KR101990609B1 - Lithium electrode and lithium secondary battery employing thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 리튬 전극 및 이를 포함하는 리튬 이차전지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 리튬을 포함하는 전극에 전극 보호층을 형성하되, 상기 전극 보호층으로 리튬의 환원 전위 보다 낮은 환원 전위를 갖는 에테르계 용매의 화학 구조로부터 유도된 부분(moiety)을 갖는 가교 고분자를 포함하는 리튬 이차전지용 전극 및 이를 포함하는 리튬 이차전지에 관한 것이다.
상기 전극은 리튬과 전해액 간의 반응을 낮춰 전해액 및 리튬의 소모를 저감하여 리튬 이차전지의 수명을 향상시킨다.
The present invention relates to a lithium electrode and a lithium secondary battery comprising the same. More particularly, the present invention relates to a lithium secondary battery comprising an electrode protective layer formed on an electrode containing lithium, To a lithium secondary battery including a crosslinked polymer having a moiety derived from a chemical structure of a solvent and a lithium secondary battery comprising the electrode.
The electrode reduces the reaction between lithium and the electrolyte to reduce consumption of the electrolyte and lithium, thereby improving the life of the lithium secondary battery.

Description

리튬 전극 및 이를 포함하는 리튬 이차전지{Lithium electrode and lithium secondary battery employing thereof}[0001] The present invention relates to a lithium electrode and a lithium secondary battery including the lithium electrode,

본 발명은 표면상에 전극 보호층을 포함함으로써 수명 특성이 향상된 리튬 전극과, 이를 포함하는 리튬 이차전지에 관한 것이다.The present invention relates to a lithium electrode having improved life characteristics by including an electrode protection layer on a surface thereof, and a lithium secondary battery including the same.

전자, 통신, 컴퓨터 산업의 급속한 발전에 따라 캠코더, 휴대폰, 노트북 PC, 나아가 전기 자동차까지 에너지 저장 기술의 적용 분야가 확대되고 있다. 이에 따라 가볍고 오래 사용할 수 있으며, 신뢰성이 높은 고성능의 소형 2차전지 개발이 진행되고 있다.With the rapid development of the electronics, communications and computer industries, applications of energy storage technologies are expanding to camcorders, mobile phones, notebook PCs, and even electric vehicles. Accordingly, development of a small secondary battery that is light and long-lasting, and has high reliability and high performance is underway.

이러한 요구를 만족하는 전지로서 리튬 이차전지가 각광받고 있다. Lithium secondary batteries are attracting attention as a battery that satisfies these demands.

리튬 이차전지는 양극, 음극 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 개재된 분리막을 포함하는 전극조립체가 적층 또는 권취된 구조를 가지며, 이 전극조립체가 전지케이스에 내장되고 그 내부에 비수 전해액이 주입됨으로써 구성된다. 상기 리튬 이차전지는 리튬 이온이 양극 및 음극에서 삽입/탈리 될 때의 산화, 환원 반응에 의해 전기 에너지를 생산한다. The lithium secondary battery has a structure in which an electrode assembly including a positive electrode, a negative electrode, and a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode is laminated or wound, and the electrode assembly is embedded in a battery case, and a non- do. The lithium secondary battery produces electrical energy by oxidation and reduction reactions when lithium ions are inserted / removed from the positive electrode and the negative electrode.

리튬 이차전지의 음극은 리튬 금속, 탄소 등이 활물질로 사용되며, 양극은 리튬 산화물, 전이금속 산화물, 금속 칼코겐 화합물, 전도성 고분자 등이 활물질로 사용된다.The anode of the lithium secondary battery is used as an active material such as lithium metal or carbon, and the anode is used as an active material such as lithium oxide, transition metal oxide, metal chalcogenide compound, and conductive polymer.

전극에 사용하는 리튬, 특히 리튬 전극은 전해액 성분과 반응성이 높아, 전해액 성분과 리튬 금속이 접촉하는 경우 자발적인 반응에 의해 보호막(passivation layer)이라 일컫는 피막을 형성한다. 충방전시 리튬 표면에 형성된 보호막은 파괴와 형성을 반복하게 되므로 전지의 반복적인 충방전을 수행할 경우 리튬 음극 내에 보호막 성분은 증가하게 되고 전해액이 고갈되는 문제점이 발생한다. 또한, 전해액 중 일부 환원된 물질이 리튬 금속과 부반응을 일으켜 리튬의 소모를 앞당긴다. 그 결과, 전지의 수명이 감소하게 된다.The lithium used in the electrode, especially the lithium electrode, has high reactivity with the electrolyte component, and when the electrolyte component comes into contact with the lithium metal, a spontaneous reaction forms a film called a passivation layer. The protective film formed on the lithium surface during charging and discharging repeats destruction and formation. Therefore, when the battery is repetitively charged and discharged, the protective film component increases in the lithium negative electrode and the electrolyte is depleted. In addition, some of the reduced materials in the electrolyte cause side reactions with the lithium metal, thereby accelerating the consumption of lithium. As a result, the life of the battery is reduced.

이에 리튬을 안정화하기 위한 여러 방법이 제안되었으며, 그 중에서도 전극과 접하는 위치에 보호층을 형성하는 방법이 제시되었다.Accordingly, various methods for stabilizing lithium have been proposed, and a method of forming a protective layer at a position in contact with the electrode has been proposed.

대한민국 특허등록 제10-0578797호는 전해액에 전기 화학적인 환원에 의해서 음극 표면에 고분자 피막을 형성시킬 수 있는 알킬 아크릴레이트 등의 첨가제를 사용하여 리튬 금속 음극의 안정성을 향상시킬 수 있다고 개시하고 있다.Korean Patent Registration No. 10-0578797 discloses that the stability of the lithium metal anode can be improved by using an additive such as alkyl acrylate capable of forming a polymer film on the surface of the anode by electrochemical reduction of the electrolyte solution.

또한, 대한민국 특허등록 제10-0425585호에서는 리튬 전극 표면에 CH2=CH-CO2-(CH2)8-CO2-CH=CH2로 표시되는 디아크릴계 모노머를 이용하여 가교 고분자 보호박막을 형성하여 리튬 전극과 고분자 전해질 사이의 계면 특성을 향상시켜 전지의 수명을 증가할 수 있다고 언급하고 있다.In addition, the Republic of Korea Patent No. 10-0425585 call the lithium electrode surface, CH 2 = CH-CO 2 for - a (CH 2) 8 -CO 2 -CH = protective crosslinked polymer films by using a di-acrylic monomer represented by CH 2 Thereby improving the interfacial characteristics between the lithium electrode and the polymer electrolyte, thereby increasing the lifetime of the battery.

그러나 상기 고분자 피막 또는 가교 고분자 보호박막을 사용하더라도 전해액과 리튬 전극과의 반응을 만족스럽게 억제하지 못하였다.However, even when the polymer film or the crosslinked polymer protective film is used, the reaction between the electrolyte and the lithium electrode can not be satisfactorily suppressed.

이에, 대한민국 2014-0036413호는 전해액으로 리튬에 대해 불활성인 유기 용매를 사용하는 방법이 제안되었으나, 이러한 노력에도 리튬으로부터 전해액의 직접적인 차단은 불가능하다.Accordingly, Korean Patent Publication No. 2014-0036413 proposes a method of using an organic solvent inert to lithium as an electrolytic solution, but it is impossible to directly block the electrolytic solution from lithium even in this effort.

대한민국 특허등록 제10-0578797호, "리튬 금속 전지용 전해액 및 이를 포함하는 리튬 금속 전지"Korean Patent Registration No. 10-0578797, "Electrolyte for lithium metal battery and lithium metal battery containing same" 대한민국 특허등록 제10-0425585호, "가교 고분자 보호박막을 갖춘 리튬 고분자 이차 전지 및 그 제조 방법"Korean Patent Registration No. 10-0425585, "Lithium Polymer Secondary Battery with Crosslinked Polymer Protection Thin Film and Method for Manufacturing the same" 대한민국 2014-0036413호, "리튬전지"Korea 2014-0036413, "Lithium battery"

상기 문제를 해결하기 위해, 본 발명자들은 전해액과 리튬의 직접적인 차단이 불가능하다면 상기 전해액과 리튬 간 접촉은 받아들이되, 리튬의 소모를 최대한 지연시키는 방향으로 연구를 수행한 결과, 리튬보다 낮은 환원 전위를 갖는 용매의 분자 구조를 갖는 물질을 리튬 계면을 제어할 수 있는 보호층으로 하여 리튬과 전해액 사이에 배치함으로써, 상기 리튬의 소모를 저감하여 전극의 수명을 증가시킬 수 있음을 확인하여 본 발명을 완성하였다.In order to solve the above problem, the inventors of the present invention found that when the electrolyte and lithium can not be directly blocked, the contact between the electrolyte and lithium is accepted. As a result of conducting studies in order to delay the consumption of lithium as much as possible, It is possible to increase the life of the electrode by reducing the consumption of lithium by disposing a material having a molecular structure of a solvent as a protective layer capable of controlling the lithium interface between the lithium and the electrolyte. Respectively.

따라서, 본 발명의 목적은 수명 특성이 향상된 리튬 이차전지용 전극을 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to provide an electrode for a lithium secondary battery having improved life characteristics.

또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 리튬 이차전지용 전극을 포함하는 리튬 이차전지를 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a lithium secondary battery comprising the electrode for a lithium secondary battery.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은In order to achieve the above object,

전극 집전체, Electrode collector,

상기 전극 집전체의 한면 또는 양면에 형성되며, 리튬을 포함하는 전극 합제층; 및An electrode material mixture layer formed on one or both surfaces of the electrode current collector and containing lithium; And

상기 전극 합제층 상에 형성된 전극 보호층을 포함하며, And an electrode protection layer formed on the electrode mixture layer,

상기 전극 보호층은 리튬의 환원 전위 보다 낮은 환원 전위를 갖는 에테르계 용매의 화학 구조로부터 유도된 부분(moiety)을 갖는 가교 고분자를 포함하는 리튬 이차전지용 전극을 제공한다.Wherein the electrode protection layer comprises a crosslinked polymer having a moiety derived from a chemical structure of an ether-based solvent having a reduction potential lower than a reduction potential of lithium.

이때 상기 가교 고분자는 에테르계 용매의 화학 구조로부터 유도된 부분(moiety)을 포함하는 에틸렌성 불포화 단량체와 가교성 단량체가 가교 중합된 것을 특징으로 한다.The crosslinked polymer is characterized in that the ethylenically unsaturated monomer containing a moiety derived from the chemical structure of the ether-based solvent and the crosslinkable monomer are cross-linked.

또한, 본 발명은 양극, 음극, 양(兩) 전극 사이에 개재된 분리막 및 전해액을 포함하는 리튬 이차전지에 있어서, 상기 양극, 음극 또는 양 전극 중 어느 하나 이상이 상기 리튬 이차전지용 전극인 리튬 이차전지를 제공한다.The present invention also provides a lithium secondary battery including a separator interposed between a positive electrode, a negative electrode, and a positive electrode, and an electrolyte, wherein at least one of the positive electrode, the negative electrode, and both electrodes is a lithium secondary battery Thereby providing a battery.

본 발명에 따른 리튬 이차전지용 전극은 전극 활물질, 특히 리튬과 전해액 용매와의 반응을 억제하여 리튬 소모가 저감된다. 이러한 전극을 채용한 리튬 이차전지는 수명 특성이 향상된다.The electrode for a lithium secondary battery according to the present invention suppresses the reaction between an electrode active material, particularly lithium and an electrolyte solvent, so that lithium consumption is reduced. The life characteristics of the lithium secondary battery employing such an electrode are improved.

이하 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

리튬 이차 전지는 전극 활물질로 리튬을 사용하는데, 이때 리튬과 전해액의 접촉에 의해 리튬이 소모되고 부반응이 발생하여 결과적으로 수명이 저하된다. 이에 리튬과 전해액 사이의 계면에서의 반응을 제어하기 위해 이들 사이에 전극 보호층을 위치시키되, 본 발명에서는 리튬과 전해액, 그중 전해액을 구성하는 비수계 용매의 환원 전위를 고려하여 선정된 재질을 전극 보호층으로 사용한다.Lithium secondary batteries use lithium as an electrode active material. At this time, lithium is consumed by the contact between lithium and an electrolyte, side reactions occur, resulting in deterioration of the life. In order to control the reaction at the interface between lithium and the electrolyte, an electrode protecting layer is disposed therebetween. In the present invention, a material selected in consideration of the reduction potential of lithium and an electrolyte, It is used as a protective layer.

본 발명에서 제시하는 전극 보호층은 에테르계 용매의 화학 구조로부터 유도된 부분(moiety)을 포함하는 에틸렌성 불포화 단량체와 가교성 단량체가 가교 중합된 가교 고분자를 포함한다.The electrode protecting layer proposed in the present invention includes a crosslinked polymer obtained by cross-linking an ethylenically unsaturated monomer containing a moiety derived from the chemical structure of an ether-based solvent and a crosslinking monomer.

상기 가교 고분자를 구성하는 제1단량체인 에틸렌성 불포화 단량체는 표준 환원 전위와 관련하여 리튬과 전해액 사이의 제어하기 위해 사용하고, 제2단량체인 가교성 단량체는 전극 보호층의 이온 전도도를 높이고 물성(예, 도막 강도 등)을 제어하기 위해 사용한다.The ethylenically unsaturated monomer as the first monomer constituting the crosslinked polymer is used for controlling between lithium and the electrolyte in relation to the standard reduction potential and the crosslinkable monomer as the second monomer is used to increase the ionic conductivity of the electrode protective layer and to improve the physical properties E.g., film strength, etc.).

표준 환원 전위는 전자를 잃으려는 이온화 경향과 관련되며, 그 수치가 낮을수록 이러한 경향이 강하다. 리튬의 표준 환원 전위는 -3.04V이며, 이보다 낮은 환원 전위를 갖는 물질을 사용할 경우 리튬보다 낮은 이온화 경향을 가지며, 결과적으로 리튬과의 반응성이 낮아진다.The standard reduction potential is related to the ionization tendency to lose electrons, and the lower the number, the stronger this tendency. The standard reduction potential of lithium is -3.04 V, and when a material having a reduction potential lower than that is used, it has a lower ionization tendency than lithium, resulting in a lower reactivity with lithium.

비수계 용매는 에테르계 용매, 카보네이트계 용매 등이 주로 사용되고 있으며, 그 중 에테르계 용매가 리튬의 표준 환원 전위 보다 낮은 수치를 가져 리튬을 안정화시킬 수 있다.As non-aqueous solvents, ether solvents, carbonate solvents and the like are mainly used. Among them, the ether solvent has a lower value than the standard reduction potential of lithium, so that lithium can be stabilized.

에테르계 용매는 테트라하이드로퓨란, 에틸렌 옥사이드, 1,3-디옥솔란, 디메톡시에탄, 3,5-디메틸 이속사졸, 2,5-디메틸퓨란, 퓨란, 2-메틸 퓨란, 1,4-옥산, 4-메틸-1,3-디옥솔란, 테트라에틸렌글리콜 디메틸에테르(TEGDME) 등이 사용된다. 이들 에테르계 용매의 구조는 산소(O)를 최소 1개 이상 포함하고 있는데, 이때 산소가 1개인 테트라하이드로퓨란, 에틸렌 옥사이드 또는 옥산 등의 구조보다는 산소가 2개 이상인 하기 화합물로부터 유도된 구조가 본 발명에서 원하는 물성을 달성할 수 있다:The ethereal solvent may be selected from the group consisting of tetrahydrofuran, ethylene oxide, 1,3-dioxolane, dimethoxyethane, 3,5-dimethylisoxazole, 2,5-dimethylfuran, furan, 4-methyl-1,3-dioxolane, tetraethylene glycol dimethyl ether (TEGDME) and the like are used. The structure of these ether solvents includes at least one oxygen (O) atom, wherein the structure derived from the following compound having two or more oxygen atoms, rather than a structure such as tetrahydrofuran, ethylene oxide or oxane, The desired properties can be achieved in the invention:

1,3-디옥솔란:

Figure 112015093447580-pat00001
, 디메톡시에탄:
Figure 112015093447580-pat00002
1,3-dioxolane:
Figure 112015093447580-pat00001
, Dimethoxyethane:
Figure 112015093447580-pat00002

4-메틸-1,3-디옥솔란:

Figure 112015093447580-pat00003
4-methyl-1,3-dioxolane:
Figure 112015093447580-pat00003

테트라에틸렌글리콜 디메틸에테르(TEGDME):

Figure 112015093447580-pat00004
Tetraethylene glycol dimethyl ether (TEGDME):
Figure 112015093447580-pat00004

즉, 본 발명에서는 리튬 안정화라는 에테르계 용매가 갖는 이점을 전극 보호층에서 발휘할 수 있도록, 제1단량체로서 에테르계 용매의 화학 구조를 분자구조 내 포함하는 에틸렌성 불포화 단량체를 설계하고 이를 전극 보호층에 도입한다.That is, in the present invention, an ethylenically unsaturated monomer containing a chemical structure of an ether-based solvent as a first monomer in a molecular structure is designed so that the advantages of the ether-based solvent of lithium stabilization can be exhibited in the electrode protective layer, .

구체적으로, 제1단량체인 에틸렌성 불포화 단량체는 하기와 같이 표시된다:Specifically, the ethylenically unsaturated monomer as the first monomer is represented as follows:

[화학식 1] [Chemical Formula 1]

A-BA-B

(상기 화학식 1에서, (In the formula 1,

A는 에틸렌성 불포화(ethylenically unsaturated)된 중합성(polymerizable) 기를 포함하는 부분(moiety)이고, A is a moiety comprising an ethylenically unsaturated polymerizable group,

B는 에테르계 용매의 화학 구조로부터 유도된 부분(moiety)이다.)B is a moiety derived from the chemical structure of the ether-based solvent.

상기 화학식 1에서 A는 불포화된 알켄류, 비닐 에테르류, 또는 아크릴레이트기 또는 메타크릴레이트기들을 포함하나, 이에 한정되지 않는다. 구체적으로 중합성기들의 예들은 C1~C6의 선형 알켄류, C1~C6 선형 비닐 에테르류, 및 C2~C8 선형 알킬아크릴산 에스테르류(alkyl acrylic esters) 또는 C2-8 고리형 알킬 아크릴산 에스테르류이다. 바람직한 중합성기들의 예들은 비닐기, 알릴기, 아크릴로일기 또는 메타크릴로일기이다.In the above formula (1), A includes, but is not limited to, unsaturated alkenes, vinyl ethers, or acrylate groups or methacrylate groups. Examples of the polymerizable groups are C1 to C6 linear alkenes, C1 to C6 linear vinyl ethers, and C2 to C8 linear alkyl acryl esters or C2 to C8 cyclic alkyl acrylates. Examples of preferred polymerizable groups are a vinyl group, an allyl group, an acryloyl group or a methacryloyl group.

또한, B는 C1~C4의 알킬기가 치환 또는 비치환된 디옥솔라닐, -O-[-(CH2)n-O]m-R3 (R3=C1~C4의 알킬기, 1≤n≤5) 각각 또는 이들이 서로 선형 또는 브랜치 결합된 관능기를 포함하고, 더욱 바람직하기로는 하기 제시한 관능기 등을 포함한다:In addition, B is an alkyl group of C1 ~ C4 substituted or unsubstituted dioxolanyl, -O - [- (CH 2 ) n -O] m -R 3 (R 3 = alkyl group of C1 ~ C4, 1≤n≤ 5) each include a functional group which is linear or branched to each other, more preferably includes the following functional groups and the like:

Figure 112015093447580-pat00005
Figure 112015093447580-pat00005

이러한 에틸렌성 불포화 단량체는 전극 보호층으로 적용시 중합성 부분(A)에 의해 중합되고, 이때 에테르계 용매의 화학 구조로부터 유도된 부분(B)은 전극 보호층을 형성하는 고분자의 측쇄로 존재한다. 이에 상기 B 부분이 분자 구조 내에 리튬보다 낮은 환원 전위를 갖는 에테르계 용매의 화학 구조를 포함함에 따라 종래 에테르계 용매가 갖는 효과, 즉, 리튬을 안정화하고 리튬과 환원된 전해액 사이의 반응을 저감시킴으로써 리튬의 소모를 지연하는 효과를 얻을 수 있다. 이로 인해 결국 리튬 전극의 수명을 연장시킴과 동시에 결과적으로 리튬 이차전지의 수명을 증가하는 효과를 확보할 수 있다.This ethylenically unsaturated monomer is polymerized by the polymerizable portion (A) when applied as an electrode protective layer, wherein the portion (B) derived from the chemical structure of the etheric solvent is present in the side chain of the polymer forming the electrode protective layer . Thus, since the portion B includes the chemical structure of the ether-based solvent having a lower reduction potential than lithium in the molecular structure, the effect of the conventional ether-based solvent, that is, stabilization of lithium and reduction of the reaction between lithium and the reduced electrolyte An effect of delaying consumption of lithium can be obtained. As a result, the life of the lithium electrode can be prolonged, and at the same time, the life of the lithium secondary battery can be increased.

상기 에틸렌성 불포화 단량체를 중합하여 전극 보호층으로 적용할 경우 이 단량체의 단독 사용만으로는 상기 효과를 확보할 수 없다. 즉, 에틸렌성 불포화 단량체의 단독 중합체를 전극 보호층으로 적용시 전해액 등에 의해 쉽게 스웰링되어 리튬 전극의 안정화에 기여할 수 없다. 따라서, 본 발명에서는 제1단량체인 에틸렌성 불포화 단량체와 함께 제2단량체로서 가교성 단량체를 함께 사용하여 전극 보호층이 가교화된 네트워크 구조를 형성하도록 한다. 이러한 가교화된 네트워크 구조는 도막의 강도를 증가시키고 상기 스웰링 문제를 해소하며, 리튬 이온의 이온 전도도를 향상시킨다. When the above-mentioned ethylenic unsaturated monomer is polymerized and applied as an electrode protective layer, the above effect can not be secured by using only this monomer. That is, when a homopolymer of an ethylenically unsaturated monomer is used as an electrode protective layer, it is easily swelled by an electrolyte or the like and can not contribute to the stabilization of the lithium electrode. Therefore, in the present invention, a crosslinkable monomer is used as a second monomer together with an ethylenically unsaturated monomer as a first monomer so as to form a crosslinked network structure of the electrode protecting layer. Such a crosslinked network structure increases the strength of the coating film, solves the swelling problem, and improves the ion conductivity of lithium ions.

제2단량체인 가교성 단량체는 적어도 2개, 바람직하기로 2 내지 8개, 바람직하기로 2 내지 6개의 에틸렌성 불포화 결합을 갖는 다관능성 모노머이고, 바람직하기로 리튬 이온의 이온 전도도를 높이기 위해 분자 구조 내 에틸렌 옥사이드 관능기를 갖는 것을 사용한다.The crosslinking monomer as the second monomer is a polyfunctional monomer having at least two, preferably from 2 to 8, preferably from 2 to 6, ethylenically unsaturated bonds, and is preferably a polyfunctional monomer having a molecular And those having an ethylene oxide functional group in the structure are used.

일례로, 가교성 단량체는 1,4-부탄디올 디(메타)아크릴레이트, 1,6-헥산디올 디(메타)아크릴레이트, 네오펜틸글리콜 디(메타)아크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜 디(메타)아크릴레이트, 네오펜틸글리콜아디페이트(neopentylglycol adipate) 디(메타)아크릴레이트, 디시클로펜타닐(dicyclopentanyl) 디(메타)아크릴레이트, 카프로락톤 변성 디시클로펜테닐 디(메타)아크릴레이트, 에틸렌옥시드 변성 디(메타)아크릴레이트, 트리시클로데칸디메탄올(메타)아크릴레이트, 디메틸롤 디시클로펜탄 디(메타)아크릴레이트, 트리시클로데칸 디메탄올(메타)아크릴레이트, 네오펜틸글리콜 변성 트리메틸프로판 디(메타)아크릴레이트 등과 같은 2관능성 아크릴레이트; 트리메틸롤프로판 트리(메타)아크릴레이트, 디펜타에리쓰리톨 트리(메타)아크릴레이트, 프로피온산 변성 디펜타에리쓰리톨 트리(메타)아크릴레이트, 펜타에리쓰리톨 트리(메타)아크릴레이트, 프로필렌옥시드 변성 트리메틸롤프로판 트리(메타)아크릴레이트 등의 3관능형 아크릴레이트; 디글리세린 테트라(메타)아크릴레이트 또는 펜타에리쓰리톨 테트라(메타)아크릴레이트 등의 4관능형 아크릴레이트; 프로피온산 변성 디펜타에리쓰리톨 펜타(메타)아크릴레이트 등의 5관능형 아크릴레이트; 및 디펜타에리쓰리톨 헥사(메타)아크릴레이트, 카프로락톤 변성 디펜타에리쓰리톨 헥사(메타)아크릴레이트 등의 6관능형 아크릴레이트 등을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.For example, the crosslinkable monomer may be selected from the group consisting of 1,4-butanediol di (meth) acrylate, 1,6-hexanediol di (meth) acrylate, neopentyl glycol di (meth) acrylate, polyethylene glycol di , Neopentylglycol adipate di (meth) acrylate, dicyclopentanyl di (meth) acrylate, caprolactone modified dicyclopentenyl di (meth) acrylate, ethylene oxide modified di (Meth) acrylate, neopentyl glycol-modified trimethylpropane di (meth) acrylate, tricyclodecane dimethanol (meth) acrylate, dimethylol dicyclopentanedi Bifunctional acrylates such as acrylates and ethers; (Meth) acrylates such as trimethylolpropane tri (meth) acrylate, dipentaerythritol tri (meth) acrylate, propionic acid modified dipentaerythritol tri (meth) acrylate, pentaerythritol tri Trifunctional acrylates such as modified trimethylolpropane tri (meth) acrylate; Tetrafunctional acrylates such as diglycerin tetra (meth) acrylate or pentaerythritol tetra (meth) acrylate; Pentafunctional acrylates such as propionic acid-modified dipentaerythritol penta (meth) acrylate; And 6-functional acrylates such as dipentaerythritol hexa (meth) acrylate and caprolactone-modified dipentaerythritol hexa (meth) acrylate, but are not limited thereto.

상기 제1단량체인 1단량체인 에틸렌성 불포화 단량체와 제2단량체인 가교성 단량체의 가교 중합에 의해 가교화된 네트워크 구조의 전극 보호층이 형성되고, 반복 단위 내 에테르계 용매의 화학 구조로부터 유도된 부분(moiety)으로 인해 리튬과 전해액 사이에 위치하여 상기 리튬과 전해액이 서로 접촉하더라도 리튬의 소모를 억제할 수 있으며, 리튬과 전해액과의 부반응을 억제한다. 또한, 구조적으로 가교화된 네트워크 구조를 가짐에 따라 전극 보호층의 강도를 높여 종래 전극 표면에서의 리튬 덴드라이트의 발생을 물리적으로 억제할 수 있고, 고분자막 내로 전해액이 침투하여 고분자막의 용해 등을 보다 효과적으로 방지할 수 있다.An electrode protective layer of a crosslinked network structure is formed by crosslinking polymerization of an ethylenically unsaturated monomer as a first monomer and a crosslinking monomer as a second monomer, Due to the moiety, is located between the lithium and the electrolytic solution, the consumption of lithium can be suppressed even if the lithium and the electrolyte are in contact with each other, and the side reaction between lithium and the electrolytic solution is suppressed. In addition, by having a structurally crosslinked network structure, it is possible to physically suppress the generation of lithium dendrite on the surface of the conventional electrode by increasing the strength of the electrode protection layer, and to prevent the electrolyte solution from penetrating into the polymer membrane to dissolve the polymer membrane Can be effectively prevented.

전극 보호층의 두께는 본 발명에서 한정하지 않으며, 상기 효과를 확보하면서도 전지의 내부 저항을 높이지 않는 범위를 가지며, 일례로 10nm 내지 10㎛일 수 있다. 만약 그 두께가 상기 범위 미만이면 보호층으로서의 기능을 수행할 수 없고, 이와 반대로 상기 범위를 초과하면 안정적인 계면 특성을 부여할 수 있지만, 초기 계면 저항이 높아져 전지 제조 시 내부 저항의 증가를 초래할 수 있다.The thickness of the electrode protection layer is not limited to the present invention, and may be within the range of 10 nm to 10 [mu] m, for example, while ensuring the above effect but not raising the internal resistance of the battery. If the thickness is less than the above range, the protective layer can not be performed. On the other hand, when the thickness exceeds the above range, stable interfacial characteristics can be imparted, but the initial interfacial resistance is increased, .

본 발명에 따른 전극 보호층의 제조는 특별히 한정하지 않으나, 일례로 용매 내에 제1단량체인 에틸렌성 불포화 단량체, 제2단량체인 가교성 단량체, 및 가교 중합을 위한 개시제를 첨가한 후, 전극에 코팅하고 경화 반응을 수행하여 제조할 수 있다. The preparation of the electrode protection layer according to the present invention is not particularly limited. For example, an ethylenically unsaturated monomer as a first monomer, a crosslinking monomer as a second monomer, and an initiator for crosslinking polymerization are added to a solvent, And performing a curing reaction.

이때 전극 보호층으로서의 역할을 충분히 하는 수준의 강도를 유지할 수 있도록 함량이 한정이 필요하다. 바람직하기로, 제1단량체인 에틸렌성 불포화 단량체 100 중량부에 대해 제2단량체인 가교성 단량체를 5 내지 50 중량부로 사용한다. 만약 그 함량이 상기 범위 미만이면 전술한 바의 효과를 얻을 수 없고, 이와 반대로 그 함량이 상기 범위를 초과할 경우에는 전극 보호층의 강도가 과도하게 증가하고 밀도가 증가하여 리튬 이온의 이동을 억제시켜 오히려 전지 성능이 저하될 우려가 있다.At this time, it is necessary to limit the content so as to maintain the strength sufficient to serve as the electrode protective layer. Preferably, 5 to 50 parts by weight of a crosslinkable monomer as a second monomer is used for 100 parts by weight of the ethylenic unsaturated monomer as the first monomer. If the content is less than the above range, the effect described above can not be obtained. On the other hand, if the content exceeds the above range, the strength of the electrode protective layer excessively increases and the density increases, The battery performance may be deteriorated.

용매는 제1단량체인 에틸렌성 불포화 단량체, 제2단량체인 가교성 단량체를 용해할 수 있는 것이면 어느 것이든 가능하며, 바람직하기로는 비수계 유기용매를 사용한다. 비수계 유기용매는 전지의 전기화학적 반응에 관여하는 이온들이 이동할 수 있는 매질 역할을 하며, 공지의 카보네이트계, 에스테르계, 에테르계, 케톤계, 알코올계 또는 비양성자성 용매를 사용할 수 있다. 일례로, 상기 비수계 유기용매로는 N-메틸-2-피롤리디논, 프로필렌 카보네이트, 에틸렌 카보네이트, 부틸렌 카보네이트, 디메틸 카보네이트, 디에틸 카보네이트, 에틸메틸 카보네이트, 감마-부티로락톤, 1,2-디메톡시 에탄, 1,2-디에톡시 에탄, 테트라하이드록시 프랑(franc), 2-메틸 테트라하이드로푸란, 디메틸술폭시드, 1,3-디옥솔란, 4-메틸-1,3-디옥센, 디에틸에테르, 포름아마이드, 디메틸포름아마이드, 디옥솔란, 아세토니트릴, 니트로메탄, 포름산메틸, 초산메틸, 인산 트리에스테르, 트리메톡시 메탄, 디옥솔란 유도체, 설포란, 메틸설포란, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 프로필렌 카보네이트 유도체, 테트라하이드로푸란 유도체, 에테르, 피로피온산 메틸, 프로피온산 에틸 등의 비양자성 유기용매가 사용될 수 있다.Any solvent may be used as long as it can dissolve the ethylenic unsaturated monomer as the first monomer and the crosslinkable monomer as the second monomer, and preferably a non-aqueous organic solvent is used. The non-aqueous organic solvent serves as a medium through which ions involved in the electrochemical reaction of the battery can move, and known carbonate-based, ester-based, ether-based, ketone-based, alcohol-based or aprotic solvents can be used. Examples of the non-aqueous organic solvent include N-methyl-2-pyrrolidinone, propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethylmethyl carbonate, gamma-butyrolactone, -Dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, tetrahydroxyfuran, 2-methyltetrahydrofuran, dimethylsulfoxide, 1,3-dioxolane, 4-methyl- The organic solvent may be selected from the group consisting of diethyl ether, formamide, dimethylformamide, dioxolane, acetonitrile, nitromethane, methyl formate, methyl acetate, triester phosphate, trimethoxymethane, dioxolane derivative, An aprotic organic solvent such as dimethyl-2-imidazolidinone, a propylene carbonate derivative, a tetrahydrofuran derivative, ether, methyl pyrophosphate, ethyl propionate and the like can be used.

코팅은 스핀 코팅, 스프레이 코팅, 닥터블레이드 코팅, 딥 코팅 등과 같은 통상의 습식 공정에서 사용되는 방법을 사용할 수 있다. 다만, 코팅의 균일성 및 코팅 두께 제어의 용이성을 위해 스핀 코팅으로 수행하는 것이 바람직할 수 있다.The coating may be a method used in conventional wet processes such as spin coating, spray coating, doctor blade coating, dip coating and the like. However, it may be preferable to perform spin coating for uniformity of the coating and ease of control of the coating thickness.

필요한 경우 코팅 후 건조를 수행한다. 상기 건조는 용매의 끓는점 이상 및 전극 보호층의 고분자 재질의 Tg 이하의 온도에서 적절하게 선택할 수 있다. 건조 과정을 통해 리튬의 표면에 잔류하는 용매를 제거하는 동시에 전극 보호층의 접착력을 향상시킬 수 있다.If necessary, drying after coating is carried out. The drying can be appropriately selected at a temperature higher than the boiling point of the solvent and at a temperature lower than the Tg of the polymeric material of the electrode protective layer. The solvent remaining on the surface of lithium can be removed through the drying process and the adhesion of the electrode protective layer can be improved.

경화 반응은 UV 또는 열에 의해 수행하며, 이 경화반응을 통해 가교화가 일어난다.The curing reaction is carried out by UV or heat, and crosslinking takes place through this curing reaction.

개시제는 UV/열 중합 방법에 따라 다르며, 공지의 광개시제 또는 열개시제 모두 사용할 수 있다. 일례로, 상기 광개시제로는 벤조인, 벤조인에틸에테르, 벤조인이소부틸에테르, 알파메틸벤조인에틸에테르, 벤조인 페닐에테르, 아세토페논, 디메톡시페닐아세토페논, 2,2-디에톡시아세토페논, 1,1-디클로로아세토페논, 트리클로로아세토페논, 벤조페논, p-클로로 벤조페논, 2,4-디히드록시벤조페논, 2-히드록시-4-메톡시벤조페논, 2-히드록시-2-메틸 프로피오페논, 벤질 벤조에이트, 벤조일 벤조에이트, 안트라퀴논, 2-에틸안트라퀴논, 2-클로로안트라퀴논, 2-메틸-1-(4-메틸티오페닐)-모르폴리노프로판온-1, 2-히드록시-2-메틸-1-페닐프로판-1-온(시바가이기(CIba Geigy)사의 Darocure 1173), Darocure 1116, Irgacure 907, 2-벤질-2-디메틸아미노-1-(4-모르폴리노페닐)-부탄온-1, 1-히드록시시클로헥실페닐케톤(시바가이기(CIba Geigy)사의 Irgacure 184), 미클러 케톤, 벤질디메틸케탈, 티옥산톤, 이소프로필 티옥산톤, 클로로티옥산톤, 벤질, 벤질디설파이드, 부탄디온, 카르바졸, 플루오레논, 및 알파아실옥심 에스테르 등이 사용될 수 있으며, 상기 열개시제로는 과산화물(-O-O-) 계열의 벤조일 퍼옥사이드, 아세틸 퍼옥사이드, 디라우릴 퍼옥사이드, 디-터트-부틸퍼옥사이드, 쿠밀 히드로퍼옥사이드 등이 사용될 수 있으며, 아조계 화합물(-N=N-) 계열의 아조비스이소부티로니트릴, 아조비스이소발레로니트릴 등이 사용될 수 있다.The initiator varies depending on the UV / thermal polymerization method, and any known photoinitiator or thermal initiator can be used. Examples of the photoinitiator include benzoin, benzoin ethyl ether, benzoin isobutyl ether, alpha methyl benzoin ethyl ether, benzoin phenyl ether, acetophenone, dimethoxyphenylacetophenone, 2,2-diethoxyacetophenone , 1,1-dichloroacetophenone, trichloroacetophenone, benzophenone, p-chlorobenzophenone, 2,4-dihydroxybenzophenone, 2-hydroxy-4-methoxybenzophenone, 2- 2-methyl anthraquinone, 2-methyl-1- (4-methylthiophenyl) -morpholinopropanone-2-methylpropiophenone, benzyl benzoate, benzoyl benzoate, anthraquinone, 2- (Darocure 1173 from CIba Geigy), Darocure 1116, Irgacure 907, 2-benzyl-2-dimethylamino-1- ( 4-morpholinophenyl) -butanone-1,1-hydroxycyclohexyl phenyl ketone (Irgacure 184 from CIba Geigy), microclerketone, benzyl dimethyl ketal, (-OO-) group, and the like may be used. Examples of the initiator include a peroxide (-OO-) group such as benzene, benzene, toluene, isopropyl thioxanthone, chlorothioxanthone, benzyl, benzyldisulfide, butanedione, carbazole, fluorenone, Di-tert-butyl peroxide, cumyl hydroperoxide, and the like can be used. As the azo-based compound (-N = N-) -based azobisisobutyronitrile , Azobisisobalonitrile, and the like can be used.

상기 개시제의 함량은 본 발명을 특별히 한정하지 않으며, 전극 보호층으로서의 물성 및 전극 및 전해액에 영향을 미치지 않는 범위를 갖는 것이 바람직하고, 일례로 단량체의 총합 100 중량부 대비 1 내지 15 중량부의 범위로 사용한다. The content of the initiator is not particularly limited and preferably ranges not affecting the properties of the electrode protective layer and the electrode and electrolyte. For example, the content of the initiator is in the range of 1 to 15 parts by weight relative to 100 parts by weight of the total amount of monomers use.

그외 구체적인 방법 및 조성은 본 명세서에서 언급하지 않으며, 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 적의 선택될 수 있다.Other specific methods and compositions are not mentioned herein and may be selected by the person skilled in the art.

상기 언급한 본 발명에 따른 전극 보호층은 리튬 이차전지용 전극에 바람직하게 도입할 수 있다.The above-mentioned electrode protecting layer according to the present invention can be preferably introduced into an electrode for a lithium secondary battery.

리튬 이차전지용 전극은 전극 집전체, 및 상기 전극 집전체의 한면 또는 양면에 형성되며, 리튬을 포함하는 전극 합제층을 포함한다. 이때 상기 전극 합제층 상에 전술한 바의 전극 보호층이 위치하여, 리튬과 전해액 간의 부반응을 억제해 리튬의 소모를 지연시킨다.The electrode for a lithium secondary battery includes an electrode current collector and an electrode mixture layer formed on one or both surfaces of the electrode current collector and including lithium. At this time, the above-described electrode protection layer is disposed on the electrode mixture layer, thereby suppressing the side reaction between lithium and the electrolyte, thereby delaying consumption of lithium.

이때 전극은 양극, 음극 또는 이들 양(兩) 전극일 수 있다. The electrode may be an anode, a cathode, or both electrodes.

전극 집전체는 상기 전극이 양극일 경우 양극 집전체이고, 음극일 경우에는 음극 집전체이다.The electrode current collector is a positive electrode current collector when the electrode is a positive electrode, and is a negative electrode current collector when the electrode is a negative electrode.

양극 집전체는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것 등이 사용될 수 있다. The positive electrode current collector is not particularly limited as long as it has high conductivity without causing a chemical change in the battery. For example, carbon, nickel , Titanium, silver, or the like may be used.

또한, 음극 집전체는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면 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, 상기 음극 집전체는 양극 집전체와 마찬가지로, 표면에 미세한 요철이 형성된 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태가 사용될 수 있다.The negative electrode current collector is not particularly limited as long as it has electrical conductivity without causing chemical change in the battery. For example, carbon, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, sintered carbon, , Nickel, titanium, silver or the like, an aluminum-cadmium alloy, or the like can be used. The negative electrode current collector may be formed in various forms such as a film, a sheet, a foil, a net, a porous body, a foam, a nonwoven fabric, and the like having fine irregularities on its surface.

본 발명에 따른 전극이 양극일 경우 상기 전극 합제층은 양극 활물질을 포함하고, 음극일 경우에는 음극 활물질을 포함한다. 이때 각 전극 활물질은 종래 전극에 적용되는 활물질이면 어느 것이든 가능하고, 본 발명에서 특별히 한정하지 않는다.When the electrode according to the present invention is an anode, the electrode mixture layer includes a cathode active material, and in the case of a cathode, includes an anode active material. At this time, each of the electrode active materials can be any active material applied to conventional electrodes, and is not particularly limited in the present invention.

상기 양극 활물질은 리튬 이차전지의 용도에 따라 달라질 수 있으며, 구체적인 조성은 공지된 물질을 사용한다. 일례로, 리튬 코발트계 산화물, 리튬 망간계 산화물, 리튬 구리 산화물, 리튬 니켈계 산화물 및 리튬 망간 복합 산화물, 리튬-니켈-망간-코발트계 산화물로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 리튬 전이금속 산화물을 들 수 있고, 보다 구체적으로는 Li1 + xMn2 - xO4(여기서, x는 0 내지 0.33임), LiMnO3, LiMn2O3, LiMnO2 등의 리튬 망간 산화물; 리튬 구리산화물(Li2CuO2); LiV3O8, LiFe3O4, V2O5, Cu2V2O7 등의 바나듐 산화물; LiNi1 - xMxO2 (여기서, M=Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B 또는 Ga 이고, x=0.01 내지 0.3임)으로 표현되는 리튬 니켈 산화물; LiMn2 - xMxO2(여기서, M=Co, Ni, Fe, Cr, Zn 또는 Ta 이고, x=0.01 내지 0.1임) 또는 Li2Mn3MO8(여기서, M=Fe, Co, Ni, Cu 또는 Zn 임)으로 표현되는 리튬 망간 복합산화물, Li(NiaCobMnc)O2(여기에서, 0<a<1, 0<b<1, 0<c<1, a+b+c=1)으로 표현되는 리튬-니켈-망간-코발트계 산화물, Fe2(MoO4)3; 황 원소, 디설파이드 화합물, 유기황 화합물(Organosulfur compound) 및 탄소-황 폴리머((C2Sx)n: x= 2.5 내지 50, n≥2 ); 흑연계 물질; 슈퍼-P(Super-P), 덴카 블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙, 카본 블랙과 같은 카본 블랙계 물질; 플러렌 등의 탄소 유도체; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 및 폴리아닐린, 폴리티오펜, 폴리아세틸렌, 폴리피롤 등의 전도성 고분자; 다공성 탄소 지지체에 Pt 또는 Ru 등 촉매가 담지된 형태 등이 가능하며 이들만으로 한정되는 것은 아니다.The cathode active material may be varied depending on the use of the lithium secondary battery, and a known material is used for the specific composition. For example, any lithium transition metal oxide selected from the group consisting of lithium cobalt oxide, lithium manganese oxide, lithium copper oxide, lithium nickel oxide and lithium manganese composite oxide, and lithium-nickel-manganese- More specifically, lithium manganese oxides such as Li 1 + x Mn 2 - x O 4 (where x is 0 to 0.33), LiMnO 3 , LiMn 2 O 3 and LiMnO 2 ; Lithium copper oxide (Li 2 CuO 2 ); Vanadium oxides such as LiV 3 O 8 , LiFe 3 O 4 , V 2 O 5 and Cu 2 V 2 O 7 ; Lithium nickel oxide represented by LiNi 1 - x M x O 2 (where M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B, or Ga and x = 0.01 to 0.3); LiMn 2 - x MxO 2 (where, M = Co, Ni, Fe , Cr, and Zn, or Ta, x = 0.01 to 0.1 Im) or Li 2 Mn 3 MO 8 (where, M = Fe, Co, Ni , Cu or Zn) of lithium manganese complex oxide, Li (Ni a Co b Mn c expressed in), O 2 (where, 0 <a <1, 0 <b <1, 0 <c <1, a + b + c = 1), Fe 2 (MoO 4 ) 3 ; Sulfur element, disulfide compound, organosulfur compound and carbon-sulfur polymer ((C 2 S x ) n : x = 2.5 to 50, n≥2); Graphite materials; Carbon black based materials such as Super-P, Denka black, acetylene black, Ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, summer black and carbon black; Carbon derivatives such as fullerene; Conductive fibers such as carbon fiber and metal fiber; Metal powders such as carbon fluoride, aluminum, and nickel powder; And conductive polymers such as polyaniline, polythiophene, polyacetylene, and polypyrrole; And a form in which a catalyst such as Pt or Ru is supported on the porous carbon support, but the present invention is not limited thereto.

또한, 음극 활물질은 리튬 금속, 리튬 합금, 리튬 금속 복합 산화물, 리튬 함유 티타늄 복합 산화물(LTO) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종이 가능하다. 이때 리튬 합금은 리튬과 Na, K, Rb, Cs, Fr, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Al 및 Sn으로부터 선택되는 적어도 하나의 금속으로 이루어진 합금을 사용할 수 있다. 또한, 리튬 금속 복합 산화물은 리튬과 Si, Sn, Zn, Mg, Cd, Ce, Ni 및 Fe로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 금속(Me) 산화물(MeOx)이고, 일례로 LixFe2O3(0=x=1) 또는 LixWO2(0<x=1)일 수 있다.The negative electrode active material may be selected from the group consisting of lithium metal, a lithium alloy, a lithium metal composite oxide, a lithium-containing titanium composite oxide (LTO), and combinations thereof. The lithium alloy may be an alloy of lithium and at least one metal selected from Na, K, Rb, Cs, Fr, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Al and Sn. The lithium metal composite oxide is any one of metal (Me) oxides (MeO x ) selected from the group consisting of lithium and Si, Sn, Zn, Mg, Cd, Ce, Ni and Fe. For example, LixFe 2 O 3 0 = x = 1) or LixWO 2 (0 < x = 1).

여기에 더하여, 음극 활물질은 SnxMe1 - xMe'yOz (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me': Al, B, P, Si, 주기율표의 1족, 2족, 3족 원소, 할로겐; 0<x=1; 1=y=3; 1=z=8) 등의 금속 복합 산화물; SnO, SnO2, PbO, PbO2, Pb2O3, Pb3O4, Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5, GeO, GeO22, Bi2O3, Bi2O4 및 Bi2O5 등의 산화물 등을 사용할 수 있고, 결정질 탄소, 비정질 탄소 또는 탄소 복합체와 같은 탄소계 음극 활물질이 단독으로 또는 2종 이상이 혼용되어 사용될 수 있다.In addition to this, the negative electrode active material is SnxMe 1 - x Me 'y O z (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me': Al, B, P, Si, of the periodic table Group 1, Group 2, Group 3 element, Halogen; 0 < x = 1; 1 = y = 3; 1 = z = 8); SnO, SnO 2, PbO, PbO 2, Pb 2 O 3, Pb 3 O 4, Sb 2 O 3, Sb 2 O 4, Sb 2 O 5, GeO, GeO2 2, Bi 2 O 3, Bi 2 O 4 , and Bi 2 O 5 and the like, and carbonaceous anode active materials such as crystalline carbon, amorphous carbon or carbon composite may be used alone or in combination of two or more.

이때, 상기 전극 합제층은 바인더 수지, 도전재, 충진제 및 기타 첨가제 등을 추가로 포함할 수 있다.At this time, the electrode mixture layer may further include a binder resin, a conductive material, a filler, and other additives.

상기 바인더 수지는 전극 활물질과 도전재의 결합과 집전체에 대한 결합을 위해 사용한다. 이러한 바인더 수지의 예로는, 폴리비닐리덴플로라이드(PVDF), 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 하이드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 폴리머(EPDM), 술폰화-EPDM, 스티렌-부타디엔 고무, 불소 고무, 이들의 다양한 공중합체 등을 들 수 있다.The binder resin is used for bonding between the electrode active material and the conductive material and bonding to the current collector. Examples of such a binder resin include polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinyl alcohol, carboxymethylcellulose (CMC), starch, hydroxypropylcellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetra Examples thereof include fluoroethylene, polyethylene, polypropylene, ethylene-propylene-diene polymer (EPDM), sulfonated-EPDM, styrene-butadiene rubber, fluorine rubber and various copolymers thereof.

상기 도전재는 전극 활물질의 도전성을 더욱 향상시키기 위해 사용한다. 이러한 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 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 휘스커; 산화티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등이 사용될 수 있다.The conductive material is used to further improve the conductivity of the electrode active material. Such a conductive material is not particularly limited as long as it has electrical conductivity without causing chemical changes in the battery, for example, graphite such as natural graphite or artificial graphite; Carbon black such as carbon black, acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and summer black; Conductive fibers such as carbon fiber and metal fiber; Metal powders such as carbon fluoride, aluminum, and nickel powder; Conductive whiskers such as zinc oxide and potassium titanate; Conductive metal oxides such as titanium oxide; Polyphenylene derivatives and the like can be used.

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 중합체; 유리섬유, 탄소섬유 등의 섬유상 물질이 사용된다.The filler is optionally used as a component for suppressing the expansion of the electrode, and is not particularly limited as long as it is a fibrous material without causing a chemical change in the battery. Examples of the filler include olefin polymers such as polyethylene and polypropylene; Fibrous materials such as glass fibers and carbon fibers are used.

본 발명에 따른 리튬 이차전지용 전극의 제조는 특별히 한정하지 않으며, 통상의 전극 제조 공정을 따른다.The production of the electrode for a lithium secondary battery according to the present invention is not particularly limited and follows a general electrode manufacturing process.

일례로, 전극 집전체 상에 상기 전극 합제층 및 전극 보호층을 순차적으로 적층한다.For example, the electrode mixture layer and the electrode protection layer are sequentially stacked on the electrode current collector.

이때 전극 합제층은 리튬 금속 전극일 경우 리튬 금속 호일 형태 또는 리튬 금속 파우더가 지지체에 코팅된 형태로 준비될 수 있다.In this case, the electrode material mixture layer may be prepared in the form of a lithium metal foil in the case of a lithium metal electrode or a form in which a lithium metal powder is coated on a support.

또한, 본 발명은 양극, 음극, 양(兩) 전극 사이에 개재된 분리막 및 전해액을 포함하는 리튬 이차전지로서, 상기 양극, 음극 또는 양 전극이 전술한 바의 전극인 리튬 이차전지를 제공한다. The present invention also provides a lithium secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode, a separator interposed between both electrodes, and an electrolyte, wherein the positive electrode, the negative electrode or both electrodes are the above-described electrodes.

상기 리튬 이차전지는 전극 내 형성된 전극 보호층으로 인해 리튬의 소모를 방지하고 리튬과 전해액 간의 부반응을 억제 또는 최소화함으로써 리튬 이차전지의 수명을 연장할 수 있다.The lithium secondary battery can extend the lifetime of the lithium secondary battery by preventing consumption of lithium due to the electrode protection layer formed in the electrode and suppressing or minimizing the side reaction between lithium and the electrolyte.

바람직하기로, 본 발명에 따른 리튬 이차전지는 음극이 리튬 금속인 리튬 금속 전지일 수 있다. Preferably, the lithium secondary battery according to the present invention may be a lithium metal battery in which the anode is lithium metal.

이때 분리막은 다공성 기재로 이루어질 수 있는데, 상기 다공성 기재는, 통상적으로 전기화학소자에 사용되는 다공성 기재라면 모두 사용이 가능하고, 예를 들면 폴리올레핀계 다공성 막 또는 부직포를 사용할 수 있으나, 이에 특별히 한정되는 것은 아니다.At this time, the separator may be formed of a porous substrate. The porous substrate may be any porous substrate commonly used in an electrochemical device. For example, a polyolefin porous film or a nonwoven fabric may be used. It is not.

상기 분리막은, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부틸렌, 폴리펜텐, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리에스테르, 폴리아세탈, 폴리아마이드, 폴리카보네이트, 폴리이미드, 폴리에테르에테르케톤, 폴리에테르설폰, 폴리페닐렌 옥사이드, 폴리페닐렌 설파이드, 및 폴리에틸렌 나프탈레이트로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물로 이루어진 다공성 기재일 수 있다.The separator may be formed of a material selected from the group consisting of polyethylene, polypropylene, polybutylene, polypentene, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyester, polyacetal, polyamide, polycarbonate, polyimide, polyetheretherketone, A porous substrate made of any one selected from the group consisting of polyphenylene oxide, polyphenylene sulfide, and polyethylene naphthalate, or a mixture of two or more thereof.

상기 리튬 이차전지의 전해액은 리튬염 함유 전해액으로 수계 또는 비수계 비수계 전해액일 수 있으며, 바람직하기로 유기용매 전해액과 리튬염으로 이루어진 비수계 전해질이다. 이외에 유기 고체 전해질 또는 무기 고체 전해질 등이 포함될 수 있지만 이들만으로 한정되는 것은 아니다.The electrolyte solution of the lithium secondary battery is a lithium salt-containing electrolyte, which may be an aqueous or non-aqueous non-aqueous electrolyte, preferably a non-aqueous electrolyte comprising an organic solvent electrolyte and a lithium salt. An organic solid electrolyte or an inorganic solid electrolyte, but the present invention is not limited thereto.

비수계 유기용매는, 예를 들어, N-메틸-2-피롤리디논, 프로필렌 카보네이트, 에틸렌 카보네이트, 부틸렌 카보네이트, 디메틸 카보네이트, 디에틸 카보네이트, 에틸메틸 카보네이트, 감마-부티로락톤, 1,2-디메톡시 에탄, 1,2-디에톡시 에탄, 테트라하이드록시 프랑(franc), 2-메틸 테트라하이드로푸란, 디메틸술폭시드, 1,3-디옥솔란, 4-메틸-1,3-디옥센, 디에틸에테르, 포름아마이드, 디메틸포름아마이드, 디옥솔란, 아세토니트릴, 니트로메탄, 포름산메틸, 초산메틸, 인산 트리에스테르, 트리메톡시 메탄, 디옥솔란 유도체, 설포란, 메틸설포란, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 프로필렌 카보네이트 유도체, 테트라하이드로푸란 유도체, 에테르계, 피로피온산 메틸, 프로피온산 에틸 등의 비양자성 유기용매가 사용될 수 있다.Examples of the non-aqueous organic solvent include N-methyl-2-pyrrolidinone, propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethylmethyl carbonate, gamma-butyrolactone, -Dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, tetrahydroxyfuran, 2-methyltetrahydrofuran, dimethylsulfoxide, 1,3-dioxolane, 4-methyl- The organic solvent may be selected from the group consisting of diethyl ether, formamide, dimethylformamide, dioxolane, acetonitrile, nitromethane, methyl formate, methyl acetate, triester phosphate, trimethoxymethane, dioxolane derivative, Dimethyl-2-imidazolidinone, propylene carbonate derivatives, tetrahydrofuran derivatives, ethers, methyl pyrophosphate, ethyl propionate and the like can be used.

이때 비수계 용매로서 본 발명의 전극 보호층과 유사하도록 에테르계 용매를 사용하며, 그 예로는 테트라하이드로 퓨란, 에틸렌 옥사이드, 1,3-디옥솔란, 3,5-디메틸 이속사졸, 2,5-디메틸퓨란, 퓨란, 2-메틸 퓨란, 1,4-옥산, 4-메틸디옥솔란 등이 사용된다As the non-aqueous solvent, an ether-based solvent is used to resemble the electrode protecting layer of the present invention. Examples thereof include tetrahydrofuran, ethylene oxide, 1,3-dioxolane, 3,5-dimethylisoxazole, Dimethylfuran, furan, 2-methylfuran, 1,4-oxane, 4-methyl dioxolane and the like are used

상기 리튬염은 상기 비수계 전해질에 용해되기 좋은 물질로서, 예를 들어, LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, CF3SO3Li, LiSCN, LiC(CF3SO2)3, (CF3SO2)2NLi, (FSO2)2NLi, 클로로 보란 리튬, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4 페닐 붕산 리튬, 이미드 등이 사용될 수 있다.The lithium salt is a material that is readily soluble in the non-aqueous electrolyte, for example, LiCl, LiBr, LiI, LiClO 4, LiBF 4, LiB 10 Cl 10, LiPF 6, LiCF 3 SO 3, LiCF 3 CO 2, LiAsF 6, LiSbF 6, LiAlCl 4, CH 3 SO 3 Li, CF 3 SO 3 Li, LiSCN, LiC (CF 3 SO 2) 3, (CF 3 SO 2) 2 NLi, (FSO 2) 2 NLi, chloroborane lithium , Lower aliphatic carboxylic acid lithium, lithium 4-phenylborate, imide and the like can be used.

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

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

또한, 비수계 전해질에는 충방전 특성, 난연성 등의 개선을 목적으로, 예를 들어, 피리딘, 트리에틸포스파이트, 트리에탄올아민, 환상 에테르, 에틸렌 디아민, n-글라임(glyme), 헥사 인산 트리 아마이드, 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 있다.For the purpose of improving charge / discharge characteristics, flame retardancy, etc., non-aqueous electrolytes may be used in the form of, for example, pyridine, triethylphosphite, triethanolamine, cyclic ether, ethylenediamine, glyme, N, N-substituted imidazolidine, ethylene glycol dialkyl ether, ammonium salt, pyrrole, 2-methoxyethanol, aluminum trichloride and the like are added It is possible. In some cases, a halogen-containing solvent such as carbon tetrachloride or ethylene trifluoride may be further added to impart nonflammability, or a carbon dioxide gas may be further added to improve high-temperature storage characteristics.

본 발명에 따른 리튬 이차전지는, 일반적인 공정인 권취(winding) 이외에도 분리막와 전극의 적층(lamination, stack) 및 접음(folding) 공정이 가능하다. 그리고, 상기 전지케이스는 원통형, 각형, 파우치(pouch)형 또는 코인(coin)형 등이 될 수 있다.The lithium secondary battery according to the present invention can be laminated, stacked, and folded in addition to winding, which is a general process. The battery case may have a cylindrical shape, a square shape, a pouch shape, a coin shape, or the like.

Claims (10)

전극 집전체,
상기 전극 집전체의 한면 또는 양면에 형성되며, 리튬을 포함하는 전극 합제층; 및
상기 전극 합제층 상에 형성된 전극 보호층을 포함하며,
상기 전극 보호층은 리튬의 환원 전위 보다 낮은 환원 전위를 갖는 에테르계 용매의 화학 구조로부터 유도된 부분(moiety)을 갖는 가교 고분자를 포함하며,
상기 가교 고분자는 에테르계 용매의 화학 구조로부터 유도된 부분(moiety)을 포함하는 에틸렌성 불포화 단량체와 가교성 단량체가 가교 중합된 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지용 전극.
Electrode collector,
An electrode material mixture layer formed on one or both surfaces of the electrode current collector and containing lithium; And
And an electrode protection layer formed on the electrode mixture layer,
Wherein the electrode protective layer comprises a crosslinked polymer having a moiety derived from a chemical structure of an ether-based solvent having a reducing potential lower than a reduction potential of lithium,
Wherein the crosslinking polymer is crosslinked with an ethylenically unsaturated monomer containing a moiety derived from a chemical structure of an ether-based solvent and a crosslinking monomer.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 에틸렌성 불포화 단량체는 하기 화학식 1로 표시되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지용 전극:
[화학식 1]
A-B
(상기 화학식 1에서,
A는 에틸렌성 불포화(ethylenically unsaturated)된 중합성(polymerizable) 기를 포함하는 부분(moiety)이고,
B는 에테르계 용매의 화학 구조로부터 유도된 부분(moiety)이다.)
The method according to claim 1,
Wherein the ethylenically unsaturated monomer is represented by the following Formula 1:
[Chemical Formula 1]
AB
(In the formula 1,
A is a moiety comprising an ethylenically unsaturated polymerizable group,
B is a moiety derived from the chemical structure of the ether-based solvent.
제3항에 있어서,
상기 에테르계 용매는 1,3-디옥솔란, 디메톡시에탄, 4-메틸-1,3-디옥솔란, 또는 테트라에틸렌글리콜 디메틸에테르(TEGDME)인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지용 전극.
The method of claim 3,
Wherein the ether solvent is 1,3-dioxolane, dimethoxyethane, 4-methyl-1,3-dioxolane, or tetraethylene glycol dimethyl ether (TEGDME).
제1항에 있어서,
상기 가교성 단량체는 1,4-부탄디올 디(메타)아크릴레이트, 1,6-헥산디올 디(메타)아크릴레이트, 네오펜틸글리콜 디(메타)아크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜 디(메타)아크릴레이트, 네오펜틸글리콜아디페이트(neopentylglycol adipate) 디(메타)아크릴레이트, 디시클로펜타닐(dicyclopentanyl) 디(메타)아크릴레이트, 카프로락톤 변성 디시클로펜테닐 디(메타)아크릴레이트, 에틸렌옥시드 변성 디(메타)아크릴레이트, 트리시클로데칸디메탄올(메타)아크릴레이트, 디메틸롤 디시클로펜탄 디(메타)아크릴레이트, 트리시클로데칸 디메탄올(메타)아크릴레이트, 네오펜틸글리콜 변성 트리메틸프로판 디(메타)아크릴레이트를 포함하는 2관능성 아크릴레이트; 트리메틸롤프로판 트리(메타)아크릴레이트, 디펜타에리쓰리톨 트리(메타)아크릴레이트, 프로피온산 변성 디펜타에리쓰리톨 트리(메타)아크릴레이트, 펜타에리쓰리톨 트리(메타)아크릴레이트, 프로필렌옥시드 변성 트리메틸롤프로판 트리(메타)아크릴레이트를 포함하는 3관능형 아크릴레이트; 디글리세린 테트라(메타)아크릴레이트 또는 펜타에리쓰리톨 테트라(메타)아크릴레이트의 4관능형 아크릴레이트; 프로피온산 변성 디펜타에리쓰리톨 펜타(메타)아크릴레이트의 5관능형 아크릴레이트; 및 디펜타에리쓰리톨 헥사(메타)아크릴레이트, 또는 카프로락톤 변성 디펜타에리쓰리톨 헥사(메타)아크릴레이트의 6관능형 아크릴레이트; 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지용 전극.
The method according to claim 1,
The crosslinkable monomer may be at least one selected from the group consisting of 1,4-butanediol di (meth) acrylate, 1,6-hexanediol di (meth) acrylate, neopentyl glycol di (meth) acrylate, polyethylene glycol di (Meth) acrylate, dicyclopentanyl di (meth) acrylate, caprolactone-modified dicyclopentenyl di (meth) acrylate, ethylene oxide modified di (meth) acrylate, neopentylglycol adipate di Acrylate, tricyclodecane dimethanol (meth) acrylate, dimethylol dicyclopentanedi (meth) acrylate, tricyclodecane dimethanol (meth) acrylate, neopentyl glycol-modified trimethylpropane di A bifunctional acrylate; (Meth) acrylates such as trimethylolpropane tri (meth) acrylate, dipentaerythritol tri (meth) acrylate, propionic acid modified dipentaerythritol tri (meth) acrylate, pentaerythritol tri Trifunctional acrylate including modified trimethylolpropane tri (meth) acrylate; Tetrafunctional acrylates of diglycerin tetra (meth) acrylate or pentaerythritol tetra (meth) acrylate; Pentafunctional acrylates of propionic acid-modified dipentaerythritol penta (meth) acrylate; And 6-functional acrylates such as dipentaerythritol hexa (meth) acrylate or caprolactone-modified dipentaerythritol hexa (meth) acrylate; And a combination thereof. The electrode for a lithium secondary battery according to claim 1,
제1항에 있어서,
상기 전극 보호층은 두께가 10nm 내지 10㎛인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지용 전극.
The method according to claim 1,
Wherein the electrode protection layer has a thickness of 10 nm to 10 占 퐉.
제1항에 있어서,
상기 전극은 리튬 이차전지의 양극, 음극 또는 이들 양(兩) 전극인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지용 전극.
The method according to claim 1,
Wherein the electrode is an anode, a cathode, or both electrodes of a lithium secondary battery.
제1항에 있어서,
상기 전극은 리튬 금속 전지용 음극인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지용 전극.
The method according to claim 1,
Wherein the electrode is a cathode for a lithium metal battery.
양극, 음극, 양(兩) 전극 사이에 개재된 분리막 및 전해액을 포함하는 리튬 이차전지에 있어서,
상기 양극, 음극 또는 양 전극 중 어느 하나가 제1항에 따른 리튬 이차전지용 전극을 포함하는 리튬 이차전지.
A lithium secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode, a separator interposed between both electrodes and an electrolyte,
The lithium secondary battery according to claim 1, wherein one of the positive electrode, the negative electrode, and both electrodes comprises the electrode for a lithium secondary battery.
제9항에 있어서,
상기 리튬 이차전지는 리튬 금속 전지인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
10. The method of claim 9,
Wherein the lithium secondary battery is a lithium metal battery.
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