KR101454372B1 - Silicon Negative Active Material with lithium film, Manufacturing Method thereof And Lithium Secondary Battery Comprising The Same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 리튬 박막을 삽입하여 초기 비가역을 억제한 실리콘계 음극활물질 전극 및 이의 제조방법 및 이를 구비한 리튬이차전지에 관한 것이다.
본 발명의 리튬이차전지는 음극활물질을 포함하는 음극은 실리콘계 음극활물질에 폴리아크릴릭액시드(PAA:polyacrylic acid) 고강도 결합제 및 도전재가 혼합되어 제조된 실리콘계 음극 활물질 전극 표면에 초기 비가역 용량 해소를 위하여 리튬 금속을 첨가한 리튬이차전지를 기술적 요지로 한다.
The present invention relates to a silicon-based anode active material electrode having an initial irreversible phase inhibited by inserting a lithium thin film, a method for manufacturing the same, and a lithium secondary battery having the same.
The lithium secondary battery of the present invention comprises a negative electrode comprising a negative electrode active material, a silicon negative electrode active material electrode prepared by mixing a silicone based negative active material with a polyacrylic acid (PAA) high strength binder and a conductive material, A lithium secondary battery to which a metal is added is a technical point.

Description

리튬 박막을 삽입한 실리콘계 음극활물질 전극 및 이의 제조방법 및 이를 구비한 리튬이차전지{Silicon Negative Active Material with lithium film, Manufacturing Method thereof And Lithium Secondary Battery Comprising The Same} Technical Field [0001] The present invention relates to a silicon-based anode active material electrode having a lithium thin film inserted therein, a method of manufacturing the same, and a lithium secondary battery having the same.

본 발명은 리튬 박막을 삽입하여 초기 비가역을 억제한 실리콘계 음극활물질 전극 및 이의 제조방법 및 이를 구비한 리튬이차전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 실리콘계 음극활물질에 고강도 바인더인 폴리아크릴릭액시드(PAA:polyacrylic acid)와 도전재를 혼합한 음극활물질 전극의 표면에 리튬 금속을 첨가하여 초기 비가역 비용량을 해소한 음극활물질 전극 및 그 제조방법 및 이를 구비한 리튬이차전지에 관한 것이다.More particularly, the present invention relates to a method of manufacturing a silicon-based anode active material electrode by inserting a lithium thin film and suppressing initial irreversibility, and a lithium secondary battery having the same. More particularly, The present invention relates to a negative electrode active material electrode in which lithium metal is added to the surface of a negative electrode active material electrode mixed with polyacrylic acid and a conductive material to eliminate an initial irreversible capacity, a method for manufacturing the same, and a lithium secondary battery having the same.

다시 말해, 본 발명은 실리콘계 음극활물질을 이용하여 리튬이차전지(풀셀) 제조시 실리콘계 음극의 초기 비가역 비용량으로 인하여 음극과 양극의 부조화가 발생하기 때문에 이를 해소하고자 비가역 비용량에 해당하는 리튬 박막을 삽입한 리튬이전지에 관한 것이다.
In other words, since the incoincidence of the negative electrode and the positive electrode occurs due to the initial irreversible capacity of the silicon-based negative electrode when manufacturing the lithium secondary battery (full cell) using the silicon-based negative active material, the lithium thin film corresponding to the non- And the inserted lithium battery.

휴대폰, 노트북 PC와 같은 mobile IT의 전원으로써 사용하고 있는 리튬이차전지의 용도가 최근에는 전력 저장장치로 그 적용을 넓혀 나가고 있다. 그 중 지구온난화를 막기 위한 수단으로써 전기자동차 등 무공해 수송수단의 개발이 활발히 진행되고 있다. 기존 전기자동차의 성능을 보다 향상시키기 위해서는 고에너지를 가지는 전지와 이를 구성하는 전극물질의 개발이 필요하다. The use of lithium secondary batteries, which are used as power sources for mobile IT devices such as mobile phones and notebook PCs, has recently been expanding its applications as power storage devices. As a means of preventing global warming, development of pollution-free transport vehicles such as electric vehicles is actively under way. In order to further improve the performance of existing electric vehicles, it is necessary to develop a battery having a high energy and an electrode material constituting the battery.

리튬이차전지는 리튬금속을 이용한 이차전지뿐만 아니라 리튬이온, 리튬폴리머, 리튬이온폴리머 이차전지를 포함하는 광의의 개념으로서, 높은 전압과 높은 에너지 밀도를 가지고 있어 가장 주목받고 있는 전지이며 전해질에 따라서 액체를 쓰는 액체형 전지, 액체와 고분자를 혼용해서 쓰는 겔형 폴리머 전지와 순수하게 고분자만을 사용하는 고체형 폴리머 전지로 구분하기도 한다. Lithium secondary batteries are not only secondary batteries using lithium metal but also lithium-ion, lithium polymer, and lithium-ion polymer secondary batteries. They have high voltage and high energy density, A gel type polymer battery in which a liquid is mixed with a polymer, and a solid type polymer battery in which only a polymer is used.

리튬이차전지의 핵심 구성 요소는 양극, 음극, 전해질, 분리막이다.The core components of lithium secondary batteries are anodes, cathodes, electrolytes, and separators.

리튬이차전지는 양극, 음극, 전해질, 분리막(separator), 외장재 등으로 구성된다. 양극은 전류집전체에 양극활물질, 도전재와 결합제(binder) 등의 혼합물이 결착되어 구성된다. 양극활물질로는 LiCoO2 , LiMn2O4 , LiNiO2, LiMnO2 등의 리튬 전이금속 화합물을 주로 사용하며 이들 물질은 결정구조 내로 리튬이온이 삽입/탈리(intercalation/deintercalation) 할 수 있다.The lithium secondary battery is composed of an anode, a cathode, an electrolyte, a separator, and an exterior material. The anode is constituted by binding a mixture of a cathode active material, a conductive material and a binder to a current collector. As the cathode active material, lithium transition metal compounds such as LiCoO 2 , LiMn 2 O 4 , LiNiO 2 , and LiMnO 2 are mainly used, and these materials can intercalate / deintercalate lithium ions into the crystal structure.

음극활물질은 리튬금속, 탄소 또는 흑연 등이 주로 사용되며 양극활물질과는 반대로 전기화학적 반응 전위가 낮다.Lithium metal, carbon or graphite is mainly used for the negative electrode active material. In contrast to the positive electrode active material, the electrochemical reaction potential is low.

전해질은 주로 에틸렌 카보네이트, 프로필렌 카보네이트, 디메틸 카보네이트, 디에틸 카보네이트, 메틸에틸 카보네이트 등의 극성 유기용매에 LiCF3SO3, Li(CF3SO2)2, LiPF6 , LiBF4, LiClO4, LiN(SO2C2F5)2 등의 리튬이온을 포함하는 염을 용해시켜 사용한다. The electrolyte is mainly composed of LiCF 3 SO 3 , Li (CF 3 SO 2 ) 2 , LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiN ((LiPF 4 ) 2 ) in a polar organic solvent such as ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, SO 2 C 2 F 5 ) 2, and the like.

분리막은 양극과 음극을 전기적으로 절연시키며 이온의 통로를 제공해주는 역할을 하고 다공성 폴리에틸렌 등 폴리올레핀계 폴리머를 주로 사용한다.The separator electrically isolates the anode and the cathode and serves as a passage for ions, and polyolefin-based polymers such as porous polyethylene are mainly used.

외장재는 전지의 내용물을 보호하며 전지외부로 전기적 통로를 제공하며, 금속캔 또는 알루미늄과 몇 겹의 폴리머층으로 구성된 파우치 포장재를 주로 사용한다.The exterior material protects the contents of the cell, provides an electrical path to the outside of the cell, and mainly uses a pouch package made of metal can or aluminum and several layers of polymer.

리튬이차전지는 현존의 최고성능을 가지는 이차전지임에도 불구하고 전자기기 측면에서는 보다 고성능의 전지를 필요로 하고 있다. 리튬이차전지의 고성능화는 양극과 음극의 특성 향상이 중요한 역할을 점하고 있는 바, 고성능의 음극재료의 개발은 중요한 과제이다. Lithium secondary batteries require a higher performance battery in terms of electronic devices although they are the secondary batteries having the highest performance. Improvement in the performance of lithium secondary batteries plays an important role in improving the properties of the positive electrode and the negative electrode, and development of a high performance negative electrode material is an important task.

음극 재료는 비약적인 비용량의 향상이 진행되고 있다. 현재의 흑연재료는 이론비용량이 372mAh/g 으로서 밀도가 2.2 g/ml인 재료이지만, 근래 개발 중인 실리콘의 경우 이론용량 4200 mAh/g의 현격히 높은 값을 가지며 밀도도 2.33 g/ml 이다. 실리콘은 리튬과의 전기화학 반응 전위 또한 흑연과 유사한 특징을 나타낸다. 하지만 실리콘 재료의 경우 리튬 삽입으로 인하여 300 %(Li22Si5)이상의 부피팽창이 일어난다는 문제점을 가지고 있다.The negative electrode material has been progressing dramatically in non-capacity. The current graphite material is a material with a theoretical cost of 372 mAh / g and a density of 2.2 g / ml, but the silicon currently under development has a significantly higher theoretical capacity of 4200 mAh / g and a density of 2.33 g / ml. Silicon exhibits electrochemical reaction potential with lithium as well as characteristics similar to graphite. However, the silicon material has a problem that a volume expansion exceeding 300% (Li 22 Si 5 ) occurs due to lithium insertion.

상기의 음극활물질은 높은 비가역 비용량으로 인하여 초기 효율이 낮은 문제점을 가지고 있다.The negative electrode active material has a low initial efficiency due to a high irreversible capacity.

이러한 문제를 해결하기 위해서, 즉, 리튬이차전지 전극의 비가역 비용량을 해소하여 초기 효율을 높일 수 있는 방법에 대한 연구의 필요성이 대두되고 있다.
In order to solve such a problem, there is a need for research on a method for increasing the initial efficiency by eliminating the irreversible capacity of the lithium secondary battery electrode.

본 발명은 이상과 같은 사항을 감안하여 창출된 것으로서, 기존의 흑연 재료의 비용량 및 용량밀도를 능가하도록 된 신규재료로서 리튬이차전지용 음극 재료의 조성물을 제공하고, 상기 특징을 갖는 음극활물질을 제조하는 방법 및 이를 이용한 리튬이차전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.  SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances and provides a negative electrode material composition for a lithium secondary battery as a novel material which can overcome the specific capacity and capacity density of existing graphite materials, And a lithium secondary battery using the same.

또한, 본 발명은 상기 고강도바인더인 폴리아크릴릭액시드(PAA:Polyacylic acid)를 일정 비율로 혼합하여 결합제 함량을 최소화하면서도 결착능력을 극대화 한 전극을 제조하고, 이를 리튬이차전지 음극에 적용하여 전지의 수명특성을 개선할 수 있는 리튬이차전지를 제공하는 것을 목적으로 한다. In addition, the present invention relates to a method of manufacturing an electrode that maximizes binding capacity while minimizing the binder content by mixing polyacylic acid (PAA), which is a high-strength binder, at a predetermined ratio and applying the same to a lithium secondary battery anode, And to provide a lithium secondary battery capable of improving lifetime characteristics.

본 발명은 초기 쿨롱 효율은 낮으나 고비용량 특성을 나타내는 비탄소계 재료 기반의 음극활물질을 사용한 고에너지의 리튬이차전지용 음극 전극에 초기 비가역 용량에 해당하는 리튬 박막을 삽입하여 쿨롱 효율을 향상함으로서 높은 초기 쿨롱 효율 특성과 고용량 특성을 함께 발현할 수 있는 음극, 나아가 양극에도 적용할 수 있는 전극 제조방법과 리튬이차전지를 제공하는 것을 목적으로 한다. 즉, 실리콘계 음극활물질 전극 표면에 리튬 금속을 첨가(삽입)하여 초기비가역 비용량을 해소한 음극활물질 전극 및 그 제조방법 및 이를 구비한 리튬이차전지를 제공하는 것이다. The present invention improves the coulomb efficiency by inserting a lithium thin film corresponding to an initial irreversible capacity into a cathode electrode for a high energy lithium secondary battery using a non-carbon material-based negative active material exhibiting a low initial coulombic efficiency but exhibiting a high capacity characteristic, The present invention aims to provide a method of manufacturing an electrode that can be applied to a negative electrode capable of exhibiting both an efficiency characteristic and a high capacity characteristic, and also to an anode, and a lithium secondary battery. That is, an anode active material electrode in which lithium metal is added (inserted) to the surface of a silicon based anode active material electrode to eliminate initial irreversible capacity, a method of manufacturing the same, and a lithium secondary battery having the same.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실리콘계 음극활물질 전극의 제조방법은, (1) 나노 실리콘계 음극 활물질에 폴리아크릴릭액시드(PAA:polyacrylic acid) 고강도 결합제 및 도전재를 혼합하여 음극합제 슬러리를 제조하는 단계; (2) 상기 음극합제 슬러리를 구리 집전체에 도포한 후, 건조하는 단계; 및 (3) 초기 비가역 비용량을 해소시키기 위해서, 건조된 음극활물질 표면에 리튬 금속을 첨가하는 단계;를 포함한다. In order to accomplish the above object, the present invention provides a method of manufacturing a silicon-based anode active material electrode comprising the steps of: (1) mixing a polyacrylic acid (PAA) high strength binder and a conductive material in a nanosilicon- based negative electrode active material to prepare an anode mixture slurry ; (2) applying the negative electrode material mixture slurry to a copper current collector, followed by drying; And (3) adding lithium metal to the surface of the dried negative electrode active material to eliminate the initial irreversible capacity.

바람직하게는, 상기 음극합제 슬러리를 제조하는 단계에 있어서, 용제는 NMP(N-Methyl pyrrolidone)가 사용되고, 상기 도전재는 카본 블랙(acetylene black, ketchen black, super p. black)이 사용된다. Preferably, NMP (N-methyl pyrrolidone) is used as a solvent in the step of preparing the anode mixture slurry, and carbon black (ketylene black, super p. Black) is used as the conductive material.

바람직하게는, 상기 리튬 금속은 박막 형태로 첨가된다. Preferably, the lithium metal is added in the form of a thin film.

바람직하게는, 상기 리튬 금속은 리튬 금속을 얇게 펴서 압착하여 첨가하거나, 또는 리튬 금속을 기상 증착의 방법으로 첨가된다. Preferably, the lithium metal is added by pressing the lithium metal thinly, or the lithium metal is added by the vapor deposition method.

음극활물질 표면에 첨가되는 리튬 금속의 량 내지 비율은 비가역 비용량을 해소 및 조절하기 위하여 자유롭게 조절할 수 있으나, 바람직하게는, 상기 리튬 금속은 음극활물질 전극의 표면에 리튬 금속이 사용되지 않는 경우의 초기 비가역 비용량을 완전히 해소하기 위해 필요한 이론적인 리튬 금속의 량을 100중량부로 보았을 때 95 내지 105 중량부가 첨가된다. The amount and proportion of lithium metal added to the surface of the negative electrode active material can be freely adjusted to eliminate and regulate the irreversible capacity. Preferably, the lithium metal is added to the surface of the negative electrode active material at an initial 95 to 105 parts by weight of the theoretical amount of lithium metal necessary for completely eliminating the irreversible non-capacity is 100 parts by weight.

즉, 이론적인 리튬 금속의 량 100중량부에 대해, 첨가되는 리튬 금속의 량은 95 내지 105 중량부(다시말해,이론적인 리튬 금속의 량의 95 내지 105%)가 첨가됨이 바람직하다. That is, the amount of lithium metal to be added is preferably 95 to 105 parts by weight (that is, 95 to 105% of the theoretical amount of lithium metal) to 100 parts by weight of the theoretical amount of lithium metal.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 음극 활물질 전극은, 실리콘계 음극활물질 100중량부에, 폴리아크릴릭액시드(PAA:polyacrylic acid) 고강도 결합제 30~50중량부(바람직하게는 40중량부), 및 도전재 50~70(바람직하게는 60중량부)가 혼합되어 제조된 음극 활물질 전극 표면에 리튬 금속을 첨가하여 제조되며, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 리튬이차전지는 리튬 금속이 압착된 음극과, 양극활물질을 포함하는 양극 및 이온전도체를 구비하여 제조된다.
A negative electrode active material electrode according to a preferred embodiment of the present invention is characterized by comprising 30 to 50 parts by weight (preferably 40 parts by weight) of a polyacrylic acid (PAA) high strength binder, The lithium secondary battery according to the preferred embodiment of the present invention is manufactured by adding lithium metal to the surface of the negative electrode active material electrode prepared by mixing 50 to 70 (preferably 60 parts by weight) A positive electrode including an active material, and an ion conductor.

본 발명은 음극의 초기 비가역성을 감소시키기 위해 리튬금속을 전지에 일부 첨가시킴으로써, 초기 충전반응에서 리튬금속이 먼저 반응하여 음극의 비가역 용량을 보상하고 대극으로부터 이동해 오는 리튬이온을 과잉 소모되지 않도록 한다.  By adding lithium metal to the battery in order to reduce the initial irreversibility of the negative electrode, the lithium metal first reacts in the initial charge reaction to compensate for the irreversible capacity of the negative electrode and prevent lithium ions from being excessively consumed.

이 경우 대극으로부터 이동해 온 리튬이온이 대극의 비가역 용량을 보상하기 위해 소모되는 것을 외부로부터 첨가한 리튬금속이 대극을 대신하여 보충해 주므로 결과적으로 대극의 가역용량을 증가시켜 전지의 용량을 높이는데 기여한다.
In this case, the lithium metal moved from the counter electrode is consumed to compensate for the irreversible capacity of the counter electrode, and the lithium metal added from the outside replaces the counter electrode in the counter electrode. As a result, it contributes to increase the capacity of the battery by increasing the reversible capacity of the counter electrode do.

표 1은 리튬 금속을 삽입한 실리콘계 음극활물질의 리튬이차전지 음극 특성
도 1은 실리콘계를 음극활물질로 이용하고 리튬 금속을 첨가하지 않고 제조한 동전형 전지(실시예 1)의 200mA/g에 해당하는 전류밀도에서의 초기 충방전에 대한 전압의 변화를 나타낸 것이다.
도 2은 실리콘계를 음극활물질로 이용하고 리튬 금속을 첨가하지 않고 제조한 동전형 전지(실시예 1)의 200mA/g에 해당하는 전류밀도에서의 방전 및 충전 비용량과 효율을 나타낸 것이다.
도 3은 실리콘계를 음극활물질로 이용하고 음극활물질 전극에 96.2% 효율에 해당하는 리튬 금속을 첨가하여 제조한 동전형 전지(실시예 2)의 200mA/g에 해당하는 전류밀도에서의 초기 충방전에 대한 전압의 변화를 나타낸 것이다.
도 4는 실리콘계를 음극활물질로 이용하고 음극활물질 전극에 96.2% 효율에 해당하는 리튬 금속을 첨가하여 제조한 동전형 전지(실시예 2)의 200mA/g에 해당하는 전류밀도에서의 방전 및 충전 비용량과 효율을 나타낸 것이다.
도 5는 실리콘계를 음극활물질로 이용하고 음극활물질 전극에 99.8% 효율에 해당하는 리튬 금속을 첨가하여 제조한 동전형 전지(실시예 3)의 200mA/g에 해당하는 전류밀도에서의 초기 충방전에 대한 전압의 변화를 나타낸 것이다.
도 6은 실리콘계를 음극활물질로 이용하고 음극활물질 전극에 99.8% 효율에 해당하는 리튬 금속을 첨가하여 제조한 동전형 전지(실시예 3)의 200mA/g에 해당하는 전류밀도에서의 방전 및 충전 비용량과 효율을 나타낸 것이다.
도 7은 실리콘계를 음극활물질로 이용하고 음극활물질 전극에 106.4% 효율에 해당하는 리튬 금속을 첨가하여 제조한 동전형 전지(실시예 4)의 200mA/g에 해당하는 전류밀도에서의 초기 충방전에 대한 전압의 변화를 나타낸 것이다.
도 8은 실리콘계를 음극활물질로 이용하고 음극활물질 전극에 106.4% 효율에 해당하는 리튬 금속을 첨가하여 제조한 동전형 전지(실시예 4)의 200mA/g에 해당하는 전류밀도에서의 방전 및 충전 비용량과 효율을 나타낸 것이다.
도 9는 실리콘계를 음극활물질로 이용하고 이 음극활물질 전극에 초기비가역 비용량 해소를 위한 리튬 금속의 양을 가변하면서 제조한 동전형 전지의 200mA/g 전류밀도에서 초기 Ah 효율에 대한 설계치와 실험결과치의 차이를 나타낸 것이다.
Table 1 shows the characteristics of a lithium secondary battery anode of a silicon-based negative electrode active material having a lithium metal inserted therein
Fig. 1 shows a change in voltage with respect to initial charging / discharging at a current density of 200 mA / g in a coin cell (Example 1) prepared using a silicon system as a negative electrode active material and without addition of lithium metal.
Fig. 2 shows discharge and charge ratio capacities and efficiencies at a current density of 200 mA / g in a coin cell (Example 1) produced by using a silicon system as a negative electrode active material and without adding lithium metal.
FIG. 3 is a graph showing the results of initial charging and discharging at a current density corresponding to 200 mA / g of a coin cell (Example 2) prepared by adding a lithium metal corresponding to 96.2% efficiency to an anode active material electrode using a silicon system as a negative electrode active material The change in the voltage of the battery is shown.
FIG. 4 is a graph showing the relationship between discharge and charge ratio at a current density of 200 mA / g of a coin cell (Example 2) prepared by adding a lithium metal corresponding to 96.2% efficiency to an anode active material electrode using a silicon- Capacity and efficiency.
5 is a graph showing the results of initial charge and discharge at a current density of 200 mA / g of a coin cell (Example 3) prepared by adding a lithium metal corresponding to 99.8% efficiency to an anode active material electrode using a silicon system as a negative electrode active material The change in the voltage of the battery is shown.
6 is a graph showing the relationship between discharge and charge ratio at a current density corresponding to 200 mA / g of a coin cell (Example 3) prepared by adding a lithium metal corresponding to 99.8% efficiency to an anode active material electrode using a silicon- Capacity and efficiency.
7 is a graph showing the relationship between the initial charge and discharge at a current density of 200 mA / g of the coin cell (Example 4) prepared by adding lithium metal corresponding to 106.4% efficiency to the anode active material electrode using the silicon system as the anode active material The change in the voltage of the battery is shown.
8 is a graph showing the relationship between discharge and charge ratio at a current density corresponding to 200 mA / g of a coin cell (Example 4) produced by adding a lithium metal corresponding to an efficiency of 106.4% to an anode active material electrode using a silicon system as a negative electrode active material Capacity and efficiency.
9 is a graph showing a relationship between a design value and an experimental result for an initial Ah efficiency at a current density of 200 mA / g in a coin cell manufactured by using a silicon system as a negative electrode active material and varying the amount of lithium metal for initial non- .

본 발명은 고용량 리튬이차전지용 음극 전극 및 이의 제조방법 및 리튬이차전지에 관한 것으로서, 상세하게는 리튬 박막을 삽입하여 초기 비가역을 억제한 실리콘계를 포함하는 음극활물질 전극, 그 제조방법 및 이를 구비한 리튬이차전지에 개시한다.  The present invention relates to a negative electrode for a high capacity lithium secondary battery, a method for manufacturing the same, and a lithium secondary battery, and more particularly, to a negative electrode active material electrode comprising a silicon system with a lithium iridium interposed therein to suppress initial irreversibility, The secondary battery is disclosed.

특히, 비탄소계 음극활물질을 기반으로 하는 화합물을 이용하여 고용량 음극을 제조하였고, 용량 및 에너지 밀도를 극대화하기 위하여 기존의 탄소계 음극 및 비탄소계 음극에 사용한 저강도 결합제인 PVDF(poly vinylidene fluoride) 결합제 대신에 고강도 결합제인 폴리아크릴릭액시드(PAA:polyacrylic acid)를 사용하여 고용량 음극을 포함하여 이루어진 고효율, 고에너지의 리튬이차 전지를 개시한다. In particular, a high capacity anode was prepared using a compound based on a non-carbon anode active material. In order to maximize capacity and energy density, a polyvinylidene fluoride (PVDF) binder, which is a low strength binder used in conventional carbon- A high-efficiency, high-energy lithium secondary battery including a high-capacity cathode using polyacrylic acid (PAA) as a high-strength binder is disclosed.

즉, 본 발명에서는 실리콘계 활물질 음극에 고강도 결합제인 폴리아크릴릭액시드(PAA:polyacrylic acid)를 사용하였으며, 도전재로 카본블랙(SPB, super p. black)을 사용하였다. That is, in the present invention, polyacrylic acid (PAA), which is a high strength binder, is used for a silicon active material cathode, and carbon black (SPB, super p. Black) is used as a conductive material.

이하에서는, 실리콘계 음극활물질을 구비한 리튬이차전지를 상세히 설명한다.Hereinafter, a lithium secondary battery having a silicon based negative active material will be described in detail.

먼저, 실리콘계 음극활물질(Si)에 결합제와 도전재를 혼합하여, 음극합제 슬러리를 제조한다. First, a binder and a conductive material are mixed with a silicon-based negative active material (Si) to prepare a negative electrode mixture slurry.

본 발명에 있어 결합제는 고강도 결합제인 폴리아크릴릭액시드(PAA: polyacrylic acid)를 사용하며, 도전재는 카본블랙(SPB, super p. black)을 사용한다. 바람직하게는, 실리콘계 음극활물질 100중량부에, 폴리아크릴릭액시드(PAA:polyacrylic acid) 고강도 결합제 30~50중량부(바람직하게는 40중량부), 및 도전재 50~70(바람직하게는 60중량부)가 첨가된다. In the present invention, polyacrylic acid (PAA), which is a high-strength binder, is used as the binder, and carbon black (SPB, super p. Black) is used as the conductive material. Preferably, 30 to 50 parts by weight (preferably 40 parts by weight) of a polyacrylic acid (PAA) high-strength binder and 50 to 70 (preferably 60 parts by weight Part) is added.

음극합제 슬러리는 바람직하게는 구리 집전체(Cu 호일)에 도포하여, 약 100℃에서 약 5시간 건조후 압착하여 음극활물질 전극(음극)을 제조한다. The negative electrode mixture slurry is preferably applied to a copper current collector (Cu foil), dried at about 100 캜 for about 5 hours, and compressed to produce a negative electrode active material electrode (negative electrode).

상기에서 제조된 음극과 함께, 양극, 분리막, 전해액을 구성하여 리튬이차전지를 완성한다. The positive electrode, the separator, and the electrolyte are formed together with the negative electrode prepared above to complete the lithium secondary battery.

리튬 전극과 상대 전극의 내부 단락 방지를 위하여, 셀가드(celgard) 분리막이 사용된다. 분리막은 비전자전도성 다공성 재질로서 전해액의 원활한 이동이 가능한 재료이며, 본 실시예에서 제시한 셀가드에 한정되지 않는다.A celgard separator is used to prevent internal shorting of the lithium electrode and the counter electrode. The separator is a non-electroconductive porous material which is capable of smooth movement of the electrolytic solution, and is not limited to the cell guard shown in this embodiment.

또한, 상기 이온전도체는 LiPF6가 용해된 비수계 전해액으로서, 보다 바람직하게는 상기 비수계 전해액은 LiPF6에 EC(에틸렌 카보네이트), EMC(에틸-메틸 카보네이트), VC(비닐렌 카보네이트)가 포함되어 이루어진다. 즉, 1.2M LiPF6에 EC(에틸렌 카보네이트)와 EMC(에틸-메틸 카보네이트)가 1:1 부피비로 녹아있는 용질에 비닐렌 카보네이트(VC)가 2% 첨가된 전해액을 사용할 수 있다. In addition, the ionic conductor is a non-aqueous liquid electrolyte with a LiPF 6 was dissolved, preferably, the non-aqueous electrolyte than the EC (ethylene carbonate), EMC in LiPF 6 - contain (ethyl methyl carbonate), VC (vinylene carbonate) . That is, an electrolytic solution in which 2% of vinylene carbonate (VC) is added to a solute in which EC (ethylene carbonate) and EMC (ethyl-methyl carbonate) are dissolved in 1.2M LiPF 6 in a 1: 1 volume ratio can be used.

또한, 상기 음극활물질 전극 표면에 비가역용량를 해소하기 위해서, Li 금속을 박막형태로 첨가하여 전지를 제조하게 된다. Li 박막의 두께는 65㎛ 정도의 두께를 가지는 리튬 박막을 가진다.
In order to solve the irreversible capacity on the surface of the negative electrode active material, Li metal is added in the form of a thin film to produce a battery. The thickness of the Li thin film is a lithium thin film having a thickness of about 65 mu m.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 기재한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일 뿐 본 발명이 하기한 실시예에 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described. However, the following examples are only a preferred embodiment of the present invention, and the present invention is not limited to the following examples.

실시예 1Example 1

가. 실리콘계 음극활물질과 고강도 결합제를 이용한 리튬이차전지 조립end. Lithium secondary battery assembly using silicon-based anode active material and high-strength binder

리튬이차전지를 조립하기 위하여 슬러리를 제조하였다. 실리콘계 음극 활물질, 도전재로 카본 블랙(Super P Black), 결합제로 폴리아크릴릭엑시드(PAA:polyacrylic acid)를 50:30:20의 중량비율 조성으로 슬러리를 제조하였다. 먼저, 0.1 g의 폴리아크릴릭엑시드(PAA:polyacrylic acid)를 9ml의 NMP(N-Methyl pyrrolidone)를 싱키볼(thinky bowl)에 넣고 2000 rpm으로 30분동안 싱키혼합기(thinky mixer, Kurabo AR-250)로 교반 후, 0.15 g의 SPB(super p. black)를 넣고 5분 동안 싱키혼합기로 교반 후, 0.25 g의 실리콘계 활물질을 넣고 20분 동안 싱키혼합기로 교반하였다. 제조한 슬러리를 구리 집전체에 약 100 ㎛로 도포하고, 100℃에서 5시간 건조 후 압착하여 음극활물질 전극을 제조하였다.  A slurry was prepared to assemble the lithium secondary battery. A carbon black (Super P Black) as a conductive material, and a polyacrylic acid (PAA) as a binder were mixed in a weight ratio of 50:30:20 to prepare a slurry. First, 0.1 g of polyacrylic acid (PAA) was put into a thinky bowl of 9 ml of NMP (N-methyl pyrrolidone), and the mixture was stirred at 2000 rpm for 30 minutes using a thinky mixer (Kurabo AR-250) , 0.15 g of SPB (super p. Black) was added thereto, and the mixture was stirred for 5 minutes in a Sinky mixer. Then, 0.25 g of a silicon-based active material was added and stirred for 20 minutes in a Sinky mixer. The slurry thus prepared was applied to a copper current collector at a thickness of about 100 탆, dried at 100 캜 for 5 hours, and pressed to produce an anode active material electrode.

여기서, 전지를 제조하기 위해서, 직경 1.4 cm(1.5386 cm2의 면적)의 원판형 음극활물질 전극 16.2mg(0.0162g)을 취하였다. 즉, 16.2mg의 음극활물질 전극을 사용하였다. 음극활물질 전극 내의 음극활물질 복합체는 0.0012g이 사용된다.Here, 16.2 mg (0.0162 g) of a disc-shaped negative electrode active material electrode having a diameter of 1.4 cm (area of 1.5386 cm 2 ) was taken to manufacture the battery. That is, 16.2 mg of the negative electrode active material was used. 0.0012 g of the negative electrode active material composite in the negative electrode active material electrode is used.

그리고, 상대전극(양극)으로 리튬 금속을 사용하였고, 양극과 음극 사이에 셀가드분리막을 넣고, 1.2M LiPF6에 에틸렌 카보네이트(EC)와 에틸-메틸 카보네이트(EMC)가 1:1의 부피비로 녹아있는 용질에 비닐렌 카보네이드(VC)가 2% 첨가된 전해액을 사용하여 2032 동전형 전지를 조립하였다.
Lithium metal was used as a counter electrode (anode), and a cell guard separator was sandwiched between the anode and the cathode. Ethylene carbonate (EC) and ethyl-methyl carbonate (EMC) were mixed in 1.2M LiPF 6 at a volume ratio of 1: 1 A 2032 coin cell was assembled using an electrolytic solution in which 2% of vinylene carbonate (VC) was added to the dissolved solute.

실시예 2-4Examples 2-4

실시예 1과 같은 방식으로 음극활물질 전극을 제조한 후, 초기 충전반응에서 음극의 비가역성을 해소시키기 위해 비가역 용량에 해당하는 리튬금속을 음극활물질 전극의 표면에 첨가하였다. After preparing the negative electrode active material electrode in the same manner as in Example 1, lithium metal corresponding to the irreversible capacity was added to the surface of the negative electrode active material electrode in order to solve the irreversibility of the negative electrode in the initial charge reaction.

초기 비가역 비용량을 해소하기 위한, 리튬의 량을 계산해 보기로 한다.Let's calculate the amount of lithium to solve the initial irreversible capacity.

실시예 1(리튬 금속을 표면에 첨가하지 않은 경우에)에서 발생된 초기 비가역 비용량이 1142.3mAh(1회충전용량 - 1회방전용량 = 3545.3 - 2403.0 = 1142.3)이였으며, 이 때, 사용된 실리콘 음극활물질 복합체는 0.0012 g이였다. 따라서, 비가역 용량은 1142.3mAh * 0.0012g = 1.37mAhg이였다 The initial irreversible charge amount generated in Example 1 (when lithium metal was not added to the surface) was 1142.3 mAh (one charge capacity-one discharge capacity = 3545.3 - 2403.0 = 1142.3) The negative active material composite was 0.0012 g. Therefore, the irreversible capacity was 1142.3 mAh * 0.0012 g = 1.37 mAhg

그런데, 리튬 금속의 이론 용량이 3800mAh임으로, (1.37 mAhg)/(3800 mAh) = 0.00036g(약 0.36 mg)이다. 즉, 이론적으로 0.36 mg이 첨가되면 초기 비가역 비용량을 해소할 수 있을 것으로 기대된다. However, since the theoretical capacity of lithium metal is 3800 mAh, (1.37 mAhg) / (3800 mAh) = 0.00036 g (about 0.36 mg). That is, theoretically 0.36 mg is expected to solve the initial irreversible capacity.

실시예 3은 타발한 음극활물질 전극(실리콘 음극활물질 복합체 0.0012g)에 이론적으로 초기 비가역 비용량을 완전히 해소하기 위해 필요한 리튬 금속 0.36 mg을 압착기를 이용하여 삽입하였다. In Example 3, 0.36 mg of lithium metal required for completely dissolving the initial irreversible capacity was theoretically inserted into a negative electrode active material electrode (0.0012 g of silicon anode active material composite) using a compactor.

실시예 2는 초기 비가역 비용량을 완전히 해소하기 위해 필요한 이론적인 리튬 금속 량의 약 95%에 해당하는 리튬금속 0.34mg (=0.95*0.36)을 삽입하였으며, In Example 2, 0.34 mg (= 0.95 * 0.36) of lithium metal corresponding to about 95% of the theoretical amount of lithium metal necessary for completely eliminating the initial irreversible capacity was inserted,

실시예 4는 초기 비가역 비용량을 완전히 해소하기 위해 필요한 이론적인 리튬 금속 량의 약 105%에 해당하는 리튬 금속 0.38 mg (=1.05*0.36)을 삽입하였다. In Example 4, 0.38 mg (= 1.05 * 0.36) of lithium metal corresponding to about 105% of the theoretical amount of lithium metal necessary for completely eliminating the initial irreversible capacity was inserted.

즉, 타발한 음극활물질 전극 위에 비가역 용량 해소를 위해 0.34 mg(실시예 2), 0.36 mg(실시예 3), 0.38 mg(실시예 4)의 리튬 박막을 압착기를 이용하여 삽입하였다. That is, a lithium thin film of 0.34 mg (Example 2), 0.36 mg (Example 3), and 0.38 mg (Example 4) was inserted on the electrode of the prepared negative electrode active material to remove irreversible capacity using a compactor.

300㎛의 리튬 금속을 압착기를 이용하여 65㎛ 수준의 리튬 박막을 만들었다. 리튬 금속이 박막형태일 때, 전지 내부단락을 방지하며 원활한 전기화학시험을 수행할 수 있다. Lithium metal of 300 mu m thickness was formed at a thickness of 65 mu m using a compactor. When the lithium metal is in the form of a thin film, it is possible to prevent a short circuit inside the cell and perform a smooth electrochemical test.

다음으로, 실시예 1과 같은 방식으로, 상대 전극 및 분리막, 전해액을 사용하여 전지를 제조하였다.
Next, in the same manner as in Example 1, a battery was produced using a counter electrode, a separator, and an electrolyte.

실험예 1Experimental Example 1

가. 전지의 전기화학적 특성 분석end. Electrochemical Characterization of Cells

각 실시예에 따라 제조된 전지를 24시간 동안 안정화 시킨 후 Toyo사의 TOSCAT 3100을 사용하여 충방전 특성과 사이클 특성을 평가하였다.The battery manufactured according to each example was stabilized for 24 hours, and then charge / discharge characteristics and cycle characteristics were evaluated using Toyo's TOSCAT 3100.

구체적으로는 상온에서 200mA/g의 전류밀도로 0.005V까지 정전류 모드 충전 후, 정전압 모드로 일정하게 전류밀도가 20mA/g이 되도록 충전하였고, 200mA/g의 전류밀도로 1.5V까지 정전류 모드 방전을 완료하였다. Specifically, the device was charged at a current density of 200 mA / g at room temperature to a constant current mode of 0.005 V, charged to a constant current density of 20 mA / g in a constant voltage mode, and discharged at a current density of 200 mA / Completed.

실험결과는 다음과 같다.The experimental results are as follows.

도 1은 실리콘계 활물질의 초기 비가역 용량에 해당하는 리튬 금속을 첨가하지 않은 리튬이차전지(실시예1)의 초기 충방전에 대한 전압의 변화를 나타낸 것이다. Fig. 1 shows a change in voltage with respect to initial charging and discharging of a lithium secondary battery (Example 1) to which lithium metal was not added, which corresponds to the initial irreversible capacity of the silicon-based active material.

도 2는 실리콘계 활물질의 초기 비가역 용량에 해당하는 리튬 금속을 첨가하지 않은 리튬이차전지(실시예1)의 충전, 방전 비용량과 효율을 나타낸 것이다.Fig. 2 shows the charge and discharge capacity and efficiency of a lithium secondary battery (Example 1) to which lithium metal was not added, which corresponds to the initial irreversible capacity of the silicon-based active material.

초기 충전 비용량은 3545.3 mAh/g, 초기 방전 비용량은 2403.0 mAh/g을 가지고, 초기 Ah 효율은 67.8% 였다.The initial charge capacity was 3545.3 mAh / g, the initial discharge capacity was 2403.0 mAh / g, and the initial Ah efficiency was 67.8%.

1회~ 10회에 걸친 충전, 방전 및 효율을 측정한 결과, 도 2에서 도시된 바와 10회 충전 비용량은 2368.8 mAh/g, 10회 방전 비용량은 2274.8 mAh/g, 10회 Ah 효율은 96.0% 였다.As a result of measuring the charging, discharging and efficiency over one to ten times, the 10 times charge capacity was 2368.8 mAh / g, the 10 times discharge capacity was 2274.8 mAh / g, and the 10 times Ah efficiency 96.0%.

도 3은 실리콘계 활물질의 비가역 용량에 해당하는 리튬 박막을 0.34mg을 삽입한 리튬이차전지(실시예 2)의 초기 충방전에 대한 전압의 변화를 나타낸 것이다.Fig. 3 shows the change in voltage with respect to the initial charging and discharging of the lithium secondary battery (Example 2) in which 0.34 mg of the lithium thin film corresponding to the irreversible capacity of the silicon-based active material was inserted.

도 4는 실리콘계 활물질의 비가역 용량에 해당하는 리튬 박막을 0.34mg을 삽입한 리튬이차전지(실시예 2)의 충전, 방전 비용량과 효율을 나타낸 것이다.FIG. 4 shows the charge, discharge capacity and efficiency of a lithium secondary battery (Example 2) in which 0.34 mg of a lithium thin film corresponding to the irreversible capacity of a silicon-based active material was inserted.

초기 충전 비용량은 2627.9 mAh/g, 초기 방전 비용량은 2529.5 mAh/g을 가진고, 초기 Ah 효율은 96.2%였다. The initial charging capacity was 2627.9 mAh / g, the initial discharging capacity was 2529.5 mAh / g, and the initial Ah efficiency was 96.2%.

1회~ 10회에 걸친 충전, 방전 및 효율을 측정한 결과, 도 4에서 도시된 바와 10회 충전 비용량은 2421.4 mAh/g, 10회 방전 비용량은 2342.9 mAh/g, 10회 Ah 효율은 96.8% 였다.As a result of measuring the charging, discharging and efficiency over one to ten times, the 10 times charge capacity was 2421.4 mAh / g as shown in FIG. 4, the 10 times discharge capacity was 2342.9 mAh / g, 96.8%.

도 5는 실리콘계 활물질의 비가역 용량에 해당하는 리튬 박막을 0.36mg을 삽입한 리튬이차전지(실시예 3)의 초기 충방전에 대한 전압의 변화를 나타낸 것이다.5 shows changes in voltage with respect to initial charging and discharging of a lithium secondary battery (Example 3) in which 0.36 mg of a lithium thin film corresponding to the irreversible capacity of a silicon-based active material was inserted.

도 6은 실리콘계 활물질의 비가역 용량에 해당하는 리튬 박막을 0.36mg을 삽입한 리튬이차전지(실시예 3)의 충전, 방전 비용량과 효율을 나타낸 것이다.Fig. 6 shows the charge and discharge capacity and efficiency of a lithium secondary battery (Example 3) in which 0.36 mg of a lithium thin film corresponding to the irreversible capacity of the silicon-based active material was inserted.

초기 충전 비용량은 2673.9 mAh/g, 초기 방전 비용량은 2669.8 mAh/g을 가진고, 초기 Ah 효율은 99.8%로 거의 100%에 근접하는 Ah 효율을 얻을 수 있었다. The initial charge capacity was 2673.9 mAh / g and the initial discharge capacity was 2669.8 mAh / g. The initial Ah efficiency was 99.8%, which was close to 100%.

1회~ 10회에 걸친 충전, 방전 및 효율을 측정한 결과, 도 6에서 도시된 바와 10회 충전 비용량은 2604.8 mAh/g, 10회 방전 비용량은 2507.1 mAh/g, 10회 Ah 효율은 96.3% 였다.As a result of measuring the charging, discharging and efficiency over one to ten times, the 10 times charge capacity was 2604.8 mAh / g, the 10 times discharge capacity was 2507.1 mAh / g as shown in FIG. 6, 96.3%.

도 7은 실리콘계 활물질의 비가역 용량에 해당하는 리튬 박막을 0.38mg을 삽입한 리튬이차전지(실시예 4)의 초기 충방전에 대한 전압의 변화를 나타낸 것이다.7 shows changes in voltage with respect to initial charging and discharging of a lithium secondary battery (Example 4) in which 0.38 mg of a lithium thin film corresponding to the irreversible capacity of a silicon-based active material was inserted.

도 8은 실리콘계 활물질의 비가역 용량에 해당하는 리튬 박막을 0.38mg을 삽입한 리튬이차전지(실시예 4)의 충전, 방전 비용량과 효율을 나타낸 것이다.Fig. 8 shows the charging and discharging capacity and efficiency of a lithium secondary battery (Example 4) in which 0.38 mg of a lithium thin film corresponding to the irreversible capacity of the silicon-based active material was inserted.

초기 충전 비용량은 2502.6 mAh/g, 초기 방전 비용량은 2663.9 mAh/g을 가지고, 초기 Ah 효율은 106.4% 였다.The initial charge capacity was 2502.6 mAh / g, the initial discharge capacity was 2663.9 mAh / g, and the initial Ah efficiency was 106.4%.

1회~ 10회에 걸친 충전, 방전 및 효율을 측정한 결과, 도 8에서 도시된 바와 10회 충전 비용량은 2593.9 mAh/g, 10회 방전 비용량은 2491.3 mAh/g, 10회 Ah 효율은 96.0% 였다.As a result of measuring the charging, discharging and efficiency over one to ten times, the 10 times charge capacity was 2593.9 mAh / g, the 10 times discharge capacity was 2491.3 mAh / g as shown in FIG. 8, 96.0%.

도 9는 실리콘계 활물질에 리튬 금속을 0.34mg, 0.36mg, 0.38mg을 각각 삽입한 리튬이차전지의 초기 Ah 효율에 대한 이론값과 실험값의 차이를 나타낸 것이다.9 shows the difference between the theoretical value and the experimental value of the initial Ah efficiency of the lithium secondary battery in which 0.34 mg, 0.36 mg and 0.38 mg of lithium metal were respectively inserted into the silicon-based active material.

도 9에서 0은 실시예 1의 경우를 나타내며, 95는 실시예 2의 경우를, 100은 실시예 3의 경우를, 105는 실시예 4의 경우를 나타낸다.In Fig. 9, 0 represents the case of Example 1, 95 represents the case of Embodiment 2, 100 represents the case of Embodiment 3, and 105 represents the case of Embodiment 4.

여기서, 95, 100, 105의 의미는 음극활물질 전극 표면에 리튬 금속이 사용되지 않는 경우의 초기 비가역 비용량을 완전히 해소하기 위해 필요한 이론적인 리튬금속의 량을 100으로 보았을 때의 상대적인 값을 의미한다. Here, the meaning of 95, 100, and 105 means a relative value when the theoretical amount of lithium metal required to completely eliminate the initial irreversible capacity in the case where lithium metal is not used on the surface of the negative electrode active material is taken as 100 .

초기 비가역 비용량 해소를 위하여, 삽입한 리튬 양에 따른 실리콘계 음극활물질의 리튬이차전지 음극 특성을 표 1에 요약하여 나타내었다.Table 1 summarizes the negative electrode characteristics of the lithium secondary battery of the silicon based negative active material according to the inserted lithium amount for the initial irreversible capacity dissolution.

실시예Example 리튬
함량
(mg)
lithium
content
(mg)
1회
충전
비용량
(mAh/g)
1 time
charge
Non-capacity
(mAh / g)
1회
방전
비용량
(mAh/g)
1 time
Discharge
Non-capacity
(mAh / g)
1회
Ah
효율
(%)
1 time
Ah
efficiency
(%)
10회
충전
비용량
(mAh/g)
10 times
charge
Non-capacity
(mAh / g)
10회
방전
비용량
(mAh/g)
10 times
Discharge
Non-capacity
(mAh / g)
10회
Ah
효율
(%)
10 times
Ah
efficiency
(%)
1One 00 3545.33545.3 2403.02403.0 67.867.8 2368.82368.8 2274.82274.8 96.096.0 22 0.340.34 2627.92627.9 2529.52529.5 96.296.2 2421.42421.4 2342.92342.9 96.896.8 33 0.360.36 2673.82673.8 2669.82669.8 99.899.8 2604.82604.8 2507.12507.1 96.896.8 44 0.380.38 2502.62502.6 2663.72663.7 106.4106.4 2593.92593.9 2491.32491.3 96.096.0

표 1 및 도 9에서 확인되는 바와 같이, 리튬을 0.36mg 첨가한 실시예 실시예 3의 경우에 1회(초기) Ah효율이 100%에 근접하는 효율을 나타내는 것을 확인할 수 있다. As can be seen in Table 1 and FIG. 9, it can be confirmed that the efficiency (first) Ah efficiency close to 100% is shown in Example 3 in which 0.36 mg of lithium was added.

이상에서 살펴본 바와 같이, 실리콘계 음극활물질에 리튬 금속을 첨가하지 않은 경우(실시예 1)에 비하여, 실리콘계 음극활물질 전극에 박막형태의 리튬 금속을 첨가한 경우에 해당하는 실시예 2, 실시예 3 및 실시예 4의 경우에 초기 Ah 효율이 우수한 것으로 나타내었으며, 초기 비가역 용량을 상당부분 해소하는 것을 확인하였다. As described above, in Examples 2, 3, and 4 corresponding to the case where lithium metal was added to the silicon-based anode active material electrode in comparison with the case where lithium metal was not added to the silicon-based anode active material (Example 1) In the case of Example 4, it was shown that the initial Ah efficiency was excellent, and it was confirmed that the initial irreversible capacity was largely eliminated.

실시예 2 내지 실시예 4의 경우와 같이, 첨가되는 리튬 금속의 량은 음극활물질 전극의 표면에 리튬 금속이 사용되지 않는 경우의 초기 비가역 비용량을 완전히 해소하기 위해 필요한 이론적인 리튬 금속의 량의 95 내지 105 중량%가 첨가될 수 있다. 박막의 두께는 65㎛ 수준의 리튬 박막이 사용된다. As in the case of Examples 2 to 4, the amount of lithium metal to be added is the theoretical amount of lithium metal required to completely eliminate the initial irreversible capacity in the case where lithium metal is not used on the surface of the negative electrode active material 95 to 105% by weight may be added. The thickness of the thin film is about 65 mu m.

리튬 첨가량이 적을 경우에는 full cell 제조 시 상대적으로 Li source를 가진 양극의 양이 더 많아져야 하므로 비용문제가 발생하며, 충분한 초기 비가역 용량을 줄일 수 없으며, 리튬 첨가량이 많을 경우에는 Li 과잉으로 오히려 방전량이 높게 나타나며, 불필요한 Li 소모량이 발생하게 된다.When the amount of lithium to be added is small, the amount of the positive electrode having a relatively high Li source is required to be increased in full cell production, resulting in cost problems and sufficient initial irreversible capacity can not be reduced. And an unnecessary amount of Li is consumed.

Claims (12)

실리콘계 음극활물질 전극의 제조방법에 있어서,
(1) 실리콘계 음극활물질에 폴리아크릴릭 액시드(PAA:polyacrylic acid) 고강도 결합제 및 도전재를 혼합하여 음극합제 슬러리를 제조하는 단계;
(2) 상기 음극합제 슬러리를 구리 집전체에 도포한 후, 건조하는 단계; 및
(3) 초기 비가역 비용량을 해소시키기 위해서, 건조된 음극활물질 표면에 리튬 금속을 첨가하는 단계;를 포함하고,
상기 리튬 금속은 리튬 금속을 얇게 펴서 압착하여 첨가하되, 상기 음극활물질 전극의 표면에 리튬 금속이 사용되지 않는 경우의 초기 비가역 비용량을 완전히 해소하기 위해 필요한 이론적인 리튬 금속의 량의 95 ~ 105 중량%가 첨가되는 것을 특징으로 하는 실리콘계 음극 활물질 전극 제조방법.
A method for manufacturing a silicon based anode active material electrode,
(1) preparing a negative electrode mixture slurry by mixing a polyacrylic acid (PAA) high-strength binder and a conductive material in a silicon-based negative active material;
(2) applying the negative electrode material mixture slurry to a copper current collector, followed by drying; And
(3) adding lithium metal to the surface of the dried negative electrode active material to eliminate the initial irreversible capacity,
The lithium metal is added to the lithium metal by spreading and pressing the lithium metal thinly. The amount of lithium metal is 95 to 105 wt% of the theoretical amount of lithium metal required to completely eliminate the initial irreversible capacity when the lithium metal is not used on the surface of the negative electrode active material %, Based on the total weight of the negative electrode active material.
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