KR101563155B1 - 표면 개질된 이차전지용 양극 - Google Patents

표면 개질된 이차전지용 양극 Download PDF

Info

Publication number
KR101563155B1
KR101563155B1 KR1020120127822A KR20120127822A KR101563155B1 KR 101563155 B1 KR101563155 B1 KR 101563155B1 KR 1020120127822 A KR1020120127822 A KR 1020120127822A KR 20120127822 A KR20120127822 A KR 20120127822A KR 101563155 B1 KR101563155 B1 KR 101563155B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
positive electrode
secondary battery
active material
formula
lithium
Prior art date
Application number
KR1020120127822A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20140062577A (ko
Inventor
박진영
Original Assignee
주식회사 엘지화학
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엘지화학 filed Critical 주식회사 엘지화학
Priority to KR1020120127822A priority Critical patent/KR101563155B1/ko
Publication of KR20140062577A publication Critical patent/KR20140062577A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101563155B1 publication Critical patent/KR101563155B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04—Processes of manufacture in general
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04—Processes of manufacture in general
    • H01M4/0402—Methods of deposition of the material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/52—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron
    • H01M4/525—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron of mixed oxides or hydroxides containing iron, cobalt or nickel for inserting or intercalating light metals, e.g. LiNiO2, LiCoO2 or LiCoOxFy
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

본 발명은 이차전지용 양극으로서, 집전체의 일면 또는 양면에 양극 활물질 입자들이 도포되어 있는 이차전지용 양극으로서, 상기 양극 활물질 입자들은 이차전지용 전해액에 대한 함침성의 향상을 위해 극성 표면처리 되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지용 양극 을 제공한다.

Description

표면 개질된 이차전지용 양극 {Surface-modified Cathode for Secondary Battery}
본 발명은 이차전지용 양극에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 집전체의 일면 또는 양면에 양극 활물질 입자들이 도포되어 있는 이차전지용 양극으로서, 상기 양극 활물질 입자들은 이차전지용 전해액에 대한 함침성의 향상을 위해 극성 표면처리 되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지용 양극 에 관한 것이다.
이차전지는, 전지의 형상 면에서 얇은 두께로 휴대폰 등과 같은 제품들에 적용될 수 있는 각형 이차전지와 파우치형 이차전지에 대한 수요가 높고, 재료 면에서 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성 등의 장점을 가진 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지 등과 같은 리튬 이차전지에 대한 수요가 높다.
또한, 이차전지는 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 어떠한 구조로 이루어져 있는지에 따라 분류되기도 하는 바, 대표적으로는, 긴 시트형의 양극들과 음극들을 분리막이 개재된 상태에서 권취한 구조의 젤리-롤(권취형) 전극조립체, 소정 크기의 단위로 절취한 다수의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 순차적으로 적층한 스택형(적층형) 전극조립체, 소정 단위의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 적층한 바이셀(Bi-cell) 또는 풀셀(Full cell)들을 분리막 시트로 권취한 구조의 스택/폴딩형 전극조립체 등을 들 수 있다.
리튬 이차전지는 양극 활물질로 LiCoO2 등의 금속 산화물과 음극 활물질로 탄소 재료를 사용하며, 음극과 양극 사이에 폴리올레핀계 다공성 분리막을 넣고, LiPF6 등의 리튬염을 포함하는 비수성 전해액을 넣어서 제조하게 된다. 충전 시에는 양극 활물질의 리튬 이온이 방출되어 음극의 탄소층으로 삽입되고, 방전시에는 반대로 음극 탄소층의 리튬 이온이 방출되어 양극 활물질로 삽입되며, 이때 비수성 전해액은 음극과 양극 사이에서 리튬 이온을 이동시키는 매질 역할을 한다. 이러한 리튬 이차전지는 양극의 리튬 이온이 음극으로 삽입(intercalation)되고 탈리(deintercalation)되는 과정을 반복하면서 충방전이 진행된다.
양극/분리막/음극으로 이루어져 있는 전극조립체는, 단순히 적층된 구조로 이루어질 수도 있지만, 다수의 전극(양극 및 음극)들을 분리막이 개재된 상태에서 적층한 후 가열/가압에 의해 상호 결합시킨 구조로 이루어질 수도 있다. 이 경우, 전이금속 화합물로 이루어진 양극은 음극에 비해 표면 기공의 입경이 작으므로, 일반적으로 음극 대비 전해액 함침성이 떨어진다는 문제점이 있다.
따라서, 고용량화에 적합한 양극 활물질을 이용하면서도 전해액 함침성을 크게 향상시킬 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적은, 양극의 표면을 극성으로 활성화시킴으로써, 전해액에 대한 양극 활물질 입자들의 함침성을 크게 향상시킬 수 있는 이차전지용 양극을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이차전지용 양극은, 집전체의 일면 또는 양면에 양극 활물질 입자들이 도포되어 있는 이차전지용 양극으로서, 상기 양극 활물질 입자들은 이차전지용 전해액에 대한 함침성의 향상을 위해 극성 표면처리 되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.
따라서, 고용량의 양극을 제공하면서도, 양극 표면의 극성이 향상됨으로써 전해액에 대한 함침성이 크게 향상될 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 양극 활물질 입자들은 극성 표면처리 된 상태에서 바인더 및 도전재와 혼합된 후 집전체에 될 수 있다.
또 다른 구체적인 예에서, 상기 양극 활물질 입자들은 바인더 및 도전재와 혼합되어 집전체에 도포된 후 극성 표면처리 될 수 있다.
특히, 상기 양극 활물질 입자들이 바인더 및 도전재와 혼합되어 집전체에 도포된 이후에 극성 표면처리 되는 경우, 양극 활물질 입자들의 극성 표면처리에 따른 성능 저하를 최소화하면서 전해액 함침성을 높일 수 있어서, 더욱 바람직하다.
상기 극성 표면처리는 특별히 제한되는 것은 아니지만, 바람직하게는, 코로나(corona) 방전에 의해 수행될 수 있다.
구체적인 예에서, 상기 코로나 방전은 감압 방전, 펄스 방전 또는 유전체 장벽 방전 방식에 의해 수행될 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 양극 활물질 입자들은 하기 화학식 1의 리튬 코발트계 산화물 및 하기 화학식 2의 리튬 니켈계 산화물로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 화합물들로 이루어질 수 있다.
Li(Co(1-a)Ma)O2 (1)
상기 식에서,
0≤a≤0.2이고;
상기 M은 Al, Mg, K, Na, Ca, Si, Ti, Zr, Sn, Y, Sr, Mo, 및 Mn 원소 중에서 선택되는 하나 이상의 원소이다;
LixNiyM'1-yO2 (2)
상기 식에서,
0.95≤x≤1.05, 0.4≤y≤0.9이고;
상기 M'는 6배위 구조에 안정한 원소들로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상이다.
상기 화학식 1에서, M은 Mg 및/또는 Ti일 수 있고, 상세하게는 Mg 및 Ti일 수 있는데 Mg으로 도핑하는 경우에 양극 구조가 보다 안정해지고, Ti으로 도핑하는 경우에 전자 전도도 및 레이트 특성이 향상되는 효과가 있다.
상기 화학식 2에서, M'는 Mn, Co, Mg 및 Al으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 원소일 수 있고, 니켈의 일부를 망간, 코발트 등의 다른 전이금속으로 치환한 형태의 리튬 니켈계 산화물은 상대적으로 고용량이고 높은 사이클 안전성을 발휘하는 효과가 있다.
본 발명의 양극 활물질을 이루는 상기 리튬 코발트계 산화물 및 리튬 니켈계 산화물은 물질 자체를 아무런 처리 없이 사용할 수도 있고, 사이클 동안의 가스 발생, 고온 안정성 등의 문제를 해결하기 위해 코팅층을 포함하는 구성으로 사용될 수도 있다.
상기 코팅층은 예를 들어, 상기 리튬 코발트계 산화물의 경우, 금속 산화물, 상세하게는 알루미나(Al2O3)일 수 있고, 상기 리튬 니켈계 산화물은 불소 함유 폴리머 또는 금속 산화물일 수 있다.
상기 각각의 코팅층의 코팅방식은 한정되지 아니하고 건식법 또는 습식법이 사용될 수 있고, 이러한 코팅방식은 이미 당업계에 알려져 있는 바, 본 명세서에서는 이에 대한 설명을 생략한다.
본 발명에 따른 양극 활물질에는, 더욱 안정하여 수명 증가가 예상되는 활물질인 상기 화학식 1의 특정 리튬 코발트계 단일상 구조의 산화물 및 화학식 2의 특정 리튬 니켈계 단일상 구조의 산화물이 소정량 혼합되어 있으며, 상기 두 산화물의 혼합비는 중량을 기준으로 40 : 60 내지 70 : 30 이 바람직하다. 상기 두 복산화물 중, 화학식 2의 산화물의 함량이 너무 적으면 전지의 안전성이 저하되는 문제점이 발생하고, 반대로 화학식 1의 산화물의 함량이 너무 적으면 소망하는 정도의 수명 특성을 얻을 수 없으므로 바람직하지 않다.
하나의 바람직한 예에서, 상기 화학식 1로 표시되는 리튬 코발트계 산화물은 하기 화학식 1a로 표시되는 리튬 니켈 산화물일 수 있다.
LiaCo1-x-yMgxTiyO2 (1a)
상기 식에서, 0.9<a<1.1, 0<x≤0.4 이고, 0<y≤0.2이다.
상기와 같이, 마그네슘이 전이금속 층에 도핑되면서 리튬 코발트 산화물의 구조를 안정하게 하고, Ti 도핑과 함께 고전압에 따른 용량의 증가에 기여한다. 상기와 같이, Mg 및 Ti가 도핑된 리튬 코발트계 양극 활물질의 제조 방법은 당업계에 공지되어 있는 어떤 방법으로든 제조가 가능하다. 이러한 제조방법들은 당업계에 널리 알려져 있으므로 본 명세서에서는 따로 설명하지 않는다.
상기 화학식 2로 표시되는 리튬 니켈계 산화물은 바람직하게는 하기 화학식 2a로 표시되는 리튬 니켈 산합물일 수 있다.
LixNiyMncCodO2 (2a)
상기 식에서, c+d = 1-y로서, 0.05≤c≤0.4, 0.1≤d≤0.4이다.
상기 식에서, c+d = 1-y로서, 0.05≤c≤0.4, 0.1≤d≤0.4이다.
상기 망간의 함량(c)이 0.05 보다 작으면 안전성이 나빠지고, 0.4 보다 크면 이동시킬 수 있는 전하의 양이 줄어들어 용량이 감소하게 된다. 또한, 상기 코발트의 함량 (d)은 0.1 ~ 0.4인 바, b>0.4으로 코발트의 함량이 지나치게 높은 경우, 원료 물질의 비용이 전체적으로 증가하고 충전 상태에서 Co 4+ 는 불안정하여 안정성이 낮아지는 단점이 있으므로 바람직하지 않다. 반면에, 코발트의 함량이 지나치게 낮은 경우(b<0.1)에는 충분한 레이트 특성과 높은 분말 밀도를 동시에 달성하기 어렵다.
본 발명은 상기 양극을 포함하는 전극조립체가 전지케이스에 내장되어 있는 이차전지를 제공한다.
본 발명에 따른 양극은 표면 극성이 활성화되어 전해액에 대한 함침성이 크게 향상되므로, 큰 용량 및 전력이 요구되는 전지팩 및 이러한 전지팩이 제공되는 디바이스에 바람직하게 적용될 수 있다.
상기 양극은 예를 들어, 양극 합제를 NMP 등의 용매에 혼합하여 만들어진 슬러리를 양극 집전체 상에 도포한 후 건조 및 압연하여 제조될 수 있다.
상기 양극 합제는 앞서 설명한 양극 활물질 이외에 선택적으로 도전재, 바인더, 충진제 등이 포함될 수 있다.
상기 도전재는 통상적으로 양극 활물질을 포함한 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 그라파이트; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼니스 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. 시판되고 있는 도전재의 구체적인 예로는 아세틸렌 블랙 계열인 쉐브론 케미칼 컴퍼니(Chevron Chemical Company)나 덴카 블랙(Denka Singapore Private Limited), 걸프 오일 컴퍼니(Gulf Oil Company) 제품 등), 케트젠블랙(Ketjenblack), EC 계열(아르막 컴퍼니(Armak Company) 제품), 불칸(Vulcan) XC-72(캐보트 컴퍼니(Cabot Company) 제품) 및 수퍼(Super) P(Timcal 사 제품) 등이 있다.
상기 바인더는 활물질과 도전재 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 양극 활물질을 포함하는 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 바인더는 앞서 설명한 분리막 상의 바인더 고분자 성분과 동일할 수도 있고 그렇지 않을 수 있다. 비제한적인 예로는, 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 브티렌 고무, 불소 고무, 다양한 공중합제 등을 들 수 있다.
상기 충진제는 전극의 팽창을 억제하는 성분으로서 선택적으로 사용되며, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 섬유상 재료라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 올리핀계 중합제; 유리섬유, 탄소섬유 등의 섬유상 물질이 사용된다.
상기 양극 집전체는 일반적으로 3 내지 500 ㎛의 두께로 만들어진다. 이러한 양극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것 등이 사용될 수 있다. 집전체는 그것의 표면에 미세한 요철을 형성하여 양극 활물질의 접착력을 높일 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태가 가능하다.
상기 음극은, 예를 들어, 음극 집전체 상에 음극 활물질을 포함하고 있는 음극 합제를 도포한 후 건조하여 제조되며, 상기 음극 합제에는, 필요에 따라, 앞서 설명한 바와 같은 도전재, 바인더, 충진제 등의 성분들이 포함될 수 있다.
상기 음극 활물질로는, 예를 들어, 천연 흑연, 인조 흑연, 팽창 흑연, 탄소섬유, 난흑연화성 탄소, 카본블랙, 카본나노튜브, 플러렌, 활성탄 등의 탄소 및 흑연재료; 리튬과 합금이 가능한 Al, Si, Sn, Ag, Bi, Mg, Zn, In, Ge, Pb, Pd, Pt, Ti 등의 금속 및 이러한 원소를 포함하는 화합물; 금속 및 그 화합물과 탄소 및 흑연재료의 복합물; 리튬 함유 질화물 등을 들 수 있다. 그 중에서도 탄소계 활물질, 규소계 활물질, 주석계 활물질, 또는 규소-탄소계 활물질이 더욱 바람직하며, 이들은 단독으로 또는 둘 이상의 조합으로 사용될 수도 있다.
상기 음극 집전체는 일반적으로 3 내지 500 ㎛의 두께로 만든다. 이러한 음극 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 표면 처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 또한, 양극 집전체와 마찬가지로, 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.
상기 리튬염 함유 비수계 전해액은 전해액과 리튬염으로 이루어져 있으며, 상기 전해액으로는 비수계 유기용매, 유기 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용된다.
상기 비수계 유기용매로는, 예를 들어, N-메틸-2-피롤리디논, 프로필렌 카르보네이트, 에틸렌 카르보네이트, 부틸렌 카르보네이트, 디메틸 카르보네이트, 디에틸 카르보네이트, 감마-부틸로 락톤, 1,2-디메톡시 에탄, 테트라히드록시 프랑(franc), 2-메틸 테트라하이드로푸란, 디메틸술폭시드, 1,3-디옥소런, 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.
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 중합제 등이 사용될 수 있다.
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.
상기 리튬염은 상기 비수계 전해질에 용해되기 좋은 물질로서, 예를 들어, LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, CF3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, 클로로 보란 리튬, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4 페닐 붕산 리튬, 이미드 등이 사용될 수 있다.
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) 등을 더 포함시킬 수 있다.
본 발명의 이차전지가 소정 단위의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 적층한 바이셀(Bi-cell) 또는 풀셀(Full cell)들을 분리막 시트로 권취한 구조의 스택/폴딩형 전극조립체를 포함하는 이차전지인 경우, 단위셀들이 접착되는 분리막 시트는 상기 양극과 음극 사이에 개재되는 분리막과 동일할 수도 있고 다를 수도 있다.
본 발명은 또한, 상기 이차전지를 하나 이상 포함하는 전지팩 및 상기 전지팩을 포함하는 디바이스를 제공한다.
본 발명은 또한, 상기 이차전지용 양극을 제조하는 장치를 제공한다.
구체적으로, 상기 장치는
(a) 일면 또는 양면에 양극 활물질 입자들이 도포되어 있는 시트 형상의 양극을 공급하는 공급롤; 및
(b) 양극의 일면 또는 양면에 코로나 방전을 행하는 코로나 방전기;
를 포함하고 있다.
상기 코로나 방전기는 바람직하게는 플라스틱과 같은 전기절연성 케이스에 내장되어 있어서, 사용자가 코로나 방전기에 의해 감전되는 것을 방지할 수 있고, 상기 케이스에는 분리막 관통구 및 배기구가 형성되어 있어서 플라즈마 처리시 발생하는 기체가 상기 배기구를 통해 배출될 수 있다.
바람직한 예로서, 상기 코로나 방전기는 상압 플라즈마 개질기로 이루어져 있다.
구체적으로, 상압 플라즈마 개질기는 상온/상압하에서 대기중 또는 가스내의 방전에 의해 플라즈마를 형성하고 이러한 플라즈마가 대상물 표면 분자와 격렬히 반응하게 하여 표면 분자구조를 변화시킨다.
또한, 상압 플라즈마 개질기는 인-라인(In-line) 생산설비에 사용될 수 있으므로 생산성이 향상되고, 처리 대상이 광범위하며 유지관리비가 저렴한 장점이 있다.
상기 상압 플라즈마 개질기는 파워 서플라이, 및 플라즈마 챔버를 포함하는 구조로 이루어져 있어서, 플라즈마 챔버는 파워 서플라이로부터 고전압의 전류를 공급받아 분리막 기재의 표면에 코로나를 방전할 수 있다.
한편, 상기 코로나 방전기는 구조에 따른 특성 측면에서, 고정방전극형 유전체 방전극 코로나 개질기일 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 이차전지용 양극은, 양극이 공급롤에 지지된 상태에서 코로나(corona) 방전에 의해 상기 양극의 극성을 활성화시키는 표면처리를 수행함으로써, 양극의 전해액 함침성을 크게 증가시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 양극 제조장치의 모식도이다;
도 2는 도 1에 사용되는 코로나 방전기의 부분 모식도이다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 1에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 양극 제조장치의 모식도가 도시되어 있고, 도 2에는 도 1에서 사용되는 코로나 방전기의 부분 모식도가 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 양극 제조장치(100)는, 양극(10)을 공급하는 양극 공급롤(110); 양극(10)의 표면에 코로나 방전을 행하는 코로나 방전기(120); 양극(10)을 코팅하기 위한 코팅장치(도시하지 않음); 을 포함한다.
양극(10)은, 접촉면(12)가 공급롤(110)에 지지된 상태에서 코로나 방전에 의해 접촉면(14)을 활성화시키는 표면처리 단계를 거친다.
코로나 방전기(120)는 금속전극 유전체(125)로 방전극(126)을 감싸고 있고, 자연 냉각시키기 때문에 내열온도가 높은 유전체인 세라믹을 사용하고 있다.
이러한 코로나 방전기(120)는 직육면체의 플라스틱 케이스에 내장되어 있고, 양극(10)이 관통하는 관통구(130) 및 기체가 빠져나갈 수 있는 배출구(140)를 포함한다.
이상 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (17)

  1. 집전체의 일면 또는 양면에 양극 활물질 입자들이 도포되어 있는 이차전지용 양극으로서,
    상기 양극 활물질 입자들은 화학식 1a의 리튬 코발트계 산화물, 또는 화학식 1a의 리튬 코발트계 산화물과 화학식 2의 리튬 니켈계 산화물의 혼합물들로 이루어지고, 이차전지용 전해액에 대한 함침성의 향상을 위해 극성 표면처리 되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지용 양극:
    LiaCo1-x-yMgxTiyO2 (1a)
    상기 식에서, 0.9<a<1.1, 0<x≤0.4 이고, 0<y≤0.2이다;
    LixNiyM'1-yO2 (2)
    상기 식에서,
    0.95≤x≤1.05, 0.4≤y≤0.9이고;
    상기 M'는 6배위 구조에 안정한 원소들로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상이다.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 양극 활물질 입자들은 극성 표면처리 된 상태에서 바인더 및 도전재와 혼합된 후 집전체에 도포되는 것을 특징으로 하는 이차전지용 양극.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 양극 활물질 입자들은 바인더 및 도전재와 혼합되어 집전체에 도포된 후 극성 표면처리 되는 것을 특징으로 하는 이차전지용 양극.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 극성 표면처리는 코로나(corona) 방전에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 이차전지용 양극.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 코로나 방전은 감압 방전, 펄스 방전 또는 유전체 장벽 방전 방식에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 이차전지용 양극.
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 양극 활물질 입자들은 리튬 코발트계 산화물과 리튬 니켈계 산화물의 혼합물로 이루어져 있고, 리튬 코발트계 산화물 및 리튬 니켈계 산화물의 혼합비는 중량을 기준으로 40 : 60 내지 70 : 30 인 것을 특징으로 하는 이차전지용 양극.
  8. 삭제
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 화학식 2로 표시되는 상기 리튬 니켈계 산화물은 하기 화학식 2a로 표시되는 화합물인 것을 특징으로 하는 이차전지용 양극.
    LixNiyMncCodO2 (2a)
    상기 식에서, c+d = 1-y로서, 0.05≤c≤0.4, 0.1≤d≤0.4이다.
  10. 제 1 항 내지 제 5 항, 제 7 항, 및 제 9 항 중 어느 하나에 따른 양극을 포함하는 전극조립체가 전지케이스에 내장되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  11. 제 10 항에 따른 이차전지를 하나 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  12. 제 11 항에 따른 전지팩을 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  13. 제 1 항에 따른 양극의 제조장치로서,
    (a) 일면 또는 양면에 양극 활물질 입자들이 도포되어 있는 시트 형상의 양극을 공급하는 공급롤; 및
    (b) 양극의 일면 또는 양면에 코로나 방전을 행하는 코로나 방전기;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 양극 제조장치.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 코로나 방전기는 플라스틱 케이스에 내장되어 있는 것을 특징으로 하는 양극 제조장치.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 코로나 방전기는 상압 플라즈마 개질기인 것을 특징으로 하는 양극 제조장치.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 상압 플라즈마 개질기는 파워 서플라이, 및 플라즈마 챔버를 포함하는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 양극 제조장치.
  17. 제 13 항에 있어서, 상기 코로나 방전기는 고정방전극형 유전체 방전극 코로나 개질기인 것을 특징으로 하는 양극 제조장치.
KR1020120127822A 2012-11-13 2012-11-13 표면 개질된 이차전지용 양극 KR101563155B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120127822A KR101563155B1 (ko) 2012-11-13 2012-11-13 표면 개질된 이차전지용 양극

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120127822A KR101563155B1 (ko) 2012-11-13 2012-11-13 표면 개질된 이차전지용 양극

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20140062577A KR20140062577A (ko) 2014-05-26
KR101563155B1 true KR101563155B1 (ko) 2015-10-27

Family

ID=50890750

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120127822A KR101563155B1 (ko) 2012-11-13 2012-11-13 표면 개질된 이차전지용 양극

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101563155B1 (ko)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000294229A (ja) * 1999-04-08 2000-10-20 Matsushita Electric Ind Co Ltd 非水電解液二次電池
JP2007035552A (ja) 2005-07-29 2007-02-08 Toyota Motor Corp リチウム二次電池用電極
JP2009230862A (ja) 2008-03-19 2009-10-08 Panasonic Corp 非水電解液二次電池用電極板の製造方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000294229A (ja) * 1999-04-08 2000-10-20 Matsushita Electric Ind Co Ltd 非水電解液二次電池
JP2007035552A (ja) 2005-07-29 2007-02-08 Toyota Motor Corp リチウム二次電池用電極
JP2009230862A (ja) 2008-03-19 2009-10-08 Panasonic Corp 非水電解液二次電池用電極板の製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
KR20140062577A (ko) 2014-05-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101540618B1 (ko) 이차전지용 전극 및 그것의 제조 방법
KR102095508B1 (ko) 리튬 코발트 산화물을 포함하는 코어 및 리튬 코발트 인산화물을 포함하는 쉘을 포함하는 양극 활물질 입자 및 이의 제조 방법
KR102530157B1 (ko) 이차전지용 음극의 전리튬화 방법
KR20190017417A (ko) 리튬금속과 무기물 복합층을 이용한 전리튬화
KR101481993B1 (ko) 시안기를 포함하는 화합물을 포함하는 전극 및 이를 포함하는 리튬이차전지
KR20170025874A (ko) 리튬 이차전지 및 그의 구동방법
KR101392800B1 (ko) 개선된 특성의 리튬 코발트계 산화물의 이차전지용 양극 활물질 및 이를 포함하는 리튬 이차전지
KR101856830B1 (ko) 리튬 또는 리튬 화합물 코팅층이 도포되어 있는 분리막을 포함하는 전극조립체 및 이를 제조하는 방법
EP3483951A1 (en) Method for manufacturing electrode for secondary battery suitable for long life
KR101660111B1 (ko) 리튬 이차전지용 전극 및 그 제조방법
KR101796344B1 (ko) 리튬 이차전지용 양극활물질, 이의 제조방법, 및 이를 포함하는 리튬 이차전지
KR101457546B1 (ko) 분리막의 제조방법 및 이로부터 제조되는 분리막
KR20180028930A (ko) 3차원 망상 구조의 전극 집전체를 포함하는 전극
KR101307373B1 (ko) 분리막의 제조방법 및 이를 이용하여 생산되는 분리막
KR20190025501A (ko) 양극 활물질의 제조방법 및 이를 이용한 양극 활물질 및 리튬 이차전지
KR20130116810A (ko) 이차전지용 양극
KR20180039452A (ko) 패턴 전극접착층을 구비한 세퍼레이터를 용매없이 제조하는 방법
EP3522269B1 (en) Method for manufacturing electrode for secondary battery suitable for high loading
KR101307772B1 (ko) 이차전지 제조방법 및 이를 이용하여 생산되는 이차전지
EP3444873B1 (en) Anode for lithium metal secondary battery and lithium metal secondary battery comprising same
KR101563155B1 (ko) 표면 개질된 이차전지용 양극
KR20160130646A (ko) 전해액 함침 방법
KR20150028739A (ko) 이차전지 셀
KR101991057B1 (ko) 리튬 이차전지 및 그의 구동방법
KR20150015404A (ko) 고용량의 이차전지용 음극

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20181016

Year of fee payment: 4