KR102436898B1 - Anode for lithium secondary battery and methode of manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

본 발명의 예시적인 실시예들은 자기장에 의해 상기 집전체 평명에 수직 방향으로 배열된 인조 흑연을 포함하며, 상기 집전체 상에 코팅된 음극 활물질 층을 포함한다. 상기 리튬 이차전지용 음극은 적용 시 수명 및 고온저장 특성의 저하 없이 충방전 출력, 급속 충전과 같은 전지의 출력 특성을 향상시킬 수 있다.Exemplary embodiments of the present invention include artificial graphite arranged in a direction perpendicular to the current collector plane by a magnetic field, and a negative electrode active material layer coated on the current collector. When the negative electrode for a lithium secondary battery is applied, it is possible to improve the output characteristics of the battery such as charge/discharge output and rapid charging without deterioration of lifespan and high-temperature storage characteristics.

Description

리튬 이차 전지용 음극 및 이의 제조 방법{ANODE FOR LITHIUM SECONDARY BATTERY AND METHODE OF MANUFACTURING THE SAME}Anode for lithium secondary battery and manufacturing method thereof

본 발명은 리튬 이차 전지용 음극 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a negative electrode for a lithium secondary battery and a method for manufacturing the same.

이차 전지는 충전 및 방전이 반복 가능한 전지로서, 정보 통신 및 디스플레이 산업의 발전에 따라, 캠코더, 휴대폰, 노트북PC 등과 같은 휴대용 전자통신 기기들의 동력원으로 널리 적용되고 있다. 또한, 최근에는 하이브리드 자동차와 같은 친환경 자동차의 동력원으로서도 이차 전지를 포함한 전지 팩이 개발 및 적용되고 있다.A secondary battery is a battery that can be repeatedly charged and discharged, and is widely applied as a power source for portable electronic communication devices such as camcorders, mobile phones, and notebook PCs with the development of information communication and display industries. Also, recently, a battery pack including a secondary battery has been developed and applied as a power source for an eco-friendly vehicle such as a hybrid vehicle.

이차 전지로서 예를 들면, 리튬 이차 전지, 니켈-카드뮴 전지, 니켈-수소 전지 등을 들 수 있으며, 이들 중 리튬 이차 전지가 작동 전압 및 단위 중량당 에너지 밀도가 높으며, 충전 속도 및 경량화에 유리하다는 점에서 활발히 연구 개발이 진행되고 있다.Examples of the secondary battery include a lithium secondary battery, a nickel-cadmium battery, a nickel-hydrogen battery, and the like, and among them, the lithium secondary battery has high operating voltage and energy density per unit weight, and is advantageous for charging speed and weight reduction. In this regard, R&D is actively underway.

리튬 이차 전지는 양극, 음극 및 분리막(세퍼레이터)을 포함하는 전극 조립체, 및 상기 전극 조립체를 함침시키는 전해질을 포함할 수 있다. 상기 리튬 이차 전지는 상기 전극 조립체 및 전해질을 수용하는 예를 들면, 파우치 형태의 외장재를 더 포함할 수 있다.A lithium secondary battery may include an electrode assembly including a positive electrode, a negative electrode, and a separator (separator), and an electrolyte impregnating the electrode assembly. The lithium secondary battery may further include, for example, a pouch-type casing accommodating the electrode assembly and the electrolyte.

예를 들면, 리튬 이차전지는 리튬이온을 흡장 및 방출할 수 있는 탄소재 등의 음극, 리튬 함유 산화물 등으로 된 양극 및 혼합 유기용매에 리튬염이 적당량 용해된 비수 전해액을 포함할 수 있다.For example, a lithium secondary battery may include a negative electrode such as a carbon material capable of occluding and releasing lithium ions, a positive electrode made of lithium-containing oxide, and the like, and a non-aqueous electrolyte in which a lithium salt is dissolved in an appropriate amount in a mixed organic solvent.

한편, 음극에 쓰이는 음극 활물질로는 비정질 탄소 또는 결정질 탄소가 사용되고 있으며, 이 중에서도 결정질 탄소가 용량이 높아 주로 사용되고 있다. 이러한 결정질 탄소로는 천연흑연, 인조 흑연 등이 있다. On the other hand, amorphous carbon or crystalline carbon is used as a negative electrode active material used for the negative electrode, and among them, crystalline carbon is mainly used because of its high capacity. Examples of such crystalline carbon include natural graphite, artificial graphite, and the like.

인조 흑연의 경우 구조적 안정성 및 수명 안정성에 유리하지만, 판상형 입자들이 기재와 수평방향으로 랜덤하게 배열되어 리튬 이온의 이동거리를 증가시켜 전지의 충전 및 방전 성능에는 불리한 경향이 있다.Artificial graphite is advantageous for structural stability and lifespan stability, but plate-shaped particles are randomly arranged in the horizontal direction with the substrate to increase the movement distance of lithium ions, which tends to be disadvantageous for charging and discharging performance of the battery.

예를 들면, 한국공개특허 제10-2005-0004930호는 인조 흑연을 포함하는 음극 활물질에 관한 기술을 개시하고 있으나, 방전용량이나 출력 등의 개선에는 한계가 있을 수 있다.For example, Korean Patent Application Laid-Open No. 10-2005-0004930 discloses a technology related to an anode active material including artificial graphite, but there may be limitations in improving discharge capacity or output.

한국공개특허 제10-2005-0004930호Korean Patent Publication No. 10-2005-0004930

본 발명은 전지에 적용 시 용량 및 수명 특성의 저하 없이 충방전 성능이 우수한 리튬 이차 전지용 음극을 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a negative electrode for a lithium secondary battery having excellent charge/discharge performance without deterioration of capacity and lifespan characteristics when applied to a battery.

또한, 본 발명은 상기 리튬 이차 전지용 음극을 포함하는 리튬 이차 전지 및 이의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.Another object of the present invention is to provide a lithium secondary battery including the negative electrode for a lithium secondary battery and a method for manufacturing the same.

본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 리튬 이차 전지용 음극은 집전체 및 상기 집전체 상에 코팅되며 자기장에 의해 상기 집전체 평면에 수직 방향으로 배열된 인조 흑연을 포함하는 음극 활물질 층을 포함하며, 상기 음극 활물질 층의 색차계 값이 50 내지 70일 수 있다.A negative electrode for a lithium secondary battery according to exemplary embodiments of the present invention includes a current collector and an anode active material layer coated on the current collector and comprising artificial graphite arranged in a direction perpendicular to the plane of the current collector by a magnetic field, The color difference value of the anode active material layer may be 50 to 70.

일부 실시예들에 있어서, 상기 자기장은 그 자기력선이 상기 음극 활물질 층을 수직방향으로 관통하도록 배치될 수 있다.In some embodiments, the magnetic field may be disposed such that the magnetic force line vertically penetrates the anode active material layer.

일부 실시예들에 있어서, 상기 인조 흑연은 하기 식 1로 나타낸 방위 배열 값이 0.05 내지 0.5 이하일 수 있다.In some embodiments, the artificial graphite may have an azimuth arrangement value of 0.05 to 0.5 or less expressed by Equation 1 below.

[식 1] [Equation 1]

Figure 112020041173923-pat00001
Figure 112020041173923-pat00001

(위 식 1에서, Ah는 방위 배열 값이고, R0는 타원체 축의 비율로 R0값이 1일 때 방위 배열이 없으며, θ는 X선 회절 분석법에 의해 측정된 상기 집전체와 상기 인조 흑연이 이루는 각도(radian)이며, M은 다중도 인자이고 n은 시행 횟수임).(In Equation 1, Ah is the azimuth arrangement value, R 0 is the ratio of the axis of the ellipsoid, and there is no orientation arrangement when the R 0 value is 1, and θ is the current collector and the artificial graphite measured by X-ray diffraction analysis. It is the radian formed, where M is the multiplicity factor and n is the number of trials).

본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 리튬 이차 전지용 음극의 제조 방법은 인조 흑연 입자를 포함하는 음극 슬러리를 제조하는 공정, 상기 음극 슬러리를 집전체 상에 도포하여 음극 슬러리 포함 집전체를 형성하는 공정, 및 상기 음극 슬러리 포함 집전체를 자기장에 도입하여 상기 인조 흑연 입자의 (002)면을 상기 집전체에 수직으로 배향시키는 공정을 포함할 수 있다.A method of manufacturing a negative electrode for a lithium secondary battery according to exemplary embodiments of the present invention includes a step of preparing a negative electrode slurry including artificial graphite particles, a step of applying the negative electrode slurry on a current collector to form a current collector including a negative electrode slurry , and introducing the current collector including the negative electrode slurry into a magnetic field to orient the (002) plane of the artificial graphite particles perpendicular to the current collector.

일부 실시예들에 있어서, 상기 음극 슬러리 포함 집전체의 자기장 도입 전 측정된 색차계 값은 56.5 이하일 수 있다.In some embodiments, a colorimeter value measured before introduction of the magnetic field of the current collector including the negative electrode slurry may be 56.5 or less.

일부 실시예들에 있어서, 상기 배향시키는 공정 후 측정된 색차계 값은 50 이상일 수 있다.In some embodiments, a colorimeter value measured after the orienting process may be greater than or equal to 50.

일부 실시예들에 있어서, 상기 배향시키는 공정 후 가압하는 공정을 더 포함할 수 있다.In some embodiments, the method may further include a pressing process after the orienting process.

본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 리튬 이차전지는 상기 리튬 이차 전지용 음극, 양극 및 상기 리튬 이차 전지 음극과 양극 사이에 개재된 분리막을 포함할 수 있다.The lithium secondary battery according to exemplary embodiments of the present invention may include the negative electrode for the lithium secondary battery, the positive electrode, and a separator interposed between the negative electrode and the positive electrode of the lithium secondary battery.

본 발명에 따른 리튬 이차 전지용 음극은 전지에 적용 시 충방전 출력, 급속 충전 특성과 같은 전지의 출력 특성을 개선한다.When the negative electrode for a lithium secondary battery according to the present invention is applied to a battery, the output characteristics of the battery such as charge/discharge output and rapid charge characteristics are improved.

또한, 본 발명에 따른 리튬 이차 전지용 음극은 전지에 적용 시 전지의 수명 및 고온저장 특성이 우수하다.In addition, the negative electrode for a lithium secondary battery according to the present invention has excellent battery life and high temperature storage characteristics when applied to a battery.

도 1은 예시적인 리튬 이차 전지용 음극의 구조를 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 2는 음극 활물질의 배향 공정을 수행한 리튬 이차 전지용 음극의 주사 전자현미경(SEM) 사진이다.
도 3은 음극 활물질의 배향 공정을 수행하지 않은 리튬 이차 전지용 음극의 주사 전자현미경(SEM) 사진이다.
1 is a schematic cross-sectional view showing the structure of an exemplary negative electrode for a lithium secondary battery.
2 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of a negative electrode for a lithium secondary battery that has been subjected to an alignment process of the negative electrode active material.
3 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of a negative electrode for a lithium secondary battery in which an alignment process of the negative electrode active material is not performed.

본 발명의 예시적인 실시예들은 집전체, 및 상기 집전체 상에 코팅되며 자기장에 의해 상기 집전체 평면에 수직 방향으로 배열된 인조 흑연을 포함하는 음극 활물질 층을 포함하는 리튬 이차 전지용 음극을 제공한다. 상기 리튬 이차전지용 음극은 전지에 적용 시 수명 및 고온저장 특성의 저하 없이 충방전 출력, 급속 충전 특성과 같은 전지의 출력 특성을 향상시킬 수 있다.Exemplary embodiments of the present invention provide a negative electrode for a lithium secondary battery comprising a current collector, and a negative electrode active material layer comprising artificial graphite coated on the current collector and arranged in a direction perpendicular to the plane of the current collector by a magnetic field . When the negative electrode for a lithium secondary battery is applied to a battery, it is possible to improve the output characteristics of the battery, such as charge/discharge output and rapid charging characteristics, without deterioration of lifespan and high-temperature storage characteristics.

이하, 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하기로 한다. 그러나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described. However, this is merely an example and the present invention is not limited thereto.

<음극><Cathode>

천연흑연을 음극 활물질로 사용하게 될 경우 혼합과정에서 필터 막힘을 유발하거나 슬러리 분산성을 저하시키는 등 전극 공정상 문제가 발생할 수 있는데 반해, 인조 흑연은 이러한 문제가 적으며 천연흑연에 비해 수명, 고온저장 특성이 우수하다.When natural graphite is used as an anode active material, problems may occur in the electrode process, such as clogging the filter or reducing slurry dispersibility during the mixing process. It has excellent storage properties.

일반적으로, 리튬 이온 이차 전지용 음극의 활물질에 사용되는 인조 흑연의 경우 복수의 층을 가지는 층구조를 포함하고 그 복수의 층 사이로 리튬 이온이 삽입, 탈리되면서 충방전이 수행될 수 있는데, 이 경우에는 주로 흑연의 층 방향으로 리튬 이온의 삽입, 탈리가 이루어질 수 있어 출력 특성에 제한이 있을 수 있다.In general, artificial graphite used for an active material of a negative electrode for a lithium ion secondary battery includes a layer structure having a plurality of layers, and charging and discharging may be performed while lithium ions are inserted and desorbed between the plurality of layers, in this case Lithium ions may be inserted and desorbed mainly in the direction of the graphite layer, so there may be limitations in output characteristics.

흑연 입자의 (002)면 혹은 층면이 집전체 면에 평행한 방향으로 배향될 경우, 집전체의 면에 수직인 방향으로 삽입, 탈리 되는 리튬이온의 이동 경로가 길어질 수 있다. 따라서, 충방전시 음극 합제층에서 리튬 이온의 확산이 저하될 수 있으며 충방전 속도 및 용량이 감소할 수 있다.When the (002) plane or the layer plane of the graphite particles is oriented in a direction parallel to the surface of the current collector, the movement path of lithium ions inserted and desorbed in a direction perpendicular to the surface of the current collector may be lengthened. Therefore, during charging and discharging, diffusion of lithium ions in the negative electrode mixture layer may be reduced, and charging/discharging speed and capacity may decrease.

도 1은 예시적인 리튬 이차 전지용 음극의 구조를 나타내는 개략적인 평면도이다. 예를 들면, 도 1에 나타난 붉은 선은 리튬 이온이 삽입, 탈리될 수 있는 이동 경로를 나타낸다. 도 1을 참조하면, 흑연 입자의 (002)면이 집전체 면에 수직인 방향으로 배향될 경우, 리튬 이온이 삽입 및 탈리되는 경로가 단축될 수 있다.1 is a schematic plan view showing the structure of an exemplary negative electrode for a lithium secondary battery. For example, a red line shown in FIG. 1 indicates a migration path through which lithium ions can be inserted and desorbed. Referring to FIG. 1 , when the (002) plane of the graphite particles is oriented in a direction perpendicular to the current collector plane, the path through which lithium ions are inserted and desorbed may be shortened.

이에 본 발명은 흑연 입자의 (002)면을 집전체 면에 수직인 방향으로 배향시키며, 음극 내부의 흑연의 배향도를 측정하는 수단으로 색차계값을 도입한다. Accordingly, in the present invention, the (002) plane of the graphite particles is oriented in a direction perpendicular to the current collector plane, and a color difference value is introduced as a means of measuring the orientation degree of the graphite inside the negative electrode.

본 발명의 실시예들에 따른 리튬 이차 전지용 음극은, 자기장에 의해 상기 집전체 평면에 수직 방향으로 배열된 인조 흑연을 포함하는 음극 활물질 층을 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 음극 활물질 층의 색차계 값은 50 내지 70일 수 있다. 바람직하게는, 상기 색차계 값이 50 내지 65일 수 있다. 상기 색차계 값이 50 이하일 경우, 상기 흑연 재료의 표면 구조가 불규칙한 형상을 나타낼 수 있으며 반복되는 충방전 시 상기 음극의 변형을 유발할 수 있다. 상기 색차계 값이 65이상일 경우, 판상구조를 갖는 인조 흑연이 상기 집전체 평면 방향에 수평방향으로 누워있는 배향을 가질 수 있으며 이에 따라 리튬 이온의 삽입 및 탈리가 방해되므로 상기 음극을 전지에 적용 시 충방전 효율이 감소할 수 있다.The negative electrode for a lithium secondary battery according to embodiments of the present invention may include a negative active material layer including artificial graphite arranged in a direction perpendicular to the current collector plane by a magnetic field. In this case, the color difference value of the anode active material layer may be 50 to 70. Preferably, the color difference value may be 50 to 65. When the color difference value is 50 or less, the surface structure of the graphite material may exhibit an irregular shape and may cause deformation of the negative electrode during repeated charging and discharging. When the color difference value is 65 or more, artificial graphite having a plate-like structure may have an orientation lying in a horizontal direction in the plane direction of the current collector, and thus intercalation and deintercalation of lithium ions is prevented. Charging/discharging efficiency may decrease.

그 측정된 색차계 값이 50 내지 65일 수 있다.The measured colorimeter value may be 50 to 65.

이상임으로써, 전지에 적용 시 수명 및 고온저장 특성의 저하 없이 출력 특성이 우수할 수 있다. As above, when applied to a battery, the output characteristics may be excellent without deterioration of the lifespan and high-temperature storage characteristics.

상기 인조 흑연은 리튬 이온을 흡장 및 탈리하는 기능을 할 수 있는 형상이면 별다른 제한 없이 사용될 수 있으나, 상기 리튬 이차 전지용 음극 활물질의 기능 개선 측면에서 통상적으로 가로세로비(aspect ratio)가 20 이상일 수 있다. 따라서, 후술하는 본 발명의 제조 공정에 의해 타원형의 상기 인조 흑연 입자의 (002)면을 상기 집전체의 면에 수직한 방향으로 배향시킬 수 있다.The artificial graphite may be used without particular limitation as long as it has a shape capable of intercalating and deintercalating lithium ions, but in terms of improving the function of the anode active material for a lithium secondary battery, an aspect ratio may be 20 or more. . Accordingly, the (002) plane of the elliptical artificial graphite particle may be oriented in a direction perpendicular to the plane of the current collector by the manufacturing process of the present invention, which will be described later.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 자기장은 한 쌍의 자기장 발생 수단 사이에 상기 음극 활물질층을 배치하여 인가될 수 있다. 예를 들면, 각각의 인조 흑연 입자마다 불규칙적인 방향을 한 상태인 음극 슬러리를 자기장 내의 자력선 방향에 배치하면, 상기 자기력선의 방향 분포에 따라 상기 인조 흑연의 배향 분포가 나타나므로 상기 인조 흑연의 배향 방향을 컨트롤할 수 있다.In example embodiments, the magnetic field may be applied by disposing the anode active material layer between a pair of magnetic field generating means. For example, if a negative electrode slurry in an irregularly oriented state for each artificial graphite particle is disposed in the direction of magnetic force lines in a magnetic field, the alignment distribution of the artificial graphite appears according to the direction distribution of the magnetic lines of force, so the alignment direction of the artificial graphite can be controlled.

본 발명의 리튬 이차 전지용 음극은 전술한 본 인조 흑연에 용매, 필요에 따라 바인더, 도전재, 분산재 등을 혼합 및 교반하여 슬러리를 제조한 후 이를 금속 재료의 집전체에 도포(코팅)하고 압축하여 제조할 수 있다.The negative electrode for a lithium secondary battery of the present invention is prepared by mixing and stirring the above-described artificial graphite with a solvent, a binder, a conductive material, a dispersing material, etc., if necessary, and then applying (coating) it to a current collector of a metal material and compressing it. can be manufactured.

용매로는 통상적으로 비수계 용매가 사용될 수 있다. 비수계 용매로는 예를 들면, N-메틸-2-피롤리돈(NMP), 디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드, N,N-디메틸아미노프로필아민, 에틸렌옥사이드, 테트라히드로퓨란 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.As the solvent, a non-aqueous solvent may be generally used. As the non-aqueous solvent, for example, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), dimethylformamide, dimethylacetamide, N,N-dimethylaminopropylamine, ethylene oxide, tetrahydrofuran, etc. may be used. , but is not limited thereto.

바인더로는 당분야에서 사용되는 것이 별다른 제한 없이 사용될 수 있으며, 예를 들면, 비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 코폴리머(PVDF-co-HFP), 폴리비닐리덴플루오라이드(polyvinylidenefluoride, PVDF), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate) 등의 유기계 바인더, 또는 스티렌-부타디엔 러버(SBR) 등의 수계 바인더를 카르복시메틸 셀룰로오스(CMC)와 같은 증점제와 함께 사용할 수 있다. As a binder, those used in the art may be used without particular limitation, for example, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer (PVDF-co-HFP), polyvinylidene fluoride (polyvinylidenefluoride, PVDF), An organic binder such as polyacrylonitrile, polymethylmethacrylate, or an aqueous binder such as styrene-butadiene rubber (SBR) may be used together with a thickener such as carboxymethyl cellulose (CMC).

바인더의 함량은 전극을 형성하는데 필요한 양으로 설정될 수 있고 별다른 제한이 없으나, 전극 내에서의 저항 특성을 개선하기 위해서 음극 활물질 및 바인더의 총 중량 중 3중량% 이하일 수 있다. 한편, 바인더 함량의 하한은 특별히 한정하지 않으나 전극의 기능을 유지할 수 있을 정도이면 되고, 예를 들면, 음극 활물질 및 바인더의 총 중량 중 0.5중량% 또는 1중량%일 수 있다.The content of the binder may be set to an amount necessary to form the electrode and is not particularly limited, but may be 3 wt % or less of the total weight of the negative electrode active material and the binder in order to improve resistance properties in the electrode. On the other hand, the lower limit of the binder content is not particularly limited, but may be sufficient as long as it can maintain the function of the electrode, for example, 0.5% by weight or 1% by weight of the total weight of the negative electrode active material and the binder.

도전재로는 통상적인 도전성 탄소재가 별다른 제한 없이 사용될 수 있다.As the conductive material, a conventional conductive carbon material may be used without particular limitation.

금속 재료의 집전체는 전도성이 높고 상기 양극 또는 음극 활물질의 슬러리가 용이하게 접착할 수 있는 금속으로서, 전지의 전압 범위에서 반응성이 없는 것이면 어느 것이라도 사용할 수 있다. 음극 집전체로는 구리 또는 구리 합금이 사용될 수 있으나, 이에 한정되지는 않고, 스테인레스강, 니켈, 구리, 티탄 또는 이들의 합금, 구리 또는 스테인레스강의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은을 표면 처리시킨 것 등이 사용될 수도 있다.The current collector made of a metal material has high conductivity and is a metal to which the slurry of the positive or negative electrode active material can easily adhere, and any metal that has no reactivity in the voltage range of the battery may be used. Copper or a copper alloy may be used as the negative electrode current collector, but is not limited thereto, and is made by surface-treating carbon, nickel, titanium, or silver on the surface of stainless steel, nickel, copper, titanium or alloys thereof, copper or stainless steel. etc. may be used.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 리튬 이차 전지용 음극은 상기 음극 슬러리를 제조하는 공정, 상기 음극 슬러리를 집전체 상에 도포하여 음극 슬러리 포함 집전체를 형성하는 공정 및 상기 음극 슬러리 포함 집전체를 자기장에 도입하여 상기 인조 흑연 입자의 (002)면을 상기 집전체에 수직으로 배향시키는 공정을 포함할 수 있다.In exemplary embodiments, the negative electrode for a lithium secondary battery includes a process for preparing the negative electrode slurry, a process for forming a current collector including the negative electrode slurry by applying the negative electrode slurry on a current collector, and a magnetic field for the current collector including the negative electrode slurry and aligning the (002) plane of the artificial graphite particles perpendicular to the current collector.

예를 들면, 상기 자기장은 한 쌍의 자기장 발생 수단 사이에 상기 음극 활물질 층을 배치하여 인가될 수 있다. 예를 들면, 상기 자기장은 그 자기력선이 상기 음극 활물질 층을 수직방향으로 관통하도록 배치될 수 있다. 따라서, 리튬 이차 전지의 전지 용량을 유지하면서 대전류 특성을 향상시킬 수 있다.For example, the magnetic field may be applied by disposing the anode active material layer between a pair of magnetic field generating means. For example, the magnetic field may be arranged such that the magnetic force line penetrates the anode active material layer in a vertical direction. Therefore, it is possible to improve the large current characteristics while maintaining the battery capacity of the lithium secondary battery.

일부 실시예들에 있어서, 상기 자기장은 서로 평행하고 균일한 자기장일 수 있다. 이 경우, 자기력선의 변화하는 방향 분포에 의해 인조 흑연 입자의 배열 방향이 함께 흐트러지는 것을 방지할 수 있으며 상기 인조 흑연의 (002)면을 상기 집전체에 수직인 방향으로 균일하게 배향할 수 있다.In some embodiments, the magnetic fields may be parallel and uniform magnetic fields. In this case, the arrangement direction of the artificial graphite particles can be prevented from being disturbed together by the changing direction distribution of the magnetic force lines, and the (002) plane of the artificial graphite can be uniformly oriented in a direction perpendicular to the current collector.

상기 자기장 발생 수단은 자기장을 발생시킬 수 있는 수단이면 제한이 없으나, 바람직하게는 전자석 및 초전도자석 등을 사용할 수 있다.The magnetic field generating means is not limited as long as it is a means capable of generating a magnetic field, but preferably an electromagnet, a superconducting magnet, or the like may be used.

상기 음극 슬러리 포함 집전체가 상기 자기장을 통과하는 속도는 제한이 없으나, 예를 들면 0.1m/분 내지 50m/분일 수 있다. 상기 통과하는 속도가 느릴수록 자기장 내에 상기 음극 슬러리가 체류하는 시간이 길어지며, 상기 인조 흑연의 배향 효과가 증가할 수 있다.The speed at which the current collector including the negative electrode slurry passes through the magnetic field is not limited, but may be, for example, 0.1 m/min to 50 m/min. The slower the passing speed, the longer the negative electrode slurry stays in the magnetic field, and the alignment effect of the artificial graphite may increase.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 배향시키는 공정 후 건조하는 공정을 더 포함할 수 있으며, 상기 건조하는 공정 후 가압하는 공정을 더 포함할 수 있다.In exemplary embodiments, the method may further include a drying step after the orienting step, and a pressing step after the drying step.

상기 건조하는 공정은 배향된 상기 인조 흑연 입자를 고정시킬 수 있다. 예를 들면, 자연 건조, 가열 건조, 감압 건조 및 송풍 건조 등 다양한 건조 방법을 사용할 수 있으며 여러 단계로 이루어질 수 있다.The drying process may fix the oriented artificial graphite particles. For example, various drying methods such as natural drying, heat drying, reduced pressure drying, and blow drying may be used and may be performed in several steps.

상기 건조하는 공정에 의해 상기 음극 활물질 층이 집전체 상에 형성될 수 있다. 예시적인 실시예들에 있어서, 상기 음극 슬러리 포함 집전체의 자기장 도입 전 색차계 값은 56.5이하 일 수 있다. 따라서, 상기 배향시키는 공정 및 상기 건조 공정을 통해 상기 집전체의 법선 방향을 따라 배열된 상기 인조 흑연 입자들이 배열되기 전 보다 어둡게 보이는 것을 확인할 수 있으며, 자기 배향 후 색차계 값이 감소하는 것을 확인할 수 있다.The negative active material layer may be formed on the current collector by the drying process. In example embodiments, the color difference value of the current collector including the negative electrode slurry before the magnetic field is introduced may be 56.5 or less. Therefore, through the orienting process and the drying process, it can be confirmed that the artificial graphite particles arranged along the normal direction of the current collector appear darker than before they are arranged, and it can be confirmed that the color difference value decreases after self-alignment. have.

본 발명에 사용된 용어 '색차계의 값'은 L*a*b*와 같은 색좌표에서, 명도를 나타내는 L값을 의미할 수 있다. 상기 L값은 0 에서 100까지 표시되고, 0에 가까울수록 흰색을 나타내며 100에 가까울수록 검정색을 나타내는 값일 수 있다. 후술하는 음극 제조 공정에 따라, 자기장에 의해 상기 인조 흑연이 집전체 면에 수직으로 배향될수록 상기 색차계의 값이 증가할 수 있다.The term 'color difference system value' used in the present invention may mean an L value indicating brightness in color coordinates such as L*a*b*. The L value is displayed from 0 to 100, and may be a value indicating white as it is closer to 0 and black as it is closer to 100. According to the negative electrode manufacturing process to be described later, the value of the color difference meter may increase as the artificial graphite is oriented perpendicular to the surface of the current collector by the magnetic field.

상기 색차계를 측정하는 장비에는 제한이 없으나, 예를 들면, 분광측색계, 색채색차계, 컬러리더 및 색채조도계 등의 장비를 사용할 수 있다. 예를 들면, Chroma meter CR-410 KONIKA MINOLTA 측정기를 사용하여 상기 색차계를 측정할 수 있다.There is no limitation on the equipment for measuring the colorimeter, but for example, equipment such as a spectrophotometer, a colorimeter, a color reader and a colorimeter may be used. For example, the color difference meter may be measured using a Chroma meter CR-410 KONIKA MINOLTA meter.

본원발명에 있어서, 측정된 색차계 값이 50 이상일 수 있다. 한편, 자기장에 의해 집전체에 수직방향으로 배열된 상기 인조 흑연이 가압 공정에 의해 눌리면서 상기 코팅 후 측정된 색차계 값보다 감소할 수 있다.In the present invention, the measured colorimeter value may be 50 or more. On the other hand, the artificial graphite arranged in the vertical direction to the current collector by the magnetic field is pressed by the pressing process, and may decrease compared to the color difference meter value measured after the coating.

상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면 상기 음극 슬러리 포함 집전체를 자기장에 도입하여 상기 인조 흑연 입자의 (002)면을 상기 집전체에 수직으로 배향시킬 수 있다. As described above, according to embodiments of the present invention, the (002) plane of the artificial graphite particles may be oriented perpendicularly to the current collector by introducing the current collector including the negative electrode slurry into a magnetic field.

인조 흑연의 1차 입자들 각각의 배향이 랜덤(random)하게 분포될수록 인조 흑연으로 리튬 이온들이 드나드는데 불리할 수 있는데, 본 실시예에 있어서, 집전체 평명에 수직 방향으로 입자를 배향하여 전지에 적용 시 전지의 출력 특성을 보다 개선할 수 있다.As the orientation of each of the primary particles of the artificial graphite is randomly distributed, it may be disadvantageous for lithium ions to enter and exit the artificial graphite. In this embodiment, the particles are oriented in a direction perpendicular to the When applied, the output characteristics of the battery can be further improved.

상기 인조 흑연 입자의 배향성은 XRD 분석법(X-ray diffraction)에 따라 판정될 수도 있다. 구체적으로, 조사된 특정 파장(λ)의 X선이 특정 입사각(θ) 또는 회절각(2θ)에서 강도가 다른 회절 피크(peak)들을 나타낼 수 있고, 그 중 (002)면의 피크를 분석하여 흑연 입자의 배향성을 판정할 수 있다.The orientation of the artificial graphite particles may be determined according to X-ray diffraction. Specifically, the X-ray of a specific irradiated wavelength (λ) may represent diffraction peaks having different intensities at a specific incident angle (θ) or diffraction angle (2θ), among them, by analyzing the peak of the (002) plane The orientation of graphite particles can be determined.

예시적인 실시예들에 따르면, 상기 인조 흑연은 하기 식 1로 나타낸 방위 배열 값이 0.05 내지 0.5일 수 있다.According to exemplary embodiments, the artificial graphite may have an azimuth arrangement value of 0.05 to 0.5 expressed by Equation 1 below.

[식 1][Equation 1]

Figure 112020041173923-pat00002
Figure 112020041173923-pat00002

(위 식 1에서, Ah는 방위 배열 값이고, R0는 타원체 축의 비율로 R0값이 1일 때 방위 배열이 없으며, θ는 X선 회절 분석법에 의해 측정된 상기 집전체와 상기 인조 흑연이 이루는 각도(radian)이며, M은 다중도 인자이고 n은 시행 횟수임).(In Equation 1, Ah is the azimuth arrangement value, R 0 is the ratio of the axis of the ellipsoid, and there is no orientation arrangement when the R 0 value is 1, and θ is the current collector and the artificial graphite measured by X-ray diffraction analysis. It is the radian formed, where M is the multiplicity factor and n is the number of trials).

상기 방위 배열 값이 0에 가까울수록 상기 인조 흑연의 (002)면이 상기 집전체에 수직으로 배열되어 있는 것을 의미하며, 상기 방위 배열 값이 1에 가까울수록 상기 인조 흑연의 (002)면이 상기 집전체에 수평방향으로 배향되어 있는 것을 의미 한다. 상기 방위 배열의 측정은 예를 들면 XRD 분석법(X-ray diffraction)을 사용할 수 있으며, 흑연 입자의 (002)면 피크의 강도를 분석하여 상기 인조 흑연 및 상기 집전체가 이루는 각도를 측정할 수 있고 상술한 식 1에 따라 상기 방위 배열 값을 계산할 수 있다.As the azimuth alignment value is closer to 0, it means that the (002) plane of the artificial graphite is vertically aligned with the current collector, and as the azimuth alignment value is closer to 1, the (002) plane of the artificial graphite is the (002) plane of the artificial graphite. It means that the current collector is oriented in the horizontal direction. The orientation arrangement may be measured, for example, by XRD analysis (X-ray diffraction), and by analyzing the intensity of the (002) plane peak of the graphite particles, the artificial graphite and the current collector angle may be measured, The azimuth arrangement value may be calculated according to Equation 1 described above.

상기 인조 흑연의 상기 방위 배열 값이 0.05 이하일 경우, 리튬 이온이 흑연층 평면에 층간 삽입되기 어려우며 이에 따라 낮은 리튬 이온 저장 용량을 나타낼 수 있다. 상기 인조 흑연의 상기 방위 배열 값이 0.5 이상일 경우, 불규칙한 구조로 인해 표면적이 크고 엣지(edge)면이 그대로 노출될 수 있으므로 전해질의 침투나 분해 반응에 의한 파괴가 발생할 수 있다.When the azimuthal arrangement value of the artificial graphite is 0.05 or less, lithium ions are difficult to intercalate in the plane of the graphite layer, and thus, a low lithium ion storage capacity may be exhibited. When the azimuthal arrangement value of the artificial graphite is 0.5 or more, the surface area is large due to the irregular structure and the edge surface may be exposed as it is, so that destruction by the penetration of the electrolyte or the decomposition reaction may occur.

XRD 분석법(X-ray diffraction)에 있어서, XRD 측정 조건은 당분야에 공지된 XRD 측정 조건이 별다른 제한 없이 사용될 수 있으나, 예를 들면, In XRD analysis (X-ray diffraction), XRD measurement conditions known in the art may be used without particular limitation, for example,

X-ray: Cu K alphaX-ray: Cu K alpha

K-Alpha1 wavelengt: 1.540598 Å K-Alpha1 wavelengt: 1.540598 Å

Generator voltage: 40kVGenerator voltage: 40kV

Tube current: 30mA Tube current: 30mA

Scan Range: 10~80Scan Range: 10-80

Scan Step Size: 0.026 Scan Step Size: 0.026

Ni filter, Sollar slit (0.04rad, 2ea), Diffracted antiscatter slit 7.5mm Ni filter, Solar slit (0.04rad, 2ea), Diffracted antiscatter slit 7.5mm

Divergence slit: 1/4˚Divergence slit: 1/4˚

Antiscatter slit: 1/2˚Antiscatter slit: 1/2˚

Time per step: 100sTime per step: 100s

와 같은 XRD 측정 조건일 수 있다.It may be an XRD measurement condition such as

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 음극 활물질층 전극 밀도는, 예를 들면, 전극 밀도가 1.45g/cm3 이상일 수 있고, 상한은 특별히 제한되지 않는다. 음극의 전극 밀도가 상기 범위를 만족하는 경우 전극 제조 시 출력, 수명 및 고온저장 특성이 개선될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the electrode density of the negative active material layer may be, for example, 1.45 g/cm 3 or more, and the upper limit is not particularly limited. When the electrode density of the negative electrode satisfies the above range, output, lifespan, and high temperature storage characteristics may be improved during electrode manufacturing.

<양극><Anode>

본 발명에 따른 양극 활물질 및 이를 포함하는 양극은 당 분야에서 통상적으로 사용되는 것이라면 특별한 제한 없이 사용될 수 있다.The positive electrode active material according to the present invention and the positive electrode including the same may be used without particular limitation as long as they are commonly used in the art.

양극은 양극 집전체 상에 양극 활물질을 코팅하여 제조할 수 있다.The positive electrode may be prepared by coating the positive electrode active material on the positive electrode current collector.

양극 집전체로는 알루미늄 또는 알루미늄 합금이 사용될 수 있으나, 이에 한정되지는 않고, 스테인레스강, 니켈, 알루미늄, 티탄 또는 이들의 합금, 알루미늄 또는 스테인레스강의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은을 표면 처리시킨 것 등이 사용될 수도 있다. As the positive electrode current collector, aluminum or an aluminum alloy may be used, but is not limited thereto, and carbon, nickel, titanium, and silver are surface-treated on the surface of stainless steel, nickel, aluminum, titanium or alloys thereof, aluminum or stainless steel. etc. may be used.

상기 양극 활물질로는 특별히 한정되지 않고 양극 활물질로 통상적으로 사용되는 것을 사용할 수 있다. 구체적인 예를 들면, 코발트, 망간, 니켈에서 선택되는 최소한 1종 및 리튬의 복합산화물 중 1종 이상의 것이 바람직하고, 그 대표적인 예로는 하기에 기재된 리튬 함유 화합물이 바람직하게 사용될 수 있다.The positive electrode active material is not particularly limited, and a commonly used positive electrode active material may be used. As a specific example, at least one selected from cobalt, manganese, and nickel and at least one of lithium composite oxides are preferable, and as a representative example thereof, the lithium-containing compound described below may be preferably used.

LixMn1-yMyA2 Li x Mn 1-y M y A 2

LixMn1-yMyO2-zXz Li x Mn 1-y M y O 2-z X z

LixMn2O4-zXz Li x Mn 2 O 4-z X z

LixMn2-yMyM'zA4 Li x Mn 2-y M y M' z A 4

LixCo1-yMyA2 Li x Co 1-y M y A 2

LixCo1-yMyO2-zXz Li x Co 1-y M y O 2-z X z

LixNi1-yMyA2 Li x Ni 1-y M y A 2

LixNi1-yMyO2-zXz Li x Ni 1-y M y O 2-z X z

LixNi1-yCoyO2-zXz Li x Ni 1-y Co y O 2-z X z

LixNi1-y-zCoyMzAα Li x Ni 1-yz Co y M z A α

LixNi1-y-zCoyMzO2-αXα Li x Ni 1-yz Co y M z O 2-α X α

LixNi1-y-zMnyMzAα Li x Ni 1-yz Mn y M z A α

LixNi1-y-zMnyMzO2-αXLi x Ni 1-yz Mn y M z O 2-α X

식 중에서, 0.9≤x≤1.1, 0≤y≤0.5, 0≤z≤0.5, 0≤α≤2이고, M과 M'은 동일하거나 서로 다르며, Mg, Al, Co, K, Na, Ca, Si, Ti, Sn, V, Ge, Ga, B, As, Zr, Mn, Cr, Fe, Sr, V 및 희토류 원소로 이루어진 군에서 선택되며, A는 O, F, S 및 P로 이루어진 군에서 선택되고, X는 F, S 및 P로 이루어진 군에서 선택된다.In the formula, 0.9≤x≤1.1, 0≤y≤0.5, 0≤z≤0.5, 0≤α≤2, M and M' are the same or different, Mg, Al, Co, K, Na, Ca, Si, Ti, Sn, V, Ge, Ga, B, As, Zr, Mn, Cr, Fe, Sr, V and selected from the group consisting of rare earth elements, A is selected from the group consisting of O, F, S and P selected, and X is selected from the group consisting of F, S and P.

본 발명에 있어서, 양극 집전체 상에 양극 활물질을 코팅하는 방법은 당업계에서 통상적으로 쓰이는 방식이라면 특별한 제한은 없으며 전술한 탄소 나노 튜브 시트 상에 음극 슬러리를 코팅하는 방법을 사용할 수 있다 In the present invention, the method of coating the positive electrode active material on the positive electrode current collector is not particularly limited as long as it is a method commonly used in the art, and the above-described method of coating the negative electrode slurry on the carbon nanotube sheet may be used.

구체적으로, 본 발명에 따른 양극은 양극 활물질에 용매, 필요에 따라 바인더, 도전재, 분산재 등을 혼합 및 교반하여 슬러리를 제조한 후 이를 금속 재료의 집전체에 도포(코팅)하고 압축한 뒤 건조하여 제조할 수 있다.Specifically, in the positive electrode according to the present invention, a slurry is prepared by mixing and stirring a solvent, a binder, a conductive material, a dispersing material, etc., with a positive electrode active material, if necessary, and then applying (coating) it to a current collector of a metal material, compressing it, and drying it can be manufactured.

용매로는 통상적으로 비수계 용매가 사용될 수 있다. 비수계 용매로는 예를 들면, N-메틸-2-피롤리돈(NMP), 디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드, N,N-디메틸아미노프로필아민, 에틸렌옥사이드, 테트라히드로퓨란 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.As the solvent, a non-aqueous solvent may be generally used. As the non-aqueous solvent, for example, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), dimethylformamide, dimethylacetamide, N,N-dimethylaminopropylamine, ethylene oxide, tetrahydrofuran, etc. may be used. , but is not limited thereto.

바인더로는 당분야에서 사용되는 것이 별다른 제한 없이 사용될 수 있으며, 예를 들면, 비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 코폴리머(PVDF-co-HFP), 폴리비닐리덴플루오라이드(polyvinylidenefluoride, PVDF), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate) 등의 유기계 바인더, 또는 스티렌-부타디엔 러버(SBR) 등의 수계 바인더를 카르복시메틸 셀룰로오스(CMC)와 같은 증점제와 함께 사용할 수 있다. As a binder, those used in the art may be used without particular limitation, for example, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer (PVDF-co-HFP), polyvinylidene fluoride (polyvinylidenefluoride, PVDF), An organic binder such as polyacrylonitrile, polymethylmethacrylate, or an aqueous binder such as styrene-butadiene rubber (SBR) may be used together with a thickener such as carboxymethyl cellulose (CMC).

도전재로는 통상적인 도전성 탄소재가 별다른 제한 없이 사용될 수 있다.As the conductive material, a conventional conductive carbon material may be used without particular limitation.

<분리막><Separator>

분리막으로는 종래에 분리막으로 사용된 통상적인 다공성 고분자 필름, 예를 들어 에틸렌 단독중합체, 프로필렌 단독중합체, 에틸렌/부텐 공중합체, 에틸렌/헥센 공중합체 및 에틸렌/메타크릴레이트 공중합체 등과 같은 폴리올레핀계 고분자로 제조한 다공성 고분자 필름을 단독으로 또는 이들을 적층하여 사용할 수 있으며, 또는 통상적인 다공성 부직포, 예를 들어 고융점의 유리 섬유, 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유 등으로 된 부직포를 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 분리막을 전지에 적용하는 방법으로는 일반적인 방법인 권취(winding) 이외에도 분리막과 전극의 적층(lamination, stack) 및 접음(folding) 등이 가능하다.As the separator, conventional porous polymer films conventionally used as separators, for example, polyolefin-based polymers such as ethylene homopolymer, propylene homopolymer, ethylene/butene copolymer, ethylene/hexene copolymer, and ethylene/methacrylate copolymer The porous polymer film produced by . As a method of applying the separator to a battery, in addition to the general method of winding, lamination, stacking, and folding of the separator and the electrode are possible.

<비수전해액><Non-aqueous electrolyte>

비수 전해액은 전해질인 리튬염과 유기 용매를 포함할 수 있다.The non-aqueous electrolyte may include a lithium salt as an electrolyte and an organic solvent.

리튬염은 리튬 이차전지용 전해액에 통상적으로 사용되는 것들이 제한 없이 사용될 수 있으며, Li+X-로 표현할 수 있다. As the lithium salt, those commonly used in electrolytes for lithium secondary batteries may be used without limitation, and may be expressed as Li + X .

이러한 리튬염의 음이온으로는 특별히 제한되지 않으나, F-, Cl-, Br-, I-, NO3 -, N(CN)2 -, BF4 -, ClO4 -, PF6 -, (CF3)2PF4 -, (CF3)3PF3 -, (CF3)4PF2 -, (CF3)5PF-, (CF3)6P-, CF3SO3 -, CF3CF2SO3 -, (CF3SO2)2N-, (FSO2)2N- , CF3CF2(CF3)2CO-, (CF3SO2)2CH-, (SF5)3C-, (CF3SO2)3C-, CF3(CF2)7SO3 -, CF3CO2 -, CH3CO2 -, SCN- 및 (CF3CF2SO2)2N- 등을 예시할 수 있다.The anion of the lithium salt is not particularly limited, but F - , Cl - , Br - , I - , NO 3 - , N(CN) 2 - , BF 4 - , ClO 4 - , PF 6 - , (CF 3 ) 2 PF 4 - , (CF 3 ) 3 PF 3 - , (CF 3 ) 4 PF 2 - , (CF 3 ) 5 PF - , (CF 3 ) 6 P - , CF 3 SO 3 - , CF 3 CF 2 SO 3 - , (CF 3 SO 2 ) 2 N - , (FSO 2 ) 2 N - , CF 3 CF 2 (CF 3 ) 2 CO - , (CF 3 SO 2 ) 2 CH - , (SF 5 ) 3 C - , (CF 3 SO 2 ) 3 C - , CF 3 (CF 2 ) 7 SO 3 - , CF 3 CO 2 - , CH 3 CO 2 - , SCN and (CF 3 CF 2 SO 2 ) 2 N and the like can be exemplified.

유기 용매는 리튬 이차 전지용 전해액에 통상적으로 사용되는 것들이 제한 없이 사용될 수 있으며, 대표적으로 프로필렌 카보네이트(propylene carbonate, PC), 에틸렌 카보네이트(ethylene carbonate, EC), 디에틸 카보네이트(diethyl carbonate, DEC), 디메틸 카보네이트(dimethyl carbonate, DMC), 에틸메틸 카보네이트(EMC), 메틸프로필 카보네이트, 디프로필 카보네이트, 플루오로 에틸렌카보네이트(FEC), 디메틸설퍼옥사이드, 아세토니트릴, 디메톡시에탄, 디에톡시에탄, 비닐렌 카보네이트, 설포란, 감마-부티로락톤, 프로필렌 설파이트 및 테트라하이드로푸란으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물 등이 사용될 수 있다.As the organic solvent, those commonly used in electrolytes for lithium secondary batteries may be used without limitation, representatively propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (dimethyl carbonate, DMC), ethylmethyl carbonate (EMC), methylpropyl carbonate, dipropyl carbonate, fluoroethylene carbonate (FEC), dimethylsulfuroxide, acetonitrile, dimethoxyethane, diethoxyethane, vinylene carbonate, Any one selected from the group consisting of sulfolane, gamma-butyrolactone, propylene sulfite, and tetrahydrofuran, or a mixture of two or more thereof may be used.

전술한 비수 전해액은 양극, 음극 및 양극과 음극 사이에 개재된 분리막으로 이루어진 전극 구조체에 주입하여 리튬 이차 전지로 제조된다.The above-described non-aqueous electrolyte is injected into an electrode structure including a positive electrode, a negative electrode, and a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode to prepare a lithium secondary battery.

<리튬 이차 전지><Lithium secondary battery>

본 발명의 리튬 이차 전지는 전술한 음극 활물질을 포함하는 음극, 양극 및 양극과 음극 사이에 개재된 분리막을 포함한다.The lithium secondary battery of the present invention includes a negative electrode including the above-described negative active material, a positive electrode, and a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode.

본 발명의 리튬 이차 전지는 양극과 본 발명에 따른 음극 사이에 분리막을 개재시킨 전극 구조체로 제조된 후 전지 케이스에 수납하고, 여기에 전해액을 주입하여 제조된다.The lithium secondary battery of the present invention is manufactured by using an electrode structure with a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode according to the present invention, then accommodated in a battery case, and by injecting an electrolyte thereto.

본 발명의 리튬 이차 전지의 외형은 특별한 제한이 없으나, 캔을 사용한 원통형, 각형, 파우치(pouch)형 또는 코인(coin)형 등이 될 수 있다.The external shape of the lithium secondary battery of the present invention is not particularly limited, but may be a cylindrical shape using a can, a prismatic shape, a pouch type, or a coin type.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 이들 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 첨부된 특허청구범위를 제한하는 것이 아니며, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 실시예에 대한 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.Hereinafter, preferred embodiments are presented to help the understanding of the present invention, but these examples are merely illustrative of the present invention and do not limit the appended claims, and are within the scope and spirit of the present invention. It is obvious to those skilled in the art that various changes and modifications are possible, and it is natural that such variations and modifications fall within the scope of the appended claims.

실시예 및 비교예Examples and Comparative Examples

실시예 1Example 1

<음극><Cathode>

인조 흑연 입자를 음극 활물질로 준비한 뒤, 음극 활물질, 스티렌 부타디엔 러버(SBR), 및 증점제로서 카르복시메틸셀룰로즈(CMC)를 97.8:1.2:1.0의 질량비로 혼합한 이후 이온이 제거된 증류수에 분산시켜 음극 슬러리를 준비하고 상기 슬러리를을 Cu-호일 집전체의 일면에 도포하였다.After preparing artificial graphite particles as a negative electrode active material, the negative electrode active material, styrene butadiene rubber (SBR), and carboxymethyl cellulose (CMC) as a thickener were mixed in a mass ratio of 97.8:1.2:1.0 and dispersed in distilled water from which ions were removed to disperse the negative electrode. A slurry was prepared and the slurry was applied to one side of a Cu-foil current collector.

상기 음극 슬러리가 도포된 집전체를 상기 음극 활물질 층을 수직방향으로 관통하도록 자기장을 배치하여 4m/분의 속도로 이동시키며 자기장에 의한 음극 활물질의 배향 공정을 수행하였다. 도 2는 음극 활물질의 배향 공정을 수행한 리튬 이차 전지용 음극의 주사 전자현미경(SEM) 사진이다.A magnetic field was disposed so that the current collector coated with the negative electrode slurry vertically penetrated the negative electrode active material layer and moved at a speed of 4 m/min, and an orientation process of the negative active material by the magnetic field was performed. 2 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of a negative electrode for a lithium secondary battery that has been subjected to an alignment process of the negative electrode active material.

배향 공정 후 건조 및 가압하여 10cm×10cm×50㎛ 크기의 음극 활물질층을 형성함으로써 전극 밀도 1.50±0.05g/cm3의 음극을 제작하였다.An anode having an electrode density of 1.50±0.05 g/cm 3 was prepared by drying and pressing after the orientation process to form a negative active material layer having a size of 10 cm×10 cm×50 μm.

<양극><Anode>

양극활물질로 Li1.0Ni0.6Co0.2Mn0.2O2, 도전재로 Denka Black, 바인더로 PVDF를 사용하고, 용매로 N-메틸 피롤리돈(N-Methyl pyrrolidone)을 사용하여 46: 2.5: 1.5: 50의 각각의 질량비 조성으로 양극 슬러리를 제조한 후, 이를 알루미늄 기재 위에 코팅, 건조, 프레스를 실시하여 양극을 제조하였다.46: 2.5: 1.5: using Li 1.0 Ni 0.6 Co 0.2 Mn 0.2 O 2 as a cathode active material, Denka Black as a conductive material, PVDF as a binder, and N-methyl pyrrolidone as a solvent After preparing a positive electrode slurry with each mass ratio composition of 50, it was coated, dried, and pressed on an aluminum substrate to prepare a positive electrode.

<전지><Battery>

상기 제조된 양극과 음극을 각각 적당한 사이즈로 Notching하여 적층하고 양극 극판과 음극 극판사이에 분리막(폴리에틸렌, 두께 25㎛)를 개재하여 전지를 구성하고, 양극의 탭부분과 음극의 탭부분을 각각 용접을 하였다. 용접된 양극/분리막/음극의 조합체를 파우치 안에 넣고, 탭이 있는 부분은 실링 부위에 포함시켜 전해액 주액부면을 제외한 3면을 실링하였다. 나머지 한 부분으로 전해액을 주액하고 남은 한 면을 실링한 후, 12시간 이상 함침시켰다. 전해액은 에틸렌카보네이트(EC)/에틸메틸카보네이트(EMC)/디에틸렌카보네이트(DEC) (25/45/30; 부피비)의 혼합 용매로 1M LiPF6 용액을 제조한 후, 비닐렌 카보네이트(VC) 1wt%, 1,3-프로펜설톤(PRS) 0.5wt% 및 리튬 비스(옥살레이토)보레이트(LiBOB) 0.5wt%를 첨가한 것을 사용하였다.The prepared positive electrode and negative electrode are each stacked by notching to an appropriate size, and a separator (polyethylene, thickness 25㎛) is interposed between the positive electrode plate and the negative electrode plate to construct a battery, and the tab part of the positive electrode and the tab part of the negative electrode are welded, respectively. did The welded anode/separator/cathode combination was placed in the pouch, and the tab portion was included in the sealing area to seal three sides except for the electrolyte injection side. After injecting the electrolyte into the other part and sealing the remaining one side, it was impregnated for more than 12 hours. The electrolyte is a mixed solvent of ethylene carbonate (EC) / ethylmethyl carbonate (EMC) / diethylene carbonate (DEC) (25/45/30; volume ratio) to prepare a 1M LiPF 6 solution, then vinylene carbonate (VC) 1wt %, 0.5 wt% of 1,3-propensultone (PRS) and 0.5 wt% of lithium bis(oxalato)borate (LiBOB) were used.

이후, 0.25C에 해당하는 전류(2.5A)로 36분 동안 Pre-charging을 실시하였다. 1시간 후에 Degasing을 하고 24시간 이상 에이징한 후, 화성충방전을 실시하였다(충전조건 CC-CV 0.2C 4.2V 0.05C CUT-OFF, 방전조건 CC 0.2C 2.5V CUT-OFF). 그 후, 표준충방전을 실시하였다(충전조건 CC-CV 0.5 C 4.2V 0.05C CUT-OFF, 방전조건 CC 0.5C 2.5V CUT-OFF). Thereafter, pre-charging was performed for 36 minutes at a current (2.5A) corresponding to 0.25C. After 1 hour of degasing and aging for more than 24 hours, chemical charge and discharge were performed (charge condition CC-CV 0.2C 4.2V 0.05C CUT-OFF, discharge condition CC 0.2C 2.5V CUT-OFF). After that, standard charging and discharging was performed (charge condition CC-CV 0.5 C 4.2V 0.05C CUT-OFF, discharge condition CC 0.5C 2.5V CUT-OFF).

실시예 2Example 2

상기 배향 공정에서 음극 슬러리가 도포된 집전체의 이동 속도를 8m/분으로 변경한 것을 제외하고는 동일한 방법으로 리튬 이차 전지를 제조하였다.A lithium secondary battery was manufactured in the same manner except for changing the moving speed of the current collector to which the negative electrode slurry was applied to 8 m/min in the orientation process.

실시예 3Example 3

상기 배향 공정에서 음극 슬러리가 도포된 집전체의 이동 속도를 12m/분으로 변경한 것을 제외하고는 동일한 방법으로 리튬 이차 전지를 제조하였다.A lithium secondary battery was manufactured in the same manner as in the orientation process, except that the moving speed of the current collector coated with the negative electrode slurry was changed to 12 m/min.

비교예 1Comparative Example 1

상기 배향 공정을 수행하지 않은 것을 제외하고는 동일한 방법으로 리튬 이차 전지를 제조하였다. 도 3은 음극 활물질의 배향 공정을 수행하지 않은 리튬 이차 전지용 음극의 주사 전자현미경(SEM) 사진이다.A lithium secondary battery was manufactured in the same manner except that the alignment process was not performed. 3 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of a negative electrode for a lithium secondary battery in which an alignment process of the negative electrode active material is not performed.

실시예 1 내지 3 및 비교예 1에 대하여 집전체의 배향 공정 후 색차계, 가압 공정 후 색차계를 하기 표 1에 나타내었다. 다만, 비교예 1의 배향 공정 후 색차계의 값은 배향 공정을 수행하지 않고 슬러리를 집전체에 도포한 상태의 색차계를 나타낸 것이다.For Examples 1 to 3 and Comparative Example 1, the color difference meter after the alignment process of the current collector and the color difference meter after the pressing process are shown in Table 1 below. However, the value of the color difference meter after the alignment process of Comparative Example 1 represents the color difference meter in a state in which the slurry is applied to the current collector without performing the alignment process.

배향 공정 후 색차계Colorimeter after orientation process 가압 공정 후 색차계Colorimeter after pressing process 실시예 1Example 1 59.6759.67 50.9850.98 실시예 2Example 2 59.0259.02 50.850.8 실시예 3Example 3 58.5758.57 51.4351.43 비교예 1Comparative Example 1 57.6457.64 49.8649.86

실험예 Experimental example

실시예 및 비교예들에 따라 제조된 리튬 이차 전지들에 대해 급속 충전 특성 실험을 수행하였다.A fast charging characteristic test was performed on lithium secondary batteries prepared according to Examples and Comparative Examples.

<급속 충전 특성><Quick Charge Characteristics>

실시예 및 비교예들에 따라 제조된 음극 및 모두 동일한 양극을 사용하여 10Ah 이상의 대용량을 가진 셀(cell)을 제작한 후, 1.4C 충전/ 1C 방전 c-rate로 DOD90 범위 내에서 설정한 정온(25℃) 유지되는 챔버에서 급속 충전 평가를 진행하였다. After manufacturing a cell having a large capacity of 10Ah or more using the negative electrode manufactured according to the Examples and Comparative Examples and the same positive electrode, the constant temperature ( 25° C.), a rapid charge evaluation was performed in a chamber maintained.

<방위 배열 값 측정><Measure azimuth array value>

실시예 및 비교예들에 따라 제조된 음극을 XRD분석에서 (002) 피크 강도를 측정하고 상기 식 1에 따라 방위 배열 값을 측정하였다.The (002) peak intensity of the negative electrode prepared according to Examples and Comparative Examples was measured in XRD analysis, and the azimuth arrangement value was measured according to Equation 1 above.

구체적으로, 다음 실험 조건에 따라 방위 배열 값을 측정 하였다.Specifically, azimuth alignment values were measured according to the following experimental conditions.

XRD(X-Ray Diffractometer) X’Pert PROXRD (X-Ray Diffractometer) X’Pert PRO

Maker: PANalyticalMaker: PANalytical

Anode material: CuAnode material: Cu

K-Alpha1 wavelength: 1.540598

Figure 112020041173923-pat00003
K-Alpha1 wavelength: 1.540598
Figure 112020041173923-pat00003

Generator voltage: 40kVGenerator voltage: 40kV

Tube current: 30mATube current: 30mA

Scan Range: 10~80˚Scan Range: 10~80˚

Scan Step Size: 0.026˚Scan Step Size: 0.026˚

Divergence slit: 1/4˚Divergence slit: 1/4˚

Antiscatter slit: 1/2˚Antiscatter slit: 1/2˚

Time per step: 100sTime per step: 100s

급속 충전 시간(분)Quick Charge Time (min) 방위 배열bearing arrangement 실시예 1Example 1 25.925.9 0.410.41 실시예 2Example 2 27.827.8 0.430.43 실시예 3Example 3 29.929.9 0.490.49 비교예 1Comparative Example 1 34.534.5 0.670.67

상기 표 2를 참조하면, 자기장에 의해 인조 흑연을 배향하는 공정을 포함하는 실시예들이 비교예들에 비해 단축된 급속 충전 시간을 나타내는 것을 확인할 수 있다.Referring to Table 2, it can be seen that the examples including the process of orienting the artificial graphite by the magnetic field exhibit a shorter fast charging time compared to the comparative examples.

또한, 상기 배향하는 공정에서 자기장의 인가 시간이 길어질수록 인조 흑연 입자가 더욱 균일하게 배향되므로 상기 음극 활물질 층의 색차계 값이 크게 나타나는 것을 알 수 있으며 그 값이 50이상일 때 리튬 이차 전지의 출력 특성이 향상되는 것이 나타나있다.In addition, it can be seen that the artificial graphite particles are more uniformly oriented as the magnetic field is longer applied in the orientation process, so that the color difference value of the anode active material layer is large, and when the value is 50 or more, the output characteristics of the lithium secondary battery It has been shown that this is improving.

100: 인조 흑연 200: 집전체100: artificial graphite 200: current collector

Claims (10)

집전체; 및
상기 집전체 상에 코팅되며 자기장에 의해 상기 집전체 평면에 (002)면이 수직 방향으로 배열된 인조 흑연을 포함하는 음극 활물질 층을 포함하며,
1.45g/cm3 이상의 전극 밀도에서 측정된 상기 음극 활물질 층의 색차계 값이 50 내지 70인, 리튬 이차 전지용 음극.
current collector; and
and a negative active material layer coated on the current collector and comprising artificial graphite with a (002) plane arranged in a vertical direction on the plane of the current collector by a magnetic field,
1.45 g/cm 3 The color difference value of the anode active material layer measured at an electrode density of 50 to 70 is, a negative electrode for a lithium secondary battery.
청구항 1에 있어서, 상기 자기장은 그 자기력선이 상기 음극 활물질 층을 수직방향으로 관통하는, 리튬 이차 전지용 음극.
The negative electrode for a lithium secondary battery according to claim 1, wherein the magnetic field has a magnetic force line passing through the negative active material layer in a vertical direction.
청구항 1에 있어서, 상기 인조 흑연은 하기 식 1로 나타낸 방위 배열 값이 0.05 내지 0.5인, 리튬 이차 전지용 음극:
[식 1]
Figure 112020041173923-pat00004

(위 식 1에서, Ah는 방위 배열 값이고, R0는 타원체 축의 비율로 R0값이 1일 때 방위 배열이 없으며, θ는 X선 회절 분석법에 의해 측정된 상기 집전체와 상기 인조 흑연이 이루는 각도(radian)이며, M은 다중도 인자이고 n은 시행 횟수임).
The negative electrode for a lithium secondary battery according to claim 1, wherein the artificial graphite has an azimuth arrangement value of 0.05 to 0.5 represented by Equation 1 below:
[Equation 1]
Figure 112020041173923-pat00004

(In Equation 1, Ah is an azimuth arrangement value, R 0 is the ratio of the ellipsoid axis, and there is no orientation arrangement when the R 0 value is 1, and θ is the current collector and the artificial graphite measured by X-ray diffraction analysis. It is the radian formed, where M is the multiplicity factor and n is the number of trials).
인조 흑연 입자를 포함하는 음극 슬러리를 제조하는 공정;
상기 음극 슬러리를 집전체 상에 도포하여 음극 슬러리 포함 집전체를 형성하는 공정;
상기 음극 슬러리 포함 집전체를 자기장에 도입하여 상기 인조 흑연 입자의 (002)면을 상기 집전체에 수직으로 배향시키는 공정; 및
상기 음극 슬러리 포함 집전체를 가압하여 상기 집전체 상에 음극 활물질층을 형성하는 공정을 포함하며,
상기 가압하는 공정 후 1.45g/cm3 이상의 전극 밀도에서 측정한 상기 음극 활물질 층의 색차계 값이 50 내지 70인, 리튬 이차 전지용 음극의 제조 방법.
A process of preparing a negative electrode slurry containing artificial graphite particles;
forming a current collector including the negative electrode slurry by applying the negative electrode slurry on the current collector;
introducing the current collector including the negative electrode slurry into a magnetic field to orient the (002) plane of the artificial graphite particles perpendicular to the current collector; and
and pressing the current collector including the negative electrode slurry to form a negative electrode active material layer on the current collector,
After the pressing step, the color difference value of the anode active material layer measured at an electrode density of 1.45 g/cm 3 or more is 50 to 70, a method of manufacturing a negative electrode for a lithium secondary battery.
청구항 4에 있어서, 상기 음극 슬러리 포함 집전체의 자기장 도입 전 측정된 색차계 값은 56.5 이하인, 리튬 이차 전지용 음극의 제조 방법.
The method according to claim 4, wherein the color difference value measured before the introduction of the magnetic field of the current collector including the negative electrode slurry is 56.5 or less, the manufacturing method of the negative electrode for a lithium secondary battery.
청구항 4에 있어서, 상기 배향시키는 공정 후 측정된 색차계 값은 50 이상인, 리튬 이차 전지용 음극의 제조 방법.
The method for manufacturing a negative electrode for a lithium secondary battery according to claim 4, wherein the color difference value measured after the orienting process is 50 or more.
삭제delete 리튬 이차 전지용 음극;
양극; 및
상기 리튬 이차 전지용 음극과 양극 사이에 개재된 분리막을 포함하고,
상기 리튬 이차 전지용 음극은
집전체 및, 상기 집전체 상에 코팅되며 자기장에 의해 상기 집전체 평면에 (002)면이 수직 방향으로 배열된 인조 흑연을 포함하는 음극 활물질 층을 포함하며, 1.45g/cm3 이상의 전극 밀도에서 측정된 상기 음극 활물질 층의 색차계 값은 50 내지 70인, 리튬 이차 전지.
anode for lithium secondary batteries;
anode; and
A separator interposed between the negative electrode and the positive electrode for the lithium secondary battery,
The negative electrode for the lithium secondary battery is
A current collector and a negative active material layer coated on the current collector and comprising artificial graphite with a (002) plane arranged in a vertical direction on the plane of the current collector by a magnetic field, wherein at an electrode density of 1.45 g/cm 3 or more The measured color difference value of the negative active material layer is 50 to 70, a lithium secondary battery.
청구항 1에 있어서, 상기 음극 활물질 층의 색차계 값은 1.45g/cm3 내지 1.55g/cm3의 전극 밀도에서 측정된 값인, 리튬 이차 전지용 음극.
The negative electrode for a lithium secondary battery according to claim 1, wherein the color difference value of the negative electrode active material layer is a value measured at an electrode density of 1.45 g/cm 3 to 1.55 g/cm 3 .
청구항 1에 있어서, 상기 음극 활물질 층의 색차계 값은 상기 음극 활물질 층의 두께 50㎛의 조건에서 측정된 값인, 리튬 이차 전지용 음극.The negative electrode for a lithium secondary battery according to claim 1, wherein the color difference value of the negative active material layer is a value measured under the condition that the negative active material layer has a thickness of 50 μm.
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