KR102171993B1 - 이차전지용 도전재의 처리 방법 및 이를 사용하여 제조된 도전재 - Google Patents

이차전지용 도전재의 처리 방법 및 이를 사용하여 제조된 도전재 Download PDF

Info

Publication number
KR102171993B1
KR102171993B1 KR1020160009744A KR20160009744A KR102171993B1 KR 102171993 B1 KR102171993 B1 KR 102171993B1 KR 1020160009744 A KR1020160009744 A KR 1020160009744A KR 20160009744 A KR20160009744 A KR 20160009744A KR 102171993 B1 KR102171993 B1 KR 102171993B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
conductive material
secondary battery
oxide
metal
black
Prior art date
Application number
KR1020160009744A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20170089479A (ko
Inventor
류지훈
송준혁
이정민
이주성
정소미
진주홍
Original Assignee
주식회사 엘지화학
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엘지화학 filed Critical 주식회사 엘지화학
Priority to KR1020160009744A priority Critical patent/KR102171993B1/ko
Publication of KR20170089479A publication Critical patent/KR20170089479A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102171993B1 publication Critical patent/KR102171993B1/ko

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/624—Electric conductive fillers
    • H01M4/625—Carbon or graphite
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

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

Abstract

본 발명은 금속 불순물이 포함되어 있는 이차전지용 도전재를 처리하는 방법으로서, 도전재에 열을 인가하여, 도전재에 포함되어 있는 금속 불순물 중의 적어도 일부를 이차전지의 작동 전위 범위에서 불활성인 1종 이상의 금속 산화물로 변환시키는 것을 특징으로 하는 이차전지용 도전재의 처리 방법에 관한 것이다.

Description

이차전지용 도전재의 처리 방법 및 이를 사용하여 제조된 도전재 {Process of Treating Conductive Material for Secondary Battery and Conductive Material Obtained from the Same}
본 발명은 이차전지용 도전재의 처리 방법 및 이를 사용하여 제조된 도전재에 관한 것이다.
화석연료 사용의 급격한 증가로 인하여 대체 에너지나 청정에너지의 사용에 대한 요구가 증가하고 있으며, 그 일환으로 가장 활발하게 연구되고 있는 분야가 전기화학을 이용한 발전, 축전 분야이다.
현재 이러한 전기화학적 에너지를 이용하는 전기화학 소자의 대표적인 예로 높은 에너지 밀도와 전압을 가지고, 사이클 수명이 길며, 자기방전율이 낮은 리튬 이차전지를 들 수 있으며, 점점 더 그 사용 영역이 확대되고 있는 추세이다.
이러한 리튬 이차전지는 전극 활물질로서 리튬 전이금속 산화물을 포함하는 양극과 카본계 활물질을 포함하는 음극 및 분리막으로 이루어진 전극조립체에 리튬 전해질이 함침되어 있는 구조로 이루어져 있다. 양극은 리튬 전이금속 산화물을 포함하는 양극 합제를 알루미늄 호일에 코팅하여 제조되며, 음극은 카본계 활물질을 포함하는 음극 합제를 구리 호일에 코팅하여 제조된다. 상기 전극 합제는 에너지를 저장하기 위한 전극 활물질과, 전기전도성을 부여하기 위한 도전재, 및 이를 전극 호일에 접착하기 위한 바인더(PVdF)로 구성된 전극 합제를 물 및 NMP(N-methyl pyrrolidone) 등의 용매에 혼합한 전극 슬러리를 통해 제조된다.
일반적으로, 도전재는 전극 활물질의 전기전도성을 향상시키기 위한 목적으로 전극 합제에 첨가되고 있다. 이러한 도전재는 전극 합제의 중량을 기준으로 대략 20 중량%까지 첨가되고 있다.
한편, 도전재는 산출 및 가공 과정을 거치면서 미량의 금속이 혼입될 수 있으며, 상기 금속은 이차전지의 작동에 있어 불순물로 작용한다. 이러한 금속 불순물들은 전해질에 용출되어 이온화되고, 금속 이온은 분리막을 통과하여 음극에 석출된다. 이 과정에서 석출된 금속은 음극에 형성된 고체 전해질 계면 막(Solid Electrolyte Interface: SEI 막)을 손상시키고, 내부 단락을 일으키는 등 화재 및 폭발의 위험성을 증가시킨다.
이에, 도전재 내의 금속 불순물을 제거해야 할 필요성이 존재하며, 일반적으로는 도전재에 마그네틱 봉을 접촉시켜 자성을 가지는 금속 불순물을 제거하는 방안을 고려할 수 있다. 또한, 일본 공개특허공보 제2006-221832호와 같이, 화학 물질과 전극 합제를 반응시켜 금속 불순물의 금속성을 제거하는 방안 또한 고려될 수 있다.
그러나, 상기 금속 불순물이 도전재 내에서 미량으로 존재하기 때문에, 마그네틱 봉의 사용만으로는 기대하는 만큼의 불순물을 제거할 수 없다. 또한, 전극 합제를 화학 물질과 반응시키는 경우에는 반응 단계 이후 약 24시간 동안 저장 단계를 거쳐야 하므로, 생산에 상당한 시간이 소요되어, 결과적으로는 생산성이 떨어진다는 문제점이 있다.
따라서, 도전재의 금속 불순물을 충분히 제거하면서도, 전기적 안정성이 우수하고, 도전재 처리 방법의 속도 향상의 효과가 큰 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 이후 설명하는 바와 같이, 도전재에 열을 인가하여, 금속 불순물 중의 적어도 일부를 금속 산화물로 변환시키는 경우, 소망하는 효과를 달성할 수 있는 것을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
따라서, 본 발명은, 금속 불순물이 포함되어 있는 이차전지용 도전재를 처리하는 방법으로서, 도전재에 열을 인가하여, 도전재에 포함되어 있는 금속 불순물 중의 적어도 일부를 이차전지의 작동 전위 범위에서 불활성인 1종 이상의 금속 산화물로 변환시키는 것을 특징으로 한다.
일반적으로 도전재는 전극 활물질의 전기전도성을 향상시키기 위한 목적으로 전극 합제에 첨가되고 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 산출 및 가공 과정에서 발생하는 금속 불순물의 혼입은, 이차전지의 내부 단락을 비롯하여 이차전지 성능의 열화를 촉진시킨다.
본 발명에 따르면, 도전재 중에 존재하는 금속 불순물 중의 적어도 일부가 금속 산화물로 변환됨으로써, 이차전지의 전기적 안정성 및 수명 특성 등을 향상시킬 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 도전재는 탄소계 도전재일 수 있다. 이러한 탄소계 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연, 인조 흑연, 슈퍼 피(super P), 슈퍼 씨(super C), 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙, 덴카(Denka) 블랙, 오일-퍼니스 블랙, 콜럼비아 탄소, 그래핀(graphene), 탄소 나노섬유(Carbon nano fiber) 및 탄소 나노튜브(CNT) 등에서 하나 이상이 사용될 수 있다.
상기 금속 불순물은, 도전재와 전극 활물질을 포함하는 전극 합제에 기반한 이차전지에서, 저전압 불량을 유발할 수 있다. 특히, 상기 저전압 불량의 경우, 이차전지의 완성품 단계에서만 판별이 가능하므로, 이차전지의 생산에 상당한 손해를 초래할 수 있다.
이러한 금속 불순물은, 예를 들어, 철(Fe), 황화철(FeS), 구리(Cu), 아연(Zn), 칼슘(Ca), 티타늄(Ti) 및 크롬(Cr) 에서 하나 이상일 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 도전재에 대한 열의 인가는 200℃ 내지 800℃의 온도에서 소성될 수 있고, 상세하게는 300℃ 내지 700℃의 온도에서 수행될 수 있다.
상기 범위를 벗어나, 소성 온도가 너무 낮으면, 금속 불순물이 금속 산화물로 변환될 만큼 충분히 소성되지 않으므로 저전압 불량을 유발하며, 상기 소성 온도가 너무 높으면, 도전재가 함께 소성되는 문제점이 발생할 수 있어, 바람직하지 않다.
상기 소성은, 예를 들어, 산소를 포함하는 분위기, 바람직하게는 대기 하에서 진행할 수 있다.
한편, 도전재 처리의 공정성을 향상시키기 위해, 상기 도전재에 대한 열의 인가는 연속 공정에 의해 수행될 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 도전재를 연속적으로 이동시키면서 IR 히터에 의해 열을 인가하여 도전재를 처리할 수 있다. IR 히터에서 발생되는 적외선은 파장이 길어 복사 대상에 열을 더 많이 전달하므로, 금속 불순물에서 금속 산화물로의 변환을 더욱 촉진시킬 수 있다. 이와 함께, 도전재를 연속적으로 이동시키면서 열을 인가하면, 도전재 처리 소요시간을 현저히 단축시킬 수 있다.
구체적으로, 상기 도전재를 컨베이어 상에서 이동시키면서 IR 히터에 의해 열을 인가하여 처리할 수 있다. 상기 컨베이어는 도전재를 연속적으로 이동시키는데 적절한 장치로 사용될 수 있으나, 상기 장치만을 한정하는 것은 아니다.
상기 도전재에 대한 열의 인가는 2초 내지 120초간 수행될 수 있고, 상기 열의 인가에 소요되는 시간은 연속 공정의 처리 속도에 따라 변경될 수 있다.
상기 도전재 처리 방법을 이용하여, 예를 들어, 금속 불순물 중의 30% 이상이 금속 산화물로 변환될 수 있다. 경우에 따라서는, 실질적으로 모든 금속 불순물이 금속 산화물로 변환되도록 처리할 수도 있다.
본 발명에 정의되어 있는 "이차전지의 작동 전위 범위"는, 예를 들어, 3V 내지 4.5V일 수 있다. 기존에는, 주요 금속 불순물 중 하나인 철이 4.3V의 산화 전위에서 주로 반응하기 때문에, 이를 방지하기 위해 작동 전위의 상한을 4.3V로 제한하는 이차전지들도 존재하였다. 그러나, 본 발명의 도전재 처리 방법에 의하면, 도전재에 포함된 금속 불순물이 상기 작동 전위 범위에서 불활성인 금속 산화물로 변환되므로, 상기 작동 전위 범위에서 이차전지의 사용에 전혀 문제가 되지 않는다.
본 발명에서 열의 인가에 의해 변환된 금속 산화물은, 예를 들어, 철 산화물, 황화철 산화물, 구리 산화물, 아연 산화물, 칼슘 산화물, 티타늄 산화물 및 크롬 산화물로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 금속 불순물은 Fe이고, 열의 인가에 의해 금속 산화물로서 Fe2O3 및 Fe3O4로 변환될 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 방법으로 처리된 이차전지용 도전재를 제공한다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 도전재는 탄소계 도전재이고, 금속 불순물 중의 적어도 일부는 이차전지의 작동 전위 범위에서 불활성인 1종 이상의 금속 산화물로 변환되어 있는 도전재일 수 있다. 경우에 따라서는, 모든 금속 불순물이 변환된 금속 산화물 상태의 도전재일 수도 있다.
또한, 본 발명은 상기 도전재가 전극활물질과 함께 포함된 이차전지용 전극을 제공한다. 즉, 상기 전극은, 양극에 적용될 수도 있고, 음극에 적용될 수도 있으며, 양극 및 음극에 동시에 적용될 수도 있다.
상기 양극은, 예를 들어, 상기 도전재와 양극 활물질, 및 바인더가 혼합된 양극 합제를 양극 집전체에 도포하여 제조될 수 있고, 필요에 따라서는 상기 양극 합제에 충진제를 더 첨가할 수 있다.
상기 양극 집전체는 일반적으로 3 ~ 300 ㎛의 두께로 제조되며, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티타늄, 및 알루미늄이나 스테인레스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티타늄 또는 은으로 표면처리 한 것 중에서 선택되는 하나를 사용할 수 있고, 상세하게는 알루미늄이 사용될 수 있다. 집전체는 그것의 표면에 미세한 요철을 형성하여 양극 활물질의 접착력을 높일 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태가 가능하다.
상기 양극 활물질은, 예를 들어, 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물이나 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 화합물; 화학식 Li1+xMn2-xO4 (여기서, x 는 0 ~ 0.33 임), LiMnO3, LiMn2O3, LiMnO2 등의 리튬 망간 산화물; 리튬 동 산화물(Li2CuO2); LiV3O8, LiV3O4, V2O5, Cu2V2O7 등의 바나듐 산화물; 화학식 LiNi1-xMxO2 (여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B 또는 Ga 이고, x = 0.01 ~ 0.3 임)으로 표현되는 Ni 사이트형 리튬 니켈 산화물; 화학식 LiMn2-xMxO2 (여기서, M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn 또는 Ta 이고, x = 0.01 ~ 0.1 임) 또는 Li2Mn3MO8 (여기서, M = Fe, Co, Ni, Cu 또는 Zn 임)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.
상기 바인더는 활물질과 도전재 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 양극 활물질을 포함하는 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 바인더의 예로는, 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌-부타디엔 고무, 불소 고무, 다양한 공중합체 등을 들 수 있다.
상기 충진제는 양극의 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.
반면에, 음극은 상기 도전재와 음극 활물질, 및 바인더를 포함하는 음극 합제를 음극 집전체에 도포하여 제조될 수 있으며, 이에 충진제 등이 선택적으로 더 포함될 수 있다.
상기 음극 집전체는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인레스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 또한, 양극 집전체와 마찬가지로, 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.
본 발명에서 음극 집전체의 두께는 양극 집전체와 마찬가지로 3 내지 300 ㎛의 범위일 수 있다.
상기 음극 활물질은, 예를 들어, 난흑연화 탄소, 흑연계 탄소 등의 탄소; LixFe2O3(0≤x≤1), LixWO2(0≤x≤1), 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; 리튬 금속; 리튬 합금; 규소계 합금; 주석계 합금; SnO, SnO2, PbO, PbO2, Pb2O3, Pb3O4, Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5, GeO, GeO2, Bi2O3, Bi2O4, and Bi2O5 등의 금속 산화물; 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-Co-Ni 계 재료 등을 사용할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 전극을 포함하는 이차전지를 제공한다. 이하, 상기 이차전지의 기타 성분에 대해서 설명한다.
상기 분리막은 양극과 음극 사이에 개재되며, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용된다. 분리막의 기공 직경은 일반적으로 0.01 ~ 10 마이크로미터고, 두께는 일반적으로 5 ~ 30 마이크로미터다. 이러한 분리막으로는, 예를 들어, 내화학성 및 소수성의 폴리프로필렌 등의 올레핀계 폴리머; 유리섬유 또는 폴리에틸렌 등으로 만들어진 시트나 부직포 등이 사용된다. 전해질로서 폴리머 등의 고체 전해질이 사용되는 경우에는 고체 전해질이 분리막을 겸할 수도 있다.
상기 전해액은 리튬염 함유 비수 전해질일 수 있고, 상기 리튬염 함유 비수 전해질은 비수 전해질과 리튬염으로 이루어져 있으며, 상기 비수 전해질로는 비수계 유기용매, 유기 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용되지만 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
상기 비수계 유기용매로는, 예를 들어, N-메틸-2-피롤리디논, 프로필렌 카르보네이트, 에틸렌 카르보네이트, 부틸렌 카르보네이트, 디메틸 카르보네이트, 디에틸 카르보네이트, 감마-부틸로 락톤, 1,2-디메톡시 에탄, 테트라히드록시푸란, 2-메틸 테트라하이드로푸란, 디메틸술폭시드, 1,3-디옥소런, 포름아미드, 디메틸포름아미드, 디옥소런, 아세토니트릴, 니트로메탄, 포름산 메틸, 초산메틸, 인산 트리에스테르, 트리메톡시 메탄, 디옥소런 유도체, 설포란, 메틸 설포란, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 프로필렌 카르보네이트 유도체, 테트라하이드로푸란 유도체, 에테르, 피로피온산 메틸, 프로피온산 에틸 등의 비양자성 유기용매가 사용될 수 있다.
상기 유기 고체 전해질로는, 예를 들어, 폴리에틸렌 유도체, 폴리에틸렌 옥사이드 유도체, 폴리프로필렌 옥사이드 유도체, 인산 에스테르 폴리머, 폴리 에지테이션 리신(agitation lysine), 폴리에스테르 설파이드, 폴리비닐 알코올, 폴리 불화 비닐리덴, 이온성 해리기를 포함하는 중합제 등이 사용될 수 있다.
상기 무기 고체 전해질로는, 예를 들어, Li3N, LiI, Li5NI2, Li3N-LiI-LiOH, LiSiO4, LiSiO4-LiI-LiOH, Li2SiS3, Li4SiO4, Li4SiO4-LiI-LiOH, Li3PO4-Li2S-SiS2 등의 Li의 질화물, 할로겐화물, 황산염 등이 사용될 수 있다.
상기 리튬염은 상기 비수 전해질에 용해되기 좋은 물질로서, 예를 들어, LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, 클로로 보란 리튬, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4 페닐 붕산 리튬, 이미드 등이 사용될 수 있다.
또한, 비수 전해질에는 충방전 특성, 난연성 등의 개선을 목적으로, 예를 들어, 피리딘, 트리에틸포스파이트, 트리에탄올아민, 환상 에테르, 에틸렌 디아민, n-글라임(glyme), 헥사 인산 트리 아미드, 니트로벤젠 유도체, 유황, 퀴논 이민 염료, N-치환 옥사졸리디논, N,N-치환 이미다졸리딘, 에틸렌 글리콜 디알킬 에테르, 암모늄염, 피롤, 2-메톡시 에탄올, 삼염화 알루미늄 등이 첨가될 수도 있다. 경우에 따라서는, 불연성을 부여하기 위하여, 사염화탄소, 삼불화에틸렌 등의 할로겐 함유 용매를 더 포함시킬 수도 있고, 고온 보존 특성을 향상시키기 위하여 이산화탄산 가스를 더 포함시킬 수도 있으며, FEC(Fluoro-Ethylene Carbonate), PRS(Propene sultone) 등을 더 포함시킬 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, LiPF6, LiClO4, LiBF4, LiN(SO2CF3)2 등의 리튬염을, 고유전성 용매인 EC 또는 PC의 환형 카보네이트와 저점도 용매인 DEC, DMC 또는 EMC의 선형 카보네이트의 혼합 용매에 첨가하여 리튬염 함유 비수 전해질을 제조할 수 있다.
상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 이차전지용 도전재의 처리 방법은, 도전재 처리의 공정 속도를 높이면서도, 도전재의 금속 불순물을 충분히 제거하여, 이차전지의 공정성과 전기적 안정성을 향상시키는 효과가 있다.
이하에서는, 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1>
도전재의 처리
슈퍼 피(super P)(Timcal 사) 15 g을 알루미늄 도가니에 넣어 박스 전기로(box furnace)(Nabertherm 전기로)에서 500℃까지 30분 동안 승온하고, 500℃에서 1시간 동안 유지시킨 후, 30분 동안 상온까지 온도를 내려, 도전재의 금속 불순물을 처리하였다.
<실시예 2>
박스 전기로 대신 IR 히터를 사용하여 120초간 열을 인가하고, 알루미늄 도가니 대신 컨베이어를 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법을 수행하여 도전재의 금속 불순물을 처리하였다.
<비교예 1>
도전재의 금속 불순물을 처리하지 않았다.
<실험예 1>
상기 실시예 1, 2 및 비교예 1에서 처리된 도전재들을 사용하여 Pilot 스케일로 리튬 이차전지를 제조하였다. 이렇게 제조된 이차전지의 저전압 불량률을 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.
Set 수량(ea) OCV 1 OCV 2 저전압 불량률(%)
실시예1
(Super-P, 배치)		 66 0 1 1.5
실시예2
(Super-P, IR히터, 연속공정)		 91 0 1 0.9
비교예1
(Super-P)		 200 2 18 10.0
상기 표 1에서 보는 바와 같이, 도전재가 소성 처리된 실시예 1 및 2의 경우, 비교예 1과 비교하여 이차전지의 저전압 불량률이 큰 폭으로 감소되었으며, IR 히터 및 연속공정을 사용한 실시예 2의 경우는 배치를 사용한 실시예 1와 비교하여 40% 이상 불량률이 감소된 것을 알 수 있다.
< 실험예 2>
상기 실시예 1, 2 및 비교예 1에서 처리된 도전재를 사용하여 시양산 스케일로 리튬 이차전지를 제조하였다. 이렇게 제조된 이차전지의 저전압 불량률을 측정하여 하기 표 2에 나타내었다.
Set 투입(ea) dOCV1 불량률 dOCV2 불량률 전체 불량률 공정 불량률 저전압 불량률
실시예1
(Super-P, 배치)		 10236 1.97% 5.49% 7.46% -5.0% 2.46%
실시예2
(Super-P, IR히터, 연속공정)		 11042 1.76% 5.09% 6.85% -5.0% 1.85%
비교예1
(Super-P)		 11927 2.39% 6.18% 8.57% -5.0% 3.57%
상기 표 2에서 보는 바와 같이, 도전재를 소성 처리한 실시예 1 및 2의 경우, 비교예 1과 비교하여 이차전지의 불량률이 감소되었으며, IR 히터 및 연속공정을 사용한 실시예 2의 경우는 배치를 사용한 실시예 1과 비교하여 약 50% 가까이 이차전지의 불량률이 감소되었음을 알 수 있다.
이상 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (19)

  1. 금속 불순물이 포함되어 있는 이차전지용 도전재를 처리하는 방법으로서, 도전재를 연속적으로 이동시키면서 IR 히터에 의해 열을 인가하여, 도전재에 포함되어 있는 금속 불순물 중의 적어도 일부를 이차전지의 작동 전위 범위에서 불활성인 1종 이상의 금속 산화물로 변환시키는 것을 특징으로 하는 이차전지용 도전재의 처리 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 도전재는 탄소계 도전재인 것을 특징으로 하는 이차전지용 도전재의 처리 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 탄소계 도전재는 천연 흑연, 인조 흑연, 슈퍼 피(super P), 슈퍼 씨(super C), 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙, 덴카(Denka) 블랙, 오일-퍼니스 블랙, 콜럼비아 탄소, 그래핀(graphene), 탄소 나노섬유(Carbon nano fiber) 및 탄소 나노튜브(CNT)로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 이차전지용 도전재의 처리 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 금속 불순물은, 도전재와 전극 활물질을 포함하는 전극 합제에 기반한 이차전지에서, 저전압 불량을 유발하는 것을 특징으로 하는 이차전지용 도전재의 처리 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 금속 불순물은 철(Fe), 황화철(FeS), 구리(Cu), 아연(Zn), 칼슘(Ca), 티타늄(Ti) 및 크롬(Cr)으로 이루어진 그룹으로 선택된 어느 하나 이상의 금속인 것을 특징으로 하는 이차전지용 도전재의 처리 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 도전재에 대한 열의 인가는 200℃ 내지 800℃의 온도에서 소성하는 것을 특징으로 하는 이차전지용 도전재의 처리 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 소성은 300℃ 내지 700℃의 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 이차전지용 도전재의 처리 방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 도전재에 대한 열의 인가는 연속 공정에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 이차전지용 도전재의 처리 방법.
  9. 삭제
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 도전재를 컨베이어 상에서 이동시키면서 IR 히터에 의해 열을 인가하는 것을 특징으로 하는 이차전지용 도전재의 처리 방법.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 도전재에 대한 열의 인가는 2초 내지 120초간 수행되는 것을 특징으로 하는 이차전지용 도전재의 처리 방법.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 금속 불순물 중의 30% 이상을 금속 산화물로 변환시키는 것을 특징으로 하는 이차전지용 도전재의 처리 방법.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 이차전지의 작동 전위 범위는 3V 내지 4.5V인 것을 특징으로 하는 이차전지용 도전재의 처리 방법.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 금속 산화물은 철 산화물, 황화철 산화물, 구리 산화물, 아연 산화물, 칼슘 산화물, 티타늄 산화물 및 크롬 산화물로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 이차전지용 도전재의 처리 방법.
  15. 제 1 항에 있어서, 상기 금속 불순물은 Fe이고, 열의 인가에 의해 금속 산화물로서 Fe2O3 및 Fe3O4로 변환되는 것을 특징으로 하는 이차전지용 도전재의 처리 방법.
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 삭제
KR1020160009744A 2016-01-27 2016-01-27 이차전지용 도전재의 처리 방법 및 이를 사용하여 제조된 도전재 KR102171993B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160009744A KR102171993B1 (ko) 2016-01-27 2016-01-27 이차전지용 도전재의 처리 방법 및 이를 사용하여 제조된 도전재

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160009744A KR102171993B1 (ko) 2016-01-27 2016-01-27 이차전지용 도전재의 처리 방법 및 이를 사용하여 제조된 도전재

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20170089479A KR20170089479A (ko) 2017-08-04
KR102171993B1 true KR102171993B1 (ko) 2020-10-30

Family

ID=59654139

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160009744A KR102171993B1 (ko) 2016-01-27 2016-01-27 이차전지용 도전재의 처리 방법 및 이를 사용하여 제조된 도전재

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102171993B1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102232538B1 (ko) 2017-10-24 2021-03-26 주식회사 엘지화학 전지셀 재생 방법

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006221832A (ja) * 2005-02-08 2006-08-24 Matsushita Electric Ind Co Ltd 非水系二次電池用正極ペーストの製造方法
JP2011090794A (ja) * 2009-10-20 2011-05-06 Panasonic Corp 非水電解質二次電池用負極及び非水電解質二次電池
JP2015519708A (ja) * 2012-05-16 2015-07-09 イスクラ テクニカル プロダクツ，インク． 電気化学デバイスを製造するシステムおよび方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6022357B2 (ja) * 2010-11-30 2016-11-09 三洋電機株式会社 非水電解質二次電池用導電剤、非水電解質二次電池用正極、及び非水電解液二次電池

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006221832A (ja) * 2005-02-08 2006-08-24 Matsushita Electric Ind Co Ltd 非水系二次電池用正極ペーストの製造方法
JP2011090794A (ja) * 2009-10-20 2011-05-06 Panasonic Corp 非水電解質二次電池用負極及び非水電解質二次電池
JP2015519708A (ja) * 2012-05-16 2015-07-09 イスクラ テクニカル プロダクツ，インク． 電気化学デバイスを製造するシステムおよび方法

Also Published As

Publication number Publication date
KR20170089479A (ko) 2017-08-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101625822B1 (ko) 비가역 첨가제가 포함되어 있는 이차전지용 양극 합제
KR101849976B1 (ko) 전극 활물질, 그 제조방법, 이를 포함한 전극 및 이를 채용한 리튬 이차 전지
KR101540618B1 (ko) 이차전지용 전극 및 그것의 제조 방법
RU2646217C2 (ru) Электродный узел серно-литий-ионной батареи и серно-литий-ионная батарея, включающая его в себя
CN110447132B (zh) 正极添加剂、其制备方法以及包含其的正极和锂二次电池
KR101463996B1 (ko) 안전성이 향상된 리튬 이차 전지
KR101595333B1 (ko) 에너지 밀도가 향상된 이차전지용 전극 및 이를 포함하는 리튬 이차전지
KR102254353B1 (ko) 이차전지의 충전방법
KR20190046617A (ko) 리튬-결핍 전이금속 산화물을 포함하는 코팅층이 형성된 리튬 과잉의 리튬 망간계 산화물을 포함하는 양극 활물질 및 이를 포함하는 리튬 이차전지용 양극
KR102120271B1 (ko) 리튬 코발트 산화물을 포함하는 코어 및 리튬이 결핍인 쉘을 포함하는 리튬 이차전지용 양극 활물질 및 이를 제조하는 방법
KR101031179B1 (ko) 내부 단락에 대한 안전성이 향상된 전기화학 소자
KR20130117689A (ko) 리튬 이차전지용 전극의 제조 방법 및 이를 사용하여 제조되는 전극
KR102172848B1 (ko) 장수명에 적합한 이차전지용 전극의 제조방법
KR102631719B1 (ko) 리튬 망간계 산화물을 포함하는 고전압용 양극 활물질 및 이의 제조방법
KR102609884B1 (ko) 높은 결정화도를 가지는 바인더를 포함하는 이차전지용 다층 전극
KR20240037909A (ko) 높은 결정화도를 가지는 바인더를 포함하는 이차전지용 다층 전극
CN109937496B (zh) 制造高负载电极的方法
KR101786909B1 (ko) 교번 배열된 전극 합제부와 비가역부를 포함하고 있는 전극 및 그것을 포함하는 이차전지
KR20210001299A (ko) 특정한 조성 조건을 가지는 리튬 이차전지용 전극 및 이를 포함하는 리튬 이차전지
KR102171993B1 (ko) 이차전지용 도전재의 처리 방법 및 이를 사용하여 제조된 도전재
KR20190038314A (ko) 리튬 과잉의 리튬 망간계 산화물 및 리튬 과잉의 리튬 망간계 산화물상에 리튬 텅스텐 화합물, 또는 추가적으로 텅스텐 화합물을 더 포함하는 양극 활물질 및 이를 포함하는 리튬 이차전지용 양극
KR20150055890A (ko) 표면개질된 음극 활물질 및 이의 제조방법
KR20140009625A (ko) 이차전지용 전극 및 이의 제조방법
KR101101148B1 (ko) 제조 공정성이 향상된 전극 제조방법
KR102246622B1 (ko) 고로딩에 적합한 이차전지용 전극의 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E90F Notification of reason for final refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant