향상된 전극 및 이의 제조방법, 상기 전극을 구비하는 전기 화학 소자에 관한 것이다. The present invention significantly improves adhesion and lifespan by significantly inhibiting cracking and / or micronization of electrode active material particles and electrical separation of electrode active materials and current collectors due to large volume change of electrode active materials during charging and discharging of batteries. The present invention relates to an electrode having improved characteristics, a method of manufacturing the same, and an electrochemical device including the electrode.

실리콘, 주석, 구리 등은 리튬 이차 전지용 음극 재료로서, 탄소 재료를 대체할 수 있는 물질이다. 현재 상용화된 흑연질 재료의 경우 이론 용량이 372 mAh/g이나, 실리콘은 4000 mAh/g 이상의 매우 큰 이론 용량을 지니고 있다. 그러나 전술한 음극 물질은 열악한 수명 특성을 보이는데, 그 주요 원인은 충방전시 수반되는 전극활물질의 매우 큰 부피 변화이다.Silicon, tin, copper, and the like are negative electrode materials for lithium secondary batteries, and can replace carbon materials. The theoretical capacity currently available for graphite materials is 372 mAh / g, while silicon has a very large theoretical capacity of 4000 mAh / g or more. However, the above-described negative electrode material exhibits poor lifespan characteristics. The main reason is a very large volume change of the electrode active material involved in charging and discharging.

충방전시 수반되는 전극활물질의 부피 변화를 최소화하기 위해, 여러 가지 시도들이 있어 왔으나, 그 중 이들 물질의 입자 크기를 조절하는 방법이 가장 효과 적인 것으로 알려져 왔다. 즉, 수십 nm 이하의 나노 입자를 음극으로 사용하는 전지는 비교적 우수한 성능을 보인다. 이러한 나노 입자를 제조하는 방법으로서 high energy ball milling 방법이나 laser depositione 등의 방법들이 제안되고 있다. 그러나 이들 방법은 공정이 복잡하여 제조단가를 상승시키고, 제조된 나노 입자의 표면이 쉽게 산화물로 변화하는 문제점이 있었다.In order to minimize the volume change of the electrode active materials involved in charging and discharging, various attempts have been made, and among them, the method of controlling the particle size of these materials has been found to be the most effective. That is, a battery using nanoparticles of several tens of nm or less as a negative electrode shows relatively good performance. As a method of manufacturing such nanoparticles, methods such as a high energy ball milling method and a laser depositione have been proposed. However, these methods have a problem in that the process is complicated and the manufacturing cost is increased, and the surface of the prepared nanoparticles is easily changed to oxide.

한편, 전기화학 증착법(electrodeposition)은 나노 입자를 간단히 제조할 수 있는 방법이다. 현재 전기화학 증착법으로 제조된 Sn을 음극으로 사용하는 리튬 이차 전지는 이미 다수의 연구 결과가 발표된 상태인 반면, Si의 전기화학 증착 연구는 상대적으로 미진한 실정이다. 이러한 연구의 일례로서, 최근 SiCl4를 전구체로 사용하여 비정질 Si을 합성하여 반도체 소자 제조에 응용하려는 시도와 Si(OEt)4를 전구체로 사용하여 탄소 재료 위에 Si을 증착시켜 리튬 이온 이차 전지용 음극으로 사용하려는 시도가 있었다. On the other hand, electrochemical deposition (electrodeposition) is a method that can easily prepare nanoparticles. Lithium secondary batteries using Sn as a negative electrode manufactured by the current electrochemical deposition method has already been published a number of studies, while the electrochemical deposition of Si is relatively poor. As an example of this research, an attempt has recently been made to synthesize amorphous Si using SiCl 4 as a precursor and to apply it to semiconductor device fabrication, and Si is deposited on a carbon material using Si (OEt) 4 as a precursor to form a negative electrode for a lithium ion secondary battery. There was an attempt to use it.

그러나 이와 같이 제조되는 Sn이나 Si을 리튬 이온 이차 전지용 음극으로 사용하는 경우, 종래 high energy ball milling 방법이나 laser deposition과 같은 방법으로 제조된 음극의 특성에 비해 큰 개선점을 보이지 않았다. 즉, 충방전이 진행됨에 따라 전극활물질 입자에 균열이 발생하여 입자의 미분화가 일어나거나 전극활물질과 집전체 간의 증착면에서의 전기적 분리가 일어나는 문제점을 여전히 보유함에 따라 전극이 열화되어 수명 특성이 급격히 저하되는 문제점이 존재하였다.However, when using the Sn or Si prepared as a negative electrode for a lithium ion secondary battery, it did not show a significant improvement compared to the characteristics of the negative electrode manufactured by a method such as conventional high energy ball milling method or laser deposition. In other words, as the charge and discharge progresses, the electrode active material particles are cracked, resulting in micronization of the particles or electrical separation at the deposition surface between the electrode active material and the current collector. There was a problem of deterioration.

본 발명은 전술한 전기 화학 증착법을 통해 음극을 구성하되, 전기 화학 증착법의 전구체(precursor) 화합물로서, 전기 화학적으로 고분자화 가능한 유기 치환기와 이온 결합성 치환기를 동시에 포함하고 리튬을 흡장/탈리할 수 있는 (준)금속이 함유된 화합물을 사용하면, 상기 언급된 문제점을 해결함과 동시에 전극활물질의 부피 팽창 억제 및 전극활물질과 집전체와의 결합력 증대를 통한 음극의 수명 특성 증대가 도모된다는 것을 밝혀낸 것에 기인한다. The present invention constitutes a cathode through the above-described electrochemical vapor deposition, but is a precursor compound of the electrochemical vapor deposition, and includes an electrochemically polymerizable organic substituent and an ion-bonding substituent at the same time, and may occlude / desorb lithium. The use of a compound containing a (qua) metal solved the above-mentioned problems and found that the improvement of the life characteristics of the negative electrode was achieved by suppressing the volume expansion of the electrode active material and increasing the bonding force between the electrode active material and the current collector. Due to

이에, 본 발명은 전술한 바와 같이 전극활물질과 집전체 간의 증착면 접착력 증대 및 개선된 수명 특성을 부여하는 전극 및 이의 제조방법, 상기 전극을 구비하는 전기 화학 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.Accordingly, an object of the present invention is to provide an electrode, a method of manufacturing the same, and an electrochemical device including the electrode, which increases adhesion of the deposition surface between the electrode active material and the current collector and provides improved life characteristics as described above.

본 발명은 집전체의 일면 또는 양면상에 음극활물질층이 형성되는 음극에 있어서, 상기 음극활물질층은 (a) Si, 및 Sn로 구성되는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 (준)금속; 및 (b) 전기화학적으로 고분자화 가능한 치환기로서, 비닐기, 아릴기, 아크릴레이트기, 메타아크릴레이트기, 환상 락톤 및 환상 카보네이트로 구성된 군으로부터 선택되는 1종 이상의 치환기가 화학결합된 복합체(hybrid)를 포함하며, 상기 고분자화 가능한 치환기는 집전체와 결합하여 고정되고, 상기 (준)금속은 인접하는 다른 (준)금속과 상호 화학결합되는 것이 특징인 음극 및 이의 제조방법, 상기 전극을 구비하는 전기 화학 소자, 바람직하게는 리튬 이차 전지를 제공한다. The negative electrode active material layer is formed on one or both surfaces of the current collector, the negative electrode active material layer is (a) at least one (semi) metal selected from the group consisting of Si and Sn; And (b) an electrochemically polymerizable substituent, wherein the at least one substituent selected from the group consisting of vinyl group, aryl group, acrylate group, methacrylate group, cyclic lactone and cyclic carbonate is chemically bonded And a polymerizable substituent is fixed in combination with a current collector, and the (quasi) metal is mutually chemically bonded to another neighboring (quasi) metal, and a method of manufacturing the same. It provides an electrochemical device, preferably a lithium secondary battery.

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본 발명에서는 전기 화학적으로 증착된 전극을 구비함으로써, 충방전시 전극 활물질의 부피 변화에 의한 전극의 열화 방지, 집전체와의 증착면 증대를 통해 전지의 장수명 특성을 제공할 수 있다.In the present invention, by providing an electrode that is electrochemically deposited, it is possible to provide long life characteristics of the battery by preventing the deterioration of the electrode due to the volume change of the electrode active material during charging and discharging, increasing the deposition surface with the current collector.

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

본 발명에서는 전극활물질로서 종래 탄소 재료를 대체할 수 있는 물질, 예컨대 Si, Sn 또는 이들의 혼합물 등을 전기 화학 증착법을 이용하여 전극, 바람직하게는 음극을 구성하되, 충방전시 수반되는 이들의 큰 부피 변화를 억제함과 동시에 전극활물질과 집전체 간의 접착력 증대를 도모하기 위해, 특정 치환기를 갖는 전술한 (준)금속 함유 화합물을 전구체(precursor) 화합물로 사용하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, an electrode, preferably a cathode, is formed of an electrode active material, which can replace a conventional carbon material, such as Si, Sn, or a mixture thereof, by using an electrochemical vapor deposition method, and those largely involved in charging and discharging. In order to suppress the volume change and increase the adhesion between the electrode active material and the current collector, the above-mentioned (quasi) metal-containing compound having a specific substituent is used as a precursor compound.

상기 (준)금속 함유 화합물에 포함되는 특정 치환기는 크게 2가지인데, 첫째는 이온 결합성 치환기이며, 둘째는 전기 화학적으로 고분자화 가능한 치환기이다. 이들 치환기는 용매에 용해된 후 서로 상이한 작용을 도모하는데, 예컨대 상기 전구체 화합물 중 이온 결합성 치환기 부분은 용매에 용해된 후 음이온으로 해리되는 반면, 전구체 화합물 중 나머지 부분, 예컨대 고분자화 가능한 치환기(유기물)와 리튬을 흡장 및 방출할 수 있는 (준)금속 부분은 화학결합을 통해 연결된 복합체(hybrid) 형태를 나타낸 채 양이온으로 해리되게 된다. 이러한 용액상에 통전 가능한 기판(예, 집전체)을 침지시킨 후 일정 전류를 인가하게 되면 상기 양이온 또는 음이온은 정전기적 인력에 의해 각기 상이한 전하를 띠는 전극쪽으로 이동하게 되고 결과적으로 양이온을 띠는 복합체(hybrid) 부분은 음극상에 전술한 성분을 포 함하는 전극활물질 층을 증착시키게 된다. There are two specific substituents included in the (quasi) metal-containing compound, the first being an ionic bond substituent, and the second being an electrochemically polymerizable substituent. These substituents dissolve in a solvent and then act differently from each other. For example, the ionic bonding substituent portion of the precursor compound is dissociated into an anion after dissolving in a solvent, while the remaining portion of the precursor compound, such as a polymerizable substituent (organic matter) ) And (qua) metal parts capable of occluding and releasing lithium are dissociated into cations in the form of hybrids connected through chemical bonds. When a constant current is applied after immersing an electrically conductive substrate (eg, a current collector) in such a solution, the cations or anions move toward electrodes having different charges due to electrostatic attraction, resulting in positive The hybrid portion deposits an electrode active material layer containing the aforementioned components on the cathode.

이와 같이 양이온을 띠는 고분자화 가능한 치환기와 리튬을 흡장 및 방출할 수 있는 (준)금속의 복합체 부분이 전기 화학 증착되어 형성된 전극은 하기와 같은 효과를 도모할 수 있다. The electrode formed by the electrochemical deposition of a complex portion of a cationically polymerizable substituent and a (quasi) metal capable of occluding and releasing lithium can achieve the following effects.

전술한 Si, Sn, Cu, Bi 등의 물질과 바인더를 포함하는 종래 음극은 단순히 음극 물질과 바인더가 물리적으로 혼합된 상태로 존재하였으므로, 충방전시 수반되는 음극활물질의 큰 부피 변화를 억제하지 못하였을 뿐만 아니라, 부피 변화에 기인된 전극활물질 입자의 균열 발생 및 미분화를 근본적으로 해결할 수 없었다.The conventional negative electrode including the above-described materials such as Si, Sn, Cu, Bi, and the binder simply existed in a state in which the negative electrode material and the binder are physically mixed, and thus cannot suppress a large volume change of the negative electrode active material accompanying charging and discharging. In addition, crack generation and micronization of the electrode active material particles due to the volume change could not be basically solved.

이에 비해, 본 발명에서는 전술한 고분자화 가능한 치환기와 리튬을 흡장 및 방출할 수 있는 (준)금속의 복합체 부분을 집전체 상에 증착시, 전극활물질로서 사용 가능한 (준)금속과 이미 화학 결합하고 있는 유기물(고분자화 가능한 치환기)은 집전체와 물리적 또는 화학적 결합 형성을 통해 전극을 구성할 수 있다. 따라서, 준금속과 화학 결합을 통해 연결된 유기물에 의해 충방전시 수반되는 (준)금속의 부피 팽창에 따른 응력을 완화시켜 전극의 퇴화 문제를 해결할 수 있을 뿐만 아니라, 전극활물질 층과 집전체와의 증착면에서의 전기적 분리 현상 역시 유의적으로 감소시켜 전지의 장수명 특성을 도모할 수 있다. In contrast, in the present invention, when depositing a complex portion of the above-mentioned polymerizable substituent and a (semi) metal capable of occluding and releasing lithium on a current collector, it is already chemically bonded to the (semi) metal that can be used as an electrode active material. Organic matter (polymerizable substituents) may form an electrode through physical or chemical bond formation with the current collector. Therefore, the problem of electrode deterioration can be solved by relieving the stress caused by the volume expansion of the (metal) involved in charging and discharging by the organic material connected through the metal bond and the chemical bond, and the electrode active material layer and the current collector. Electrical separation at the deposition surface is also significantly reduced, which can lead to longer battery life.

본 발명에 따라 집전체 상에 형성되는 전극활물질은 Si 및 Sn으로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 (준)금속과 유기물이 서로 화학 결합된 복합체(hybrid)를 포함한다. 이때 상기 결합은 당 업계에 알려진 통상적인 화학 결합, 예컨대 분자 내 결합을 모두 포함한다.The electrode active material formed on the current collector according to the present invention includes a hybrid in which one or more (quasi) metals and organics selected from the group consisting of Si and Sn are chemically bonded to each other. The bond then includes all conventional chemical bonds known in the art, such as intramolecular bonds.

상기 전극활물질 중 리튬을 흡장 및 방출할 수 있는 (준)금속은 전술한 성분, 예컨대 Si, Sn, 또는 이들의 혼합 성분 등에 제한되지 않으며, 그 외 당 업계에 알려진 통상적인 전극활물질 성분을 추가로 포함할 수 있다. The (quasi) metal capable of occluding and releasing lithium in the electrode active material is not limited to the aforementioned components, such as Si, Sn, or a mixed component thereof, and may further include conventional electrode active material components known in the art. It may include.

또한, 상기 전극활물질 중 유기물은 전기 화학적으로 고분자화 가능한 치환기를 포함할 수 있는데, 이러한 고분자화 가능한 치환기의 비제한적인 예로는 비닐기, 아릴기, 아크릴레이트기, 메타아크릴레이트기, 환상 락톤, 환상 카보네이트 또는 이들의 1종 이상 혼합 형태 등이 있다. 그 외 당 업계에 알려진 통상적인 고분자화 가능한 치환기 역시 적용 가능하다. In addition, the organic material in the electrode active material may include an electrochemically polymerizable substituent, non-limiting examples of such a polymerizable substituent, vinyl group, aryl group, acrylate group, methacrylate group, cyclic lactone, Cyclic carbonates or mixtures of one or more thereof. Other conventional polymerizable substituents known in the art are also applicable.

이와 같이 유기물이 고분자화될 경우, 전술한 바와 같이 (준)금속의 부피 팽창에 따른 응력 완화를 도모할 뿐만 아니라, 전극활물질 층과 집전체와의 증착면에서의 전기적 분리 현상을 감소시킬 수 있다. When the organic material is polymerized in this manner, as described above, not only can the stress due to the volume expansion of the (qua) metal be reduced, but also the electrical separation in the deposition surface of the electrode active material layer and the current collector can be reduced. .

전술한 (준)금속과 유기물로 구성되는 본 발명의 전극활물질은 유기물과 무기물(예, (준)금속)이 단순 조합되거나 혼합된 형태가 아니라 이들이 상호 결합된 형태를 나타낸다. 따라서, 전술한 바와 같이 전지의 충방전시 발생하는 (준)금속의 부피 변화가 상호 화학 결합된 유기물, 즉 고분자화 가능한 치환기에 의해 억제될 수 있다. 특히, 이미 (준)금속과 화학 결합하고 있는 유기물은 최종 전극 내에서 (a) 집전체; 및/또는 (b) 다른 유기물들과 1종 이상의 물리적 또는 화학적 결합을 형성하여 존재할 수 있다. 이때 물리적 결합은 당 업계에 알려진 통상적인 분자 간 결합, 예컨대 수소 결합, 반데르발스 결합 등을 포함한다.The electrode active material of the present invention composed of the (semi) metal and the organic material described above is not a simple combination or mixed form of the organic material and the inorganic material (eg, (semi) metal), but represents a form in which they are bonded to each other. Therefore, as described above, the volume change of the (quasi) metal generated during charging and discharging of the battery can be suppressed by organic chemically bonded to each other, that is, a polymerizable substituent. In particular, the organic material already chemically bonded to the (quasi) metal may include (a) a current collector in the final electrode; And / or (b) form one or more physical or chemical bonds with other organics. Physical bonds here include conventional intermolecular bonds known in the art, such as hydrogen bonds, van der Waals bonds and the like.

전술한 유기물과 (준)금속의 복합체로 구성되는 전극활물질은 전술한 성분 이외에, 당 업계의 통상적인 성분, 예컨대 첨가제 성분 등을 추가적으로 포함할 수 있다. The electrode active material composed of the complex of the above-described organic material and (quasi) metal may further include components common to those in the art, such as additive components, in addition to the above components.

본 발명에 따른 전극은 전술한 전극활물질 층이 통전 가능한 기판, 예컨대 집전체 상에 적층된 형태일 수 있으며, 특히 집전체와 전극활물질 성분인 (준)금속과 유기물의 복합체(hybrid)가 서로 결합된 상태로 적층되는 것이 적절하다. 바람직하게는, 집전체와 유기물이 물리적 또는 화학적 결합을 통해 상호 연결되어 있고, (준)금속이 유기물과의 화학 결합을 통해 고정되어 있는 형태로서(도 1 참조), 상기 유기물은 적절한 조건하에서 중합 반응을 거쳐 고분자 형태로서 존재할 수도 있다. 이때 상기 전극 내 고분자의 분율은 전극활물질 대비 일정 수준 이하로 유지되므로, 고분자에 의해 리튬 이온의 이동 방해가 거의 일어나지 않게 된다.The electrode according to the present invention may be in a form in which the above-described electrode active material layer is laminated on an electrically conductive substrate, for example, a current collector, and in particular, the current collector and the (quasi) metal which is an electrode active material component and a hybrid of an organic material are bonded to each other. It is appropriate to be stacked in a stacked state. Preferably, the current collector and the organic material are interconnected through physical or chemical bonds, and the (quasi) metal is fixed through chemical bonds with the organic material (see FIG. 1), and the organic material is polymerized under appropriate conditions. It can also exist as a polymer form through reaction. At this time, since the fraction of the polymer in the electrode is maintained below a certain level compared to the electrode active material, the movement of lithium ions is hardly caused by the polymer.

전술한 물리적 또는 화학적 결합은 특별한 제한이 없으며, 일례로 유기물과 금속 성분과의 결합은 배위결합 및 공유결합(covalent bonding) 또는 금속 표면에 존재하는 극성기와의 수소 결합(hydrogen bonding) 등일 수 있으며, 유기물들 간의 결합은 중합 반응(polymerization)에 의한 공유결합(covalent bonding)일 수 있다. The physical or chemical bonds described above are not particularly limited, and for example, the bond between the organic material and the metal component may be a coordination bond and a covalent bond or a hydrogen bond with a polar group present on the metal surface. Bonding between organic materials may be covalent bonding by polymerization.

상기 전극활물질 층이 형성되는 집전체는 도전성 재료로 된 것이면 특별히 제한되지 않으며, 비제한적인 예로는 구리, 니켈, 스테인레스, 텅스텐 또는 탄탈 등이 있다. 또한 메쉬(mesh) 또는 호일(foil) 형태일 수 있다. 이중 구리 금속박이 바람직하며, 이의 한 면 또는 양면이 조면화 처리나 표면처리가 이루어져 있어도 무방하다.The current collector on which the electrode active material layer is formed is not particularly limited as long as it is made of a conductive material, and non-limiting examples include copper, nickel, stainless steel, tungsten or tantalum. It may also be in the form of a mesh or foil. Double copper metal foil is preferable, and one or both surfaces thereof may be roughened or surface treated.

본 발명에 따른 전극은 당 업계에 알려진 전기 화학 증착법(electrodeposition)에 따라 제조 가능하며, 이의 일 실시 형태를 들면 (a) 전기 화학적으로 고분자화 가능한 치환기와 이온 결합성 치환기를 포함하고 리튬을 흡장 및 방출할 수 있는 (준)금속으로 Si, Sn 중에서 선택되는 물질을 함유하는 화합물을 용매에 해리시켜 용액을 제조하는 단계; (b) 상기 용액에 통전 가능한 양(兩) 기판을 침지시켜 상호 소정 간격으로 이격시킨 후, 소정의 전압을 인가하여 고분자화 가능한 치환기와 (준)금속의 복합체를 전기 화학 증착시키는 단계; 및 (c) 상기 전기 화학 증착된 음극 또는 집전체를 건조하는 단계를 포함할 수 있다. The electrode according to the present invention can be prepared according to electrochemical deposition (electrodeposition) known in the art, one embodiment thereof includes (a) an electrochemically polymerizable substituent and an ion-bonding substituent and occludes lithium and Preparing a solution by dissociating a compound containing a material selected from Si and Sn as a (qua) metal which can be released into a solvent; (b) immersing an energizable positive substrate in the solution and spaced apart from each other at predetermined intervals, and then applying a predetermined voltage to electrochemically deposit a complex of a polymerizable substituent and a (quasi) metal; And (c) drying the electrochemically deposited negative electrode or current collector.

이때, 상기 전극활물질의 적층 방법으로는 전해 도금, 무전해 도금, 또는 전기 영동 증착법(electrophoretic deposition)을 실시하여도 무방하다. In this case, as the method for laminating the electrode active material, electrolytic plating, electroless plating, or electrophoretic deposition may be performed.

우선, 1) 전기 화학적으로 고분자화 가능한 치환기와 이온 결합성 치환기를 포함하고 리튬을 흡장 및 방출할 수 있는 (준)금속 함유 전구체 화합물을 용매에 용해시켜 전해액을 제조한다. First, an electrolyte is prepared by dissolving a (quasi) metal-containing precursor compound containing 1) an electrochemically polymerizable substituent and an ionic bond substituent and capable of occluding and releasing lithium in a solvent.

상기 전기 화학적으로 고분자화 가능한 치환기와 이온 결합성 치환기를 포함하는 (준)금속 함유 전구체 화합물로는 전술한 각 금속(예, Si, Sn 등) 성분 또는 이들의 조합을 포함하는 이온 결합성 화합물을 사용할 수 있다. 이때, 고분자화 가능한 치환기는 전술한 바와 동일하며, 이온 결합성 치환기는 (준)금속과 결합할 수 있는 당 업계에 알려진 음이온성 치환기, 예컨대 할로겐기 또는 전술한 (준)금속 성분을 포함하는 염으로서, 이온화가 가능한 치환기 등이라면 특별한 제한이 없다. As the (quasi) metal-containing precursor compound including the electrochemically polymerizable substituent and the ion-bonding substituent, an ion-bonding compound including each of the aforementioned metals (eg, Si, Sn, etc.) or a combination thereof may be used. Can be used. In this case, the polymerizable substituent is the same as described above, and the ionic bond substituent is an anionic substituent known in the art capable of bonding with a (semi) metal, such as a halogen group or a salt containing the (semi) metal component described above. As a substituent which can be ionized, there is no special limitation.

상기 전기 화학적으로 고분자화 가능한 치환기와 이온 결합성 치환기가 포함된 (준)금속 함유 화합물은 하기 화학식 1 내지 화학식 3으로 표기 가능하나, 이에 제한되는 것은 아니다.The (quasi) metal-containing compound including the electrochemically polymerizable substituent and the ionic bond substituent may be represented by the following Chemical Formulas 1 to 3, but is not limited thereto.

MRn (I)MR n (I)

상기 식에서, Where

M은 Si 및 Sn로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 (준)금속이며; M is at least one (quasi) metal selected from the group consisting of Si and Sn;

n은 2 또는 4의 정수로서, 이때 M이 Si인 경우 n은 4(Rn = R1R2R3R4)이며, M이 Sn인 경우 n은 2 (Rn = R1R2) 또는 4 (Rn = R1R2R3R4)이며; n is an integer of 2 or 4, where n is 4 (R n = R 1 R 2 R 3 R 4 ) when M is Si, and n is 2 (R n = R 1 R 2 ) when M is Sn Or 4 (R n = R 1 R 2 R 3 R 4 );

Rn은 각각 독립적으로 동종 또는 이종의 치환기로서, 수소, 히드록시기 (-OH), 니트릴기 (-CN), C1~C12의 알킬(alkyl)기, C1~C12의 히드록시알킬(hydroxyalkyl)기, C2~C12의 알케닐기, C1~C12의 알콕시(alkoxy)기, C6~C18의 아릴(aryl)기, C7~C18의 벤질(benzyl)기 중에서 선택되며,R n are each independently a homologous or hetero substituent, and each hydrogen, hydroxy group (-OH), nitrile group (-CN), C 1 -C 12 alkyl group, C 1 -C 12 hydroxyalkyl ( hydroxyalkyl group, C 2 ~ C 12 alkenyl group, C 1 ~ C 12 alkoxy group, C 6 ~ C 18 aryl group, C 7 ~ C 18 benzyl group ,

이때 Rn 중 적어도 하나는 M과 이온 결합하는 치환기이며, Rn 중 적어도 다른 하나는 전기 화학적으로 고분자화 가능한 치환기이다. At least one of R n is a substituent ionic bond with M, and at least another one of R n is an electrochemically polymerizable substituent.

이때, 상기 M과 이온 결합하는 치환기의 비제한적인 예로는 할로겐기 등이며, 고분자화 가능한 치환기의 비제한적인 예로는 비닐, 아릴, 아크릴레이트, 메타아크릴레이트기, 환상 락톤, 환상 카보네이트 또는 이들의 조합 등이 있다.At this time, a non-limiting example of the substituent which is ion-bonded with M is a halogen group, etc. A non-limiting example of the polymerizable substituent is vinyl, aryl, acrylate, methacrylate group, cyclic lactone, cyclic carbonate or Combinations;

상기 화학식 1로 표기되는 화합물의 비제한적인 예로는 트리클로로 비닐 실란(trichloro vinyl silane), 디클로로 디비닐 실란(dichloro divinyl silane), 클로로 트리클로로비닐 실란(chloro trichlorovinyl silane), 클로로 디메틸 비닐 실란(chloro dimethyl vinyl silane) (여기서 M = Si); 클로로 비닐 주석(chloro vinyl tin), 트리클로로 비닐 주석(trichloro vinyl tin), 디클로로 디비닐 주석(dichloro divinyl tin), 클로로 트리비닐틴(chloro trivinyl tin) (여기서 M = Sn) 등이 있다. 특히, 준금속 화합물이 Si인 경우 하기 화학식 2에서처럼 Si-Si 결합을 포함하거나 화학식 3에서처럼 Si-O-Si 혹은 Si-S-Si 결합을 포함하는 화합물일 수 있다. 또한, 이 화합물들은 쇄상 및 환상의 구조를 가질 수 있다. Non-limiting examples of the compound represented by the formula (1) is trichloro vinyl silane (trichloro vinyl silane), dichloro divinyl silane (dichloro divinyl silane), chloro trichlorovinyl silane (chloro trichlorovinyl silane), chloro dimethyl vinyl silane (chloro dimethyl vinyl silane), where M = Si; Chloro vinyl tin, trichloro vinyl tin, dichloro divinyl tin, chloro trivinyl tin (where M = Sn), and the like. In particular, when the metalloid compound is Si, it may be a compound including a Si-Si bond as shown in Formula 2 or a Si-O-Si or Si-S-Si bond as shown in Formula 3. In addition, these compounds may have a chain and cyclic structure.

R1R2R3Si-(SiR2n +5R2n +6)n-SiR4R5R6 (Ⅱ)R 1 R 2 R 3 Si- (SiR 2n +5 R 2n +6 ) n -SiR 4 R 5 R 6 (Ⅱ)

R1R2R3Si-(Xn +1-SiR2n +5R2n +6)n-SiR4R5R6 (Ⅲ)R 1 R 2 R 3 Si- (X n +1 -SiR 2n +5 R 2n +6 ) n -SiR 4 R 5 R 6 (Ⅲ)

상기 식에서, Where

R1 내지 R2n+6 는 각각 독립적으로 동종 또는 이종의 치환기로서, 수소, 히드록시기 (-OH), 니트릴기 (-CN), C1~C12의 알킬(alkyl)기, C1~C12의 히드록시알킬(hydroxyalkyl)기, C2~C12의 알케닐기, C1~C12의 알콕시(alkoxy)기, C6~C18의 아릴(aryl)기, C7~C18의 벤질(benzyl)기 중에서 선택되며; R 1 to R 2n + 6 each independently represent a homogeneous or hetero substituent, and a hydrogen, a hydroxy group (-OH), a nitrile group (-CN), a C 1 to C 12 alkyl group, and C 1 to C 12 Hydroxyalkyl group, C 2 ~ C 12 alkenyl group, C 1 ~ C 12 alkoxy group, C 6 ~ C 18 aryl group, C 7 ~ C 18 benzyl ( benzyl) group;

이때 R1 내지 R2n+6 중 적어도 하나는 X와 이온 결합하는 치환기이며, R1 내지 R2n+6 중 적어도 다른 하나는 전기화학적으로 고분자화 가능한 치환기이며; Wherein at least one of R 1 to R 2n + 6 is a substituent ionically bonded to X, and at least another one of R 1 to R 2n + 6 is an electrochemically polymerizable substituent;

X는 산소나 황 원자이며,X is oxygen or sulfur atom,

n은 0 내지 10 사이의 정수이다. n is an integer between 0 and 10.

상기 화학식 2 및 화학식 3에서, 이온 결합하는 치환기는 할로겐기이며, 전기화학적으로 고분자화 가능한 치환기는 비닐, 아릴, 아크릴레이트, 메타아크릴레이트기, 환상 락톤, 환상 락톤, 환상 카보네이트 중에서 선택될 수 있다.In Chemical Formulas 2 and 3, the substituent that is ion-bonded is a halogen group, and the electrochemically polymerizable substituent may be selected from vinyl, aryl, acrylate, methacrylate groups, cyclic lactones, cyclic lactones, and cyclic carbonates. .

상기 화학식 2로 표기되는 화합물의 비제한적인 예로는 테트라클로로디비닐 디실란(tetrachloro divinyl disilane), 디클로로 테트라비닐 디실란(dichloro tetravinyl disilane), 디클로로 디메틸 디비닐 디실란(dichloro dimethyl divinyl disilane) 등이 있다. 또한, 상기 화학식 3로 표기되는 화합물의 비제한적인 예로는 테트라클로로 디비닐 디실록산(tetrachloro divinyl disiloxane), 디클로로 테트라비닐 디실록산(dichloro tetravinyl disiloxane), 디클로로 디메틸 디비닐 디실록산(dichloro dimethyl divinyl disiloxane), 2,4,6,8-테트라클로로-2,4,6,8-테트라비닐 시클로실록산 (2,4,6,8-tetrachloro-2,4,6,8-tetravinylcyclotetrasiloxane) 등이 있다.Non-limiting examples of the compound represented by Formula 2 include tetrachloro divinyl disilane, dichloro tetravinyl disilane, dichloro dimethyl divinyl disilane, and the like. have. In addition, non-limiting examples of the compound represented by the formula (3) is tetrachloro divinyl disiloxane, dichloro tetravinyl disiloxane, dichloro dimethyl divinyl disiloxane , 2,4,6,8-tetrachloro-2,4,6,8-tetravinyl cyclosiloxane (2,4,6,8-tetrachloro-2,4,6,8-tetravinylcyclotetrasiloxane).

상기 전해액에 강도 및 전도성을 향상시키는 첨가제를 추가적으로 사용할 수 있는데, 이 첨가제는 목적하는 코팅층의 입도 및 균일성을 확보할 수 있도록 도와주는 역할을 한다. 첨가제의 예로는 쿠마린, 티오우레아, 사카린, 붕산 등이 있다. 상기 첨가제는 전해액에 열을 인가하여 전술한 (준)금속 전구체 화합물이 충분히 용해된 후 사용하는 것이 바람직하며, 이는 전해액의 균일성을 확보하기 위해서이다.Additives that enhance strength and conductivity may be additionally used in the electrolyte, and this additive serves to help ensure particle size and uniformity of a desired coating layer. Examples of additives include coumarin, thiourea, saccharin, boric acid, and the like. The additive is preferably used after applying the heat to the electrolyte solution after the above-mentioned (quasi) metal precursor compound is sufficiently dissolved, in order to ensure uniformity of the electrolyte solution.

2) 제조된 전해액을 이용하여 전기 화학 증착하는 단계이다. 일례로, 음극으로는 피증착하고자 하는 집전체(통전 가능한 기판)를 사용하고, 양극으로는 불용성 기판을 사용하여 이들 전극을 각각 이격시켜 대향시킨 후, 제조된 상기 도금액에 침지시키고 전류 혹은 전압을 인가하여 상기 전극 또는 집전체 상에 전술한 고분자화 가능한 치환기와 결합된 (준)금속의 복합체 층을 석출한다. 2) electrochemical deposition using the prepared electrolyte solution. For example, a current collector (conductable substrate) to be deposited is used as a cathode, and an insoluble substrate is used as an anode, and these electrodes are separated from each other to face each other, and then immersed in the prepared plating solution, and current or voltage It is applied to precipitate a composite layer of (quasi) metal bonded to the above-mentioned polymerizable substituent on the electrode or the current collector.

본 발명은 목적하는 코팅층의 두께에 따라 도금 시간, 전류 밀도 및 기타 다른 변수를 다양하게 조절할 수 있다. The present invention can vary the plating time, current density and other variables depending on the thickness of the coating layer desired.

상기 음극 또는 집전체는 표면의 오염 및 산화 피막을 제거함과 동시에 그 표면의 증착을 용이하게 하기 위해서, 전기 화학 증착 단계 이전에 통상적인 전처리 공정을 행하는 것이 바람직하다.The cathode or the current collector is preferably subjected to a conventional pretreatment step before the electrochemical deposition step in order to remove the surface contamination and the oxide film and to facilitate the deposition of the surface.

이와 같은 과정을 거칠 경우, 음극인 집전체 표면상에 고분자화 가능한 치환기와 (준)금속의 복합체로 구성된 전극활물질 층이 형성된다. When such a process is performed, an electrode active material layer composed of a polymerizable substituent and a (quasi) metal complex is formed on the surface of the current collector, which is a cathode.

상기 단계 이후에 당 업계의 통상적인 건조 과정을 거쳐 본 발명의 유기물과 (준)금속의 복합체를 전극활물질로 포함하는 전극의 제조는 완료될 수 있다. 이때, 건조 단계 이후에 열처리하는 단계를 추가할 수 있다. After the above step through the usual drying process in the art, the production of an electrode including a composite of the organic material of the present invention and (quasi) metal as an electrode active material can be completed. At this time, the step of heat treatment after the drying step may be added.

상기와 같이 제조된 전극은 음극이 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니다.The electrode manufactured as described above is preferably a negative electrode, but is not limited thereto.

본 발명은 양극, 음극, 분리막 및 전해질을 포함하는 전기 화학 소자에 있어서, 상기 양극, 음극 또는 양(兩) 전극은 전술한 전극활물질을 포함하거나 또는 상기 방법에 의해 제조된 전극인 전기 화학 소자를 제공한다.The present invention provides an electrochemical device comprising an anode, a cathode, a separator, and an electrolyte, wherein the anode, the cathode, or the positive electrode includes an electrode active material as described above or an electrode manufactured by the above method. to provide.

본 발명의 전기 화학 소자는 전기 화학 반응을 하는 모든 소자를 포함하며, 구체적인 예를 들면, 모든 종류의 1차, 2차 전지, 연료 전지, 태양 전지 또는 캐퍼시터(capacitor) 등이 있다. 특히, 상기 2차 전지 중 리튬 금속 이차 전지, 리튬 이온 이차 전지, 리튬 폴리머 이차 전지 또는 리튬 이온 폴리머 이차 전지 등을 포함하는 리튬 이차 전지가 바람직하다.The electrochemical device of the present invention includes all devices that undergo an electrochemical reaction, and specific examples thereof include all kinds of primary, secondary cells, fuel cells, solar cells, or capacitors. In particular, a lithium secondary battery including a lithium metal secondary battery, a lithium ion secondary battery, a lithium polymer secondary battery or a lithium ion polymer secondary battery among the secondary batteries is preferable.

상기 전기 화학 소자는 당 기술 분야에 알려진 통상적인 방법에 따라 제조될 수 있으며, 이의 일 실시예를 들면 양극과 음극 사이에 분리막을 개재(介在)시켜 조립한 후 전해액을 주입함으로써 제조될 수 있다. The electrochemical device may be manufactured according to a conventional method known in the art, for example, may be manufactured by injecting an electrolyte after assembling a separator between the positive electrode and the negative electrode.

이때, 전기 화학 증착에 따라 전극활물질 층이 형성된 전극과 병용(竝用)되 는 전극, 바람직하게는 양극은 당 업계에 알려진 통상적인 방법에 따라 전극활물질을 전극 전류집전체에 결착된 형태로 제조할 수 있으며, 이의 일 실시예를 들면, 양극활물질 또는 음극활물질을 포함하는 전극 슬러리를 전류 집전체 상에 도포 및 건조하여 제조된다. 이때 선택적으로 도전제 및/또는 바인더를 소량 첨가할 수 있다.In this case, the electrode, which is used in combination with the electrode on which the electrode active material layer is formed by electrochemical deposition, preferably the anode is prepared in the form of the electrode active material bound to the electrode current collector according to conventional methods known in the art. For example, an electrode slurry including a positive electrode active material or a negative electrode active material may be prepared by coating and drying a current collector on a current collector. In this case, a small amount of a conductive agent and / or a binder may be optionally added.

상기 양극활물질의 비제한적인 예로는 종래 전기 화학 소자의 양극에 사용될 수 있는 통상적인 양극활물질이 사용 가능하며, 특히 리튬망간산화물, 리튬코발트산화물, 리튬니켈산화물, 리튬철산화물 또는 이들의 조합에 의하여 형성되는 복합산화물 등과 같은 리튬흡착물질(lithium intercalation material) 등이 바람직하다. 음극활물질의 비제한적인 예로는 종래 전기 화학 소자의 음극에 사용될 수 있는 통상적인 음극활물질이 사용 가능하며, 특히 리튬 금속 또는 리튬 합금, 탄소, 석유코크(petroleum coke), 활성화 탄소(activated carbon), 그래파이트(graphite), 금속 산화물 또는 기타 탄소류 등과 같은 리튬 흡착물질 등이 바람직하다. Non-limiting examples of the positive electrode active material may be used a conventional positive electrode active material that can be used for the positive electrode of the conventional electrochemical device, in particular by lithium manganese oxide, lithium cobalt oxide, lithium nickel oxide, lithium iron oxide or a combination thereof Lithium intercalation materials such as a composite oxide to be formed are preferred. Non-limiting examples of the negative electrode active material may be a conventional negative electrode active material that can be used in the negative electrode of the conventional electrochemical device, in particular lithium metal or lithium alloy, carbon, petroleum coke, activated carbon, Lithium adsorbents such as graphite, metal oxides or other carbons are preferred.

사용 가능한 전해질 염은 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 염이다. 특히, 리튬염 이 바람직하다.Using the electrolyte salts is A + B - A salt of the structure, such as, A + is Li +, Na +, K + comprises an alkaline metal cation or an ion composed of a combination thereof, such as, and B - is PF 6 -, BF 4 -, Cl -, Br - , I -, ClO 4 -, AsF 6 -, CH 3 CO 2 -, CF 3 SO 3 -, N (CF 3 SO 2) 2 -, C (CF 2 SO 2) 3 - is a salt containing an anion ion or a combination thereof, such as. In particular, lithium salt is preferable.

전해액 용매로는 당 업계에서 통상적으로 사용하는 전지용 유기용매, 예컨대 환형 카보네이트 및/또는 선형 카보네이트 등을 사용할 수 있다. 상기 환형 카보네이트의 비제한적인 예로는 에틸렌 카보네이트(EC), 프로필렌 카보네이트(PC), 감마부티로락톤(GBL) 등이 있으며, 선형 카보네이트의 비제한적인 예로는 디에틸 카보네이트(DEC), 디메틸 카보네이트(DMC), 에틸메틸카보네이트 (EMC), 메틸 프로필 카보네이트(MPC) 또는 이들의 혼합물 등이 있다.As the electrolyte solution, an organic solvent for a battery commonly used in the art, such as cyclic carbonate and / or linear carbonate, may be used. Non-limiting examples of the cyclic carbonates include ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), gamma butyrolactone (GBL), and the like. Non-limiting examples of linear carbonates include diethyl carbonate (DEC) and dimethyl carbonate ( DMC), ethylmethyl carbonate (EMC), methyl propyl carbonate (MPC), or mixtures thereof.

분리막은 양(兩) 전극의 내부 단락을 차단하고 전해액을 함침하는 역할을 하는 다공성 분리막을 사용할 수 있으며, 이의 비제한적인 예를 들면 폴리프로필렌계, 폴리에틸렌계, 폴리올레핀계 다공성 분리막 등이 있다.The separator may use a porous separator that serves to block internal short circuit of the positive electrode and impregnate the electrolyte, and non-limiting examples thereof include a polypropylene-based, polyethylene-based, and polyolefin-based porous separator.

본 발명에서 제시된 방법으로 제작된 전기 화학 소자, 바람직하게는 리튬 이차 전지의 외형은 특별한 제한이 없으나, 캔으로 된 원통형, 코인형, 각형 또는 파우치(pouch)형이 가능하다.The external shape of the electrochemical device, preferably the lithium secondary battery, manufactured by the method presented in the present invention is not particularly limited, but may be a cylindrical, coin-shaped, square or pouch type of can.

이하, 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 이들에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples. However, the following examples are for illustrating the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereto.

실시예 1Example 1

1-1. 전극 제조1-1. Electrode manufacturing

작업전극으로서 Pt 판상 전극 (1cm2)을 사용하고, 대극으로서 Pt 선 전극을 이용하였다. 0.5 M LiClO4이 용해된 프로필렌 카보네이트 (PC) 용액에 0.1 M trichlorovinyl silane (TCVS)을 첨가하고, 2 mA의 환원전류를 30분 동안 흘려주어 Pt 판상전극 위에 Si-유기물 복합체를 전기화학적으로 증착하였다. 증착은 수분과 산소 농도가 10ppm이하인 아르곤(Ar) 분위기의 글로브 박스(Glove box)에서 수행되었다.Pt plate electrodes (1 cm 2 ) were used as working electrodes, and Pt line electrodes were used as counter electrodes. 0.1 M trichlorovinyl silane (TCVS) was added to a propylene carbonate (PC) solution containing 0.5 M LiClO 4 , and a Si-organic complex was electrochemically deposited on a Pt plate electrode by flowing a reduction current of 2 mA for 30 minutes. . The deposition was carried out in a glove box in an argon (Ar) atmosphere having a moisture and oxygen concentration of 10 ppm or less.

1-2. 이차 전지 제조1-2. Secondary battery manufacturing

상기 실시예 1-1에서 제조된 전극을 양극, Li 금속을 음극으로 하여 전지를 제작하였다. 이때 전해액으로는 1 M LiPF6이 용해된 EC/EMC (1/2)를 사용하였고, 다공성 폴리올레핀계 분리막을 사용하였다.A battery was manufactured using the electrode prepared in Example 1-1 as a cathode and a Li metal as a cathode. In this case, EC / EMC (1/2) in which 1 M LiPF 6 was dissolved was used, and a porous polyolefin-based separator was used.

실시예 2 Example 2

0.1 M TCVS 대신 0.05 M TCVS 와 0.05 M tetrachlorosilane (SiCl4)을 첨가한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법을 실시하여 Si-유기물 복합체가 증착된 전극 및 상기 전극을 구비하는 이차 전지를 제조하였다. Except for adding 0.05 M TCVS and 0.05 M tetrachlorosilane (SiCl 4 ) instead of 0.1 M TCVS, the same method as in Example 1 was carried out to form an electrode on which a Si-organic composite was deposited and a secondary battery having the electrode. Prepared.

실시예 3 Example 3

0.1 M TCVS 대신 0.05 M TCVS 와 0.05 M hexachlorodisiloxane (Cl3Si-O-SiCl3)을 첨가한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법을 실시하여 Si-유기물 복합체가 증착된 전극 및 상기 전극을 구비하는 이차 전지를 제조하였다. The electrode and the electrode on which the Si-organic composite was deposited in the same manner as in Example 1, except that 0.05 M TCVS and 0.05 M hexachlorodisiloxane (Cl 3 Si-O-SiCl 3 ) were added instead of 0.1 M TCVS. A secondary battery having a was prepared.

실시예 4 Example 4

0.5 mA 환원 전류를 120분 동안 흘려준 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법을 실시하여 Si-유기물 복합체가 증착된 전극 및 상기 전극을 구비하는 이차 전지를 제조하였다. Except that the flow of 0.5 mA reduction current for 120 minutes, the same method as in Example 1 was carried out to prepare an electrode on which the Si-organic composite was deposited and a secondary battery having the electrode.

비교예 1Comparative Example 1

0.1 M TCVS 대신 0.1 M SiCl4을 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법을 실시하여 Si-유기물 복합체가 증착된 전극 및 상기 전극을 구비하는 이차 전지를 제조하였다. Except for using 0.1 M SiCl 4 instead of 0.1 M TCVS, the same method as in Example 1 was carried out to prepare an electrode on which the Si-organic composite was deposited and a secondary battery having the electrode.

비교예 2Comparative Example 2

RF magnetron sputtering 법을 이용하여 백금 호일(Pt foil) 상에 Si 박막을 증착하였으며, 상기 Si 박막이 증착된 전극을 이용하여 이차 전지를 제조하였다. A Si thin film was deposited on a platinum foil using RF magnetron sputtering, and a secondary battery was manufactured using an electrode on which the Si thin film was deposited.

실험예 1. 전지의 성능 평가Experimental Example 1. Evaluation of Battery Performance

Si-유기물 복합체가 형성된 전극을 구비하는 실시예 1 내지 3의 전지를 사용하였으며, 이의 대조군으로 실리콘 성분으로 구성된 전극을 구비하는 비교예 1 및 2의 전지를 사용하였다. The cells of Examples 1 to 3 including the electrodes on which the Si-organic complexes were formed were used, and the batteries of Comparative Examples 1 and 2 including the electrodes composed of silicon components were used as a control thereof.

전지의 수명 특성을 평가하고자, 각 전지들을 1 mA 전류로 충방전을 실시하였고, 그 결과를 표 1에 나타내었다. In order to evaluate the life characteristics of the batteries, each battery was charged and discharged with a 1 mA current, the results are shown in Table 1.

하기 표 1에 나타난 바와 같이, Si-유기물 복합체 전극을 구비하는 실시예 1 내지 3의 전지들은 Si 단일 전극을 이용한 비교예 1 및 비교예 2의 전지에 비해 현저히 개선된 수명특성을 나타내었다. 이는 준금속인 Si과 화학 결합을 통해 연결된 유기물에 의해, 충방전시 수반되는 Si의 부피 팽창에 따른 응력이 완화되어 전극의 퇴화 문제 및 이로 인한 전지의 수명 저하가 최소화된 것임을 확인할 수 있었다. As shown in Table 1 below, the batteries of Examples 1 to 3 having Si-organic composite electrodes showed significantly improved life characteristics compared to those of Comparative Examples 1 and 2 using Si single electrodes. This was confirmed that the organic material connected with the metal, which is a metalloid, through a Si-bond, alleviates the stress caused by the volume expansion of Si accompanying charge and discharge, thereby minimizing the degradation of the electrode and the deterioration of the battery life.

1회 방전 용량 (Ah/g)Discharge capacity once (Ah / g) 30회 방전 용량 (Ah/g)30 times discharge capacity (Ah / g) 실시예1Example 1 2.662.66 2.442.44 실시예2Example 2 2.812.81 2.652.65 실시예3Example 3 2.752.75 2.322.32 비교예1Comparative Example 1 2.962.96 1.321.32 비교예2Comparative Example 2 2.892.89 0.780.78

도 1은 본 발명에 따라 전기 화학 증착법에 의해 제조된 전극의 모식도이다.1 is a schematic diagram of an electrode produced by the electrochemical vapor deposition according to the present invention.

Claims (15)

집전체의 일면 또는 양면상에 음극활물질층이 형성되는 음극에 있어서, In the negative electrode, the negative electrode active material layer is formed on one side or both sides of the current collector, 상기 음극활물질층은 The anode active material layer (a) Si, 및 Sn로 구성되는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 (준)금속; 및 (a) at least one (quasi) metal selected from the group consisting of Si and Sn; And (b) 전기화학적으로 고분자화 가능한 치환기로서, 비닐기, 아릴기, 아크릴레이트기, 메타아크릴레이트기, 환상 락톤 및 환상 카보네이트로 구성된 군으로부터 선택되는 1종 이상의 치환기가 화학결합된 복합체(hybrid)를 포함하며,(b) an electrochemically polymerizable substituent, wherein at least one substituent selected from the group consisting of vinyl groups, aryl groups, acrylate groups, methacrylate groups, cyclic lactones and cyclic carbonates is chemically bonded Including; 상기 고분자화 가능한 치환기는 집전체와 결합하여 고정되고,The polymerizable substituent is fixed in combination with the current collector, 상기 (준)금속은 인접하는 다른 (준)금속과 상호 화학결합되는 것이 특징인 음극.The (quasi) metal is a negative electrode, characterized in that the mutual chemical bonding with the adjacent (qua) metal. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제 1항에 있어서, 상기 음극활물질 층은 전기 화학적으로 고분자화 가능한 치환기와 이온 결합성 치환기가 포함된 (준)금속 함유 화합물을 전구체 화합물 (precursor)로 사용하여 전기 화학 증착법(electrodeposition)에 의해 형성된 것이 특징인 음극.The method of claim 1, wherein the negative electrode active material layer is formed by electrochemical deposition (electrodeposition) using a (quasi) metal-containing compound containing an electrochemically polymerizable substituent and an ionic bond substituent as a precursor compound (precursor) Cathode characterized by. 제 5항에 있어서, 상기 전기 화학적으로 고분자화 가능한 치환기와 이온 결합성 치환기가 포함된 (준)금속 함유 화합물은 하기 화학식 1로 표기 가능한 것이 특징인 음극:The negative electrode according to claim 5, wherein the (quasi) metal-containing compound including the electrochemically polymerizable substituent and the ionic bond substituent is represented by the following Chemical Formula 1. [화학식 1][Formula 1] MRn (I)MR n (I) 상기 식에서, Where M은 Si 및 Sn으로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 (준)금속이며; M is at least one (quasi) metal selected from the group consisting of Si and Sn; n은 2 또는 4의 정수로서, 이때 M이 Si이면 n은 4이며, M이 Sn이면 n은 2 또는 4이며;n is an integer of 2 or 4, where n is 4 when M is Si and n is 2 or 4 when M is Sn; Rn은 각각 독립적으로 동종 또는 이종의 치환기로서, 수소, 히드록시기 (-OH), 니트릴기 (-CN), C1~C12의 알킬(alkyl)기, C1~C12의 히드록시알킬(hydroxyalkyl)기, C2~C12의 알케닐기, C1~C12의 알콕시(alkoxy)기, C6~C18의 아릴(aryl)기, C7~C18의 벤질(benzyl)기 중에서 선택되며, 이때 Rn 중 적어도 하나는 M과 이온 결합하는 치환기로서 할로겐기이며, Rn 중 적어도 다른 하나는 전기 화학적으로 고분자화 가능한 치환기로서, 비닐, 아릴, 아크릴레이트, 메타아크릴레이트기, 환상 락톤 및 환상 카보네이트로 구성된 군으로부터 선택되는 치환기이다. R n are each independently a homologous or hetero substituent, and each hydrogen, hydroxy group (-OH), nitrile group (-CN), C 1 -C 12 alkyl group, C 1 -C 12 hydroxyalkyl ( hydroxyalkyl group, C 2 ~ C 12 alkenyl group, C 1 ~ C 12 alkoxy group, C 6 ~ C 18 aryl group, C 7 ~ C 18 benzyl group In this case, at least one of R n is a halogen group as a substituent ionic bond with M, at least another one of R n is an electrochemically polymerizable substituent, vinyl, aryl, acrylate, methacrylate group, cyclic lactone And a substituent selected from the group consisting of cyclic carbonates. 제 5항에 있어서, 상기 전기 화학적으로 고분자화 가능한 치환기와 이온 결합성 치환기가 포함된 (준)금속 함유 화합물은 하기 화학식 2 또는 화학식 3으로 표기 가능한 것이 특징인 음극:The negative electrode of claim 5, wherein the (quasi) metal-containing compound including the electrochemically polymerizable substituent and the ionic bond substituent is represented by the following Chemical Formula 2 or Chemical Formula: [화학식 2][Formula 2] R1R2R3Si-(SiR2n+5R2n+6)n-SiR4R5R6 (Ⅱ)R 1 R 2 R 3 Si- (SiR 2n + 5 R 2n + 6 ) n -SiR 4 R 5 R 6 (II) [화학식 3][Formula 3] R1R2R3Si-(Xn+1-SiR2n+5R2n+6)n-SiR4R5R6 (Ⅲ)R 1 R 2 R 3 Si- (X n + 1 -SiR 2n + 5 R 2n + 6 ) n -SiR 4 R 5 R 6 (III) 상기 식에서, Where R1 내지 R2n+6 는 각각 독립적으로 동종 또는 이종의 치환기로서, 수소, 히드록시기 (-OH), 니트릴기 (-CN), C1~C12의 알킬(alkyl)기, C1~C12의 히드록시알킬(hydroxyalkyl)기, C2~C12의 알케닐기, C1~C12의 알콕시(alkoxy)기, C6~C18의 아릴(aryl)기, C7~C18의 벤질(benzyl)기 중에서 선택되며; R 1 to R 2n + 6 each independently represent a homogeneous or hetero substituent, and a hydrogen, a hydroxy group (-OH), a nitrile group (-CN), a C 1 to C 12 alkyl group, and C 1 to C 12 Hydroxyalkyl group, C 2 ~ C 12 alkenyl group, C 1 ~ C 12 alkoxy group, C 6 ~ C 18 aryl group, C 7 ~ C 18 benzyl ( benzyl) group; 이때 R1 내지 R2n+6 중 적어도 하나는 이온 결합하는 치환기로서 할로겐기이며, R1 내지 R2n+6 중 적어도 다른 하나는 전기화학적으로 고분자화 가능한 치환기로서, 비닐, 아릴, 아크릴레이트, 메타아크릴레이트기, 환상 락톤 및 환상 카보네이트로 구성된 군으로부터 선택되는 치환기이며;In this case, at least one of R 1 to R 2n + 6 is a halogen group as an ion-bonding substituent, and at least another one of R 1 to R 2n + 6 is an electrochemically polymerizable substituent, and includes vinyl, aryl, acrylate, and meta. A substituent selected from the group consisting of an acrylate group, a cyclic lactone and a cyclic carbonate; X는 산소나 황 원자이며,X is oxygen or sulfur atom, n은 0 내지 10 사이의 정수이다. n is an integer between 0 and 10. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 양극, 음극, 분리막 및 전해질을 포함하는 전기 화학 소자에 있어서, 상기 음극은 제 1항, 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 음극인 것이 특징인 전기 화학 소자.An electrochemical device comprising an anode, a cathode, a separator, and an electrolyte, wherein the cathode is the cathode according to any one of claims 1 and 5 to 7. 제 11항에 있어서, 상기 전기 화학 소자는 리튬 이차 전지인 전기 화학 소자.The electrochemical device of claim 11, wherein the electrochemical device is a lithium secondary battery. (a) 전기 화학적으로 고분자화 가능한 치환기와 이온 결합성 치환기를 포함하고 리튬을 흡장 및 방출할 수 있는 (준)금속으로 Si, Sn 중에서 선택되는 물질을 함유하는 화합물을 용매에 해리시켜 용액을 제조하는 단계; (a) A solution is prepared by dissociating a compound containing an electrochemically polymerizable substituent and an ionic bond substituent and containing a substance selected from Si and Sn as a (qua) metal capable of occluding and releasing lithium in a solvent. Making; (b) 상기 용액에 통전 가능한 양(兩) 기판을 침지시켜 상호 소정 간격으로 이격시킨 후, 소정의 전압을 인가하여 고분자화 가능한 치환기와 (준)금속의 복합체를 전기 화학 증착시키는 단계; 및(b) immersing an energizable positive substrate in the solution and spaced apart from each other at predetermined intervals, and then applying a predetermined voltage to electrochemically deposit a complex of a polymerizable substituent and a (quasi) metal; And (c) 상기 전기 화학 증착된 음극 또는 집전체를 건조하는 단계(c) drying the electrochemically deposited negative electrode or current collector 를 포함하여 제1항에 기재된 음극의 제조방법.Including the manufacturing method of the negative electrode according to claim 1. 삭제delete 제 13항에 있어서, 상기 단계 (b)의 용액은 쿠마린, 티오우레아, 사카린 및 붕산으로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 첨가제가 첨가된 것인 음극의 제조방법.The method of claim 13, wherein the solution of step (b) is added with at least one additive selected from the group consisting of coumarin, thiourea, saccharin and boric acid.
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