KR102111482B1 - Electrode for lithium secondary battery and lithium secondary battery comprising the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전극 집전체; 상기 전극 집전체 상에 형성되어 있는 제 1 전극 활물질 층; 및 상기 제 1 전극 활물질 층 상에 형성되어 있고 실리콘(Si)계 활물질을 포함하는 제 2 전극 활물질 층을 포함하는 리튬 이차전지용 전극으로서, 상기 리튬 이차전지용 전극을 포함하는 리튬 이차전지를 제작하여 충방전 사이클을 수행하였을 때, 상기 제 1 전극 활물질 층은 상기 제 2 전극 활물질 층에 비하여 면 방향으로의 팽창률이 작은 것을 특징으로 하는, 리튬 이차전지용 전극에 관한 것으로, 본 발명에 따른 리튬 이차전지용 전극은, 전극 집전체 상에 면 방향으로의 팽창률이 작은 제 1 전극 활물질 층이 형성되어 있고, 상기 제 1 전극 활물질 층 상에 전이금속계 활물질을 포함하는 제 2 전극 활물질 층이 형성되어 있으므로, 상기 제 1 전극 활물질 층이 리튬 이차전지의 충방전시 발생하는 상기 제 2 전극 활물질층에 포함된 전이금속계 활물질의 부피 변화에 따른 응력을 분산시켜 흡수함으로써 전극 활물질층의 탈리 문제를 개선할 수 있으며, 고용량 리튬 이차전지의 제조에 유용하게 사용될 수 있다.The present invention is an electrode current collector; A first electrode active material layer formed on the electrode current collector; And a second electrode active material layer formed on the first electrode active material layer and including a silicon (Si) -based active material, wherein a lithium secondary battery including the lithium secondary battery electrode is prepared and charged. When the discharge cycle is performed, the first electrode active material layer relates to an electrode for a lithium secondary battery, characterized in that the expansion rate in a plane direction is smaller than that of the second electrode active material layer, and the electrode for a lithium secondary battery according to the present invention Since the first electrode active material layer having a small expansion coefficient in the surface direction is formed on the silver electrode current collector, and the second electrode active material layer including the transition metal-based active material is formed on the first electrode active material layer, the first electrode One electrode active material layer of the transition metal-based active material contained in the second electrode active material layer generated during charging and discharging of the lithium secondary battery To improve the desorption problem of the electrode active material layer by absorption by distributing the stress due to changes in blood, and can be useful in the production of high-capacity lithium secondary battery.

Description

리튬 이차전지용 전극 및 이를 포함하는 리튬 이차전지{ELECTRODE FOR LITHIUM SECONDARY BATTERY AND LITHIUM SECONDARY BATTERY COMPRISING THE SAME}An electrode for a lithium secondary battery and a lithium secondary battery comprising the same {ELECTRODE FOR LITHIUM SECONDARY BATTERY AND LITHIUM SECONDARY BATTERY COMPRISING THE SAME}

본 발명은 리튬 이차전지용 전극 및 이를 포함하는 리튬 이차전지에 관한 것으로, 보다 자세하게는 구조적 안정성이 우수한 고용량 리튬 이차전지용 전극 및 이를 포함하는 리튬 이차전지에 관한 것이다. The present invention relates to an electrode for a lithium secondary battery and a lithium secondary battery comprising the same, and more particularly, to a high capacity lithium secondary battery electrode having excellent structural stability and a lithium secondary battery including the same.

리튬 이차전지가 상용화 되면서, 모바일 시장에서는 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지에 대한 수요가 급격히 증가하고 있다. 따라서, 향후 이차전지 중에서도 용량이 더 크고, 사이클 수명이 길며, 자기방전율이 낮은 리튬 이차전지의 개발이 필요하다.As lithium secondary batteries are commercialized, demand for secondary batteries as an energy source is rapidly increasing in the mobile market as technology development and demand for mobile devices increase. Accordingly, it is necessary to develop a lithium secondary battery having a larger capacity, a long cycle life, and a low self-discharge rate among secondary batteries.

또한, 최근에는 환경문제에 대한 관심이 커짐에 따라 대기오염의 주요 원인의 하나인 가솔린 차량, 디젤 차량 등 화석연료를 사용하는 차량을 대체할 수 있는 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV) 등에 대한 연구가 많이 진행되고 있다.In addition, in recent years, as interest in environmental problems has increased, electric vehicles (EVs) and hybrid electric vehicles (HEVs) that can replace fossil-fueled vehicles, such as gasoline vehicles and diesel vehicles, are one of the main causes of air pollution. A lot of research has been conducted on the back.

이러한 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV) 등은 동력원으로서 니켈 수소금속(Ni-MH) 이차전지 또는 높은 에너지 밀도, 높은 방전 전압 및 출력 안정성의 리튬 이차전지를 사용하고 있는데, 리튬 이차전지를 전기 자동차에 사용할 경우에는 높은 에너지 밀도와 단시간에 큰 출력을 발휘할 수 있는 특성과 더불어, 가혹한 조건 하에서 10년 이상 사용될 수 있어야 하므로, 기존의 소형 리튬 이차전지보다 월등히 우수한 에너지 밀도, 안전성 및 장기 수명 특성이 필연적으로 요구된다. These electric vehicles (EVs), hybrid electric vehicles (HEVs), etc., use a nickel-metal hydride (Ni-MH) secondary battery or a lithium secondary battery of high energy density, high discharge voltage and output stability as a power source. When used in electric vehicles, it must be used for more than 10 years under severe conditions, along with high energy density and the ability to exhibit large power in a short period of time, so it is superior in energy density, safety, and long life than existing small lithium secondary batteries. Characteristics are inevitably required.

한편, 리튬 이차 전지의 양극을 구성하는 양극 활물질로서는 LiCoO2, LiMnO2, LiMn2O4 또는 LiCrO2와 같은 금속 산화물이 이용되고 있으며, 음극을 구성하는 음극 활물질로서는 금속 리튬(metal lithium), 흑연(graphite) 또는 활성탄(activated carbon) 등의 탄소계 물질(carbon based meterial), 또는 산화실리콘(SiOx) 등의 물질이 사용되고 있다. 상기 음극 활물질 중에서도 초기에는 금속 리튬이 주로 사용되었으나 충전 및 방전 사이클이 진행됨에 따라 금속 리튬 표면에 리튬 원자가 성장하여 분리막을 손상시켜 전지를 파손시키는 현상이 발생하여 최근에는 탄소계 물질이 주로 사용되고 있다. 그러나, 탄소계 물질의 경우 이론 용량이 약 400 mAh/g에 불과하여 용량이 작다는 단점을 지니고 있다. Meanwhile, a metal oxide such as LiCoO 2 , LiMnO 2 , LiMn 2 O 4 or LiCrO 2 is used as a positive electrode active material constituting the positive electrode of a lithium secondary battery, and metal lithium, graphite as a negative electrode active material constituting the negative electrode Carbon-based materials such as (graphite) or activated carbon, or materials such as silicon oxide (SiO x ) are used. Among the negative electrode active materials, metal lithium was mainly used initially, but as charging and discharging cycles progress, lithium atoms grow on the surface of the metal lithium to damage the separator and damage the battery. Recently, carbon-based materials are mainly used. However, the carbon-based material has a disadvantage that the theoretical capacity is only about 400 mAh / g, so that the capacity is small.

따라서, 기존의 인터칼레이션(intercalation) 반응 기작을 갖는 탄소계 물질 이외에 리튬과 얼로이(alloy) 반응을 통해 높은 이론 용량을 갖는 전이금속(Si, Sn, Ge 등)이 적용된 리튬 이차전지의 개발이 진행되어왔다. 그 중에서도 음극 활물질로서 높은 이론 용량(4,200 mAh/g)을 가지는 실리콘(silicon, Si)을 이용하여 상기 탄소계 물질을 대체하려는 다양한 연구가 진행되어 왔다. 실리콘에 리튬이 삽입되는 경우의 반응식은 다음과 같다:Therefore, development of a lithium secondary battery to which a transition metal (Si, Sn, Ge, etc.) having a high theoretical capacity is applied through an alloy reaction with lithium in addition to a carbon-based material having an existing intercalation reaction mechanism This has been going on. Among them, various studies have been conducted to replace the carbon-based material by using silicon (Si) having a high theoretical capacity (4,200 mAh / g) as a negative electrode active material. The reaction formula when lithium is incorporated in silicon is as follows:

[반응식 1] [Scheme 1]

22Li + 5Si = Li22Si5 22Li + 5Si = Li 22 Si 5

그러나, 대부분의 실리콘 음극 물질은 리튬 삽입에 의하여 최대 400%까지 실리콘 부피가 팽창하며 이로 인해 음극이 파괴되어 높은 사이클 특성을 나타내지 못한다는 단점이 있다. 구체적으로, 실리콘의 경우, 사이클이 지속됨에 따라 상기 리튬 삽입에 의하여 부피 팽창이 일어나고, 분쇄(pulverization), 도전재(conducting agents) 및 집전체(current collector)와의 접촉 누손(contact losses), 및 불안정한 고체-전해액 인터페이스(solid-electrolyte-interphase, SEI) 형성과 같은 퇴화 거동(fading mechanism)을 나타낼 수 있다.  However, most silicon negative electrode materials have a disadvantage in that the silicon volume expands up to 400% by lithium insertion, and thus, the negative electrode is destroyed, and thus it does not exhibit high cycle characteristics. Specifically, in the case of silicon, volume expansion occurs by the lithium insertion as the cycle continues, pulverization, contact losses with conducting agents and current collector, and unstable It may exhibit a fading mechanism, such as the formation of a solid-electrolyte-interphase (SEI).

특히, 전극 구조 내부로 보면 전극의 코팅 및 건조 공정상 금속 포일인 집전체와 활물질층 간의 접착력이 활물질과 활물질의 접착력보다 낮아, 충방전시 본 계면에서 응력을 크게 받아 전극 탈리가 일어날 수 있다. 따라서, 충방전시 나타나는 응력을 최소화하거나 분산을 하여 탈리를 개선할 수 있는 전극 구조의 개발이 필요하다.In particular, when viewed from the inside of the electrode structure, the adhesion between the current collector and the active material layer, which is a metal foil during the coating and drying process of the electrode, is lower than that of the active material and the active material. Therefore, there is a need to develop an electrode structure capable of improving desorption by minimizing or dispersing stresses during charging and discharging.

본 거동은 리튬과 얼로이 반응을 하는 음극 활물질을 사용할 때 나타나는 현상으로, 상기와 같은 문제점을 해결할 수 있는 새로운 기술의 개발이 지속적으로 요구되고 있다.This behavior is a phenomenon that occurs when using a negative electrode active material that reacts with lithium, and the development of a new technology capable of solving the above problems is continuously required.

본 발명의 해결하고자 하는 과제는 구조적 안정성이 우수하여 전극층의 탈리가 개선된 고용량 리튬 이차전지용 전극을 제공하는 것이다. The problem to be solved by the present invention is to provide an electrode for a high capacity lithium secondary battery having excellent structural stability and improved desorption of an electrode layer.

본 발명의 다른 해결하고자 하는 과제는 상기 리튬 이차전지용 전극을 포함하는 리튬 이차전지를 제공하는 것이다.Another problem to be solved of the present invention is to provide a lithium secondary battery including the lithium secondary battery electrode.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 In order to solve the above problems, the present invention

전극 집전체; 상기 전극 집전체 상에 형성되어 있는 제 1 전극 활물질 층; 및 상기 제 1 전극 활물질 층 상에 형성되어 있고 전이금속계 활물질을 포함하는 제 2 전극 활물질 층을 포함하는 리튬 이차전지용 전극으로서, Electrode current collector; A first electrode active material layer formed on the electrode current collector; And a second electrode active material layer formed on the first electrode active material layer and including a transition metal-based active material,

상기 리튬 이차전지용 전극을 포함하는 리튬 이차전지를 제작하여 충방전 사이클을 수행하였을 때, 상기 제 1 전극 활물질 층은 상기 제 2 전극 활물질 층에 비하여 면 방향으로의 팽창률이 작은 것을 특징으로 하는, 리튬 이차전지용 전극을 제공한다.When the lithium secondary battery including the lithium secondary battery electrode is manufactured and subjected to a charge / discharge cycle, the first electrode active material layer has a small expansion coefficient in a plane direction compared to the second electrode active material layer, lithium An electrode for a secondary battery is provided.

또한, 본 발명은 상기 다른 과제를 해결하기 위하여, In addition, the present invention to solve the other problems,

상기 리튬 이차전지용 전극을 포함하는 리튬 이차전지를 제공한다.It provides a lithium secondary battery comprising the electrode for the lithium secondary battery.

본 발명에 따른 리튬 이차전지용 전극은, 전극 집전체 상에 팽창률이 작은 제 1 전극 활물질 층이 형성되어 있고, 상기 제 1 전극 활물질 층 상에 전이금속계 활물질을 포함하는 제 2 전극 활물질 층이 형성되어 있으므로, 상기 제 1 전극 활물질 층이 리튬 이차전지의 충방전시 발생하는 상기 제 2 전극 활물질층에 포함된 전이금속계 활물질의 부피 변화에 따른 응력을 분산시켜 흡수함으로써 집전체와 전극 활물질층의 계면에서 발생하는 전극 활물질의 탈리 문제를 개선할 수 있으며, 고용량 리튬 이차전지의 제조에 유용하게 사용될 수 있다.In the electrode for a lithium secondary battery according to the present invention, a first electrode active material layer having a small expansion rate is formed on an electrode current collector, and a second electrode active material layer including a transition metal-based active material is formed on the first electrode active material layer Therefore, the first electrode active material layer is distributed at the interface between the current collector and the electrode active material layer by dispersing and absorbing stress due to the volume change of the transition metal-based active material contained in the second electrode active material layer generated during charging and discharging of the lithium secondary battery. It is possible to improve the desorption problem of the electrode active material generated, it can be usefully used in the production of high capacity lithium secondary battery.

도 1 및 2는 종래의 전극에서 전극 활물질의 충방전시 거동을 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 3 및 4는 본 발명의 일례에 따른 전극의 충방전시 전극 활물질의 거동을 모식적으로 나타낸 도면이다.
1 and 2 are views schematically showing the behavior of the electrode active material during charge and discharge in a conventional electrode.
3 and 4 are views schematically showing the behavior of the electrode active material during charging and discharging of the electrode according to an example of the present invention.

이하, 본 발명에 대한 이해를 돕기 위해 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail to aid understanding of the present invention.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.The terms or words used in the specification and claims should not be interpreted as being limited to ordinary or lexical meanings, and the inventor can appropriately define the concept of terms in order to explain his or her invention in the best way. Based on the principle that it should be interpreted as meanings and concepts consistent with the technical spirit of the present invention.

본 발명에 따른 리튬 이차전지용 전극은 전극 집전체; 상기 전극 집전체 상에 형성되어 있는 제 1 전극 활물질 층; 및 상기 제 1 전극 활물질 층 상에 형성되어 있고 실리콘(Si)계 포함하는 제 2 전극 활물질 층을 포함한다. The electrode for a lithium secondary battery according to the present invention includes an electrode current collector; A first electrode active material layer formed on the electrode current collector; And a second electrode active material layer formed on the first electrode active material layer and including a silicon (Si) system.

또한, 상기 리튬 이차전지용 전극을 포함하는 리튬 이차전지를 제작하여 충방전 사이클을 수행하였을 때, 상기 제 1 전극 활물질 층은 상기 제 2 전극 활물질 층에 비하여 팽창률이 작은 것을 특징으로 한다. In addition, when a lithium secondary battery including the electrode for a lithium secondary battery is manufactured to perform a charge / discharge cycle, the first electrode active material layer is characterized in that the expansion rate is small compared to the second electrode active material layer.

본 명세서에 있어서, 상기 제 1 전극 활물질 층이 상기 제 2 전극 활물질 층에 비하여 팽창률이 작다고 할 때, 상기 전극 활물질 층의 팽창률은 상기 전극 활물질 층에 포함된 각각의 전극 활물질의 팽창률이 아닌 일정한 크기(dimension)를 가지고 있는 상기 전극 활물질 층 전체의 팽창률을 나타내는 것이다. In the present specification, when the first electrode active material layer is said to have a small expansion rate compared to the second electrode active material layer, the expansion rate of the electrode active material layer is a constant size rather than the expansion rate of each electrode active material included in the electrode active material layer. It indicates the expansion coefficient of the entire electrode active material layer having a (dimension).

따라서, 상기 제 1 전극 활물질 층의 팽창률이 상기 제 2 전극 활물질 층의 팽창률에 비해 작다는 것은, 상기 각각의 전극 활물질 층들에 포함된 활물질의 크기 변화, 공극의 크기, 또는 공극률의 변화에 대해서는 고려하지 않는 것이며, 상기 전극 활물질 층 전체의 크기 변화를 기준으로 하는 것이다.Therefore, the fact that the expansion rate of the first electrode active material layer is smaller than the expansion rate of the second electrode active material layer is considered for changes in the size of the active material included in the electrode active material layers, the size of the pores, or the change in the porosity. It does not, and is based on a change in size of the entire electrode active material layer.

본 발명의 일례에 따른 리튬 이차전지에 있어서, 상기 제 1 전극 활물질 층의 팽창률은 상기 제 2 전극 활물질 층의 팽창률에 비하여 5% 내지 100% 작은 값을 가질 수 있고, 구체적으로 5% 내지 100% 미만 작은 값을 가질 수 있으며, 더욱 구체적으로 20% 내지 50% 작은 값을 가질 수 있다. In the lithium secondary battery according to an example of the present invention, the expansion rate of the first electrode active material layer may have a value of 5% to 100% smaller than the expansion rate of the second electrode active material layer, specifically 5% to 100% It may have a small value less than, and more specifically may have a small value of 20% to 50%.

상기 제 1 전극 활물질 층의 팽창률이 상기 제 2 전극 활물질 층의 팽창률에 비하여 5% 이상 작을 경우, 충전시 팽창에 따라 발생되는 응력이 효과적으로 해소될 수 있고, 상기 제 1 전극 활물질 층의 팽창률이 상기 제 2 전극 활물질 층의 팽창률에 비하여 100% 이하로 작을 경우 용량 손실이 크지 않은 범위 내에서 리튬 이차전지용 전극을 제조할 수 있다. When the expansion rate of the first electrode active material layer is less than 5% of the expansion rate of the second electrode active material layer, stress generated due to expansion during charging may be effectively relieved, and the expansion rate of the first electrode active material layer may be When it is less than 100% of the expansion rate of the second electrode active material layer, an electrode for a lithium secondary battery may be manufactured within a range in which the capacity loss is not large.

상기 제 1 전극 활물질 층의 팽창률 및 상기 제 2 전극 활물질 층의 팽창률은 하기 수학식으로 나타낼 수 있다. The expansion rate of the first electrode active material layer and the expansion rate of the second electrode active material layer may be represented by the following equation.

[수학식 1][Equation 1]

(T2-T1)/T1×100=제 1 전극 활물질 층의 팽창률(제 2 전극 활물질 층의 팽창률, 단위 %)(T2-T1) / T1 × 100 = expansion rate of the first electrode active material layer (expansion rate of the second electrode active material layer, unit%)

상기 식에서, T1은 상기 리튬 이차전지에 포함되기 전 건조 상태에서의 상기 제 1 전극 활물질 층(제 2 전극 활물질 층)의 두께를 나타내고, T2는 상기 리튬 이차전지가 SOC 100 상태일 때의 상기 제 1 전극 활물질 층(제 2 전극 활물질 층)의 두께를 나타낸다.In the above formula, T1 represents the thickness of the first electrode active material layer (second electrode active material layer) in a dry state before being included in the lithium secondary battery, and T2 is the first when the lithium secondary battery is in SOC 100 state. The thickness of the one electrode active material layer (second electrode active material layer) is shown.

상기와 같이 제 1 전극 활물질 층의 팽창률 값이 제 2 전극 활물질 층에 비하여 작을 수 있도록, 상기 제 1 전극 활물질 층은 상기 제 2 전극 활물질 층에 비해 작은 팽창률을 나타내는 전극 활물질을 포함하거나, 또는 포함하고 있는 각각의 전극 활물질들 간에 간격을 크게 하여 각각의 활물질의 부피 변화가 상기 간격에 따른 공간에 의해 완충되도록 할 수 있다. As described above, the first electrode active material layer includes or includes an electrode active material exhibiting a small expansion rate compared to the second electrode active material layer, so that the expansion value of the first electrode active material layer is smaller than that of the second electrode active material layer. The gap between each of the electrode active materials being made can be increased so that the volume change of each active material is buffered by the space according to the interval.

본 발명의 일례에 있어서, 상기 제 1 전극 활물질 층이 포함하는 전극 활물질은 흑연계 활물질일 수 있으며, 상기 제 1 전극 활물질 층은 또한 바인더를 상기 전극 활물질과 함께 포함할 수 있다. In one example of the present invention, the electrode active material included in the first electrode active material layer may be a graphite-based active material, and the first electrode active material layer may also include a binder together with the electrode active material.

상기 흑연계 활물질은 0.1 내지 30 ㎛의 평균 입경(D50) 크기를 가질 수 있으며, 구체적으로 1 내지 20 ㎛의 평균 입경(D50)을 가질 수 있다. The graphite-based active material may have a mean particle size (D 50) of a size from 0.1 to 30 ㎛, may have a specifically 1 to 20 ㎛ having an average particle size (D 50).

상기 전극 활물질의 평균 입경이 0.1 ㎛ 이상일 경우, 전극의 밀도가 낮아지는 것을 방지하여 적절한 부피당 용량을 가질 수 있고, 또한 평균 입경이 30 ㎛ 이하일 경우, 상기 제 1 전극 활물질 층이 균일한 두께로 형성될 수 있다. When the average particle diameter of the electrode active material is 0.1 μm or more, the density of the electrode can be prevented from being lowered to have an appropriate capacity per volume, and when the average particle size is 30 μm or less, the first electrode active material layer is formed to a uniform thickness. Can be.

상기 제 1 전극 활물질 층은 내부에 공극을 포함하고, 상기 제 1 전극 활물질이 흑연계 활물질을 포함할 경우, 상기 제 1 전극 활물질 층은 20 내지 40%의 공극률, 구체적으로 24 내지 33%의 공극률을 가질 수 있다. When the first electrode active material layer includes a void therein, and the first electrode active material includes a graphite-based active material, the first electrode active material layer has a porosity of 20 to 40%, specifically a porosity of 24 to 33% Can have

상기 공극률이 20% 이상일 경우, 상기 제 1 전극 활물질 층에 전해액이 원활히 침투하는 한편, 상기 흑연의 부피 변화를 적절히 분산시킬 수 있으며, 상기 공극률이 40% 이하일 경우, 상기 제 1 전극 활물질의 에너지 밀도가 지나치게 낮아지지 않을 수 있다. When the porosity is 20% or more, the electrolyte can smoothly penetrate the first electrode active material layer, while the volume change of the graphite can be appropriately dispersed, and when the porosity is 40% or less, the energy density of the first electrode active material May not be too low.

상기 제 1 전극 활물질 층이 흑연계 활물질을 포함할 경우, 제 1 전극 활물질 층의 코팅량은 0.02 내지 0.1 g/25cm2일 수 있고, 구체적으로 0.023 내지 0.04 g/25cm2일 수 있다. When the first electrode active material layer includes a graphite-based active material, the coating amount of the first electrode active material layer may be 0.02 to 0.1 g / 25 cm 2 , specifically, 0.023 to 0.04 g / 25 cm 2 .

상기 제 1 전극 활물질 층이 흑연계 활물질을 포함할 경우의 코팅량이 0.02 내지 0.1 g/25cm2일 경우, 제 1 전극 활물질이 전술한 공극률을 적절히 만족하는 한편, 제 1 전극 활물질 층의 팽창률이 제 2 전극 활물질 층의 팽창률에 비해 낮은 값을 가질 수 있다. When the coating amount when the first electrode active material layer includes a graphite-based active material is 0.02 to 0.1 g / 25 cm 2 , the first electrode active material satisfactorily satisfies the aforementioned porosity, while the expansion rate of the first electrode active material layer is It may have a lower value than the expansion rate of the two-electrode active material layer.

상기 흑연계 활물질은 저결정 탄소 또는 고결정성 탄소일 수 있다. 상기 저결정성 탄소로는 연화탄소(soft carbon) 및 경화탄소(hard carbon)가 대표적이며, 상기 고결정성 탄소로는 천연 흑연, 키시흑연(kish graphite), 열분해 탄소(pyrolytic carbon), 액정피치계 탄소섬유(mesophase pitch based carbon fiber), 탄소 미소구체(meso-carbon microbeads), 액정피치(mesophase pitches) 및 석유와 석탄계 코크스(petroleum or coal tar pitch derived cokes) 등의 고온 소성탄소를 들 수 있다. The graphite-based active material may be low crystalline carbon or high crystalline carbon. Soft carbon and hard carbon are typical examples of the low crystalline carbon, and the high crystalline carbon includes natural graphite, kish graphite, pyrolytic carbon, and a liquid crystal pitch meter. And high-temperature calcined carbon such as mesophase pitch based carbon fibers, meso-carbon microbeads, mesophase pitches, and petroleum or coal tar pitch derived cokes.

상기 바인더는 리튬 이차전지용 양극 또는 음극의 제조시 사용되는 통상적인 바인더일 수 있으며, 그 구체적인 종류는 후술한다. The binder may be a conventional binder used in the manufacture of a positive electrode or a negative electrode for a lithium secondary battery, and specific types thereof will be described later.

본 발명의 일례에 따른 리튬 이차전지용 전극에 있어서, 상기 제 2 전극 활물질층이 포함하는 전이금속계 전극 활물질은 상기 제 1 전극 활물질 층의 내부 공극에 침투되지 않을 수 있다. 따라서, 제 2 전극 활물질이 포함하는 전이금속계 전극 활물질은 상기 제 1 전극 활물질과의 계면을 제외하고는 제 1 전극 활물질 층의 내부에는 섞이지 않을 수 있다. In the electrode for a lithium secondary battery according to an example of the present invention, the transition metal-based electrode active material included in the second electrode active material layer may not penetrate the internal pores of the first electrode active material layer. Therefore, the transition metal-based electrode active material included in the second electrode active material may not be mixed inside the first electrode active material layer except for an interface with the first electrode active material.

본 발명의 다른 일례에 있어서, 상기 제 1 전극 활물질 층이 포함하는 전극 활물질은 전이금속계 활물질일 수 있으며, 상기 제 1 전극 활물질 층은 또한 바인더를 상기 전극 활물질과 함께 포함할 수 있다.In another example of the present invention, the electrode active material included in the first electrode active material layer may be a transition metal-based active material, and the first electrode active material layer may also include a binder together with the electrode active material.

상기 리튬 이차전지용 전극의 제 1 전극 활물질 층이 전이금속계 활물질 및 바인더를 포함할 경우, 상기 제 1 전극 활물질층은 27 내지 45%, 구체적으로 30 내지 40%의 공극률을 가질 수 있다. When the first electrode active material layer of the lithium secondary battery electrode includes a transition metal-based active material and a binder, the first electrode active material layer may have a porosity of 27 to 45%, specifically 30 to 40%.

상기 제 1 전극 활물질 층이 27% 이상의 공극률을 가질 경우, 상기 제 1 전극 활물질이 전이금속계 활물질을 포함할 경우에도 전이금속계 활물질 각각의 부피 증가를 상기 공극이 적절히 흡수하여, 활물질의 부피 증가에 따른 응력이 발생하지 않도록 하는 한편, 상기 제 1 전극 활물질 층의 팽창을 억제할 수 있다. When the first electrode active material layer has a porosity of 27% or more, even if the first electrode active material includes a transition metal-based active material, the pores properly absorb the volume increase of each of the transition metal-based active materials, and the volume of the active material increases. While preventing stress from occurring, expansion of the first electrode active material layer can be suppressed.

본 발명의 명세서에 있어서, 상기 제 1 전극 활물질 층의 공극률은 제 1 전극 활물질 층 전체 부피에 대한 공극의 비율을 나타내는 것이다. In the specification of the present invention, the porosity of the first electrode active material layer indicates the ratio of the porosity to the total volume of the first electrode active material layer.

상기 전이금속계 활물질은 0.5 내지 10 ㎛의 평균 입경(D50) 크기를 가질 수 있으며, 구체적으로 1 내지 3 ㎛의 평균 입경(D50)을 가질 수 있다. The transition metal-based active material may have a mean particle size (D 50) of a size from 0.5 to 10 ㎛, it may have a specific average particle size 1 (D 50) of 1 to 3 ㎛.

상기 전이금속계 활물질의 평균 입경이 0.5 ㎛ 이상일 경우, 활물질들 간의 접촉면 또는 활물질과 집전체의 접촉면이 증가하여 전이금속계 활물질의 부피 팽창으로 인한 전이금속계 활물질의 탈리를 방지할 수 있고, 전극의 밀도가 낮아지는 것을 방지하여 적절한 부피당 용량을 가질 수 있으며, 또한 평균 입경이 10 ㎛ 이하일 경우, 상기 제 1 전극 활물질 층이 균일한 두께로 형성될 수 있으며, 상기 전이금속계 활물질의 부피가 지나치게 큰 크기로 증가하게 되는 것을 방지할 수 있다. When the average particle diameter of the transition metal-based active material is 0.5 μm or more, the contact surface between the active materials or the contact surface of the active material and the current collector is increased to prevent detachment of the transition metal-based active material due to volume expansion of the transition metal-based active material, and the electrode density is It can be prevented from being lowered to have an appropriate capacity per volume, and when the average particle diameter is 10 μm or less, the first electrode active material layer may be formed with a uniform thickness, and the volume of the transition metal-based active material increases to an excessively large size You can prevent that.

상기 제 1 전극 활물질 층이 전이금속계 활물질을 포함할 경우, 제 1 전극 활물질 층의 코팅량은 0.01 내지 0.1 g/25cm2일 수 있고, 구체적으로 0.012 내지 0.02 g/25cm2일 수 있다. When the first electrode active material layer includes a transition metal-based active material, the coating amount of the first electrode active material layer may be 0.01 to 0.1 g / 25 cm 2 , specifically 0.012 to 0.02 g / 25 cm 2 .

상기 제 1 전극 활물질 층이 전이금속계 활물질을 포함할 경우의 코팅량이 0.01 내지 0.1 g/25cm2일 경우, 제 1 전극 활물질이 전술한 공극률을 적절히 만족하는 한편, 제 1 전극 활물질 층의 팽창률이 제 2 전극 활물질 층의 팽창률에 비해 낮은 값을 가질 수 있다.When the coating amount when the first electrode active material layer includes a transition metal-based active material is 0.01 to 0.1 g / 25 cm 2 , the first electrode active material satisfactorily satisfies the aforementioned porosity, while the expansion rate of the first electrode active material layer is It may have a lower value than the expansion rate of the two-electrode active material layer.

본 발명의 일례에 따른 리튬 이차전지용 전극에 있어서, 상기 전이금속계 활물질은, 실리콘계 활물질, IV, V족의 전이금속(Sn, Ge, Pb, P, As, Sb, Bi 등)계 활물질일 수 있고, 상기 실리콘계 활물질의 구체적인 예로는 Si, 실리콘 산화물 입자(SiOx, 0<x≤2), Si-금속합금, 및 Si와 실리콘 산화물 입자(SiOx, 0<x≤2)의 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 들 수 있고, 상기 전이금속계 활물질로는 Sn, Ge, Pb, P, As, Sb, Bi 및 이들 각각의 산화물, 및 Sn, Ge, Pb, P, As, Sb, Bi와 이들 각각의 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 들 수 있다. 이때, 상기 실리콘 산화물 입자(SiOx, 0<x<2)는 결정형 SiO2 및 비정형 Si로 구성된 복합물일 수 있다. 상기 전이금속계 활물질은 구체적으로 Si, 실리콘 산화물 입자(SiOx, 0<x≤2), Si-금속합금, 및 Si와 실리콘 산화물 입자(SiOx, 0<x≤2)의 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.In the electrode for a lithium secondary battery according to an example of the present invention, the transition metal-based active material may be a silicon-based active material, a group IV, V transition metal (Sn, Ge, Pb, P, As, Sb, Bi, etc.)-Based active material , Specific examples of the silicon-based active material is a group consisting of Si, silicon oxide particles (SiO x , 0 <x≤2), Si-metal alloy, and alloys of Si and silicon oxide particles (SiO x , 0 <x≤2) One or more selected from, and the transition metal-based active material is Sn, Ge, Pb, P, As, Sb, Bi and their respective oxides, and Sn, Ge, Pb, P, As, Sb, Bi and And one or more selected from the group consisting of each of these alloys. In this case, the silicon oxide particles (SiO x , 0 <x <2) may be a composite composed of crystalline SiO 2 and amorphous Si. The transition metal-based active material is specifically from the group consisting of Si, silicon oxide particles (SiO x , 0 <x≤2), Si-metal alloys, and alloys of Si and silicon oxide particles (SiO x , 0 <x≤2). It may be one or more selected.

상기 제 1 전극 활물질 층이 전이금속계 활물질을 포함할 경우, 상기 제 1 전극 활물질 층 및 상기 제 2 전극 활물질 층이 포함하는 전이금속계 활물질의 구체적인 종류는 서로 같거나 다를 수 있다. When the first electrode active material layer includes a transition metal-based active material, specific types of transition metal-based active materials included in the first electrode active material layer and the second electrode active material layer may be the same or different from each other.

상기 제 2 전극 활물질 층이 포함하는 상기 전이금속계 활물질은 0.2 내지 30 ㎛의 평균 입경(D50) 크기를 가질 수 있고, 구체적으로 1 내지 15 ㎛, 더욱 구체적으로 2 내지 10 ㎛일 수 있다. The transition metal-based active material included in the second electrode active material layer may have an average particle diameter (D 50 ) size of 0.2 to 30 μm, specifically 1 to 15 μm, and more specifically 2 to 10 μm.

상기 제 2 전극 활물질 층이 포함하는 상기 전이금속계 활물질의 평균 입경이 0.2 ㎛ 이상일 경우, 전극의 밀도가 낮아지는 것을 방지하여 적절한 부피당 용량을 가질 수 있고, 또한 평균 입경이 30 ㎛ 이하일 경우, 상기 제 2 전극 활물질 층이 균일한 두께로 형성될 수 있으며, 상기 제 2 전극 활물질 층이 포함하는 상기 전이금속계 활물질이 상기 제 1 전극 활물질 층이 포함하는 전극 활물질과의 접촉 면적을 크게할 수 있으므로, 제 1 전극 활물질 층과의 접착력을 증가시킬 수 있다. When the average particle diameter of the transition metal-based active material included in the second electrode active material layer is 0.2 µm or more, the density of the electrode may be prevented from lowering to have an appropriate capacity per volume, and when the average particle diameter is 30 µm or less, the agent The second electrode active material layer may be formed with a uniform thickness, and the transition metal-based active material included in the second electrode active material layer may increase the contact area with the electrode active material included in the first electrode active material layer, so that 1 Adhesion with the electrode active material layer can be increased.

상기 리튬 이차전지용 전극은 전극 집전체에 상기 제 1 전극 활물질 층을 제조하기 위한 제 1 전극 활물질 슬러리를 도포하고 건조하여 상기 제 1 전극 활물질 층을 제조한 후, 상기 제 1 전극 활물질 층 상에 상기 제 2 전극 활물질 층을 제조하기 위한 제 2 전극 활물질 슬러리를 도포하고 건조하여 상기 제 2 전극 활물질 층을 제조하는 단계를 포함하는 방법에 따라 제조될 수 있다.The lithium secondary battery electrode is coated with a first electrode active material slurry for preparing the first electrode active material layer on an electrode current collector and dried to prepare the first electrode active material layer, and then on the first electrode active material layer. A second electrode active material slurry for preparing a second electrode active material layer may be prepared according to a method including drying and drying the second electrode active material layer.

상기 전극 활물질 슬러리의 제조, 도포 및 건조를 포함하는 전극 활물질 층의 제조는 당 분야에 알려져 있는 통상적인 방법에 따를 수 있으며, 예컨대 각각의 층에 포함될 전극 활물질 및 바인더 및 도전재 등의 첨가제들을 혼합 및 교반하여 제 1 전극 활물질 슬러리 및 제 2 전극 활물질 슬러리를 제조한 후, 이를 순차적으로 집전체에 도포하고 건조한 후 압축하여 제조할 수 있다. The preparation of the electrode active material layer including the preparation, application and drying of the electrode active material slurry can be performed according to a conventional method known in the art, for example, mixing of electrode active materials to be included in each layer and additives such as binders and conductive materials And after stirring to prepare a first electrode active material slurry and a second electrode active material slurry, it can be prepared by sequentially applying it to a current collector, drying it, and compressing it.

본 발명의 일례에 있어서, 상기 리튬 이차전지용 전극은 리튬 이차전지용 음극일 수 있다. In one example of the present invention, the lithium secondary battery electrode may be a negative electrode for a lithium secondary battery.

상기 리튬 이차전지용 전극이 음극일 경우, 상기 음극을 형성하기 위한 용매로는 NMP(N-메틸 피롤리돈), DMF(디메틸 포름아미드), 아세톤, 디메틸 아세트아미드 등의 유기 용매 또는 물 등이 사용될 수 있으며, 이들 용매는 단독으로 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. 용매의 사용량은 슬러리의 도포 두께, 제조 수율을 고려하여 상기 음극 활물질, 바인더, 도전재를 용해 및 분산시킬 수 있는 정도이면 충분하다.When the electrode for the lithium secondary battery is a negative electrode, an organic solvent such as NMP (N-methyl pyrrolidone), DMF (dimethyl formamide), acetone, dimethyl acetamide or water may be used as a solvent for forming the negative electrode. These solvents may be used alone or in combination of two or more. The amount of the solvent used is sufficient to dissolve and disperse the negative electrode active material, the binder, and the conductive material in consideration of the coating thickness of the slurry and the production yield.

상기 바인더는 음극 활물질 입자들을 결착시켜 성형체를 유지하기 위하여 사용될 수 있으며, 음극 활물질용 슬러리 제조시 사용되는 통상적인 바인더라면 특별히 제한되지 않으나, 예컨대 비수계 바인더인 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로즈, 히드록시프로필렌셀룰로즈, 디아세틸렌셀룰로즈, 폴리비닐클로라이드, 폴리비닐피롤리돈, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리비닐리덴플루오라이드(PVdF), 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌 등을 사용할 수 있고, 또한 수계 바인더인 아크릴로나이트릴-부타디엔고무, 스티렌-부타디엔 고무 및 아크릴 고무로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있다. 수계 바인더는 비수계 바인더에 비해 경제적, 친환경적이고, 작업자의 건강에도 무해하며, 비수계 바인더에 비하여 결착 효과가 우수하므로, 동일 체적당 활물질의 비율을 높일 수 있어 고용량화가 가능하며, 수계 바인더로는 바람직하게는 스티렌-부타디엔 고무가 사용될 수 있다. The binder may be used to maintain the molded body by binding the negative electrode active material particles, and is not particularly limited as long as it is a conventional binder used in preparing a slurry for the negative electrode active material, for example, non-aqueous binders such as polyvinyl alcohol, carboxymethyl cellulose, and hydroxy Propylene cellulose, diacetylene cellulose, polyvinylchloride, polyvinylpyrrolidone, polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVdF), polyethylene or polypropylene, etc. can be used, and acrylic as an aqueous binder. Any one selected from the group consisting of ronitrile-butadiene rubber, styrene-butadiene rubber and acrylic rubber, or a mixture of two or more of them may be used. Aqueous binders are more economical and eco-friendly than non-aqueous binders, are harmless to workers' health, and have a better binding effect than non-aqueous binders. Preferably, styrene-butadiene rubber can be used.

상기 바인더는 음극 활물질용 슬러리 전체 중량 중에 10 중량% 이하로 포함될 수 있으며, 구체적으로 0.1 중량% 내지 10 중량%로 포함될 수 있다. 상기 바인더의 함량이 0.1 중량% 미만이면 바인더 사용에 따른 효과가 미미하여 바람직하지 않고, 10 중량%를 초과하면 바인더 함량 증가에 따른 활물질의 상대적인 함량 감소로 인해 체적당 용량이 저하될 우려가 있어 바람직하지 않다.The binder may be included in an amount of 10% by weight or less in the total weight of the slurry for a negative electrode active material, specifically 0.1% by weight to 10% by weight. If the content of the binder is less than 0.1% by weight, the effect of using the binder is insignificant and undesirable, and if it exceeds 10% by weight, the capacity per volume may decrease due to a decrease in the relative content of the active material due to the increase in the binder content. not.

상기 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 상기 도전재의 예로서는 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스커; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 또는 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등을 들 수 있다. 상기 도전재는 음극 활물질용 슬러리 전체 중량에 대해 1 중량% 내지 9 중량%의 양으로 사용될 수 있다.The conductive material is not particularly limited as long as it has conductivity without causing a chemical change in the battery, and examples of the conductive material include graphite such as natural graphite and artificial graphite; Carbon blacks such as acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and summer black; Conductive fibers such as carbon fibers and metal fibers; Metal powders such as carbon fluoride, aluminum, and nickel powders; Conductive whiskers such as zinc oxide and potassium titanate; Conductive metal oxides such as titanium oxide; Or conductive materials such as polyphenylene derivatives. The conductive material may be used in an amount of 1% by weight to 9% by weight based on the total weight of the slurry for a negative electrode active material.

본 발명의 일 실시예에 따른 상기 음극에 사용되는 음극 집전체는 3 ㎛ 내지 500 ㎛의 두께를 갖는 것일 수 있다. 상기 음극 집전체는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예컨대 구리, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 또한, 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.The negative electrode current collector used in the negative electrode according to an embodiment of the present invention may have a thickness of 3 μm to 500 μm. The negative electrode current collector is not particularly limited as long as it does not cause a chemical change in the battery and has conductivity. For example, copper, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, calcined carbon, carbon, nickel on the surface of copper or stainless steel , Titanium, silver or the like, aluminum-cadmium alloy, or the like can be used. In addition, it is possible to form a fine unevenness on the surface to enhance the bonding force of the negative electrode active material, and may be used in various forms such as films, sheets, foils, nets, porous bodies, foams, and nonwoven fabrics.

상기 리튬 이차전지용 전극은 리튬 이차전지에 사용될 수 있으며, 따라서 본 발명은 상기 리튬 이차전지용 전극을 포함하는 리튬 이차전지를 제공한다. The lithium secondary battery electrode may be used in a lithium secondary battery, and thus, the present invention provides a lithium secondary battery including the lithium secondary battery electrode.

상기 리튬 이차전지는 양극, 음극, 상기 양극과 음극 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하는 것일 수 있다.The lithium secondary battery may include a positive electrode, a negative electrode, and a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode.

상기 양극은 당 분야에 알려져 있는 통상적인 방법으로 제조할 수 있다. 예를 들면, 양극 활물질에 용매, 필요에 따라 바인더, 도전재, 분산제를 혼합 및 교반하여 슬러리를 제조한 후 이를 금속 재료의 집전체에 도포(코팅)하고 압축한 뒤 건조하여 양극을 제조할 수 있다.The positive electrode can be produced by a conventional method known in the art. For example, a mixture of a solvent, a binder, a conductive material, and a dispersant may be mixed with a positive electrode active material, if necessary, and stirred to prepare a slurry, then coated (coated) on a current collector of a metal material, compressed, and dried to produce a positive electrode. have.

상기 금속 재료의 집전체는 전도성이 높은 금속으로서, 상기 양극 활물질의 슬러리가 용이하게 접착할 수 있는 금속으로 전지의 전압 범위에서 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예컨대 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테리인레스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것 등이 사용될 수 있다. 또한, 집전체 표면에 미세한 요철을 형성하여 양극 활물질의 접착력을 높일 수도 있다. 집전체는 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용 가능하며, 3 내지 500 ㎛의 두께를 갖는 것일 수 있다. The current collector of the metallic material is a highly conductive metal, and is a metal that can easily adhere to the slurry of the positive electrode active material, and is particularly limited as long as it has a high conductivity without causing a chemical change in the battery in a voltage range of the battery. For example, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, calcined carbon, or a surface treated with carbon, nickel, titanium, silver, or the like on the surface of aluminum or stainless steel may be used. In addition, it is also possible to increase the adhesion of the positive electrode active material by forming fine irregularities on the surface of the current collector. The current collector may be used in various forms, such as a film, sheet, foil, net, porous body, foam, nonwoven fabric, and may have a thickness of 3 to 500 μm.

상기 양극 활물질은, 예컨대 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2), Li[NixCoyMnzMv]O2(상기 식에서, M은 Al, Ga 및 In으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 원소이고; 0.3≤x<1.0, 0≤y,z≤0.5, 0≤v≤0.1, x+y+z+v=1이다), Li(LiaMb-a-b'M'b')O2 - cAc(상기 식에서, 0≤a≤0.2, 0.6≤b≤1, 0≤b'≤0.2, 0≤c≤0.2이고; M은 Mn과, Ni, Co, Fe, Cr, V, Cu, Zn 및 Ti로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하며; M'는 Al, Mg 및 B로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상이고, A는 P, F, S 및 N로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상이다.) 등의 층상 화합물이나 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 화합물; 화학식 Li1 + yMn2 - yO4(여기서, y 는 0~0.33임), LiMnO3, LiMn2O3, LiMnO2 등의 리튬 망간 산화물; 리튬 동 산화물(Li2CuO2); LiV3O8, LiFe3O4, V2O5, Cu2V2O7 등의 바나듐 산화물; 화학식 LiNi1 - yMyO2(여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B 또는 Ga이고, y =0.01~0.3임)으로 표현되는 Ni 사이트형 리튬 니켈 산화물; 화학식 LiMn2 - yMyO2(여기서, M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn 또는 Ta이고, y=0.01~0.1임) 또는 Li2Mn3MO8(여기서, M = Fe, Co, Ni, Cu 또는 Zn임)으로 표현되는 리튬 망간 복합 산화물; 화학식의 Li 일부가 알칼리토금속 이온으로 치환된 LiMn2O4; 디설파이드 화합물; Fe2(MoO4)3 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다. The positive electrode active material is, for example, lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ), lithium nickel oxide (LiNiO 2 ), Li [Ni x Co y Mn z Mv] O 2 (wherein M is selected from the group consisting of Al, Ga and In Is any one or two or more of them; 0.3≤x <1.0, 0≤y, z≤0.5, 0≤v≤0.1, x + y + z + v = 1), Li (Li a M ba -b ' M' b ' ) O 2 - c A c (where 0≤a≤0.2, 0.6≤b≤1, 0≤b'≤0.2, 0≤c≤0.2; M is Mn, Ni , Co, Fe, Cr, V, Cu, Zn and Ti, and at least one selected from the group consisting of M 'is Al, Mg, and one or more selected from the group consisting of B, A is P, F, S, and N. One or more selected from the group consisting of a layered compound such as a compound substituted with one or more transition metals; Lithium manganese oxides such as the formula Li 1 + y Mn 2 - y O 4 (where y is 0 to 0.33), LiMnO 3 , LiMn 2 O 3 , LiMnO 2 ; Lithium copper oxide (Li 2 CuO 2 ); Vanadium oxides such as LiV 3 O 8 , LiFe 3 O 4 , V 2 O 5 and Cu 2 V 2 O 7 ; Formula LiNi 1 - y M y O 2 ( where, the M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B or Ga, y = 0.01 ~ 0.3 Im) Ni site type lithium nickel oxide which is represented by; Formula LiMn 2 - y M y O 2 (where M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn or Ta, y = 0.01 to 0.1) or Li 2 Mn 3 MO 8 (where M = Fe, Co, Ni, Cu or Zn) lithium manganese composite oxide; LiMn 2 O 4 in which part of Li in the formula is substituted with alkaline earth metal ions; Disulfide compounds; Fe 2 (MoO 4 ) 3 and the like, but are not limited to these.

상기 양극을 형성하기 위한 용매로는 NMP(N-메틸 피롤리돈), DMF(디메틸 포름아미드), 아세톤, 디메틸 아세트아미드 등의 유기 용매 또는 물 등이 있으며, 이들 용매는 단독으로 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. 용매의 사용량은 슬러리의 도포 두께, 제조 수율을 고려하여 상기 양극 활물질, 바인더, 도전재를 용해 및 분산시킬 수 있는 정도이면 충분하다.Examples of the solvent for forming the positive electrode include organic solvents such as NMP (N-methyl pyrrolidone), DMF (dimethyl formamide), acetone, and dimethyl acetamide or water, and these solvents may be used alone or in combination of two or more. Can be used by mixing. The amount of the solvent used is sufficient to dissolve and disperse the positive electrode active material, the binder, and the conductive material in consideration of the coating thickness of the slurry and the production yield.

상기 바인더로는 폴리비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 코폴리머(PVDF-co-HFP), 폴리비닐리덴플루오라이드(polyvinylidenefluoride), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate), 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로오스(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로오스, 재생 셀룰로오스, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리아크릴산, 에틸렌-프로필렌-디엔 모노머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 부타디엔 고무(SBR), 불소 고무, 폴리 아크릴산(poly acrylic acid) 및 이들의 수소를 Li, Na 또는 Ca 등으로 치환된 고분자, 또는 다양한 공중합체 등의 다양한 종류의 바인더 고분자가 사용될 수 있다. As the binder, polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer (PVDF-co-HFP), polyvinylidene fluoride (polyvinylidenefluoride), polyacrylonitrile (polyacrylonitrile), polymethyl methacrylate (polymethylmethacrylate), Polyvinyl alcohol, carboxymethylcellulose (CMC), starch, hydroxypropyl cellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene, polyethylene, polypropylene, polyacrylic acid, ethylene-propylene-diene monomer (EPDM), Sulfonated EPDM, styrene butadiene rubber (SBR), fluorine rubber, poly acrylic acid, and polymers substituted with hydrogen, Li, Na, or Ca, or Various types of binder polymers such as various copolymers can be used.

상기 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예컨대 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 파네스 블랙, 램프 블랙, 서멀 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 탄소 나노 튜브 등의 도전성 튜브; 플루오로카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스커; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다. 상기 도전재는 양극 슬러리 전체 중량에 대해 1 중량% 내지 20 중량%의 양으로 사용될 수 있다. The conductive material is not particularly limited as long as it has conductivity without causing a chemical change in the battery. For example, graphite such as natural graphite or artificial graphite; Carbon blacks such as acetylene black, ketjen black, channel black, panes black, lamp black, and thermal black; Conductive fibers such as carbon fibers and metal fibers; Conductive tubes such as carbon nanotubes; Metal powders such as fluorocarbon, aluminum, and nickel powders; Conductive whiskers such as zinc oxide and potassium titanate; Conductive metal oxides such as titanium oxide; Conductive materials such as polyphenylene derivatives may be used. The conductive material may be used in an amount of 1% to 20% by weight relative to the total weight of the positive electrode slurry.

상기 분산제는 수계 분산제 또는 N-메틸-2-피롤리돈 등의 유기 분산제를 사용할 수 있다. The dispersant may be an aqueous dispersant or an organic dispersant such as N-methyl-2-pyrrolidone.

또한, 세퍼레이터로는 종래에 세퍼레이터로 사용된 통상적인 다공성 고분자 필름, 예컨대 에틸렌 단독중합체, 프로필렌 단독중합체, 에틸렌-부텐 공중합체, 에틸렌-헥센 공중합체 및 에틸렌-메타크릴레이트 공중합체 등과 같은 폴리올레핀계 고분자로 제조한 다공성 고분자 필름을 단독으로 또는 이들을 적층하여 사용할 수 있으며, 또는 통상적인 다공성 부직포, 예컨대 고융점의 유리 섬유, 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유 등으로 된 부직포를 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.Further, as the separator, a conventional porous polymer film conventionally used as a separator, such as ethylene homopolymer, propylene homopolymer, ethylene-butene copolymer, ethylene-hexene copolymer and ethylene-methacrylate copolymer, etc. The porous polymer film prepared by can be used alone or by laminating them, or a conventional porous nonwoven fabric, such as a high melting point glass fiber, a polyethylene terephthalate fiber, or the like, may be used, but is not limited thereto.

본 발명에서 사용되는 전해질로서 포함될 수 있는 리튬염은 리튬 이차전지용 전해질에 통상적으로 사용되는 것들이 제한 없이 사용될 수 있으며, 예를 들어 상기 리튬염의 음이온으로는 F-, Cl-, Br-, I-, NO3 -, N(CN)2 -, BF4 -, ClO4 -, PF6 -, (CF3)2PF4 -, (CF3)3PF3 -, (CF3)4PF2 -, (CF3)5PF-, (CF3)6P-, CF3SO3 -, CF3CF2SO3 -, (CF3SO2)2N-, (FSO2)2N-, CF3CF2(CF3)2CO-, (CF3SO2)2CH-,(SF5)3C-, (CF3SO2)3C-, CF3(CF2)7SO3 -, CF3CO2 -, CH3CO2 -, SCN- 및 (CF3CF2SO2)2N-로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다. The lithium salt which can be included as an electrolyte used in the present invention can be used without limitation, those which are commonly used in a lithium secondary battery electrolyte, such as the lithium salt, the anion is F -, Cl -, Br -, I -, NO 3 -, N (CN) 2 -, BF 4 -, ClO 4 -, PF 6 -, (CF 3) 2 PF 4 -, (CF 3) 3 PF 3 -, (CF 3) 4 PF 2 -, (CF 3) 5 PF -, (CF 3) 6 P -, CF 3 SO 3 -, CF 3 CF 2 SO 3 -, (CF 3 SO 2) 2 N -, (FSO 2) 2 N -, CF 3 CF 2 (CF 3) 2 CO -, (CF 3 SO 2) 2 CH -, (SF 5) 3 C -, (CF 3 SO 2) 3 C -, CF 3 (CF 2) 7 SO 3 -, CF 3 CO 2 - may be any one selected from the group consisting of -, CH 3 CO 2 -, SCN - , and (CF 3 CF 2 SO 2) 2 N.

본 발명에서 사용되는 전해질로는 리튬 이차전지 제조시 사용 가능한 유기계 액체 전해질, 무기계 액체 전해질, 고체 고분자 전해질, 겔형 고분자 전해질, 고체 무기 전해질, 용융형 무기 전해질 등을 들 수 있으며, 이들로 한정되는 것은 아니다. Examples of the electrolyte used in the present invention include an organic liquid electrolyte, an inorganic liquid electrolyte, a solid polymer electrolyte, a gel polymer electrolyte, a solid inorganic electrolyte, a molten inorganic electrolyte, and the like, which can be used in manufacturing a lithium secondary battery. no.

본 발명의 리튬 이차전지의 외형은 특별한 제한이 없으나, 캔을 사용한 원통형, 각형, 파우치 (pouch)형 또는 코인 (coin)형 등이 될 수 있다.The external shape of the lithium secondary battery of the present invention is not particularly limited, but may be a cylindrical shape, a square shape, a pouch shape or a coin shape using a can.

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

이하, 본 발명의 리튬 이차전지용 전극의 제조방법을 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명하지만, 해당 도면은 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, a method of manufacturing the electrode for a lithium secondary battery of the present invention will be described in more detail with reference to the drawings, but the drawings are only for illustrating the present invention and the scope of the present invention is not limited thereto.

도 1에는 이종 전극 활물질을 사용한 종래의 전극의 충방전시 전극 활물질의 거동이 모식적으로 나타나 있다. 도 1을 참조하면, 이종의 전극 활물질(10, 20)을 섞어서 전극 활물질 층을 구성하였을 경우에는, 충전시 상대적으로 팽창 정도가 큰 활물질(10)이 이를 포함하는 전극 활물질 층의 내부, 및 활물질 층과 집전체(40)의 계면에서 응력을 발생시키게 되고, 매 충전시 마다 응력의 발생이 반복되므로 전극 탈리의 원인이 된다. 1 schematically shows the behavior of the electrode active material during charging and discharging of a conventional electrode using a different electrode active material. Referring to FIG. 1, when the electrode active material layer is formed by mixing different types of electrode active materials 10 and 20, the active material 10 having a relatively large degree of expansion during charging is inside the electrode active material layer including the same, and the active material The stress is generated at the interface between the layer and the current collector 40, and the stress is repeatedly generated at every charge, which causes the electrode to detach.

또한, 도 2에는 전극 활물질로서 충전시 활물질의 팽창 정도가 큰 활물질을 포함하는, 종래의 리튬 이차전지용 전극의 전극 활물질 층이 모식적으로 나타나 있다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 충전시 활물질의 팽창 정도가 큰 활물질(10)을 이용하여 이를 포함하는 전극 활물질 층을 구성하였을 경우에는, 상기 전극을 포함하는 리튬 이차전지를 충전할 때 각각의 활물질의 부피가 증가되므로 상기 활물질 층과 집전체(40)의 계면에 응력이 집중된다. 이러한 집전체와 활물질 층의 계면 사이에서의 응력의 발생은 매 충전시 마다 반복되므로 상기 집전체와 활물질간의 결합력을 약화시켜 전극 탈리의 원인이 된다. In addition, FIG. 2 schematically shows an electrode active material layer of a conventional electrode for a lithium secondary battery, which includes an active material having a large degree of expansion of an active material during charging as an electrode active material. As shown in FIG. 2, when an electrode active material layer including the same is formed by using the active material 10 having a large degree of expansion of the active material during charging, when charging a lithium secondary battery including the electrode, Since the volume is increased, stress is concentrated at the interface between the active material layer and the current collector 40. Since the occurrence of stress between the current collector and the interface between the active material layer is repeated at every charge, the bonding force between the current collector and the active material is weakened to cause electrode detachment.

도 3 및 4에는 본 발명의 일례에 따른 전극의 충방전시 전극 활물질의 거동을 모식적으로 나타낸 도면이 나타나 있다. 3 and 4 show a diagram schematically showing the behavior of the electrode active material during charging and discharging of the electrode according to an example of the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일례에 따른 리튬 이차전지용 전극은 상기와 같은 종래의 전극이 가지는 활물질의 부피 팽창에 따른 문제점을 해결하기 위하여 제 1 전극 활물질 층(100)을 충방전시 부피 변화가 적은 활물질(20)을 포함하도록 구성하고, 상기 제 2 전극 활물질 층(200)에 충방전시 부피 변화가 크지만 용량 특성이 우수한 전이금속계 활물질(10)을 포함시킴으로써, 충전시 전극 집전체(40)와 활물질 층 간의 계면에서 응력의 발생을 최소화 하면서도 전이금속계 활물질(20)을 통한 우수한 용량 특성을 달성할 수 있다. Referring to FIG. 3, the electrode for a lithium secondary battery according to an example of the present invention changes the volume of the first electrode active material layer 100 during charging and discharging in order to solve the problem of volume expansion of the active material of the conventional electrode as described above. It is configured to include a small active material 20, and the second electrode active material layer 200 includes a transition metal-based active material 10 having a large volume change at the time of charging and discharging but having excellent capacity characteristics. 40) can achieve excellent capacity characteristics through the transition metal-based active material 20 while minimizing the occurrence of stress at the interface between the active material layer.

또한, 도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 일례에 따른 리튬 이차전지용 전극은 상기와 같은 종래의 전극이 가지는 활물질의 부피 팽창에 따른 문제점을 해결하기 위하여 제 1 전극 활물질 층(100)의 활물질의 부피 변화를 수용하고 흡수할 수 있도록 적절한 양의 공극률을 갖도록 구성한 후(도 4에 나타낸 바와 같이 제 1 전극 활물질 층(100)은 각 전극 활물질(10)간의 간격이 제 2 전극 활물질 층(200)에 비해 크므로 상대적으로 큰 공극률을 가진다), 상기 제 2 전극 활물질 층(200)에 충방전시 부피 변화가 크지만 용량 특성이 우수한 전이금속계 활물질(10)을 포함시켜, 충전시 전극 집전체와 활물질 층 간의 계면에서 응력의 발생을 최소화 하면서도 전이금속계 활물질을 통한 우수한 용량 특성을 달성할 수 있다.In addition, referring to Figure 4, the electrode for a lithium secondary battery according to another example of the present invention is to solve the problem of the volume expansion of the active material of the conventional electrode as described above of the active material of the first electrode active material layer 100 After being configured to have an appropriate amount of porosity to accommodate and absorb the volume change (as shown in FIG. 4, the first electrode active material layer 100 has a gap between each electrode active material 10, the second electrode active material layer 200) It has a large porosity because it is large compared to), the second electrode active material layer 200 includes a transition metal-based active material 10 having a large volume change during charging and discharging but having excellent capacity characteristics, and It is possible to achieve excellent capacity characteristics through the transition metal-based active material while minimizing the occurrence of stress at the interface between the active material layers.

제 1 전극 활물질 층과 제 2 전극 활물질 층의 계면은 서로 같은 입자 상을 가지는 활물질 층간의 결합이므로 서로 간의 접촉면을 크게 할 수 있어서, 입자상과 평면이 접점에서 만나는 집전체와 제 1 전극 활물질 간의 결합에 비해 더욱 단단히 결합할 수 있으며, 따라서 1 전극 활물질 층과 제 2 전극 활물질 층간의 계면에서도 응력이 발생될 수 있지만 집전체와 제 1 전극 활물질 간의 계면에 비해 응력 집중에 따른 영향은 크지 않다. Since the interface between the first electrode active material layer and the second electrode active material layer is a bond between the active material layers having the same particle phase, the contact surface between them can be enlarged, and thus the bonding between the current collector and the first electrode active material where the particle and plane meet at the contact point Compared to this, it can bond more firmly, and thus stress may be generated at the interface between the first electrode active material layer and the second electrode active material layer, but the influence of stress concentration is not large compared to the interface between the current collector and the first electrode active material.

실시예Example

이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예 및 실험예를 들어 더욱 상세하게 설명하나, 본 발명이 이들 실시예 및 실험예에 의해 제한되는 것은 아니다. 본 발명에 따른 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.Hereinafter, examples and experimental examples will be described in more detail in order to specifically describe the present invention, but the present invention is not limited by these examples and experimental examples. Embodiments according to the present invention can be modified in many different forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described below. The embodiments of the present invention are provided to more fully describe the present invention to those skilled in the art.

실시예 1: 리튬 이차전지용 음극의 제조Example 1: Preparation of a negative electrode for a lithium secondary battery

음극 활물질로서 평균 입경이 12 ㎛인 탄소 분말 95.8 중량%, 도전재로서 super-p 0.5 중량%, 및 바인더로서 스티렌 부타디엔 고무(SBR) 및 카르복시메틸셀룰로오스(CMC) 각각 2.5 중량% 및 1.2 중량%를 혼합하여 용매인 물에 첨가하여 제 1 전극 활물질 층을 형성하기 위한 음극 활물질 슬러리를 제조하였다. 95.8% by weight of carbon powder having an average particle diameter of 12 µm as the negative electrode active material, 0.5% by weight of super-p as a conductive material, and 2.5% by weight and 1.2% by weight of styrene butadiene rubber (SBR) and carboxymethylcellulose (CMC) as binders, respectively. By mixing and adding to the solvent water, a negative electrode active material slurry for forming a first electrode active material layer was prepared.

또한, 음극 활물질로서 평균 입경이 4.9 ㎛인 실리콘 입자(신에츠사제) 95.8 중량%, 도전재로서 super-p 0.5 중량%, 및 바인더로서 스티렌 부타디엔 고무(SBR) 및 카르복시메틸셀룰로오스(CMC) 각각 2.5 중량% 및 1.2 중량%를 혼합하여 용매인 NMP에 첨가하여 제 2 전극 활물질 층을 형성하기 위한 음극 활물질 슬러리를 제조하였다.In addition, 95.8% by weight of silicon particles (manufactured by Shin-Etsu Co., Ltd.) having an average particle diameter of 4.9 µm as the negative electrode active material, 0.5% by weight of super-p as a conductive material, and 2.5% of styrene butadiene rubber (SBR) and carboxymethyl cellulose (CMC) as binders, respectively. % And 1.2 wt% were added to NMP as a solvent to prepare a negative electrode active material slurry for forming a second electrode active material layer.

상기 제 1 전극 활물질 층을 형성하기 위한 음극 활물질 슬러리를 두께 10 ㎛의 음극 집전체인 구리(Cu) 박막에 도포하고, 건조 및 롤 프레스(roll press)를 실시하여 두께 20 ㎛, 로딩량 0.29 mAh/cm2의 제 1 전극 활물질 층을 형성하였다. 그 다음으로, 상기 제 1 전극 활물질 층 상에, 상기 제 2 전극 활물질 층을 형성하기 위한 음극 활물질 슬러리를 도포하고 건조하였다. 이에 대해 롤 프레스를 실시해서 두께 27 ㎛, 로딩량 1.93 mAh/cm2의 제 2 전극 활물질 층을 형성하여 음극을 제조하였다.The negative electrode active material slurry for forming the first electrode active material layer was applied to a copper (Cu) thin film as a negative electrode current collector having a thickness of 10 μm, and dried and roll pressed to perform a thickness of 20 μm and a loading amount of 0.29 mAh. A layer of / cm 2 first electrode active material was formed. Next, on the first electrode active material layer, a negative electrode active material slurry for forming the second electrode active material layer was applied and dried. On the other hand, by performing a roll press, a second electrode active material layer having a thickness of 27 μm and a loading amount of 1.93 mAh / cm 2 was formed to prepare a negative electrode.

실시예 2: 리튬 이차전지용 음극의 제조Example 2: Preparation of a negative electrode for a lithium secondary battery

음극 활물질로서 평균 입경이 4.9 ㎛인 실리콘 입자(신에츠사제) 95.8 중량%, 도전재로서 super-p 0.5 중량%, 및 바인더로서 스티렌 부타디엔 고무(SBR) 및 카르복시메틸셀룰로오스(CMC) 각각 2.5 중량% 및 1.2 중량%를 혼합하여 용매인 NMP에 첨가하여 음극 활물질 슬러리를 제조하였다. 95.8 wt% of silicon particles (manufactured by Shin-Etsu Co., Ltd.) having an average particle diameter of 4.9 µm as a negative electrode active material, 0.5 wt% of super-p as a conductive material, and 2.5 wt% of styrene butadiene rubber (SBR) and carboxymethyl cellulose (CMC) as binders, respectively. A negative electrode active material slurry was prepared by mixing 1.2% by weight and adding it to the solvent NMP.

상기 음극 활물질 슬러리를 두께 10 ㎛의 음극 집전체인 구리(Cu) 박막에 도포하고, 건조 및 롤 프레스(roll press)를 실시하여 두께 5 ㎛, 로딩량 0.69 mAh/cm2의 제 1 전극 활물질 층을 형성하였다. The negative electrode active material slurry was coated on a copper (Cu) thin film as a negative electrode current collector having a thickness of 10 μm, and dried and roll press to perform a first electrode active material layer having a thickness of 5 μm and a loading amount of 0.69 mAh / cm 2 . Formed.

그 다음으로, 상기 제 1 전극 활물질 층 상에, 상기 음극 활물질 슬러리를 다시 도포하고 건조하였다. 이에 대해 롤 프레스를 실시해서 두께 12 ㎛, 로딩량 1.53 mAh/cm2의 제 2 전극 활물질 층을 형성하여 음극을 제조하였다.Next, on the first electrode active material layer, the negative electrode active material slurry was applied again and dried. On the other hand, by performing a roll press, a second electrode active material layer having a thickness of 12 μm and a loading amount of 1.53 mAh / cm 2 was formed to prepare a negative electrode.

비교예 1: 리튬 이차전지용 음극의 제조Comparative Example 1: Preparation of a negative electrode for a lithium secondary battery

음극 활물질로서 평균 입경이 12 ㎛인 탄소 분말 38.3 중량% 및 평균 입경이 4.9 ㎛인 실리콘 입자(신에츠사제) 57.5 중량%의 혼합물, 도전재로서 super-p 0.5 중량%, 및 바인더로서 스티렌 부타디엔 고무(SBR) 및 카르복시메틸셀룰로오스(CMC) 각각 2.5 중량% 및 1.2 중량%를 혼합하여 용매인 NMP에 첨가하여 음극 활물질 슬러리를 제조하였다. As a negative electrode active material, a mixture of 38.3% by weight of carbon powder having an average particle diameter of 12 µm and 57.5% by weight of silicon particles (manufactured by Shin-Etsu) having an average particle diameter of 4.9 µm, 0.5% by weight of super-p as a conductive material, and styrene butadiene rubber as a binder ( SBR) and carboxymethylcellulose (CMC) 2.5 wt% and 1.2 wt%, respectively, were mixed and added to NMP as a solvent to prepare a negative electrode active material slurry.

상기 음극 활물질 슬러리를 두께 10 ㎛의 음극 집전체인 구리(Cu) 박막에 도포하고, 건조한 다음, 롤 프레스를 실시하여 두께 47 ㎛, 로딩량 2.22 mAh/cm2의 음극을 제조하였다.The negative electrode active material slurry was coated on a copper (Cu) thin film as a negative electrode current collector having a thickness of 10 μm, dried, and then roll-pressed to prepare a negative electrode having a thickness of 47 μm and a loading amount of 2.22 mAh / cm 2 .

비교예 2: 리튬 이차전지용 음극의 제조Comparative Example 2: Preparation of a negative electrode for a lithium secondary battery

음극 활물질로서 평균 입경이 4.9 ㎛인 실리콘 입자(신에츠사제) 95.8 중량%, 도전재로서 super-p 0.5 중량%, 및 바인더로서 스티렌 부타디엔 고무(SBR) 및 카르복시메틸셀룰로오스(CMC) 각각 2.5 중량% 및 1.2 중량%를 혼합하여 용매인 NMP에 첨가하여 음극 활물질 슬러리를 제조하였다. 95.8 wt% of silicon particles (manufactured by Shin-Etsu Co., Ltd.) having an average particle diameter of 4.9 µm as a negative electrode active material, 0.5 wt% of super-p as a conductive material, and 2.5 wt% of styrene butadiene rubber (SBR) and carboxymethyl cellulose (CMC) as binders, respectively. A negative electrode active material slurry was prepared by mixing 1.2% by weight and adding it to the solvent NMP.

상기 음극 활물질 슬러리를 두께 10 ㎛의 음극 집전체인 구리(Cu) 박막에 도포하고, 건조한 다음, 롤 프레스를 실시하여 두께 17 ㎛, 로딩량 2.22 mAh/cm2의 음극을 제조하였다.The negative electrode active material slurry was applied to a copper (Cu) thin film as a negative electrode current collector having a thickness of 10 μm, dried, and then roll-pressed to prepare a negative electrode having a thickness of 17 μm and a loading amount of 2.22 mAh / cm 2 .

비교예 3: 리튬 이차전지용 음극의 제조Comparative Example 3: Preparation of a negative electrode for a lithium secondary battery

음극 활물질로서 평균 입경이 4.9 ㎛인 실리콘 입자(신에츠사제) 95.8 중량%, 도전재로서 super-p 0.5 중량%, 및 바인더로서 스티렌 부타디엔 고무(SBR) 및 카르복시메틸셀룰로오스(CMC) 각각 2.5 중량% 및 1.2 중량%를 혼합하여 용매인 NMP에 첨가하여 음극 활물질 슬러리를 제조하였다. As a negative electrode active material, 95.8% by weight of silicon particles (Shin-Etsu Co., Ltd.) having an average particle diameter of 4.9 μm, 0.5% by weight of super-p as a conductive material, and 2.5% by weight of styrene butadiene rubber (SBR) and carboxymethylcellulose (CMC) as binders, respectively. A negative electrode active material slurry was prepared by mixing 1.2% by weight and adding it to the solvent NMP.

상기 음극 활물질 슬러리를 두께 10 ㎛의 음극 집전체인 구리(Cu) 박막에 도포하고, 건조 및 롤 프레스를 실시하여 두께 5 ㎛, 로딩량 0.75 mAh/cm2의 제 1 전극 활물질 층을 형성하였다. The negative electrode active material slurry was applied to a copper (Cu) thin film as a negative electrode current collector having a thickness of 10 μm, and dried and roll pressed to form a first electrode active material layer having a thickness of 5 μm and a loading amount of 0.75 mAh / cm 2 .

그 다음으로, 상기 제 1 전극 활물질 층 상에, 상기 음극 활물질 슬러리를 다시 도포하고 건조하였다. 이에 대해 롤 프레스를 실시해서 두께 13 ㎛, 로딩량 1.47 mAh/cm2의 제 2 전극 활물질 층을 형성하여 음극을 제조하였다.Next, on the first electrode active material layer, the negative electrode active material slurry was applied again and dried. On the other hand, by performing a roll press, a second electrode active material layer having a thickness of 13 μm and a loading amount of 1.47 mAh / cm 2 was formed to prepare a negative electrode.

실시예 3: 리튬 이차전지의 제조Example 3: Preparation of lithium secondary battery

상대(counter) 전극으로 Li 금속을 사용하였고, 상기 실시예 1에서 제조된 음극과 Li 금속 사이에 폴리올레핀 세퍼레이터를 개재시킨 후, 에틸렌 카보네이트(EC) 및 디에틸 카보네이트를 30:70의 부피비로 혼합한 용매에 1M의 LiPF6가 용해된 전해액을 주입하여 코인형 반쪽전지를 제조하였다.Li metal was used as a counter electrode, and after interposing a polyolefin separator between the cathode prepared in Example 1 and the Li metal, ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate were mixed at a volume ratio of 30:70. A coin-type half cell was prepared by injecting 1 M LiPF 6 dissolved electrolyte into a solvent.

실시예 4, 및 비교예 4 내지 6: 리튬 이차전지의 제조Example 4, and Comparative Examples 4 to 6: Preparation of lithium secondary battery

상기 실시예 3에서, 실시예 1에서 제조된 음극을 대신하여 각각 실시예 2, 및 비교예 1 내지 3에서 제조된 음극을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 3과 마찬가지의 방법으로 리튬 이차전지를 제조하였다. In Example 3, the lithium secondary battery in the same manner as in Example 3, except that the negative electrode prepared in Example 2, and Comparative Examples 1 to 3, respectively, instead of the negative electrode prepared in Example 1, was used. It was prepared.

실험예Experimental Example

<사이클 특성 평가><Cycle characteristic evaluation>

상기 실시예 3 및 4, 및 비교예 4 내지 6에서 각각 제조된 전지를 25 ℃에서 0.5C의 정전류(CC)로 4.25 V가 될 때까지 충전하고, 이후 정전압(CV)으로 충전하여 충전전류가 0.005 C(cut-off current)이 될 때까지 1회째의 충전을 행하였다. 이후 20분간 방치한 다음 0.5 C의 정전류(CC)로 3.0 V가 될 때까지 방전하였다. 이를 1 내지 30 회의 사이클로 반복 실시하여, 방전 용량의 퇴화도를 관찰하였다. 그 결과를 하기 표 1에 함께 나타내었다.The cells prepared in Examples 3 and 4 and Comparative Examples 4 to 6 were charged at 25 ° C. with a constant current (CC) of 0.5 C until 4.25 V, and then charged with a constant voltage (CV) to obtain a charging current. The first charging was performed until it became 0.005 C (cut-off current). Then, it was left for 20 minutes, and then discharged at a constant current (CC) of 0.5 C until 3.0 V was reached. This was repeated 1 to 30 cycles, and the degree of deterioration of the discharge capacity was observed. The results are shown in Table 1 below.

전극활물질Electrode active material 공극률
(%)
Porosity
(%)
코팅량
(g/25cm2)
Coating amount
(g / 25cm 2 )
용량
@10사이클(%)
Volume
@ 10 cycles (%)
용량
@30사이클(%)
Volume
@ 30 cycles (%)
실시예 3Example 3 흑연black smoke 2626 0.0240.024 96.196.1 90.390.3 SiSi 2626 0.0360.036 실시예 4Example 4 SiSi 3131 0.0130.013 95.295.2 85.685.6 SiSi 2626 0.0290.029 비교예 4Comparative Example 4 흑연, Si 혼합Graphite, Si mixed 2626 0.060.06 95.495.4 86.186.1 비교예 5Comparative Example 5 SiSi 2626 0.0420.042 94.594.5 81.781.7 비교예 6Comparative Example 6 SiSi 2626 0.0140.014 94.994.9 82.982.9 SiSi 3131 0.0280.028

상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 실시예 3의 전지는 비교예 4 내지 6의 전지에 비하여 우수한 사이클 특성을 나타내었다. 이를 통해, 본 발명과 같이 팽창률이 작은 제 1 전극 활물질 층을 전극 집전체 상에 형성시키고, 상기 제 1 전극 활물질 층 상에 제 2 전극 활물질층을 형성시킬 경우, 비교예 4가 사용한 비교예 1의 전극과 같이 이종의 활물질을 혼합했을 경우에 비해 사이클 성능이 개선될 수 있음을 확인할 수 있었다. 이는 비교예 1의 전극과 같이 이종의 활물질을 혼합하여 전극을 제조하였을 경우에는 각 활물질 간의 충방전 메커니즘이 상이하여 반응 불균일성으로 인해 전극 탈리가 발생하고 수명 퇴화가 일어나기 때문인 것으로 판단된다. As shown in Table 1, the batteries of Example 3 exhibited excellent cycle characteristics compared to those of Comparative Examples 4 to 6. Through this, when forming a first electrode active material layer having a small expansion rate as in the present invention on the electrode current collector, and forming a second electrode active material layer on the first electrode active material layer, Comparative Example 1 used in Comparative Example 4 It was confirmed that the cycle performance can be improved compared to the case of mixing different kinds of active materials such as the electrode of. This is because when the electrode was prepared by mixing different active materials like the electrode of Comparative Example 1, the charge / discharge mechanism between the different active materials is different, and this is considered to be because electrode detachment occurs due to reaction non-uniformity and deterioration of life.

한편, 제 1 전극 활물질 층 및 제 2 전극 활물질 층이 전극 활물질로서 모두 Si를 포함하는 실시예 2의 전극은 이종의 활물질을 혼합하여 포함하는 비교예 1의 전극과 같은 로딩양(2.22 mAh/cm2)을 가질 때, 그 두께가 훨씬 얇으면서도(실시예 2: 5+12㎛, 비교예 1: 47㎛) 이를 사용하여 전지를 제조하였을 때 유사한 수준의 사이클 성능을 나타내었다. On the other hand, the electrode of Example 2, in which the first electrode active material layer and the second electrode active material layer both contain Si as the electrode active material, have the same loading amount (2.22 mAh / cm) as that of the electrode of Comparative Example 1 containing a mixture of different active materials. 2 ), the thickness was much thinner (Example 2: 5 + 12 μm, Comparative Example 1: 47 μm), and a similar level of cycle performance was obtained when the battery was prepared using the same.

또한, 실시예 2의 전극을 사용한 실시예 4의 전지와, 실시예 2의 전극과 마찬가지로 Si만을 전극 활물질로서 포함하고 있는 비교예 2의 전극 및 비교예 3의 전극을 각각 사용한 비교예 5 및 6의 전지를 비교하여 보면, 실시예 4의 전지가 비교예 5 및 6의 전지에 비해 우수한 사이클 성능을 나타내었음을 확인할 수 있다. 이는, 실시예 4의 전지가 포함하는 실시예 2의 전극은, 전극 활물질 층을 제 1 전극 활물질 층 및 제 2 전극 활물질 층으로 나누어 적층하되 전극 집전체 상에 형성되는 제 1 전극 활물질 층의 공극률을 상대적으로 크게 함으로써, 제 1 전극 활물질 층의 팽창률을 줄여 집전체와 제 1 전극 활물질의 계면 상에 집중될 수 있는 응력을 분산시 켜 전극 활물질의 탈리를 억제할 수 있었기 때문으로 판단된다. 이러한 점은, 제 1 전극 활물질 층을 대신하여 제 2 전극 활물질 층의 공극률을 크게 한 비교예 3의 전극이 사용된 비교예 6의 전지는 사이클 성능의 향상 효과가 미미하다는 점에서 확인할 수 있었다. In addition, the batteries of Example 4 using the electrode of Example 2 and Comparative Examples 5 and 6 using the electrode of Comparative Example 2 and the electrode of Comparative Example 3, respectively, containing only Si as the electrode active material, like the electrode of Example 2, respectively. By comparing the cells of, it can be confirmed that the cells of Example 4 exhibited excellent cycle performance compared to the cells of Comparative Examples 5 and 6. This is, the electrode of Example 2 included in the battery of Example 4, the electrode active material layer is divided into a first electrode active material layer and a second electrode active material layer, but the porosity of the first electrode active material layer formed on the electrode current collector It is judged that, by relatively increasing, the expansion rate of the first electrode active material layer is reduced to dissipate the electrode active material by dispersing stress that can be concentrated on the interface between the current collector and the first electrode active material. This was confirmed by the fact that the battery of Comparative Example 6, in which the electrode of Comparative Example 3, in which the porosity of the second electrode active material layer was increased in place of the first electrode active material layer, was used, had a slight improvement in cycle performance.

따라서, 고용량 및 고팽창 음극 활물질을 적용한 리튬 이차전지용 전극의 경우, 본 발명과 같은 전극 구조로 구성할 경우, 우수한 성능을 발휘할 수 있을 것으로 판단된다. Therefore, in the case of an electrode for a lithium secondary battery to which a high-capacity and high-expansion negative electrode active material is applied, it is determined that excellent performance can be achieved when the electrode structure is configured as in the present invention.

10, 20: 전극 활물질
30: 바인더
40: 집전체
100: 제 1 전극 활물질 층
200: 제 2 전극 활물질 층
10, 20: electrode active material
30: binder
40: current collector
100: first electrode active material layer
200: second electrode active material layer

Claims (14)

전극 집전체; 상기 전극 집전체 상에 형성되어 있는 제 1 전극 활물질 층; 및 상기 제 1 전극 활물질 층 상에 형성되어 있고 전이금속계 활물질을 포함하는 제 2 전극 활물질 층을 포함하는 리튬 이차전지용 전극으로서,
상기 제 1 전극 활물질 층은 흑연계 활물질 및 바인더를 포함하고,
상기 제 2 전극 활물질 층은 탄소계 활물질을 포함하지 않으며,
상기 제1 전극 활물질층은 내부에 공극을 포함하고, 20 내지 40%의 공극률을 가지고,
상기 리튬 이차전지용 전극을 포함하는 리튬 이차전지를 제작하여 충방전 사이클을 수행하였을 때, 상기 제 1 전극 활물질 층은 상기 제 2 전극 활물질 층에 비하여 팽창률이 작은 것을 특징으로 하는, 리튬 이차전지용 전극.
Electrode current collector; A first electrode active material layer formed on the electrode current collector; And a second electrode active material layer formed on the first electrode active material layer and including a transition metal-based active material,
The first electrode active material layer includes a graphite-based active material and a binder,
The second electrode active material layer does not include a carbon-based active material,
The first electrode active material layer includes a void therein, and has a porosity of 20 to 40%,
When a lithium secondary battery including the lithium secondary battery electrode is manufactured and subjected to a charge / discharge cycle, the first electrode active material layer has a small expansion rate compared to the second electrode active material layer, and the lithium secondary battery electrode.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 전극 활물질 층의 팽창률은 상기 제 2 전극 활물질 층의 팽창률에 비하여 5% 내지 100% 작은 값을 가지는, 리튬 이차전지용 전극.
According to claim 1,
The first electrode active material layer has an expansion rate of 5% to 100% smaller than the expansion rate of the second electrode active material layer, a lithium secondary battery electrode.
삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 흑연계 활물질은 0.1 내지 30 ㎛의 평균 입경(D50) 크기를 가지는, 리튬 이차전지용 전극.
According to claim 1,
The graphite-based active material has an average particle diameter (D 50 ) size of 0.1 to 30 μm, lithium secondary battery electrode.
삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 제 2 전극 활물질층이 포함하는 전이금속계 전극 활물질은 상기 제 1 전극 활물질 층의 내부 공극에 침투되지 않는, 리튬 이차전지용 전극.
According to claim 1,
The transition metal-based electrode active material included in the second electrode active material layer does not penetrate into the internal pores of the first electrode active material layer, a lithium secondary battery electrode.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 전이금속계 활물질은 Si, 실리콘 산화물 입자(SiOx, 0<x≤2), Si-금속합금, 및 Si와 실리콘 산화물 입자(SiOx, 0<x≤2)의 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상, 또는 Sn, Ge, Pb, P, As, Sb, Bi 및 이들 각각의 산화물, 및 Sn, Ge, Pb, P, As, Sb, Bi와 이들 각각의 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인, 리튬 이차전지용 전극.
According to claim 1,
The transition metal-based active material is selected from the group consisting of Si, silicon oxide particles (SiO x , 0 <x≤2), Si-metal alloys, and alloys of Si and silicon oxide particles (SiO x , 0 <x≤2). Or more, or one or more selected from the group consisting of Sn, Ge, Pb, P, As, Sb, Bi and their respective oxides, and Sn, Ge, Pb, P, As, Sb, Bi and their respective alloys , Lithium secondary battery electrode.
제 1 항에 있어서,
상기 제 2 전극 활물질 층이 포함하는 상기 전이금속계 활물질은 0.2 내지 30 ㎛의 평균 입경(D50) 크기를 가지는, 리튬 이차전지용 전극.
According to claim 1,
The transition metal-based active material included in the second electrode active material layer has an average particle diameter (D 50 ) size of 0.2 to 30 μm, a lithium secondary battery electrode.
제 1 항에 따른 리튬 이차전지용 전극을 포함하는, 리튬 이차전지.
A lithium secondary battery comprising the electrode for a lithium secondary battery according to claim 1.
제 13 항에 있어서,
상기 리튬 이차전지용 전극은 음극인, 리튬 이차전지.
The method of claim 13,
The electrode for a lithium secondary battery is a negative electrode, a lithium secondary battery.
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