KR102542989B1 - 이차 전지, 그 제조 방법 및 당해 이차 전지를 포함하는 장치 - Google Patents

이차 전지, 그 제조 방법 및 당해 이차 전지를 포함하는 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 이차 전지, 그 제조 방법 및 당해 이차 전지를 포함하는 장치에 관한 것이다. 구체적으로, 본원의 이차 전지는 부극 시트를 포함하고, 상기 부극 시트는 부극 집전체 및 부극 필름 층을 포함하며, 상기 부극 필름 층은 제1 부극 필름 층 및 제2 부극 필름 층을 포함하고, 상기 제1 부극 필름 층은 부극 집전체의 적어도 하나의 표면에 설치되고 또한 제1 부극 활성 재료를 포함하며, 상기 제1 부극 활성 재료는 흑연을 포함하고, 상기 제1 부극 활성 재료의 입도 균일성(uniformity)은 0.4 ~ 0.6이며, 상기 제2 부극 필름 층은 제1 부극 필름 층에 설치되고 또한 제2 부극 활성 재료를 포함하며, 상기 제2 부극 활성 재료는 인조 흑연을 포함하고, 상기 제2 부극 활성 재료의 입도 균일성(uniformity)은 0.25 ~ 0.45이다. 상기 이차 전지는 비교적 높은 에너지 밀도를 가지는 전제 하에 양호한 급속 충전 성능 및 사이클 성능을 동시에 양립할 수 있다.

Description

이차 전지, 그 제조 방법 및 당해 이차 전지를 포함하는 장치
본원은 전기 화학 기술 분야에 속하는 바, 보다 구체적으로는, 이차 전지, 그 제조 방법 및 당해 이차 전지를 포함하는 장치에 관한 것이다.
이차 전지는 중량이 가볍고 오염이 없고 메모리 효과가 없는 등의 뚜렷한 특징을 갖기에 다양한 소비용 전자 제품 및 전기 자동차에 널리 응용된다.
신 에너지 자동차 발전에 따라 사람들은 자동차의 주행 거리에 더 중요한 요구를 제출하고 있다. 따라서, 에너지 원으로서의 이차 전지는 고 에너지 밀도가 요구되고 있다. 동시에 신 에너지 자동차의 충전 속도도 그 신속한 확산을 제한하는 주요한 장애로 되고 있다. 하지만, 이차 전지의 고 에너지 밀도와 급속 충전 성능은 일반적으로 충돌되고 있다. 고 에너지 밀도 설계는 일반적으로 전지의 급속 충전 성능에 악영향을 준다. 따라서, 고 에너지 밀도의 전제 하에 어떻게 급속 충전 성능을 개선하는가가 전지 설계 분야의 중요한 과제로 되고 있다.
이에 감안하여, 상기 과제를 해결할 수 있고, 비교적 높은 에너지 밀도와 양호한 급속 충전 성능 등의 특징을 겸비한 이차 전지를 제공 할 필요가 있다.
본원은, 배경 기술에 존재하는 기술적 과제에 감안하여, 이차 전지가 높은 에너지 밀도를 가지는 전제 하에 양호한 급속 충전 성능 및 사이클 성능을 동시에 양립시키는 것을 목적으로, 이차 전지 및 이를 포함하는 장치를 제공한다.
상술한 발명의 목적을 달성하기 위해, 본원의 제1 양태는 이차 전지를 제공하는 바, 이차 전지는 부극 시트를 포함하고, 상기 부극 시트는 부극 집전체 및 부극 필름 층을 포함하며, 상기 부극 필름 층은 제1 부극 필름 층 및 제2 부극 필름 층을 포함하고, 상기 제1 부극 필름 층은 부극 집전체의 적어도 하나의 표면에 설치되고 또한 제1 부극 활성 재료를 포함하며, 상기 제1 부극 활성 재료는 흑연을 포함하고, 상기 제1 부극 활성 재료의 입도 균일성(uniformity)은 0.4 ~ 0.6이며, 상기 제2 부극 필름 층은 제1 부극 필름 층에 설치되고 또한 제2 부극 활성 재료를 포함하며, 상기 제2 부극 활성 재료는 인조 흑연을 포함하고, 상기 제2 부극 활성 재료의 입도 균일성(uniformity)은 0.25 ~ 0.45이다.
본원의 제2 양태는 이차 전지의 제조 방법을 제공하고, 당해 제조 방법은 1) 부극 집전체의 적어도 하나의 표면에, 제1 부극 활성 재료를 포함하는 제1 부극 필름 층을 형성하는 단계와, 2) 상기 제1 부극 필름 층에, 제2 부극 활성 재료를 포함하는 제2 부극 필름 층을 형성하는 단계에 의해, 상기 이차 전지의 부극 시트를 제조하는 것을 포함하고, 상기 제1 부극 활성 재료는 흑연을 포함하고, 상기 제1 부극 활성 재료의 입도 균일성(uniformity)은 0.4 ~ 0.6 이며, 상기 제2 부극 활성 재료는 인조 흑연을 포함하고, 상기 제2 부극 활성 재료 입도 균일성(uniformity)은 0.25 ~ 0.45이다.
본원의 제3양태는, 본원의 제1 양태의 이차 전지 또는 본원의 제2 양태의 방법에 의해 제조된 이차 전지를 포함하는 장치에 관한 것이다.
본원은 종래 기술에 대해, 적어도 다음과 같은 유익한 효과를 포함한다. 본원의 이차 전지는 부극 시트가 제1 부극 필름 층 및 제2 부극 필름 층을 포함하고, 설계시 각 부극 필름 층의 부극 활성 재료의 상이한 조성을 제어함으로써 이차 전지가 비교적 높은 에너지 밀도를 가지는 전제 하에 양호한 급속 충전 성능 및 사이클 성능을 동시에 양립시킨다. 본원 장치는 상기 이차 전지를 포함하므로 적어도 상기 이차 전지와 같은 장점이 있다.
도 1은 본원의 이차 전지의 일 실시형태의 개략도이다.
도 2는 본원의 이차 전지의 부극 시트의 일 실시형태의 개략도이다.
도 3은 본원의 이차 전지의 부극 시트의 기타 실시형태의 개략도이다.
도 4는 본원의 이차 전지의 일 실시형태의 분해 모식도이다.
도 5는 전지 모듈의 일 실시형태의 개략도이다.
도 6은 전지 팩의 일 실시형태의 개략도이다.
도 7은 도 6의 분해도이다.
도 8은 본원의 이차 전지를 전원으로 사용되는 장치의 일 실시형태의 개략도이다.
이하, 구체적인 실시형태를 참조하여 본원을 더 설명한다. 이해되는 바와 같이, 이러한 구체적인 실시형태는 본원을 설명하기 위한 것에 불과하며, 본원의 범위를 한정하는 것은 아니다.
간결하게 하기 위해, 본 명세서는 몇 가지 수치 범위 만을 구체적으로 공개한다. 하지만 임의의 하한은 임의의 상한과 함께 명확하게 기재되지 않은 범위를 형성할 수 있고, 임의의 하한은 기타 하한과 함께 명확하게 기재되지 않은 범위를 형성할 수 있으며, 마찬가지로 임의의 상한은 임의의 기타 상한과 함께 명확하게 기재되지 않은 범위를 형성할 수 있다. 또한 각 단독으로 공개된 점 또는 단일 수치 자체는 하한 또는 상한으로서 임의의 기타 점 또는 단일 수치와 결합하거나 또는 기타 하한 또는 상한과 함께 명확하게 기재되지 않은 범위를 형성할 수 있다.
본 명세서의 설명에 있어서 별도로 지정하지 않는 한, “이상”, “이하”는 본수를 포함하고, “한 종류 또는 여러 종류”의 “여러 종류”의 의미는 두 종류 또는 두 종류 이상이다.
특별한 설명이 없는 한, 본원에 사용되는 용어는 당업자에게 일반적으로 이해되는 주지의 의미를 가진다. 특별한 설명이 없는 한, 본원에 언급 된 각 파라미터의 수치는 본 분야의 일반적인 다양한 측정 방법으로 측정할 수 있다(예를 들면, 본원의 실시예에 표시된 방법에 따라 측정할 수있다).
이차 전지
본 발명의 제1 양태는 이차 전지를 제공한다. 당해 이차 전지는 정극 시트, 부극 시트 및 전해질을 포함한다. 전지의 충 방전 과정에 있어서, 활성 이온은 정극 시트와 부극 시트 사이에서 왕복으로 삽입 탈리한다. 전해질은 정극 시트와 부극 시트 사이에서 이온을 전도하는 역할을 한다.
[부극 시트]
이차 전지에서 전지의 에너지 밀도를 증가시키기 위해, 필름 층의 면밀도 및 압밀도를 증가시키는 경향이 있지만, 면밀도 및 압밀도의 증가는 전지의 급속 충전 성능의 악화를 일으킬 수 있다. 이는 면밀도가 증가하면 활성 이온의 이동 경로가 증가하고, 압밀도가 증가함에 따라 부극 공 경로 구조가 악화되여, 그 내부에서의 활성 이온의 액상 전도에 영향을 주기 때문이다. 또한 부극 활성 재료는 사이클 과정에서 팽창이 존재하기에 활성 재료와 기판 사이의 결합력이 저하되고, 심지어 탈막이 발생하게 되며, 면밀도가 증가하면 이러한 현상이 더 심각하다. 따라서 어떻게 전지가 높은 에너지 밀도를 가지는 전제 하에, 양호한 급속 충전 성능 및 사이클 성능을 겸비하도록 하는가는 기술적으로 큰 도전으로 되고 있다.
발명자들은 대량의 실험에 의해, 부극 시트의 제조 공정을 조정함으로써 본원의 기술적 목표를 달성할 수 있다는 것을 발견하였다. 구체적으로, 본원의 이차 전지의 부극 시트는 부극 집전체 및 부극 필름 층을 포함하고, 상기 부극 필름 층은 제1 부극 필름 층 및 제2 부극 필름 층을 포함하며, 상기 제1 부극 필름 층은 부극 집전체의 적어도 하나의 표면에 설치되고 또한 제1 부극 활성 재료를 포함하며, 상기 제1 부극 활성 재료는 흑연을 포함하고, 상기 제1 부극 활성 재료의 입도 균일성은(uniformity) 0.4 ~ 0.6이고, 상기 제2 부극 필름 층은 제1 부극 필름 층에 설치되고 또한 제2 부극 활성 재료를 포함하며, 상기 제2 부극 활성 재료는 인조 흑연을 포함하고, 상기 제2 부극 활성 재료의 입도 균일성(uniformity)은 0.25 ~ 0.45이다.
본원에서 부극 활성 재료의 입도 균일성(uniformity)은 본 분야에서 주지된 의미를 가지는 바, 부극 활성 재료의 모든 입자의 입경이 체적 분포 입경 Dv50에서 벗어나는 이산 정도를 특성화할 수 있으며 , 부극 활성 재료의 입경 분포의 균일성을 반영할 수 있다.
구체적으로, 본원의 부극 시트는 제1 부극 필름 층 및 제2 부극 필름 층을 포함하고, 상하층은 모두 특정 부극 활성 재료를 포함하며, 상하층의 부극 활성 재료의 입도 균일성(uniformity)에는 분명한 차이가 존재하고, 제1 부극 활성 재료의 입도 균일성(uniformity)은 0.4 ~ 0.6의 범위 내에 있으며, 제2 부극 활성 재료의 입도 균일성(uniformity)이 0.25 ~ 0.45의 범위 내에 있는 경우, 이차 전지가 높은 에너지 밀도를 가지는 전제 하에 양호한 급속 충전 성능 및 사이클 성능을 동시에 겸비할 수 있다. 발명자들은 연구에 의해, 제1 부극 활성 재료와 제2 부극 활성 재료의 입도 균일성(uniformity)이 동시에 소정의 범위 내에 있는 경우, 제1 부극 필름 층과 제2 부극 필름 층의 활성 이온 수송 경로가 최적으로 매칭되고, 활성 이온의 액상 전도의 저항을 효과적으로 감소하고, 각 영역의 활성 이온은 액상 전도를 신속하게 완료하고 부극 활성 재료에 삽입될 수 있으며, 전지의 급속 충전 성능을 효과적으로 개선하며, 이와 동시에, 상하층의 부극 활성 재료가 특정 범위의 입도 균일성을 갖는 경우, 이차 전지를 제조한 후, 각 층의 부극 활성 재료의 사이, 부극 필름 층과 부극 집전체 사이, 및 제1 부극 필름 층과 제2 부극 필름 층 사이에 모두 적절한 접촉면을 갖고, 부극 필름 층의 탈막 위험을 감소시키기에, 전지의 사이클 성능을 효과적으로 개선함을 발견하였다.
상기 제1 부극 활성 재료의 입도 균일성(uniformity)은 0.43 ~ 0.58, 0.47 ~ 0.6, 0.47 ~ 0.55, 0.51 ~ 0.58 등일 수 있다. 일부 바람직한 실시형태에 있어서, 상기 제1 부극 활성 재료의 입도 균일성(uniformity)은 0.45 ~ 0.6 일 수 있으며, 보다 바람직하게는 0.5 ~ 0.57이다.
상기 제2 부극 활성 재료의 입도 균일성(uniformity)은 0.25 ~ 0.38, 0.26 ~ 0.45, 0.27 ~ 0.43, 0.3 ~ 0.42 등일 수 있다. 일부 바람직한 실시형태에 있어서, 상기 제2 부극 활성 재료의 입도 균일성(uniformity)은 0.3 ~ 0.4일 수 있고, 보다 바람직하게는 0.32 ~ 0.38이다.
본 발명자들은 심도있는 연구에 의해, 본원의 부극 시트가 상기 설계를 충족시키는 기초 하에, 하기 디자인 중 하나 또는 여러 개를 선택적으로 충족하는 경우, 이차 전지의 성능을 더욱 향상시킬 수 있다는 것을 발견하였다.
일부 바람직한 실시형태에 있어서, 상기 제1 부극 활성 재료의 입도 균일성(uniformity)과 상기 제2 부극 활성 재료의 입도 균일성(uniformity)과의 비는 1.05 ~ 1.9이고, 더욱 바람직하게는 1.2 ~ 1.6이다. 상하층의 부극 활성 재료의 입도 균일성(uniformity)의 비율이 상기 범위를 충족하는 경우, 각층의 부극 활성 재료가 더욱 최적화되며, 부극 시트를 제조한 후, 상하층의 부극 활성 재료 사이가 서로 이동되고 전충되어 부극 활성 재료 사이의 밀착 적층에 유리하며, 각 층의 부극 필름 층이 모두 높은 압밀도를 갖기에, 전지의 체적 에너지 밀도를 더욱 향상시키고, 따라서 동일한 디자인에서 그룹 마진이 더 우세를 가지게 되며, 따라서 전지의 사이클 성능을 더욱 향상시킨다.
일부 바람직한 실시형태에 있어서, 상기 제2 부극 활성 재료 중 상기 인조 흑연의 질량 비율은 ≥ 80%이고, 보다 바람직하게는 90% ~ 100%이다.
일부 바람직한 실시형태에 있어서, 상기 제2 부극 활성 재료는 이차 입자를 포함한다. 발명자들은 연구를 통해 제2 부극 필름 층이 위치하는 영역의 활성 이온 농도가 높고, 제2 부극 필름 층 중 활성 재료가 일정 함량의 이차 입자를 포함하는 경우, 그것이 제공할 수 있는 삽입/탈리하는 활성 이온의 채널이 많아지기에, 이는 해당 영역의 활성 이온의 실제 분포와 일치하고, 전지 급속 충전 성능 및 사이클 성능을 더욱 향상시킬 수 있음을 발견하였다.
일부 바람직한 실시형태에 있어서, 상기 제2 부극 활성 재료에 있어서 상기 이차 입자의 개수 비율(B)이 ≥ 30%이다. 보다 바람직하게는 제2 부극 활성 재료에 있어서 상기 이차 입자의 개수 비율(B)이 ≥ 50%이다. 예를 들어, B의 범위는 30% ≤ B ≤ 100%, 40% ≤ B ≤ 85%, 45% ≤ B ≤ 98%, 50% ≤ B ≤ 100%, 55% ≤ B ≤ 95%, 60% ≤ B ≤ 98%, 80% ≤ B ≤ 100%, 50% ≤ B ≤ 90% 등일 수 있다.
일부 바람직한 실시형태에 있어서, 상기 제1 부극 활성 재료의 부피 분포 입경 Dv10은 상기 제2 부극 활성 재료의 부피 분포 입경 Dv10보다 작다. 상하층의 부극 활성 재료가 상기 설계 조건을 더 충족하는 경우, 제2 부극 필름 층의 공 경로가 직선형이 되는 경향이 있고, 충전 초기의 저 SOC 상태(State of Charge, 전하 상태)에서의 활성 이온의 액상 전도에 유리하며, 이와 동시에, 제2 부극 필름 층에서 작은 입자의 활물질이 비교적 많고 입도가 작기에, 충전 말기의 고 SOC 상태에서의 활성 이온의 전하 교환에 유리하며, 이로 인해 전지 급속 충전 성능을 더욱 향상시킨다.
일부 바람직한 실시형태에 있어서, 상기 제1 부극 활성 재료의 부피 분포 입경 Dv10은 4.8μm ~ 8.0μm이고, 보다 바람직하게는 5.3μm ~ 7.3μm이다.
일부 바람직한 실시형태에 있어서, 상기 제2 부극 활성 재료의 부피 분포 입경 Dv10은 6.0μm ~ 9.5μm이고, 보다 바람직하게는 8μm ~ 9μm이다.
일부 바람직한 실시형태에 있어서, 상기 제1 부극 활성 재료의 탭밀도는 상기 제2 부극 활성 재료의 탭밀도보다 크다. 탭밀도는, 활물질의 필름 층에서의 전충 밀도를 반영할 수 있으며, 제1 부극 활성 재료의 탭밀도가 상기 제2 부극 활성 재료의 탭밀도보다 큰 경우, 제1 부극 필름 층의 전충이 보다 치밀하게 되어 있으며, 전지가 더 높은 체적 에너지 밀도를 구비하는 것을 보장할 수 있으며, 제2 부극 필름 층의 전충이 보다 희박하게 되어 있으며, 공극이 더욱 많기에, 전지가 더 뛰어난 급속 충전 성능을 구비하도록 보장할 수 있다. 따라서 당해 전지는 높은 체적 에너지 밀도와 양호한 급속 충전 성능을 동시에 겸비한다. 체적 에너지 밀도가 높기에 같은 설계 하에 그룹 마진이 더 우세를 가지게 되며, 따라서 전지의 사이클 성능을 더욱 향상시킨다.
일부 바람직한 실시형태에 있어서, 상기 제1 부극 활성 재료의 탭밀도는 0.88g/cm3 ~ 1.28g/cm3이고, 보다 바람직하게는 0.98g/cm3 ~ 1.18g/cm3이다 .
일부 바람직한 실시형태에 있어서, 상기 제2 부극 활성 재료의 탭밀도는 0.7g/cm3 ~ 1.4g/cm3이고, 보다 바람직하게는 0.8g/cm3 ~ 1.2g/cm3이다 .
일부 바람직한 실시형태에 있어서, 상기 제1 부극 활성 재료의 입도 분포 (Dv90 - Dv10)/Dv50은 1.2 ~ 2.4이고, 보다 바람직하게는 1.5 ~ 2.1이다.
일부 바람직한 실시형태에 있어서, 상기 제2 부극 활성 재료의 입도 분포 (Dv90 - Dv10)/Dv50은 0.9 ~ 1.5이고, 보다 바람직하게는 1.1 ~ 1.3이다.
일부 바람직한 실시형태에 있어서, 상기 제1 부극 활성 재료의 부피 분포 입경 Dv50은 13.7μm ~ 20.7μm이고, 보다 바람직하게는 14.7μm ~ 18.7μm이다.
일부 바람직한 실시형태에 있어서, 상기 제2 부극 활성 재료의 부피 분포 입경 Dv50은 10μm ~ 18μm이고, 보다 바람직하게는 12μm ~ 16μm이다.
일부 바람직한 실시형태에 있어서, 상기 제1 부극 활성 재료의 부피 분포 입경 Dv99은 42μm ~ 66μm이고, 보다 바람직하게는 48μm ~ 60μm이다.
일부 바람직한 실시형태에 있어서, 상기 제2 부극 활성 재료의 부피 분포 입경 Dv99은 25μm ~ 45μm이고, 보다 바람직하게는 30μm ~ 40μm이다.
일부 바람직한 실시형태에 있어서, 30000N 압력 하에서의 상기 제1 부극 활성 재료의ㅍ분말 압밀도는 1.77g/cm3 ~ 1.97g/cm3이고, 보다 바람직하게는 1.82g/cm3 ~ 1 .92g/cm3이다.
일부 바람직한 실시형태에 있어서, 30000N의 압력 하에서의 상기 제2 부극 활성 재료의 분말 압밀도는 1.65g/cm3 ~ 1.85g/cm3이고, 보다 바람직하게는 1.71g/cm3 ~ 1.80g/cm3이다.
본원에 있어서, 상기 제1 부극 활성 재료는 인조 흑연, 천연 흑연 중 한 종류 또는 여러 종류를 포함할 수 있다.
일부 바람직한 실시형태에 있어서, 상기 제1 부극 활성 재료는 인조 흑연을 포함한다.
일부 바람직한 실시형태에 있어서, 상기 제1 부극 활성 재료 중 상기 인조 흑연의 질량 비율은 ≥ 50%이고, 보다 바람직하게는 60% ~ 100%이다.
일부 바람직한 실시형태에서, 상기 부극 필름 층의 두께는 ≥ 60μm이고, 보다 바람직하게는 65μm ~ 80μm이다. 또한, 상기 부극 필름 층의 두께는 제1 부극 필름 층과 제2 부극 필름 층의 두께의 합이다.
일부 바람직한 실시형태에 있어서, 상기 제2 부극 필름 층과 상기 제1 부극 필름 층의 두께의 비는 1 : 1 ~ 3 : 2이다. 제1 부극 필름 층과 제2 부극 필름 층과의 두께의 비가 소정의 범위 내에 있는 경우, 상하층에 구배 공극 분포를 형성하는 데 유리하고, 정극으로부터 탈리된 활성 이온의 부극 필름 층 표면에서의 액상 전도 저항을 감소시키고, 이온이 표면에 적층되어 리튬 석출을 일으키는 문제가 발생하지 않도록 하고, 동시에 활성 이온의 필름 층에서의 균일한 확산은 분극을 감소시키는 데 유리하고, 전지의 급속 충전 성능 및 사이클 성능을 더욱 향상시킬 수 있다.
일부 바람직한 실시형태에서, 상기 부극 필름 층의 면밀도는 90g/m2 ~ 136g/m2이고, 바람직하게는 104g/m2 ~ 117g/m2이다. 또한, 상기 부극 필름 층의 면밀도는 부극 필름 층 전체의 면밀도(즉, 제1 부극 필름 층과 제2 부극 필름 층의 면밀도의 합계)를 가리킨다.
일부 바람직한 실시형태에서, 상기 부극 필름 층의 압밀도는 1.5g/cm3 ~ 1.75g/cm3이고, 바람직하게는 1.6g/cm3 ~ 1.7g/cm3이다. 또한, 상기 부극 필름 층의 압밀도는 부극 필름 층 전체의 압밀도(즉 부극 필름 층의 면밀도와 두께의 비율)를 가리킨다. 부극 필름 층의 압밀도가 소정의 범위 내에 있는 경우, 부극 시트가 높은 가역 용량을 갖는 동시에, 양호한 저 순환 팽창 성능 및 역학적 성능을 갖도록 하고, 따라서 전지의 에너지 밀도, 급속 충전 능력 및 사이클 성능을 더욱 향상시킬 수 있다.
본원에서 부극 활성 재료의 입도 균일성(uniformity)은 본 분야의 주지된 의미를 가지며, 본 분야에서 이미 알려진 방법으로 측정할 수 있다. 예를 들어, 표준 GB/T 19077.1-2016을 참조하여 레이저 회절 입도 분포 측정기(예를 들면 Malvern mastersizer 3000)로 직접 측정하여 얻을 수 있다.
본원에서 이차 입자는 본 분야에서 주지된 의미를 가지며, 두 개 또는 두 개 이상의 일차 입자가 응집하여 형성된 응집 상태의 입자를 가리킨다.
부극 활성 재료 중의 이차 입자의 개수 비율은 본 분야의 주지된 장치 및 방법으로 측정할 수 있다. 예를 들어, 부극 활성 재료를 전도성 결합제에 부착시키고, 길이 × 폭 = 6cm × 1.1cm의 측정 대상 샘플을 제조하고, 주사형 전자 현미경(예를 들어 ZEISSsigma 300)을 이용하여 입자 형태를 측정한다. 측정은 JY/T010-1996를 참조할 수 있다. 측정 결과의 정확성을 보장하기 위해, 측정 대상 샘플로부터 여러 개(예를 들어 20개)의 상이한 영역을 임의로 선택하여 스캔 측정을 수행하며, 일정한 확대 배율(예를 들어 1000배)로 각 영역 중 이차 입자의 개수가 전체 입자 개수에서 차지하는 백분율을 계산하면, 해당 영역에서의 이차 입자의 개수 비율이다. 상기 여러 개의 측정 영역의 측정 결과의 평균값을 부극 활성 재료 중 이차 입자의 개수 비율로 한다.
본원에 있어서, 부극 활성 재료의 Dv10, Dv50, Dv90, Dv99는 모두 본 분야에서 주지된 의미를 가지며, 본 분야에서 이미 알려진 방법으로 측정할 수 있다. 예를 들어 표준 GB/T 19077.1-2016를 참조하여 레이저 회절 입도 분포 측정기(예를 들면 Malvernmastersizer 3000)로 직접 측정하여 얻을 수 있다. 여기서, Dv10은 부극 활성 재료의 누적 체적 백분율이 10%에 도달할 경우에 해당하는 입경을 가리키고, Dv50은 부극 활성 재료의 누적 체적 백분율이 50%에 도달할 경우에 해당하는 입경을 가리키며, Dv90 는 부극 활성 재료의 누적 체적 백분율이 90%에 도달할 경우에 대응하는 입경을 가리키며, Dv99는 부극 활성 재료의 누적 체적 백분율이 99%에 도달할 경우에 대응하는 입경을 가리킨다.
본원에 있어서, 부극 활성 재료의 탭밀도는 본 분야에서 주지된 의미를 가지며, 본 분야에서 이미 알려진 방법으로 측정할 수 있다. 예를 들어, 표준 GB/T 5162-2006를 참조하여 분말 탭밀도 측정기(예하면, 중국 단동 백특사의 BT-301)를 사용하여 측정할 수 있다.
본원에 있어서, 재료의 분말 압밀도는 본 분야에서 주지된 의미를 가지며, 본 분야에서 이미 알려진 방법으로 측정할 수 있다. 예를 들어 GB/T 24533-2009를 참조하여 전자 압력 측정기(예를 들어 UTM7305)를 이용하여 측정할 수 있다. 일정량의 분말을 압밀 전용 금형에 넣고 상이한 압력을 설정하여 기기로부터 상이한 압력 하에서의 분말의 두께를 판독할 수 있으며, 상이한 압력에서의 압밀도를 계산할 수 있다. 본원에서 압력을 30000N으로 설정한다.
본원에 있어서, 부극 활성 재료의 흑연화 정도는 본 분야에서 주지된 의미를 가지며, 본 분야에서 이미 알려진 방법으로 측정할 수 있다. 예를 들어, X선 회절기(예를 들어 BrukerD8 Discover)를 이용하여 측정할 수 있고, 측정은 JISK0131-1996, JB/T 4220-2011를 참조하여 d002의 크기를 측정한 후, 공식 G =(0.344-d002)/(0.344-0.3354)×100%에 따라 흑연화 정도를 계산할 수 있으며, 여기서 d002는 nm로 계산된 흑연 결정 구조의 층 간격이다. X선 회절 분석 측정에서 CuKα 선을 방사원으로 하는 바, 파장이 λ = 1.5418
Figure 112021109704154-pct00001
이고, 주사 2θ 각도 범위가 20°~ 80°이며, 스캔 속도가 4°/min 일 수 있다.
본원에 있어서, 재료의 형태는 본 분야에서 주지된 의미를 가지며, 본 분야에서 이미 알려진 방법으로 측정할 수 있다. 예를 들어, 재료를 도전성 결합제에 부착하고, 주사 전자 현미경(예를 들어 ZEISSsigma 300)을 이용하여 입자의 형태를 측정한다. 측정은 JY/T010-1996을 참조할 수 있다.
또한, 상기 부극 활성 재료에 대한 다양한 파라미터 측정은 도포하기 전에 샘플링하여 측정할 수도 있고, 냉간 프레스 후의 부극 필름 층으로부터 샘플링하여 측정할 수도 있다.
상기 측정 샘플이 냉간 프레스 후의 부극 필름 층으로부터 샘플링되는 경우, 예를 들어, 다음과 같은 단계를 통해 샘플링할 수 있다.
(1) 먼저, 냉간 프레스 후의 부극 필름 층을 임의로 선택하고, 제2 부극 활성 재료를 샘플링(스크레이퍼로 분말을 긁어 샘플링할 수 있음), 스크레이퍼의 깊이는 제1 부극 필름 층과 제2 부극 필름 층과의 경계를 넘지 않는다.
(2) 다음으로, 제1 부극 활성 재료를 샘플링한다. 부극 필름 층의 냉간 프레스 과정에서 제1 부극 필름 층과 제2 부극 필름 층 사이의 경계에 상호 용융 층이 존재할 가능성이 있기에(즉, 상호 용융 층에 제1 활성 재료 및 제2 활성 재료가 동시에 존재함), 측정의 정확성을 위해, 제1 부극 활성 재료를 샘플링할 때, 먼저 상호 용융 층을 긁어 제거한 후, 제1 부극 활성 물질의 분말을 긁어 내어 샘플링할 수 있다.
(3) 상기 수집된 제1 부극 활성 재료 및 제2 부극 활성 재료를 각각 탈 이온수에 넣고, 또한 제1 부극 활성 재료 및 제2 부극 활성 재료를 흡인 여과하고, 건조하고, 또한 건조한 후의 각 부극 활성 재료를 일정한 온도 및 시간으로 소결(예를 들면 400℃, 2h)한 후, 결합제 및 전도성 탄소를 제거하면, 제1 부극 활성 재료 및 제2 부극 활성 재료의 측정 샘플을 얻을 수 있다.
상기 샘플링 과정에서 광학 현미경이나 전자 현미경에 의해, 제1 부극 필름 층과 제2 부극 필름 층 사이의 경계의 위치를 보조적으로 판단할 수 있다.
본원에서 사용되는 부극 활성 재료는 모두 상업적으로 얻을 수 있는 것이다.
본원에 있어서, 부극 필름 층의 총 두께는 마이크로 미터로 측정하여 얻을 수 있는 바, 예를 들어 모델명이 Mitutoyo 293-100이고 정확도가 0.1μm 인 마이크로 미터로 측정하여 얻을 수 있다.
본원에 있어서, 제1 부극 필름 층 및 제2 부극 필름 층의 두께는 주사형 전자 현미경(예를 들어 ZEISSsigma 300)을 이용하여 측정할 수 있다. 샘플의 제조는 다음과 같다. 먼저, 부극 시트를 일정한 크기의 측정 대상 샘플(예하면, 2cm × 2cm)로 절단하고, 파라핀에 의해 부극 시트를 샘플 대에 고정한다. 다음으로, 샘플 대를 샘플 선반에 넣어 잠그고 고정한 후, 아르곤 이온 단면 연마 장치(예를 들면 IB-19500CP)의 전원 및 진공 배기(예를 들면 10-4Pa)을 켜고, 아르곤 가스 유량(예를 들어 0.15mPa) 및 전압(예를 들면 8KV)과 연마 시간(예를 들면 2시간)을 설정하고, 샘플 대를 요동 모드로 조정한 후, 연마를 시작한다. 샘플 측정은 JY/T010-1996를 참조 할 수 있다. 측정 결과의 정확성을 보장하기 위해, 측정 대상 샘플로부터 여러 개(예를 들면 10개)의 상이한 영역을 임의로 선택하여 스캔 측정을 수행하며, 일정한 확대 배율(예를 들면 500배)로 스케일 측정 영역의 제1 부극 필름 층 및 제2 부극 필름 층의 각각의 두께를 판독하고, 여러 측정 영역의 측정 결과의 평균값을 제1 부극 필름 층 및 제2 부극 필름 층의 두께 평균치로 한다.
본원에 있어서, 부극 필름 층의 면밀도는 본 분야에서 주지된 의미를 가지며, 본 분야에서 이미 알려진 방법으로 측정할 수 있다. 예를 들어, 단면이 도포되고 냉간 프레스된 부극 시트(양면이 도포된 부극 시트이면 먼저 그 중 일면의 부극 필름 층을 제거함)를 취하고, 면적이 S1인 작은 웨이퍼로 펀칭하고, 계량하여, M1로 기록한다. 그 다음, 상기 계량된 부극 시트의 부극 필름 층을 제거하고, 부극 집전체의 중량을 계량하고 M0으로 기록하며, 부극 필름 층 면밀도 = (부극 시트의 무게 M1 - 부극 집전체의 무게 M0)/S1이다. 측정 결과의 정확성을 확보하기 위해, 복수 군(예를 들면 10군)의 측정 대상 샘플을 측정하여 평균을 계산하여 측정 결과로 할 수도 있다.
부극 필름 층의 압밀도는 본 분야의 주지된 의미를 가지며, 본 분야에서 이미 알려진 방법으로 측정할 수 있다. 예를 들어, 먼저 상기 측정 방법에 따라 부극 필름 층의 면밀도 및 두께를 획득하고, 부극 필름 층의 압밀도 = 부극 필름 층의 면밀도/부극 필름 층의 두께이다.
본원의 이차 전지에 있어서, 상기 제1 부극 필름 층 및/또는 상기 제2 부극 필름 층은 일반적으로 부극 활성 재료와, 선택 가능한 결합제, 선택 가능한 도전제 및 기타 선택 가능한 보조제를 포함하며, 일반적으로 부극 필름 층 슬러리를 도포하여 건조시켜 형성된다. 부극 필름 층 슬러리의 도포는 일반적으로 부극 활성 재료와, 선택 가능한 도전제 및 결합제 등을 용매에 분산시켜 균일하게 교반하여 형성되며, 용매는, 예를 들어 N- 메틸 피롤리돈(NMP) 또는 탈 이온수일 수 있다. 기타 선택 가능한 보조제는, 예를 들어, 증점 및 분산제(예를 들면, 카르복시 메틸 셀룰로오스 나트륨 CMC-Na), PTC 서미스터 재료 등일 수 있다.
예를 들어, 도전제는, 초전도 탄소, 아세틸렌 블랙, 카본 블랙, 케첸 블랙, 카본 점, 탄소 나노 튜브, 그래 핀과 탄소 나노 섬유 중 한 종류 또는 여러 종류를 포함할 수 있다.
예를 들어, 결합제, 스티렌 부타디엔 고무(SBR), 수성 아크릴 수지(water-based acryliCresin), 폴리 불화 비닐 리덴(PVDF), 폴리 테트라 플루오로 에틸렌(PTFE), 에틸렌 - 비닐 아세테이트 공중 합체(EVA) 폴리 비닐 알코올(PVA) 및 폴리 비닐 부틸알(PVB) 중 한 종류 또는 여러 종류를 포함할 수 있다.
본원의 이차 전지에 있어서, 상기 제1 부극 활성 재료 및/또는 상기 제2 부극 활성 재료는 본원의 상기 소정 흑연 재료를 사용하는 것 외에도, 추가로 일정한 량의 기타 일반적인 부극 활성 재료, 예를 들어 소프트 카본, 하드 카본, 실리콘계 재료, 주석계 재료, 티탄산 리튬 중 한 종류 또는 여러 종류를 선택적으로 첨가할 수 있다. 상기 실리콘계 재료는 단체 실리콘, 실리콘 산화물, 실리콘 탄소 복합체, 실리콘 합금 중 한 종류 또는 여러 종류에서 선택될 수 있다. 상기 주석계 재료는 단체 주석, 주석 산화물, 주석 합금 중 한 종류 또는 여러 종류에서 선택될 수 있다. 이러한 재료는 상업적으로 얻을 수 있다. 당업자는 실제 사용 환경에 따라 적절하게 선택할 수 있다.
본원의 이차 전지에 있어서, 상기 부극 집전체는 일반적으로 금속박 또는 복합 집전체(금속 재료를 고분자 기재에 설치하여 복합 집전체를 형성할 수 있음)를 사용할 수 있다. 예를 들어, 부극 집전체는 동박을 사용할 수 있다.
이해할 수 있는 바와 같이, 부극 집전체는 자체의 두께 방향에서 대향하는 두 표면을 가지고, 부극 필름 층은 부극 집전체의 두 대향하는 표면 중 어느 하나 또는 양자에 적층 설치되어 있다.
도 2는 본원의 부극 시트(10)의 일 실시형태의 개략도를 나타낸다. 부극 시트(10)는 부극 집전체(101)와, 부극 집전체의 양면에 각각 설치된 제1 부극 필름 층(103)과, 제1 부극 필름 층(103) 위에 설치된 제2 부극 필름 층(102)으로 구성되어 있다.
도 3은 본원의 부극 시트(10)의 기타 실시형태의 개략도를 나타낸다. 부극 시트(10)는 부극 집전체(101)와, 부극 집전체의 하나의 표면에 설치된 제1 부극 필름 층(103)과, 제1 부극 필름 층(103) 위에 설치된 제2 부극 필름 층(102)으로 구성되어 있다.
또한, 본원에서 제공되는 각 부극 필름 층의 파라미터(예를 들어, 부극 필름 층의 두께, 면밀도, 압밀도 등)은 모두 하나의 면의 필름 층 파라미터 범위를 가리킨다. 부극 필름 층이 부극 집전체의 두 표면에 동시에 설치되는 경우, 그 중 어느 하나의 표면의 필름 층의 파라미터가 본원을 충족하면, 본원의 보호 범위 내에 있는 것으로 인정된다. 한편, 본원에 기재된 필름 층의 두께, 면밀도, 압밀도 등의 범위는 모두 냉간 압밀에 의해 압밀된 후, 전지를 조립하는 데 사용되는 전지의 필름 층의 파라미터를 가리킨다.
또한, 본원의 이차 전지에 있어서, 부극 시트는 부극 필름 층 이외의 기타 부가적인 기능 층을 배제하는 것은 아니다. 예를 들어, 일부 실시형태에 있어서, 본원에 기재된 부극 시트는 집전체와 제1 필름 층 사이에 끼워지고, 또한 집전체의 표면에 설치된 도전성 언더 코팅층(예를 들면 도전제 및 결합제로 구성)을 더 포함한다. 기타 일부 실시형태에 있어서, 본원에 기재된 부극 시트는 제2 필름 층의 표면에 코팅된 코팅 보호 층을 더 포함한다.
[정극 시트]
본원의 이차 전지에 있어서, 상기 정극 시트는 정극 집전체와, 정극 집전체의 적어도 하나의 표면에 설치되고 또한 정극 활성 재료를 포함하는 정극 필름 층을 포함한다.
이해할 수 있는 바와 같이, 정극 집전체는 자체의 두께 방향에서 대향하는 두 표면을 가지고 정극 필름 층은 정극 집전체의 두 대향하는 표면 중 어느 하나 또는 양자에 적층 설치되어 있다.
본원의 이차 전지에 있어서, 상기 정극 집전체는 일반적으로 금속박 또는 복합 집전체(금속 재료를 고분자 기재에 설치하여 복합 집전체를 형성할 수 있음)을 사용할 수 있다. 예를 들어, 정극 집전체는 알루미늄박을 사용할 수 있다.
본원의 이차 전지에 있어서, 상기 정극 활성 재료는, 리튬 전이 금속 산화물, 올리빈 구조의 리튬 함유 인산염 및 각각의 개질 화합물 중 한 종류 또는 여러 종류를 포함할 수 있다. 리튬 전이 금속 산화물은, 예를 들어, 리튬 코발트 산화물, 리튬 니켈 산화물, 리튬 망간 산화물, 리튬 니켈 코발트 산화물, 리튬 망간 코발트 산화물, 리튬 니켈 망간 산화물, 리튬 니켈 코발트 망간 산화물, 리튬 니켈 코발트 알루미늄 산화물 및 그 개질 화합물 중 한 종류 또는 여러 종류를 포함하나 이에 한정되지 않는다. 올리빈 구조의 리튬 함유 인산염은, 예를 들어, 인산 철 리튬, 인산 철 리튬과 탄소의 복합 재료, 인산 망간 리튬, 인산 망간 리튬과 탄소 복합 재료, 인산 망간 리튬, 인산 망간 리튬과 탄소의 복합 재료 및 그 개질 화합물 중 한 종류 또는 여러 종류를 포함하나 이에 한정되지 않는다. 본원은 이러한 재료에 한정되지 않고, 기타 이차 전지 정극 활성 재료로서 사용 가능한 기존의 주지의 재료를 사용할 수 있다.
일부 바람직한 실시형태에서, 전지의 에너지 밀도를 더욱 향상시키기 위해, 정극 활성 재료는 식 1에 나타내는 리튬 전이 금속 산화물 및 그 개질 화합물 중 한 종류 또는 여러 종류를 포함할 수 있으며,
LiaNibCocMdOeAf (식 1)
상기 식 1에서, 0.8 ≤ a ≤ 1.2, 0.5 ≤ b <1, 0 <c <1, 0 <d <1, 1 ≤ e ≤ 2,0 ≤ f ≤ 1이고, M는 Mn, Al, Zr, Zn, Cu, Cr, Mg, Fe, V, Ti 및 B 중 한 종류 또는 여러 종류에서 선택되고, A는 N, F, S 및 Cl 중 한 종류 또는 여러 종류에서 선택된다.
본원에 있어서, 상기 각 재료의 개질 화합물은 재료에 도핑 개질 및/또는 표면 코팅 개질을 수행할 수 있다.
본원의 이차 전지에 있어서, 상기 정극 필름 층은 또한 결합제 및/또는 도전제를 선택적으로 포함한다.
예를 들어, 정극 필름 층에 사용되는 결합제는, 폴리 불화 비닐리덴(PVDF)와 폴리 테트라 플루오르 에틸렌(PTFE) 중 한 종류 또는 여러 종류를 포함할 수 있다.
예를 들어, 정극 필름 층에 사용되는 도전제는, 초전도 탄소, 아세틸렌 블랙, 카본 블랙, 케첸 블랙, 카본 점, 탄소 나노 튜브, 그래핀과 탄소 나노 섬유 중 한 종류 또는 여러 종류를 포함할 수 있다.
[전해질]
전해질은 정극 시트와 부극 시트 사이에서 이온을 전도하는 역할을 한다. 본원은 전해질의 종류를 구체적으로 한정하지 않는 바, 수요에 따라 선택할 수 있다. 예를 들면, 전해질은 고체 전해질 및 액체 전해질(즉 전해액) 중 적어도 하나로부터 선택될 수 있다.
일부 실시형태에 있어서, 전해질은 전해액을 사용한다. 전해액은 전해질 염 및 용매를 포함한다.
일부 실시형태에 있어서, 전해질 염은, LiPF6(헥사 플루오로 인산 리튬), LiBF4(테트라 플루오로 붕산 리튬), LiClO4(과염소산 리튬), LiAsF6(헥사 플루오로 비 산 리튬), LiFSI(디 플루오로 술포닐 이미드 리튬), LiTFSI(비스(트리 플루오로 메탄 설포닐) 이미드 리튬), LiTFS(트리 플루오로 메탄 술폰산 리튬), LiDFOB(디 플루오로 옥살산 붕산 리튬), LiBOB(디 옥살산 붕산 리튬 ), LiPO2F2(디 플루오로 인산 리튬), LiDFOP(디 플루오로 디 옥살산 인산 리튬) 및 LiTFOP(테트라 플루오로 옥살산 인산 리튬) 중 한 종류 또는 여러 종류에서 선택된다.
일부 실시형태에 있어서, 용매는, 에틸렌 카보네이트(EC), 프로필렌 카보네이트(PC), 에틸 메틸 카보네이트(EMC), 디 에틸 카보네이트(DEC), 디 메틸 카보네이트(DMC), 디 프로필 카보네이트(DPC), 메틸 프로필 카보네이트(MPC), 에틸 프로필 카보네이트(EPC), 부틸렌 카보네이트(BC), 플루오르 에틸렌 카보네이트(FEC) 포름산 메틸(MF), 메틸 아세테이트(MA), 에틸 아세테이트(EA), 초산 프로필(PA), 프로피온산 메틸(MP), 프로피온산 에틸(EP), 프로피온산 프로필(PP), 낙산 메틸(MB), 낙산 에틸(EB), 1,4-부티로 락톤(GBL), 설 포란(SF), 디메틸 설폰(MSM), 메틸 에틸 케톤(EMS) 및 디 에틸 설폰(ESE) 중 한 종류 또는 여러 종류에서 선택된다.
일부 실시형태에 있어서, 전해액은 선택적으로 첨가제를 더 포함할 수 있다. 예를 들어 첨가제는 부극 성막 첨가제를 포함할 수도 있고, 정극 성막 첨가제를 포함할 수도 있고, 또한 전지의 일부 성능을 향상시킬 수 있는 첨가제, 예를 들어 전지의 과충전 성능을 개선하는 첨가제, 전지 고온 성능을 개선하는 첨가제, 전지의 저온 성능을 개선하는 첨가제 등을 포함할 수 있다.
[세퍼레이터]
전해액을 사용하는 이차 전지 및 고체 전해질을 사용하는 일부 이차 전지에서는 세퍼레이터를 더 포함한다. 세퍼레이터는 정극 시트와 부극 시트 사이에 설치되어 격리의 역할을 한다. 본원은 세퍼레이터의 종류를 특별히 한정하지 않고, 임의의 주지의 양호한 화학적 안정성 및 기계적 안정성을 갖는 다공성 구조의 세퍼레이터를 선택할 수 있다. 일부 실시형태에 있어서, 세퍼레이터의 재질은 유리 섬유, 부직포, 폴리에틸렌, 폴리 프로필렌 및 폴리 불화 비닐리덴 중 한 종류 또는 여러 종류에서 선택될 수 있다. 세퍼레이터는 단층 필름일 수도 있고, 다층 복합 필름일 수도 있다. 세퍼레이터가 다층 복합 필름인 경우, 각층의 재료는 같을 수도 있고 다를 수도 있다.
일부 실시형태에 있어서, 정극 시트, 부극 시트 및 세퍼레이터는 권취 공정 또는 적층 공정을 거쳐, 전극 어셈블리를 제조할 수 있다.
일부 실시형태에 있어서, 이차 전지는 외포장을 포함할 수 있다. 당해 외포장은 정극 시트, 부극 시트 및 전해질을 밀봉하기 위해 사용된다.
일부 실시형태에 있어서,이차 전지의 외포장은 경질 케이스, 예를 들어 경질 플라스틱 케이스, 알루미늄 케이스, 스틸 케이스 등일 수 있다. 이차 전지의 외포장은, 예를 들어 봉투형 소프트 백과 같은 소프트 백일 수 있다. 소프트 백의 재질은 플라스틱일 수 있는 바, 예를 들어 폴리 프로필렌(PP), 폴리 부틸렌 테레프탈레이트(PBT), 폴리 부틸렌 숙시네이트(PBS) 등 중 한 종류 또는 여러 종류일 수 있다.
본원은 이차 전지의 형상을 특별히 한정하지 않는 바, 원통형, 사각형 또는 기타 임의의 형상일 수 있다. 도 1은 일례로서 사각형 구조의 이차 전지(5)를 나타낸다.
일부 실시형태에 있어서, 도 4를 참조하면, 외포장은 케이스(51)와 커버 플레이트(53)를 포함할 수 있다. 그 중, 케이스(51)는 밑판과 밑판에 연결된 측판을 포함할 수 있으며, 밑판과 측판이 둘러싸여 수용실을 형성한다. 케이스(51)는 수용실에 연통된 개구를 가지며, 커버 플레이트(53)는 상기 개구를 커버할 수 있으며, 이에 의해, 상기 수용실을 밀봉한다. 정극 시트, 부극 시트 및 세퍼레이터는 권취 공정 또는 적층 공정을 거쳐, 전극 어셈블리(52)를 형성할 수 있다. 전극 어셈블리(52)는 상기 수용실에 밀봉된다. 전해액은 전극 어셈블리(52) 내에 침윤된다. 이차 전지(5)에 포함된 전극 어셈블리(52)의 개수는 하나 또는 복수 개일 수 있는 바, 수요에 따라 조정될 수 있다.
일부 실시형태에 있어서, 이차 전지는 전지 모듈로서 조립될 수도 있는 바, 전지 모듈에 포함된 이차 전지의 개수는 복수 개일 수 있으며, 구체적인 개수는 전지 모듈의 응용과 용량에 따라 조정될 수 있다.
도 5는 일례로서의 전지 모듈(4)이다. 도 5를 참조하면, 전지 모듈(4)에 있어서, 복수 개의 이차 전지(5)는 전지 모듈(4)의 길이 방향에 따라 순차적으로 배열될 수 있다. 물론, 기타 임의의 방법으로 배치될 수도 있다. 또한, 체결 부재에 의해 복수 개의 이차 전지(5)를 고정할 수 있다.
선택 가능하게, 전지 모듈(4)은 또한 수납 공간을 가지는 하우징을 포함할 수 있고, 복수의 이차 전지(5)는 당해 수용 공간에 수납된다.
일부 실시형태에 있어서, 상술한 전지 모듈은 전지 팩으로서 조립될 수 있는 바, 전지 팩에 포함된 전지 모듈의 개수는 전지 팩의 응용과 용량에 따라 조정될 수 있다.
도 6과 도 7은 일례로서의 전지 팩(1)이다. 도 6과 도 7을 참조하면, 전지 팩(1)은, 전지 박스와 전지 박스 내에 설치된 복수의 전지 모듈(4)을 포함할 수 있다. 전지 박스는 상부 박스 본체(2) 및 하부 박스 본체(3)를 포함하고, 상부 박스 본체(2)는, 하부 박스 본체(3)를 커버하도록 배치되어, 전지 모듈(4)을 수납하는 밀폐 공간을 형성한다. 복수의 전지 모듈(4)은 임의의 방법으로 전지 박스에 배치된다.
이차 전지의 제조 방법
본원의 제2 양태에 있어서, 이차 전지의 제조 방법을 제공는 바, 당해 제조 방법은,
1) 부극 집전체의 적어도 하나의 표면에, 제1 부극 활성 재료를 포함하는 제1 부극 필름 층을 형성하는 단계와,
2) 상기 제1 부극 필름 층에, 제2 부극 활성 재료를 포함하는 제2 부극 필름 층을 형성하는 단계에 의해, 상기 이차 전지의 부극 시트를 제조하는 것을 포함하고,
상기 제1 부극 활성 재료는 흑연을 포함하고, 상기 제1 부극 활성 재료의 입도 균일성(uniformity)은 0.4 ~ 0.6 이며,
상기 제2 부극 활성 재료는 인조 흑연을 포함하고, 상기 제2 부극 활성 재료 입도 균일성(uniformity)은 0.25 ~ 0.45이다.
본원의 이차 전지의 제조 방법에 있어서, 제1 부극 필름 층 및 제2 부극 필름 층은 한번에 동시에 도포될 수도 있고, 두번에 나뉘어 도포될 수도 있다.
일부 바람직한 실시형태에서, 제1 부극 필름 층과 제2 부극 필름 층을 한번에 동시에 도포한다. 한번 동시에 도포하면, 제1 부극 필름 층과 제2 부극 필름 층 사이의 결합성이 더욱 양호하고, 전지 사이클 성능을 개선하는데 유리하다.
본원의 부극 시트의 제조 방법 이외에, 본원의 이차 전지의 기타 구조 및 제조 방법 자체는 주지되어 있다. 예를 들면, 본원의 정극 시트는 다음의 제조 방법에 따라 제조할 수 있다. 정극 활성 재료와 선택 가능한 도전제(예를 들면, 카본 블랙 등의 탄소 재료), 결합제(예를 들면 PVDF) 등을 혼합한 후, 용매(예를 들면 NMP) 중에 분산시켜 균일하게 교반한 후, 정극 집전체에 도포하고 건조시켜, 정극 시트를 얻는다. 정극 집전체로는 알루미늄박 등의 금속박 및 다공성 금속 등의 재료를 사용할 수 있다. 정극 시트를 제조할 때, 정극 집전체의 미 도포 영역에 펀칭 또는 레이저 다이 커팅 등의 방식으로 정극 탭을 얻을 수 있다.
마지막으로, 정극 시트, 세퍼레이터, 부극 시트를 순차적으로 적층하고, 세퍼레이터가 정극 시트와 부극 시트 사이에 위치하여 격리의 역할을 하도록 하고, 권취(또는 적층) 공정을 통해 전극 어셈블리를 얻는다. 전극 어셈블리를 외포장에 넣고 건조시킨 후 전해액을 주입하고, 진공 패키지, 정치, 화성, 성형 등의 공정을 거쳐 이차 전지를 얻는다. 본원의 이차 전지에 있어서, 정극 시트, 부극 시트 및 세퍼레이터는 권취 공정을 거쳐 권취 구조의 전극 어셈블리를 제조할 수도 있고, 적층 공정을 거쳐 적층 구조의 전극 어셈블리를 제조할 수도 있다.
장치
본원의 제3 양태는 장치를 제공한다. 당해 장치는 본원의 제1 양태의 이차 전지 또는 본원의 제2 양태의 방법에 의해 제조된 이차 전지를 포함한다. 상기 이차 전지는 장치의 전원으로서 사용될 수도 있고, 상기 장치의 에너지 저장 장치로서 사용될 수도 있다. 본원의 장치는 본원에서 제공하는 이차 전지를 사용하기에, 적어도 상기 이차 전지와 같은 장점이 있다.
상기 장치는 휴대 기기(예를 들어, 휴대폰, 노트북 등), 전기 자동차(예를 들어, 순수 전기 자동차, 하이브리드 전기 자동차, 플러그인 하이브리드 전기 자동차, 전기 자전거, 전기 스쿠터, 전기 골프 카트, 전동 트럭 등), 전기 기차, 선박 및 위성, 에너지 저장 시스템 등일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
상기 장치는 사용 요구에 따라 이차 전지, 전지 모듈 또는 전지 팩을 선택할 수 있다.
도 8은 일례로서의 장치이다.해당 장치는 순수 전기 자동차, 하이브리드 전기 자동차 또는 플러그인 하이브리드 전기 자동차 등이다. 해당 장치는 이차 전지에 대한 높은 전력과 높은 에너지 밀도의 수요를 충족하기 위해, 전지 팩 또는 전지 모듈을 사용할 수 있다.
기타 예로서의 장치는 휴대 전화, 태블릿 컴퓨터, 노트북 등 일 수 있다. 해당 장치는 일반적으로 박형화를 요구하기에, 이차 전지를 전원으로 사용할 수 있다.
다음으로, 실시예를 참조하여 본원의 유익한 효과를 더 설명한다.
실시예
본원의 발명 목적, 기술적 해결 수단 및 유용한 기술적 효과를 보다 명확하게 하기 위해, 이하 실시예와 조합하여 본원을 더욱 상세하게 설명한다. 하지만 이해할 수 있다시피, 본원의 실시예는 본원을 설명하기 위한 것에 불과하고, 본원을 한정하는 것은 아니며, 또한 본원의 실시예는 명세서에서 설명된 실시예에 한정되는 것은 아니다. 실시예에 구체적인 실험 조건이나 작업 조건이 기재되어 있지 않은 경우, 일반적인 조건에 따라 제조되거나 또는 재료 공급 업체가 추천하는 조건에 따라 제조된다.
가. 이차 전지의 제조
실시예 1
1) 정극 시트의 제조
리튬 니켈 코발트 망간 3원 활물질인 LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2(NCM811), 도전제인 카본 블랙(Super-P), 결합제인 폴리 불화 비닐리덴(PVDF)을 중량비 94 : 3 : 3에 따라, N- 메틸 피롤리돈 용매(NMP)에서 충분히 교반하여 균일하게 혼합한 후, 슬러리를 알루미늄박 집전체에 도포하고, 건조, 냉간 프레스, 스트립 분할, 절단 등의 공정에 의해 정극 시트를 얻으며, 또한, 정극 집전체의 미 도포 영역에 정극 탭을 펀칭한다. 정극 필름 층의 면밀도는 17.3mg/cm2이며, 압밀도는 3.5g/cm3이다.
2) 부극 시트의 제조
제1 단계에 있어서, 부극 슬러리1을 제조한다. 제1 부극 활성 재료(자세한 내용은 표 1을 참조), 결합제인 SBR, 증점제인 카르복시 메틸 셀룰로오스 나트륨(CMC-Na), 도전제인 카본 블랙(Super-P)을 96.2 : 1.8 : 1.2 : 0.8의 중량비로 탈 이온수와 함께 일정한 순서로 교반 탱크에 첨가하여 혼합하여 부극 슬러리1을 제조하고, 여기에서 제1 부극 활성 재료의 입도 균일성(uniformity)은 0.43이다.
제2 단계에 있어서, 부극 슬러리2를 제조한다. 제2 부극 활성 재료(자세한 내용은 표 1을 참조), 결합제인 SBR, 증점제인 카르복시 메틸 셀룰로오스 나트륨(CMC-Na), 도전제인 카본 블랙(Super-P)을 96.2 : 1.8 : 1.2 : 0.8의 중량비로 탈 이온수와 함께 일정한 순서로 교반 탱크에 첨가하고 혼합하여 부극 슬러리2를 제조한다. 제2 부극 활성 재료의 입도 균일성(uniformity)은 0.35이며, 제2 부극 활성 재료에서의 이차 입자의 개수 비율은 95%이다.
제3 단계에 있어서, 이중 캐비티 도포 장치에 의해 부극 슬러리1과 부극 슬러리2를 동시에 압출한다. 부극 슬러리1을 부극 집전체에 도포하여 제1 부극 필름 층을 형성하고, 부극 슬러리2를 제1 부극 필름 층에 도포하여 제2 부극 필름 층을 형성한다. 부극 필름 층의 면밀도는 11.0mg/cm2이다.
제4 단계에 있어서, 도포된 습윤 필름을 오븐에 넣어 상이한 온도 범위에서 소성하여 건조한 시트를 얻고, 또한 냉간 프레스를 통해, 필요한 부극 필름 층을 얻으며, 여기서, 부극 필름 층의 압밀도는 1.65g/cm3이며, 또한, 스트립 분할, 절단 등의 공정을 거쳐 부극 시트를 얻으며, 또한 부극 집전체의 미 도포 영역에 부극 탭을 펀칭한다.
3) 세퍼레이터
PE(폴리 에틸렌) 필름을 세퍼레이터로 선택한다.
4) 전해액의 조제
에틸렌 카보네이트(EC), 에틸 메틸 카보네이트(EMC), 디 에틸 카보네이트(DEC)를 체적비 1 : 1 : 1로 혼합한 후, 충분히 건조된 리튬 염 LiPF6를 1mol/L의 비율로 혼합 유기 용매에 용해하여 전해액을 조제한다.
5) 전지의 제조
상기 정극 시트, 세퍼레이터, 부극 시트를 순차적으로 적층하고, 또한 세퍼레이터와 부극 시트 사이에 참조 전극(참조 전극은 전지 샘플의 성능 검출에 사용되며, 리튬 시트, 리튬 와이어 등을 선택할 수 있으며, 참조 전극은 세퍼레이터에 의해 분리되고, 정부 극의 임의의 일측과의 접촉을 방지함)을 추가하고, 권취하여 전극 어셈블리를 얻고, 전극 어셈블리를 외포장에 넣고, 상기 전해액을 주입하여, 패키지, 정치, 화성, 노화 등의 공정을 거쳐, 이차 전지를 얻는다.
실시예 2 ~ 19 및 비교예 1 ~ 6의 이차 전지는 실시예 1의 이차 전지의 제조 방법과 유사하지만, 부극 시트의 구성 및 제품 파라미터가 조정되어 있으며, 상이한 제품 파라미터는 표 1과 표 2를 참조할 수 있다.
나. 성능 파라미터 측정 방법
1. 급속 충전 성능 측정
25℃에서 상기 각 실시예와 비교예에서 제조된 이차 전지에 대해, 1C(즉, 1h 내에 이론 용량이 완전히 방출되는 전류 값)의 전류로 제1 회 충전 및 방전을 수행하는 바, 구체적으로, 전지를 1C의 속도로 충전 컷오프 전압 V1까지 정전류 충전한 후, 전류가 ≤ 0.05C 될 때까지 정전압 충전하고, 5min 동안 정치하고, 0.33C 배율로 방전 컷오프 전압 V2까지 정전류 방전하며, 실제 용량을 C0로 기록하는 것을 포함한다.
그 다음, 전지에 대해, 순차적으로 0.5C0, 1C0, 1.5C02C0, 2.5C0, 3C0, 3.5C0, 4C0, 4.5C0로 전체 전지 충전 컷오프 전압 V1 또는 0V 부극 컷오프 전위(먼저 도달한 것을 기준으로 함)까지 정전류 충전하고, 매번 충전후 1C0로 전체 전지 방전 컷오프 전압 V2까지 방전해야 하며, 상이한 충전 배율로 10%, 20%, 30%, ……, 80%SOC(State ofCharge, 전하 상태)까지 충전하는 경우에 해당하는 부극 전위를 기록하고, 상이한 SOC 상태에서의 충전 배율 - 부극 전위의 그래프를 그려, 선형 피팅한 후, 상이한 SOC 상태에서 부극 전위가 0V 인 경우에 해당하는 충전 배율을 얻으면, 해당 배율이 상기 SOC 상태에서의 충전 원도우가 되는 바, 각각C10%SOC, C20%SOC, C30%SOC, C40%SOC, C50%SOC, C60%SOC, C70%SOC, C80%SOC 로 기록하고, 공식(60/C10%SOC + 60/C20%SOC + 60/C30%SOC + 60/C40%SOC + 60/C50%SOC + 60/C60%SOC + 60/C70%SOC + 60/C80%SOC ) × 10%에 따라 당해 전지가 10% SOC에서 80% SOC까지 충전하는 충전 시간(T)을 계산하고, 단위는 min이다. 해당 시간이 짧을수록 전지의 급속 충전 성능이 뛰어난다.
(2) 사이클 특성 측정
25℃에서 상기 각 실시예 및 비교예에서 제조된 이차 전지에 대해 1C(즉, 1h 내에 이론 용량이 완전히 방출되는 전류 값)의 전류로 제1회 충전 및 방전을 수행하고 충전은 정전류 정전압 충전이며, 종료 전압은 4.2V이고, 컷오프 전류는 0.05C이며, 방전 종료 전압은 2.8V이며, 전지의 초기 사이클에서의 방전 용량 Cb를 기록한다. 그 다음, 1C/1C 사이클 측정을 실시하여 전지의 방전 용량 Ce를 수시로 기록하고 Ce와 Cb의 비가 사이클 용량 유지율이며, 사이클 용량 유지율이 80%일 경우 측정을 정지하고, 사이클 회수를 기록한다.
다. 각 실시예, 비교예의 측정 결과
상기 방법에 따라 각 실시예 및 비교예의 전지를 각각 제조하고, 각 성능 파라미터를 측정하면 결과는 다음 표 1 및 표 2를 참조할 수 있다.
번호 제1 부극 활성 재료의 종류 및 질량 비율 제1 부극 활성 재료의 입도 균일성 제2 부극 활성 재료의 종류 및 질량 비율 제2 부극 활성 재료의 입도 균일성 제1 부극 활성 재료와 제2 부극 활성 재료의 입도 균일성의 비 급속 충전 성능
（분）		 사이클 성능
실시예1 100% 인조 흑연 0.43 100% 인조 흑연 0.35 1.23 20.7 1639
실시예2 100% 인조 흑연 0.47 100% 인조 흑연 0.35 1.34 19.3 1768
실시예3 100% 인조 흑연 0.51 100% 인조 흑연 0.35 1.46 18.5 1825
실시예4 100% 인조 흑연 0.55 100% 인조 흑연 0.35 1.57 19.1 1934
실시예5 100% 인조 흑연 0.58 100% 인조 흑연 0.35 1.66 20.3 1624
실시예6 100% 인조 흑연 0.53 100% 인조 흑연 0.27 1.96 21.5 1409
실시예7 100% 인조 흑연 0.53 100% 인조 흑연 0.32 1.66 19.5 1603
실시예8 100% 인조 흑연 0.53 100% 인조 흑연 0.35 1.51 18.9 1795
실시예9 100% 인조 흑연 0.53 100%인조 흑연 0.38 1.39 18.6 1806
실시예10 100% 인조 흑연 0.53 100% 인조 흑연 0.43 1.23 20.4 1735
실시예11 80% 인조 흑연 + 20% 천연 흑연 0.53 100% 인조 흑연 0.35 1.51 18.2 1701
실시예12 60% 인조 흑연 + 40% 천연 흑연 0.57 100% 인조 흑연 0.35 1.63 17.9 1513
실시예13 100% 천연 흑연 0.48 100% 인조 흑연 0.35 1.37 23.8 1324
실시예14 100% 인조 흑연 0.53 98% 인조 흑연 + 2% 일산화 규소 0.35 1.51 18.7 1575
비교예1 100% 인조 흑연 0.53 100% 인조 흑연 0.23 2.30 26.1 730
비교예2 100% 인조 흑연 0.53 100% 인조 흑연 0.51 1.04 28.3 485
비교예3 100% 인조 흑연 0.36 100% 인조 흑연 0.35 1.03 27.8 673
비교예4 100% 인조 흑연 0.65 100% 인조 흑연 0.35 1.86 25.1 589
비교예5 100% 천연 흑연 0.48 100% 인조 흑연 0.24 2.00 26.5 627
비교예6 100% 천연 흑연 0.48 100% 인조 흑연 0.47 1.02 29.3 471
번호 제1 부극 활성 재료의 종류 제1 부극 활성 재료의 균일성 제2 부극 활성 재료의 종류 제2 부극 활성 재료의 균일성 제2 부극 활성 재료의 형태 급속 충전 성능
（분）		 사이클 성능
실시예14 100% 인조 흑연 0.53 100%인 조 흑연 0.35 이차 입자의 개수 비율은85% 19.3 1713
실시예15 100% 인조 흑연 0.53 100% 인조 흑연 0.35 이차 입자의 개수 비율은70% 18.2 1830
실시예16 100% 인조 흑연 0.53 100% 인조 흑연 0.35 이차 입자의 개수 비율은50% 18.5 1765
실시예17 100% 인조 흑연 0.53 100% 인조 흑연 0.35 이차 입자의 개수 비율은30% 19.6 1656
실시예18 100% 인조 흑연 0.53 100% 인조 흑연 0.35 이차 입자의 개수 비율은15% 20.1 1567
실시예19 100% 인조 흑연 0.53 100% 인조 흑연 0.35 이차 입자의 개수 비율은3% 21.3 1489
먼저, 실시예 1 ~ 13 및 비교예 1 ~ 6의 데이터로부터 알 수 있다시피, 제1 부극 활성 재료의 입도 균일성(uniformity)이 0.4보다 작거나 또는 0.6보다 크거나, 또는 제2 부극 활성 재료의 입도 균일성(uniformity)이 0.25보다 작거나 또는 0.45보다 큰 경우, 전지는 모두 급속 충전 성능 및 사이클 성능을 동시에 양립할 수 없으며, 특히 사이클 성능이 매우 낮다. 제1 부극 활성 재료의 입도 균일성(uniformity)이 0.4 ~ 0.6이고 또한 제2 부극 활성 재료의 입도 균일성(uniformity)이 0.25 ~ 0.45 인 경우, 전지의 급속 충전 성능 및 사이클 성능이 모두 양호하다. 전지의 급속 충전 성능 및 주기성의 균형을 고려하면, 제1 부극 활성 재료의 입도 균일성(uniformity)은 바람직하게는 0.45 ~ 0.6이며, 보다 바람직하게는 0.5 ~ 0.57이다. 제2 부극 활성 재료의 입도 균일성(uniformity)은 바람직하게는 0.3 ~ 0.4이며, 보다 바람직하게는 0.32 ~ 0.38이다.
또한, 실시예 1 ~ 13 및 비교예 1 ~ 6의 데이터는 또한, 상기 제1 부극 활성 재료의 입도 균일성과 상기 제2 부극 활성 재료의 입도 균일성과의 비는 바람직한 범위가 존재하고, 해당 비의 값이 1.05 ~ 1.9이며, 보다 바람직하게는 1.2 ~ 1.6 인 경우, 전지의 종합 성능이 더욱 우수하다는 것을 반영하고 있다.
또한, 실시예 14 ~ 19의 비교로부터 알 수 있다시피, 제1 부극 활성 재료의 입도 균일성(uniformity)이 0.4 ~ 0.6 인 동시에 제2 부극 활성 재료의 입도 균일성(uniformity)이 0.25 ~ 0.45 인 전제 하에, 제2 부극 활성 재료 중 이차 입자의 개수 비율도 전지 성능에 일정한 영향을 미친다. 특히, 제2 부극 활성 재료 중 이차 입자의 개수 비율(B)이 ≥ 30% 인 경우, 전지의 급속 충전 성능 및 사이클 성능이 크게 향상된다.
또한 보충 설명해야 할 것은, 상기 명세서의 공개 및 지도에 따라, 본원이 속하는 분야의 당업자는 상기 실시 형태에 대해 적절한 변경 및 수정을 할 수 있다. 따라서 본원은 이상에 개시 및 설명된 구체적인 실시형태에 한정되는 것이 아니라, 본원에 대한 일부 수정 및 변경도 본원의 청구항의 보호 범위에 포함된다. 또한, 본 명세서에서 일부 특정 용어를 사용하고 있는데, 이러한 용어는 설명을 용이하게 하기 위한 것이며, 본원을 한정하는 것은 아니다.
1: 전지 팩; 2: 상부 박스 본체; 3: 하부 박스 본체; 4: 전지 모듈; 5: 이차 전지; 51: 케이스; 52: 전극 어셈블리; 53: 커버 플레이트; 10: 부극 시트; 101: 부극 집전체; 102: 제2 부극 필름 층; 103: 제1 부극 필름 층.

Claims (22)

  1. 이차 전지에 있어서,
    부극 시트를 포함하고,
    상기 부극 시트는 부극 집전체 및 부극 필름 층을 포함하며,
    상기 부극 필름 층은 제1 부극 필름 층 및 제2 부극 필름 층을 포함하고,
    상기 제1 부극 필름 층은 부극 집전체의 적어도 하나의 표면에 설치되고 또한 제1 부극 활성 재료를 포함하며,
    상기 제1 부극 활성 재료는 흑연을 포함하고, 상기 제1 부극 활성 재료의 부피 분포 입경 Dv50은 13.7μm ~ 20.7μm이며, 상기 제1 부극 활성 재료의 입도 분포 (Dv90 - Dv10)/Dv50은 1.2 ~ 2.4이고, 표준 GB/T 19077.1-2016을 참조하여 Malvern mastersizer 3000로 직접 측정하여 얻은 상기 제1 부극 활성 재료의 입도 균일성(uniformity)은 0.4 ~ 0.6이며,
    상기 제2 부극 필름 층은 제1 부극 필름 층에 설치되고 또한 제2 부극 활성 재료를 포함하며,
    상기 제2 부극 활성 재료는 인조 흑연을 포함하고, 상기 제2 부극 활성 재료의 부피 분포 입경 Dv50은 10μm ~ 18μm이며, 상기 제2 부극 활성 재료의 입도 분포 (Dv90 - Dv10)/Dv50은 0.9 ~ 1.5이고, 표준 GB/T 19077.1-2016을 참조하여 Malvern mastersizer 3000로 직접 측정하여 얻은 상기 제2 부극 활성 재료의 입도 균일성(uniformity)은 0.25 ~ 0.45인, 이차 전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 부극 활성 재료의 입도 균일성(uniformity)은 0.45 ~ 0.6인, 이차 전지.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 부극 활성 재료의 입도 균일성(uniformity)은 0.5 ~ 0.57인, 이차 전지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 부극 활성 재료의 입도 균일성(uniformity)은 0.3 ~ 0.4인, 이차 전지.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2 부극 활성 재료의 입도 균일성(uniformity)은 0.32 ~ 0.38인, 이차 전지.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 부극 활성 재료의 입도 균일성(uniformity)과 상기 제2 부극 활성 재료의 입도 균일성(uniformity)과의 비는 1.05 ~ 1.9인, 이차 전지.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 부극 활성 재료의 입도 균일성(uniformity)과 상기 제2 부극 활성 재료의 입도 균일성(uniformity)과의 비는 1.2 ~ 1.6인, 이차 전지.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제2 부극 활성 재료는 이차 입자를 포함하고,
    상기 제2 부극 활성 재료 중 상기 이차 입자의 개수 비율은 ≥ 30%인, 이차 전지.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제2 부극 활성 재료 중 상기 이차 입자의 개수 비율은 ≥ 50%인, 이차 전지.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제2 부극 활성 재료 중 상기 인조 흑연의 질량 비율은 90% ~ 100%인, 이차 전지.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제1 부극 활성 재료의 부피 분포 입경 Dv10은 상기 제2 부극 활성 재료의 부피 분포 입경 Dv10 보다 작은, 이차 전지.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제1 부극 활성 재료의 탭밀도는 상기 제2 부극 활성 재료의 탭밀도보다 큰, 이차 전지.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 제1 부극 활성 재료는 하기 (1) ~(4) 중 하나 또는 여러 개를 더 충족하는 바,
    (1) 상기 제1 부극 활성 재료의 부피 분포 입경 Dv10은 4.8μm ~ 8.0μm인 것,
    (2) 상기 제1 부극 활성 재료의 부피 분포 입경 Dv99은 42μm ~ 66μm인 것,
    (3) 상기 제1 부극 활성 재료의 탭밀도는 0.88g/cm3 ~ 1.28g/cm3인 것,
    (4) 30000N 압력 하에서의 상기 제1 부극 활성 재료의 분말 압밀도는 1.77g/cm3 ~ 1.97g/cm3인 것인, 이차 전지.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1 부극 활성 재료는 하기 (1) ~(6) 중 하나 또는 여러 개를 더 충족하는 바,
    (1) 상기 제1 부극 활성 재료의 부피 분포 입경 Dv10은 5.3μm ~ 7.3μm인 것,
    (2) 상기 제1 부극 활성 재료의 부피 분포 입경 Dv50은 14.7μm ~ 18.7μm인 것,
    (3) 상기 제1 부극 활성 재료의 부피 분포 입경 Dv99은 48μm ~ 60μm인 것,
    (4) 상기 제1 부극 활성 재료의 입도 분포 (Dv90 - Dv10)/Dv50은 1.5 ~ 2.1인 것,
    (5) 상기 제1 부극 활성 재료의 탭밀도는 0.98g/cm3 ~ 1.18g/cm3인 것,
    (6) 30000N 압력 하에서의 상기 제1 부극 활성 재료의 분말 압밀도는 1.82g/cm3 ~ 1.92g/cm3 인 것인, 이차 전지.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 제2 부극 활성 재료는 하기 (1) ~(4) 중 하나 또는 여러 개를 더 충족하는 바,
    (1) 상기 제2 부극 활성 재료의 부피 분포 입경 Dv10은 6.0μm ~ 9.5μm인 것,
    (2) 상기 제2 부극 활성 재료의 부피 분포 입경 Dv99은 25μm ~ 45μm인 것,
    (3) 상기 제2 부극 활성 재료의 탭밀도는 0.7g/cm3 ~ 1.4g/cm3인 것,
    (4) 30000N 압력 하에서의 상기 제2 부극 활성 재료의 분말 압밀도는 1.65g/cm3 ~ 1.85g/cm3인 것인, 이차 전지.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제2 부극 활성 재료는 하기 (1) ~(6) 중 하나 또는 여러 개를 더 충족하는 바,
    (1) 상기 제2 부극 활성 재료의 부피 분포 입경 Dv10은 8μm ~ 9μm인 것,
    (2) 상기 제2 부극 활성 재료의 부피 분포 입경 Dv50은 12μm ~ 16μm인 것,
    (3) 상기 제2 부극 활성 재료의 부피 분포 입경 Dv99은 30μm ~ 40μm인 것,
    (4) 상기 제2 부극 활성 재료의 입도 분포 (Dv90 - Dv10)/Dv50은 1.1 ~ 1.3인 것,
    (5) 상기 제2 부극 활성 재료의 탭밀도는 0.8g/cm3 ~ 1.2g/cm3인 것,
    (6) 30000N 압력 하에서의 상기 제2 부극 활성 재료의 분말 압밀도는 1.71g/cm3 ~ 1.80g/cm3인 것인, 이차 전지.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 제1 부극 활성 재료는 인조 흑연, 천연 흑연 중 한 종류 또는 여러 종류를 포함하는, 이차 전지.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 제1 부극 활성 재료는 인조 흑연을 포함하고, 상기 제1 부극 활성 재료 중 상기 인조 흑연의 질량 비율은 60% ~ 100%인, 이차 전지.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 부극 필름 층은 하기 (1) ~(3) 중 하나 또는 여러 개를 더 충족하고,
    (1) 상기 부극 필름 층의 면밀도는 90g/m2 ~ 136g/m2인 것,
    (2) 상기 부극 필름 층의 압밀도는 1.5g/cm3 ~ 1.75g/cm3인 것,
    (3) 상기 부극 필름 층의 두께는 ≥ 60μm인 것인, 이차 전지.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 부극 필름 층은 하기 (1) ~(3) 중 하나 또는 여러 개를 더 충족하고,
    (1) 상기 부극 필름 층의 면밀도는 104g/m2 ~ 117g/m2인 것,
    (2) 상기 부극 필름 층의 압밀도는 1.6g/cm3 ~ 1.7g/cm3인 것,
    (3) 상기 부극 필름 층의 두께는 65μm ~ 80μm인 것인, 이차 전지.
  21. 이차 전지의 제조 방법에 있어서,
    1) 부극 집전체의 적어도 하나의 표면에, 제1 부극 활성 재료를 포함하는 제1 부극 필름 층을 형성하는 단계와,
    2) 상기 제1 부극 필름 층에, 제2 부극 활성 재료를 포함하는 제2 부극 필름 층을 형성하는 단계
    에 의해, 상기 이차 전지의 부극 시트를 제조하는 것을 포함하고,
    상기 제1 부극 활성 재료는 흑연을 포함하고, 상기 제1 부극 활성 재료의 부피 분포 입경 Dv50은 13.7μm ~ 20.7μm이며, 상기 제1 부극 활성 재료의 입도 분포 (Dv90 - Dv10)/Dv50은 1.2 ~ 2.4이고, 표준 GB/T 19077.1-2016을 참조하여 Malvern mastersizer 3000로 직접 측정하여 얻은 상기 제1 부극 활성 재료의 입도 균일성(uniformity)은 0.4 ~ 0.6 이며,
    상기 제2 부극 활성 재료는 인조 흑연을 포함하고, 상기 제2 부극 활성 재료의 부피 분포 입경 Dv50은 10μm ~ 18μm이며, 상기 제2 부극 활성 재료의 입도 분포 (Dv90 - Dv10)/Dv50은 0.9 ~ 1.5이고, 표준 GB/T 19077.1-2016을 참조하여 Malvern mastersizer 3000로 직접 측정하여 얻은 상기 제2 부극 활성 재료 입도 균일성(uniformity)은 0.25 ~ 0.45 인, 이차 전지의 제조 방법.
  22. 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항의 이차 전지 또는 제21항의 이차 전지의 제조 방법에 의해 제조된 이차 전지를 포함하는 장치.
KR1020217030665A 2020-04-30 2020-04-30 이차 전지, 그 제조 방법 및 당해 이차 전지를 포함하는 장치 KR102542989B1 (ko)

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