KR20040053492A - Negative electrode and lithium battery employing the same - Google Patents

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KR20040053492A KR1020020080051A KR20020080051A KR20040053492A KR 20040053492 A KR20040053492 A KR 20040053492A KR 1020020080051 A KR1020020080051 A KR 1020020080051A KR 20020080051 A KR20020080051 A KR 20020080051A KR 20040053492 A KR20040053492 A KR 20040053492A
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구창일
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Abstract

PURPOSE: A negative electrode and a lithium battery employing the negative electrode are provided, to improve the binding force between a negative electrode active material layer and an electrode plate even with reducing the content of a binder. CONSTITUTION: The negative electrode comprises a negative electrode plate; and a negative electrode active material layer placed on the plate which comprises 90-98 wt% of a negative electrode active material, 0.8-5 wt% of an SBR binder, 0.8-5 wt% of a thickener, and 0.01-1 wt% of a dicarboxylic acid for improving the binding force between the negative electrode active material and the binder and the electrode plate. Preferably the dicarboxylic acid is a C2-C20 alkane dicarboxylic acid or a C4-C20 alkene dicarboxylic acid; the electrode plate is made of copper or a copper-based alloy; and the active material comprises a natural carbon, an artificial carbon, a graphitizable carbon, a non-graphitizable carbon or their combinations.

Description

음극 및 이를 채용한 리튬 전지{Negative electrode and lithium battery employing the same}Negative electrode and lithium battery employing the same}

본 발명은 음극 극판 및 이를 포함하는 리튬 전지에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 집전체와 음극활물질간의 접착력이 우수한 음극 극판 및 이를 포함하는 리튬 전지에 관한 것이다.The present invention relates to a negative electrode plate and a lithium battery comprising the same, and more particularly, to a negative electrode plate having excellent adhesion between the current collector and the negative electrode active material and a lithium battery comprising the same.

최근 첨단 전자기기의 발달로 전자 장비가 소형화 및 경량화 됨에 따라 휴대용 전자 기기의 사용이 점차 증대되고 있다. 이에 따라 이러한 전자기기의 전원으로 사용되는 고에너지 밀도 특성을 갖는 전지의 필요성이 높아지게 되어 리튬 전지, 특히 충방전이 가능한 리튬 2차 전지에 대한 연구가 매우 활발하게 이루어지고 있다.Recently, as the electronic equipment becomes smaller and lighter due to the development of advanced electronic devices, the use of portable electronic devices is gradually increasing. Accordingly, the necessity of a battery having a high energy density characteristic used as a power source of such an electronic device is increasing, and researches on lithium batteries, particularly lithium secondary batteries capable of charging and discharging are being actively conducted.

리튬 2차 전지는 음극, 양극 및 이 사이에서 리튬 이온의 이동 경로를 제공하는 유기 전해액과 세퍼레이타를 결합시켜 제조한 전지로서, 리튬 이온이 양극 및 음극에서 삽입(intercalation)/탈삽입(deintercalation)될 때의 산화, 환원 반응에 의해 전기에너지를 생성한다. 이와 같은 리튬 2차 전지는 세퍼레이타의 종류에 따라서 액체 전해질을 사용하는 리튬 이온 전지와 고체형 전해질을 사용하는 리튬 폴리머 전지로 나눌 수 있다.A lithium secondary battery is a battery manufactured by combining a separator and an organic electrolyte which provides a movement path of lithium ions between a cathode, an anode, and lithium ions, and intercalation / deintercalation of lithium ions at the anode and the cathode. The electrical energy is generated by the oxidation and reduction reactions at the same time. Such lithium secondary batteries can be classified into lithium ion batteries using liquid electrolytes and lithium polymer batteries using solid electrolytes, depending on the type of separator.

리튬 2차 전지에서 양극과 음극은 리튬 이온의 삽입 및 탈삽입이 가능한 물질로 이루어진다. 전극의 형성재료에 대하여 살펴보면, 양극(cathode) 활물질로는 LiCoO2, LiMn2O4, LiNiO2, LiMnO2등과 같은 리튬 함유 금속 산화물을 사용한다.In the lithium secondary battery, the positive electrode and the negative electrode are made of a material capable of inserting and deinserting lithium ions. Looking at the forming material of the electrode, a lithium-containing metal oxide such as LiCoO 2 , LiMn 2 O 4 , LiNiO 2 , LiMnO 2, and the like are used as a cathode active material.

리튬 전지의 음극(anode) 활물질로는 구조적, 전기적 성질을 유지하면서 리튬 이온을 가역적으로 받아들이거나 공급할 수 있는 리튬 금속, 리튬 함유 합금, 또는 리튬 이온의 삽입/탈삽입시의 케미칼 포텐셜이 금속 리튬과 거의 유사한 탄소계 물질이 주로 사용된다.As an anode active material of a lithium battery, the chemical potential at the time of insertion / deintercalation of lithium metal, a lithium-containing alloy, or lithium ion capable of reversibly accepting or supplying lithium ions while maintaining structural and electrical properties is substantially different from that of metallic lithium. Similar carbonaceous materials are mainly used.

음극 활물질로 리튬 금속 또는 그 합금을 사용하는 것을 리튬 금속 전지라고 하며, 탄소재료를 사용하는 것을 리튬 이온 전지라고 한다.The use of lithium metal or an alloy thereof as a negative electrode active material is called a lithium metal battery, and the use of a carbon material is called a lithium ion battery.

리튬 금속 또는 리튬 합금을 음극으로 사용하는 리튬 금속 전지는 덴드라이트(dentrite)의 형성으로 인한 전지 단락 때문에 폭발위험성이 있으므로 이러한 위험성이 없는 탄소재료를 음극 활물질로 사용하는 리튬 이온 전지로 대체되어 가고 있다. 리튬 이온 전지는 충방전시 리튬이온의 이동만 있을 뿐 전극 활물질이 원형그대로 유지되므로 리튬 금속 전지에 비하여 전지수명 및 안정성이 향상된다.Lithium metal batteries using lithium metal or lithium alloys as negative electrodes are explosive due to battery short circuits due to the formation of dendrite, and are therefore being replaced by lithium ion batteries using carbon materials having no such risk as negative electrode active materials. . Lithium ion batteries have only movement of lithium ions during charging and discharging, and thus the electrode active materials remain intact, thereby improving battery life and stability compared to lithium metal batteries.

그러나, 전지의 고용량화 추세에 따라 안전성 요구 또한 더욱 증대되어 리튬 이온 전지의 경우 고용량에서도 안전성을 확보할 수 있도록 기능성 소재가 선택되어야 한다. 특히 전지의 용량이 증가됨에 따라 전지의 안전성 또한 필수적으로 수반되어야 하므로 전지 제조 회사들은 전지 용량의 증가와 함께 안전성 확보를 위한 노력을 지속적으로 경주하고 있다.However, in accordance with the trend toward higher capacities of batteries, safety requirements are further increased, and thus, in the case of lithium ion batteries, a functional material should be selected to ensure safety even at a high capacity. In particular, as the capacity of the battery increases, battery safety must also be accompanied by an increase, and battery manufacturers continue to make efforts to secure safety with increasing battery capacity.

리튬 이온 전지의 경우 종래 음극 극판의 바인더로서는 널리 알려진 바 대로 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF)를 N-메틸-2-피롤리돈(이하, NMP) 또는 아세톤 유기용매에 용해시킨 비수계 시스템을 주로 사용하고 있다. 그러나, 이와 같은 PVDF/NMP 비수계 시스템을 바인더로서 사용하는 경우에는 경우에는 다음과 같은 문제점이 있다.In the case of a lithium ion battery, a non-aqueous system in which polyvinylidene fluoride (PVDF) is dissolved in N-methyl-2-pyrrolidone (hereinafter referred to as NMP) or an acetone organic solvent is known as a binder of a negative electrode plate. I use it. However, in the case of using such a PVDF / NMP non-aqueous system as a binder, there are the following problems.

첫째, NMP, 또는 아세톤 등과 같은 유기용매는 그로부터 증발된 증기에 오랜 기간 노출된 작업자의 건강을 심하게 해치는 건강상의 문제점이 있다.First, an organic solvent such as NMP or acetone has a health problem that seriously harms the health of workers who have been exposed to vapor evaporated therefrom for a long time.

둘째, 상기 유기용매는 환경을 오염시킬 수 있으며, 가격이 비교적 고가이어서 리튬 전지의 제조단가를 상승시킨다.Second, the organic solvent may pollute the environment, and the price is relatively high, thereby increasing the manufacturing cost of the lithium battery.

셋째, 상기 유기용매는 대부분 고휘발성이어서 밀폐된 공간내에서 사용하는 경우 폭발문제가 따르므로 이를 방지하기 위하여 추가적으로 방폭설비를 필요로 하는 문제점이 있다.Third, since most of the organic solvents are highly volatile, when used in an enclosed space, there is a problem that explosion-proof equipment is required in order to prevent the explosion.

넷째, PVDF는 접착력이 불량하여서 극판과 활물질과의 충분한 결착력을 부여하기 위하여서는 음극활물질층의 총중량을 기준으로 최소한 6 ~ 8 질량% 이상을 사용하여야 한다. 이와 같이 바인더의 사용량이 많아지면 그 만큼 음극 활물질의 함량이 감소하여 전지를 대용량화 할 수 없다.Fourth, PVDF has to use at least 6 ~ 8% by mass or more based on the total weight of the negative electrode active material layer in order to give sufficient binding force between the electrode plate and the active material due to poor adhesion. As such, when the amount of the binder is increased, the amount of the negative electrode active material decreases, so that a large capacity battery cannot be obtained.

다섯째, PVDF의 불소와 리튬 이온이 반응하여 LiF를 형성하는 데 이는 열폭주(thermal runaway)를 일으키는 원인중의 하나 이기에 리튬 이온 전지의 안전성을 감소시킨다. 특히 리튬 이온 전지가 고용량화 됨에 따라 이러한 현상이 증가되어 전지의 안전성을 확보하기 어렵다.Fifth, fluorine and lithium ions in PVDF react to form LiF, which is one of the causes of thermal runaway, which reduces the safety of lithium ion batteries. In particular, as the lithium ion battery becomes higher in capacity, such a phenomenon is increased, so it is difficult to secure battery safety.

따라서, 최근에는 이러한 문제점을 극복하기 위하여 음극 극판의 제조시, 스티렌-부타디엔 러버(이하, "SBR"이라 칭함)를 증점제인 카르복시메틸셀룰로오스(이하, "CMC"라 칭함)와 함께 물에 분산시킨 수계 바인더 시스템을 사용하고자 하는 시도가 활발하다. 왜냐하면, SBR은 에멀션 형태로 물에 분산될 수 있어서 유기용매를 사용하지 않아도 되며, 접착력이 강하여 그 만큼 바인더의 함량을 줄이고 음극 활물질의 함량을 증가시켜 리튬 전지를 고용량하는데 유리하기 때문이다. 그러나, 이 경우에도 SBR의 함량을 너무 줄이면 다음과 같은 새로운 문제점이 발생한다.Therefore, recently, in order to overcome this problem, in the production of a negative electrode plate, styrene-butadiene rubber (hereinafter referred to as "SBR") is dispersed in water together with a thickening agent carboxymethylcellulose (hereinafter referred to as "CMC"). Attempts have been made to use aqueous binder systems. This is because SBR can be dispersed in water in the form of an emulsion, which does not require the use of an organic solvent, and the adhesion is strong, which is advantageous for high capacity of a lithium battery by decreasing the content of the binder and increasing the content of the negative electrode active material. However, even in this case, if the content of SBR is reduced too much, the following new problem occurs.

첫째, 음극 활물질과 음극 극판과의 접착력이 부족하여 전지제조중 권취공정에서의 장력에 의하여 음극 활물질과 음극 극판이 탈리되어 버린다.First, since the adhesive force between the negative electrode active material and the negative electrode plate is insufficient, the negative electrode active material and the negative electrode plate are detached by the tension in the winding process during battery manufacturing.

둘째, 사용시 반복적인 충방전에 따른 수축, 이완에 의하여 음극 활물질층과 음극 극판이 부분적으로 탈리되므로 저항이 증가하여 이상 발열 현상이 생길 수 있으며, 이에 의하여 전지의 용량이 감소하는 문제점이 있다.Second, since the negative electrode active material layer and the negative electrode plate are partially detached due to shrinkage and relaxation due to repeated charging and discharging during use, abnormal resistance may occur due to an increase in resistance, thereby reducing the capacity of the battery.

따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기 문제점을 해결하기 위하여 음극 활물질층에 저함량의 SBR 수계 바인더 시스템을 사용하는 경우에도 음극 극판과 음극 활물질층의 결착력이 강화된 음극(negative electrode)을 제공하는 것이다.Therefore, the technical problem to be achieved by the present invention is to provide a negative electrode (negative electrode) is strengthened the binding between the negative electrode plate and the negative electrode active material layer even when using a low content SBR aqueous binder system for the negative electrode active material layer to solve the above problems. will be.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 상기 음극을 이용함으로써 전지용량을 고용량화할 수 있는 리튬 전지를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a lithium battery capable of increasing battery capacity by using the negative electrode.

도 1은 본원발명의 내필링성 테스트에 사용된 음극 시편 형상을 도시한 것이다.1 illustrates a negative electrode specimen shape used in the peeling resistance test of the present invention.

도 2는 음극 시편을 이용하여 내필링성 테스트를 실시하는 방법을 설명하기 위한 모식도이다.Figure 2 is a schematic diagram for explaining a method of performing a peeling resistance test using a negative electrode specimen.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 일 구현예는,One embodiment of the present invention to achieve the above technical problem,

음극 극판; 및Negative electrode plate; And

음극 활물질 90 ~ 98 질량%, SBR 바인더 0.8 ~ 5 질량%, 증점제 0.8 ~ 5질량%, 상기 음극 활물질과 상기 바인더의 상기 음극 극판에의 결합력을 증진시키기 위한 디카르복실산 0.01 ~ 1 질량%를 함유하며, 상기 음극 극판상에 놓인 음극 활물질층을 포함하는 음극을 제공한다.90 to 98% by mass of the negative electrode active material, 0.8 to 5% by mass of the SBR binder, 0.8 to 5% by mass of a thickener, and 0.01 to 1% by mass of dicarboxylic acid for enhancing the binding force between the negative electrode active material and the binder to the negative electrode plate. It provides, the negative electrode comprising a negative electrode active material layer placed on the negative electrode plate.

상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 일 구현예는 또한,One embodiment of the present invention to achieve the above other technical problem,

탄소재료를 주재료로 하여 이루어진 음극;A negative electrode composed mainly of a carbon material;

리튬을 흡장방출할 수 있는 화합물을 주재료로 하여 이루어진 양극;A positive electrode composed of a compound capable of occluding and releasing lithium;

상기 양극과 상기 음극의 사이에 개재된 세퍼레이터; 및A separator interposed between the positive electrode and the negative electrode; And

비수계 용매에 전해질 용질이 용해된 전해액을 포함하고,An electrolyte solution in which an electrolyte solute is dissolved in a non-aqueous solvent,

상기 음극은 상기 탄소재료를 주재료로 하는 음극 활물질을 포함하는 음극 활물질층이 음극 극판상에 적층되어 이루어진 음극으로서, 상기 음극 활물질층은 음극 활물질 90 ~ 98 질량%, SBR 바인더 0.8 ~ 5 질량%, 증점제 0.8 ~ 5질량%, 상기 음극 활물질과 상기 바인더의 상기 음극 극판에의 결합력을 증진시키기 위한 디카르복실산 0.01 ~ 1 질량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 전지를 제공한다.The negative electrode is a negative electrode comprising a negative electrode active material layer including a negative electrode active material containing the carbon material as a main material laminated on the negative electrode plate, the negative electrode active material layer is 90 to 98 mass% of negative electrode active material, 0.8 to 5 mass% of SBR binder, Provided is a lithium battery comprising 0.8 to 5% by mass of a thickener, and 0.01 to 1% by mass of dicarboxylic acid for enhancing the bonding strength of the negative electrode active material and the binder to the negative electrode plate.

본 발명의 일 구현예에 따른 음극 및 리튬 전지에 있어서, 상기 디카르복실산은 C2 내지 C20의 알칸 디카르복실산, C4 내지 C20의 알켄 디카르복실산 또는 이들의 조합인 것이 바람직하다.In the negative electrode and lithium battery according to an embodiment of the present invention, the dicarboxylic acid is preferably C2 to C20 alkane dicarboxylic acid, C4 to C20 alkene dicarboxylic acid or a combination thereof.

본 발명의 일 구현예에 따른 음극 및 리튬 전지에 있어서, 상기 C2 내지 C20의 알칸 디카르복실산 또는 C4 내지 C20의 알켄 디카르복실산은 말론산, 말레산, 푸말산 또는 이들의 조합인 것이 바람직하다.In the negative electrode and lithium battery according to an embodiment of the present invention, the C2 to C20 alkane dicarboxylic acid or C4 to C20 alkene dicarboxylic acid is preferably malonic acid, maleic acid, fumaric acid or a combination thereof. Do.

본 발명의 일 구현예에 따른 음극 및 리튬 전지에 있어서, 상기 증점제는 카르복시 메틸 셀룰로오스, 하이드록시메틸 셀룰로오스, 하이드록시에틸 셀룰로오스, 및 하이드록시프로필 셀룰로오스로 이루어진 군에서 선택된 것이 바람직하다.In the negative electrode and lithium battery according to an embodiment of the present invention, the thickener is preferably selected from the group consisting of carboxy methyl cellulose, hydroxymethyl cellulose, hydroxyethyl cellulose, and hydroxypropyl cellulose.

본 발명의 일 구현예에 따른 음극 및 리튬 전지에 있어서, 상기 음극 극판은 구리 또는 구리계 합금인 것이 바람직하다.In the negative electrode and the lithium battery according to the embodiment of the present invention, the negative electrode plate is preferably copper or a copper-based alloy.

본 발명의 일 구현예에 따른 음극 및 리튬 전지에 있어서, 상기 음극 활물질은 천연 흑연, 인조 흑연, 흑연성 카본(graphitizable carbon), 비흑연성 카본(non-graphitizable carbon), 또는 이들의 조합으로 이루어진 탄소재료를 주재료로 하여 이루어진 것이 바람직하다.In the negative electrode and lithium battery according to an embodiment of the present invention, the negative electrode active material is made of natural graphite, artificial graphite, graphitizable carbon, non-graphitizable carbon, or a combination thereof It is preferable that a carbon material is used as the main material.

본 발명의 일 구현예에 따른 리튬 전지에 있어서, 상기 리튬을 흡장방출할 수 있는 화합물은 LiCoO2, LiMnO2, LiNiO2, LiCrO2, 및 LiMn2O4로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상인 것이 바람직하다.In the lithium battery according to an embodiment of the present invention, the compound capable of occluding and releasing lithium is preferably at least one selected from the group consisting of LiCoO 2 , LiMnO 2 , LiNiO 2 , LiCrO 2 , and LiMn 2 O 4 . Do.

본 발명의 일 구현예에 따른 리튬 전지에 있어서, 상기 전해질 용질은 LiPF6, LiBF4, LiClO4, LiCF3SO3, LiC4F9SO3, LiN(CF3SO2)2및 LiAsF6로 이루어진 그룹으로부터 선택된 것이 바람직하다.In a lithium battery according to an embodiment of the present invention, the electrolyte solute is LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiCF 3 SO 3 , LiC 4 F 9 SO 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 and LiAsF 6 It is preferably selected from the group consisting of.

본 발명에 따른 음극은 C2 내지 C20의 지방족 알칸 디카르복실산 또는 알켄 디카르복실산의 접착력 증진 작용에 의하여 소량의 SBR 바인더만을 사용하여도 음극 활물질과 음극 극판의 접착력이 실용적인 목적에서 충분하기 때문에 전지제조시 권취공정에서의 장력에 의한 음극 활물질층과 음극 극판의 탈리 현상, 사용시 충방전의 반복에 따른 수축ㆍ이완에 따른 이상 발열 현상 및 이에 수반되는 전지 용량 감소를 줄이는데 유리하다.Since the negative electrode according to the present invention has sufficient adhesive strength between the negative electrode active material and the negative electrode plate even when only a small amount of SBR binder is used by the adhesion promoting action of aliphatic alkane dicarboxylic acid or alkene dicarboxylic acid of C2 to C20. It is advantageous to reduce the detachment phenomenon of the negative electrode active material layer and the negative electrode plate due to the tension in the winding process during battery manufacturing, the abnormal exothermic phenomenon caused by the shrinkage / relaxation caused by the repeated charge / discharge during use, and the decrease of the battery capacity.

이하, 본원 발명의 일 구현예에 따른 음극 및 이를 채용한 리튬 전지에 대하여 설명한다.Hereinafter, a negative electrode and a lithium battery employing the same according to an embodiment of the present invention will be described.

본원 발명의 일 구현예에 따른 음극은,The negative electrode according to the embodiment of the present invention,

구리 또는 구리계 합금으로 이루어진 음극 극판; 및A negative electrode plate made of copper or a copper-based alloy; And

음극 활물질 90 ~ 98 질량%, SBR 바인더 0.8 ~ 5 질량%, 증점제 0.8 ~ 5질량%, 상기 음극 활물질과 상기 바인더의 상기 음극 극판에의 결합력을 증진시키기 위한 디카르복실산 0.01 ~ 1 질량%를 함유하며, 상기 음극 극판상에 놓인 음극 활물질층을 포함하는 음극을 제공한다.90 to 98% by mass of the negative electrode active material, 0.8 to 5% by mass of the SBR binder, 0.8 to 5% by mass of a thickener, and 0.01 to 1% by mass of dicarboxylic acid for enhancing the binding force between the negative electrode active material and the binder to the negative electrode plate. It provides, the negative electrode comprising a negative electrode active material layer placed on the negative electrode plate.

SBR 바인더는 상기한 바 있는 PVDF, 비닐리덴 클로라이드와 헥사플루오로프로필렌의 공중합체 등과 같이 불소함유 바인더를 사용할 때 발생할 수 있는 문제점을 제거할 수 있으며, 또한 극판과의 접착력도 상기 불소함유 바인더 보다 우수하다. 따라서, SBR 바인더를 사용하면 상기한 건강, 환경 및 설비상의 단점을 경험하지 않을 수 있으며, 또한 바인더 사용량도 감소시킬 수 있으며, 그 만큼 음극 활물질층중에서 음극 활물질이 차지하는 비율을 증가시킬 수 있으므로 전지를 고용량화하는 데 유리하다. SBR 바인더의 함량은 음극 활물질층 전체의 질량을 기준으로 0.8 ~ 5 질량%인 것이 바람직하고, 1 ~ 5 질량%인 것이 더욱 바람직하고, 1 ~ 2.0질량%인 것이 가장 바람직하다. SBR 바인더의 함량이 0.8 질량% 미만이면 바인더의 함량이 너무 적어서 음극 활물질층과 음극 극판의 접착력이 불충분하고 5 질량%를 초과하면 접착력은 좋아지지만 음극 활물질의 함량이 그 만큼 감소하여 전지용량을 고용량하는데 불리하므로 바인더로서 PVDF와 같은 불소계 폴리머 대신에 SBR 바인더를 사용하는 이점이 없어진다.The SBR binder can eliminate the problems that may occur when using a fluorine-containing binder such as PVDF, copolymer of vinylidene chloride and hexafluoropropylene, and also has better adhesion to the electrode plate than the fluorine-containing binder. Do. Therefore, the use of the SBR binder may not experience the above-mentioned disadvantages of health, environment, and equipment, and may also reduce the amount of binder used, thereby increasing the proportion of the negative electrode active material in the negative electrode active material layer. It is advantageous for high capacity. The content of the SBR binder is preferably 0.8 to 5% by mass, more preferably 1 to 5% by mass, and most preferably 1 to 2.0% by mass based on the mass of the entire negative electrode active material layer. If the content of SBR binder is less than 0.8% by mass, the content of the binder is too small, resulting in insufficient adhesion between the negative electrode active material layer and the negative electrode plate. This is disadvantageous since the advantage of using an SBR binder instead of a fluorine-based polymer such as PVDF is eliminated.

본원 발명의 음극 활물질에는 점도조절의 목적에서 증점제가 사용되는데, 증점제의 함량은 0.8 ~ 5 질량%인 것이 바람직하고, 1 ~ 5 질량%인 것이 더욱 바람직하고, 1 ~ 2.0질량%인 것이 가장 바람직하다. 증점제의 함량이 0.8 질량% 미만이면 활물질 코팅할때 흘러내리는 문제점이 있고, 5 질량%를 초과하면 점도가 너무 높아 코팅이 힘들고 저항으로 작용하는 문제점이 있다.In the negative electrode active material of the present invention, a thickener is used for the purpose of viscosity control, and the content of the thickener is preferably 0.8 to 5% by mass, more preferably 1 to 5% by mass, most preferably 1 to 2.0% by mass. Do. If the content of the thickener is less than 0.8% by mass, there is a problem flowing down when coating the active material, when the content exceeds 5% by mass, the viscosity is too high, there is a problem that the coating is difficult and serves as a resistance.

상기 증점제는 슬러리 점도조절의 역할을 할 수 있는 것이라면 특별히 한정되지 않으나, 구체적인 예를 들면 카르복시 메틸 셀룰로오스, 하이드록시메틸 셀룰로오스, 하이드록시에틸 셀룰로오스, 및 하이드록시프로필 셀룰로오스로 이루어진군에서 선택된 것이 바람직하게 사용될 수 있다.The thickener is not particularly limited as long as it can play a role of slurry viscosity control, and specific examples include those selected from the group consisting of carboxymethyl cellulose, hydroxymethyl cellulose, hydroxyethyl cellulose, and hydroxypropyl cellulose. Can be.

본원 발명에서 SBR 바인더 + 증점제의 총함량은 전지의 용량을 극대화하기 위하여 음극 활물질층의 질량을 기준으로 1.5 ~ 4질량%이 되도록 조절되는 것이 바람직하다. 이러한 SBR 바인더 + 증점제의 총함량은 종래의 PVDF와 같은 불소계 폴리머 바인더를 채택할 때의 통상적인 함량인 음극 활물질층의 총질량을 기준으로 6 ~ 8 질량%에 비하여 바인더성 성분의 함량이 대폭적으로 저하된 것이다. 따라서, 본원발명의 음극은 이러한 바인더성 성분의 감소에 따른 접착력의 저하를 보충하기 위하여 디카르복실산을 사용한다.In the present invention, the total content of the SBR binder + thickener is preferably adjusted to 1.5 to 4% by mass based on the mass of the negative electrode active material layer in order to maximize the capacity of the battery. The total content of the SBR binder + thickener is significantly higher than that of 6 to 8 mass% based on the total mass of the negative electrode active material layer, which is a conventional content when adopting a fluorine-based polymer binder such as PVDF. It is degraded. Accordingly, the negative electrode of the present invention uses dicarboxylic acid to compensate for the decrease in adhesion force due to the reduction of the binder component.

디카르복실산은 분자구조중에 2개의 카르복실기를 갖고 있다. 이 카르복실기는 음극 극판으로서 사용되는 구리 또는 구리합금과 SBR 바인더 와의 사이에서 이들과 결합하여 결과적으로 음극활물질층과 음극 극판 사이의 접착력 또는 결합력을 증가시키는 역할을 한다. 상기 결합의 성격은 분명하지 않지만, 카르복시기는 SBR 바인더의 말단기에 존재하는 반응성기와 반응하여 공유결합을 형성하거나 또는 SBR 바인더 중의 페닐기 또는 부타디엔 잔기중에 존재하는 이중결합과의 사이에서 수소결합 또는 반 데어 발스 결합과 같은 2차적 결합을 형성하는 것으로 추정된다.Dicarboxylic acid has two carboxyl groups in molecular structure. This carboxyl group bonds between the copper or copper alloy used as the negative electrode plate and the SBR binder, and consequently serves to increase the adhesion or bonding force between the negative electrode active material layer and the negative electrode plate. Although the nature of the bond is not clear, the carboxyl group reacts with a reactive group present at the end group of the SBR binder to form a covalent bond or a hydrogen bond or van derergy between a double bond present in a phenyl group or butadiene residue in the SBR binder. It is assumed to form secondary bonds, such as Vals bonds.

디카르복실산은 또한 음극 극판인 구리판 및/또는 음극 활물질상에 형성된 수산기와 탈수축합반응을 일으켜서 에스테르 공유결합을 형성할 수 있는 것으로 생각된다. 따라서, 디카르복실산은 음극 극판과 음극 활물질층의 접착력을 향상시킬 수 있다.It is believed that the dicarboxylic acid can also cause dehydration condensation reaction with hydroxyl groups formed on the copper plate and / or the negative electrode active material which is the negative electrode plate to form ester covalent bonds. Therefore, dicarboxylic acid can improve the adhesive force of a negative electrode plate and a negative electrode active material layer.

본원 발명에서 사용될 수 있는 디카르복실산은 특별히 한정되지 않지만, 구체적인 예를 들면, 옥살산, 말론산, 숙신산, 글루타르산, 아디프산, 피멜산, 수베르산, 아젤레산(azelaic acid), 세바스산(sebacic acid) 등의 C2 내지 C20의 지방족 알칸 디카르복실산; 말레산, 푸말산, 이타콘산 등의 C4 내지 C20의 알켄 디카르복실산 또는 이들의 조합인 것이 바람직하다. 그 중에서도, 접착력 강화 효과가 뛰어난 점, 악취가 없는 점, 수계 음극 활물질 조성물과의 용해성 등의 측면에서 말론산, 말레산, 푸말산 또는 이들의 조합인 것이 바람직하다.The dicarboxylic acid that can be used in the present invention is not particularly limited, but specific examples thereof include oxalic acid, malonic acid, succinic acid, glutaric acid, adipic acid, pimelic acid, suveric acid, azelaic acid, seba Aliphatic alkanes dicarboxylic acids of C2 to C20 such as sebacic acid; It is preferable that they are C4-C20 alkene dicarboxylic acid, such as maleic acid, a fumaric acid, itaconic acid, or a combination thereof. Especially, it is preferable that it is malonic acid, maleic acid, fumaric acid, or a combination thereof from the point of the outstanding adhesive strength effect, the odor free, the solubility with an aqueous negative electrode active material composition, etc.

본원 발명에 있어서, 음극 극판으로서는 구리판 또는 구리계 합금판(이하, 단순히 "구리판"이라 함)이 바람직하게 사용된다. 상기 구리판은 공기중에 노출되면 제1 산화구리(Cu2O), 제2 산화구리(CuO), 수산화구리(Cu(OH)2), 화학흡착된 물(chemisorbed water), 및 카르복실레이트종(carboxylate species)이 혼합되어 있는 필름층이 생긴다. 또한, 산소가 용해된 물은 다음과 같은 화학반응에 의하여 구리 표면에 수산기를 생성시키고 구리판의 표면을 활성화시킨다.In the present invention, as the negative electrode plate, a copper plate or a copper-based alloy plate (hereinafter simply referred to as "copper plate") is preferably used. When the copper plate is exposed to air, the first copper oxide (Cu 2 O), the second copper oxide (CuO), copper hydroxide (Cu (OH) 2 ), chemisorbed water, and carboxylate species ( The film layer is mixed with carboxylate species. In addition, oxygen-dissolved water generates hydroxyl groups on the copper surface and activates the surface of the copper plate by the following chemical reaction.

Cu + H2O → CuO + H2 Cu + H 2 O → CuO + H 2

2Cu + H2O → Cu2O + H2 2Cu + H 2 O → Cu 2 O + H 2

Cu + 2H2O → Cu(OH)2+ H2 Cu + 2H 2 O → Cu (OH) 2 + H 2

상기 디카르복실산 화합물이 음극 활물질과 음극 극판의 접착력을 향상시킬 수 있는 메커니즘을 추정하여 설명하면 다음과 같다.If the dicarboxylic acid compound is estimated by explaining the mechanism that can improve the adhesion between the negative electrode active material and the negative electrode plate as follows.

상기 디카르복실산은 위에서 설명된 바와 같은 메커니즘에 의하여 구리판및/또는 음극 활물질상에 형성된 수산기와 탈수축합반응을 일으켜서 결과적으로 공유결합을 통하여 구리판 표면 및/또는 음극 활물질의 표면에 화학결합할 수 있다. 또한, 상기 디카르복실산은 위에서 설명한 바와 같이 SBR 레진과 공유결합 또는 수소결합, 반 데어 발스 결합과 같은 2차적 결합을 통하여 화학결합될 수 있다. 따라서, 디카르복실산은 공유결합 또는 수소결합 등의 이차적 결합에 의하여 구리 극판과 음극 활물질 사이, 또는 구리 극판과 SBR 레진의 사이의 결합력을 증진시킬 수 있다. 결과적으로 음극 활물질층과 음극 극판 사이의 접착력이 향상될 수 있다.The dicarboxylic acid may cause a dehydration condensation reaction with hydroxyl groups formed on the copper plate and / or the negative electrode active material by a mechanism as described above, and consequently may chemically bond to the surface of the copper plate and / or the surface of the negative electrode active material through covalent bonds. . In addition, the dicarboxylic acid may be chemically bonded to the SBR resin through a secondary bond such as covalent bonds or hydrogen bonds, van der Waals bonds as described above. Accordingly, the dicarboxylic acid can enhance the bonding force between the copper electrode plate and the negative electrode active material or between the copper electrode plate and the SBR resin by secondary bonding such as covalent bonds or hydrogen bonds. As a result, the adhesion between the negative electrode active material layer and the negative electrode plate may be improved.

디카르복실산은 음극 활물질층의 총질량을 기준으로 0.01 ~ 1 질량%인 것이 바람직하고, 0.01 ~ 0.5 질량%인 것이 더욱 바람직하고, 0.01 ~ 0.1질량%인 것이 가장 바람직하다. 디카르복실산의 함량이 0.01 질량% 미만이면 접착력 강화의 효과가 불충분하고, 1 질량%를 초과하여도 그 이상의 접착력 강화 효과를 기대하기 어렵다.It is preferable that dicarboxylic acid is 0.01-1 mass% with respect to the gross mass of a negative electrode active material layer, It is more preferable that it is 0.01-0.5 mass%, It is most preferable that it is 0.01-0.1 mass%. If the content of the dicarboxylic acid is less than 0.01% by mass, the effect of strengthening the adhesion is insufficient, and even more than 1% by mass, it is difficult to expect more adhesion strengthening effect.

음극 활물질층에 사용되는 음극 활물질로서는 천연 흑연, 인조 흑연, 흑연성 카본(graphitizable carbon), 비흑연성 카본(non-graphitizable carbon), 또는 이들의 조합으로 이루어진 탄소재료가 주재료로서 사용된다.As the negative electrode active material used for the negative electrode active material layer, a carbon material composed of natural graphite, artificial graphite, graphitizable carbon, non-graphitizable carbon, or a combination thereof is used as the main material.

이하에서는, 본원 발명의 음극을 채용한 리튬 전지에 대하여 설명한다.Hereinafter, the lithium battery which employ | adopted the negative electrode of this invention is demonstrated.

본원 발명의 일 구현예에 따른 리튬 전지는, 탄소재료를 주재료로 하여 이루어진 음극과, 리튬을 흡장방출할 수 있는 화합물을 주재료로 하여 이루어진 양극의 사이에 세퍼레이터가 개재되어 있는 구조로 이루어져 있는데, 상기 음극은 상기 탄소재료를 주재료로 하는 음극 활물질을 포함하는 음극 활물질층이 음극 극판상에적층되어 이루어진 음극으로서, 상기 음극 활물질층은 음극 활물질 90 ~ 98 질량%, SBR 바인더 0.8 ~ 5 질량%, 증점제 0.8 ~ 5질량%, 상기 음극 활물질과 상기 바인더의 상기 음극 극판에의 결합력을 증진시키기 위한 디카르복실산 0.01 ~ 1 질량%를 포함하고 있다.A lithium battery according to an embodiment of the present invention has a structure in which a separator is interposed between a negative electrode made of a carbon material as a main material and a positive electrode made of a compound capable of occluding and releasing lithium. The negative electrode is a negative electrode formed by laminating a negative electrode active material layer containing a negative electrode active material containing the carbon material as a main material on a negative electrode plate, wherein the negative electrode active material layer is 90 to 98 mass% of the negative electrode active material, 0.8 to 5 mass% of SBR binder, thickener 0.8-5 mass%, 0.01-1 mass% of dicarboxylic acid for improving the binding force of the said negative electrode active material and the said binder to the said negative electrode plate.

본원발명의 일 구현예에 따른 리튬 전지에서 음극의 구성은 위에서 설명한 바와 같으며, 양극은 알루미늄 또는 알루미늄계 합금으로 이루어진 양극판상에 LiCoO2, LiMnO2, LiNiO2, LiCrO2, 및 LiMn2O4로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 리튬을 흡장방출할 수 있는 화합물, 바인더, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 및 케텐블랙으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 도전제를 포함하는 양극활물질층이 적층된 구조로 되어 있다. 양극 활물질층에 사용되는 바인더는 PVDF, 비닐리덴 클로라이드와 헥사플루오로프로필렌의 공중합체 등과 같이 불소함유 바인더가 바람직하게 사용된다.In the lithium battery according to the exemplary embodiment of the present invention, the negative electrode is configured as described above, and the positive electrode is LiCoO 2 , LiMnO 2 , LiNiO 2 , LiCrO 2 , and LiMn 2 O 4 on a positive electrode plate made of aluminum or an aluminum-based alloy. The positive electrode active material layer including at least one conductive material selected from the group consisting of a compound capable of occluding and releasing any one or more lithium selected from the group consisting of a binder, carbon black, acetylene black, and ketene black is laminated. . The binder used for the positive electrode active material layer is preferably a fluorine-containing binder such as PVDF, a copolymer of vinylidene chloride and hexafluoropropylene.

세퍼레이터는 음극와 양극을 분리시키고 리튬 이온의 이동통로를 제공하기 위하여 사용되는 것인데, 폴리에틸렌 세퍼레이터, 폴리프로필렌 세퍼레이터, 폴리비닐리덴플루오라이드 세퍼레이터, 비닐리덴플루오라이드와 헥사플루오로프로필렌 공중합체 세퍼레이터, 폴리에틸렌/폴리프로필렌의 2층 세퍼레이터, 폴리프로필렌/폴리에틸렌/폴리프로필렌의 3층 세퍼레이터, 또는 폴리에틸렌/폴리프로필렌/폴리에틸렌의 3층 세퍼레이터 등의 폴리올레핀계 세퍼레이터 또는 불소화 폴리올레핀계 세퍼레이터가 사용될 수 있다.The separator is used to separate the cathode and the anode and to provide a migration path for lithium ions. The polyethylene separator, polypropylene separator, polyvinylidene fluoride separator, vinylidene fluoride and hexafluoropropylene copolymer separator, polyethylene / poly Polyolefin separators or fluorinated polyolefin separators such as a two-layer separator of propylene, a three-layer separator of polypropylene / polyethylene / polypropylene, or a three-layer separator of polyethylene / polypropylene / polyethylene can be used.

상기 음극/세퍼레이터/양극으로 이루어진 전극 조립체에는 전해액이 함침되어 있는데. 이 전해액은 비수계 용매에 전해질 용질이 용해된 구조로 되어 있다.The electrode assembly consisting of the cathode / separator / anode is impregnated with an electrolyte. This electrolyte has a structure in which an electrolyte solute is dissolved in a non-aqueous solvent.

전해질 용질으로서는 LiPF6, LiBF4, LiClO4, LiCF3SO3, LiC4F9SO3, LiN(CF3SO2)2및 LiAsF6로 이루어진 그룹으로부터 선택된 것이 바람직하게 사용될 수 있다. 상기 전해질 용질은 통상적으로 0.8 ~ 3.0 M 농도의 범위로 사용될 수 있다.As the electrolyte solute, one selected from the group consisting of LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiCF 3 SO 3 , LiC 4 F 9 SO 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2, and LiAsF 6 can be preferably used. The electrolyte solute may typically be used in the range of 0.8 to 3.0 M concentration.

상기 비수계 용매는 상기 용매의 부피를 기준으로, 에틸렌 카보네이트 20 ~ 80부피%; 및 에틸렌 티오카보네이트, γ-티오부티로락톤, α-피롤리돈, γ-부티로락톤, 프로필렌 카보네이트, 1,2-부틸렌 카보네이트, 2,3-부틸렌 카보네이트, γ-발레로락톤, γ-에틸-γ-부티로락톤, β-메틸-γ-부티로락톤, 티오란, 피라졸리딘, 피롤리딘, 테트라하이드로퓨란, 3-메틸테트라하이드로퓨란, 술포란, 3-메틸술포란, 2-메틸술포란, 3-에틸술포란 및 2-에틸술포란으로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나의 환상 화합물 20 ~ 80부피%의 혼합용매가 바람직하게 사용될 수 있다.The non-aqueous solvent is 20 to 80% by volume of ethylene carbonate based on the volume of the solvent; And ethylene thiocarbonate, γ-thiobutyrolactone, α-pyrrolidone, γ-butyrolactone, propylene carbonate, 1,2-butylene carbonate, 2,3-butylene carbonate, γ-valerolactone, γ -Ethyl-γ-butyrolactone, β-methyl-γ-butyrolactone, thiolane, pyrazolidine, pyrrolidine, tetrahydrofuran, 3-methyltetrahydrofuran, sulfolane, 3-methylsulfuran, A mixed solvent of 20 to 80% by volume of at least one cyclic compound selected from the group consisting of 2-methyl sulfolane, 3-ethyl sulfolane and 2-ethyl sulfolane can be preferably used.

상기 비수계 용매는 디메틸 카보네이트, 디에틸 카보네이트, 1,2-디메톡시에탄, 1,2-디에톡시에탄 및 1,2-디에톡시메톡시에탄, 메틸에틸 카보네이트, 비닐렌 카보네이트, 트리글라임, 테트라글라임, 플루오로벤젠, 디플루오로벤젠으로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나의 저비점 용매를 더 포함할 수 있다.The non-aqueous solvent is dimethyl carbonate, diethyl carbonate, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane and 1,2-diethoxymethoxyethane, methylethyl carbonate, vinylene carbonate, triglyme, It may further comprise at least one low boiling point solvent selected from the group consisting of tetraglyme, fluorobenzene, difluorobenzene.

이어서, 본원 발명의 일 구현예에 따른 음극 및 이를 채용한 리튬 전지의 제조방법에 대하여 설명한다.Next, a negative electrode according to an embodiment of the present invention and a method of manufacturing a lithium battery employing the same will be described.

먼저 음극 활물질 조성물의 제조방법은 다음과 같다. 카르복시 메틸 셀룰로오스(이하 CMC)와 같은 증점제 분말을 pH 약 7의 순수에 교반하면서 첨가한다. 상온에서 침전물이 없는 상태가 될 때까지 교반을 계속하여 약 1 ~ 2 질량% 농도의 증점제 수용액을 제조한다. 이어서 0.5 ~ 5시간 정도 상온에서 방치하여 CMC의 분자 체인을 안정화시킨다. 이때 이 CMC 수용액의 점도변화는 거의 없는 것이 바람직하다. 다음, 이 CMC 수용액을 호모지나이저(Homogenizer)에서 음극 활물질에 수차례에 걸쳐 나누어 첨가하면서 균일하게 혼합되도록 믹싱한다. 양자의 혼합이 균일하게 되면, SBR 바인더를 상기 혼합물에 첨가하고 교반하여 균일하게 혼합한다.First, the method of preparing the negative electrode active material composition is as follows. Thickener powders such as carboxy methyl cellulose (hereafter CMC) are added to pure water at pH about 7 with stirring. Stirring is continued until no precipitate is formed at room temperature, thereby preparing a thickener aqueous solution having a concentration of about 1 to 2% by mass. Subsequently, it is left at room temperature for 0.5 to 5 hours to stabilize the molecular chain of CMC. At this time, it is preferable that there is little change in viscosity of this CMC aqueous solution. Next, the CMC aqueous solution is mixed so as to be uniformly mixed with a homogenizer and added to the negative electrode active material several times. Once the mixing of both is made uniform, the SBR binder is added to the mixture and stirred to mix uniformly.

마지막으로 이와 같이 하여 제조된 음극 활물질/SBR 바인더/증점제의 혼합물에 디카르복실산을 적정량 첨가하고 균일하게 혼합하여 음극 활물질 조성물의 제조를 완료한다. 이 음극 활물질 조성물을 닥터 블레이드를 이용하여 구리 박판상에 도포하고 60 ~ 90℃의 오븐에서 건조하면 음극을 얻을 수 있다. 이때 일부의 디카르복실산은 증발되어 제거될 수 있다.Finally, an appropriate amount of dicarboxylic acid is added to the mixture of the negative electrode active material / SBR binder / thickener thus prepared and uniformly mixed to complete the preparation of the negative electrode active material composition. The negative electrode can be obtained by applying this negative electrode active material composition onto a thin copper plate using a doctor blade and drying in an oven at 60 to 90 ° C. At this time, some of the dicarboxylic acid may be removed by evaporation.

상기 음극 활물질 조성물을 제조하는데 있어서, 순수중의 음극 활물질, 바인더, 증점제를 포함하는 고형분의 함량은 35 ~ 60질량%로 조절되는 것이 공정용이화를 위하여 바람직하다. 상기 고형분중의 각 성분의 함량은 상기한 바와 같다.In preparing the negative electrode active material composition, the content of the solid content including the negative electrode active material, the binder, and the thickener in pure water is preferably controlled to 35 to 60 mass% for easy process. The content of each component in the solid is as described above.

한편, 음극 활물질 조성물에는 필요에 따라 전도성을 향상시키기 위해서나 프로세스를 용이하게 하기 위하여 본 발명의 분야에서 통상적으로 사용되는 첨가제 등을 더 포함하여 제조될 수 있다.On the other hand, the negative electrode active material composition may be prepared by further including an additive commonly used in the field of the present invention in order to improve the conductivity or to facilitate the process, if necessary.

이어서, 본 발명의 일 구현예에 따른 리튬 전지의 제조방법을 설명한다. 본 발명에 따른 리튬 전지는 통상적인 리튬 전지의 제조방법에 따라 제조될 수 있다.Next, a method of manufacturing a lithium battery according to an embodiment of the present invention will be described. The lithium battery according to the present invention may be manufactured according to a conventional method for manufacturing a lithium battery.

즉, 리튬 전지 제조시 사용되는 통상적인 방법에 따라 양극을 제조한다. 음극은 위에서 설명한 방법에 따라 제조한다. 이때 양극 활물질로는 위에 기재한 리튬 금속 산화물 이외에 리튬 금속 복합 산화물, 전이금속 화합물, 설퍼 화합물 등도 사용할 수 있다.That is, a positive electrode is manufactured by the conventional method used at the time of manufacturing a lithium battery. The negative electrode is prepared according to the method described above. In this case, in addition to the lithium metal oxide described above, a lithium metal composite oxide, a transition metal compound, a sulfur compound, and the like may be used as the positive electrode active material.

그 후, 상기 양극 극판과 음극 극판 사이에 세퍼레이타를 삽입하고 이를 와인딩(winding)하거나 스택킹(stacking)하여 전극 구조체를 형성한 다음, 이를 전지 케이스에 넣어 전지를 조립한다.Thereafter, a separator is inserted between the positive electrode plate and the negative electrode plate, and the electrode structure is formed by winding or stacking the separator and then putting the separator into a battery case to assemble the battery.

이후, 전극 구조체가 수납된 전지 케이스내에, 위에서 설명한 리튬염이 용해 또는 분산된 비수계 전해액을 주입한 다음, 열압착을 실시하여 리튬 2차 전지를 완성한다.Thereafter, the non-aqueous electrolyte solution in which the lithium salt is dissolved or dispersed is injected into the battery case in which the electrode structure is stored, and then thermally crimped to complete the lithium secondary battery.

이하, 본 발명을 하기 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 하되, 본 발명이 하기 실시예로만 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the following examples, but the present invention is not limited only to the following examples.

실시예Example

1000ml의 pH 약 7의 순수에 CMC(제조회사:Dicell 상품명: 1380) 분말 150g을 교반하면서 첨가한 후, 상온에서 침전물이 없는 상태가 될 때까지 교반을 계속하여 약 1.5 질량% 농도의 CMC 수용액을 제조하였다. 이 수용액을 약 3시간 상온에서 방치하였다. 다음, 이 1.5 질량% CMC 수용액을 호모지나이저에서 교반하면서 결정성 흑연(제조회사: 일본카본사, 상품명: P15B-HG) 100g에 3차례에 걸쳐 나누어 첨가하여 균일하게 혼합하였다. 계속해서, 40 질량% SBR 바인더 수성 에멀션 3.87g을 상기 혼합물에 첨가하고 교반을 계속하여 균일하게 혼합하였다. 마지막으로 상기 흑연/SBR 바인더/CMC의 혼합물에 말론산 1g을 첨가하고 균일하게 혼합하여 음극 활물질 슬러리를 제조하였다.150 g of CMC (manufacturer: Dicell trade name: 1380) powder was added to 1000 ml of pure water having a pH of about 7, while stirring, and the stirring was continued until no precipitate was formed at room temperature. Prepared. This aqueous solution was left at room temperature for about 3 hours. Next, this 1.5 mass% CMC aqueous solution was added to 100 g of crystalline graphite (manufacturer: Nippon Carbon Co., Ltd., brand name: P15B-HG) three times, and mixed uniformly, stirring with a homogenizer. Subsequently, 3.87 g of 40 mass% SBR binder aqueous emulsion was added to the mixture and stirring was continued to mix uniformly. Finally, 1 g of malonic acid was added to the mixture of graphite / SBR binder / CMC and uniformly mixed to prepare a negative electrode active material slurry.

이 음극 활물질 조성물을 닥터 블레이드를 이용하여 두께 25㎛인 구리 호일상에 도포한 다음, 이를 80℃의 오븐에서 건조 및 압연하고 소정 치수로 절단하여 음극을 제조하였다.The negative electrode active material composition was coated on a copper foil having a thickness of 25 μm using a doctor blade, then dried and rolled in an oven at 80 ° C., and cut into predetermined dimensions to prepare a negative electrode.

비교예Comparative example

음극 활물질 슬러리의 제조에 있어서 실란 커플링제를 사용하지 않은 것을 제외하고는 상기 실시예와 동일한 방법으로 음극을 제조하였다.A negative electrode was manufactured in the same manner as in the above example except that a silane coupling agent was not used in preparing the negative electrode active material slurry.

내필링(Anti-peeling)성 테스트Anti-peeling test

상기 실시예 및 비교예에 따라 제조된 음극에 대하여 ASTM D903에 근거하여내필링 테스트를 다음과 같이 실시하였다.The anti-pilling test was performed based on ASTM D903 for the negative electrode prepared according to the above Examples and Comparative Examples.

도 1은 본원발명의 내필링성 테스트에 사용된 음극 시편 형상을 도시한 것이다. 도 1을 참조하면, 음극 시편은 음극활물질층과 구리호일이 접착되어 있는 2.5cm ×3cm의 영역 및 나머지 영역으로 된 2.5cm ×7cm 사이즈의 직사각형 형상의 박편이었다.1 illustrates a negative electrode specimen shape used in the peeling resistance test of the present invention. Referring to FIG. 1, the negative electrode specimen was a 2.5cm × 7cm rectangular flake having an area of 2.5cm × 3cm to which the anode active material layer and the copper foil were bonded and the remaining area.

도 2은 상기 음극 시편을 이용하여 내필링성 테스트를 실시하는 방법을 설명하기 위한 모식도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 음극 활물질층으로 덮여 있지 않은 구일호일과 상기 접착되어 있지 않은 영역을 구부려서 인장시험기에 파지시킨 후, 10cm/min의 인장속도로 인장하여 음극활물질층과 구리호일 사이의 접착력을 측정하였다.2 is a schematic view for explaining a method of performing a peeling resistance test using the negative electrode specimen. As shown in FIG. 2, the foil foil which is not covered with the negative electrode active material layer and the unbonded region are bent and held in a tensile tester, and then stretched at a tensile speed of 10 cm / min to provide a gap between the negative electrode active material layer and the copper foil. Adhesion was measured.

내필링성은 실시예 및 비교예에 따라 제조된 음극 시편 각 10개에 대하여 접착력을 측정한 후, 최저값, 최고값 및 평균값으로 평가하였다. 그 결과는 하기 표 1에 나타나 있다.Peeling resistance was measured for each of the ten negative electrode specimens prepared according to Examples and Comparative Examples, and then evaluated as the lowest, highest and average values. The results are shown in Table 1 below.

구분division 접착력(gf/mm)Adhesive force (gf / mm) 최소값Minimum value 최대값Value 평균값medium 실시예Example 7.217.21 8.398.39 7.837.83 비교예Comparative example 5.135.13 5.375.37 5.265.26

표 1을 참조하면, 실시예에 따라 제조된 음극은 접착력의 평균값이 7.83gf/mm으로서 비교예에 따라 제조된 그것의 평균값 5.26.gf/mm에 비하여 약 90%의 접착력 증가를 나타냈다.Referring to Table 1, the negative electrode prepared according to the Example showed an average adhesive strength of about 7.83 gf / mm, which was about 90% increase compared to its average value of 5.26.gf/mm prepared according to the comparative example.

상기한 바와 같이 본원 발명의 음극은 음극 극판과 음극 활물질층 사이의 접착력이 실란 커플링제를 사용하지 않은 경우에 비하여 대폭 상승되는 효과를 발휘할 수 있다. 따라서 본원 발명에 따른 음극을 리튬 전지에 채용하면 다음과 같은 이점이 있다.As described above, the negative electrode of the present invention can exhibit an effect of significantly increasing the adhesive force between the negative electrode plate and the negative electrode active material layer as compared with the case where no silane coupling agent is used. Therefore, employing the negative electrode according to the present invention in a lithium battery has the following advantages.

(1) 권취공정중의 장력에 의하여 음극 활물질과 음극 극판이 탈리되어 버린다.(1) The negative electrode active material and the negative electrode plate are detached by the tension during the winding step.

(2) 반복적인 충방전에 따른 수축ㆍ이완에 의하여 음극 활물질층과 음극 극판이 부분적으로 탈리되어서 발생하는 저항 증가에 의한 이상 발열 현상을 감소시킬 수 있다.(2) Abnormal exothermic phenomena due to increased resistance caused by partial detachment of the negative electrode active material layer and the negative electrode plate due to shrinkage and relaxation due to repeated charging and discharging can be reduced.

(3) 종래의 불소계 바인더를 사용하는 경우에 비하여 바인더 사용량을 대폭감소시킬 수 있어서 리튬 전지를 고용량화할 수 있다.(3) Compared with the case of using a conventional fluorine-based binder, the amount of binder used can be greatly reduced, and the lithium battery can be made high in capacity.

본 발명에 대해 상기 실시예를 참고하여 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명에 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 예를 들면 본원 발명은 리튬 이온 전지에 대하여 설명되어으나 리튬 폴리머 전지에 대하여도 본원 발명의 음극이 적용될 수 있다는 사실을 본 기술분야의 당업자라면 인정할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to the above embodiments, it is merely illustrative, and those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. . For example, while the present invention has been described for lithium ion batteries, those skilled in the art will recognize that the negative electrode of the present invention can also be applied to lithium polymer batteries. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims.

Claims (16)

음극 극판; 및Negative electrode plate; And 음극 활물질 90 ~ 98 질량%, SBR 바인더 0.8 ~ 5 질량%, 증점제 0.8 ~ 5질량%, 상기 음극 활물질과 상기 바인더의 상기 음극 극판에의 결합력을 증진시키기 위한 디카르복실산 0.01 ~ 1 질량%를 함유하며, 상기 음극 극판상에 놓인 음극 활물질층을 포함하는 음극.90 to 98% by mass of the negative electrode active material, 0.8 to 5% by mass of the SBR binder, 0.8 to 5% by mass of a thickener, and 0.01 to 1% by mass of dicarboxylic acid for enhancing the binding force between the negative electrode active material and the binder to the negative electrode plate. And a negative electrode active material layer on the negative electrode plate. 제1항에 있어서, 상기 디카르복실산은 C2 내지 C20의 알칸 디카르복실산, C4 내지 C20의 알켄 디카르복실산 또는 이들의 조합인 것을 특징으로 하는 음극.The negative electrode of claim 1, wherein the dicarboxylic acid is C2 to C20 alkane dicarboxylic acid, C4 to C20 alkene dicarboxylic acid, or a combination thereof. 제2항에 있어서, 상기 C2 내지 C20의 알칸 디카르복실산 또는 C4 내지 C20의알켄 디카르복실산은 말론산, 말레산, 푸말산 또는 이들의 조합인 것을 특징으로 하는 음극.The negative electrode of claim 2, wherein the C2 to C20 alkane dicarboxylic acid or C4 to C20 alkene dicarboxylic acid is malonic acid, maleic acid, fumaric acid or a combination thereof. 제1항에 있어서, 상기 증점제는 카르복시 메틸 셀룰로오스, 하이드록시메틸 셀룰로오스, 하이드록시에틸 셀룰로오스, 및 하이드록시프로필 셀룰로오스로 이루어진 군에서 선택된 것을 특징으로 하는 음극.The negative electrode of claim 1, wherein the thickener is selected from the group consisting of carboxy methyl cellulose, hydroxymethyl cellulose, hydroxyethyl cellulose, and hydroxypropyl cellulose. 제1항에 있어서, 상기 음극 극판은 구리 또는 구리계 합금인 것을 특징으로 하는 음극.The negative electrode of claim 1, wherein the negative electrode plate is copper or a copper-based alloy. 제1항에 있어서, 상기 음극 활물질은 천연 흑연, 인조 흑연, graphitizable carbon, non-graphitizable carbon, 또는 이들의 조합으로 이루어진 탄소재료를 주재료로 하여 이루어진 것을 특징으로 하는 음극.The negative electrode of claim 1, wherein the negative electrode active material comprises a carbon material composed of natural graphite, artificial graphite, graphitizable carbon, non-graphitizable carbon, or a combination thereof. 탄소재료를 주재료로 하여 이루어진 음극;A negative electrode composed mainly of a carbon material; 리튬을 흡장방출할 수 있는 화합물을 주재료로 하여 이루어진 양극;A positive electrode composed of a compound capable of occluding and releasing lithium; 상기 양극과 상기 음극의 사이에 개재된 세퍼레이터; 및A separator interposed between the positive electrode and the negative electrode; And 비수계 용매에 전해질 용질이 용해된 전해액을 포함하고,An electrolyte solution in which an electrolyte solute is dissolved in a non-aqueous solvent, 상기 음극은 상기 탄소재료를 주재료로 하는 음극 활물질을 포함하는 음극 활물질층이 음극 극판상에 적층되어 이루어진 음극으로서, 상기 음극 활물질층은음극 활물질 90 ~ 98 질량%, SBR 바인더 0.8 ~ 5 질량%, 증점제 0.8 ~ 5질량%, 상기 음극 활물질과 상기 바인더의 상기 음극 극판에의 결합력을 증진시키기 위한 디카르복실산 0.01 ~ 1 질량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 전지.The negative electrode is a negative electrode active material layer including a negative electrode active material containing the carbon material as a main material is laminated on a negative electrode plate, the negative electrode active material layer is a negative active material 90 ~ 98 mass%, SBR binder 0.8 ~ 5 mass%, A lithium battery comprising 0.8 to 5% by mass of a thickener, and 0.01 to 1% by mass of dicarboxylic acid for enhancing the bonding strength of the negative electrode active material and the binder to the negative electrode plate. 제7항에 있어서, 상기 디카르복실산은 C2 내지 C20의 알칸 디카르복실산, C4 내지 C20의 알켄 디카르복실산 또는 이들의 조합인 것을 특징으로 하는 리튬 전지.The lithium battery according to claim 7, wherein the dicarboxylic acid is C2 to C20 alkane dicarboxylic acid, C4 to C20 alkene dicarboxylic acid or a combination thereof. 제8항에 있어서, 상기 C2 내지 C20의 알칸 디카르복실산 또는 C4 내지 C20의알켄 디카르복실산은 말론산, 말레산, 푸말산 또는 이들의 조합인 것을 특징으로 하는 리튬 전지.The lithium battery according to claim 8, wherein the C2 to C20 alkane dicarboxylic acid or C4 to C20 alkene dicarboxylic acid is malonic acid, maleic acid, fumaric acid or a combination thereof. 제7항에 있어서, 상기 증점제는 카르복시 메틸 셀룰로오스, 하이드록시메틸 셀룰로오스, 하이드록시에틸 셀룰로오스, 및 하이드록시프로필 셀룰로오스로 이루어진 군에서 선택된 것을 특징으로 하는 리튬 전지.The lithium battery according to claim 7, wherein the thickener is selected from the group consisting of carboxy methyl cellulose, hydroxymethyl cellulose, hydroxyethyl cellulose, and hydroxypropyl cellulose. 제7항에 있어서, 상기 음극 극판은 구리 또는 구리계 합금인 것을 특징으로 하는 리튬 전지.The lithium battery according to claim 7, wherein the negative electrode plate is copper or a copper-based alloy. 제7항에 있어서, 상기 음극 활물질은 천연 흑연, 인조 흑연, 흑연화 카본, 비흑연화 카본, 또는 이들의 조합으로 이루어진 탄소재료를 주재료로 하여 이루어진 것을 특징으로 하는 리튬 전지.The lithium battery according to claim 7, wherein the negative electrode active material comprises a carbon material composed of natural graphite, artificial graphite, graphitized carbon, non-graphitized carbon, or a combination thereof. 제7항에 있어서, 상기 리튬을 흡장방출할 수 있는 화합물은 LiCoO2, LiMnO2, LiNiO2, LiCrO2, 및 LiMn2O4로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 리튬 전지.The lithium battery according to claim 7, wherein the compound capable of occluding and releasing lithium is at least one selected from the group consisting of LiCoO 2 , LiMnO 2 , LiNiO 2 , LiCrO 2 , and LiMn 2 O 4 . 제7항에 있어서, 상기 전해질 용질은 LiPF6, LiBF4, LiClO4, LiCF3SO3, LiC4F9SO3, LiN(CF3SO2)2및 LiAsF6로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 리튬 전지.8. The method of claim 7, wherein the electrolyte solute is selected from the group consisting of LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiCF 3 SO 3 , LiC 4 F 9 SO 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 and LiAsF 6 Lithium battery. 제7항에 있어서, 상기 용매는 상기 용매의 부피를 기준으로,The method of claim 7, wherein the solvent is based on the volume of the solvent, 에틸렌 카보네이트 20 ~ 80부피%; 및20 to 80% by volume ethylene carbonate; And 에틸렌 티오카보네이트, γ-티오부티로락톤, α-피롤리돈, γ-부티로락톤, 프로필렌 카보네이트, 1,2-부틸렌 카보네이트, 2,3-부틸렌 카보네이트, γ-발레로락톤, γ-에틸-γ-부티로락톤, β-메틸-γ-부티로락톤, 티오란, 피라졸리딘, 피롤리딘, 테트라하이드로퓨란, 3-메틸테트라하이드로퓨란, 술포란, 3-메틸술포란, 2-메틸술포란, 3-에틸술포란 및 2-에틸술포란으로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나의 환상 화합물 20 ~ 80부피%를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 전지.Ethylene thiocarbonate, γ-thiobutyrolactone, α-pyrrolidone, γ-butyrolactone, propylene carbonate, 1,2-butylene carbonate, 2,3-butylene carbonate, γ-valerolactone, γ- Ethyl-γ-butyrolactone, β-methyl-γ-butyrolactone, thiolane, pyrazolidine, pyrrolidine, tetrahydrofuran, 3-methyltetrahydrofuran, sulfolane, 3-methylsulfuran, 2 -20-80% by volume of at least one cyclic compound selected from the group consisting of -methyl sulfolane, 3-ethyl sulfolane and 2-ethyl sulfolane. 제15항에 있어서, 상기 용매는 디메틸 카보네이트, 디에틸 카보네이트, 1,2-디메톡시에탄, 1,2-디에톡시에탄, 1,2-디에톡시메톡시에탄, 메틸에틸 카보네이트, 비닐렌 카보네이트, 트리글라임, 테트라글라임, 플루오로벤젠, 및 디플루오로벤젠으로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나의 저비점 용매를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 전지.The method of claim 15, wherein the solvent is dimethyl carbonate, diethyl carbonate, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, 1,2-diethoxymethoxyethane, methylethyl carbonate, vinylene carbonate, A lithium battery further comprising at least one low boiling point solvent selected from the group consisting of triglyme, tetraglyme, fluorobenzene, and difluorobenzene.
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