KR102280793B1 - Density controlled organic compounds-based lithium secondary batteries and methods of forming the same - Google Patents

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Abstract

유기 화합물 기반의 리튬 이차 전지는, 양극 전극; 전해액; 및 음극 전극을 포함한다. 상기 양극 전극은, 탄소 이중 결합과, 질소, 산소, 및 황 중 적어도 하나를 포함하는 작용기를 포함하는 유기 화합물을 포함하며, 상기 양극 전극의 총 중량에 대하여 30 내지 50 중량%의 범위인 양극 활물질; 상기 양극 전극의 총 중량에 대하여 30 내지 50 중량%의 도전재; 및 바인더를 포함하며, 상기 양극 전극은 0.50 g/cm3 내지 1.2 g/cm3의 밀도를 갖는다.A lithium secondary battery based on an organic compound, a positive electrode; electrolyte; and a cathode electrode. The positive electrode includes an organic compound including a carbon double bond and a functional group including at least one of nitrogen, oxygen, and sulfur, and the positive active material is in the range of 30 to 50% by weight based on the total weight of the positive electrode. ; 30 to 50% by weight of a conductive material based on the total weight of the positive electrode; and a binder, wherein the positive electrode has a density of 0.50 g/cm 3 to 1.2 g/cm 3 .

Description

밀도 제어된 유기 화합물 기반의 리튬 이차 전지 및 그 제조 방법{Density controlled organic compounds-based lithium secondary batteries and methods of forming the same}Density controlled organic compounds-based lithium secondary batteries and methods of forming the same

본 발명의 기술적 사상은 유기 화합물 기반의 리튬 이차 전지 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 유기 화합물 기반의 양극 활물질을 포함하는 리튬 이차 전지와 그 제조 방법에 관한 것이다.The technical idea of the present invention relates to an organic compound-based lithium secondary battery and a manufacturing method thereof, and more particularly, to a lithium secondary battery including an organic compound-based positive active material and a manufacturing method thereof.

최근 소형 모바일 기기, 전기 자동차 등 다양한 응용 분야에 리튬 이온 전지를 사용하기 위한 요구가 증가함에 따라, 다양한 응용 분야를 위한 다양한 요구 조건에 따라 리튬 이온 전지의 성능을 최적화할 필요성이 대두되고 있다. 특히 대용량 및 큰 에너지 밀도를 갖는 동시에 저가이며 친환경적인 새로운 양극 활물질 후보 물질에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 리튬 코발트 산화물 또는 리튬 니켈코발트망간 산화물 등과 같은 종래에 사용되는 전이 금속 산화물 기반의 양극 활물질은 대용량화에 한계를 갖는다. 또한 이러한 물질의 생산 및 재활용 과정에서 환경 오염을 유발하는 문제가 있어 대안의 물질에 대한 연구가 필요하다. 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 페나진 유도체를 포함하는 유기 화합물 기반의 양극 활물질을 사용한 이차 전지가 제안되었으나, 상용 이차 전지의 양극 전극으로 채용 가능한 수준으로 전극 제조 방법을 최적화할 필요가 있다. Recently, as the demand for using lithium ion batteries in various applications such as small mobile devices and electric vehicles increases, the need to optimize the performance of lithium ion batteries according to various requirements for various applications is emerging. In particular, research on new positive electrode active material candidates that are inexpensive and eco-friendly while having a large capacity and high energy density is being actively conducted. Conventionally used transition metal oxide-based positive electrode active materials, such as lithium cobalt oxide or lithium nickel cobalt manganese oxide, have limitations in increasing the capacity. In addition, there is a problem of causing environmental pollution in the production and recycling process of these materials, so it is necessary to study alternative materials. In order to solve this problem, a secondary battery using an organic compound-based positive active material including a phenazine derivative has been proposed, but it is necessary to optimize the electrode manufacturing method to a level that can be employed as a positive electrode of a commercial secondary battery.

본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 기술적 과제는 우수한 전기 화학적 특성과 높은 에너지 밀도를 갖는 유기 화합물 기반의 양극 전극을 형성하기 위한 제조 방법을 제공하는 것이다. The technical problem to be achieved by the technical idea of the present invention is to provide a manufacturing method for forming an organic compound-based positive electrode having excellent electrochemical properties and high energy density.

본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 우수한 전기 화학적 특성과 높은 에너지 밀도를 갖는 유기 화합물 기반의 양극 전극을 포함하는 리튬 이차 전지를 제공하는 것이다. Another technical problem to be achieved by the technical idea of the present invention is to provide a lithium secondary battery including an organic compound-based positive electrode having excellent electrochemical properties and high energy density.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기술적 사상에 따른 유기 화합물 기반의 리튬 이차 전지는, 양극 전극; 전해액; 및 음극 전극을 포함하며, 상기 양극 전극은, 탄소 이중 결합과, 질소, 산소, 및 황 중 적어도 하나를 포함하는 작용기를 포함하는 유기 화합물을 포함하며, 상기 양극 전극의 총 중량에 대하여 30 내지 50 중량%의 범위인 양극 활물질; 상기 양극 전극의 총 중량에 대하여 30 내지 50 중량%의 도전재; 및 바인더를 포함하며, 상기 양극 전극은 0.50 g/cm3 내지 1.2 g/cm3의 밀도를 갖는다.An organic compound-based lithium secondary battery according to the technical idea of the present invention for achieving the above technical problem, a positive electrode; electrolyte; and a negative electrode, wherein the positive electrode includes an organic compound including a carbon double bond and a functional group including at least one of nitrogen, oxygen, and sulfur, based on the total weight of the positive electrode: 30 to 50 positive active material in the range of weight %; 30 to 50% by weight of a conductive material based on the total weight of the positive electrode; and a binder, wherein the positive electrode has a density of 0.50 g/cm 3 to 1.2 g/cm 3 .

예시적인 실시예들에서, 상기 유기 화합물은 레독스 활성을 갖는 폴리머, 유기 황 화합물, 및 카르보닐기 함유 화합물로 구성된 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 화합물 기반의 리튬 이차 전지.In exemplary embodiments, the organic compound is an organic compound-based lithium secondary battery, characterized in that it comprises at least one selected from the group consisting of a polymer having a redox activity, an organic sulfur compound, and a compound containing a carbonyl group.

예시적인 실시예들에서, 상기 유기 화합물은 디메틸페나진, 페릴렌테트라카르복실산 무수물, 테트라에틸 티우람 디설파이드, TEMPO(2,2,6,6-tetramethylpiperidinyloxy), PEDOT(poly(3,4-ethylenedioxythiophene)), DD-TCNQ(7,7,8,8-tetracyanoquinodimethane), 및 플라반트론(flavanthrone)으로 구성된 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함한다.In exemplary embodiments, the organic compound is dimethylphenazine, perylenetetracarboxylic anhydride, tetraethyl thiuram disulfide, TEMPO(2,2,6,6-tetramethylpiperidinyloxy), PEDOT(poly(3,4-) ethylenedioxythiophene)), DD-TCNQ (7,7,8,8-tetracyanoquinodimethane), and at least one selected from the group consisting of flavanthrone.

예시적인 실시예들에서, 리튬 금속을 상기 음극 전극으로 사용하여 상기 이차 전지를 충전할 때, 상기 양극 전극은 3.0 내지 3.2 V에서 제1 플래토(plateau)를 나타내고, 3.6 내지 3.8 V에서 제2 플래토를 나타낼 수 있다.In exemplary embodiments, when charging the secondary battery using lithium metal as the negative electrode, the positive electrode exhibits a first plateau at 3.0 to 3.2 V, and a second at 3.6 to 3.8 V It can represent a plateau.

예시적인 실시예들에서, 상기 바인더는 비드 형태의 PTFE를 포함하고, 상기 바인더는 상기 양극 전극의 총 중량에 대하여 10 내지 30%의 범위일 수 있다.In exemplary embodiments, the binder may include bead-form PTFE, and the binder may be in a range of 10 to 30% based on the total weight of the positive electrode.

예시적인 실시예들에서, 상기 도전재는 super P, 카본 블랙, 케첸 블랙, 아세틸렌 블랙 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.In example embodiments, the conductive material may include at least one of super P, carbon black, Ketjen black, and acetylene black.

예시적인 실시예들에서, 상기 양극 전극 내에 포함된 상기 양극 활물질의 중량이 상기 양극 전극 내에 포함된 상기 도전재의 중량보다 더 클 수 있다.In example embodiments, the weight of the positive active material included in the positive electrode may be greater than the weight of the conductive material included in the positive electrode.

예시적인 실시예들에서, 상기 양극 활물질은 500 나노미터 내지 60 마이크로미터의 평균 입자 사이즈를 가질 수 있다.In example embodiments, the positive active material may have an average particle size of 500 nanometers to 60 micrometers.

예시적인 실시예들에서, 상기 양극 전극은 양극 집전체를 포함하지 않는 프리 스탠딩(free standing) 타입일 수 있다.In example embodiments, the positive electrode may be a free standing type that does not include a positive current collector.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기술적 사상에 따른 유기 화합물 기반의 리튬 이차 전지의 제조 방법은 양극 전극을 형성하는 단계를 포함한다. 상기 양극 전극을 형성하는 단계는, 30 내지 50 중량%의 양극 활물질 및 30 내지 50 중량%의 도전재를 고상 혼합하여 제1 예비 양극 전극을 형성하는 단계; 상기 제1 예비 양극 전극과 10 내지 30 중량%의 바인더를 고상 혼합하여 제2 예비 양극 전극을 형성하는 단계; 및 상기 제2 예비 양극 전극을 롤 프레스에 의해 압착하는 단계;를 포함하고, 상기 양극 활물질은 탄소 이중 결합과, 질소, 산소, 및 황 중 적어도 하나를 포함하는 작용기를 포함하는 유기 화합물을 포함한다.A method for manufacturing a lithium secondary battery based on an organic compound according to the technical idea of the present invention for achieving the above technical problem includes forming a positive electrode. The forming of the positive electrode may include: forming a first preliminary positive electrode by mixing 30 to 50% by weight of a positive electrode active material and 30 to 50% by weight of a conductive material in a solid phase; forming a second preliminary positive electrode by solid-phase mixing the first preliminary positive electrode and 10 to 30% by weight of a binder; and compressing the second preliminary positive electrode by a roll press, wherein the positive active material includes an organic compound including a carbon double bond and a functional group including at least one of nitrogen, oxygen, and sulfur .

예시적인 실시예들에서, 상기 제2 예비 양극 전극을 압착하는 단계는 복수 회 수행될 수 있다.In example embodiments, compressing the second preliminary positive electrode may be performed multiple times.

예시적인 실시예들에서, 상기 양극 전극이 0.50 g/cm3 내지 1.2 g/cm3의 밀도를 갖도록 상기 제2 예비 양극 전극을 압착하는 단계가 복수 회 수행될 수 있다.In example embodiments, compressing the second preliminary positive electrode may be performed multiple times so that the positive electrode has a density of 0.50 g/cm3 to 1.2 g/cm3.

예시적인 실시예들에서, 상기 양극 활물질은 제1 입자 사이즈를 가지며, 상기 도전재는 제2 입자 사이즈를 가지며, 상기 바인더는 상기 제1 입자 사이즈 및 상기 제2 입자 사이즈보다 더 큰 제3 입자 사이즈를 가질 수 있다.In exemplary embodiments, the positive active material has a first particle size, the conductive material has a second particle size, and the binder has a third particle size larger than the first particle size and the second particle size. can have

예시적인 실시예들에서, 상기 제1 입자 사이즈는 500 나노미터 내지 60 마이크로미터이며, 상기 제2 입자 사이즈는 10 내지 100 나노미터이며, 상기 제3 입자 사이즈는 1 내지 5 밀리미터일 수 있다.In example embodiments, the first particle size may be 500 nanometers to 60 micrometers, the second particle size may be 10 to 100 nanometers, and the third particle size may be 1 to 5 millimeters.

예시적인 실시예들에서, 상기 압착하는 단계에 의해, 상기 양극 전극은 양극 집전체를 포함하지 않는 프리 스탠딩(free standing) 타입으로 형성될 수 있다.In example embodiments, by the pressing, the positive electrode may be formed in a free standing type that does not include a positive current collector.

예시적인 실시예들에서, 상기 양극 전극을 형성하는 단계는 유기 용매의 첨가 없이 전 고체 상태에서(all solid-state) 수행될 수 있다.In exemplary embodiments, the forming of the positive electrode may be performed in an all solid-state state without addition of an organic solvent.

본 발명에 따르면, 전 고체 상태에서 수행되는 유기 화합물 기반의 양극 활물질의 제조 방법에 의해, 유기 화합물의 화학적 및 열적 손상이 방지될 수 있고, 이러한 양극 전극을 포함하는 리튬 이차 전지는 우수한 전기 화학적 특성을 가질 수 있다. 또한 양극 전극은 종래의 알루미늄 호일과 같은 양극 집전체가 없이도 프리 스탠딩 타입으로 사용될 수 있으므로, 상기 양극 전극을 포함하는 리튬 이차 전지는 높은 에너지 밀도를 가질 수 있다. According to the present invention, chemical and thermal damage to the organic compound can be prevented by the method of manufacturing an organic compound-based positive electrode active material performed in an all-solid state, and a lithium secondary battery including such a positive electrode has excellent electrochemical properties can have In addition, since the positive electrode may be used as a free-standing type without a positive electrode current collector such as a conventional aluminum foil, a lithium secondary battery including the positive electrode may have a high energy density.

도 1은 예시적인 실시예들에 따른 유기화합물 기반의 리튬 이차 전지를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 2는 예시적인 실시예들에 따른 양극 전극을 나타내는 개략도이다.
도 3은 예시적인 실시예들에 따른 유기 화합물 기반의 리튬 이차 전지의 제조 방법을 나타내는 플로우차트이다.
도 4는 예시적인 실시예들에 따른 유기 화합물 기반의 양극 전극의 주사 전자 현미경(scanning microscopy, SEM) 이미지이다.
도 5는 예시적인 실시예들에 따른 양극 전극의 전압 프로파일을 나타내는 그래프이다.
도 6 및 도 7은 예시적인 실시예들에 따른 양극 전극의 사이클 특성을 나타내는 그래프들이다.
도 8은 예시적인 실시예들에 따른 양극 전극의 내부 저항을 나타내는 그래프들이다.
도 9는 예시적인 실시예들에 따른 다양한 밀도를 갖는 양극 전극의 전압 프로파일을 나타내는 그래프들이다.
도 10은 1회 충전 용량과 1회 방전 용량을 나타내는 그래프들이다.
도 11 및 도 12는 예시적인 실시예들에 따른 양극 전극의 밀도에 따른 사이클 특성을 나타내는 그래프이다.
도 13은 예시적인 실시예들에 따른 양극 전극의 내부 저항을 나타내는 그래프들이다.
도 14는 예시적인 실시예들에 따른 양극 전극의 전압 프로파일을 나타내는 그래프이다.
도 15는 예시적인 실시예들에 따른 양극 전극의 사이클 특성을 나타내는 그래프이다.
1 is a cross-sectional view schematically illustrating an organic compound-based lithium secondary battery according to exemplary embodiments.
2 is a schematic diagram illustrating an anode electrode according to exemplary embodiments.
3 is a flowchart illustrating a method of manufacturing an organic compound-based lithium secondary battery according to exemplary embodiments.
4 is a scanning electron microscope (SEM) image of an organic compound-based anode electrode according to example embodiments.
5 is a graph illustrating a voltage profile of an anode electrode according to example embodiments.
6 and 7 are graphs illustrating cycle characteristics of a positive electrode according to example embodiments.
8 is a graph illustrating internal resistance of a positive electrode according to example embodiments.
9 is a graph illustrating voltage profiles of positive electrodes having various densities according to example embodiments.
10 is a graph showing one-time charge capacity and one-time discharge capacity.
11 and 12 are graphs illustrating cycle characteristics according to density of anode electrodes according to exemplary embodiments.
13 is a graph illustrating internal resistance of a positive electrode according to example embodiments.
14 is a graph illustrating a voltage profile of an anode electrode according to example embodiments.
15 is a graph illustrating cycle characteristics of a positive electrode according to example embodiments.

본 발명의 구성 및 효과를 충분히 이해하기 위하여, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라, 여러 가지 형태로 구현될 수 있고 다양한 변경을 가할 수 있다. 단지, 본 실시예들에 대한 설명은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다. 첨부된 도면에서 구성 요소들은 설명의 편의를 위하여 그 크기를 실제보다 확대하여 도시한 것이며, 각 구성 요소의 비율은 과장되거나 축소될 수 있다. In order to fully understand the configuration and effect of the present invention, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, and may be embodied in various forms and various modifications may be made. However, the description of the present embodiments is provided so that the disclosure of the present invention is complete, and to fully inform those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs, the scope of the invention. In the accompanying drawings, the components are enlarged in size than the actual ones for convenience of explanation, and the proportions of each component may be exaggerated or reduced.

어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "상에" 있다거나 "접하여" 있다고 기재된 경우, 다른 구성 요소에 상에 직접 맞닿아 있거나 또는 연결되어 있을 수 있지만, 중간에 또 다른 구성 요소가 존재할 수 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소의 "바로 위에" 있다거나 "직접 접하여" 있다고 기재된 경우에는, 중간에 또 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있다. 구성 요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 예를 들면, "~사이에"와 "직접 ~사이에" 등도 마찬가지로 해석될 수 있다. When an element is described as being “on” or “adjacent to” another element, it should be understood that another element may be directly on or connected to the other element, but another element may exist in between. something to do. On the other hand, when it is described that a certain element is "directly on" or "directly" of another element, it may be understood that another element does not exist in the middle. Other expressions describing the relationship between elements, for example, “between” and “directly between”, etc. may be interpreted similarly.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. Terms such as first, second, etc. may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms. The above terms may be used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, a first component may be referred to as a second component, and similarly, a second component may also be referred to as a first component.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 표현하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. "포함한다" 또는 "가진다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하기 위한 것으로, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들이 부가될 수 있는 것으로 해석될 수 있다. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. Terms such as "comprises" or "having" are intended to designate that a feature, number, step, action, component, part, or combination thereof described in the specification exists, and includes one or more other features or numbers, It may be construed that steps, operations, components, parts, or combinations thereof may be added.

본 발명의 실시예들에서 사용되는 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 통상적으로 알려진 의미로 해석될 수 있다.Unless otherwise defined, terms used in the embodiments of the present invention may be interpreted as meanings commonly known to those of ordinary skill in the art.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 예시적인 실시예를 설명한다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 1은 예시적인 실시예들에 따른 유기화합물 기반의 리튬 이차 전지(1)를 개략적으로 나타내는 단면도이다.1 is a cross-sectional view schematically showing an organic compound-based lithium secondary battery 1 according to exemplary embodiments.

도 1을 참조하면, 유기화합물 기반의 리튬 이차 전지(1)는 음극 전극(anode electrode)(20), 양극 전극(30), 분리막(separator)(50), 전해액(60), 케이스(72, 74), 및 밀봉 부재(76)를 포함할 수 있다. 유기화합물 기반의 리튬 이차 전지(1)는 리튬을 전하 전달 매체로 사용하는 리튬 이차 전지일 수 있다. 양극 집전체(40) 상에 양극 전극(30)이 부착될 수 있고, 양극 전극(30)과 음극 전극(20) 사이에 분리막(50)이 개재될 수 있다. 음극 전극(20), 양극 전극(30), 및 분리막(50)은 전해액(60)에 적셔진 채 케이스(72, 74) 내부에 수용될 수 있다. 하부 케이스(72)와 상부 케이스(74)는 서로 전기적으로 연결되지 않도록 밀봉 부재(76)에 의해 고정될 수 있다. 양극 전극(30)은 하부 케이스(72)와 전기적으로 연결되고, 음극 전극(20)은 상부 케이스(74)와 전기적으로 연결되어 상부 케이스(74)와 하부 케이스(72)가 각각 유기화합물 기반의 리튬 이차 전지(1)의 전기적 단자들로 작용할 수 있다. Referring to FIG. 1 , an organic compound-based lithium secondary battery 1 includes a negative electrode 20 , a positive electrode 30 , a separator 50 , an electrolyte 60 , a case 72 , 74 ), and a sealing member 76 . The organic compound-based lithium secondary battery 1 may be a lithium secondary battery using lithium as a charge transfer medium. The positive electrode 30 may be attached to the positive electrode current collector 40 , and the separator 50 may be interposed between the positive electrode 30 and the negative electrode 20 . The negative electrode 20 , the positive electrode 30 , and the separator 50 may be accommodated in the cases 72 and 74 while being wetted in the electrolyte 60 . The lower case 72 and the upper case 74 may be fixed by the sealing member 76 so as not to be electrically connected to each other. The anode electrode 30 is electrically connected to the lower case 72, and the cathode electrode 20 is electrically connected to the upper case 74 so that the upper case 74 and the lower case 72 are each made of an organic compound based. It may act as electrical terminals of the lithium secondary battery 1 .

음극 전극(20)은 리튬 금속, 흑연, 실리콘-계 물질, 주석-계 물질, 이들의 혼합물 등을 포함할 수 있다. 음극 전극(20)이 리튬 금속을 포함하는 경우, 도 1에 도시된 것과 같이 단일층으로 구성될 수 있다. 그러나, 음극 전극(20)이 흑연, 실리콘-계 물질, 주석-계 물질, 이들의 혼합물 등을 포함하는 경우, 음극 전극(20)은 예를 들어 구리 호일 등으로 구성되는 음극 집전체(도시 생략) 상에 부착될 수도 있다.The negative electrode 20 may include lithium metal, graphite, a silicon-based material, a tin-based material, a mixture thereof, or the like. When the negative electrode 20 includes lithium metal, it may be configured as a single layer as shown in FIG. 1 . However, when the negative electrode 20 includes graphite, a silicon-based material, a tin-based material, a mixture thereof, or the like, the negative electrode 20 is, for example, a negative electrode current collector (not shown) made of copper foil or the like. ) may be attached to the

양극 전극(30)은 유기 화합물 기반의 양극 활물질 입자들을 포함할 수 있다. 양극 전극(30)은 프리 스탠딩 타입일 수 있고, 따라서 양극 집전체에 부착되지 않을 수 있다. 그러나 다른 실시예들에서, 양극 전극(30)이 알루미늄 호일, 또는 니켈 호일의 양극 집전체 상에 부착되거나, 양극 전극(30)을 지지하기 위하여 양극 집전체가 양극 전극(30) 하부에 배치될 수도 있다. 양극 전극(30)에 대하여, 아래 도 2를 참조로 상세히 설명하도록 한다.The positive electrode 30 may include organic compound-based positive active material particles. The positive electrode 30 may be of a free-standing type, and thus may not be attached to the positive electrode current collector. However, in other embodiments, the positive electrode 30 is attached to the positive electrode current collector of aluminum foil or nickel foil, or the positive electrode current collector is disposed under the positive electrode 30 to support the positive electrode 30 . may be The positive electrode 30 will be described in detail with reference to FIG. 2 below.

분리막(50)은 다공성을 가질 수 있고, 단일막 또는 2층 이상의 다중막으로 구성될 수 있다. 분리막(50)은 폴리머 물질을 포함할 수 있고, 예를 들어 폴리에틸렌계, 폴리프로필렌계, 폴리비닐리덴 플루오라이드계, 폴리올레핀계 폴리머 등의 적어도 하나를 포함할 수 있다.The separator 50 may have porosity, and may be composed of a single membrane or a multi-layered membrane of two or more layers. The separator 50 may include a polymer material, for example, may include at least one of polyethylene-based, polypropylene-based, polyvinylidene fluoride-based, polyolefin-based polymer, and the like.

전해액(60)은 비수성 용매(non-aqueous solvent)와 전해질 염을 포함할 수 있다. 상기 비수성 용매는 통상적인 비수성 전해액용 비수성 용매로 사용하고 있는 것이면 특별히 제한하지 않으며, 예를 들어 카보네이트계 용매, 에스테르계 용매, 에테르계 용매, 케톤계 용매, 알코올계 용매 또는 비양성자성 용매를 포함할 수 있다. 상기 비수성 용매는 단독으로 또는 하나 이상 혼합하여 사용할 수 있으며, 하나 이상 혼합하여 사용하는 경우의 혼합 비율은 목적하는 전지 성능에 따라 적절하게 조절할 수 있다.The electrolyte solution 60 may include a non-aqueous solvent and an electrolyte salt. The non-aqueous solvent is not particularly limited as long as it is used as a non-aqueous solvent for a conventional non-aqueous electrolyte, for example, a carbonate-based solvent, an ester-based solvent, an ether-based solvent, a ketone-based solvent, an alcohol-based solvent, or an aprotic solvent. It may contain a solvent. The non-aqueous solvent may be used alone or in a mixture of one or more, and when one or more of the non-aqueous solvents are mixed and used, the mixing ratio may be appropriately adjusted according to desired battery performance.

상기 전해질 염은 통상적인 비수 전해액용 전해질 염으로 사용하고 있는 것이면 특별히 제한하지 않으며, 예를 들어 A+B- 의 구조식을 가지는 염일 수 있다. 여기에서, A+는 Li+, Na+, K+ 등의 알칼리 금속 양이온 또는 이들의 조합을 포함하는 이온일 수 있다. 또한. B-는 PF6 -, BF4 -, Cl-, Br-, I-, ClO4 -, ASF6 -, CH3CO2 -, CF3SO3 -, N(CF3SO2)2 -, C(CF2SO2)3 - 등과 같은 음이온 또는 이들의 조합을 포함하는 이온일 수 있다. 예를 들어, 상기 전해질 염은 리튬계염일 수 있고, 예를 들어 LiPF6, LiBF4, LiSbF6, LiAsF6, LiN(SO2C2F5)2, Li(CF3SO2)2N, LiN(SO3C2F5)2, LiC4F9SO3, LiClO4, LiAlO2, LiAlCl4, LiN(CxF2x + 1SO2)(CyF2y + 1SO2)(여기서, x 및 y는 자연수임), LiCl, LiI 및 LiB(C2O4)2 로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있다. 이러한 전해질 염은 단독으로 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.The electrolyte salt is not particularly limited as long as it is used as an electrolyte salt for a conventional non-aqueous electrolyte, and may be, for example, a salt having a structural formula of A + B -. Here, A + may be an ion including an alkali metal cation such as Li + , Na + , K + , or a combination thereof. also. B - is PF 6 - , BF 4 - , Cl - , Br - , I - , ClO 4 - , ASF 6 - , CH 3 CO 2 - , CF 3 SO 3 - , N(CF 3 SO 2 ) 2 - , It may be an ion including an anion such as C(CF 2 SO 2 ) 3 − or a combination thereof. For example, the electrolyte salt may be a lithium-based salt, for example, LiPF 6 , LiBF 4 , LiSbF 6 , LiAsF 6 , LiN(SO 2 C 2 F 5 ) 2 , Li(CF 3 SO 2 ) 2 N, LiN(SO 3 C 2 F 5 ) 2 , LiC 4 F 9 SO 3 , LiClO 4 , LiAlO 2 , LiAlCl 4 , LiN(C x F 2x + 1 SO 2 )(C y F2 y + 1 SO 2 ) where , x and y are natural numbers), LiCl, LiI, and LiB(C 2 O 4 ) 2 It may include one or two or more selected from the group consisting of. These electrolyte salts may be used alone or in combination of two or more.

도 1에는 유기화합물 기반의 리튬 이차 전지(1)으로서 코인 타입의 전지를 예시적으로 도시하였으나, 본 발명의 기술적 사상이 이에 한정되는 것은 아니다. 도 1에 도시된 것과는 달리, 유기화합물 기반의 리튬 이차 전지(1)는 실린더 형상의 케이스 내부에 양극 전극과 음극 전극이 나선형으로 권취된 상태로 수용되는 원통형 전지일 수도 있고, 직사각형 형상의 케이스 내부에 양극 전극과 음극 전극이 권취된 상태로 수용되는 각형 전지일 수도 있다. 이와는 달리, 복수의 양극 전극과 복수의 음극 전극들이 교대하여 스택된 상태로 비닐 파우치 내부에 수용되는 폴리머 전지일 수도 있다. Although FIG. 1 exemplarily illustrates a coin-type battery as the lithium secondary battery 1 based on an organic compound, the technical spirit of the present invention is not limited thereto. Unlike the one shown in FIG. 1 , the organic compound-based lithium secondary battery 1 may be a cylindrical battery in which the positive electrode and the negative electrode are spirally wound inside a cylindrical case, or a rectangular-shaped case inside. It may be a prismatic battery in which the positive electrode and the negative electrode are accommodated in a wound state. Alternatively, it may be a polymer battery accommodated in a plastic pouch in a state in which a plurality of positive electrodes and a plurality of negative electrodes are alternately stacked.

도 2는 예시적인 실시예들에 따른 양극 전극(30)을 나타내는 개략도이다. 2 is a schematic diagram illustrating an anode electrode 30 according to exemplary embodiments.

도 2를 참조하면, 양극 전극(30)은 양극 활물질(32), 도전재(34) 및 바인더(36)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 2 , the positive electrode 30 may include a positive active material 32 , a conductive material 34 , and a binder 36 .

예시적인 실시예들에서, 양극 전극(30)은 양극 전극의 총 중량에 대하여 약 30 내지 50 중량%의 양극 활물질(32), 양극 전극(30)의 총 중량에 대하여 약 30 내지 50 중량%의 도전재(34), 및 양극 전극(30)의 총 중량의 10 내지 30 중량%의 바인더(36)를 포함할 수 있다. In exemplary embodiments, the positive electrode 30 contains about 30 to 50% by weight of the positive active material 32 based on the total weight of the positive electrode, and about 30 to 50% by weight based on the total weight of the positive electrode 30 . The conductive material 34 and the binder 36 may include 10 to 30% by weight of the total weight of the positive electrode 30 .

예시적인 실시예들에서, 양극 활물질은 탄소 이중 결합과, 질소, 산소 및 황 중에서 적어도 하나를 포함하는 작용기를 갖는 유기 화합물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 유기 화합물에 포함되는 탄소 이중 결합 또는 질소, 산소 및 황 중에서 적어도 하나를 포함하는 작용기가 리튬 이온과의 가역적인 산화 반응 또는 환원 반응의 활성 영역으로 작용할 수 있다. In example embodiments, the positive active material may include an organic compound having a carbon double bond and a functional group including at least one of nitrogen, oxygen, and sulfur. For example, a carbon double bond or a functional group including at least one of nitrogen, oxygen, and sulfur included in the organic compound may act as an active region for a reversible oxidation reaction or reduction reaction with lithium ions.

예시적인 실시예들에서, 상기 유기 화합물은 레독스 활성을 갖는 폴리머(또는 래디컬 폴리머), 유기 황 화합물(organo sulfide compound), 및 카르보닐기 함유 화합물(carbonyl compound)로 구성된 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 래디컬 폴리머는 대략 200 mAh/g 이하의 방전 용량, 대략 3.0 내지 4.0 V의 평균 방전 포텐셜(Li 메탈 기준), 및 대략 800 Wh/kg-1 이하의 에너지 밀도를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 유기 황 화합물은 대략 100 내지 800 mAh/g의 방전 용량, 대략 1.5 내지 3.0 V의 평균 방전 포텐셜(Li 메탈 기준), 및 대략 400 내지 1500 Wh/kg-1의 에너지 밀도를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 카르보닐기 함유 화합물은 대략 100 내지 300 mAh/g의 방전 용량, 대략 1.5 내지 3.0 V의 평균 방전 포텐셜(Li 메탈 기준), 및 대략 1000 Wh/kg-1 이하의 에너지 밀도를 을 가질 수 있다.In exemplary embodiments, the organic compound may include at least one selected from the group consisting of a polymer (or radical polymer) having redox activity, an organo sulfide compound, and a carbonyl compound. can For example, the radical polymer may have a discharge capacity of about 200 mAh/g or less, an average discharge potential of about 3.0 to 4.0 V (based on Li metal), and an energy density of about 800 Wh/kg −1 or less. For example, the organosulfur compound has a discharge capacity of approximately 100 to 800 mAh/g, an average discharge potential (based on Li metal) of approximately 1.5 to 3.0 V, and an energy density of approximately 400 to 1500 Wh/kg −1 can For example, the carbonyl group-containing compound has a discharge capacity of about 100 to 300 mAh/g, an average discharge potential of about 1.5 to 3.0 V (based on Li metal), and an energy density of about 1000 Wh/kg -1 or less. can

예시적인 실시예들에서, 상기 양극 활물질은 디메틸페나진(dimethylphenazine, DMPZ), 페릴렌테트라카르복실산 무수물 (perylenetetracarboxylic dianhydride, PTCDA), 테트라에틸 티우람 디설파이드(tetrathiuramdisulfide, TETD), TEMPO(2,2,6,6-tetramethylpiperidinyloxy), PEDOT(poly(3,4-ethylenedioxythiophene)), DD-TCNQ(7,7,8,8-tetracyanoquinodimethane), 플라반트론(flavanthrone) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. In example embodiments, the cathode active material is dimethylphenazine (DMPZ), perylenetetracarboxylic dianhydride (PTCDA), tetraethyl thiuramdisulfide (TETD), TEMPO (2,2). , 6,6-tetramethylpiperidinyloxy), PEDOT (poly(3,4-ethylenedioxythiophene)), DD-TCNQ (7,7,8,8-tetracyanoquinodimethane), and may include at least one of flavanthrone.

예를 들어, 상기 양극 활물질이 디메틸페나진 또는 그 유도체를 포함하는 경우, 아래의 화학식 1 또는 화학식 2의 화합물로 표현될 수 있다.For example, when the cathode active material includes dimethylphenazine or a derivative thereof, it may be represented by a compound of Formula 1 or Formula 2 below.

[화학식 1] [Formula 1]

Figure 112019115559909-pat00001
Figure 112019115559909-pat00001

예를 들어, 화학식 1에 따른 상기 양극 활물질은 디메틸 페나진(5,10-dihydro-5,10-dimethylphenazine) 일 수 있다. For example, the positive active material according to Formula 1 may be dimethyl phenazine (5,10-dihydro-5,10-dimethylphenazine).

[화학식 2] [Formula 2]

Figure 112019115559909-pat00002
Figure 112019115559909-pat00002

예를 들어, 화학식 2에 따른 상기 양극 활물질에서, R 및 R'는 서로 독립적으로 C1~C5의 알킬기; C2~C5의 알켄일기; C2~C5의 알킨일기; C3~C30의 지방족 고리기; C6~C30의 방향족 고리기; 및 산소(O), 질소(N) 및 황(S) 중 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 헤테로고리기;로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상일 수 있다. For example, in the positive active material according to Formula 2, R and R' are each independently a C1-C5 alkyl group; C2~ C5 alkenyl group; C2~ C5 alkynyl group; C3~ C30 aliphatic cyclic group; C6~ C30 aromatic ring group; and a heterocyclic group including at least one heteroatom of oxygen (O), nitrogen (N) and sulfur (S); may be any one or more selected from the group consisting of.

예시적인 실시예들에서, 도전재(34)는 양극 전극(30)에 전도성을 더 제공할 수 있고, 유기 화합물 기반의 리튬 이차 전지(1)에 화학 변화를 야기하지 않는 전도성 재료일 수 있다. 상기 도전재는 예를 들어 슈퍼 P, 카본 블랙, 케첸 블랙(예를 들어, Ketjenblack 600JD®, Ketjenblack 700JD®), 아세틸렌 블랙 등의 탄소계 물질을 포함할 수 있다. 도전재(34)는 양극 전극(30)의 총 중량 기준으로 양극 활물질(32)의 함량보다 더 적게 함유될 수 있다. 예를 들어, 양극 활물질(32)이 양극 전극(30) 내에 제1 함량으로 포함되고 도전재(34)는 양극 전극(30) 내에 제1 함량보다 더 적은 제2 함량으로 포함될 수 있다.In exemplary embodiments, the conductive material 34 may further provide conductivity to the positive electrode 30 , and may be a conductive material that does not cause chemical change in the organic compound-based lithium secondary battery 1 . The conductive material may include, for example, a carbon-based material such as Super P, carbon black, Ketjen black (eg, Ketjenblack 600JD®, Ketjenblack 700JD®), or acetylene black. The conductive material 34 may be contained less than the content of the positive electrode active material 32 based on the total weight of the positive electrode 30 . For example, the positive electrode active material 32 may be included in the positive electrode 30 in a first content and the conductive material 34 may be included in the positive electrode 30 in a second content smaller than the first content.

예시적인 실시예들에서, 바인더(36)는 양극 활물질(32) 입자들이 서로에 대하여 부착되거나 양극 활물질(32) 입자들을 도전재(34)에 부착시키는 역할을 한다. 또한 바인더(36)는 양극 활물질(32) 입자들이 양극 전극(30)의 표면으로부터 이탈되거나 분리되는 것을 방지하여, 양극 전극(30)이 프리 스탠딩 타입으로 유지될 수 있도록 양극 전극(30)에 기계적 강도를 제공할 수 있다. In exemplary embodiments, the binder 36 serves to attach the positive active material 32 particles to each other or to attach the positive active material 32 particles to the conductive material 34 . In addition, the binder 36 is mechanically attached to the positive electrode 30 to prevent the positive active material 32 particles from being separated or separated from the surface of the positive electrode 30 so that the positive electrode 30 can be maintained in a free-standing type. strength can be provided.

예시적인 실시예들에서, 바인더(36)는 폴리머일 수 있고, 예를 들어 폴리이미드, 폴리아미드이미드, 폴리벤즈이미다졸, 폴리비닐알콜, 카르복시메틸셀룰로즈, 히드록시프로필셀룰로즈, 폴리비닐클로라이드, 카르복실화된 폴리비닐클로라이드, 폴리비닐플루오라이드, 에틸렌 옥사이드, 폴리비닐피롤리돈, 폴리우레탄, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 스티렌-부타디엔, 아크릴레이티드 스티렌-부타디엔, 에폭시 수지 등일 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 바인더(36)는 비드(bead) 타입의 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)일 수 있다.In exemplary embodiments, the binder 36 may be a polymer, such as polyimide, polyamideimide, polybenzimidazole, polyvinyl alcohol, carboxymethyl cellulose, hydroxypropyl cellulose, polyvinyl chloride, carboxylate. Voxylated polyvinylchloride, polyvinylfluoride, ethylene oxide, polyvinylpyrrolidone, polyurethane, polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, polyethylene, polypropylene, styrene-butadiene, acrylated styrene- butadiene, an epoxy resin, or the like. In exemplary embodiments, the binder 36 may be a bead-type polytetrafluoroethylene (PTFE).

예시적인 실시예들에서, 리튬 금속을 음극 전극(20)으로 사용하여 유기 화합물 기반의 리튬 이차 전지(1)를 충전할 때 양극 전극(30)은 약 3.0 V 내지 약 3.2 V에서 제1 플래토(plateau)를 나타내고, 약 3.6 V 내지 약 3.8 V에서 제2 플래토를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 양극 활물질(32)이 디메틸페나진(DMPZ)을 포함할 때, 화학식 1에서 도시된 2개의 질소 원자 중 하나의 질소 원자가 질소 양이온으로 이온화되는 산화 반응에 의해 상기 제1 플래토가 나타나고, 2개의 질소 원자 중 다른 하나의 질소 원자가 질소 양이온으로 이온화되는 산화 반응에 의해 상기 제2 플래토가 나타날 수 있다. In exemplary embodiments, when charging the organic compound-based lithium secondary battery 1 using a lithium metal as the negative electrode 20 , the positive electrode 30 operates at about 3.0 V to about 3.2 V at the first plateau. and may exhibit a second plateau at about 3.6 V to about 3.8 V. For example, when the positive active material 32 includes dimethylphenazine (DMPZ), the first plateau is formed by an oxidation reaction in which one of the two nitrogen atoms shown in Formula 1 is ionized into a nitrogen cation. appears, and the second plateau may appear by an oxidation reaction in which the other one of the two nitrogen atoms is ionized into a nitrogen cation.

DMPZ → DMPZ 2+ + 2e- -(3)DMPZ → DMPZ 2+ + 2e - -(3)

예시적인 실시예들에서, 양극 활물질(32)은 약 500 나노미터 내지 약 60 마이크로미터의 평균 입자 사이즈를 가질 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 양극 활물질(32)의 평균 입자 사이즈가 약 500 나노미터보다 더 작을 때, 양극 활물질(32)의 표면적이 상대적으로 증가하여 전해액 내에 양극 활물질(32)이 용출되어 리튬 이차 전지(1)의 사이클 특성이 저하될 수 있고, 양극 활물질(32)의 평균 입자 사이즈가 약 6 마이크로미터 보다 더 클 때, 양극 활물질(32) 내부까지 리튬 이온이 효과적으로 전달되기 어려워 리튬 이차 전지(1)의 고율(high rate) 특성이 저하될 수 있다. In exemplary embodiments, the positive active material 32 may have an average particle size of about 500 nanometers to about 60 micrometers, but is not limited thereto. For example, when the average particle size of the positive electrode active material 32 is smaller than about 500 nanometers, the surface area of the positive electrode active material 32 is relatively increased, so that the positive electrode active material 32 is eluted in the electrolyte and the lithium secondary battery 1 ) may decrease, and when the average particle size of the positive active material 32 is greater than about 6 micrometers, it is difficult for lithium ions to be effectively transferred to the inside of the positive active material 32, so that the lithium secondary battery 1 High rate characteristics may be degraded.

예시적인 실시예들에서, 양극 전극(30)은 약 20 내지 200 마이크로미터의 두께(T1)를 가질 수 있고, 양극 전극(30)은 0.50 g/cm3 내지 1.2 g/cm3의 밀도를 가질 수 있다. 양극 전극(30)의 밀도는 양극 집전체를 포함하지 않는 프리 스탠딩 타입의 양극 전극(30) 자체의 밀도일 수 있고, 예를 들어, 양극 전극(30)의 부피에 대한 양극 활물질(32), 도전재(34), 및 바인더(36)의 총 중량의 비를 가리킬 수 있다. In exemplary embodiments, the positive electrode 30 may have a thickness T1 of about 20 to 200 micrometers, and the positive electrode 30 may have a density of 0.50 g/cm 3 to 1.2 g/cm 3 . can The density of the positive electrode 30 may be the density of the free-standing type positive electrode 30 itself that does not include a positive current collector, for example, the positive active material 32 relative to the volume of the positive electrode 30, It may indicate a ratio of the total weight of the conductive material 34 and the binder 36 .

예시적인 실시예들에서, 양극 전극(30)은 0.50 g/cm3 내지 1.2 g/cm3의 밀도를 가짐에 따라 우수한 쿨롱 효율을 나타내는 한편, 상대적으로 높은 사이클 특성을 나타낼 수 있다. 또한 양극 전극(30)은 0.50 g/cm3 내지 1.2 g/cm3의 밀도를 가짐에 따라 상대적으로 작은 전극 저항을 가질 수 있다. In exemplary embodiments, the anode electrode 30 may exhibit excellent Coulombic efficiency while having a density of 0.50 g/cm 3 to 1.2 g/cm 3 , while exhibiting relatively high cycle characteristics. In addition, the positive electrode 30 may have a relatively small electrode resistance as it has a density of 0.50 g/cm 3 to 1.2 g/cm 3 .

예를 들어, 양극 전극(30)의 밀도가 0.50 g/cm3보다 작은 경우(예를 들어, 약 0.42 g/cm3) 초기 방전 용량이 상대적으로 낮을 수 있다(예를 들어, 약 3.0 V 내지 약 3.2 V에서 제1 플래토가 미미하게 나타나고 약 3.6 V 내지 약 3.8 V에서 제2 플래토가 관찰되지 않을 수 있고, 이는 화학식 3에서의 산화 환원 반응이 가역적으로 발생하지 않음을 의미할 수 있다). 양극 전극(30)의 밀도가 0.50 g/cm3 내지 1.2 g/cm3인 경우 초기 방전 용량이 우수하고, 10회 사이클 동안 70% 이상의 우수한 쿨롱 효율과 우수한 사이클 특성을 나타낼 수 있다. 한편, 양극 전극(30)의 밀도가 1.2 g/cm3보다 큰 경우(예를 들어, 약 1.22 g/cm3) 10회 사이클 동안 쿨롱 효율이 50% 이하로 감소되며, 사이클 특성도 우수하지 못할 수 있다. For example, when the density of the positive electrode 30 is less than 0.50 g/cm 3 (eg, about 0.42 g/cm 3 ), the initial discharge capacity may be relatively low (eg, about 3.0 V to A first plateau may appear insignificantly at about 3.2 V and a second plateau may not be observed at about 3.6 V to about 3.8 V, which may mean that the redox reaction in Chemical Formula 3 does not reversibly occur. ). When the density of the positive electrode 30 is 0.50 g/cm 3 to 1.2 g/cm 3 , the initial discharge capacity is excellent, and excellent coulombic efficiency of 70% or more and excellent cycle characteristics can be exhibited for 10 cycles. On the other hand, when the density of the positive electrode 30 is greater than 1.2 g/cm 3 (eg, about 1.22 g/cm 3 ), the coulombic efficiency is reduced to 50% or less for 10 cycles, and the cycle characteristics may not be excellent. can

예를 들어, 양극 전극에 대한 임피던스 측정 결과에서, 0.50 g/cm3 내지 1.2 g/cm3의 밀도를 갖는 양극 전극은 0.50 g/cm3보다 더 작거나 1.2 g/cm3보다 큰 경우에 비하여 더 작은 전극 저항 값을 나타낼 수 있다. 이는, 예를 들어 0.50 g/cm3보다 더 작은 밀도의 양극 전극에서는 양극 활물질과 도전재 사이의 충분한 접촉 및 전기적 경로가 제공되지 않아 양극 전극 전체의 저항값이 증가하고, 1.2 g/cm3보다 큰 밀도의 양극 전극에서는 전해액 및 이를 통한 리튬 이온의 양극 전극 내로의 침투 및 이동 경로가 충분하게 제공되지 않아 양극 전극 전체의 저항값이 증가하는 것으로 이해될 수 있다. 이러한 양극 전극(30)의 밀도에 따른 전기화학적 특성은 도 9 내지 도 13을 참조로 다시 설명하도록 한다.For example, in the impedance measurement results for the positive electrode, the positive electrode having a density of 0.50 g/cm 3 to 1.2 g/cm 3 is smaller than 0.50 g/cm 3 or larger than 1.2 g/cm 3 . A smaller electrode resistance value may be exhibited. This is, for example, in a positive electrode having a density smaller than 0.50 g/cm 3 , sufficient contact and electrical path between the positive active material and the conductive material is not provided, so that the resistance value of the entire positive electrode increases, and more than 1.2 g/cm 3 It can be understood that, in the anode electrode having a large density, the penetration and movement path of the electrolyte and lithium ions through the cathode electrode are not sufficiently provided, so that the resistance value of the entire cathode electrode increases. The electrochemical characteristics according to the density of the positive electrode 30 will be described again with reference to FIGS. 9 to 13 .

예시적인 실시예들에서, 양극 전극(30)은 도 3을 참조로 설명할 2-단계 고상 혼합 방법을 포함하는 유기 화합물 기반의 이차 전지의 제조 방법에 따라 제조될 수 있다. 이러한 2-단계 고상 혼합 방법은 양극 전극(30)의 양극 활물질의 화학적 및 열적 손상을 방지하고 양극 전극(30)이 프리 스탠딩 타입으로 형성될 수 있게 할 수 있고, 이에 따라 양극 전극(30)을 채용하는 유기 화합물 기반의 리튬 이차 전지(1)의 에너지 밀도를 현저하게 상승시킬 수 있다. In exemplary embodiments, the positive electrode 30 may be manufactured according to a method for manufacturing an organic compound-based secondary battery including a two-step solid-state mixing method, which will be described with reference to FIG. 3 . This two-step solid-state mixing method can prevent chemical and thermal damage to the positive active material of the positive electrode 30 and allow the positive electrode 30 to be formed in a free-standing type, and thus the positive electrode 30 It is possible to significantly increase the energy density of the lithium secondary battery 1 based on the organic compound employed.

예를 들어, 비교예에 따른 혼합 방법을 사용하여 제조한 양극 전극에 비하여 2-단계 고상 혼합 방법을 사용하여 제조한 양극 전극은 더욱 증가된 초기 방전 용량, 더욱 증가된 쿨롱 효율과 더욱 우수한 사이클 특성을 나타낼 수 있다. 또한 비교예에 따른 혼합 방법을 사용하여 제조한 양극 전극에 비하여 2-단계 고상 혼합 방법을 사용하여 제조한 양극 전극은 임피던스 측정 결과 더 작은 전극 저항 값을 나타낼 수 있다. 따라서, 2-단계 고상 혼합 방법에 의해 활물질 및 도전재가 더욱 균일하게 혼합될 수 있고 이에 의해 양극 전극(30)은 더욱 증가된 초기 방전 용량, 더욱 증가된 쿨롱 효율과 더욱 우수한 사이클 특성을 나타내는 것으로 이해될 수 있다. 이러한 2-단계 혼합 방법을 사용한 양극 전극의 전기화학적 특성은 도 5 내지 도 8을 참조로 다시 설명하도록 한다.For example, compared to the positive electrode manufactured using the mixing method according to Comparative Example, the positive electrode manufactured using the two-step solid-phase mixing method has a further increased initial discharge capacity, a further increased coulombic efficiency, and better cycle characteristics. can represent In addition, compared to the positive electrode manufactured by using the mixing method according to the comparative example, the positive electrode manufactured using the two-step solid-phase mixing method may exhibit a smaller electrode resistance value as a result of impedance measurement. Therefore, it is understood that the active material and the conductive material can be more uniformly mixed by the two-step solid-phase mixing method, whereby the positive electrode 30 exhibits a further increased initial discharge capacity, a further increased coulombic efficiency, and better cycle characteristics. can be The electrochemical properties of the positive electrode using this two-step mixing method will be described again with reference to FIGS. 5 to 8 .

도 3은 예시적인 실시예들에 따른 유기 화합물 기반의 리튬 이차 전지의 제조 방법을 나타내는 플로우차트이다.3 is a flowchart illustrating a method of manufacturing an organic compound-based lithium secondary battery according to exemplary embodiments.

도 3을 참조하면, 양극 활물질, 도전재, 및 바인더를 준비한다(S10 단계).Referring to FIG. 3 , a positive electrode active material, a conductive material, and a binder are prepared (step S10 ).

예시적인 실시예들에서, 양극 활물질, 도전재, 및 바인더는 고체 상태로 제공될 수 있다. 선택적으로, 양극 활물질, 도전재, 및 바인더 내에 존재할 수 있는 수분을 제거하기 위하여 양극 활물질, 도전재, 및 바인더를 진공 오븐에 넣어 수십 분 내지 수 시간 동안 건조시킬 수 있다. In example embodiments, the positive active material, the conductive material, and the binder may be provided in a solid state. Optionally, in order to remove moisture that may exist in the positive electrode active material, the conductive material, and the binder, the positive electrode active material, the conductive material, and the binder may be dried in a vacuum oven for several tens of minutes to several hours.

이후, 혼합 용기 내에 양극 활물질과 도전재를 혼입하고, 양극 활물질과 도전재를 고상 혼합하여 제1 예비 양극 전극을 형성한다(S20 단계). Thereafter, a positive electrode active material and a conductive material are mixed in a mixing container, and a first preliminary positive electrode electrode is formed by mixing the positive electrode active material and the conductive material in a solid phase (step S20 ).

예시적인 실시예들에서, 혼합 용기 내에서 양극 활물질과 도전재는 액체 용매 등의 첨가 없이 혼합될 수 있다. 상기 고상 혼합의 전체 과정에서 양극 활물질과 도전체는 각각 고체 상태이며, 양극 활물질과 도전재에 막자 등의 혼합 로드(mixing rod)를 사용하여 기계적 전단력을 부여함에 따라 양극 활물질과 도전재는 서로 균일하게 혼합될 수 있다. 예를 들어 혼합 로드가 고체 덩어리 상태인 양극 활물질과 도전재 각각을 작은 조각으로 붕괴시키는 한편 혼합 로드에 의한 기계적 전단력에 의해 양극 활물질 조각과 도전재 조각들이 뭉쳐 서로에게 부착될 수 있다. 양극 활물질과 도전재가 상대적으로 균일하게 혼합되어 형성된 고체 덩어리를 제1 예비 양극 전극으로 지칭할 수 있다. 제1 예비 양극 전극은 그 내부에서 양극 활물질과 도전재 입자들이 균일하게 분산되고 실질적으로 고체 상태인 상대적으로 높은 점도를 갖는 덩어리 형상으로 형성될 수 있다.In exemplary embodiments, the positive active material and the conductive material may be mixed without adding a liquid solvent or the like in the mixing container. In the entire process of solid-state mixing, the positive electrode active material and the conductive material are in a solid state, respectively, and as a mechanical shear force is applied to the positive electrode active material and the conductive material using a mixing rod such as a pestle, the positive electrode active material and the conductive material are uniformly can be mixed. For example, while the mixing rod collapses each of the positive active material and the conductive material in a solid state into small pieces, the positive active material and the conductive material fragments may be attached to each other by aggregation by mechanical shearing force by the mixing rod. A solid mass formed by mixing the positive electrode active material and the conductive material relatively uniformly may be referred to as a first preliminary positive electrode electrode. The first preliminary positive electrode may be formed in a lump shape having a relatively high viscosity in which the positive electrode active material and the conductive material particles are uniformly dispersed and substantially solid.

이후, 혼합 용기 내에 바인더를 혼입하여, 제1 예비 양극 전극과 바인더를 고상 혼합하여 제2 예비 양극 전극을 형성한다(S30 단계).Thereafter, by mixing the binder in the mixing container, the first preliminary positive electrode and the binder are mixed in a solid phase to form a second preliminary positive electrode (step S30).

예시적인 실시예들에서, 혼합 용기 내에서 바인더는 액체 용매 등의 첨가 없이 혼합될 수 있다. 상기 고상 혼합의 전체 과정에서 제1 예비 양극 전극과 바인더는 각각 고체 상태이며, 제1 예비 양극 전극과 바인더에 혼합 로드를 사용하여 기계적 전단력을 부여함에 따라 제1 예비 양극 전극과 바인더는 서로 균일하게 혼합될 수 있다. 예를 들어 혼합 로드가 고체 덩어리 상태인 제1 예비 양극 전극을 작은 조각의 양극 전극 덩어리들로 붕괴시키는 한편 이러한 양극 전극 덩어리들이 바인더와 균일하게 혼합되어 이들이 서로에게 부착될 수 있다. 양극 활물질, 도전재, 및 바인더가 상대적으로 균일하게 혼합되어 형성된 고체 덩어리를 제2 예비 양극 전극으로 지칭할 수 있다. 제2 예비 양극 전극은 그 내부에서 양극 활물질, 도전재, 및 바인더 입자들이 균일하게 분산되고 실질적으로 고체 상태인 상대적으로 높은 점도를 갖는 덩어리 형상으로 형성될 수 있다.In exemplary embodiments, the binder may be mixed without adding a liquid solvent or the like in the mixing vessel. In the entire process of solid-state mixing, the first preliminary positive electrode and the binder are in a solid state, respectively, and as a mechanical shear force is applied to the first preliminary positive electrode and the binder by using a mixing rod, the first preliminary positive electrode and the binder are uniformly each other can be mixed. For example, the mixing rod may break the first preliminary positive electrode in a solid state into small pieces of positive electrode agglomerates while these positive electrode agglomerates are uniformly mixed with the binder so that they adhere to each other. A solid mass formed by mixing the positive electrode active material, the conductive material, and the binder relatively uniformly may be referred to as a second preliminary positive electrode electrode. The second preliminary positive electrode may be formed in a lump shape having a relatively high viscosity in which the positive electrode active material, the conductive material, and the binder particles are uniformly dispersed and substantially in a solid state.

예를 들어, 양극 활물질과 도전재는 바인더보다 더 작은 입자 사이즈를 가질 수 있다. 양극 활물질은 약 500 나노미터 내지 60 마이크로미터의 제1 입자 사이즈를 가지고, 도전재는 약 10 내지 100 나노미터의 제2 입자 사이즈를 가지며, 바인더는 약 1 내지 5 밀리미터인 제3 입자 사이즈를 가질 수 있다. 양극 활물질과 도전재를 먼저 고상 혼합한 후 이러한 혼합물을 더 큰 입자 사이즈를 갖는 바인더와 고상 혼합함에 의해 제2 예비 양극 전극 내에서 양극 활물질과 도전재가 균일하게 혼합 분산될 수 있다. For example, the positive active material and the conductive material may have a smaller particle size than the binder. The positive active material may have a first particle size of about 500 nanometers to 60 micrometers, the conductive material may have a second particle size of about 10 to 100 nanometers, and the binder may have a third particle size of about 1 to 5 millimeters. there is. The positive active material and the conductive material may be mixed and dispersed uniformly in the second preliminary positive electrode by first solid-mixing the positive active material and the conductive material and then solid-mixing the mixture with a binder having a larger particle size.

이후 제2 예비 양극 전극을 롤 프레싱하여 양극 전극을 형성한다(S40 단계). Thereafter, the second preliminary positive electrode is roll-pressed to form the positive electrode (step S40).

예시적인 실시예들에서, 상기 롤 프레싱 단계는 1회 수행될 수 있다. 다른 실시예들에서, 상기 롤 프레싱 단계는 2회 이상 수행될 수 있다. 일부 예시에서, 상기 롤 프레싱 단계는 양극 전극이 타겟 두께를 가질 때까지 복수 회 수행될 수 있고, 1회의 롤 프레싱 단계 이후에 수 분 내지 수십 분의 대기 시간이 뒤따르고 그 이후에 1회의 롤 프레싱 단계가 수행될 수 있다. In exemplary embodiments, the roll pressing step may be performed once. In other embodiments, the roll pressing step may be performed two or more times. In some examples, the roll pressing step may be performed multiple times until the anode electrode has a target thickness, and one roll pressing step is followed by a waiting time of several minutes to several tens of minutes, followed by one roll pressing Steps may be performed.

예시적인 실시예들에서, 제2 예비 양극 전극을 롤 프레싱한 이후에 양극 전극은 0.50 g/cm3 내지 1.2 g/cm3의 밀도를 가질 수 있다. In example embodiments, after roll pressing the second preliminary positive electrode, the positive electrode may have a density of 0.50 g/cm 3 to 1.2 g/cm 3 .

선택적으로, 상기 롤 프레싱 단계 이전에 또는 이후에 양극 전극을 건조하는 단계가 더 수행될 수도 있다. 양극 전극을 형성한 후에 양극 전극을 컷팅하는 단계가 추가적으로 수행될 수 있다.Optionally, the step of drying the positive electrode before or after the roll pressing step may be further performed. After forming the positive electrode, the step of cutting the positive electrode may be additionally performed.

일반적으로 통상의 무기 물질 기반의 전극 물질을 형성하기 위하여 유기 용매를 사용한 액상 혼합 방법이 사용될 수 있다. 특히 NMP(N-methyl-2-pyrrolidone)와 같은 유기 용매 내에 무기 활물질의 입자들을 혼입하고 이를 혼합하여 전극용 슬러리를 제작한다. 이후 전극용 슬러리를 집전체 상에 도포하고 유기 용매를 휘발시키기 위한 베이킹 공정을 수행하여 전극 물질이 제조된다. 그런데 유기 화합물 기반의 양극 활물질은 NMP와 같은 유기 용매에 의해 쉽게 용해되고 화학적 변형이 일어난다. 또한 유기 용매를 휘발시키기 위한 베이킹 공정에서 가해지는 열에 의해 유기 화합물 기반의 양극 활물질에 변형이 일어날 수 있고, 이러한 경우에 양극 활물질로서의 기능을 수행하지 못하거나 성능이 저하될 수 있다. 따라서 유기 활물질 기반의 양극 활물질의 화학적 및 열적 손상을 최소화하는 한편 균질한 전극을 제조할 수 있는 방법의 개발이 요구된다.In general, a liquid-phase mixing method using an organic solvent may be used to form a conventional inorganic material-based electrode material. In particular, particles of an inorganic active material are mixed in an organic solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) and mixed to prepare a slurry for an electrode. Thereafter, the electrode material is prepared by applying the slurry for the electrode on the current collector and performing a baking process for volatilizing the organic solvent. However, the organic compound-based positive electrode active material is easily dissolved by an organic solvent such as NMP and chemical transformation occurs. Also, the organic compound-based positive electrode active material may be deformed by heat applied in the baking process for volatilizing the organic solvent, and in this case, the function as the positive electrode active material may not be performed or performance may be deteriorated. Therefore, it is required to develop a method capable of manufacturing a homogeneous electrode while minimizing chemical and thermal damage to the organic active material-based positive electrode active material.

전술한 예시적인 실시예들에 따른 제조 방법에서는 양극 활물질 및 도전재의 제1 고상 혼합 단계와, 뒤따르는 바인더와의 제2 고상 혼합 단계, 그리고 롤 프레싱을 순차적으로 수행함으로써 전 고체 상태의(all solid-state) 제조 방법을 통해 양극 전극을 형성할 수 있다. 특히 활물질의 혼합 단계에서 유기 용매가 사용되지 않으므로, 유기 용매에 의한 그리고 유기 용매 제거 공정에 의한 양극 활물질의 화학적 및 열적 손상이 방지될 수 있다. 또한 제1 고상 혼합과 제2 고상 혼합의 2단계 고상 혼합 방법을 채용함에 따라 전 고체 상태의 제조 방법에 의하더라도 양극 활물질과 도전재가 양극 전극 내부에 균일하게 분산되고 혼합될 수 있다. 또한 고체 상태의 양극 전극을 롤 프레싱에 의해 형성함에 의해 양극 전극의 두께 조절 및/또는 밀도 조절이 용이할 수 있다. In the manufacturing method according to the above-described exemplary embodiments, by sequentially performing the first solid-phase mixing step of the positive electrode active material and the conductive material, the following second solid-phase mixing step with the binder, and roll pressing, all solid state (all solid state) -state) can be used to form an anode electrode. In particular, since an organic solvent is not used in the step of mixing the active material, chemical and thermal damage to the positive active material by the organic solvent and by the organic solvent removal process can be prevented. In addition, by adopting the two-step solid-phase mixing method of the first solid-phase mixing and the second solid-phase mixing, the positive active material and the conductive material can be uniformly dispersed and mixed in the positive electrode even by the all-solid-state manufacturing method. In addition, by forming the positive electrode in a solid state by roll pressing, it may be easy to control the thickness and/or the density of the positive electrode.

또한 일반적으로 유기 용매에 혼합된 슬러리를 집전체에 도포하여 형성하는 경우 집전체에 의한 이차 전지의 중량 증가가 불가피하다. 그러나 예시적인 실시예들에 따르면, 전 고체 상태의 제조 방법을 통해 프리 스탠딩 타입의 양극 전극을 형성하고 불필요한 집전체를 생략할 수 있으므로, 리튬 이차 전지의 중량이 감소되고 중량 에너지 밀도가 현저히 향상될 수 있다. Also, in general, when a slurry mixed with an organic solvent is applied to a current collector and formed, an increase in the weight of the secondary battery due to the current collector is inevitable. However, according to exemplary embodiments, the free-standing type positive electrode can be formed through the all-solid state manufacturing method and unnecessary current collectors can be omitted, so that the weight of the lithium secondary battery is reduced and the weight energy density is significantly improved. can

아래의 도 4 내지 도 13에서는, 도 3을 참조로 설명한 예시적인 실시예들에 따른 제조 방법을 사용하여 제조된 유기 화합물 기반의 리튬 이차 전지의 전기 화학적 성능을 설명하도록 한다. 4 to 13 below, the electrochemical performance of the organic compound-based lithium secondary battery manufactured using the manufacturing method according to the exemplary embodiments described with reference to FIG. 3 will be described.

실험예Experimental example

1) 양극 전극의 제조1) Preparation of positive electrode

양극 활물질로서 DMPZ(5,10-dihydro-5,10-dimethylphenazine)와 PTCDA가 각각 사용되었다. 도전재 및 바인더로서 각각 ketjen black®, PTFE(polytetrafluoroethylene)가 사용되었다. 양극 활물질, 도전재, 및 바인더는 각각 4:4:2 질량비로 막자사발을 이용하여 혼합되었다. 유발 내에 양극 활물질과 도전재가 우선 혼입되고 제1 고상 혼합되고, 이후 바인더가 혼입되어 제2 고상 혼합되었다. 균일하게 혼합된 양극 전극에 대하여 롤 프레스를 이용하여 다양한 전극 밀도를 갖는 전극들이 제조되었다. 양극 전극들은 1*1 cm2의 크기로 컷팅되었다. 한편 비교예에 따른 양극 전극은 유발 내에 양극 활물질, 도전재, 및 바인더를 동시에 혼입하고 고상 혼합하였다.DMPZ (5,10-dihydro-5,10-dimethylphenazine) and PTCDA were used as cathode active materials, respectively. As a conductive material and a binder, ketjen black® and PTFE (polytetrafluoroethylene) were used, respectively. The positive electrode active material, the conductive material, and the binder were mixed using a mortar in a mass ratio of 4:4:2, respectively. The positive electrode active material and the conductive material were first mixed in the mortar and mixed in the first solid phase, and then the binder was mixed and mixed in the second solid phase. Electrodes having various electrode densities were manufactured by using a roll press with respect to a uniformly mixed positive electrode. The positive electrodes were cut to a size of 1*1 cm 2 . On the other hand, in the positive electrode according to the comparative example, the positive active material, the conductive material, and the binder were simultaneously mixed in the mortar and mixed in a solid state.

2) 리튬 이차 전지의 제조 2) Preparation of lithium secondary battery

양극 전극들을 사용하여 2032 타입의 코인셀이 조립되었다. 음극으로서 리튬 호일이 사용되었다. 유리섬유 여과지(GF/F)가 분리막으로 사용되고, 전해질로서 1.8 M LiTFSI/TEGDME 용액이 각 코인 셀 내에 90 μL씩 첨가되었다. 조립된 코인 셀은 2.5 - 4.0 V 범위에서 충방전 실험이 수행되었다. A coin cell of type 2032 was assembled using positive electrodes. A lithium foil was used as the negative electrode. Glass fiber filter paper (GF/F) was used as a separator, and 90 μL of 1.8 M LiTFSI/TEGDME solution was added into each coin cell as an electrolyte. The assembled coin cell was charged and discharged in the range of 2.5 - 4.0 V.

도 4는 예시적인 실시예들에 따른 유기 화합물 기반의 양극 전극의 주사 전자 현미경(scanning microscopy, SEM) 이미지이다.4 is a scanning electron microscope (SEM) image of an organic compound-based anode electrode according to example embodiments.

도 4의 (a)는 프리 스탠딩 타입으로 컷팅된 상태의 양극 전극을 나타낸다. 별도의 집전체 없이도 DMPZ를 포함하는 양극 활물질, 도전재 및 바인더가 균일하게 혼합된 양극 전극이 프리 스탠딩 타입으로 사용될 수 있도록 형태를 유지할 수 있다. 양극 전극은 상용 리튬 이차 전지의 제조 공정에서 취급이 가능한 정도의 충분한 구조적 안정성을 가질 수 있다. 4A shows the positive electrode in a state in which it is cut in a free-standing type. It is possible to maintain the shape so that the positive electrode in which the positive electrode active material including DMPZ, the conductive material, and the binder are uniformly mixed can be used as a free standing type without a separate current collector. The positive electrode may have sufficient structural stability to be handled in the manufacturing process of a commercial lithium secondary battery.

도 4의 (b) 및 (c)는 양극 전극의 표면을 나타내는 이미지이며, 대략 구형 또는 타원형의 양극 활물질 입자들과 도전재 입자들이 바인더에 의해 서로 결합되어 상대적으로 매끄러운 표면 모폴로지를 갖는 것을 확인할 수 있다. 또한 양극 활물질 입자들은 상대적으로 균일한 분포의 입자 사이즈를 갖는 것을 확인할 수 있다. 4 (b) and (c) are images showing the surface of the positive electrode, and it can be confirmed that the positive active material particles and the conductive material particles of approximately spherical or oval shape are bonded to each other by a binder to have a relatively smooth surface morphology. there is. In addition, it can be seen that the positive active material particles have a relatively uniform distribution of particle sizes.

도 5는 예시적인 실시예들에 따른 양극 전극의 전압 프로파일을 나타내는 그래프이다. 5 is a graph illustrating a voltage profile of an anode electrode according to example embodiments.

도 5를 참조하면, 실시예 1(EX1)과 비교예(CO1)의 1회 충전 및 1회 방전에서의 전압과 용량이 도시된다. 실시예 1(EX1)은 2단계 고상 혼합 방법에 의해 제조된 DMPZ를 포함하는 양극 전극이고 비교예(CO1)는 양극 전극 물질을 동시에 혼합하는 방식으로 제조된 양극 전극이다. 충전 단계에서, 실시예(EX1) 및 비교예(CO1) 모두 약 3.0 V 내지 약 3.2 V에서 제1 플래토를 나타내고, 약 3.6 V 내지 약 3.8 V에서 제2 플래토를 나타냄을 확인할 수 있다. 예를 들어, DMPZ에 포함된 2개의 질소 원자 중 하나의 질소 원자가 질소 양이온으로 이온화되는 산화 반응에 의해 상기 제1 플래토가 나타나고, 2개의 질소 원자 중 다른 하나의 질소 원자가 질소 양이온으로 이온화되는 산화 반응에 의해 상기 제2 플래토가 나타날 수 있다. Referring to FIG. 5 , voltages and capacities in one charge and one discharge of Example 1 (EX1) and Comparative Example (CO1) are shown. Example 1 (EX1) is a positive electrode including DMPZ prepared by a two-step solid-phase mixing method, and Comparative Example (CO1) is a positive electrode manufactured by mixing positive electrode materials at the same time. In the charging step, it can be seen that both Example (EX1) and Comparative Example (CO1) exhibit a first plateau at about 3.0 V to about 3.2 V and a second plateau at about 3.6 V to about 3.8 V. For example, the first plateau appears by an oxidation reaction in which one nitrogen atom among two nitrogen atoms included in DMPZ is ionized into a nitrogen cation, and the other nitrogen atom among the two nitrogen atoms is ionized into a nitrogen cation. The second plateau may appear by the reaction.

DMPZ → DMPZ 2+ + 2e- -(3)DMPZ → DMPZ 2+ + 2e - -(3)

실시예 1(EX1)은 약 235 mAh/g의 방전 용량을 보인 반면 비교예(CO1)는 약 202 mAh/g의 방전 용량을 보였다. 2-단계 고상 혼합 방법에 의해 제조된 실시예 1(EX1)은 비교예(CO1)에 비하여 우수한 초기 방전 용량을 나타냄을 확인할 수 있다.Example 1 (EX1) showed a discharge capacity of about 235 mAh/g, while Comparative Example (CO1) showed a discharge capacity of about 202 mAh/g. It can be seen that Example 1 (EX1) prepared by the two-step solid-phase mixing method exhibits superior initial discharge capacity compared to Comparative Example (CO1).

도 6 및 도 7은 예시적인 실시예들에 따른 양극 전극의 사이클 특성을 나타내는 그래프이다. 구체적으로, 도 6은 사이클 횟수에 따른 방전 용량(mAh/g)을 나타내고 도 7은 사이클 횟수에 따른 쿨롱 효율(%)을 나타낸다. 쿨롱 효율(%)은 각 사이클에서의 충전 용량에 대한 방전 용량의 비율을 가리킨다.6 and 7 are graphs illustrating cycle characteristics of a positive electrode according to example embodiments. Specifically, FIG. 6 shows the discharge capacity (mAh/g) according to the number of cycles, and FIG. 7 shows the coulombic efficiency (%) according to the number of cycles. Coulombic efficiency (%) refers to the ratio of discharge capacity to charge capacity in each cycle.

도 6 및 도 7을 참조하면, 실시예 1(EX1)은 10회 사이클 이후에도 약 172mAh/g의 방전 용량과 약 79%의 쿨롱 효율을 나타낸다. 즉, 실시예 1(EX1)은 10회 사이클 이후에 약 73%의 용량 유지 특성을 나타낸다. 반면, 비교예(CO1)는 10회 사이클 이후에도 약 130mAh/g의 방전 용량과 약 64%의 쿨롱 효율을 나타낸다. 즉, 비교예(CO1)은 10회 사이클 이후에 약 64%의 용량 유지 특성을 나타낸다. 즉 2-단계 고상 혼합 방법에 의해 제조된 실시예 1(EX1)은 비교예(CO1)에 비하여 우수한 사이클 특성을 나타냄을 확인할 수 있다.6 and 7 , Example 1 (EX1) exhibits a discharge capacity of about 172 mAh/g and a coulombic efficiency of about 79% even after 10 cycles. That is, Example 1 (EX1) exhibits a capacity retention characteristic of about 73% after 10 cycles. On the other hand, Comparative Example (CO1) exhibits a discharge capacity of about 130 mAh/g and a coulombic efficiency of about 64% even after 10 cycles. That is, Comparative Example (CO1) exhibits a capacity retention characteristic of about 64% after 10 cycles. That is, it can be confirmed that Example 1 (EX1) prepared by the two-step solid-phase mixing method exhibits excellent cycle characteristics compared to Comparative Example (CO1).

한편, 도 6에서는 2-단계 고상 혼합 방법에 의한 전극 균일성 및 재현성 특성을 더욱 확인하기 위하여 실시예 1(EX1)과 비교예(CO1) 각각에 대하여 3개씩의 컷팅된 양극 전극들에 대하여 사이클에 따른 방전 용량을 테스트하였다. 도 6에서 3개의 양극 전극들의 평균값과 표준 편차를 표시하였다. 실시예 1(EX1)에서의 방전 용량 표준 편차가 비교예(CO1)에서의 방전 용량 표준 편차보다 더 작으며, 특히 사이클 횟수가 증가할수록 더욱 작은 방전 용량 표준 편차를 보임이 확인된다. 이에 의해 2-단계 고상 혼합 방법에 의해 제조된 실시예 1(EX1)은 우수한 전극 균일성 및 재현성을 나타냄을 확인할 수 있다.On the other hand, in FIG. 6, in order to further confirm the electrode uniformity and reproducibility characteristics by the two-step solid-phase mixing method, three cut positive electrodes for each of Example 1 (EX1) and Comparative Example (CO1) were cycled. The discharge capacity was tested according to 6 shows the average value and standard deviation of three positive electrodes. It is confirmed that the standard deviation of the discharge capacity in Example 1 (EX1) is smaller than the standard deviation of the discharge capacity in Comparative Example (CO1). In particular, it is confirmed that the standard deviation of the discharge capacity is smaller as the number of cycles increases. As a result, it can be confirmed that Example 1 (EX1) prepared by the two-step solid-phase mixing method exhibits excellent electrode uniformity and reproducibility.

도 8은 예시적인 실시예들에 따른 양극 전극의 내부 저항을 나타내는 그래프들이다. 도 8에서는 실시예 1(EX1)과 비교예(CO1)의 임피던스 분석법으로부터 얻어진 Nyquist plot을 도시하였다. 8 is a graph illustrating internal resistance of a positive electrode according to example embodiments. 8 shows Nyquist plots obtained from the impedance analysis method of Example 1 (EX1) and Comparative Example (CO1).

도 8을 참조하면, 실시예 1(EX1)의 임피던스 그래프는 비교예(CO1)의 임피던스 그래프에 비하여 더 작은 반경의 반원형을 갖는다. 일반적으로 임피던스 분석법의 Nyquist plot에서 반원의 반경이 작을수록 작은 저항값을 갖는다. 따라서, 실시예 1(EX1)의 양극 전극은 비교예(CO1)의 양극 전극에 비하여 더욱 작은 내부 저항 값을 가짐을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 8 , the impedance graph of Example 1 (EX1) has a semicircle with a smaller radius than the impedance graph of Comparative Example (CO1). In general, the smaller the radius of the semicircle in the Nyquist plot of the impedance analysis method, the smaller the resistance value. Accordingly, it can be seen that the positive electrode of Example 1 (EX1) has a smaller internal resistance value than the positive electrode of Comparative Example (CO1).

2-단계 고상 혼합 방법에 의해 제조된 실시예 1(EX1)은 양극 활물질, 도전재 및 바인더가 균일하게 분산되고 혼합됨에 따라, 비교예(CO1)에 비하여 더욱 작은 전극 내부 저항을 가질 수 있는 것으로 이해될 수 있다. Example 1 (EX1) prepared by the two-step solid-phase mixing method can have a smaller electrode internal resistance than Comparative Example (CO1) as the positive electrode active material, the conductive material, and the binder are uniformly dispersed and mixed. can be understood

도 9 내지 도 13에서는 예시적인 실시예들에 따른 양극 전극의 밀도에 대한 전기화학적 성능에 대하여 설명하도록 한다. 실험예 21 내지 26(EX21~EX26)은 DMPZ를 포함하며, 각각 0.42, 0.44, 0.45, 0.57, 0.96, 및 1.22 g/cm3의 밀도를 갖도록 제조되었다. 9 to 13 will be described with respect to the electrochemical performance of the density of the positive electrode according to exemplary embodiments. Experimental Examples 21 to 26 (EX21 to EX26), including DMPZ, were prepared to have densities of 0.42, 0.44, 0.45, 0.57, 0.96, and 1.22 g/cm 3 , respectively.

도 9는 예시적인 실시예들에 따른 다양한 밀도를 갖는 양극 전극의 전압 프로파일을 나타내는 그래프들이고, 도 10은 1회 충전 용량과 1회 방전 용량을 나타내는 그래프들이다. 9 is a graph showing voltage profiles of positive electrodes having various densities according to exemplary embodiments, and FIG. 10 is a graph showing one-time charge capacity and one-time discharge capacity.

도 9 및 도 10을 참조하면, 0.42 g/cm3의 밀도를 갖는 실시예 21(EX21)은 상대적으로 낮은 충전 용량 및 방전 용량(예를 들어 약 110 mAh/g의 방전 용량)을 나타내고, 제1 플래토가 미미하게 관찰되고 제2 플래토가 관찰되지 않음을 확인할 수 있다. 9 and 10 , Example 21 (EX21) having a density of 0.42 g/cm 3 exhibits a relatively low charge capacity and discharge capacity (for example, a discharge capacity of about 110 mAh/g), It can be seen that the 1st plateau is slightly observed and the 2nd plateau is not observed.

반면, 실시예 22 내지 실시예 26(EX22~EX26)은 제1 플래토와 제2 플래토를 모두 나타냈으며 높은 충전 용량 및 방전 용량(대략 200 mAh/g 이상의 방전 용량)을 나타냄을 확인할 수 있다.On the other hand, it can be seen that Examples 22 to 26 (EX22 to EX26) exhibited both the first plateau and the second plateau, and exhibited high charge capacity and discharge capacity (discharge capacity of about 200 mAh/g or more). .

도 11 및 도 12는 예시적인 실시예들에 따른 양극 전극의 밀도에 따른 사이클 특성을 나타내는 그래프이다. 구체적으로, 도 11은 사이클 횟수에 따른 방전 용량(mAh/g)을 나타내고 도 12은 사이클 횟수에 따른 쿨롱 효율(%)을 나타낸다. 쿨롱 효율(%)은 각 사이클에서의 충전 용량에 대한 방전 용량의 비율을 가리킨다.11 and 12 are graphs illustrating cycle characteristics according to density of anode electrodes according to exemplary embodiments. Specifically, FIG. 11 shows the discharge capacity (mAh/g) according to the number of cycles, and FIG. 12 shows the coulombic efficiency (%) according to the number of cycles. Coulombic efficiency (%) refers to the ratio of discharge capacity to charge capacity in each cycle.

도 11 및 도 12를 참조하면, 실시예 21 내지 실시예 25(EX21~EX25)는 10회 사이클 이후에 대략 70% 이상의 쿨롱 효율을 나타내는 반면, 실시예(EX26)는 10회 사이클 이후에 약 47%의 쿨롱 효율을 나타낸다. 또한 실시예 21 내지 실시예 25(EX21~EX25)는 10회 사이클 이후에 초기 용량 대비 대략 70% 이상의 방전 용량을 나타내는 반면 실시예 26(EX26)는 10회 사이클 이후에 약 53%의 방전 용량을 나타낸다. 이에 따르면 1.22 g/cm3의 밀도를 갖는 실시예 26(EX26)은 초기 방전 용량은 높으나, 사이클 횟수가 증가함에 따라 방전 용량이 급격히 감소함을 확인할 수 있다. 11 and 12 , Examples 21 to 25 (EX21 to EX25) show a coulombic efficiency of about 70% or more after 10 cycles, whereas Example (EX26) shows about 47 after 10 cycles. It represents the coulombic efficiency in %. In addition, Examples 21 to 25 (EX21 to EX25) showed a discharge capacity of about 70% or more compared to the initial capacity after 10 cycles, whereas Example 26 (EX26) showed a discharge capacity of about 53% after 10 cycles indicates. According to this, Example 26 (EX26) having a density of 1.22 g/cm 3 has a high initial discharge capacity, but it can be confirmed that the discharge capacity rapidly decreases as the number of cycles increases.

도 13은 예시적인 실시예들에 따른 양극 전극의 내부 저항을 나타내는 그래프들이다. 도 13에서는 실시예 21, 24, 25, 26(EX21, EX24, EX25, EX26)의 임피던스 분석법으로부터 얻어진 Nyquist plot을 도시하였다. 13 is a graph illustrating internal resistance of a positive electrode according to example embodiments. 13 shows Nyquist plots obtained from the impedance analysis method of Examples 21, 24, 25, and 26 (EX21, EX24, EX25, EX26).

도 13을 참조하면, 실시예 24, 25(EX24, EX25)의 임피던스 그래프는 실시예 21, 26(EX21, EX26)의 임피던스 그래프에 비하여 더 작은 반경의 반원형을 갖는다. 일반적으로 임피던스 분석법의 Nyquist plot에서 반원의 반경이 작을수록 작은 저항값을 갖는다. 따라서, 실시예 24, 25(EX24, EX25)의 양극 전극은 실시예 21, 26(EX21, EX26)의 양극 전극에 비하여 더욱 작은 내부 저항 값을 가짐을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 13 , the impedance graphs of Examples 24 and 25 ( EX24 and EX25 ) have a smaller radius than the impedance graphs of Examples 21 and 26 ( EX21 and EX26 ). In general, the smaller the radius of the semicircle in the Nyquist plot of the impedance analysis method, the smaller the resistance value. Accordingly, it can be seen that the positive electrodes of Examples 24 and 25 (EX24, EX25) have smaller internal resistance values than the positive electrodes of Examples 21 and 26 (EX21, EX26).

도 9 내지 도 13에서의 결과를 함께 분석하면, 예를 들어 0.50 g/cm3보다 더 작은 밀도의 양극 전극에서는 양극 활물질과 도전재 사이의 충분한 접촉 및 전기적 경로가 제공되지 않아 양극 전극 전체의 저항값이 증가하고, 1.2 g/cm3보다 큰 밀도의 양극 전극에서는 전해액 및 이를 통한 리튬 이온의 양극 전극 내로의 침투 및 이동 경로가 충분하게 제공되지 않아 양극 전극 전체의 저항값이 증가하는 것으로 추측할 수 있다. 더욱이 양극 전극의 밀도가 0.50 g/cm3보다 작은 경우(즉, 실시예 21(EX21), 약 0.42 g/cm3) 초기 방전 용량이 상대적으로 낮을 수 있고, 양극 전극의 밀도가 1.2 g/cm3보다 큰 경우(예를 들어, 실시예 26(EX26), 약 1.22 g/cm3) 10회 사이클 동안 쿨롱 효율이 50% 이하로 감소되며, 사이클 특성도 우수하지 못할 수 있다. 양극 전극의 밀도가 0.50 g/cm3 내지 1.2 g/cm3인 경우(예를 들어, 실시예 22 내지 25(EX22, EX23, EX24, EX25)) 초기 방전 용량이 우수하고, 10회 사이클 동안 70% 이상의 우수한 쿨롱 효율과 우수한 사이클 특성을 나타낼 수 있다.Analyzing the results in FIGS. 9 to 13 together, for example, in a positive electrode having a density smaller than 0.50 g/cm 3 , sufficient contact and an electrical path between the positive electrode active material and the conductive material are not provided, so the resistance of the positive electrode as a whole As the value increases, in the anode electrode with a density greater than 1.2 g/cm 3 , the penetration and migration path of the electrolyte and lithium ions through it into the anode electrode is not sufficiently provided, so it can be assumed that the resistance value of the whole anode electrode increases. can Moreover, when the density of the positive electrode is less than 0.50 g/cm 3 (ie, Example 21 (EX21), about 0.42 g/cm 3 ), the initial discharge capacity may be relatively low, and the density of the positive electrode is 1.2 g/cm If it is greater than 3 (eg, Example 26 (EX26), about 1.22 g/cm 3 ), the coulombic efficiency is reduced to 50% or less for 10 cycles, and the cycle characteristics may not be excellent. When the density of the positive electrode is 0.50 g/cm 3 to 1.2 g/cm 3 (eg, Examples 22 to 25 (EX22, EX23, EX24, EX25)), the initial discharge capacity is excellent, and 70 for 10 cycles % or more excellent coulombic efficiency and excellent cycle characteristics.

도 14는 예시적인 실시예들에 따른 양극 전극의 전압 프로파일을 나타내는 그래프이다. 14 is a graph illustrating a voltage profile of an anode electrode according to example embodiments.

도 14를 참조하면, 실시예 3(EX3)의 1회 충전 및 1회 방전에서의 전압과 용량이 도시된다. 실시예 3(EX3)은 2단계 고상 혼합 방법에 의해 제조된 PTCDA를 포함하는 양극 전극이다. 충전 단계에서, 실시예 3(EX3)은 약 2.52 V 내지 약 2.7 V에서 단일 플래토를 나타냄을 확인할 수 있다. 이러한 플래토는 아래 수식 (4)에 표현된 화학 반응에 의해 나타나는 플래토일 수 있다.Referring to FIG. 14 , the voltage and capacity at one charge and one discharge of Example 3 (EX3) are shown. Example 3 (EX3) is a positive electrode comprising PTCDA prepared by a two-step solid-phase mixing method. In the charging phase, it can be seen that Example 3 (EX3) exhibits a single plateau at about 2.52 V to about 2.7 V. Such a plateau may be a plateau exhibited by a chemical reaction expressed in Equation (4) below.

PTCDA → PTCDA+ + e- -(4)PTCDA → PTCDA + + e - -(4)

실시예 3(EX3)은 약 230 mAh/g의 방전 용량을 보였으며, 이는 도 5를 참조로 설명한 DMPZ를 포함하는 실시예 1(EX1)의 방전 용량과 유사하게 높은 수치임을 확인할 수 있다. Example 3 (EX3) showed a discharge capacity of about 230 mAh/g, which is similar to that of Example 1 (EX1) including the DMPZ described with reference to FIG. 5 .

도 15는 예시적인 실시예들에 따른 양극 전극의 사이클 특성을 나타내는 그래프이다. 15 is a graph illustrating cycle characteristics of a positive electrode according to example embodiments.

도 15를 참조하면, 실시예 3(EX3)은 약 230 mAh/g의 초기 방전 용량, 5회 사이클에서 약 245 mAh/g의 최대 방전 용량을 나타내고, 40회 사이클 이후에도 약 220 mAh/g의 높은 방전 용량을 나타낸다. 즉, 실시예 3(EX3)은 40회 사이클 이후에도 최대 용량 대비 약 90%의 우수한 용량 유지 특성을 나타냄을 확인할 수 있다.15 , Example 3 (EX3) exhibited an initial discharge capacity of about 230 mAh/g, a maximum discharge capacity of about 245 mAh/g in 5 cycles, and a high of about 220 mAh/g even after 40 cycles. Indicates the discharge capacity. That is, it can be seen that Example 3 (EX3) exhibits excellent capacity retention characteristics of about 90% compared to the maximum capacity even after 40 cycles.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 및 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러가지 변형 및 변경이 가능하다. Above, the present invention has been described in detail with reference to preferred embodiments, but the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications and changes by those skilled in the art within the technical spirit and scope of the present invention This is possible.

[사사] 이 연구는 정부(과학기술정보통신부)의 재원으로 한국연구재단-미래소재디스커버리사업의 지원을 받아 수행된 연구임(NRF-2017M3D1A1039561)[Research] This research was conducted with the support of the National Research Foundation-Future Materials Discovery Project, funded by the government (Ministry of Science and ICT) (NRF-2017M3D1A1039561)

1: 리튬 이차 전지 20: 음극 전극
30: 양극 전극 32: 양극 활물질
34: 도전재 36: 바인더
50: 분리막 60: 전해액
72, 74: 케이스 76: 밀봉 부재
1: lithium secondary battery 20: negative electrode
30: positive electrode 32: positive active material
34: conductive material 36: binder
50: separator 60: electrolyte
72, 74: case 76: sealing member

Claims (16)

양극 전극을 형성하는 단계를 포함하는 유기 화합물 기반의 리튬 이차 전지의 제조 방법으로서,
상기 양극 전극을 형성하는 단계는,
30 내지 50 중량%의 양극 활물질 및 30 내지 50 중량%의 도전재를 고상 혼합하여 제1 예비 양극 전극을 형성하는 단계;
상기 제1 예비 양극 전극과 10 내지 30 중량%의 바인더를 고상 혼합하여 제2 예비 양극 전극을 형성하는 단계; 및
상기 제2 예비 양극 전극을 롤 프레스에 의해 압착하는 단계;를 포함하고,
상기 양극 활물질은 탄소 이중 결합과, 질소, 산소, 및 황 중 적어도 하나를 포함하는 작용기를 포함하는 유기 화합물을 포함하고,
상기 유기 화합물은 디메틸페나진(dimethylphenazine, DMPZ), 페릴렌테트라카르복실산 무수물(perylenetetracarboxylic dianhydride, PTCDA), 테트라에틸 티우람 디설파이드(tetrathiuramdisulfide, TETD), TEMPO(2,2,6,6-tetramethylpiperidinyloxy), PEDOT(poly(3,4-ethylenedioxythiophene)), DD-TCNQ(7,7,8,8-tetracyanoquinodimethane), 및 플라반트론(flavanthrone)으로 구성된 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하고,
상기 양극 전극을 형성하는 단계는 유기 용매의 첨가 없이 전 고체 상태에서(all solid-state) 수행되는 것을 특징으로 하는 유기 화합물 기반의 리튬 이차 전지의 제조 방법.
As a method for manufacturing a lithium secondary battery based on an organic compound comprising the step of forming a positive electrode,
The step of forming the anode electrode,
forming a first preliminary positive electrode by solid-phase mixing 30 to 50% by weight of a positive electrode active material and 30 to 50% by weight of a conductive material;
forming a second preliminary positive electrode by solid-phase mixing the first preliminary positive electrode and 10 to 30% by weight of a binder; and
Including; compressing the second preliminary positive electrode by a roll press;
The positive active material includes an organic compound including a carbon double bond and a functional group including at least one of nitrogen, oxygen, and sulfur,
The organic compound is dimethylphenazine (DMPZ), perylenetetracarboxylic dianhydride (PTCDA), tetraethyl thiuramdisulfide (TETD), TEMPO (2,2,6,6-tetramethylpiperidinyloxy) , PEDOT (poly (3,4-ethylenedioxythiophene)), DD-TCNQ (7,7,8,8-tetracyanoquinodimethane), and flavanthrone (flavanthrone) comprising at least one selected from the group consisting of,
Forming the positive electrode is a method of manufacturing an organic compound-based lithium secondary battery, characterized in that it is performed in an all solid-state without the addition of an organic solvent.
제1항에 있어서,
상기 제2 예비 양극 전극을 압착하는 단계는 복수 회 수행되는 것을 특징으로 하는 유기 화합물 기반의 리튬 이차 전지의 제조 방법.
According to claim 1,
The method of manufacturing an organic compound-based lithium secondary battery, characterized in that the step of pressing the second preliminary positive electrode is performed a plurality of times.
제1항에 있어서,
상기 양극 전극이 0.50 g/cm3 내지 1.2 g/cm3의 밀도를 갖도록 상기 제2 예비 양극 전극을 압착하는 단계가 복수 회 수행되는 것을 특징으로 하는 유기 화합물 기반의 리튬 이차 전지의 제조 방법.
According to claim 1,
The method of manufacturing an organic compound-based lithium secondary battery, characterized in that the step of pressing the second preliminary positive electrode so that the positive electrode has a density of 0.50 g/cm 3 to 1.2 g/cm 3 is performed a plurality of times.
제1항에 있어서,
상기 양극 활물질은 제1 입자 사이즈를 가지며, 상기 도전재는 제2 입자 사이즈를 가지며,
상기 바인더는 상기 제1 입자 사이즈 및 상기 제2 입자 사이즈보다 더 큰 제3 입자 사이즈를 갖는 것을 특징으로 하는 유기 화합물 기반의 리튬 이차 전지의 제조 방법.
According to claim 1,
The positive active material has a first particle size, the conductive material has a second particle size,
The binder is a method of manufacturing an organic compound-based lithium secondary battery, characterized in that it has a third particle size larger than the first particle size and the second particle size.
제4항에 있어서,
상기 제1 입자 사이즈는 500 나노미터 내지 60 마이크로미터이며,
상기 제2 입자 사이즈는 10 내지 100 나노미터이며,
상기 제3 입자 사이즈는 1 내지 5 밀리미터인 것을 특징으로 하는 유기 화합물 기반의 리튬 이차 전지의 제조 방법.
5. The method of claim 4,
The first particle size is 500 nanometers to 60 micrometers,
The second particle size is 10 to 100 nanometers,
The third particle size is a method of manufacturing an organic compound-based lithium secondary battery, characterized in that 1 to 5 millimeters.
제1항에 있어서,
상기 압착하는 단계에 의해, 상기 양극 전극은 양극 집전체를 포함하지 않는 프리 스탠딩(free standing) 타입으로 형성되는 것을 특징으로 하는 유기 화합물 기반의 리튬 이차 전지의 제조 방법.
According to claim 1,
By the pressing, the positive electrode is a method of manufacturing an organic compound-based lithium secondary battery, characterized in that formed in a free standing (free standing) type that does not include a positive electrode current collector.
제1항에 있어서,
상기 유기 화합물은 디메틸페나진(DMPZ)을 포함하고,
리튬 금속을 음극 전극으로 사용하여 상기 리튬 이차 전지를 충전할 때, 상기 양극 전극은 3.0 내지 3.2 V에서 제1 플래토(plateau)를 나타내고, 3.6 내지 3.8 V에서 제2 플래토를 나타내는 것을 특징으로 하는 유기 화합물 기반의 리튬 이차 전지의 제조 방법.
According to claim 1,
The organic compound includes dimethylphenazine (DMPZ),
When charging the lithium secondary battery using lithium metal as a negative electrode, the positive electrode exhibits a first plateau at 3.0 to 3.2 V, and exhibits a second plateau at 3.6 to 3.8 V, characterized in that A method of manufacturing an organic compound-based lithium secondary battery.
제1항에 있어서,
상기 유기 화합물은 페릴렌테트라카르복실산 무수물(PTCDA)을 포함하고,
리튬 금속을 음극 전극으로 사용하여 상기 리튬 이차 전지를 충전할 때, 상기 양극 전극은 2.52 내지 2.7 V에서 플래토를 나타내는 것을 특징으로 하는 유기 화합물 기반의 리튬 이차 전지의 제조 방법.
According to claim 1,
The organic compound comprises perylenetetracarboxylic anhydride (PTCDA),
When the lithium secondary battery is charged using lithium metal as a negative electrode, the positive electrode exhibits a plateau at 2.52 to 2.7 V. A method for manufacturing a lithium secondary battery based on an organic compound.
제1항에 있어서,
상기 바인더는 비드 형태의 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)를 포함하고,
상기 바인더는 상기 양극 전극의 총 중량에 대하여 10 내지 30%의 범위인 것을 특징으로 하는 유기 화합물 기반의 리튬 이차 전지의 제조 방법.
According to claim 1,
The binder includes polytetrafluoroethylene (PTFE) in the form of beads,
The binder is a method of manufacturing an organic compound-based lithium secondary battery, characterized in that in the range of 10 to 30% based on the total weight of the positive electrode.
제1항에 있어서,
상기 도전재는 슈퍼P(super P), 카본 블랙, 케첸 블랙(Ketjenblack®), 아세틸렌 블랙 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 화합물 기반의 리튬 이차 전지의 제조 방법.
According to claim 1,
The conductive material is a method of manufacturing an organic compound-based lithium secondary battery, characterized in that it comprises at least one of super P, carbon black, Ketjenblack®, and acetylene black.
제1항에 있어서,
상기 양극 활물질은 500 나노미터 내지 60 마이크로미터의 평균 입자 사이즈를 갖는 것을 특징으로 하는 유기 화합물 기반의 리튬 이차 전지의 제조 방법.
According to claim 1,
The cathode active material is a method of manufacturing an organic compound-based lithium secondary battery, characterized in that it has an average particle size of 500 nanometers to 60 micrometers.
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