KR102179967B1 - 구형 이차전지용 전극, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 구형 이차전지 - Google Patents

구형 이차전지용 전극, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 구형 이차전지 Download PDF

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Abstract

본 발명은 제1 전극활물질층; 및 상기 제1 전극활물질층과 서로 다른 조성비를 가지는 제2 전극활물질층을 포함하는 것을 특징으로 하는 구형 이차전지용 전극, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 구형 이차전지에 관한 것이다.

Description

구형 이차전지용 전극, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 구형 이차전지{ELCTRODE FOR SPHERICAL SECONDARY BATTERY, METHOD FOR FABRICATING THE SAME AND SPHERICAL SECONDARY BATTERY COMPRISING THE SAME}
본 발명은 구형 이차전지용 전극, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 구형 이차전지에 관한 것이다.
이차 전지(secondary battery)는 외부 전원으로 공급받은 전류가 양극과 음극 사이에서 물질의 산화, 환원 반응을 일으키는 과정에서 생성된 전기를 충전하는 방식으로 반영구적 사용이 가능한 전지이다. 이차 전지는 분리막, 양극, 음극 및 전해질 등의 4대 핵심소재로 구성된다. 이차 전지는 노트북 컴퓨터, 휴대전화, 캠코더 등 휴대가 가능한 전자기기뿐만 아니라 전기자동차의 핵심 소재이고, 시장의 성장으로 인해 그 적용분야가 보다 확대될 것으로 전망된다.
이차전지는 원형, 각형, 파우치형, 코인형 또는 구형 등 다양한 형태로 제공될 수 있고, 각종 전자기기에 적용될 수 있다. 하지만, 이차전지의 형태로 인해 성능이 저하될 수 있으므로, 이를 개선시키기 위하여 다양한 연구가 진행되고 있다.
JP 2003-46077 A
본 발명의 목적은 전극활물질층에 포함된 구성 요소들의 위치를 조절할 수 있는 구형 이차전지용 전극을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 출력특성, 저항특성, 충·방전 속도 및 수명특성이 개선된 구형 이차전지를 제공하는 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 제1 전극활물질층; 및 상기 제1 전극활물질층과 서로 다른 조성비를 가지는 제2 전극활물질층을 포함하는 것을 특징으로 하는 구형 이차전지용 전극을 제공한다.
또한, 본 발명은 구형 지지체 내에 제1 전극활물질층 형성용 조성물 및 제2 전극활물질층 형성용 조성물을 순차적으로 투입하여 반구형 제1 및 제2 전극활물질층을 형성하는 것을 특징으로 하는 구형 이차전지용 전극의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 구형 지지체 내에 제2 전극활물질층 형성용 조성물을 투입하여 구형 제2 전극활물질층을 형성하는 제2-1 단계; 및 상기 제2 전극활물질층 상에 구형 제1 전극활물질층을 형성하는 제2-2 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 구형 이차전지용 전극의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 구형 이차전지용 전극을 포함하는 구형 이차전지를 제공한다.
본 발명에 따른 구형 이차전지용 전극은 전극활물질층에 포함된 구성요소들을 균일하게 분포하게 하여, 최종 생산품인 구형 이차전지가 균일한 출력특성을 구현하게 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 구형 이차전지용 전극은 전극활물질에 포함된 도전재의 위치를 조절하여, 최종 생산품인 구형 이차전지가 낮은 저항 특성을 구현하게 할 수 있다.
본 발명에 따른 구형 이차전지용 전극은 전극활물질에 포함된 바인더의 위치를 조절하여 전극의 집전효율이 증대시킬 수 있고, 이로 인해 최종 생산품인 구형 이차전지의 충·방전 특성 및 수명 특성을 개선시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 구형 이차전지용 전극을 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 구형 이차전지용 전극을 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 구형 이차전지용 전극을 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 구형 이차전지를 도시한 사시도이다.
이하, 본 발명에 대한 이해를 돕기 위하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
본 명세서 및 청구범위에서 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.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 구형 이차전지용 전극을 도시한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 구형 이차전지용 전극(10)은 제1 전극활물질층(12a) 및 제2 전극활물질층(12b)을 포함할 수 있다.
상기 제1 전극활물질층(12a) 및 상기 제2 전극활물질층(12b)은 반구형일 수 있다. 구체적으로는, 상기 반구형 제1 전극활물질층(12a)의 단면과 상기 반구형 제2 전극활물질층(12b)의 단면이 서로 마주보고 위치할 수 있다. 보다 구체적으로는 상기 반구형 제1 전극활물질층(12a)의 단면과 상기 반구형 제2 전극활물질층(12b)의 단면이 서로 마주보고 위치하고, 상기 제1 전극활물질층(12a)이 상기 제2 전극활물질층(12b)의 하부에 위치할 수 있다.
상기 제1 전극활물질층(12a)은 제1 전극활물질층, 제1 바인더 및 제1 도전재를 포함할 수 있다. 상기 제2 전극활물질층(12b)은 제2 전극활물질층, 상기 제2 바인더 및 제2 도전재를 포함할 수 있다.
상기 제1 전극활물질 및 상기 제2 전극활물질은 리튬의 가역적인 인터칼레이션 및 디인터칼레이션이 가능한 화합물을 포함하는 양극활물질일 수 있다. 상기 양극활물질의 형태는 구형, 다면체, 섬유상, 판상 또는 인편상일 수 있다. 상기 양극활물질의 구체적인 예로는 LixCoO2(0.5<x<1.3) 등의 리튬코발트산화물; LixNiO2(0.5<x<1.3) 등의 리튬니켈산화물; Li1 + xMn2 - xO4(0≤x≤0.33), LiMnO3, LiMn2O3, 또는 LixMnO2(0.5<x<1.3) 등의 리튬망간산화물; Li2CuO2 등의 리튬구리산화물; LiFe3O4 등의 리튬철산화물; Li[NixCoyMnz]O2(x+y+z=1, 0<x<1, 0<y<1, 0<z<1) 등의 리튬니켈코발트망간산화물; Li[NixCoyAlz]O2(x+y+z=1, 0<x<1, 0<y<1, 0<z<1) 등의 리튬니켈코발트알루미늄산화물; LiV3O8 등의 리튬바나듐화합물; LiNi1 - xMxO2(M=Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B 또는 Ga, 0.01≤x≤0.3) 등의 니켈 사이트형 리튬니켈산화물; LiMn2-xMxO2(M=Co, Ni, Fe, Cr, Zn 또는 Ta, 0.01≤x≤0.1) 또는 Li2Mn3MO8(M=Fe, Co, Ni, Cu 또는 Zn) 등의 리튬망간복합산화물; 리튬의 일부가 알칼리토금속이온으로 치환된 LiMn2O4; 디설파이드 화합물; V2O5 또는 Cu2V2O7 등의 바나듐산화물; 또는 Fe2(MoO4)3 등을 들 수 있다.
상기 제1 전극활물질 및 상기 제2 전극활물질은 음극활물질일 수 있다. 상기 음극활물질의 구체적인 예로는 경화 탄소(hard carbon) 또는 연화 탄소(soft carbon) 등의 저결정성 탄소; 천연 흑연, 키시흑연(kish graphite), 열분해 탄소(pyrolytic carbon), 액정피치(mesophase pitches), 액정피치계 탄소섬유(mesophase pitch based carbon fiber), 탄소 미소구체(meso-carbon microbeads), 석유 유래의 코크스(petroleum derived cokes) 또는 콜타르 유래의 코크스(coal tar pitch derived cokes) 등의 고결정성 탄소; LixFe2O3(0≤x≤1), LixWO2(0≤x≤1), SnxMe1 - xMe'yOz(Me= Mn, Fe, Pb 또는 Ge; Me'= Al, B, P, Si, 주기율표의 1족, 2족, 3족 원소 또는 할로겐; 0<x≤1; 1≤y≤3; 1≤z≤8) 등의 금속 복합 산화물; 리튬 금속; 리튬 합금; 규소 합금; 규소 산화물; 주석 합금; SnO, SnO2, PbO, PbO2, Pb2O3, Pb3O4, GeO, GeO2, Bi2O3, 또는 Bi2O5 등의 금속 산화물; 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-Co-Ni계 재료; 티타늄 산화물; 또는 리튬 티타늄 산화물 등을 들 수 있다.
상기 제1 바인더는 상기 제1 전극활물질과 상기 제1 도전재의 결합에 조력하는 성분일 수 있다. 상기 제2 바인더는 상기 제2 전극활물질과 상기 제2 도전재의 결합에 조력하는 성분일 수 있다. 상기 제1 바인더와 상기 제2 바인더는 서로 같거나 다를 수 있고, 각각 독립적으로, 비닐리덴플루오라이드-헥사플로오로프로필렌 코폴리머(VDF-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) 또는 불소 고무일 수 있다.
상기 제1 도전재 및 상기 제2 도전재는 전지의 기타 요소들과 부반응을 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것일 수 있다. 상기 제1 도전재 및 상기 제2 도전재는 서로 같거나 다를 수 있고, 각각 독립적으로, 천연흑연이나 인조흑연 등의 흑연; 카본 블랙(super-p), 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서멀 블랙 등의 카본 블랙; 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 유도체일 수 있다.
상기 제1 전극활물질층(12a)과 상기 제2 전극활물질층(12b)은 서로 다른 조성비를 가질 수 있다. 구체적으로는 상기 제1 바인더와 상기 제2 바인더의 중량비는 1.01:1 내지 1.5:1일 수 있다. 보다 구체적으로는 상기 제1 바인더의 함량과 상기 제2 바인더의 함량이 상술한 중량비를 만족하면서, 상기 제1 전극활물질층(12a)은 상기 제1 전극활물질층(12a) 총 중량에 대하여, 상기 제1 전극활물질 81.25중량% 내지 96.25중량%, 상기 제1 바인더 2.25중량% 내지 11.25중량% 및 상기 제1 도전재 1.5중량% 내지 7.5중량%를 포함할 수 있다. 상기 제2 전극활물질층(12b)은 상기 제2 전극활물질층(12b) 총 중량에 대하여, 상기 제2 전극활물질 80중량% 내지 98중량%, 상기 제2 바인더 1중량% 내지 10중량% 및 상기 제2 도전재 1중량% 내지 10중량%를 포함할 수 있다. 상술한 범위를 만족하면, 상기 제1 전극활물질층(12a)과 상기 제2 전극활물질층(12b) 내에서 제1 전극활물질, 제2 전극활물질, 제1 바인더, 제2 바인더, 제1 도전재 및 제2 도전재가 비교적 균일하게 분포될 수 있다. 이로 인해 최종생산품인 구형 이차전지가 비교적 균일한 출력특성을 구현할 수 있다. 또한, 상기 전극활물질층의 구성요소들의 균일한 분포로 인해 전극활물질층과 집전체 사이의 접착력이 우수해지므로 전극의 집전효과가 증대될 수 있다. 이로 인해 최종생산품인 이차전지의 저항특성, 충방전 속도 및 수명 특성을 개선시킬 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 구형 이차전지용 전극(10)은 전극집전체(11)를 더 포함할 수 있다.
상기 전극집전체(11)는 공동(cavity)을 포함하는 구형일 수 있다. 상기 전극집전체(11)의 공동에는 상기 제1 전극활물질층(12a)와 상기 제2 전극활물질층(12b)가 위치할 수 있다.
상기 전극집전체(11)는 양극집전체 또는 음극집전체일 수 있다. 상기 양극집전체의 구체적인 예로는 알루미늄, 니켈 또는 이들의 합금 등을 들 수 있다. 상기 음극집전체의 구체적인 예로는 구리, 금, 니켈 또는 이들의 합금 등을 들 수 있다
이하, 본 발명의 제1 실시예에 따른 구형 이차전지용 전극의 제조방법을 설명한다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 구형 이차전지용 전극(10)의 제조방법은 구형 지지체 내에 제1 전극활물질층 형성용 조성물 및 제2 전극활물질층 형성용 조성물을 순차적으로 투입하여 반구형 제1 및 제2 전극활물질층(12a, 12b)을 형성하는 것을 포함할 수 있다.
구체적으로는 상기 구형 지지체 내에 상기 제1 전극활물질층 형성용 조성물 및 상기 제2 전극활물질층 형성용 조성물을 순차적으로 투입하는 제1-1 단계; 및 상기 제1 전극활물질층 형성용 조성물 및 상기 제2 전극활물질층 형성용 조성물을 130℃ 내지 210℃에서 30분 내지 90분 동안 건조하고 상기 구형 지지체를 제거하여 상기 반구형 제1 및 제2 전극활물질층(12a, 12b)을 형성하는 제1-2 단계를 포함할 수 있다.
상기 제1 전극활물질층 형성용 조성물은 제1 전극활물질, 제1 바인더, 제1 도전재 및 제1 용매를 포함할 수 있고, 상기 제2 전극활물질층 형성용 조성물은 제2 전극활물질, 제2 바인더, 제2 도전재 및 제2 용매를 포함할 수 있다.
상기 제1 용매 및 제2 용매는 서로 같거나 다를 수 있고, 각각 독립적으로 이소프로필 알코올, N-메틸-피롤리돈, 아세톤 또는 이들의 조합일 수 있다.
상기 제1 전극활물질층 형성용 조성물과 상기 제2 전극활물질층 형성용 조성물은 상기 제1 바인더와 상기 제2 바인더의 중량비가 1.1:1 내지 3:1일 수 있다. 보다 구체적으로는 상기 제1 바인더와 상기 제2 바인더의 중량비를 만족하면서, 상기 제1 용매를 제외한 상기 제1 전극활물질 형성용 조성물은, 총 중량에 대하여, 상기 제1 전극활물질 75중량% 내지 97.5중량%, 상기 제1 바인더 1.5중량% 내지 15중량%, 및 상기 제1 도전재 1중량% 내지 10중량%를 포함할 수 있다. 또한, 상기 제1 전극활물질, 상기 제1 바인더 및 상기 제1 도전재의 총합과 상기 제1 용매의 중량비는 10:2 내지 10:7일 수 있다. 상기 제2 용매를 제외한 상기 제2 전극활물질층 형성용 조성물은, 총 중량에 대하여, 상기 제2 전극활물질 80중량% 내지 98중량%, 상기 제2 바인더 0.9중량% 내지 9중량%, 및 상기 제2 도전재 1.1중량% 내지 11중량%를 포함할 수 있다. 또한, 상기 제2 전극활물질층 형성용 조성물 내 상기 제2 전극활물질, 상기 제2 바인더 및 상기 제2 도전재의 총합과 상기 제2 용매의 중량비가 10:2 내지 10:7일 수 있다. 상술한 범위를 만족하면, 상기 제2 전극활물질층 형성용 조성물의 하부에 위치한 제1 전극활물질층 형성용 조성물에 포함된 구성 요소들이 건조 공정 중에 상기 제2 전극활물질층 형성용 조성물로 이동을 하여, 상기 제1 전극활물질층(12a)과 상기 제2 전극활물질층(12b) 내에서 제1 전극활물질, 제2 전극활물질, 제1 바인더, 제2 바인더, 제1 도전재 및 제2 도전재가 비교적 균일하게 분포될 수 있다.
상술한 온도 및 시간으로 상기 제1 전극활물질층 형성용 조성물 및 상기 제2 전극활물질층 형성용 조성물을 건조하면, 제1 전극활물질층(12a)과 제2 전극활물질층(12b)을 1층 구조의 전극활물질층 또는 2층 구조의 전극활물질층을 형성할 수 있다.
구체적으로는 상기 1층 구조의 전극활물질층은 상기 제1 전극활물질층 형성용 조성물과 상기 제2 전극활물질층 형성용 조성물의 구성 요소들이 충분히 이동하여 제1 전극활물질층(12a)과 제2 전극활물질층(12b)을 구분할 수 없을 정도로 균일하게 분포된, 즉 이상적인 구형 전극활물질층을 의미하는 것이다.
또한, 상기 2층 구조의 전극활물질층은 상기 제1 전극활물질층 형성용 조성물 및 상기 제2 전극활물질층 형성용 조성물의 구성 요소들이 층간 이동을 하여 서로 다른 조성비를 가지나 그 차이가 크지 않은 반구형 제1 전극활물질층(12a)과 반구형 제2 전극활물질층(12b)을 포함하는 구형 전극활물질층을 의미하는 것이다. 상기 1층 구조 및 2층 구조의 전극활물질층은 상기 제1 전극활물질층 형성용 조성물 및 상기 제2 전극활물질층 형성용 조성물을 130℃ 내지 210℃에서 30분 내지 90분 동안 건조하여 형성될 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 구형 이차전지용 전극의 제조방법은 상기 제1 및 제2 전극활물질층(12a, 12b) 상에 전극집전체(11)를 형성하여 구형 이차전지용 전극(10)을 제조하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 전극집전체(11)는 상기 제1 및 제2 전극활물질층(12a, 12b) 상에 스퍼터링법을 이용하여 형성될 수 있다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 구형 이차전지용 전극을 도시한 단면도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 구형 이차전지용 전극(20)은 제1 전극활물질층(22a) 및 제2 전극활물질층(22b)를 포함할 수 있다.
상기 제1 전극활물질층(22a)는 공동을 포함할 수 있고, 구형일 수 있다. 상기 제2 전극활물질층(22b)은 상기 제1 전극활물질층(22a) 내 공동에 위치할 수 있고 구형일 수 있다.
상기 제1 전극활물질층(22a)은 제1 전극활물질, 제1 바인더 및 제1 도전재를 포함할 수 있다. 상기 구형의 제2 전극활물질층(22b)은 제2 전극활물질, 제2 바인더 및 제2 도전재를 포함할 수 있다. 상기 제1 전극활물질, 상기 제1 바인더, 상기 제1 도전재, 상기 제2 전극활물질, 상기 제2 바인더 및 상기 제2 도전재에 대한 설명은 도 1에 대한 설명에 기재한 바와 같다.
상기 제1 전극활물질층(22a)과 상기 구형의 제2 전극활물질층(22b)은 서로 다른 조성비를 가질 수 있다. 구체적으로는 상기 제1 도전재와 상기 제2 도전재의 중량비는 1.2:1 내지 5:1일 수 있다. 보다 구체적으로는 상기 제1 바인더와 상기 제2 바인더의 중량비를 만족하면서, 상기 제1 전극활물질층(22a)은 상기 제1 전극활물질층(22a) 총 중량에 대하여, 상기 제1 전극활물질 65중량% 내지 96.5중량%, 상기 제1 바인더 1.5중량% 내지 15중량% 및 상기 제1 도전재 2중량% 내지 30중량%를 포함할 수 있다. 상기 제2 전극활물질층(22b)은 상기 제2 전극활물질층(22b) 총 중량에 대하여, 상기 제2 전극활물질 65중량% 내지 98중량%, 상기 제2 바인더 0.33중량% 내지 10중량% 및 상기 제2 도전재 1.67중량% 내지 25중량를 포함할 수 있다.
상술한 범위를 만족하면, 상기 제1 전극활물질층(22a)에 제1 도전재가 상대적으로 많이 분포하더라도, 상기 제1 전극활물질층(22a) 및 상기 제2 전극활물질층(22b) 모두에 포함된 제1 도전재 및 제2 도전재의 총합은 일반적인 구형 이차전지의 전극에 포함된 전극활물질의 도전재의 양과 동일할 수 있다. 같은 양의 도전재를 사용하지만 최종 생산품인 구형 이차전지의 충·방전시 리튬 이온의 삽입 및 탈리가 용이하여 출력특성이 크게 개선되고, 저항은 낮아질 수 있다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 구형 이차전지용 전극(20)은 전극집전체(21)를 더 포함할 수 있다. 상기 전극집전체(21)는 도 1에 대한 설명에 기재한 바와 같다.
상기 전극집전체(21)는 공동을 포함할 수 있고 구형일 수 있다. 상기 제1 전극활물질층(22a)은 상기 전극집전체(21) 내 공동에 위치할 수 있다.
이하, 본 발명의 제2 실시예에 따른 구형 이차전지용 전극의 제조방법을 설명한다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 구형 이차전지용 전극(20)의 제조방법은 구형 지지체 내에 제2 전극활물질층 형성용 조성물을 투입하여 구형 제2 전극활물질층(22b)을 형성하는 제2-1 단계를 포함할 수 있다.
상기 제2-1 단계는 구형 지지체 내에 제2 전극활물질층 형성용 조성물을 투입하여 130℃ 내지 210℃에서 30 내지 90분 동안 건조하고 상기 구형 지지체를 제거하여 구형 제2 전극활물질층(22b)을 형성하는 단계일 수 있다.
상기 제2 전극활물질층 형성용 조성물은 제2 전극활물질, 제2 바인더, 제2 도전재 및 제2 용매를 포함할 수 있다. 상기 제2 용매는 도 1에 대한 설명에 기재한 바와 같다.
상기 제2 전극활물질층 형성용 조성물 내 상기 제2 전극활물질, 상기 제2 바인더 및 상기 제2 도전재의 총합과 상기 제2 용매의 중량비는 10:2 내지 10:7일 수 있다. 상술한 범위를 만족하면, 상기 제2 전극활물질층(22b)에 제2 도전재가 상대적으로 적게 분포하더라도 상기 제1 및 제2 전극활물질층(22a, 22b)에 포함된 제1 도전재 및 제2 도전재의 총합은 일반적인 구형 이차전지의 전극에 포함된 전극활물질의 도전재의 양과 동일할 수 있다.
한편, 상기 제2 전극활물질층 형성용 조성물에서 상기 제2 용매를 제외시킨 후, 상기 제2 전극활물질, 상기 제2 바인더 및 상기 제2 도전재의 함량은 도 2의 설명에 기재된 상기 제2 전극활물질층(22b) 내 상기 제2 전극활물질, 상기 제2 바인더 및 상기 제2 도전재의 함량과 동일할 수 있다.
상술한 온도 및 시간으로 상기 제2 전극활물질층 형성용 조성물을 건조하면, 상기 제2 전극활물질, 상기 제2 바인더 및 상기 제2 도전재의 손상 없이 균일한 분포를 가진 상기 구형 제2 전극활물질층(22b)을 형성할 수 있다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 구형 이차전지용 전극의 제조방법은 상기 제2 전극활물질층(22b) 상에 구형 제1 전극활물질층(22a)을 형성하는 제2-2 단계를 포함할 수 있다.
상기 제2-2 단계는 상기 구형 제2 전극활물질층(22b) 상에 상기 제1 전극활물질층 형성용 조성물을 습식코팅으로 형성하고 130℃ 내지 210℃에서 30 내지 90분 동안 건조하여 상기 구형 제1 전극활물질층(22a)을 형성하는 단계일 수 있다.
상기 제1 전극활물질층 형성용 조성물은 제1 전극활물질, 제1 바인더, 제1 도전재 및 제1 용매를 포함할 수 있다. 상기 제1 용매는 도 1에 대한 설명에 기재한 바와 같다.
상기 1 전극활물질층 형성용 조성물 내 상기 제1 전극활물질, 상기 제1 바인더 및 상기 제1 도전재의 총합과 상기 제1 용매의 중량비는 10:2 내지 10:7일 수 있다. 상술한 범위를 만족하면, 상기 제1 전극활물질층(22a)에 제1 도전재가 상대적으로 많이 분포하더라도, 상기 제1 및 제2 전극활물질층(22a, 22b)에 포함된 제1 도전재 및 제2 도전재의 총합은 일반적인 구형 이차전지의 전극에 포함된 전극활물질의 도전재의 양과 동일할 수 있다. 이로 인해 최종 생산품인 구형 이차전지의 충·방전시 리튬 이온의 삽입 및 탈리가 용이하여 출력특성이 크게 개선되고, 저항은 낮아질 수 있다.
한편, 상기 제1 전극활물질층 형성용 조성물에서 상기 제1 용매를 제외시킨 후, 상기 제1 전극활물질, 상기 제1 바인더 및 상기 제1 도전재의 함량은 도 2의 설명에 기재된 상기 제1 전극활물질층 내 상기 제1 전극활물질, 상기 제1 바인더 및 상기 제1 도전재의 함량과 동일하다.
한편, 상기 습식코팅은 스프레이, 공침 또는 침지일 수 있으며, 상기 제1 도전재와 상기 제2 도전재의 중량비는 1.2:1 내지 5:1가 될 수 있도록 수차례 반복될 수 있다.
상술한 온도 및 시간으로 상기 제1 전극활물질층 형성용 조성물을 건조하면, 상기 제1 전극활물질, 상기 제1 바인더 및 상기 제1 도전재의 손상 없이 균일한 분포를 가진 상기 구형의 제1 전극활물질층(22a)을 형성할 수 있다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 구형 이차전지용 전극의 제조방법은 상기 제1 전극활물질층(22a) 상에 구형 전극집전체(21)를 형성하여 구형의 이차전지용 전극(20)을 제조하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 전극집전체(21)는 상기 제1 전극활물질층(22a) 상에 스퍼터링법을 이용하여 형성될 수 있다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 구형 이차전지용 전극을 도시한 단면도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 구형 이차전지용 전극(30)은 전극집전체(31), 제1 전극활물질층(32a) 및 제2 전극활물질층(32b)을 포함할 수 있다.
상기 전극집전체(31)는 내부에 공동을 가지지 않는 구형인 것을 제외하고는 도 1에 대한 설명에 기재한 바와 같다.
상기 제1 전극활물질층(32a)는 공동을 포함하는 구형일 수 있다. 상기 제2 전극활물질층(32b)은 상기 제1 전극활물질층(32a)의 공동 내에 위치할 수 있고, 공동을 포함할 수 있고 구형일 수 있다. 상기 제2 전극활물질층(32b)의 공동 내에는 상기 전극집전체(32)가 위치할 수 있다.
상기 제1 전극활물질층(32a)은 제1 전극활물질, 제1 바인더 및 제1 도전재를 포함할 수 있다. 상기 구형의 제2 전극활물질층(32b)은 제2 전극활물질, 상기 제2 바인더 및 제2 도전재를 포함할 수 있다. 상기 제1 전극활물질, 상기 제1 바인더, 상기 제1 도전재, 상기 제2 전극활물질, 상기 제2 바인더 및 상기 제2 도전재에 대한 설명은 도 1에 대한 설명에 기재한 바와 같다.
상기 제1 전극활물질층(32a)과 상기 제2 전극활물질층(32b)은 서로 다른 조성비를 가질 수 있다. 구체적으로는 상기 제1 도전재와 상기 제2 도전재의 중량비는 1.2:1 내지 5:1일 수 있다. 보다 구체적으로는 상기 제1 바인더와 상기 제2 바인더의 중량비를 만족하면서, 상기 제1 전극활물질층(32a)은 상기 제1 전극활물질층(32a) 총 중량에 대하여, 상기 제1 전극활물질 65중량% 내지 96.5중량%, 상기 제1 바인더 1.5중량% 내지 15중량% 및 상기 제1 도전재 2중량% 내지 30중량%를 포함할 수 있다. 상기 제2 전극활물질층(32b)은 상기 제2 전극활물질층(32b) 총 중량에 대하여, 상기 제2 전극활물질 65중량% 내지 98중량%, 상기 제2 바인더 0.33중량% 내지 10중량% 및 상기 제2 도전재 1.67중량% 내지 25중량%를 포함할 수 있다.
상술한 범위를 만족하면, 상기 제1 전극활물질층(32a)에 제1 도전재가 상대적으로 많이 분포하더라도, 상기 제1 및 제2 전극활물질층(32a, 32b)에 포함된 제1 도전재 및 제2 도전재의 총합은 일반적인 구형 이차전지의 전극에 포함된 전극활물질의 도전재의 양과 동일할 수 있다. 같은 양의 도전재를 사용하지만 최종 생산품인 구형 이차전지의 충·방전시 리튬 이온의 삽입 및 탈리가 용이하여 출력특성이 크게 개선되고, 저항은 낮아질 수 있다.
이하, 본 발명의 제3 실시예에 따른 구형 이차전지용 전극의 제조방법을 설명한다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 구형 이차전지용 전극의 제조방법은 구형 전극집전체(31) 상에 제2 전극활물질층을 형성하는 제3-1 단계를 포함한다.
상기 제3-1 단계는 상기 구형 전극집전체를 제2 전극활물질층 형성용 조성물에 습식코팅하고 130℃ 내지 210℃에서 30분 내지 90분 동안 건조하여 상기 구형 제2 전극활물질층(32b)을 형성하는 단계일 수 있다.
상기 제2 전극활물질층 형성용 조성물은 제2 전극활물질, 제2 바인더, 제2 도전재 및 제2 용매를 포함할 수 있다. 상기 제2 용매는 도 1에 대한 설명에 기재한 바와 같다.
상기 제2 전극활물질층 형성용 조성물 내 상기 제2 전극활물질, 상기 제2 바인더 및 상기 제2 도전재의 총합과 상기 제2 용매의 중량비는 10:2 내지 10:7일 수 있다. 상술한 범위를 만족하면, 상기 제2 전극활물질층(32b)에 제2 도전재가 상대적으로 적게 분포하더라도 상기 제1 및 제2 전극활물질층(32a, 32b)에 포함된 제1 도전재 및 제2 도전재의 총합은 일반적인 구형 이차전지의 전극에 포함된 전극활물질의 도전재의 양과 동일할 수 있다.
한편, 상기 제2 전극활물질층 형성용 조성물에서 상기 제2 용매를 제외시킨 후, 상기 제2 전극활물질, 상기 제2 바인더 및 상기 제2 도전재의 함량은 도 2에 대한 설명에 기재된 상기 제2 전극활물질층(32b) 내 상기 제2 전극활물질, 상기 제2 바인더 및 상기 제2 도전재의 함량과 동일하다.
상술한 온도 및 시간으로 상기 제2 전극활물질층 형성용 조성물을 건조하면, 상기 제2 전극활물질, 상기 제2 바인더 및 상기 제2 도전재의 손상 없이 균일한 분포를 가진 상기 구형의 제2 전극활물질층(32b)을 형성할 수 있다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 구형 이차전지용 전극의 제조방법은 상기 구형의 제2 전극활물질층(32b) 상에 제1 전극활물질층(32a)을 형성하여 구형의 이차전지용 전극(30)을 제조하는 제3-2 단계를 포함할 수 있다.
상기 제3-2 단계는 상기 구형의 제2 전극활물질층(32b)을 제1 전극활물질층 형성용 조성물에 습식코팅하고 130℃ 내지 210℃에서 30분 내지 90분 동안 건조하여 상기 구형의 제1 전극활물질층을 형성하여 상기 구형의 이차전지용 전극을 제조하는 단계일 수 있다.
상기 제1 전극활물질층 형성용 조성물은 제1 전극활물질, 제1 바인더, 제1 도전재 및 제1 용매를 포함할 수 있다. 상기 제1 용매는 도 1에 대한 설명에 기재한 바와 같다.
상기 1 전극활물질층 형성용 조성물 내 상기 제1 전극활물질, 상기 제1 바인더 및 상기 제1 도전재의 총합과 상기 제1 용매의 중량비는 10:2 내지 10:7일 수 있다. 상술한 범위를 만족하면, 상기 제1 전극활물질층(32a)에 제1 도전재가 상대적으로 많이 분포하더라도, 상기 제1 및 제2 전극활물질층(32a, 32b)에 포함된 제1 도전재 및 제2 도전재의 총합은 일반적인 구형 이차전지의 전극에 포함된 전극활물질의 도전재의 양과 동일할 수 있다. 이로 인해 최종 생산품인 구형 이차전지의 충·방전시 리튬 이온의 삽입 및 탈리가 용이하여 출력특성이 크게 개선되고, 저항은 낮아질 수 있다.
한편, 상기 제1 전극활물질층 형성용 조성물에서 상기 제1 용매를 제외시킨 후, 상기 제1 전극활물질, 상기 제1 바인더 및 상기 제1 도전재의 함량은 도 2의 설명에 기재된 상기 제1 전극활물질층(32a) 내 상기 제1 전극활물질, 상기 제1 바인더 및 상기 제1 도전재의 함량과 동일하다.
상기 습식코팅은 스프레이, 공침 또는 침지일 수 있으며, 상기 제1 도전재와 상기 제2 도전재의 중량비는 1.2:1 내지 5:1가 될 수 있도록 수차례 반복될 수 있다.
상술한 온도 및 시간으로 상기 제1 전극활물질층 형성용 조성물을 건조하면, 상기 제1 전극활물질, 상기 제1 바인더 및 상기 제1 도전재의 손상 없이 균일한 분포를 가진 상기 구형의 제1 전극활물질층(32a)을 형성할 수 있다.
이하, 본 발명의 제4 실시예에 따른 구형 이차전지를 설명한다.
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 구형 이차전지의 사시도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 제4 실시예에 따른 구형 이차전지는 구형 제1 전극(100), 상기 제1 전극(100)이 위치하는 공동을 포함하는 구형 제1 전해질(200), 상기 제1 전해질(200)이 위치하는 공동을 포함하는 구형 분리막(300), 상기 분리막(300)이 위치하는 공동을 포함하는 구형 제2 전해질(400), 상기 제2 전해질(400)이 위치하는 공동을 포함하는 구형 제2 전극(500) 및 상기 제2 전극(500)을 수납하는 구형 전지케이스(600)를 포함한다.
상기 제1 전극(100)은 본 발명의 제1 실시예에 따른 구형 이차전지용 전극(10), 본 발명의 제2 실시예에 따른 구형 이차전지용 전극(20) 또는 본 발명의 제3 실시예에 따른 구형 이차전지용 전극(30)일 수 있다.
상기 제1 전해질(200)은 겔형 전해질 또는 액체 전해질일 수 있다. 상기 겔형 전해질은 리튬염과 고분자를 포함할 수 있고, 액체 전해질은 리튬염과 카보네이트계 용매를 포함할 수 있다.
상기 리튬염의 구체적인 예로는 LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, CF3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, 클로로보란리튬, 저급지방족 카르본산리튬 또는 4-페닐붕산리튬 등을 들 수 있다.
상기 고분자 물질의 구체적인 예로는 폴리에틸렌 옥사이드(PEO), 폴리프로필렌 옥사이드(PPO), 폴리비닐리덴플로라이드(PVdF), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리비닐아세테이트(PVAC), 폴리에틸렌 이민(PEI) 또는 폴리에틸렌 설파이드(PES) 등을 들 수 있다.
상기 카보네이트계 용매의 구체적인 예로는 디메틸 카보네이트, 디에틸 카보네이트, 디프로필 카보네이트, 메틸프로필 카보네이트, 메틸이소프로필카보네이트, 에틸메틸 카보네이트, 에틸프로필카보네이트, 에틸렌 카보네이트, 프로필렌 카보네이트, 부틸렌 카보네이트, 비닐렌 카보네이트 또는 비닐에틸렌 카보네이트 등을 들 수 있다.
상기 제1 전해질(200)은 상기 제1 전극(100) 상에 습식코팅으로 형성될 수 있다. 상기 습식코팅은 스프레이, 공침(coprecipitation) 또는 침지일 수 있다. 또한, 상기 제1 전해질(200)은 상기 제1 전극(100), 분리막(300), 제2 전극(500)의 형성이 완료된 후, 주입하는 형식으로 형성될 수 있다.
상기 분리막(300)은 상기 제1 전극(100)과 상기 제2 전극(200) 사이의 단락을 방지하고, 리튬 이온의 이동통로를 제공할 수 있다. 상기 분리막은 높은 이온 투과도, 기계적 강도를 가지는 절연성 박막이 이용될 수 있다. 상기 분리막(300)은 고분자막, 다중막, 미세 다공성막, 직포 또는 부직포일 수 있다. 상기 분리막(300)의 구체적인 예로는 에틸렌 단독중합체, 프로필렌 단독중합체, 에틸렌/부텐 공중합체, 에틸렌/헥센 공중합체 또는 에틸렌/메타크릴레이트 공중합체, 고융점의 유리 섬유 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유 등을 들 수 있으며, 이들은 단독 또는 다수가 적층된 상태로 이용될 수 있다.
상기 분리막(300)은 상기 제1 전해질(200) 상에 습식코팅으로 형성될 수 있다. 상기 습식코팅은 스프레이, 공침(coprecipitation) 또는 침지일 수 있다.
또한 상기 제1 전해질(200)이 상기 제1 전극(100), 분리막(300), 제2 전극(500)의 형성이 완료된 후, 주입하는 형식으로 형성된다면, 상기 분리막(300)은 상기 제1 전극(100) 상에 습식코팅으로 형성될 수 있다. 상기 습식코팅은 스프레이, 공침(coprecipitation) 또는 침지일 수 있다.
상기 제2 전해질(400)은 상기 제1 전해질(300)에 대한 설명에서 기재한 바와 같다.
상기 제2 전극(500)은 양극 또는 음극일 수 있고, 양극일 경우, 양극활물질층과 양극집전체를 포함할 수 있다. 음극일 경우, 음극활물질층과 음극집전체를 포함할 수 있다. 상기 제2 전해질(400) 상에 상기 양극 또는 음극활물질층과 상기 양극 또는 음극집전체가 순차적으로 위치할 수 있다.
상기 양극 또는 음극활물질층은 상기 제2 전해질(400) 상에 습식코팅으로 형성될 수 있다. 상기 습식코팅은 스프레이, 공침 또는 침지일 수 있다.
또한 상기 제2 전해질(400)이 상기 제1 전극(100), 분리막(300), 제2 전극(500)의 형성이 완료된 후, 주입하는 형식으로 형성된다면, 상기 양극 또는 음극활물질층은 상기 분리막(300) 상에 습식코팅으로 형성될 수 있다. 상기 습식코팅은 스프레이, 공침(coprecipitation) 또는 침지일 수 있다.
상기 양극 또는 음극집전체는 상기 양극 또는 음극활물질층 상에 스퍼터링법으로 형성될 수 있다.
상기 전지 케이스(600)는 구형 이차전지를 외부 환경으로부터 절연시키고 보호하는 기능을 한다. 상기 전지 케이스(600)는 금속층과 수지층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어질 수 있으며, 수지층인 내층, 금속층인 중층 및 수지층인 외층을 포함할 수 있다. 상기 내층의 구체적인 예로는 무연신 폴리프로필렌 수지 등을 들 수 있다. 상기 중간층의 구체적인 예로는 외부의 수분과 전해질의 누액을 방지할 수 있는 알루미늄 등을 들 수 있다. 상기 외층은 단층 또는 다중층일 수 있으며, 구체적인 예로는 우수한 내후성을 가진 수지인 2축 연신된 나이론, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트 등을 들 수 있다.
상기 전지 케이스(600)는 상·하부가 분리된 형태일 수 있으며, 내부에 구형 이차전지를 수납한 후, 열융착으로 밀봉될 수 있다.
본 발명의 제4 실시예에 따른 구형 이차전지는 상기 제1 전해질(200), 상기 분리막(300), 상기 제2 전해질(400) 및 상기 제2 전극을 관통하여 상기 제1 전극(100)과 연결되고 상기 전지 케이스(600)의 외부로 인출되는 제1 전극탭(미도시)을 포함할 수 있다. 상기 제1 전극탭은 상기 제1 전극(100)이 양극일 경우, 알루미늄 또는 니켈일 수 있고, 음극일 경우, 구리 또는 니켈일 수 있다.
본 발명의 제4 실시예에 따른 구형 이차전지는 상기 제2 전극(500)과 연결되고, 상기 전지 케이스(600)의 외부로 인출되는 제2 전극탭을 포함할 수 있다. 상기 제2 전극탭은 상기 제2 전극(500)이 양극일 경우, 알루미늄 또는 니켈일 수 있고, 음극일 경우, 구리 또는 니켈일 수 있다. 상기 음극탭 상에는 절연층이 위치할 수도 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 상기 실시예는 본 기재를 예시하는 것일 뿐 본 기재의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것은 당연한 것이다.
실시예 1: 구형 이차전지용 전극의 제조
용량이 67㎖이고, 꼭대기에 주입구가 있는 구형 지지체에 표 1에 기재된 제1 전극활물질층 형성용 조성물을 37.7㎖ 주입하였다. 이어서, 표 1에 기재된 제2 전극활물질층 형성용 조성물을 29.3㎖ 주입하였다. 상기 구형 지지체를 내부 온도가 130℃인 오븐에 넣고 60분 동안 상기 제1 전극활물질층 형성용 조성물과 상기 제2 전극활물질층 형성용 조성물을 건조하여 반구형 제1 및 제2 전극활물질층을 형성하여 구형 이차전지용 양극을 제조하였다.
구성 종류 제1 전극활물질층
형성용 조성물		 제2 전극활물질층
형성용 조성물
전극활물질 Li[Ni0.5Co0.2Mn0.3]O2 96.25중량부 96중량부
바인더 PVdF 2.25중량부 2중량부
도전재 카본블랙 1.5중량부 2중량부
용매 NMP 38.89중량부 38.77중량부
※ PVdF: 폴리비닐리덴플루오라이드
비교예 1: 구형 이차전지용 전극의 제조
용량이 67㎖이고, 꼭대기에 주입구가 있는 구형 지지체에 상기 표 1에 기재된 제1 전극활물질층 형성용 조성물을 67㎖ 주입하였다. 상기 구형 지지체를 내부 온도가 130℃인 오븐에 넣고 60분 동안 상기 제1 전극활물질층 형성용 조성물을 건조하여 구형 전극활물질층을 형성하였다. 상기 구형 전극활물질층을 스퍼터링 기기에 투입시켜 알루미늄으로 이루어진 전극집전체를 형성하여, 구형 이차전지용 전극을 제조하였다.
실시예 2: 구형 이차전지의 제조
실시예 1의 양극 상기 제1 전해질이 형성된 구체를 표 2에 기재된 분리막 형성용 조성물에 침지 및 건조를 수차례 반복하여, 두께가 24㎛인 분리막을 형성하였다. 상기 분리막이 형성된 구체를 표 2에 기재된 음극활물질층 형성용 조성물에 침지 및 건조를 수차례 반복하여, 두께가 1.7㎝인 음극활물질층을 형성하였다. 상기 음극활물질층을 포함하는 구체를 스퍼터링 기기에 투입시키고 구리를 스퍼터링하여 음극집전체층을 형성하였다. 이어서, 상기 제1 전해질, 분리막, 음극활물질층 및 음극집전체층을 관통하면서 상기 양극과 연결되는 알루미늄으로 이루어진 양극탭을 형성하였다. 또한, 상기 음극집전체층과 연결되는 구리로 이루어진 음극탭을 형성하였다. 내층이 무연신 폴리프로필렌이고, 중층이고 알루미늄이고 외층이 폴리에틸렌테레프탈레이트인 구형의 전지케이스에 상기 음극집전체층이 형성된 구체를 상기 양극탭과 음극탭이 전지케이스 외부로 인출되도록 수납시켰다. 이어서, 1M의 LiPF6가 용해된 전해액(용매: 에틸렌카보네이트: 디메틸카보네이트: 에틸메틸카보네이트=3:2:5) 41.7㎖를 주입하여 상기 양극, 분리막 및 음극을 함침시켰다. 이어서, 상기 구형의 전지 케이스를 열융착으로 밀봉하여 구형 이차전지를 제조하였다.
폴리프로필렌:폴리에틸렌
=1:9(중량비)		 Al2O3
분리막 형성용 조성물 66부피% 34부피%
비교예 2: 구형 이차전지의 제조
비교예 1의 양극을 이용한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법으로 구형 이차전지를 제조하였다.
시험예 1: 구형 이차전지용 전지의 특성 평가
실시예 2 및 비교예 2의 구형 이차전지를 SOC50까지 충전한 후, 표 3에 기재된 전류밀도로 직류 방전을 10초 및 30초 동안 인가하였다. 이때 구형 이차전지의 전압 강하가 발생하는데, 단위 시간 동안 발생한 전압 강하를 표 3에 기재된 전류밀도로 나누어 직류 방전 펄스 저항을 계산하였고, 이를 표 3에 기재하였다.
전류 밀도(㎃/16.5㎠) 직류 방전 펄스 저항(10초) 직류 방전 펄스 저항(30초)
실시예 2 260 0.913Ω 1.331Ω
비교예 2 260 1.058 Ω 1.503 Ω
표 3을 참조하면, 실시예 2의 구형 이차전지는 비교예 2의 구형 이차전지보다 직류 방전 펄스 저항값이 우수함을 알 수 있었다. 이는 제1 전극활물질 형성용 조성물과 제2 전극활물질 형성용 조성물이 건조 과정에서 이동함으로써 균일한 조성을 갖는 양극을 형성하였기에 구형 이차전지의 저항이 낮아진 것으로 판단되었다.
10, 20, 30: 구형 이차전지용 전극
110, 210, 310: 전극활물질층
111, 211, 311: 제1 전극활물질층
112, 212, 312: 제2 전극활물질층
120, 220, 320: 전극집전체

Claims (20)

  1. 제1 전극활물질층;
    상기 제1 전극활물질층과 서로 다른 조성비를 가지는 제2 전극활물질층; 및
    상기 제1 전극활물질층 및 제2 전극활물질층이 위치하는 공동을 포함하는 구형 전극집전체를 포함하고,
    상기 제1 전극활물질층 및 상기 제2 전극활물질층은 반구형이며,
    상기 제1 전극활물질층은 제1 전극활물질, 제1 바인더 및 제1 도전재를 포함하고,
    상기 제2 전극활물질층은 제2 전극활물질, 제2 바인더 및 제2 도전재를 포함하며,
    상기 제1 바인더와 상기 제2 바인더의 중량비가 1.01:1 내지 1.5:1이고,
    상기 제1 전극활물질층은 상기 제1 전극활물질층 총 중량에 대하여, 상기 제1 전극활물질 81.25중량% 내지 96.25중량%, 상기 제1 바인더 2.25중량% 내지 11.25중량% 및 상기 제1 도전재 1.5중량% 내지 7.5중량%를 포함하며,
    상기 제2 전극활물질층은 상기 제2 전극활물질층 총 중량에 대하여, 상기 제2 전극활물질 80중량% 내지 98중량%, 상기 제2 바인더 1중량% 내지 10중량% 및 상기 제2 도전재 1중량% 내지 10중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 구형 이차전지용 전극.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 전극활물질층의 단면과 상기 제2 전극활물질층의 단면이 서로 마주보고 위치하는 것을 특징으로 하는 구형 이차전지용 전극.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 구형 지지체 내에 제1 전극활물질층 형성용 조성물 및 제2 전극활물질층 형성용 조성물을 순차적으로 투입하는 제1-1 단계; 및
    상기 제1 전극활물질층 형성용 조성물 및 상기 제2 전극활물질층 형성용 조성물을 건조하고 상기 구형 지지체를 제거하여 반구형 제1 및 제2 전극활물질층을 형성하는 제1-2 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 청구항 1에 따른 구형 이차전지용 전극의 제조방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 건조는 130℃ 내지 210℃에서 30분 내지 90분 동안 수행하는 것을 특징으로 하는 구형 이차전지용 전극의 제조방법.
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 청구항 1 또는 청구항 4의 구형 이차전지용 전극을 포함하는 구형 이차전지.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 구형 이차전지용 전극인 제1 전극;
    상기 구형 이차전지용 전극이 위치하는 제4 공동을 포함하는 구형 제1 전해질;
    상기 제1 전해질이 위치하는 제5 공동을 포함하는 구형 분리막;
    상기 분리막이 위치하는 제6 공동을 포함하는 구형 제2 전해질;
    상기 제2 전해질이 위치하는 제7 공동을 포함하는 구형 제2 전극; 및
    상기 제2 전극을 수납하는 구형 전지 케이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 구형 이차전지.
  19. 청구항 18에 있어서,
    상기 구형 이차전지는 상기 제1 전해질, 분리막, 제2 전해질 및 제2 전극을 관통하여 상기 제1 전극과 연결되고 상기 전지 케이스의 외부로 인출되는 제1 전극탭을 포함하는 것을 특징으로 하는 구형 이차전지.
  20. 청구항 18에 있어서,
    상기 구형 이차전지는 상기 제2 전극과 연결되고 상기 전지 케이스의 외부로 인출되는 제2 전극탭을 포함하는 것을 특징으로 하는 구형 이차전지.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008198596A (ja) * 2007-01-18 2008-08-28 Hitachi Maxell Ltd リチウム二次電池用正極及びその製造方法、並びにリチウム二次電池
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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KR20140137660A (ko) * 2013-05-23 2014-12-03 주식회사 엘지화학 이차전지용 전극 및 이를 포함하는 이차전지
KR101788353B1 (ko) * 2013-11-28 2017-11-15 주식회사 엘지화학 구형의 전극조립체 및 이를 구비한 이차전지

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008198596A (ja) * 2007-01-18 2008-08-28 Hitachi Maxell Ltd リチウム二次電池用正極及びその製造方法、並びにリチウム二次電池
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