KR102625579B1 - A lithium composite electrode, method of fabricating the same, and lithium secondary battery comprising the same - Google Patents

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Abstract

금속막, 및 상기 금속막의 일면에 분산되는 리튬 이온 전도체들 및 전자 전도체들을 포함하는 리튬 복함 음극을 제공하되, 상기 리튬 이온 전도체들 및 상기 전자 전도체들의 일부는 상기 금속막의 상기 일면으로부터 상기 금속막 내로 함침될 수 있다.Provided is a lithium-containing cathode comprising a metal film and lithium ion conductors and electronic conductors dispersed on one surface of the metal film, wherein some of the lithium ion conductors and some of the electronic conductors are distributed from the one surface of the metal film into the metal film. Can be impregnated.

Description

리튬 복합 음극, 이의 제조 방법, 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지{A LITHIUM COMPOSITE ELECTRODE, METHOD OF FABRICATING THE SAME, AND LITHIUM SECONDARY BATTERY COMPRISING THE SAME}Lithium composite negative electrode, manufacturing method thereof, and lithium secondary battery comprising the same

본 발명은 이차 전지를 위한 음극 및 이를 포함하는 이차 전지에 관한 것으로, 상세하게는 리튬 이차 전지를 위한 음극 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지에 관한 것이다.The present invention relates to a negative electrode for a secondary battery and a secondary battery including the same, and more specifically, to a negative electrode for a lithium secondary battery and a lithium secondary battery including the same.

리튬 이온 이차 전지는 현재 휴대폰, 노트북 등 휴대용 전자통신 장치의 핵심적 전력원으로 사용되고 있다. 캐패시터(capacitor), 연료전지(fuel cell) 등의 타 에너지 저장 비해 높은 저장 용량, 우수한 충방전 특성과 높은 가공성 등을 보이고 있어, 웨어러블 소자(wearable device), 전기차 및 에너지 저장 시스템 (energy storage system: ESS) 등의 차세대 에너지 저장 소자로서 큰 주목을 받고 있다.Lithium-ion secondary batteries are currently used as a core power source for portable electronic communication devices such as mobile phones and laptops. Compared to other energy storage methods such as capacitors and fuel cells, it has a high storage capacity, excellent charging and discharging characteristics, and high processability, so it can be used in wearable devices, electric vehicles, and energy storage systems. It is receiving great attention as a next-generation energy storage device such as ESS).

리튬 이차 전지는 양극, 음극 및 양극과 음극 사이에 리튬 이온의 이동 경로를 제공하는 전해질과 분리막으로 구성되는 전지로서, 리튬 이온이 상기 양극 및 음극에서 삽입/탈삽입될 때의 산화, 환원 반응에 의해 전기 에너지를 생성한다. 리튬 이차 전지 에너지 밀도가 높은 리튬 금속을 음극으로 하고, 액체 용매를 전해질로 한다. 이러한 리튬 이차 전지는 덴드라이트(dendrite) 현상으로 인해서 수명이 떨어질 수 있다.A lithium secondary battery is a battery composed of an anode, a cathode, an electrolyte that provides a path for lithium ions to move between the anode and the cathode, and a separator. It participates in oxidation and reduction reactions when lithium ions are inserted/deinserted from the anode and cathode. generates electrical energy by Lithium secondary batteries use lithium metal with high energy density as the cathode and a liquid solvent as the electrolyte. The lifespan of these lithium secondary batteries may be reduced due to dendrite phenomenon.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 전기적 특성이 향상된 리튬 복합 음극 및 이를 이용한 리튬 이차 전지를 제공하는데 있다.The problem to be solved by the present invention is to provide a lithium composite anode with improved electrical properties and a lithium secondary battery using the same.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 전기적 안정성 및 사용 수명이 향상된 리튬 복합 음극 및 이를 이용한 리튬 이차 전지를 제공하는데 있다.Another problem to be solved by the present invention is to provide a lithium composite anode with improved electrical stability and service life and a lithium secondary battery using the same.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 제조 공정이 간소화된 리튬 복합 음극의 제조 방법을 제공하는데 있다.Another problem that the present invention aims to solve is to provide a method of manufacturing a lithium composite anode with a simplified manufacturing process.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problem to be solved by the present invention is not limited to the problems mentioned above, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.

상술한 기술적 과제들을 해결하기 위한 본 발명의 실시예들에 따른 리튬 복합 음극은 금속막, 및 상기 금속막의 일면에 분산되는 리튬 이온 전도체들 및 전자 전도체들을 포함할 수 있다. 상기 리튬 이온 전도체들 및 상기 전자 전도체들의 일부는 상기 금속막의 상기 일면으로부터 상기 금속막 내로 함침될 수 있다.The lithium composite anode according to embodiments of the present invention for solving the above-mentioned technical problems may include a metal film, and lithium ion conductors and electronic conductors dispersed on one surface of the metal film. Some of the lithium ion conductors and the electronic conductors may be impregnated into the metal film from the one surface of the metal film.

일 실시예에 따르면, 상기 리튬 이온 전도체들 및 상기 전자 전도체들은 1 차원 선형 구조 또는 2 차원 판상 구조를 가질 수 있다.According to one embodiment, the lithium ion conductors and the electronic conductors may have a one-dimensional linear structure or a two-dimensional plate-shaped structure.

일 실시예에 따르면, 상기 리튬 이온 전도체들 및 상기 전자 전도체들은 나노 와이어(nanowire), 나노 튜브(nanotube), 또는 나노 플레이트(nanoplate)를 포함할 수 있다.According to one embodiment, the lithium ion conductors and the electronic conductors may include nanowires, nanotubes, or nanoplates.

일 실시예에 따르면, 상기 리튬 이온 전도체들은 상기 전자 전도체들의 일측에 접합될 수 있다.According to one embodiment, the lithium ion conductors may be bonded to one side of the electronic conductors.

일 실시예에 따르면, 상기 리튬 이온 전도체들 및 상기 전자 전도체들은 상기 리튬 이온 전도체들 외면을 상기 전자 전도체들이 둘러쌓고 있는 코어/쉘(core/shell) 구조를 가질 수 있다.According to one embodiment, the lithium ion conductors and the electronic conductors may have a core/shell structure in which the electronic conductors surround the outer surface of the lithium ion conductors.

일 실시예에 따르면, 상기 리튬 이온 전도체들 및 상기 전자 전도체들 사이에서 상기 리튬 이온 전도체들 및 상기 전자 전도체들을 가교하는 바인더를 더 포함할 수 있다.According to one embodiment, a binder that crosslinks the lithium ion conductors and the electronic conductors may be further included between the lithium ion conductors and the electronic conductors.

일 실시예에 따르면, 상기 리튬 이온 전도체들 및 상기 전자 전도체들은 구동 전압에서 리튬과 반응하지 않을 수 있다.According to one embodiment, the lithium ion conductors and the electronic conductors may not react with lithium at the driving voltage.

일 실시예에 따르면, 상기 리튬 이온 전도체들은 리튬염(Li salt)이 혼합되어 있는 Li4 - xGe1 - xPxS4 (LGPS), Li3xLa2 /3- xTiO3 (LLTO), Li1 + xTi2 - xMx(PO4)3, Li3PS4 - glass-ceramic, Li7P3S11 glass-ceramic, Li4SnS4, 폴리에틸렌옥사이드 (polyethylene oxide: PEO) 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 상기 M은 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 인듐(In) 또는 스칸듐(Sc)을 포함할 수 있다.According to one embodiment, the lithium ion conductors are Li 4 - x Ge 1 - x P x S 4 (LGPS), Li 3x La 2 /3- x TiO 3 (LLTO) in which lithium salt (Li salt) is mixed. , Li 1 + x Ti 2 - x M x (PO 4 ) 3 , Li 3 PS 4 - glass-ceramic, Li 7 P 3 S 11 glass-ceramic, Li 4 SnS 4 , polyethylene oxide (PEO) or It may include mixtures thereof. The M may include aluminum (Al), gallium (Ga), indium (In), or scandium (Sc).

일 실시예에 따르면, 상기 전자 전도체들은 SUS(stainless steel), 니켈(Ni) 또는 구리(Cu)을 포함을 포함할 수 있다.According to one embodiment, the electronic conductors may include stainless steel (SUS), nickel (Ni), or copper (Cu).

상술한 기술적 과제들을 해결하기 위한 본 발명의 실시예들에 따른 리튬 이차 전지는 리튬 복합 음극을 포함하는 음극, 양극, 및 액체 전해질을 포함할 수 있다.Lithium secondary batteries according to embodiments of the present invention for solving the above-described technical problems may include a negative electrode including a lithium composite negative electrode, a positive electrode, and a liquid electrolyte.

상술한 기술적 과제들을 해결하기 위한 본 발명의 실시예들에 따른 리튬 복합 음극의 제조 방법은 리튬 이온 전도체들 및 전자 전도체들이 혼합된 제 1 용액을 제조하는 것, 상기 제 1 용액에 바인더를 첨가하여 제 2 용액을 제조하는 것, 상기 제 2 용액을 집전체 상에 도포하여 전도막을 형성하는 것, 상기 전도막을 금속막의 일면 상에 전사하는 것, 및 상기 전도막 내에 상기 금속막의 원소를 함침시키는 것을 포함할 수 있다.The method of manufacturing a lithium composite anode according to embodiments of the present invention to solve the above-described technical problems includes preparing a first solution in which lithium ion conductors and electronic conductors are mixed, adding a binder to the first solution, Preparing a second solution, applying the second solution on a current collector to form a conductive film, transferring the conductive film onto one surface of a metal film, and impregnating the conductive film with elements of the metal film. It can be included.

일 실시예에 따르면, 상기 전도막을 상기 금속막에 함침시키는 것은 프레싱 공정 또는 열처리 공정을 포함할 수 있다.According to one embodiment, impregnating the conductive film into the metal film may include a pressing process or a heat treatment process.

일 실시예에 따르면, 상기 제 1 용액은 용매를 더 포함할 수 있다. 상기 용매는 N-Methyl pyrrolidone (NMP) 또는 아세톤(acetone)을 포함할 수 있다.According to one embodiment, the first solution may further include a solvent. The solvent may include N-Methyl pyrrolidone (NMP) or acetone.

일 실시예에 따르면, 상기 제 2 용액을 집전체 상에 도포하는 것은 닥터 블레이드(doctor blade) 방법, 스핀 코팅(spin coating) 방법 또는 바 코팅(bar coating) 방법을 포함할 수 있다.According to one embodiment, applying the second solution on the current collector may include a doctor blade method, spin coating method, or bar coating method.

본 발명의 실시예들에 따른 리튬 복합 음극은 이차 전지의 구동 시 전자 및 리튬 이온이 리튬 복합 음극의 내에 균등하게 공급될 수 있다. 전도도가 높은 리튬 복합 음극을 제공할 수 있고, 이차 전지의 구동 시 리튬 복합 음극의 내에 리튬 수지상(dendrite)이 발생하는 것이 억제될 수 있다. 이에 따라, 리튬 복합 음극의 수명이 향상될 수 있다.In the lithium composite anode according to embodiments of the present invention, electrons and lithium ions can be evenly supplied into the lithium composite anode when a secondary battery is driven. A lithium composite anode with high conductivity can be provided, and the generation of lithium dendrites within the lithium composite anode when a secondary battery is driven can be suppressed. Accordingly, the lifespan of the lithium composite anode can be improved.

더하여, 전자 전도체들 및 리튬 이온 전도체들은 이차 전지 내의 조건에 무관하게 화학 반응하지 않을 수 있으며, 전자 전도체들 및 리튬 이온 전도체들은 안정적으로 전자 전도 및 리튬 이온 전도를 수행할 수 있다.In addition, the electronic conductors and lithium ion conductors may not chemically react regardless of conditions within the secondary battery, and the electronic conductors and lithium ion conductors can stably perform electronic conduction and lithium ion conduction.

본 발명의 실시예들에 따른 리튬 복합 전극의 제조 방법은 혼합 공정 및 가압 공정과 같은 단순한 공정을 통해 전도성 및 수명이 향상된 리튬 복합 전극을 형성할 수 있다.The method for manufacturing a lithium composite electrode according to embodiments of the present invention can form a lithium composite electrode with improved conductivity and lifespan through a simple process such as a mixing process and a pressurization process.

도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 리튬 복합 음극을 설명하기 위한 평면도이다.
도 3은 리튬 이온 전도체들 및 전자 전도체들의 구조를 설명하기 위한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 이차 전지를 설명하기 위한 개략도이다.
도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 리튬 복합 음극의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 6은 실험예 1에 따른 전도막의 사진이다.
도 7은 실험예 1에 따른 전도막의 SEM 사진들이다.
도 8은 실험예 1에 따른 전도막의 EDS 그래프이다.
도 9는 실험예 2에 따른 집전체 및 전도막의 사진이다.
도 10은 실험예 2에 따른 집전체 및 전도막의 SEM 사진이다.
도 11은 실험예 2에 따른 집전체 및 전도막의 EDS 그래프이다.
도 12는 실험예 2에 따른 리튬 복합 음극의 SEM 사진이다.
도 13은 실험예 2와 비교예의 방전 용량을 비교 측정한 그래프이다.
1 and 2 are plan views for explaining lithium composite anodes according to embodiments of the present invention.
Figure 3 is a cross-sectional view to explain the structure of lithium ion conductors and electronic conductors.
Figure 4 is a schematic diagram for explaining a secondary battery according to embodiments of the present invention.
Figure 5 is a flowchart for explaining a method of manufacturing a lithium composite anode according to embodiments of the present invention.
Figure 6 is a photograph of the conductive film according to Experimental Example 1.
Figure 7 shows SEM images of the conductive film according to Experimental Example 1.
Figure 8 is an EDS graph of the conductive film according to Experimental Example 1.
Figure 9 is a photograph of the current collector and conductive film according to Experimental Example 2.
Figure 10 is an SEM photograph of the current collector and conductive film according to Experimental Example 2.
Figure 11 is an EDS graph of the current collector and conductive film according to Experimental Example 2.
Figure 12 is an SEM photograph of the lithium composite anode according to Experimental Example 2.
Figure 13 is a graph comparing and measuring the discharge capacity of Experimental Example 2 and Comparative Example.

본 발명의 구성 및 효과를 충분히 이해하기 위하여, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 설명한다. 그러나 본 발명은, 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라, 여러 가지 형태로 구현될 수 있고 다양한 변경을 가할 수 있다. 단지, 본 실시예들의 설명을 통해 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다. 당해 기술분야에서 통상의 기술을 가진 자는 본 발명의 개념이 어떤 적합한 환경에서 수행될 수 있다는 것을 이해할 것이다.In order to fully understand the configuration and effects of the present invention, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the attached drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, and can be implemented in various forms and various changes can be made. However, the description of the present embodiments is provided to ensure that the disclosure of the present invention is complete and to fully inform those skilled in the art of the present invention of the scope of the invention. Those of ordinary skill in the art will understand that the inventive concepts can be practiced in any suitable environment.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 ‘포함한다(comprises)’ 및/또는 ‘포함하는(comprising)’은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.The terminology used herein is for describing embodiments and is not intended to limit the invention. As used herein, singular forms also include plural forms, unless specifically stated otherwise in the context. As used in the specification, 'comprises' and/or 'comprising' refers to the presence of one or more other components, steps, operations and/or elements. or does not rule out addition.

본 명세서에서 어떤 막(또는 층)이 다른 막(또는 층) 또는 기판상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 막(또는 층) 또는 기판상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 막(또는 층)이 개재될 수도 있다.In this specification, when a film (or layer) is referred to as being on another film (or layer) or substrate, it may be formed directly on the other film (or layer) or substrate, or may form a third film (or layer) between them. or layer) may be interposed.

본 명세서의 다양한 실시 예들에서 제 1, 제 2, 제 3 등의 용어가 다양한 영역, 막들(또는 층들) 등을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 영역, 막들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 소정 영역 또는 막(또는 층)을 다른 영역 또는 막(또는 층)과 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에의 제 1 막질로 언급된 막질이 다른 실시 예에서는 제 2 막질로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시예도 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 나타낸다. In various embodiments of the present specification, terms such as first, second, third, etc. are used to describe various regions, films (or layers), etc., but these regions and films should not be limited by these terms. do. These terms are merely used to distinguish one region or film (or layer) from another region or film (or layer). Accordingly, a film quality referred to as a first film quality in one embodiment may be referred to as a second film quality in another embodiment. Each embodiment described and illustrated herein also includes its complementary embodiment. Parts indicated with the same reference numerals throughout the specification represent the same elements.

본 발명의 실시예들에서 사용되는 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 통상적으로 알려진 의미로 해석될 수 있다.Unless otherwise defined, terms used in the embodiments of the present invention may be interpreted as meanings commonly known to those skilled in the art.

이하, 도면들 참조하여 본 발명의 개념에 따른 리튬 복합 음극을 설명한다.Hereinafter, a lithium composite anode according to the concept of the present invention will be described with reference to the drawings.

도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 리튬 복합 음극을 설명하기 위한 평면도이다. 도 3은 리튬 이온 전도체들 및 전자 전도체들의 구조를 설명하기 위한 단면도이다.1 and 2 are plan views for explaining lithium composite anodes according to embodiments of the present invention. Figure 3 is a cross-sectional view to explain the structure of lithium ion conductors and electronic conductors.

도 1 및 도 2를 참조하여, 리튬 복합 음극(10)은 금속막(100), 전자 전도체들(210) 및 리튬 이온 전도체들(220)을 포함할 수 있다.1 and 2, the lithium composite anode 10 may include a metal film 100, electronic conductors 210, and lithium ion conductors 220.

금속막(100)은 메탈포일(metal foil)과 같은 후막(thick film)일 수 있다. 금속막(100)은 리튬(Li) 후막일 수 있다.The metal film 100 may be a thick film such as metal foil. The metal film 100 may be a lithium (Li) thick film.

금속막(100)의 일면 상에 전자 전도체들(210) 및 리튬 이온 전도체들(220)이 배치될 수 있다. 전자 전도체들(210) 및 리튬 이온 전도체들(220)은 금속막(100)의 일면 상에 균일하게 분산될 수 있다. 전자 전도체들(210) 및 리튬 이온 전도체들(220)은 금속막(100)의 일면에 매립될 수 있다. 구체적으로, 전자 전도체들(210) 및 리튬 이온 전도체들(220)의 원소들의 일부는 금속막(100)의 일면으로부터 금속막(100)의 내부를 향하여 함침될 수 있다. 일 예로, 전자 전도체들(210) 및 리튬 이온 전도체들(220)이 금속막(100)의 입자들 사이로 침투(percolation)할 수 있다. 전자 전도체들(210) 및 리튬 이온 전도체들(220)이 함침된 금속막(100)의 계면 형상은 후술되는 실시예 2에서 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 전자 전도체들(210) 및 리튬 이온 전도체들(220)은 상호 얽혀있을 수 있다. 전자 전도체들(210) 및 리튬 이온 전도체들(220)은 금속막(100)의 각 부분에 리튬 이온 및 전자를 전달할 수 있다.Electronic conductors 210 and lithium ion conductors 220 may be disposed on one surface of the metal film 100. The electronic conductors 210 and lithium ion conductors 220 may be uniformly distributed on one surface of the metal film 100. Electronic conductors 210 and lithium ion conductors 220 may be embedded in one surface of the metal film 100 . Specifically, some of the elements of the electronic conductors 210 and lithium ion conductors 220 may be impregnated from one side of the metal film 100 toward the inside of the metal film 100 . As an example, the electronic conductors 210 and lithium ion conductors 220 may permeate between particles of the metal film 100. The interface shape of the metal film 100 impregnated with the electronic conductors 210 and lithium ion conductors 220 will be described in detail with reference to the drawings in Example 2, which will be described later. Electronic conductors 210 and lithium ion conductors 220 may be intertwined. The electronic conductors 210 and lithium ion conductors 220 may transfer lithium ions and electrons to each part of the metal film 100 .

전자 전도체들(210)은 1 차원 선형 구조(도 1 참조)를 갖거나, 또는 2 차원 판상 구조(도 2 참조)를 가질 수 있다. 일 예로, 전자 전도체들(210)은 나노 와이어(nanowire), 나노 튜브(nanotube), 또는 나노 플레이트(nanoplate)일 수 있다. 도시된 바와는 다르게, 전자 전도체들(210)은 3 차원 매스(mass) 구조를 가질 수도 있다. 전자 전도체들(210)의 종횡비는 1.1 이상일 수 있다. 전자 전도체들(210)의 길이 또는 장경(major axis)은 1 nm 내지 500 nm일 수 있다. 전자 전도체들(210)의 질량은 리튬 복합 음극의 총 중량에 대해 20 wt% 내지 80 wt%일 수 있다. 전자 전도체들(210)은 이차 전지의 구동 전압(일 예로, 0 V 내지 5 V)에서 리튬과 반응하지 않을 수 있다. 전자 전도체들(210)은 전자 전도도가 높을 수 있다. 전자 전도체들(210)은 SUS(stainless steel), 니켈(Ni) 또는 구리(Cu)를 포함할 수 있다. 또는, 전자 전도체들(210)은 탄소 나노 튜브(CNT) 또는 그래핀(graphene)을 포함할 수 있다.The electronic conductors 210 may have a one-dimensional linear structure (see FIG. 1) or a two-dimensional plate-shaped structure (see FIG. 2). As an example, the electronic conductors 210 may be nanowires, nanotubes, or nanoplates. Unlike shown, the electronic conductors 210 may have a three-dimensional mass structure. The aspect ratio of the electronic conductors 210 may be 1.1 or more. The length or major axis of the electronic conductors 210 may be 1 nm to 500 nm. The mass of the electronic conductors 210 may be 20 wt% to 80 wt% relative to the total weight of the lithium composite anode. The electronic conductors 210 may not react with lithium at the driving voltage of the secondary battery (eg, 0 V to 5 V). Electronic conductors 210 may have high electronic conductivity. The electronic conductors 210 may include stainless steel (SUS), nickel (Ni), or copper (Cu). Alternatively, the electronic conductors 210 may include carbon nanotubes (CNTs) or graphene.

리튬 이온 전도체들(220)은 1 차원 선형 구조(도 1 참조)를 갖거나, 2 차원 판상 구조(도 2 참조)를 갖거나, 이와는 다르게 3 차원 매스 구조를 가질 수 있다. 일 예로, 리튬 이온 전도체들(220)은 나노 와이어, 나노 튜브, 또는 나노 플레이트일 수 있다. 리튬 이온 전도체들(220)의 종횡비는 1.1 이상일 수 있다. 리튬 이온 전도체들(220)의 길이 또는 장경은 1 nm 내지 500 nm일 수 있다. 리튬 이온 전도체들(220)의 질량은 리튬 복합 음극의 총 중량에 대해 20 wt% 내지 80 wt%일 수 있다. 리튬 이온 전도체들(220)은 이차 전지의 구동 전압(일 예로, 0 V 내지 5 V)에서 리튬과 반응하지 않을 수 있다. 리튬 이온 전도체들(220)은 리튬 이온에 대한 이온 전도도가 높을 수 있다. 리튬 이온 전도체들(220)은 리튬염(Li salt)을 포함하는 고분자 전도체로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 리튬 이온 전도체들(220)은 리튬염이 혼합되어 있는 Li2O-SiO2-TiO2-P2O5 (LSTP), Li4-xGe1- xPxS4 (LGPS), Li3xLa2/3-xTiO3 (LLTO), Li1 + xTi2 - xMx(PO4)3, Li3PS4 - glass-ceramic, Li7P3S11 glass-ceramic, Li4SnS4, 폴리에틸렌옥사이드 (polyethylene oxide: PEO) 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 M은 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 인듐(In) 또는 스칸듐(Sc)일 수 있다.The lithium ion conductors 220 may have a one-dimensional linear structure (see FIG. 1), a two-dimensional plate-like structure (see FIG. 2), or alternatively, a three-dimensional mass structure. As an example, the lithium ion conductors 220 may be nanowires, nanotubes, or nanoplates. The aspect ratio of the lithium ion conductors 220 may be 1.1 or more. The length or major diameter of the lithium ion conductors 220 may be 1 nm to 500 nm. The mass of the lithium ion conductors 220 may be 20 wt% to 80 wt% based on the total weight of the lithium composite anode. The lithium ion conductors 220 may not react with lithium at the driving voltage of the secondary battery (eg, 0 V to 5 V). The lithium ion conductors 220 may have high ionic conductivity for lithium ions. The lithium ion conductors 220 may be made of a polymer conductor containing lithium salt (Li salt). For example, the lithium ion conductors 220 include Li 2 O-SiO 2 -TiO 2 -P 2 O 5 ( LSTP), Li4-xGe1 -x P x S 4 (LGPS), Li, which are mixed with lithium salts. 3x La 2/3-x TiO 3 (LLTO), Li 1 + x Ti 2 - x M x (PO 4 ) 3 , Li 3 PS 4 - glass-ceramic, Li 7 P 3 S 11 glass-ceramic, Li 4 It may include SnS 4 , polyethylene oxide (PEO), or mixtures thereof. Here, M may be aluminum (Al), gallium (Ga), indium (In), or scandium (Sc).

이와는 다르게, 전자 전도체들(210) 및 리튬 이온 전도체들(220)은 서로 접합된 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 전자 전도체들(210)의 일측에 리튬 이온 전도체들(220)이 연결되어 있을 수 있다. 또는, 도 3에 도시된 바와 같이, 리튬 이온 전도체들(220) 및 전자 전도체들(210)은 리튬 이온 전도체들(220)의 외면을 전자 전도체들(210)이 둘러싸는 코어/쉘(core/shell) 구조를 가질 수 있다.Alternatively, the electronic conductors 210 and lithium ion conductors 220 may have a bonded shape. For example, lithium ion conductors 220 may be connected to one side of the electronic conductors 210. Alternatively, as shown in FIG. 3, the lithium ion conductors 220 and the electronic conductors 210 have a core/shell in which the electronic conductors 210 surround the outer surface of the lithium ion conductors 220. shell) structure.

전자 전도체들(210) 및 리튬 이온 전도체들(220) 사이에 바인더가 제공될 수 있다. 바인더의 질량은 리튬 복합 음극의 총 중량에 대해 1 wt% 내지 15 wt%일 수 있다. 바인더는 전자 전도체들(210) 및 리튬 이온 전도체들(220)을 가교하고, 전자 전도체들(210) 및 리튬 이온 전도체들(220)과 금속막(100) 간의 접착성을 높일 수 있다. 바인더는 비수계(nonaqueous) 물질 또는 수계(aqueous)물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 바인더는 비닐리덴 플루오라이드 (polyvinylidene fluoride: PVdF), 스티렌-부타디엔 고무 (styrene-butadiene rubber: SBR), 카르복시메틸셀룰로오스 (carboxymethyl cellulose: CMC), 알지네이트 (alginate) 또는 폴리아크릴산 (polyacrylic acid: PAA)을 포함할 수 있다. 바인더는 필요에 따라 제공되지 않을 수 있다.A binder may be provided between the electronic conductors 210 and the lithium ion conductors 220. The mass of the binder may be 1 wt% to 15 wt% based on the total weight of the lithium composite anode. The binder can crosslink the electronic conductors 210 and lithium ion conductors 220 and increase adhesion between the electronic conductors 210 and lithium ion conductors 220 and the metal film 100. The binder may include nonaqueous or aqueous materials. For example, binders include polyvinylidene fluoride (PVdF), styrene-butadiene rubber (SBR), carboxymethyl cellulose (CMC), alginate, or polyacrylic acid. : PAA) may be included. A binder may not be provided depending on your needs.

도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 이차 전지를 설명하기 위한 개략도이다. 이차 전지(1)는 리튬 이차 전지일 수 있다.Figure 4 is a schematic diagram for explaining a secondary battery according to embodiments of the present invention. The secondary battery 1 may be a lithium secondary battery.

도 4를 참조하여, 이차 전지(1)는 음극(10), 양극(20), 음극(10)과 양극(20) 사이에 존재하는 분리막(30), 분리막(30)에 함침된 액체 전해질, 음극(10)과 양극(20) 및 분리막(30)을 봉하는 전지 용기(40) 및 봉입 부재(50)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 4, the secondary battery 1 includes a cathode 10, an anode 20, a separator 30 present between the cathode 10 and the anode 20, a liquid electrolyte impregnated in the separator 30, It may include a battery container 40 and an encapsulation member 50 that seal the cathode 10, the anode 20, and the separator 30.

음극(10)은 도 1 및 도 2를 설명한 리튬 복합 음극일 수 있다. 예를 들어, 음극(10)은 금속막, 및 상기 금속막의 상기 일면으로부터 상기 금속막 내로 함침되는 리튬 이온 전도체들 및 전자 전도체들을 포함할 수 있다.The cathode 10 may be the lithium composite cathode described in FIGS. 1 and 2. For example, the cathode 10 may include a metal film, and lithium ion conductors and electronic conductors impregnated into the metal film from the one surface of the metal film.

양극(20)이 제공될 수 있다. 양극(20)은 리튬 산화물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 양극(20)은 리튬 코발트 산화물 (lithium cobalt oxide: LCO), LI(NCM)O2 또는 리튬 망간 산화물 (lithium manganese oxide: LMO)을 포함할 수 있다.An anode 20 may be provided. The anode 20 may include lithium oxide. For example, the anode 20 may include lithium cobalt oxide (LCO), LI(NCM)O 2 , or lithium manganese oxide (LMO).

분리막(30)은 음극(10)과 양극(20)을 분리시킬 수 있다. 분리막(30)은 폴리에틸렌 (polyethylene), 폴리프로필렌 (polypropylene), 폴리비닐리덴 플루오라이드 (polyvinylidene fluoride: PVDF) 또는 이들의 2층 이상의 다층막이 사용될 수 있다. 일 예로, 분리막(30)은 폴리에틸렌/폴리프로필렌 2층 분리막, 폴리에틸렌/폴리프로필렌/폴리에틸렌 3층 분리막 또는 폴리프로필렌/폴리에틸렌/폴리프로필렌 3층 분리막 등과 같은 혼합 다층막일 수 있다.The separator 30 can separate the cathode 10 and the anode 20. The separator 30 may be made of polyethylene, polypropylene, polyvinylidene fluoride (PVDF), or a multilayer film of two or more layers thereof. As an example, the separator 30 may be a mixed multilayer membrane such as a polyethylene/polypropylene two-layer separator, a polyethylene/polypropylene/polyethylene three-layer separator, or a polypropylene/polyethylene/polypropylene three-layer separator.

액체 전해질은 유기 용매에 용해된 리튬염을 포함할 수 있다. 예를 들어, 리튬염은 LiPF6, LiBF4, LiSbF6, LiAsF6, LiClO4, LiCF3SO3, Li(CF3SO2)2N, LiC4F9SO3, LiAlO2, LiAlCl4, LiN(CxF2x + 1SO2)(CyF2y + 1SO2), LiCl, LiI 및 이들의 조합물 을 포함할 수 있다. 여기서, x 및 y는 자연수일 수 있다. 유기 용매는 에틸렌 카보네이트 (ethylene carbonate), 프로필렌 카보네이트 (propylene carbonate), 디메틸 카보네이트 (dimethyl carbonate), 디에틸 카보네이트 (diethyl carbonate), 메틸프로필 카보네이트 (methylpropyl carbonate), 에틸프로필 카보네이트 (ethylpropyl carbonate), 에틸메틸 카보네이트 (ethylmethyl carbonate), 부틸렌 카보네이트 (butylene carbonate) 또는 불소화 비닐 카보네이트 (fluorinated vinyl carbonate)를 포함할 수 있다.The liquid electrolyte may include a lithium salt dissolved in an organic solvent. For example, lithium salts include LiPF 6 , LiBF 4 , LiSbF 6 , LiAsF 6 , LiClO 4 , LiCF 3 SO 3 , Li(CF 3 SO 2 ) 2 N, LiC 4 F 9 SO 3 , LiAlO 2 , LiAlCl 4 , It may include LiN(C x F 2x + 1 SO 2 )(C y F 2y + 1 SO 2 ), LiCl, LiI, and combinations thereof. Here, x and y may be natural numbers. Organic solvents include ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methylpropyl carbonate, ethylpropyl carbonate, and ethylmethyl. It may include carbonate (ethylmethyl carbonate), butylene carbonate (butylene carbonate), or fluorinated vinyl carbonate (fluorinated vinyl carbonate).

본 발명의 실시예들에 따른 리튬 복합 음극은 리튬 이온에 대한 이온 전도도가 높은 리튬 이온 전도체들 및 전자 전도도가 높은 전자 전도체들이 금속막에 함침되어 있을 수 있다. 리튬 복합 음극은 그의 내부에서 리튬 이온 및 전자의 공급이 원활할 수 있으며, 이차 전지의 구동 시 전자 및 리튬 이온이 리튬 복합 음극의 내에 균등하게 공급될 수 있다. 이에 따라, 전도도가 높은 리튬 복합 음극을 제공할 수 있고, 이차 전지의 구동 시 리튬 복합 음극의 내의 전자 및 리튬 이온의 불균형에 의해 리튬 수지상(dendrite)이 발생하는 것이 억제될 수 있다. 리튬 복합 음극 내에서의 리튬 수지상의 발생이 억제됨에 따라, 리튬 복합 음극의 수명이 향상될 수 있다.In the lithium composite anode according to embodiments of the present invention, lithium ion conductors with high ionic conductivity to lithium ions and electronic conductors with high electronic conductivity may be impregnated into a metal film. The lithium composite negative electrode can have a smooth supply of lithium ions and electrons inside the lithium composite negative electrode, and when the secondary battery is driven, electrons and lithium ions can be evenly supplied inside the lithium composite negative electrode. Accordingly, a lithium composite anode with high conductivity can be provided, and the generation of lithium dendrites due to an imbalance between electrons and lithium ions in the lithium composite anode during operation of a secondary battery can be suppressed. As the generation of lithium dendrites in the lithium composite negative electrode is suppressed, the lifespan of the lithium composite negative electrode can be improved.

더하여, 전자 전도체들 및 리튬 이온 전도체들은 이차 전지의 작동 전압(일 예로, 0 V 내지 5 V)에서 리튬(Li)과의 반응성이 없을 수 있으며, 이차 전지의 구동에 관여하지 않을 수 있다. 즉, 전자 전도체들 및 리튬 이온 전도체들은 이차 전지 내의 조건에 무관하게 화학 반응하지 않을 수 있으며, 전자 전도체들 및 리튬 이온 전도체들은 안정적으로 전자 전도 및 리튬 이온 전도를 수행할 수 있다.In addition, electronic conductors and lithium ion conductors may not be reactive with lithium (Li) at the operating voltage of the secondary battery (for example, 0 V to 5 V) and may not be involved in driving the secondary battery. That is, the electronic conductors and lithium ion conductors may not chemically react regardless of conditions within the secondary battery, and the electronic conductors and lithium ion conductors can stably perform electronic conduction and lithium ion conduction.

또한, 전자 전도체들 및 리튬 이온 전도체들은 1 차원 선형 구조 또는 2 차원 판상 구조를 갖기 때문에 그의 외부 면적이 넓을 수 있으며, 리튬 이온 전달 및 전자 전달의 효율이 높을 수 있다.Additionally, since electronic conductors and lithium ion conductors have a one-dimensional linear structure or a two-dimensional plate-like structure, their external area can be large and the efficiency of lithium ion transfer and electron transfer can be high.

도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 리튬 복합 음극의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다. 본 실시예에서는, 앞서 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한 리튬 복합 음극과 중복되는 기술적 특징에 대한 상세한 설명은 생략하고, 차이점에 대해 상세히 설명한다.Figure 5 is a flowchart for explaining a method of manufacturing a lithium composite anode according to embodiments of the present invention. In this embodiment, detailed description of technical features overlapping with the lithium composite anode previously described with reference to FIGS. 1 to 3 will be omitted, and differences will be described in detail.

도 5를 참조하여, 제 1 용액이 제조될 수 있다(S100). 예를 들어, 용매 내에 리튬 이온 전도체들 및 전자 전도체들을 혼합하여 제 1 용액이 제조될 수 있다. 제 1 용액은 슬러리(slurry)일 수 있다. 리튬 이온 전도체들 및 전자 전도체들은 믹서(mixer)를 통해 용매 내에 분산될 수 있다. 용매는 엔메틸피롤리돈 (N-Methyl pyrrolidone: NMP) 또는 아세톤 (acetone)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 5, a first solution can be prepared (S100). For example, the first solution can be prepared by mixing lithium ion conductors and electronic conductors in a solvent. The first solution may be a slurry. Lithium ion conductors and electronic conductors can be dispersed in a solvent through a mixer. The solvent may include N-Methyl pyrrolidone (NMP) or acetone.

제 2 용액이 제조될 수 있다(S200). 예를 들어, 제 1 용액에 바인더(binder)가 첨가될 수 있다. 제 2 용액은 슬러리(slurry)일 수 있다. 제 2 용액의 점도는 제 1 용액의 점도보다 높을 수 있다. 바인더는 믹서(mixer)를 통해 제 1 용액 내에 분산될 수 있다.A second solution may be prepared (S200). For example, a binder may be added to the first solution. The second solution may be a slurry. The viscosity of the second solution may be higher than the viscosity of the first solution. The binder may be dispersed in the first solution through a mixer.

집전체상에 전도막이 형성될 수 있다(S300). 예를 들어, 제 2 용액이 집전체 상에 도포될 수 있다. 제 2 용액의 도포 공정은 닥터 블레이드(doctor blade) 방법, 스핀 코팅(spin coating) 방법 또는 바 코팅(bar coating) 방법을 포함할 수 있다. 전도막은 바인더에 의해 가교된 전자 전도체들 및 리튬 이온 전도체들을 가질 수 있다. 전도막의 두께는 1 μm 내지 10000 μm일 수 있다. 제 2 용액의 도포 공정 이후, 용매가 제거될 수 있다. 일 예로, 전도막에 열처리 공정이 수행될 수 있다. 열처리 공정은 약 70도 내지 110도 사이에서 수행될 수 있다.A conductive film may be formed on the current collector (S300). For example, a second solution may be applied on the current collector. The application process of the second solution may include a doctor blade method, spin coating method, or bar coating method. The conductive film may have electronic conductors and lithium ion conductors crosslinked by a binder. The thickness of the conductive film may be 1 μm to 10000 μm. After the application process of the second solution, the solvent may be removed. As an example, a heat treatment process may be performed on the conductive film. The heat treatment process may be performed between about 70 degrees and 110 degrees.

이후, 집전체상에 형성된 전도막이 금속막에 전사될 수 있다(S400). 일 예로, 전도막과 금속막이 접할 수 있도록, 집전체의 일면 상에 금속막을 접착시킬 수 있다.Thereafter, the conductive film formed on the current collector may be transferred to the metal film (S400). For example, a metal film may be adhered to one side of the current collector so that the conductive film and the metal film can be in contact.

전도막이 금속막 내로 함침될 수 있다(S500). 예를 들어, 집전체와 금속막이 가압되어, 집전체와 금속막 사이의 전도막의 리튬 이온 전도체들 및 전자 전도체들이 금속막 내로 침투할 수 있다. 상기 가압 공정은 롤러 가압(roller pressing)과 같은 프레스(press) 공정을 통해 수행될 수 있다. 이때, 리튬 이온 전도체들 및 전자 전도체들은 압력에 의해 금속막의 금속 입자들 사이로 침투(percolation)하고, 금속막의 일부 금속 입자들이 전도막 내로 침투할 수 있다.The conductive film may be impregnated into the metal film (S500). For example, the current collector and the metal film may be pressurized, allowing lithium ion conductors and electronic conductors of the conductive film between the current collector and the metal film to penetrate into the metal film. The pressing process may be performed through a press process such as roller pressing. At this time, the lithium ion conductors and electronic conductors may percolate between the metal particles of the metal film due to pressure, and some metal particles of the metal film may penetrate into the conductive film.

이와는 다르게, 전도막 및 금속막에 열처리 공정이 수행되어, 전도막의 리튬 이온 전도체들 및 전자 전도체들이 금속막 내로 침투할 수 있다. 일 예로, 전도막의 융점이 금속막의 융점보다 높은 경우, 금속막의 융점과 전도막의 융점 사이의 온도에서 금속막이 부분적으로 용해되어, 전도막의 리튬 이온 전도체들 및 전자 전도체들 사이로 침습(infiltrate)할 수 있다. 또는, 금속막의 융점보다 낮은 온도로 열처리 공정이 수행되는 경우, 금속막 표면의 금속 입자들이 전도막으로 확산될 수 있다.Alternatively, a heat treatment process is performed on the conductive film and the metal film, so that the lithium ion conductors and electronic conductors of the conductive film can penetrate into the metal film. For example, when the melting point of the conductive film is higher than the melting point of the metal film, the metal film partially melts at a temperature between the melting point of the metal film and the melting point of the conductive film, and may infiltrate between the lithium ion conductors and electronic conductors of the conductive film. . Alternatively, when the heat treatment process is performed at a temperature lower than the melting point of the metal film, metal particles on the surface of the metal film may diffuse into the conductive film.

이와는 또 다르게, 전도막과 금속막에 가압 공정 및 열처리 공정이 함께 수행될 수 있다. 이때, 열처리 온도는 금속막의 융점 및 전도막의 융점보다 낮을 수 있다. 지금까지 설명한 제조예에 따라, 조 1 및 도 2의 리튬 복합 음극이 제조될 수 있다.Alternatively, a pressurizing process and a heat treatment process may be performed on the conductive film and the metal film together. At this time, the heat treatment temperature may be lower than the melting point of the metal film and the melting point of the conductive film. According to the manufacturing example described so far, the lithium composite negative electrode of Group 1 and Figure 2 can be manufactured.

본 발명의 실시예들에 따른 리튬 복합 전극의 제조 방법은 혼합 공정 및 가압 공정과 같은 단순한 공정을 통해 전도성 및 수명이 향상된 리튬 복합 전극을 형성할 수 있다.The method for manufacturing a lithium composite electrode according to embodiments of the present invention can form a lithium composite electrode with improved conductivity and lifespan through a simple process such as a mixing process and a pressurization process.

다른 실시예들에 따르면, 전도막은 상기 금속막의 원소를 포함하도록 형성될 수도 있다. 예를 들어, 제 2 용액의 제조 공정 시, 제 2 용액에 금속 입자(일 예로, 리튬 파우더)를 첨가할 수 있다. 이후, 집전체 상에 제 2 용액을 도포하여 전도막이 형성될 수 있다. 이 경우, 전도막이 리튬 복합 전극일 수 있다. 전도막은 전자 전도체들, 리튬 이온 전도체들 및 금속 입자를 포함할 수 있다. 즉, 금속 입자를 함침시키기 위한 별도의 공정이 필요하지 않을 수도 있다.According to other embodiments, the conductive film may be formed to include elements of the metal film. For example, during the manufacturing process of the second solution, metal particles (eg, lithium powder) may be added to the second solution. Thereafter, a conductive film may be formed by applying a second solution on the current collector. In this case, the conductive film may be a lithium composite electrode. The conductive film may include electronic conductors, lithium ion conductors, and metal particles. That is, a separate process for impregnating metal particles may not be necessary.

<실험예><Experimental example>

이하 본 발명의 리튬 복합 전극의 실험예 및 비교예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 제시하여 나타내었다. 그러나, 본 발명의 범위는 이에 제한되지 않는다.Hereinafter, the present invention is presented in more detail through experimental examples and comparative examples of the lithium composite electrode of the present invention. However, the scope of the present invention is not limited thereto.

실험예Experiment example 1 One

전자 전도체로 구리(Cu) 나노 와이어를 사용하고, 리튬 이온 전도체로 Li2O-SiO2-TiO2-P2O5 (LSTP)를 사용하였다. 전자 전도체 및 리튬 이온 전도체는 엔메틸피롤리돈 (N-Methyl pyrrolidone: NMP) 용매에 분산시켰다. 상기 용액에 바인더로 비닐리덴 플루오라이드 (polyvinylidene fluoride: PVdF)를 첨가하여 제 2 용액을 제조하였다. 이때, 구리 나노 와이어, LSTP 및 PVdF의 질량비는 70:20:10으로 하였다. 상기 제 2 용액이 잘 섞이도록 교반한 후, 닥터 블레이드(doctor blade) 방법을 이용하여 전도막을 형성하였다. 전도막은 약 200 μm 내지 300 μm가 되도록 형성되었다. 이후, 전도막에 열처리 공정을 수행하여 용매를 제거하였다. 열처리 공정은 100도의 조건에서 20분간 수행되었다. 상기와 같이 전도막을 형성하였다.Copper (Cu) nanowire was used as an electronic conductor, and Li 2 O-SiO 2 -TiO 2 -P 2 O 5 (LSTP) was used as a lithium ion conductor. The electronic conductor and lithium ion conductor were dispersed in N-Methyl pyrrolidone (NMP) solvent. A second solution was prepared by adding vinylidene fluoride (PVdF) as a binder to the solution. At this time, the mass ratio of copper nanowire, LSTP, and PVdF was set to 70:20:10. After the second solution was stirred to mix well, a conductive film was formed using a doctor blade method. The conductive film was formed to be about 200 μm to 300 μm. Afterwards, a heat treatment process was performed on the conductive film to remove the solvent. The heat treatment process was performed for 20 minutes at 100 degrees. A conductive film was formed as described above.

도 6은 실험예 1에 따른 전도막의 사진으로, 호일 형태의 전도막(200)이 형성된 것을 확인할 수 있다. 도 7은 실험예 1에 따른 전도막의 SEM 사진들로 나노 와이어 형태의 전자 전도체 및 리튬 이온 전도체를 확인할 수 있다. 도 7의 (a), (b) 및 (c)는 각각 400배, 1500배 및 8000배 확대한 사진들이다. 도 8은 실험예 1에 따른 전도막의 원소 분석(EDS) 그래프로, 구리 및 리튬 산화물이 혼합되어 있는 것을 확인할 수 있다.Figure 6 is a photograph of the conductive film according to Experimental Example 1, and it can be seen that the foil-shaped conductive film 200 was formed. Figure 7 shows SEM photographs of the conductive film according to Experimental Example 1, showing the nanowire-type electronic conductor and lithium ion conductor. Figures 7 (a), (b), and (c) are photographs enlarged 400 times, 1500 times, and 8000 times, respectively. Figure 8 is an elemental analysis (EDS) graph of the conductive film according to Experimental Example 1, and it can be seen that copper and lithium oxides are mixed.

실험예Experiment example 2 2

전자 전도체, 리튬 이온 전도체 및 바인더는 실험예 1과 동일하게 하여 제 2 용액을 형성하였으나, 구리 나노 와이어, LSTP 및 PVdF의 질량비는 56:40:4으로 하였다. 닥터 블레이드(doctor blade) 방법을 이용하여 제 2 용액을 집전체상에 도포하여 전도막을 형성하였다. 집전체은 구리 호일을 이용하였다. 전도막은 약 200 μm 내지 300 μm가 되도록 형성되었다. 상기와 같이 전도막을 형성하였다.The electronic conductor, lithium ion conductor, and binder were used in the same manner as in Experimental Example 1 to form a second solution, but the mass ratio of copper nanowire, LSTP, and PVdF was set to 56:40:4. The second solution was applied on the current collector using a doctor blade method to form a conductive film. Copper foil was used as the current collector. The conductive film was formed to be about 200 μm to 300 μm. A conductive film was formed as described above.

도 9는 실험예 2에 따른 집전체 및 전도막의 사진으로, 호일 형태의 집전체 상에 전도막(200)이 형성된 것을 확인할 수 있다. 도 10은 실험예 2에 따른 집전체및 전도막의 SEM 사진이다. 도 11은 실험예 2에 따른 집전체및 전도막의 EDS 그래프로, 구리 및 리튬 산화물이 혼합되어 있는 것을 확인할 수 있다.Figure 9 is a photograph of the current collector and conductive film according to Experimental Example 2, and it can be seen that the conductive film 200 was formed on the foil-shaped current collector. Figure 10 is an SEM photograph of the current collector and conductive film according to Experimental Example 2. Figure 11 is an EDS graph of the current collector and conductive film according to Experimental Example 2, and it can be seen that copper and lithium oxide are mixed.

전도막(200)이 형성된 집전체 상에 금속막을 배치시킨 후, 이온 전도체들 및 전자 전도체들이 금속막 내에 함침되도록, 금속막 및 집전체에 롤프레싱 공정 및 열처리 공정을 수행하였다. 열처리 공정은 300도의 조건에서 수행되었다. 상기와 같이 리튬 복합 전극을 형성하였다.After the metal film was placed on the current collector on which the conductive film 200 was formed, a roll pressing process and a heat treatment process were performed on the metal film and the current collector so that ion conductors and electronic conductors were impregnated into the metal film. The heat treatment process was carried out at 300 degrees. A lithium composite electrode was formed as described above.

도 12는 실험예 2에 따른 리튬 복합 음극의 SEM 사진이다. 도 12의 (d) 및 (e)는 각각 3500배 및 8000배 확대한 사진들이다. 도 12에서는, 이온 전도체들 및 전자 전도체들이 금속막(100)의 일면으로부터 금속막(100)의 내부로 침투하여, 금속막(100)과 전도막(200) 사이에 경계가 분명하지 않은 것을 확인할 수 있다. 즉, 전도막(200)이 금속막(100) 내로 함침된 것을 확인할 수 있다.Figure 12 is an SEM photograph of the lithium composite anode according to Experimental Example 2. Figures 12 (d) and (e) are photos enlarged 3500 times and 8000 times, respectively. In FIG. 12, it can be seen that ion conductors and electronic conductors penetrate into the interior of the metal film 100 from one side of the metal film 100, and the boundary between the metal film 100 and the conductive film 200 is not clear. You can. That is, it can be confirmed that the conductive film 200 is impregnated into the metal film 100.

이후, 리튬 복합 전극을 이용하여 이차 전지를 제조하였다. 양극으로 리튬 코발트 산화물 (lithium cobalt oxide: LCO)을 이용하였고, 전해질로 LiPF6가 EC/DMC에 용해된 전해질을 이용하였다. LiPF6는 EC/DMC에 1M의 농도로 용해되었다. 상기와 같이 이차 전지를 형성하였다.Afterwards, a secondary battery was manufactured using a lithium composite electrode. Lithium cobalt oxide (LCO) was used as the anode, and an electrolyte in which LiPF 6 was dissolved in EC/DMC was used as the electrolyte. LiPF 6 was dissolved in EC/DMC at a concentration of 1M. A secondary battery was formed as described above.

비교예Comparative example

실험예 2의 리튬 복합 전극과 유사한 두께의 리튬 호일을 이용하였다. 이 외에 양극 및 전해질은 실험예 2와 동일하게 하여, 이차 전지를 형성하였다.A lithium foil with a thickness similar to that of the lithium composite electrode in Experimental Example 2 was used. In addition, the positive electrode and electrolyte were the same as in Experimental Example 2, and a secondary battery was formed.

도 13은 실험예 2와 비교예의 방전 용량을 비교 측정한 그래프이다.Figure 13 is a graph comparing and measuring the discharge capacity of Experimental Example 2 and Comparative Example.

도 13을 참조하여, 실험예 2의 이차 전지 및 비교예의 이차 전지에 충전 및 방전을 반복 수행하며, 그들의 방전 용량을 측정하였다. 도 12에 도시된 바와 같이, 비교예의 이차 전지는 충전 및 방전이 반복됨에 따라 방전 용량이 감소하는 것에 반해, 실험예 2의 이차 전지는 충전 및 방전이 반복됨에 따라 방전 용량이 감소하지 않는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 13, charging and discharging were repeatedly performed on the secondary battery of Experimental Example 2 and the secondary battery of Comparative Example, and their discharge capacities were measured. As shown in FIG. 12, the discharge capacity of the secondary battery of the comparative example decreases as charging and discharging are repeated, while the discharge capacity of the secondary battery of Experimental Example 2 does not decrease as charging and discharging are repeated. You can.

즉, 본 발명의 실시예들에 따른 리튬 복합 음극 및 이를 이용한 이차 전지는 그의 사용 수명이 향상된 것을 확인할 수 있다.That is, it can be confirmed that the service life of the lithium composite anode and the secondary battery using the same according to embodiments of the present invention is improved.

이상, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.Above, embodiments of the present invention have been described with reference to the attached drawings, but those skilled in the art will understand that the present invention can be implemented in other specific forms without changing the technical idea or essential features. You will understand that it exists. Therefore, the embodiments described above should be understood in all respects as illustrative and not restrictive.

1: 이차 전지
10: 리튬 복합 음극 20: 양극
30: 분리막 40: 전지 용기
50: 봉입 부재
100: 금속막 200: 도전전도막
210: 전자 전도체 220: 리튬 이온 전도체
1: Secondary battery
10: lithium composite cathode 20: anode
30: Separator 40: Battery container
50: Encapsulation member
100: metal film 200: conductive conductive film
210: electronic conductor 220: lithium ion conductor

Claims (13)

금속막; 및
상기 금속막의 일면에 분산되는 리튬 이온 전도체들 및 전자 전도체들을 포함하는 전도막을 포함하고,
상기 금속막과 상기 전도막은 서로 접촉하며,
상기 리튬 이온 전도체들 및 상기 전자 전도체들의 일부는 상기 금속막의 상기 일면으로부터 상기 금속막 내로 함침되는 리튬 복합 음극.
metal film; and
A conductive film comprising lithium ion conductors and electronic conductors dispersed on one surface of the metal film,
The metal film and the conductive film are in contact with each other,
A lithium composite anode wherein some of the lithium ion conductors and some of the electronic conductors are impregnated into the metal film from the one surface of the metal film.
제 1 항에 있어서,
상기 리튬 이온 전도체들 및 상기 전자 전도체들은 1 차원 선형 구조 또는 2 차원 판상 구조를 갖는 리튬 복합 음극.
According to claim 1,
A lithium composite cathode wherein the lithium ion conductors and the electronic conductors have a one-dimensional linear structure or a two-dimensional plate-like structure.
제 2 항에 있어서,
상기 리튬 이온 전도체들 및 상기 전자 전도체들은 나노 와이어(nanowire), 나노 튜브(nanotube), 또는 나노 플레이트(nanoplate)를 포함하는 리튬 복합 음극.
According to claim 2,
The lithium composite cathode wherein the lithium ion conductors and the electronic conductors include nanowires, nanotubes, or nanoplates.
제 1 항에 있어서,
상기 리튬 이온 전도체들 및 상기 전자 전도체들은:
상기 리튬 이온 전도체들 외면을 상기 전자 전도체들이 둘러쌓고 있는 코어/쉘(core/shell) 구조를 갖는 리튬 복합 음극.
According to claim 1,
The lithium ion conductors and the electronic conductors are:
A lithium composite cathode having a core/shell structure in which the electronic conductors surround the outer surfaces of the lithium ion conductors.
제 1 항에 있어서,
상기 리튬 이온 전도체들 및 상기 전자 전도체들 사이에서 상기 리튬 이온 전도체들 및 상기 전자 전도체들을 가교하는 바인더를 더 포함하는 리튬 복합 음극.
According to claim 1,
A lithium composite negative electrode further comprising a binder that crosslinks the lithium ion conductors and the electronic conductors between the lithium ion conductors and the electronic conductors.
제 1 항에 있어서,
상기 리튬 이온 전도체들 및 상기 전자 전도체들은 구동 전압에서 리튬과 반응하지 않는 리튬 복합 음극.
According to claim 1,
A lithium composite cathode wherein the lithium ion conductors and the electronic conductors do not react with lithium at the driving voltage.
제 1 항에 있어서,
상기 리튬 이온 전도체들은 리튬염(Li salt)이 혼합되어 있는 Li4 - xGe1 - xPxS4 (LGPS), Li3xLa2 /3- xTiO3 (LLTO), Li1 + xTi2 - xMx(PO4)3, Li3PS4 - glass-ceramic, Li7P3S11 glass-ceramic, Li4SnS4, 폴리에틸렌옥사이드 (polyethylene oxide: PEO) 또는 이들의 혼합물을 포함하되,
상기 M은 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 인듐(In) 또는 스칸듐(Sc)을 포함하는 리튬 복합 음극.
According to claim 1,
The lithium ion conductors are Li 4 - x Ge 1 - x P x S 4 (LGPS), Li 3x La 2 /3- x TiO 3 (LLTO), Li 1 + x Ti, which are mixed with lithium salt (Li salt). 2 - x M _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ ,
The M is a lithium composite anode containing aluminum (Al), gallium (Ga), indium (In), or scandium (Sc).
제 1 항에 있어서,
상기 전자 전도체들은 SUS(stainless steel), 니켈(Ni) 또는 구리(Cu)을 포함하는 리튬 복합 음극.
According to claim 1,
The electronic conductors are lithium composite cathodes containing stainless steel (SUS), nickel (Ni), or copper (Cu).
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 하나에 따른 리튬 복합 음극을 포함하는 음극;
양극; 및
액체 전해질을 포함하는 리튬 이차 전지.
A negative electrode comprising the lithium composite negative electrode according to any one of claims 1 to 8;
anode; and
A lithium secondary battery containing a liquid electrolyte.
리튬 이온 전도체들 및 전자 전도체들이 혼합된 제 1 용액을 제조하는 것;
상기 제 1 용액에 바인더를 첨가하여 제 2 용액을 제조하는 것;
상기 제 2 용액을 집전체 상에 도포하여 전도막을 형성하는 것;
상기 전도막을 금속막의 일면 상에 전사하는 것; 및
상기 전도막 내에 상기 금속막의 원소를 함침시키는 것을 포함하는 리튬 복합 음극의 제조 방법.
preparing a first solution containing a mixture of lithium ion conductors and electronic conductors;
preparing a second solution by adding a binder to the first solution;
forming a conductive film by applying the second solution on a current collector;
transferring the conductive film onto one surface of a metal film; and
A method of manufacturing a lithium composite anode comprising impregnating an element of the metal film into the conductive film.
제 10 항에 있어서,
상기 전도막을 상기 금속막에 함침시키는 것은 프레싱 공정 또는 열처리 공정을 포함하는 리튬 복합 음극의 제조 방법.
According to claim 10,
Impregnating the conductive film into the metal film is a method of manufacturing a lithium composite anode including a pressing process or a heat treatment process.
제 10 항에 있어서,
상기 제 1 용액은 용매를 더 포함하되,
상기 용매는 엔메틸피롤리돈(N-Methyl pyrrolidone: NMP) 또는 아세톤(acetone)을 포함하는 리튬 복합 음극의 제조 방법.
According to claim 10,
The first solution further includes a solvent,
A method of producing a lithium composite anode wherein the solvent includes N-Methyl pyrrolidone (NMP) or acetone.
제 10 항에 있어서,
상기 제 2 용액을 집전체 상에 도포하는 것은 닥터 블레이드(doctor blade) 방법, 스핀 코팅(spin coating) 방법 또는 바 코팅(bar coating) 방법을 포함하는 리튬 복합 음극의 제조 방법.
According to claim 10,
A method of manufacturing a lithium composite negative electrode comprising applying the second solution onto the current collector using a doctor blade method, spin coating method, or bar coating method.
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