KR101772416B1 - Lithium Secondary Battery Comprising Current Collector Having Graphene Coating Layer - Google Patents
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Abstract
본 발명은 분리막이 개재된 상태에서 양극과 음극이 적층되어 있는 리튬 이차전지로서, 상기 리튬 이차전지는 양극 활물질이 도포되어 있는 하나 이상의 양극 집전체과 음극 활물질이 도포되어 있는 하나 이상의 음극 집전체로 구성된 집전체들을 포함하고 있고, 상기 집전체들 중의 적어도 하나의 집전체는 일면 또는 양면에 형성되는 활물질과의 계면에 그래핀 코팅층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지를 제공한다.A lithium secondary battery comprising a positive electrode and a negative electrode stacked with a separator interposed therebetween, wherein the lithium secondary battery comprises at least one positive electrode current collector coated with a positive electrode active material and at least one negative electrode current collector coated with the negative electrode active material Wherein at least one current collector of the current collectors has a graphene coating layer formed on an interface between the current collector and the active material formed on one or both surfaces of the current collector.
Description
본 발명은 그래핀 코팅층을 가진 집전체를 포함하는 리튬 이차전지에 관한 것이다.The present invention relates to a lithium secondary battery including a current collector having a graphene coating layer.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그에 따라 다양한 요구에 부응할 수 있는 전지에 대한 많은 연구가 행해지고 있다.As technology development and demand for mobile devices have increased, the demand for secondary batteries as energy sources has been rapidly increasing, and accordingly, a lot of researches on batteries that can meet various demands have been conducted.
대표적으로 전지의 형상 면에서는 얇은 두께로 휴대폰 등과 같은 제품들에 적용될 수 있는 각형 전지와 파우치형 전지에 대한 수요가 높고, 재료 면에서는 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성의 리튬 코발트 폴리머 전지와 같은 리튬 이차전지에 대한 수요가 높다.Typically, in terms of the shape of the battery, there is a high demand for a prismatic battery and a pouch-type battery that can be applied to products such as mobile phones with a thin thickness, and a lithium cobalt polymer battery having high energy density, discharge voltage, There is a high demand for lithium secondary batteries.
한편, 이차전지의 성능을 증가시키기 위하여 여러 가지 방법들이 시도되고 있는데, 이러한 방법 가운데 하나로, 활물질의 양을 증가시키기 위한 방법들에 대한 연구가 진행되고 있다. Meanwhile, various methods have been attempted to increase the performance of the secondary battery. As one of such methods, methods for increasing the amount of the active material are being studied.
이와 관련하여, 도 1은 종래 사용되고 있는 활물질이 도포된 집전체의 단면을 모식적으로 도시하고 있다.In this connection, Fig. 1 schematically shows a cross section of a current collector coated with an active material conventionally used.
도 1을 참조하면, 전극 집전체(111)의 일면에는 활물질(121)이 도포되어 있는 바, 상기 도포된 활물질(121)의 두께(a)는 150 ㎛ 내지 200 ㎛이며, 집전체의 두께(b)는 20 ㎛ 내지 40 ㎛이다.1, an
그러나, 종래 사용되던 전극 집전체를 동일하게 사용하면서 활물질의 양을 증가시키면 전지의 두께 증가가 필연적으로 요구되는 바, 전지의 두께 증가를 방지하면서 충전 용량을 증가시키기 위해서 집전체의 두께를 얇게 형성하기 위한 방법을 고려할 수 있다.However, if the amount of the active material is increased while using the conventional electrode current collector, the thickness of the battery is inevitably increased. In order to increase the charging capacity while preventing the increase in thickness of the battery, May be considered.
그러나, 일반적으로 집전체의 두께는 전지의 사용 용도에 따라 결정되는데, 음극 집전체로 사용되는 구리 호일의 경우, 전해동박이 사용되는 바, 소형 전지의 경우에는 얇은 동박을, 중대형 디바이스의 경우에는 두꺼운 동박을 사용한다. 이는 방전시의 전류 흐름에 따라 결정되는 것인 바, 중대형 디바이스의 경우에는 high rate 방전을 하기 때문에 순간적으로 집전체(동박)에 많은 양의 전류가 흘러 들어가는데, 이 때 동박의 두께가 얇으면 전류의 흐름이 원활하지 않아 전지의 특성을 구현하기 어렵다.However, in general, the thickness of the current collector is determined according to the intended use of the battery. In the case of a copper foil used as an anode current collector, an electrolytic copper foil is used. Thin copper foil is used for a small battery, Use copper foil. This is determined according to the current flow at the time of discharging. In the case of medium to large-sized devices, a large amount of current flows instantaneously into the current collector (copper foil) because of high rate discharge. It is difficult to realize the characteristics of the battery.
이와 같은, 전극 집전체의 두께를 더 얇게 줄임에도 불구하고 전류의 흐름을 원활하게 하여 기존의 전기적 특성을 유지할 수 있는 동시에, 중대형 디바이스에도 사용이 가능한 고효율의 이차전지에 대한 기술의 필요성이 높은 실정이다.In spite of reducing the thickness of the electrode current collector, current flow is smooth and the existing electrical characteristics can be maintained. Also, there is a need for a technique for a highly efficient secondary battery that can be used for mid- to large-sized devices. to be.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the above-mentioned problems of the prior art and the technical problems required from the past.
본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 이후 설명하는 바와 같이, 얇은 두께의 집전체에 그래핀 코팅층을 형성하는 경우에도, 그래핀의 얇은 두께 및 뛰어난 전기적 특성으로 인하여 집전체의 전체적인 두께가 얇아짐에도 불구하고 전기전도성 등의 성능이 유지되는 리튬 이차전지를 제공할 수 있다.The inventors of the present application have conducted intensive research and various experiments and have found that even when a graphene coating layer is formed on a current collector having a small thickness as described later, due to the thin thickness of graphene and excellent electrical characteristics, It is possible to provide a lithium secondary battery in which the performance such as electrical conductivity is maintained even though the overall thickness of the lithium secondary battery is reduced.
또한, 집전체의 전체적인 두께 감소로 인하여 도포되는 활물질의 양을 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라, 집전체 두께의 감소에 따른 저항 감소의 효과도 얻을 수 있는 바, 고용량 및 고효율의 리튬 이차전지를 제공할 수 있다. Also, since the overall thickness of the current collector decreases, the amount of the active material to be coated can be increased. In addition, the resistance of the current collector can be reduced by reducing the thickness of the current collector. .
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 리튬 이차전지는, 분리막이 개재된 상태에서 양극과 음극이 적층되어 있는 리튬 이차전지로서, To achieve these and other advantages and in accordance with the purpose of the present invention, as embodied and broadly described herein, there is provided a lithium secondary battery comprising a positive electrode and a negative electrode laminated with a separator interposed therebetween,
상기 리튬 이차전지는 양극 활물질이 도포되어 있는 하나 이상의 양극 집전체와 음극 활물질이 도포되어 있는 하나 이상의 음극 집전체로 구성된 집전체들을 포함하고 있고,Wherein the lithium secondary battery includes at least one positive electrode collector coated with a positive electrode active material and at least one negative electrode collector coated with a negative electrode active material,
상기 집전체들 중의 적어도 하나의 집전체는 일면 또는 양면에 형성되는 활물질과의 계면에 그래핀 코팅층이 형성되어 있는 구조로 이루어져 있다.At least one current collector of the current collectors has a structure in which a graphene coating layer is formed at an interface with an active material formed on one surface or both surfaces.
본 발명에 따른 리튬 이차전지에 포함되는 집전체에 형성된 그래핀 코팅층의 성분인 그래핀이란, 탄소 원자로 이루어진 육각형 벌집모양 구조를 층층이 쌓아올린 구조의 그라파이트에서 한 층을 떼어낸 것으로서, 두께가 0.2 nm 내지 0.3 nm에 불과한 매우 얇은 막이다. 이와 같은, 그래핀은 얇은 두께에 불구하고 전기전도도, 전자 이동 속도, 강도 및 열전도성 등이 우수하며 물리적/화학적 안정성이 매우 높은 물질이다.The graphene, which is a component of the graphene coating layer formed on the current collector included in the lithium secondary battery according to the present invention, is formed by separating one layer from graphite having a structure in which a hexagonal honeycomb structure composed of carbon atoms is stacked, Lt; / RTI > to 0.3 nm. As such, graphene is an extremely high physical / chemical stability material with excellent electrical conductivity, electron transfer rate, strength, thermal conductivity, and the like despite its thin thickness.
따라서, 앞서 설명한 바와 같이, 중대형 디바이스에 사용되는 전극 집전체의 두께를 더 얇게 줄일 수 있는 동시에 전류의 흐름을 원활하게 하여 기존의 전기적 특성을 유지함으로써, 중대형 디바이스에도 사용이 가능한 고효율의 이차전지를 개발하기 위하여, 본 발명과 같이 집전체의 일면 또는 양면에 형성되는 활물질과의 계면에 그래핀 코팅층을 형성하는 경우에는, 얇은 두께의 집전체를 사용하더라도 그래핀 자체의 얇은 두께 및 뛰어난 전기적 특성으로 인하여 전기적 성능을 유지할 수 있다.Therefore, as described above, it is possible to further reduce the thickness of the electrode current collector used in the middle- or large-sized device, and to smooth the current flow to maintain the existing electrical characteristics, thereby providing a highly efficient secondary battery In the case of forming a graphene coating layer at the interface with the active material formed on one surface or both surfaces of the current collector as in the present invention for development, even if a thin thickness current collector is used, the thickness of the graphene itself and the excellent electrical characteristics The electrical performance can be maintained.
또한, 집전체의 전체적인 두께 감소로 인하여 활물질의 양을 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라, 집전체 두께의 감소에 따른 저항도 감소되는 바, 고용량 및 고효율의 리튬 이차전지를 얻을 수 있다.Also, since the total thickness of the current collector decreases, the amount of the active material can be increased, and the resistance of the current collector due to the reduction of the current collector thickness is reduced. Thus, a lithium secondary battery of high capacity and high efficiency can be obtained.
본 발명에 있어서, 상기 집전체는 당해 전지에 전기화학적 변화를 유발하지 않고 안정성이 높아야 한다. 집전체가 부식되는 경우, 전지 사이클이 반복됨에 따라 충분한 집전능력을 발휘할 수 없으므로 전지의 수명을 단축시키게 되기 때문이다.In the present invention, the current collector should not cause electrochemical changes in the battery, and should have high stability. When the current collector is corroded, the current collecting ability can not be exhibited as the battery cycle is repeated, thereby shortening the life of the battery.
하나의 구체적인 예로서, 상기 집전체 가운데 양극 집전체는 탄소, 알루미늄 및 티탄으로 이루어진 군에서 선택되는 하나이거나 또는 그것의 둘 이상의 합금으로 이루어진 것일 수 있다.In one specific example, the cathode current collector may be one selected from the group consisting of carbon, aluminum, and titanium, or made of two or more alloys thereof.
상기 음극 집전체는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인리스 스틸 및 니켈로 이루어진 군에서 선택되는 금속 또는 그것의 합금으로 이루어진 것일 수 있다.The negative electrode current collector is not particularly limited as long as it has conductivity without causing a chemical change in the battery, and may be made of, for example, a metal selected from the group consisting of copper, stainless steel, and nickel or an alloy thereof have.
하나의 구체적인 예로서, 리튬 이차전지는 충방전 과정에서 리튬의 삽입 및 탈리가 이루어지는데, 음극 활물질의 비가역 용량으로 인한 문제를 해결하기 위하여 음극 활물질의 도포량을 양극 활물질의 도포량보다 두껍게 할 필요가 있는 바, 상기 그래핀 코팅층이 형성되어 있는 집전체는 음극 집전체인 것이 바람직하다.As one concrete example, lithium insertion and desorption are performed in the charging and discharging process of the lithium secondary battery. In order to solve the problem caused by the irreversible capacity of the negative electrode active material, it is necessary to make the application amount of the negative electrode active material larger than the application amount of the positive electrode active material It is preferable that the collector on which the graphene coating layer is formed is a negative electrode collector.
본 발명에 따른 리튬 이차전지를 구성하는 그래핀 코팅층이 형성되어 있는 집전체는, 상기에서 설명한 바와 같은 그래핀의 특성상 집전체의 두께를 얇게 하더라도 물리적/화학적 성능이 떨어지지 않기 때문에 그래핀 코팅층이 없는 집전체에 비해 상대적으로 더 얇게 형성이 가능하다. 구체적으로 상기 그래핀 코팅층이 형성되어 있는 집전체의, 그래핀 코팅층을 제외한 두께는 1 ㎛ 내지 30 ㎛일 수 있으며, 구체적으로는 5 ㎛ 내지 20 ㎛일 수 있으며 더욱 구체적으로는 10 ㎛ 내지 15 ㎛일 수 있다.The current collector in which the graphene coating layer constituting the lithium secondary battery according to the present invention is formed has the physical / chemical performance deterioration even if the thickness of the current collector is reduced due to the characteristics of the graphene as described above. It can be formed to be relatively thinner than the current collector. Specifically, the thickness of the collector on which the graphene coating layer is formed, excluding the graphene coating layer, may be in the range of 1 to 30 탆, specifically 5 to 20 탆, more specifically 10 to 15 탆 Lt; / RTI >
또한, 상기 그래핀 코팅층이 형성되어 있는 집전체와 그래핀 코팅층이 없는 집전체의 두께가 다르고, 사용되는 활물질의 종류에 따라 충방전 효율에 차이가 있기 때문에, 그래핀 코팅층이 형성되어 있는 집전체에 도포된 전극 활물질의 양과 그래핀 코팅층이 없는 집전체에 도포된 전극 활물질의 양이 서로 다를 수 있다.In addition, since the collector on which the graphene coating layer is formed and the collector on which the graphene coating layer is not formed differ from each other and the charging / discharging efficiency varies depending on the type of the active material used, The amount of the electrode active material applied to the collector may be different from the amount of the electrode active material applied to the collector without the graphene coating layer.
구체적으로, 상기 그래핀 코팅층이 형성되어 있는 집전체는 상기와 같이 상대적으로 그래핀 코팅층이 없는 집전체에 비하여 두께가 얇기 때문에 그에 대한 효과로서 도포된 전극 활물질의 양의 증가가 가능한 바, 상기 그래핀 코팅층이 형성되어 있는 집전체에는 그래핀 코팅층이 없는 집전체에 비해 상대적으로 전극 활물질의 도포량이 더 많을 수 있다.Specifically, since the collector on which the graphene coating layer is formed is thinner than the collector on which the graphene coating layer is not formed, the amount of the coated electrode active material can be increased. The current collector on which the pin coating layer is formed may have a relatively larger application amount of the electrode active material than the current collector on which the graphene coating layer is not present.
상기 그래핀 코팅층이 형성되어 있는 집전체에 도포된 전극 활물질의 양은 그래핀 코팅층이 없는 집전체에 도포된 활물질의 양을 기준으로 105% 내지 130%일 수 있으며, 구체적으로는 110% 내지 130%일 수 있으며, 더욱 구체적으로는 115% 내지 125%일 수 있다.The amount of the electrode active material applied to the current collector on which the graphene coating layer is formed may be from 105 to 130% based on the amount of the active material applied to the current collector without the graphene coating layer, , And more specifically from 115% to 125%.
본 발명에 따른 집전체로서, 그래핀 코팅층이 형성되어 있는 집전체는 집전체와 그래핀 코팅층과의 접착력이 떨어지는 문제가 발생하는 것을 방지하기 위하여, 집전체의 일면 또는 양면에 형성되는 활물질과의 계면에, 집전체와 그래핀 코팅층과의 접착력을 향상하기 위한 돌기들이 형성되어 있을 수 있다. 한편, 상기 그래핀 코팅층의 두께가 매우 얇기 때문에, 상기 돌기들은 그래핀 코팅층의 높이보다 높게 형성될 수 있는 바, 그래핀 코팅층에 도포되는 활물질과 그래핀 코팅층과의 접착력을 향상시키는 데에도 도움을 주는 구조일 수 있다.As the current collector according to the present invention, the current collector in which the graphene coating layer is formed may be formed of a material having a high electrical conductivity with the active material formed on one surface or both surfaces of the current collector, At the interface, protrusions for improving the adhesion between the current collector and the graphene coating layer may be formed. On the other hand, since the thickness of the graphene coating layer is very thin, the protrusions can be formed higher than the height of the graphene coating layer, which also helps improve adhesion between the graphene coating layer and the active material applied to the graphene coating layer The lord can be a structure.
상기 그래핀 코팅층의 코팅 방법에는 특별한 제한이 없으나, 일반적인 금속의 코팅법으로서 도금법, 도포법, 졸겔법 등의 습식 코팅법, 스퍼터링, 스핀 코팅법, 스프레이 코팅 등의 방법이 사용될 수 있으며, 구체적으로는 고순도, 저비용 및 대량생산이 가능하다는 장점이 있는 CVD(Chemical Vapor Deposition) 법에 의해 그래핀 코팅층을 형성할 수 있다. 또 다른 구체적인 그래핀 코팅 방법으로서, 그래파이트(Graphite)의 산화-환원 반응을 통해 콜로이달 상태의 그래핀을 집전체에 도포하는 방법을 이용할 수 있다.The coating method of the graphene coating layer is not particularly limited, but a coating method such as a plating method, a coating method, a sol-gel method, a wet coating method, a sputtering method, a spin coating method and a spray coating method can be used as a general metal coating method. A graphene coating layer can be formed by CVD (Chemical Vapor Deposition), which has the advantage of being capable of high purity, low cost, and mass production. As another specific example of the graphen coating method, there can be used a method of applying colloidal graphene to a current collector through oxidation-reduction reaction of graphite.
구체적으로, 상기 그래파이트의 산화-환원 반응을 통한 코팅법이란, 층상 구조로 되어 있는 그래파이트는 양쪽이 개방되어 있는 구조이기 때문에, 상기 그래파이트에 산을 넣고 반응을 시키면 산화그래핀을 형성하게 되는 바, 상기 산화그래핀에 환원제를 가하면, 그래파이트의 층분리가 일어나면서 콜로이달 상태의 검정색 물처럼 변한 한 개의 층으로 이루어진 그래핀을 얻을 수 있는데, 이와 같은 방법으로 생산된 콜로이달 상태의 그래핀을 집전체에 직접 도포하여 그래핀이 코팅된 집전체를 얻는 방법이다.Specifically, the coating method through the oxidation-reduction reaction of graphite is a structure in which both of the graphite having a layered structure are opened. Therefore, when an acid is added to the graphite and the reaction is performed, graphene oxide is formed, When a reducing agent is added to the oxidized graphene, it is possible to obtain graphene composed of one layer which is changed into colloid-like black as the layer separation of the graphite occurs, and the colloidal graphene produced by the above- And the graphene-coated current collector is obtained.
상기 콜로이달 상태의 그래핀을 집전체에 코팅하는 방법으로, 일반적으로 스핀 코팅법(spin-coating)을 사용하나, 젤리-롤형 전극조립체의 경우에는 이와 같은 방법의 코팅을 형성하는 것이 불가능하기 때문에, 집전체에 콜로이달 상태의 그래핀을 도포하여 건조한 후 압착하는 방법으로 그래핀 코팅층을 형성할 수 있다.As a method of coating the colloidal graphene on the current collector, spin coating is generally used. However, in the case of the jelly-roll type electrode assembly, it is impossible to form the coating of this method , A graphene coating layer can be formed by applying a colloidal graphene to the current collector, followed by drying and pressing.
한편, 상기 양극과 음극 사이에 분리막 시트가 개재되어 구성된 전극조립체로서, 상기 전극조립체는 전지셀의 성능 저하 없이, 전지케이스로부터 양극 또는 음극에 이르는 하나 이상의 홀이 형성된 구조라면, 크게 제한되는 것은 아니며, 구체적으로, 분리막 시트가 개재되어 있는 양극시트와 음극시트가 권취되어 있는 구조의 젤리-롤형 전극조립체, 분리막이 개재된 상태로 하나 이상의 양극판과 하나 이상의 음극판이 적층되어 있는 스택형 전극조립체, 양극판과 음극판을 포함하는 적층형 유닛셀들이 분리막 시트 위에 권취되어 있는 스택-폴딩형 전극조립체, 또는 양극판과 음극판을 포함하는 적층형 유닛셀들이 분리막이 개재된 상태로 적층되어 있는 라미네이션-스택형 전극조립체일 수 있다.The electrode assembly is not particularly limited as long as it has a structure in which at least one hole extending from the battery case to the positive electrode or the negative electrode is formed without deteriorating the performance of the battery cell. Specifically, a jelly-roll type electrode assembly having a structure in which a cathode sheet and a cathode sheet are wound with a separator sheet interposed therebetween, a stacked electrode assembly in which one or more anode plates and one or more anode plates are stacked with a separator interposed therebetween, Stacked type electrode assembly in which stacked unit cells including a positive electrode plate and a negative electrode plate are wound on a separator sheet or stacked unit cells including a positive electrode plate and a negative electrode plate are stacked with a separator interposed therebetween, have.
일반적으로, 리튬 이차전지는 전해액의 형태에 따라, 액체 전해액을 그대로 포함하고 있는 리튬 이온 전지, 액체 전해액이 젤과 같은 형태로 포함되어 있는 리튬 이온 폴리머 전지, 및 고체 전해질의 리튬 폴리머 전지로 분류되기도 한다. 특히, 리튬 이온 폴리머 전지(또는 젤 폴리머 전지)는 액체 전해액에 비하여 누액 가능성이 낮아 안전성이 높고, 전지 형상의 초박화 및 경량화가 가능하다는 등의 많은 장점을 가지고 있어서 그것의 사용량이 증가하고 있다.Generally, a lithium secondary battery is classified as a lithium ion battery, a lithium ion polymer battery in which a liquid electrolyte is contained in a gel-like form, and a lithium polymer battery as a solid electrolyte, depending on the type of electrolyte. do. Particularly, the lithium ion polymer battery (or gel polymer battery) has many advantages such as low safety of leakage due to low possibility of leaking compared with liquid electrolyte, ultra thinness and light weight of battery shape, and its usage is increasing.
상기와 같은 이차전지는 소형 디바이스의 전원으로 사용되는 전지셀에 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 고온 안정성 및 긴 사이클 특성과 높은 레이트 특성 등이 요구되는 디바이스의 전원으로 사용되는 다수의 전지셀들을 포함하는 전지모듈 및 상기 전지모듈을 포함하는 전지팩에 단위전지로도 사용될 수 있다.Such a secondary battery can be used for a battery cell used as a power source of a small device, and a battery including a plurality of battery cells used as a power source of a device requiring high temperature stability, long cycle characteristics, Module and a battery pack including the battery module.
상기 디바이스의 바람직한 예로는 모바일 전자기기, 전지적 모터에 의해 동력을 받아 움직이는 파워 툴(power tool); 전기자동차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기자동차(Hybrid Electric Vehicle, HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV) 등을 포함하는 전기차; 전기 자전거(E-bike), 전기 스쿠터(E-scooter)를 포함하는 전기 이륜차; 전기 골프 카트(electric golf cart); 및 전력 저장장치 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.Preferred examples of the device include a mobile electronic device, a power tool powered by an electric motor, An electric vehicle including an electric vehicle (EV), a hybrid electric vehicle (HEV), a plug-in hybrid electric vehicle (PHEV), and the like; An electric motorcycle including an electric bike (E-bike) and an electric scooter (E-scooter); An electric golf cart; And a power storage device, but the present invention is not limited thereto.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 리튬 이차전지는 종래에 사용되던 집전체에 비하여 더 얇은 두께의 집전체 위에, 그 자체의 두께가 매우 얇고 뛰어난 전기적 특성을 갖는 그래핀 코팅층이 형성되어 있기 때문에, 그래핀 코팅층이 형성된 집전체의 전체적인 두께가 얇아짐에도 불구하고 우수한 물리적/화학적 성능이 유지되는 리튬 이차전지를 제공할 수 있다.INDUSTRIAL APPLICABILITY As described above, the lithium secondary battery according to the present invention has a graphene coating layer having a very thin thickness and excellent electrical characteristics formed on a thinner current collector than the conventional current collector , It is possible to provide a lithium secondary battery in which excellent physical / chemical performance can be maintained even though the overall thickness of the current collector in which the graphene coating layer is formed is reduced.
또한, 상기 그래핀 코팅층이 형성되어 있는 집전체를 사용함으로써, 집전체의 감소된 두께에 해당하는 만큼의 활물질 도포량을 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라, 집전체의 두께 감소에 따른 저항 감소의 효과도 얻을 수 있는 바, 고용량 및 고효율의 리튬 이차전지를 제공할 수 있다. Further, by using the current collector having the graphene coating layer formed thereon, it is possible not only to increase the coating amount of the active material corresponding to the reduced thickness of the current collector, but also to obtain the effect of reducing the resistance It is possible to provide a lithium secondary battery having a high capacity and a high efficiency.
도 1은 종래에 사용된 집전체를 나타낸 단면 모식도이다;
도 2는 본 발명에 따른 하나의 집전체를 나타낸 단면 모식도이다;
도 3은 본 발명에 따른 다른 하나의 집전체를 나타낸 단면 모식도이다; 및
도 4는 본 발명에 따른 또 다른 하나의 집전체를 나타낸 단면 모식도이다.1 is a schematic cross-sectional view showing a current collector used in the related art;
2 is a schematic cross-sectional view illustrating one current collector according to the present invention;
3 is a cross-sectional schematic diagram illustrating another current collector according to the present invention; And
4 is a schematic cross-sectional view illustrating another current collector according to the present invention.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited by the scope of the present invention.
도 2는 본 발명에 따른 집전체의 단면을 모식적으로 나타내고 있다.Fig. 2 schematically shows a cross section of a current collector according to the present invention.
본 발명에 따른 전극 집전체의 예로 음극 활물질이 도포된 음극 집전체가 바람직한 바, 도 2에 따르면, 본 발명에 따른 음극 집전체(112)는 음극 활물질(122)이 도포되어 있고, 상기 집전체(112)가 상기 활물질(122)과 대면하는 일면에 형성된 활물질과의 계면에는 그래핀 코팅층(131)이 형성되어 있다. 상기 그래핀 코팅층(131)은 탄소 원자 1개의 두께로 이루어진 매우 얇은 막으로서, 전기전도도 등이 매우 향상된 층인 바, 도 1에 도시된 종래의 집전체(111) 및 활물질(121) 사이에 별도의 코팅층이 형성되어 있지 않은 집전체와 비교할 때, 상기 그래핀 코팅층(131)이 형성된 집전체(112)의 두께(b’)는 그래핀 코팅층이 없는 집전체(111)의 두께(b)에 비해 매우 얇게 형성될 수 있다. 2, the negative electrode
또한, 상기 그래핀 코팅층(131)이 형성된 집전체(112)의 두께가 얇아진 만큼 활물질 도포량의 증가가 가능한 바, 상기 그래핀 코팅층(131)이 형성된 집전체(112)에 도포된 활물질(122)의 두께(a’)는 그래핀 코팅층이 없는 집전체(111)에 도포된 활물질(121)의 두께(a)에 비해 더 두껍게 형성될 수 있다.The
도 3은 본 발명에 따른 다른 하나의 집전체의 단면을 모식적으로 나타내고 있다.Fig. 3 schematically shows a cross section of another current collector according to the present invention.
도 3을 참조하면, 상기 집전체(212)는 집전체의 양면에 그래핀 코팅층(231)이 형성되어 있는 바, 상기 집전체(212)의 양면에 형성된 활물질과의 계면에 그래핀 코팅층(231)이 형성되어 있으며, 상기 그래핀 코팅층(231)의 외측면으로서, 상기 집전체와 대면하는 면의 반대편 외면에는 활물질층들(222)이 형성되어 있다. 상기와 같이, 도 3에 도시된 집전체는 집전체의 양면에 활물질이 도포되어 있는 바, 전지의 충방전 용량의 증가를 위한 구조로서 도 2에 도시된 집전체에 비하여 더욱 바람직하다.Referring to FIG. 3, the
도 4는 본 발명에 따른 또 다른 집전체의 단면을 모식적으로 나타내고 있다.Fig. 4 schematically shows a cross section of another current collector according to the present invention.
도 4를 참조하면, 그래핀 코팅층(331)이 형성되어 있는 집전체(312)에는, 상기 집전체(312)에 대한 그래핀 코팅층(331)의 접착력을 향상시키기 위한 돌기(313)들이 형성되어 있다. 상기 돌기(313)들의 높이(c)는, 매우 얇은 그래핀 코팅층의 두께(d)로 인하여, 그래핀 코팅층의 높이보다 높게 형성될 수 있는 바, 상기 돌기로 인하여 집전체(312)에 대한 그래핀 코팅층(331)의 접착력 향상뿐만 아니라, 그래핀 코팅층에 도포되는 활물질(322)과 그래핀 코팅층(331)과의 접착력을 향상시키는 데에도 도움을 줄 수 있다.
4,
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.While the present invention has been described with reference to exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments.
Claims (16)
상기 리튬 이차전지는 양극 활물질이 도포되어 있는 하나 이상의 양극 집전체와 음극 활물질이 도포되어 있는 하나 이상의 음극 집전체로 구성된 집전체들을 포함하고 있고,
상기 집전체들 중의 적어도 하나의 집전체는 일면 또는 양면에 형성된 활물질과의 계면에 그래핀 코팅층이 형성되어 있으며,
상기 그래핀 코팅층이 형성되어 있는 집전체는 음극 집전체이고,
상기 그래핀 코팅층이 형성되어 있는 집전체의 두께는 그래핀 코팅층이 없는 집전체에 비해 상대적으로 더 얇으며,
상기 그래핀 코팅층이 형성되어 있는 집전체에는 그래핀 코팅층이 없는 집전체에 비해 상대적으로 전극 활물질의 도포량이 더 많고,
상기 그래핀 코팅층이 형성되어 있는 집전체에는 집전체에 대한 그래핀 코팅층의 접착력 향상을 위한 돌기가 형성되어 있으며,
상기 그래핀 코팅층은 CVD(Chemical Vapor Deposition) 법에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.A lithium secondary battery comprising a positive electrode and a negative electrode stacked with a separator interposed therebetween,
Wherein the lithium secondary battery includes at least one positive electrode collector coated with a positive electrode active material and at least one negative electrode collector coated with a negative electrode active material,
At least one current collector of the current collectors is formed with a graphene coating layer at an interface between the current collector and the active material formed on one surface or both surfaces thereof,
Wherein the collector on which the graphene coating layer is formed is a negative electrode collector,
The thickness of the collector on which the graphene coating layer is formed is relatively thinner than that of the collector on which the graphene coating layer is not present,
The current collector on which the graphene coating layer is formed has a coating amount of the electrode active material that is relatively higher than that of the current collector without the graphene coating layer,
The current collector on which the graphene coating layer is formed is provided with protrusions for improving the adhesion of the graphene coating layer to the current collector,
Wherein the graphene coating layer is formed by a CVD (Chemical Vapor Deposition) method.
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