KR102282912B1 - Anode, secondary battery including the same, and manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 구현예에 따른 음극은 제1 금속을 포함하는 집전체; 및 제1 금속과 제2 금속의 합금을 포함하는 합금 활물질층;을 포함하고, 상기 집전체와 합금 활물질층에 포함되는 제1 금속은 동일한 금속이고, 상기 제 1 금속은 Ga, Ge, In, Sn, Sb, Tl, Pb, 및 Bi를 포함하는 군에서 선택된 것이고, 상기 제2 금속은 Na, Li, 및 Mg를 포함하는 군에서 선택된 것이고, 상기 합금 활물질층은 화학식 1 내지 24 중 어느 하나로 표시되는 합금을 포함한다. A negative electrode according to an embodiment of the present invention includes a current collector including a first metal; and an alloy active material layer comprising an alloy of a first metal and a second metal, wherein the first metal included in the current collector and the alloy active material layer is the same metal, and the first metal is Ga, Ge, In, Sn, Sb, Tl, Pb, and selected from the group containing Bi, the second metal is selected from the group containing Na, Li, and Mg, the alloy active material layer is represented by any one of Formulas 1 to 24 including alloys that become

Description

음극, 이를 포함하는 이차 전지, 및 이의 제조 방법{ANODE, SECONDARY BATTERY INCLUDING THE SAME, AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}Anode, secondary battery including same, and method for manufacturing the same {ANODE, SECONDARY BATTERY INCLUDING THE SAME, AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

알칼리 금속 또는 알칼리 토금속과 합금화 및 탈합금화에 의해 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속 이온을 흡수 방출할 수 있는 합금 활물질층을 포함하는 음극, 이를 포함하는 이차 전지, 및 이의 제조 방법에 관한 것이다. It relates to a negative electrode including an alloy active material layer capable of absorbing and releasing alkali metal or alkaline earth metal ions by alloying and de-alloying with an alkali metal or alkaline earth metal, a secondary battery including the same, and a method for manufacturing the same.

각종 휴대 전자기기, 및 전기자동차 등이 연구 개발됨에 따라 에너지 저장 기술의 필요성은 더욱 증가하고 있으며, 이에 따라 높은 에너지 밀도와 전압을 가지는 리튬 이차 전지가 널리 사용되고 있다. As various portable electronic devices, electric vehicles, etc. are researched and developed, the need for energy storage technology is further increasing. Accordingly, lithium secondary batteries having high energy density and voltage are widely used.

그러나, 리튬의 높은 가격과 한정된 매장량 때문에, 차세대 전지로서 비교적 낮은 가격과 높은 에너지 밀도를 가지는 소듐을 사용하는 소듐 이온전지에 대한 활발한 연구가 이뤄지고 있다. However, due to the high price and limited reserves of lithium, active research is being conducted on a sodium ion battery using sodium having a relatively low price and high energy density as a next-generation battery.

그러나, 리튬 이온전지에서 사용되는 흑연 음극을 소듐 이온전지에 적용하더라도, 종래 리튬 이온전지에서와 같은 높은 용량을 달성할 수 없을 뿐만 아니라, 높은 에너지를 갖는 전지를 개발할 수 없는 문제점이 있다.However, even if the graphite negative electrode used in the lithium ion battery is applied to the sodium ion battery, there is a problem that not only cannot achieve a high capacity as in the conventional lithium ion battery, but also a battery having a high energy cannot be developed.

이에, 소듐 이온전지 등에 적용하더라도 높은 용량을 달성할 수 있는 새로운 음극의 개발이 필요한 실정이다. Accordingly, there is a need to develop a new anode capable of achieving a high capacity even when applied to a sodium ion battery.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 고용량, 및 우수한 사이클 특성을 가지는 합금 활물질층을 포함하는 음극, 및 이를 포함하는 이차 전지, 및 이의 제조 방법을 제공하고자 한다. The present invention was devised to solve the above problems, and to provide a negative electrode including an alloy active material layer having a high capacity and excellent cycle characteristics, a secondary battery including the same, and a manufacturing method thereof.

본 발명의 일 구현예에 따른 음극은 제1 금속을 포함하는 집전체; 및A negative electrode according to an embodiment of the present invention includes a current collector including a first metal; and

제1 금속과 제2 금속의 합금을 포함하는 합금 활물질층;을 포함한다. and an alloy active material layer including an alloy of the first metal and the second metal.

상기 집전체와 합금 활물질층에 포함되는 제1 금속은 동일한 금속일 수 있다. The first metal included in the current collector and the alloy active material layer may be the same metal.

상기 제 1 금속은 Ga, Ge, In, Sn, Sb, Tl, Pb, 및 Bi를 포함하는 군에서 선택된 것일 수 있다. The first metal may be selected from the group consisting of Ga, Ge, In, Sn, Sb, Tl, Pb, and Bi.

상기 제2 금속은 Na, Li, 및 Mg를 포함하는 군에서 선택된 것일 수 있다. The second metal may be selected from the group consisting of Na, Li, and Mg.

상기 합금 활물질층은 하기 화학식 1 내지 24 중 어느 하나로 표시되는 합금을 포함하는 것일 수 있다. The alloy active material layer may include an alloy represented by any one of the following Chemical Formulas 1 to 24.

[화학식 1][Formula 1]

NaaGaNa a Ga

0 < a < 1/40 < a < 1/4

[화학식 2][Formula 2]

NabGeNa b Ge

0 < b < 10 < b < 1

[화학식 3][Formula 3]

NacInNa c In

0 < c < 5/80 < c < 5/8

[화학식 4][Formula 4]

NadSnNa d Sn

0 < d < 10 < d < 1

[화학식 5][Formula 5]

NaeSbNa e Sb

0 < e < 10 < e < 1

[화학식 6][Formula 6]

NafTlNa f Tl

0 < f < 1/20 < f < 1/2

[화학식 7][Formula 7]

NagPbNa g Pb

0 < g < 10 < g < 1

[화학식 8][Formula 8]

NahBiNa h Bi

0 < h < 10 < h < 1

[화학식 9][Formula 9]

LiiGaLi i Ga

0 < i < 1/20 < i < 1/2

[화학식 10][Formula 10]

LijGeLi j Ge

0 < j < 30 < j < 3

[화학식 11][Formula 11]

LikInLi k In

0 < k < 20 < k < 2

[화학식 12][Formula 12]

LilSnLi l Sn

0 < l < 10 < l < 1

[화학식 13][Formula 13]

LimSbLi m Sb

0 < m < 20 < m < 2

[화학식 14][Formula 14]

LinTlLi n Tl

0 < n < 10 < n < 1

[화학식 15][Formula 15]

LioPbLi o Pb

0 < o < 10 < o < 1

[화학식 16][Formula 16]

LipBiLi p Bi

0 < p < 10 < p < 1

[화학식 17][Formula 17]

MgqGaMg q Ga

0 < q < 1/20 < q < 1/2

[화학식 18][Formula 18]

MgrGeMg r Ge

0 < r < 20 < r < 2

[화학식 19][Formula 19]

*MgsIn*Mg s In

0 < s < 1/20 < s < 1/2

[화학식 20][Formula 20]

*MgtSn*Mg t Sn

0 < t < 20 < t < 2

[화학식 21][Formula 21]

MguSbMg u Sb

0 < u < 3/20 < u < 3/2

[화학식 22][Formula 22]

MgvTlMg v Tl

0 < v < 10 < v < 1

[화학식 23][Formula 23]

MgwPbMg w Pb

0 < w < 20 < w < 2

[화학식 24][Formula 24]

MgyBiMg y Bi

0 < y < 3/20 < y < 3/2

상기 집전체와 상기 합금 활물질층은 집전체와 합금 활물질층을 연결하는 원자 결합을 가지는 것일 수 있다. The current collector and the alloy active material layer may have an atomic bond connecting the current collector and the alloy active material layer.

상기 합금 활물질층은 합금 활물질층 100질량% 기준으로 화학식 1 내지 24 중 어느 하나로 표시되는 합금을 97 질량% 이상 포함하는 것일 수 있다. The alloy active material layer may include 97 mass% or more of the alloy represented by any one of Formulas 1 to 24 based on 100 mass% of the alloy active material layer.

상기 합금 활물질층은 마이크로 금속 입자가 상하로 적층 결합된 복수의 기둥 구조를 가지는 것일 수 있다. The alloy active material layer may have a plurality of columnar structures in which micro metal particles are stacked and bonded up and down.

상기 마이크로 금속 입자는 평균 직경이 0.1 내지 5 ㎛ 인 것일 수 있다. The micro metal particles may have an average diameter of 0.1 to 5 μm.

상기 합금 활물질층은 공극도가 50 내지 90 부피%인 것일 수 있다. The alloy active material layer may have a porosity of 50 to 90% by volume.

상기 집전체 두께 대비 합금 활물질층의 두께(합금 활물질층 두께/집전체 두께)는 0.01 내지 200 인 것일 수 있다. The thickness of the alloy active material layer relative to the current collector thickness (alloy active material layer thickness/current collector thickness) may be 0.01 to 200.

1사이클 방전용량 대비, 100사이클 방전용량의 유지율(retention)이 95% 이상인 것일 수 있다. Compared to the one-cycle discharge capacity, the retention of the 100-cycle discharge capacity may be 95% or more.

1사이클 방전용량 대비, 30사이클 방전용량의 유지율(retention)이 92% 이상인 것일 수 있다. Compared to the one-cycle discharge capacity, the retention of the 30-cycle discharge capacity may be 92% or more.

1사이클 방전용량과 2사이클 방전용량 차이가 5% 것일 수 있다. The difference between the one-cycle discharge capacity and the two-cycle discharge capacity may be 5%.

본 발명의 일 구현예에 따른 이차 전지 제조 방법은 금속 포일 음극, 및 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속을 포함하는 금속 전극을 포함하는 하프-셀(half-cell)를 구성하는 단계; 상기 하프-셀(half-cell)을 방전 그래프 상의 최초 평탄 전압 구간 경계점 미만으로 방전시켜 상기 금속 포일 음극의 일면에 합금 활물질층이 형성하는 단계; 및 상기 일면에 합금 활물질층이 형성된 음극, 양극 활물질을 포함하는 양극, 및 전해질을 포함하는 풀-셀(full-cell)를 제조하는 단계;를 포함한다. A secondary battery manufacturing method according to an embodiment of the present invention comprises: configuring a half-cell including a metal foil negative electrode and a metal electrode including an alkali metal or alkaline earth metal; forming an alloy active material layer on one surface of the metal foil negative electrode by discharging the half-cell to less than a boundary point of an initial flat voltage section on a discharge graph; and manufacturing a full-cell including a negative electrode having an alloy active material layer formed on one surface thereof, a positive electrode including a positive electrode active material, and an electrolyte.

상기 금속 포일 음극은 Ga, Ge, In, Sn, Sb, Tl, Pb, 및 Bi 를 포함하는 군에서 선택된 금속을 포함하는 것일 수 있다. The metal foil negative electrode may include a metal selected from the group consisting of Ga, Ge, In, Sn, Sb, Tl, Pb, and Bi.

상기 합금 활물질층이 형성하는 단계에서 방전 용량을 1107mAh/g 미만으로 제어하는 것일 수 있다. In the step of forming the alloy active material layer, the discharge capacity may be controlled to less than 1107 mAh/g.

상기 합금 활물질층이 형성하는 단계는 하기 계산식 1을 만족하도록 방전용량을 제어하는 것일 수 있다. The step of forming the alloy active material layer may be to control the discharge capacity to satisfy Equation 1 below.

[계산식 1] 0 < 100 * (초기 평탄 전압 구간 경계점의 방전용량/완전 방전시 전체 이론 방전용량) < 100. [Equation 1] 0 < 100 * (discharge capacity at the boundary of the initial flat voltage section/total theoretical discharge capacity at full discharge) < 100.

상기 합금 활물질층을 형성하는 단계에서 상기 알칼리 금속이 Li인 경우, 상기 금속 포일 음극은 Sn 금속 포일 음극이고, 방전용량을 0 초과, 및 226mAh/g 미만으로 제어하거나, 상기 금속 포일은 Bi 금속 포일 음극이고, 방전용량을 0 초과, 및 128mAh/g 미만으로 제어하거나, 상기 금속 포일은 Ga 금속 포일 음극이고, 방전용량을 0 초과, 및 192mAh/g 미만으로 제어하거나, 상기 금속 포일은 Ge 금속 포일 음극이고, 방전용량을 0 초과, 및 1623mAh/g 미만으로 제어하거나, 상기 금속 포일은 In 금속 포일 음극이고, 방전용량을 0 초과, 및 700mAh/g 미만으로 제어하거나, 상기 금속 포일은 Sb 금속 포일 음극이고, 방전용량을 0 초과, 및 660mAh/g 미만으로 제어하거나, 상기 금속 포일은 Tl 금속 포일 음극이고, 방전용량을 0 초과, 및 525mAh/g 미만으로 제어하거나, 상기 금속 포일은 Pb 금속 포일 음극이고, 방전용량을 0 초과, 및 569mAh/g 미만으로 제어하는 것일 수 있다. When the alkali metal is Li in the step of forming the alloy active material layer, the metal foil negative electrode is a Sn metal foil negative electrode, and the discharge capacity is controlled to be greater than 0 and less than 226 mAh/g, or the metal foil is a Bi metal foil a negative electrode, wherein the discharge capacity is controlled to be greater than 0 and less than 128 mAh/g, or the metal foil is a Ga metal foil negative electrode, and the discharge capacity is controlled to be greater than 0 and less than 192 mAh/g, or the metal foil is a Ge metal foil a negative electrode, wherein the discharge capacity is controlled to be greater than 0 and less than 1623 mAh/g, or the metal foil is an In metal foil negative electrode, and the discharge capacity is controlled to be greater than 0 and less than 700 mAh/g, or the metal foil is an Sb metal foil a negative electrode, wherein the discharge capacity is controlled to be greater than 0 and less than 660 mAh/g, or the metal foil is a Tl metal foil negative electrode, and the discharge capacity is controlled to be greater than 0 and less than 525 mAh/g, or the metal foil is a Pb metal foil It is a negative electrode, and the discharge capacity may be controlled to be greater than 0, and less than 569 mAh/g.

상기 합금 활물질층을 형성하는 단계에서 상기 알칼리 금속이 Na인 경우, 상기 금속 포일 음극은 Sn 금속 포일 음극이고, 방전용량을 0 초과, 및 226mAh/g 미만으로 제어하거나, 상기 금속 포일은 Bi 금속 포일 음극이고, 방전용량을 0 초과, 및 128mAh/g 미만으로 제어하거나, 상기 금속 포일은 Ga 금속 포일 음극이고, 방전용량을 0 초과, 및 96mAh/g 미만으로 제어하거나, 상기 금속 포일은 Ge 금속 포일 음극이고, 방전용량을 0 초과, 및 369mAh/g 미만으로 제어하거나, 상기 금속 포일은 In 금속 포일 음극이고, 방전용량을 0 초과, 및 145mAh/g 미만으로 제어하거나, 상기 금속 포일은 Sb 금속 포일 음극이고, 방전용량을 0 초과, 및 220mAh/g 미만으로 제어하거나, 상기 금속 포일은 Tl 금속 포일 음극이고, 방전용량을 0 초과, 및 65mAh/g 미만으로 제어하거나, 상기 금속 포일은 Pb 금속 포일 음극이고, 방전용량을 0 초과, 및 129mAh/g 미만으로 제어하는 것일 수 있다. When the alkali metal is Na in the step of forming the alloy active material layer, the metal foil negative electrode is a Sn metal foil negative electrode, and the discharge capacity is controlled to be greater than 0, and less than 226 mAh/g, or the metal foil is a Bi metal foil a negative electrode, wherein the discharge capacity is controlled to be greater than 0 and less than 128 mAh/g, or the metal foil is a Ga metal foil negative electrode, and the discharge capacity is controlled to be greater than 0 and less than 96 mAh/g, or the metal foil is a Ge metal foil a negative electrode, wherein the discharge capacity is controlled to be greater than 0 and less than 369 mAh/g, or the metal foil is an In metal foil negative electrode, and the discharge capacity is controlled to be greater than 0 and less than 145 mAh/g, or the metal foil is an Sb metal foil a negative electrode, wherein the discharge capacity is controlled to be greater than 0 and less than 220 mAh/g, or the metal foil is a Tl metal foil negative electrode, and the discharge capacity is controlled to be greater than 0 and less than 65 mAh/g, or the metal foil is a Pb metal foil It is a negative electrode, and the discharge capacity may be controlled to be greater than 0, and less than 129mAh/g.

상기 합금 활물질층을 형성하는 단계에서 상기 알칼리 금속이 Mg인 경우, 상기 금속 포일 음극은 Sn 금속 포일 음극이고, 방전용량을 0 초과, 및 452mAh/g 미만으로 제어하거나, 상기 금속 포일은 Bi 금속 포일 음극이고, 방전용량을 0 초과, 및 192mAh/g 미만으로 제어하거나, 상기 금속 포일은 Ga 금속 포일 음극이고, 방전용량을 0 초과, 및 192mAh/g 미만으로 제어하거나, 상기 금속 포일은 Ge 금속 포일 음극이고, 방전용량을 0 초과, 및 738mAh/g 미만으로 제어하거나, 상기 금속 포일은 In 금속 포일 음극이고, 방전용량을 0 초과, 및 116mAh/g 미만으로 제어하거나, 상기 금속 포일은 Sb 금속 포일 음극이고, 방전용량을 0 초과, 및 330mAh/g 미만으로 제어하거나, 상기 금속 포일은 Tl 금속 포일 음극이고, 방전용량을 0 초과, 및 131mAh/g 미만으로 제어하거나, 상기 금속 포일은 Pb 금속 포일 음극이고, 방전용량을 0 초과, 및 259mAh/g 미만으로 제어하는 것일 수 있다. When the alkali metal is Mg in the step of forming the alloy active material layer, the metal foil negative electrode is a Sn metal foil negative electrode, and the discharge capacity is controlled to be greater than 0 and less than 452 mAh/g, or the metal foil is a Bi metal foil a negative electrode, wherein the discharge capacity is controlled to be greater than 0 and less than 192 mAh/g, or the metal foil is a Ga metal foil negative electrode, and the discharge capacity is controlled to be greater than 0 and less than 192 mAh/g, or the metal foil is a Ge metal foil a negative electrode, wherein the discharge capacity is controlled to be greater than 0 and less than 738 mAh/g, or the metal foil is an In metal foil negative electrode, and the discharge capacity is controlled to be greater than 0 and less than 116 mAh/g, or the metal foil is an Sb metal foil a negative electrode, wherein the discharge capacity is controlled to be greater than 0 and less than 330 mAh/g, or the metal foil is a Tl metal foil negative electrode, and the discharge capacity is controlled to be greater than 0 and less than 131 mAh/g, or the metal foil is a Pb metal foil It is a negative electrode, and the discharge capacity may be controlled to be greater than 0, and less than 259mAh/g.

상기 하프-셀(half-cell)를 구성하는 단계 이전에, 금속을 압연하여 금속 포일 음극을 형성하는 단계를 더 포함하는 것일 수 있다. Before forming the half-cell, the method may further include forming a metal foil negative electrode by rolling a metal.

본 발명의 일 구현예에 따른 이차 전지는 양극; 전해질; 및 본 발명의 일 구현예에 따른 음극을 포함하는 것일 수 있다. A secondary battery according to an embodiment of the present invention includes a positive electrode; electrolyte; and an anode according to an embodiment of the present invention.

상기 전해질은 금속염, 및 에테르계 용매를 포함하는 것일 수 있다. The electrolyte may include a metal salt and an ether-based solvent.

상기 에테르계 용매는 디메톡시에탄(Dimethoxyethane, DME), 1, 3- 다이옥솔란(1,3-dioxolane), 테트라에틸렌 글리콜 디메틸 에테르(tetraethylene glycol dimethyl ether, TEGDME), 디에틸렌 글리콜 디메틸 에테르(Diethylene glycol dimethyl ether, DEGDME), 트리에틸렌 글리콜 디메틸 에테르(Triethylene glycol dimethyl ether, TEGDME), 폴리에틸렌 글리콜 디메틸 에테르(Polyethylene glycol dimethyl ether, PEGDME), 폴리에틸렌옥사이드(Polyethyleneoxide, PEO), 다이옥솔란(Dioxolane, DOL) 및 이들의 혼합물을 포함하는 군에서 선택된 것일 수 있다. The ether solvent is dimethoxyethane (DME), 1,3-dioxolane (1,3-dioxolane), tetraethylene glycol dimethyl ether (TEGDME), diethylene glycol dimethyl ether (Diethylene glycol) dimethyl ether, DEGDME), triethylene glycol dimethyl ether (TEGDME), polyethylene glycol dimethyl ether (PEGDME), polyethyleneoxide (PEO), dioxolane (DOL) and these It may be selected from the group comprising a mixture of

상기 양극과 음극 사이에 분리막을 더 포함할 수 있다.A separator may be further included between the anode and the cathode.

상기 분리막은 기공이 10nm 내지 100nm 인 나노 기공 분리막인 것일 수 있다. 구체적으로, 20nm 내지 100nm, 50nm 내지 100nm, 또는 80nm 내지 100nm일 수 있다. The separation membrane may be a nano-pore separation membrane having pores of 10 nm to 100 nm. Specifically, it may be 20 nm to 100 nm, 50 nm to 100 nm, or 80 nm to 100 nm.

*상기 분리막은 기공이 1μm 내지 50μm인 마이크로 기공 분리막인 것일 수 있다. 구체적으로, 3μm 내지 50μm, 5μm 내지 50μm, 10μm 내지 50μm, 또는 15μm 내지 50μm 일 수 있다. * The separator may be a micro-pore separator having pores of 1 μm to 50 μm. Specifically, it may be 3 μm to 50 μm, 5 μm to 50 μm, 10 μm to 50 μm, or 15 μm to 50 μm.

상기 나노 기공 분리막의 두께는 5μm 내지 1mm일 수 있다. 구체적으로, 10μm 내지 1mm, 15μm 내지 1mm, 20μm 내지 1mm, 25μm 내지 1mm 일 수 있다. The thickness of the nanopore separator may be 5 μm to 1 mm. Specifically, it may be 10 μm to 1 mm, 15 μm to 1 mm, 20 μm to 1 mm, or 25 μm to 1 mm.

상기 마이크로 기공 분리막은 기공이 1μm 내지 50μm인 것일 수 있다. 구체적으로, 3μm 내지 50μm, 5μm 내지 50μm, 8μm 내지 50μm, 또는 10μm 내지 50μm일 수 있다. The micropore separation membrane may have pores of 1 μm to 50 μm. Specifically, it may be 3 μm to 50 μm, 5 μm to 50 μm, 8 μm to 50 μm, or 10 μm to 50 μm.

상기 마이크로 기공 분리막은 두께가 0.2mm 내지 2mm인 것일 수 있다. 구체적으로, 0.5mm 내지 2mm, 0.8mm 내지 2mm, 또는 1mm 내지 2mm일 수 있다. The micropore separator may have a thickness of 0.2 mm to 2 mm. Specifically, it may be 0.5 mm to 2 mm, 0.8 mm to 2 mm, or 1 mm to 2 mm.

상기 분리막은 나노 기공 분리막 및 마이크로 기공 분리막을 포함하는 다중 분리막일 수 있다. The separator may be a multiple separator including a nano-pore separator and a micro-pore separator.

알칼리 금속 또는 알칼리 토금속과 합금화 및 탈합금화에 의해 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속 이온을 흡수하고 방출할 수 있는 합금 활물질층을 적용함으로써, 전극 용량을 향상시킬 수 있다. By applying an alloy active material layer capable of absorbing and releasing alkali metal or alkaline earth metal ions by alloying and de-alloying with an alkali metal or alkaline earth metal, the electrode capacity can be improved.

합금 활물질층의 조성, 및 합금화 정도를 제어함으로써, 충방전시 활물질의 부피 변화에 따른 활물질층이 균열, 및 분쇄를 억제하고, 사이클 특성을 향상시킬 수 있다. By controlling the composition of the alloy active material layer and the degree of alloying, the active material layer according to the volume change of the active material during charging and discharging suppresses cracking and pulverization, and improves cycle characteristics.

도 1은 본원 일 구현예에 따른 전극의 구조를 나타낸 개략도이다.
도 2는 하프-셀의 구조를 나타낸 도면이다.
도 3은 실시예 1 음극을 제조하기 위한 전기화학적 반응 구간을 표시한 방전 그래프이다.
도 4는 실시예 1 음극의 합금 활물질층의 사진이다.
도 5는 실시예 1 음극의 집전체의 사진이다.
도 6은 실시예 1 음극의 합금 활물질층의 SEM사진이다.
도 7은 실시예 1 음극의 EDS spectrum 이다.
도 8은 실시예 1 음극의 0.01 C의 전류밀도에서 사이클 특성을 나타낸 그래프이다.
도 9은 실시예 1 음극의 0.01 C의 전류밀도에서 충·방전 곡선을 나타낸다.
도 10는 실시예 2 음극의 합금 활물질층의 사진이다.
도 11은 실시예 2 음극의 집전체 사진이다.
도 12은 실시예 2 음극의 0.01 C에서의 충·방전 곡선이다.
도 13 실시예 2 Bi 전극의 방전 그래프이다.
도 14 실시예 2의 Bi 음극 1 내지 30 사이클 동안의 사이클 특성을 나타낸 그래프이다.
도 15는 실시예 1의 전극(Na0.22Sn 합금 활물질층을 포함하는 음극)을 1회 충방전 사이클을 수행한 후의 전극 실제 사진이다.
도 16 은 비교예 1 전극의 실제 사진이다.
도 17은 비교예 2 전극의 분리막 제거 후 실제 사진이다.
도 18은 Sn 전극 방전 그래프이다.
도 19은 풀-셀의 구조를 나타낸 도면이다.
1 is a schematic diagram showing the structure of an electrode according to an embodiment of the present application.
2 is a diagram showing the structure of a half-cell.
3 is a discharge graph showing an electrochemical reaction section for preparing the negative electrode of Example 1;
4 is a photograph of the alloy active material layer of the negative electrode of Example 1.
5 is a photograph of the current collector of the negative electrode of Example 1.
6 is a SEM photograph of the alloy active material layer of the negative electrode of Example 1.
7 is an EDS spectrum of the negative electrode of Example 1.
8 is a graph showing the cycle characteristics of the negative electrode of Example 1 at a current density of 0.01 C.
9 shows a charge/discharge curve at a current density of 0.01 C of the negative electrode of Example 1.
10 is a photograph of the alloy active material layer of the negative electrode of Example 2;
11 is a photograph of the current collector of the negative electrode of Example 2.
12 is a charge/discharge curve at 0.01 C of the negative electrode of Example 2.
Fig. 13 is a discharge graph of the Bi electrode of Example 2;
14 is a graph showing cycle characteristics for 1 to 30 cycles of the Bi anode of Example 2;
15 is an actual photograph of the electrode of Example 1 ( a negative electrode including a Na 0.22 Sn alloy active material layer) after performing one charge/discharge cycle.
16 is an actual photograph of the electrode of Comparative Example 1.
17 is an actual photograph after removing the separator of the electrode of Comparative Example 2.
18 is an Sn electrode discharge graph.
19 is a diagram showing the structure of a full-cell.

이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. However, this is provided as an example, and the present invention is not limited thereto, and the present invention is only defined by the scope of the claims to be described later.

본 명세서에서, 사용되는 전문 용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 본 명세서에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.In this specification, the terminology used is for the purpose of referring to specific embodiments only, and is not intended to limit the present invention. As used herein, the singular forms also include the plural forms unless the phrases clearly indicate the opposite. In the present specification, when a part "includes" a certain component, this means that other components may be further included, rather than excluding other components, unless otherwise stated.

층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 또한, 명세서 전체에서, "~상에"라 함은 대상 부분의 위 또는 아래에 위치함을 의미하는 것이며, 반드시 중력 방향을 기준으로 상 측에 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.When a part, such as a layer, film, region, plate, etc., is "on" or "on" another part, it includes not only cases where it is "directly on" another part, but also cases where there is another part in between. In addition, throughout the specification, "on" means to be located above or below the target part, and does not necessarily mean to be located above the direction of gravity.

본 명세서에서 평탄 전압 구간은 분극 및 전압강하에 의한 전압 변동이 없는 정상적인 연속된 방전과정에서, 1 mAh/g용량의 미소영역 내에 임의의 지점의 기울기가 -0.1dv/d(mAh/g) 내지 0.1dv/d(mAh/g)로 연속적으로 연결된 전압 구간으로 정의한다. 최초 평탄 전압 구간은 이러한 구간 중에 방전시의 첫번째로 나타나는 구간으로 정의한다. 다시 설명하자면, 평탄 전압 구간은 GITT (galvanostatic Intermittent Titration Technique) 실험에서 OCV(Open circuit voltage)가 방전과정에서 동일한 구간으로 정의하며, 방전 시작 후 10 mAh/g 이후의 OCV가 동일하게 유지되는 곳까지를 최초 평탄 전압 구간이라고 정의한다.In the present specification, the flat voltage section has a slope of -0.1 dv/d (mAh/g) to -0.1 dv/d (mAh/g) at any point within a micro-region of 1 mAh/g capacity in a normal continuous discharge process without voltage fluctuations due to polarization and voltage drop. It is defined as a voltage section continuously connected to 0.1dv/d (mAh/g). The initial flat voltage section is defined as a section that appears first during discharge among these sections. In other words, the flat voltage section is defined as a section in which the OCV (Open circuit voltage) is the same during the discharging process in the galvanostatic intermittent titration technique (GITT) experiment, until the OCV after 10 mAh/g remains the same after the start of discharging. is defined as the first flat voltage interval.

즉, 방전을 하면서 OCV를 같이 측정하는 GITT로 방전을 하게 되면, 동일한 평탄 전압 구간에서 동일한 OCV가 나타나게 되므로, 동일한 OCV를 연속적으로 가지는 구간을 평탄 전압 구간으로 볼 수 있다. That is, when discharging is performed with a GITT that measures OCV while discharging, the same OCV appears in the same flat voltage section, so a section continuously having the same OCV can be viewed as a flat voltage section.

본 명세서에서 최초 평탄 전압 구간 경계점은 방전시의 첫번째로 나타나는 평탄 전압 구간이 종료되는 지점을 의미한다. In the present specification, the boundary point of the first flat voltage section means a point at which the first flat voltage section that appears during discharge ends.

도 18은 평탄 전압 구간의 이해를 돕기 위하여, Sn 금속을 양극으로, Na금속을 음극으로 한 하프-셀의 방전 그래프를 나타낸 것이다. 도 18을 보면, 방전용량이 0 내지 226 mAh/g-Sn 인 구간에 최초 평탄 전압 구간이고, 226 mAh/g-Sn 인 지점이 최초 평탄 전압 구간 경계점임을 확인할 수 있다. 18 shows a discharge graph of a half-cell using Sn metal as an anode and Na metal as a cathode in order to help understand the flat voltage section. Referring to FIG. 18 , it can be confirmed that the first flat voltage section is the section in which the discharge capacity is 0 to 226 mAh/g-Sn, and the point of 226 mAh/g-Sn is the boundary point of the first flat voltage section.

본 명세서에서 합금화 소재는 소듐 등과 같은 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속과 전기화학적으로 반응하여 합금화함으로써 소듐 등을 흡수하고, 탈합금화에 의하여 소듐 등을 전기화학적으로 방출함으로써, 전기화학적으로 소듐 등을 흡수하고, 방출할 수 있는 소재를 의미한다. 이러한 합금화 소재(금속 활물질)는 갈륨(Ga, gallium), 게르마늄(Ge, germanium), 인듐(In, indium), 주석 (Sn, tin), 안티몬(Sb, antimony), 탈륨(Tl,thallium), 납(Pb, lead), 비스무스(Bi, bismuth), 및 이들의 합금을 포함하는 군에서 선택되는 것일 수 있다. 다만, 상기 나열한 금속에 한정되는 것은 아니며, 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속과 합금화 및 탈합금화에 의하여 가역적으로 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속 이온을 흡장 방출할 수 있는 금속은 이에 포함될 수 있다. In the present specification, the alloying material absorbs sodium by electrochemically reacting with an alkali metal or alkaline earth metal such as sodium and alloying, and electrochemically emitting sodium or the like by dealloying to electrochemically absorb sodium, etc., material that can be released. These alloying materials (metal active materials) are gallium (Ga, gallium), germanium (Ge, germanium), indium (In, indium), tin (Sn, tin), antimony (Sb, antimony), thallium (Tl, thallium), It may be one selected from the group including lead (Pb, lead), bismuth (Bi, bismuth), and alloys thereof. However, it is not limited to the metals listed above, and metals capable of reversibly occluding and releasing alkali metal or alkaline earth metal ions by alloying and de-alloying with an alkali metal or alkaline earth metal may be included therein.

상기 합금화 소재와의 합금화 및 탈합금화 반응을 통하여 흡수 및 방출될 수 있는 물질은 알칼리 금속, 알칼리 토금속일 수 있으며, 합금화 및 탈합금화 반응은 다음의 화학반응식을 갖는다.The material that can be absorbed and released through the alloying and dealloying reaction with the alloying material may be an alkali metal or an alkaline earth metal, and the alloying and dealloying reaction has the following chemical reaction formula.

xA+ M ↔ AxMxA+ M ↔ A x M

상기 화학반응식에서 A는 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속이고, M은 합금화 소재이다. In the above chemical formula, A is an alkali metal or alkaline earth metal, and M is an alloying material.

이때, x의 값이 대부분 1을 넘기 때문에 합금화 소재는 대부분 높은 이론용량을 나타낸다.At this time, since most of the values of x exceed 1, most of the alloyed materials show high theoretical capacity.

그 예로, 주석은 소듐과 반응하여 최종생성물 Na15Sn4(x=3.75)를 형성할 때, 847 mAh/g의 높은 이론용량을 나타낸다. 다음의 표 1은 합금화 소재의 종류에 따른 소듐화 반응 생성물, 및 이론용량을 나타낸다.For example, when tin reacts with sodium to form the final product Na 15 Sn 4 (x=3.75), it exhibits a high theoretical capacity of 847 mAh/g. Table 1 below shows the sodium reaction products and theoretical capacity according to the type of alloying material.

하기 표 1를 보면 합금화 소재는 합금화 소재의 종류에 따라 이온 용량이 달라질 수 있음을 알 수 있다. 또한, 합금화 소재는 소듐화(sodiation)된 정도에 따라 용량(capacity)이 달라질 수 있다. Referring to Table 1 below, it can be seen that the ion capacity of the alloying material may vary depending on the type of the alloying material. In addition, the alloying material may have a different capacity (capacity) depending on the degree of sodium (sodium).

음극 물질cathode material
(Anode material)(Anode material)
소듐화 생성물Sodium products
(Sodiation product)(Sodiation product)
이론 용량theoretical capacity
(Theoretical capacity)(Theoretical capacity)
GaGa Na0.56Ga (Na22Ga39)Na 0.56 Ga (Na 22 Ga 39 ) 217217 GeGe Na3GeNa 3 Ge 11061106 InIn NaInNaIn 233233 SnSn Na3.75Sn (Na15Sn4)Na 3.75 Sn (Na 15 Sn 4 ) 847847 SbSb Na3SbNa 3 Sb 660660 TlTl Na6TlNa 6 Tl 787787 PbPb Na15Pb4 Na 15 Pb 4 485485 BiBi Na3BiNa 3 Bi 385385

하지만, 이러한 합금화 소재(M)는 소듐 등의 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속과 합금화시(AxM)에 부피가 팽창하고, 탈합금화시에는 원래의 합금화 소재(M)로 되돌아가 부피가 감소한다. 따라서, 상기 합금화 소재를 전극 활물질로 적용하는 경우, 전지의 충방전할 때, 전극 활물질에서 합금화 및 탈합금화가 일어나고, 합금화 소재에 부피 팽창 및 수축의 부피변화를 발생시키는 본질적인(intrinsic) 문제를 야기시킨다. 즉, 충방전에 의한 부피변화는 합금화 소재 내에 내부응력(internal stress)을 야기시키고, 이는 전극 활물질(층)의 균열(crack) 생성으로 이어지며, 마침내는 균열이 성장하여, 전극 활물질(층)이 쪼개지고, 이는 전극 활물질이 더 작은 입자로 분쇄(pulverization)되는 과정으로 이어진다. 이 같은 전극 활물질(층)의 분쇄 등에 의하여 전극 활물질(층)이 전극 내에서 집전체나 도전재와 전기적 연결이 끊어지는 문제가 발생한다. 그리하여 집전체로부터 전자가 공급되지 않으므로, 더 이상 전기화학적 반응을 할 수 없는 상태에 놓이게 되고, 반복하여 충·방전이 진행됨에 따라 급격한 용량 감소를 일으키게 된다. 그 결과, 합금화 메카니즘을 갖는 전극은 짧은 충방전 사이클 수명을 갖게 된다. However, this alloying material (M) expands in volume when alloyed with an alkali metal or alkaline earth metal such as sodium (A x M), and returns to the original alloying material (M) during de-alloying and decreases in volume. Therefore, when the alloying material is applied as an electrode active material, alloying and de-alloying occur in the electrode active material during charging and discharging of the battery, and intrinsic problems of causing volumetric expansion and contraction in the alloying material make it That is, the volume change due to charging and discharging causes an internal stress in the alloying material, which leads to the generation of cracks in the electrode active material (layer), and finally the cracks grow, and the electrode active material (layer) This cleavage leads to a process in which the electrode active material is pulverized into smaller particles. Due to the pulverization of the electrode active material (layer), there is a problem in that the electrode active material (layer) is electrically disconnected from the current collector or the conductive material in the electrode. Therefore, since electrons are not supplied from the current collector, it is placed in a state in which an electrochemical reaction can no longer be performed, and as charging and discharging are repeatedly performed, a rapid decrease in capacity occurs. As a result, an electrode having an alloying mechanism has a short charge/discharge cycle life.

이러한 전극 활물질의 충방전시 큰 부피 변화율로 인한 분쇄 문제를 해소하기 위하여, 활물질을 미세 입자화하는 방안을 고려할 수 있다. 그러나, 활물질을 미세 입자로 분말화하는 공정의 경우 복잡하고 고가의 공정비를 수반함으로써 전극 가격을 상승시키는 문제가 있다. In order to solve the pulverization problem due to a large volume change rate during charging and discharging of the electrode active material, a method of making the active material fine particles may be considered. However, in the case of a process of pulverizing an active material into fine particles, there is a problem in that the electrode price increases due to complicated and expensive process costs.

또한, 분말 전극 활물질을 사용하는 경우 분말 전극 활물질을 집전체에 고정하기 위하여 고분자 바인더를 사용하게 되며, 전도성 향상을 위한 도전재 등을 더 포함하게 된다. 그러나, 이러한 고분자 바인더 및 도전재는 전기화학적으로 반응하지 않는 물질로서, 전극 내의 활물질 함량이 감소하기 때문에 전극의 전체 용량을 감소시키는 결과가 된다. In addition, when a powder electrode active material is used, a polymer binder is used to fix the powder electrode active material to the current collector, and a conductive material for improving conductivity is further included. However, the polymer binder and the conductive material are materials that do not react electrochemically, and since the content of the active material in the electrode is reduced, the total capacity of the electrode is reduced.

충방전시 전극 활물질의 부피팽창을 수용할 수 있는 공간을 부여하기 위하여 전극 활물질과 동종재(同種材) 및 이종재(異種材)를 이용하여 다공성 구조를 설계할 수 있다. 그러나, 동종재를 이용하여 다공성 구조를 설계하더라도, 미세 분말화 기술이 필요하여, 제조공정이 복잡해지는 문제가 있다. 또한, 이종재를 이용하여 다공성 구조를 설계할 경우, 전극 내에 전기화학적으로 반응하지 않는 소재가 추가됨으로써, 전극의 전체 용량을 감소시키게 된다.In order to provide a space capable of accommodating the volume expansion of the electrode active material during charging and discharging, a porous structure can be designed using the same material and different materials as the electrode active material. However, even when a porous structure is designed using a homogeneous material, there is a problem in that a fine powdering technique is required, thereby complicating the manufacturing process. In addition, when a porous structure is designed using a dissimilar material, an electrochemically non-reactive material is added to the electrode, thereby reducing the overall capacity of the electrode.

또한, 분말을 이용한 전극은 가공밀도 (tap density) 가 낮기 때문에 반드시 압축공정이 들어가게 되는데, 압축 공정을 거치더라도 분말을 이용한 전극의 가공밀도는 하나의 덩어리로 이루어진 전극보다 낮을 수 밖에 없으며, 미세 입자들을 포함하는 전극의 가공밀도를 증가시키는 것도 일반적으로 매우 어렵다. 마찬가지 이유로 면적당 전극의 적재량을 향상시키기 위해 두께를 증가시키기도 어렵다.In addition, since the electrode using the powder has a low tap density, a compression process is necessarily performed. Even after the compression process, the processing density of the electrode using the powder is inevitably lower than that of an electrode made of a single mass, and fine particles It is also generally very difficult to increase the working density of electrodes including these. For the same reason, it is difficult to increase the thickness to improve the electrode loading per area.

더욱이, 위와 같은 방법을 모두 사용하여도, 본질적인 문제인 충방전 사이클 중 발생하는 부피변화에 의한 전극 활물질층의 분쇄, 용량 감소, 및 사이클 특성 저하 문제를 근원적으로 해결할 수 없다.Moreover, even if all of the above methods are used, the problems of pulverization of the electrode active material layer due to volume change occurring during the charge/discharge cycle, which are essential problems, a decrease in capacity, and a decrease in cycle characteristics cannot be fundamentally solved.

본원은 높은 용량을 가지는 전극 활물질을 포함함으로써, 고용량 전극을 실현할 수 있을 뿐만 아니라, 집전체와 활물질층 간의 견고한 결합, 및 접촉성이 우수한 이차 전지용 음극을 제공할 수 있다. 결과적으로, 이러한 음극을 적용한 이차 전지는 향상된 충방전 사이클 특성을 가질 수 있다. The present application includes an electrode active material having a high capacity, thereby realizing a high-capacity electrode, as well as providing a negative electrode for a secondary battery having excellent contact properties and a strong bond between the current collector and the active material layer. As a result, the secondary battery to which such a negative electrode is applied may have improved charge/discharge cycle characteristics.

더불어, 미세화된 전극 활물질 분말을 이용하지 않고도 미세한 전극 활물질 입자가 상하로 적층 결합된 복수의 기둥 구조를 가지는 합금 활물질층을 형성할 수 있으며, 간단한 방법에 의하여 저비용으로 전해질과이 접촉성이 향상된 고용량의 이차 전지용 음극 및 이를 포함하는 전지를 제조할 수 있는 방법을 제공할 수 있다. In addition, it is possible to form an alloy active material layer having a plurality of columnar structures in which fine electrode active material particles are stacked and bonded up and down without using the refined electrode active material powder, and a high-capacity high-capacity electrode with improved contact with the electrolyte at a low cost by a simple method. A negative electrode for a secondary battery and a method for manufacturing a battery including the same can be provided.

또한, 본원의 이차 전지용 음극의 활물질층은 도전재 및/또는 바인더를 필수적으로 포함하지 않으므로, 전지 용량을 향상시킬 수 있다. In addition, since the active material layer of the negative electrode for a secondary battery of the present application does not necessarily include a conductive material and/or a binder, battery capacity may be improved.

음극cathode

본 발명의 일 구현예에 따른 음극은 제1 금속을 포함하는 집전체, 및 제1 금속과 제2 금속의 합금을 포함하는 합금 활물질층을 포함한다. A negative electrode according to an embodiment of the present invention includes a current collector including a first metal, and an alloy active material layer including an alloy of the first metal and the second metal.

상기 집전체와 합금 활물질층에 포함되는 제1 금속은 동일한 금속이고, 상기 제 1 금속은 Ga, Ge, In, Sn, Sb, Tl, Pb, 및 Bi를 포함하는 군에서 선택된 것이고, 상기 제2 금속은 Na, Li, 및 Mg를 포함하는 군에서 선택된다.The first metal included in the current collector and the alloy active material layer is the same metal, and the first metal is selected from the group consisting of Ga, Ge, In, Sn, Sb, Tl, Pb, and Bi, and the second metal The metal is selected from the group comprising Na, Li, and Mg.

상기 합금 활물질층은 하기 화학식 1 내지 24 중 어느 하나로 표시되는 합금을 포함한다.The alloy active material layer includes an alloy represented by any one of the following Chemical Formulas 1 to 24.

[화학식 1] [Formula 1]

NaaGaNa a Ga

(상기 화학식 1에서 0 < a < 1/4)(0 < a < 1/4 in Formula 1)

[화학식 2][Formula 2]

NabGeNa b Ge

(상기 화학식 2에서 0 < b < 1)(0 < b < 1 in Formula 2)

[화학식 3][Formula 3]

NacInNa c In

(상기 화학식 3에서 0 < c < 5/8)(0 < c < 5/8 in Formula 3)

[화학식 4][Formula 4]

NadSnNa d Sn

(상기 화학식 4에서 0 < d < 1)(0 < d < 1 in Formula 4)

[화학식 5][Formula 5]

NaeSbNa e Sb

(상기 화학식 5에서 0 < e < 1)(0 < e < 1 in Formula 5)

[화학식 6][Formula 6]

NafTlNa f Tl

(상기 화학식 6에서 0 < f < 1/2)(0 < f < 1/2 in Formula 6)

[화학식 7][Formula 7]

NagPbNa g Pb

(상기 화학식 7에서 0 < g < 1)(0 < g < 1 in Formula 7)

[화학식 8][Formula 8]

NahBiNa h Bi

(상기 화학식 8에서 0 < h < 1)(0 < h < 1 in Formula 8)

[화학식 9][Formula 9]

LiiGaLi i Ga

(상기 화학식 9에서 0 < i < 1/2)(0 < i < 1/2 in Formula 9)

[화학식 10][Formula 10]

LijGeLi j Ge

(상기 화학식 10에서 0 < j < 3)(0 < j < 3 in Formula 10)

[화학식 11][Formula 11]

LikInLi k In

(상기 화학식 11에서 0 < k < 2)(0 < k < 2 in Formula 11)

[화학식 12][Formula 12]

LilSnLi l Sn

(상기 화학식 12에서 0 < l < 1)(0 < l < 1 in Formula 12)

[화학식 13][Formula 13]

LimSbLi m Sb

(상기 화학식 13에서 0 < m < 2)(0 < m < 2 in Formula 13)

[화학식 14][Formula 14]

LinTlLi n Tl

(상기 화학식 14에서 0 < n < 1)(0 < n < 1 in Formula 14)

[화학식 15][Formula 15]

LioPbLi o Pb

(상기 화학식 15에서 0 < o < 1)(0 < o < 1 in Formula 15)

[화학식 16][Formula 16]

LipBiLi p Bi

(상기 화학식 16에서 0 < p < 1)(0 < p < 1 in Formula 16)

[화학식 17][Formula 17]

MgqGaMg q Ga

(상기 화학식 17에서 0 < q < 1/2)(0 < q < 1/2 in Formula 17)

[화학식 18][Formula 18]

MgrGeMg r Ge

(상기 화학식 18에서 0 < r < 2)(0 < r < 2 in Formula 18)

[화학식 19][Formula 19]

MgsInMg s In

(상기 화학식 19에서 0 < s < 1/2)(0 < s < 1/2 in Formula 19)

[화학식 20][Formula 20]

MgtSnMg t Sn

(상기 화학식 20에서 0 < t < 2)(0 < t < 2 in Formula 20)

[화학식 21][Formula 21]

MguSbMg u Sb

(상기 화학식 21에서 0 < u < 3/2)(0 < u < 3/2 in Formula 21)

[화학식 22][Formula 22]

MgvTlMg v Tl

(상기 화학식 22에서 0 < v < 1)(0 < v < 1 in Formula 22)

[화학식 23][Formula 23]

MgwPbMg w Pb

(상기 화학식 23에서 0 < w < 2)(0 < w < 2 in Formula 23)

[화학식 24][Formula 24]

MgyBiMg y Bi

(상기 화학식 24에서 0 < y < 3/2)(0 < y < 3/2 in Formula 24)

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 음극을 나타낸 도면이다. 제1 금속을 포함하는 집전체, 및 집전체 상에 제1 금속과 제2 금속의 합금을 포함하는 합금 활물질층이 위치하는 구조를 가진다. 1 is a view showing a negative electrode according to an embodiment of the present invention. It has a structure in which a current collector including a first metal, and an alloy active material layer including an alloy of the first metal and the second metal are positioned on the current collector.

상기 집전체와 합금 활물질층은 원자 결합을 가지는 것일 수 있다. The current collector and the alloy active material layer may have an atomic bond.

본 발명의 일 구현예에 따라 제조된 음극은 제1 금속 포일의 일면에 합금 활물질층을 형성함으로써 제조되는 것으로, 바인더 등을 포함하는 활물질 조성물을 집전체 상에 도포하거나, 별도로 제조된 활물질층을 집전체 상에 부착하는 것이 아니다. 즉, 본원의 음극은 집전체와 활물질층이 초기에 같은 물질내의 원자 결합을 하고 있었으며, 활물질층이 형성된 후에도 집전체와 활물질층 간의 원자 결합은 완전히 끊어지지 않는다. 따라서, 집전체와 합금 활물질층 간의 접착력이 강하기 때문에 집전체로부터 활물질층의 이탈을 억제할 수 있고, 사이클 특성이 우수하며, 계면에서의 접촉특성이 우수하다는 이점이 있다.The negative electrode manufactured according to an embodiment of the present invention is manufactured by forming an alloy active material layer on one surface of the first metal foil, and the active material composition including a binder is applied on the current collector, or an active material layer prepared separately It is not attached to the current collector. That is, in the negative electrode of the present application, the current collector and the active material layer are initially bonded to atoms in the same material, and even after the active material layer is formed, the atomic bond between the current collector and the active material layer is not completely broken. Therefore, since the adhesive force between the current collector and the alloy active material layer is strong, it is possible to suppress the separation of the active material layer from the current collector, and there are advantages in that the cycle characteristics are excellent and the contact characteristics at the interface are excellent.

제1 금속은 제2 금속과의 합금화 및 탈합금화에 의하여 제2 금속을 흡수 및 방출할 수 있는 금속이다. 구체적으로, 상기 제 1 금속은 Ga, Ge, In, Sn, Sb, Tl, Pb, 및 Bi를 포함하는 군에서 선택된 것일 수 있다. 상기 제2 금속은 Na, Li, 및 Mg를 포함하는 군에서 선택된 것일 수 있다. The first metal is a metal capable of absorbing and releasing the second metal by alloying and de-alloying with the second metal. Specifically, the first metal may be selected from the group consisting of Ga, Ge, In, Sn, Sb, Tl, Pb, and Bi. The second metal may be selected from the group consisting of Na, Li, and Mg.

상술한 제1 금속들은 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속과의 합금화에 의해 높은 용량을 구현할 수 있는 이점이 있다. 그러나, 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속과의 합금화시 큰 부피 변화로 인하여 반복적인 충방전 수행시 활물질층에 균열이 발생하고, 분쇄되어 활물질층의 전기적 연결이 끊어지거나, 집전체로부터 탈락되어 싸이클 특성이 저하되는 문제가 있다. The above-described first metals have the advantage of being able to implement a high capacity by alloying with an alkali metal or alkaline earth metal. However, due to a large volume change during alloying with alkali metals or alkaline earth metals, cracks occur in the active material layer during repeated charging and discharging, and the electrical connection of the active material layer is broken due to pulverization, or the cycle characteristics are lowered by falling off from the current collector. there is a problem that

본 발명의 일 구현예에 따르는 경우, 화학식 1 내지 24로 표시되는 합금 활물질층을 포함하는 음극을 적용함으로써, 반복적인 충방전에 따른 균열 발생 및 활물질 입자 및/또는 활물질층이 분쇄되어 활물질층의 전기적 연결이 끊어지는 문제를 해결할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, by applying a negative electrode comprising an alloy active material layer represented by Chemical Formulas 1 to 24, cracks are generated due to repeated charging and discharging and the active material particles and/or the active material layer are pulverized to form the active material layer. It can solve the problem of electrical disconnection.

상기 합금 활물질층은 합금 활물질층 100 질량% 기준으로 화학식 1 내지 24 중 어느 하나로 표시되는 합금을 97 질량% 이상 포함하는 것일 수 있다. 구체적으로 상기 화학식 1 내지 24 중 어느 하나로 표시되는 합금을 97 내지 100 질량%, 99 내지 100 질량%, 99.7 내지 100 질량%, 97 질량% 이상 및 100 질량% 미만, 99 질량% 이상 및 100 질량% 미만, 또는 99.7 질량% 이상 및 100 질량% 미만포함하는 것일 수 있다. 더불어, 잔부로서 불가피한 불순물 또는 기타 금속이 포함될 수 있다.The alloy active material layer may include 97 mass% or more of the alloy represented by any one of Formulas 1 to 24 based on 100 mass% of the alloy active material layer. Specifically, 97 to 100 mass%, 99 to 100 mass%, 99.7 to 100 mass%, 97 mass% or more and less than 100 mass%, 99 mass% or more, and 100 mass% of the alloy represented by any one of Formulas 1 to 24 Less than, or 99.7 mass% or more and less than 100 mass% may be included. In addition, unavoidable impurities or other metals may be included as the remainder.

이와 같이 본 발명의 일 구현예에 따른 음극은 바인더 또는 도전재 등 전기화학적으로 반응하지 않는 물질을 포함하지 않고, 거의 100 질량%의 활물질로 구성됨으로써, 전극의 전체 용량을 증가시킬 수 있다. 또한, 분말 형태의 활물질을 이용하여 제조한 활물질층과 비교하여 가공밀도가 높은 이점이 있다. As described above, the negative electrode according to the exemplary embodiment of the present invention does not include a material that does not react electrochemically, such as a binder or a conductive material, and is composed of almost 100% by mass of an active material, thereby increasing the total capacity of the electrode. In addition, there is an advantage in that the processing density is high compared to the active material layer prepared using the active material in powder form.

구체적으로, 본 발명의 일 구현예에 따른 음극, 및 이의 합금 활물질층은 다음과 같은 구조를 가지는 것일 수 있다. Specifically, the negative electrode according to an embodiment of the present invention, and an alloy active material layer thereof may have the following structure.

상기 합금 활물질층은 마이크로 금속 입자가 상하로 적층 결합된 복수의 기둥 구조를 가지는 것일 수 있다. The alloy active material layer may have a plurality of columnar structures in which micro metal particles are stacked and bonded up and down.

상기 합금 활물질층은 공극도가 50 내지 90 부피% 인 것일 수 있다. 구체적으로, 60 내지 90 부피%, 70 내지 90 부피%, 또는 75 내지 85 부피%일 수 있다. The alloy active material layer may have a porosity of 50 to 90% by volume. Specifically, it may be 60 to 90% by volume, 70 to 90% by volume, or 75 to 85% by volume.

상기 마이크로 금속 입자는 평균 직경이 0.1 내지 5μm 인 것일 수 있다. 구체적으로, 0.1 내지 3 μm, 0.1 내지 2 μm, 0.2 내지 1 μm, 0.2 내지 0.8 μm, 또는 0.2 내지 0.5 μm일 수 있다. The micro metal particles may have an average diameter of 0.1 to 5 μm. Specifically, it may be 0.1 to 3 μm, 0.1 to 2 μm, 0.2 to 1 μm, 0.2 to 0.8 μm, or 0.2 to 0.5 μm.

이러한 합금 활물질층의 형태는 활물질층의 비표면적을 증가시켜, 전해질과의 접촉 면적을 증가시키기 때문에 단위면적당 전류를 감소시킴으로써, 전지의 내부저항 감소, 과전압 감소, 및 충방전 속도 향상이 가능하다. The shape of the alloy active material layer increases the specific surface area of the active material layer, thereby increasing the contact area with the electrolyte, thereby reducing the current per unit area, thereby reducing the internal resistance of the battery, reducing the overvoltage, and improving the charging/discharging speed.

이러한 합금 활물질층의 형태는, 본 발명의 일 구현예에 따른 제조 방법에 의하여 형성된 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. The shape of the alloy active material layer may be formed by the manufacturing method according to an embodiment of the present invention, but may not be limited thereto.

상기 집전체 두께 대비 합금 활물질층의 두께(합금 활물질층 두께/집전체 두께)는 0.01 내지 200 인 것일 수 있다. 구체적으로, 0.1 내지 180, 또는 0.5 내지 160 일 수 있다. 본 발명의 일 구현예에 따라 제조된 음극은 제1 금속 포일의 일면에 합금 활물질층을 형성함으로써 제조되는 것으로서, 합금 활물질층 제조시 방전 그래프 상에서 최초 평탄 전압 구간 경계점 미만으로 방전시켜 화학식 1 내지 24 중에서 선택된 합금을 포함하는 합금 활물질층을 형성하는 방법에 의한다. 따라서, 이와 같은 제조 방법으로 제조된 음극의 경우 집전체 두께 대비 합금 활물질층의 두께가 상기 범위 내인 음극이 제조될 수 있다. The thickness of the alloy active material layer relative to the current collector thickness (alloy active material layer thickness/current collector thickness) may be 0.01 to 200. Specifically, it may be 0.1 to 180, or 0.5 to 160. The negative electrode manufactured according to an embodiment of the present invention is manufactured by forming an alloy active material layer on one surface of the first metal foil, and is discharged below the first flat voltage section boundary point on the discharge graph when the alloy active material layer is prepared by Formulas 1 to 24 According to a method of forming an alloy active material layer comprising an alloy selected from among. Accordingly, in the case of the negative electrode manufactured by the above-described manufacturing method, the negative electrode having the thickness of the alloy active material layer within the above range relative to the thickness of the current collector may be manufactured.

본 발명의 일 구현예에 따라 제조된 음극은 제1 금속 포일의 일면에 합금 활물질층을 형성함으로써 제조되는 것으로, 바인더 등을 포함하는 활물질 조성물을 집전체 상에 도포하거나, 별도로 제조된 활물질층을 집전체 상에 부착하는 것이 아니다. 즉, 본원의 음극은 집전체와 활물질층이 초기에 같은 물질내의 원자 결합을 하고 있었으며, 활물질층이 형성된 후에도 집전체와 활물질층 간의 원자 결합은 완전히 끊어지지 않는다. 따라서, 집전체와 합금 활물질층 간의 접착력이 강하기 때문에 집전체로부터 활물질층의 이탈을 억제할 수 있고, 사이클 특성이 우수하며, 계면에서의 접촉특성이 우수하다는 이점이 있다. The negative electrode manufactured according to an embodiment of the present invention is manufactured by forming an alloy active material layer on one surface of the first metal foil, and the active material composition including a binder is applied on the current collector, or an active material layer prepared separately It is not attached to the current collector. That is, in the negative electrode of the present application, the current collector and the active material layer are initially bonded to atoms in the same material, and even after the active material layer is formed, the atomic bond between the current collector and the active material layer is not completely broken. Therefore, since the adhesive force between the current collector and the alloy active material layer is strong, it is possible to suppress the separation of the active material layer from the current collector, and there are advantages in that the cycle characteristics are excellent and the contact characteristics at the interface are excellent.

본 발명의 일 구현예에 따른 음극은 1사이클 방전용량 대비 100사이클 방전용량의 유지율(retention)이 95% 이상인 것일 수 있다. 구체적으로, 97 내지 100%. 98 내지 100%, 99 내지 100%, 또는 99.5 내지 100%일 수 있다. 이는 후술하는 실시예 1의 사이클 특성 그래프를 보면, 1사이클 방전용량 대비 100사이클 방전용량이 거의 99%이상, 거의 100%에 가깝게 유지되는 것을 확인할 수 있다. 이는 집전체와 활물질층이 초기에 같은 물질내의 원자 결합을 하고 있었으며, 활물질층의 격자 내로 이온을 흡수하여 새로운 상을 만들더라도 활물질층과 집전체 사이에 원자간 결합을 유지하기 때문이다.The negative electrode according to an embodiment of the present invention may have a retention ratio of 100 cycle discharge capacity compared to 1 cycle discharge capacity of 95% or more. Specifically, 97 to 100%. 98-100%, 99-100%, or 99.5-100%. Looking at the cycle characteristic graph of Example 1, which will be described later, it can be seen that the 100-cycle discharge capacity is maintained at almost 99% or more and close to 100% compared to the 1-cycle discharge capacity. This is because the current collector and the active material layer were initially bonded to atoms in the same material, and even if a new phase is formed by absorbing ions into the lattice of the active material layer, the bond between the atoms is maintained between the active material layer and the current collector.

본 발명의 일 구현예에 따른 음극은 1사이클 방전용량 대비 30사이클 방전용량의 유지율(retention)이 85% 이상인 것일 수 있다. 구체적으로, 85 내지 100%. 90 내지 100%, 92 내지 100%, 또는 93 내지 100%일 수 있다.The negative electrode according to the exemplary embodiment of the present invention may have a retention ratio of 85% or more of a discharge capacity of 30 cycles compared to a discharge capacity of 1 cycle. Specifically, 85 to 100%. 90-100%, 92-100%, or 93-100%.

본 발명의 일 구현예에 따른 음극은 1사이클 방전용량과 2사이클 방전용량 차이가 5% 이하인 것일 수 있다. 구체적으로, 0 % 초과 및 5 % 이하, 0 % 초과 및 3 % 이하, 0 % 초과 및 1 % 이하, 또는 0 % 초과 및 0.3 % 이하인 것일 수 있다. The negative electrode according to the exemplary embodiment of the present invention may have a difference of 1 cycle discharge capacity and 2 cycle discharge capacity of 5% or less. Specifically, it may be greater than 0% and less than or equal to 5%, greater than or equal to 0% and less than or equal to 3%, greater than or equal to 0% and less than or equal to 1%, or greater than or equal to 0% and less than or equal to 0.3%.

후술하는 실시예 1의 사이클 특성 그래프를 보면, 1사이클 방전용량과 2사이클 방전용량 차이가 0%에 가깝게 나타나는 것을 확인할 수 있다. 이는 활물질층의 활성화가 1사이클에 완전히 종료되며 2사이클부터 집전체와 활물질층이 원자간 결합을 유지하면서 충방전이 이루어지기 때문인 것으로 파악된다. Looking at the cycle characteristic graph of Example 1, which will be described later, it can be seen that the difference between the 1 cycle discharge capacity and the 2 cycle discharge capacity is close to 0%. This is believed to be because the activation of the active material layer is completely terminated in one cycle, and charging and discharging are performed while the current collector and the active material layer maintain the bond between atoms from the second cycle.

이차 전지의 제조 방법Secondary battery manufacturing method

본 발명의 일 구현예에 따른 이차 전지의 제조 방법은 금속 포일 음극, 및 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속을 포함하는 금속 전극을 포함하는 하프-셀(half-cell)를 구성하는 단계; 상기 하프-셀(half-cell)을 방전 그래프 상의 최초 평탄 전압 구간 경계점 미만으로 방전시켜 상기 금속 포일 음극의 일면에 합금 활물질층이 형성하는 단계; 및 상기 일면에 합금 활물질층이 형성된 음극, 양극 활물질을 포함하는 양극, 및 전해질을 포함하는 풀-셀(full-cell)를 제조하는 단계;를 포함한다. A method of manufacturing a secondary battery according to an embodiment of the present invention comprises: configuring a half-cell including a metal foil negative electrode and a metal electrode including an alkali metal or alkaline earth metal; forming an alloy active material layer on one surface of the metal foil negative electrode by discharging the half-cell to less than a boundary point of an initial flat voltage section on a discharge graph; and manufacturing a full-cell including a negative electrode having an alloy active material layer formed on one surface thereof, a positive electrode including a positive electrode active material, and an electrolyte.

상기 금속 포일 음극은 Ga, Ge, In, Sn, Sb, Tl, Pb, 및 Bi 를 포함하는 군에서 선택된 금속을 포함하는 것일 수 있다. The metal foil negative electrode may include a metal selected from the group consisting of Ga, Ge, In, Sn, Sb, Tl, Pb, and Bi.

상기 하프-셀(half-cell)를 구성하는 단계는 금속 포일 음극을 양극에 배치하고, 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속을 포함하는 금속 전극을 음극에 배치하여 하프-셀을 구성하는 것일 수 있다. The forming of the half-cell may include disposing a metal foil negative electrode on the positive electrode and disposing a metal electrode including an alkali metal or alkaline earth metal on the negative electrode to configure the half-cell.

이때, 금속 포일 음극에서는 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속과 합금화가 발생하여 금속 포일 음극의 일면에 합금 활물질층이 형성된다. At this time, the metal foil negative electrode is alloyed with an alkali metal or alkaline earth metal to form an alloy active material layer on one surface of the metal foil negative electrode.

도 2는 하프-셀(half-cell)의 구조를 일 예시로서 도시하고 있다. 2 illustrates a structure of a half-cell as an example.

상기 금속 포일 음극의 일면에 합금 활물질층이 형성하는 단계는 상기 하프-셀(half-cell)을 방전 그래프 상의 최초 평탄 전압 구간 경계점 미만으로 방전시키는 것일 수 있다. The forming of the alloy active material layer on one surface of the metal foil negative electrode may include discharging the half-cell below a boundary point of an initial flat voltage section on a discharge graph.

상기 합금 활물질층이 형성하는 단계에서 방전 용량을 1107mAh/g 미만으로 제어하는 것일 수 있다. In the step of forming the alloy active material layer, the discharge capacity may be controlled to less than 1107 mAh/g.

제1 금속, 및 제2 금속의 종류에 따라 초기 평탄 전압 구간 경계점의 방전용량, 및 완전 방전시 전체 이론 방전용량이 달라질 수 있다. 각각의 금속에 따른 구체적인 값은 하기 표 2에 기재하였다. The discharge capacity at the boundary point of the initial flat voltage section and the total theoretical discharge capacity during full discharge may vary according to the types of the first metal and the second metal. Specific values for each metal are shown in Table 2 below.

너무 많이 방전시키는 경우 금속 포일 음극에 균열이 발생하여, 전극의 사이클 특성이 열위해질 수 있고 집전체가 완전히 활물질층으로 변하는 문제가 발생할 수 있다. 너무 적게 방전 시키는 경우 가용 용량이 감소하는 문제가 발생할 수 있다. 상기 최초 평탄 전압 구간 경계점 미만으로 방전시키는 경우 균열이 발생하지 않은 합금 활물질층을 형성할 수 있다. 균열이 발생하지 않으면 활물질층의 어떠한 방향으로도 전자의 이동이 용이하기 때문에 활물질층의 모든 활물질 원자들이 반응하기에 용이할 수 있다.If the discharge is too much, cracks may occur in the metal foil negative electrode, which may deteriorate the cycle characteristics of the electrode and cause a problem in which the current collector is completely transformed into an active material layer. If the discharge is too small, the usable capacity may decrease. When discharging below the boundary point of the initial flat voltage section, an alloy active material layer in which cracks do not occur may be formed. If cracks do not occur, since electrons can easily move in any direction of the active material layer, it may be easy for all atoms of the active material layer to react.

구체적으로, 상기 합금 활물질층이 형성하는 단계는 하기 계산식 1을 만족하도록 방전용량을 제어하는 것일 수 있다. Specifically, the step of forming the alloy active material layer may be to control the discharge capacity to satisfy Equation 1 below.

[계산식 1] 0 < 100 * (초기 평탄 전압 구간 경계점의 방전용량/완전 방전시 전체 이론 방전용량) < 100. [Equation 1] 0 < 100 * (discharge capacity at the boundary of the initial flat voltage section/total theoretical discharge capacity at full discharge) < 100.

LiLi NaNa MgMg AxM에서 x값x value in A x M (완전 방전시) 전체 방전용량
(mAh/g)
(When fully discharged) Total discharge capacity
(mAh/g)
최초 평탄 전압 구간평탄 전압 구간 경계점의 방전용량
(mAh/g)
Discharge capacity at the boundary point of the first flat voltage section flat voltage section
(mAh/g)
계산식 1Calculation 1 AxM에서 x값x value in A x M (완전 방전시) 전체 방전용량
(mAh/g)
(When fully discharged) Total discharge capacity
(mAh/g)
초기 평탄 전압 구간평탄 전압 구간 경계점의 방전용량
(mAh/g)
Discharge capacity at the boundary point of the initial flat voltage section flat voltage section
(mAh/g)
계산식 1Calculation 1 AxM에서 x값x value in A x M (완전 방전시) 전체 방전용량
(mAh/g)
(When fully discharged) Total discharge capacity
(mAh/g)
초기 평탄 전압 구간평탄 전압 구간 경계점의 방전용량
(mAh/g)
Discharge capacity at the boundary point of the initial flat voltage section flat voltage section
(mAh/g)
계산식 1Calculation 1
SnSn <1<1 993 993 226 226 <22.7<22.7 <1<1 847847 226226 <26.7<26.7 <2 <2 452 452 452 452 <100<100 BiBi <1 <1 385 385 128 128 <33.3<33.3 <1 <1 385 385 128 128 <33.3<33.3 <3/2 <3/2 192 192 192 192 <100<100 GaGa <1/2 <1/2 769 769 192 192 <25<25 <1/4 <1/4 217 217 96 96 <44.3<44.3 <1/2 <1/2 961 961 192 192 <20<20 GeGe <3 <3 1623 1623 1107 1107 <68.2<68.2 <1 <1 1107 1107 369 369 <33.3<33.3 <2 <2 738 738 738 738 <100<100 InIn <2 <2 700 700 467 467 <66.7<66.7 <5/8 <5/8 233 233 145 145 <62.5<62.5 <1/2 <1/2 664 664 116 116 <17.6<17.6 SbSb <2 <2 660 660 440 440 <66.7<66.7 <1 <1 660 660 220 220 <33.3<33.3 <3/2 <3/2 330 330 330 330 <100<100 TlTl <1 <1 525 525 131 131 <25<25 <1/2 <1/2 787 787 65 65 <8.3<8.3 <1 <1 328 328 131 131 <40<40 PbPb <1 <1 569 569 129 129 <22.7<22.7 <1 <1 485 485 129 129 <26.7<26.7 <2 <2 259 259 259 259 <100<100

표 2의 AxM에서 A는 제2 금속이고, M은 제1 금속이다. In A x M of Table 2, A is the second metal, and M is the first metal.

제1 금속, 및 제2 금속의 종류에 따라 방전 그래프에서 평탄 전압 구간평탄 전압 구간은 1개 이상일 수 있다. 예를 들어, 제2 금속이 마그네슘(Mg)이고, 제1 금속이 Sn, Bi, Ge, Sb, 또는 Pb 인 경우 평탄 전압 구간평탄 전압 구간은 1개일 수 있다. 이와 같이 평탄 전압 구간평탄 전압 구간이 1개인 경우, 방전 용량은 해당 평탄 전압 구간평탄 전압 구간이 종료되는 지점(즉, 완전 방전되는 지점)이 최초 평탄 전압 구간평탄 전압 구간 경계점이다. 즉, 이러한 경우, 합금 활물질층을 형성하는 단계는 완전 방전되는 지점 미만으로 제어되는 것일 수 있다. According to the type of the first metal and the second metal, there may be one or more flat voltage sections in the discharge graph. For example, when the second metal is magnesium (Mg) and the first metal is Sn, Bi, Ge, Sb, or Pb, the flat voltage section may be one flat voltage section. As described above, when there is one flat voltage section flat voltage section, the discharge capacity is the first flat voltage section flat voltage section boundary point at the point at which the flat voltage section flat voltage section ends (that is, the point at which the flat voltage section is completely discharged). That is, in this case, the step of forming the alloy active material layer may be controlled to be less than the point of complete discharge.

상기 합금 활물질층을 형성하는 단계에서, 상기 알칼리 금속이 Li인 경우, In the step of forming the alloy active material layer, when the alkali metal is Li,

상기 금속 포일 음극은 Sn 금속 포일 음극이고, 방전용량을 0 초과, 및 226mAh/g 미만으로 제어하거나, 상기 금속 포일은 Bi 금속 포일 음극이고, 방전용량을 0 초과, 및 128mAh/g 미만으로 제어하거나, 상기 금속 포일은 Ga 금속 포일 음극이고, 방전용량을 0 초과, 및 192mAh/g 미만으로 제어하거나, 상기 금속 포일은 Ge 금속 포일 음극이고, 방전용량을 0 초과, 및 1623mAh/g 미만으로 제어하거나, 상기 금속 포일은 In 금속 포일 음극이고, 방전용량을 0 초과, 및 700mAh/g 미만으로 제어하거나, 상기 금속 포일은 Sb 금속 포일 음극이고, 방전용량을 0 초과, 및 660mAh/g 미만으로 제어하거나, 상기 금속 포일은 Tl 금속 포일 음극이고, 방전용량을 0 초과, 및 525mAh/g 미만으로 제어하거나, 상기 금속 포일은 Pb 금속 포일 음극이고, 방전용량을 0 초과, 및 569mAh/g 미만으로 제어하는 것일 수 있다. wherein the metal foil negative electrode is a Sn metal foil negative electrode, and the discharge capacity is controlled to be greater than 0 and less than 226 mAh/g, or the metal foil is a Bi metal foil negative electrode, and the discharge capacity is controlled to be greater than 0 and less than 128 mAh/g; or , wherein the metal foil is a Ga metal foil negative electrode, and the discharge capacity is controlled to be greater than 0 and less than 192 mAh/g, or the metal foil is a Ge metal foil negative electrode, and the discharge capacity is controlled to be greater than 0 and less than 1623 mAh/g, or , wherein the metal foil is an In metal foil negative electrode, and the discharge capacity is controlled to be greater than 0 and less than 700 mAh/g, or the metal foil is an Sb metal foil negative electrode, and the discharge capacity is controlled to greater than 0 and less than 660 mAh/g; or , wherein the metal foil is a Tl metal foil negative electrode, and the discharge capacity is controlled to be greater than 0 and less than 525 mAh/g, or the metal foil is a Pb metal foil negative electrode, and the discharge capacity is controlled to more than 0 and less than 569 mAh/g it could be

상기 합금 활물질층을 형성하는 단계에서 상기 알칼리 금속이 Na인 경우, When the alkali metal is Na in the step of forming the alloy active material layer,

상기 금속 포일 음극은 Sn 금속 포일 음극이고, 방전용량을 0 초과, 및 226mAh/g 미만으로 제어하거나, 상기 금속 포일은 Bi 금속 포일 음극이고, 방전용량을 0 초과, 및 128mAh/g 미만으로 제어하거나, 상기 금속 포일은 Ga 금속 포일 음극이고, 방전용량을 0 초과, 및 96mAh/g 미만으로 제어하거나, 상기 금속 포일은 Ge 금속 포일 음극이고, 방전용량을 0 초과, 및 369mAh/g 미만으로 제어하거나, 상기 금속 포일은 In 금속 포일 음극이고, 방전용량을 0 초과, 및 145mAh/g 미만으로 제어하거나, 상기 금속 포일은 Sb 금속 포일 음극이고, 방전용량을 0 초과, 및 220mAh/g 미만으로 제어하거나, 상기 금속 포일은 Tl 금속 포일 음극이고, 방전용량을 0 초과, 및 65mAh/g 미만으로 제어하거나, 상기 금속 포일은 Pb 금속 포일 음극이고, 방전용량을 0 초과, 및 129mAh/g 미만으로 제어하는 것일 수 있다. wherein the metal foil negative electrode is a Sn metal foil negative electrode, and the discharge capacity is controlled to be greater than 0 and less than 226 mAh/g, or the metal foil is a Bi metal foil negative electrode, and the discharge capacity is controlled to be greater than 0 and less than 128 mAh/g; or , wherein the metal foil is a Ga metal foil negative electrode, and the discharge capacity is controlled to be greater than 0 and less than 96 mAh/g, or the metal foil is a Ge metal foil negative electrode, and the discharge capacity is controlled to be greater than 0 and less than 369 mAh/g, or , wherein the metal foil is an In metal foil negative electrode, and the discharge capacity is controlled to be greater than 0 and less than 145 mAh/g, or the metal foil is an Sb metal foil negative electrode, and the discharge capacity is controlled to more than 0 and less than 220 mAh/g; or , wherein the metal foil is a Tl metal foil negative electrode, and the discharge capacity is controlled to be greater than 0 and less than 65 mAh/g, or the metal foil is a Pb metal foil negative electrode, and the discharge capacity is controlled to be greater than 0 and less than 129 mAh/g it could be

상기 합금 활물질층을 형성하는 단계에서 상기 알칼리 금속이 Mg인 경우, When the alkali metal is Mg in the step of forming the alloy active material layer,

상기 금속 포일 음극은 Sn 금속 포일 음극이고, 방전용량을 0 초과, 및 452mAh/g 미만으로 제어하거나, 상기 금속 포일은 Bi 금속 포일 음극이고, 방전용량을 0 초과, 및 192mAh/g 미만으로 제어하거나, 상기 금속 포일은 Ga 금속 포일 음극이고, 방전용량을 0 초과, 및 192mAh/g 미만으로 제어하거나, 상기 금속 포일은 Ge 금속 포일 음극이고, 방전용량을 0 초과, 및 738mAh/g 미만으로 제어하거나, 상기 금속 포일은 In 금속 포일 음극이고, 방전용량을 0 초과, 및 116mAh/g 미만으로 제어하거나, 상기 금속 포일은 Sb 금속 포일 음극이고, 방전용량을 0 초과, 및 330mAh/g 미만으로 제어하거나, 상기 금속 포일은 Tl 금속 포일 음극이고, 방전용량을 0 초과, 및 131mAh/g 미만으로 제어하거나, 상기 금속 포일은 Pb 금속 포일 음극이고, 방전용량을 0 초과, 및 259mAh/g 미만으로 제어하는 것일 수 있다. wherein the metal foil negative electrode is a Sn metal foil negative electrode, and the discharge capacity is controlled to be greater than 0 and less than 452 mAh/g, or the metal foil is a Bi metal foil negative electrode, and the discharge capacity is controlled to more than 0 and less than 192 mAh/g; or , wherein the metal foil is a Ga metal foil negative electrode, and the discharge capacity is controlled to be greater than 0 and less than 192 mAh/g, or the metal foil is a Ge metal foil negative electrode, and the discharge capacity is controlled to be greater than 0 and less than 738 mAh/g, or , wherein the metal foil is an In metal foil negative electrode, and the discharge capacity is controlled to be greater than 0 and less than 116 mAh/g, or the metal foil is an Sb metal foil negative electrode, and the discharge capacity is controlled to more than 0 and less than 330 mAh/g; , wherein the metal foil is a Tl metal foil negative electrode, and the discharge capacity is controlled to be greater than 0 and less than 131 mAh/g, or the metal foil is a Pb metal foil negative electrode, and the discharge capacity is controlled to more than 0 and less than 259 mAh/g it could be

상기 합금 활물질층이 형성하는 단계에서 방전 전류를 0.01 C-rate 내지 1 C-rate로 제어하는 것일 수 있다. 구체적으로 방전 전류는 0.01 C-rate 내지 0.1 C-rate에서 방전하는 시간으로 제어할 수 있다. 방전 전류가 너무 큰 경우 금속 포일 음극의 합금화 반응이 잘 이루어 지지 않을 수 있으며, 방전 전류가 너무 작은 경우 공정 시간이 길어져 공정 효율이 저하될 수 있다.In the step of forming the alloy active material layer, the discharge current may be controlled to 0.01 C-rate to 1 C-rate. Specifically, the discharge current can be controlled to a discharge time at 0.01 C-rate to 0.1 C-rate. If the discharge current is too large, the alloying reaction of the metal foil negative electrode may not be performed well, and if the discharge current is too small, the process time may be prolonged and process efficiency may be reduced.

상기 하프-셀(half-cell)를 구성하는 단계 이전에, 금속 포일 전극을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다 Before forming the half-cell, the method may further include forming a metal foil electrode.

상기 금속 포일 전극을 형성하는 단계는 금속을 압연하여 금속 포일 음극을 형성하는 것일 수 있다. The forming of the metal foil electrode may include forming a metal foil negative electrode by rolling a metal.

이에 따라 간단한 방법으로 금속 포일 전극을 형성할 수 있고, 전극의 두께, 모양 및 크기를 용이하게 조절할 수 있다. Accordingly, the metal foil electrode can be formed in a simple manner, and the thickness, shape, and size of the electrode can be easily adjusted.

또한, 해당 금속 포일 전극의 일면에 합금 활물질층을 형성함으로써, 간단한 공정에 의하여 사이클 특성이 향상된 고용량 음극을 제조할 수 있다. In addition, by forming an alloy active material layer on one surface of the metal foil electrode, a high-capacity negative electrode having improved cycle characteristics can be manufactured by a simple process.

도 19는 일 예시로서 풀-셀(full-cell)의 구조를 도시하고 있다. 19 illustrates a structure of a full-cell as an example.

상기 풀-셀(full-cell)를 제조하는 단계는 도 19와 같은 구조로 풀-셀(full-cell)을 구성하는 것일 수 있다. The manufacturing of the full-cell may include configuring the full-cell in the structure shown in FIG. 19 .

이차 전지secondary battery

본 발명의 일 구현예에 따른 이차 전지는 양극; 전해질; 및 상술한 본 발명의 일 구현예에 따른 음극을 포함한다.A secondary battery according to an embodiment of the present invention includes a positive electrode; electrolyte; and a negative electrode according to an embodiment of the present invention described above.

상기 전해질은 금속염, 및 에테르계 용매를 포함하는 것일 수 있다. 구체적으로 상기 금속염은 NaPF6, NaClO4, NaCF3SO3, NaBF4, LiPF6, LiCF3SO3, LiBF4, LiTFSI, Mg(PF6)2, Mg(ClO4)2, Mg(CF3SO3)2, Mg(BF4)2, Mg(TFSI)2, Mg(HMDS)2, 및 MgCl2 를 포함하는 군에서 선택된 것을 포함할 수 있다.The electrolyte may include a metal salt and an ether-based solvent. Specifically, the metal salt is NaPF 6 , NaClO 4 , NaCF 3 SO 3 , NaBF 4 , LiPF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiBF 4 , LiTFSI, Mg(PF 6 ) 2 , Mg(ClO 4 ) 2 , Mg(CF 3 ) SO 3 ) 2 , Mg(BF 4 ) 2 , Mg(TFSI) 2 , Mg(HMDS) 2 , and MgCl 2 may include one selected from the group consisting of.

상기 에테르계 용매는 DME, TEGDME, DEGDME, PEGDME, 및 PEO를 포함하는 군에서 선택된 것일 수 있다. The ether-based solvent may be selected from the group consisting of DME, TEGDME, DEGDME, PEGDME, and PEO.

구체적으로, 디메톡시에탄(Dimethoxyethane, DME), 1, 3- 다이옥솔란(1,3-dioxolane), 테트라에틸렌 글리콜 디메틸 에테르(tetraethylene glycol dimethyl ether, TEGDME), 디에틸렌 글리콜 디메틸 에테르(Diethylene glycol dimethyl ether, DEGDME), 트리에틸렌 글리콜 디메틸 에테르(Triethylene glycol dimethyl ether, TEGDME), 폴리에틸렌 글리콜 디메틸 에테르(Polyethylene glycol dimethyl ether, PEGDME), 폴리에틸렌옥사이드(Polyethyleneoxide, PEO),다이옥솔란(Dioxolane, DOL) 및 이들의 혼합물을 포함하는 군에서 선택된 것일 수 있다. 상기 용매를 포함하는 경우 금속 표면에 SEI 형성 억제, 이온전도도 향상, 및 알칼리 금속 및 알칼리 토금속으로 이루어진 전극에 대하여 안정성을 향상시킬 수 있다. Specifically, dimethoxyethane (DME), 1,3-dioxolane (1,3-dioxolane), tetraethylene glycol dimethyl ether (TEGDME), diethylene glycol dimethyl ether (Diethylene glycol dimethyl ether) , DEGDME), triethylene glycol dimethyl ether (TEGDME), polyethylene glycol dimethyl ether (PEGDME), polyethyleneoxide (PEO), dioxolane (DOL), and mixtures thereof It may be selected from the group comprising When the solvent is included, it is possible to suppress the formation of SEI on the metal surface, improve ionic conductivity, and improve stability with respect to an electrode made of an alkali metal and an alkaline earth metal.

상기 양극은 CuS. Cu2S, NiS, Ni3S2, NiS2, TiS2, 및 MoS3 를 포함하는 군에서 선택된 것을 포함할 수 있다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니며, 해당 기술분야에서 이차 전지의 양극으로 적용될 수 있는 것은 이에 포함될 수 있다. The anode is CuS. Cu 2 S, NiS, Ni 3 S 2 , NiS 2 , TiS 2 , and MoS 3 may be included. However, the present invention is not limited thereto, and those that can be applied as a positive electrode of a secondary battery in the related art may be included therein.

도 19는 일 예시로서 풀-셀(full-cell)의 구조를 도시하고 있다. 19 illustrates a structure of a full-cell as an example.

본 발명의 일 구현예에 따른 이차 전지는, 상기 양극과 음극 사이에 분리막을 더 포함할 수 있다. The secondary battery according to an embodiment of the present invention may further include a separator between the positive electrode and the negative electrode.

상기 분리막은 나노 기공 분리막일 수 있다. The separation membrane may be a nanopore separation membrane.

상기 나노 기공 분리막은 기공이 10nm 내지 100nm일 수 있다. The nanopore separation membrane may have pores of 10 nm to 100 nm.

상기 범위를 만족하는 경우 전지 충방전에 따라 분쇄된 금속층 입자가 음극으로부터 분리되지 않도록 물리적 장벽 역할을 수행할 수 있다. 따라서, 분쇄된 금속층 입자가 금속층에 부착되어 계속적으로 활물질 역할을 할 수 있고, 충방전 사이클 수명이 향상될 수 있다. 상기 분리막의 기공이 너무 큰 경우 분쇄된 금속층 입자가 음극으로부터 분리, 또는 이탈되어 사이클 특성이 저하될 수 있으며, 분리막의 기공이 너무 작은 경우 전해질의 함침이 어렵고 전해질과 전극간의 접촉 면적이 줄어들기 때문에 이온전달이 원활하지 못하고, 결국 전지 구동에 필요한 이온전도를 충족시키지 못할 수 있다. When the above range is satisfied, the metal layer particles pulverized according to battery charging and discharging may serve as a physical barrier to prevent separation from the negative electrode. Accordingly, the pulverized metal layer particles may be attached to the metal layer to continuously serve as an active material, and the charge/discharge cycle life may be improved. If the pores of the separator are too large, the pulverized metal layer particles may be separated or separated from the negative electrode, thereby reducing cycle characteristics. If the pores of the separator are too small, it is difficult to impregnate the electrolyte and the contact area between the electrolyte and the electrode is reduced. Ion transfer may not be smooth, and eventually, the ion conduction required for driving the battery may not be satisfied.

상기 나노 기공 분리막의 두께는 5μm 내지 1mm일 수 있다. 상기 범위를 만족하는 경우 분쇄된 금속층으로부터 이탈하지 않도록 충분한 물리적 장벽 역할을 수행하여, 사이클 특성 향상에 기여할 수 있다. The thickness of the nanopore separator may be 5 μm to 1 mm. When the above range is satisfied, it acts as a sufficient physical barrier not to separate from the pulverized metal layer, thereby contributing to improvement of cycle characteristics.

후술하는 본 발명의 일 실시예에서는 나노 기공 분리막으로 Celgard 2400(두께 25 ㎛, 기공 100 nm 이하)를 사용하였다. In one embodiment of the present invention to be described later, Celgard 2400 (thickness 25 μm, pores 100 nm or less) was used as the nanopore separator.

상기 분리막은 마이크로 기공 분리막일 수 있다. The separation membrane may be a micropore separation membrane.

상기 마이크로 기공 분리막은 기공이 1μm 내지 50μm인 것일 수 있다. The micropore separation membrane may have pores of 1 μm to 50 μm.

상기 마이크로 기공 분리막은 두께가 0.2mm 내지 2mm인 것일 수 있다. The micropore separator may have a thickness of 0.2 mm to 2 mm.

상기 수치범위를 만족하는 경우 마이크로 기공 분리막은 충방전 과정에서 전극 표면에 생성되는 수지상(dendrite) 형성에 따른 전지 내부 단락을 방지할 수 있다. When the above numerical range is satisfied, the micropore separator can prevent a short circuit inside the battery due to the formation of dendrites generated on the electrode surface during the charging and discharging process.

*후술하는 본 발명의 일 실시예에서는 마이크로 기공 분리막으로 glass fiber filter(두께 약 1 mm, 기공 10 ㎛ 이상)를 사용하였다. * In an embodiment of the present invention to be described later, a glass fiber filter (thickness of about 1 mm, pores 10 μm or more) was used as the micropore separation membrane.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 마이크로 기공 분리막 및/또는 마이크로 기공 분리막을 복수개 포함할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, a plurality of micropore separation membranes and/or micropore separation membranes may be included.

후술하는 본 발명의 일 실시예에서는 1개의 마이크로 기공 분리막의 양측에 각각 나노 기공 분리막을 위치시킨 3중 분리막(Celgard 2400 / glass fiber filter / Celgard 2400 )을 사용하였다. 구체적으로, 각각의 전극에 나노 기공 분리막이 접하고, 2개의 나노 기공 분리막 사이에 마이크로 기공 분리막이 위치시킨 것일 수 있다. In an embodiment of the present invention to be described later, a triple separation membrane (Celgard 2400 / glass fiber filter / Celgard 2400) in which nanopore separation membranes are positioned on both sides of one micropore separation membrane, respectively, was used. Specifically, the nanopore separator may be in contact with each electrode, and the micropore separator may be positioned between the two nanopore separators.

이 경우, glass fiber filter의 역할은 소듐 금속 또는 양극의 수지상으로 인한 내부 단락의 시간을 지연시킬 수 있다. In this case, the role of the glass fiber filter can delay the time of internal short circuit due to sodium metal or dendrites of the anode.

또한, 양극과 접하는 Celgard 2400은 양극의 수지상 생성을 억제시킬 수 있다. In addition, Celgard 2400 in contact with the anode can suppress the formation of dendrites on the anode.

음극과 접하는 Celgard 2400은 나노 기공으로 분쇄된 금속층 입자들이 음극과 분리되는 것을 방지하고, 양극의 수지상 생성으로 인한 내부단락을 지연시킬 수 있습니다. Celgard 2400, which is in contact with the anode, prevents the metal layer particles pulverized into nanopores from separating from the cathode, and can delay the internal short circuit caused by dendrite formation of the anode.

결과적으로, 전극의 충방전 사이클 특성을 향상시킬 수 있다. As a result, the charge/discharge cycle characteristics of the electrode can be improved.

이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일뿐 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, preferred examples and comparative examples of the present invention will be described. However, the following examples are only preferred examples of the present invention, and the present invention is not limited thereto.

실시예 1: NaExample 1: Na 0.220.22 Sn 합금 활물질층을 포함하는 음극Negative electrode including Sn alloy active material layer

Sn 금속을 두께 30μm로 압연하고, 직경이 6mm 크기로 펀칭하여 Sn 금속 포일 음극을 제조하였다. Sn metal was rolled to a thickness of 30 μm and punched to a size of 6 mm in diameter to prepare a Sn metal foil negative electrode.

도 2와 같이, 상기 Sn 금속 포일을 양극에 배치하고, Na 금속 전극을 음극에 배치하여, 하프-셀을 제조하였다. 방전 전류를 0.01 C-rate로 하여, 방전용량 50 mAh/g까지 방전시켜, Sn 집전체 상에 Na0.22Sn 합금 활물질층이 형성된 실시예 1 음극을 제조하였다. 제조된 음극의 Sn 집전체 두께는 23.4μm이고, Na0.22Sn 합금 활물질층의 두께는 14.51μm이다. As shown in FIG. 2 , the Sn metal foil was disposed on the positive electrode, and the Na metal electrode was disposed on the negative electrode, thereby preparing a half-cell. At a discharge current of 0.01 C-rate, a discharge capacity of 50 mAh/g was discharged to prepare a negative electrode of Example 1 in which a Na 0.22 Sn alloy active material layer was formed on a Sn current collector. The thickness of the Sn current collector of the prepared negative electrode is 23.4 μm, and the thickness of the Na 0.22 Sn alloy active material layer is 14.51 μm.

도 3은 실시예 1 음극을 제조하기 위한 전기화학적 반응 구간을 표시한 그래프이다. 최초 평탄 전압 구간 경계점은 방전용량 226 mAh/g인 지점이며, 본 발명의 일 구현예에 따른 음극을 제조하기 위해서는 방전용량을 226 mAh/g 미만으로 제어하여야 하는 것을 알 수 있다. 너무 많이 방전시키는 경우 앞서 설명한 바와 같이 집전체가 완전히 활물질층으로 변하기 때문에 합금 활물질층에 균열이 발생할 수 있다. 그래프를 보면, 본 발명의 일 구현예에 따른 음극 합금 활물질층의 Na/Sn의 비율은 0 초과, 및 1 미만임을 알 수 있다. 3 is a graph showing the electrochemical reaction section for preparing the negative electrode of Example 1. It can be seen that the initial flat voltage section boundary point is a point having a discharge capacity of 226 mAh/g, and in order to manufacture the negative electrode according to an embodiment of the present invention, the discharge capacity must be controlled to be less than 226 mAh/g. When discharging too much, cracks may occur in the alloy active material layer because the current collector completely changes to the active material layer as described above. Looking at the graph, it can be seen that the ratio of Na/Sn of the anode alloy active material layer according to an embodiment of the present invention is greater than 0 and less than 1.

도 4는 실시예 1 음극의 합금 활물질층의 사진이다. Sn 포일이 Na와 반응하여 금속 광택을 잃은 표면을 확인할 수 있다. 4 is a photograph of the alloy active material layer of the negative electrode of Example 1. It can be seen that the surface of the Sn foil reacted with Na and lost its metallic luster.

도 5는 실시예 1 음극의 집전체의 사진이다. 합금 활물질층 이면의 Sn 집전체는 금속 광택을 유지하고 있는 것을 확인할 수 있다. 또한, 집전체가 금속으로 구성되어 있고 활물질층이 집전체와 견고하게 연결되어 있기 때문에 집전체로부터 활물질층의 이탈, 또는 탈락을 발생시키지 않고 구부러지거나, 휘어질 수 있는 특성을 가짐을 알 수 있다. 5 is a photograph of the current collector of the negative electrode of Example 1. It can be confirmed that the Sn current collector on the back surface of the alloy active material layer maintains metallic luster. In addition, it can be seen that since the current collector is made of metal and the active material layer is firmly connected to the current collector, it can be bent or bent without causing separation or drop-off of the active material layer from the current collector. .

도 6은 실시예 1 음극의 합금 활물질층의 SEM사진이다. 합금 활물질층 표면은 평균 직경 0.25 내지 0.5 μm인 합금 활물질 입자들이 상하로 적층 결합된 복수의 기둥 구조를 가지는 것을 확인할 수 있다. 합금 활물질층의 공극도는 81 부피%이다. 6 is a SEM photograph of the alloy active material layer of the negative electrode of Example 1. It can be seen that the surface of the alloy active material layer has a plurality of columnar structures in which alloy active material particles having an average diameter of 0.25 to 0.5 μm are stacked and bonded up and down. The porosity of the alloy active material layer was 81% by volume.

도 7은 실시예 1 음극의 합금 활물질층 EDS spectrum 이다. 7 is an EDS spectrum of the alloy active material layer of the negative electrode of Example 1.

하기 표 3은 실시예 1 음극의 합금 활물질층 성분 함량을 분석한 것이다. C는 전해질의 용매, F는 전해질의 용질로부터 유래한 것이고, O는 산화에 의해, Cu는 SEM의 홀더에 의해서 나타난 것이며, 음극 합금 활물질층에 포함된 성분으로 볼 수 없다. 이와 같이 성분 측정시 불가피하게 포함되는 성분을 제외하면, 본원의 실시예 1 음극 합금 활물질층 내의 Na, Sn함량은 음극 전체 100 중량% 대비 99 중량% 이상임을 알 수 있다. 바람직하게는 불순물이 전혀 없이, 음극 내의 Na, Sn함량은 100중량%인 것으로 파악될 수 있다. Table 3 below is an analysis of the content of the alloy active material layer of the negative electrode of Example 1. C is the solvent of the electrolyte, F is derived from the solute of the electrolyte, O is oxidation and Cu is represented by the holder of the SEM, and cannot be considered as a component included in the anode alloy active material layer. It can be seen that the content of Na and Sn in the negative electrode alloy active material layer of Example 1 of the present application is 99% by weight or more based on 100% by weight of the total negative electrode, except for the components unavoidably included in the component measurement. Preferably, there is no impurities at all, and the content of Na and Sn in the negative electrode can be understood to be 100% by weight.

성분ingredient 함량(중량%)content (wt%) CC 4.84.8 OO 10.1510.15 FF 2.312.31 NaNa 5.375.37 CuCu 1.641.64 SnSn 75.7375.73 합계Sum 100100

도 8은 실시예 1 음극의 0.01 C의 전류밀도에서 사이클 특성을 나타낸 그래프이다. 100사이클 동안 매우 안정적인 50 mAh/g의 용량을 나타낸다. 특히, 1사이클 방전용량 대비 100사이클 방전용량의 유지율(retention)이 99% 이상으로 거의 100%에 가까운 용량 유지율을 보이며, 1사이클 방전용량과 2사이클 방전용량 차이 또한 1 % 이하로 거의 0 %에 가까운 것을 알 수 있다. 집전체와 활물질층이 초기에 같은 물질내의 원자 결합을 하고 있었으며, 활물질층의 격자내로 이온을 흡수하여 새로운 상을 만들더라도 활물질층과 집전체 사이에 원자간 결합을 유지하기 때문에 충방전 과정에서 용량감소는 거의 존재하지 않을 수 있다.8 is a graph showing the cycle characteristics of the negative electrode of Example 1 at a current density of 0.01 C. It shows a very stable capacity of 50 mAh/g for 100 cycles. In particular, the retention rate of 100-cycle discharge capacity compared to 1-cycle discharge capacity is 99% or more, which is close to 100%, and the difference between 1-cycle discharge capacity and 2-cycle discharge capacity is also less than 1%, which is almost 0%. can be found close. The current collector and the active material layer were initially bonded to atoms in the same material, and even if a new phase is formed by absorbing ions into the lattice of the active material layer, the interatomic bond between the active material layer and the current collector is maintained. The reduction may be almost non-existent.

도 9은 실시예 1 음극의 0.01 C의 전류밀도에서 충·방전 곡선을 나타낸다. 10사이클 이후부터 가역 용량은 50 mAh/g로 안정화 되었으며, 100사이클 동안 충전 전압 평탄구간이 하나의 구간으로 변한다. 최종적으로 완성된 하나의 평탄구간은 전지전압의 제어를 용이하게 만들어 줄 수 있다. 사이클이 진행될수록 방전 곡선의 전압은 증가하기 때문에 과전압이 감소하는 것을 알 수 있다. 즉, 팽창에 대한 내부저항의 영향이 거의 사라진 것을 의미한다. 충방전 과정에서 활물질층의 팽창과 수축이 원활하게 이루어질 수 있다.9 shows a charge/discharge curve at a current density of 0.01 C of the negative electrode of Example 1. After 10 cycles, the reversible capacity was stabilized at 50 mAh/g, and the charging voltage flat section changes to one section during 100 cycles. One finally completed flat section may make it easier to control the battery voltage. As the cycle progresses, it can be seen that the overvoltage decreases because the voltage of the discharge curve increases. In other words, it means that the influence of internal resistance on expansion has almost disappeared. The expansion and contraction of the active material layer may be smoothly performed during the charging/discharging process.

실시예 2: NaBi 합금 활물질층을 포함하는 음극Example 2: Anode comprising NaBi alloy active material layer

Bi 금속을 두께 2mm로 압연하고, 4mm x 4mm크기로 펀칭하여 Bi 금속 포일 음극을 제조하였다. Bi metal was rolled to a thickness of 2 mm and punched to a size of 4 mm x 4 mm to prepare a Bi metal foil negative electrode.

도 2와 같이, 상기 Bi 금속 포일을 양극에 배치하고, Na 금속 전극을 음극에 배치하여, 하프-셀을 제조하였다. 방전 전류를 0.01 C-rate로 하여, 방전용량 128 mAh/g까지 방전시켜, Bi 집전체 상에 NaBi 합금 활물질층이 형성된 실시예 2 음극을 제조하였다. 제조된 음극의 Bi 집전체 두께는 0.02mm이고, NaBi 합금 활물질층의 두께는 3mm이다. 합금 활물질층 두께/집전체 두께의 비는 150이다. As shown in FIG. 2 , the Bi metal foil was disposed on the positive electrode and the Na metal electrode was disposed on the negative electrode, thereby preparing a half-cell. At a discharge current of 0.01 C-rate, a discharge capacity of 128 mAh/g was discharged to prepare a negative electrode of Example 2 in which a NaBi alloy active material layer was formed on a Bi current collector. The thickness of the Bi current collector of the prepared negative electrode was 0.02 mm, and the thickness of the NaBi alloy active material layer was 3 mm. The ratio of the alloy active material layer thickness/the current collector thickness is 150.

도 10는 실시예 2 음극의 합금 활물질층의 사진이다. Na와 반응하여 금속 광택을 잃은 표면을 확인할 수 있다. 10 is a photograph of the alloy active material layer of the negative electrode of Example 2; It can be seen that the surface loses its metallic luster by reacting with Na.

도 11은 실시예 2 음극의 집전체 사진이다. Bi 금속 광택을 유지한 표면을 확인할 수 있다.11 is a photograph of the current collector of the negative electrode of Example 2. It can be seen that the surface retains the Bi metallic luster.

도 12은 실시예 2 음극의 0.01 C에서의 충·방전 곡선이다. 충·방전 과정에서 127 mAh/g의 매우 가역적인 용량을 나타낸다.12 is a charge/discharge curve at 0.01 C of the negative electrode of Example 2. It shows a very reversible capacity of 127 mAh/g during the charging and discharging process.

도 13 실시예 2에 해당하는 Bi 전극의 제조를 하기 위한 전기화학적 반응 구간(최초 평탄 전압 구간)을 빨간색 영역으로 표기한 Bi 전극의 방전 그래프이다. 방전 그래프를 따라 방전 용량이 128 mAh/g이 되는 지점이 Bi 전극의 최초 평탄 전압 구간 경계점을 확인할 수 있다. 13 is a discharge graph of a Bi electrode in which an electrochemical reaction section (initial flat voltage section) for manufacturing a Bi electrode corresponding to Example 2 is indicated by a red region. According to the discharge graph, the point at which the discharge capacity becomes 128 mAh/g is the boundary point of the first flat voltage section of the Bi electrode.

도 14 실시예 2의 Bi 음극 1 내지 30회 사이클 특성을 나타낸 그래프이다. 1사이클 방전용량 대비 30사이클 방전용량의 유지율(retention)이 93.4%로 매우 높은 용량 유지율을 가지고, 1사이클 방전용량과 2사이클 방전용량 차이 또한 0.5% 로 매우 작은 것을 알 수 있다. 14 is a graph showing cycle characteristics of the Bi cathode of Example 2 1 to 30 times. It can be seen that the retention of the 30 cycle discharge capacity compared to the 1 cycle discharge capacity is 93.4%, which is very high, and the difference between the 1 cycle discharge capacity and the 2 cycle discharge capacity is also very small at 0.5%.

평가예 1 - 충방전 사이클 후 전극 형태 평가Evaluation Example 1 - Electrode shape evaluation after charge/discharge cycle

도 15는 실시예 1의 전극(Na0.22Sn 합금 활물질층을 포함하는 음극)을 1회 충방전 사이클을 수행한 후의 전극 실제 사진이다. 15 is an actual photograph of the electrode of Example 1 ( a negative electrode including a Na 0.22 Sn alloy active material layer) after performing one charge/discharge cycle.

도 16 (a)는 비교예 1 전극의 실제사진을 나타낸 것이고, 도 16(b)는 실시예1과 동일한 조건으로 비교예 전극을 1회 충방전 사이클을 수행한 후의 전극을 실제사진을 각각 나타낸 것이다. 구체적으로 비교예 1 전극은 Sn 금속 포일을 Na15Sn4까지 완전 방전한 후 충전하여 1회 충방전 수행한 것이다. Figure 16 (a) shows an actual photograph of the electrode of Comparative Example 1, and Figure 16 (b) is an actual photograph of the electrode after performing one charge/discharge cycle of the electrode of Comparative Example under the same conditions as in Example 1. will be. Specifically, the electrode of Comparative Example 1 was charged and discharged once after completely discharging the Sn metal foil to Na 15 Sn 4 .

도 15 실시예 1의 전극과 도 16의 비교예 1의 전극은 전극만 상이하고, 다른 실험 조건은 모두 동일하게 제어하여 실험을 수행하였다.The electrode of Example 1 of FIG. 15 and the electrode of Comparative Example 1 of FIG. 16 differed only in electrodes, and all other experimental conditions were controlled the same, and the experiment was performed.

실시예 1의 전극의 경우 전극 활물질층이 집전체로부터 이탈되지 않고 안정적으로 유지되고 있음을 확인할 수 있다. In the case of the electrode of Example 1, it can be confirmed that the electrode active material layer is stably maintained without being separated from the current collector.

반면 비교예 1의 전극의 경우 1회 충방전 사이클 수행 후 전극 활물질 및 전극 활물질의 부피 팽창, 및 수축으로 인하여 전극 활물질층이 파단되어 전기적 연결이 완전히 끊어진 것을 확인할 수 있다. On the other hand, in the case of the electrode of Comparative Example 1, it can be seen that the electrode active material layer is broken due to volume expansion and contraction of the electrode active material and the electrode active material after performing one charge/discharge cycle, so that the electrical connection is completely cut off.

이는 실시예 1 전극의 경우 집전체와 활물질층이 초기에 같은 물질내의 원자 결합을 하고 있었으며, 집전체를 일부 합금화하여 집전체 상에 활물질층이 형성되더라도, 활물질층과 집전체 사이에 원자간 결합을 유지하기 때문에 집전체와 활물질층간의 결합이 견고할 수 있다. 결과적으로, 충방전 사이클 특성 향상에 기여할 수 있음을 알 수 있다 In the case of the electrode of Example 1, the current collector and the active material layer were initially atomicly bonded in the same material, and even if the active material layer is formed on the current collector by partially alloying the current collector, interatomic bonding between the active material layer and the current collector Since it maintains, the bond between the current collector and the active material layer may be strong. As a result, it can be seen that it can contribute to the improvement of the charge/discharge cycle characteristics.

평가예 2 - 집전체 및 합금 활물질층 간의 접착력 평가 Evaluation Example 2 - Evaluation of adhesion between the current collector and the alloy active material layer

도 17은 분리막 제거 후 비교예 2 전극의 실제 사진을 나타낸 것이다.17 shows an actual photograph of the electrode of Comparative Example 2 after removal of the separator.

구체적으로, Sn분말 70 wt%, MWCNT (multi walled carbon nanotube) 도전재 20 wt%, PVdF 바인더 10 wt% 조성의 분말을 메틸피롤리돈(N-Methyl-2-pyrrolidone, NMP) 용매와 함께 볼밀링하여 슬러리 제조하였다. 이를, Cu foil에 도포하고 건조하여 비교예 2 주석 전극을 제조하였다. Specifically, a powder of 70 wt% Sn powder, 20 wt% of MWCNT (multi walled carbon nanotube) conductive material, and 10 wt% of PVdF binder was mixed with a methylpyrrolidone (N-Methyl-2-pyrrolidone, NMP) solvent. A slurry was prepared by milling. This was applied to Cu foil and dried to prepare a tin electrode of Comparative Example 2.

소듐/분리막+전해질/비교예 2 주석 전극 순서로 적층하여 비교예 2 전지를 구성하여, 충방전 사이클 1회 수행 후 전지, 및 분리막을 제거한 전극의 사진을 도 16에 나타내었다. Sodium/Separator+Electrolyte/Comparative Example 2 A battery of Comparative Example 2 was constructed by stacking the tin electrodes in the order, and after performing one charge/discharge cycle, a photograph of the battery and the electrode from which the separator was removed is shown in FIG. 16 .

도 17을 보면, 분리막 제거시 전극 활물질층이 Cu foil로부터 분리되어 구리 집전체가 노출되는 것을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 17 , when the separator is removed, it can be seen that the electrode active material layer is separated from the Cu foil to expose the copper current collector.

도 15는 비교예 2의 주석 전극 대신 실시예 1의 전극을 사용한 것을 제외하고는 비교군 1과 동일하게 전지를 제조하여 충방전 사이클 1회 수행 후 전지, 및 분리막을 제거한 전극의 사진이다. 15 is a photograph of the battery and the electrode from which the separator was removed after performing one charge/discharge cycle by preparing a battery in the same manner as in Comparative Group 1 except that the electrode of Example 1 was used instead of the tin electrode of Comparative Example 2;

분리막을 제거한 후에도 전극 활물질층이 집전체로부터 분리되지 않고, 전극 활물질층의 형태를 유지하고 있는 것을 확인할 수 있다. Even after removing the separator, it can be seen that the electrode active material layer is not separated from the current collector and maintains the shape of the electrode active material layer.

즉, 실시예 1의 음극은 비교예 2의 전극보다 집전체와 활물질층의 접착력이 강하고 견고함을 알 수 있다. 이는 본원의 본 발명의 일 구현예에 따라 제조된 음극은 제1 금속 포일의 일면에 합금 활물질층을 형성함으로써 제조되는 것으로, 집전체와 합금 활물질층 간의 접착력이 강하기 때문에 집전체로부터 활물질층의 이탈을 억제할 수 있고, 사이클 특성이 우수하며, 계면에서의 접촉특성 향상에 기여할 수 있다. That is, it can be seen that the negative electrode of Example 1 has stronger and stronger adhesion between the current collector and the active material layer than the electrode of Comparative Example 2. This is that the negative electrode manufactured according to an embodiment of the present invention is manufactured by forming an alloy active material layer on one surface of the first metal foil, and since the adhesive force between the current collector and the alloy active material layer is strong, the active material layer is separated from the current collector can be suppressed, the cycle characteristics are excellent, and it can contribute to the improvement of the contact characteristics at the interface.

본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.The present invention is not limited to the above embodiments, but can be manufactured in a variety of different forms, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can take other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. It will be understood that it can be implemented as Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive.

Claims (18)

제1 금속을 포함하는 집전체; 및
제1 금속과 제2 금속의 합금을 포함하는 합금 활물질층;을 포함하고,
상기 집전체와 합금 활물질층에 포함되는 제1 금속은 동일한 금속이고,
상기 제 1 금속은 Ga, Ge, In, Sn, Sb, Tl, Pb, 및 Bi를 포함하는 군에서 선택된 것이고,
상기 제2 금속은 Na, Li, 및 Mg를 포함하는 군에서 선택된 것이고,
상기 집전체와 상기 합금 활물질층은 집전체와 합금 활물질층을 연결하는 원자 결합을 가지고,
상기 합금 활물질층은 마이크로 금속 입자가 상하로 적층 결합된 복수의 기둥 구조를 가지는 것이고,
상기 합금 활물질층은 하기 화학식 1 내지 24 중 어느 하나로 표시되는 합금을 포함하는 것인, 음극.
[화학식 1]
NaaGa
(상기 화학식 1에서 0 < a < 1/4)
[화학식 2]
NabGe
(상기 화학식 2에서 0 < b < 1)
[화학식 3]
NacIn
(상기 화학식 3에서 0 < c < 5/8)
[화학식 4]
NadSn
(상기 화학식 4에서 0 < d < 1)
[화학식 5]
NaeSb
(상기 화학식 5에서 0 < e < 1)
[화학식 6]
NafTl
(상기 화학식 6에서 0 < f < 1/2)
[화학식 7]
NagPb
(상기 화학식 7에서 0 < g < 1)
[화학식 8]
NahBi
(상기 화학식 8에서 0 < h < 1)
[화학식 9]
LiiGa
(상기 화학식 9에서 0 < i < 1/2)
[화학식 10]
LijGe
(상기 화학식 10에서 0 < j < 3)
[화학식 11]
LikIn
(상기 화학식 11에서 0 < k < 2)
[화학식 12]
LilSn
(상기 화학식 12에서 0 < l < 1)
[화학식 13]
LimSb
(상기 화학식 13에서 0 < m < 2)
[화학식 14]
LinTl
(상기 화학식 14에서 0 < n < 1)
[화학식 15]
LioPb
(상기 화학식 15에서 0 < o < 1)
[화학식 16]
LipBi
(상기 화학식 16에서 0 < p < 1)
[화학식 17]
MgqGa
(상기 화학식 17에서 0 < q < 1/2)
[화학식 18]
MgrGe
(상기 화학식 18에서 0 < r < 2)
[화학식 19]
MgsIn
(상기 화학식 19에서 0 < s < 1/2)
[화학식 20]
MgtSn
(상기 화학식 20에서 0 < t < 2)
[화학식 21]
MguSb
(상기 화학식 21에서 0 < u < 3/2)
[화학식 22]
MgvTl
(상기 화학식 22에서 0 < v < 1)
[화학식 23]
MgwPb
(상기 화학식 23에서 0 < w < 2)
[화학식 24]
MgyBi
(상기 화학식 24에서 0 < y < 3/2)
a current collector including a first metal; and
Including; an alloy active material layer comprising an alloy of the first metal and the second metal;
The first metal included in the current collector and the alloy active material layer is the same metal,
The first metal is selected from the group consisting of Ga, Ge, In, Sn, Sb, Tl, Pb, and Bi,
The second metal is selected from the group consisting of Na, Li, and Mg,
The current collector and the alloy active material layer have an atomic bond connecting the current collector and the alloy active material layer,
The alloy active material layer has a plurality of columnar structures in which micro metal particles are stacked and bonded up and down,
The alloy active material layer will include an alloy represented by any one of the following formulas 1 to 24, the negative electrode.
[Formula 1]
Na a Ga
(0 < a < 1/4 in Formula 1)
[Formula 2]
Na b Ge
(0 < b < 1 in Formula 2)
[Formula 3]
Na c In
(0 < c < 5/8 in Formula 3)
[Formula 4]
Na d Sn
(0 < d < 1 in Formula 4)
[Formula 5]
Na e Sb
(0 < e < 1 in Formula 5)
[Formula 6]
Na f Tl
(0 < f < 1/2 in Formula 6)
[Formula 7]
Na g Pb
(0 < g < 1 in Formula 7)
[Formula 8]
Na h Bi
(0 < h < 1 in Formula 8)
[Formula 9]
Li i Ga
(0 < i < 1/2 in Formula 9)
[Formula 10]
Li j Ge
(0 < j < 3 in Formula 10)
[Formula 11]
Li k In
(0 < k < 2 in Formula 11)
[Formula 12]
Li l Sn
(0 < l < 1 in Formula 12)
[Formula 13]
Li m Sb
(0 < m < 2 in Formula 13)
[Formula 14]
Li n Tl
(0 < n < 1 in Formula 14)
[Formula 15]
Li o Pb
(0 < o < 1 in Formula 15)
[Formula 16]
Li p Bi
(0 < p < 1 in Formula 16)
[Formula 17]
Mg q Ga
(0 < q < 1/2 in Formula 17)
[Formula 18]
Mg r Ge
(0 < r < 2 in Formula 18)
[Formula 19]
Mg s In
(0 < s < 1/2 in Formula 19)
[Formula 20]
Mg t Sn
(0 < t < 2 in Formula 20)
[Formula 21]
Mg u Sb
(0 < u < 3/2 in Formula 21)
[Formula 22]
Mg v Tl
(0 < v < 1 in Formula 22)
[Formula 23]
Mg w Pb
(0 < w < 2 in Formula 23)
[Formula 24]
Mg y Bi
(0 < y < 3/2 in Formula 24)
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 합금 활물질층은 합금 활물질층 100질량% 기준으로 화학식 1 내지 24 중 어느 하나로 표시되는 합금을 97 질량% 이상 포함하는 것인,
음극.
According to claim 1,
The alloy active material layer will include 97 mass% or more of the alloy represented by any one of Formulas 1 to 24 based on 100 mass% of the alloy active material layer,
cathode.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 마이크로 금속 입자는 평균 직경이 0.1 내지 5 ㎛ 인 것인,
음극.
According to claim 1,
The micro metal particles have an average diameter of 0.1 to 5 μm,
cathode.
제1항에 있어서,
상기 합금 활물질층은 공극도가 50 내지 90 부피%인 것인,
음극.
According to claim 1,
The alloy active material layer has a porosity of 50 to 90% by volume,
cathode.
제1항에 있어서,
상기 집전체 두께 대비 합금 활물질층의 두께(합금 활물질층 두께/집전체 두께)는 0.01 내지 200 인 것인,
음극.
According to claim 1,
The thickness of the alloy active material layer relative to the current collector thickness (alloy active material layer thickness / current collector thickness) is 0.01 to 200,
cathode.
제1항에 있어서,
하프셀에서 0.01 C의 전류밀도로 방전시 1사이클 방전용량 대비, 100사이클 방전용량의 유지율(retention)이 95% 이상인 것인,
음극.
According to claim 1,
When discharging at a current density of 0.01 C in the half cell, the retention rate of 100 cycle discharge capacity is 95% or more compared to 1 cycle discharge capacity,
cathode.
제1항에 있어서,
하프셀에서 0.01 C의 전류밀도로 방전시 1사이클 방전용량 대비, 30사이클 방전용량의 유지율(retention)이 92% 이상인 것인,
음극.
According to claim 1,
When discharging at a current density of 0.01 C in the half cell, the retention rate of 30 cycle discharge capacity is 92% or more compared to 1 cycle discharge capacity,
cathode.
제1항에 있어서,
하프셀에서 0.01 C의 전류밀도로 방전시 1사이클 방전용량과 2사이클 방전용량 차이가 5% 이하인 것인,
음극.
According to claim 1,
When discharging at a current density of 0.01 C in a half cell, the difference between the discharge capacity of 1 cycle and the discharge capacity of 2 cycles is 5% or less,
cathode.
제1 금속을 포함하는 금속 포일 음극, 및 제2 금속을 포함하는 금속 전극을 포함하는 하프-셀(half-cell)를 구성하는 단계;
상기 하프-셀(half-cell)을 방전 그래프 상의 최초 평탄 전압 구간 경계점의 방전용량 미만으로 방전시켜 상기 금속 포일 음극의 일면에 합금 활물질층이 형성하는 단계; 및
상기 일면에 합금 활물질층이 형성된 음극, 양극 활물질을 포함하는 양극, 및 전해질을 포함하는 풀-셀(full-cell)를 제조하는 단계;를 포함하고,
상기 제1 금속은 Ga, Ge, In, Sn, Sb, Tl, Pb, 및 Bi 를 포함하는 군에서 선택된 것이고,
상기 제2 금속은 Na, Li, 및 Mg를 포함하는 군에서 선택된 것이고,
상기 합금 활물질층은 제1 금속과 제2 금속의 합금을 포함하고,
상기 합금 활물질층이 형성된 음극은 집전체와 상기 합금 활물질층이 집전체와 합금 활물질층을 연결하는 원자 결합을 가지고,
상기 합금 활물질층은 마이크로 금속 입자가 상하로 적층 결합된 복수의 기둥 구조를 가지는 것인,
이차 전지의 제조 방법.
constructing a half-cell including a metal foil negative electrode including a first metal and a metal electrode including a second metal;
discharging the half-cell to less than a discharge capacity of a boundary point of an initial flat voltage section on a discharge graph to form an alloy active material layer on one surface of the metal foil negative electrode; and
Manufacturing a full-cell (full-cell) including a negative electrode having an alloy active material layer formed on the one surface, a positive electrode including a positive electrode active material, and an electrolyte;
The first metal is selected from the group consisting of Ga, Ge, In, Sn, Sb, Tl, Pb, and Bi,
The second metal is selected from the group consisting of Na, Li, and Mg,
The alloy active material layer includes an alloy of a first metal and a second metal,
The negative electrode on which the alloy active material layer is formed has an atomic bond connecting the current collector and the alloy active material layer to the current collector and the alloy active material layer,
The alloy active material layer will have a plurality of columnar structures in which micro metal particles are stacked and bonded up and down
A method for manufacturing a secondary battery.
제11항에 있어서,
상기 합금 활물질층이 형성하는 단계에서
방전용량을 1107mAh/g 미만으로 제어하는 것인,
이차 전지의 제조 방법.
12. The method of claim 11,
In the step of forming the alloy active material layer
Controlling the discharge capacity to less than 1107 mAh / g,
A method for manufacturing a secondary battery.
삭제delete 제11항에 있어서,
상기 합금 활물질층을 형성하는 단계에서
상기 알칼리 금속이 Li인 경우,
상기 금속 포일 음극은 Sn 금속 포일 음극이고, 방전용량을 0 초과, 및 226mAh/g 미만으로 제어하거나,
상기 금속 포일은 Bi 금속 포일 음극이고, 방전용량을 0 초과, 및 128mAh/g 미만으로 제어하거나,
상기 금속 포일은 Ga 금속 포일 음극이고, 방전용량을 0 초과, 및 192mAh/g 미만으로 제어하거나,
상기 금속 포일은 Ge 금속 포일 음극이고, 방전용량을 0 초과, 및 1623mAh/g 미만으로 제어하거나,
상기 금속 포일은 In 금속 포일 음극이고, 방전용량을 0 초과, 및 700mAh/g 미만으로 제어하거나,
상기 금속 포일은 Sb 금속 포일 음극이고, 방전용량을 0 초과, 및 660mAh/g 미만으로 제어하거나,
상기 금속 포일은 Tl 금속 포일 음극이고, 방전용량을 0 초과, 및 525mAh/g 미만으로 제어하거나,
상기 금속 포일은 Pb 금속 포일 음극이고, 방전용량을 0 초과, 및 569mAh/g 미만으로 제어하는 것이고,
상기 알칼리 금속이 Na인 경우,
상기 금속 포일 음극은 Sn 금속 포일 음극이고, 방전용량을 0 초과, 및 226mAh/g 미만으로 제어하거나,
상기 금속 포일은 Bi 금속 포일 음극이고, 방전용량을 0 초과, 및 128mAh/g 미만으로 제어하거나,
상기 금속 포일은 Ga 금속 포일 음극이고, 방전용량을 0 초과, 및 96mAh/g 미만으로 제어하거나,
상기 금속 포일은 Ge 금속 포일 음극이고, 방전용량을 0 초과, 및 369mAh/g 미만으로 제어하거나,
상기 금속 포일은 In 금속 포일 음극이고, 방전용량을 0 초과, 및 145mAh/g 미만으로 제어하거나,
상기 금속 포일은 Sb 금속 포일 음극이고, 방전용량을 0 초과, 및 220mAh/g 미만으로 제어하거나,
상기 금속 포일은 Tl 금속 포일 음극이고, 방전용량을 0 초과, 및 65mAh/g 미만으로 제어하거나,
상기 금속 포일은 Pb 금속 포일 음극이고, 방전용량을 0 초과, 및 129mAh/g 미만으로 제어하는 것이고,
상기 알칼리 금속이 Mg인 경우,
상기 금속 포일 음극은 Sn 금속 포일 음극이고, 방전용량을 0 초과, 및 452mAh/g 미만으로 제어하거나,
상기 금속 포일은 Bi 금속 포일 음극이고, 방전용량을 0 초과, 및 192mAh/g 미만으로 제어하거나,
상기 금속 포일은 Ga 금속 포일 음극이고, 방전용량을 0 초과, 및 192mAh/g 미만으로 제어하거나,
상기 금속 포일은 Ge 금속 포일 음극이고, 방전용량을 0 초과, 및 738mAh/g 미만으로 제어하거나,
상기 금속 포일은 In 금속 포일 음극이고, 방전용량을 0 초과, 및 116mAh/g 미만으로 제어하거나,
상기 금속 포일은 Sb 금속 포일 음극이고, 방전용량을 0 초과, 및 330mAh/g 미만으로 제어하거나,
상기 금속 포일은 Tl 금속 포일 음극이고, 방전용량을 0 초과, 및 131mAh/g 미만으로 제어하거나,
상기 금속 포일은 Pb 금속 포일 음극이고, 방전용량을 0 초과, 및 259mAh/g 미만으로 제어하는 것인,
이차 전지의 제조 방법.
12. The method of claim 11,
In the step of forming the alloy active material layer
When the alkali metal is Li,
The metal foil negative electrode is a Sn metal foil negative electrode, and the discharge capacity is controlled to be greater than 0, and less than 226 mAh/g;
The metal foil is a Bi metal foil negative electrode, and the discharge capacity is controlled to be greater than 0, and less than 128 mAh/g;
The metal foil is a Ga metal foil negative electrode, and the discharge capacity is controlled to be greater than 0, and less than 192 mAh/g;
The metal foil is a Ge metal foil negative electrode, and the discharge capacity is controlled to be greater than 0, and less than 1623 mAh/g;
The metal foil is an In metal foil negative electrode, and the discharge capacity is controlled to be greater than 0, and less than 700 mAh/g,
The metal foil is an Sb metal foil negative electrode, and the discharge capacity is controlled to be greater than 0, and less than 660mAh/g;
The metal foil is a Tl metal foil negative electrode, and the discharge capacity is controlled to be greater than 0, and less than 525 mAh/g, or
The metal foil is a Pb metal foil negative electrode, and the discharge capacity is controlled to be greater than 0, and less than 569 mAh/g,
When the alkali metal is Na,
The metal foil negative electrode is a Sn metal foil negative electrode, and the discharge capacity is controlled to be greater than 0, and less than 226 mAh/g;
The metal foil is a Bi metal foil negative electrode, and the discharge capacity is controlled to be greater than 0, and less than 128 mAh/g;
The metal foil is a Ga metal foil negative electrode, and the discharge capacity is controlled to be greater than 0, and less than 96 mAh/g,
The metal foil is a Ge metal foil negative electrode, and the discharge capacity is controlled to be greater than 0, and less than 369 mAh/g, or
The metal foil is an In metal foil negative electrode, and the discharge capacity is controlled to be greater than 0, and less than 145 mAh/g;
The metal foil is an Sb metal foil negative electrode, and the discharge capacity is controlled to be greater than 0, and less than 220 mAh/g;
The metal foil is a Tl metal foil negative electrode, and the discharge capacity is controlled to be greater than 0, and less than 65 mAh/g;
The metal foil is a Pb metal foil negative electrode, and the discharge capacity is controlled to be greater than 0, and less than 129 mAh/g,
When the alkali metal is Mg,
The metal foil negative electrode is a Sn metal foil negative electrode, and the discharge capacity is controlled to be greater than 0, and less than 452 mAh/g, or
The metal foil is a Bi metal foil negative electrode, and the discharge capacity is controlled to be greater than 0, and less than 192 mAh/g;
The metal foil is a Ga metal foil negative electrode, and the discharge capacity is controlled to be greater than 0, and less than 192 mAh/g;
The metal foil is a Ge metal foil negative electrode, and the discharge capacity is controlled to be greater than 0, and less than 738 mAh/g;
The metal foil is an In metal foil negative electrode, and the discharge capacity is controlled to be greater than 0, and less than 116 mAh/g;
The metal foil is an Sb metal foil negative electrode, and the discharge capacity is controlled to be greater than 0, and less than 330mAh/g;
The metal foil is a Tl metal foil negative electrode, and the discharge capacity is controlled to be greater than 0, and less than 131 mAh/g;
The metal foil is a Pb metal foil negative electrode, and the discharge capacity is controlled to more than 0, and less than 259 mAh / g,
A method for manufacturing a secondary battery.
제11항에 있어서,
상기 하프-셀(half-cell)를 구성하는 단계 이전에,
금속을 압연하여 금속 포일 음극을 형성하는 단계를 더 포함하는 것인,
이차 전지의 제조 방법.
12. The method of claim 11,
Prior to the step of configuring the half-cell,
rolling the metal to form a metal foil negative electrode,
A method for manufacturing a secondary battery.
양극;
전해질; 및
제1항, 제3항, 및 제5항 내지 제10항 중 어느 한 항의 음극을 포함하는 것인,
이차 전지.
anode;
electrolyte; and
Claims 1, 3, and that comprising the negative electrode of any one of claims 5 to 10,
secondary battery.
제16항에 있어서,
상기 전해질은 금속염, 및 에테르계 용매를 포함하는 것인.
이차 전지.
17. The method of claim 16,
The electrolyte will include a metal salt, and an ether-based solvent.
secondary battery.
제17항에 있어서,
상기 에테르계 용매는 디메톡시에탄(Dimethoxyethane, DME), 1, 3- 다이옥솔란(1,3-dioxolane), 테트라에틸렌 글리콜 디메틸 에테르(tetraethylene glycol dimethyl ether, TEGDME), 디에틸렌 글리콜 디메틸 에테르(Diethylene glycol dimethyl ether, DEGDME), 트리에틸렌 글리콜 디메틸 에테르(Triethylene glycol dimethyl ether, TEGDME), 폴리에틸렌 글리콜 디메틸 에테르(Polyethylene glycol dimethyl ether, PEGDME), 폴리에틸렌옥사이드(Polyethyleneoxide, PEO), 다이옥솔란(Dioxolane, DOL) 및 이들의 혼합물을 포함하는 군에서 선택된 것인,
이차 전지.
18. The method of claim 17,
The ether solvent is dimethoxyethane (DME), 1,3-dioxolane (1,3-dioxolane), tetraethylene glycol dimethyl ether (TEGDME), diethylene glycol dimethyl ether (Diethylene glycol) dimethyl ether, DEGDME), triethylene glycol dimethyl ether (TEGDME), polyethylene glycol dimethyl ether (PEGDME), polyethyleneoxide (PEO), dioxolane (DOL) and these Which is selected from the group comprising a mixture of
secondary battery.
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