KR20050118870A - Fabrication method of litium secondary battery having high power - Google Patents

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KR20050118870A
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Abstract

본 발명의 고출력 리튬 이차 전지의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전극 활물질, 도전제 및 바인더를 포함하고, 상기 바인더로 중량평균 분자량이 500,000 내지 1,000,000인 폴리비닐리덴플루오라이드 고분자를 사용하여 제조되는 전극 및 이를 포함하는 고출력 리튬 이차 전지에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a high-output lithium secondary battery of the present invention, and more particularly, comprising a polyvinylidene fluoride polymer having an electrode active material, a conductive agent and a binder, and having a weight average molecular weight of 500,000 to 1,000,000 as the binder. The present invention relates to an electrode and a high output lithium secondary battery including the same.

본 발명에 따른 리튬 이차 전지는 고 분자량의 바인더를 사용함으로써, 적은 함량만을 사용하더라도 높은 극판 결착력을 유지하고, 극판의 전기 저항을 감소시킬 뿐만 아니라, 상대적으로 전극 내 전극 활물질의 함량을 증가시킬 수 있어 전지의 출력 및 용량을 향상시킨다.In the lithium secondary battery according to the present invention, by using a high molecular weight binder, it is possible to maintain a high electrode plate binding force and reduce the electrical resistance of the electrode plate even when using only a small amount, and to increase the content of the electrode active material in the electrode relatively. There is an improvement in battery output and capacity.

Description

고출력 리튬 이차 전지의 제조방법{FABRICATION METHOD OF LITIUM SECONDARY BATTERY HAVING HIGH POWER}Manufacturing method of high output lithium secondary battery {FABRICATION METHOD OF LITIUM SECONDARY BATTERY HAVING HIGH POWER}

본 발명의 고 분자량의 폴리비닐리덴플루오라이드 바인더를 사용하여 얻어지는 전극과 상기 전극을 포함하여 고출력 특성을 가지는 리튬 이차 전지에 관한 것이다.The present invention relates to an electrode obtained by using the high molecular weight polyvinylidene fluoride binder of the present invention and a lithium secondary battery having high output characteristics including the electrode.

일반적으로, 전기자동차의 주행거리는 차량에 탑재된 전지의 총 에너지에 의해서 결정되며, 총 에너지는 탑재된 전지의 용량 및 전압에 의해서 결정된다. 차량의 경우 전지 탑재 공간이 한정되어 있고, 전기를 충전 및 방전할 수 있는 한 개의 단위전지가 취급할 수 있는 전압 및 용량은 낮으므로 차량에서 요구되는 전압 및 용량을 맞추기 위한 단위전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.In general, the mileage of an electric vehicle is determined by the total energy of a battery mounted in the vehicle, and the total energy is determined by the capacity and voltage of the mounted battery. In the case of a vehicle, the space in which a battery is mounted is limited, and the voltage and capacity of a single unit cell capable of charging and discharging electricity are low. Therefore, research on unit cells to meet the voltage and capacity required in a vehicle has been conducted. It is actively underway.

최근, 상기 전기자동차의 단위전지로 단위 중량당 에너지 밀도가 높아 고 용량화를 달성할 수 있는 리튬계 이차 전지가 대두되고 있다. Recently, a lithium-based secondary battery that has a high energy density per unit weight as a unit cell of the electric vehicle and can achieve high capacity has emerged.

리튬계 이차 전지는 통상적으로, 양극, 세퍼레이터 및 음극을 포함하며, 양극 및 음극은 각각의 집전체 상부에 활물질 조성물을 캐스팅하여 활물질층을 형성시키고, 상기 얻어진 양극과 음극 사이에 세퍼레이터를 위치시킨 다음, 열 또는 압력을 이용하여 권취하여 전지를 조립한다.A lithium-based secondary battery typically includes a positive electrode, a separator, and a negative electrode, and the positive electrode and the negative electrode cast an active material composition on each current collector to form an active material layer, and place a separator between the obtained positive electrode and the negative electrode. Assemble the battery by winding it using heat or pressure.

상기 활물질 조성물은 각각의 전극 활물질과 도전제를 포함하며, 상기 전극 활물질과 도전제의 접촉 면적을 증가시켜 전지의 출력 특성을 높이기 위해 바인더를 사용한다. The active material composition includes each electrode active material and a conductive agent, and a binder is used to increase the output area of the battery by increasing the contact area of the electrode active material and the conductive agent.

이러한 바인더로 종래 분자량이 280,000 내지 350,000의 폴리비닐리덴플루오라이드가 사용되고 있으며, 그 함량은 전체 조성물에 대해 5 내지 10 중량%로 통상적인 범위 내에서 사용한다. As such a binder, polyvinylidene fluoride having a molecular weight of 280,000 to 350,000 is conventionally used, and its content is used within a conventional range of 5 to 10% by weight based on the total composition.

상기 바인더의 함량은 주성분인 전극 활물질의 함량이 줄어들게 되어 전지의 용량 특성을 고려하여 설계된다. 즉, 바인더를 과량 사용하게 되면 극판의 전기 저항을 높이고, 전극 활물질 조성물 내 전극 활물질의 함량이 상대적으로 낮아져 전지의 출력 저하를 야기시키고, 너무 적게 함유하게 되면 극판 결착력과 전극 활물질과 도전제간의 접촉이 미비하여 이 또한 전지의 출력을 저하시킨다. The content of the binder is designed in consideration of the capacity characteristics of the battery by reducing the content of the electrode active material as a main component. That is, the excessive use of the binder increases the electrical resistance of the electrode plate, and the content of the electrode active material in the electrode active material composition is relatively low, causing a decrease in the output of the battery. When the amount is too small, the electrode plate binding force and the contact between the electrode active material and the conductive agent are too low. In short, this also lowers the output of the battery.

특히, 최근 HEV용 전지는 양극으로 Al을 함유하는 양극 활물질을 사용하고, 음극으로 천연 흑연계를 음극 활물질을 사용하는 경향이 증가하고 있다. 상기 두가지 활물질은 현재 소형 전지에서 주로 사용되는 코발트계 양극이나 인조 흑연보다는 바인더의 함량을 더욱 많이 필요로 하고 있어, 이러한 물질을 채용하는 HEV용 전지의 바인더의 함량 조절은 필수적이다. In particular, in recent years, the HEV battery has a tendency to use a positive electrode active material containing Al as a positive electrode, and to use a natural graphite-based negative electrode active material as a negative electrode. Since the two active materials require more binder content than cobalt-based positive electrode or artificial graphite which is mainly used in small batteries, it is essential to control the content of the binder of the HEV battery employing such materials.

고 용량의 리튬 이차 전지를 제조하기 위해서는 단위 중량당 활물질의 용량을 증가시키는 것 외에도, 극판 내에 가능한 한 많은 양의 활물질을 넣는 것이 중요하다.In order to manufacture a high capacity lithium secondary battery, in addition to increasing the capacity of the active material per unit weight, it is important to put as much of the active material as possible in the electrode plate.

따라서, 전지의 고출력 및 고 용량화를 위해서는 상기 바인더의 함량을 적절히 유지시키되, 가능하면 활물질 조성물 내 전극 활물질의 함량을 높이는 것이 바람직하다. Therefore, in order to maintain high output and high capacity of the battery, it is preferable to maintain the content of the binder appropriately, and to increase the content of the electrode active material in the active material composition if possible.

상기한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 50 만 이상의 고분자량의 바인더를 사용하여, 활물질 조성물 내 바인더의 함량을 낮추고, 상대적으로 전극 활물질의 함량을 증가시켜 고 출력 및 고 용량 특성을 나타내는 전극재료 및 이를 포함하는 전지를 제공하는 것이다.An object of the present invention for solving the above problems is to use a high molecular weight binder of more than 500,000, to lower the content of the binder in the active material composition, and to increase the content of the electrode active material relatively to exhibit high output and high capacity characteristics It is to provide a material and a battery comprising the same.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 전극 활물질, 도전제 및 바인더를 포함하고, 상기 바인더로 중량평균 분자량이 500,000 내지 1,000,000인 폴리비닐리덴플루오라이드 고분자를 포함하는 전극을 제공한다. In order to achieve the above object, the present invention provides an electrode comprising an electrode active material, a conductive agent and a binder, the polyvinylidene fluoride polymer having a weight average molecular weight of 500,000 to 1,000,000 as the binder.

또한, 본 발명은 상기 바인더와, 양극 활물질 및 도전제를 포함하는 양극과, 상기 바인더와, 음극 활물질 및 도전제를 포함하는 음극과, 상기 양극과 음극 사이에 세퍼레이터가 구비된 고출력 리튬 이차 전지를 제공한다. In addition, the present invention provides a high output lithium secondary battery provided with a positive electrode comprising the binder, a positive electrode active material and a conductive agent, a negative electrode comprising the binder, a negative electrode active material and a conductive agent, and a separator between the positive electrode and the negative electrode. to provide.

이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

본 발명은 바인더로 고분자량의 폴리비닐리덴플루오라이드 (poly(vinylidende fluoride), PVDF)를 사용하여 적은 함량을 사용하여도 높은 극판 결착력을 나타내고, 상대적으로 전극 활물질의 함량을 높여 전지의 출력 및 용량 특성을 향상시킨다.The present invention uses a high molecular weight poly (vinylidende fluoride, PVDF) as a binder exhibits a high electrode plate binding force even with a small amount, and relatively increases the content of the electrode active material to increase the output and capacity of the battery Improve properties.

본 발명에 따른 리튬 이차 전지용 전극은 전극 활물질, 도전제 및 바인더를 포함한다.An electrode for a lithium secondary battery according to the present invention includes an electrode active material, a conductive agent and a binder.

상기 전극 활물질은 리튬 복합 산화물과 같은 양극 활물질 또는 탄소계 물질과 같은 음극 활물질이 사용된다.The electrode active material may be a positive electrode active material such as a lithium composite oxide or a negative electrode active material such as a carbon-based material.

상기 양극 활물질은 리튬 이온을 가역적으로 인터칼레이션(intercalation, 삽입) 및 디인터칼레이션(de-intercalation, 탈리) 할 수 있는 화합물이면 모두 가능하며, 일예로 LiNixCoyAl1-x-yO2(0<x≤1, 0<y≤1), LiCoO2, LiMn2O4, LiMnO2 및 LiNiO2 등이 가능하며, 바람직하기로는 LiNixCoyAl1-x-yO 2를 사용한다.The positive electrode active material may be any compound capable of reversibly intercalating and de-intercalating lithium ions, for example, LiNi x Co y Al 1-xy O 2 (0 <x ≦ 1, 0 <y ≦ 1), LiCoO 2 , LiMn 2 O 4 , LiMnO 2 , LiNiO 2 , and the like, and preferably LiNi x Co y Al 1-xy O 2 .

상기 음극 활물질 또한 리튬 이온을 인터칼레이션/디인터칼레이션할 수 있는 화합물이면 모두 사용 가능하며, 그 대표적인 예로, 천연 흑연, 인조 흑연, 흑연계 탄소 섬유 등의 결정질계 탄소 활물질과, 석유계 핏치 및 석탄계 핏치 등의 비정질계 탄소 활물질이 가능하며, 바람직하기로는 천연 흑연 또는 인조 흑연을 사용한다.The negative electrode active material may also be used as long as it is a compound capable of intercalating / deintercalating lithium ions, and representative examples thereof include crystalline carbon active materials such as natural graphite, artificial graphite, and graphite carbon fibers, and petroleum pitch. And amorphous carbon active materials such as coal-based pitches are possible, and natural graphite or artificial graphite is preferably used.

그러나, 이차 전지가 반복하여 충, 방전을 수행하는 동안 이온의 연속 흡착 및 방출에 의해 활물질 간의 전자 전도가 시간에 따라 열화가 발생하기 때문에 이를 방지하기 위해 도전제를 첨가한다. 상기 도전제는 통상적인 것으로, 분말 상태의 수퍼 P(MMM사 제품), 아세틸렌 블랙(acetylene black), 케첸 블랙(ketjen black), 덴카 블랙(Denka Black) 및 카본 블랙(carbon black) 등이 가능하다.However, since the conduction of electrons between active materials deteriorates with time due to the continuous adsorption and release of ions while the secondary battery repeatedly performs charging and discharging, a conductive agent is added to prevent this. The conductive agent is conventional, and may be powdered super P (MMM), acetylene black, ketjen black, Denka Black, carbon black, and the like. .

본 발명에서는 상기 바인더로 폴리비닐리덴플루오라이드를 사용한다. 상기 고분자는 원래 재료 자체에는 결착력이 없으나, 전극 활물질 및 도전제와 상호작용이 우수하여 결착력이 높은 바인더로서 사용된다. 또한, 열가소성 수지로서 쉽게 성형 가공할 수 있고, 후속 공정에서의 전해질 용액을 적당히 흡수하여 팽윤할 수 있으며, 높은 이온 도전성과, 열 안정성 및 전기 안정성을 갖는다.In the present invention, polyvinylidene fluoride is used as the binder. The polymer originally does not have a binding force on the material itself, but is used as a binder having high binding strength due to excellent interaction with an electrode active material and a conductive agent. In addition, it can be easily molded into a thermoplastic resin, can appropriately absorb and swell the electrolyte solution in a subsequent step, and has high ionic conductivity, thermal stability, and electrical stability.

특히, 본 발명에서는 상기 바인더로 중량평균 분자량이 500,000 내지 1,000,000인 폴리비닐리덴플루오라이드를 사용한다. 이에, 고분자량의 바인더를 사용함으로써 적은 양의 바인더를 사용하더라도 높은 결착력을 유지할 수 있다. 그 결과, 상기 전극 활물질의 함량을 상대적으로 증가시킬 수 있어, 고용량 및 고출력의 전지의 제조가 가능하다.In particular, the present invention uses a polyvinylidene fluoride having a weight average molecular weight of 500,000 to 1,000,000 as the binder. Thus, by using a high molecular weight binder, even when a small amount of binder is used, high binding strength can be maintained. As a result, it is possible to increase the content of the electrode active material relatively, it is possible to manufacture a battery of high capacity and high output.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 바인더로 중량평균 분자량이 280,000, 350,000, 500,000, 630,000 및 1,000,000인 폴리비닐리덴플루오라이드를 사용하여 전극을 제조하고 결착력을 측정한 결과, 도 1에 나타낸 바와 같이, 분자량이 증가할수록 적은 양의 바인더를 사용하더라도 동일 또는 유사한 결착력을 얻을 수 있었다. 특히, 상기 중량평균 분자량이 1,000,000인 바인더의 경우 종래 사용되는 280,000의 그것에 비해 함량을 60% 이상 낮출 수 있었다.According to a preferred embodiment of the present invention, by using the polyvinylidene fluoride having a weight average molecular weight of 280,000, 350,000, 500,000, 630,000 and 1,000,000 as the binder and measuring the binding force, as shown in Figure 1 As the molecular weight increases, the same or similar binding strength can be obtained even with a small amount of binder. In particular, the binder having a weight average molecular weight of 1,000,000 was able to lower the content of more than 60% compared to that of 280,000 conventionally used.

그 결과, 고분자량의 바인더를 소량 사용하더라도 결착력이 유지될 수 있음을 알 수 있다. 더욱이, 상기 바인더의 함량을 낮춘 만큼 전극재료 내 전극 활물질의 함량의 증가가 가능하여 단위 중량당 활물질의 용량을 증가시킬 뿐만 아니라, 극판 내에 가능한 한 많은 양의 활물질을 주입할 수 있음을 의미한다.As a result, it can be seen that even when a small amount of a high molecular weight binder is used, the binding force can be maintained. In addition, the lower the content of the binder is possible to increase the content of the electrode active material in the electrode material to increase the capacity of the active material per unit weight, which means that as much as possible the active material can be injected into the electrode plate.

본 발명에서 상기 바인더의 함량은 전극 조성물에 대해 10 중량% 이하, 바람직하기로 2 내지 10 중량%를 포함하며, 종래 사용되는 함량에 비해 낮은 수치로 바인더의 함량을 낮출 수 있다. 일예로, 양극의 경우 양극 활물질, 도전제 및 바인더의 함량은 92:5:3~93:5:2의 범위로 사용 가능하고, 음극의 경우 음극 활물질, 도전제 및 바인더의 함량을 90:2:8~92:2:6의 범위까지 사용할 수 있다. In the present invention, the binder content is 10 wt% or less, preferably 2 to 10 wt% with respect to the electrode composition, the content of the binder can be lowered to a lower value than the conventionally used content. For example, in the case of the positive electrode, the content of the positive electrode active material, the conductive agent and the binder may be used in the range of 92: 5: 3 to 93: 5: 2, and in the case of the negative electrode, the content of the negative electrode active material, the conductive agent and the binder may be 90: 2. It can be used in the range of: 8 to 92: 2: 6.

전술한 바의 전극재료는 통상적인 방법, 즉, 바인더를 용매에 용해시킨 다음, 전극 활물질 및 도전제를 첨가한 후 혼합하여 제조된다.The electrode material as described above is prepared by a conventional method, that is, by dissolving a binder in a solvent, then adding an electrode active material and a conductive agent and then mixing.

사용 가능한 용매는 N-메틸-2-피롤리돈(N-methyl-2-pyrrolidone, NMP), 디메틸포름아미드(dimethyl formamide), 디메틸아세트아미드(dimethyl acetamide), 디메틸술폰아미드(dimethylsulfonamide) 및 테트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran)과 같은 극성 용매를 포함하며, 바람직하기로 N-메틸-2-피롤리돈이 있다.Solvents available include N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), dimethyl formamide, dimethyl acetamide, dimethylsulfonamide and tetrahydro Polar solvents such as tetrahydrofuran, preferably N-methyl-2-pyrrolidone.

이때, 상기 전극 활물질과 도전제 간의 접촉면적을 높이고 균일한 혼합을 이루기 위해 플래니터리 믹서(planetary mixer) 등의 혼합기를 사용한다.In this case, a mixer such as a planetary mixer is used to increase the contact area between the electrode active material and the conductive agent and to achieve uniform mixing.

상기 제조된 전극 재료를 호일 형태의 집전체에 도포(casting)한 다음, 혼합물 내 함유된 용매를 제거하기 위해 건조 공정을 거친 후, 프레스(압연)하여 양극 및 음극을 제조한다.The prepared electrode material is applied to a current collector in the form of a foil, and then subjected to a drying process to remove the solvent contained in the mixture, followed by pressing (rolling) to prepare a positive electrode and a negative electrode.

상기 제조된 양극 및 음극을 폴리올레핀 계열의 다공성 고분자로 이루어진 세퍼레이터를 개제하고, 유기전해질을 주입한 후 와인딩(winding)하여 젤리 롤형으로 전지를 조립하거나 또는 적층(lamination)하여 조립한다.The prepared positive electrode and the negative electrode are made of a polyolefin-based porous polymer separator, and the organic electrolyte is injected and then winded to assemble the battery in a jelly roll type or to assemble by lamination.

상기 세퍼레이터는 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀 계열의 고분자막 또는 이들의 다중막, 미세 다공성 필름, 직포 및 부직포와 같은 공지된 것을 사용할 수 있다.The separator may be a known polymer such as polyolefin-based polymer membranes such as polyethylene and polypropylene or multiple membranes thereof, microporous films, woven fabrics and nonwoven fabrics.

상기 유기전해질로는 비프로톤성 용매에 리튬염이 용해되어 이루어지는 유기전해액이 사용될 수 있다.As the organic electrolyte, an organic electrolyte in which lithium salt is dissolved in an aprotic solvent may be used.

상기 비프로톤성 용매로는 프로필렌카보네이트, 에틸렌카보네이트, 부틸렌카보네이트, 벤조니트릴, 아세토니트릴, 테트라하이드로퓨란, 2-메틸테트라하이드로퓨란, γ-부틸락톤, 디옥소란, 4-메틸디옥소란, N,N-디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드, 디메틸설폭사이드, 디옥산, 1,2-디메톡시에탄, 설포란, 디클로로에탄, 클로로벤젠, 니트로벤젠, 디메틸카보네이트, 메틸이소프로필카보네이트, 에틸부틸카보네이트, 디프로필카보네이트, 디이소프로필카보네이트, 디부틸카보네이트, 디에틸렌글리콜, 디메틸에테르 등의 비프로톤성 용매 또는 이들 용매 중의 2 종 이상을 혼합한 혼합용매를 예시할 수 있고, 특히 프로필렌카보네이트, 에틸렌카보네이트, 부틸렌카보네이트 중 어느 하나를 반드시 포함함과 동시에 디메틸카보네이트, 메틸에틸카보네이트, 디에틸카보네이트 중 어느 것 하나를 반드시 포함하는 것이 바람직하다.The aprotic solvents include propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, benzonitrile, acetonitrile, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, γ-butyllactone, dioxolane, 4-methyldioxolane, N, N-dimethylformamide, dimethylacetamide, dimethyl sulfoxide, dioxane, 1,2-dimethoxyethane, sulfolane, dichloroethane, chlorobenzene, nitrobenzene, dimethyl carbonate, methyl isopropyl carbonate, ethyl butyl carbonate , Aprotic solvents such as dipropyl carbonate, diisopropyl carbonate, dibutyl carbonate, diethylene glycol, dimethyl ether, or a mixed solvent in which two or more of these solvents are mixed, and particularly propylene carbonate and ethylene carbonate. At least one of butylene carbonate and at the same time dimethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, It is preferable to include any one of diethyl carbonate.

상기 리튬염으로는 LiPF6, LiBF4, LiSbF6, LiAsF6, LiClO 4, LiCF3SO3, Li(CF3SO2)2N, LiC4F9SO3, LiSbF 6, LiAlO4, LiAlCl4, LiN(CxF2x+1SO2)(CyF 2y+1SO2)(여기서, x 및 y는 자연수이다.), LiCl 및 LiI 등으로 이루어진 군에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 리튬염을 혼합시켜 되는 것을 예시할 수 있고, 특히 LiPF6 및 LiBF4 중 어느 하나를 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 이밖에도 리튬 이차 전지의 유기전해액으로 종래부터 알려져 있는 것을 이용할 수도 있다.The lithium salt may be 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 , LiSbF 6 , LiAlO 4 , LiAlCl 4 1 or 2 or more lithium salts selected from the group consisting of LiN (CxF 2x + 1 SO 2 ) (CyF 2y + 1 SO 2 ) (where x and y are natural numbers), LiCl, LiI, and the like can be exemplified by that, in particular, it is preferred to include any one of LiPF 6 and LiBF 4. In addition, what is conventionally known as an organic electrolyte of a lithium secondary battery can also be used.

또한, 유기전해질의 또다른 예로서, 폴리에틸렌옥사이드(PEO), 폴리비닐알콜(PVA) 등의 폴리머에 상기 리튬염의 어느 하나를 혼합시킨 것이나, 팽윤성이 높은 폴리머에 유기전해액을 함침시킨 것 등의 폴리머 전해질을 이용할 수 있다.As another example of the organic electrolyte, a polymer such as polyethylene oxide (PEO), polyvinyl alcohol (PVA), or the like, in which any one of the lithium salts is mixed, or a polymer having high swellability impregnated with an organic electrolyte solution An electrolyte can be used.

본 발명에 따른 전지는 고 출력의 특성을 나타냄에 따라 휴대폰 또는 노트북 등에 사용되는 소형 전지 이외에도 전기 자동차, 하이브리드 자동차(Hybrid Electric Vehicle, HEV), 연료전지 자동차(Fuel Cell Electric Vehicle, FCEV) 및 전지 스쿠터와 같은 운송 장치 등에 사용되는 대형 전지로 바람직하게 적용될 수 있다.As the battery according to the present invention exhibits high output characteristics, electric vehicles, hybrid electric vehicles (HEVs), fuel cell electric vehicles (FCEVs), and battery scooters, in addition to small batteries used in mobile phones or notebook computers, etc. It can be preferably applied to a large battery used in a transport device such as.

이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나 하기한 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일 뿐 본 발명이 하기한 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, preferred examples and comparative examples of the present invention are described. However, the following examples are only preferred embodiments of the present invention and the present invention is not limited by the following examples.

<실시예 1><Example 1>

1. 양극의 제조1. Fabrication of Anode

중량평균 분자량이 500,000인 폴리비닐리덴플루오라이드 5 중량부를 N-메틸 피롤리돈(NMP) 용매 50 중량부에 용해시킨 다음, 양극용 활물질로 LiCoO2 (평균입경 5 ㎛) 90 중량부와 도전제로 아세틸렌 블랙(Acetylene Black, 평균입경 42 nm) 5 중량부를 첨가한 다음, 얻어진 혼합물을 호일 형태의 알루미늄 집전체 상에 캐스팅하여 양극을 제조하였다.5 parts by weight of polyvinylidene fluoride having a weight average molecular weight of 500,000 was dissolved in 50 parts by weight of an N-methyl pyrrolidone (NMP) solvent, and then 90 parts by weight of LiCoO 2 (average particle diameter: 5 μm) was used as an active material for a positive electrode. 5 parts by weight of acetylene black (average particle diameter: 42 nm) was added, and the resulting mixture was cast on a foil-shaped aluminum current collector to prepare a positive electrode.

2. 음극의 제조2. Preparation of Cathode

음극을 제조하기 위해, 상기 양극의 제조와 유사하게 수행하였다.To prepare the negative electrode, it was carried out similarly to the preparation of the positive electrode.

먼저, 혼합기에 N-메틸 피롤리돈(NMP) 용매 50 중량부를 첨가한 다음, 중량평균 분자량이 500,000인 폴리비닐리덴플루오라이드 5 중량부를 첨가하여 혼합하였다. 이어서, 음극용 활물질로 메조카본 마이크로비드 90 중량부와 도전제로 아세틸렌 블랙(Acetylene Black, 평균입경 42 nm) 5 중량부를 첨가하였다. First, 50 parts by weight of N-methyl pyrrolidone (NMP) solvent was added to the mixer, and then 5 parts by weight of polyvinylidene fluoride having a weight average molecular weight of 500,000 was added and mixed. Subsequently, 90 parts by weight of mesocarbon microbeads were added as an active material for a negative electrode, and 5 parts by weight of acetylene black (average particle diameter: 42 nm) were added as a conductive agent.

얻어진 음극 혼합물을 호일 형태의 구리 집전체 위에 닥터 블레이드로 코팅한 다음, 80 ℃에서 2 시간 동안 건조한 후, 롤 프레스하여 음극을 제조하였다.The obtained negative electrode mixture was coated with a doctor blade on a foil-shaped copper current collector, dried at 80 ° C. for 2 hours, and then roll-pressed to prepare a negative electrode.

3. 전지 조립3. Battery Assembly

상기 제조된 양극 및 음극 사이에 세퍼레이터(PP/PE/PP의 3층 구조를 갖는 필름)를 위치시킨 후, 통상의 방법에 의거하여 단위 전지를 조립하였다. 이때, 에틸렌 카보네이트와 디에틸 카보네이트의 1:1 혼합물(부피) 1 L에 용해된 전해염으로서 1몰의 LiPF6로 이루어진 전해질을 사용하였다.After placing the separator (film having a three-layer structure of PP / PE / PP) between the prepared positive and negative electrodes, a unit cell was assembled according to a conventional method. At this time, an electrolyte consisting of 1 mol of LiPF 6 was used as an electrolyte salt dissolved in 1 L of a 1: 1 mixture (volume) of ethylene carbonate and diethyl carbonate.

<실시예 2><Example 2>

바인더로 중량평균 분자량이 630,000인 폴리비닐리덴플루오라이드를 사용한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일하게 실시하여 리튬 이차 전지를 제조하였다.A lithium secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 1, except that polyvinylidene fluoride having a weight average molecular weight of 630,000 was used as the binder.

<실시예 3><Example 3>

바인더로 중량평균 분자량이 1,000,000인 폴리비닐리덴플루오라이드를 사용한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일하게 실시하여 리튬 이차 전지를 제조하였다.A lithium secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 1, except that polyvinylidene fluoride having a weight average molecular weight of 1,000,000 was used as the binder.

<비교예 1>Comparative Example 1

바인더로 중량평균 분자량이 280,000인 폴리비닐리덴플루오라이드를 사용한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일하게 실시하여 리튬 이차 전지를 제조하였다.A lithium secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 1, except that polyvinylidene fluoride having a weight average molecular weight of 280,000 was used as the binder.

<비교예 2>Comparative Example 2

바인더로 중량평균 분자량이 350,000인 폴리비닐리덴플루오라이드를 사용한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일하게 실시하여 리튬 이차 전지를 제조하였다.A lithium secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 1, except that polyvinylidene fluoride having a weight average molecular weight of 350,000 was used as the binder.

<시험예 1><Test Example 1>

본 발명에서 고분자량의 바인더를 소량 사용하여도 극판 결착력이 유지됨을 알아보기 위해 하기와 같이 실시하였다.In the present invention, even if a small amount of a high molecular weight binder was used as follows to determine that the electrode plate binding force is maintained.

구체적으로, 바인더로 중량평균 분자량이 280,000, 350,000, 500,000, 630,000 및 1,000,000인 폴리비닐리덴플루오라이드를 사용하여 전극을 제조하고 결착력을 측정하였다. 이때, 동일한 결착력을 나타내기 위해 전극에 요구되는 바인더의 함량을 측정하였고, 분자량에 따른 상대적인 비교를 위해 비교예 1에서 중량평균 분자량이 280,000인 경우를 100%로 하여, 나머지 실시예 및 비교예의 바인더의 함량을 계산하여 도 1에 나타내었다. Specifically, an electrode was prepared using polyvinylidene fluoride having a weight average molecular weight of 280,000, 350,000, 500,000, 630,000, and 1,000,000 as a binder, and the binding force was measured. At this time, the content of the binder required for the electrode in order to exhibit the same binding force was measured, and in the case of the weight average molecular weight of 280,000 in Comparative Example 1 for the comparative comparison according to the molecular weight as 100%, the binder of the remaining examples and comparative examples It is shown in Figure 1 by calculating the content of.

도 1은 바인더로 사용되는 폴리비닐리덴플루오라이드의 중량평균 분자량에 따른 전극에서의 바인더의 필요 함량을 나타낸 그래프이다. 1 is a graph showing the required content of a binder in an electrode according to the weight average molecular weight of polyvinylidene fluoride used as a binder.

도 1을 참조하면, 분자량이 증가할수록 동일한 결착력을 나타내기 위해 적은 함량이 요구됨을 알 수 있다. 특히, 상기 중량평균 분자량이 1,000,000인 바인더의 경우 종래 사용되는 280,000의 그것에 비해 함량을 60% 이상 낮출 수 있었다.Referring to Figure 1, it can be seen that as the molecular weight increases, less content is required to show the same binding force. In particular, the binder having a weight average molecular weight of 1,000,000 was able to lower the content of more than 60% compared to that of 280,000 conventionally used.

이러한 결과는, 높은 분자량의 바인더를 소량으로 사용하여도 결착력을 유지할 수 있어, 전극 제조시 상기 바인더의 함량에 대해 상대적으로 많은 양의 활물질을 사용할 수 있음을 의미한다. 그 결과, 전극 내 활물질을 높은 함량으로 함유시킴에 따라 전지의 출력 증가를 유도한다.These results indicate that even when a small amount of a high molecular weight binder is used, the binding force can be maintained, and thus a relatively large amount of the active material can be used for the content of the binder during electrode production. As a result, as the active material in the electrode is contained in a high content, the output of the battery is increased.

상술한 바와 같이, 본 발명에 의해 고분자량의 폴리비닐리덴플루오라이드 바인더를 사용함으로써 적은 양을 사용하고도 극판 결착력을 유지시킬 수 있어, 상대적으로 상기 바인더의 함량을 낮춘 만큼 전극재료 내 전극 활물질의 함량을 증가시킬 수 있었다.As described above, by using the high molecular weight polyvinylidene fluoride binder according to the present invention, it is possible to maintain the electrode plate binding force even in a small amount, so as to lower the content of the binder, The content could be increased.

따라서, 상기한 바인더를 사용함에 따라 단위 중량당 활물질의 용량을 증가시킬 뿐만 아니라, 극판 내에 가능한 한 많은 양의 활물질을 주입할 수 있어, 고 출력 및 고 용량 특성을 지녀, 전기자동차 분야에 적합하게 사용될 수 있다.Therefore, the use of the binder not only increases the capacity of the active material per unit weight, but also injects as much active material into the electrode plate as possible, and has high output and high capacity characteristics, making it suitable for the electric vehicle field. Can be used.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although described above with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art will be variously modified and changed within the scope of the invention without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below I can understand that you can.

도 1은 동일한 결착력을 나타내기 위해 폴리비닐리덴플루오라이드의 중량평균 분자량에 따른 전극에서의 바인더의 필요 함량을 나타낸 그래프이다.1 is a graph showing the required content of the binder in the electrode according to the weight average molecular weight of polyvinylidene fluoride to show the same binding force.

Claims (8)

전극 활물질, 도전제 및 바인더를 포함하고, 상기 바인더로 중량평균 분자량이 500,000 내지 1,000,000인 폴리비닐리덴플루오라이드 고분자를 포함하는 고출력 리튬 이차 전지용 전극.An electrode for a high power lithium secondary battery comprising an electrode active material, a conductive agent, and a binder, wherein the binder comprises a polyvinylidene fluoride polymer having a weight average molecular weight of 500,000 to 1,000,000. 제 1 항에 있어서, 상기 폴리비닐리덴플루오라이드 고분자의 함량은 전극 조성물에 대해 2 내지 10 중량% 이하로 포함하는 것을 특징으로 하는 고출력 리튬 이차 전지용 전극.The electrode of claim 1, wherein the polyvinylidene fluoride polymer is included in an amount of 2 to 10 wt% or less based on the electrode composition. 제 1 항에 있어서, 상기 양극 활물질은 리튬 이온을 가역적으로 인터칼레이션(intercalation, 삽입) 및 디인터칼레이션(de-intercalation, 탈리) 할 수 있는 리튬 복합 산화물인 것을 특징으로 하는 고출력 리튬 이차 전지용 전극.The method of claim 1, wherein the positive electrode active material is a lithium composite oxide capable of reversibly intercalation (intercalation) and de-intercalation (de-intercalation) of lithium ions, characterized in that for high output lithium secondary battery electrode. 제 3 항에 있어서, 상기 리튬 복합 산화물은 LiNixCoyAl1-x-yO2 (0<x≤1, 0<y≤1), LiCoO2, LiMn2O4, LiMnO2 및 LiNiO2 로 이루어진 군에서 선택된 1종인 것을 특징으로 하는 고출력 리튬 이차 전지용 전극.The lithium composite oxide of claim 3, wherein the lithium composite oxide is formed of LiNi x Co y Al 1-xy O 2 (0 <x ≦ 1, 0 <y ≦ 1), LiCoO 2 , LiMn 2 O 4 , LiMnO 2, and LiNiO 2 . High-power lithium secondary battery electrode, characterized in that one selected from the group. 제 1 항에 있어서, 상기 음극 활물질은 리튬 이온을 가역적으로 인터칼레이션 및 디인터칼레이션 할 수 있는 탄소계 물질인 것을 특징으로 하는 고출력 리튬 이차 전지용 전극.The electrode of claim 1, wherein the negative electrode active material is a carbon-based material capable of reversibly intercalating and deintercalating lithium ions. 제 5 항에 있어서, 상기 탄소계 물질은 천연 흑연, 인조 흑연, 흑연계 탄소 섬유, 석유계 핏치 및 석탄계 핏치로 이루어진 군에서 선택된 1종인 것을 특징으로 하는 고출력 리튬 이차 전지용 전극.The electrode of claim 5, wherein the carbonaceous material is one selected from the group consisting of natural graphite, artificial graphite, graphite carbon fiber, petroleum pitch and coal pitch. 제 1 항에 있어서, 상기 도전제는 수퍼 P(MMM사 제품), 아세틸렌 블랙(acetylene black), 케첸 블랙(ketjen black), 덴카 블랙(Denka Black) 및 카본 블랙(carbon black)으로 이루어진 군에서 선택된 1종인 것을 특징으로 하는 고출력 리튬 이차 전지용 전극.The method of claim 1, wherein the conductive agent is selected from the group consisting of Super P (MMM Co., Ltd.), acetylene black, ketjen black, Denka Black and carbon black It is 1 type, The electrode for high output lithium secondary batteries characterized by the above-mentioned. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 하나의 항에 따른 전극을 포함하는 고출력 리튬 이차 전지.A high output lithium secondary battery comprising the electrode according to any one of claims 1 to 7.
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