KR101955122B1 - Electrode having microstructure, preparation method thereof and secondary battery including the same - Google Patents

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Abstract

미세구조를 갖는 전극 및 이의 제조방법을 제공한다. 본 발명에 따르면, 활물질 입자, 황 입자, 바인더 및 용매를 함유하는 전극 활물질 슬러리를 제조하는 단계, 슬러리를 집전체 상에 도포한 후, 건조하여 전극 활물질층을 형성하는 단계 및 전극 활물질층을 압연한 후, 열처리하여 활물질층 내로부터 황 입자를 승화시켜 활물질층 내에 다수의 기공들을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 본 발명에 따르면, 기공 형성제로 황을 사용하여 미세 기공을 포함하는 음극 활물질층을 제조함으로써, 음극 활물질층 내부까지 전해질이 침투할 수 있도록 하여 전지의 반응성을 보다 향상시킬 수 있다. 이에 따라, 전지, 구체적으로 이차전지의 고출력 특성 및 수명을 향상시킬 수 있다. 나아가, 값싼 황을 전극 형성용 슬러리에 도입함으로써, 기존 공정을 유지하면서도 고출력 전지를 제조할 수 있어, 미세구조를 갖는 전지의 상용화에 있어서도 장점을 발휘할 수 있다. An electrode having a fine structure and a method of manufacturing the same are provided. According to the present invention, there is provided a process for producing an electrode active material slurry, comprising: preparing an electrode active material slurry containing active material particles, sulfur particles, a binder and a solvent; applying a slurry on a current collector and then drying the electrode active material layer; And then heat-treating to form a plurality of pores in the active material layer by sublimating the sulfur particles from within the active material layer. According to the present invention, by preparing an anode active material layer containing micropores using sulfur as a pore forming agent, the electrolyte can penetrate into the anode active material layer, thereby further improving the reactivity of the battery. Thus, high output characteristics and life of the battery, specifically, the secondary battery, can be improved. Furthermore, by introducing inexpensive sulfur into the slurry for electrode formation, a high output cell can be produced while maintaining the existing process, and advantages in commercialization of a cell having a fine structure can be exhibited.

Description

미세구조를 갖는 전극, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 이차전지 {Electrode having microstructure, preparation method thereof and secondary battery including the same}TECHNICAL FIELD The present invention relates to an electrode having a microstructure, a method of manufacturing the electrode, and a secondary battery including the electrode.

본 발명은 전극에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 미세구조를 갖는 전극 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to an electrode, and more particularly, to an electrode having a fine structure and a method for manufacturing the same.

최근에 휴대폰이나 노트북에 사용되는 전지와 같이 소규모의 전력을 장시간에 걸쳐서 공급하는 고 에너지 밀도의 전지뿐만 아니라, 많은 양의 에너지를 빠르게 저장 및 방출하는 대용량 전지에 대한 연구 또한 진행 중에 있다. 예를 들어, 대용량 전지는, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 건물 등에 이용되는 에너지 저장 시스템(Energy storage system, ESS)이나, 전력이 남는 시간대에 에너지를 저장하였다가 전력 피크타임에 저장한 에너지를 사용하여 추가 발전기가 필요 없이 전력 피크에 대응하는 전력 수급관리 시스템 등에 사용된다. Recently, a large capacity battery capable of rapidly storing and discharging a large amount of energy as well as a high energy density battery that supplies a small amount of power over a long period of time, such as a battery used in a mobile phone or a notebook computer, is under development. For example, a large-capacity battery may be an energy storage system (ESS) used for an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, or a building, or an energy stored in a power peak time And is used in a power supply and demand management system corresponding to a power peak without needing an additional generator.

한편, 우리가 사용하게 되는 전력은 특정 주파수에 맞추어 공급되고, 이에 맞추어 전력 용품들이 제작되고 사용되게 된다. 하지만, 전술된 대용량 전지를 사용하는 전력 시스템은 전력망(electrical grid) 내에서 순간적인 전력 사용량의 증가, 갑작스런 사고 등에 의해 이러한 전력 주파수가 감소 및 증가하게 되고, 이는 자칫 정전 사태 등의 문제점을 야기하게 된다. 따라서, 이러한 갑작스런 전력 주파수 변화에 대응할 수 있는 고출력 전지를 이용하여 전력 주파수를 관리 및 유지할 필요가 있다. On the other hand, the power that we use will be supplied to a specific frequency, and electric utilities will be manufactured and used accordingly. However, in the power system using the above-described large-capacity battery, the power frequency is reduced and increased due to an instantaneous increase in power consumption in the electrical grid, sudden accidents, etc., and this causes problems such as power failure do. Therefore, it is necessary to manage and maintain the power frequency by using a high output cell capable of coping with such a sudden change in the power frequency.

또한, 예를 들어, 리튬 2차 전지가 전기자동차 또는 하이브리드 전기자동차용 전지로 사용되기 위해서는 출력 특성이 매우 중요하다. 특히, 전기자동차 내의 탑재성을 고려할 경우, 전지의 부피와 무게를 최소화시킬 수 있도록 높은 에너지 밀도가 요구되며, 하이브리드 전기자동차 또한, 단시간에 대규모의 전력을 공급하는 고출력 밀도의 전지가 요구된다. 이에 따라, 종래의 소형의 전지로는 고출력 밀도를 요구하는 하이브리드 전기자동차를 충족시킬 수 없다는 한계가 있다. Further, output characteristics are very important for a lithium secondary battery to be used as an electric vehicle or a battery for a hybrid electric vehicle, for example. Particularly, considering the mountability in an electric vehicle, a high energy density is required to minimize the volume and weight of the battery, and a hybrid electric vehicle also requires a high output density battery that supplies a large amount of electric power in a short time. As a result, there is a limitation in that a conventional small-sized battery can not satisfy a hybrid electric vehicle requiring a high output density.

다시 말해서, 전력 수급을 관리할 수 있는 고출력 전지, 즉, 대용량 전지는 많은 양의 에너지를 저장하고 대량의 전력을 방출할 수 있어야 하는데, 기존의 전지는 전극 내부의 활물질까지 이온들이 쉽게 침투하지 못하여 전극표면에서 이온들이 부반응을 일으키고 에너지를 활물질 내부에 저장 못하며 전지의 수명까지 감소하게 된다는 문제점이 있다. In other words, a high-power battery capable of managing power supply and demand, that is, a large-capacity battery, must be able to store a large amount of energy and emit a large amount of electric power. Conventional batteries can not easily penetrate into the active material in the electrode Ions on the surface of the electrode cause side reactions, energy can not be stored in the active material, and the life of the battery is reduced.

대한민국 등록특허공보 제10-1134122호Korean Patent Registration No. 10-1134122

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 전지의 반응성, 고출력 특성 및 수명을 향상시킬 수 있는 전극 및 이의 제조방법을 제공할 수 있다. Disclosure of Invention Technical Problem [8] The present invention provides an electrode capable of improving the reactivity, high output characteristics, and service life of a battery and a method for producing the same.

상기 과제를 이루기 위하여 본 발명의 일 측면은 미세구조를 갖는 전극 제조방법을 제공한다. 상기 미세구조를 갖는 전극 제조방법은, 활물질 입자, 황 입자, 바인더 및 용매를 함유하는 전극 활물질 슬러리를 제조하는 단계, 상기 슬러리를 집전체 상에 도포한 후, 건조하여 전극 활물질층을 형성하는 단계 및 상기 전극 활물질층을 압연한 후, 열처리하여 상기 활물질층 내로부터 상기 황 입자를 승화시켜 상기 활물질층 내에 다수의 기공들을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing an electrode having a fine structure. The method for manufacturing an electrode having a fine structure includes the steps of: preparing an electrode active material slurry containing active material particles, sulfur particles, a binder and a solvent; applying the slurry on a current collector and then drying to form an electrode active material layer And rolling the electrode active material layer, followed by heat treatment to sublimate the sulfur particles from the active material layer to form a plurality of pores in the active material layer.

상기 활물질 입자는 입자 내에 다수의 기공을 가지고, 상기 황 입자의 평균 입경은, 상기 활물질 입자 내 기공의 크기보다 크고, 상기 활물질 입자의 평균 입경보다 작거나 같은 것일 수 있다. 상기 열처리는 대기압보다 낮은 압력에서 진행하는 것일 수 있다. 상기 다수의 기공들 중 일부는 서로 연결되어 채널구조를 형성하는 것일 수 있다. The active material particles may have a plurality of pores in the particles, and the average particle diameter of the sulfur particles may be larger than the pore size of the active material particles and smaller than or equal to the average particle size of the active material particles. The heat treatment may be conducted at a pressure lower than atmospheric pressure. Some of the plurality of pores may be connected to each other to form a channel structure.

상기 바인더는 수계 바인더인 것일 수 있다. 상기 바인더는 스티렌 부타디엔 러버(Styrene-butadiene rubber, SBR), 카르복시메틸셀룰로오스(Carboxyl methyl cellulose) 또는 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나의 것일 수 있다. 상기 용매는 수계 용매일 수 있다. 상기 바인더는, 상기 활물질 입자 100 중량부 대비, 1 내지 5중량부로 함유되는 것일 수 있다. The binder may be an aqueous binder. The binder may be any one selected from the group consisting of styrene-butadiene rubber (SBR), carboxymethyl cellulose, and combinations thereof. The solvent may be aqueous or non-aqueous. The binder may be contained in an amount of 1 to 5 parts by weight based on 100 parts by weight of the active material particles.

상기 과제를 이루기 위하여 본 발명의 다른 측면은 미세구조를 갖는 전극을 제공한다. 상기 미세구조를 갖는 전극은, 집전체 및 상기 집전체 상에 위치하고, 활물질 입자들을 함유하며, 상기 활물질 입자들 사이에 다수의 기공들이 형성된 전극 활물질층을 구비할 수 있다. According to another aspect of the present invention, there is provided an electrode having a microstructure. The electrode having the fine structure may include a current collector and an electrode active material layer disposed on the current collector and containing active material particles and having a plurality of pores between the active material particles.

상기 활물질 입자는 입자 내에 다수의 기공을 가지고, 상기 활물질 입자들 사이의 기공의 크기는, 상기 활물질 입자 내 기공의 크기보다는 크고 상기 활물질 입자의 크기와 같거나 작은 것일 수 있다. 상기 활물질 입자들 사이의 기공의 크기는 상기 활물질 입자의 평균 입경 대비 50% 내지 100%의 사이즈를 갖는 것일 수 있다. 상기 다수의 기공들 중 일부는 서로 연결되어 채널구조를 형성하는 것일 수 있다. The active material particle has a plurality of pores in the particle, and the size of the pores between the active material particles may be larger than the size of the pores in the active material particle, and may be equal to or smaller than the size of the active material particle. The size of the pores between the active material particles may be 50% to 100% of the average particle diameter of the active material particles. Some of the plurality of pores may be connected to each other to form a channel structure.

상기 과제를 이루기 위하여 본 발명의 또 다른 측면은 이차전지를 제공한다. 상기 이차전지는, 집전체 및 상기 집전체 상에 위치하고, 활물질 입자들를 함유하며, 상기 활물질 입자들 사이에 다수의 기공들이 형성된 전극 활물질층을 구비하는, 미세구조를 갖는 음극, 양극 및 상기 음극과 양극 사이의 전해액을 포함할 수 있다. According to another aspect of the present invention, there is provided a secondary battery. Wherein the secondary battery comprises a current collector and an electrode active material layer on the current collector, the electrode active material layer containing active material particles and having a plurality of pores between the active material particles, a negative electrode having a fine structure, And an electrolyte between the anode and the cathode.

상기 활물질 입자는 입자 내에 다수의 기공을 가지고, 상기 활물질 입자들 사이의 기공의 크기는, 상기 활물질 입자 내 기공의 크기보다는 크고 상기 활물질 입자의 크기와 같거나 작은 것일 수 있다. The active material particle has a plurality of pores in the particle, and the size of the pores between the active material particles may be larger than the size of the pores in the active material particle, and may be equal to or smaller than the size of the active material particle.

본 발명에 따르면, 기공 형성제로 황을 사용하여 미세 기공을 포함하는 음극 활물질층을 제조함으로써, 음극 활물질층 내부까지 전해질이 침투할 수 있도록 하여 전지의 반응성을 보다 향상시킬 수 있다. 이에 따라, 전지, 구체적으로 이차전지의 고출력 특성 및 수명을 향상시킬 수 있다.According to the present invention, by preparing an anode active material layer containing micropores using sulfur as a pore forming agent, the electrolyte can penetrate into the anode active material layer, thereby further improving the reactivity of the battery. Thus, high output characteristics and life of the battery, specifically, the secondary battery, can be improved.

나아가, 값싼 황을 전극 형성용 슬러리에 도입함으로써, 기존 공정을 유지하면서도 고출력 전지를 제조할 수 있어, 미세구조를 갖는 전지의 상용화에 있어서도 장점을 발휘할 수 있다. Furthermore, by introducing inexpensive sulfur into the slurry for electrode formation, a high output cell can be produced while maintaining the existing process, and advantages in commercialization of a cell having a fine structure can be exhibited.

본 발명의 기술적 효과들은 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical effects of the present invention are not limited to those mentioned above, and other technical effects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세구조를 갖는 전극 제조방법을 나타낸 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세구조를 갖는 전극을 나타낸 모식도이다.
도 3은 전극 제조예 및 전극 비교예에 따른 전극의 외부 표면을 찍은 사진이다.
도 4는 전극 비교예에 따른 전극의 표면을 촬영한 주사전자현미경(SEM)사진이다.
도 5a 및 도 5b는 전극 제조예에 따른 전극의 표면을 촬영한 주사전자현미경(SEM)사진들이다.
도 6은 전극 제조예 및 전극 비교예에 따른 전극 내부로 전해액의 침투 정도를 나타낸 그래프이다.
도 7은 전지 비교예와 전지 제조예에 따른 리튬이차전지의 충방전 특성을 나타낸 그래프이다.
1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing an electrode having a fine structure according to an embodiment of the present invention.
2 is a schematic view showing an electrode having a microstructure according to an embodiment of the present invention.
Fig. 3 is a photograph of the outer surface of the electrode according to the electrode production example and the electrode comparison example.
4 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of a surface of an electrode according to a comparative electrode.
5A and 5B are scanning electron microscope (SEM) photographs of a surface of an electrode according to an electrode production example.
6 is a graph showing the degree of penetration of the electrolyte into the electrode according to the electrode production example and the electrode comparison example.
7 is a graph showing the charge / discharge characteristics of a lithium secondary battery according to Comparative Example of Cell and Production Example of Battery.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명이 여러 가지 수정 및 변형을 허용하면서도, 그 특정 실시예들이 도면들로 예시되어 나타내어지며, 이하에서 상세히 설명될 것이다. 그러나 본 발명을 개시된 특별한 형태로 한정하려는 의도는 아니며, 오히려 본 발명은 청구항들에 의해 정의된 본 발명의 사상과 합치되는 모든 수정, 균등 및 대용을 포함한다. While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail. Rather, the intention is not to limit the invention to the particular forms disclosed, but rather, the invention includes all modifications, equivalents and substitutions that are consistent with the spirit of the invention as defined by the claims.

층, 영역 또는 기판과 같은 요소가 다른 구성요소 "상(on)"에 존재하는 것으로 언급될 때, 이것은 직접적으로 다른 요소 상에 존재하거나 또는 그 사이에 중간 요소가 존재할 수도 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. It will be appreciated that when an element such as a layer, region or substrate is referred to as being present on another element "on," it may be directly on the other element or there may be an intermediate element in between .

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세구조를 갖는 전극 제조방법을 나타낸 순서도이다. 1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing an electrode having a fine structure according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 전극 활물질 슬러리를 제조할 수 있다(S100). 상기 슬러리는 이차전지, 구체적으로, 리튬 이온 배터리의 전극, 더 구체적으로는, 리튬 이온 배터리의 음극 활물질 슬러리일 수 있다. 상기 슬러리는 활물질 입자, 황 입자, 용매 및 바인더를 함유할 수 있다. Referring to FIG. 1, an electrode active material slurry can be prepared (S100). The slurry may be a secondary battery, specifically, an electrode of a lithium ion battery, more specifically, a negative electrode active material slurry of a lithium ion battery. The slurry may contain active material particles, sulfur particles, a solvent and a binder.

상기 활물질 입자는 탄소계 물질인 탄소 입자일 수 있다. 상기 탄소계 물질은 흑연계 탄소, 코크스계 탄소 및 하드 카본으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나일 수 있으며, 구체적으로는 흑연계 탄소일 수 있다. 상기 흑연계 탄소는 천연 흑연, 인조 흑연 및 팽창 흑연 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 상기 탄소 입자는 결정성의 인조 흑연일 수 있다. The active material particles may be carbon particles that are carbon-based materials. The carbon-based material may be at least one selected from the group consisting of graphite carbon, coke carbon and hard carbon, and may be graphite carbon. The graphite carbon may include, but is not limited to, natural graphite, artificial graphite and expanded graphite. The carbon particles may be crystalline artificial graphite.

경우에 따라서, 상기 활물질 입자는 상기 탄소 입자와 더불어서, 실리콘 산화물/탄소(SiOx/C, 0<x<2) 복합 입자를 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 실리콘 산화물/탄소 복합 입자는 실리콘 산화물 표면을 탄소로 코팅한 입자일 수 있고, 상기 탄소 입자 대비 5 내지 15 중량부, 일 예로 10 중량부로 혼합될 수 있다. In some cases, the active material particles may further include silicon oxide / carbon (SiO x / C, 0 <x <2) composite particles in addition to the carbon particles. At this time, the silicon oxide / carbon composite particles may be particles coated with carbon on the surface of silicon oxide, and may be mixed with 5 to 15 parts by weight, for example, 10 parts by weight, based on the carbon particles.

예컨대, 상기 활물질 입자의 평균 입경은 1㎛ 내지 50㎛, 구체적으로, 10㎛ 내지 40㎛, 더 구체적으로, 10㎛ 내지 30㎛일 수 있다. 상기 활물질 입자, 구체적으로, 상기 탄소 입자는 입자 내에 다수의 기공을 구비할 수 있다. 상기 활물질 입자 내의 기공(도 2의 212)의 크기는 나노미터 사이즈일 수 있다. For example, the average particle size of the active material particles may be 1 탆 to 50 탆, specifically, 10 탆 to 40 탆, more specifically, 10 탆 to 30 탆. The active material particles, specifically, the carbon particles may have a plurality of pores in the particles. The size of the pores (212 in FIG. 2) in the active material particles may be nanometer size.

상기 황 입자는 후술될 전극 활물질층 내에서 미세 구조, 구체적으로 다공성 구조를 형성하는 역할을 할 수 있다. 상기 황 입자는 황 원소(elemental sulfur, S8)의 분말 형태이며, 상기 황 입자의 크기는 마이크로미터 사이즈로 상기 활물질 입자 내의 기공의 크기보다는 크고, 상기 탄소 입자의 크기보다는 작거나 같을 수 있다. 예를 들어, 상기 황 입자의 평균 입경은 1㎛ 내지 50㎛, 구체적으로, 10㎛ 내지 40㎛, 더 구체적으로, 10㎛ 내지 30㎛, 보다 구체적으로, 10㎛ 내지 20㎛일 수 있다.The sulfur particles may form a microstructure, specifically, a porous structure within the electrode active material layer to be described later. The sulfur particles are in the form of a powder of elemental sulfur (S 8 ), and the size of the sulfur particles is in micrometer size, which is larger than the size of the pores in the active material particles and smaller than or equal to the size of the carbon particles. For example, the average particle diameter of the sulfur particles may be 1 탆 to 50 탆, specifically 10 탆 to 40 탆, more specifically, 10 탆 to 30 탆, more specifically, 10 탆 to 20 탆.

상기 황 입자의 크기는, 후술될 전극 활물질층 내에서 상기 활물질 입자들 사이에 미세 구조, 구체적으로, 다공성 구조 및 채널(channel)구조를 형성할 수 있으면서도, 상기 활물질 입자 내의 기공에는 함침되지 않을 수 있는 범위일 수 있다. 상기 황 입자에 의한 전극 활물질층 내 미세 구조 형성에 대한 내용은 후술될 S300 단계에서 보다 구체적으로 서술하기로 한다. The size of the sulfur particles can form a microstructure, specifically, a porous structure and a channel structure between the active material particles in the electrode active material layer to be described later, and may not impregnate pores in the active material particles. Lt; / RTI &gt; The formation of the microstructure in the electrode active material layer by the sulfur particles will be described in more detail in step S300 described later.

상기 황 입자는 상기 활물질 입자 100 중량부 대비 5 중량 내지 20 중량, 구체적으로, 5 중량 내지 15 중량, 일 예로, 10 중량으로 함유될 수 있다. The sulfur particles may be contained in an amount of 5 to 20 parts by weight, specifically 5 to 15 parts by weight, for example, 10 parts by weight, based on 100 parts by weight of the active material particles.

상기 용매는 수계 용매일 수 있다. 예를 들어, 상기 수계 용매는 물, 알코올 또는 이들의 조합일 수 있으며, 일 예로, 상기 용매는 물일 수 있다. 이에 따라, 상기 황 입자는 상기 수계 용매에 용해되지 않아 입자 형태 그대로 상기 활물질 입자들 사이에 삽입될 수 있다. The solvent may be aqueous or non-aqueous. For example, the aqueous solvent may be water, an alcohol, or a combination thereof. In one example, the solvent may be water. Accordingly, the sulfur particles are not dissolved in the aqueous solvent and can be inserted between the active material particles in the form of particles.

상기 바인더는 수계 바인더일 수 있다. 예를 들어, 상기 바인더는 스티렌 부타디엔 러버(Styrene-butadiene rubber, SBR), 카르복시메틸셀룰로오스(Carboxyl methyl cellulose) 또는 이들의 조합일 수 있다. 예컨대, 상기 바인더는 스티렌 부타디엔 러버 및 카르복시메틸셀룰로오스를 조합하여 사용할 수 있다. 일 예로, 상기 바인더는 상기 스티렌 부타디엔 러버 및 카르복시메틸셀룰로오스는 1 : 0.1 내지 1 : 5, 일 예로 1: 1.5의 중량 비율로 혼합된 것을 사용할 수 있다. The binder may be an aqueous binder. For example, the binder may be styrene-butadiene rubber (SBR), carboxymethyl cellulose, or a combination thereof. For example, the binder may be a combination of styrene butadiene rubber and carboxymethyl cellulose. For example, the binder may be a mixture of styrene butadiene rubber and carboxymethyl cellulose in a weight ratio of 1: 0.1 to 1: 5, for example, 1: 1.5.

상기 수계 바인더는 상기 활물질 입자를 상기 용매에 보다 균일하게 분산시킬 수 있다. 구체적으로, 상기 스티렌 부타디엔 러버 및 카르복시메틸셀룰로오스를 조합하여 바인더로 사용함으로써, 상기 용매와 상기 활물질 입자, 일 예로, 물과 흑연 입자가 계면 분리되는 것을 방지할 수 있다. The aqueous binder can disperse the active material particles in the solvent more uniformly. Specifically, when the styrene butadiene rubber and carboxymethyl cellulose are used in combination as a binder, the solvent and the active material particles, for example, water and graphite particles can be prevented from being separated from each other.

상기 바인더는, 상기 활물질 입자 100 중량부 대비 1 내지 5 중량부, 구체적으로, 2 내지 3 중량부로 함유될 수 있다. 이와 같이, 본 실시예에서는 바인더의 함량이 상기 활물질 입자 함량에 비해 매우 적은데, 이는 제조되는 음극 활물질층 내에서 바인더는 활물질 입자들 사이에 소량 존재하여 이들을 바인딩하는 역할을 할 뿐, 상기 바인더를 매트릭스로 하여 이 매트릭스 내에 활물질 입자들이 분산배치되는 구조를 갖는 것은 아니다. 이러한 상기 바인더와 활물질 입자의 중량 비율은, 후술될 전극 활물질층 내의 미세구조가, 즉, 미세 기공들이 바인더 내 보다는 활물질 입자들 사이에서 주로 형성되도록 할 수 있다. The binder may be contained in an amount of 1 to 5 parts by weight, specifically 2 to 3 parts by weight, based on 100 parts by weight of the active material particles. As described above, in the present embodiment, the content of the binder is very small as compared with the content of the active material. In the anode active material layer, a small amount of the binder exists between the active material particles and binds them. And the active material particles are dispersedly arranged in the matrix. The weight ratio of the binder to the active material particles may be such that the fine structure in the electrode active material layer to be described later, that is, micropores, is mainly formed between the active particles rather than in the binder.

상기 슬러리를 집전체 상에 코팅하여 전극 활물질층을 형성할 수 있다(S200). 상기 집전체는 도전성을 가지면서도 화학적 변화를 유발하지 않는 재료일 수 있다. 예를 들어, 상기 집전체는 구리, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄 또는 소성 탄소를 포함할 수 있으며, 형태적으로는, 필름, 시트, 포일(foil), 네트, 다공질체, 발포체 또는 부직포체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 집전체는 서스 포일(SUS(steal use stainless) foil) 또는 구리 포일(copper foil), 일 예로, 서스 포일을 사용할 수 있다. 예컨대, 상기 집전체는 3㎛ 내지 500㎛의 두께일 수 있다. The slurry may be coated on the current collector to form an electrode active material layer (S200). The current collector may be a material that has conductivity but does not cause a chemical change. For example, the current collector may include copper, stainless steel, aluminum, nickel, titanium or sintered carbon, and may be in the form of a film, a sheet, a foil, a net, a porous body, . &Lt; / RTI &gt; For example, the current collector may use a steal use stainless foil (SUS) or a copper foil, for example, a sulfo foil. For example, the current collector may have a thickness of 3 탆 to 500 탆.

구체적으로, 상기 슬러리를 집전체 상에 도포하고 건조시킬 수 있다. 상기 건조에 의하여 상기 용매가 거의 제거될 수 있다. 상기 도포는 드롭 캐스팅(drop casting) 또는 닥터 블레이드(doctor blade)등 통상적인 방법을 이용하여 수행할 수 있다. 상기 제1 건조는 오븐 등을 사용하여 대기압의 공기 분위기에서 100℃ 내지 120℃, 일 예로, 110℃, 10분 내지 1시간, 구체적으로, 10분 내지 30분, 더 구체적으로, 10분 내지 20분 동안 수행될 수 있다. Specifically, the slurry can be applied on a current collector and dried. By the drying, the solvent can be almost removed. The application may be carried out by a conventional method such as drop casting or doctor blade. The first drying is performed in an air atmosphere at atmospheric pressure using an oven or the like at a temperature of 100 ° C to 120 ° C, for example, 110 ° C for 10 minutes to 1 hour, specifically 10 minutes to 30 minutes, more specifically 10 minutes to 20 minutes Min. &Lt; / RTI &gt;

상기 전극 활물질층을 압연(pressing)한 후, 열처리하여 상기 활물질층 내에 미세구조, 즉, 다공성 구조를 형성할 수 있다(S300). 상기 압연은 롤 프레스 등 통상적인 방법을 이용할 수 있다. The electrode active material layer may be pressed and heat treated to form a microstructure, that is, a porous structure in the active material layer (S300). The rolling may be performed by a conventional method such as a roll press.

상기 열처리는 대기압보다 낮은 압력, 일 예로서, 진공 조건에서, 비교적 낮은 온도, 구체적으로, 40℃ 내지 100℃, 더 구체적으로, 50℃ 내지 90℃, 보다 구체적으로, 60℃ 내지 80℃에서 10시간 내지 24시간 동안 수행될 수 있다. 상기 열처리는, 상기 전극 활물질층 내에 분산되어 있던 황 입자들을 승화시킴으로써, 황 입자가 존재하던 자리에 기공을 형성할 수 있다. 구체적으로, 비교적 분자간의 인력이 약한 황 입자가 낮은 압력에 의하여 승화되는 원리를 이용함으로써, 상기 전극 활물질층 내에, 구체적으로는 활물질 입자들 사이에 분산되어 있던 황 입자들을 제거하여 다수의 기공을 형성하고, 상기 다수의 기공들은 서로 연결되어 상기 전극 활물질층 내부를 관통하는 채널(Channel)구조를 형성할 수 있다. The heat treatment is preferably carried out at a pressure lower than the atmospheric pressure, for example, in a vacuum condition, at a relatively low temperature, specifically 40 ° C to 100 ° C, more specifically 50 ° C to 90 ° C, more specifically 60 ° C to 80 ° C, Hour to 24 hours. The heat treatment can form pores in the place where the sulfur particles exist by sublimating the sulfur particles dispersed in the electrode active material layer. Specifically, by using a principle in which sulfur particles having relatively weak intermolecular attraction are sublimated by low pressure, sulfur particles dispersed in the electrode active material layer, specifically between the active material particles are removed to form a plurality of pores And the plurality of pores are connected to each other to form a channel structure penetrating the inside of the electrode active material layer.

이때, 전술된 상기 황 입자의 크기, 일 예로, 10㎛ 내지 20㎛는 상기 활물질 입자의 크기보다는 작거나 같고, 상기 활물질 입자 내의 기공(도 2의 212)의 크기보다는 큰 것일 수 있다. 이에 따라, 상기 황 입자는 상기 활물질 입자들 사이에 황 입자의 크기만큼의 기공(도 2의 211a)을 형성하면서도, 상기 탄소 입자 내의 기공(도 2의 212)으로는 함침되지 않거나 함침될 확률을 줄일 수 있다. 상기 열처리에 의한 황의 승화는 거의 완전히 이루어질 수 있고, 전극 활물질층 내에 잔존하는 황 입자는 없을 수 있다. In this case, the size of the sulfur particles, for example, 10 μm to 20 μm may be smaller than or equal to the size of the active material particles and larger than the size of the pores (212 of FIG. 2) in the active material particles. Accordingly, the sulfur particles form pores (211a in FIG. 2) as large as the size of the sulfur particles between the active material particles, but are not impregnated or impregnated with the pores (212 in FIG. 2) Can be reduced. Sulfur sublimation by the heat treatment can be almost completely performed, and there may be no sulfur particles remaining in the electrode active material layer.

다시 말해서, 전도성이 낮은 황을 기공 형성제로 사용하여 활물질층 내에 기공 구조 및 채널 구조를 확보할 수 있으면서도, 최종 구조에 황 입자는 거의 남아 있지 않아 전극의 전도도를 보다 향상시키는 효과를 발휘할 수 있다.In other words, it is possible to secure a pore structure and a channel structure in the active material layer by using sulfur having low conductivity as a pore-forming agent, and there is almost no sulfur particles remaining in the final structure, so that the effect of improving the conductivity of the electrode can be exerted.

상기 열처리가 수행되는 전술된 온도 범위는, 상기 황이 승화하는 과정에서 집전체와 부반응을 일으킬 수 있는 점 및 바인더가 손상될 수 있는 현상 등을 방지하는 효과를 발휘할 수 있다. The above-described temperature range in which the heat treatment is performed may exhibit an effect of preventing side reactions with the current collector during the sulfur sublimation and a phenomenon in which the binder may be damaged.

한편, 상기 열처리에 의하여, 상기 활물질층 내에 용매는 완전히 제거될 수도 있다. On the other hand, by the heat treatment, the solvent may be completely removed from the active material layer.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세구조를 갖는 전극을 나타낸 모식도이다.2 is a schematic view showing an electrode having a microstructure according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 미세구조를 갖는 전극(300)은, 집전체(100), 상기 집전체(100) 상에 위치하고, 미세구조, 즉, 다공성 구조를 갖는 전극 활물질층(200)을 구비할 수 있다. 상기 집전체(100)는 전술된 도 1에서 설명된 바와 동일한 물질로 형성될 수 있다. 2, an electrode 300 having a fine structure includes a current collector 100, an electrode active material layer 200 having a microstructure, that is, a porous structure, which is disposed on the current collector 100 . The current collector 100 may be formed of the same material as described with reference to FIG.

상기 전극 활물질층(200)은 활물질 입자(210) 및 바인더(213)를 포함하되, 상기 활물질 입자(210)들 사이에 형성된 미세구조, 구체적으로, 다수의 기공구조(211a) 및 다수의 채널구조(211b)를 가질 수 있다. 상기 기공구조(211a) 및 채널구조(211b)는 도 1에서 전술된 바와 같이 황 입자(미도시)의 승화에 의한 것일 수 있다. The electrode active material layer 200 includes active material particles 210 and a binder 213. The electrode active material layer 200 has a microstructure formed between the active material particles 210 and specifically a plurality of pore structures 211a, Lt; RTI ID = 0.0 &gt; 211b. &Lt; / RTI &gt; The pore structure 211a and channel structure 211b may be due to the sublimation of sulfur particles (not shown) as described above in FIG.

이에 따라, 상기 기공(211a)의 크기 또는 상기 채널의 폭은 황 입자(미도시)의 크기에 의해 결정될 수 있다. 구체적으로, 상기 기공(211a)의 크기 또는 상기 채널의 폭은 상기 활물질 입자(210)의 평균 입경보다 작거나 같을 수 있다. 더 구체적으로, 상기 기공의 크기 또는 상기 채널의 폭은, 상기 활물질 입자의 평균 입경 대비 50% 내지 100%의 사이즈를 가질 수 있다. 예컨대, 상기 기공(211a)의 크기는 1㎛ 내지 50㎛, 구체적으로, 10㎛ 내지 40㎛, 더 구체적으로, 10㎛ 내지 30㎛, 보다 구체적으로, 10㎛ 내지 20㎛일 수 있다. 상기 기공(211a)의 크기는 전해질 함침에 적절하면서, 전극의 단위 부피 용량을 증가시킬 수 있는 범위일 수 있다.Accordingly, the size of the pores 211a or the width of the channel can be determined by the size of sulfur particles (not shown). Specifically, the size of the pores 211a or the width of the channel may be smaller than or equal to an average particle diameter of the active material particles 210. [ More specifically, the pore size or the width of the channel may have a size ranging from 50% to 100% of the average particle size of the active material particles. For example, the size of the pores 211a may be 1 占 퐉 to 50 占 퐉, specifically, 10 占 퐉 to 40 占 퐉, more specifically, 10 占 퐉 to 30 占 퐉, and more specifically, 10 占 퐉 to 20 占 퐉. The size of the pores 211a may be in a range that is suitable for electrolyte impregnation and may increase the unit volume capacity of the electrode.

상기 채널(211b)은 상기 활물질층(200) 내에 배치된 다수의 기공들(211a) 중 일부가 서로 연결되어 형성될 수 있다. 이러한 기공들(211a) 및 채널(211b)은 상기 전극 활물질층(200) 상에 배치되는 전해액 또는 전해액이 전극 활물질층(200) 내로 잘 스며들게 하는 역할을 할 수 있다. 즉, 상기 미세구조는, 전해질의 침투 속도를 증가시키고, 전극의 내부 활물질까지 전해질이 침투하지 못할 때 전극 표면에서 전해질의 이온들이 부반응을 일으키는 현상 등을 방지함으로써, 전극의 반응성 향상, 전지 내 에너지 저장율 및 전지의 수명 향상의 효과를 발휘할 수 있다. The channel 211b may be formed by connecting a part of a plurality of pores 211a disposed in the active material layer 200 with each other. The pores 211a and the channels 211b may serve to impregnate the electrolyte or electrolyte disposed on the electrode active material layer 200 into the electrode active material layer 200 well. That is, the microstructure increases the penetration rate of the electrolyte and prevents a phenomenon in which ions of the electrolyte on the electrode surface cause a side reaction when the electrolyte can not penetrate into the internal active material of the electrode, thereby improving the reactivity of the electrode, The storage rate and the life of the battery can be improved.

상기 전극(300)은 이차전지, 예를 들어, 리튬 이온 이차전지, 리튬 이온 폴리머 전지, 니켈-카드뮴 전지, 니켈 수소 축전지 또는 납 축전지 등의 전극으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 전극(300)은 리튬 이온 이차전지의 전극, 일 예로는 리튬 이온 이차전지의 음극으로 사용될 수 있다. 후술되는 본 발명에 따른 일 실시예는 미세구조를 갖는 음극을 구비하는 리튬 이온 이차전지를 서술하였으나, 상기 전극이 적용되는 이차전지의 종류에 대하여는 이에 한정되지는 않는다. The electrode 300 may be used as an electrode of a secondary battery, for example, a lithium ion secondary battery, a lithium ion polymer battery, a nickel-cadmium battery, a nickel metal hydride battery, or a lead acid battery. For example, the electrode 300 may be used as an electrode of a lithium ion secondary battery, for example, a cathode of a lithium ion secondary battery. Although the embodiment according to the present invention described below has described a lithium ion secondary battery having a negative electrode having a fine structure, the kind of the secondary battery to which the electrode is applied is not limited thereto.

구체적으로, 상기 리튬 이온 이차전지(미도시)는, 미세구조를 갖는 음극, 양극 및 상기 음극과 양극 사이의 전해액을 포함할 수 있다. 상기 음극은 전술된 도 1의 설명과 동일한 방법으로 제조될 수 있다. Specifically, the lithium ion secondary battery (not shown) may include a negative electrode having a fine structure, a positive electrode, and an electrolyte between the negative electrode and the positive electrode. The negative electrode can be manufactured in the same manner as the description of Fig. 1 described above.

상기 양극은 양극 활물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 양극 활물질은 리튬금속 또는 리튬산화물일 수 있다. 상기 리튬산화물은 리튬코발트산화물(Lithium cobalt oxide, LiCoO2), 리튬철인산염(Lithium iron phosphate, LiFePO4) 또는 리튬망간산화물(Lithim manganese oxide, LiMn2O4)일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. The anode may include a cathode active material. For example, the cathode active material may be lithium metal or lithium oxide. The lithium oxide may be, but is not limited to, lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ), lithium iron phosphate (LiFePO 4 ), or lithium manganese oxide (LiMn 2 O 4 ) .

상기 음극 및 양극 사이에 위치하여 상기 음극 및 양극 사이에서 리튬이온을 전달하는 세퍼레이터가 구비될 수 있다. 예를 들어, 상기 세퍼레이터는 폴리에틸렌(polyethylene) 또는 폴리프로필렌(poly propylene) 등의 폴리올레핀계 다공성막일 수 있다. And a separator disposed between the cathode and the anode for transferring lithium ions between the cathode and the anode. For example, the separator may be a polyolefin-based porous film such as polyethylene or polypropylene.

또한, 상기 음극 및 양극 사이에는 리튬이온의 전달 매개체인 전해질이 채워질 수 있다. 전해질은 수계 또는 비수계의 전해질 용액일 수 있으나, 소자의 동작 전압을 높이기 위해서는 비수계 전해질 용액이 바람직하다. 그러나, 이에 한정되지 않고 전해질은 고체 전해질일 수도 있다. 비수계 전해질 용액은 전해질과 매질을 구비하는데, 전해질은 리튬염일 수 있다. 리튬염은 리튬퍼클로로레이트(LiClO4), 리튬테트라플루오르보레이트(LiBF4), 리튬헥사플루오르포스페이트(LiPF6), 리튬트리플루오르메탄셀포네이트(LiCF3SO3), 리튬헥사플루오르아세네이트(LiAsF6), 또는 리튬트리플루오르메탄설포닐이미드(Li(CF3SO2)2N)일 수 있다. 상기 매질은 에틸렌카보네이트, 프로필렌카보네이트. 디메틸카보네이트, 메틸에틸카보네이트, 디에틸카보네이트, 아크릴로니트릴, ?-카프로락톤 또는 이들의 조합일 수 있다.The electrolyte, which is a transfer medium of lithium ions, may be filled between the cathode and the anode. The electrolyte may be an aqueous or non-aqueous electrolyte solution, but a non-aqueous electrolyte solution is preferred to increase the operating voltage of the device. However, the electrolyte is not limited thereto and may be a solid electrolyte. The non-aqueous electrolyte solution has an electrolyte and a medium, and the electrolyte may be a lithium salt. The lithium salt is selected from the group consisting of lithium perchlorate (LiClO 4 ), lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ), lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium trifluoromethane sulfonate (LiCF 3 SO 3 ), lithium hexafluoroacetate 6), or lithium trifluoromethanesulfonate sulfonyl imide (Li (CF 3 SO 2) 2 N) may be. The medium is ethylene carbonate, propylene carbonate. Dimethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, diethyl carbonate, acrylonitrile,? -Caprolactone, or a combination thereof.

상기 전극(300)은 이를 단위셀로 포함하는 전지모듈 및 상기 전지모듈을 포함하는 전지팩에 적용됨으로써, 이를 구비하는 소, 중 및 대형 디바이스의 전원으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 전극은, 휴대용 통신 기기, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 의료용 기기 및 에너지 저장 시스템(Energy storage system, ESS)등에 적용됨으로써, 대용량, 고출력 특성을 향상시킬 수 있을 것으로 예상된다. The electrode 300 is applied to a battery module including the unit cell and a battery pack including the battery module, and thus can be used as a power source for small, medium and large devices having the same. For example, the electrode is expected to improve the capacity and high output characteristics by being applied to a portable communication device, an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, a medical device, and an energy storage system (ESS).

이하, 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위하여 본 발명에 따른 바람직한 실험예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein but may be embodied in other forms.

<전극 제조예>&Lt; Example of electrode production &

인조 흑연 분말(평균 입경 10㎛ 내지 20㎛) 87.75g, SiOx/탄소 복합체 분말(평균 입경 5㎛ 내지 10㎛) 9.75g, 황 원소 분말(평균 입경 10㎛) 9.75g, 카르복시메틸셀룰로오스 및 스티렌 부타디엔 러버가 1 : 1.5의 중량 비율로 혼합된 바인더 2.5g를 물 54.875g에 혼합한 전극 활물질 슬러리를 제조하였다. 상기 슬러리를 서스(SUS) 포일 50㎛에 드롭 캐스팅한 후, 오븐에서 110℃로 건조시켜 전극 활물질층을 제조하였다. 상기 전극 활물질층을 롤 프레스로 압연한 후, 65℃, 진공 조건에서 15시간 동안 열처리하여 15 파이 크기의 음극을 제조하였다. , 9.75 g of a SiOx / carbon composite powder (average particle diameter 5 占 퐉 to 10 占 퐉), 9.75 g of a sulfur element powder (average particle diameter 10 占 퐉), 0.75 g of carboxymethyl cellulose and styrene butadiene An electrode active material slurry was prepared by mixing 2.5 g of a binder mixed with rubber at a weight ratio of 1: 1.5 in 54.875 g of water. The slurry was drop-cast on a 50 占 퐉 SUS foil and then dried in an oven at 110 占 폚 to prepare an electrode active material layer. The electrode active material layer was rolled by a roll press and then heat-treated at 65 DEG C under a vacuum condition for 15 hours to prepare a negative electrode having a size of 15 pi.

<전극 비교예><Electrode Comparative Example>

황 원소 분말을 포함시키지 않은 슬러리를 사용하는 것을 제외하고는 전극 제조예와 동일한 방법으로 전극을 제조하였다. An electrode was prepared in the same manner as in the electrode preparation example except that a slurry not containing a sulfur element powder was used.

<전지셀 제조예>&Lt; Example of battery cell production &

제조예 1에 의하여 제조된 전극을 음극으로 준비하였다. 리튬 호일인 양극과 상기 음극 사이에 LiPF6가 1M의 농도로 용매(3:7의 부피비를 갖는 EC/EMC와 3wt%의 VC를 함유) 내에 용해된 비수 전해액을 주입하여 리튬 이온 이차 전지 단위 셀을 제조하였다.The electrode prepared in Preparation Example 1 was prepared as a negative electrode. A nonaqueous electrolyte solution in which LiPF 6 was dissolved in a solvent (containing EC / EMC having a volume ratio of 3: 7 and VC of 3 wt%) at a concentration of 1M was injected between the positive electrode of lithium foil and the negative electrode to form a lithium ion secondary battery unit cell .

<전지셀 비교예>&Lt; Comparative Example of Battery Cell &

전극 제조예에 의하여 제조된 음극 대신 전극 비교예에 의해 제조된 음극을 사용한 것을 제외하고는 전지셀 제조예와 동일한 방법으로 리튬 이온 이차 전지 단위 셀을 제조하였다.A lithium ion secondary battery unit cell was manufactured in the same manner as in the battery cell preparation example except that the negative electrode prepared by the electrode comparison example was used in place of the negative electrode prepared by the electrode production example.

도 3은 전극 제조예 및 전극 비교예에 따른 전극의 외부 표면을 찍은 사진이다. Fig. 3 is a photograph of the outer surface of the electrode according to the electrode production example and the electrode comparison example.

도 3을 참조하면, 전극 제조예 및 전극 비교예에 따른 전극들 모두, 매끈한 외부 표면을 형성하는 것을 육안으로 확인할 수 있다. 다시 말해서, 본 발명의 전극 제조예에 따른 전극, 즉, 황의 승화로 형성된 기공 구조를 갖는 전극 또한 육안 상으로는 균일한 표면을 형성하는 것으로 확인된다. Referring to FIG. 3, it can be visually confirmed that all of the electrodes according to the electrode preparation example and the electrode comparison example form a smooth outer surface. In other words, it has been confirmed that the electrode according to the electrode preparation example of the present invention, that is, the electrode having the pore structure formed by the sublimation of sulfur also forms a uniform surface with the naked eye.

도 4는 전극 비교예에 따른 전극의 표면을 촬영한 주사전자현미경(SEM)사진이다. 여기서, (a) 및 (b)는 각각 전극 비교예에 따른 전극의 표면을 저배율 및 고배율로 촬영한 것들이다.4 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of a surface of an electrode according to a comparative electrode. Here, (a) and (b) are photographs taken at a low magnification and a high magnification of the surface of the electrode according to the electrode comparison example, respectively.

도 4를 참조하면, 본 전극 비교예, 즉, 황이 도입되지 않은 전극에서는 압연 및 진공 열처리가 진행된 후에도 기공 구조가 형성되지 않았음을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 4, it can be seen that the pore structure was not formed even after the rolling and the vacuum heat treatment proceeded in the electrode comparison example, that is, the electrode in which sulfur was not introduced.

도 5a 및 도 5b는 전극 제조예에 따른 전극의 표면을 촬영한 주사전자현미경(SEM)사진들이다. 도 5a 사진의 경우, 전극 제조예의 진행과정 중 압연 후 진공 열처리 하기 전에 촬영한 것이고, 도 5b 사진의 경우, 진공 열처리가 완료된 후에 촬영한 것이다. 5A and 5B are scanning electron microscope (SEM) photographs of a surface of an electrode according to an electrode production example. In the case of the photograph of FIG. 5A, the film was taken before the vacuum heat treatment after rolling during the progress of the electrode production example, and the case of FIG. 5B was taken after the vacuum heat treatment was completed.

도 5a 및 도 5b를 참조하면, 진공 열처리 전에는 활물질층 내에 황 입자(도 5a의 (b)에서 원으로 표시된 부분)가 분산되어 존재하는 것을 확인할 수 있다. 반면, 진공 열처리를 수행한 경우, 활물질층 내에 다수의 기공 구조들(도 5b의 (b)에서 원으로 표시된 부분)이 형성된 것을 확인할 수 있다. 이때, 상기 기공은 약 10㎛ 내지 20㎛의 크기를 갖는 것을 알 수 있다. 이러한 기공들은 진공 열처리 과정에서 황 입자가 승화되어 제거됨에 따른 현상으로 이해되었다.Referring to FIGS. 5A and 5B, it can be confirmed that sulfur particles (a portion denoted by a circle in FIG. 5A) are dispersed and present in the active material layer before the vacuum heat treatment. On the other hand, when the vacuum heat treatment is performed, it can be confirmed that a large number of pore structures (a portion denoted by a circle in FIG. 5B) are formed in the active material layer. At this time, it can be seen that the pores have a size of about 10 탆 to 20 탆. These pores were understood as a phenomenon caused by the sublimation and removal of sulfur particles in the vacuum heat treatment process.

도 6은 전극 제조예 및 전극 비교예에 따른 전극 내부로 전해액의 침투 정도를 나타낸 그래프이다. 구체적으로, 전극 제조예 및 전극 비교예에 따른 각 전극 상에 전해액 6 ㎕를 가한 후 이 전해액이 전극 내부로 흡수되는 시간을 측정하였다. 이 때, 전해액은 LiPF6가 1M의 농도로 용매(3:7의 부피비를 갖는 EC/EMC와 3wt%의 VC를 함유) 내에 용해된 것을 사용하였다.6 is a graph showing the degree of penetration of the electrolyte into the electrode according to the electrode production example and the electrode comparison example. Specifically, 6 占 퐇 of the electrolyte solution was added to each electrode according to the electrode preparation example and the electrode comparison example, and then the time when the electrolyte was absorbed into the electrode was measured. At this time, the electrolyte used was one in which LiPF 6 was dissolved in a solvent (containing EC / EMC having a volume ratio of 3: 7 and containing 3 wt% of VC) at a concentration of 1M.

도 6을 참조하면, 전극 비교예에 따른 전극에 비해 전극 제조예에 따른 전극은 활물질층 내부로의 전해질 침투성(permeability)이 약 2.3배 높음을 확인할 수 있다. 이는 전극 제조예에 따른 전극은 활물질층 내에 황 입자의 승화로 인해 다수의 기공들 및 상기 다수의 기공들이 연결되어 형성된 채널이 형성되었기 때문에, 전해질 침투효과가 향상되었기 때문인 것으로 이해되었다.Referring to FIG. 6, it can be seen that the electrode according to the electrode preparation example has an electrolyte permeability about 2.3 times higher than the electrode according to the electrode comparison example. It was understood that the electrode according to the electrode production example was formed by forming a plurality of pores and a channel formed by connecting the plurality of pores to each other due to the sublimation of sulfur particles in the active material layer, thereby improving the electrolyte penetration effect.

도 7은 전지 비교예와 전지 제조예에 따른 리튬이차전지의 충방전 특성을 나타낸 그래프이다. 이 때, 충전은 0.01V까지 10mA/g로 정전류 충전을 행하고 5mA/g의 전류에 도달할 때까지 정전압 충전을 행하였다. 방전은 상기 충전속도와 동일한 속도의 정전류 방전을 2V까지 행하였다. 그래프에 도시된 것은 1 번째 사이클에서의 충방전 특성을 보여준다.7 is a graph showing the charge / discharge characteristics of a lithium secondary battery according to Comparative Example of Cell and Production Example of Battery. At this time, constant current charging was performed at 10 mA / g up to 0.01 V and constant voltage charging was performed until the current reached 5 mA / g. The discharge was carried out up to 2 V with constant current discharge at the same rate as the charging rate. The graphs show charge / discharge characteristics in the first cycle.

도 7을 참조하면, 전지 제조예에 따른 반전지는 충전시 620 mAh/g의 용량을 나타내고 방전시 523 mAh/g의 용량을 나타냄을 알 수 있다. 한편, 전지 비교예에 따른 반전지는 충전시 503 mAh/g의 용량을 나타내고 방전시 430 mAh/g의 용량을 나타냄을 알 수 있다. 이와 같이, 전지 비교예에 따른 경우 즉, 음극 활물질층 내에 황의 기화를 사용한 다수의 기공이 형성된 경우, 충전 용량과 더불어서 방전 용량이 향상되었음을 알 수 있다.Referring to FIG. 7, it can be seen that the reversed cell according to the cell preparation example exhibits a capacity of 620 mAh / g at the time of charging and a capacity of 523 mAh / g at the time of discharging. On the other hand, the reversed cell according to the comparative example of the battery shows a capacity of 503 mAh / g when charged and a capacity of 430 mAh / g when discharged. As described above, it can be seen that, in the case of Comparative Example of Batteries, that is, when a plurality of pores formed by vaporization of sulfur are formed in the anode active material layer, the discharge capacity is improved in addition to the charging capacity.

한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.It should be noted that the embodiments of the present invention disclosed in the present specification and drawings are only illustrative of specific examples for the purpose of understanding and are not intended to limit the scope of the present invention. It will be apparent to those skilled in the art that other modifications based on the technical idea of the present invention are possible in addition to the embodiments disclosed herein.

100: 집전체 200: 전극 활물질층
210: 활물질 입자 211a: 기공구조
211b: 채널구조 212: 탄소입자 내 기공
213: 바인더 300: 전극
100: collector 200: electrode active material layer
210: active material particle 211a: pore structure
211b: channel structure 212: porosity in carbon particles
213: binder 300: electrode

Claims (14)

활물질 입자, 황 입자, 바인더 및 용매를 함유하는 전극 활물질 슬러리를 제조하는 단계;
상기 슬러리를 집전체 상에 도포한 후, 건조하여 전극 활물질층을 형성하는 단계; 및
상기 전극 활물질층을 압연한 후, 열처리하여 상기 활물질층 내로부터 상기 황 입자를 승화시켜 상기 활물질층 내에 다수의 기공들을 형성하는 단계를 포함하는, 전극 제조방법.
Preparing an electrode active material slurry containing active material particles, sulfur particles, a binder and a solvent;
Coating the slurry on a current collector, and drying the slurry to form an electrode active material layer; And
Wherein the electrode active material layer is rolled and then heat treated to sublimate the sulfur particles from the active material layer to form a plurality of pores in the active material layer.
제1항에 있어서,
상기 활물질 입자는 입자 내에 다수의 기공을 가지고,
상기 황 입자의 평균 입경은, 상기 활물질 입자 내 기공의 크기보다 크고, 상기 활물질 입자의 평균 입경보다 작거나 같은 것인, 전극 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the active material particle has a plurality of pores in the particle,
Wherein an average particle size of the sulfur particles is larger than a size of pores in the active material particle and smaller than or equal to an average particle size of the active material particles.
제1항에 있어서,
상기 열처리는 대기압보다 낮은 압력에서 진행하는, 전극 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the heat treatment proceeds at a pressure lower than atmospheric pressure.
제1항에 있어서,
상기 다수의 기공들 중 일부는 서로 연결되어 채널구조를 형성하는 것인, 전극 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein some of the plurality of pores are connected to each other to form a channel structure.
제1항에 있어서,
상기 바인더는 수계 바인더인 것인, 전극 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the binder is an aqueous binder.
제5항에 있어서,
상기 바인더는 스티렌 부타디엔 러버(Styrene-butadiene rubber, SBR), 카르복시메틸셀룰로오스(Carboxyl methyl cellulose) 또는 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나의 것인, 전극 제조방법.
6. The method of claim 5,
Wherein the binder is any one selected from the group consisting of styrene-butadiene rubber (SBR), carboxymethyl cellulose, and combinations thereof.
제1항에 있어서,
상기 용매는 수계 용매인 것인, 전극 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the solvent is an aqueous solvent.
제1항에 있어서,
상기 바인더는, 상기 활물질 입자 100 중량부 대비, 1 내지 5중량부로 함유되는 것인, 전극 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the binder is contained in an amount of 1 to 5 parts by weight based on 100 parts by weight of the active material particles.
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