KR102286725B1 - Lithium secondary battery electrode with electron conductivity difference and manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전자 전도도 차이를 갖는 리튬 이차 전지 전극 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명의 일 측면은, 금속 물질을 포함하는 하부층; 상기 하부층 상에 형성되고, 금속 물질 및 고분자 물질을 포함하는 중간층; 및 상기 중간층 상에 형성되고, 고분자 물질 및 무기물을 포함하는 상부층;을 포함하는, 리튬 이차 전지 전극을 제공한다.The present invention relates to a lithium secondary battery electrode having a difference in electronic conductivity and a manufacturing method thereof, and an aspect of the present invention includes: a lower layer including a metal material; an intermediate layer formed on the lower layer and including a metal material and a polymer material; and an upper layer formed on the intermediate layer and including a polymer material and an inorganic material.

Description

전자 전도도 차이를 갖는 리튬 이차 전지 전극 및 이의 제조방법{LITHIUM SECONDARY BATTERY ELECTRODE WITH ELECTRON CONDUCTIVITY DIFFERENCE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}Lithium secondary battery electrode having a difference in electronic conductivity and manufacturing method thereof

본 발명은 전자 전도도 차이를 갖는 리튬 이차 전지 전극 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a lithium secondary battery electrode having a difference in electronic conductivity and a method for manufacturing the same.

최근 스마트폰, 태블릿 PC, 고성능 노트북 PC 등의 IT 전자 기기에 대한 시장 수요의 증가와 더불어, 지구 온난화 및 자원 고갈에 대한 대책의 일환으로, 전기 자동차, 스마트 그리드(Smart Grid)와 같은 대용량 전력 저장 장치에 대한 요구가 크게 늘어나면서, 이차 전지를 비롯한 전기 화학 소자에 대한 수요는 급격히 증가하고 있다.With the recent increase in market demand for IT electronic devices such as smartphones, tablet PCs, and high-performance notebook PCs, as part of measures against global warming and resource depletion, large-capacity power storage such as electric vehicles and smart grids As the demand for devices has greatly increased, the demand for electrochemical devices including secondary batteries is rapidly increasing.

이 중, 리튬 이차 전지는 우수한 사이클 수명 및 높은 에너지 밀도로 인하여 가장 주목받는 전기화학 소자로, 고출력 및 고용량에 대한 요구에 부합하기 위해 다양한 연구들이 진행되고 있다.Among them, a lithium secondary battery is an electrochemical device receiving the most attention due to its excellent cycle life and high energy density, and various studies are being conducted to meet the demand for high output and high capacity.

리튬 이차 전지에 있어서, 리튬 금속은 매우 높은 용량 및 낮은 환원 전위를 가지고 있어 리튬 이차 전지의 음극 물질로 각광받고 있다.In a lithium secondary battery, lithium metal has a very high capacity and a low reduction potential, and thus has been spotlighted as an anode material for a lithium secondary battery.

그러나, 기존의 리튬 금속은 불균일한 리튬 증착으로 인해 리튬 덴드라이트가 성장하며 단락 현상을 초래할 뿐만 아니라, 용량에 기여하지 않는 데드 리튬을 형성시키는 문제점이 있었다. 또한 대부분 과량의 리튬 소스를 지닌 두꺼운 리튬을 사용하여 전극의 두께가 두꺼워지는 단점이 있었다.However, the conventional lithium metal has a problem in that lithium dendrites grow due to non-uniform lithium deposition and cause a short circuit, as well as forming dead lithium that does not contribute to capacity. In addition, there was a disadvantage in that the thickness of the electrode was increased by using thick lithium with an excessive lithium source.

이를 극복하기 위해, 리튬 이온의 균일한 증착이 가능한 호스트(Host)층을 도입하는 연구들이 진행되었으나, 전도성 호스트층 도입 시에 전도성층 상부에 리튬 이온이 증착 되어 리튬 덴드라이트를 충분히 억제하지 못하는 한계를 보였다.In order to overcome this, studies have been conducted to introduce a host layer capable of uniform deposition of lithium ions, but lithium ions are deposited on the conductive layer when the conductive host layer is introduced. showed

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은, 리튬 이온인 아래쪽부터 균일하게 증착되어 리튬 덴드라이트의 성장을 억제할 수 있는 리튬 이차 전지 전극 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.The present invention is to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a lithium secondary battery electrode capable of suppressing the growth of lithium dendrites by uniformly depositing lithium ions from the bottom, and a method for manufacturing the same.

그러나, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the problems to be solved by the present invention are not limited to the problems mentioned above, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

본 발명의 일 측면은, 금속 물질을 포함하는 하부층; 상기 하부층 상에 형성되고, 금속 물질 및 고분자 물질을 포함하는 중간층; 및 상기 중간층 상에 형성되고, 고분자 물질 및 무기물을 포함하는 상부층;을 포함하는, 리튬 이차 전지 전극을 제공한다.One aspect of the present invention, the lower layer comprising a metal material; an intermediate layer formed on the lower layer and including a metal material and a polymer material; and an upper layer formed on the intermediate layer and including a polymer material and an inorganic material.

일 실시형태에 따르면, 상기 금속 물질은, 금속 나노와이어, 금속 나노 입자 및 금속 나노메쉬로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다.According to an embodiment, the metal material may include any one or more selected from the group consisting of metal nanowires, metal nanoparticles, and metal nanomesh.

일 실시형태에 따르면, 상기 금속 물질은, 구리(Cu), 니켈(Ni), 아연(Zn), 백금(Pt), 금(Au), 은(Ag), 알루미늄(Al), 텅스텐(W), 및 주석(Sn)으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다.According to one embodiment, the metal material is copper (Cu), nickel (Ni), zinc (Zn), platinum (Pt), gold (Au), silver (Ag), aluminum (Al), tungsten (W) , and may include any one or more selected from the group consisting of tin (Sn).

일 실시형태에 따르면, 상기 고분자 물질은, 셀룰로오스(cellulose), 셀룰로오스(cellulose) 유도체, 폴리우레탄(polyuretan), 폴리우레탄 공중합체, 셀룰로오스 아세테이트(celluloseacetate), 아세테이트 부틸레이트(acetate butylate), 폴리메틸메타아크릴레이트(polymethyl methacrylate, PMMA), 폴리메틸아크릴레이트(polymethyl acrylate, PMA), 폴리아크릴 공중합체, 폴리비닐아세테이트 공중합체, 폴리비닐아세테이트(polyvinylacetate, PVAc), 폴리비닐피롤리돈(polyvinylpyrrolidone, PVP), 폴리비닐알콜(polymethyl alcohol, PVA), 폴리퍼퓨릴알콜(PPFA), 폴리스티렌(PS), 폴리스티렌 공중합체, 폴리에틸렌 옥사이드(PEO), 폴리프로필렌옥사이드(PPO), 폴리에틸렌 옥사이드 공중합체, 폴리프로필렌옥사이드 공중합체, 폴리카보네이트(PC), 폴리비닐클로라이드(PVC), 폴리카프로락톤, 폴리비닐풀루오라이드, 폴리비닐리덴풀루오라이드 공중합체, 폴리아마이드 및 폴리이미드로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다.According to one embodiment, the polymer material is, cellulose (cellulose), cellulose (cellulose) derivative, polyurethane (polyuretan), polyurethane copolymer, cellulose acetate (celluloseacetate), acetate butyrate (acetate butylate), polymethyl meta Acrylate (polymethyl methacrylate, PMMA), polymethyl acrylate (PMA), polyacrylic copolymer, polyvinyl acetate copolymer, polyvinylacetate (PVAc), polyvinylpyrrolidone (PVP) , polyvinyl alcohol (PVA), polyfurfuryl alcohol (PPFA), polystyrene (PS), polystyrene copolymer, polyethylene oxide (PEO), polypropylene oxide (PPO), polyethylene oxide copolymer, polypropylene oxide Copolymer, polycarbonate (PC), polyvinyl chloride (PVC), polycaprolactone, polyvinyl fluoride, polyvinylidene fluoride copolymer, containing any one or more selected from the group consisting of polyamide and polyimide it could be

일 실시형태에 따르면, 상기 고분자 물질은, 고분자 나노 섬유를 포함하는 것일 수 있다.According to an embodiment, the polymer material may include polymer nanofibers.

일 실시형태에 따르면, 상기 고분자 물질은, 하이드록시기, 아크릴레이트기, 에스터기, 에테르기 및 아민기로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상의 작용기가 도입된 것일 수 있다.According to an embodiment, the polymer material may be one in which one or more functional groups selected from the group consisting of a hydroxyl group, an acrylate group, an ester group, an ether group, and an amine group are introduced.

일 실시형태에 따르면, 상기 무기물은, SiO2, Al2O3, TiO2, BaTiO3, Li2O, LiF, LiOH, Li3N, BaO, Na2O, Li2CO3, CaCO3, LiAlO2, SrTiO3, SnO2, CeO2, MgO, NiO, CaO, ZnO, ZrO2 및 SiC로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다.According to one embodiment, the inorganic material is, SiO 2 , Al 2 O 3 , TiO 2 , BaTiO 3 , Li 2 O, LiF, LiOH, Li 3 N, BaO, Na 2 O, Li 2 CO 3 , CaCO 3 , LiAlO 2 , SrTiO 3 , SnO 2 , CeO 2 , MgO, NiO, CaO, ZnO, ZrO 2 and SiC may be included.

일 실시형태에 따르면, 상기 중간층은, 상기 금속 물질 100 중량부에 대하여, 상기 고분자 물질을 0.1 중량부 내지 100 중량부로 포함하는 것일 수 있다.According to an embodiment, the intermediate layer may include 0.1 parts by weight to 100 parts by weight of the polymer material based on 100 parts by weight of the metal material.

일 실시형태에 따르면, 상기 상부층은, 상기 고분자 물질 100 중량부에 대하여, 상기 무기물을 1 중량부 내지 100 중량부로 포함하는 것일 수 있다.According to an embodiment, the upper layer may include 1 part by weight to 100 parts by weight of the inorganic material based on 100 parts by weight of the polymer material.

일 실시형태에 따르면, 상기 중간층의 두께는, 1 ㎛ 내지 30 ㎛인 것일 수 있다.According to an embodiment, the thickness of the intermediate layer may be 1 μm to 30 μm.

일 실시형태에 따르면, 상기 하부층, 상기 중간층 및 상기 상부층 순으로, 전자 전도도가 점차 감소하는 것일 수 있다.According to an embodiment, in the order of the lower layer, the middle layer, and the upper layer, the electron conductivity may be gradually decreased.

본 발명의 다른 측면은, 금속 물질이 함유된 금속 용액을 감압 여과하여 하부층을 형성하는 단계; 상기 금속 용액 및 고분자 물질이 분산된 고분자 분산액을 혼합하여 중간층 조성물을 제조하는 단계; 상기 하부층 상에, 상기 중간층 조성물을 감압 여과하여 중간층을 형성하는 단계; 상기 고분자 분산액 및 무기물을 혼합하여 상부층 조성물을 제조하는 단계; 및 상기 중간층 상에, 상기 상부층 조성물을 감압 여과하여 상부층을 형성하는 단계;를 포함하는, 리튬 이차 전지 전극의 제조방법을 제공한다.Another aspect of the present invention comprises the steps of forming a lower layer by filtering a metal solution containing a metal material under reduced pressure; preparing an intermediate layer composition by mixing the metal solution and a polymer dispersion in which the polymer material is dispersed; on the lower layer, filtering the intermediate layer composition under reduced pressure to form an intermediate layer; preparing an upper layer composition by mixing the polymer dispersion and an inorganic material; and on the intermediate layer, filtering the upper layer composition under reduced pressure to form an upper layer.

일 실시형태에 따르면, 상기 상부층을 형성하는 단계; 이후에, 열처리하는 단계;를 더 포함하는 것일 수 있다.According to an embodiment, forming the upper layer; Thereafter, the step of heat-treating; may further include.

일 실시형태에 따르면, 상기 열처리는, 100 ℃ 내지 500 ℃의 온도에서 1 시간 내지 5시간 동안 진행되는 것일 수 있다.According to an embodiment, the heat treatment may be performed at a temperature of 100° C. to 500° C. for 1 hour to 5 hours.

일 실시형태에 따르면, 상기 금속 용액의 농도는, 1 mg/ml 내지 10 mg/ml인 것일 수 있다.According to an embodiment, the concentration of the metal solution may be 1 mg/ml to 10 mg/ml.

일 실시형태에 따르면, 상기 금속 용액 및 상기 고분자 분산액의 중량비는 10 : 1 내지 30 : 1인 것일 수 있다.According to one embodiment, the weight ratio of the metal solution and the polymer dispersion may be 10: 1 to 30: 1.

본 발명의 또 다른 측면은, 상기 리튬 이차 전지 전극 또는 상기 제조방법에 의해 제조된 리튬 이차 전지 전극을 음극으로 포함하고, 상기 음극은 리튬 이온이 상기 하부층에서부터 균일하게 증착되는 것인, 리튬 이차 전지를 제공한다.Another aspect of the present invention includes the lithium secondary battery electrode or the lithium secondary battery electrode manufactured by the manufacturing method as a negative electrode, and the negative electrode is that lithium ions are uniformly deposited from the lower layer, a lithium secondary battery provides

본 발명에 따른 리튬 이차 전지 전극은, 전자 전도도 차이를 갖는 다중층을 포함하여 전자 전도도가 높은 층에서 낮은 층으로 리튬 이온이 순차적으로 증착되게 함으로써, 리튬 이온이 아래쪽부터 균일하게 안정적으로 증착될 수 있으며, 리튬 덴드라이트가 억제되는 효과가 있다.The lithium secondary battery electrode according to the present invention includes a multilayer having a difference in electronic conductivity so that lithium ions are sequentially deposited from a layer having high electronic conductivity to a layer having low electronic conductivity, so that lithium ions can be uniformly and stably deposited from the bottom There is an effect of suppressing lithium dendrites.

또한, 기존의 전도성 호스트를 사용한 경우보다 전극의 두께가 감소될 수 있으며, 우수한 기계적 물성이 확보되는 효과가 있다.In addition, the thickness of the electrode may be reduced compared to the case of using a conventional conductive host, and excellent mechanical properties are secured.

나아가, 충방전시 전극의 부피 팽창이 억제되며 구조 변형이 발생되지 않는 효과가 있다.Furthermore, there is an effect that the volume expansion of the electrode is suppressed and structural deformation does not occur during charging and discharging.

본 발명에 따른 리튬 이차 전지 전극의 제조 방법은, 전자 전도도가 다른 각각의 층을 순차적으로 형성시킴으로써, 전자 전도도가 차이가 부여된 다양한 형태의 전극을 제조할 수 있으며, 전극의 두께를 얇게 형성시킬 수 있는 효과가 있다.In the method for manufacturing a lithium secondary battery electrode according to the present invention, by sequentially forming each layer having different electronic conductivity, various types of electrodes having different electronic conductivity can be manufactured, and the thickness of the electrode can be formed thin. can have an effect.

본 발명에 따른 리튬 이차 전지는, 사이클 횟수가 현저히 증가되고, 전지 성능이 현저히 향상된 효과가 있다.In the lithium secondary battery according to the present invention, the number of cycles is significantly increased, and battery performance is significantly improved.

도 1은, 본 발명 일 실시형태에 따른 전극을 사용한 경우의 모식도 및 리튬 이온 증착 형태를 보여주는 것이다.
도 2는, 구리 포일로 형성된 전극을 사용한 경우의 모식도 및 리튬 이온 증착 형태를 보여주는 것이다.
도 3은, 구리 메쉬로 형성된 전극을 사용한 경우의 모식도 및 리튬 이온 증착 형태를 보여주는 것이다.
도 4는, 본 발명의 일 실시형태에 따른 리튬 이차 전극의 충방전시 전지의 전압의 변화를 보여주는 그래프이다.
도 5는, 본 발명의 일 실시형태에 따른 리튬 이차 전극의 충전 상태 별 단면을 나타낸 SEM 사진이다.
도 6은, 본 발명의 일 실시형태를 통해 제조된 전극을 사용한 전극, 구리 포일 전극 및 구리 메쉬 전극을 각각 사용한 리튬 symmetric Cell에서 사이클 횟수에 따른 전압 변화를 나타낸 그래프이다.
도 7은, 본 발명의 일 실시형태를 통해 제조된 전극을 사용한 전극, 구리 포일 전극 및 구리 메쉬 전극을 각각 사용한 리튬 이차 전지에서 사이클 횟수에 따른 용량(specific capacity) 및 쿨롱 효율(coulombic efficiency)변화를 나타낸 그래프이다.
1 is a schematic diagram and a lithium ion deposition form when an electrode according to an embodiment of the present invention is used.
2 is a schematic diagram and a lithium ion deposition form when an electrode formed of a copper foil is used.
3 is a schematic diagram and a lithium ion deposition form when an electrode formed of a copper mesh is used.
4 is a graph showing a change in voltage of a battery during charging and discharging of a lithium secondary electrode according to an embodiment of the present invention.
5 is an SEM photograph showing a cross section of a lithium secondary electrode according to a state of charge according to an embodiment of the present invention.
6 is a graph showing the voltage change according to the number of cycles in a lithium symmetric cell using an electrode, a copper foil electrode, and a copper mesh electrode using an electrode manufactured through an embodiment of the present invention, respectively.
7 is a view illustrating a change in specific capacity and coulombic efficiency according to the number of cycles in a lithium secondary battery using an electrode, a copper foil electrode, and a copper mesh electrode, respectively, manufactured according to an embodiment of the present invention; is a graph showing

이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있어서 특허출원의 권리 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실시예들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물이 권리 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, since various changes may be made to the embodiments, the scope of the patent application is not limited or limited by these embodiments. It should be understood that all modifications, equivalents and substitutes for the embodiments are included in the scope of the rights.

실시예에서 사용한 용어는 단지 설명을 목적으로 사용된 것으로, 한정하려는 의도로 해석되어서는 안된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the examples are used for description purposes only, and should not be construed as limiting. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In the present specification, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate that a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification exists, but one or more other features It should be understood that this does not preclude the existence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the embodiment belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and should not be interpreted in an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in the present application. does not

또한, 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.In addition, in the description of the embodiment, if it is determined that a detailed description of a related known technology may unnecessarily obscure the gist of the embodiment, the detailed description thereof will be omitted.

이하, 본 발명의 리튬 이차 전지 전극 및 이의 제조방법에 대하여 실시예 및 도면을 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다. 그러나, 본 발명이 이러한 실시예 및 도면에 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, the lithium secondary battery electrode of the present invention and a manufacturing method thereof will be described in detail with reference to Examples and drawings. However, the present invention is not limited to these examples and drawings.

본 발명의 일 측면은, 금속 물질을 포함하는 하부층; 상기 하부층 상에 형성되고, 금속 물질 및 고분자 물질을 포함하는 중간층; 및 상기 중간층 상에 형성되고, 고분자 물질 및 무기물을 포함하는 상부층;을 포함하는, 리튬 이차 전지 전극을 제공한다.One aspect of the present invention, the lower layer comprising a metal material; an intermediate layer formed on the lower layer and including a metal material and a polymer material; and an upper layer formed on the intermediate layer and including a polymer material and an inorganic material.

본 발명에 따른 리튬 이차 전지 전극은, 전기 전도도가 순차적으로 감소하는 다중층을 포함함으로써, 리튬 이온이 균일하게 증착되며 리튬 덴드라이트 성장이 억제되는 효과가 있으며, 증착된 리튬 이온이 위쪽부터 균일하게 탈착되는 효과가 있다.The lithium secondary battery electrode according to the present invention includes a multilayer in which electrical conductivity is sequentially decreased, so that lithium ions are uniformly deposited and lithium dendrite growth is suppressed, and the deposited lithium ions are uniformly deposited from the top. It has a desorption effect.

일 실시형태에 따르면, 상기 금속 물질을 포함하는 하부층은, 리튬 이차 전지 전극의 하부 영역을 형성할 수 있고, 전자 전도도가 가장 높은 층일 수 있으며, 리튬 이온이 가장 먼저 증착되는 층일 수 있다.According to an embodiment, the lower layer including the metal material may form a lower region of the lithium secondary battery electrode, may be a layer having the highest electronic conductivity, and may be a layer in which lithium ions are first deposited.

본 발명에 따른 리튬 이차 전지 전극은, 하부층의 전자 전도도가 가장 높고, 하부층 상에 형성되는 층들의 전자 전도도가 순차적으로 낮아져, 리튬 이온이 아래쪽부터 균일하게 증착되도록 할 수 있다.In the lithium secondary battery electrode according to the present invention, the electronic conductivity of the lower layer is the highest, and the electronic conductivity of the layers formed on the lower layer is sequentially lowered, so that lithium ions are uniformly deposited from the bottom.

일 실시형태에 따르면, 상기 금속 물질은, 금속 나노와이어, 금속 나노 입자 및 금속 나노메쉬로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다.According to an embodiment, the metal material may include any one or more selected from the group consisting of metal nanowires, metal nanoparticles, and metal nanomesh.

상기 금속 물질로 금속 나노와이어, 금속 나노 입자 또는 금속 나노메쉬가 사용될 경우, 전자 전도도 부여와 함께 전극층의 두께가 현저히 감소될 수 있다.When metal nanowires, metal nanoparticles, or metal nanomesh is used as the metal material, the thickness of the electrode layer may be significantly reduced along with imparting electronic conductivity.

바람직하게는, 상기 금속 물질은 금속 나노와이어를 포함할 수 있다.Preferably, the metal material may include metal nanowires.

일 실시형태에 따르면, 상기 금속 물질은, 고전자 전도도를 갖는 금속 물질일 수 있고, 구리(Cu), 니켈(Ni), 아연(Zn), 백금(Pt), 금(Au), 은(Ag), 알루미늄(Al), 텅스텐(W), 및 주석(Sn)으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다.According to an embodiment, the metal material may be a metal material having high electron conductivity, copper (Cu), nickel (Ni), zinc (Zn), platinum (Pt), gold (Au), silver (Ag) ), aluminum (Al), tungsten (W), and may include any one or more selected from the group consisting of tin (Sn).

일례로, 상기 금속 물질은, 구리 나노와이어를 포함할 수 있고, 이를 통해 고전자 전도도를 갖는 박막 형태의 하부층을 형성할 수 있다. For example, the metal material may include copper nanowires, thereby forming a lower layer in the form of a thin film having high electronic conductivity.

일 실시형태에 따르면, 상기 중간층은 상기 하부층 상에 형성되며, 전자 전도도를 갖는 금속 물질 및 전자 전도도를 갖지 않는 고분자 물질을 포함하여 상기 하부층보다 낮은 전자 전도도를 갖는 층일 수 있다.According to an embodiment, the intermediate layer is formed on the lower layer, and may include a metal material having electronic conductivity and a polymer material having no electronic conductivity, and may be a layer having lower electronic conductivity than the lower layer.

일 실시형태에 따르면, 상기 중간층은, 상기 금속 물질 및 상기 고분자 물질의 종류 및 함량비를 달리하여 다양한 전자 전도도를 갖는 층을 구현할 수 있으며, 하부층 상에 복수개로 형성될 수 있다.According to an embodiment, the intermediate layer may implement a layer having various electronic conductivity by different types and content ratios of the metal material and the polymer material, and may be formed in plurality on the lower layer.

상기 중간층이 복수개로 형성될 시, 하부층에 가까운 층에서부터 상부층에 가까운 층에 이르기까지 각 층의 전자 전도도가 순차적으로 감소될 수 있다.When the intermediate layer is formed in plurality, the electronic conductivity of each layer may be sequentially decreased from the layer close to the lower layer to the layer close to the upper layer.

일 실시형태에 따르면, 상기 고분자 물질은, 셀룰로오스(cellulose), 셀룰로오스(cellulose) 유도체, 폴리우레탄(polyuretan), 폴리우레탄 공중합체, 셀룰로오스 아세테이트(celluloseacetate), 아세테이트 부틸레이트(acetate butylate), 폴리메틸메타아크릴레이트(polymethyl methacrylate, PMMA), 폴리메틸아크릴레이트(polymethyl acrylate, PMA), 폴리아크릴 공중합체, 폴리비닐아세테이트 공중합체, 폴리비닐아세테이트(polyvinylacetate, PVAc), 폴리비닐피롤리돈(polyvinylpyrrolidone, PVP), 폴리비닐알콜(polymethyl alcohol, PVA), 폴리퍼퓨릴알콜(PPFA), 폴리스티렌(PS), 폴리스티렌 공중합체, 폴리에틸렌 옥사이드(PEO), 폴리프로필렌옥사이드(PPO), 폴리에틸렌 옥사이드 공중합체, 폴리프로필렌옥사이드 공중합체, 폴리카보네이트(PC), 폴리비닐클로라이드(PVC), 폴리카프로락톤, 폴리비닐풀루오라이드, 폴리비닐리덴풀루오라이드 공중합체, 폴리아마이드 및 폴리이미드로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다. 바람직하게는, 상기 고분자 물질은 나노 셀룰로오스를 포함할 수 있다.According to one embodiment, the polymer material is, cellulose (cellulose), cellulose (cellulose) derivative, polyurethane (polyuretan), polyurethane copolymer, cellulose acetate (celluloseacetate), acetate butyrate (acetate butylate), polymethyl meta Acrylate (polymethyl methacrylate, PMMA), polymethyl acrylate (PMA), polyacrylic copolymer, polyvinyl acetate copolymer, polyvinylacetate (PVAc), polyvinylpyrrolidone (PVP) , polyvinyl alcohol (PVA), polyfurfuryl alcohol (PPFA), polystyrene (PS), polystyrene copolymer, polyethylene oxide (PEO), polypropylene oxide (PPO), polyethylene oxide copolymer, polypropylene oxide Copolymer, polycarbonate (PC), polyvinyl chloride (PVC), polycaprolactone, polyvinyl fluoride, polyvinylidene fluoride copolymer, containing any one or more selected from the group consisting of polyamide and polyimide it could be Preferably, the polymer material may include nano-cellulose.

일 실시형태에 따르면, 상기 고분자 물질은, 고분자 나노 섬유를 포함하는 것일 수 있고, 상기 나노 섬유는 직경이 나노미터 단위로 표현되는 극세 섬유로서 통상 수 내지 수천 nm 정도의 직경을 갖는 것을 의미할 수 있다.According to one embodiment, the polymer material may include polymer nanofibers, and the nanofibers are microfibers having a diameter expressed in nanometers, which may mean having a diameter of about several to several thousand nm. there is.

일 실시형태에 따르면, 상기 고분자 나노 섬유의 두께는 1 ㎛ 내지 5 ㎛인 것일 수 있다.According to one embodiment, the polymer nanofiber may have a thickness of 1 μm to 5 μm.

상기 고분자 나노 섬유는 균일한 두께를 갖는 것일 수 있고, 유연성을 갖는 것일 수 있다.The polymer nanofiber may have a uniform thickness and may have flexibility.

일 실시형태에 따르면 상기 고분자 물질은, 다공성 고분자 물질일 수 있으며, 상기 다공성 물질은, 전극의 유연성을 향상시키고, 부피 또는 중량 당 에너지 밀도를 높여 고에너지 밀도를 구현할 수 있으며, 덴드라이트와 부피 팽창을 억제할 수 있다.According to an embodiment, the polymer material may be a porous polymer material, and the porous material may improve the flexibility of the electrode, increase the energy density per volume or weight to realize high energy density, and expand the volume with dendrites. can be suppressed.

일 실시형태에 따르면, 상기 고분자 물질은, 하이드록시기, 아크릴레이트기, 에스터기, 에테르기 및 아민기로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상의 작용기가 도입된 것일 수 있다.According to an embodiment, the polymer material may be one in which one or more functional groups selected from the group consisting of a hydroxyl group, an acrylate group, an ester group, an ether group, and an amine group are introduced.

상기 작용기는 음의 표면 전하를 가지는 작용기로, 리튬 이온과의 전기적 인력을 증가시켜 리튬 이온의 증착 속도를 높이고 증착 균일성을 향상시킬 수 있다.The functional group is a functional group having a negative surface charge, and may increase the electrical attraction with lithium ions to increase the deposition rate of lithium ions and improve deposition uniformity.

일 실시형태에 따르면, 상기 상부층은, 상기 중간층 상에 형성되고, 고분자 물질 및 무기물을 포함하며, 전자 전도도가 가장 낮거나, 전자 전도도를 갖지 않는 층일 수 있다.According to an embodiment, the upper layer may be a layer formed on the intermediate layer, including a polymer material and an inorganic material, and having the lowest electronic conductivity or no electronic conductivity.

일 실시형태에 따르면, 상기 무기물은, SiO2, Al2O3, TiO2, BaTiO3, Li2O, LiF, LiOH, Li3N, BaO, Na2O, Li2CO3, CaCO3, LiAlO2, SrTiO3, SnO2, CeO2, MgO, NiO, CaO, ZnO, ZrO2 및 SiC로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다.According to one embodiment, the inorganic material is, SiO 2 , Al 2 O 3 , TiO 2 , BaTiO 3 , Li 2 O, LiF, LiOH, Li 3 N, BaO, Na 2 O, Li 2 CO 3 , CaCO 3 , LiAlO 2 , SrTiO 3 , SnO 2 , CeO 2 , MgO, NiO, CaO, ZnO, ZrO 2 and SiC may be included.

일 실시형태에 따르면, 상기 무기물은, 입자, 와이어, 튜브, 섬유, 니들 등의 형태를 가질 수 있다. 상기 무기물의 크기는, 1 nm 내지 1 ㎛일 수 있고, 상기 크기는 무기물의 형태에 따라 입경, 직경, 길이, 두께 등을 의미할 수 있다.According to one embodiment, the inorganic material may have the form of particles, wires, tubes, fibers, needles, and the like. The size of the inorganic material may be 1 nm to 1 μm, and the size may mean a particle size, diameter, length, thickness, etc. depending on the shape of the inorganic material.

상기 상부층은, 상기 무기물을 포함함으로써 전극 표면의 기계적 강도가 향상될 수 있고, 고분자 물질을 포함함으로써 전극의 유연성이 향상될 수 있다. In the upper layer, mechanical strength of the electrode surface may be improved by including the inorganic material, and flexibility of the electrode may be improved by including a polymer material.

일 실시형태에 따르면, 상기 중간층은, 상기 금속 물질 100 중량부에 대하여, 상기 고분자 물질을 0.1 중량부 내지 100 중량부로 포함하는 것일 수 있다.According to an embodiment, the intermediate layer may include 0.1 parts by weight to 100 parts by weight of the polymer material based on 100 parts by weight of the metal material.

바람직하게는, 상기 금속 물질 100 중량부에 대하여, 상기 고분자 물질을 1 중량부 내지 100 중량부로 포함하는 것일 수 있고, 더욱 바람직하게는, 상기 금속 물질 100 중량부에 대하여, 상기 고분자 물질을 1 중량부 내지 10 중량부로 포함하는 것일 수 있다.Preferably, with respect to 100 parts by weight of the metal material, 1 part by weight to 100 parts by weight of the polymer material may be included, and more preferably, 1 weight part of the polymer material with respect to 100 parts by weight of the metal material. It may be included in parts by weight to 10 parts by weight.

만일, 상기 금속 물질을 기준으로, 상기 고분자 물질이 상기 범위 미만으로 포함될 경우, 상기 하부층과의 전자 전도도 차이가 미미하여 리튬 이온이 하부에서부터 균일하게 증착되는 효과가 구현되지 않을 수 있다If, based on the metal material, the polymer material is included in less than the above range, the difference in electron conductivity with the lower layer is insignificant, so that the effect of uniformly depositing lithium ions from the bottom may not be realized.

반면, 상기 고분자 물질이 상기 범위를 초과하여 포함될 경우, 상기 상부층과의 전자 전도도 차이가 미미하여 리튬 이온이 하부에서부터 균일하게 증착되는 효과가 구현되지 않을 수 있다.On the other hand, when the polymer material is included in excess of the above range, the difference in electron conductivity with the upper layer is insignificant, so that the effect of uniformly depositing lithium ions from the bottom may not be realized.

일 실시형태에 따르면, 상기 상부층은, 상기 고분자 물질 100 중량부에 대하여, 상기 무기물을 1 중량부 내지 100 중량부로 포함하는 것일 수 있다.According to an embodiment, the upper layer may include 1 part by weight to 100 parts by weight of the inorganic material based on 100 parts by weight of the polymer material.

바람직하게는, 상기 고분자 물질 100 중량부에 대하여, 상기 무기물을 1 중량부 내지 10 중량부로 포함하는 것일 수 있고, 더욱 바람직하게는, 상기 고분자 물질 100 중량부에 대하여, 상기 무기물을 3 중량부 내지 8 중량부로 포함하는 것일 수 있다.Preferably, with respect to 100 parts by weight of the polymer material, 1 to 10 parts by weight of the inorganic material may be included, and more preferably, 3 parts by weight to 3 parts by weight of the inorganic material based on 100 parts by weight of the polymer material. It may be included in 8 parts by weight.

만일, 상기 고분자 물질을 기준으로, 상기 무기물이 상기 범위 미만으로 포함될 경우, 리튬 이차 전지 전극의 기계적 물성이 저하될 수 있고, 상기 범위를 초과하여 포함될 경우, 리튬 이차 전지 전극의 유연성이 저하될 수 있다.If, based on the polymer material, the inorganic material is included below the above range, mechanical properties of the lithium secondary battery electrode may be reduced, and when included in excess of the above range, the flexibility of the lithium secondary battery electrode may be reduced. there is.

일 실시형태에 따르면, 상기 중간층의 두께는, 1 ㎛ 내지 30 ㎛인 것일 수 있다.According to an embodiment, the thickness of the intermediate layer may be 1 μm to 30 μm.

바람직하게는, 상기 중간층의 두께는 5 ㎛ 내지 30 ㎛인 것일 수 있고, 더욱 바람직하게는, 5 ㎛ 내지 20 ㎛인 것일 수 있다.Preferably, the thickness of the intermediate layer may be 5 μm to 30 μm, and more preferably, 5 μm to 20 μm.

만일, 상기 중간층의 두께가 상기 범위 미만일 경우, 전지의 용량이 감소될 수 있고, 상기 범위를 초과할 경우, 전극의 두께를 향상시킬 수 있다.If the thickness of the intermediate layer is less than the above range, the capacity of the battery may be reduced, and if it exceeds the above range, the thickness of the electrode may be improved.

일 실시형태에 따르면, 상기 하부층, 상기 중간층 및 상기 상부층 순으로, 전자 전도도가 점차 감소하는 것일 수 있다.According to an embodiment, in the order of the lower layer, the middle layer, and the upper layer, the electron conductivity may be gradually decreased.

구체적으로, 상기 하부층의 전자 전도도가 가장 높고, 상기 상부층의 전자 전도도가 가장 낮으며, 상기 중간층의 전자 전도도는 상기 하부층보다는 낮고 상기 상부층보다는 높은 것일 수 있다.Specifically, the lower layer may have the highest electronic conductivity, the upper layer may have the lowest electronic conductivity, and the intermediate layer may have lower electronic conductivity than the lower layer and higher than the upper layer.

상기 전자 전도도의 차이는 일정할 수 있고, 일정한 비율로 증감할 수 있으며, 일정하지 않게 변화할 수 있다.The difference in the electron conductivity may be constant, may increase or decrease at a constant rate, or may vary non-constantly.

일 실시형태에 따르면, 상기 하부층, 상기 중간층 및 상기 상부층은, 각각, 복수개로 존재할 수 있고, 복수개로 존재 시 각 층의 전자 전도도는 동일하거나 차이를 가질 수 있다.According to one embodiment, the lower layer, the middle layer, and the upper layer, each, may exist in plurality, and when there is a plurality, the electronic conductivity of each layer may be the same or have a difference.

또한, 복수개로 존재 시, 하부층에서부터 상부층 방향으로 전자 전도도가 점차 감소되는 것일 수 있다.Also, when there are a plurality of them, the electron conductivity may be gradually decreased from the lower layer to the upper layer.

일 실시형태에 따르면, 상기 하부층, 상기 중간층 및 상기 상부층은, 각각, 복수개로 존재할 수 있고, 복수개로 존재 시 각각의 층은, 상이한 구성 또는 성분을 포함할 수 있다. According to an embodiment, each of the lower layer, the intermediate layer, and the upper layer may be present in plurality, and when present in plurality, each layer may include a different composition or component.

본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 리튬 이차 전지 전극은, 리튬 이차 전지 음극일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the lithium secondary battery electrode may be a lithium secondary battery negative electrode.

일 실시형태에 따르면 상기 리튬 이차 전지 전극은, 하부층; 중간층; 및 상부층;을 포함하고, 하부층으로부터 상부층에 이르기까지, 각 층의 전자 전자 전도도가 순차적으로 감소하는 것일 수 있다.According to an embodiment, the lithium secondary battery electrode may include: a lower layer; middle layer; and an upper layer; from the lower layer to the upper layer, the electronic conductivity of each layer may be sequentially decreased.

본 발명의 다른 측면은, 금속 물질이 함유된 금속 용액을 감압 여과하여 하부층을 형성하는 단계; 상기 금속 용액 및 고분자 물질이 분산된 고분자 분산액을 혼합하여 중간층 조성물을 제조하는 단계; 상기 하부층 상에, 상기 중간층 조성물을 감압 여과하여 중간층을 형성하는 단계; 상기 고분자 분산액 및 무기물을 혼합하여 상부층 조성물을 제조하는 단계; 및 상기 중간층 상에, 상기 상부층 조성물을 감압 여과하여 상부층을 형성하는 단계;를 포함하는, 리튬 이차 전지 전극의 제조방법을 제공한다.Another aspect of the present invention comprises the steps of forming a lower layer by filtering a metal solution containing a metal material under reduced pressure; preparing an intermediate layer composition by mixing the metal solution and a polymer dispersion in which the polymer material is dispersed; on the lower layer, filtering the intermediate layer composition under reduced pressure to form an intermediate layer; preparing an upper layer composition by mixing the polymer dispersion and an inorganic material; and on the intermediate layer, filtering the upper layer composition under reduced pressure to form an upper layer.

일 실시형태에 따르면, 상기 하부층을 형성하는 단계는, 금속 물질이 함유된 금속 용액을 감압 여과하여, 하부층을 형성시키는 단계이다.According to one embodiment, the forming of the lower layer is a step of forming the lower layer by filtering the metal solution containing the metal material under reduced pressure.

일 실시형태에 따르면, 상기 금속 용액은, 감압 여과를 통해 떨어진 여과물이 굳어져 겔 형태의 필름을 형성할 수 있고, 기재 또는 기판 상에 감압 여과되어 분산되거나, 기재 또는 기판 상에 도포되어 굳어짐으로써 겔 형태의 필름을 형성할 수 있다.According to one embodiment, the metal solution can form a film in the form of a gel by solidifying a filtrate that has fallen through reduced pressure filtration, and is filtered and dispersed under reduced pressure on a substrate or substrate, or applied on a substrate or substrate and hardened Thus, it is possible to form a film in the form of a gel.

상기 금속 용액은, 금속 물질이 용매에 첨가된 용액일 수 있고, 하이드라진 첨가제를 혼합할 수 있다.The metal solution may be a solution in which a metal material is added to a solvent, and a hydrazine additive may be mixed therein.

상기 첨가제는, 금속 용액 내에서 금속 물질의 산화를 방지하기 위해서 사용될 수 있다.The additive may be used to prevent oxidation of the metal material in the metal solution.

상기 용매로는, 물, 알코올 또는 이소프로필알코올(IPA) 등을 사용할 수 있고, 바람직하게는, 이소프로필알코올을 사용할 수 있다.As the solvent, water, alcohol or isopropyl alcohol (IPA) can be used, and preferably isopropyl alcohol can be used.

일 실시형태에 따르면, 상기 중간층 조성물은, 상기 하부층 상에 형성되는 중간층 제조를 위한 혼합물로, 상기 금속 용액 및 고분자 물질이 분산된 고분자 분산액을 혼합하여 제조될 수 있다.According to an embodiment, the intermediate layer composition is a mixture for preparing the intermediate layer formed on the lower layer, and may be prepared by mixing the metal solution and the polymer dispersion in which the polymer material is dispersed.

상기 고분자 분산액은, 상기 고분자 물질을 용매에 분산시킨 용액으로, 상기 용매로는 물, 알코올 등을 사용할 수 있고, 바람직하게는 고분자 물 분산액일 수 있다.The polymer dispersion is a solution in which the polymer material is dispersed in a solvent, and water, alcohol, etc. may be used as the solvent, and preferably, a polymer water dispersion may be used.

일 실시형태에 따르면, 상기 중간층을 형성하는 단계는, 상기 형성된 하부층 상에, 상기 중간층 조성물을 감압 여과하여, 중간층을 형성시키는 단계이다.According to an embodiment, the forming of the intermediate layer is a step of forming the intermediate layer by filtering the intermediate layer composition under reduced pressure on the formed lower layer.

일 실시형태에 따르면, 상기 중간층 조성물은, 상기 하부층 상에 즉, 하부층 표면에 감압 여과를 통해 떨어져 굳어짐으로써 겔 형태의 필름을 형성할 수 있고, 감압 여과 후 도포되어 굳어짐으로써 겔 형태의 필름을 형성할 수 있다.According to one embodiment, the intermediate layer composition can form a film in the form of a gel on the lower layer, that is, by falling off and solidifying on the surface of the lower layer through reduced pressure filtration, and is applied and hardened after filtration under reduced pressure to form a film in the form of a gel can do.

일 실시형태에 따르면, 상기 중간층을 형성한 이후, 열처리를 진행할 수 있다.According to an embodiment, after forming the intermediate layer, heat treatment may be performed.

일 실시형태에 따르면, 상기 상부층 조성물은, 상기 고분자 분산액 및 무기물을 혼합하여 제조될 수 있고, 상기 무기물은 무기물이 용매에 분산된 무기물 분산액 형태로 혼합될 수 있다. 상기 상부층 조성물은, 이소프로필알코올을 포함할 수 있다.According to an embodiment, the upper layer composition may be prepared by mixing the polymer dispersion and the inorganic material, and the inorganic material may be mixed in the form of an inorganic material dispersion in which the inorganic material is dispersed in a solvent. The upper layer composition may include isopropyl alcohol.

일 실시형태에 따르면, 상기 상부층을 형성하는 단계는, 상기 형성된 중간층 상에, 상기 상부층 조성물을 감압 여과하여, 상부층을 형성시키는 단계이다.According to an embodiment, the forming of the upper layer is a step of forming the upper layer by filtering the upper layer composition under reduced pressure on the formed intermediate layer.

일 실시형태에 따르면, 상기 상부층 조성물은, 상기 중간층 상에 즉, 중간층 표면에 감압 여과를 통해 떨어져 굳어짐으로써 겔 형태의 필름을 형성할 수 있고, 감압 여과 후 도포되어 굳어짐으로써 겔 형태의 필름을 형성할 수 있다.According to one embodiment, the upper layer composition can form a film in the form of a gel on the intermediate layer, that is, by falling off and solidifying on the surface of the intermediate layer through reduced pressure filtration, and is applied and hardened after filtration under reduced pressure to form a film in the form of a gel can do.

일 실시형태에 따르면, 상기 상부층을 형성하는 단계; 이후에, 동결 건조 하는 단계;를 더 포함하는 것일 수 있다.According to an embodiment, forming the upper layer; Thereafter, the step of freeze-drying; may further include.

상기 동결 건조를 통해, 하부층, 중간층 및 상부층으로 적층된 필름에 기공 구조를 확보할 수 있다.Through the freeze-drying, it is possible to secure a pore structure in the film laminated as a lower layer, an intermediate layer, and an upper layer.

일 실시형태에 따르면, 상기 상부층을 형성하는 단계; 이후에, 열처리하는 단계;를 더 포함하는 것일 수 있다.According to an embodiment, forming the upper layer; Thereafter, the step of heat-treating; may further include.

상기 열처리하는 단계는, 상기 동결 건조하는 단계; 이후에 진행될 수 있다.The heat treatment may include: freeze-drying; may proceed later.

상기 열처리를 통해, 상기 하부층 및 중간층 내 상기 금속 물질의 전도성을 향상시킬 수 있다.Through the heat treatment, the conductivity of the metal material in the lower layer and the intermediate layer may be improved.

일 실시형태에 따르면, 상기 열처리는, 100 ℃ 내지 500 ℃의 온도에서 1 시간 내지 5 시간 동안 진행되는 것일 수 있다.According to an embodiment, the heat treatment may be performed at a temperature of 100° C. to 500° C. for 1 hour to 5 hours.

바람직하게는, 상기 열처리는, 200 ℃ 내지 300 ℃의 온도에서 2 시간 내지 4 시간 동안 진행되는 것일 수 있다.Preferably, the heat treatment may be performed at a temperature of 200 °C to 300 °C for 2 hours to 4 hours.

상기 열처리는, 불활성 분위기 하에서 진행될 수 있다.The heat treatment may be performed under an inert atmosphere.

일 실시형태에 따르면, 상기 금속 용액의 농도는, 1 mg/ml 내지 10 mg/ml인 것일 수 있다.According to an embodiment, the concentration of the metal solution may be 1 mg/ml to 10 mg/ml.

일 실시형태에 따르면, 상기 금속 용액 및 상기 고분자 분산액의 중량비는 10 : 1 내지 100 : 1인 것일 수 있다.According to one embodiment, the weight ratio of the metal solution and the polymer dispersion liquid may be 10: 1 to 100: 1.

일 실시형태에 따르면, 상기 금속 용액은, 히드라진 첨가제를 포함하는 것일 수 있다.According to one embodiment, the metal solution may include a hydrazine additive.

본 발명의 또 다른 측면은, 상기 리튬 이차 전지 전극 또는 상기 제조방법에 의해 제조된 리튬 이차 전지 전극을 음극으로 포함하고, 상기 음극은 리튬 이온이 상기 하부층에서부터 균일하게 증착되는 것인, 리튬 이차 전지를 제공한다.Another aspect of the present invention includes the lithium secondary battery electrode or the lithium secondary battery electrode manufactured by the manufacturing method as a negative electrode, and the negative electrode is that lithium ions are uniformly deposited from the lower layer, a lithium secondary battery provides

본 발명에 따른 리튬 이차 전지 전극은, 충방전시 전극의 부피 팽창이 억제되며 구조 변형이 발생되지 않는 효과가 있다.In the lithium secondary battery electrode according to the present invention, volume expansion of the electrode is suppressed during charging and discharging, and structural deformation does not occur.

또한, 본 발명에 따른 리튬 이차 전지는, 사이클 횟수가 현저히 증가되고, 전지 성능이 현저히 향상된 효과가 있다.In addition, in the lithium secondary battery according to the present invention, the number of cycles is significantly increased, and battery performance is significantly improved.

이하, 실시예 및 비교예에 의하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of Examples and Comparative Examples.

단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.However, the following examples are only for illustrating the present invention, and the content of the present invention is not limited to the following examples.

<< 실시예Example > >

구리 금속 나노와이어를 이소프로필 알코올(IPA)에 5 mg/mL 농도로 혼합하고, 하이드라진(0.5 wt%)을 첨가하여 구리 금속 용액을 제조하였다.Copper metal nanowires were mixed with isopropyl alcohol (IPA) at a concentration of 5 mg/mL, and hydrazine (0.5 wt%) was added to prepare a copper metal solution.

제조된 구리 금속 용액을 감압 여과하여 최하층을 형성시켰다. The prepared copper metal solution was filtered under reduced pressure to form a lowermost layer.

상기 구리 금속 용액(5 mg/mL)과 나노 셀룰로오스 물 분산액(5 wt%)을 100 : 1의 중량비로 혼합하고, 이를 형성된 구리 금속 나노와이어 필름 상에 감압 여과하여 중간층을 형성시켰다.The copper metal solution (5 mg/mL) and the nano-cellulose water dispersion (5 wt%) were mixed in a weight ratio of 100: 1, and filtered under reduced pressure on the formed copper metal nanowire film to form an intermediate layer.

이어서, 실리카 입자를 나노 셀룰로오스 물 분산액(5 wt%) 및 이소프로필알코올과 혼합하고, 상기 중간층 상에 감압 여과하여 최상부층을 제조하였다. 이 때, 실리카 입자는 나노 셀룰로오스 100 중량부 대비 5 중량부로 혼합하였다.Next, silica particles were mixed with a nano cellulose water dispersion (5 wt%) and isopropyl alcohol, and filtered under reduced pressure on the intermediate layer to prepare an uppermost layer. At this time, the silica particles were mixed in an amount of 5 parts by weight based on 100 parts by weight of the nano-cellulose.

순서대로 감압여과 하여 적층된 겔 상태의 필름을 동견건조하고, 구리 금속 나노와이어의 전도성 향상을 위해 230 ℃에서 3시간 정도 열처리를 진행하여 (H2/Ar, 5%/95%) 다중층 음극을 제조하였다.The laminated gel film was dried under reduced pressure sequentially by filtration under reduced pressure, and heat treatment was performed at 230 ° C for about 3 hours to improve the conductivity of copper metal nanowires (H 2 /Ar, 5%/95%) multi-layer negative electrode. was prepared.

<< 실험예Experimental example 1> 리튬 증착 형태 비교 1> Lithium deposition type comparison

상기 실시예를 통해 제조된 전극을 사용한 전극, 구리 포일 전극 및 구리 메쉬 전극을 각각 사용한 리튬 이차 전지에서 사이클 후의 리튬 이온 증착 형태를 비교 관측하였다.The lithium ion deposition form after cycling was compared and observed in the lithium secondary battery using the electrode, the copper foil electrode, and the copper mesh electrode, respectively, prepared in the above Examples.

도 1은, 본 발명 일 실시형태에 따른 전극을 사용한 경우의 모식도 및 리튬 이온 증착 형태를 보여주는 것이다.1 is a schematic diagram and a lithium ion deposition form when an electrode according to an embodiment of the present invention is used.

도 2는, 구리 포일로 형성된 전극을 사용한 경우의 모식도 및 리튬 이온 증착 형태를 보여주는 것이다.2 is a schematic diagram and a lithium ion deposition form when an electrode formed of a copper foil is used.

도 3은, 구리 메쉬로 형성된 전극을 사용한 경우의 모식도 및 리튬 이온 증착 형태를 보여주는 것이다.3 is a schematic diagram and a lithium ion deposition form when an electrode formed of a copper mesh is used.

도 1 내지 3을 참조하면, 본 발명에 따른 전극에서는 리튬 이온이 균일하게 증착되는 반면, 구리 포일 전극 및 구리 메쉬 전극에서는 리튬 이온이 불균일하게 증착되며, 특히, 구리 포일 전극의 경우 리튬 이온이 가장 불균일하게 증착된 것을 확인할 수 있다. 1 to 3, while lithium ions are uniformly deposited in the electrode according to the present invention, lithium ions are non-uniformly deposited in the copper foil electrode and the copper mesh electrode. In particular, in the case of the copper foil electrode, lithium ions are most It can be seen that the deposition is non-uniform.

이를 통해, 본 발명에 따른 전극은, 전기 전도도가 가장 높은 하부층에서부터 리튬 이온이 균일하게 증착되어, 안정적인 리튬 기반 음극을 형성할 수 있음을 알 수 있다.Through this, it can be seen that, in the electrode according to the present invention, lithium ions are uniformly deposited from the lower layer having the highest electrical conductivity, thereby forming a stable lithium-based negative electrode.

<< 실험예Experimental example 2> 리튬 증착 2> Lithium deposition 모폴로지morphology 관찰 observe

실시예에서 제조된 전극을 사용하여, 충전 상태(depth of discharge, DOC) 별로, Li Plating/Stripping Morphology를 SEM을 통해 관찰하였다.Using the electrode prepared in Example, for each state of charge (depth of discharge, DOC), Li Plating / Stripping Morphology was observed through SEM.

도 4는, 본 발명의 일 실시형태에 따른 리튬 이차 전극의 충방전시 전지의 전압의 변화를 보여주는 그래프이다.4 is a graph showing a change in voltage of a battery during charging and discharging of a lithium secondary electrode according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 리튬 이차 전극은, 충방전시 전지 전압의 변동이 크게 일어나지 않는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 4 , it can be seen that, in the lithium secondary electrode according to the present invention, a change in battery voltage does not occur significantly during charging and discharging.

도 5는, 본 발명의 일 실시형태에 따른 리튬 이차 전극의 충전 상태 별 단면을 나타낸 SEM 사진이다.5 is an SEM photograph showing a cross section of a lithium secondary electrode according to a state of charge according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 전극은, Li Plating이 진행되면서 리튬 이온이 아래쪽부터 차례로 균일하게 증착됨을 확인할 수 있고, Li Stripping이 진행되면서 증착되었던 리튬 이온들이 위쪽부터 탈착됨을 확인할 수 있다. 또한, 충방전시 부피 팽창이 억제되고 구조 변형이 발생하지 않음을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 5 , in the electrode according to the present invention, it can be confirmed that lithium ions are uniformly deposited sequentially from the bottom as Li plating proceeds, and it can be confirmed that the lithium ions deposited while Li Stripping proceeds are desorbed from the top. In addition, it can be confirmed that volume expansion is suppressed and structural deformation does not occur during charging and discharging.

<< 실험예Experimental example 3> 리튬 이차 전지의 성능 평가 3> Performance evaluation of lithium secondary batteries

상기 실시예를 통해 제조된 전극을 사용한 전극, 구리 포일 전극 및 구리 메쉬 전극을 각각 사용한 리튬 이차 전지에서 사이클 후의 리튬 이온 전지의 전압 및 용량을 측정하였다. The voltage and capacity of the lithium ion battery after cycling were measured in the lithium secondary battery using the electrode, the copper foil electrode, and the copper mesh electrode, respectively, prepared through the above Examples.

도 6은, 본 발명의 일 실시형태를 통해 제조된 전극을 사용한 전극, 구리 포일 전극 및 구리 메쉬 전극을 각각 사용한 리튬 symmetric Cell에서 사이클 횟수에 따른 전압 변화를 나타낸 그래프이다.6 is a graph showing the voltage change according to the number of cycles in a lithium symmetric cell using an electrode, a copper foil electrode, and a copper mesh electrode using an electrode manufactured through an embodiment of the present invention, respectively.

도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시형태를 통해 제조된 전극을 사용한 전지의 경우, 구리 포일 전극 및 구리 메쉬 전극을 사용한 전지와 비교하여 사이클 횟수가 현저히 증가한 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 6 , in the case of the battery using the electrode manufactured according to the embodiment of the present invention, it can be seen that the number of cycles is significantly increased compared to the battery using the copper foil electrode and the copper mesh electrode.

도 7은, 본 발명의 일 실시형태를 통해 제조된 전극을 사용한 전극, 구리 포일 전극 및 구리 메쉬 전극을 각각 사용한 리튬 이차 전지에서 사이클 횟수에 따른 용량(specific capacity) 및 쿨롱 효율(coulombic efficiency)변화를 나타낸 그래프이다.7 is a view illustrating a change in specific capacity and coulombic efficiency according to the number of cycles in a lithium secondary battery using an electrode, a copper foil electrode, and a copper mesh electrode, respectively, manufactured according to an embodiment of the present invention; is a graph showing

도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시형태를 통해 제조된 전극을 사용한 전지의 경우, 구리 포일 전극을 사용한 전지와 달리, 사이클 횟수가 증가하여도 전지 용량이 감소하지 않으며 100 %의 쿨롱 효율을 유지하여, 전지의 성능이 저하되지 않는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 7 , in the case of a battery using an electrode manufactured according to an embodiment of the present invention, unlike a battery using a copper foil electrode, the battery capacity does not decrease even if the number of cycles is increased, and a 100% coulombic efficiency is obtained. It can be confirmed that the battery performance does not deteriorate.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다. 그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.As described above, although the embodiments have been described with reference to the limited drawings, those skilled in the art may apply various technical modifications and variations based on the above. For example, even if the described techniques are performed in an order different from the described method, and/or the described components are combined or combined in a different form from the described method, or replaced or substituted by other components or equivalents Appropriate results can be achieved. Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims are also within the scope of the following claims.

Claims (17)

금속 물질을 포함하는 하부층;
상기 하부층 상에 형성되고, 금속 물질 및 고분자 물질을 포함하는 중간층; 및
상기 중간층 상에 형성되고, 고분자 물질 및 무기물을 포함하는 상부층;을 포함하고,
상기 고분자 물질은, 전자 전도도를 갖지 않는 고분자 물질이고,
상기 하부층, 상기 중간층 및 상기 상부층은, 다공성 구조를 포함하는 것이고,
상기 하부층, 상기 중간층 및 상기 상부층 순으로, 전자 전도도가 점차 감소하는 것이고,
상기 하부층, 상기 중간층 및 상기 상부층 순으로, 리튬 이온이 증착된 것인,
리튬 금속 전지용 음극.
a lower layer comprising a metallic material;
an intermediate layer formed on the lower layer and including a metal material and a polymer material; and
an upper layer formed on the intermediate layer and comprising a polymer material and an inorganic material;
The polymer material is a polymer material that does not have electronic conductivity,
The lower layer, the intermediate layer and the upper layer are to include a porous structure,
In the order of the lower layer, the intermediate layer and the upper layer, the electronic conductivity gradually decreases,
In the order of the lower layer, the middle layer and the upper layer, lithium ions are deposited,
Anode for lithium metal batteries.
제1항에 있어서,
상기 금속 물질은, 금속 나노와이어, 금속 나노 입자 및 금속 나노메쉬로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 것인,
리튬 금속 전지용 음극.
According to claim 1,
The metal material will include any one or more selected from the group consisting of metal nanowires, metal nanoparticles, and metal nanomesh,
Anode for lithium metal batteries.
제1항에 있어서,
상기 금속 물질은, 구리(Cu), 니켈(Ni), 아연(Zn), 백금(Pt), 금(Au), 은(Ag), 알루미늄(Al), 텅스텐(W), 및 주석(Sn)으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 것인,
리튬 금속 전지용 음극.
According to claim 1,
The metal material may include copper (Cu), nickel (Ni), zinc (Zn), platinum (Pt), gold (Au), silver (Ag), aluminum (Al), tungsten (W), and tin (Sn). Which comprises any one or more selected from the group consisting of
Anode for lithium metal batteries.
제1항에 있어서,
상기 고분자 물질은, 셀룰로오스(cellulose), 셀룰로오스(cellulose) 유도체, 폴리우레탄(polyuretan), 폴리우레탄 공중합체, 셀룰로오스 아세테이트(celluloseacetate), 아세테이트 부틸레이트(acetate butylate), 폴리메틸메타아크릴레이트(polymethyl methacrylate, PMMA), 폴리메틸아크릴레이트(polymethyl acrylate, PMA), 폴리아크릴 공중합체, 폴리비닐아세테이트 공중합체, 폴리비닐아세테이트(polyvinylacetate, PVAc), 폴리비닐피롤리돈(polyvinylpyrrolidone, PVP), 폴리비닐알콜(polymethyl alcohol, PVA), 폴리퍼퓨릴알콜(PPFA), 폴리스티렌(PS), 폴리스티렌 공중합체, 폴리에틸렌 옥사이드(PEO), 폴리프로필렌옥사이드(PPO), 폴리에틸렌 옥사이드 공중합체, 폴리프로필렌옥사이드 공중합체, 폴리카보네이트(PC), 폴리비닐클로라이드(PVC), 폴리카프로락톤, 폴리비닐풀루오라이드, 폴리비닐리덴풀루오라이드 공중합체, 폴리아마이드 및 폴리이미드로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 것인,
리튬 금속 전지용 음극.
According to claim 1,
The polymer material is cellulose, cellulose derivatives, polyurethane, polyurethane copolymer, cellulose acetate, acetate butylate, polymethyl methacrylate, PMMA), polymethyl acrylate (PMA), polyacrylic copolymer, polyvinyl acetate copolymer, polyvinylacetate (PVAc), polyvinylpyrrolidone (PVP), polyvinyl alcohol (polymethyl alcohol, PVA), polyfurfuryl alcohol (PPFA), polystyrene (PS), polystyrene copolymer, polyethylene oxide (PEO), polypropylene oxide (PPO), polyethylene oxide copolymer, polypropylene oxide copolymer, polycarbonate (PC) ), polyvinyl chloride (PVC), polycaprolactone, polyvinyl fluoride, polyvinylidene fluoride copolymer, polyamide and polyimide comprising any one or more selected from the group consisting of,
Anode for lithium metal batteries.
제1항에 있어서,
상기 고분자 물질은, 고분자 나노 섬유를 포함하는 것인,
리튬 금속 전지용 음극.
According to claim 1,
The polymer material will include a polymer nanofiber,
Anode for lithium metal batteries.
제1항에 있어서,
상기 고분자 물질은, 하이드록시기, 아크릴레이트기, 에스터기, 에테르기 및 아민기로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상의 작용기가 도입된 것인,
리튬 금속 전지용 음극.
According to claim 1,
The polymer material is one or more functional groups selected from the group consisting of a hydroxyl group, an acrylate group, an ester group, an ether group and an amine group is introduced,
Anode for lithium metal batteries.
제1항에 있어서,
상기 무기물은, SiO2, Al2O3, TiO2, BaTiO3, Li2O, LiF, LiOH, Li3N, BaO, Na2O, Li2CO3, CaCO3, LiAlO2, SrTiO3, SnO2, CeO2, MgO, NiO, CaO, ZnO, ZrO2 및 SiC로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 것인,
리튬 금속 전지용 음극.
According to claim 1,
The inorganic material is, SiO 2 , Al 2 O 3 , TiO 2 , BaTiO 3 , Li 2 O, LiF, LiOH, Li 3 N, BaO, Na 2 O, Li 2 CO 3 , CaCO 3 , LiAlO 2 , SrTiO 3 , SnO 2 , CeO 2 , MgO, NiO, CaO, ZnO, ZrO 2 and that comprising any one or more selected from the group consisting of SiC,
Anode for lithium metal batteries.
제1항에 있어서,
상기 중간층은, 상기 금속 물질 100 중량부에 때하여, 상기 고분자 물질을 0.1 중량부 내지 100 중량부로 포함하는 것인,
리튬 금속 전지용 음극.
According to claim 1,
The intermediate layer, based on 100 parts by weight of the metal material, the polymer material is included in an amount of 0.1 to 100 parts by weight,
Anode for lithium metal batteries.
제1항에 있어서,
상기 상부층은, 상기 고분자 물질 100 중량부에 대하여, 상기 무기물을 1 중량부 내지 100 중량부로 포함하는 것인,
리튬 금속 전지용 음극.
According to claim 1,
The upper layer, with respect to 100 parts by weight of the polymer material, comprising 1 part by weight to 100 parts by weight of the inorganic material,
Anode for lithium metal batteries.
제1항에 있어서,
상기 중간층의 두께는, 1 ㎛ 내지 30 ㎛인 것인,
리튬 금속 전지용 음극.
According to claim 1,
The intermediate layer has a thickness of 1 μm to 30 μm,
Anode for lithium metal batteries.
삭제delete 금속 물질이 함유된 금속 용액을 감압 여과하여 하부층을 형성하는 단계;
상기 금속 용액 및 고분자 물질이 분산된 고분자 분산액을 혼합하여 중간층 조성물을 제조하는 단계;
상기 하부층 상에, 상기 중간층 조성물을 감압 여과하여 중간층을 형성하는 단계; 및
상기 고분자 분산액 및 무기물을 혼합하여 상부층 조성물을 제조하는 단계;
상기 중간층 상에, 상기 상부층 조성물을 감압 여과하여 상부층을 형성하는 단계; 및
상기 하부층, 상기 중간층 및 상기 상부층 순으로, 리튬 이온을 증착시키는 단계;를 포함하고,
상기 고분자 물질은, 전자 전도도를 갖지 않는 고분자 물질이고,
상기 하부층, 상기 중간층 및 상기 상부층은, 다공성 구조를 포함하는 것이고,
상기 하부층, 상기 중간층 및 상기 상부층 순으로, 전자 전도도가 점차 감소하는 것인,
리튬 금속 전지용 음극의 제조방법.
filtering the metal solution containing the metal material under reduced pressure to form a lower layer;
preparing an intermediate layer composition by mixing the metal solution and a polymer dispersion in which the polymer material is dispersed;
on the lower layer, filtering the intermediate layer composition under reduced pressure to form an intermediate layer; and
preparing an upper layer composition by mixing the polymer dispersion and an inorganic material;
forming an upper layer on the intermediate layer by filtering the upper layer composition under reduced pressure; and
Including; depositing lithium ions in the order of the lower layer, the intermediate layer, and the upper layer;
The polymer material is a polymer material that does not have electronic conductivity,
The lower layer, the intermediate layer and the upper layer are to include a porous structure,
In the order of the lower layer, the middle layer and the upper layer, the electronic conductivity gradually decreases,
A method of manufacturing a negative electrode for a lithium metal battery.
제12항에 있어서,
상기 상부층을 형성하는 단계; 이후에, 열처리하는 단계;를 더 포함하는 것인,
리튬 금속 전지용 음극의 제조방법.
13. The method of claim 12,
forming the upper layer; Thereafter, the step of heat-treating; which will further include
A method of manufacturing a negative electrode for a lithium metal battery.
제13항에 있어서,
상기 열처리는, 100 ℃ 내지 500 ℃의 온도에서 1 시간 내지 5시간 동안 진행되는 것인,
리튬 금속 전지용 음극의 제조방법.
14. The method of claim 13,
The heat treatment, which is carried out for 1 hour to 5 hours at a temperature of 100 ℃ to 500 ℃,
A method of manufacturing a negative electrode for a lithium metal battery.
제12항에 있어서,
상기 금속 용액의 농도는, 1 mg/ml 내지 10 mg/ml인 것인
리튬 금속 전지용 음극의 제조방법.
13. The method of claim 12,
The concentration of the metal solution will be 1 mg / ml to 10 mg / ml
A method of manufacturing a negative electrode for a lithium metal battery.
제12항에 있어서,
상기 중간층 조성물 중, 상기 금속 용액 및 상기 고분자 분산액의 중량비는 10 : 1 내지 30 : 1인 것인,
리튬 금속 전지용 음극의 제조방법.
13. The method of claim 12,
In the intermediate layer composition, the weight ratio of the metal solution and the polymer dispersion is 10: 1 to 30: 1,
A method of manufacturing a negative electrode for a lithium metal battery.
제1항의 리튬 금속 전지용 음극 또는 제12항의 제조방법에 의해 제조된 리튬 금속 전지용 음극을 포함하는,
리튬 이차 전지.
A negative electrode for a lithium metal battery of claim 1 or comprising a negative electrode for a lithium metal battery prepared by the method of claim 12,
lithium secondary battery.
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