KR102283795B1 - Negative electrode active material layer for rechargeable lithium battery, preparing the same, and rechargeable lithium battery - Google Patents

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Abstract

규소계 활물질 및 탄소계 활물질을 포함하는 음극 활물질, 및 히드록시기를 가지는 폴리 아크릴산 아민 염을 포함하는 바인더를 포함하는 리튬 이차 전지용 음극 활물질층, 이의 제조방법, 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지에 관한 것이다.It relates to a negative active material layer for a lithium secondary battery comprising a binder including a negative active material including a silicon-based active material and a carbon-based active material, and a polyacrylic acid amine salt having a hydroxyl group, a manufacturing method thereof, and a lithium secondary battery including the same.

Description

리튬 이차 전지용 음극 활물질층, 이의 제조방법, 및 리튬 이차 전지{NEGATIVE ELECTRODE ACTIVE MATERIAL LAYER FOR RECHARGEABLE LITHIUM BATTERY, PREPARING THE SAME, AND RECHARGEABLE LITHIUM BATTERY}Anode active material layer for lithium secondary battery, manufacturing method thereof, and lithium secondary battery

본 발명은 리튬 이차 전지용 음극 활물질층, 이의 제조방법, 및 리튬 이차 전지에 관한 것이다.
The present invention relates to an anode active material layer for a lithium secondary battery, a manufacturing method thereof, and a lithium secondary battery.

리튬 이온(lithium ion) 이차 전지를 비롯한 비수전해질 이차전지는 노트북 컴퓨터(Note PC)이나 휴대폰 등의 포터블(portable) 기기의 전원으로서 널리 사용되고 있는데, 고전압·고용량이라는 점에서, 그 발전에 큰 기대가 몰려 있다. Non-aqueous electrolyte secondary batteries, including lithium ion secondary batteries, are widely used as power sources for portable devices such as notebook computers (Note PCs) and mobile phones. are flocking

이러한 비수전해질 이차전지의 음극재료(음극 활물질)로는 리튬 금속이나 리튬 합금 외에 Li 이온의 삽입/탈리가 가능한 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연질 탄소재료, 즉 탄소계 활물질 등이 이용되고 있다. As a negative electrode material (negative electrode active material) of such a non-aqueous electrolyte secondary battery, in addition to lithium metal or lithium alloy, graphite carbon materials such as natural graphite or artificial graphite capable of insertion/desorption of Li ions, that is, a carbon-based active material, etc. are used.

최근에는 소형화 및 다기능화한 휴대 기기 전지에 대해서 한층 더 개선된 고용량화가 요구되고 있어, 음극 활물질로서 널리 사용되고 있는 탄소계 활물질(예를 들면, 흑연질 탄소재료)을 대신하는 신규 음극 활물질이 검토되고 있다. In recent years, a further improved high-capacity is required for miniaturized and multifunctional mobile device batteries, and new negative electrode active materials are being considered instead of carbon-based active materials (eg, graphite carbon materials) widely used as negative electrode active materials. there is.

신규 음극 활물질로는 주석(Sn) 합금, 실리콘(Si) 합금, 실리콘(Si) 산화물, 리튬(Li) 질화물 등이 주목받고 있지만, 현 시점에서는 어떠한 상기 신규 음극재료도 충방전 사이클 특성이 종래의 흑연질 탄소재료에 비해 떨어지고 있다. Although tin (Sn) alloy, silicon (Si) alloy, silicon (Si) oxide, lithium (Li) nitride, etc. are attracting attention as novel negative electrode active materials, at this point in time, any of the new negative electrode materials has charge/discharge cycle characteristics that are the same as those of conventional anode materials. Compared to graphitic carbon materials, it is inferior.

탄소계 활물질은 층상구조를 가지기 때문에, 충방전시에 Li 이온이 층간에 삽입·탈리되므로, Li 이온의 삽입/탈리 시의 팽창·수축이 작다. Since the carbon-based active material has a layered structure, Li ions are intercalated and desorbed between layers during charging and discharging, so expansion/contraction at the time of insertion/desorption of Li ions is small.

반면, 상기 신규 음극재료, 특히 규소계 활물질은 탄소계 활물질보다도 구조가 복잡하고, 동시에, 충방전시의 단위 질량당 삽입·탈리하는 Li 이온량이 많다. 이 때문에, 규소계 활물질은 충방전에 수반되는 팽창·수축이 커지고, 그 결과로, 팽창/수축을 반복하는 충방전 사이클에 있어서, 규소계 활물질끼리의 연결이 절단되게 된다. 그리고, 다른 규소계 활물질로부터 고립된 규소계 활물질은 전자 전도성이 저하되고, 충방전에 관여할 수 없게 된다. On the other hand, the novel negative electrode material, particularly the silicon-based active material, has a more complex structure than the carbon-based active material, and at the same time has a large amount of Li ions inserted/desorbed per unit mass during charging and discharging. For this reason, the silicon-based active material expands/contracts accompanying charging and discharging, and as a result, in a charge/discharge cycle that repeats expansion/contraction, the connection between the silicon-based active materials is cut. In addition, the silicon-based active material isolated from other silicon-based active materials has lower electronic conductivity and cannot participate in charging and discharging.

이 때문에, 규소계 활물질은 충방전 사이클 특성이 탄소계 활물질에 비교해서 떨어지게 되는 것이다.For this reason, the silicon-based active material is inferior in charge-discharge cycle characteristics compared to the carbon-based active material.

따라서, 규소계 활물질을 포함하면서도, 사이클 특성이 우수한 리튬 이차 전지용 음극을 개발하려는 노력이 활발히 진행되고 있다.
Accordingly, efforts are being made to develop a negative electrode for a lithium secondary battery that includes a silicon-based active material and has excellent cycle characteristics.

본 발명은 규소계 활물질을 음극 활물질로서 포함하면서, 동시에 리튬 이차 전지의 사이클(cycle) 특성을 개선할 수 있는 리튬 이차 전지용 음극 활물질층, 이의 제조방법, 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지를 제공하는 것이다.
The present invention provides an anode active material layer for a lithium secondary battery capable of improving cycle characteristics of a lithium secondary battery while including a silicon-based active material as an anode active material, a manufacturing method thereof, and a lithium secondary battery comprising the same .

본 발명의 일 구현예는 규소계 활물질 및 탄소계 활물질을 포함하는 음극 활물질, 및 히드록시기를 가지는 폴리 아크릴산 아민 염을 포함하는 바인더를 포함하는 리튬 이차 전지용 음극 활물질층을 제공한다.One embodiment of the present invention provides an anode active material layer for a lithium secondary battery comprising a binder including a polyacrylic acid amine salt having a hydroxyl group and a negative active material including a silicon-based active material and a carbon-based active material.

본 발명의 다른 일 구현예는 규소계 활물질, 탄소계 활물질, 및 히드록시기를 가지는 폴리 아크릴산 아민 염을 포함하는 슬러리를 집전체 상에 도포하는 단계, 및 상기 집전체 상의 슬러리를 150℃ 이상의 온도로 건조하는 단계를 포함하는 리튬 이차 전지용 음극 활물질층의 제조 방법을 제공한다. Another embodiment of the present invention comprises the steps of applying a slurry comprising a silicon-based active material, a carbon-based active material, and a polyacrylic acid amine salt having a hydroxyl group on a current collector, and drying the slurry on the current collector at a temperature of 150° C. or higher It provides a method of manufacturing a negative active material layer for a lithium secondary battery comprising the step of.

상기 히드록시기를 가지는 폴리 아크릴산 아민 염은 폴리 아크릴산 및 아민 화합물을 1:1의 중량비로 혼합하여 제조되는 것일 수 있다.The polyacrylic acid amine salt having a hydroxyl group may be prepared by mixing polyacrylic acid and an amine compound in a weight ratio of 1:1.

상기 아민 화합물은 트리스(히드록시메틸)아미노메탄 또는 에탄올 아민일 수 있다.The amine compound may be tris(hydroxymethyl)aminomethane or ethanolamine.

상기 히드록시기를 가지는 폴리 아크릴산 아민 염은 그물코 구조를 가질 수 있다.The polyacrylic acid amine salt having a hydroxyl group may have a network structure.

상기 규소계 활물질은 상기 음극 활물질의 총 질량에 대하여 3 질량% 내지 80 질량%로 포함될 수 있다.The silicon-based active material may be included in an amount of 3% by mass to 80% by mass based on the total mass of the negative active material.

상기 규소계 활물질은 Si, SiOm, Si-C 복합체, Si-Q 합금, 또는 이들의 조합(상기 m은 0<m≤2이고, 상기 Q는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 13족 내지 16족 원소, 전이금속, 희토류 원소, 또는 이들의 조합이며, 상기 Q에서 Si은 제외된다)일 수 있다.The silicon-based active material is Si, SiO m , a Si-C composite, a Si-Q alloy, or a combination thereof (wherein m is 0<m≤2, and Q is an alkali metal, alkaline earth metal, group 13 to group 16 element) , a transition metal, a rare earth element, or a combination thereof, and Si is excluded from Q).

상기 탄소계 활물질은 인조흑연, 천연흑연, 인조흑연 및 천연흑연의 혼합물, 인조흑연을 피복한 천연흑연, 또는 이들의 조합일 수 있다.The carbon-based active material may be artificial graphite, natural graphite, a mixture of artificial graphite and natural graphite, natural graphite coated with artificial graphite, or a combination thereof.

상기 리튬 이차 전지용 음극 활물질층은 도전재를 더 포함할 수 있다.The negative active material layer for a lithium secondary battery may further include a conductive material.

본 발명의 또 다른 일 구현예는 상기 음극 활물질층을 포함하는 음극, 양극, 및 세퍼레이터층을 포함하는 리튬 이차 전지를 제공한다.
Another embodiment of the present invention provides a lithium secondary battery including a negative electrode including the negative electrode active material layer, a positive electrode, and a separator layer.

본 발명에 따른 리튬 이차 전지용 음극 활물질층은 규소계 활물질을 포함하면서도, 리튬 이차 전지의 사이클 수명을 향상시킬 수 있다.
The negative active material layer for a lithium secondary battery according to the present invention can improve the cycle life of the lithium secondary battery while including the silicon-based active material.

도 1은 본 발명에 따른 리튬 이차 전지의 구성을 개략적으로 나타낸 측단면도이다.1 is a side cross-sectional view schematically showing the configuration of a lithium secondary battery according to the present invention.

이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. However, this is presented 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 "치환"이란 별도의 정의가 없는 한, 화합물 중 적어도 하나의 수소가 C1 내지 C30 알킬기, C2 내지 C30 알케닐기, C2 내지 C30 알키닐기, C1 내지 C10 알킬실릴기, C3 내지 C30 시클로알킬기, C6 내지 C30 아릴기, C1 내지 C30 헤테로아릴기, C1 내지 C10 알콕시기, 실란기, 알킬실란기, 알콕시실란기, 아민기, 알킬아민기, 아릴아민기 또는 할로겐기로 치환된 것을 의미한다.In the present specification, unless otherwise defined as "substitution", at least one hydrogen in the compound is a C1 to C30 alkyl group, C2 to C30 alkenyl group, C2 to C30 alkynyl group, C1 to C10 alkylsilyl group, C3 to C30 cycloalkyl group , C6 to C30 aryl group, C1 to C30 heteroaryl group, C1 to C10 alkoxy group, silane group, alkylsilane group, alkoxysilane group, amine group, alkylamine group, arylamine group or means substituted with a halogen group.

본 명세서에서 "헤테로"란 별도의 정의가 없는 한, N, O, S 및 P로 이루어진 군에서 선택되는 원자를 의미한다. As used herein, "hetero" refers to an atom selected from the group consisting of N, O, S and P, unless otherwise defined.

본 명세서에서 "알킬(alkyl)기"란 별도의 정의가 없는 한, 어떠한 알케닐(alkenyl)기나 알키닐(alkynyl)기를 포함하고 있지 않은 "포화 알킬(saturated alkyl)기" 또는 적어도 하나의 알케닐기 또는 알키닐기를 포함하고 있는 "불포화 알킬(unsaturated alkyl)기"를 모두 포함하는 것을 의미한다. 상기 "알케닐기"는 적어도 두 개의 탄소원자가 적어도 하나의 탄소-탄소 이중 결합을 이루고 있는 치환기를 의미하며, "알키닐기" 는 적어도 두 개의 탄소원자가 적어도 하나의 탄소-탄소 삼중 결합을 이루고 있는 치환기를 의미한다. 상기 알킬기는 분지형, 직쇄형 또는 환형일 수 있다. As used herein, unless otherwise defined, the term "alkyl group" refers to a "saturated alkyl group" or at least one alkenyl group that does not contain any alkenyl or alkynyl groups. Or it is meant to include all of the "unsaturated alkyl (unsaturated alkyl) group" containing an alkynyl group. The "alkenyl group" refers to a substituent in which at least two carbon atoms form at least one carbon-carbon double bond, and the "alkynyl group" refers to a substituent in which at least two carbon atoms form at least one carbon-carbon triple bond. it means. The alkyl group may be branched, straight-chain or cyclic.

상기 알킬기는 C1 내지 C20 알킬기 일 수 있으며, 구체적으로 C1 내지 C6 저급 알킬기, C7 내지 C10 중급 알킬기, C11 내지 C20 고급 알킬기일 수 있다. The alkyl group may be a C1 to C20 alkyl group, specifically, a C1 to C6 lower alkyl group, a C7 to C10 intermediate alkyl group, or a C11 to C20 higher alkyl group.

예를 들어, C1 내지 C4 알킬기는 알킬쇄에 1 개 내지 4 개의 탄소원자가 존재하는 것을 의미하며 이는 메틸, 에틸, 프로필, 이소-프로필, n-부틸, 이소-부틸, sec-부틸 및 t-부틸로 이루어진 군에서 선택됨을 나타낸다.For example, a C1 to C4 alkyl group means that there are 1 to 4 carbon atoms in the alkyl chain, which are methyl, ethyl, propyl, iso-propyl, n-butyl, iso-butyl, sec-butyl and t-butyl. It indicates that it is selected from the group consisting of.

전형적인 알킬기에는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, 부틸기, 이소부틸기, t-부틸기, 펜틸기, 헥실기, 에테닐기, 프로페닐기, 부테닐기, 시클로프로필기, 시클로부틸기, 시클로펜틸기, 시클로헥실기 등이 있다. Typical alkyl groups include methyl, ethyl, propyl, isopropyl, butyl, isobutyl, t-butyl, pentyl, hexyl, ethenyl, propenyl, butenyl, cyclopropyl, cyclobutyl, cyclo a pentyl group, a cyclohexyl group, and the like.

"방향족기"는 환형인 치환기의 모든 원소가 p-오비탈을 가지고 있으며, 이들 p-오비탈이 공액(conjugation)을 형성하고 있는 치환기를 의미한다. 구체적인 예로 아릴기(aryl)와 헤테로아릴기가 있다. "Aromatic group" means a substituent in which all elements of a cyclic substituent have p-orbitals, and these p-orbitals form a conjugate. Specific examples include an aryl group and a heteroaryl group.

"아릴(aryl)기"는 단일고리 또는 융합고리, 즉, 탄소원자들의 인접한 쌍들을 나눠 가지는 복수의 고리 치환기를 포함한다. "Aryl group" includes a single ring or a fused ring, ie, a plurality of ring substituents that divide adjacent pairs of carbon atoms.

"헤테로아릴(heteroaryl)기"는 아릴기 내에 N, O, S 및 P로 이루어진 군에서 선택되는 헤테로 원자가 포함되는 아릴기를 의미한다. 상기 헤테로아릴기가 융합고리인 경우, 각각의 고리마다 상기 헤테로 원자를 1 내지 3개 포함할 수 있다. "Heteroaryl group" refers to an aryl group including a hetero atom selected from the group consisting of N, O, S and P in the aryl group. When the heteroaryl group is a fused ring, each ring may include 1 to 3 heteroatoms.

본 명세서에서 별도의 정의가 없는 한, "공중합"이란 블록 공중합, 랜덤 공중합, 그래프트 공중합 또는 교호 공중합을 의미할 수 있고, "공중합체"란 블록 공중합체, 랜덤 공중합체, 그래프트 공중합체 또는 교호 공중합체를 의미할 수 있다.Unless otherwise defined herein, "copolymerization" may mean block copolymerization, random copolymerization, graft copolymerization or alternating copolymerization, and "copolymer" means block copolymer, random copolymer, graft copolymer or alternating copolymer. It can mean amalgamation.

도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 혹은 "상에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
In order to clearly express various layers and regions in the drawings, the thicknesses are enlarged. Throughout the specification, like reference numerals are assigned to similar parts. When a part, such as a layer, film, region, plate, etc., is "on" or "on" another part, it includes not only the case where it is "directly on" another part, but also the case where there is another part in between. Conversely, when we say that a part is "just above" another part, we mean that there is no other part in the middle.

(리튬 이차 전지의 구성) (Composition of lithium secondary battery)

먼저, 도 1 에 따라, 본 발명에 따른 리튬 이차 전지(10)의 구성, 즉 양극, 음극 활물질층을 포함하는 음극, 세퍼레이터층에 대하여 설명한다. First, referring to FIG. 1 , the configuration of the lithium secondary battery 10 according to the present invention, that is, a positive electrode, a negative electrode including a negative electrode active material layer, and a separator layer will be described.

리튬 이차 전지(10)는 양극(20), 음극(30) 및 세퍼레이터층(40)을 포함한다. The lithium secondary battery 10 includes a positive electrode 20 , a negative electrode 30 , and a separator layer 40 .

리튬 이차 전지(10)의 충전 도달 전압(산화 환원 전위)은, 예컨대 4.3V (vs.Li/Li+)이상 5.0V 이하, 예컨대 4.5V 이상 5.0V 이하일 수 있다. The charging reached voltage (oxidation-reduction potential) of the lithium secondary battery 10 may be, for example, 4.3V (vs.Li/Li + ) or more and 5.0V or less, for example, 4.5V or more and 5.0V or less.

리튬 이차 전지(10)의 형태는 특별히 한정되지 않는다. 즉, 리튬 이차 전지(10)는 원통형, 각형, 라미네이트(laminate)형, 버튼(button)형 등 어떠한 형태의 것이어도 무방하다.The form of the lithium secondary battery 10 is not specifically limited. That is, the lithium secondary battery 10 may have any shape, such as a cylindrical shape, a prismatic shape, a laminate type, or a button type.

양극anode

양극(20)은 집전체(21) 및 양극 활물질층(22)을 포함한다. The positive electrode 20 includes a current collector 21 and a positive electrode active material layer 22 .

집전체(21)는 도전체라면 어떠한 것이라도 무방하며, 예컨대, 알루미늄(aluminium), 스테인리스강(stainless), 또는 니켈 도금(nickel coated)강 등일 수 있다.The current collector 21 may be any conductor as long as it is a conductor, and may be, for example, aluminum, stainless steel, or nickel-coated steel.

양극 활물질층(22)은 적어도 양극 활물질을 포함하고, 도전재 및 바인더를 추가로 포함할 수 있다. The positive electrode active material layer 22 may include at least a positive electrode active material, and may further include a conductive material and a binder.

상기 양극 활물질은, 예컨대 리튬을 포함하는 고용체 산화물이지만, 전기 화학적으로 리튬 이온을 흡장 및 방출할 수 있는 물질이라면 특별히 제한되지 않는다. The positive active material is, for example, a solid solution oxide containing lithium, but is not particularly limited as long as it is a material capable of electrochemically occluding and releasing lithium ions.

상기 고용체 산화물은, 예컨대 LiaMnxCoyNizO2 (1.150≤a≤1.430, 0.45≤x≤0.6, 0.10≤y≤0.15, 0.20≤z≤0.28), LiMnxCoyNizO2 (0.3≤x≤0.85, 0.10≤y≤0.3, 0.10≤z≤0.3), LiMn1 .5Ni0 .5O4 등일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The solid solution oxide is, for example, Li a Mn x Co y Ni z O 2 (1.150≤a≤1.430, 0.45≤x≤0.6, 0.10≤y≤0.15, 0.20≤z≤0.28), LiMn x Co y Ni z O 2 (0.3≤x≤0.85, 0.10≤y≤0.3, 0.10≤z≤0.3), LiMn 1 .5 Ni 0 .5 O 4 , but the like, and the like.

상기 도전재는, 예컨대 케첸 블랙(KETJEN BLACK), 아세틸렌 블랙(acetylene black) 등의 카본블랙, 천연흑연, 인조흑연 등일 수 있으나, 양극의 도전성을 높이기 위한 것이라면 특별히 제한되지 않는다.The conductive material may be, for example, carbon black such as KETJEN BLACK and acetylene black, natural graphite, artificial graphite, etc., but is not particularly limited as long as it is intended to increase the conductivity of the positive electrode.

상기 바인더는, 예컨대 폴리 불화 비닐리덴(polyvinylidene fluoride), 에틸렌-프로필렌-디엔(ethylene-propylene-diene) 삼원 공중합체, 스티렌-부타디엔 고무(Styrene-butadiene rubber), 아크릴로니트릴-부타디엔 고무(acrylonitrile-butadiene rubber), 플루오로 고무(fluoro rubber), 폴리 아세트산 비닐(polyvinyl acetate), 폴리메틸 메타크릴레이트(polymethyl methacrylate), 폴리에틸렌(polyethylene), 니트로셀룰로오스(cellulose nitrate) 등일 수 있으나, 양극 활물질 및 도전재를 집전체(21) 상에 결착시킬 수 있는 것이라면, 특별히 제한되지 않는다. The binder is, for example, polyvinylidene fluoride, ethylene-propylene-diene terpolymer, styrene-butadiene rubber, acrylonitrile-butadiene rubber (acrylonitrile-) butadiene rubber, fluoro rubber, polyvinyl acetate, polymethyl methacrylate, polyethylene, cellulose nitrate, etc. may be used, but the positive electrode active material and conductive material is not particularly limited as long as it can be bound on the current collector 21 .

양극 활물질층(22)은, 예컨대, 이하의 제조방법에 의해 제작된다. The positive electrode active material layer 22 is produced, for example, by the following manufacturing method.

먼저, 양극 활물질, 도전재 및 바인더를 건식 혼합하는 방법으로 양극 합제를 제작한다. First, a positive electrode mixture is prepared by dry mixing a positive electrode active material, a conductive material, and a binder.

이어, 상기 양극 합제를 적당한 유기 용매에 분산시켜 양극 합제 슬러리(slurry)을 형성하고, 상기 양극 합제 슬러리를 집전체(21) 상에 도포하고, 건조, 및 압연하여, 양극 활물질층을 형성한다.Next, the positive electrode mixture is dispersed in a suitable organic solvent to form a positive electrode mixture slurry, the positive electrode mixture slurry is applied on the current collector 21 , dried, and rolled to form a positive electrode active material layer.

음극cathode

음극(30)은 집전체(31) 및 음극 활물질층(32)을 포함한다. The negative electrode 30 includes a current collector 31 and an anode active material layer 32 .

집전체(31)는 도전체라면 어떤 것이라도 무방하고, 예컨대, 구리, 알루미늄, 스테인리스강, 또는 니켈 도금 강 등일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The current collector 31 may be any conductor as long as it is a conductor, and may be, for example, copper, aluminum, stainless steel, or nickel-plated steel, but is not limited thereto.

음극 활물질층(32)은 음극 활물질 및 바인더를 포함한다. The anode active material layer 32 includes an anode active material and a binder.

상기 음극 활물질은 규소계 활물질 및 탄소계 활물질을 포함할 수 있다. The negative active material may include a silicon-based active material and a carbon-based active material.

상기 규소계 활물질은 규소(원자)을 포함하고, 동시에, 전기 화학적으로 리튬 이온을 흡장 및 방출할 수 있는 물질이다. The silicon-based active material includes silicon (atoms) and is a material capable of electrochemically occluding and releasing lithium ions.

상기 규소계 활물질로는, 예컨대, 규소집단의 미립자, 규소화합물의 미립자 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. Examples of the silicon-based active material include, but are not limited to, fine particles of a silicon group, fine particles of a silicon compound, and the like.

상기 규소화합물은 리튬 이차 전지의 음극 활물질로서 사용되는 것이라면 특별히 제한되지 않는다. The silicon compound is not particularly limited as long as it is used as an anode active material of a lithium secondary battery.

상기 규소화합물로는, 예컨대 Si, Si-C 복합체, 규소산화물, 규소합금 또는 이들의 조합 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. The silicon compound may include, for example, Si, a Si-C composite, silicon oxide, a silicon alloy, or a combination thereof, but is not limited thereto.

상기 규소산화물은, 예컨대 SiOn(0<n≤2)로 표시될 수 있다. The silicon oxide may be expressed as, for example, SiO n (0<n≤2).

상기 규소합금은 Si-Q 합금(Q는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 13족 내지 16족 원소, 전이금속, 희토류 원소 또는 이들의 조합이며, 상기 Q에서 Si은 제외), 예컨대 Si-Ti-Ni합금, Si-Al-Fe합금, Si-Fe합금 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The silicon alloy is a Si-Q alloy (Q is an alkali metal, an alkaline earth metal, a group 13 to 16 element, a transition metal, a rare earth element, or a combination thereof, except for Si in Q), such as a Si-Ti-Ni alloy , Si-Al-Fe alloy, Si-Fe alloy, and the like, but is not limited thereto.

한편, 상기 탄소계 활물질은 탄소(원자)을 포함하고, 동시에 전기 화학적으로 리튬 이온을 흡장 및 방출할 수 있는 물질이다. Meanwhile, the carbon-based active material includes carbon (atoms) and is a material capable of electrochemically occluding and releasing lithium ions at the same time.

상기 탄소계 활물질로는, 예컨대 흑연 활물질, 예컨대 인조흑연, 천연흑연, 인조흑연 및 천연흑연의 혼합물, 인조흑연을 피복한 천연흑연 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The carbon-based active material may include, for example, a graphite active material, such as artificial graphite, natural graphite, a mixture of artificial graphite and natural graphite, and natural graphite coated with artificial graphite, but is not limited thereto.

한편, 상기 음극 활물질 내 규소계 활물질의 함유량은 특별히 제한되지 않지만, 음극 활물질의 총 질량에 대하여 3 질량% 내지 80 질량%로 포함될 수 있다. 상기 규소계 활물질의 함유량이 상기 범위 내인 경우, 사이클 수명의 개선 효과가 보다 현저해진다. Meanwhile, the content of the silicon-based active material in the negative active material is not particularly limited, but may be included in an amount of 3 mass% to 80 mass% based on the total mass of the negative active material. When content of the said silicon-type active material is in the said range, the improvement effect of cycle life becomes more remarkable.

상기 바인더는 히드록시기를 가지는 폴리 아크릴산 아민 염을 포함한다. The binder includes a polyacrylic acid amine salt having a hydroxyl group.

일반적으로 음극 활물질층에 사용되는 바인더는 폴리 아크릴산 리튬 염과 달리, 일 구현예에 따른 음극 활물질층에 사용되는 바인더인 폴리 아크릴산 아민 염은 높은 가요성 및 결착력을 가지므로, 규소계 활물질의 팽창 및 수축에 추종할 수 있고, 따라서 규소계 활물질끼리의 연결을 유지할 수 있기 때문이다. 그 결과, 리튬 이차 전지(10)의 사이클 수명이 향상될 수 있다.In general, the binder used in the negative electrode active material layer is different from the lithium polyacrylate salt, but the polyacrylic acid amine salt used in the negative electrode active material layer according to an embodiment has high flexibility and binding force, so that the silicon-based active material is expanded and This is because the shrinkage can be tracked and, therefore, the connection between the silicon-based active materials can be maintained. As a result, the cycle life of the lithium secondary battery 10 may be improved.

나아가, 상기 폴리 아크릴산 아민 염을 구성하는 아민은 히드록시기를 가짐으로써, 폴리 아크릴산 아민 염의 결착력 및 가요성이 더욱 향상되고, 결과적으로, 리튬 이차 전지(10)의 사이클 수명이 더욱 향상되게 된다.Furthermore, since the amine constituting the polyacrylic acid amine salt has a hydroxyl group, the binding strength and flexibility of the polyacrylic acid amine salt are further improved, and as a result, the cycle life of the lithium secondary battery 10 is further improved.

상기 아민이 히드록시기를 많이 가질수록, 결착력 및 가요성이 더욱 향상될 수 있다.As the amine has more hydroxyl groups, binding strength and flexibility may be further improved.

또한, 상기 히드록시기는 상기 아민을 구성하는 탄화수소기와 단일 결합을 이루고 있을 수 있다. 즉, 상기 폴리 아크릴산 아민염은 탄화수소기를 가지는 아민을 포함하며, 상기 탄화수소기는 히드록시기와 단일 결합을 이루고 있을 수 있다.In addition, the hydroxyl group may form a single bond with a hydrocarbon group constituting the amine. That is, the polyacrylic acid amine salt may include an amine having a hydrocarbon group, and the hydrocarbon group may form a single bond with a hydroxyl group.

이 경우, 상기 아민의 히드록시기끼리 결합하여, 폴리 아크릴산 아민 염은 보다 입체적인 구조, 즉 그물코 구조를 가지게 된다. 따라서, 폴리 아크릴산 아민 염의 결착력 및 가요성이 더욱 향상되고, 나아가서는 리튬 이차 전지(10)의 사이클 수명이 더욱 향상되게 된다.In this case, the hydroxyl groups of the amine are bonded to each other, so that the polyacrylic acid amine salt has a more three-dimensional structure, that is, a network structure. Accordingly, the binding strength and flexibility of the polyacrylic acid amine salt are further improved, and further, the cycle life of the lithium secondary battery 10 is further improved.

상기 폴리 아크릴산 아민 염은, 예컨대, 폴리 아크릴산 및 아민 화합물을 1:1의 중량비로 혼합하여, 중화반응을 통해 제조되는 폴리 아크릴산의 아미노 알코올 염일 수 있다. The polyacrylic acid amine salt may be, for example, an amino alcohol salt of polyacrylic acid prepared through a neutralization reaction by mixing polyacrylic acid and an amine compound in a weight ratio of 1:1.

상기 아민 화합물의 구체적인 예로는 트리스 (히드록시메틸) 아미노메탄(Tris (hydroxymethyl) aminomethane) 또는 에탄올 아민(ethanolamine) 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. Specific examples of the amine compound include, but are not limited to, tris (hydroxymethyl) aminomethane or ethanolamine.

음극 활물질층(32)은 예를 들면, 이하의 제조방법에 의해 제조된다. The negative electrode active material layer 32 is manufactured, for example, by the following manufacturing method.

먼저, 음극 활물질 및 바인더를 건식 혼합하는 방법으로 음극 합제를 제작한다. 즉, 상기 음극 합제는 규소계 활물질, 탄소계 활물질 및 히드록시기를 가지는 폴리 아크릴산 아민 염을 포함할 수 있다.First, a negative electrode mixture is prepared by dry mixing the negative electrode active material and the binder. That is, the negative electrode mixture may include a silicon-based active material, a carbon-based active material, and a polyacrylic acid amine salt having a hydroxyl group.

이어, 상기 음극 합제를 적당한 용매에 분산시켜 음극 합제 슬러리(slurry)을 형성하고, 상기 음극 합제 슬러리를 집전체(31) 상에 도포하고, 건조, 및 압연하여, 음극 활물질층(32)을 형성한다. Next, the negative electrode mixture is dispersed in a suitable solvent to form a negative electrode mixture slurry, the negative electrode mixture slurry is applied on the current collector 31, dried, and rolled to form the negative electrode active material layer 32 do.

상기 건조 시의 온도는 리튬 이차 전지의 음극 활물질층에 적용되는 온도라면 특별히 제한되지 않지만, 150℃ 이상, 예컨대 150℃ 이상 200℃ 이하인 것이 바람직하다. The drying temperature is not particularly limited as long as it is a temperature applied to the negative electrode active material layer of the lithium secondary battery, but is preferably 150°C or higher, for example 150°C or higher and 200°C or lower.

상기 건조는 불활성 분위기 또는 진공 하에서 실시할 수 있다. 상기 불활성 분위기를 구성하는 가스로는, 예컨대 N2 가스, Ar 가스 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The drying may be carried out under an inert atmosphere or vacuum. The gas constituting the inert atmosphere may include, for example, N 2 gas, Ar gas, and the like, but is not limited thereto.

상기 음극 합제 슬러리를 150℃ 이상 200℃ 이하의 온도로 건조하는 경우, 리튬 이차 전지(10)의 사이클 특성이 더욱 향상될 수 있다. 이는, 상기 음극 합제 슬러리를 150℃ 이상 200℃ 이하의 온도로 건조 시, 아크릴산의 카르복실기 및 아민 사이에 탈수 반응이 일어나, 아미드 결합이 형성되기 때문인 것으로 생각된다. 상기 아미드 결합이 형성되기 때문에, 히드록시기를 가지는 폴리 아크릴산 아민 염의 가요성 및 결착력이 보다 향상되고, 규소계 활물질의 팽창 및 수축에 보다 효율적으로 추종할 수 있다.When the negative electrode mixture slurry is dried at a temperature of 150° C. or more and 200° C. or less, cycle characteristics of the lithium secondary battery 10 may be further improved. This is considered to be because, when the negative electrode mixture slurry is dried at a temperature of 150° C. or more and 200° C. or less, a dehydration reaction occurs between the carboxyl group of acrylic acid and the amine, thereby forming an amide bond. Since the amide bond is formed, the flexibility and binding force of the polyacrylic acid amine salt having a hydroxyl group are further improved, and the expansion and contraction of the silicon-based active material can be more efficiently followed.

한편, 상기 음극 합제 슬러리를 200℃ 초과의 온도로 건조하는 경우, 아크릴산의 카르복실기가 분해되어, 히드록시기를 가지는 폴리 아크릴산 아민 염의 결착력이 저하될 수 있다.On the other hand, when the negative electrode mixture slurry is dried at a temperature of more than 200° C., the carboxyl group of acrylic acid may be decomposed, and the binding force of the polyacrylic acid amine salt having a hydroxyl group may be reduced.

상기 음극 활물질층은 도전재를 더 포함할 수 있다. 도전재는 상기 양극에서 전술한 바와 같다.The negative active material layer may further include a conductive material. The conductive material is the same as described above for the positive electrode.

세퍼레이터층separator layer

세퍼레이터층(40)은 세퍼레이터 및 전해액을 포함한다. The separator layer 40 includes a separator and an electrolyte.

상기 세퍼레이터는 특별히 제한되지 않고, 리튬 이차 전지의 세퍼레이터로서 사용되는 것이라면, 어떠한 것이라도 무방하다. The separator is not particularly limited, and any separator may be used as long as it is used as a separator for a lithium secondary battery.

상기 세퍼레이터로는 우수한 고율방전 성능을 나타내는 다공막이나 부직포 등을, 단독 혹은 병용하는 것이 바람직하다. As the separator, it is preferable to use a porous membrane or a nonwoven fabric that exhibits excellent high-rate discharge performance, alone or in combination.

상기 세퍼레이터를 구성하는 수지로는, 예컨대 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리프로필렌(polypropylene) 등으로 대표되는 폴리올레핀(polyolefin)계 수지, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(polybutylene terephthalate) 등으로 대표되는 폴리에스테르(Polyester)계 수지, PVDF, 불화 비닐리덴(VDF)-헥사플루오로 프로필렌(HFP) 공중합체, 불화 비닐리덴-퍼플루오로 비닐에테르(par fluorovinyl ether) 공중합체, 불화 비닐리덴-테트라플루오로에틸렌(tetrafluoroethylene) 공중합체, 불화 비닐리덴-트리플루오로 에틸렌(trifluoroethylene) 공중합체, 불화 비닐리덴-플루오로 에틸렌(fluoroethylene) 공중합체, 불화 비닐리덴-헥사플루오로 아세톤(hexafluoroacetone) 공중합체, 불화 비닐리덴-에틸렌(ethylene) 공중합체, 불화 비닐리덴-프로필렌(propylene) 공중합체, 불화 비닐리덴-트리플루오로 프로필렌(trifluoro propylene) 공중합체, 불화 비닐리덴-테트라플루오로에틸렌(tetrafluoroethylene)-헥사플루오로 프로필렌(hexafluoropropylene) 공중합체, 불화 비닐리덴-에틸렌(ethylene)-테트라플루오로에틸렌(tetrafluoroethylene) 공중합체 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. As a resin constituting the separator, for example, a polyolefin-based resin represented by polyethylene, polypropylene, etc., polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, etc. Representative polyester resins, PVDF, vinylidene fluoride (VDF)-hexafluoropropylene (HFP) copolymer, vinylidene fluoride-perfluorovinyl ether (par fluorovinyl ether) copolymer, vinylidene fluoride- Tetrafluoroethylene copolymer, vinylidene fluoride-trifluoroethylene copolymer, vinylidene fluoride-fluoroethylene copolymer, vinylidene fluoride-hexafluoroacetone copolymer , vinylidene fluoride-ethylene copolymer, vinylidene fluoride-propylene copolymer, vinylidene fluoride-trifluoro propylene copolymer, vinylidene fluoride-tetrafluoroethylene- and a hexafluoropropylene copolymer, a vinylidene fluoride-ethylene (ethylene)-tetrafluoroethylene copolymer, and the like, but is not limited thereto.

비수전해액은 종래부터 리튬 이차 전지에 이용할 수 있는 비수전해액과 동일한 것이라면 특별한 한정없이 사용할 수 있다. The non-aqueous electrolyte may be used without any particular limitation as long as it is the same as the conventional non-aqueous electrolyte that can be used in a lithium secondary battery.

상기 비수전해액은 비수 용매에 전해질염을 함유시킨 조성을 가진다. The non-aqueous electrolyte has a composition in which an electrolyte salt is contained in a non-aqueous solvent.

상기 비수 용매는, 예컨대 프로필렌 카보네이트(propylene carbonate), 에틸렌 카보네이트(ethylene carbonate), 부틸렌 카보네이트(ethylene carbonate), 클로로 에틸렌 카보네이트(chloroethylene carbonate), 비닐렌 카보네이트(vinylene carbonate) 등의 환형탄산 에스테르(ester)류; γ-부티로락톤(butyrolactone), γ-발레로 락톤(valerolactone) 등의 환형 에스테르류; 디메틸 카보네이트(dimethyl carbonate), 디에틸카보네이트(diethyl carbonate), 에틸 메틸 카보네이트(ethyl methyl carbonate) 등의 쇄상 카보네이트류; 포름산 메틸(methyl formate), 아세트산 메틸(methyl acetate), 부티르산 메틸(butyric acid methyl) 등의 쇄상 에스테르류; 테트라하이드로퓨란(Tetrahydrofuran) 또는 그 유도체; 1,3-디옥산(dioxane), 1,4-디옥산(dioxane), 1,2-디메톡시 에탄(dimethoxyethane), 1,4-디부톡시에탄(dibutoxyethane), 메틸 디글라임(methyl diglyme) 등의 에테르(ether)류; 아세토니트릴(acetonitrile), 벤조니트릴(benzonitrile) 등의 니트릴(nitrile)류; 디옥솔란(Dioxolane) 또는 그 유도체; 에틸렌 설파이드(ethylene sulfide), 설포란(sulfolane), 술톤(sultone) 또는 그 유도체 등의 단독 또는 이들의 2종 이상 혼합물 등을 들 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.The non-aqueous solvent is, for example, a cyclic carbonate ester such as propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, chloroethylene carbonate, vinylene carbonate, etc. ); cyclic esters such as γ-butyrolactone and γ-valerolactone; chain carbonates such as dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and ethyl methyl carbonate; chain esters such as methyl formate, methyl acetate, and methyl butyric acid; Tetrahydrofuran or a derivative thereof; 1,3-dioxane, 1,4-dioxane, 1,2-dimethoxyethane, 1,4-dibutoxyethane, methyl diglyme, etc. of ethers; nitriles such as acetonitrile and benzonitrile; Dioxolane or a derivative thereof; ethylene sulfide (ethylene sulfide), sulfolane (sulfolane), sultone (sultone) or a derivative thereof may be mentioned alone or a mixture of two or more thereof, but is not limited thereto.

또한, 상기 전해질염은, 예컨대 LiClO4, LiBF4, LiAsF6, LiPF6, LiPF6 -x(CnF2n+1)x[단, 1<x<6, n=1 또는 2], LiSCN, LiBr, LiI, Li2SO4, Li2B10Cl10, NaClO4, NaI, NaSCN, NaBr, KClO4, KSCN 등의 리튬(Li), 나트륨(Na), 또는 칼륨(K)의 1종을 포함하는 무기 이온 염, LiCF3SO3,LiN(CF3SO2)2, LiN(C2F5SO2)2,LiN(CF3SO2)(C4F9SO2), LiC(CF3SO2)3, LiC(C2F5SO2)3, (CH3)4NBF4, (CH3)4NBr, (C2H5)4NClO4, (C2H5)4NI, (C3H7)4NBr, (n-C4H9)4NClO4, (n-C4H9)4NI, (C2H-5)4N-maleate, (C2H5)4N-benzoate, (C2H5)4N-phthalate, 스테아릴 술폰산 리튬(stearyl sulfonic acid lithium), 옥틸 술폰산 리튬(octyl sulfonic acid lithium), 도데실 벤젠 술폰산 리튬(dodecyl benzene sulphonic acid lithium) 등의 유기 이온 염 등을 들 수 있고, 이들 이온성 화합물을 단독, 혹은 2 종류 이상 혼합해서 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. In addition, the electrolyte salt is, for example, LiClO 4 , LiBF 4 , LiAsF 6 , LiPF 6 , LiPF 6 -x (C n F 2n+1 ) x [provided that 1<x<6, n=1 or 2], LiSCN , LiBr, LiI, Li 2 SO 4 , Li 2 B 10 Cl 10 , NaClO 4 , NaI, NaSCN, NaBr, KClO 4 , one of lithium (Li), sodium (Na), or potassium (K) such as KSCN Inorganic ionic salts containing, LiCF 3 SO 3 , LiN(CF 3 SO 2 ) 2 , LiN(C 2 F 5 SO 2 ) 2 , LiN(CF 3 SO 2 )(C 4 F 9 SO 2 ), LiC ( CF 3 SO 2 ) 3 , LiC(C 2 F 5 SO 2 ) 3 , (CH 3 ) 4 NBF 4 , (CH 3 ) 4 NBr, (C 2 H 5 ) 4 NClO 4 , (C 2 H 5 ) 4 NI, (C 3 H 7 ) 4 NBr, (nC 4 H 9 ) 4 NClO 4 , (nC 4 H 9 ) 4 NI, (C 2 H- 5 ) 4 N-maleate, (C 2 H 5 ) 4 N -benzoate, (C 2 H 5 ) 4 N-phthalate, stearyl sulfonic acid lithium, octyl sulfonic acid lithium, dodecyl benzene sulphonic acid lithium, etc. An ionic salt etc. are mentioned, Although these ionic compounds can be used individually or in mixture of 2 or more types, it is not limited to this.

한편, 상기 전해질염의 농도는 종래의 리튬 이차 전지에서 사용되는 비수전해액과 동일하여도 되며, 특별히 제한은 없다. 예컨대, 적당한 리튬 화합물(전해질염)을 0.8 mol/L 내지 1.5 mol/L 정도의 농도로 함유시킨 비수전해액을 사용할 수 있다.On the other hand, the concentration of the electrolyte salt may be the same as the non-aqueous electrolyte used in the conventional lithium secondary battery, and there is no particular limitation. For example, a non-aqueous electrolyte containing a suitable lithium compound (electrolyte salt) at a concentration of 0.8 mol/L to 1.5 mol/L may be used.

한편, 상기 비수전해액에 각종 첨가제를 더 첨가할 수도 있다. Meanwhile, various additives may be further added to the non-aqueous electrolyte.

상기 첨가제로는, 예컨대 음극작용 첨가제, 양극작용 첨가제, 에스테르계의 첨가제, 탄산 에스테르계의 첨가제, 황산 에스테르계의 첨가제, 인산 에스테르계의 첨가제, 붕산 에스테르계의 첨가제, 산무수물계의 첨가제, 전해질계의 첨가제 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. The additive includes, for example, a negative electrode action additive, an anode action additive, an ester-based additive, a carbonic acid ester-based additive, a sulfuric acid ester-based additive, a phosphoric acid ester-based additive, a boric acid ester-based additive, an acid anhydride-based additive, and an electrolyte system additives, and the like, but are not limited thereto.

이들 중에서 어느 하나를 비수전해액에 첨가할 수도 있고, 복수 종류의 첨가제를 비수전해액에 첨가할 수도 있다.
Any one of these may be added to the non-aqueous electrolyte, and a plurality of types of additives may be added to the non-aqueous electrolyte.

(리튬 이차 전지의 제조 방법) (Method for manufacturing lithium secondary battery)

이하에서, 리튬 이차 전지(10)의 제조 방법에 대하여 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing the lithium secondary battery 10 will be described.

양극의 제조Preparation of anode

양극(20)은 아래와 같이 제조된다. The anode 20 is manufactured as follows.

먼저, 양극 활물질, 도전재 및 바인더를 혼합한 것을 용매(예를 들면, N-메틸-2-피롤리돈)에 분산시켜, 슬러리를 형성한다. First, a mixture of a positive active material, a conductive material, and a binder is dispersed in a solvent (eg, N-methyl-2-pyrrolidone) to form a slurry.

이어서, 상기 슬러리를 집전체(21) 상에 도포하고, 건조하여, 양극 활물질층(22)을 형성한다. Then, the slurry is applied on the current collector 21 and dried to form the positive electrode active material layer 22 .

한편, 상기 도포의 방법은 특별히 한정되지 않는다. In addition, the method of the said application|coating is not specifically limited.

도포의 방법으로는, 예컨대 나이프 coater(knife coater)법, 그라비아 coater(gravure coater)법 등이 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. As a method of application, for example, a knife coater (knife coater) method, a gravure coater (gravure coater) method, etc. may be used, but is not limited thereto.

이하의 각 도포 공정도 동일한 방법에 의해 수행된다. Each of the following application steps is also performed by the same method.

이어서, 프레스(press)기를 사용하여, 양극 활물질층(22)을 1.0 g/cm3 내지 5.0 g/cm3의 충전 밀도가 되게 프레스한다. Then, using a press machine, the positive electrode active material layer 22 is pressed to a packing density of 1.0 g/cm 3 to 5.0 g/cm 3 .

이에 따라, 양극(20)이 제조된다. Accordingly, the anode 20 is manufactured.

음극의 제조Preparation of the cathode

음극(30)도, 양극(20)과 동일하게 제조된다. The negative electrode 30 is also manufactured in the same manner as the positive electrode 20 .

먼저, 음극 활물질 및 바인더를 혼합한 것을, 용매(예를 들면, N-메틸-2-피롤리돈)에 분산시켜, 슬러리를 형성한다. First, a mixture of a negative active material and a binder is dispersed in a solvent (eg, N-methyl-2-pyrrolidone) to form a slurry.

이어서, 상기 슬러리를 집전체(31) 상에 도포하고, 건조시켜, 음극 활물질층(32)을 형성한다. Then, the slurry is applied on the current collector 31 and dried to form the negative electrode active material layer 32 .

건조시의 온도는 150℃ 이상, 예컨대 150℃ 이상 200℃ 이하가 바람직하다. As for the temperature at the time of drying, 150 degreeC or more, for example, 150 degreeC or more and 200 degrees C or less are preferable.

이어서, 프레스기를 사용하여, 음극 활물질층(32)을 0.5 g/cm3 내지 3.0 g/cm3의 충전 밀도가 되게 프레스한다. Then, using a press machine, the negative electrode active material layer 32 is pressed to a packing density of 0.5 g/cm 3 to 3.0 g/cm 3 .

이에 따라, 음극(30)이 제조된다. Accordingly, the negative electrode 30 is manufactured.

리튬 이차 전지의 제조Manufacturing of lithium secondary batteries

이어서, 세퍼레이터를 양극(20) 및 음극(30) 사이에 두는 것으로, 전극 구조체를 제조한다. Next, by placing the separator between the positive electrode 20 and the negative electrode 30, an electrode structure is manufactured.

이어서, 전극 구조체를 원하는 형태(예를 들면, 원통형, 각형, 라미네이트형, 버튼형 등)로 가공하고, 해당 형태의 용기에 삽입한다. Then, the electrode structure is processed into a desired shape (eg, cylindrical, prismatic, laminated, buttoned, etc.) and inserted into a container of the corresponding shape.

이어서, 해당 용기 내에 전해액을 주입하여, 세퍼레이터 내의 각 기공에 전해액을 함침시킨다. Next, an electrolyte solution is injected into the container, and the electrolyte solution is impregnated into each pore in the separator.

이에 따라, 리튬 이차 전지가 제조된다.
Accordingly, a lithium secondary battery is manufactured.

이하, 실시예를 통하여 상술한 본 발명의 측면들을 더욱 상세하게 설명한다. 다만, 하기의 실시예는 단지 설명의 목적을 위한 것이며 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다.Hereinafter, the aspects of the present invention described above through examples will be described in more detail. However, the following examples are for illustrative purposes only and do not limit the scope of the present invention.

(( 실시예Example ))

실시예Example 1: 리튬 이차 전지의 제조 1: Preparation of lithium secondary battery

(규소계 활물질의 제조) (Manufacture of silicon-based active material)

먼저, 규소계 활물질(규소계 합금)을 일본 특허공개 2001-297757 에 기재된 방법을 참고하여, 가스아토마이즈법을 이용해 제조하였다. First, a silicon-based active material (silicon-based alloy) was prepared using the gas atomization method with reference to the method described in Japanese Patent Laid-Open No. 2001-297757.

구체적으로는 Si분말 60 질량%, Al분말 20 질량% 및 Fe분말 20 질량%을 아르곤 분위기 중에서 고주파 용해하는 것으로 용탕을 형성했다. Specifically, a molten metal was formed by high-frequency melting of 60 mass% of Si powder, 20 mass% of Al powder, and 20 mass% of Fe powder in an argon atmosphere.

이어서, 상기 용탕을 tundish에 주입하고, tundish의 바닥부에 형성된 가는 구멍을 통해서 용탕 세류를 형성했다. Then, the molten metal was poured into the tundish, and a trickle of the molten metal was formed through a thin hole formed in the bottom of the tundish.

그리고, 상기 용탕 세류에 고압의 아르곤 가스를 분무하여, 용탕을 분말화했다. Then, high-pressure argon gas was sprayed on the molten metal trickle to pulverize the molten metal.

상기 분말이 규소계 활물질(규소계 합금)이 된다. The powder becomes a silicon-based active material (silicon-based alloy).

냉각 속도는 같은 조건으로 응고시킨 알루미늄-4질량% 동합금의 덴드라이트의 2차 암 간 거리 측정에 의할 때, 103℃/sec 내지 105℃/sec 였다. 다시 말해, 100℃/sec보다 충분히 빠른 냉각 속도로 냉각하였다.The cooling rate was 103°C/sec to 105°C/sec according to the distance between the secondary arms of the dendrite of aluminum-4 mass% copper alloy solidified under the same conditions. In other words, cooling was performed at a cooling rate sufficiently faster than 100° C./sec.

한편, 열처리는 행하지 않았다. On the other hand, heat treatment was not performed.

(바인더(히드록시기를 가지는 폴리 아크릴산 아민 염)의 제조) (Preparation of binder (polyacrylic acid amine salt having a hydroxyl group))

폴리 아크릴산과 트리스 히드록시메틸 아미노메탄을 모노머 기준으로 1:1로 중화하여, 폴리 아크릴산 아민 염을 제조하였다. Polyacrylic acid and tris hydroxymethyl aminomethane were neutralized 1:1 on a monomer basis to prepare a polyacrylic acid amine salt.

(음극용 슬러리의 제조) (Preparation of slurry for negative electrode)

이어, 규소계 합금인 Si-Al-Fe합금(규소계 활물질), 인조흑연(탄소계 활물질), 아세틸렌 블랙(도전재) 및 상기 히드록시기를 가지는 폴리 아크릴산 아민 염을 45.5:45.5:1.0:8.0의 질량비로 혼합하여, 음극 합제를 제조하였다. Then, the silicon-based alloy Si-Al-Fe alloy (silicon-based active material), artificial graphite (carbon-based active material), acetylene black (conductive material), and polyacrylic acid amine salt having the hydroxyl group in the ratio of 45.5:45.5:1.0:8.0 The mixture was mixed in a mass ratio to prepare a negative electrode mixture.

이어, 도포에 적합한 점도 조정을 위해서 상기 음극 합제에 물을 첨가하여, 음극 합제 슬러리(음극용 슬러리)를 제조했다. Then, water was added to the negative electrode mixture to adjust the viscosity suitable for application, to prepare a negative electrode mixture slurry (slurry for negative electrode).

(음극의 제조) (Production of cathode)

상기 음극 합제 슬러리(음극용 슬러리)를 구리 박의 한쪽 면에 도포하고, 80℃로 설정한 송풍형 건조기로 15분 동안 건조하고, 압연한 후, 150℃로 6시간 동안 진공 건조해, 음극 활물질층을 포함하는 음극을 제조했다. 상기 음극 활물질층의 충전 밀도는 1.50g/cm3이었다. The negative electrode mixture slurry (slurry for negative electrode) is applied to one side of a copper foil, dried for 15 minutes with a blow dryer set at 80° C., rolled, and vacuum dried at 150° C. for 6 hours, negative electrode active material A negative electrode comprising a layer was prepared. The packing density of the negative active material layer was 1.50 g/cm 3 .

(양극의 제조) (Manufacture of anode)

고용체 산화물 Li1 .20Mn0 .55Co0 .10Ni0 .15O2, 케첸 블랙(KETJEN BLACK), 및 폴리 불화 비닐리덴을 96:2:2의 질량비로 혼합하여, 양극 합제를 제조하고, 상기 양극 합제를 N-메틸-2-피롤리돈에 분산시켜, 양극 합제 슬러리(양극용 슬러리)를 제작했다. The solid solution oxide .15 Li 1 .20 Mn 0 .55 Co 0 .10 Ni 0 O 2, ketjen black (KETJEN BLACK), and polyvinylidene fluoride 96: 2 were mixed in a mass ratio of 2, to prepare a positive electrode material mixture , The positive electrode mixture was dispersed in N-methyl-2-pyrrolidone to prepare a positive electrode mixture slurry (slurry for positive electrode).

이어, 상기 양극 합제 슬러리(양극용 슬러리)를 알루미늄 박 상에 균일하게 도포하고, 80℃로 설정한 송풍형 건조기로 15분 동안 건조하고, 압연한 후, 100℃로 6시간 진공 건조해, 양극 활물질층을 포함하는 양극을 제조했다. 상기 양극 활물질층의 충전 밀도는 3.0g/cm3이었다. Then, the positive electrode mixture slurry (slurry for positive electrode) is uniformly coated on an aluminum foil, dried for 15 minutes with a blow dryer set at 80° C., rolled, and vacuum dried at 100° C. for 6 hours, the positive electrode A positive electrode including an active material layer was manufactured. The packing density of the positive active material layer was 3.0 g/cm 3 .

(코인 셀의 제조) (Manufacture of coin cell)

상기 양극을 직경 13mm, 상기 음극을 직경 15.5mm로 절단하고, 직경 19mm, 두께 25㎛의 폴리에틸렌 미다공막으로 구성되는 세퍼레이터를 양극과 음극의 사이에 사이에 두고, CR2032코인 셀 전지 케이스에 수용하였다. The positive electrode was cut to a diameter of 13 mm and the negative electrode to a diameter of 15.5 mm, and a separator composed of a polyethylene microporous film having a diameter of 19 mm and a thickness of 25 μm was placed between the positive electrode and the negative electrode, and accommodated in a CR2032 coin cell battery case.

이어, 상기 전지 케이스에 1.5M의 LiPF6이 첨가된 비수전해액(에틸렌 카보네이트(EC)/디에틸카보네이트(DEC)/플루오로에틸렌카보네이트(FEC)=10/70/20의 혼합 용액(부피비))을 주입하고, 밀폐하여, 리튬 이차 전지를 제조했다.Next, a non-aqueous electrolyte solution containing 1.5 M of LiPF 6 added to the battery case (a mixed solution of ethylene carbonate (EC)/diethyl carbonate (DEC)/fluoroethylene carbonate (FEC)=10/70/20 (volume ratio))) was injected and sealed to prepare a lithium secondary battery.

실시예Example 2: 리튬 이차 전지의 제조 2: Preparation of lithium secondary battery

히드록시기를 가지는 폴리 아크릴산 아민 염 제조 시, 트리스 히드록시메틸 아미노메탄 대신 에탄올 아민을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 같은 처리를 하였다.The same treatment as in Example 1 was performed, except that ethanolamine was used instead of tris hydroxymethyl aminomethane when the polyacrylic acid amine salt having a hydroxyl group was prepared.

실시예Example 3: 리튬 이차 전지의 제조 3: Preparation of lithium secondary battery

음극 제조 시, 진공건조 온도를 150℃ 대신 100℃로 한 것을 제외하고는, 실시예 1과 같은 처리를 하였다. The same treatment as in Example 1 was performed, except that the vacuum drying temperature was changed to 100°C instead of 150°C during the preparation of the negative electrode.

실시예Example 4: 리튬 이차 전지의 제조 4: Preparation of lithium secondary battery

규소계 활물질로서, 규소계 합금 대신 규소 산화물(SiO)을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 같은 처리를 하였다.As the silicon-based active material, the same treatment as in Example 1 was performed, except that silicon oxide (SiO) was used instead of the silicon-based alloy.

비교예comparative example 1: 리튬 이차 전지의 제조 1: Preparation of lithium secondary battery

음극용 슬러리 제조 시, 바인더로서 히드록시기를 가지는 폴리 아크릴산 아민 염 대신 폴리 아크릴산을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 같은 처리를 하였다.The same treatment as in Example 1 was performed, except that polyacrylic acid was used instead of the polyacrylic acid amine salt having a hydroxyl group as a binder when the slurry for the negative electrode was prepared.

비교예comparative example 2: 리튬 이차 전지의 제조 2: Preparation of lithium secondary battery

음극용 슬러리 제조 시, 바인더로서 히드록시기를 가지는 폴리 아크릴산 아민 염 대신 폴리 아크릴산을 사용하고, 음극 제조 시, 진공건조 온도를 150℃ 대신 100℃로 한 것을 제외하고는, 실시예 1과 같은 처리를 하였다.When preparing the slurry for the negative electrode, polyacrylic acid was used instead of the polyacrylic acid amine salt having a hydroxyl group as a binder, and when the negative electrode was prepared, the same treatment as in Example 1 was used, except that the vacuum drying temperature was changed to 100°C instead of 150°C. .

비교예comparative example 3: 리튬 이차 전지의 제조 3: Preparation of lithium secondary battery

규소계 활물질로서, 규소계 합금 대신 규소 산화물(SiO)을 사용한 것을 제외하고는, 비교예 1과 같은 처리를 하였다.
As the silicon-based active material, the same treatment as in Comparative Example 1 was performed, except that silicon oxide (SiO) was used instead of the silicon-based alloy.

평가 1: 필 강도(밀착성) 평가Evaluation 1: Peel strength (adhesion) evaluation

상기 실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 3에서 제조한 음극을 폭 25mm, 길이 100mm의 직사각형으로 잘라냈다. The negative electrodes prepared in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 3 were cut into a rectangle having a width of 25 mm and a length of 100 mm.

이어, 양면 테이프를 이용해서 유리판에 활물질면을 피착면으로서 맞붙이고, 필 강도시험용 샘플로 사용했다. Next, the active material side was stuck to the glass plate as an adherend side using a double-sided tape, and it was used as a sample for a peeling strength test.

박리 시험기((주)시마즈제작소사(Shimadzu Corporation) 제조, SHIMAZU EZ-S)에 상기 필 강도시험용 샘플을 장착하고, 180℃에서의 필 강도를 측정하여, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.The sample for the peel strength test was mounted on a peel tester (Shimadzu Corporation, SHIMAZU EZ-S), and the peel strength at 180° C. was measured, and the results are shown in Table 1 below.

필 강도가 클수록, 바인더의 결착력 및 가요성이 크다고 말할 수 있다.
It can be said that the binding force and flexibility of a binder are so large that the peeling strength is large.

평가 2: 사이클 특성의 평가Evaluation 2: Evaluation of cycle characteristics

상기 실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 3에서 제조한 리튬 이온 이차 전지를 25℃에서 1It=5mA의 정전류로 4.2V까지 충전하고, 4.2V 정전압으로 1/50It=0.1mA가 될 때까지 충전한 후, 10분의 휴지를 두고, 1It의 정전류로 2.75V가 될 때까지 방전했다. The lithium ion secondary batteries prepared in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 3 were charged to 4.2V at a constant current of 1It=5mA at 25°C, and charged until 1/50It=0.1mA at a constant voltage of 4.2V. After that, there was a pause of 10 minutes, and discharge was performed at a constant current of 1 It until it became 2.75 V.

이 때의 방전 용량을 1회 사이클 시의 방전 용량으로 하고 충방전 사이클을 100회 반복하고, 1회 사이클 시의 방전 용량에 대한 100회 사이클 시의 방전 용량의 백분률(사이클 특성)을 구했으며, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.The discharge capacity at this time was taken as the discharge capacity at one cycle, the charge/discharge cycle was repeated 100 times, and the percentage (cycle characteristics) of the discharge capacity at 100 cycles to the discharge capacity at one cycle was calculated. , the results are shown in Table 1 below.

음극 활물질층 내
바인더
in the anode active material layer
bookbinder
규소계 활물질Silicon-based active material 음극 활물질층 내 탄소계 활물질: 음극 활물질층 내 규소계 활물질 (질량비)Carbon-based active material in the anode active material layer: Silicon-based active material in the anode active material layer (mass ratio) 열처리온도 (℃)Heat treatment temperature (℃) 필 강도 (mN/mm)Peel strength (mN/mm) 사이클 특성 (%)Cycle Characteristics (%)
비교예 1Comparative Example 1 폴리아크릴산polyacrylic acid Si 합금Si alloy 50:5050:50 150150 1919 6161 비교예 2Comparative Example 2 폴리아크릴산polyacrylic acid Si 합금Si alloy 50:5050:50 100100 1717 5757 비교예 3Comparative Example 3 폴리아크릴산polyacrylic acid SiOSiO 50:5050:50 150150 1717 5858 실시예 1Example 1 폴리아크릴산+트리스 히드록시메틸 아미노메탄Polyacrylic acid + tris hydroxymethyl aminomethane Si 합금Si alloy 50:5050:50 150150 2929 7474 실시예 2Example 2 폴리아크릴산+에탄올 아민polyacrylic acid + ethanolamine Si 합금Si alloy 50:5050:50 150150 2222 6666 실시예 3Example 3 폴리아크릴산+트리스 히드록시메틸 아미노메탄Polyacrylic acid + tris hydroxymethyl aminomethane Si 합금Si alloy 50:5050:50 100100 2525 7070 실시예 4Example 4 폴리아크릴산+트리스 히드록시메틸 아미노메탄Polyacrylic acid + tris hydroxymethyl aminomethane SiOSiO 50:5050:50 150150 2424 6868

상기 표 1로부터, 실시예 1 내지 4는 비교예 1 내지 3보다, 필 강도가 높으며, 사이클 특성 또한 우수함을 확인할 수 있다. From Table 1, it can be seen that Examples 1 to 4 have higher peel strength and better cycle characteristics than Comparative Examples 1 to 3.

트리스 히드록시메틸 아미노메탄은 히드록시기를 갖는 측쇄를 소유하고 있으며, 동시에, 상기 측쇄가 길다. Tris hydroxymethyl aminomethane possesses a side chain with a hydroxyl group, and at the same time, the side chain is long.

따라서, 트리스 히드록시메틸 아미노메탄은 보다 입체적인 구조를 가지므로, 음극 활물질을 보다 강한 결착력으로 결착할 수 있고, 동시에 높은 가요성을 가지게 된다. Accordingly, since tris hydroxymethyl aminomethane has a more three-dimensional structure, the anode active material can be bound with a stronger binding force and at the same time have high flexibility.

이 때문에, 트리스 히드록시메틸 아미노메탄으로부터 제조된 폴리 아크릴산 아민 염은 높은 필 강도를 가지고, 리튬 이차 전지의 사이클 특성을 향상시킬 수 있다. For this reason, the polyacrylic acid amine salt prepared from tris hydroxymethyl aminomethane has a high peel strength and can improve the cycle characteristics of a lithium secondary battery.

또한, 실시예 1은 실시예 2보다 필 강도가 높고, 사이클 특성이 가장 우수했다. 이는 트리스 히드록시메틸 아미노메탄은 에탄올 아민보다도 히드록시기를 갖는 측쇄를 많이 가지므로, 높은 가요성 및 결착력을 가지기 때문이다. Moreover, Example 1 had higher peeling strength than Example 2, and was the most excellent in cycling characteristics. This is because tris hydroxymethyl aminomethane has more side chains having a hydroxyl group than ethanolamine, and thus has high flexibility and binding force.

또한, 열처리 온도가 높을수록 필 강도가 향상되었는데, 이는 아미노 기와 카르복실기를 포함하는 염 내에서 탈수 반응이 일어나, 아미드 결합이 일부 형성되기 때문이라고 생각된다. In addition, the peel strength improved as the heat treatment temperature was higher, which is thought to be because dehydration reaction occurs in the salt containing an amino group and a carboxyl group, and an amide bond is partially formed.

또한, 실시예 4와 비교예 3을 비교하면, 규소계 활물질로서 규소 산화물을 사용한 경우에도, 히드록시기를 가지는 폴리 아크릴산 아민염을 바인더로 사용한 경우가, 히드록시기를 가지지 않는 폴리 아크릴산 아민염을 바인더로 사용한 경우보다 필 강도 및 사이클 특성이 우수한 것을 확인할 수 있다.
In addition, comparing Example 4 and Comparative Example 3, even when silicon oxide was used as a silicon-based active material, when a polyacrylic acid amine salt having a hydroxyl group was used as a binder, a polyacrylic acid amine salt having no hydroxyl group was used as a binder. It can be seen that the peel strength and cycle characteristics are superior to those of the case.

실시예Example 5 내지 8: 리튬 이차 전지의 제조 5 to 8: Preparation of lithium secondary battery

탄소계 활물질과 규소계 활물질의 질량비를 하기 표 2와 같이 변경한 것을 제외하고는 실시예 1과 같은 처리를 하였다.The same treatment as in Example 1 was performed except that the mass ratio of the carbon-based active material and the silicon-based active material was changed as shown in Table 2 below.

비교예comparative example 4 내지 7: 리튬 이차 전지의 제조 4 to 7: Preparation of a lithium secondary battery

탄소계 활물질과 규소계 활물질의 질량비를 하기 표 2와 같이 변경한 것을 제외하고는 비교예 1과 같은 처리를 하였다.
The same treatment as in Comparative Example 1 was performed except that the mass ratio of the carbon-based active material and the silicon-based active material was changed as shown in Table 2 below.

음극 활물질층 내
바인더
in the anode active material layer
bookbinder
규소계 활물질Silicon-based active material 음극 활물질층 내 탄소계 활물질: 음극 활물질층 내 규소계 활물질 (질량비)Carbon-based active material in the anode active material layer: Silicon-based active material in the anode active material layer (mass ratio) 열처리온도 (℃)Heat treatment temperature (℃) 필 강도 (mN/mm)Peel strength (mN/mm) 사이클 특성 (%)Cycle Characteristics (%)
비교예 4Comparative Example 4 폴리아크릴산polyacrylic acid Si 합금Si alloy 99:199:1 150150 1313 7979 비교예 5Comparative Example 5 폴리아크릴산polyacrylic acid Si 합금Si alloy 97:397:3 150150 1313 7575 비교예 1Comparative Example 1 폴리아크릴산polyacrylic acid Si 합금Si alloy 50:5050:50 150150 1919 6161 비교예 6Comparative Example 6 폴리아크릴산polyacrylic acid Si 합금Si alloy 20:8020:80 150150 2525 5555 비교예 7Comparative Example 7 폴리아크릴산polyacrylic acid Si 합금Si alloy 10:9010:90 150150 2626 5454 실시예 5Example 5 폴리아크릴산+트리스 히드록시메틸 아미노메탄Polyacrylic acid + tris hydroxymethyl aminomethane Si 합금Si alloy 99:199:1 150150 2323 8080 실시예 6Example 6 폴리아크릴산+트리스 히드록시메틸 아미노메탄Polyacrylic acid + tris hydroxymethyl aminomethane Si 합금Si alloy 97:397:3 150150 2424 7979 실시예 1Example 1 폴리아크릴산+트리스 히드록시메틸 아미노메탄Polyacrylic acid + tris hydroxymethyl aminomethane Si 합금Si alloy 50:5050:50 150150 2929 7474 실시예 7Example 7 폴리아크릴산+트리스 히드록시메틸 아미노메탄Polyacrylic acid + tris hydroxymethyl aminomethane Si 합금Si alloy 20:8020:80 150150 3333 6060 실시예 8Example 8 폴리아크릴산+트리스 히드록시메틸 아미노메탄Polyacrylic acid + tris hydroxymethyl aminomethane Si 합금Si alloy 10:9010:90 150150 3333 5656

상기 표 2로부터, 규소계 활물질과 탄소계 활물질의 질량비가 동일한 실시예와 비교예를 비교했을 때, 어느 쪽의 질량비에 있어서도, 실시예의 필 강도 및 사이클 특성은 비교예보다 양호함을 확인할 수 있다. From Table 2, when comparing Examples and Comparative Examples in which the mass ratio of the silicon-based active material and the carbon-based active material is the same, it can be confirmed that the peel strength and cycle characteristics of the Examples are better than those of the Comparative Examples at any mass ratio. .

특히 음극 활물질 총 질량에 대해 규소계 활물질이 3 질량% 내지 80 질량%로 포함되는 경우에 실시예와 비교예의 차이가 현저해진다.
In particular, when the silicon-based active material is contained in an amount of 3% by mass to 80% by mass relative to the total mass of the negative active material, the difference between Examples and Comparative Examples becomes significant.

이상, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 상세하게 설명했지만, 본 발명은 이러한 예에 한정되지 않는다. 본 발명이 속하는 기술의 분야에 있어서의 통상의 지식을 갖는 자라면, 특허청구의 범위에 기재된 기술적 사상의 범주 내에 있어서, 각종 변경예 또는 수정예에 이를 수 있는 것은 명확해서, 이것들에 대해서도, 당연히 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것이라고 이해해야만 한다.
As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described in detail, referring an accompanying drawing, this invention is not limited to this example. It is clear that various changes or modifications can be made within the scope of the technical idea described in the claims by those of ordinary skill in the field of the technology to which the present invention belongs. It should be understood as belonging to the technical scope of the present invention.

10: 리튬 이차 전지
20: 양극
21: 집전체
22: 양극 활물질층
30: 음극
31: 집전체
32: 음극 활물질층
40: 세퍼레이터층
10: lithium secondary battery
20: positive electrode
21: current collector
22: positive electrode active material layer
30: cathode
31: current collector
32: anode active material layer
40: separator layer

Claims (17)

규소계 활물질 및 탄소계 활물질을 포함하는 음극 활물질, 및
폴리 아크릴산 및 트리스(히드록시메틸)아미노메탄을 혼합하여 제조되는 폴리 아크릴산 아민 염을 포함하는 바인더
를 포함하는 리튬 이차 전지용 음극 활물질층.
A negative active material comprising a silicon-based active material and a carbon-based active material, and
Binder comprising polyacrylic acid amine salt prepared by mixing polyacrylic acid and tris(hydroxymethyl)aminomethane
A negative active material layer for a lithium secondary battery comprising a.
제1항에서,
상기 폴리 아크릴산 아민 염은 폴리 아크릴산 및 트리스(히드록시메틸)아미노메탄을 1:1의 중량비로 혼합하여 제조되는 것인 리튬 이차 전지용 음극 활물질층.
In claim 1,
The polyacrylic acid amine salt is a negative active material layer for a lithium secondary battery prepared by mixing polyacrylic acid and tris(hydroxymethyl)aminomethane in a weight ratio of 1:1.
삭제delete 제1항에서,
상기 폴리 아크릴산 아민 염은 그물코 구조를 가지는 리튬 이차 전지용 음극 활물질층.
In claim 1,
The polyacrylic acid amine salt is an anode active material layer for a lithium secondary battery having a network structure.
제1항에서,
상기 규소계 활물질은 상기 음극 활물질의 총 질량에 대하여 3 질량% 내지 80 질량%로 포함되는 리튬 이차 전지용 음극 활물질층.
In claim 1,
The silicon-based active material is an anode active material layer for a lithium secondary battery that is included in an amount of 3 mass% to 80 mass% with respect to the total mass of the anode active material.
제1항에서,
상기 규소계 활물질은 Si, SiOm, Si-C 복합체, Si-Q 합금, 또는 이들의 조합인 리튬 이차 전지용 음극 활물질층.
(상기 m은 0<m≤2이고, 상기 Q는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 13족 내지 16족 원소, 전이금속, 희토류 원소, 또는 이들의 조합이며, 상기 Q에서 Si은 제외된다)
In claim 1,
The silicon-based active material is Si, SiO m , Si-C composite, Si-Q alloy, or a combination thereof, the negative active material layer for a lithium secondary battery.
(wherein m is 0<m≤2, and Q is an alkali metal, alkaline earth metal, a group 13 to 16 element, a transition metal, a rare earth element, or a combination thereof, and Si is excluded from Q)
제1항에서,
상기 탄소계 활물질은 인조흑연, 천연흑연, 인조흑연 및 천연흑연의 혼합물, 인조흑연을 피복한 천연흑연, 또는 이들의 조합인 리튬 이차 전지용 음극 활물질층.
In claim 1,
The carbon-based active material is artificial graphite, natural graphite, a mixture of artificial graphite and natural graphite, natural graphite coated with artificial graphite, or a combination thereof.
제1항에서,
상기 리튬 이차 전지용 음극 활물질층은 도전재를 더 포함하는 리튬 이차 전지용 음극 활물질층.
In claim 1,
The negative active material layer for a lithium secondary battery is a negative active material layer for a lithium secondary battery further comprising a conductive material.
규소계 활물질, 탄소계 활물질, 및 폴리 아크릴산 및 트리스(히드록시메틸)아미노메탄을 혼합하여 제조되는 폴리 아크릴산 아민 염을 포함하는 슬러리를 집전체 상에 도포하는 단계, 및
상기 집전체 상의 슬러리를 150℃ 이상의 온도로 건조하는 단계
를 포함하는 리튬 이차 전지용 음극 활물질층의 제조 방법.
Applying a slurry comprising a silicon-based active material, a carbon-based active material, and a polyacrylic acid amine salt prepared by mixing polyacrylic acid and tris(hydroxymethyl)aminomethane on a current collector, and
drying the slurry on the current collector at a temperature of 150° C. or higher
A method of manufacturing an anode active material layer for a lithium secondary battery comprising a.
제9항에서,
상기 폴리 아크릴산 아민 염은 폴리 아크릴산 및 트리스(히드록시메틸)아미노메탄을 1:1의 중량비로 혼합하여 제조되는 것인 리튬 이차 전지용 음극 활물질층의 제조 방법.
In claim 9,
The polyacrylic acid amine salt is prepared by mixing polyacrylic acid and tris(hydroxymethyl)aminomethane in a weight ratio of 1:1.
삭제delete 제9항에서,
상기 폴리 아크릴산 아민 염은 그물코 구조를 가지는 리튬 이차 전지용 음극 활물질층의 제조 방법.
In claim 9,
The polyacrylic acid amine salt is a method of manufacturing a negative active material layer for a lithium secondary battery having a network structure.
제9항에서,
상기 규소계 활물질은 상기 슬러리의 총 질량에 대하여 3 질량% 내지 80 질량%로 포함되는 리튬 이차 전지용 음극 활물질층의 제조 방법.
In claim 9,
The method of manufacturing a negative active material layer for a lithium secondary battery, wherein the silicon-based active material is contained in an amount of 3% by mass to 80% by mass based on the total mass of the slurry.
제9항에서,
상기 규소계 활물질은 Si, SiOm, Si-C 복합체, Si-Q 합금, 또는 이들의 조합인 리튬 이차 전지용 음극 활물질층의 제조 방법. (상기 m은 0<m≤2이고, 상기 Q는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 13족 내지 16족 원소, 전이금속, 희토류 원소, 또는 이들의 조합이며, 상기 Q에서 Si은 제외된다)
In claim 9,
The silicon-based active material is Si, SiO m , Si-C composite, Si-Q alloy, or a combination thereof, a method of manufacturing a negative active material layer for a lithium secondary battery. (wherein m is 0<m≤2, and Q is an alkali metal, alkaline earth metal, a group 13 to 16 element, a transition metal, a rare earth element, or a combination thereof, and Si is excluded from Q)
제9항에서,
상기 탄소계 활물질은 인조흑연, 천연흑연, 인조흑연 및 천연흑연의 혼합물, 인조흑연을 피복한 천연흑연, 또는 이들의 조합인 리튬 이차 전지용 음극 활물질층의 제조 방법.
In claim 9,
The carbon-based active material is artificial graphite, natural graphite, a mixture of artificial graphite and natural graphite, natural graphite coated with artificial graphite, or a combination thereof.
제9항에서,
상기 리튬 이차 전지용 음극 활물질층은 도전재를 더 포함하는 리튬 이차 전지용 음극 활물질층의 제조 방법.
In claim 9,
The negative active material layer for a lithium secondary battery is a method of manufacturing a negative active material layer for a lithium secondary battery further comprising a conductive material.
제1항, 제2항 및 제4항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 음극 활물질층을 포함하는 음극;
양극; 및
세퍼레이터층
을 포함하는 리튬 이차 전지.
A negative electrode comprising the negative active material layer according to any one of claims 1, 2, and 4 to 8;
anode; and
separator layer
A lithium secondary battery comprising a.
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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE112015004779B4 (en) * 2014-10-21 2018-03-22 Kabushiki Kaisha Toyota Jidoshokki Polymer compound, intermediate composition, negative electrode, electric storage device, negative electrode slurry, process for producing a polymer compound, and process for producing a negative electrode
DE112015005307T5 (en) * 2014-11-25 2017-08-24 Kabushiki Kaisha Toyota Jidoshokki POLYMER COMPOUND, INTERMEDIATE COMPOSITION, NEGATIVE ELECTRODE ELECTRICITY STORAGE DEVICE, SMOOTHING FOR NEGATIVE ELECTRODES, METHOD FOR PRODUCING A POLYMERIC COMPOUND, AND METHOD FOR PRODUCING A NEGATIVE ELECTRODE
US11424439B2 (en) 2016-11-25 2022-08-23 Dai-Ichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd. Negative electrode of nonaqueous electrolyte secondary battery, and nonaqueous electrolyte secondary battery
US20180277913A1 (en) * 2017-03-23 2018-09-27 Nanotek Instruments, Inc. Non-flammable Quasi-Solid Electrolyte and Lithium Secondary Batteries Containing Same
CN108539121A (en) * 2018-04-16 2018-09-14 江西迪芯能源科技有限公司 A kind of lithium ion battery anode slurry and lithium ion battery
KR102647045B1 (en) * 2018-12-12 2024-03-14 주식회사 엘지에너지솔루션 Anode active material for lithium secondary battery and secondary battery including the same
US20220109155A1 (en) * 2019-02-13 2022-04-07 Sekisui Chemical Co., Ltd. Carbon material-resin composite material, composite body and method for producing same, and electrode material for electricity storage devices
JP2022102228A (en) * 2020-12-25 2022-07-07 エルジー エナジー ソリューション リミテッド Negative electrode for secondary battery, slurry for negative electrode, and manufacturing method of negative electrode

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003003031A (en) * 2001-06-25 2003-01-08 Hitachi Chem Co Ltd Carboxy group-containing resin composition, and battery binder resin composition, electrode and battery using the same
JP2012234707A (en) * 2011-04-28 2012-11-29 Unitika Ltd Resin composition for binder of secondary battery electrode, and binder fluid using the same, secondary battery electrode, and secondary battery

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4905861B2 (en) * 2005-02-10 2012-03-28 日立化成工業株式会社 Binder resin emulsion for energy device electrode, energy device electrode and energy device using the same
JP4852700B2 (en) * 2006-04-19 2012-01-11 国立大学法人岩手大学 Lithium ion secondary battery
EP2122723B1 (en) * 2007-02-06 2017-04-12 3M Innovative Properties Company Electrodes including novel binders and methods of making and using the same
KR20090110133A (en) * 2008-04-17 2009-10-21 삼성에스디아이 주식회사 Negative electrode for rechargeable lithium battery, and rechargeable lithium battery comprising the same
KR101757671B1 (en) * 2010-11-30 2017-07-14 제온 코포레이션 Slurry for secondary battery porous membranes, secondary battery porous membrane, secondary battery electrode, secondary battery separator, secondary battery, and method for producing secondary battery porous membrane
KR101201804B1 (en) * 2011-04-21 2012-11-15 삼성에스디아이 주식회사 Negative active for rechargeable lithium battery, method of preparing the same, and rechargeable lithium battery including the same
JP2013206759A (en) * 2012-03-29 2013-10-07 Toyo Ink Sc Holdings Co Ltd Aqueous composition for forming secondary battery electrode, electrode for secondary battery, and secondary battery

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003003031A (en) * 2001-06-25 2003-01-08 Hitachi Chem Co Ltd Carboxy group-containing resin composition, and battery binder resin composition, electrode and battery using the same
JP2012234707A (en) * 2011-04-28 2012-11-29 Unitika Ltd Resin composition for binder of secondary battery electrode, and binder fluid using the same, secondary battery electrode, and secondary battery

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