KR102535228B1 - Negative electrode and lithium secondary battery - Google Patents

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Abstract

본 발명은 불화 금속층을 형성하여 SEI층의 손실을 방지함으로써 전지의 성능 향상 및 안정적인 성능 발현을 가능케하여 전지의 충방전 특성 및 고율 사이클 수명 특성을 향상시킬 수 있는 음극 및 리튬 이차전지를 개시한다.The present invention discloses a negative electrode and a lithium secondary battery capable of improving charge/discharge characteristics and high-rate cycle life characteristics of a battery by forming a metal fluoride layer to prevent loss of the SEI layer, thereby enabling improved battery performance and stable performance.

Description

음극 및 리튬 이차전지{NEGATIVE ELECTRODE AND LITHIUM SECONDARY BATTERY}Anode and lithium secondary battery {NEGATIVE ELECTRODE AND LITHIUM SECONDARY BATTERY}

본 발명은 음극 및 리튬 이차전지에 관한 것이다.The present invention relates to a negative electrode and a lithium secondary battery.

리튬 이차전지는 4 V대의 높은 전압, -20도에서 50도 이상의 넓은 활용 온도, 1 kW/kg 이상의 높은 출력 밀도, 100 Wh/kg 이상의 높은 에너지 밀도를 가져 전 세계적으로 연구가 활발히 진행되고 있다. 상기 리튬 이차전지는 노트북, 휴대폰과 같은 휴대용 모바일 전원뿐 아니라 HEV(Hybrid Electric Vehicle), PHEV(Plug in Hybrid Electric Vehicle) 그리고 EV(Electric Vehicle), 전력 저장(energy storage system, ESS)까지 다양한 분야로 적용 범위가 확대되고 있다. Lithium secondary batteries have a high voltage of 4 V, a wide utilization temperature of -20 to 50 degrees or more, a high power density of 1 kW/kg or more, and a high energy density of 100 Wh/kg or more, and research is actively being conducted worldwide. The lithium secondary battery is used in a variety of fields, including not only portable mobile power sources such as notebooks and mobile phones, but also HEV (Hybrid Electric Vehicle), PHEV (Plug in Hybrid Electric Vehicle), EV (Electric Vehicle), and energy storage system (ESS). The scope of application is expanding.

리튬 이차전지의 음극재는 리튬 이온전지 재료비에서의 비중이 약 15%로, 양극재, 분리막에 이어 세 번째이나, 양극재의 상대극(Counter electrode) 소재로서 전지의 용량 등 성능을 결정하는 핵심소재이다.The negative electrode material of a lithium secondary battery accounts for about 15% of the material cost of a lithium ion battery, which is the third after positive electrode material and separator. .

리튬 이차전지의 충전 과정에선 음극 활물질 내로 리튬 이온의 삽입 및 탈리는 이론과 달리 실제에서는 이론 용량 보다 더 많은 리튬이 소모된다. 이에 방전시 일부 리튬 이온이 회수된다. 이에 충방전 싸이클이 지속될 수록 리튬 이온의 탈리가 심화된다. 첫 번째 충전 및 방전 반응에서 나타나는 용량의 차이를 비가역 용량 손실이라 하며, 상용화된 리튬 이차전지에서는 리튬 이온이 양극에서 공급되고 음극에는 리튬이 없는 상태로 제조되므로, 초기 충전 및 방전에서 비가역 용량 손실을 최소화하는 것이 중요하다.In the charging process of the lithium secondary battery, unlike the theory of intercalation and desorption of lithium ions into the negative electrode active material, in practice, more lithium than the theoretical capacity is consumed. Accordingly, during discharging, some lithium ions are recovered. Accordingly, as the charge/discharge cycle continues, the desorption of lithium ions intensifies. The difference in capacity in the first charge and discharge reactions is called irreversible capacity loss. In commercialized lithium secondary batteries, lithium ions are supplied from the positive electrode and the negative electrode is manufactured without lithium, so there is no irreversible capacity loss in the initial charge and discharge. It is important to minimize

초기 비가역 용량 손실은 SEI층(고체 전해질막, Solid Electrolyte Interface)과 관련이 있다. 충전 초기에 형성된 SEI층은 충방전 중 리튬 이온과 음극 또는 다른 물질과의 반응을 막아주며, 이온 터널(Ion Tunnel)의 역할을 수행하여 리튬 이온만을 통과시키는 기능을 하므로 더 이상의 전해질 분해반응을 억제하여 리튬 이차전지의 사이클 특성 향상에 기여한다.The initial irreversible capacity loss is related to the SEI layer (Solid Electrolyte Interface). The SEI layer formed at the beginning of charging prevents the reaction between lithium ions and the negative electrode or other materials during charging and discharging, and acts as an ion tunnel to pass only lithium ions, thereby suppressing further electrolyte decomposition reactions. This contributes to improving the cycle characteristics of lithium secondary batteries.

그러나, 이러한 SEI층의 형성에는 일정량의 리튬이 필수적으로 소모되기 때문에 최초 설계된 것보다 가역 리튬의 양이 줄어들 수밖에 없다. SEI층 형성에 소모된 리튬은 비가역 용량으로 작용하여 전지의 용량을 감소시키는 문제가 있는 것이다.However, since a certain amount of lithium is necessarily consumed to form the SEI layer, the amount of reversible lithium is inevitably reduced compared to the originally designed amount. Lithium consumed in the formation of the SEI layer acts as an irreversible capacity, reducing the capacity of the battery.

따라서, 상기 SEI층의 형성 등으로 유발되는 초기 비가역을 개선하기 위한 방법이 필요하다.Therefore, there is a need for a method for improving the initial irreversibility caused by the formation of the SEI layer.

일례로, 초기 충방전 시에 리튬이온의 소모를 감소시키고 음극의 초기 효율을 높히기 위해, 음극 재료에 리튬을 진공 증착하는 혹은 리튬 포일을 음극 재료에 압연하는 등의 기술이 제안된 바 있다[비특허문헌 1]. 그러나 이러한 붙이는 리튬층은 흑연과 같은 탄소 재료, Si계 재료, Sn계 합금 재료 등의 음극 활물질과 직접 접촉하고 급격하게 반응해 LiCx, LiSix, LiMex 등을 생성한다. 이들의 화합물 생성 과정에서 매우 빠른 속도로 대량의 열이 발생해 결국 전지의 열폭주(Thermal runaway) 현상을 초래하게 된다.For example, in order to reduce the consumption of lithium ions during initial charging and discharging and to increase the initial efficiency of the negative electrode, technologies such as vacuum depositing lithium on the negative electrode material or rolling a lithium foil on the negative electrode material have been proposed [B]. Patent Document 1]. However, such an attached lithium layer directly contacts and rapidly reacts with an anode active material such as a carbon material such as graphite, a Si-based material, or a Sn-based alloy material to generate LiCx, LiSix, LiMex, or the like. In the process of creating these compounds, a large amount of heat is generated at a very rapid rate, which eventually leads to thermal runaway of the battery.

이에 활물질층의 재질을 달리하거나 별도의 완충층 또는 보호막을 형성하는 기술이 제안되었다. Accordingly, a technique of changing the material of the active material layer or forming a separate buffer layer or protective film has been proposed.

특허문헌 1은 SiOx 함유 음극 합제층 사이에 리튬과 반응하지 않는 절연성 재료를 함유하는 완충층을 형성하여 제시하여 전지의 열안정성을 높이는 방법을 제안하였다. 그러나 상기 완충층은 낮은 도전성으로 인해 오히려 전지 내부의 저항 증가라는 새로운 문제를 야기하였다. Patent Document 1 proposes a method of increasing the thermal stability of a battery by forming a buffer layer containing an insulating material that does not react with lithium between SiOx-containing negative electrode mixture layers. However, the buffer layer caused a new problem of increased internal resistance of the battery due to its low conductivity.

특허문헌 2는 음극 합제층과 리튬층 사이에 PVDF 라텍스를 포함하는 완충층을 형성함으로써 전지의 레이트 특성 및 발열 정도를 개선할 수 있다고 제시하고 있다. 상기 완충층은 섬 형상 또는 스트립 형태를 갖는데, 이러한 완충층의 도입만으로도 충분한 수준의 열안정성을 확보할 수 없었고, 상기 완충층 형성에 따른 저항 증가 문제가 여전히 남아있다.Patent Document 2 suggests that the rate characteristics and heat generation degree of a battery can be improved by forming a buffer layer containing PVDF latex between the negative electrode mixture layer and the lithium layer. The buffer layer has an island shape or a strip shape. However, a sufficient level of thermal stability cannot be secured even with the introduction of such a buffer layer, and the problem of resistance increase due to the formation of the buffer layer still remains.

이에 특허문헌 3에서는 금속 리튬층 상에 PVDF와 같은 고분자 보호층과 탄소계 보호층을 순차적으로 형성하여 SEI층의 손실을 방지하는 기술을 개시하고 있다. Accordingly, Patent Document 3 discloses a technique for preventing loss of the SEI layer by sequentially forming a polymer protective layer such as PVDF and a carbon-based protective layer on the metal lithium layer.

특허문헌 4에서는 음극 활물질층 상에 2 내지 15 레이어의 그래핀(graphene)층을 형성하여 초기 비가역을 줄임으로써 전지 효율을 증가시키는 방법을 제시하고 있다. 이러한 방법은 열 방출 테이프를 위한 전사 방식으로 이루어지며, 공정이 매우 까다로워 실질적인 적용이 쉽지 않다.Patent Document 4 proposes a method of increasing battery efficiency by reducing initial irreversibility by forming 2 to 15 graphene layers on the negative electrode active material layer. This method is performed as a transfer method for a heat dissipation tape, and is not easy to apply in practice because the process is very complicated.

JP 2007-242590A (2007.09.20 공개)JP 2007-242590A (published on September 20, 2007) JP 6900970B (2021.06.21 등록)JP 6900970B (registered on 2021.06.21) KR 10-2018-0036600A (2018.04.09 공개)KR 10-2018-0036600A (published on 2018.04.09) KR 10-2019-0074999A (2019.06.28 공개)KR 10-2019-0074999A (published on 2019.06.28)

Cao, W. J et al., "The effect of lithium loadings on anode to the voltage drop during charge and discharge of Li-ion capacitors", Journal of Power Sources, Netherlands: N. p., 2015Cao, W. J et al., "The effect of lithium loadings on anode to the voltage drop during charge and discharge of Li-ion capacitors", Journal of Power Sources, Netherlands: N. p., 2015

리튬 이차전지는 SEI층에 의해 리튬 이온의 소모가 발생하여 이로 인해 전지의 비가역 용량이 증가하는 문제가 발생한다. In the lithium secondary battery, lithium ions are consumed by the SEI layer, resulting in an increase in irreversible capacity of the battery.

이에, SEI층을 안정화할 경우 리튬 이온의 지속적인 소모를 방지할 수 있다는 아이디어에 착안하여 활물질층 상에 보호막을 형성하되, 종래 전지 내부의 저항을 증가시키지 않도록 상기 보호막의 소재 및 조성에 대한 연구 끝에 본 발명에 이르렀다.Therefore, based on the idea that the continuous consumption of lithium ions can be prevented by stabilizing the SEI layer, a protective film is formed on the active material layer, but after research on the material and composition of the protective film so as not to increase the resistance inside the conventional battery, arrived at the present invention.

본 발명의 보호막은 불화 금속 입자를 포함하는 불화 금속층으로, 상기 불화 금속은 충방전 과정에서 전해액에 노출되어 화학적인 반응을 통해 SEI층을 안정화할 수 있는 LiF와 절연 특성을 갖는 금속 산화물을 형성할 수 있다. 이로 인해 전지 내부 저항 증가 없이 SEI층의 안정화를 이뤄, 전지의 비가역 용량, 특히 초기 비가역 용량 증가를 효과적으로 막을 수 있었다.The protective film of the present invention is a metal fluoride layer containing metal fluoride particles, and the metal fluoride is exposed to an electrolyte during charging and discharging to form LiF capable of stabilizing the SEI layer and a metal oxide having insulating properties through a chemical reaction. can As a result, the SEI layer was stabilized without increasing the internal resistance of the battery, effectively preventing an increase in the irreversible capacity of the battery, especially the initial irreversible capacity.

더불어, 본 발명의 보호막은 그 자체로 작용하여 리튬 덴드라이트에 의해 발생하는 전지 내부 단락을 효과적으로 방지할 수 있다.In addition, the protective film of the present invention can effectively prevent battery internal short circuits caused by lithium dendrites by acting by itself.

본 발명은 리튬 이온을 흡장 및 방출하면서 부피가 팽창 및 수축하는 활물질층; 및 상기 활물질층 상면에 적층되는 불화 금속층을 포함하는 음극을 제공한다.The active material layer expands and contracts in volume while occluding and releasing lithium ions; and a metal fluoride layer stacked on the upper surface of the active material layer.

이때 상기 불화 금속층은 충전시 적어도 일부가 전해액과 접촉하여 불화리튬막을 형성한다.At this time, at least a part of the metal fluoride layer contacts the electrolyte during charging to form a lithium fluoride film.

또한, 상기 불화 금속층은 충전시 적어도 일부가 전해액과 접촉하여 불화리튬 및 금속산화물을 포함하는 피막을 형성한다. In addition, at least a part of the metal fluoride layer comes into contact with an electrolyte during charging to form a film containing lithium fluoride and a metal oxide.

상기 불화 금속층은 불화 금속 입자 및 바인더를 포함한다.The metal fluoride layer includes metal fluoride particles and a binder.

상기 불화 금속 입자는 AlF3, AgF, BaF2, BiF3, BiF5, CdF2, CaF2, CeF3, CeF5, CsF2, CrF3, CoF2, CoF3, CuF2, DyF3, ErF3, EuF3, GaF3, GdF3, GeF2, GeF4, HfF4, HoF3, InF3, FeF3, LaF3, PbF2, PrF3, LiF, MgF2, MnF2, MnF3, Hg2F2, HgF2, HgF4, NaF, NbF4, NdF3, NiF2, MoF6, KF, RbF, SbF3, SbF5, ScF3, SiF4, SnF2, SnF4, SrF2, TaF5, TbF3, TiF3, TiF4, TlF, TmF3, VF3, WF5, YF3, YbF3, ZnF2, 및 ZrF4로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상이다.The metal fluoride particles are AlF 3 , AgF, BaF 2 , BiF 3 , BiF 5 , CdF 2 , CaF 2 , CeF 3 , CeF 5 , CsF 2 , CrF 3 , CoF 2 , CoF 3 , CuF 2 , DyF 3 , ErF 3 , EuF 3 , GaF 3 , GdF 3 , GeF 2 , GeF 4 , HfF 4 , HoF 3, InF 3 , FeF 3 , LaF 3 , PbF 2 , PrF 3 , LiF, MgF 2 , MnF 2 , MnF 3 , Hg 2 F 2 , HgF 2 , HgF 4 , NaF, NbF 4 , NdF 3 , NiF 2 , MoF 6 , KF, RbF, SbF 3 , SbF 5 , ScF 3 , SiF 4 , SnF 2 , SnF 4 , SrF 2 , TaF 5 , TbF 3 , TiF 3 , TiF 4 , TlF, TmF 3 , VF 3 , WF 5 , YF 3 , YbF 3 , ZnF 2 , and ZrF 4 .

상기 상기 바인더는 폴리아크릴산, 폴리비닐알코올, 폴리에틸렌글리콜, 폴리아크릴로니트릴, 폴리아크릴아미드, 카르복시메틸셀룰로오스, 폴리비닐피롤리돈, 폴리에피클로로히드린, 폴리포스파젠, 폴리비닐피리딘, 클로로설폰화폴리에틸렌, 폴리에스테르수지, 아크릴수지, 페놀수지, 에폭시 수지, 아라비아 고무, 스티렌-부타디엔 러버, 아크릴레이티드 스티렌-부타디엔 러버, 아크릴로나이트릴-부타디엔 러버, 아크릴 고무, 부틸고무, 불소고무, 에틸렌프로필렌디엔공중합체, 폴리불화비닐리덴, 불화비닐리덴-테트라플루오로에틸렌 공중합체, 헥사플루오로프로필렌 수지, 클로로트리플루오로에틸렌 수지, 플루오로비닐 수지, 퍼플루오로알킬비닐에테르 수지로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상이다.The binder is polyacrylic acid, polyvinyl alcohol, polyethylene glycol, polyacrylonitrile, polyacrylamide, carboxymethylcellulose, polyvinylpyrrolidone, polyepichlorohydrin, polyphosphazene, polyvinylpyridine, chlorosulfonated Polyethylene, polyester resin, acrylic resin, phenolic resin, epoxy resin, gum arabic, styrene-butadiene rubber, acrylated styrene-butadiene rubber, acrylonitrile-butadiene rubber, acrylic rubber, butyl rubber, fluororubber, ethylene propylene Diene copolymer, polyvinylidene fluoride, vinylidene fluoride-tetrafluoroethylene copolymer, hexafluoropropylene resin, chlorotrifluoroethylene resin, fluorovinyl resin, selected from the group consisting of perfluoroalkylvinyl ether resin more than one species

상기 불화 금속층은 불화금속 입자 100 중량부 대비 바인더 0.1 중량부 내지 50 중량부로 포함된다.The metal fluoride layer is included in 0.1 part by weight to 50 parts by weight of a binder based on 100 parts by weight of metal fluoride particles.

상기 전해액은 유기계 액체 전해질, 또는 무기계 액체 전해질이다.The electrolyte solution is an organic liquid electrolyte or an inorganic liquid electrolyte.

상기 활물질층은 리튬 이온을 가역적으로 인터칼레이션/디인터칼레이션할 수 있는 물질, 리튬 금속, 리튬금속의 합금, 리튬에 도프 및 탈도프 가능한 물질 및 전이 금속 산화물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상이다.The active material layer is at least one member selected from the group consisting of materials capable of reversibly intercalating/deintercalating lithium ions, lithium metals, alloys of lithium metals, materials capable of doping and undoping lithium, and transition metal oxides. am.

상기 리튬에 도프 및 탈도프 가능한 물질은 탄소계 활물질, 실리콘계 활물질, 및 Sn계 활물질로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상이다.The material capable of doping and undoping lithium is at least one selected from the group consisting of a carbon-based active material, a silicon-based active material, and a Sn-based active material.

상기 실리콘계 활물질은 Si, SiOx(0<x<2), Si-C 복합체, Si-Q 합금(상기 Q는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 13족 원소, 14족 원소, 15족 원소, 16족 원소, 전이금속, 희토류 원소 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 원소이며, Si은 아님) 중 어느 하나 이상이다.The silicon-based active material is Si, SiOx (0<x<2), Si—C complex, Si—Q alloy (Q is an alkali metal, an alkaline earth metal, a group 13 element, a group 14 element, a group 15 element, a group 16 element, It is an element selected from the group consisting of transition metals, rare earth elements, and combinations thereof, and is not Si).

상기 불화 금속층이 형성되지 않은 활물질층의 타면에는 집전체가 형성된다.A current collector is formed on the other surface of the active material layer on which the metal fluoride layer is not formed.

또한, 본 발명은 상기 언급한 음극, 양극, 세퍼레이터 및 전해액을 포함하는 이차 전지를 제공한다.In addition, the present invention provides a secondary battery including the above-mentioned negative electrode, positive electrode, separator and electrolyte solution.

본 발명에 따른 음극은 활물질층 상에 불화 금속층을 형성하여, 안정적인 SEI층 성분인 LiF를 형성을 유도하고, 금속 산화물을 포함하는 피막을 형성함에 따라 전지 내부 저항 증가 없이 SEI층의 안정화를 이뤄, 전지의 비가역 용량, 특히 초기 비가역 용량 증가를 효과적으로 막을 수 있다.The negative electrode according to the present invention forms a metal fluoride layer on the active material layer, induces the formation of a stable SEI layer component, LiF, and forms a film containing a metal oxide to stabilize the SEI layer without increasing the internal resistance of the battery, An increase in the irreversible capacity of the battery, particularly the initial irreversible capacity, can be effectively prevented.

또한, 리튬 덴드라이트에 의해 발생하는 전지 내부 단락을 효과적으로 방지하여 전지의 수명 특성을 개선할 수 있다.In addition, it is possible to improve the lifespan characteristics of the battery by effectively preventing a battery internal short circuit caused by lithium dendrites.

도 1은 본 발명에 따른 리튬 이차전지용 음극을 보여주는 단면도이다.
도 2는 충전 후 실시예 1 및 비교예 1의 음극의 XPS 스펙트럼이다.
도 3은 충전 전 실시예 1의 음극의 XPS 스펙트럼이다.
도 4는 충전 후 실시예 1의 음극의 XPS 스펙트럼이다.
1 is a cross-sectional view showing an anode for a lithium secondary battery according to the present invention.
2 is XPS spectra of negative electrodes of Example 1 and Comparative Example 1 after charging.
3 is an XPS spectrum of the negative electrode of Example 1 before charging.
4 is an XPS spectrum of the negative electrode of Example 1 after charging.

여기서 사용되는 전문 용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.The terminology used herein is only for referring to specific embodiments and is not intended to limit the present invention. As used herein, the singular forms also include the plural forms unless the phrases clearly indicate the opposite. The meaning of "comprising" as used herein specifies particular characteristics, regions, integers, steps, operations, elements and/or components, and the presence or absence of other characteristics, regions, integers, steps, operations, elements and/or components. Additions are not excluded.

어느 부분이 다른 부분의 "위에" 또는 "상에" 있다고 언급하는 경우, 이는 바로 다른 부분의 위에 또는 상에 있을 수 있거나 그 사이에 다른 부분이 수반될 수 있다. 대조적으로 어느 부분이 다른 부분의 "바로 위에" 있다고 언급하는 경우, 그 사이에 다른 부분이 개재되지 않는다.When a part is referred to as being “on” or “on” another part, it may be directly on or on the other part or may be followed by another part therebetween. In contrast, when a part is said to be “directly on” another part, there is no intervening part between them.

또한, 특별히 언급하지 않는 한 %는 중량%를 의미하며, 1ppm 은 0.0001중량%이다.In addition, unless otherwise specified, % means weight%, and 1ppm is 0.0001 weight%.

다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.Although not defined differently, all terms including technical terms and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. Terms defined in commonly used dictionaries are additionally interpreted as having meanings consistent with related technical literature and currently disclosed content, and are not interpreted in ideal or very formal meanings unless defined.

본 발명에 있어서, 입자의 평균 입경은 입자의 입경 분포의 50% 기준에서의 입경으로 정의할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 입자의 평균 입경(D50)은 예를 들어, 레이저 회절법(laser diffraction method)을 이용하여 측정할 수 있다. 상기 레이저 회절법은 일반적으로 서브미크론(submicron) 영역에서부터 수 mm 정도의 입경의 측정이 가능하며, 고 재현성 및 고 분해성의 결과를 얻을 수 있다.In the present invention, the average particle diameter of the particles can be defined as the particle diameter at 50% of the particle diameter distribution of the particles. The average particle diameter (D50) of the particles according to an embodiment of the present invention can be measured using, for example, a laser diffraction method. The laser diffraction method is generally capable of measuring particle diameters of several millimeters in the submicron region, and can obtain results with high reproducibility and high resolution.

이하, 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily implement the present invention. However, the present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein.

도 1은 본 발명에 따른 리튬 이차전지용 음극(100)을 보여주는 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing an anode 100 for a lithium secondary battery according to the present invention.

도 1을 보면, 리튬 이차전지용 음극(100)은 집전체(30), 상기 집전체(30)의 상면에 적층되는 활물질층(20); 및 상기 활물질층(20) 상면에 적층되는 불화 금속층(10)을 포함한다. Referring to FIG. 1 , a negative electrode 100 for a lithium secondary battery includes a current collector 30 and an active material layer 20 stacked on an upper surface of the current collector 30 ; and a metal fluoride layer 10 stacked on the upper surface of the active material layer 20 .

불화 금속층(10)은 불화 금속 입자를 포함하며, 상기 불화 금속 입자가 충전시 전해액과 접촉하여 하기 반응식과 같이 불화리튬(LiF) 및 금속 산화물을 포함하는 피막을 형성한다. 즉, 불화 금속층(10)의 일부 또는 전체가 불화리튬 및 금속 산화물을 포함하는 피막이 형성된 구조를 갖는다.The metal fluoride layer 10 includes metal fluoride particles, and the metal fluoride particles come into contact with an electrolyte during charging to form a film containing lithium fluoride (LiF) and a metal oxide as shown in the following reaction formula. That is, a part or all of the metal fluoride layer 10 has a structure in which a film containing lithium fluoride and a metal oxide is formed.

[반응식 1][Scheme 1]

M-F + Li+ -> LiF + M-OMF + Li + -> LiF + MO

(상기 식에서, M은 메탈이고, M-O는 금속 산화물을 의미한다)(In the above formula, M is a metal, and M-O means a metal oxide)

상기 불화리튬은 음극 활물질층(20)의 표면에 형성되는 SEI층의 손실을 방지함으로써 전지의 성능 향상 및 안정적인 성능 발현을 가능케한다. The lithium fluoride prevents loss of the SEI layer formed on the surface of the negative electrode active material layer 20, thereby enabling battery performance improvement and stable performance.

구체적으로, SEI층은 리튬 이온을 리튬 전극 표면까지 원활하게 이동시킬 수 있고, 유기 용매의 투과를 억제함으로써 전해질의 환원 분해 반응을 막을 수 있으며, 충방전시 발생되는 비가역적 용량을 줄여주고, 전지의 수명 특성을 향상시킨다. 그러나 SEI층에 리튬 이온의 소모량이 지속적으로 증가하는 문제가 발생한다. 본 발명에서는 상기 반응식에 의해 불화리튬을 형성하여 리튬 이온의 지속적인 소모없이 SEI층을 안정적으로 유지시킬 수 있다.Specifically, the SEI layer can smoothly move lithium ions to the surface of the lithium electrode, prevent the reduction and decomposition reaction of the electrolyte by suppressing the permeation of organic solvent, reduce the irreversible capacity generated during charging and discharging, and improve the life characteristics of However, a problem arises in that the consumption of lithium ions in the SEI layer continuously increases. In the present invention, the SEI layer can be stably maintained without continuous consumption of lithium ions by forming lithium fluoride according to the above reaction formula.

또한, 리튬 리튬 이온의 탈리 시 큰 부피변화에 의해 음극 활물질이 분쇄(pulverization)되고, 기계적 파괴가 발생해 새로운 파단면이 생기면 새로운 고체상이 형성되고, 이 과정이 반복될수록 전해액이 소모되어 전지 용량이 급격히 감소하게 된다. 상기 반응에 의거하여 불화 금속층(10)에서 생성된 금속 산화물은 음극 활물질층(20)의 표면에 형성되며, 절연성을 갖는다. 이러한 절연 성능으로 인해 음극 활물질층(20) 내 활물질이 전해액과 직접적으로 접촉하지 않게 하여 급격한 리튬 이온의 삽입에 의한 음극 활물질의 기계적 파괴를 방지할 수 있다. In addition, the anode active material is pulverized by a large volume change during the desorption of lithium ions, and a new solid phase is formed when a new fracture surface occurs due to mechanical destruction. As this process is repeated, the electrolyte is consumed and the battery capacity decreases. will decrease drastically. The metal oxide generated in the metal fluoride layer 10 based on the above reaction is formed on the surface of the negative electrode active material layer 20 and has insulating properties. Due to such insulating performance, the active material in the negative active material layer 20 is not directly contacted with the electrolyte, so that mechanical destruction of the negative active material due to rapid lithium ion insertion can be prevented.

또한, 상기 반응에 의해 불화 금속층(10)은 불화리튬(LiF) 및 금속 산화물을 포함하는 피막을 형성하는데, 이는 상기 피막이 형성된 불화 금속층(10)은 그 자체로 보호막으로서의 기능을 한다. 그 결과, 수지상 리튬 성장을 억제하여 전지 내부의 단락을 효과적으로 방지할 수 있다.Also, by the above reaction, the metal fluoride layer 10 forms a film containing lithium fluoride (LiF) and a metal oxide, which means that the metal fluoride layer 10 itself functions as a protective film. As a result, it is possible to effectively prevent a short circuit inside the battery by suppressing dendrite lithium growth.

불화 금속층(10)은 불화 금속 입자 및 바인더를 포함한다. The metal fluoride layer 10 includes metal fluoride particles and a binder.

불화 금속 입자는 AlF3, AgF, BaF2, BiF3, BiF5, CdF2, CaF2, CeF3, CeF5, CsF2, CrF3, CoF2, CoF3, CuF2, DyF3, ErF3, EuF3, GaF3, GdF3, GeF2, GeF4, HfF4, HoF3, InF3, FeF3, LaF3, PbF2, PrF3, LiF, MgF2, MnF2, MnF3, Hg2F2, HgF2, HgF4, NaF, NbF4, NdF3, NiF2, MoF6, KF, RbF, SbF3, SbF5, ScF3, SiF4, SnF2, SnF4, SrF2, TaF5, TbF3, TiF3, TiF4, TlF, TmF3, VF3, WF5, YF3, YbF3, ZnF2, 및 ZrF4로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상이 가능하다. 바람직하기로, 이중에서도 AlF3, TiF3, MgF2, BaF2, AgF, CoF3, NaF, AgF2, CuF2, FeF3, MnF3, ZnF2, 및 ZrF4 등이 가능하고, 더욱 바람직하기로 AlF3, TiF3, MgF2, BaF2, 더더욱 바람직하기로 AlF3가 사용된다. Metal fluoride particles are AlF 3 , AgF, BaF 2 , BiF 3 , BiF 5 , CdF 2 , CaF 2 , CeF 3 , CeF 5 , CsF 2 , CrF 3 , CoF 2 , CoF 3 , CuF 2 , DyF 3 , ErF 3 , EuF 3 , GaF 3 , GdF 3 , GeF 2 , GeF 4 , HfF 4 , HoF 3 , InF 3 , FeF 3 , LaF 3 , PbF 2 , PrF 3 , LiF, MgF 2 , MnF 2 , MnF 3 , Hg 2 F 2 , HgF 2 , HgF 4 , NaF, NbF 4 , NdF 3 , NiF 2 , MoF 6 , KF, RbF, SbF 3 , SbF 5 , ScF 3 , SiF 4 , SnF 2 , SnF 4 , SrF 2 , TaF 5 , TbF 3 , TiF 3 , TiF 4 , TlF, TmF 3 , VF 3 , WF 5 , YF 3 , YbF 3 , ZnF 2 , and ZrF 4 At least one selected from the group consisting of is possible. Preferably, among them, AlF 3 , TiF 3 , MgF 2 , BaF 2 , AgF, CoF 3 , NaF, AgF 2 , CuF 2 , FeF 3 , MnF 3 , ZnF 2 , and ZrF 4 are possible, and more preferably AlF 3 , TiF 3 , MgF 2 , BaF 2 , more preferably AlF 3 are used.

본 발명에서 사용하는 불화 금속 입자의 평균 입경(D50)은 0.01μm 이상 10.0μm 이하이다. The average particle diameter (D50) of the metal fluoride particles used in the present invention is 0.01 μm or more and 10.0 μm or less.

구체적으로 0.01 μm 이상, 0.05 μm 이상, 0.1 μm 이상, 0.5 μm 이상, 1.0 μm 이상, 2.0 μm 이상, 3.0 μm 이상, 4.0 μm 이상, 5.0 μm 이상, 6.0 μm 이상, 7.0 μm 이상, 8.0 μm 이상, 9.0 μm 이상이다. 또한, 10.0 μm 이하, 9.0 μm 이하, 8.0 μm 이하, 7.0 μm 이하, 5.0 μm 이하, 4.0 μm 이하, 3.0 μm 이하, 2.0 μm 이하, 1.0 μm 이하, 0.5 μm 이하, 0.1 μm 이하, 0.05 μm 이하, 0.02 μm 이하의 범위를 갖는다. Specifically, 0.01 μm or more, 0.05 μm or more, 0.1 μm or more, 0.5 μm or more, 1.0 μm or more, 2.0 μm or more, 3.0 μm or more, 4.0 μm or more, 5.0 μm or more, 6.0 μm or more, 7.0 μm or more, 8.0 μm or more, It is 9.0 μm or more. In addition, 10.0 μm or less, 9.0 μm or less, 8.0 μm or less, 7.0 μm or less, 5.0 μm or less, 4.0 μm or less, 3.0 μm or less, 2.0 μm or less, 1.0 μm or less, 0.5 μm or less, 0.1 μm or less, 0.05 μm or less, It has a range of less than 0.02 μm.

불화 금속 입자의 평균 입경이 상기 범위 미만일 경우 제조 과정에서의 응집이 발생할 수 있고, 반대로 상기 범위를 초과할 경우 불균일한 표면을 형성하여 안정적으로 전해액과의 반응이 어려워질 수 있다. If the average particle diameter of the metal fluoride particles is less than the above range, aggregation may occur during the manufacturing process, and conversely, if it exceeds the above range, a non-uniform surface may be formed, making it difficult to stably react with the electrolyte.

바인더는 불화 금속층(10)을 형성하기 위해 사용한다. A binder is used to form the metal fluoride layer 10 .

상기 바인더로는 폴리아크릴산, 폴리비닐알코올, 폴리에틸렌글리콜, 폴리아크릴로니트릴, 폴리아크릴아미드, 카르복시메틸셀룰로오스, 폴리비닐피롤리돈, 폴리에피클로로히드린, 폴리포스파젠, 폴리비닐피리딘, 클로로설폰화폴리에틸렌, 폴리에스테르수지, 아크릴수지, 페놀수지, 에폭시 수지, 아라비아 고무, 스티렌-부타디엔 러버, 아크릴레이티드 스티렌-부타디엔 러버, 아크릴로나이트릴-부타디엔 러버, 아크릴 고무, 부틸고무, 불소고무, 에틸렌프로필렌디엔공중합체, 폴리불화비닐리덴, 불화비닐리덴-테트라플루오로에틸렌 공중합체, 헥사플루오로프로필렌 수지, 클로로트리플루오로에틸렌 수지, 플루오로비닐 수지, 퍼플루오로알킬비닐에테르 수지 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종이 가능하다. 바람직하기로 폴리아크릴산, 폴리비닐알코올, 폴리에틸렌글리콜, 폴리아크릴로니트릴, 폴리불화비닐리덴, 스티렌-부타디엔 러버 등이, 더욱 바람직하기로 폴리아크릴산이 사용될 수 있다. Examples of the binder include polyacrylic acid, polyvinyl alcohol, polyethylene glycol, polyacrylonitrile, polyacrylamide, carboxymethylcellulose, polyvinylpyrrolidone, polyepichlorohydrin, polyphosphazene, polyvinylpyridine, chlorosulfonated Polyethylene, polyester resin, acrylic resin, phenolic resin, epoxy resin, gum arabic, styrene-butadiene rubber, acrylated styrene-butadiene rubber, acrylonitrile-butadiene rubber, acrylic rubber, butyl rubber, fluororubber, ethylene propylene Diene copolymers, polyvinylidene fluoride, vinylidene fluoride-tetrafluoroethylene copolymers, hexafluoropropylene resins, chlorotrifluoroethylene resins, fluorovinyl resins, perfluoroalkylvinyl ether resins, and combinations thereof One species selected from the group consisting of is possible. Preferably, polyacrylic acid, polyvinyl alcohol, polyethylene glycol, polyacrylonitrile, polyvinylidene fluoride, styrene-butadiene rubber, etc. may be used, and more preferably, polyacrylic acid may be used.

바인더는 중량평균분자량이 15만 g/mol 이상, 17만 g/mol 이상, 20만 g/mol 이상, 25만 g/mol 이상, 30만 g/mol 이상, 35만 g/mol 이상, 40만 g/mol 이상, 45만 g/mol 이상, 50만 g/mol 이상, 55만 g/mol 이상, 60만 g/mol 이상, 65만 g/mol 이상, 70만 g/mol 이상이다. 또한, 75만 g/mol 이하, 70만 g/mol 이하, 65만 g/mol 이하, 60만 g/mol 이하, 55만 g/mol 이하, 50만 g/mol 이하, 45만 g/mol 이하, 40만 g/mol 이하, 35만 g/mol 이하, 30만 g/mol 이하, 25만 g/mol 이하, 20만 g/mol 이하이다. 바람직하기로, 15만 g/mol 이상, 17만 g/mol 이상, 20만 g/mol 이상, 25만 g/mol 이상, 30만 g/mol 이상, 35만 g/mol 이상, 40만 g/mol 이상, 45만 g/mol 이상, 50만 g/mol 이상, 75만 g/mol 이하, 70만 g/mol 이하, 65만 g/mol 이하, 60만 g/mol 이하의 범위를 갖는다. 더욱 바람직하기로, 30만 g/mol 이상, 35만 g/mol 이상, 40만 g/mol 이상, 70만 g/mol 이하, 65만 g/mol 이하, 60만 g/mol 이하의 범위를 갖는다. 이러한 범위 내의 바인더는 높은 분산력을 나타내 불화 금속 입자가 균일하게 분산된 불화 금속층(10)을 형성할뿐만 아니라, 활물질층(20)에 대한 높은 접착력을 갖는다. The binder has a weight average molecular weight of 150,000 g/mol or more, 170,000 g/mol or more, 200,000 g/mol or more, 250,000 g/mol or more, 300,000 g/mol or more, 350,000 g/mol or more, or 400,000 g/mol or more. g/mol or more, 450,000 g/mol or more, 500,000 g/mol or more, 550,000 g/mol or more, 600,000 g/mol or more, 650,000 g/mol or more, or 700,000 g/mol or more. In addition, 750,000 g / mol or less, 700,000 g / mol or less, 650,000 g / mol or less, 600,000 g / mol or less, 550,000 g / mol or less, 500,000 g / mol or less, 450,000 g / mol or less , 400,000 g/mol or less, 350,000 g/mol or less, 300,000 g/mol or less, 250,000 g/mol or less, 200,000 g/mol or less. Preferably, 150,000 g / mol or more, 170,000 g / mol or more, 200,000 g / mol or more, 250,000 g / mol or more, 300,000 g / mol or more, 350,000 g / mol or more, 400,000 g / mol or more mol or more, 450,000 g / mol or more, 500,000 g / mol or more, 750,000 g / mol or less, 700,000 g / mol or less, 650,000 g / mol or less, and 600,000 g / mol or less. More preferably, it has a range of 300,000 g / mol or more, 350,000 g / mol or more, 400,000 g / mol or more, 700,000 g / mol or less, 650,000 g / mol or less, 600,000 g / mol or less . The binder within this range not only forms the metal fluoride layer 10 in which metal fluoride particles are uniformly dispersed by exhibiting high dispersing power, but also has high adhesion to the active material layer 20 .

본 발명의 일 실시예에 따른, 상기 불화 금속층(10)의 두께는 0.1μm 이상 20μm 이하일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the thickness of the metal fluoride layer 10 may be 0.1 μm or more and 20 μm or less.

구체적으로, 0.1 μm 이상, 0.15 μm 이상, 0.2 μm 이상, 0.5 μm 이상, 1 μm 이상, 1.2 μm 이상, 1.5 μm 이상, 2.0 μm 이상, 2.5 μm 이상, 3.0 μm 이상, 3.5 μm 이상, 4.0 μm 이상, 4.5 μm 이상, 5.0 μm 이상, 5.5 μm 이상, 6.0 μm 이상, 6.5 μm 이상, 7.0 μm 이상, 7.5 μm 이상, 8.0 μm 이상, 8.5 μm 이상, 9.0 μm 이상, 9.5 μm 이상, 10.0 μm 이상, 10.5 μm 이상, 11.0 μm 이상, 12.0 μm 이상, 13.0 μm 이상, 14.0 μm 이상, 15.0 μm 이상, 16.0 μm 이상, 17 μm 이상, 18 μm 이상, 19.0 μm 이상이다. 또한, 또한, 20.0 μm 이하, 19.0 μm 이하, 19.0 μm 이하, 17.0 μm 이하, 16.0 μm 이하, 15.0 μm 이하, 14.0 μm 이하, 13.0 μm 이하, 12.0 μm 이하, 11.0 μm 이하, 10.0 μm 이하, 9.5 μm 이하, 9.0 μm 이하, 8.5 μm 이하, 8.0 μm 이하, 7.5 μm 이하, 7.0 μm 이하, 6.5 μm 이하, 6.0 μm 이하, 5.5 μm 이하, 5.0 μm 이하, 4.5 μm 이하, 4.0 μm 이하, 3.5 μm 이하, 3.0 μm 이하, 2.5 μm 이하, 2.0 μm 이하, 1.5 μm 이하, 1.2 μm 이하, 1.0 μm 이하, 0.5 μm 이하, 0.2 μm 이하, 0.15 μm 이하의 범위를 갖는다. 바람직하기로 1 μm 내지 20 μm, 5 μm 내지 15 μm, 5 μm 내지 15 μm의 두께를 갖는다.Specifically, 0.1 μm or more, 0.15 μm or more, 0.2 μm or more, 0.5 μm or more, 1 μm or more, 1.2 μm or more, 1.5 μm or more, 2.0 μm or more, 2.5 μm or more, 3.0 μm or more, 3.5 μm or more, 4.0 μm or more , 4.5 μm or more, 5.0 μm or more, 5.5 μm or more, 6.0 μm or more, 6.5 μm or more, 7.0 μm or more, 7.5 μm or more, 8.0 μm or more, 8.5 μm or more, 9.0 μm or more, 9.5 μm or more, 10.0 μm or more, 10.5 μm or more, 11.0 μm or more, 12.0 μm or more, 13.0 μm or more, 14.0 μm or more, 15.0 μm or more, 16.0 μm or more, 17 μm or more, 18 μm or more, or 19.0 μm or more. Further, 20.0 μm or less, 19.0 μm or less, 19.0 μm or less, 17.0 μm or less, 16.0 μm or less, 15.0 μm or less, 14.0 μm or less, 13.0 μm or less, 12.0 μm or less, 11.0 μm or less, 10.0 μm or less, 9.5 μm or less, 9.0 μm or less, 8.5 μm or less, 8.0 μm or less, 7.5 μm or less, 7.0 μm or less, 6.5 μm or less, 6.0 μm or less, 5.5 μm or less, 5.0 μm or less, 4.5 μm or less, 4.0 μm or less, 3.5 μm or less, 3.0 μm or less, 2.5 μm or less, 2.0 μm or less, 1.5 μm or less, 1.2 μm or less, 1.0 μm or less, 0.5 μm or less, 0.2 μm or less, 0.15 μm or less. It preferably has a thickness of 1 μm to 20 μm, 5 μm to 15 μm, and 5 μm to 15 μm.

불화 금속층(10)의 두께가 상기 범위 미만이면 전해액과의 반응을 통해 충분한 LiF를 형성할 수 없고, 상기 범위를 초과하면 리튬 이온의 이동성이 장애가 되어 저항이 증가할 수 있다.When the thickness of the metal fluoride layer 10 is less than the above range, sufficient LiF cannot be formed through reaction with the electrolyte, and when the thickness exceeds the above range, the mobility of lithium ions becomes an obstacle and resistance may increase.

일 구현예에 따르면, 본 발명의 불화 금속층(10)은 불화 금속 입자 100 중량부에 대해 바인더 0.1 중량부 이상 50 중량부 이하의 함량을 포함한다. 구체적으로, 0.1 중량부 이상, 0.2 중량부 이상, 0.5 중량부 이상, 1.0 중량부 이상, 5.0 중량부 이상, 10.0 중량부 이상, 15.0 중량부 이상, 20.0 중량부 이상, 25.0 중량부 이상, 30.0 중량부 이상, 35.0 중량부 이상, 40.0 중량부 이상, 45.0 중량부 이상, 47.0 중량부 이상이다. 또한, 50 중량부 이하, 49 중량부 이하, 45 중량부 이하, 40 중량부 이하, 35 중량부 이하, 30 중량부 이하, 25 중량부 이하, 20 중량부 이하, 15 중량부 이하, 10 중량부 이하, 5.0 중량부 이하, 1.0 중량부 이하, 0.5 중량부 이하, 0.3 중량부 이하이다. 바람직하기로 3 내지 50 중량부, 5 내지 40 중량부, 10 내지 30 중량부, 20 중량부이다. 상기 바인더의 함량이 상기 범위 미만이면 불화 금속층(10) 내 불화 금속 입자의 균일한 분산이 어렵고, 반대로, 상기 범위 이상으로 사용할 경우 불화 금속층(10)의 두께가 증가하여 리튬 이온의 이동에 장애가 되어 전지 저항이 증가할 수 있다. According to one embodiment, the metal fluoride layer 10 of the present invention includes 0.1 parts by weight or more and 50 parts by weight or less of the binder based on 100 parts by weight of the metal fluoride particles. Specifically, 0.1 parts by weight or more, 0.2 parts by weight or more, 0.5 parts by weight or more, 1.0 parts by weight or more, 5.0 parts by weight or more, 10.0 parts by weight or more, 15.0 parts by weight or more, 20.0 parts by weight or more, 25.0 parts by weight or more, 30.0 parts by weight or more. 35.0 parts by weight or more, 40.0 parts by weight or more, 45.0 parts by weight or more, and 47.0 parts by weight or more. In addition, 50 parts by weight or less, 49 parts by weight or less, 45 parts by weight or less, 40 parts by weight or less, 35 parts by weight or less, 30 parts by weight or less, 25 parts by weight or less, 20 parts by weight or less, 15 parts by weight or less, 10 parts by weight or less Below, it is 5.0 parts by weight or less, 1.0 parts by weight or less, 0.5 parts by weight or less, and 0.3 parts by weight or less. Preferably 3 to 50 parts by weight, 5 to 40 parts by weight, 10 to 30 parts by weight, 20 parts by weight. If the content of the binder is less than the above range, it is difficult to uniformly disperse the metal fluoride particles in the metal fluoride layer 10, and conversely, when it is used above the above range, the thickness of the metal fluoride layer 10 increases, which hinders the movement of lithium ions. Battery resistance may increase.

불화 금속층(10)의 형성은 소정의 용매를 사용하여 슬러리 상태로 제조한 다음, 습식 코팅 후 건조를 통해 이루어진다. The metal fluoride layer 10 is formed in a slurry state using a predetermined solvent, followed by wet coating and then drying.

사용 가능한 용매는 바인더의 종류에 따라 달라질 수 있으며, 일례로, 물, 메탄올, 에탄올, 프로판올, 이소프로판올, 아세톤, 디메틸포름아마이드, 디메틸아세트아마이드, 클로로포름, 디클로로메탄, 트리클로로에틸렌, 노르말헥산, 테트라하이드로푸란 또는 이들의 혼합 용매 등 수계 용매 및 유기 용매가 사용될 수 있다.The usable solvent may vary depending on the type of binder, for example, water, methanol, ethanol, propanol, isopropanol, acetone, dimethylformamide, dimethylacetamide, chloroform, dichloromethane, trichloroethylene, normalhexane, tetrahydro Aqueous solvents and organic solvents such as furan or a mixed solvent thereof may be used.

용매는 슬러리 조성물의 점도, 코팅성, 분산성 등을 고려하여, 불화 금속 입자 및 바인더를 포함하는 고형분의 농도가 15 중량% 이상, 20 중량% 이상, 25 중량% 이상, 30 중량% 이상, 35 중량% 이상, 40 중량% 이상, 42 중량% 이상이다. 또한, 45 중량% 이하, 42 중량% 이하, 40 중량% 이하, 35 중량% 이하, 30 중량% 이하, 25 중량% 이하, 20 중량% 이하, 17 중량% 이하의 범위를 갖는다. 바람직하기로, 20 중량% 이상, 23 중량% 이상, 30 중량% 이하, 27 중량% 이하의 범위를 갖는다. Considering the viscosity, coatability, and dispersibility of the slurry composition, the concentration of the solid content including the metal fluoride particles and the binder is 15% by weight or more, 20% by weight or more, 25% by weight or more, 30% by weight or more, 35% by weight or more % or more, 40% or more, or 42% or more. In addition, it has a range of 45 wt% or less, 42 wt% or less, 40 wt% or less, 35 wt% or less, 30 wt% or less, 25 wt% or less, 20 wt% or less, 17 wt% or less. Preferably, it has a range of 20% by weight or more, 23% by weight or more, 30% by weight or less, 27% by weight or less.

코팅 공정은 슬러리 조성물을 활물질층(20) 상에 균일하게 코팅하여 표면에 박막의 필름을 형성할 수 있는 공정은 어떠한 방법으로도 실시할 수 있다. 예를 들면, 스핀 코팅(spin coating), 닥터 블레이드(doctor blade) 코팅, 딥(dip) 코팅, 그라비어(gravure) 코팅, 슬릿다이(slit die) 코팅, 스크린(screen) 코팅 등의 방법이 있으며 이에 한정되는 것은 아니다. 이어, 건조를 통해 용매를 휘발시켜 불화 금속층(10)을 제조한다. The coating process may be carried out by any method capable of uniformly coating the slurry composition on the active material layer 20 to form a thin film on the surface. For example, there are methods such as spin coating, doctor blade coating, dip coating, gravure coating, slit die coating, and screen coating. It is not limited. Subsequently, the metal fluoride layer 10 is prepared by volatilizing the solvent through drying.

불화 금속층(10)과 접하는 전해액은 액체 전해질일 수 있으며, 이는 하기 리튬이차전지에서 설명된다. An electrolyte in contact with the metal fluoride layer 10 may be a liquid electrolyte, which will be described in the following lithium secondary battery.

활물질층(20)은 리튬 이온을 흡장 및 방출하면서 부피가 팽창 및 수축하는 활물질을 포함한다. The active material layer 20 includes an active material whose volume expands and contracts while occluding and releasing lithium ions.

활물질은 음극 활물질이며, 예를 들어, 리튬 이온을 가역적으로 인터칼레이션/디인터칼레이션할 수 있는 물질, 리튬 금속, 리튬 금속의 합금, 리튬에 도프 및 탈도프 가능한 물질 또는 전이 금속 산화물을 포함한다.The active material is an anode active material, and includes, for example, a material capable of reversibly intercalating/deintercalating lithium ions, a lithium metal, an alloy of lithium metal, a material capable of doping and undoping lithium, or a transition metal oxide. do.

상기 리튬 금속의 합금으로는 리튬과 Na, K, Rb, Cs, Fr, Be, Mg, Ca, Sr, Si, Sb, Pb, In, Zn, Ba, Ra, Ge, Al 및 Sn으로 이루어진 군에서 선택되는 금속의 합금이 사용될 수 있다. 상기 리튬 금속의 합금으로는 리튬과 Na, K, Rb, Cs, Fr, Be, Mg, Ca, Sr, Si, Sb, Pb, In, Zn, Ba, Ra, Ge, Al 및 Sn으로 이루어진 군에서 선택되는 금속의 합금이 사용될 수 있다.The alloy of lithium metal is from the group consisting of lithium and Na, K, Rb, Cs, Fr, Be, Mg, Ca, Sr, Si, Sb, Pb, In, Zn, Ba, Ra, Ge, Al and Sn. Alloys of selected metals may be used. The alloy of lithium metal is from the group consisting of lithium and Na, K, Rb, Cs, Fr, Be, Mg, Ca, Sr, Si, Sb, Pb, In, Zn, Ba, Ra, Ge, Al and Sn. Alloys of selected metals may be used.

리튬에 도프 및 탈도프 가능한 물질은 일례로 탄소계 활물질일 수 있다.A material capable of doping and undoping lithium may be, for example, a carbon-based active material.

탄소계 활물질의 대표적인 예로는 결정질 탄소, 비정질 탄소 또는 이들을 함께 사용할 수 있다. 상기 결정질 탄소의 예로는 무정형, 판상, 인편상(flake), 구형 또는 섬유형의 천연 흑연 또는 인조 흑연과 같은 흑연을 들 수 있고, 상기 비정질 탄소의 예로는 소프트 카본(soft carbon) 또는 하드 카본(hard carbon), 메조페이스 피치 탄화물, 소성된 코크스 등을 들 수 있다.As a representative example of the carbon-based active material, crystalline carbon, amorphous carbon, or both may be used together. Examples of the crystalline carbon include graphite such as amorphous, plate-like, flake-like, spherical or fibrous natural graphite or artificial graphite, and examples of the amorphous carbon include soft carbon or hard carbon ( hard carbon), mesophase pitch carbide, calcined coke, and the like.

리튬에 도프 및 탈도프 가능한 물질은 일례로 Si, SiOx(0<x<2), Si-C 복합체, Si-Q 합금(상기 Q는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 13족 원소, 14족 원소, 15족 원소, 16족 원소, 전이금속, 희토류 원소 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 원소이며, Si은 아님) 등의 실리콘계 활물질을 들 수 있고, 또한 이들 중 적어도 하나와 SiO2를 혼합하여 사용할 수도 있다. 상기 원소 Q로는 Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Sc, Y, Ti, Zr, Hf, Rf, V, Nb, Ta, Db, Cr, Mo, W, Sg, Tc, Re, Bh, Fe, Pb, Ru, Os, Hs, Rh, Ir, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, B, Al, Ga, Sn, In, Ti, Ge, P, As, Sb, Bi, S, Se, Te, Po, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 사용할 수 있다. 특히 Si를 포함하는 실리콘계 활물질은 높은 초기용량과 사이클을 반복한 후에도 용량을 유지하는 장점이 있다.Materials capable of doping and undoping lithium are, for example, Si, SiOx (0 <x <2), Si-C complex, Si-Q alloy (where Q is an alkali metal, an alkaline earth metal, a group 13 element, a group 14 element, 15 and a silicon-based active material such as an element selected from the group consisting of group elements, group 16 elements, transition metals, rare earth elements, and combinations thereof, but not Si), and may be used by mixing at least one of these with SiO 2 . may be The element Q includes Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Sc, Y, Ti, Zr, Hf, Rf, V, Nb, Ta, Db, Cr, Mo, W, Sg, Tc, Re, Bh, Fe, Pb, Ru, Os, Hs, Rh, Ir, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, B, Al, Ga, Sn, In, Ti, Ge, P, As, Sb, Bi, S, What is selected from the group consisting of Se, Te, Po, and combinations thereof may be used. In particular, a silicon-based active material including Si has an advantage of maintaining a high initial capacity and capacity even after repeated cycles.

리튬에 도프 및 탈도프 가능한 물질은 일례로 Sn, SnO2, Sn-R(상기 R은 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 13족 원소, 14족 원소, 15족 원소, 16족 원소, 전이금속, 희토류 원소 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 원소이며, Sn은 아님) 등의 Sn계 활물질을 들 수 있고, 또한 이들 중 적어도 하나와 SiO2를 혼합하여 사용할 수도 있다. 상기 원소 R로는 Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Sc, Y, Ti, Zr, Hf, Rf, V, Nb, Ta, Db, Cr, Mo, W, Sg, Tc, Re, Bh, Fe, Pb, Ru, Os, Hs, Rh, Ir, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, B, Al, Ga, Sn, In, Ti, Ge, P, As, Sb, Bi, S, Se, Te, Po, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 사용할 수 있다. Materials capable of doping and undoping lithium are, for example, Sn, SnO 2 , S n -R (wherein R is an alkali metal, an alkaline earth metal, a group 13 element, a group 14 element, a group 15 element, a group 16 element, a transition metal, a rare earth element) It is an element selected from the group consisting of elements and combinations thereof, and Sn-based active materials such as (not Sn) may be mentioned, and at least one of these and SiO 2 may be mixed and used. The element R includes Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Sc, Y, Ti, Zr, Hf, Rf, V, Nb, Ta, Db, Cr, Mo, W, Sg, Tc, Re, Bh, Fe, Pb, Ru, Os, Hs, Rh, Ir, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, B, Al, Ga, Sn, In, Ti, Ge, P, As, Sb, Bi, S, What is selected from the group consisting of Se, Te, Po, and combinations thereof may be used.

상기 Si-C 복합체, 또는 Si-Q 합금은 Si 나노 입자들이 탄소계 물질이나 금속(Q), 예를 들면 흑연 또는 금속(Q)의 표면에 피복된 형태이거나 또는 흑연 또는 금속(Q)의 기공 내에 함침된 형태일 수 있다.The Si-C composite or Si-Q alloy is a form in which Si nanoparticles are coated on the surface of a carbon-based material or metal (Q), for example, graphite or metal (Q), or pores of graphite or metal (Q) It may be impregnated form.

Si-C 복합체, Si-Q 합금 등은 코어-쉘 형 구조를 가질 수 있다. 일례로, 코어로 Si 입자, Si, SiOx, Si-C 복합체, Si-Q 합금, Sn, SnO2, 또는 Sn-R 중 어느 하나이고, 쉘로는 코어와 다른 Si 입자, Si, SiOx, Si-C 복합체, Si-Q 합금, Sn, SnO2, 또는 Sn-R 중 어느 하나일 수 있다. 또한, 상기 쉘로 음극의 집전체와 동일한 재질의 금속이 사용될 수 있다. Si-C composites, Si-Q alloys, etc. may have a core-shell type structure. For example, the core is any one of Si particles, Si, SiOx, Si-C composite, Si-Q alloy, Sn, SnO2, or Sn-R, and the shell is a core and other Si particles, Si, SiOx, Si-C It may be any one of composite, Si-Q alloy, Sn, SnO 2 , or Sn-R. In addition, a metal of the same material as the current collector of the negative electrode may be used as the shell.

상기 전이 금속 산화물로는 Li4Ti5O12 등의 리튬 티타늄 산화물을 사용할 수 있다.As the transition metal oxide, lithium titanium oxide such as Li 4 Ti 5 O 12 may be used.

활물질층(20)은 음극 활물질에 더해 바인더 및 도전재를 포함한다.The active material layer 20 includes a binder and a conductive material in addition to an anode active material.

바인더는 폴리아크릴산, 폴리비닐알코올, 폴리에틸렌글리콜, 폴리아크릴로니트릴, 폴리아크릴 아미드, 카르복시메틸셀룰로오스, 폴리비닐피롤리돈, 폴리에피클로로히드린, 폴리포스파젠, 폴리비닐피리딘, 클로로설폰화폴리에틸렌, 폴리에스테르수지, 아크릴수지, 페놀수지, 에폭시 수지, 아라비아 고무, 스티렌-부타디엔 러버, 아크릴레이티드 스티렌-부타디엔 러버, 아크릴로나이트릴-부타디엔 러버, 아크릴 고무, 부틸고무, 불소고무, 에틸렌프로필렌디엔공중합체, 폴리불화비닐리덴, 불화비닐리덴-테트라플루오로에틸렌 공중합체, 헥사플루오로프로필렌 수지, 클로로트리플루오로에틸렌 수지, 플루오로비닐 수지, 퍼플루오로알킬비닐에테르 수지 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종이 가능하다. 바람직하기로 폴리아크릴산, 폴리비닐알코올, 폴리에틸렌글리콜 등이, 더욱 바람직하기로 폴리아크릴산이 사용될 수 있다. The binder is polyacrylic acid, polyvinyl alcohol, polyethylene glycol, polyacrylonitrile, polyacrylamide, carboxymethylcellulose, polyvinylpyrrolidone, polyepichlorohydrin, polyphosphazene, polyvinylpyridine, chlorosulfonated polyethylene, Polyester resin, acrylic resin, phenolic resin, epoxy resin, gum arabic, styrene-butadiene rubber, acrylated styrene-butadiene rubber, acrylonitrile-butadiene rubber, acrylic rubber, butyl rubber, fluororubber, ethylene propylene diene air A group consisting of polymers, polyvinylidene fluoride, vinylidene fluoride-tetrafluoroethylene copolymers, hexafluoropropylene resins, chlorotrifluoroethylene resins, fluorovinyl resins, perfluoroalkylvinyl ether resins, and combinations thereof One selected from is possible. Polyacrylic acid, polyvinyl alcohol, polyethylene glycol, etc. are preferably used, and polyacrylic acid may be used more preferably.

도전재는 음극 활물질의 도전성을 더욱 향상시키기 위해 사용된다. 이러한 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서멀 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다. 시판되고 있는 도전재의 구체적인 예로는 아세틸렌 블랙 계열인 쉐브론 케미칼 컴퍼니(Chevron Chemical Company)나 덴카 블랙(DenkaSingapore Private Limited), 걸프 오일 컴퍼니(Gulf Oil Company) 제품 등), 케트젠블랙(Ketjenblack), EC 계열(아르막 컴퍼니(Armak Company) 제품), 불칸(Vulcan) XC-72(캐보트 컴퍼니(Cabot Company) 제품) 및 수퍼(Super) P(Timcal 사 제품) 등이 있다.A conductive material is used to further improve the conductivity of the negative electrode active material. The conductive material is not particularly limited as long as it has conductivity without causing chemical change in the battery, and examples thereof include graphite such as natural graphite or artificial graphite; carbon black such as acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and thermal black; conductive fibers such as carbon fibers and metal fibers; metal powders such as carbon fluoride, aluminum, and nickel powder; conductive whiskeys such as zinc oxide and potassium titanate; conductive metal oxides such as titanium oxide; Conductive materials such as polyphenylene derivatives may be used. Specific examples of commercially available conductive materials include Chevron Chemical Company (Chevron Chemical Company), which is an acetylene black series, Denka Black (DenkaSingapore Private Limited), Gulf Oil Company products, etc.), Ketjenblack, EC series (Armak Company), Vulcan XC-72 (Cabot Company) and Super P (Timcal).

또한, 활물질층(20)은 추가로 증점제를 포함할 수 있다. 상기 증점제는 셀룰로오스계 화합물일 수 있으며, 예를 들어 카르복시메틸셀룰로오스(CMC), 하이드록시메틸셀룰로오스, 하이드록시에틸셀룰로오스 및 하이드록시프로필셀룰로오스로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있고, 구체적으로 카르복시메틸셀룰로오스(CMC)일 수 있다In addition, the active material layer 20 may further include a thickener. The thickener may be a cellulose-based compound, for example, one or more selected from the group consisting of carboxymethyl cellulose (CMC), hydroxymethyl cellulose, hydroxyethyl cellulose, and hydroxypropyl cellulose, and specifically, carboxymethyl cellulose (CMC)

또한, 활물질층(20)은 추가로 분산제를 포함할 수 있고, 상기 분산제는 구체적으로 수계 분산제일 수 있다.In addition, the active material layer 20 may further include a dispersing agent, and the dispersing agent may be specifically an aqueous dispersing agent.

상기 분산제로는 셀룰로오스계 화합물, 폴리비닐알코올, 폴리비닐피롤리돈, 폴리비닐아세탈, 폴리비닐에테르, 폴리비닐설폰산, 폴리비닐클로라이드(PVC), 폴리비닐리덴플루오라이드, 키토산류, 전분, 아밀로즈(amylose), 폴리아크릴아마이드, 폴리-N-이소프로필아크릴아미드, 폴리-N,N-디메틸아크릴아미드, 폴리에틸렌이민, 폴리옥시에틸렌, 폴리(2-메톡시에톡시에틸렌), 폴리(아크릴아마이드-코-디알릴디메틸암모늄 클로라이드), 아크릴로니트릴/부타디엔/스티렌(ABS) 폴리머, 아크릴로니트릴/스티렌/아크릴에스테르(ASA) 폴리머, 아크릴로니트릴/스티렌/아크릴에스테르(ASA) 폴리머와 프로필렌 카보네이트의 혼합물, 스티렌/아크릴로니트릴(SAN) 코폴리머, 또는 메틸메타크릴레이트/아크릴로니트릴/부타디엔/스티렌(MABS) 폴리머 등을 들 수 있으며, 이들 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물이 사용될 수 있다.The dispersing agent is a cellulose compound, polyvinyl alcohol, polyvinylpyrrolidone, polyvinyl acetal, polyvinyl ether, polyvinyl sulfonic acid, polyvinyl chloride (PVC), polyvinylidene fluoride, chitosans, starch, amyl Rose (amylose), polyacrylamide, poly-N-isopropylacrylamide, poly-N,N-dimethylacrylamide, polyethyleneimine, polyoxyethylene, poly(2-methoxyethoxyethylene), poly(acrylamide) -co-diallyldimethylammonium chloride), acrylonitrile/butadiene/styrene (ABS) polymer, acrylonitrile/styrene/acrylic ester (ASA) polymer, acrylonitrile/styrene/acrylic ester (ASA) polymer and propylene carbonate , a styrene/acrylonitrile (SAN) copolymer, or a methyl methacrylate/acrylonitrile/butadiene/styrene (MABS) polymer, and the like, and any one or a mixture of two or more of these may be used.

경우에 따라서, 상기 수계 음극슬러리에 충진제 등이 추가로 포함될 수 있다In some cases, a filler or the like may be further included in the aqueous cathode slurry.

상기 충진제는 음극의 팽창을 억제하는 성분으로서 사용될 수 있으며, 이차전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 섬유상 재료라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 올레핀계 중합체; 유리섬유, 탄소섬유 등의 섬유상 물질이 사용될 수 있다. The filler may be used as a component that suppresses expansion of the negative electrode, and is not particularly limited as long as it does not cause chemical change in the secondary battery and is a fibrous material. For example, olefin-based polymers such as polyethylene and polypropylene; A fibrous material such as glass fiber or carbon fiber may be used.

활물질층(20)의 형성은 공지된 바의 습식 또는 건식 코팅 방식이 사용될 수 있다. 예컨대 스핀 코팅(Spin coating), 닥터 블레이드(Doctor blade) 코팅, 딥(Dip) 코팅, 그라비어(Gravure) 코팅, 슬릿다이(Slit die) 코팅, 스크린(Screen) 코팅 등의 방법이 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.A known wet or dry coating method may be used to form the active material layer 20 . For example, there are methods such as spin coating, doctor blade coating, dip coating, gravure coating, slit die coating, and screen coating, but are not limited thereto. no.

집전체(30)는 음극 집전체이며, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예컨대 구리, 금, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 또한, 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다. 이때 상기 음극 집전체는 일반적으로 3μm 내지 500μm의 두께를 가진다. The current collector 30 is a negative electrode current collector, and is not particularly limited as long as it has conductivity without causing chemical change in the battery. For example, copper, gold, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, burnt carbon, copper, Surface treatment of carbon, nickel, titanium, silver, etc. on the surface of stainless steel, aluminum-cadmium alloy, etc. may be used. In addition, fine irregularities may be formed on the surface to enhance the bonding strength of the negative active material, and may be used in various forms such as films, sheets, foils, nets, porous materials, foams, and nonwoven fabrics. At this time, the negative current collector generally has a thickness of 3 μm to 500 μm.

리튬 이차전지lithium secondary battery

또한, 본 발명은 음극과, 양극, 상기 음극과 양극 사이에 개재된 세퍼레이터 및 전해질을 포함하는 리튬 이차전지를 제공한다. In addition, the present invention provides a lithium secondary battery including a negative electrode, a positive electrode, a separator interposed between the negative electrode and the positive electrode, and an electrolyte.

이때 음극은 전술한 바의 음극이 사용될 수 있다. At this time, the negative electrode as described above may be used as the negative electrode.

본 발명의 리튬 이차전지는 양극, 음극 및 양극과 음극 사이에 개재된 세퍼레이터로 이루어진 전극 구조체에 본 발명의 비수 전해액을 주입하여 제조할 수 있다. 이때, 전극 구조체를 이루는 양극, 음극 및 세퍼레이터는 리튬 이차전지 제조에 통상적으로 사용되던 것들이 모두 사용될 수 있다.The lithium secondary battery of the present invention can be manufactured by injecting the non-aqueous electrolyte of the present invention into an electrode structure composed of a positive electrode, a negative electrode, and a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode. At this time, as the positive electrode, the negative electrode, and the separator forming the electrode structure, those conventionally used in manufacturing a lithium secondary battery may all be used.

이때, 상기 양극은 양극 집전체 상에 양극 활물질 및 선택적으로 바인더, 도전재 및 용매 등을 포함하는 양극 활물질 슬러리를 코팅한 다음, 건조 및 압연하여 제조할 수 있다.In this case, the positive electrode may be prepared by coating a positive electrode active material slurry including a positive electrode active material and optionally a binder, a conductive material, and a solvent on a positive electrode current collector, followed by drying and rolling.

상기 양극 집전체는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것 등이 사용될 수 있다.The cathode current collector is not particularly limited as long as it does not cause chemical change in the battery and has conductivity. For example, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, fired carbon, or carbon on the surface of aluminum or stainless steel. , those surface-treated with nickel, titanium, silver, etc. may be used.

상기 양극 활물질은 리튬의 가역적인 인터칼레이션 및 디인터칼레이션이 가능한 화합물로서, 구체적으로는 코발트, 망간, 니켈 또는 알루미늄과 같은 1종 이상의 금속과 리튬을 포함하는 리튬 복합금속 산화물을 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 리튬 복합금속 산화물은 리튬-망간계 산화물(예를 들면, LiMnO2, LiMn2O4 등), 리튬-코발트계 산화물(예를 들면, LiCoO2 등), 리튬-니켈계 산화물(예를 들면, LiNiO2 등), 리튬-니켈-망간계 산화물(예를 들면, LiNi1-YMnYO2(여기에서, 0<Y<1), LiMn2-zNizO4(여기에서, 0<Z<2) 등), 리튬-니켈-코발트계 산화물(예를 들면, LiNi1-Y1CoY1O2(여기에서, 0<Y1<1) 등), 리튬-망간-코발트계 산화물(예를 들면, LiCo1-Y2MnY2O2(여기에서, 0<Y2<1), LiMn2-z1Coz1O4(여기에서, 0<Z1<2) 등), 리튬-니켈-망간-코발트계 산화물(예를 들면, Li(NipCoqMnr1)O2(여기에서, 0<p<1, 0<q<1, 0<r1<1, p+q+r1=1) 또는 Li(Nip1Coq1Mnr2)O4(여기에서, 0<p1<2, 0<q1<2, 0<r2<2, p1+q1+r2=2) 등), 또는 리튬-니켈-코발트-전이금속(M) 산화물(예를 들면, Li(Nip2Coq2Mnr3MS2)O2(여기에서, M은 Al, Fe, V, Cr, Ti, Ta, Mg 및 Mo로 이루어지는 군으로부터 선택되고, p2, q2, r3 및 s2는 각각 독립적인 원소들의 원자분율로서, 0<p2<1, 0<q2<1, 0<r3<1, 0<s2<1, p2+q2+r3+s2=1이다) 등) 등을 들 수 있으며, 이들 중 어느 하나 또는 둘 이상의 화합물이 포함될 수 있다. 이중에서도 전지의 용량 특성 및 안정성을 높일 수 있다는 점에서 상기 리튬 복합금속 산화물은 LiCoO2, LiMnO2, LiNiO2, 리튬 니켈망간코발트 산화물(예를 들면, Li(Ni0.6Mn0.2Co0.2)O2, Li(Ni0.5Mn0.3Co0.2)O2, 또는 Li(Ni0.8Mn0.1Co0.1)O2 등), 또는 리튬 니켈코발트알루미늄 산화물(예를 들면, Li(Ni0.8Co0.15Al0.05)O2 등) 등일 수 있으며, 리튬 복합금속 산화물을 형성하는 구성원소의 종류 및 함량비 제어에 따른 개선 효과의 현저함을 고려할 때 상기 리튬 복합금속 산화물은 Li(Ni0.6Mn0.2Co0.2)O2, Li(Ni0.5Mn0.3Co0.2)O2, Li(Ni0.7Mn0.15Co0.15)O2 또는 Li(Ni0.8Mn0.1Co0.1)O2 등일 수 있으며, 이들 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물이 사용될 수 있다.The cathode active material is a compound capable of reversible intercalation and deintercalation of lithium, and specifically, may include a lithium composite metal oxide containing lithium and at least one metal such as cobalt, manganese, nickel, or aluminum. there is. More specifically, the lithium composite metal oxide is lithium-manganese-based oxide (eg, LiMnO 2 , LiMn 2 O 4 , etc.), lithium-cobalt-based oxide (eg, LiCoO 2 , etc.), lithium-nickel-based oxide (eg, LiNiO 2 , etc.), lithium-nickel-manganese-based oxide (eg, LiNi 1-Y MnYO 2 (where 0<Y<1), LiMn 2-z Ni z O 4 (where , 0<Z<2), etc.), lithium-nickel-cobalt-based oxide (eg, LiNi 1-Y1 Co Y1 O 2 (here, 0<Y1<1), etc.), lithium-manganese-cobalt-based oxide (eg, LiCo 1-Y2 Mn Y2 O 2 (where 0<Y2<1), LiMn 2-z 1Co z1 O 4 (where 0<Z1<2), etc.), lithium-nickel-manganese -Cobalt-based oxide (eg, Li(Ni p Co q Mn r1 ) O 2 (here, 0<p<1, 0<q<1, 0<r1<1, p+q+r1=1) or Li(Ni p1 Co q1 Mn r2 )O 4 (where 0<p1<2, 0<q1<2, 0<r2<2, p1+q1+r2=2), etc.), or lithium-nickel- Cobalt-transition metal (M) oxides (eg, Li(Ni p2 Co q2 Mn r3 MS 2 ) O 2 where M is the group consisting of Al, Fe, V, Cr, Ti, Ta, Mg and Mo is selected from, and p2, q2, r3 and s2 are atomic fractions of independent elements, respectively, 0 <p2 <1, 0 <q2 <1, 0 <r3 <1, 0 <s2 <1, p2 + q2 + r3 +s2=1) and the like), and the like, and any one or two or more of these compounds may be included. Among them, in that the capacity characteristics and stability of the battery can be improved, the lithium composite metal oxide is LiCoO 2 , LiMnO 2 , LiNiO 2 , lithium nickel manganese cobalt oxide (eg, Li(Ni 0.6 Mn 0.2 Co 0.2 )O 2 , Li(Ni 0.5 Mn 0.3 Co 0.2 )O 2 , or Li(Ni 0.8 Mn 0.1 Co 0.1 )O 2 , etc.), or lithium nickel cobalt aluminum oxide (eg, Li(Ni 0.8 Co 0.15 Al 0.05 )O 2 etc.), etc., and considering the remarkable effect of improvement according to the type and content ratio control of the constituent elements forming the lithium composite metal oxide, the lithium composite metal oxide is Li(Ni 0.6 Mn 0.2 Co 0.2 )O 2 , Li (Ni 0.5 Mn 0.3 Co 0.2 )O 2 , Li(Ni 0.7 Mn 0.15 Co 0.15 )O 2 or Li(Ni 0.8 Mn 0.1 Co 0.1 )O 2 , etc., any one of these or a mixture of two or more may be used. .

상기 양극 활물질은 각각의 양극 합제의 전체 중량을 기준으로 80 중량% 내지 99 중량%로 포함될 수 있다.The positive electrode active material may be included in an amount of 80% to 99% by weight based on the total weight of each positive electrode mixture.

상기 바인더는 활물질과 도전재 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 양극 합제의 전체 중량을 기준으로 1 중량% 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 바인더의 예로는, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화EPDM, 스티렌-부타디엔 고무, 불소 고무, 다양한 공중합체 등을 들 수 있다.The binder is a component that assists in the bonding of the active material and the conductive material and the bonding to the current collector, and is typically added in an amount of 1% to 30% by weight based on the total weight of the positive electrode mixture. Examples of such binders include polyvinylidene fluoride, polyvinyl alcohol, carboxymethylcellulose (CMC), starch, hydroxypropylcellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene, polyethylene, polypropylene, ethylene-propylene-diene terpolymer (EPDM), sulfonated EPDM, styrene-butadiene rubber, fluororubber, various copolymers, and the like.

상기 도전재는 통상적으로 양극 합제의 전체 중량을 기준으로 1 중량% 내지 30 중량%로 첨가된다.The conductive material is typically added in an amount of 1 wt% to 30 wt% based on the total weight of the positive electrode mixture.

이러한 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 그라파이트; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼니스 블랙, 램프 블랙, 서멀 블랙 등의 탄소계 물질; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다. 시판되고 있는 도전재의 구체적인 예로는 아세틸렌 블랙 계열인 쉐브론 케미칼 컴퍼니(Chevron Chemical Company)나 덴카블랙(Denka Singapore Private Limited), 걸프 오일 컴퍼니(Gulf Oil Company) 제품 등), 케첸블랙(Ketjenblack), EC 계열(아르막 컴퍼니(Armak Company) 제품), 불칸(Vulcan) XC-72(캐보트 컴퍼니(Cabot Company) 제품) 및 수퍼(Super) P(Timcal 사 제품) 등이 있다.Such a conductive material is not particularly limited as long as it has conductivity without causing chemical change in the battery, and examples thereof include graphite; carbon-based materials such as carbon black, acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and thermal black; conductive fibers such as carbon fibers and metal fibers; metal powders such as carbon fluoride, aluminum, and nickel powder; conductive whiskeys such as zinc oxide and potassium titanate; conductive metal oxides such as titanium oxide; Conductive materials such as polyphenylene derivatives may be used. Specific examples of commercially available conductive materials include Chevron Chemical Company, which is an acetylene black series, Denka Singapore Private Limited, Gulf Oil Company products, etc.), Ketjenblack, EC series (Armak Company), Vulcan XC-72 (Cabot Company) and Super P (Timcal).

상기 용매는 NMP(N-methyl-2-pyrrolidone) 등의 유기용매를 포함할 수 있으며, 상기 양극 활물질, 및 선택적으로 바인더 및 도전재 등을 포함할 때 바람직한 점도가 되는 양으로 사용될 수 있다. 예를 들면, 양극 활물질, 및 선택적으로 바인더 및 도전재를 포함하는 고형분의 농도가 50 중량% 내지 95 중량%, 바람직하게 70 중량% 내지 90 중량%가 되도록 포함될 수 있다.The solvent may include an organic solvent such as NMP (N-methyl-2-pyrrolidone), and may be used in an amount that provides a desired viscosity when the cathode active material and optionally a binder and a conductive material are included. For example, the solid content including the positive electrode active material and, optionally, the binder and the conductive material may be included such that the concentration is 50 wt% to 95 wt%, preferably 70 wt% to 90 wt%.

상기 리튬 이차전지에 있어서, 세퍼레이터는 음극과 양극을 분리하고 리튬 이온의 이동 통로를 제공하는 것으로, 통상 리튬 이차전지에서 세퍼레이터로 사용되는 것이라면 특별한 제한 없이 사용 가능하며, 특히 전해질의 이온 이동에 대하여 저저항이면서 전해액 함습 능력이 우수한 것이 바람직하다. 구체적으로는 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 필름 또는 이들의 2층이상의 적층 구조체가 사용될 수 있다. 또 통상적인 다공성 부직포, 예를 들어 고융점의 유리 섬유, 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유 등으로 된 부직포가 사용될 수도 있다. 또, 내열성 또는 기계적 강도 확보를 위해 세라믹 성분 또는 고분자 물질이 포함된 코팅된 세퍼레이터가 사용될 수도 있으며, 선택적으로 단층 또는 다층 구조로 사용될 수 있다.In the lithium secondary battery, the separator separates the negative electrode and the positive electrode and provides a passage for lithium ion movement, and any separator used as a separator in a lithium secondary battery can be used without particular limitation. It is preferable to have an excellent ability to absorb the electrolyte while being resistant. Specifically, a porous polymer film, for example, a porous polymer film made of polyolefin-based polymers such as ethylene homopolymer, propylene homopolymer, ethylene/butene copolymer, ethylene/hexene copolymer, and ethylene/methacrylate copolymer, or these A laminated structure of two or more layers of may be used. In addition, conventional porous non-woven fabrics, for example, non-woven fabrics made of high-melting glass fibers, polyethylene terephthalate fibers, and the like may be used. In addition, a coated separator containing a ceramic component or a polymer material may be used to secure heat resistance or mechanical strength, and may be selectively used in a single layer or multilayer structure.

또, 본 발명에서 사용되는 전해질로는 리튬 이차전지 제조시 사용 가능한 유기계 액체 전해질, 또는 무기계 액체 전해질 등을 들 수 있으며, 이들로 한정되는 것은 아니다.In addition, the electrolyte used in the present invention may include an organic liquid electrolyte or an inorganic liquid electrolyte usable in manufacturing a lithium secondary battery, but is not limited thereto.

구체적으로, 상기 전해질은 유기 용매 및 리튬염을 포함할 수 있다.Specifically, the electrolyte may include an organic solvent and a lithium salt.

상기 유기 용매로는 전지의 전기 화학적 반응에 관여하는 이온들이 이동할 수 있는 매질 역할을 할 수 있는 것이라면 특별한 제한 없이 사용될 수 있다. 구체적으로 상기 유기 용매로는, 메틸 아세테이트, 에틸 아세테이트, 감마-부티로락톤, ε-카프로락톤 등의 에스테르계 용매; 디부틸 에테르 또는 테트라히드로퓨란 등의 에테르계 용매; 시클로헥사논 등의 케톤계 용매; 벤젠, 플루오로벤젠 등의 방향족 탄화수소계 용매; 디메틸카보네이트(DMC), 디에틸카보네이트(DEC), 메틸에틸카보네이트(MEC), 에틸메틸카보네이트(EMC), 에틸렌카보네이트(EC), 프로필렌카보네이트(PC) 등의 카보네이트계 용매; 에틸알코올, 이소프로필 알코올 등의 알코올계 용매; R-CN(R은 C2 내지 C20의 직쇄상, 분지상 또는 환 구조의 탄화수소기이며, 이중결합 방향 환 또는 에테르 결합을 포함할 수 있다) 등의 니트릴류; 디메틸포름아미드 등의 아미드류; 1,3-디옥솔란 등의 디옥솔란류; 또는 설포란(sulfolane)류 등이 사용될 수 있다. 이중에서도 카보네이트계 용매가 바람직하고, 전지의 충방전 성능을 높일 수 있는 높은 이온전도도 및 고유전율을 갖는 환형 카보네이트(예를 들면, 에틸렌카보네이트 또는 프로필렌카보네이트 등)와, 저점도의 선형 카보네이트계 화합물(예를 들면, 에틸메틸카보네이트, 디메틸카보네이트 또는 디에틸카보네이트 등)의 혼합물이 보다 바람직하다. 이 경우 환형 카보네이트와 사슬형 카보네이트는 약 1:1 내지 약 1:9의 부피비로 혼합하여 사용하는 것이 전해액의 성능이 우수하게 나타날 수 있다.The organic solvent may be used without particular limitation as long as it can serve as a medium through which ions involved in the electrochemical reaction of the battery can move. Specifically, examples of the organic solvent include ester-based solvents such as methyl acetate, ethyl acetate, gamma-butyrolactone, and ε-caprolactone; ether solvents such as dibutyl ether or tetrahydrofuran; ketone solvents such as cyclohexanone; aromatic hydrocarbon solvents such as benzene and fluorobenzene; carbonate solvents such as dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), methyl ethyl carbonate (MEC), ethyl methyl carbonate (EMC), ethylene carbonate (EC), and propylene carbonate (PC); alcohol solvents such as ethyl alcohol and isopropyl alcohol; nitriles such as R-CN (R is a C2 to C20 straight-chain, branched or cyclic hydrocarbon group, and may include a double-bonded aromatic ring or an ether bond); amides such as dimethylformamide; dioxolanes such as 1,3-dioxolane; Alternatively, sulfolane or the like may be used. Among them, carbonate-based solvents are preferred, and cyclic carbonates (eg, ethylene carbonate or propylene carbonate, etc.) having high ionic conductivity and high permittivity that can increase the charge and discharge performance of batteries, and low-viscosity linear carbonate-based compounds ( For example, a mixture of ethyl methyl carbonate, dimethyl carbonate or diethyl carbonate) is more preferable. In this case, when the cyclic carbonate and the chain carbonate are mixed in a volume ratio of about 1:1 to about 1:9, the performance of the electrolyte may be excellent.

상기 리튬염은 리튬 이차전지에서 사용되는 리튬 이온을 제공할 수 있는 화합물이라면 특별한 제한없이 사용될 수 있다. 구체적으로 상기 리튬염은, LiPF6, LiClO4, LiAsF6, LiBF4, LiSbF6, LiAlO4, LiAlCl4, LiCF3SO3, LiC4F9SO3, LiN(C2F5SO3)2, LiN(C2F5SO2)2, LiN(CF3SO2)2, LiCl, LiI, 또는 LiB(C2O4)2 등이 사용될 수 있다. 상기 리튬염의 농도는 0.1 내지 2.0M 범위 내에서 사용하는 것이 좋다. 리튬염의 농도가 상기 범위에 포함되면, 전해질이 적절한 전도도 및 점도를 가지므로 우수한 전해질 성능을 나타낼 수 있고, 리튬 이온이 효과적으로 이동할 수 있다.The lithium salt may be used without particular limitation as long as it is a compound capable of providing lithium ions used in a lithium secondary battery. Specifically, the lithium salt is LiPF6, LiClO 4 , LiAsF 6 , LiBF 4 , LiSbF 6 , LiAlO 4 , LiAlCl 4 , LiCF 3 SO 3 , LiC 4 F 9 SO 3 , LiN( C 2 F 5 SO 3 ) 2 , LiN(C 2 F 5 SO 2 ) 2 , LiN(CF 3 SO 2 ) 2 , LiCl, LiI, or LiB(C 2 O 4 ) 2 may be used. The concentration of the lithium salt is preferably used within the range of 0.1 to 2.0M. When the concentration of the lithium salt is within the above range, the electrolyte has appropriate conductivity and viscosity, so excellent electrolyte performance can be exhibited, and lithium ions can move effectively.

상기 전해질에는 상기 전해질 구성 성분들 외에도 전지의 수명특성 향상, 전지 용량 감소 억제, 전지의 방전 용량 향상 등을 목적으로 예를 들어, 디플루오로 에틸렌카보네이트 등과 같은 할로알킬렌카보네이트계 화합물, 피리딘, 트리에틸포스파이트, 트리에탄올아민, 환상 에테르, 에틸렌 디아민, n-글라임(glyme), 헥사인산 트리아미드, 니트로벤젠 유도체, 유황, 퀴논 이민 염료, N-치환 옥사졸리디논, N,N-치환 이미다졸리딘, 에틸렌 글리콜디알킬 에테르, 암모늄염, 피롤, 2-메톡시 에탄올 또는 삼염화 알루미늄 등의 첨가제가 1종 이상 더 포함될 수도 있다. 이때 상기 첨가제는 전해질 총 중량에 대하여 0.1 중량% 내지 5 중량%로 포함될 수 있다.In addition to the above electrolyte components, the electrolyte may include, for example, haloalkylene carbonate-based compounds such as difluoroethylene carbonate, pyridine, and triglycerides for the purpose of improving battery life characteristics, suppressing battery capacity decrease, and improving battery discharge capacity. Ethylphosphite, triethanolamine, cyclic ether, ethylene diamine, n-glyme, hexaphosphoric acid triamide, nitrobenzene derivative, sulfur, quinone imine dye, N-substituted oxazolidinone, N,N-substituted imida One or more additives such as zolidine, ethylene glycol dialkyl ether, ammonium salt, pyrrole, 2-methoxy ethanol or aluminum trichloride may be further included. In this case, the additive may be included in an amount of 0.1% to 5% by weight based on the total weight of the electrolyte.

상기와 같이 본 발명에 따른 리튬 이차전지는 우수한 방전 용량, 출력 특성 및 용량 유지율을 안정적으로 나타내기 때문에, 휴대전화, 노트북 컴퓨터, 디지털 카메라 등의 휴대용 기기, 및 하이브리드 전기자동차(hybrid electric vehicle, HEV) 등의 전기 자동차 분야 등에 유용하며, 특히 중대형 전지모듈의 구성 전지로서 바람직하게 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명은 또한 상기와 같은 이차전지를 단위 전지로 포함하는 중대형 전지모듈을 제공한다.As described above, since the lithium secondary battery according to the present invention stably exhibits excellent discharge capacity, output characteristics, and capacity retention rate, portable devices such as mobile phones, notebook computers, digital cameras, and hybrid electric vehicles (HEVs) ), etc., and is useful in the field of electric vehicles, and in particular, it can be preferably used as a component battery of a medium or large battery module. Accordingly, the present invention also provides a medium or large-sized battery module including the above secondary battery as a unit battery.

이러한 중대형 전지모듈은 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 전력저장장치 등과 같이 고출력, 대용량이 요구되는 동력원에 바람직하게 적용될 수 있다.Such medium- or large-sized battery modules may be preferably applied to power sources requiring high output and large capacity, such as electric vehicles, hybrid electric vehicles, and power storage devices.

[실시예][Example]

이하 본 발명의 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예를 기재한 것으로, 본 발명이 하기한 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.Examples and comparative examples of the present invention are described below. However, the following examples describe a preferred embodiment of the present invention, and the present invention is not limited by the following examples.

[음극 제조용 슬러리 조성물 및 음극 제조][Slurry composition for cathode preparation and preparation of cathode]

음극 활물질, 도전재로서 카본블랙(제품명: Super C65, 제조사: Timcal), 바인더를 80:10:10의 중량비로 음극 슬러리 형성용 용매로서 증류수에 첨가하여 슬러리 조성물을 제조하였다. An anode active material, carbon black (product name: Super C65, manufacturer: Timcal) as a conductive material, and a binder were added to distilled water as a solvent for forming a cathode slurry in a weight ratio of 80:10:10 to prepare a slurry composition.

음극 집전체로서 구리 집전체(두께: 8μm )의 일면에 상기 음극 슬러리를 코팅하고, 압연(roll press)하고, 130℃의 진공 오븐에서 10시간 동안 건조하여 음극 활물질층을 형성하였다.As a negative electrode current collector, the negative electrode slurry was coated on one surface of a copper current collector (thickness: 8 μm), rolled, and dried in a vacuum oven at 130 ° C. for 10 hours to form a negative active material layer.

불화 금속층을 형성하기 위해, AlF3(크기:0.1μm) 100 중량부, 폴리아크릴산(MW 45만 g/mol) 20 중량부를 증류수에 첨가하여 슬러리 조성물을 제조하였다. 상기 슬러리 조성물을 음극 활물질층 상에 코팅한 후 압연하고, 130℃의 진공 오븐에서 10시간 동안 건조하여 불화 금속층을 형성하였다. To form a metal fluoride layer, 100 parts by weight of AlF 3 (size: 0.1 μm) and 20 parts by weight of polyacrylic acid (MW 450,000 g/mol) were added to distilled water to prepare a slurry composition. After coating the slurry composition on the negative electrode active material layer, it was rolled and dried in a vacuum oven at 130° C. for 10 hours to form a metal fluoride layer.

[리튬 이차전지 제조: Half cell][Lithium secondary battery manufacturing: half cell]

상대(counter) 전극으로 Li 금속을 사용하였고, 상기에서 제조된 각각의 음극과 Li 금속 사이에 폴리올레핀 세퍼레이터를 개재시킨 후, 에틸렌 카보네이트(EC) 및 디에틸 카보네이트(DEC)를 30:70의 부피비로 혼합한 용매에 0.5 중량%의 비닐렌카보네이트 및 1M LiPF6가 용해된 전해질을 주입하여 각각 코인형 반쪽전지를 제조하였다.Li metal was used as a counter electrode, and after interposing a polyolefin separator between each negative electrode and Li metal prepared above, ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) were mixed at a volume ratio of 30:70 Coin-type half-cells were prepared by injecting an electrolyte in which 0.5 wt% of vinylene carbonate and 1M LiPF 6 were dissolved in the mixed solvent, respectively.

[시험 방법][Test Methods]

(1) 100회 수명 유지율(%) : 50사이클에서의 용량유지율은 하기 수학식 1로 정의된다. (1) 100 cycle life retention rate (%) : The capacity retention rate at 50 cycles is defined by Equation 1 below.

<수학식 1><Equation 1>

용량유지율(%) = 100회 사이클에서의 방전용량 / 1회 사이클에서의 방전용량 X 100Capacity retention rate (%) = Discharge capacity at 100 cycles / Discharge capacity at 1 cycle X 100

(2) 충방전 효율(%) : 해당 사이클에서의 충방전 효율은 수학식 2로 정의된다. (2) Charge/discharge efficiency (%) : The charge/discharge efficiency in a corresponding cycle is defined by Equation 2.

<수학식 2><Equation 2>

충방전 효율(%) = 해당 사이클에서의 방전용량 / 해당 사이클에서의 충전용량 X 100Charge/discharge efficiency (%) = Discharge capacity in a given cycle / Charge capacity in a given cycle X 100

시험예 1Test Example 1

하기 실시예 1 및 비교예 1(bare)의 조성을 갖는 불화 금속층을 형성한 음극의 충방전을 수행한 후, 불화 금속층이 LiF 및 Al2O3를 형성함을 X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS)를 통해 확인하였다. After charging and discharging the negative electrode on which the metal fluoride layer having the composition of Example 1 and Comparative Example 1 (bare) was formed, X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) confirmed that the metal fluoride layer formed LiF and Al 2 O 3 . confirmed through

도 2는 충전 후 실시예 1 및 비교예 1의 음극의 XPS 스펙트럼이다. 도 2를 보면, 비교예 1의 Si만 존재할 경우 LiF 피크가 확인되었다. 또한, 실시예 1의 경우 LiF의 피크가 비교예 1의 피크 대비 강해짐을 확인하였으며, 이는 불화 금속층인 AlF3에 기인한 것으로 보인다. 2 is XPS spectra of negative electrodes of Example 1 and Comparative Example 1 after charging. Referring to FIG. 2, when only Si of Comparative Example 1 was present, the LiF peak was confirmed. In addition, in the case of Example 1, it was confirmed that the peak of LiF was stronger than the peak of Comparative Example 1, which seems to be due to AlF 3 , which is a metal fluoride layer.

도 3은 충전 전 실시예 1의 음극의 XPS 스펙트럼으로, 강한 Al 피크가 확인되었다. 도 4는 충전 후 실시예 1의 음극의 XPS 스펙트럼으로, 음극에 AlF3와 함께 Al-O 결합이 존재함을 확인하였다.3 is an XPS spectrum of the negative electrode of Example 1 before charging, and a strong Al peak was confirmed. 4 is an XPS spectrum of the negative electrode of Example 1 after charging, confirming that Al—O bonds exist together with AlF 3 in the negative electrode.

시험예 2Test Example 2

코팅 방식에 따른 전지의 물성을 측정하기 위해 하기 표 1의 조성으로 수행한 후, 결과를 나타내었다.In order to measure the physical properties of the battery according to the coating method, the results are shown after performing the composition in Table 1 below.

구분division 음극 활물질cathode active material 불화 금속 입자
Fluoride Metal Particles
100회 수명 유지율100 cycle life retention rate 100회 충방전 효율(C.E)100 times charge/discharge efficiency (C.E)
실시예 1Example 1 SiSi AlF3 AlF 3 8585 99.9899.98 실시예 2Example 2 SiSi TiF3 TiF 3 8282 99.9899.98 실시예 3Example 3 SiSi MgF3 MgF 3 7878 99.9799.97 실시예 4Example 4 SiSi BaF3 BaF3 7575 99.9799.97 실시예 5Example 5 SiOSiO AlF3 AlF 3 9191 99.9999.99 실시예 6Example 6 Si/CSi/C AlF3 AlF 3 9090 99.9999.99 비교예 1Comparative Example 1 SiSi -- 5555 99.699.6 비교예 2Comparative Example 2 SiOSiO -- 8282 99.9899.98 비교예 3Comparative Example 3 Si/CSi/C -- 8181 99.9899.98

상기 표를 보면, 실시예 1 내지 6과 같이 불화 금속 입자를 갖는 불화 금속층을 형성한 음극을 사용할 경우, 불화 금속층이 없는 비교예 1 내지 3의 전지 대비 전지 특성에서 우수한 결과를 나타내었다.Referring to the above table, in the case of using the negative electrode having a metal fluoride layer having metal fluoride particles as in Examples 1 to 6, excellent results were obtained in terms of battery characteristics compared to the cells of Comparative Examples 1 to 3 without a metal fluoride layer.

시험예 3 Test Example 3

불화 금속층의 코팅 두께, 바인더의 종류 및 함량을 달리하여 음극을 제조하였고, 전지 물성을 측정하여 하기 표 2에 나타내었다. 이때 불화 금속층은 실시예 1을 기준으로 사용하였다.A negative electrode was prepared by varying the coating thickness of the metal fluoride layer and the type and content of the binder, and the battery properties were measured and are shown in Table 2 below. At this time, the metal fluoride layer was used based on Example 1.

구분division 불화 금속층 두께metal fluoride layer thickness 바인더 (함량)
Binder (content)
초기 효율 (%)Initial Efficiency (%) 100회 수명 유지율100 cycle life retention rate
실시예 1Example 1 10 μm10 µm PAA (20 중량부)PAA (20 parts by weight) 8080 8585 실시예 7Example 7 20 μm20 µm PAA (20 중량부)PAA (20 parts by weight) 7575 8888 실시예 8Example 8 30 μm30 µm PAA (20 중량부)PAA (20 parts by weight) 7070 9090 실시예 9Example 9 10 μm10 µm PVA(20 중량부)PVA (20 parts by weight) 7878 8282 실시예 10Example 10 10 μm10 µm PVDF (20 중량부)PVDF (20 parts by weight) 7777 8080 실시예 11Example 11 10 μm10 µm PAA (10 중량부)PAA (10 parts by weight) 7878 8181 실시예 12Example 12 10 μm 10 µm PAA (30 중량부)PAA (30 parts by weight) 7777 8282 실시예 13Example 13 10 μm 10 µm PAA (40 중량부)PAA (40 parts by weight) 7575 7878

상기 표를 보면, 불화 금속층의 두께가 증가할수록 수명유지율은 향상되나. 초기 효율이 저하되는 경향을 나타내었다. 또한, 바인더의 종류를 변화시킬 경우 PAA를 사용할 경우 가장 우수하였다. 또한, 바인더의 함량 또한 20 중량부 이내의 범위에서 가장 좋은 효과를 확인하였다.Looking at the above table, as the thickness of the metal fluoride layer increases, the life retention rate improves. The initial efficiency tended to decrease. In addition, when changing the type of binder, PAA was most excellent. In addition, the best effect was confirmed when the content of the binder was within 20 parts by weight.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 음극 활물질, 그 제조방법 및 음극 활물질을 포함하는 이차전지를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 사상에 포함된다.What has been described above is only one embodiment for carrying out a secondary battery including the negative electrode active material, its manufacturing method, and negative electrode active material according to the present invention, and the present invention is not limited to the above-described embodiment, and the following claims As claimed in the scope, it is included in the technical spirit of the present invention to the extent that various changes can be made by anyone having ordinary knowledge in the field to which the present invention belongs without departing from the gist of the present invention.

10: 불화 금속층
20: 활물질층
30: 집전체
100: 음극
10: metal fluoride layer
20: active material layer
30: entire collector
100: cathode

Claims (14)

리튬 이온을 흡장 및 방출하면서 부피가 팽창 및 수축하는 활물질층; 및
상기 활물질층 상면에 적층되는 불화 금속층을 포함하는 음극이되,
상기 불화 금속층은 충전시 적어도 일부가 전해액과 접촉하여 불화리튬막 및 금속산화물을 포함하는 피막을 형성하며,
상기 전해액은 액체 전해질이고, 상기 불화 금속층의 두께는 0.1μm 이상 20μm 이하이며,
상기 불화금속층은 불화 금속 입자 100중량부 대비 바인더 0.1중량부 내지 50 중량부로 포함하는 슬러리 상태로 제조한 다음, 활물질층 상면에 습식 코팅 후 건조에 의해 제조되는, 음극.
an active material layer whose volume expands and contracts while occluding and releasing lithium ions; and
A negative electrode including a metal fluoride layer stacked on the upper surface of the active material layer,
At least a part of the metal fluoride layer comes into contact with an electrolyte during charging to form a film including a lithium fluoride film and a metal oxide,
The electrolyte solution is a liquid electrolyte, and the thickness of the metal fluoride layer is 0.1 μm or more and 20 μm or less,
The metal fluoride layer is prepared in a slurry state containing 0.1 part by weight to 50 parts by weight of a binder based on 100 parts by weight of metal fluoride particles, and then prepared by wet coating on the upper surface of the active material layer and then drying.
삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 불화 금속 입자는 AlF3, AgF, BaF2, BiF3, BiF5, CdF2, CaF2, CeF3, CeF5, CsF2, CrF3, CoF2, CoF3, CuF2, DyF3, ErF3, EuF3, GaF3, GdF3, GeF2, GeF4, HfF4, HoF3, InF3, FeF3, LaF3, PbF2, PrF3, LiF, MgF2, MnF2, MnF3, Hg2F2, HgF2, HgF4, NaF, NbF4, NdF3, NiF2, MoF6, KF, RbF, SbF3, SbF5, ScF3, SiF4, SnF2, SnF4, SrF2, TaF5, TbF3, TiF3, TiF4, TlF, TmF3, VF3, WF5, YF3, YbF3, ZnF2, 및 ZrF4로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인, 음극.
According to claim 1,
The metal fluoride particles are AlF 3 , AgF, BaF 2 , BiF 3 , BiF 5 , CdF 2 , CaF 2 , CeF 3 , CeF 5 , CsF 2 , CrF 3 , CoF 2 , CoF 3 , CuF 2 , DyF 3 , ErF 3 , EuF 3 , GaF 3 , GdF 3 , GeF 2 , GeF 4 , HfF 4 , HoF 3, InF 3 , FeF 3 , LaF 3 , PbF 2 , PrF 3 , LiF, MgF 2 , MnF 2 , MnF 3 , Hg 2 F 2 , HgF 2 , HgF 4 , NaF, NbF 4 , NdF 3 , NiF 2 , MoF 6 , KF, RbF, SbF 3 , SbF 5 , ScF 3 , SiF 4 , SnF 2 , SnF 4 , SrF 2 , TaF 5 , TbF 3 , TiF 3 , TiF 4 , TlF, TmF 3 , VF 3 , WF 5 , YF 3 , YbF 3 , ZnF 2 , and ZrF 4 At least one member selected from the group consisting of, a negative electrode.
제1항에 있어서,
상기 불화 금속 입자는 AlF3, TiF3, MgF2, BaF2, AgF, CoF3, NaF, AgF2, CuF2, FeF3, MnF3, ZnF2, 및 ZrF4로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인, 음극.
According to claim 1,
The metal fluoride particles are AlF 3 , TiF 3 , MgF 2 , BaF 2 , AgF, CoF 3 , NaF, AgF 2 , CuF 2 , FeF 3 , MnF 3 , ZnF 2 , and ZrF 4 At least one member selected from the group consisting of , cathode.
제1항에 있어서,
상기 바인더는 폴리아크릴산, 폴리비닐알코올, 폴리에틸렌글리콜, 폴리아크릴로니트릴, 폴리아크릴아미드, 카르복시메틸셀룰로오스, 폴리비닐피롤리돈, 폴리에피클로로히드린, 폴리포스파젠, 폴리비닐피리딘, 클로로설폰화폴리에틸렌, 폴리에스테르수지, 아크릴수지, 페놀수지, 에폭시 수지, 아라비아 고무, 스티렌-부타디엔 러버, 아크릴레이티드 스티렌-부타디엔 러버, 아크릴로나이트릴-부타디엔 러버, 아크릴 고무, 부틸고무, 불소고무, 에틸렌프로필렌디엔공중합체, 폴리불화비닐리덴, 불화비닐리덴-테트라플루오로에틸렌 공중합체, 헥사플루오로프로필렌 수지, 클로로트리플루오로에틸렌 수지, 플루오로비닐 수지, 퍼플루오로알킬비닐에테르 수지로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인, 음극.
According to claim 1,
The binder is polyacrylic acid, polyvinyl alcohol, polyethylene glycol, polyacrylonitrile, polyacrylamide, carboxymethylcellulose, polyvinylpyrrolidone, polyepichlorohydrin, polyphosphazene, polyvinylpyridine, chlorosulfonated polyethylene , polyester resin, acrylic resin, phenol resin, epoxy resin, gum arabic, styrene-butadiene rubber, acrylated styrene-butadiene rubber, acrylonitrile-butadiene rubber, acrylic rubber, butyl rubber, fluoro rubber, ethylene propylene diene 1 selected from the group consisting of a copolymer, polyvinylidene fluoride, vinylidene fluoride-tetrafluoroethylene copolymer, hexafluoropropylene resin, chlorotrifluoroethylene resin, fluorovinyl resin, and perfluoroalkylvinyl ether resin More than species, the cathode.
제1항에 있어서,
상기 바인더는 폴리아크릴산, 폴리비닐알코올, 폴리에틸렌글리콜, 폴리아크릴로니트릴, 폴리불화비닐리덴, 스티렌-부타디엔 러버로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인, 음극.
According to claim 1,
The negative electrode, wherein the binder is at least one selected from the group consisting of polyacrylic acid, polyvinyl alcohol, polyethylene glycol, polyacrylonitrile, polyvinylidene fluoride, and styrene-butadiene rubber.
삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 활물질층은 리튬 이온을 가역적으로 인터칼레이션/디인터칼레이션할 수 있는 물질, 리튬 금속, 리튬금속의 합금, 리튬에 도프 및 탈도프 가능한 물질 및 전이 금속 산화물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인, 음극.
According to claim 1,
The active material layer is at least one selected from the group consisting of a material capable of reversibly intercalating/deintercalating lithium ions, lithium metal, an alloy of lithium metal, a material capable of doping and undoping lithium, and a transition metal oxide. , cathode.
제10항에 있어서,
상기 리튬에 도프 및 탈도프 가능한 물질은 탄소계 활물질, 실리콘계 활물질, 및 Sn계 활물질로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인, 음극.
According to claim 10,
The negative electrode, wherein the material capable of doping and undoping lithium is at least one selected from the group consisting of a carbon-based active material, a silicon-based active material, and a Sn-based active material.
제11항에 있어서,
상기 실리콘계 활물질은 Si, SiOx(0<x<2), Si-C 복합체, Si-Q 합금(상기 Q는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 13족 원소, 14족 원소, 15족 원소, 16족 원소, 전이금속, 희토류 원소 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 원소이며, Si은 아님) 중 어느 하나 이상인, 음극.
According to claim 11,
The silicon-based active material is Si, SiOx (0<x<2), Si—C complex, Si—Q alloy (Q is an alkali metal, an alkaline earth metal, a group 13 element, a group 14 element, a group 15 element, a group 16 element, An element selected from the group consisting of transition metals, rare earth elements, and combinations thereof, but not Si), which is any one or more of the negative electrode.
제1항에 있어서,
상기 불화 금속층이 형성되지 않은 활물질층의 타면에는 집전체가 형성되는 것인, 음극.
According to claim 1,
A negative electrode, wherein a current collector is formed on the other surface of the active material layer on which the metal fluoride layer is not formed.
음극, 양극, 세퍼레이터 및 전해액을 포함하는 이차 전지이되,
상기 음극은 제1항에 따른 음극을 포함하는 이차 전지.
A secondary battery including a negative electrode, a positive electrode, a separator and an electrolyte,
The negative electrode is a secondary battery comprising the negative electrode according to claim 1.
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