KR101227321B1 - 리튬 2차 전지 - Google Patents

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Abstract

합금 부극을 이용한 경우에서의 집전체의 주름의 발생을 억제하여, 초기 충방전 특성 및 사이클 특성이 우수한 리튬 2차 전지를 제공한다. 표면이 요철 형상으로 형성된 부극 집전체(3b)의 그 표면에 부극 활물질층(3a)이 형성된 부극과, 정극과, 비수 전해질을 구비한 리튬 2차 전지로서, 부극 활물질층(3a)은 Li과 합금화하는 재료로 이루어지고, 부극 활물질층(3a)의 두께(㎛)/부극 집전체(3b) 표면의 십점 평균 거칠기 Rz(㎛)가 0.5 이상 4 이하이며, 또한, 25℃에서의 부극 집전체(3b)의 인장 강도(N/㎟)×부극 집전체 베이스 두께(㎜)/부극 활물질층(3a)의 두께(㎛)가 2 이상이다.
리튬 2차 전지, 부극 활물질층, 부극 집전체, 인장 강도, 충방전 특성, 사이클 특성

Description

리튬 2차 전지{LITHIUM SECONDARY BATTERY}
도 1은 부극 표면의 X선 차트.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 리튬 2차 전지의 외관도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 리튬 2차 전지의 내부를 도시하는 단면도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 리튬 2차 전지에서의 집전체 표면의 확대도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 정극
1a : 정극 활물질층
1b : 정극 집전체
1c : 정극 탭
2 : 세퍼레이터
3 : 부극
3a : 부극 활물질층
3b : 부극 집전체
3c : 부극 탭
4 : 외장체
4a : 밀봉부
[특허 문헌 1] 일본특허공개 평10-255768호 공보
[특허 문헌 2] 일본특허공개 2002-83594호 공보
[특허 문헌 3] 일본특허공개 2003-7305호 공보
본 발명은, 표면이 요철 형상으로 형성된 부극 집전체의 그 표면에 부극 활물질층이 형성된 부극과, 정극과, 비수 전해질을 구비하는, 합금 부극을 이용한 리튬 2차 전지에 관한 것이다.
최근, 충전 시에 전기 화학적으로 리튬과 합금화하는 알루미늄, 실리콘 등을 부극 활물질로서 이용하는 리튬 2차 전지가 제안되어 있다(일본특허공개 평10-255768호 공보 참조). 그러나, 이러한 합금 부극을 이용한 리튬 2차 전지의 경우, 부극 활물질의 충방전에 수반되는 팽창·수축이 크기 때문에, 충방전에 수반하여 활물질이 미분화되거나, 활물질이 집전체로부터 박리되거나, 또는 충방전에 의해 집전체에 주름이 발생하여, 충방전 효율 및 사이클 특성이 저하된다고 하는 과제가 생긴다.
따라서, 이러한 과제를 해결하기 위해서, 본 출원인은, 부극 집전체 표면을 요철로 형성하고, 그 요철 표면에 부극 활물질층으로서의 비정질 실리콘 박막을 퇴 적시킴과 함께, 표면 거칠기 Ra를 소정 범위로 규정하거나, 부극 집전체의 인장 강도를 소정 이상으로 하는 리튬 2차 전지를 이미 제안하였다(일본특허공개 2002-83594호 공보, 일본특허공개 2003-7305호 공보 참조).
그러나, 상기 특허 문헌 2, 3에 기재된 리튬 2차 전지에서도, 부극 집전체의 주름의 발생을 충분히 억제할 수 없어, 초기 충방전 특성 및 사이클 특성이 저하되는 경우가 있었다.
본 발명은 상기의 실정을 감안하여 안출된 것으로서, 그 목적은, 합금 부극을 이용한 경우에서의 부극 집전체의 주름의 발생을 억제하여, 초기 충방전 특성 및 사이클 특성이 우수한 리튬 2차 전지를 제공하는 것이다.
부극 집전체의 주름에 관계되는 요인으로서는, 충방전 심도, 활물질 두께, 부극 집전체 강도(부극 집전체의 인장 강도×부극 집전체 베이스 두께)가 알려져 있다. 본 발명자는, 부극 집전체의 주름의 발생을 억제하기 위해 심도 있는 연구를 행한 결과, 상기 주름 발생에 관계되는 3 가지의 요인 중, 부극 활물질 두께 및 부극 집전체 강도에 대하여, 주름을 억제하기 위한 최적의 관계를 발견한 것이다. 본 발명의 구체적인 내용은 이하와 같다.
즉, 본 발명 중 제1 발명은, 표면이 요철 형상으로 형성된 부극 집전체의 그 표면에 부극 활물질층이 형성된 부극과, 정극과, 비수 전해질을 구비한 리튬 2차 전지로서, 부극 활물질층은 Li과 합금화하는 재료로 이루어지고, 부극 활물질층의 두께(㎛)/부극 집전체 표면의 십점(十点) 평균 거칠기 Rz(㎛)가 0.5 이상 4 이하이며, 또한 25℃에서의 부극 집전체의 인장 강도(N/㎟)×부극 집전체 베이스 두께(㎜)/부극 활물질층의 두께(㎛)가 2 이상인 것을 특징으로 한다.
부극 활물질층의 두께(㎛)/부극 집전체 표면의 십점 평균 거칠기 Rz(㎛)를 상기 범위에 규제하는 것은 이하의 이유에 의한다. 즉, 부극 활물질층의 두께(㎛)/Rz(㎛)가 4보다 크면, 부극 표면에서의 미분화나 활물질의 박리에 의해, 사이클 특성이 저하되기 때문이다. 부극 활물질층의 두께(㎛)/Rz(㎛)가 0.5보다 작으면, 충방전 효율이 저하되기 때문이다.
또한, 부극 집전체의 인장 강도(N/㎟)×부극 집전체 베이스 두께(㎜)/부극 활물질층의 두께(㎛)를 규제하는 것은, 상기한 바와 같이 부극 활물질층의 두께도 부극 집전체의 주름의 발생 요인이므로, 부극 집전체 강도(부극 집전체의 인장 강도×부극 집전체 베이스 두께)만의 최적값을 구하더라도, 주름을 억제하는 최적값으로는 되지 않는다. 따라서, 부극 집전체 강도를 부극 활물질층의 두께로 규격화한 것이다.
또한, 「부극 집전체 베이스 두께」란, 부극 집전체 표면을 조면화하기 전의 부극 집전체의 두께를 의미한다. 또한, 부극 집전체의 요철은 입자 형상의 요철인 것이 바람직하다.
제2 발명은, 제1 발명의 리튬 2차 전지로서, 부극 활물질층의 두께(㎛)/부극 집전체 베이스 두께(㎛)가 0.2 이상인 것을 특징으로 한다.
상기한 바와 같이, 부극 활물질층의 두께/부극 집전체 베이스 두께를 규제하 는 것은 이하의 이유에 의한다. 즉, 부극 집전체 베이스 두께를 크게 하면, 부극 집전체 강도를 크게 할 수 있다. 그러나, 이와 같이 하면, 전지 내 체적을 차지하는 집전체의 체적이 크게 되기 때문에, 전지의 체적 에너지 밀도에 영향을 주는 용량(mAh)/(부극 집전체 베이스 두께(㎛)+부극 활물질 양면 두께(㎛))의 값이 작게 되어, 체적 에너지 밀도가 저하되기 때문이다.
제3 발명은, 제1 발명 또는 제2 발명의 리튬 2차 전지로서, 부극 집전체의 25℃에서의 인장 강도가 800(N/㎟) 이상인 것을 특징으로 한다.
상기한 바와 같이, 인장 강도가 800(N/㎟) 이상이면, 집전체 강도를 크게 할 수 있으므로, 부극 집전체의 주름의 발생을 억제하는 관점으로부터 바람직하다.
또한, 인장 강도의 상한은, 현실에 사용하는, 재료, 부극 활물질층의 두께 및 부극 집전체 베이스 두께를 고려하면, 1600(N/㎟) 정도라고 생각된다.
제4 발명은, 제1 발명 내지 제3 발명 중 어느 하나의 리튬 2차 전지로서, 부극 활물질층이 그 두께 방향으로 형성된 이음매에 의해 기둥 형상으로 분리되어 있고, 또한 그 기둥 형상 부분의 바닥부가 상기 부극 집전체와 밀착하고 있는 것을 특징으로 한다.
상기한 바와 같이, 부극 활물질층이 그 두께 방향으로 형성된 이음매에 의해 기둥 형상으로 분리되어 있으면, 기둥 형상 부분의 주위에 간극이 형성되므로, 이 간극에 의해 충방전 사이클에 수반하는 박막의 팽창 수축에 의한 응력이 완화되어, 부극 활물질층이 부극 집전체로부터 박리되게 하는 응력이 발생하는 것을 억제할 수 있다. 그 결과, 기둥 형상 부분의 바닥부에서의 부극 집전체와의 밀착 상태를 양호하게 유지할 수 있다.
제5 발명은, 제4 발명의 리튬 2차 전지로서, 부극 활물질층이 비정질 박막인 것을 특징으로 한다.
제6 발명은, 제4 발명의 리튬 2차 전지로서, 부극 활물질층이 미결정 실리콘 박막인 것을 특징으로 한다.
제7 발명은, 제5 발명의 리튬 2차 전지로서, 부극 활물질층이 비정질 실리콘 박막인 것을 특징으로 한다.
여기서, 부극의 다른 전지 부재에 대해서는 종래 공지의 재료를 이용할 수 있다.
정극 재료로서는, 이산화망간, 리튬 함유 망간 산화물, 리튬 함유 코발트 산화물, 리튬 함유 바나듐 산화물, 리튬 함유 니켈 산화물, 리튬 함유 철 산화물, 리튬 함유 크롬 산화물, 리튬 함유 티탄 산화물 등을 사용할 수 있다.
비수 전해질의 용매로서는, 에틸렌카보네이트, 프로필렌카보네이트, 부틸렌카보네이트, 비닐렌카보네이트 등의 고리 형상 탄산에스테르와, 디메틸카보네이트, 메틸에틸카보네이트, 디에틸카보네이트 등의 사슬 형상 탄산에스테르와의 혼합 용매, 및 고리 형상 탄산에스테르와 1,2-디메톡시에탄, 1,2-디에톡시에탄 등의 에테르와의 혼합 용매가 예시된다.
비수 전해질의 용질로서는, LiXFp(식 중, X는 P, As, Sb, Al, B, Bi, Ga 또는 In이고, X가 P, As 또는 Sb일 때에는 p는 6이고, X가 Al, B, Bi, Ga 또는 In일 때에는 p는 4임), LiCF3SO3, LiN(CmF2m+1SO2)(CnF2n+1SO2)(식 중, m 및 n은 각각 독립하여 1∼4의 정수임), LiC(ClF2l+1SO2)(CmF2m+1SO2)(CnF2n+1SO2)(식 중, l, m 및 n은 각각 독립하여 1∼4의 정수임) 및 이들의 혼합물이 예시된다.
비수 전해질로서, 폴리에틸렌옥시드, 폴리아크릴로니트릴 등의 고분자에 비수 전해액을 함침시켜 이루어지는 겔상 고분자 전해질을 이용하여도 된다.
사용하는 부극 집전체의 요철은 산술 평균 거칠기 Ra가 0.1∼1.0㎛ 사이가 바람직하다. 산술 평균 거칠기 Ra가 0.2∼0.5㎛ 사이가 보다 바람직하다. 십점 평균 거칠기 Rz는 1.O㎛∼1O.O㎛ 사이가 바람직하다. 이보다 작거나 커도 밀착성이 저하되어, 방전 용량이 저하된다. Ra, Rz는, 일본공업규격 JISB0601-1994에 기초하여, 올림푸스제 레이저 현미경 OLS1100에 의해 측정하였다.
부극 집전체로서는, 구리, 구리 합금, 니켈, 니켈 합금, 스테인레스, 철, 철 합금, 몰리브덴, 탄탈, 텅스텐을 이용할 수 있다. 그 중에서도, 구리 합금, 니켈 합금을 이용하는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명에 따른 리튬 2차 전지를 도 1∼도 4에 기초하여 상세하게 설명한다. 또한, 본 발명에서의 리튬 2차 전지는 이하의 실시예에 나타낸 것에 한정되지 않고, 그 요지를 변경하지 않는 범위에서 적절하게 변경하여 실시할 수 있는 것이다.
[부극의 제작]
부극 집전체로서 요철을 갖는 구리 합금박(인장 강도 800N/㎟, 부극 집전체 베이스 두께 20㎛, Ra=0.4㎛, Rz=4㎛)을 준비하고, 이하의 조건에서 열 처리하여, 인장 강도 400N/㎟의 구리 합금박으로 이루어지는 부극 집전체(부극 집전체 베이스 두께 20㎛, Ra=0.4㎛, Rz=4㎛)를 제작하였다.
·열 처리 조건
분위기 : Ar 분위기
온도 : 500℃
열 처리 시간 : 10 시간
다음으로, RF 스퍼터링법에 의해, 상기 열 처리된 구리 합금박으로 이루어지는 부극 집전체의 요철면 상에 실리콘 박막을 형성하였다. 스퍼터링 조건은 이하의 조건이다.
·스퍼터링 조건
스퍼터 가스(Ar) 유량 : 100sccm
기판 온도 : 실온(가열안함)
반응 압력 : 1.0×10-3Torr
고주파 전력 : 200W
실리콘 박막은, 편면의 두께가 약 4㎛로 될 때까지 퇴적하여, 양면에 형성하였다. 이와 같이 하여 2㎝×2㎝의 전극을 제작하였다. 이 전극의 편면 단위 면적당 방전 용량은 2.75mAh/㎠이었다. 또한, 상기 방법으로 제작된 부극 표면을 X선 분석하면, 도 1에 도시하는 바와 같이, 피크는 구리에서만 브로드한 부분이 존재하 기 때문에, 실리콘 박막은 비정질이라고 생각된다.
[정극의 제작]
정극 활물질로서의 LiCoO2 분말 85 중량부와, 도전제로서의 탄소 분말 10 중량부와, 결착제로서의 폴리불화비닐리덴 분말 5 중량부의 NMP(N-메틸-2-피롤리돈) 용액을 혼합하여 슬러리를 조제하고, 이 슬러리를 집전체로서의 두께 20㎛의 알루미늄박의 편면에 닥터블레이드법에 의해 도포하여 활물질층을 형성한 후, 150℃에서 건조하여 2㎝×2㎝의 정극을 제작하였다. 이 전극의 단위 면적당 방전 용량은 2.60mAh/㎠이었다.
[세퍼레이터]
세퍼레이터로서, 폴리에틸렌 미세 다공막을 이용하였다.
[전해액의 조제]
에틸렌카보네이트와 디에틸카보네이트의 체적비 1 : 1의 혼합 용매에 LiPF6를 1mol/dm3 녹여 전해액을 조제하였다.
[리튬 2차 전지의 제작]
상기의 정극, 부극, 세퍼레이터 및 비수 전해액을 사용하여, 소형 라미네이트 리튬 2차 전지를 제작하였다.
상기 리튬 2차 전지의 구체적인 구조는, 도 2 및 도 3에 도시하는 바와 같이, 정극(1), 세퍼레이터(2), 부극(3), 외장체(4) 등으로 이루어진다. 정극(1) 및 부극(3)은 세퍼레이터(2)를 개재하여 대향하여 외장체(4) 내에 수용되어 있고, 이 외장체(4)의 주연부는 밀봉부(4a)에 의해 밀봉되어 있다. 정극(1)은, 정극 집전체(1b) 상에 형성된 정극 활물질층(1a)과, 정극 집전체(1b)와 접합된 정극 탭(1c)으로 이루어지고, 부극(3)은, 부극 집전체(3b) 상에 형성된 부극 활물질층(3a)과, 부극 집전체(3b)와 접합된 부극 탭(3c)으로 이루어지며, 각각, 전지 내부에 생긴 화학 에너지를 전기 에너지로서 외부로 취출할 수 있도록 되어 있다. 또한, 부극 활물질층(3a)은, 도 4에 도시하는 바와 같이, 그 두께 방향으로 형성된 이음매에 의해 기둥 형상으로 분리되어 있고, 또한 그 기둥 형상 부분의 바닥부가 집전체(3b)와 밀착되어 있다.
(그 밖의 사항)
상기 실시예에서는 라미네이트형 리튬 2차 전지를 예로 들어 설명하였지만, 본 발명은 전지 형상에 특히 제한은 없고, 편평형 등의 여러 가지 형상의 리튬 2차 전지에 적용 가능하다.
<실시예>
본 발명의 실시예를 이하에 설명한다.
(실시예 1)
실시예 1의 시험 셀로서는 상기 발명의 구성란에서 설명한 전지와 마찬가지로 하여 제작한 것을 이용하였다.
이와 같이 하여 제작한 전지를, 이하, 본 발명의 전지 A1이라고 칭한다.
(실시예 2)
정극에는 단위 면적당 방전 용량이 2.0mAh/㎠의 것을 이용한 것 외에는, 상 기 실시예 1과 마찬가지로 하여 전지를 제작하였다.
이와 같이 하여 제작한 전지를, 이하, 본 발명의 전지 A2라고 칭한다.
(실시예 3)
구리 합금박을 350℃에서 열 처리하고, 부극 집전체의 인장 강도를 550N/㎟로 한 것, 및 정극에는 단위 면적당 방전 용량이 2.0mAh/㎠의 것을 이용한 것 외에는, 상기 실시예 1과 마찬가지로 하여 전지를 제작하였다.
이와 같이 하여 제작한 전지를, 이하, 본 발명의 전지 A3라고 칭한다.
(실시예 4)
구리 합금박을 열 처리하지 않고, 부극 집전체의 인장 강도를 800N/㎟로 한 것, 및 정극에는 단위 면적당 방전 용량이 2.0mAh/㎠의 것을 이용한 것 이외에는, 상기 실시예 1과 마찬가지로 하여 전지를 제작하였다.
이와 같이 하여 제작한 전지를, 이하, 본 발명의 전지 A4라고 칭한다.
(실시예 5)
구리 합금박을 열 처리하지 않고, 부극 집전체의 인장 강도를 800N/㎟로 한 것, 정극에는 단위 면적당 방전 용량이 3.0mAh/㎠의 것을 이용한 것, 및 부극 활물질층의 두께를 6㎛로 한 것 외에는, 상기 실시예 1과 마찬가지로 하여 전지를 제작하였다.
이와 같이 하여 제작한 전지를, 이하, 본 발명의 전지 A5라고 칭한다.
(실시예 6)
구리 합금박을 열 처리하지 않고, 부극 집전체의 인장 강도를 800N/㎟로 한 것, 정극에는 단위 면적당 방전 용량이 4.0mAh/㎠의 것을 이용한 것, 및 부극 활물질층의 두께를 8㎛로 한 것 외에는, 상기 실시예 1과 마찬가지로 하여 전지를 제작하였다.
이와 같이 하여 제작한 전지를, 이하, 본 발명의 전지 A6라고 칭한다.
(실시예 7)
부극 집전체 베이스 두께를 25㎛로 한 것, 및 정극에는 단위 면적당 방전 용량이 2.0mAh/㎠의 것을 이용한 것 외에는, 상기 실시예 1과 마찬가지로 하여 전지를 제작하였다.
이와 같이 하여 제작한 전지를, 이하, 본 발명의 전지 A7이라고 칭한다.
(실시예 8∼10)
표면 거칠기 Rz를 각각 1㎛, 4㎛, 8㎛로 한 것 외에는, 상기 실시예 1과 마찬가지로 하여 전지를 제작하였다.
이와 같이 하여 제작한 전지를, 이하, 각각, 본 발명의 전지 A8, A9, A10이라고 칭한다.
(비교예 1)
부극 집전체 베이스 두께를 15㎛로 한 것, 및 정극에는 단위 면적당 방전 용량이 2.0mAh/㎠의 것을 이용한 것 외에는, 상기 실시예 1과 마찬가지로 하여 전지를 제작하였다.
이와 같이 하여 제작한 전지를, 이하, 비교 전지 X1이라고 칭한다.
(비교예 2)
부극 활물질층의 두께를 6㎛로 한 것, 및 정극에는 단위 면적당 방전 용량이 3.0mAh/㎠의 것을 이용한 것 외에는, 상기 실시예 1과 마찬가지로 하여 전지를 제작하였다.
이와 같이 하여 제작한 전지를, 이하, 비교 전지 X2라고 칭한다.
(비교예 3, 4)
표면 거칠기 Rz를 각각 0.8㎛, 10㎛로 한 것 외에는, 상기 실시예 1과 마찬가지로 하여 전지를 제작하였다.
이와 같이 하여 제작한 전지를, 이하, 각각, 비교 전지 X3, X4라고 칭한다.
(비교예 5)
표면을 조면화 처리하지 않은 부극 집전체를 이용한 것 외에는, 상기 실시예 1과 마찬가지로 하여 전지를 제작하였다.
이와 같이 하여 제작한 전지를, 이하, 비교 전지 X5라고 칭한다.
(실험)
상기 본 발명의 전지 A1∼A10 및 비교 전지 X1∼X5를, 하기의 충방전 조건에서 50 사이클 충방전을 반복하여 행하여, 충방전 효율 및 용량 유지율을 조사하였기에, 그 결과를 표 1에 나타낸다.
또한, 충방전 효율 및 용량 유지율은 하기에 정의된다.
·충방전 조건
25℃에서, 표 2에 나타내는 각 전류값에서 4.2V까지 정전류로 충전
25℃에서, 표 2에 나타내는 각 전류값의 1/20까지 정전압 충전한 후, 표 2 에 나타내는 각 전류값에서 2.75V까지 방전
·충방전 효율 및 용량 유지율의 산출식
충방전 효율(%)=(1 사이클째 방전 용량/1 사이클째 충전 용량)×100
용량 유지율(%)=(50 사이클째 방전 용량/1 사이클째 방전 용량)×100
Figure 112005016813660-pat00001
Figure 112005016813660-pat00002
표 1로부터 분명한 바와 같이, 부극 활물질층의 두께(㎛)/부극 집전체 표면의 십점 평균 거칠기 Rz(㎛)가 0.5 이상 4 이하이고, 또한 25℃에서의 부극 집전체의 인장 강도(N/㎟)×부극 집전체 베이스 두께(㎜)/부극 활물질층의 두께(㎛)가 2 이상인 본 발명의 전지 A1∼A10은, 이와 같은 규제 범위 외의 비교 전지 X1∼X5에 비해, 초기 충방전 효율 및 사이클 특성이 우수하다는 것이 인정된다.
이러한 결과로 된 것은 이하에 기재하는 이유에 의한 것이라고 생각된다. 즉, 부극 활물질층의 두께(㎛)/Rz(㎛)가 4보다 크면(비교 전지 X3에 상당), 부극 표면에서의 미분화나 활물질의 박리가 생기고, 그 때문에 사이클 특성이 저하된다. 부극 활물질층의 두께(㎛)/Rz(㎛)가 0.5보다 작으면(비교 전지 X4에 상당), 부극 활물질층의 쪼개짐(부극 활물질층의 두께 방향의 이음매에 의한 분리에 상당)이 불규칙화되기 때문에, 충방전 효율이 저하된다.
또한, 인장 강도(N/㎟)×부극 집전체 베이스 두께(㎜)/부극 활물질층의 두께(㎛)가 2보다 작으면(비교 전지 X1, X2에 상당), 부극 집전체에 주름이 발생하고, 그 주름에 의한 불균일 반응에 의해, 충방전 효율 및 사이클 특성이 저하된다.
이에 대하여, 본 발명의 전지 A1∼A10에서는, 부극 활물질층의 두께(㎛)/Rz(㎛), 및 인장 강도(N/㎟)×부극 집전체 베이스 두께(㎜)/부극 활물질층의 두께(㎛)가 모두 최적값으로 되어 있으므로, 부극 표면에서의 미분화나 활물질의 박리가 생기지 않고, 또한 부극 집전체의 주름의 발생을 억제함으로써, 초기 충방전 효율 및 사이클 특성의 저하가 억제된 것이라고 생각된다.
또한, 표면을 조면화 처리하지 않은 집전체를 이용한 비교 전지 X5에서는, 충방전 효율 및 사이클 특성이 크게 저하되어 있다는 것이 인정된다. 이는, 활물질이 부극 집전체로부터 붕락한 것에 의한 것이라고 생각된다. 따라서, 부극 집전체 표면에 요철을 형성하는 것은 충방전 효율 및 사이클 특성의 저하 방지를 도모하는 데 최소한 필요한 구성인 것을 이해할 수 있다.
또한, 표 1로부터 분명한 바와 같이, 본 발명의 전지 A2∼A4에서는, 집전체의 인장 강도가 크게 되는 데 대응하여, 초기 충방전 효율이 순차적으로 상승하고 있다는 것이 인정된다. 이는, 부극 집전체의 인장 강도가 크게 되는 데 따라, 주름의 발생이 억제된 것이라고 생각된다.
또한, 표 1로부터 분명한 바와 같이, 부극 활물질 두께(㎛)/부극 집전체 베이스 두께(㎛)가 0.2 이하인 본 발명의 전지 A7에서는, 0.2 이상인 본 발명의 전지 A1∼A6, A8∼A10에 비해, 용량(mAh)/(부극 집전체 베이스 두께(㎛)+부극 활물질 양면 두께(㎛))의 값이 작다는 것이 인정된다. 이는, 집전체 베이스 두께를 크게 하면, 전지 내 체적을 차지하는 집전체의 체적이 크게 되기 때문에, 전지의 체적 에너지 밀도에 영향을 주는 용량(mAh)/(부극 집전체 베이스 두께(㎛)+부극 활물질 양면 두께(㎛))의 값이 작게 된 것이라고 생각된다. 그 결과, 본 발명의 전지 A7에서는 체적 에너지 밀도가 저하된다. 따라서, 부극 활물질 두께/부극 집전체 베이스 두께는 0.2 이상이 바람직하다.
이상의 검토 결과에 의해, 부극 활물질층의 두께(㎛)/부극 집전체 표면의 십점 평균 거칠기 Rz(㎛)가 0.5 이상 4 이하이고, 또한 25℃에서의 부극 집전체의 인장 강도(N/㎟)×부극 집전체 베이스 두께(㎜)/부극 활물질층의 두께(㎛)가 2 이상인 것에 의해, 초기 충방전 특성 및 사이클 특성이 우수하다는 것을 이해할 수 있다.
또한, 바람직하게는, 부극 활물질 두께/부극 집전체 베이스 두께가 0.2 이상인 것이 바람직하다는 것을 이해할 수 있다.
본 발명은, 합금 부극을 이용한 리튬 2차 전지에 적용할 수 있다.
본 발명에 따르면, 25℃에서의 부극 집전체의 인장 강도(N/㎟)×부극 집전체 베이스 두께(㎜)/부극 활물질층의 두께(㎛)가 2 이상인 것에 의해, 집전체 강도가 크게 되어, 충방전에 의해 부극 집전체에 발생하는 주름을 억제할 수 있고, 그 결과, 주름에 의한 불균일 반응에 의한 초기 충방전 특성 및 사이클 특성의 저하를 방지할 수 있다.
또한, 부극 활물질층의 두께(㎛)/부극 집전체 표면의 십점(十点) 평균 거칠기 Rz(㎛)를 0.5 이상 4 이하로 함으로써, 부극 표면에서의 미분화나 부극 활물질의 박리를 방지할 수 있어, 이들 부극 표면에서의 미분화나 부극 활물질의 박리에 기인한 사이클 특성의 저하도 방지할 수 있다고 하는 우수한 효과를 발휘한다.

Claims (7)

  1. 표면이 요철 형상으로 형성된 부극 집전체의 상기 표면에 부극 활물질층이 형성된 부극과, 정극과, 비수 전해질을 구비한 리튬 2차 전지이며,
    상기 부극 활물질층은 비정질 실리콘 박막으로 이루어지고,
    상기 부극 활물질층은 그 두께 방향으로 형성된 이음매에 의해 기둥 형상으로 분리되어 있고, 또한 상기 기둥 형상 부분의 바닥부가 상기 부극 집전체와 밀착되어 있으며,
    부극 활물질층의 두께(㎛)/부극 집전체 표면의 십점 평균 거칠기 Rz(㎛)가 0.5 이상 4 이하이며,
    또한, 25℃에서의 부극 집전체의 인장 강도(N/㎟)×부극 집전체 베이스 두께(㎜)/부극 활물질층의 두께(㎛)가, 2 이상인 것을 특징으로 하는 리튬 2차 전지.
  2. 제1항에 있어서,
    부극 활물질층의 두께(㎛)/부극 집전체 베이스 두께(㎛)가, 0.2 이상인 것을 특징으로 하는 리튬 2차 전지.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 부극 집전체의 25℃에서의 인장 강도가 800(N/㎟) 이상인 것을 특징으로 하는 리튬 2차 전지.
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