KR102609878B1 - Positive electrode and secondary battery comprising the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 양극 집전체, 및 상기 양극 집전체 상에 형성되며, 리튬철 인산화물계 활물질 및 탄소나노튜브를 포함하는 양극 활물질층을 포함하며, 상기 탄소나노튜브의 평균 길이는 3㎛ 내지 15㎛이고, 상기 리튬철 인산화물계 활물질 및 상기 탄소나노튜브의 중량비는 30:1 내지 98:1인 양극 및 이를 포함하는 이차 전지를 제공한다.The present invention includes a positive electrode current collector, and a positive electrode active material layer formed on the positive electrode current collector and including a lithium iron phosphate-based active material and carbon nanotubes, wherein the carbon nanotubes have an average length of 3 μm to 15 μm. , a positive electrode having a weight ratio of the lithium iron phosphate-based active material and the carbon nanotubes of 30:1 to 98:1, and a secondary battery including the same are provided.

Description

양극 및 이를 포함하는 이차 전지{POSITIVE ELECTRODE AND SECONDARY BATTERY COMPRISING THE SAME}Positive electrode and secondary battery containing the same {POSITIVE ELECTRODE AND SECONDARY BATTERY COMPRISING THE SAME}

본 발명은 양극 및 이를 포함하는 이차 전지에 관한 것이다.The present invention relates to a positive electrode and a secondary battery including the same.

전자, 통신 및 우주 산업이 발전됨에 따라, 에너지 동력원으로서 이차전지(secondary battery)의 수요가 급격히 증대되고 있다. 특히, 글로벌 친환경 정책의 중요성이 강조됨에 따라 전기 자동차 시장이 비약적으로 성장 중이며, 국내외에서 이차전지에 관한 연구 개발이 활발히 이루어지고 있다.As the electronics, communications, and space industries develop, the demand for secondary batteries as an energy power source is rapidly increasing. In particular, as the importance of global eco-friendly policies is emphasized, the electric vehicle market is growing rapidly, and research and development on secondary batteries is being actively conducted at home and abroad.

다양한 이차전지 중에서도 높은 방전 전압 및 에너지 밀도를 가진 리튬 이차전지는 각종 모바일 기기 및 다양한 전자제품의 에너지원으로 널리 사용되고 있다. Among various secondary batteries, lithium secondary batteries with high discharge voltage and energy density are widely used as an energy source for various mobile devices and various electronic products.

리튬 이차전지의 양극 활물질로는 리튬 전이금속 복합 산화물이 이용되고 있으며, 이중에서도 작용전압이 높고 용량 특성이 우수한 LiCoO2의 리튬코발트 복합금속 산화물이 주로 사용되고 있다. 그러나, LiCoO2는 안정성이 낮고 고가이기 때문에, 리튬 이차전지를 대량 생산하기 어려운 문제점이 있다.Lithium transition metal composite oxide is used as a positive electrode active material for lithium secondary batteries, and among these, lithium cobalt composite metal oxide of LiCoO 2 , which has a high operating voltage and excellent capacity characteristics, is mainly used. However, because LiCoO 2 has low stability and is expensive, it is difficult to mass-produce lithium secondary batteries.

이에 LiCoO2를 대체하기 위한 재료로서, 리튬망간 복합금속 산화물, 리튬철 인산화물, 리튬니켈 복합금속 산화물 등이 개발되었다. 이중에서 올리빈 구조를 갖는 리튬철 인산화물(LiFePO4)은 3.6g/cm3의 높은 체적 밀도를 가지며 이론 용량은 약 170mAh/g을 나타낸다. Accordingly, as materials to replace LiCoO 2 , lithium manganese composite metal oxide, lithium iron phosphate, and lithium nickel composite metal oxide were developed. Among these, lithium iron phosphate (LiFePO 4 ) with an olivine structure has a high volume density of 3.6 g/cm 3 and a theoretical capacity of about 170 mAh/g.

다만, 리튬철 인산화물(LiFePO4)은 낮은 전기 전도성으로 인해, LiFePO4를 양극 활물질로서 사용하는 경우 전지의 내부 저항이 증가되며, 이로 인해 초기 용량 및 수명 특성이 저하되는 문제가 발생하였다. LiFePO4의 전기 전도성을 향상시키기 위해, 카본 블랙 등의 점형 도전재를 혼합하는 방법이 도입되었으나, 점형 도전재는 LiFePO4 입자간 공극을 막아 리튬 이온의 이동을 방해하는 문제가 있었다.However, due to the low electrical conductivity of lithium iron phosphate (LiFePO 4 ), when LiFePO 4 is used as a positive electrode active material, the internal resistance of the battery increases, which causes the problem of deterioration of initial capacity and lifespan characteristics. In order to improve the electrical conductivity of LiFePO 4 , a method of mixing point-shaped conductive materials such as carbon black was introduced, but the point-shaped conductive material had the problem of blocking the pores between LiFePO 4 particles and preventing the movement of lithium ions.

본 발명은 초기 용량 및 수명 특성이 향상된 양극 및 이를 포함하는 이차 전지를 제공한다.The present invention provides a positive electrode with improved initial capacity and lifespan characteristics and a secondary battery including the same.

본 발명에 따른 양극은 양극 집전체, 및 상기 양극 집전체 상에 형성되며, 리튬철 인산화물계 활물질 및 탄소나노튜브를 포함하는 양극 활물질층을 포함하며, 상기 탄소나노튜브의 평균 길이는 3㎛ 내지 15㎛이고, 상기 리튬철 인산화물계 활물질 및 상기 탄소나노튜브의 중량비는 30:1 내지 98:1이다.The positive electrode according to the present invention includes a positive electrode current collector and a positive electrode active material layer formed on the positive electrode current collector and including a lithium iron phosphate-based active material and carbon nanotubes, and the average length of the carbon nanotubes is 3 μm to 3 μm. It is 15㎛, and the weight ratio of the lithium iron phosphate-based active material and the carbon nanotube is 30:1 to 98:1.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 리튬철 인산화물계 활물질은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the lithium iron phosphate-based active material may be a compound represented by Formula 1 below.

[화학식 1][Formula 1]

Li1+aFe1-xMx(PO4-b)Yb Li 1+a Fe 1-x M x (PO 4-b )Y b

상기 화학식 1에서, M은 Al, Mg, Ni, Co, Mn, Ti, Ga, Cu, V, Nb, Zr, Ce, In 및 Zn으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상의 원소이며, Y는 F, S 및 N로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상의 원소이고, a, b, x는 -0.5≤a≤0.5, 0≤b≤0.1, 0≤x≤0.5이다In Formula 1, M is one or more elements selected from the group consisting of Al, Mg, Ni, Co, Mn, Ti, Ga, Cu, V, Nb, Zr, Ce, In, and Zn, and Y is F, It is one or more elements selected from the group consisting of S and N, and a, b, x are -0.5≤a≤0.5, 0≤b≤0.1, 0≤x≤0.5

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 리튬철 인산화물계 활물질은 LiFePO4일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the lithium iron phosphate-based active material may be LiFePO 4 .

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 리튬철 인산화물계 활물질은 표면에 형성된 탄소 피복층을 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the lithium iron phosphate-based active material may include a carbon coating layer formed on the surface.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 탄소나노튜브는 단일벽 탄소나노튜브일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the carbon nanotubes may be single-walled carbon nanotubes.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 탄소나노튜브의 평균 직경은 1.0nm 내지 6.0nm일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the average diameter of the carbon nanotubes may be 1.0 nm to 6.0 nm.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 탄소나노튜브의 함량은 상기 양극 활물질층 총 중량에 대하여 1 중량% 내지 3 중량%일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the content of the carbon nanotubes may be 1% to 3% by weight based on the total weight of the positive electrode active material layer.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 양극 집전체 및 상기 양극 활물질층 사이에 형성된 프라이머층을 더 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, a primer layer formed between the positive electrode current collector and the positive electrode active material layer may be further included.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 프라이머층은 증점제 및 바인더를 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the primer layer may include a thickener and a binder.

본 발명에 따른 이차 전지는 상기 양극, 음극, 및 상기 양극 및 상기 음극 사이에 개재된 분리막을 포함한다.The secondary battery according to the present invention includes the positive electrode, the negative electrode, and a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode.

본 발명은 양극 활물질층에 도전재로서 특정 범위의 길이를 갖는 탄소나노튜브를 포함하며, 리튬철 인산화물계 활물질과 탄소나노튜브가 특정 비율로 포함됨으로써, 상기 양극 활물질층을 포함한 이차 전지는 초기 용량 및 수명 특성이 향상되는 효과가 있다.The present invention includes carbon nanotubes having a length within a specific range as a conductive material in the positive electrode active material layer, and by including lithium iron phosphate-based active material and carbon nanotubes in a specific ratio, the secondary battery including the positive electrode active material layer has an initial capacity of and has the effect of improving lifespan characteristics.

또한, 본 발명은 양극 집전체와 양극 활물질층 사이에 바인더 및 증점제를 포함하는 프라이머층를 구비함으로써, 양극 집전체와 양극 활물질층 간의 계면 접착력을 향상시키는 효과가 있다.In addition, the present invention has the effect of improving the interfacial adhesion between the positive electrode current collector and the positive electrode active material layer by providing a primer layer containing a binder and a thickener between the positive electrode current collector and the positive electrode active material layer.

본 명세서 또는 출원에 개시되어 있는 실시예들에 대한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 본 발명의 기술적 사상에 따른 실시예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 기술적 사상에 따른 실시예들은 본 명세서 또는 출원에 개시되어 있는 실시예들 이외에도 다양한 형태로 실시될 수 있으며, 본 발명의 기술적 사상이 본 명세서 또는 출원에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지 않는다.The structural or functional descriptions of the embodiments disclosed in the present specification or application are merely illustrative for the purpose of explaining embodiments according to the technical idea of the present invention, and the embodiments according to the technical idea of the present invention are described in this specification. Alternatively, it may be implemented in various forms other than the embodiments disclosed in the application, and the technical idea of the present invention is not to be construed as being limited to the embodiments described in this specification or application.

이하에서, 본 발명에 따른 양극 및 이를 포함하는 이차 전지에 대하여 설명한다.Below, a positive electrode according to the present invention and a secondary battery including the same will be described.

<양극><Anode>

본 발명에 따른 양극은 양극 집전체, 및 양극 집전체 상에 형성되며, 리튬철 인산화물계 활물질 및 탄소나노튜브를 포함하는 양극 활물질층을 포함하며, 탄소나노튜브의 평균 길이는 3㎛ 내지 15㎛이고, 리튬철 인산화물계 활물질 및 탄소나노튜브의 중량비는 30:1 내지 98:1이다.The positive electrode according to the present invention is formed on the positive electrode current collector and includes a positive electrode active material layer containing a lithium iron phosphate-based active material and carbon nanotubes, and the average length of the carbon nanotubes is 3㎛ to 15㎛. and the weight ratio of the lithium iron phosphate-based active material and carbon nanotubes is 30:1 to 98:1.

본 발명에 따른 양극은 양극 집전체를 포함한다. 양극 집전체는 이차 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테리인레스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것 등을 사용할 수 있다. 양극 집전체의 두께는 요구되는 제품에 따라 조절될 수 있고, 예를 들어 10㎛ 내지 500㎛, 10㎛ 내지 300㎛, 또는 20㎛ 내지 300㎛일 수 있다.The positive electrode according to the present invention includes a positive electrode current collector. The positive electrode current collector is not particularly limited as long as it has high conductivity without causing chemical changes in the secondary battery, for example, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, calcined carbon, or carbon on the surface of aluminum or stainless steel. , those surface treated with nickel, titanium, silver, etc. can be used. The thickness of the positive electrode current collector may be adjusted depending on the required product, and may be, for example, 10 μm to 500 μm, 10 μm to 300 μm, or 20 μm to 300 μm.

본 발명에 따른 양극은 양극 집전체 상에 형성되며, 리튬철 인산화물계 활물질 및 탄소나노튜브를 포함하는 양극 활물질층을 포함한다.The positive electrode according to the present invention is formed on a positive electrode current collector and includes a positive electrode active material layer including a lithium iron phosphate-based active material and carbon nanotubes.

리튬철 인산화물계 활물질은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물일 수 있다.The lithium iron phosphate-based active material may be a compound represented by the following formula (1).

[화학식 1][Formula 1]

Li1+aFe1-xMx(PO4-b)Yb Li 1+a Fe 1-x M x (PO 4-b )Y b

상기 화학식 1에서, M은 Al, Mg, Ni, Co, Mn, Ti, Ga, Cu, V, Nb, Zr, Ce, In 및 Cu로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상의 원소이며, Y는 F, S 및 N로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상의 원소이고, a, b, x는 -0.5≤a≤0.5, 0≤b≤0.1, 0≤x≤0.5이다.In Formula 1, M is one or more elements selected from the group consisting of Al, Mg, Ni, Co, Mn, Ti, Ga, Cu, V, Nb, Zr, Ce, In, and Cu, and Y is F, It is one or more elements selected from the group consisting of S and N, and a, b, and x are -0.5≤a≤0.5, 0≤b≤0.1, 0≤x≤0.5.

예를 들어, 리튬철 인산화물계 활물질은 LiFePO4일 수 있다.For example, the lithium iron phosphate-based active material may be LiFePO 4 .

리튬철 인산화물계 활물질은 표면에 형성된 탄소 피복층을 포함할 수 있다.The lithium iron phosphate-based active material may include a carbon coating layer formed on the surface.

탄소 피복층은 탄소계 물질을 포함하며, 탄소계 물질은 카본 블랙, 탄소 섬유 또는 금속 섬유, 금속 분말, 도전성 위스커, 도전성 금속, 활성 카본(activated carbon) 폴리페닐렌 유도체, 천연 흑연, 인조 흑연, 슈퍼 피(Super-P), 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 피네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙, 덴카 블랙, 알루미늄 분말, 니켈 분말, 산화아연, 티탄산 갈륨 및 산화 티탄으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상일 수 있다.The carbon coating layer includes a carbon-based material, and the carbon-based material includes carbon black, carbon fiber or metal fiber, metal powder, conductive whisker, conductive metal, activated carbon, polyphenylene derivative, natural graphite, artificial graphite, and super. Any one selected from the group consisting of Super-P, acetylene black, Ketjen black, channel black, pinnace black, lamp black, summer black, Denka black, aluminum powder, nickel powder, zinc oxide, gallium titanate and titanium oxide. It could be more than that.

탄소 피복층은 결정면간 간격 d002가 3.345Å 내지 3.550Å인 탄소계 물질을 포함할 수 있다. 탄소계 물질의 결정면간 간격 d002는 각각의 탄소 육각망면이 적층되는 거리를 의미한다. 탄소계 물질의 결정면간 간격은 XRD 실험에 의해 측정이 가능하며, 구체적으로 CuKα를 이용한 X-선 회절 파장에 의해 측정이 가능하다. 탄소계 물질의 결정면간 간격 d002는 3.345Å 내지 3.550Å, 3.345Å 내지 3.548Å, 또는 3.425Å 내지 3.486Å일 수 있다. 상기 범위를 만족하는 경우, 리튬 이온의 삽입 및 탈리가 쉽게 일어날 수 있고, 리튬철 인산화물계 활물질의 구조의 붕괴를 지연시킬 수 있다. 이로 인해, 이차 전지의 초기 용량 및 수명 특성이 향상될 수 있다.The carbon coating layer may include a carbon-based material having an intercrystalline spacing d002 of 3.345 Å to 3.550 Å. The spacing d002 between crystal planes of a carbon-based material means the distance at which each carbon hexagonal network plane is stacked. The spacing between crystal planes of carbon-based materials can be measured by XRD experiments, and specifically by X-ray diffraction wavelength using CuKα. The intercrystal spacing d002 of the carbon-based material may be 3.345 Å to 3.550 Å, 3.345 Å to 3.548 Å, or 3.425 Å to 3.486 Å. When the above range is satisfied, insertion and desorption of lithium ions can easily occur, and the collapse of the structure of the lithium iron phosphate-based active material can be delayed. Because of this, the initial capacity and lifespan characteristics of the secondary battery can be improved.

탄소 피복층은 친수성 관능기가 도입될 수 있다. 친수성 관능기는 탄소계 물질과 화학적으로 결합되어 있을 수 있고, -COOH, -OH 및 -COO-M+로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다. 친수성 관능기는 금속 작용기가 포함된 금속염으로부터 도입될 수 있고, Li+, B+ 및 Al+와 같은 금속 이온의 염으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다. 보다 구체적으로, 친수성 관능기는 Mg2B2O5, CaAlB3O7, Li6B4O9와 같은 보레이트(borate)로부터 도입될 수 있다. The carbon coating layer may have hydrophilic functional groups introduced. The hydrophilic functional group may be chemically bonded to a carbon-based material and may be one or more selected from the group consisting of -COOH, -OH, and -COO - M + . The hydrophilic functional group may be introduced from a metal salt containing a metal functional group, and may be one or more types selected from the group consisting of salts of metal ions such as Li + , B + , and Al + . More specifically, the hydrophilic functional group may be introduced from borate such as Mg 2 B 2 O 5 , CaAlB 3 O 7 , and Li 6 B 4 O 9 .

상기 리튬철 인산화물계 활물질은 접촉각 감소 시간을 가질 수 있다. 상기 접촉각 감소시간은 다음과 같은 방법에 의해서 측정될 수 있다. 먼저, 상기 상기 리튬철 인산화물계 활물질이 트레이에 평평하게 담겨진다. 이후, 약 10㎕의 부피의 물방울이 상기 트레이에 담겨진 리튬철 인산화물계 활물질에 드랍될 때, 시간에 따른 접촉각이 측정될 수 있다. 상기 접촉각 감소 시간은 접촉각이 약 5°가 될 때까지의 시간이다. 상기 시간별 접촉각은 Phoenix 300 analyzer 등의 접촉각 측정 장비에 의해서 측정되었다. 상기 접촉각 감소 시간은 약 2초 미만일 수 있다. 상기 접촉각 감소 시간은 약 1.9초 미만일 수 있다. 상기 접촉각 감소 시간은 약 1.8초 미만일 수 있다.The lithium iron phosphate-based active material may have a contact angle reduction time. The contact angle reduction time can be measured by the following method. First, the lithium iron phosphate-based active material is placed flat on a tray. Thereafter, when a water droplet with a volume of about 10 μl is dropped on the lithium iron phosphate-based active material contained in the tray, the contact angle over time can be measured. The contact angle reduction time is the time until the contact angle becomes about 5°. The contact angle over time was measured using a contact angle measuring device such as a Phoenix 300 analyzer. The contact angle reduction time may be less than about 2 seconds. The contact angle reduction time may be less than about 1.9 seconds. The contact angle reduction time may be less than about 1.8 seconds.

탄소 피복층에 친수성 관능기가 도입됨에 따라, 전해액 함침성이 향상되어, 리튬철 인산화물계 활물질 입자의 이온 확산성이 개선될 수 있고, 리튬철 인산화물계 활물질 입자의 퇴화를 지연시켜, 이차 전지의 초기 용량 및 수명 특성이 더욱 향상될 수 있다. As the hydrophilic functional group is introduced into the carbon coating layer, the electrolyte impregnation property can be improved, the ion diffusivity of the lithium iron phosphate-based active material particles can be improved, and the deterioration of the lithium iron phosphate-based active material particles can be delayed, increasing the initial capacity of the secondary battery. and life characteristics can be further improved.

리튬철 인산화물계 활물질은 니켈 코발트계 금속 산화물 활물질 대비 안정성이 우수하다. 다만, 리튬철 인산화물계 활물질은 낮은 전기 전도성으로 인해 양극 활물질로 사용하는 경우 이차 전지의 내부 저항이 증가되며, 이로 인해 초기 용량 및 수명 특성이 저하되는 문제가 있다. 리튬철 인산화물계 활물질의 전기 전도성을 향상시키기 위해 카본 블랙 등의 점형 도전재를 혼합하는 방법이 도입되었으나, 점형 도전재는 리튬철 인산화물계 활물질 입자간 공극을 막아 리튬 이온의 이동을 방해하는 문제가 있다. 또한, 리튬철 인산화물계 활물질의 전기 전도성을 향상시키며, 리튬 이온의 이동을 원활하게 하기 위해 탄소나노튜브 등의 선형 도전재를 혼합하는 방법이 도입되었으나, 탄소나노튜브의 길이가 증가될수록 표면적이 증가되는 바, 고온 조건에서 전해액에 의한 부반응을 일으켜 이차 전지의 안정성 및 수명 특성이 저하되는 문제가 있다.Lithium iron phosphate-based active materials have superior stability compared to nickel cobalt-based metal oxide active materials. However, due to the low electrical conductivity of lithium iron phosphate-based active materials, when used as a positive electrode active material, the internal resistance of the secondary battery increases, which causes a decrease in initial capacity and lifespan characteristics. A method of mixing point-shaped conductive materials such as carbon black has been introduced to improve the electrical conductivity of lithium iron phosphate-based active materials, but the point-shaped conductive material has the problem of blocking the pores between particles of lithium iron phosphate-based active materials, preventing the movement of lithium ions. . In addition, a method of mixing linear conductive materials such as carbon nanotubes has been introduced to improve the electrical conductivity of lithium iron phosphate-based active materials and facilitate the movement of lithium ions. However, as the length of carbon nanotubes increases, the surface area increases. However, there is a problem that the stability and lifespan characteristics of the secondary battery are reduced due to side reactions caused by the electrolyte solution under high temperature conditions.

이에, 본 발명에 따른 양극은 리튬철 인산화물계 활물질의 전기 전도성을 향상시키는 동시에 고온 조건에서 전해액에 의한 부반응을 야기시키지 않기 위해, 도전재로서 평균 길이가 3㎛ 내지 15㎛인 탄소나노튜브를 포함한다. 탄소나노튜브의 평균 길이는 3㎛ 내지 15㎛, 4㎛ 내지 15㎛, 또는 4㎛ 내지 13㎛일 수 있다. 탄소나노튜브의 평균 길이가 15㎛를 초과하는 경우, 탄소나노튜브의 표면적이 증가되어, 고온 조건에서 전해액에 의한 부반응이 발생하여 이차 전지의 안정성 및 수명 특성이 저하될 수 있다. 탄소나노튜브의 평균 길이가 3㎛ 미만이 경우, 리튬철 인산화물계 활물질 간의 도전성 네트워크가 충분히 형성될 수 없어 이차 전지의 초기 용량 및 수명 특성이 저하될 수 있다. 평균 길이는 양극 활물질층 내 100개의 탄소나노튜브의 길이를 SEM을 통해 측정한 뒤, 이들의 평균을 계산한 값이다.Accordingly, the positive electrode according to the present invention includes carbon nanotubes with an average length of 3㎛ to 15㎛ as a conductive material in order to improve the electrical conductivity of the lithium iron phosphate-based active material and at the same time prevent side reactions caused by the electrolyte solution under high temperature conditions. do. The average length of carbon nanotubes may be 3㎛ to 15㎛, 4㎛ to 15㎛, or 4㎛ to 13㎛. If the average length of the carbon nanotubes exceeds 15㎛, the surface area of the carbon nanotubes increases, and side reactions due to the electrolyte solution may occur under high temperature conditions, thereby reducing the stability and lifespan characteristics of the secondary battery. If the average length of the carbon nanotubes is less than 3㎛, the initial capacity and lifespan characteristics of the secondary battery may be reduced because a conductive network cannot be sufficiently formed between the lithium iron phosphate-based active materials. The average length is a value calculated by measuring the length of 100 carbon nanotubes in the positive electrode active material layer using SEM and then calculating their average.

탄소나노튜브의 평균 직경은 1.0nm 내지 6.0nm, 1.5nm 내지 6.0nm, 또는 1.5nm 내지 5.0nm일 수 있다. 상기 범위를 만족하는 경우, 양극 활물질 슬러리에서 분산되기 용이하며, 리튬철 인산화물계 활물질 간에 도전성 네트워크를 효과적으로 형성할 수 있다. 평균 직경은 양극 활물질층 내 100개의 탄소나노튜브의 직경을 SEM을 통해 측정한 뒤, 이들의 평균을 계산한 값이다.The average diameter of carbon nanotubes may be 1.0 nm to 6.0 nm, 1.5 nm to 6.0 nm, or 1.5 nm to 5.0 nm. When the above range is satisfied, it is easy to disperse in the positive electrode active material slurry, and a conductive network can be effectively formed between lithium iron phosphate-based active materials. The average diameter is a value obtained by measuring the diameters of 100 carbon nanotubes in the positive electrode active material layer using SEM and then calculating their average.

탄소나노튜브는 단일벽 탄소나노튜브일 수 있다. 단일벽 탄소나노튜브는 다중벽 탄소나노튜브 대비 적은 함량으로도 전기 전도성의 향상 효과를 크게 나타낼 수 있다. 양극은 도전재로서 다중벽 탄소나노튜브를 더 포함할 수 있다. 다중벽 탄소나노튜브는 단일벽 탄소나노튜브가 다수개인 탄소나노튜브를 의미한다. 다중벽 탄소나노튜브는 단일벽 탄소나노튜브 대비 경제적이며, 단일벽 탄소나노튜브와 함께 도전재로 사용되어, 리튬철 인산화물계 활물질 간의 도전성 네트워크를 형성하는 데 기여할 수 있다.The carbon nanotube may be a single-walled carbon nanotube. Single-walled carbon nanotubes can significantly improve electrical conductivity even with a lower content compared to multi-walled carbon nanotubes. The anode may further include multi-walled carbon nanotubes as a conductive material. Multi-walled carbon nanotubes refer to carbon nanotubes containing multiple single-walled carbon nanotubes. Multi-walled carbon nanotubes are more economical than single-walled carbon nanotubes, and can be used as a conductive material along with single-walled carbon nanotubes, contributing to forming a conductive network between lithium iron phosphate-based active materials.

한편, 리튬철 인산화물계 활물질의 전기 전도성을 향상시키기 위해, 도전재로서 평균 길이가 3㎛ 내지 15㎛인 탄소나노튜브를 포함하더라도, 리튬철 인산화물계 활물질 및 탄소나노튜브의 비율에 따라 이차 전지의 초기 용량 및 수명 특성이 변화될 수 있다. 이에, 본 발명에 따른 양극은 중량비가 30:1 내지 98:1인 리튬철 인산화물계 활물질 및 탄소나노튜브를 포함한다. 리튬철 인산화물계 활물질 및 탄소나노튜브의 중량비는 30:1 내지 98:1, 40:1 내지 98:1, 또는 45:1 내지 98:1일 수 있다. 탄소나노튜브 중량 대비 리튬철 인산화물계 활물질의 중량이 98배를 초과하는 경우, 리튬철 인산화물계 활물질의 도전성 향상 효과가 미비하여, 리튬 이온의 이동성이 저하될 수 있다. 탄소나노튜브 중량 대비 리튬철 인산화물계 활물질의 중량이 30배 미만인 경우, 이차 전지의 초기 용량이 저하될 수 있다.Meanwhile, in order to improve the electrical conductivity of the lithium iron phosphate-based active material, even if carbon nanotubes with an average length of 3㎛ to 15㎛ are included as a conductive material, the secondary battery's Initial capacity and life characteristics may vary. Accordingly, the positive electrode according to the present invention includes a lithium iron phosphate-based active material and carbon nanotubes with a weight ratio of 30:1 to 98:1. The weight ratio of the lithium iron phosphate-based active material and the carbon nanotubes may be 30:1 to 98:1, 40:1 to 98:1, or 45:1 to 98:1. If the weight of the lithium iron phosphate-based active material exceeds 98 times the weight of the carbon nanotube, the effect of improving the conductivity of the lithium iron phosphate-based active material may be insufficient, and the mobility of lithium ions may be reduced. If the weight of the lithium iron phosphate-based active material is less than 30 times the weight of the carbon nanotube, the initial capacity of the secondary battery may decrease.

탄소나노튜브의 함량은 양극 활물질층 총 중량에 대하여 1 중량% 내지 3 중량%, 1 중량% 내지 2.8 중량%, 또는 1.5 중량% 내지 2.8 중량%일 수 있다. 상기 범위를 만족하는 경우, 이차 전지의 수명 특성 저하 없이 탄소나노튜브의 사용량을 감소시킬 수 있어 원가 절감을 통한 제조 경제성이 향상될 수 있다.The content of carbon nanotubes may be 1% by weight to 3% by weight, 1% by weight to 2.8% by weight, or 1.5% by weight to 2.8% by weight based on the total weight of the positive electrode active material layer. When the above range is satisfied, the amount of carbon nanotubes used can be reduced without deteriorating the lifespan characteristics of the secondary battery, thereby improving manufacturing economics through cost reduction.

양극 활물질층은 점형 도전재를 더 포함할 수 있다. 점형 도전재는 카본 블랙, 슈퍼-비(Super-P), 또는 아세틸렌 블랙 일 수 있다. 점형 도전재는 선형 도전재인 탄소나노튜브간에 형성된 공간에 배치되어, 탄소나노튜브의 분산성을 향상시킬 수 있다. 탄소나노튜브 및 점형 도전재의 중량비는 1:0.5 내지 1:4.0, 1:1.0 내지 1:3.0, 또는 1:1.5 내지 1:2.0일 수 있다.The positive active material layer may further include a dot-shaped conductive material. The point-like conductive material may be carbon black, Super-P, or acetylene black. The point-shaped conductive material can be disposed in the space formed between carbon nanotubes, which are linear conductive materials, to improve the dispersibility of the carbon nanotubes. The weight ratio of the carbon nanotubes and the point-like conductive material may be 1:0.5 to 1:4.0, 1:1.0 to 1:3.0, or 1:1.5 to 1:2.0.

양극 활물질층은 바인더를 포함할 수 있다. 바인더는 양극 집전체와의 접착력이 좋은 바인더를 사용하는 것이 바람직하며, 예를 들어 폴리비닐리덴 플로라이드, 카르복시메틸셀룰로즈, 스티렌 부타디엔 고무, 폴리이미드, 폴리아미드이미드, 폴리비닐알콜, 히드록시프로필셀룰로즈, 폴리비닐클로라이드, 카르복실화된 폴리비닐클로라이드, 폴리비닐 플루오라이드, 에틸렌 옥사이드를 포함하는 폴리머, 폴리비닐피롤리돈, 폴리우레탄, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 아크릴레이티드 스티렌-부타디엔 고무, 및 에폭시 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있다.The positive active material layer may include a binder. It is desirable to use a binder that has good adhesion to the positive electrode current collector, for example, polyvinylidene fluoride, carboxymethyl cellulose, styrene butadiene rubber, polyimide, polyamideimide, polyvinyl alcohol, and hydroxypropyl cellulose. , polyvinyl chloride, carboxylated polyvinyl chloride, polyvinyl fluoride, polymers containing ethylene oxide, polyvinylpyrrolidone, polyurethane, polytetrafluoroethylene, polyethylene, polypropylene, acrylated styrene - One or more types selected from the group consisting of butadiene rubber and epoxy resin may be used.

본 발명에 따른 양극은 양극 집전체 및 양극 활물질층 사이에 형성된 프라이머층을 더 포함할 수 있다. 프라이머층은 양극 집전체와 양극 활물질층 사이에서 계면 접착력을 향상시켜 전극 탈리 문제를 개선할 수 있다. 또한, 프라이머층이 구비된 양극은 전자 전달 경로 확보에 유리하여 전자 전도성이 향상될 수 있다. The positive electrode according to the present invention may further include a primer layer formed between the positive electrode current collector and the positive electrode active material layer. The primer layer can improve the interfacial adhesion between the positive electrode current collector and the positive electrode active material layer, thereby improving the electrode detachment problem. In addition, the anode provided with a primer layer is advantageous in securing an electron transfer path, so electronic conductivity can be improved.

프라이머층은 증점제 및 바인더를 포함할 수 있다. The primer layer may include a thickener and binder.

증점제는 바인더의 응집력을 강화시켜 양극 표면의 크랙이 발생하는 문제를 개선할 수 있다. 증점제는 카르복시메틸 셀룰로오스, 메틸 셀룰로오스, 하이드록시프로필 셀룰로오스, 메틸 하이드록시프로필 셀룰로오스, 에틸 하이드록시에틸 셀룰로오스, 메틸 에틸 하이드록시에틸 셀룰로오스, 및 셀룰로오스 검으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다. 증점제의 함량은 프라이머층 총 중량에 대하여 0.05 중량% 내지 3.00 중량%, 0.10 중량% 내지 2.50 중량%, 또는 0.10 중량% 내지 2.00 중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위를 만족하는 경우, 프라이머층의 슬립 등의 공정 불량이 야기되는 것을 방지할 수 있다. 필요에 따라, 프라이머층은 전도성 향상을 위해 천연 흑연, 인조 흑연, 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙, 탄소 섬유, 금속 섬유, 불화 카본, 알루미늄 분말, 니켈 분말, 산화아연, 티탄산 칼륨, 산화 티탄 및 폴리페닐렌 유도체로 이루어진 군으로부터 어느 1종 이상의 도전재를 포함할 수 있다.The thickener can improve the problem of cracks on the anode surface by strengthening the cohesion of the binder. The thickener may include one or more selected from the group consisting of carboxymethyl cellulose, methyl cellulose, hydroxypropyl cellulose, methyl hydroxypropyl cellulose, ethyl hydroxyethyl cellulose, methyl ethyl hydroxyethyl cellulose, and cellulose gum. . The content of the thickener may be 0.05% to 3.00% by weight, 0.10% to 2.50% by weight, or 0.10% to 2.00% by weight based on the total weight of the primer layer. When the above range is satisfied, it is possible to prevent process defects such as slip of the primer layer from occurring. If necessary, the primer layer can be made of natural graphite, artificial graphite, carbon black, acetylene black, Ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, summer black, carbon fiber, metal fiber, fluorinated carbon, and aluminum powder to improve conductivity. , nickel powder, zinc oxide, potassium titanate, titanium oxide, and polyphenylene derivatives.

바인더는 양극 집전체와 양극 활물질층 간의 접착력을 개선시킬 수 있다. 바인더는 스티렌 부타디엔 고무를 포함할 수 있다. 바인더의 함량은 프라이머층 총 중량에 대하여 10 중량% 내지 40 중량%, 10 중량% 내지 35 중량%, 또는 10 중량% 내지 30 중량%일 수 있다. 상기 범위를 만족하는 경우, 이차 전지의 저항이 증가되지 않으며, 양극 집전체와 양극 활물질층 간의 접착력 개선될 수 있다. The binder can improve the adhesion between the positive electrode current collector and the positive active material layer. The binder may include styrene butadiene rubber. The content of the binder may be 10% to 40% by weight, 10% to 35% by weight, or 10% to 30% by weight based on the total weight of the primer layer. When the above range is satisfied, the resistance of the secondary battery does not increase, and the adhesion between the positive electrode current collector and the positive active material layer can be improved.

<이차 전지><Secondary battery>

본 발명에 따른 이차 전지는 양극, 음극, 및 상기 양극 및 상기 음극 사이에 개재된 분리막을 포함한다.The secondary battery according to the present invention includes a positive electrode, a negative electrode, and a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode.

이차 전지는 양극을 포함하며, 양극은 전술한 양극과 관련하여 기재된 양극 활물질, 양극 집전체, 양극 활물질층 등과 동일하게 사용할 수 있다.The secondary battery includes a positive electrode, and the positive electrode can be used in the same manner as the positive electrode active material, positive electrode current collector, positive electrode active material layer, etc. described in relation to the positive electrode described above.

이차 전지는 본 발명의 양극 외에, 음극 및 분리막을 포함한다. 음극은 음극 집전체 및 음극 집전체 상에 형성된 음극 활물질층을 포함할 수 있다. In addition to the positive electrode of the present invention, the secondary battery includes a negative electrode and a separator. The negative electrode may include a negative electrode current collector and a negative electrode active material layer formed on the negative electrode current collector.

음극 집전체는 당해 이차 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인레스 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.The negative electrode current collector is not particularly limited as long as it is conductive without causing chemical changes in the secondary battery. For example, it can be used on the surface of copper, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, fired carbon, copper or stainless steel. Surface treatment with carbon, nickel, titanium, silver, etc., aluminum-cadmium alloy, etc. can be used. In addition, the bonding power of the negative electrode active material can be strengthened by forming fine irregularities on the surface, and it can be used in various forms such as films, sheets, foils, nets, porous materials, foams, and non-woven fabrics.

음극 활물질층은 음극 활물질을 포함할 수 있다. The negative electrode active material layer may include a negative electrode active material.

음극 활물질의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 통상 리튬의 가역적인 인터칼레이션 및 디인터칼레이션이 가능한 화합물이 사용될 수 있다. 예를 들어, 인조흑연, 천연흑연, 흑연화 탄소섬유, 비정질탄소, 고결정성 탄소 등의 탄소질 재료; Si, Al, Sn, Pb, Zn, Bi, In, Mg, Ga, Cd, Si합금, Sn합금 또는 Al합금 등 리튬과 합금화가 가능한 금속질 화합물을 사용할 수 있다. 저결정성 탄소로는 연화탄소(soft carbon) 및 경화탄소(hard carbon)를 들 수 있으며, 고결정성 탄소로는 천연 흑연, 키시흑연(kish graphite), 열분해 탄소(pyrolytic carbon), 액정치피계 탄소섬유(mesophase pitch based carbon fiber), 탄소 미소구체(meso-carbon microbeads), 액정피치(mesophase pitches) 및 석유와 석탄계 코크스(petroleum or coal tar pitch derived cokes) 등의 고온 소성탄소를 들 수 있다. 음극 활물질은 필요에 따라 금속질 화합물과 탄소질 재료를 포함하는 복합물 등을 사용할 수도 있다. The type of anode active material is not particularly limited, and usually a compound capable of reversible intercalation and deintercalation of lithium can be used. For example, carbonaceous materials such as artificial graphite, natural graphite, graphitized carbon fiber, amorphous carbon, and highly crystalline carbon; Metallic compounds that can be alloyed with lithium, such as Si, Al, Sn, Pb, Zn, Bi, In, Mg, Ga, Cd, Si alloy, Sn alloy, or Al alloy, can be used. Low-crystalline carbon includes soft carbon and hard carbon, and high-crystalline carbon includes natural graphite, kish graphite, pyrolytic carbon, and liquid crystalline carbon. Examples include high-temperature calcined carbon such as mesophase pitch based carbon fiber, meso-carbon microbeads, mesophase pitches, and petroleum or coal tar pitch derived cokes. The negative electrode active material may be a composite containing a metallic compound and a carbonaceous material, if necessary.

분리막은 음극 및 양극 사이에 개재될 수 있다. 분리막은 음극과 양극 간 전기적 단락을 방지하고, 이온의 흐름이 발생되도록 구성된다. 분리막은 다공성 고분자 필름 또는 다공성 부직포를 포함할 수 있다. 여기서, 다공성 고분자 필름은 에틸렌(ethylene) 중합체, 프로필렌(propylene) 중합체, 에틸렌/부텐(ethylene/butene) 공중합체, 에틸렌/헥센(ethylene/hexene) 공중합체, 및 에틸렌/메타크릴레이트(ethylene/methacrylate) 공중합체 등과 같은 폴리올레핀계 고분자를 포함한 단일층 혹은 다중층으로 구성될 수 있다. 다공성 부직포는 고융점의 유리 섬유, 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate) 섬유를 포함할 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것이 아니며, 실시 형태에 따라 분리막은 세라믹(ceramic)을 포함한 고내열성 분리막(CCS; Ceramic Coated Separator)일 수 있다. A separator may be interposed between the cathode and the anode. The separator is designed to prevent electrical short-circuiting between the cathode and anode and to generate ion flow. The separator may include a porous polymer film or a porous non-woven fabric. Here, the porous polymer film is ethylene polymer, propylene polymer, ethylene/butene copolymer, ethylene/hexene copolymer, and ethylene/methacrylate. ) It may be composed of a single layer or multiple layers containing polyolefin-based polymers such as copolymers. The porous nonwoven fabric may include high melting point glass fibers and polyethylene terephthalate fibers. However, it is not limited to this, and depending on the embodiment, the separator may be a highly heat-resistant separator (CCS; Ceramic Coated Separator) containing ceramic.

양극, 음극 및 분리막은 권취(winding), 적층(lamination), 접음(folding), 또는 지그재그 스태킹(Zigzag stacking) 공정에 의해 전극 조립체로 제조될 수 있다. 또한, 전극 조립체는 전해액과 함께 제공되어 본 발명에 따른 이차 전지로 제조될 수 있다. 이차 전지는 캔을 사용한 원통형, 각형, 파우치(pouch)형, 및 코인(coin)형 중 어느 하나일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The anode, cathode, and separator can be manufactured into an electrode assembly by winding, lamination, folding, or zigzag stacking processes. Additionally, the electrode assembly can be provided with an electrolyte to manufacture a secondary battery according to the present invention. The secondary battery may be any one of a cylindrical, square, pouch, or coin type using a can, but is not limited thereto.

전해액은 비수 전해액일 수 있다. 전해액은 리튬염과 유기 용매를 포함할 수 있다. 상기 유기 용매는 프로필렌 카보네이트(PC), 에틸렌 카보네이트(EC), 디에틸 카보네이트(DEC), 디메틸 카보네이트(DMC), 에틸메틸 카보네이트(EMC), 메틸프로필 카보네이트(MPC), 디프로필 카보네이트(DPC), 비닐렌 카보네이트(VC), 디메틸 설포사이드(dimethyl sulfoxide), 아세토니트릴(acetonitrile), 디메톡시에탄(dimethoxyethane), 디에톡시에탄(diethoxyethane), 설포란(sulfolane), 감마-부티로락톤(gamma-butyrolactone), 프로필렌 설파이드(propylene sulfide), 또는 테트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.The electrolyte may be a non-aqueous electrolyte. The electrolyte solution may include a lithium salt and an organic solvent. The organic solvent includes propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC), ethylmethyl carbonate (EMC), methylpropyl carbonate (MPC), dipropyl carbonate (DPC), Vinylene carbonate (VC), dimethyl sulfoxide, acetonitrile, dimethoxyethane, diethoxyethane, sulfolane, gamma-butyrolactone ), propylene sulfide, or tetrahydrofuran.

이하에서, 실시예 및 비교예를 바탕으로 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다. 다만, 다음의 실시예 및 비교예는 본 발명을 더욱 상세히 설명하기 위한 예시일 뿐, 본 발명이 다음의 실시예 및 비교예에 의해 한정되는 것은 아니다.Below, the present invention will be described in more detail based on examples and comparative examples. However, the following examples and comparative examples are only examples to explain the present invention in more detail, and the present invention is not limited by the following examples and comparative examples.

실시예Example

실시예 1Example 1

<프라이머 제조><Primer manufacturing>

카르복시메틸 셀룰로오스 및 스티렌 부타디엔 고무를 1:99의 중량비로 혼합하여 프라이머 슬러리를 제조하였다.A primer slurry was prepared by mixing carboxymethyl cellulose and styrene butadiene rubber at a weight ratio of 1:99.

<양극 활물질 제조><Manufacture of positive electrode active material>

탄소 피복층이 형성된 LiFePO4, 단일벽 탄소나노튜브(평균 직경 1.8nm, 평균 길이 4.0㎛), 슈퍼 비(Super-b), 폴리비닐리덴플루오라이드(PVdF)를 93:1.5:2.5:3.0의 중량비로 혼합하여 슬러리를 제조하였다. LiFePO 4 with a carbon coating layer, single-walled carbon nanotubes (average diameter 1.8 nm, average length 4.0 ㎛), Super-b, and polyvinylidene fluoride (PVdF) at a weight ratio of 93:1.5:2.5:3.0. A slurry was prepared by mixing.

<양극 제조><Anode manufacturing>

알루미늄 박막에 제조된 프라이머 슬러리를 도포하며, 프라이머 슬러리 상에 양극 활물질을 도포하였다. 이후, 130℃의 진공하에서 1시간 동안 건조하여 프라이머층 및 양극 활물질층이 구비된 양극을 제조하였다.The prepared primer slurry was applied to the aluminum thin film, and the positive electrode active material was applied on the primer slurry. Afterwards, it was dried under vacuum at 130°C for 1 hour to prepare a positive electrode equipped with a primer layer and a positive electrode active material layer.

<음극 제조><Cathode manufacturing>

평균 입경 10㎛인 비정질 탄소인 소프트 카본 음극 활물질, 아세틸렌 블랙, 폴리비닐리덴플로오라이드를 85:5:10의 중량비로 N-메틸 피롤리돈 용매 중에서 혼합하여 음극 활물질 슬러리를 제조하였다. 이후, 음극 활물질 슬러리를 구리 박막에 도포한 후, 110℃의 진공하에서 1시간 동안 건조하여 음극을 제조하였다. A negative electrode active material slurry was prepared by mixing soft carbon negative electrode active material, which is amorphous carbon with an average particle diameter of 10㎛, acetylene black, and polyvinylidene fluoride, in N-methyl pyrrolidone solvent at a weight ratio of 85:5:10. Afterwards, the negative electrode active material slurry was applied to the copper thin film and dried for 1 hour under vacuum at 110°C to prepare a negative electrode.

<이차 전지 제조><Secondary battery manufacturing>

상기 양극과 음극 사이에 두께 20 ㎛의 폴리에틸렌 소재의 분리막을 개재하여 전극 조립체를 제조한 후, 상기 전극 조립체를 케이스에 수납하고, 케이스 내부에 에틸렌 카보네이트:메틸에틸카보네이트가 2:1의 부피비로 혼합된 용매에 LiPF6 1M 및 비닐카보네이트 3 중량%로 혼합된 전해액을 투입하여 이차 전지를 제조하였다.After manufacturing the electrode assembly by interposing a separator made of polyethylene with a thickness of 20 ㎛ between the anode and the cathode, the electrode assembly is stored in a case, and ethylene carbonate: methyl ethyl carbonate is mixed inside the case at a volume ratio of 2:1. A secondary battery was manufactured by adding an electrolyte solution containing 1M LiPF 6 and 3% by weight of vinyl carbonate to the prepared solvent.

실시예 2Example 2

양극 활물질 제조 시 탄소 피복층이 형성된 LiFePO4, 단일벽 탄소나노튜브(평균 직경 1.8nm, 평균 길이 4.0㎛), 슈퍼 비(Super-b), 폴리비닐리덴플루오라이드(PVdF)를 93:1.5:2.5:3.0의 중량비로 혼합하여 슬러리를 제조하는 대신, 탄소 피복층이 형성된 LiFePO4, 단일벽 탄소나노튜브(평균 직경 1.8nm, 평균 길이 8.0㎛), 슈퍼 비(Super-b), 폴리비닐리덴플루오라이드(PVdF)를 93:1.8:2.2:3.0의 중량비로 혼합하여 슬러리를 제조하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 이차 전지를 제조하였다.When manufacturing the positive electrode active material, LiFePO 4 with a carbon coating layer, single-walled carbon nanotubes (average diameter 1.8 nm, average length 4.0 ㎛), Super-b, and polyvinylidene fluoride (PVdF) were used at 93:1.5:2.5. : Instead of preparing a slurry by mixing at a weight ratio of 3.0, LiFePO 4 with a carbon coating layer, single-walled carbon nanotubes (average diameter 1.8 nm, average length 8.0 ㎛), Super-b, and polyvinylidene fluoride A secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 1, except that (PVdF) was mixed at a weight ratio of 93:1.8:2.2:3.0 to prepare a slurry.

실시예 3Example 3

양극 제조 시 알루미늄 박막에 제조된 프라이머 슬러리를 도포하며, 프라이머 슬러리 상에 양극 활물질을 도포하는 대신, 알루미늄 박막 상에 양극 활물질을 도포하여 프라이머층이 구비되지 않는 양극을 제조하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 이차 전지를 제조하였다.Example except that when manufacturing a positive electrode, the prepared primer slurry is applied to an aluminum thin film, and instead of applying the positive electrode active material on the primer slurry, the positive electrode active material is applied on the aluminum thin film to manufacture a positive electrode without a primer layer. A secondary battery was manufactured in the same manner as in 1.

실시예 4Example 4

양극 활물질 제조 시 탄소 피복층이 형성된 LiFePO4, 단일벽 탄소나노튜브(평균 직경 1.8nm, 평균 길이 4.0㎛), 슈퍼 비(Super-b), 폴리비닐리덴플루오라이드(PVdF)를 93:1.5:2.5:3.0의 중량비로 혼합하여 슬러리를 제조하는 대신, 탄소 피복층이 형성된 LiFePO4, 단일벽 탄소나노튜브(평균 직경 1.8nm, 평균 길이 14.0㎛), 슈퍼 비(Super-b), 폴리비닐리덴플루오라이드(PVdF)를 90:1:5:4의 중량비로 혼합하여 슬러리를 제조하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 이차 전지를 제조하였다.When manufacturing the positive electrode active material, LiFePO 4 with a carbon coating layer, single-walled carbon nanotubes (average diameter 1.8 nm, average length 4.0 ㎛), Super-b, and polyvinylidene fluoride (PVdF) were used at 93:1.5:2.5. : Instead of preparing a slurry by mixing at a weight ratio of 3.0, LiFePO 4 with a carbon coating layer, single-walled carbon nanotubes (average diameter 1.8 nm, average length 14.0 ㎛), Super-b, and polyvinylidene fluoride A secondary battery was manufactured in the same manner as Example 1, except that (PVdF) was mixed at a weight ratio of 90:1:5:4 to prepare a slurry.

실시예 5Example 5

양극 활물질 제조 시 탄소 피복층이 형성된 LiFePO4, 단일벽 탄소나노튜브(평균 직경 1.8nm, 평균 길이 4.0㎛), 슈퍼 비(Super-b), 폴리비닐리덴플루오라이드(PVdF)를 93:1.5:2.5:3.0의 중량비로 혼합하여 슬러리를 제조하는 대신, 탄소 피복층이 형성된 LiFePO4, 단일벽 탄소나노튜브(평균 직경 1.8nm, 평균 길이 4.0㎛), 폴리비닐리덴플루오라이드(PVdF)를 98:1:1의 중량비로 혼합하여 슬러리를 제조하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 이차 전지를 제조하였다.When manufacturing the positive electrode active material, LiFePO 4 with a carbon coating layer, single-walled carbon nanotubes (average diameter 1.8 nm, average length 4.0 ㎛), Super-b, and polyvinylidene fluoride (PVdF) were used at 93:1.5:2.5. : Instead of preparing a slurry by mixing at a weight ratio of 3.0, LiFePO 4 with a carbon coating layer, single-walled carbon nanotubes (average diameter 1.8 nm, average length 4.0 ㎛), and polyvinylidene fluoride (PVdF) were mixed at 98:1: A secondary battery was manufactured in the same manner as Example 1, except that a slurry was prepared by mixing at a weight ratio of 1.

비교예 1Comparative Example 1

양극 활물질 제조 시 탄소 피복층이 형성된 LiFePO4, 단일벽 탄소나노튜브(평균 직경 1.8nm, 평균 길이 4.0㎛), 슈퍼 비(Super-b), 폴리비닐리덴플루오라이드(PVdF)를 93:1.5:2.5:3.0의 중량비로 혼합하여 슬러리를 제조하는 대신, 탄소 피복층이 형성된 LiFePO4, 단일벽 탄소나노튜브(평균 직경 1.8nm, 평균 길이 16.0㎛), 슈퍼 비(Super-b), 폴리비닐리덴플루오라이드(PVdF)를 93:1.5:2.5:3의 중량비로 혼합하여 슬러리를 제조하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 이차 전지를 제조하였다.When manufacturing the positive electrode active material, LiFePO 4 with a carbon coating layer, single-walled carbon nanotubes (average diameter 1.8 nm, average length 4.0 ㎛), Super-b, and polyvinylidene fluoride (PVdF) were used at 93:1.5:2.5. : Instead of preparing a slurry by mixing at a weight ratio of 3.0, LiFePO 4 with a carbon coating layer, single-walled carbon nanotubes (average diameter 1.8 nm, average length 16.0 ㎛), Super-b, and polyvinylidene fluoride A secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 1, except that (PVdF) was mixed at a weight ratio of 93:1.5:2.5:3 to prepare a slurry.

비교예 2Comparative Example 2

양극 활물질 제조 시 탄소 피복층이 형성된 LiFePO4, 단일벽 탄소나노튜브(평균 직경 1.8nm, 평균 길이 4.0㎛), 슈퍼 비(Super-b), 폴리비닐리덴플루오라이드(PVdF)를 93:1.5:2.5:3.0의 중량비로 혼합하여 슬러리를 제조하는 대신, 탄소 피복층이 형성된 LiFePO4, 단일벽 탄소나노튜브(평균 직경 1.8nm, 평균 길이 2.0㎛), 슈퍼 비(Super-b), 폴리비닐리덴플루오라이드(PVdF)를 93:1.5:2.5:3의 중량비로 혼합하여 슬러리를 제조하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 이차 전지를 제조하였다.When manufacturing the positive electrode active material, LiFePO 4 with a carbon coating layer, single-walled carbon nanotubes (average diameter 1.8 nm, average length 4.0 ㎛), Super-b, and polyvinylidene fluoride (PVdF) were used at 93:1.5:2.5. : Instead of preparing a slurry by mixing at a weight ratio of 3.0, LiFePO 4 with a carbon coating layer, single-walled carbon nanotubes (average diameter 1.8 nm, average length 2.0 ㎛), Super-b, and polyvinylidene fluoride A secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 1, except that (PVdF) was mixed at a weight ratio of 93:1.5:2.5:3 to prepare a slurry.

비교예 3Comparative Example 3

양극 활물질 제조 시 탄소 피복층이 형성된 LiFePO4, 단일벽 탄소나노튜브(평균 직경 1.8nm, 평균 길이 4.0㎛), 슈퍼 비(Super-b), 폴리비닐리덴플루오라이드(PVdF)를 93:1.5:2.5:3.0의 중량비로 혼합하여 슬러리를 제조하는 대신, 탄소 피복층이 형성된 LiFePO4, 단일벽 탄소나노튜브(평균 직경 1.8nm, 평균 길이 4.0㎛), 슈퍼 비(Super-b), 폴리비닐리덴플루오라이드(PVdF)를 88:1:5:6의 중량비로 혼합하여 슬러리를 제조하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 이차 전지를 제조하였다.When manufacturing the positive electrode active material, LiFePO 4 with a carbon coating layer, single-walled carbon nanotubes (average diameter 1.8 nm, average length 4.0 ㎛), Super-b, and polyvinylidene fluoride (PVdF) were used at 93:1.5:2.5. : Instead of preparing a slurry by mixing at a weight ratio of 3.0, LiFePO 4 with a carbon coating layer, single-walled carbon nanotubes (average diameter 1.8 nm, average length 4.0 ㎛), Super-b, and polyvinylidene fluoride A secondary battery was manufactured in the same manner as Example 1, except that (PVdF) was mixed at a weight ratio of 88:1:5:6 to prepare a slurry.

비교예 4Comparative Example 4

양극 활물질 제조 시 탄소 피복층이 형성된 LiFePO4, 단일벽 탄소나노튜브(평균 직경 1.8nm, 평균 길이 4.0㎛), 슈퍼 비(Super-b), 폴리비닐리덴플루오라이드(PVdF)를 93:1.5:2.5:3.0의 중량비로 혼합하여 슬러리를 제조하는 대신, 탄소 피복층이 형성된 LiFePO4, 단일벽 탄소나노튜브(평균 직경 1.8nm, 평균 길이 6.0㎛), 폴리비닐리덴플루오라이드(PVdF)를 99:0.5:0.5의 중량비로 혼합하여 슬러리를 제조하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 이차 전지를 제조하였다.When manufacturing the positive electrode active material, LiFePO 4 with a carbon coating layer, single-walled carbon nanotubes (average diameter 1.8 nm, average length 4.0 ㎛), Super-b, and polyvinylidene fluoride (PVdF) were used at 93:1.5:2.5. : Instead of preparing a slurry by mixing at a weight ratio of 3.0, LiFePO 4 with a carbon coating layer, single-walled carbon nanotubes (average diameter 1.8 nm, average length 6.0 ㎛), and polyvinylidene fluoride (PVdF) were mixed at 99:0.5: A secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 1, except that a slurry was prepared by mixing at a weight ratio of 0.5.

비교예 5Comparative Example 5

양극 활물질 제조 시 탄소 피복층이 형성된 LiFePO4, 단일벽 탄소나노튜브(평균 직경 1.8nm, 평균 길이 4.0㎛), 슈퍼 비(Super-b), 폴리비닐리덴플루오라이드(PVdF)를 93:1.5:2.5:3.0의 중량비로 혼합하여 슬러리를 제조하는 대신, 탄소 피복층이 형성된 LiFePO4, 단일벽 탄소나노튜브(평균 직경 1.8nm, 평균 길이 18.0㎛), 폴리비닐리덴플루오라이드(PVdF)를 99:0.5:0.5의 중량비로 혼합하여 슬러리를 제조하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 이차 전지를 제조하였다.When manufacturing the positive electrode active material, LiFePO 4 with a carbon coating layer, single-walled carbon nanotubes (average diameter 1.8 nm, average length 4.0 ㎛), Super-b, and polyvinylidene fluoride (PVdF) were used at 93:1.5:2.5. : Instead of preparing a slurry by mixing at a weight ratio of 3.0, LiFePO 4 with a carbon coating layer, single-walled carbon nanotubes (average diameter 1.8 nm, average length 18.0 ㎛), and polyvinylidene fluoride (PVdF) were mixed at 99:0.5: A secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 1, except that a slurry was prepared by mixing at a weight ratio of 0.5.

실험예Experiment example

실험예 1 - 쿨롱 효율 평가Experimental Example 1 - Coulombic efficiency evaluation

실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 5에서 제조한 각각의 이차 전지를 상온에서 CCCV 모드 및 0.2C로 4.4V가 될 때까지 충전한 후 0.2C의 정전류로 3.0V까지 방전시키는 충방전을 20회 진행하였으며, 1번째 사이클에서의 충전 용량 및 방전 용량을 측정하여, 쿨롱 효율을 산정하였으며, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.Each secondary battery manufactured in Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 5 was charged at room temperature in CCCV mode and 0.2C until 4.4V, and then discharged to 3.0V at a constant current of 0.2C for 20 days. The process was carried out three times, and the charge capacity and discharge capacity in the first cycle were measured to calculate the coulombic efficiency, and the results are shown in Table 1 below.

실험예 2 - 수명 특성 평가Experimental Example 2 - Evaluation of lifespan characteristics

실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 5에서 제조한 각각의 이차 전지를 상온에서 CCCV 모드 및 0.2C로 4.4V가 될 때까지 충전한 후 0.2C의 정전류로 3.0V까지 방전시키는 충방전을 100회 진행하였으며, 100번째 충방전 후 1번째 사이클 대비 방전용량의 유지율을 측정하여, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다. Each secondary battery manufactured in Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 5 was charged at room temperature in CCCV mode and 0.2C until 4.4V, and then discharged to 3.0V at a constant current of 0.2C for 100 The process was carried out three times, and the maintenance rate of discharge capacity compared to the first cycle was measured after the 100th charge and discharge, and the results are shown in Table 1 below.

쿨롱 효율coulombic efficiency 방전용량 유지율Discharge capacity maintenance rate 실시예 1Example 1 92.4%92.4% 96.8%96.8% 실시예 2Example 2 92.3%92.3% 96.5%96.5% 실시예 3Example 3 91.1%91.1% 95.1%95.1% 실시예 4Example 4 92.3%92.3% 96.2%96.2% 실시예 5Example 5 92.2%92.2% 96.3%96.3% 비교예 1Comparative Example 1 90.8%90.8% 88.4%88.4% 비교예 2Comparative Example 2 90.9%90.9% 89.9%89.9% 비교예 3Comparative Example 3 87.8%87.8% 94.5%94.5% 비교예 4Comparative Example 4 88.8%88.8% 94.6%94.6% 비교예 5Comparative Example 5 88.2%88.2% 89.1%89.1%

상기 표 1에서 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명의 탄소나노튜브의 평균 길이 범위 및 리튬철 인산화물계 활물질과 탄소나노튜브의 중량 비율을 충족하도록 제조된 실시예 1 내지 5의 이차 전지는 비교예 1 내지 5 대비 초기 용량 및 수명 특성이 향상된 것을 확인할 수 있었다.As can be seen in Table 1, the secondary batteries of Examples 1 to 5 manufactured to meet the average length range of the carbon nanotubes of the present invention and the weight ratio of the lithium iron phosphate-based active material and the carbon nanotubes were Comparative Example 1. It was confirmed that the initial capacity and lifespan characteristics were improved compared to 5.

Claims (5)

양극;
음극;
상기 양극 및 음극 사이에 개재된 분리막; 및
에틸렌 카보네이트:메틸에틸카보네이트가 2:1의 부피비로 혼합된 용매에 LiPF6 1M 및 비닐카보네이트 3 중량%로 혼합된 비수 전해액을 포함하는 이차 전지이며,
상기 양극은,
양극 집전체;
상기 양극 집전체 상에 형성되며, 리튬철 인산화물계 활물질 및 단일벽 탄소나노튜브를 포함하는 양극 활물질층; 및
상기 양극 집전체 및 상기 양극 활물질층 사이에 형성된 프라이머층을 포함하며,
상기 양극 활물질층은 양극 활물질 슬러리로부터 제조되며,
상기 프라이머층은 프라이머 슬러리로부터 제조되며, 상기 프라이머 슬러리는 카르복시메틸 셀룰로오스 및 스티렌 부타디엔 고무를 1:99의 중량비로 포함하고,
상기 프라이머층 및 상기 양극 활물질층은 상기 프라이머 슬러리 상에 상기 양극 활물질 슬러리를 도포하여, 130 ℃의 진공하에서 1시간 동안 건조하여 제조되며,
상기 리튬철 인산화물계 활물질은 표면에 형성된 탄소 피복층을 포함하고,
상기 탄소 피복층은 결정면간 간격 d002가 3.345Å 내지 3.550Å인 탄소계 물질을 포함하며,
상기 탄소 피복층은 친수성 관능기가 도입되고,
상기 단일벽 탄소나노튜브의 평균 길이는 3㎛ 내지 15㎛이고,
상기 단일벽 탄소나노튜브의 평균 직경은 1.0nm 내지 6.0nm이며,
상기 단일벽 탄소나노튜브의 함량은 상기 양극 활물질층 총 중량에 대하여 1 중량 % 내지 1.8 중량%이며,
상기 리튬철 인산화물계 활물질 및 상기 단일벽 탄소나노튜브의 중량비는 30:1 내지 98:1인 이차 전지.
anode;
cathode;
A separator disposed between the anode and the cathode; and
It is a secondary battery containing a non-aqueous electrolyte mixed with 1M LiPF 6 and 3% by weight of vinyl carbonate in a solvent mixed with ethylene carbonate:methylethylcarbonate at a volume ratio of 2:1,
The anode is,
positive electrode current collector;
A positive electrode active material layer formed on the positive electrode current collector and including a lithium iron phosphate-based active material and a single-walled carbon nanotube; and
It includes a primer layer formed between the positive electrode current collector and the positive electrode active material layer,
The positive electrode active material layer is manufactured from positive electrode active material slurry,
The primer layer is prepared from a primer slurry, and the primer slurry includes carboxymethyl cellulose and styrene butadiene rubber at a weight ratio of 1:99,
The primer layer and the positive electrode active material layer are manufactured by applying the positive electrode active material slurry on the primer slurry and drying it in a vacuum at 130 ° C. for 1 hour,
The lithium iron phosphate-based active material includes a carbon coating layer formed on the surface,
The carbon coating layer includes a carbon-based material having an intercrystalline spacing d002 of 3.345 Å to 3.550 Å,
The carbon coating layer is introduced with a hydrophilic functional group,
The average length of the single-walled carbon nanotubes is 3㎛ to 15㎛,
The average diameter of the single-walled carbon nanotubes is 1.0 nm to 6.0 nm,
The content of the single-walled carbon nanotube is 1% by weight to 1.8% by weight based on the total weight of the positive electrode active material layer,
A secondary battery wherein the weight ratio of the lithium iron phosphate-based active material and the single-walled carbon nanotube is 30:1 to 98:1.
제1항에 있어서,
상기 리튬철 인산화물계 활물질은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물인 것인 이차 전지:
[화학식 1]
Li1+aFe1-xMx(PO4-b)Yb
상기 화학식 1에서,
M은 Al, Mg, Ni, Co, Mn, Ti, Ga, Cu, V, Nb, Zr, Ce, In 및 Zn으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상의 원소이며,
Y는 F, S 및 N로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상의 원소이고,
a, b, x는 -0.5≤a≤0.5, 0≤b≤0.1, 0≤x≤0.5이다.
According to paragraph 1,
A secondary battery wherein the lithium iron phosphate-based active material is a compound represented by the following formula (1):
[Formula 1]
Li 1+a Fe 1-x M x (PO 4-b )Y b
In Formula 1,
M is one or more elements selected from the group consisting of Al, Mg, Ni, Co, Mn, Ti, Ga, Cu, V, Nb, Zr, Ce, In and Zn,
Y is any one or more elements selected from the group consisting of F, S and N,
a, b, x are -0.5≤a≤0.5, 0≤b≤0.1, 0≤x≤0.5.
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