KR101481993B1 - Electrode Comprising Compound Having Cyano group and Lithium Secondary Battery Comprising The Same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 리튬 이온을 흡장 및 탈리하는 이차전지용 전극 활물질, 도전재 및 바인더를 포함하는 전극 합제 층이 전극 집전체 상에 형성되어 있고, 상기 바인더는 시안기(-CN)를 포함하는 화합물인 것을 특징으로 하는 전극 및 이를 포함하는 리튬 이차전지에 관한 것이다. The present invention provides a lithium secondary battery comprising an electrode mixture layer containing an electrode active material, a conductive material and a binder for a secondary battery for intercalating and deintercalating lithium ions, the binder being a compound containing a cyano group (-CN) And a lithium secondary battery including the electrode.

Description

시안기를 포함하는 화합물을 포함하는 전극 및 이를 포함하는 리튬이차전지 {Electrode Comprising Compound Having Cyano group and Lithium Secondary Battery Comprising The Same}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to an electrode including a compound containing a cyano group, and a lithium secondary battery comprising the same. [0002] Electrode Comprising Compound Having Cyano group and Lithium Secondary Battery Comprising The Same [

본 발명은, 반복적인 충방전이 가능한 이차전지와 상기 이차전지를 구성하는 전극에 관한 것이다. The present invention relates to a secondary battery capable of repeated charge and discharge and an electrode constituting the secondary battery.

화석연료의 고갈에 의한 에너지원의 가격 상승, 환경 오염의 관심이 증폭되며, 친환경 대체 에너지원에 대한 요구가 미래생활을 위한 필수 불가결한 요인이 되고 있다. 이에 원자력, 태양광, 풍력, 조력 등 다양한 전력 생산기술들에 대한 연구가 지속되고 있으며, 이렇게 생산된 에너지를 더욱 효율적으로 사용하기 위한 전력저장장치 또한 지대한 관심이 이어지고 있다.The increase in the price of energy sources due to the depletion of fossil fuels, the increase of interest in environmental pollution, and the demand for environmentally friendly alternative energy sources are becoming indispensable factors for future life. Various researches on power generation technologies such as nuclear power, solar power, wind power, and tidal power have been continuing, and electric power storage devices for more efficient use of such generated energy have also been attracting much attention.

특히, 리튬 이차전지의 경우, 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 수요가 급격히 증가하고 있고, 최근에는 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV)의 동력원으로서의 사용이 실현화되고 있으며, 그리드(Grid)화를 통한 전력 보조전원 등의 용도로도 사용영역이 확대되고 있다.Particularly, in the case of a lithium secondary battery, the demand for an energy source is rapidly increasing due to an increase in technology development and demand for a mobile device. Recently, the use of a lithium secondary battery as a power source for an electric vehicle (EV) and a hybrid electric vehicle , And the area of use is also expanding for applications such as power assisted power supply through gridization.

바인더는 전극을 기계적으로 안정화시키는데 중요한 역할을 한다. The binder plays an important role in mechanically stabilizing the electrode.

전극은 전지의 충방전에 따라 팽창과 수축이 반복적으로 진행되는데, 이와 같은 변형이 일어날 경우, 활물질 또는 도전재 사이의 결합이 느슨해지고 입자 간 접촉저항이 증가하게 된다. 그 결과 전극의 옴저항이 상승하여 전지 특성이 저하된다.The expansion and contraction of the electrode repeatedly proceeds according to the charge and discharge of the cell. When such deformation occurs, the bond between the active material or the conductive material is loosened and the contact resistance between the particles is increased. As a result, the ohmic resistance of the electrode rises and the battery characteristics deteriorate.

이러한 문제들은 전극의 기계적인 안정성이 저하됨으로써 발생하게 되는데 바인더의 사용으로 해결이 가능하다.These problems are caused by the degradation of the mechanical stability of the electrode, which can be solved by the use of a binder.

그러나, 과량의 바인더의 사용은, 전극 활물질 비율을 감소시킬 뿐만아니라 바인더 자체가 전극 내의 저항 요소로 작용하여 전지의 성능을 감소시키는 문제가 있다. However, the use of an excessive amount of the binder not only reduces the electrode active material ratio, but also causes the binder itself to act as a resistance element in the electrode, thereby reducing the performance of the battery.

한편, 불충분한 접착력은 전극 건조, 압연(pressing) 등의 공정에서 전극 박리 현상을 유발하여 전극 불량률을 높인다. 또한, 외부 충격에 의해서 전극의 박리가 발생할 수 있고, 이는 전지의 수명 특성 등의 안정성에 악영향을 줄 수 있다. On the other hand, the insufficient adhesive force causes electrode peeling phenomenon in the process of electrode drying, pressing and the like, thereby increasing the defective electrode ratio. In addition, peeling of the electrode may occur due to an external impact, which may adversely affect stability such as lifetime characteristics of the battery.

따라서 전극 활물질의 특성에 따라 바인더의 종류를 차별화하여 효과적인 접착 및 성능을 구현할 수 있는 전극 설계가 필요하다.Therefore, it is necessary to design an electrode that differentiates the kind of the binder according to the characteristics of the electrode active material and can realize effective adhesion and performance.

본 발명은 바인더로서 시안기(-CN)를 포함하는 화합물을 소정 함량 범위 내에서 포함하는 전극 및 이를 포함하는 리튬 이차전지를 제공하고자 한다.The present invention provides an electrode comprising a compound containing a cyano group (-CN) as a binder within a predetermined content range, and a lithium secondary battery comprising the same.

본 발명은, According to the present invention,

리튬 이온을 흡장 및 탈리하는 이차전지용 전극 활물질, 도전재 및 바인더를 포함하는 전극 합제 층이 전극 집전체 상에 형성되어 있고, 상기 바인더는 시안기(-CN)를 포함하는 화합물을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전극을 제공한다. An electrode mixture layer containing an electrode active material for a secondary battery for intercalating and deintercalating lithium ions, a conductive material and a binder is formed on the electrode current collector, and the binder includes a compound containing a cyano group (-CN) Thereby providing an electrode that is characterized by

또한, 본 발명은, 양극, 음극 및 양극과 음극 사이에 고분자 막을 개재시킨 구조의 전극 조립체를 전지 케이스에 수납하고 밀봉한 구조의 리튬 이차전지를 제공한다. 상기 리튬 이차전지는 리튬염 함유 비수계 전해질을 포함할 수 있다.The present invention also provides a lithium secondary battery having a structure in which an electrode assembly having a positive electrode, a negative electrode, and a polymer film interposed between an anode and a cathode is housed in a battery case and sealed. The lithium secondary battery may include a non-aqueous electrolyte containing a lithium salt.

상기한 리튬 이차전지는 리튬 이온전지일 수 있고, 리튬 이온 폴리머 전지일 수 있고, 리튬 폴리머 전지일 수 있다. The lithium secondary battery may be a lithium ion battery, a lithium ion polymer battery, or a lithium polymer battery.

상기 전극은, 양극 또는 음극일 수 있고, 하기의 과정들을 포함하는 제조방법으로 제조할 수 있다.The electrode may be a positive electrode or a negative electrode, and may be manufactured by a manufacturing method including the following processes.

상기 전극 제조방법은, In the electrode manufacturing method,

바인더를 용매에 분산 또는 용해시켜 바인더 용액을 제조하는 과정; Dispersing or dissolving the binder in a solvent to prepare a binder solution;

상기 바인더 용액과 전극 활물질 및 도전재를 혼합하여 전극 슬러리를 제조하는 과정;Preparing an electrode slurry by mixing the binder solution, the electrode active material, and the conductive material;

상기 전극 슬러리를 집전체 상에 코팅하는 과정; Coating the electrode slurry on a current collector;

전극을 건조하는 과정; 및Drying the electrode; And

전극을 일정한 두께로 압축하는 과정을 포함한다. And compressing the electrode to a predetermined thickness.

경우에 따라서는, 압연한 전극을 건조하는 과정을 더 포함할 수 있다. In some cases, the rolled electrode may further be dried.

상기 바인더 용액 제조 과정은, 바인더를 용매에 분산 또는 용해시켜 바인더 용액을 제조하는 과정이다. The binder solution preparation process is a process of dispersing or dissolving the binder in a solvent to prepare a binder solution.

상기 바인더는, 시안기를 포함하는 화합물을 포함하고 있을 수 있다.The binder may comprise a compound comprising a cyanide group.

상기 시안기를 포함하는 화합물은, 시아노에틸풀루란(cyanoethylpullulan), 시아노에틸폴리비닐알콜(cyanoethylpolyvinylalcohol), 시아노에틸셀룰로오스(cyanoethylcellulose), 시아노아크릴레이트(cyanoacrylate), 시아노에틸수크로오스(cyanoethylsucrose), 폴리아크릴로니트릴, 폴리(아크릴로니트릴-코-메틸메타크릴레이트), 폴리(아크릴로니트릴-코-메타크릴산), 폴리(아크릴로니트릴-코-메틸아크릴로니트릴, 폴리(아크릴로니크릴-코- 메타크릴산 리튬)등일 수 있다. 다만, 이들만으로 제한되지는 않는다.The compound containing a cyano group may be selected from the group consisting of cyanoethylpullulan, cyanoethylpolyvinylalcohol, cyanoethylcellulose, cyanoacrylate, cyanoethylsucrose, (Acrylonitrile-co-methacrylic acid), poly (acrylonitrile-co-methyl acrylonitrile, poly (acrylonitrile-co-methyl methacrylate) Lauryl methacrylate, lithium acrylate-lauryl methacrylate, and the like), but is not limited thereto.

상기 시안기를 포함하는 화합물은 아크릴로 니트릴계 화합물일 수 있고, 구체적으로, 폴리 아크릴로니트릴일 수 있다. The compound containing the cyano group may be an acrylonitrile compound, and specifically may be polyacrylonitrile.

상기 시안기를 포함하는 화합물의 함량은, 전극 합제의 전체 중량 대비 2 중량% 이상 내지 6 중량 % 이하일 수 있다.The content of the compound containing a cyano group may be 2% by weight or more and 6% by weight or less based on the total weight of the electrode mixture.

상기 시안기를 포함하는 화합물의 함량인 2 중량% 미만인 경우에는 8 N/m 미만의 접착력을 가지므로 전극의 옴저항이 상승하여 전지 특성이 저하되므로 바람직하지 않고, 6 중량% 초과인 경우에는, 시안기를 포함하는 화합물 자체가 저항으로 작용하므로 바람직하지 않다.When the content of the compound containing a cyano group is less than 2% by weight, the adhesive strength is less than 8 N / m, and thus the ohmic resistance of the electrode is increased to deteriorate the battery characteristics. If the content is more than 6% by weight, Group is not preferable because it acts as a resistor.

상기한 범위 내에서, 8.0 N/m 이상 내지 130 N/m 미만의 범위 내의 접착력을 가질 수 있다.Within the above range, it may have an adhesive strength in the range of 8.0 N / m or more and less than 130 N / m.

상기 바인더는 당해 업계에서 공지된 모든 바인더들을 더 포함하고 있을 수 있고, 구체적으로는, 불소 수지계, 폴리 올레핀계, 스티렌-부타디엔 고무계, 카르복시 메틸 셀룰로오스계, 홍합 단백질(도파민), 실란계, 에틸셀룰로오스, 메틸셀룰로오스, 하이드록시프로필 셀룰로오스, 폴리에틸렌 글리콜, 폴리비닐 알코올, 아크릴계 공중합체로 이루어진 군에서 선택된 것일 수 있다.The binder may further include all binders known in the art. Specific examples of the binder include fluororesins, polyolefins, styrene-butadiene rubber, carboxymethylcellulose, mussel proteins (dopamine), silanes, ethylcellulose , Methylcellulose, hydroxypropylcellulose, polyethylene glycol, polyvinyl alcohol, and acrylic copolymers.

상기 용매는, 바인더의 종류에 따라 선택적으로 사용될 수 있고, 예를 들어, 이소프로필 알코올, N-메틸피롤리돈(NMP), 아세톤 등의 유기 용매와 물 등이 사용될 수 있다.The solvent can be selectively used depending on the type of the binder. For example, organic solvents such as isopropyl alcohol, N-methylpyrrolidone (NMP), and acetone and water can be used.

본 발명의 하나의 구체적인 실시예로서, PVdF를 NMP(N-methyl pyrrolidone)에 분산/용해시켜 양극용 바인더 용액을 제조할 수도 있고, SBR(Styrene-Butadiene Rubber)/CMC(Carboxy Methyl Cellulose)를 물에 분산/용해시켜 음극용 바인더 용액을 제조할 수도 있다. As a specific example of the present invention, a binder solution for a positive electrode may be prepared by dispersing / dissolving PVdF in NMP (N-methyl pyrrolidone), or a styrene-butadiene rubber (SBR) / carboxy methyl cellulose (CMC) To prepare a negative electrode binder solution.

전극 활물질 및 도전재를 상기 바인더 용액에 혼합/분산시켜서 전극 슬러리를 제조할 수 있다. 이렇게 제조된 전극 슬러리는, 저장 탱크로 이송하여 코팅 과정 이전까지 보관할 수 있다. 상기 저장 탱크 내에서는, 전극 슬러리가 굳는 것을 방지하기 위하여, 계속하여 전극 슬러리를 교반할 수 있다. An electrode active material and a conductive material may be mixed / dispersed in the binder solution to prepare an electrode slurry. The electrode slurry thus prepared can be transferred to a storage tank and stored until the coating process. In order to prevent the electrode slurry from hardening in the storage tank, the electrode slurry can be agitated continuously.

상기 전극 활물질은, 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물이나 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 화합물; 화학식 Li1+yMn2-yO4 (여기서, y 는 0 ~ 0.33 임), LiMnO3, LiMn2O3, LiMnO2 등의 리튬 망간 산화물; 리튬 동 산화물(Li2CuO2); LiV3O8, LiFe3O4, V2O5, Cu2V2O7 등의 바나듐 산화물; 화학식 LiNi1-yMyO2 (여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B 또는 Ga 이고, y = 0.01 ~ 0.3 임)으로 표현되는 Ni 사이트형 리튬 니켈 산화물; 화학식 LiMn2-yMyO2 (여기서, M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn 또는 Ta 이고, y = 0.01 ~ 0.1 임) 또는 Li2Mn3MO8 (여기서, M = Fe, Co, Ni, Cu 또는 Zn 임)으로 표현되는 리튬 망간 복합 산화물; 화학식의 Li 일부가 알칼리토금속 이온으로 치환된 LiMn2O4; 디설파이드 화합물; Fe2(MoO4)3, 난흑연화 탄소, 흑연계 탄소 등의 탄소; LixFe2O3(0≤x≤1), LixWO2(0≤x≤1), SnxMe1-xMe’yOz (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me’: Al, B, P, Si, 주기율표의 1족, 2족, 3족 원소, 할로겐; 0<x≤1; 1≤y≤3; 1≤z≤8) 등의 금속 복합 산화물; 리튬 금속; 리튬 합금; 규소계 합금; 주석계 합금; SnO, SnO2, PbO, PbO2, Pb2O3, Pb3O4, Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5, GeO, GeO2, Bi2O3, Bi2O4, Bi2O5 등의 금속 산화물; 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-Co-Ni 계 재료 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.The electrode active material may be a layered compound such as lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ) or lithium nickel oxide (LiNiO 2 ), or a compound substituted with one or more transition metals; Lithium manganese oxides such as Li 1 + y Mn 2-y O 4 (where y is 0 to 0.33), LiMnO 3 , LiMn 2 O 3 and LiMnO 2 ; Lithium copper oxide (Li 2 CuO 2 ); Vanadium oxides such as LiV 3 O 8 , LiFe 3 O 4 , V 2 O 5 and Cu 2 V 2 O 7 ; Formula LiNi 1-y M y O 2 ( where, the M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B or Ga, y = 0.01 ~ 0.3 Im) Ni site type lithium nickel oxide which is represented by; Formula LiMn 2-y M y O 2 ( where, M = Co, Ni, Fe , Cr, and Zn, or Ta, y = 0.01 ~ 0.1 Im) or Li 2 Mn 3 MO 8 (where, M = Fe, Co, Ni, Cu, or Zn); LiMn 2 O 4 in which a part of Li in the formula is substituted with an alkaline earth metal ion; Disulfide compounds; Fe 2 (MoO 4 ) 3 , non-graphitized carbon, and graphite carbon; Li x Fe 2 O 3 (0≤x≤1 ), Li x WO 2 (0≤x≤1), Sn x Me 1-x Me 'y O z (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me' : Metal complex oxides such as Al, B, P, Si, Group 1, Group 2, Group 3 elements of the periodic table, Halogen, 0 &lt; x &lt; Lithium metal; Lithium alloy; Silicon-based alloys; Tin alloy; SnO, SnO 2, PbO, PbO 2, Pb 2 O 3, Pb 3 O 4, Sb 2 O 3, Sb 2 O 4, Sb 2 O 5, GeO, GeO 2, Bi 2 O 3, Bi 2 O 4, Bi 2 O 5 and the like; Conductive polymers such as polyacetylene; Li-Co-Ni-based materials, and the like. However, the present invention is not limited thereto.

본 발명의 비제한적인 실시예예서, 상기 전극 활물질은 리튬 금속 산화물을 포함할 수 있고, 상기 리튬 금속 산화물은 바람직하게는 하기 화학식 (1)로 표현될 수 있다.In a non-limiting embodiment of the present invention, the electrode active material may include a lithium metal oxide, and the lithium metal oxide may preferably be represented by the following formula (1).

LiaM’bO4-cAc (1)Li a M ' b O 4-ca c (1)

상기 식에서, M’은 Ti, Sn, Cu, Pb, Sb, Zn, Fe, In, Al 및 Zr로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 원소이고; In the above formula, M 'is at least one element selected from the group consisting of Ti, Sn, Cu, Pb, Sb, Zn, Fe, In, Al and Zr;

a 및 b는 0.1≤a≤4; 0.2≤b≤4의 범위에서 M’의 산화수(oxidation number)에 따라 결정되며;a and b are 0.1? a? 4; Is determined according to the oxidation number of M 'in the range of 0.2? B? 4;

c는 0≤c<0.2의 범위에서 산화수에 따라 결정되고;c is determined according to the oxidation number in the range of 0? c <0.2;

A는 -1 또는 -2가의 하나 이상의 음이온이다.A is one or more of an anion of -1 or -2.

상기 화학식 (1)의 산화물은 하기 화학식 (2)로 표현될 수 있다.The oxide of the above formula (1) can be represented by the following formula (2).

LiaTibO4 (2)Li a Ti b O 4 (2)

상기 식에서, 0.5≤a≤3, 1≤b≤2.5 이다.In the above formula, 0.5? A? 3, 1? B? 2.5.

상기 리튬 금속 산화물은 Li0.8Ti2.2O4, Li2.67Ti1.33O4, LiTi2O4, Li1.33Ti1.67O4, Li1.14Ti1.71O4 등일 수 있다. 다만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다. The lithium metal oxide may be Li 0.8 Ti 2.2 O 4 , Li 2.67 Ti 1.33 O 4 , LiTi 2 O 4 , Li 1.33 Ti 1.67 O 4 , Li 1.14 Ti 1.71 O 4, or the like. However, the present invention is not limited to these.

본 발명의 비제한적인 실시예에서, 상기 리튬 금속 산화물은Li1.33Ti1.67O4 또는 LiTi2O4일 수 있다. Li1.33Ti1.67O4는 충방전시 결정 구조의 변화가 적고 가역성이 우수한 스피넬 구조를 가진다. In a non-limiting embodiment of the present invention, the lithium metal oxide may be Li 1.33 Ti 1.67 O 4 or LiTi 2 O 4 . Li 1.33 Ti 1.67 O 4 has a spinel structure with less change in crystal structure during charging and discharging and excellent reversibility.

상기 리튬 금속 산화물은 당해 업계에서 공지된 제조방법으로 제조할 수 있고, 예를 들어, 고상법, 수열법, 졸-겔 법 등으로 제조할 수 있다. 이에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.The lithium metal oxide can be produced by a production method known in the art and can be produced by, for example, a solid phase method, a hydrothermal method, a sol-gel method, or the like. A detailed description thereof will be omitted.

상기 리튬 금속 산화물은 1차 입자가 응집된 2차 입자의 형태일 수 있다. The lithium metal oxide may be in the form of secondary particles in which primary particles are aggregated.

상기 2 차 입자의 입경은 200 nm 내지 30 ㎛ 일 수 있다. The particle size of the secondary particles may be 200 nm to 30 탆.

2차 입자의 입경이 200 nm 미만이면, 극히 넓은 표면적으로 인하여 전극을 집전체에 부착하기 위해서 높은 비율의 바인더 함량이 요구되므로 바람직하지 않고, 또한 전해액과의 부반응 역시 촉진될 수 있으므로 바람직하지 않다.If the particle diameter of the secondary particles is less than 200 nm, an extremely large surface area is not preferable because a high proportion of the binder content is required to adhere the electrode to the current collector, and a side reaction with the electrolyte may also be promoted.

또한, 본 발명의 비제한적인 실시예에서, 상기 전극 활물질은 하기 화학식 (3)으로 표현되는 스피넬 구조의 리튬 금속 산화물을 포함하고 있을 수 있다.Also, in a non-limiting embodiment of the present invention, the electrode active material may include a lithium metal oxide having a spinel structure represented by the following chemical formula (3).

LixMyMn2-yO4-zAz (3) Li x M y Mn 2-y O 4 -z z (3)

상기 식에서, 0.9≤x≤1.2, 0<y<2, 0≤z<0.2이고, Wherein 0 < y < 2, 0 z < 0.2,

M은 Al, Mg, Ni, Co, Fe, Cr, V, Ti, Cu, B, Ca, Zn, Zr, Nb, Mo, Sr, Sb, W, Ti 및 Bi로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 원소이며;M is at least one element selected from the group consisting of Al, Mg, Ni, Co, Fe, Cr, V, Ti, Cu, B, Ca, Zn, Zr, Nb, Mo, Sr, Sb, W, ;

A는 -1 또는 -2가의 하나 이상의 음이온이다.A is one or more of an anion of -1 or -2.

A의 최대 치환량은 0.2 몰%미만일 수 있으며, 본 발명의 구체적인 실시예에서, 상기 A는 F, Cl, Br, I 과 같은 할로겐, S 및 N으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 음이온일 수 있다. The maximum substitution amount of A may be less than 0.2 mol%. In a specific embodiment of the present invention, A may be at least one anion selected from the group consisting of halogens such as F, Cl, Br, I, S and N.

이러한 음이온들의 치환에 의해 전이금속과의 결합력이 우수해지고 화합물의 구조 전이가 방지되기 때문에, 전지의 수명을 향상시킬 수 있다. 반면에, 음이온 A의 치환량이 너무 많으면(t≥0.2) 불완전한 결정구조로 인해 오히려 수명 특성이 저하되므로 바람직하지 않다. By substituting these anions, the binding force with the transition metal is improved and the structural transition of the compound is prevented, so that the lifetime of the battery can be improved. On the other hand, if the substitution amount of the anion A is too large (t? 0.2), the life characteristic is deteriorated due to the incomplete crystal structure, which is not preferable.

구체적으로, 상기 화학식 (3)의 산화물은 하기 화학식 (4)로 표현되는 리튬 금속 산화물일 수 있다. Specifically, the oxide of the formula (3) may be a lithium metal oxide represented by the following formula (4).

LixNiyMn2-yO4 (4)Li x Ni y Mn 2-y O 4 (4)

상기 식에서, 0.9≤x≤1.2, 0.4≤y≤0.5이다.In the above formula, 0.9? X? 1.2 and 0.4? Y? 0.5.

보다 구체적으로, 상기 리튬 금속 산화물은 LiNi0.5Mn1.5O4 또는 LiNi0.4Mn1.6O4 일 수 있다.More specifically, the lithium metal oxide may be LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 or LiNi 0.4 Mn 1.6 O 4 .

상기 도전재는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다. The conductive material is not particularly limited as long as it has electrical conductivity without causing chemical changes in the battery, for example, graphite such as natural graphite or artificial graphite; Carbon black such as carbon black, acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and summer black; Conductive fibers such as carbon fiber and metal fiber; Metal powders such as carbon fluoride, aluminum, and nickel powder; Conductive whiskey such as zinc oxide and potassium titanate; Conductive metal oxides such as titanium oxide; Conductive materials such as polyphenylene derivatives and the like can be used.

상기 전극 슬러리에는, 필요에 따라 충진제 등이 선택적으로 추가될 수 있다. A filler or the like may be optionally added to the electrode slurry as required.

상기 충진제는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 섬유상 재료라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 올리핀계 중합제; 유리섬유, 탄소섬유 등의 섬유상 물질 등이 사용될 수 있다. The filler is not particularly limited as long as it is a fibrous material without causing a chemical change in the battery, and examples thereof include olefin-based polymerizers such as polyethylene and polypropylene; Fibrous materials such as glass fiber, carbon fiber and the like can be used.

상기 전극 슬러리를 집전체 상에 코팅하는 과정은, 전극 슬러리를 코터(coater) 헤드를 통과시켜 정해진 패턴 및 일정한 두께로 집전체 상에 코팅하는 과정이다.The process of coating the electrode slurry on the current collector is a process in which the electrode slurry is passed through a coater head to coat the current collector with a predetermined pattern and a constant thickness.

상기 전극 슬러리를 집전체 상에 코팅하는 방법은, 전극 슬리러를 집전체 위에 분배시킨 후 닥터 블레이드(doctor blade) 등을 사용하여 균일하게 분산시키는 방법, 다이 캐스팅(die casting), 콤마 코팅(comma coating), 스크린 프린팅(screen printing) 등의 방법 등을 들 수 있다. 또한, 별도의 기재(substrate) 위에 성형한 후 프레싱 또는 라미네이션 방법에 의해 전극 슬러리를 집전체와 접합시킬 수도 있다. The method of coating the electrode slurry on the current collector includes a method of uniformly dispersing the electrode slurry on a current collector using a doctor blade or the like, a method of die casting, comma coating coating, screen printing, and the like. Alternatively, the electrode slurry may be bonded to the current collector by molding on a separate substrate, followed by pressing or lamination.

상기 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 양극 집전체는, 표면에 미세한 요철을 형성하여 양극 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다. 구체적으로, 양극 집전체는, 알루미늄을 포함하는 금속 집전체일 수 있고, 음극 집전체는, 구리를 포함하는 금속 집전체일 수 있다. 상기 전극 집전체는 금속 호일일 수 있고, 알루미늄(Al) 호일 또는 구리(Cu) 호일일 수 있다.The current collector is not particularly limited as long as it has high conductivity without causing a chemical change in the battery. For example, the current collector may be made of copper, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, sintered carbon, a surface of copper or stainless steel A surface treated with carbon, nickel, titanium, silver or the like, an aluminum-cadmium alloy, or the like can be used. The positive electrode current collector may be formed into various shapes such as a film, a sheet, a foil, a net, a porous body, a foam, a nonwoven fabric, or the like by forming fine irregularities on the surface to enhance the bonding force of the positive electrode active material. Specifically, the cathode current collector may be a metal current collector including aluminum, and the anode current collector may be a metal current collector including copper. The electrode current collector may be a metal foil, and may be an aluminum foil or a copper foil.

상기 건조 공정은, 금속 집전체에 코팅된 슬러리를 건조하기 위하여 슬러리 내의 용매 및 수분을 제거하는 과정으로, 구체적인 실시예에서, 50 내지 200℃의 진공 오븐에서 1 일 이내로 건조한다. The drying process is a process of removing the solvent and moisture in the slurry to dry the slurry coated on the metal current collector. In a specific example, the drying process is performed within one day in a vacuum oven at 50 to 200 ° C.

상기 건조 과정 이후에는, 냉각 과정을 더 포함할 수 있고, 상기 냉각 과정은 바인더의 재결정 조직이 잘 형성되도록 실온까지 서냉(slow cooling)하는 것일 수 있다. After the drying process, a cooling process may be further included, and the cooling process may be a slow cooling process to room temperature to form a recrystallized structure of the binder.

코팅 과정이 끝난 전극의 용량 밀도를 높이고 집전체와 활물질들 간의 접착성을 증가시키기 위해서, 고온 가열된 2개의 롤 사이로 전극을 통과시켜 원하는 두께로 압축할 수 있다. 이 과정을 압연과정이라 한다. In order to increase the capacity density of the coated electrode and increase the adhesion between the current collector and the active materials, an electrode can be passed between two rolls heated at a high temperature and compressed to a desired thickness. This process is called the rolling process.

상기 전극을 고온 가열된 2개의 롤 사이로 통과시키기 전에, 상기 전극은 예열될 수 있다. 상기 예열 과정은, 전극의 압축 효과를 높이기 위해서 롤로 투입되기 전에 전극을 예열하는 과정이다. The electrode can be preheated before passing the electrode between two heated, heated rolls. The preheating process is a process of preheating the electrode before it is introduced into the roll to increase the compression effect of the electrode.

상기와 같이 압연 과정이 완료된 전극은, 바인더의 융점 이상의 온도를 만족하는 범위로서 50 내지 200℃의 진공 오븐에서 1일 이내로 건조할 수 있다. 압연된 전극은 일정한 길이로 절단된 후 건조될 수도 있다.The electrode having completed the rolling process as described above can be dried within one day in a vacuum oven at 50 to 200 DEG C in a range satisfying a temperature equal to or higher than the melting point of the binder. The rolled electrode may be cut to a certain length and then dried.

상기 건조 과정 이후에는, 냉각 과정을 더 포함할 수 있고, 상기 냉각 과정은 바인더의 재결정 조직이 잘 형성되도록 실온까지 서냉(slow cooling)하는 것일 수 있다. After the drying process, a cooling process may be further included, and the cooling process may be a slow cooling process to room temperature to form a recrystallized structure of the binder.

상기 고분자 막은, 양극과 음극 사이를 격리시키는 분리막이고, 전해질로서 폴리머 등의 고체 전해질이 사용되는 경우에는 고체 전해질이 분리막을 겸할 수도 있다.The polymer membrane is a separator separating the anode and the cathode. When a solid electrolyte such as a polymer is used as the electrolyte, the solid electrolyte may also serve as a separator.

상기 분리막은 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용된다. 분리막의 기공 직경은 일반적으로 0.01 ~ 10 ㎛이고, 두께는 일반적으로 5 ~ 300 ㎛이다. The separator is made of an insulating thin film having high ion permeability and mechanical strength. The pore diameter of the separator is generally 0.01 to 10 mu m and the thickness is generally 5 to 300 mu m.

이러한 분리막으로는, 예를 들어, 내화학성 및 소수성의 폴리프로필렌 등의 올레핀계 폴리머; 유리섬유 또는 폴리에틸렌 등으로 만들어진 시트나 부직포; 크라프트지 등이 사용된다. 현재 시판중인 대표적인 예로는 셀가드 계열(CelgardR 2400, 2300(Hoechest Celanese Corp. 제품), 폴리프로필렌 분리막(Ube Industries Ltd. 제품 또는 Pall RAI사 제품), 폴리에틸렌 계열(Tonen 또는 Entek) 등이 있다. Such separation membranes include, for example, olefinic polymers such as polypropylene, which are chemically resistant and hydrophobic; A sheet or nonwoven fabric made of glass fiber, polyethylene or the like; Kraft paper and the like are used. Representative examples currently on the market include the Celgard R 2400, 2300 (from Hoechest Celanese Corp.), polypropylene separator (from Ube Industries Ltd. or Pall RAI), and polyethylene series (from Tonen or Entek).

경우에 따라서, 상기 분리막 위에는 전지의 안정성을 높이기 위하여 겔 폴리머 전해질이 코팅될 수 있다. 이러한 겔 폴리머의 대표적인 예로는 폴리에틸렌옥사이드, 폴리비닐리덴플루라이드, 폴리아크릴로나이트릴 등을 들 수 있다. In some cases, a gel polymer electrolyte may be coated on the separation membrane to increase the stability of the cell. Representative examples of such a gel polymer include polyethylene oxide, polyvinylidene fluoride, and polyacrylonitrile.

상기 전극 조립체는, 당해 업계에서 공지된 구조의 젤리-롤형 전극조립체(또는 권취형 전극조립체), 스택형 전극조립체(또는 적층형 전극조립체) 또는 스택 & 폴딩형 전극조립체를 모두 포함할 수 있다. The electrode assembly may include both a jelly-roll type electrode assembly (or a wound electrode assembly), a stacked electrode assembly (or a stacked electrode assembly), or a stacked & folded electrode assembly having a structure known in the art.

본 명세서에서, 상기 스택 & 폴딩형 전극조립체는, 분리막 시트 상에 양극과 음극 사이에 분리막이 개재된 구조의 단위셀을 배열한 후, 분리막 시트를 접거나(folding) 권취(winding)하는 방법으로 제조하는 스택 & 폴딩형 전극조립체를 포함하는 개념으로 이해할 수 있다.In this specification, the stacked & folded type electrode assembly is a method of arranging unit cells having a structure in which a separator is interposed between an anode and a cathode on a separator sheet, folding and winding the separator sheet A stack &amp; folding type electrode assembly.

또한, 상기 전극 조립체는, 양극과 음극 중 어느 하나가 분리막들 사이에 개재된 구조로 적층된 상태에서 열융착 등의 방법으로 접합(laminate)되어 있는 구조의 전극 조립체를 포함할 수 있다. In addition, the electrode assembly may include an electrode assembly having a structure in which one of an anode and a cathode is laminated with a structure interposed therebetween, and is laminated by a method such as thermal fusion.

상기 비수계 전해질로는 비수 전해액, 유기 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용된다. As the non-aqueous electrolyte, a non-aqueous electrolyte, an organic solid electrolyte, an inorganic solid electrolyte, or the like is used.

상기 비수 전해액으로는, 예를 들어, N-메틸-2-피롤리디논, 프로필렌 카르보네이트, 에틸렌 카르보네이트, 부틸렌 카르보네이트, 디메틸 카르보네이트, 디에틸 카르보네이트, 에틸메틸 카보네이트, 감마-부틸로 락톤, 1,2-디메톡시 에탄, 1,2-디에톡시 에탄, 테트라히드록시 프랑(franc), 2-메틸 테트라하이드로푸란, 디메틸술폭시드, 1,3-디옥소런, 4-메틸-1,3-디옥센, 디에틸에테르, 포름아미드, 디메틸포름아미드, 디옥소런, 아세토니트릴, 니트로메탄, 포름산 메틸, 초산메틸, 인산 트리에스테르, 트리메톡시 메탄, 디옥소런 유도체, 설포란, 메틸 설포란, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 프로필렌 카르보네이트 유도체, 테트라하이드로푸란 유도체, 에테르, 피로피온산 메틸, 프로피온산 에틸 등의 비양자성 유기용매가 사용될 수 있다.Examples of the nonaqueous electrolyte include N-methyl-2-pyrrolidinone, propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate , Gamma -butyrolactone, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, tetrahydroxyfuran, 2-methyltetrahydrofuran, dimethylsulfoxide, 1,3-dioxolane, Diethyl ether, formamide, dimethyl formamide, dioxolane, acetonitrile, nitromethane, methyl formate, methyl acetate, phosphoric acid triester, trimethoxymethane, dioxolane A non-protonic organic solvent such as an ether, a methyl pyrophosphate, or an ethyl propionate is used as the solvent, a sulfone, a methyl sulfolane, a 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, a propylene carbonate derivative, a tetrahydrofuran derivative, .

상기 유기 고체 전해질로는, 예를 들어, 폴리에틸렌 유도체, 폴리에틸렌 옥사이드 유도체, 폴리프로필렌 옥사이드 유도체, 인산 에스테르 폴리머, 폴리 에지테이션 리신(agitation lysine), 폴리에스테르 술파이드, 폴리비닐 알코올, 폴리 불화 비닐리덴, 이온성 해리기를 포함하는 중합체 등이 사용될 수 있다.Examples of the organic solid electrolyte include a polymer electrolyte such as a polyethylene derivative, a polyethylene oxide derivative, a polypropylene oxide derivative, a phosphate ester polymer, an agitation lysine, a polyester sulfide, a polyvinyl alcohol, a polyvinylidene fluoride, Polymers containing ionic dissociation groups, and the like can be used.

상기 무기 고체 전해질로는, 예를 들어, Li3N, LiI, Li5NI2, Li3N-LiI-LiOH, LiSiO4, LiSiO4-LiI-LiOH, Li2SiS3, Li4SiO4, Li4SiO4-LiI-LiOH, Li3PO4-Li2S-SiS2 등의 Li의 질화물, 할로겐화물, 황산염 등이 사용될 수 있다.Examples of the inorganic solid electrolyte include Li 3 N, LiI, Li 5 NI 2 , Li 3 N-LiI-LiOH, LiSiO 4 , LiSiO 4 -LiI-LiOH, Li 2 SiS 3 , Li 4 SiO 4 , Nitrides, halides and sulfates of Li such as Li 4 SiO 4 -LiI-LiOH and Li 3 PO 4 -Li 2 S-SiS 2 can be used.

상기 리튬염은 상기 비수계 전해질에 용해되기 좋은 물질로서, 예를 들어, LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, CF3SO3Li, LiSCN, LiC(CF3SO2)3, (CF3SO2)2NLi, 클로로 보란 리튬, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4 페닐 붕산 리튬, 이미드 등이 사용될 수 있다.The lithium salt is a material that is readily soluble in the non-aqueous electrolyte, for example, LiCl, LiBr, LiI, LiClO 4, LiBF 4, LiB 10 Cl 10, LiPF 6, LiCF 3 SO 3, LiCF 3 CO 2, LiAsF 6, LiSbF 6, LiAlCl 4, CH 3 SO 3 Li, CF 3 SO 3 Li, LiSCN, LiC (CF 3 SO 2) 3, (CF 3 SO 2) 2 NLi, chloroborane lithium, lower aliphatic carboxylic acid lithium, 4-phenylborate, imide, and the like can be used.

또한, 전해액에는 충방전 특성, 난연성 등의 개선을 목적으로, 예를 들어, 피리딘, 트리에틸포스파이트, 트리에탄올아민, 환상 에테르, 에틸렌 디아민, n-글라임(glyme), 헥사 인산 트리 아미드, 니트로벤젠 유도체, 유황, 퀴논 이민 염료, N-치환 옥사졸리디논, N,N-치환 이미다졸리딘, 에틸렌 글리콜 디알킬 에테르, 암모늄염, 피롤, 2-메톡시 에탄올, 삼염화 알루미늄 등이 첨가될 수도 있다. 경우에 따라서는, 불연성을 부여하기 위하여, 사염화탄소, 삼불화에틸렌 등의 할로겐 함유 용매를 더 포함시킬 수도 있고, 고온 보존 특성을 향상시키기 위하여 이산화탄산 가스를 더 포함시킬 수도 있으며, FEC(fluoro-ethylene carbonate), PRS(propene sultone), FPC(fluoro-propylene carbonate) 등을 더 포함시킬 수 있다.For the purpose of improving the charge / discharge characteristics and the flame retardancy, the electrolytic solution is preferably mixed with an organic solvent such as pyridine, triethylphosphite, triethanolamine, cyclic ether, ethylenediamine, glyme, Benzene derivatives, sulfur, quinone imine dyes, N-substituted oxazolidinones, N, N-substituted imidazolidines, ethylene glycol dialkyl ethers, ammonium salts, pyrrole, 2-methoxyethanol, . In some cases, halogen-containing solvents such as carbon tetrachloride and ethylene trifluoride may be further added to impart nonflammability. In order to improve the high-temperature storage characteristics, carbon dioxide gas may be further added. FEC (fluoro-ethylene carbonate, PRS (propene sultone), FPC (fluoro-propylene carbonate), and the like.

본 발명에 따른 리튬 이차전지는, 3 C 방전 시, 90 % 이상의 방전 용량 유지율을 발휘할 수 있다.The lithium secondary battery according to the present invention can exhibit a discharge capacity retention ratio of 90% or more at 3 C discharge.

본 발명에 따른 리튬 이차전지는 소형 디바이스의 전원으로 사용되는 전지셀에 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 다수의 전지셀들을 포함하는 중대형 전지모듈에 단위전지로도 바람직하게 사용될 수 있다.The lithium secondary battery according to the present invention can be used not only in a battery cell used as a power source of a small device but also as a unit cell in a middle- or large-sized battery module including a plurality of battery cells.

또한, 본 발명은 상기 전지모듈을 중대형 디바이스의 전원으로 포함하는 전지팩을 제공하고, 상기 중대형 디바이스는 전기자동차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기자동차(Hybrid Electric Vehicle, HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV) 등을 포함하는 전기차 및 전력 저장장치 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. Also, the present invention provides a battery pack including the battery module as a power source of a middle- or large-sized device, wherein the middle- or large-sized device is an electric vehicle (EV), a hybrid electric vehicle (HEV) An electric vehicle including a plug-in hybrid electric vehicle (PHEV), a power storage device, and the like, but the present invention is not limited thereto.

상기 전지모듈 및 전지팩의 구조 및 그것들의 제작 방법은 당업계 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명을 생략한다.The structure of the battery module and the battery pack and the method of manufacturing the battery module and the battery pack are well known in the art, so a detailed description thereof will be omitted herein.

본 발명에 따른 전극은, 바인더로서 시안기를 포함하는 화합물을 포함하고 있으므로, 적은 함량으로도 우수한 접착력을 발휘할 수 있는 장점이 있다. Since the electrode according to the present invention contains a compound containing a cyano group as a binder, it has an advantage that an excellent adhesive force can be exhibited even with a small content.

또한, 전극 합제의 전체 중량 대비 2 중량% 이상 내지 6 중량% 이하로 포함하고 있으므로, 저항요소로 작용하지 않을 정도의 적은 함량으로도, 8 N/m 이상의 접착력을 발휘할 수 있다.In addition, since it is contained in an amount of not less than 2% by weight and not more than 6% by weight based on the total weight of the electrode material mixture, an adhesive strength of 8 N / m or more can be exhibited even with a small amount not to act as a resistance element.

따라서, 본 발명에 따라 시안기를 포함하는 화합물을 포함하는 바인더는, 반복적인 충방전에 따른 부피 팽창이 없고 전기 전도도가 우수하지 못한 상기 화학식 1 내지 4의 산화물을 전극 활물질로 사용하는 경우에 바람직할 수 있다. Accordingly, the binder containing a compound containing a cyano group according to the present invention is preferable in the case of using the oxides of the formulas (1) to (4), which have no volume expansion due to repetitive charging and discharging and are not excellent in electrical conductivity .

도 1은 본 발명의 비제한적인 실시예들의 출력 특성을 비교한 그래프이다.1 is a graph comparing output characteristics of non-limiting embodiments of the present invention.

이하에서는 실시예를 통해 본 발명의 내용을 상술하지만, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the following examples. However, the following examples are intended to illustrate the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereto.

<실시예 1>&Lt; Example 1 >

Li(Ni0.5Mn1.5)O4 (BASF 社) : Super P (Timcal 社): PVdF(Solef 社 6020)의 질량비가 90 : 5 : 5 인 고형분을 NMP 용매에 배합하여 양극 슬러리를 제조하고, 이를 20 ㎛ 두께의 알루미늄 호일에 도포하여 로딩량이 1 mAh/cm2 인 양극을 제작하였다.A solid content of Li (Ni 0.5 Mn 1.5 ) O 4 (BASF): Super P (Timcal): PVdF (Solef 6020) in a mass ratio of 90: 5: 5 was added to an NMP solvent to prepare a positive electrode slurry Was applied to an aluminum foil having a thickness of 20 mu m to prepare a positive electrode having a loading amount of 1 mAh / cm &lt; 2 & gt ;.

Li4Ti5O12(Posco ESM 社 T30): Super-P (Timcal 社): 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile; PAN)의 질량비가 90 : 6 : 4인 고형분을 NMP 용매에 넣고 배합하여 음극 슬러리를 제조하고, 이를 20 ㎛ 두께의 알루미늄 호일에 도포하여 로딩량이 1 mAh/cm2 인 음극을 제작하였다.Li 4 Ti 5 O 12 (Posco ESM T30): A solid component having a weight ratio of 90: 6: 4 of Super-P (Timcal): polyacrylonitrile (PAN) was added to an NMP solvent to prepare an anode slurry And applied to an aluminum foil having a thickness of 20 탆 to prepare a negative electrode having a loading amount of 1 mAh / cm 2 .

분리막으로 폴리에틸렌 막(Celgard, 두께 20 ㎛) 및 EC: DMC: EMC = 1 : 1 : 1 인 용매에 1M의 LiPF6 염이 첨가되어 있는 전해액을 사용하여 전지셀을 제작하였다.
A battery cell was fabricated using an electrolytic solution in which a polyethylene film (Celgard, thickness 20 탆) and a 1M LiPF 6 salt were added to a solvent of EC: DMC: EMC = 1: 1: 1 as a separation membrane.

<실시예 2>&Lt; Example 2 >

Li4Ti5O12: Super-P: 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile; PAN)의 질량비가 90 : 7 : 3 인 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 전지셀을 제작하였다.
A battery cell was fabricated in the same manner as in Example 1 except that the mass ratio of Li 4 Ti 5 O 12 : Super-P: polyacrylonitrile (PAN) was 90: 7: 3.

<비교예 1>&Lt; Comparative Example 1 &

Li4Ti5O12: Super-P: 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile; PAN)의 질량비가 90 : 3 : 7 인 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 전지셀을 제작하였다.
A battery cell was fabricated in the same manner as in Example 1 except that the mass ratio of Li 4 Ti 5 O 12 : Super-P: polyacrylonitrile (PAN) was 90: 3: 7.

<비교예 2>&Lt; Comparative Example 2 &

Li4Ti5O12: Super-P: PVdF(Solef 6020)의 질량비가 87 : 5 : 8 인 고형분을 NMP 용매에 넣고 배합하여 음극 슬러리를 제조하고, 20 ㎛ 두께의 알루미늄 호일에 도포하여 로딩량이 1 mAh/cm2 인 음극을 제작하였다.
A solid content having a mass ratio of Li 4 Ti 5 O 12 : Super-P: PVdF (Solef 6020) of 87: 5: 8 was put into an NMP solvent and mixed to prepare an anode slurry. The anode slurry was applied to an aluminum foil 1 mAh / cm &lt; 2 & gt ;.

<실험예 1><Experimental Example 1>

실시예 1, 2 및 비교예 1,2의 전극을 이용하여 접착력 시험을 수행하였다. 실시예 1, 2 및 비교예 1,2의 전극의 표면을 잘라 슬라이드 글라스에 고정시킨 후, 집전체를 벗겨 내면서 180도 벗김 강도를 측정하였다. 평가는 5개 이상의 벗김 강도를 측정하여 평균값으로 정하였다. An adhesive strength test was performed using the electrodes of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2. The surfaces of the electrodes of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2 were cut and fixed on a slide glass, and the peel strength of 180 degrees was measured while peeling off the collector. The evaluation was made by measuring the peel strengths of 5 or more and calculating the average value.

접착력(N/m)Adhesion (N / m) 실시예 1Example 1 21.421.4 실시예 2Example 2 8.48.4 비교예 1Comparative Example 1 130.2130.2 비교예 2Comparative Example 2 11.411.4

상기 표 1을 참조하면, 실시예 1은 4 중량%의 폴리아크릴로니트릴을 포함하고 있음에도 21.4 N/m의 접착력을 발휘하고, 실시예 2는 3 중량%의 폴리아크릴로니트릴을 포함하고 있음에도 8.4 N/m의 접착력을 발휘하는데 비해서, 비교예 2는 8 중량%의 PVdF를 포함하고 있음에도 11.4 N/m의 접착력을 발휘하고 있음을 알 수 있다. 비교예 1과 2를 함께 검토하면, 1 중량% 차이임에도 불구하고, 비교예 2에 비해서 비교예 1은 현저히 큰 접착력을 발휘하고 있음을 확인할 수 있다.
Referring to Table 1, Example 1 exhibited an adhesive strength of 21.4 N / m although it contained 4% by weight of polyacrylonitrile, whereas Example 2 contained 3% by weight of polyacrylonitrile, N / m, whereas Comparative Example 2 exhibits an adhesive force of 11.4 N / m even though it contains 8% by weight of PVdF. It can be confirmed from the examination of Comparative Examples 1 and 2 that Comparative Example 1 exhibits a remarkably large adhesive force as compared with Comparative Example 2, despite the difference of 1% by weight.

<실험예 2><Experimental Example 2>

실시예 1, 2 및 비교예 1 의 전지셀을 3.4 내지 4.85 V의 전압 범위에서, 0.1C로 충전하고 0.1C, 1.0C 및 3.0C로 각각 방전시켜 출력 특성을 측정하였다. 그 결과를 도 1에 나타내었다. 도 1을 참조하면, 실시예 1, 2에 비해 비교예 1은 고율에서 방전 용량 유지율이 점차 감소함을 확인할 수 있었다.
The battery cells of Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 were charged at 0.1 C in a voltage range of 3.4 to 4.85 V and discharged at 0.1 C, 1.0 C, and 3.0 C, respectively, and the output characteristics were measured. The results are shown in Fig. Referring to FIG. 1, it can be seen that the discharge capacity retention rate of Comparative Example 1 is gradually decreased at a high rate as compared with Embodiments 1 and 2.

본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.Those skilled in the art will appreciate that various modifications, additions and substitutions are possible, without departing from the scope and spirit of the invention as disclosed in the accompanying claims.

Claims (17)

전극 및 고분자 막을 포함하고, 양극과 음극 사이에 고분자 막이 개재된 구조의 전극 조립체가 전지 케이스에 내장되어 있는 리튬 이차전지로서,
상기 전극은, 리튬 이온을 흡장 및 탈리하는 이차전지용 전극 활물질, 도전재 및 바인더를 포함하는 전극 합제 층이 전극 집전체 상에 형성되어 있는 구조로 이루어져 있고,
상기 바인더는 시안기(-CN)를 포함하는 화합물을 포함하고 있으며,
상기 전극 활물질은 하기 화학식 (2)로 표현되는 스피넬 구조의 리튬 금속 산화물, 또는 하기 화학식 (4)로 표현되는 리튬 금속 산화물을 포함하고,
상기 시안기를 포함하는 화합물의 함량은, 전극 합제의 전체 중량 대비 2 중량% 이상 내지 6 중량 % 이하이며,
상기 전극의 접착력은 8.0 N/m 이상 내지 130 N/m 미만의 범위이고,
상기 리튬 이차전지는, 3 C 방전 시, 90 % 이상의 방전 용량 유지율을 가지는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지:
LixNiyMn2-yO4 (2)
상기 식에서, 0.9≤x≤1.2, 0.4≤y≤0.5이고,
LiaTibO4 (4)
상기 식에서, 0.5≤a≤3, 1≤b≤2.5 이다.
A lithium secondary battery comprising an electrode assembly and a polymer membrane, wherein the electrode assembly has a structure in which a polymer membrane is interposed between an anode and a cathode,
The electrode has a structure in which an electrode mixture layer containing an electrode active material for a secondary battery that occludes and desorbs lithium ions, a conductive material, and a binder is formed on the electrode current collector,
The binder comprises a compound comprising a cyanide (-CN)
Wherein the electrode active material comprises a lithium metal oxide having a spinel structure represented by the following formula (2) or a lithium metal oxide represented by the following formula (4)
The content of the compound containing a cyano group is 2% by weight or more and 6% by weight or less based on the total weight of the electrode mixture,
The adhesive force of the electrode is in the range of 8.0 N / m or more and less than 130 N / m,
Wherein the lithium secondary battery has a discharge capacity retention ratio of 90% or more at the time of 3 C discharge.
Li x Ni y Mn 2-y O 4 (2)
Wherein 0.9? X? 1.2, 0.4? Y? 0.5,
Li a Ti b O 4 (4)
In the above formula, 0.5? A? 3, 1? B? 2.5.
제 1 항에 있어서,
상기 시안기를 포함하는 화합물은 시안에틸풀루란(cyanoethylpullulan), 시안에틸폴리비닐알콜(cyanoethylpolyvinylalcohol), 시안에틸셀룰로오스(cyanoethylcellulose), 시안아크릴레이트(cyanoacrylate), 시안에틸수크로오스(cyanoethylsucrose), 폴리아크릴로니트릴, 폴리(아크릴로니트릴-코-메틸메타크릴레이트), 폴리(아크릴로니트릴-코-메타크릴산), 폴리(아크릴로니트릴-코-메틸아크릴로니트릴, 폴리(아크릴로니크릴-코- 메타크릴산 리튬)으로 이루어진 군에서 선택된 하나 또는 둘 이상인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
The method according to claim 1,
The compound containing a cyano group may be selected from the group consisting of cyanoethylpullulan, cyanoethylpolyvinylalcohol, cyanoethylcellulose, cyanoacrylate, cyanoethylsucrose, polyacrylonitrile, (Acrylonitrile-co-methacrylic acid), poly (acrylonitrile-co-methyl acrylonitrile, poly (acrylonitrile-co-methyl methacrylate) Lithium perchlorate, lithium perchlorate, and lithium perchlorate).
제 2 항에 있어서, 상기 시안기를 포함하는 화합물은 아크릴로 니트릴계 화합물인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.The lithium secondary battery according to claim 2, wherein the compound containing a cyano group is an acrylonitrile compound. 제 3 항에 있어서, 상기 아크릴로 니트릴계 화합물은 폴리 아크릴로니트릴인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.The lithium secondary battery according to claim 3, wherein the acrylonitrile compound is polyacrylonitrile. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제 1 항에 있어서, 상기 화학식 (2)로 표현되는 스피넬 구조의 리튬 금속 산화물은 LiNi0.5Mn1.5O4 또는 LiNi0.4Mn1.6O4인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.The lithium secondary battery according to claim 1, wherein the lithium metal oxide having a spinel structure represented by the formula (2) is LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 or LiNi 0.4 Mn 1.6 O 4 . 삭제delete 삭제delete 제 1 항에 있어서, 상기 화학식 (4)로 표현되는 리튬 금속 산화물은 Li1.33Ti1.67O4 또는 LiTi2O4인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.The lithium secondary battery according to claim 1, wherein the lithium metal oxide represented by the chemical formula (4) is Li 1.33 Ti 1.67 O 4 or LiTi 2 O 4 . 삭제delete 제 1 항에 있어서, 상기 리튬 이차전지는, 리튬 이온전지인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.The lithium secondary battery according to claim 1, wherein the lithium secondary battery is a lithium ion battery. 제 1 항에 있어서, 상기 리튬 이차전지는, 리튬 이온 폴리머 전지인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.The lithium secondary battery according to claim 1, wherein the lithium secondary battery is a lithium ion polymer battery. 제 1 항에 있어서, 상기 리튬 이차전지는, 리튬 폴리머 전지인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.The lithium secondary battery according to claim 1, wherein the lithium secondary battery is a lithium polymer battery. 삭제delete 삭제delete
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3025054B1 (en) * 2014-08-25 2021-04-02 Renault Sas BATTERY INCLUDING A MATERIAL FOR NEGATIVE ELECTRODE ADHESIVE TO THE ANODIC CURRENT COLLECTOR
KR101672750B1 (en) 2016-02-11 2016-11-04 한밭대학교 산학협력단 Multilayer-structured electrode comprising hydrophilic heat-resistant polymer and manufacturing method for the same, and lithium secondary battery comprising the same
US20190386344A1 (en) * 2017-02-24 2019-12-19 Sanyo Electric Co., Ltd. Nonaqueous electrolyte secondary battery
KR102591515B1 (en) 2018-02-22 2023-10-24 삼성전자주식회사 Cathode and lithium battery including cathode
KR20200024980A (en) 2018-08-28 2020-03-10 삼성전자주식회사 Cathode and lithium battery including cathode
CN116387634B (en) * 2023-06-05 2024-01-26 宁德时代新能源科技股份有限公司 Electrode assembly, battery cell, battery and electric equipment

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20090020882A (en) * 2007-08-24 2009-02-27 주식회사 엘지화학 Surface-coated lithium titanate powder, electrode, and secondary battery comprising the same
KR20090041470A (en) * 2007-10-24 2009-04-29 주식회사 엘지화학 Electrode material including high degree of polymerization of polyacrylonitrile binder, method of the electrode material and rechargeable lithium battery comprising electrode material
KR20120030951A (en) * 2010-09-20 2012-03-29 주식회사 엘지화학 Cathode active material comprising lithium manganese-based oxide and non aqueous electrolyte secondary battery based upon the same

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20090020882A (en) * 2007-08-24 2009-02-27 주식회사 엘지화학 Surface-coated lithium titanate powder, electrode, and secondary battery comprising the same
KR20090041470A (en) * 2007-10-24 2009-04-29 주식회사 엘지화학 Electrode material including high degree of polymerization of polyacrylonitrile binder, method of the electrode material and rechargeable lithium battery comprising electrode material
KR20120030951A (en) * 2010-09-20 2012-03-29 주식회사 엘지화학 Cathode active material comprising lithium manganese-based oxide and non aqueous electrolyte secondary battery based upon the same

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11233242B2 (en) 2017-11-14 2022-01-25 Lg Energy Solution, Ltd. Positive electrode slurry composition, and positive electrode for secondary battery and lithium secondary battery which include the composition

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