KR20060067459A - Silicon containing multi-layered thin film electrodes for lithium secondary battery and preparation thereof - Google Patents

Silicon containing multi-layered thin film electrodes for lithium secondary battery and preparation thereof Download PDF

Info

Publication number
KR20060067459A
KR20060067459A KR1020040106244A KR20040106244A KR20060067459A KR 20060067459 A KR20060067459 A KR 20060067459A KR 1020040106244 A KR1020040106244 A KR 1020040106244A KR 20040106244 A KR20040106244 A KR 20040106244A KR 20060067459 A KR20060067459 A KR 20060067459A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
electrode
silicon
thin film
metal
material layer
Prior art date
Application number
KR1020040106244A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
박종완
이승원
문희수
이기령
정주영
이서재
이기영
Original Assignee
주식회사 엘지화학
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엘지화학 filed Critical 주식회사 엘지화학
Priority to KR1020040106244A priority Critical patent/KR20060067459A/en
Publication of KR20060067459A publication Critical patent/KR20060067459A/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/134Electrodes based on metals, Si or alloys
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052Li-accumulators
    • H01M10/0525Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04Processes of manufacture in general
    • H01M4/0402Methods of deposition of the material
    • H01M4/0421Methods of deposition of the material involving vapour deposition
    • H01M4/0423Physical vapour deposition
    • H01M4/0426Sputtering
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/139Processes of manufacture
    • H01M4/1395Processes of manufacture of electrodes based on metals, Si or alloys
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/38Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
    • H01M4/386Silicon or alloys based on silicon
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64Carriers or collectors
    • H01M4/66Selection of materials
    • H01M4/661Metal or alloys, e.g. alloy coatings
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

본 발명은 집전체 및 상기 집전체의 한 면 또는 양 면에 리튬을 흡장 및 방출할 수 있는 전극활물질층이 형성된 전극에 관한 것으로, 상기 전극활물질층은 실리콘 활물질층; 및 리튬과 고용체(solid solution) 또는 금속간 화합물을 형성하지 않는 금속으로 이루어진 금속 비활물질층이 교번하여 적층된 것을 특징으로 하는 다층막형 전극 및 이의 제조방법을 제공한다. 또한, 상기 전극을 포함하는 리튬 이차 전지를 제공한다.The present invention relates to an electrode having a current collector and an electrode active material layer capable of occluding and releasing lithium on one or both surfaces of the current collector, wherein the electrode active material layer comprises: a silicon active material layer; And a metal inert material layer made of lithium and a metal which does not form a solid solution or an intermetallic compound is alternately stacked. In addition, a lithium secondary battery including the electrode is provided.

본 발명의 다층막형 전극은 기존 실리콘 전극의 단점인 전지의 충방전 과정시의 부피 변화 및 이로 인한 균열을 방지하여 전극의 구조적 안정성 및 전지의 수명 특성을 향상시킬 뿐만 아니라 전지의 전기화학적 특성이 개선됨으로써, 장수명 및 고용량의 리튬 이차 전지를 제공할 수 있다.The multi-layered electrode of the present invention prevents volume change and cracks during the charge / discharge process of the battery, which is a disadvantage of the conventional silicon electrode, thereby improving the structural stability of the electrode and the battery life characteristics as well as the electrochemical characteristics of the battery. By doing so, it is possible to provide a long life and high capacity lithium secondary battery.

실리콘, 금속 비활물질, 몰리브덴, 다층박막, 전해 동박, 리튬 이차 전지Silicon, metal inert material, molybdenum, multilayer thin film, electrolytic copper foil, lithium secondary battery

Description

리튬 이차 전지용 실리콘을 포함하는 다층막형 전극 및 이의 제조방법{SILICON CONTAINING MULTI-LAYERED THIN FILM ELECTRODES FOR LITHIUM SECONDARY BATTERY AND PREPARATION THEREOF}Multi-layered electrode including silicon for lithium secondary battery and manufacturing method therefor {SILICON CONTAINING MULTI-LAYERED THIN FILM ELECTRODES FOR LITHIUM SECONDARY BATTERY AND PREPARATION THEREOF}

도 1은 본 발명의 실시예에 따라 제조된 리튬 이차 전지의 단면 모식도이다.1 is a schematic cross-sectional view of a lithium secondary battery manufactured according to an embodiment of the present invention.

도 2는 비교예 2, 실시예 2, 실시예 4및 실시예 5에서 제조된 다층막형 전극의 라만 분광분석 그래프이다.FIG. 2 is a Raman spectroscopy graph of multilayer electrode electrodes prepared in Comparative Example 2, Example 2, Example 4, and Example 5. FIG.

도 3은 실시예 1 및 실시예 2의 다층박막 전극과 비교예 1 및 비교예 2의 단일 실리콘 박막 전극을 각각 이용하여 제조된 리튬 이차 전지의 사이클 특성을 비교한 도이다.3 is a view comparing cycle characteristics of a lithium secondary battery manufactured using the multilayer thin film electrodes of Examples 1 and 2 and the single silicon thin film electrodes of Comparative Examples 1 and 2, respectively.

도 4는 실시예 2 및 실시예 3의 다층박막 전극과 비교예 2의 단일 실리콘 박막 전극을 이용하여 제조된 리튬 이차 전지의 사이클 특성을 비교한 도이다4 is a diagram comparing cycle characteristics of a lithium secondary battery manufactured using the multilayer thin film electrodes of Examples 2 and 3 and the single silicon thin film electrode of Comparative Example 2.

도 5는 실시예 2, 실시예 4, 실시예 5의 다층박막 전극과 비교예 3, 비교예 4의 단일 실리콘 박막 전극을 이용하여 제조된 리튬 이차 전지의 단위무게당 방전용량을 비교한 도이다.FIG. 5 is a diagram comparing discharge capacities per unit weight of a lithium secondary battery manufactured using the multilayer thin film electrodes of Examples 2, 4, and 5, and the single silicon thin film electrodes of Comparative Examples 3 and 4. .

도 6은 실시예 2, 실시예 4, 실시예 5의 다층박막 전극과 비교예 3, 비교예 4의 단일 실리콘 박막 전극을 이용하여 제조된 리튬 이차 전지의 단위면적당 방전용량을 비교한 도이다. FIG. 6 is a view comparing discharge capacities per unit area of a lithium secondary battery manufactured using the multilayer thin film electrodes of Examples 2, 4, and 5 and the single silicon thin film electrodes of Comparative Examples 3 and 4.                 

도 7은 실시예 11 및 비교예 10에서 제조된 리튬 이차 전지의 첫번째 사이클의 전압 특성을 비교한 도이다.7 is a view comparing voltage characteristics of first cycles of the lithium secondary batteries manufactured in Example 11 and Comparative Example 10;

도 8은 실시예 11, 비교예 9 및 비교예 10에서 제조된 리튬 이차 전지의 사이클 특성을 비교한 도이다.8 is a view comparing cycle characteristics of the lithium secondary batteries manufactured in Example 11, Comparative Example 9, and Comparative Example 10.

본 발명은 수명 특성 및 전기화학적 특성이 향상된 리튬 이차 전지용 전극 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to an electrode for a lithium secondary battery having improved life characteristics and electrochemical characteristics, and a method of manufacturing the same.

리튬 이차 전지는 가역적으로 리튬 이온의 삽입과 탈리가 가능한 물질을 양극 및 음극으로 사용하고, 상기 양극과 음극 사이에 유기 전해액 또는 폴리머 전해질을 충전시켜 제조하는 것으로, 리튬 이온이 양극 및 음극에서 삽입 및 탈리될 때의 환원 및 산화 반응에 의하여 전기 에너지를 생성하게 된다. 상기 리튬 이차 전지는 사용되는 전극활물질의 재료에 따라 전지의 충방전 전압, 사이클 수명 특성 및 보존 특성 등이 크게 좌우되며, 이러한 전지의 특성을 향상시키기 위해 양 전극의 활물질을 개선하고자 하는 노력이 꾸준히 진행되고 있다.Lithium secondary batteries are manufactured by reversibly inserting and detaching lithium ions as a positive electrode and a negative electrode, and filling an organic electrolyte or a polymer electrolyte between the positive electrode and the negative electrode. Reduction and oxidation reactions upon desorption produce electrical energy. The lithium secondary battery greatly depends on the charge and discharge voltage, cycle life characteristics and storage characteristics of the battery according to the material of the electrode active material used, and efforts to improve the active material of both electrodes to improve the characteristics of the battery is steadily It's going on.

현재 리튬 이차 전지의 음극 활물질로서 상용화되는 탄소계 활물질은 고체전해질 막(solid electrolyte interface)에 의한 안정성 및 초기 비가역 용량 감소를 통한 용량 증가를 이루기 위해 표면 개질 등에 대한 연구가 진행되고 있는 실정이다. 상기 탄소계 활물질로는 일본 소니사를 제외한 거의 모든 회사에서 대표적으로 채용되고 있는 흑연과 흑연화도(graphitization)에 따라 흑연으로 변환 가능한 무정형 카본을 포함하는 소프트카본(soft carbon) 및 흑연으로 되지 않는 난흑연화성 탄소인 하드카본(hard carbon)으로 나뉠 수 있다. 흑연계 탄소의 우수한 사이클 특성에도 불구하고, 흑연은 금속 리튬 용량(3860 mAh/g)의 약 10%에 불과한 372 mAh/g(LiC6 조성)의 이론 용량을 가지며, 특히 탄소 원자 6개 당 리튬 1개를 삽입하므로 단위부피당 용량이 매우 작다는 단점이 있다. 고용량 및 에너지 밀도가 향상된 리튬 이차 전지 개발을 위해서는 새로운 음극재료의 개발이 요구되며, 이를 위해 새롭게 부각되는 고용량의 음극 물질로는 비탄소재나 복합재(composite)가 있다. Currently, carbon-based active materials commercialized as a negative electrode active material of a lithium secondary battery have been studied for surface modification and the like in order to achieve a capacity increase through stability and initial irreversible capacity by a solid electrolyte interface. Examples of the carbon-based active material include graphite, which is typically used by almost all companies except Japan's Sony, and soft carbon containing amorphous carbon which can be converted into graphite according to graphitization, and non-graphite non-graphite It can be divided into hard carbon, which is carbon. Despite the excellent cycle characteristics of graphite carbon, graphite has a theoretical capacity of 372 mAh / g (LiC 6 composition), which is only about 10% of the metal lithium capacity (3860 mAh / g), in particular lithium per 6 carbon atoms Insertion of one has the disadvantage that the capacity per unit volume is very small. In order to develop a lithium secondary battery with improved high capacity and energy density, a new negative electrode material needs to be developed, and a new high capacity negative electrode material includes a non-carbon material or a composite material.

고용량의 음극 물질 중, 리튬 합금계인 LiyM (M = Al, Si, Sn, Pb, Ge, In 등)는 0.1 내지 1.0 V의 범위에서 리튬 금속과 다른 반응 전위를 가지며, 충전 용량이 탄소재에 비해서 2 내지 10배 정도 높다. LixSn (x =1 ~ 4.4) 경우는 Li-rich상의 녹는점이 400℃ 이상으로 폭발의 위험이 현저하게 감소되어 전지의 안전성을 도모할 수 있다. 그러나 합금 형성 및 분해(alloy forming/decomposition) 과정에서 일어나는 큰 부피 변화로 인한 기계적 응력이 입자들간의 점진적인 균열을 일으키며, 심지어 전류 집전체와의 혹은 금속 입자간의 접촉을 잃게 하는 파쇄를 일으켜 사이클 특성이 저하되는 문제점을 갖고 있다. 따라서, 저장 용량면에서의 잇점에도 불구하고, 리튬 합금계는 상용화되기 어려운 실정이었으며, 합금계의 모양(morphology)이나 구조를 조절하여도 사이클 특성은 여전히 불만족스러웠다. 이런 단점을 극복하기 위한 주된 접근법으로서, 고에너지 밀링 방법을 이용한 나노 입자화로 활물질의 입자 크기를 줄이거나 또는 부피 변화가 적은 재료와의 다상(multi-phase) 혹은 금속간 화합물을 만들어 부피 팽창을 줄이는데 초점이 맞추어졌으나, 여전히 비가역적 용량 손실과 사이클 특성에서 큰 문제점을 가지고 있다. Among the high capacity negative electrode materials, Li y M (M = Al, Si, Sn, Pb, Ge, In, etc.), which is a lithium alloy, has a reaction potential different from that of lithium metal in the range of 0.1 to 1.0 V, and the charge capacity is carbon material. It is about 2 to 10 times higher than that. In the case of Li x Sn (x = 1 to 4.4), the melting point of the Li-rich phase is higher than 400 ° C., which greatly reduces the risk of explosion, thereby improving battery safety. However, mechanical stresses caused by large volume changes during alloy forming / decomposition cause gradual cracking between the particles, and even crushing that leads to loss of contact with the current collector or between the metal particles. It has a problem of deterioration. Therefore, despite the advantages in terms of storage capacity, the lithium alloy system was difficult to commercialize, and even if the morphology or structure of the alloy system was adjusted, the cycle characteristics were still unsatisfactory. As a major approach to overcome this shortcoming, nanoparticle granulation using high-energy milling methods reduces the particle size of the active material or creates multi-phase or intermetallic compounds with materials with small volume changes to reduce volume expansion. Although focused, there are still major problems with irreversible capacity loss and cycle characteristics.

종래에 탄소 전극을 제조하는 기술로서 화학적 기상 박막형성법(CVD), 스퍼터링법과 진공 증착법 등의 다양한 박막 공정을 이용한 박막화 방법이 추구되고 있으나, 이 방법들도 역시 이차원적인 박막(two-dimensional film)의 두께가 두꺼워질 경우 전기화학적 특성이 악화된다. 이론적으로는 활물질의 두께를 증가시키면 그에 비례하여 전극의 용량도 함께 증가될 것으로 기대가 되지만, 박막 전극의 경우 리튬의 확산 길이 및 내부저항이 커질 수 있으며, 또한 증착시에 막 내에 인가되는 응력에 의해 활물질의 손상이 발생할 수 있다. 가장 중요한 것은 막 두께의 증가에 따른 막과 기판인 전류 집전체간의 밀착성(adhesion)이다. 이는 증착되는 재료와 기판 재료와의 격자상수(lattice constant)의 불일치로 인해 누적된 응력에 의한 막의 일어남과 충방전시 활물질의 부피변화로 인해 막이 전류 집전체로부터 박리(exfoliation)되는 것이다. 결과적으로, 상기의 문제점들로 인해 전기적 접촉 저하에 따른 전지의 사이클 특성 저하가 발생하게 된다. Conventionally, as a technique for manufacturing a carbon electrode, thin film thinning methods using various thin film processes such as chemical vapor deposition (CVD), sputtering, and vacuum deposition have been pursued, but these methods are also used for two-dimensional thin films. If the thickness is thick, the electrochemical properties deteriorate. Theoretically, increasing the thickness of the active material is expected to increase the capacity of the electrode in proportion. However, in the case of the thin film electrode, the diffusion length and internal resistance of the lithium may be increased, and also the stress applied to the film during deposition may be increased. Damage to the active material may occur. The most important is the adhesion between the current collector, which is a substrate and the film, as the film thickness increases. This is because the film is exfoliated from the current collector due to the occurrence of the film due to the accumulated stress due to the mismatch of the lattice constant between the material to be deposited and the substrate material and the volume change of the active material during charging and discharging. As a result, the cycle characteristics of the battery due to the electrical contact is lowered due to the above problems.

새로운 음극재료의 개발을 위해, 비탄소재인 실리콘이 탄소 재료를 대체할 수 있는 물질로 부각되고 있다. 실리콘은 4000 mAh/g 이상의 매우 큰 이론 용량을 지니고 있으나, 낮은 전기 전도도 및 전지의 충방전시 발생하는 부피 변화 및 이로 인한 전극의 열화에 의해 장수명 사이클 특성이 저하되는 문제점을 가지고 있다. For the development of new anode materials, silicon, a non-carbon material, is emerging as a material that can replace the carbon material. Silicon has a very large theoretical capacity of 4000 mAh / g or more, but has a problem in that long life cycle characteristics are deteriorated due to low electrical conductivity and volume change generated during charging and discharging of the battery and deterioration of the electrode.                         

대한민국 특허 공개 제 2002-0045616호에서는 CVD법과 스퍼터링법의 박막 형성 방법에 의해 집전체 상에 실리콘 박막을 증착하여 형성된 전극이 제안되었다. 리튬과 합금화하는 실리콘 박막에 집전체의 성분이 확산됨으로써, 활물질 박막과 집전체와의 밀착성이 높아져 우수한 집전 특성을 보였으나, 충방전시 실리콘층의 부피 변화를 효과적으로 억제하지 못했다. In Korean Patent Laid-Open Publication No. 2002-0045616, an electrode formed by depositing a silicon thin film on a current collector by a CVD method and a thin film formation method of a sputtering method has been proposed. As the components of the current collector are diffused into the silicon thin film alloyed with lithium, adhesion between the active material thin film and the current collector is improved, and excellent current collecting characteristics are exhibited, but the volume change of the silicon layer is not effectively suppressed during charge and discharge.

또한, 대한민국 특허 공개 제2003-0017944호에서는 탄소계 활물질인 실리콘이 분산된 실리콘-금속층과 은(Ag)층이 적층된 다층박막을 포함하는 음극박막 전극이 제안되었다. 그러나 한층 내에 실리콘과 금속을 공존시켜 리튬 삽입 및 탈리에 의한 실리콘의 부피 변화를 효과적으로 억제하지 못했을 뿐만 아니라, 적층된 은과 리튬이 충전과정에서 합금(Li-Ag)을 형성하여 이 용량이 전지의 비가역 용량으로 작용하게 됨으로써, 리튬 이차 전지의 고용량 및 장수명 사이클 특성을 이루지 못했다.In addition, Korean Patent Publication No. 2003-0017944 proposes a cathode thin film electrode including a multilayer thin film in which a silicon-metal layer and a silver (Ag) layer in which silicon, which is a carbon-based active material is dispersed, are laminated. However, due to the coexistence of silicon and metal in one layer, the volume change of silicon due to lithium insertion and desorption could not be effectively suppressed. In addition, the stacked silver and lithium form an alloy (Li-Ag) during the charging process. By acting as an irreversible capacity, it did not achieve the high capacity and long life cycle characteristics of the lithium secondary battery.

본 발명자들은 실리콘계 재료의 급격한 부피 변화에서 비롯된 활물질의 박리 및 이로 인한 사이클 특성 저하의 문제를 전극의 구조, 재료의 구성 및 표면 개질 방법을 통해 해결하고자 한다.The present inventors intend to solve the problem of the peeling of the active material resulting from the sudden volume change of the silicon-based material and the resulting degradation of cycle characteristics through the structure of the electrode, the composition of the material and the surface modification method.

이에, 본 발명은 리튬과 합금화되지 않는 금속 비활물질상을 도입하여 실리콘의 부피 변화를 완화함으로써, 전극의 구조적 안정성 및 전기화학적 특성이 향상된 고용량 및 장수명의 리튬 이차 전지용 전극 및 이의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. Accordingly, the present invention provides a high capacity and long life lithium secondary battery electrode and a method of manufacturing the same by introducing a metal inert material phase that is not alloyed with lithium to mitigate the volume change of silicon, thereby improving the structural stability and electrochemical properties of the electrode. For the purpose of                         

또한, 상기 전극을 포함하는 리튬 이차 전지를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다. In addition, another object of the present invention is to provide a lithium secondary battery including the electrode.

본 발명은 집전체 및 상기 집전체의 한 면 또는 양 면에 리튬을 흡장 및 방출할 수 있는 전극활물질층이 형성된 전극에 있어서, 상기 전극활물질층이 a) 실리콘 활물질층; 및 b) 리튬과 고용체(solid solution) 또는 금속간 화합물을 형성하지 않는 금속으로 이루어진 금속 비활물질층이 교번하여 적층된 것을 특징으로 하는 다층막형 전극 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지를 제공한다.The present invention provides a current collector and an electrode active material layer capable of occluding and releasing lithium on one or both surfaces of the current collector, the electrode active material layer comprising: a) a silicon active material layer; And b) a metal non-active material layer composed of lithium and a metal which does not form a solid solution or an intermetallic compound is alternately stacked to provide a multi-layered electrode and a lithium secondary battery comprising the same.

또한, 본 발명은 a) 집전체, 실리콘 및 리튬과 고용체(solid solution) 또는 금속간 화합물을 형성하지 않는 금속 비활물질을 제공하는 단계; b) 실리콘을 상기 집전체 상에 적층하는 단계; c) 금속 비활물질을 상기 실리콘층 위에 적층하는 단계; 및 d) 상기 단계 b) 및 c)를 반복 수행하는 단계를 포함하는 다층막형 전극의 제조방법을 제공한다.In addition, the present invention comprises the steps of a) providing a metal inert material that does not form a solid solution or an intermetallic compound with the current collector, silicon and lithium; b) laminating silicon on the current collector; c) depositing a metal inert material on the silicon layer; And d) repeating the steps b) and c).

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명의 다층막형 전극 중 리튬을 흡장 및 방출할 수 있는 활물질은 실리콘으로서, 비정질, 미소 결정, 다결정 및 단결정 실리콘을 모두 사용할 수 있다. 특히 열린 구조(open structure)인 비정질 상태의 실리콘이 바람직하다. 열린 구조는 격자의 장범위 규칙성이 없으므로 격자 팽창시 자체적으로 일부분의 팽창을 흡수할 수 있으며, 전극 내부로 리튬의 많은 확산 경로를 제공할 수 있기 때문이다. 또한 스퍼터링법이나 진공증착법과 같은 박막 공정으로 실리콘 적층시 보다 더 용 이하기 때문이다.As the active material capable of occluding and releasing lithium in the multilayer electrode of the present invention, all of amorphous, microcrystalline, polycrystalline, and monocrystalline silicon can be used. In particular, silicon in an amorphous state which is an open structure is preferable. The open structure does not have the long range regularity of the lattice, so it can absorb part of the expansion itself upon lattice expansion and provide many diffusion paths of lithium into the electrode. In addition, thin film processes such as sputtering and vacuum deposition are easier to use than silicon lamination.

그러나, 상기 실리콘은 전지의 충방전시 리튬의 흡장 및 방출에 의한 부피 변화가 발생하게 되고, 이로 인한 전극의 열화에 의해 전지의 사이클 특성이 저하되는 문제점을 가지고 있다. However, the silicon has a problem that the volume change due to occlusion and release of lithium occurs during charging and discharging of the battery, resulting in a decrease in cycle characteristics of the battery due to deterioration of the electrode.

이에 본 발명은 실리콘 활물질층 위에 리튬과 고용체 또는 금속간 화합물을 형성하지 않는 금속으로 이루어진 금속 비활물질층을 교번하여 적층시킨 다층박막(Multilayer) 형태의 음극을 제조함으로써, 활물질이 집전체로부터 박리되지 않고, 전지의 충전과정중에 형성되는 리튬-금속 합금으로 인해 발생되는 전지의 비가역 용량을 원천적으로 방지할 수 있어 고용량 유지 및 장수명 특성을 갖는 실리콘계 전극을 제공할 수 있다.Accordingly, the present invention is to prepare a negative electrode of a multilayer form in which a metal inert material layer made of lithium and a metal that does not form a solid solution or an intermetallic compound is alternately stacked on a silicon active material layer, so that the active material is not peeled off from the current collector. In addition, it is possible to prevent the irreversible capacity of the battery generated due to the lithium-metal alloy formed during the charging process of the battery can provide a silicon-based electrode having high capacity maintenance and long life characteristics.

상기 금속 비활물질층을 이루는 금속은 활물질인 실리콘과 강한 친화력(affinity)을 갖는 것이 바람직하다. 이는 실리콘 활물질층과 금속 비활물질층간의 계면 안정성으로 인한 전극의 구조적 안정성을 도모할 수 있기 때문이다. 리튬-금속 합금을 형성하지 않으며, 실리콘과 강한 친화력을 갖는 금속의 비제한적인 예로는 Mo, Cu, Fe, Co, Ca, Cr, Mg, Mn, Nb, Ni, Ta, Ti 또는 V 등이 있다.The metal constituting the metal inert material layer preferably has a strong affinity with silicon, which is an active material. This is because the structural stability of the electrode due to the interfacial stability between the silicon active material layer and the metal inert material layer can be achieved. Non-limiting examples of metals that do not form a lithium-metal alloy and have a strong affinity with silicon include Mo, Cu, Fe, Co, Ca, Cr, Mg, Mn, Nb, Ni, Ta, Ti, or V. .

추가적으로, 상기한 금속은 실리콘과 확산속도가 큰 차이를 갖는 것이 바람직하다. 활물질과 비활물질이 층을 이루는 경우, 활물질인 실리콘층을 비활물질층이 둘러싸는 미세구조가 충방전중에 발생하는 실리콘의 부피 팽창을 억제하는 데 효과적이다. 이를 보다 효과적으로 구현하기 위해서는 금속 비활물질층이 실리콘층으로 확산하여 금속간 화합물을 형성하는 것이 더욱 바람직하다. 일반적으로 상온 에서 물질을 증착할 때 녹는점이 낮은 원소가 녹는점이 높은 원소에 비해 확산속도가 빠른 것으로 알려져 있으므로, 높은 녹는점을 갖는 실리콘(1410℃)에 비하여 비활물질층의 금속은 녹는점이 낮을수록 바람직하다. In addition, the metal preferably has a large difference in diffusion rate from that of silicon. When the active material and the inactive material form a layer, the microstructure in which the inactive material layer surrounds the silicon layer as the active material is effective in suppressing the volume expansion of silicon generated during charge and discharge. In order to implement this more effectively, it is more preferable that the metal inactive material layer is diffused into the silicon layer to form an intermetallic compound. In general, when the material is deposited at room temperature, the low melting point element is known to have a faster diffusion rate than the high melting point element. Therefore, as the metal of the inert material layer has a lower melting point than silicon having a high melting point (1410 ° C.) desirable.

추가적으로, 상기한 금속은 높은 전도성 즉, 낮은 비저항을 갖는 것이 바람직하다. 본 발명의 활물질인 실리콘은 비저항값이 2.3×105 Ω·cm인 반도체이므로, 낮은 비저항값을 갖는 금속을 도입할 경우 전극 전체의 전도도를 향상시킬 수 있기 때문이다. In addition, the metals described above preferably have high conductivity, ie low resistivity. This is because silicon, which is an active material of the present invention, is a semiconductor having a specific resistance of 2.3 × 10 5 Pa · cm, so that the conductivity of the entire electrode can be improved when a metal having a low specific resistance is introduced.

상기한 조건을 살펴볼 때, 본 발명의 금속 비활물질층을 이루는 가장 바람직한 금속은 몰리브덴(Mo)이다. 몰리브덴은 상기 비활물질 금속중에서 실리콘과 친화력이 높고, 큰 녹는점 차이로 인해 확산속도의 차이가 많이 날 수 있으며, 은, 구리 및 마그네슘을 제외한 금속중에서 가장 비저항값이 낮기 때문이다. 또한 실리콘과 몰리브덴의 화합물인 몰리브덴 실리사이드(silicide)도 비저항이 낮아 전극재료로 적합하다는 잇점이 있다.In view of the above conditions, the most preferred metal constituting the metal inert material layer of the present invention is molybdenum (Mo). Molybdenum has a high affinity with silicon in the inert material metal, a large difference in melting point due to the large melting point difference can occur, and because the lowest resistivity value among the metals except silver, copper and magnesium. In addition, molybdenum silicide, which is a compound of silicon and molybdenum, also has a low specific resistance, which is advantageous as an electrode material.

이외에도 상술한 특성을 포함하는 물질이라면 어느 재료라도 비활물질로서 사용 가능할 뿐만 아니라 단독으로 사용하거나 또는 1종 이상의 금속을 혼합하여 사용할 수 있다.In addition, as long as the material includes the above-described properties, any material may be used as an inactive material, and may be used alone or in combination of one or more metals.

상기 다층막형 전극에 있어서, 실리콘 활물질층의 한 층 두께는 특별히 한정하지 않으나, 25 내지 50nm 범위가 적절하다. 25nm 미만인 경우에는 리튬의 삽입 및 탈리되는 유효한 실리콘의 양이 부족하게 되어 전지의 충방전 용량이 저조하게 되며, 50nm를 초과하는 경우에는 리튬의 반응 거리 증가 및 실리콘의 부피 변화로 인해 전지의 사이클 특성이 저하되는 문제점이 발생할 수 있다.In the multilayer film type electrode, the thickness of one layer of the silicon active material layer is not particularly limited, but is preferably in the range of 25 to 50 nm. If the thickness is less than 25 nm, the amount of effective silicon that is inserted and desorbed of lithium is insufficient, resulting in low charge and discharge capacity of the battery. If the thickness exceeds 50 nm, the cycle characteristics of the battery are increased due to the increase in lithium reaction distance and the change in volume of silicon. This deterioration problem may occur.

또한, 금속 비활물질층의 한 층 두께는 1 내지 10nm 범위가 적절하나, 특별히 이를 제한하지는 않는다. 1nm 미만인 경우에는 효과적인 실리콘의 부피 변화를 억제할 수 없으며, 10nm를 초과하는 경우에는 박막 두께 증가로 인한 리튬의 확산거리가 증가할 뿐만 아니라 실리콘 활물질과 리튬이 상호 반응하는 것이 어려워져 충방전 용량이 감소하는 문제점이 발생할 수 있다. In addition, one layer thickness of the metal inert material layer is suitably in the range of 1 to 10 nm, but is not particularly limited thereto. If it is less than 1 nm, effective silicon volume change cannot be suppressed, and if it exceeds 10 nm, the diffusion distance of lithium increases due to the increase of the thickness of the thin film, and the charge and discharge capacity of the silicon active material and lithium become difficult to react with each other. Decreasing problems may occur.

형성된 다층박막의 층 수는 특별히 한정하지 않으나, 10 내지 500층의 범위가 적절하다. 10층 미만인 경우에는 충분한 전지용량을 얻을 수 없으며, 500층을 초과하는 경우에는 전지의 용량 유지율이 저하되는 문제점이 발생할 수 있다. 전극의 박막층 수가 증가할 경우 실리콘 대 금속의 원소비에서 실리콘의 분율이 증가하게 되며, 이로 인해 전극의 구조적 안정성이 결여되어 전지의 사이클 특성이 저하되는 문제점이 발생하게 된다Although the number of layers of the formed multilayer thin film is not specifically limited, The range of 10-500 layers is suitable. If it is less than 10 layers, sufficient battery capacity cannot be obtained, and if it exceeds 500 layers, a problem may occur in that the capacity retention rate of the battery is lowered. Increasing the number of thin film layers of the electrode increases the fraction of silicon in the element ratio of silicon to metal, resulting in a lack of structural stability of the electrode resulting in a decrease in cycle characteristics of the battery.

상기 다층박막을 이루는 실리콘 대 금속의 원소비는 1 ~ 10 : 1이 적절하며, 10:1을 초과하는 경우에는 상기의 박막층 수가 증가시의 문제점과 동일한 효과가 발생된다.An element ratio of silicon to metal constituting the multilayer thin film is suitably 1 to 10: 1, and when it exceeds 10: 1, the same effect as the problem of increasing the number of thin film layers occurs.

본 발명의 다층막형 전극은 실리콘 활물질층 박막 및 금속 비활물질층 박막이 교번하여 적층되는 것이 적절하다. 특히, 다층박막의 최상층이 금속 비활물질층인 것이 바람직하다. 이는 실리콘이 전해질과 반응하거나 또는 충방전시에 발생하는 부피 변화에 따른 균열과 박리로 인한 탈락을 상층인 비활물질층에서 효과적으 로 방지할 수 있기 때문이다. 가장 바람직한 것으로는 양쪽의 금속 비활물질층에서 실리콘 활물질층의 부피 변화를 완화시켜주는 것이다. 적층된 각 층은 조성, 결정성, 불순물 또는 농도가 상이하여도 무방하다.In the multilayer film electrode of the present invention, the silicon active material layer thin film and the metal inert material layer thin film are alternately stacked. In particular, it is preferable that the uppermost layer of the multilayer thin film is a metal inert material layer. This is because silicon is effectively prevented from falling off due to cracking and peeling due to the volume change occurring during the reaction with the electrolyte or the charge and discharge in the upper inert material layer. Most preferred is to mitigate the volume change of the silicon active material layer in both metal inert material layers. Each layer laminated may differ in composition, crystallinity, impurities or concentration.

상기 다층박막의 형태는 두께 방향으로 형성된 빈틈에 의해 기둥(column) 형상으로 분리되어 있고, 또한 그 기둥 형상 부분의 바닥부가 집전체와 밀착되어 있는 것이 바람직하다. 이는 큰 부피변화에 의해 발생되는 기계적 응력을 효과적으로 분산시킬 수 있기 때문이다.It is preferable that the shape of the multilayer thin film is separated into a columnar shape by a gap formed in the thickness direction, and the bottom portion of the columnar portion is in close contact with the current collector. This is because the mechanical stress caused by the large volume change can be effectively dispersed.

본 발명의 다층막형 전극활물질층은 일반적으로 집전체 상에 적층된 형태로 제조하는 것이 바람직하다. 상기 전극활물질층은 단독으로도 제조 가능하며, 이는 본 발명의 범주에 속한다.In general, the multilayer electrode active material layer of the present invention is preferably manufactured in a form laminated on a current collector. The electrode active material layer may be prepared alone, which is within the scope of the present invention.

상기의 집전체로는 그 위에 활물질 박막을 양호한 밀착성으로 형성할 수 있는 것이면 제한 없이 사용할 수 있다. 이의 비제한적인 예로는 구리, 니켈, 스테인레스, 텅스텐 또는 탄탈 등이 있다. 이중 구리 금속박이 바람직하며, 이의 한 면 또는 양 면이 조면화 처리나 표면처리가 이루어져 있어도 무방하다. 집전체의 표면처리는 플라즈마(plasma)를 이용한 표면처리가 바람직하다. 이는 집전체 표면의 산화물을 제거하기 위한 것으로, 이때 플라즈마를 발생시키는 마이크로파의 전력은 100 내지 500W가 적절하며, 특히 200W가 바람직하다. 또한, 집전체의 표면 거칠기(Ra)는 0.1 내지 1㎛ 범위인 것이 바람직하다. 이는 기판의 거친 표면으로 인하여 증착되는 재료와 접촉하는 면적을 확대시켜 박막의 밀착성(adhesion)을 향상시킬 수 있기 때문이다. 집전체의 두께는 10 내지 30㎛ 범위가 적절하나, 이를 제한하는 것은 아니다. 집전체 표면은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 응력의 분산을 유도하기 위하여 두께 방향으로 형성된 빈틈에 의해 기둥(column) 형상으로 분리되는 구조나 또는 요철이 형성된 것이 바람직하다. 이는 응력의 분산을 효과적으로 유도하기 위한 것이다. As said collector, if an active material thin film can be formed in favorable adhesive on it, it can be used without a restriction | limiting. Non-limiting examples thereof include copper, nickel, stainless, tungsten or tantalum. Double copper metal foil is preferable, and one or both surfaces thereof may be roughened or surface treated. The surface treatment of the current collector is preferably surface treatment using plasma. This is for removing the oxide on the surface of the current collector, in which the power of the microwave generating plasma is suitably 100 to 500W, particularly preferably 200W. In addition, it is preferable that the surface roughness Ra of an electrical power collector is 0.1-1 micrometer. This is because the rough surface of the substrate can increase the area in contact with the deposited material to improve the adhesion of the thin film. The thickness of the current collector is preferably in the range of 10 to 30㎛, but is not limited thereto. The current collector surface is not particularly limited, but in order to induce stress dispersion, it is preferable that a structure or irregularities are formed in a column shape by a gap formed in the thickness direction. This is for effectively inducing the dispersion of stress.

본 발명의 다층막형 전극은 통상적인 박막 형성 제조방법에 의해 제조될 수 있으며, 일례로 a) 집전체, 실리콘 및 리튬을 흡장 및 방출할 수 있는 금속 비활물질을 제공하는 단계; b) 실리콘을 상기 집전체 상에 적층하는 단계; c) 금속 비활물질을 상기 적층된 실리콘층 위에 적층하는 단계; 및 d) 상기 단계 b) 및 c)를 반복 수행하는 단계를 포함할 수 있다.The multilayer electrode of the present invention can be prepared by a conventional thin film forming method, for example, a) providing a metal inert material capable of occluding and releasing a current collector, silicon and lithium; b) laminating silicon on the current collector; c) depositing a metal inert material on the laminated silicon layer; And d) repeating steps b) and c).

상기 실리콘 또는 금속 비활물질의 적층 방법으로 일반적인 박막 형성 방법인 스퍼터링법, 진공증착법, ESD(Electrostatic spray deposition)법의 물리적 기상 박막형성법(Physical Vapor Deposition : PVD), 화학적 기상 박막형성법(chemical Vapor Deposition : CVD), 용사법, 전해도금 또는 무전해도금 등과 같은 도금법 등을 제한 없이 사용할 수 있다.As a method of stacking the silicon or metal inert material, physical vapor deposition (PVD), chemical vapor deposition (PVD), chemical vapor deposition (SPD), vacuum deposition, and electrostatic spray deposition (ESD), CVD), thermal spraying, electroplating or electroless plating and the like can be used without limitation.

본 발명의 실리콘 또는 금속 비활물질의 적층 방법은 일례로, 물리기상증착법 중의 일종인 마그네트론 스퍼터링(magnetron sputtering)을 이용할 수 있다. 본 발명에 따른 다층막형 전극 제조방법의 일 실시 형태는 a) 박막 장치의 챔버 내부에 집전체, 실리콘 타겟 및 금속 비활물질 타겟을 제공하는 단계; b) 상기 챔버를 진공 상태로 형성시키는 단계; 및 c) 상기 챔버에 비활성 가스를 공급하고 플라즈마를 발생시킨 후, 실리콘 타겟과 금속 비활물질 타겟을 교대로 스퍼터하여 실리콘 층과 금속 비활물질층을 교번하여 적층시키는 단계를 포함할 수 있다.For example, the method of laminating the silicon or metal inert material of the present invention may use magnetron sputtering, which is one of physical vapor deposition methods. One embodiment of the method for manufacturing a multilayer film electrode according to the present invention comprises the steps of: a) providing a current collector, a silicon target and a metal inert material target inside a chamber of a thin film device; b) forming the chamber in a vacuum state; And c) after supplying an inert gas to the chamber and generating a plasma, alternately sputtering a silicon target and a metal inert material target to alternately stack a silicon layer and a metal inert material layer.

우선, 박막 장치의 챔버(chamber) 내부에 집전체, 실리콘 타겟 및 금속 비활물질, 일례로 몰리브덴 타겟을 제공한다. 집전체는 가열 없이 실온의 온도를 유지할 수 있으며, 또는 가열하여 특정 온도 범위를 유지할 수도 있다. 또한 집전체는 회전을 하는 것이 바람직하다. 이는 실리콘 활물질층 및 금속 비활물질층의 증착을 용이하게 하기 위해서이다. 실리콘 타겟 및 금속 비활물질 타겟과 기판의 거리는 각각 4.0 내지 6.0cm 및 6.0 내지 9.0cm 거리가 바람직하다.First, a current collector, a silicon target and a metal inert material, for example, a molybdenum target, are provided inside a chamber of a thin film device. The current collector may maintain a temperature of room temperature without heating, or may be heated to maintain a specific temperature range. In addition, it is preferable that the collector is rotated. This is to facilitate deposition of the silicon active material layer and the metal inert material layer. The distance between the silicon target and the metal inert material target and the substrate is preferably 4.0 to 6.0 cm and 6.0 to 9.0 cm, respectively.

챔버는 진공 상태를 형성하는 것이 바람직하다. 이는 스퍼터 후, 생성되는 원자, 분자 및 이온 등의 직진성 운동을 좋게 하기 위한 것이다. 진공상태의 압력 범위는 일반적인 박막 제조방법의 압력 범위 내에서 사용할 수 있다. Preferably the chamber forms a vacuum. This is to improve the linear motion of the atoms, molecules, and ions generated after sputtering. The pressure range in the vacuum state can be used within the pressure range of the general thin film manufacturing method.

특정 전위를 인가하면 glow discharge에 의해 일부의 아르곤(Ar) 원자가 이온과 전자 상태로 분리되는 플라즈마가 형성되고, 이 플라즈마에 자장을 인가하면 이온은 나선운동을 하면서 실리콘 타겟에 충돌하게 된다. 이때 충돌한 실리콘 내부의 분자는 충돌한 이온과 운동량 교환을 통하여 타겟으로부터 튀어나와 증착하고자 하는 기판인 상기 집전체에 증착되어 실리콘 활물질층을 형성하게 된다.When a certain potential is applied, a plasma is formed in which some argon (Ar) atoms are separated into ions and an electron state by glow discharge. When a magnetic field is applied to the plasma, the ions collide with the silicon target while performing a spiral motion. At this time, the molecules in the collided silicon are deposited on the current collector, which is a substrate to be deposited by jumping out of the target through exchange of momentum with the collided ions to form a silicon active material layer.

적정한 실리콘 활물질층이 증착된 후, 동일한 방법으로 금속 비활물질, 일례로 몰리브덴(Mo) 타겟을 스퍼터시키고, 직류 전원(DC) 공급에 의해 금속 비활물질층을 상기 실리콘 활물질층 상에 증착시킨다. 상기의 과정을 반복 수행함으로써, 본 발명의 다층막형 전극이 제조될 수 있다. 스퍼터링시의 전력 밀도는 특별한 제 한은 없으나, 실리콘은 (rf) 5.0 내지 7.0 W/cm2으로, 몰리브덴은 (dc) 0.5 내지 2.0 W/cm2의 조건으로 수행하는 것이 바람직하다. After a suitable silicon active material layer is deposited, a metal inert material, for example, a molybdenum (Mo) target, is sputtered in the same manner, and a metal inert material layer is deposited on the silicon active material layer by DC power supply. By repeating the above process, the multilayer electrode of the present invention can be produced. The power density at the time of sputtering is not particularly limited, but silicon is preferably carried out under (rf) 5.0 to 7.0 W / cm 2 and molybdenum under (dc) 0.5 to 2.0 W / cm 2 .

상기에 기술된 박막 공정 기술은 박막의 성장 방향으로 형성되는 입자 크기를 쉽게 조절할 수 있으므로, 원하는 형태의 다층박막 구조를 구현할 수 있다. 각 층의 증착을 정밀하게 조정하기 위하여, 기판과 타겟 사이에 셔터를 두어 셔터를 열고 닫는 시간을 조절함으로써 용이하게 박막의 두께를 조절할 수 있다. The above-described thin film process technology can easily control the particle size formed in the growth direction of the thin film, it is possible to implement a multilayer thin film structure of the desired form. In order to precisely adjust the deposition of each layer, the thickness of the thin film can be easily adjusted by placing a shutter between the substrate and the target to control the opening and closing time of the shutter.

상기와 같은 방법으로 제조된 다층막형 전극은 리튬 이차 전지용 전극, 바람직하게는 음극으로 사용될 수 있다. The multilayer film electrode manufactured by the above method may be used as an electrode for a lithium secondary battery, preferably as a negative electrode.

또한, 본 발명은 상기의 다층막형 음극, 양극 및 전해질을 포함하는 리튬 이차 전지를 제공할 수 있으며, 본 발명의 리튬 이차 전지는 당 기술 분야에 알려져 있는 통상적인 방법으로 양극과 음극 사이에 다공성의 분리막을 넣고 전해질을 투입하여 제조할 수 있다.In addition, the present invention can provide a lithium secondary battery comprising the multilayer film negative electrode, the positive electrode and the electrolyte, the lithium secondary battery of the present invention is a porous method between the positive electrode and the negative electrode in a conventional manner known in the art It can be prepared by adding a separator and adding an electrolyte.

양극활물질로는 통상적인 리튬 전이금속 복합산화물을 사용할 수 있으며, 일례로, LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4, LiMnO2, LiNi1-X CoXMYO2 (여기서, M = Al, Ti, Mg, Zr, 0 < X ≤1, 0 ≤Y ≤0.2), LiNiXCoYMn1-X-YO2 (여기에서, 0 < X ≤0.5, 0 < Y ≤0.5) 및 LiMxM'yMn(2-x-y)O4 (M, M' = V, Cr, Fe, Co, Ni, Cu, 0 < X ≤1, 0 < Y ≤1) 로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 전이 금속 산화물을 사용할 수 있다. 양극은 당 분야에 알려져 있는 통상적인 방법으로 제조할 수 있으며, 예를 들 면 상기한 양극활물질을 결착제 또는 분산매 등과 혼합하여 양극 슬러리를 얻을 수 있으며, 이에 소량의 도전제 또는 점도 조절제를 포함하는 것이 바람직하다.As the cathode active material, a conventional lithium transition metal composite oxide may be used. For example, LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMn 2 O 4 , LiMnO 2 , LiNi 1-X Co X M Y O 2 (where M = Al, Ti, Mg, Zr, 0 <X ≤ 1, 0 ≤ Y ≤ 0.2), LiNi X Co Y Mn 1-XY O 2 (where 0 <X ≤ 0.5, 0 <Y 0.5) and LiM x M ' at least one transition metal oxide selected from the group consisting of y Mn (2-xy) O 4 (M, M '= V, Cr, Fe, Co, Ni, Cu, 0 <X ≤ 1, 0 <Y ≤ 1) Can be used. The positive electrode may be prepared by a conventional method known in the art, and for example, the positive electrode slurry may be obtained by mixing the positive electrode active material with a binder or a dispersion medium, and the like, and include a small amount of a conductive agent or a viscosity regulator. It is preferable.

본 발명의 전지 제조시에는 분리막(seperator)으로서 다공성 분리막을 사용하는 것이 바람직하며, 비제한적인 예로는 폴리프로필렌계, 폴리에틸렌계 또는 폴리올레핀계 다공성 분리막 등이 있다.In manufacturing the battery of the present invention, it is preferable to use a porous separator as a separator, and non-limiting examples include a polypropylene-based, polyethylene-based or polyolefin-based porous separator.

본 발명의 전해질은 전해액과 리튬염으로 이루어진 통상적인 전해질로서, 상기 리튬염은 LiClO4, LiCF3SO3, LiPF6, LiBF4, LiAsF 6 및 LiN(CF3SO2)2로 이루어진 군으로부터 1종 이상을 선택할 수 있으며, 상기 전해액은 에틸렌 코(카)보네이트, 프로필렌 카보네이트, 부틸렌 카보네이트, 비닐렌 카보네이트, 설포란, γ-부틸로락톤, 디메틸 카보네이트, 디에틸 카보네이트, 1,2-디메톡시 에탄, 테트라하이드로푸란 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다.The electrolyte of the present invention is a conventional electrolyte consisting of an electrolyte solution and a lithium salt, wherein the lithium salt is 1 from the group consisting of LiClO 4 , LiCF 3 SO 3 , LiPF 6 , LiBF 4 , LiAsF 6, and LiN (CF 3 SO 2 ) 2 . More than one species can be selected, and the electrolyte solution is ethylene co (carbonate), propylene carbonate, butylene carbonate, vinylene carbonate, sulfolane, γ-butylarolactone, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, 1,2-dimeth One or more selected from the group consisting of oxyethane, tetrahydrofuran and mixtures thereof can be used.

본 발명의 리튬 이차 전지는 외형에 제한이 없으나, 캔을 사용한 원통형, 각형, 파우치(pouch)형 또는 코인(coin)형 등이 될 수 있다. The lithium secondary battery of the present invention is not limited in appearance, but may be cylindrical, square, pouch type, or coin type using a can.

본 발명은 하기의 실시예 및 실험예에 의거하여 더욱 상세히 설명된다. 단, 실시예 및 실험예는 본 발명을 예시하기 위한 것이며 이들만으로 한정하는 것은 아니다.The invention is explained in more detail based on the following examples and experimental examples. However, Examples and Experimental Examples are for illustrating the present invention and are not limited to these.

제조예 1. 집전체의 표면처리Preparation Example 1 Surface Treatment of Current Collector

전류 집전체로서 표면에 요철을 갖는 두께 18㎛의 전해동박 (표면조도 0.5㎛)을 사용하였다. 고밀도 플라즈마원인 ECR 플라즈마를 발생시켜 마이크로파 전력 200W, 공정압력 0.5 mTorr에서 10분간 상기 전해동박을 조사하였다. 육안이나 주사 전자현미경(SEM) 관측상으로는 별다른 차이점을 보이지 않았으나, 공초점 레이저 주사 현미경(confocal laser scanning microscope : CLSM)에 의한 전해동박의 표면 조도는 거칠기가 다소 증가했음을 확인할 수 있었다. As the current collector, an electrolytic copper foil (surface roughness of 0.5 μm) having a thickness of 18 μm having irregularities on the surface was used. ECR plasma, a high density plasma source, was generated and irradiated with the electrolytic copper foil for 10 minutes at a microwave power of 200 W and a process pressure of 0.5 mTorr. The visual and scanning electron microscope (SEM) observations did not show any difference, but the roughness of the surface roughness of the electrolytic copper foil by the confocal laser scanning microscope (CLSM) was slightly increased.

[실시예 1 ~ 5. 다층막형 전극의 제조][Examples 1 to 5. Fabrication of Multilayer Film Electrode]

실시예 1. 다층박막 전극(A1) 제조Example 1. Manufacture of multilayer thin film electrode A1

전류 집전체로서 표면 조도(Ra)값이 0.5㎛이며, 두께가 18㎛인 전해동박을 사용하였으며, 음극 전극의 면적을 일정하게 유지하고자 전해동박에 마스크를 하였다. 상기 집전체 상에 실리콘을 RF로 1시간 동안 증착시켜 두께가 약 26nm인 실리콘 박막층을 제조하였으며, 이 실리콘 박막층 상에 몰리브덴을 DC로 플라즈마를 생성시켜 두께가 약 3nm인 비활물질층을 제조하여 실리콘층과 교대로 120층 정도로 적층되도록 증착함으로써, 다층막형 전극을 제조하였다(표 2 참조). An electrolytic copper foil having a surface roughness (Ra) value of 0.5 μm and a thickness of 18 μm was used as a current collector, and a mask was applied to the electrodeposited copper foil to maintain a constant area of the cathode electrode. After depositing silicon on the current collector for 1 hour with RF, a silicon thin film layer having a thickness of about 26 nm was manufactured, and molybdenum was generated by plasma with DC on the silicon thin film layer to prepare an inert material layer having a thickness of about 3 nm. The multilayer film electrode was manufactured by depositing about 120 layers alternately with a layer (refer Table 2).

ICP(Inductively Coupled Plazma) 분석에 의해 정량된 실리콘과 몰리브덴의 원소비는 6.2 : 1이었다. 제조된 다층박막 음극의 면적은 1cm2였으며, 박막 형성 조건은 하기 표 1과 같다. The element ratio of silicon to molybdenum quantified by ICP (Inductively Coupled Plazma) analysis was 6.2: 1. The area of the prepared multilayer thin film negative electrode was 1 cm 2 , and the thin film formation conditions are shown in Table 1 below.

실시예 2. 다층박막 전극(A2) 제조Example 2. Manufacture of a multilayer thin film electrode A2

집전체로서 제조예 1의 플라즈마로 표면 처리된 표면 조도값이 0.5㎛인 전해동박을 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 다층막형 전극을 제조하였다(표 2 참조).A multilayer film type electrode was prepared in the same manner as in Example 1, except that an electrolytic copper foil having a surface roughness value of 0.5 µm surface treated with a plasma of Preparation Example 1 was used as a current collector (see Table 2).

실시예 3. 다층박막 전극(A3) 제조Example 3. Manufacture of a multilayer thin film electrode A3

제조예 1의 플라즈마로 표면 처리된 표면 조도값이 0.5㎛인 전해동박 및 실리콘과 몰리브덴의 원소비를 2.0:1로 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 다층막형 전극을 제조하였다(표 2 참조).A multilayer film electrode was manufactured in the same manner as in Example 1, except that an electrolytic copper foil having a surface roughness value of 0.5 μm that was treated with a plasma of Preparation Example 1 and an element ratio of silicon and molybdenum were used as 2.0: 1. (See Table 2).

실시예 4. 다층박막 전극(A4) 제조Example 4. Manufacture of multilayer thin film electrode A4

제조예 1의 플라즈마로 표면 처리된 표면 조도값이 0.5㎛인 전해동박 및 실리콘과 몰리브덴의 원소비를 6.5:1로 사용하고 적층수를 180층으로 증착한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 다층막형 전극을 제조하였다(표 2 참조).The same as in Example 1 except that the surface roughness value of the surface treated with the plasma of Preparation Example 1 using an elemental ratio of 6.5: 1 using an electrolytic copper foil and silicon and molybdenum were deposited in 180 layers. To prepare a multilayer electrode (see Table 2).

실시예 5. 다층박막 전극(A5) 제조Example 5. Manufacture of multilayer thin film electrode A5

제조예 1의 플라즈마로 표면 처리된 표면 조도값이 0.5㎛인 전해동박 및 실리콘과 몰리브덴의 원소비를 6.7:1로 사용하고 적층수를 240층으로 증착한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 다층막형 전극을 제조하였다(표 2 참조).The same as in Example 1 except that the surface roughness of the surface treated with plasma of Preparation Example 1 was used as the electrolytic copper foil and the element ratio of silicon and molybdenum as 6.7: 1 and the number of laminated layers was deposited in 240 layers. To prepare a multilayer electrode (see Table 2).

[비교예 1 ~ 5. 실리콘 박막 전극의 제조][Comparative Examples 1 to 5. Fabrication of Silicon Thin Film Electrode]

비교예 1. 실리콘 박막 전극(B1) 제조Comparative Example 1. Fabrication of silicon thin film electrode (B1)

실리콘만을 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 실리콘 박막 전극을 제조하였다(표 2 참조).Except for using only silicon, the silicon thin film electrode was prepared in the same manner as in Example 1 (see Table 2).

비교예 2. 실리콘 박막 전극(B2) 제조Comparative Example 2. Manufacture of Silicon Thin Film Electrode (B2)

제조예 1의 플라즈마로 표면 처리된 표면 조도값이 0.5㎛인 전해동박 및 실리콘만을 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 실리콘 박 막 전극을 제조하였다(표 2 참조).A silicon thin film electrode was prepared in the same manner as in Example 1, except that only electrolytic copper foil and silicon having a surface roughness value of 0.5 μm that were surface treated with plasma of Preparation Example 1 were used (see Table 2).

비교예 3. 실리콘 박막 전극(B3) 제조Comparative Example 3. Manufacture of Silicon Thin Film Electrode (B3)

제조예 1의 플라즈마로 표면 처리된 표면 조도값이 0.5㎛인 전해동박 및 실리콘만을 사용하며, 실시예 4에서 증착된 실리콘 양과 동일한 양을 증착시킨 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 수행하여 실리콘 박막 전극을 제조하였다(표 2 참조).Using only the electrolytic copper foil and silicon having a surface roughness value of 0.5 µm surface treated with a plasma of Preparation Example 1, except that the same amount as the amount of silicon deposited in Example 4 was deposited, the same as in Example 1 Thin film electrodes were prepared (see Table 2).

비교예 4. 실리콘 박막 전극(B4) 제조Comparative Example 4. Manufacture of Silicon Thin Film Electrode (B4)

제조예 1의 플라즈마로 표면 처리된 표면 조도값이 0.5㎛인 전해동박 및 실리콘만을 사용하며, 실시예 5에서 증착된 실리콘 양과 동일한 양을 증착시킨 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 수행하여 실리콘 박막 전극을 제조하였다(표 2 참조).Only electrolytic copper foil and silicon having a surface roughness value of 0.5 µm surface treated with plasma of Preparation Example 1 were used, and the same procedure as in Example 1 was carried out except that the same amount of silicon deposited in Example 5 was deposited. Thin film electrodes were prepared (see Table 2).

변 수variable 박막 형성 조건Thin film formation conditions 타겟target 실리콘silicon 몰리브덴molybdenum 스퍼터링 전력밀도Sputtering Power Density (rf) 6.4 W/cm2 (rf) 6.4 W / cm 2 (dc) 1.0 W/cm2 (dc) 1.0 W / cm 2 타겟-기판 거리Target-substrate distance 5.0cm5.0cm 7.5cm7.5cm 기판 온도Substrate temperature 실온 (가열 없음)Room temperature (no heating) 배기 압력Exhaust pressure 3.0×10-6Torr 이하3.0 × 10 -6 Torr or less 공정 압력Process pressure 5 mTorr5 mTorr 기판Board 회전rotation 가스 유량Gas flow rate 아르곤 가스 20 sccmArgon gas 20 sccm

박막pellicle 원소비(Si:Mo)Element ratio (Si: Mo) 층수 (층)Number of floors 두께 (㎛)Thickness (㎛) 플라즈마처리Plasma treatment 실시예 1(A1)Example 1 (A1) 다층박막Multilayer thin film 6.2:16.2: 1 120120 3.503.50 XX 실시예 2(A2)Example 2 (A2) 다층박막Multilayer thin film 6.2:16.2: 1 120120 3.503.50 OO 실시예 3(A3)Example 3 (A3) 다층박막Multilayer thin film 2.0:12.0: 1 120120 4.344.34 OO 실시예 4(A4)Example 4 (A4) 다층박막Multilayer thin film 6.5:16.5: 1 180180 5.045.04 OO 실시예 5(A5)Example 5 (A5) 다층박막Multilayer thin film 6.7:16.7: 1 240240 6.586.58 OO 비교예 1(B1)Comparative Example 1 (B1) 실리콘박막Silicon thin film 1.0:01.0: 0 1One 3.113.11 XX 비교예 2(B2)Comparative Example 2 (B2) 실리콘박막Silicon thin film 1.0:01.0: 0 1One 3.113.11 OO 비교예 3(B3)Comparative Example 3 (B3) 실리콘박막Silicon thin film 1.0:01.0: 0 1One 4.504.50 OO 비교예 4(B4)Comparative Example 4 (B4) 실리콘박막Silicon thin film 1.0:01.0: 0 1One 5.895.89 OO

[실시예 6 ~ 10. 반쪽 전지의 제조]Examples 6 to 10. Preparation of Half Battery

양극은 실시예 1 내지 5에서 제조된 각각의 다층막형 전극, 음극은 리튬 금속(Aldrich사), 분리막은 다공성의 폴리에틸렌막(Celgard 2300), 전해질은 1M LiPF6이 용해된 EC/DEC(1:1)계 액체 전해액(Merck사)을 사용하여 코인전지를 제조하였다(도 1 참조). 각각의 전지는 리튬 금속 및 전해액을 수분으로부터 보호하기 위하여, 수분 함량이 0.1ppm 이하인 아르곤으로 채워진 글로브 박스내에서 조립되었다. The positive electrode was each of the multilayer electrode electrodes prepared in Examples 1 to 5, the negative electrode was lithium metal (Aldrich), the separator was a porous polyethylene membrane (Celgard 2300), and the electrolyte was dissolved in EC / DEC (1M LiPF 6 ). 1) Coin battery was prepared using a liquid electrolyte (Merck) (see Fig. 1). Each cell was assembled in a glove box filled with argon with a moisture content of 0.1 ppm or less to protect lithium metal and electrolyte from moisture.

[비교예 5 ~ 9 반쪽 전지의 제조][Comparative Examples 5 to 9 half cell production]

비교예 5 ~ 8. 반쪽 전지 제조Comparative Examples 5 to 8. Half Battery Preparation

양극으로 비교예 1 내지 4에서 제조된 각각의 단일 실리콘 박막형 전극을 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 6과 동일한 방법을 수행하여 코인형의 반쪽 전지를 제조하였다(도 1 참조).A coin-type half cell was prepared in the same manner as in Example 6, except that each single silicon thin film electrode manufactured in Comparative Examples 1 to 4 was used as the positive electrode (see FIG. 1).

비교예 9. 반쪽 전지(D2) 제조Comparative Example 9. Preparation of Half Battery (D2)

평균 입경 10㎛의 LiCoO2 분말, 바인더(폴리비닐리덴 플루오라이드:PVdF) 및 도전제(카본 블랙)를 균일하게 혼합하고, 용매로 N-메틸피롤리돈(NMP) 5g을 첨가하여 균일한 상태의 슬러리(slurry)를 제조하였으며, 이를 두께 18㎛의 알루미늄 박 의 한쪽면에 닥터블레이드법을 이용하여 도포하고, 진공 오븐 100℃에서 건조하여 수분을 제거한 후 양극으로 사용하였다. 음극 및 기타 다른 구성은 상기 실시예 6의 반쪽 전지와 동일하게 사용하여 코인형의 전지를 제조하였다(도 1 참조).LiCoO 2 powder having an average particle diameter of 10 µm, a binder (polyvinylidene fluoride: PVdF) and a conductive agent (carbon black) are uniformly mixed, and 5 g of N-methylpyrrolidone (NMP) is added as a solvent to obtain a uniform state. A slurry was prepared, which was coated on one side of an aluminum foil having a thickness of 18 μm using the doctor blade method, dried in a vacuum oven at 100 ° C. to remove moisture, and used as an anode. A negative electrode and other configurations were used in the same manner as the half cell of Example 6 to produce a coin-type battery (see FIG. 1).

실시예 11. 리튬 이차 전지(C1)의 제조Example 11. Preparation of Lithium Secondary Battery (C1)

양극은 상기 비교예 9와 동일하게 제조하여 사용하였으며, 음극은 상기 실시예 5에서 제조된 240층의 다층막형 전극, 분리막과 전해질은 상기 실시예 6과 동일하게 사용하여 리튬 이차 전지를 제조하였다.A positive electrode was prepared and used in the same manner as in Comparative Example 9, and a negative electrode was manufactured in the same manner as in Example 6 using the 240-layer multilayer electrode, separator and electrolyte prepared in Example 5, to prepare a lithium secondary battery.

비교예 10. 리튬 이차 전지(D1)의 제조Comparative Example 10. Fabrication of Lithium Secondary Battery (D1)

음극으로 상용화된 흑연을 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 11과 동일하게 수행하여 리튬 이차 전지를 제조하였다.A lithium secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 11, except that graphite used as a negative electrode was used.

실험예 1. 다층박막의 분석Experimental Example 1. Analysis of multilayer thin film

생성된 다층박막의 구조적 특성 및 결정성을 확인하기 위하여, 하기와 같은 실험을 실시하였다.In order to confirm the structural characteristics and crystallinity of the resulting multilayer thin film, the following experiment was conducted.

라만 분광학 분석(Raman Spectroscopy Analysis)은 격자의 산란정도(scattering)를 측정하는 분석방법으로서, 기계적 특성과 결정성, 즉 잠재응력의 크기와 결정성을 측정할 수 있다. 시료로는 실시예 1 내지 5의 다층박막 전극을 사용하였으며, 대조군으로는 비교예 1의 단일 실리콘막 전극을 사용하였다.Raman Spectroscopy Analysis is an analytical method for measuring scattering of the lattice, and can measure mechanical properties and crystallinity, that is, magnitude and crystallinity of latent stress. As a sample, multilayer thin film electrodes of Examples 1 to 5 were used, and a single silicon film electrode of Comparative Example 1 was used as a control.

TO(Transverse Optical) 포논 모드의 피크에서 실리콘 영역에 해당하는 피크를 통해 각 성분을 분해 및 분석한 결과, 실시예 1 내지 5에서 증착된 실리콘층은 비교예 1의 실리콘 단일박막과 마찬가지로 비정질 영역에 해당하는 480cm-1근방의 피크가 나타났으며, 결정질 영역에 대응하는 520cm-1의 피크는 나타나지 않았다(도 2 참조). 이를 통해 제조된 실리콘 박막층은 비정질임을 확인할 수 있었다(도 2 참조).As a result of decomposing and analyzing each component through the peak corresponding to the silicon region in the peak of the TO (transverse optical) phonon mode, the silicon layers deposited in Examples 1 to 5 were deposited in the amorphous region as in the silicon single thin film of Comparative Example 1. It was found that the peak of the 480cm -1 near to, 520cm -1 of the peak corresponding to the crystalline region was not observed (see Fig. 2). It could be confirmed that the silicon thin film layer thus prepared was amorphous (see FIG. 2).

다층박막의 두께, 층 수, 원소비에 대한 ICP 분석 결과는 상기 표 2와 동일하였다(표 2 참조).The results of ICP analysis on the thickness, the number of layers, and the element ratio of the multilayer thin film were the same as in Table 2 (see Table 2).

실험예 2. 리튬 이차 전지의 전기화학적 특성 실험Experimental Example 2 Electrochemical Characteristic Test of Lithium Secondary Battery

본 발명에 따라 제조된 실시예 6 내지 10 및 비교예 5 내지 8의 반쪽 전지에 대하여 하기와 같은 전기화학적 특성 평가를 실시하였다.The electrochemical properties of the half cells of Examples 6 to 10 and Comparative Examples 5 to 8 prepared according to the present invention were evaluated as follows.

2-1. 집전체의 표면처리 비교 실험2-1. Surface treatment comparison experiment of current collector

실시예 6(A1) 및 7(A2), 비교예 5(B1)및 6(B2)의 반쪽 전지를 사용하였다. 각 전지는 25℃, 0.01 내지 1.0V의 전압범위에서 0.42mA/cm2의 정전류 밀도로 충방전을 실시하였으며, 측정을 위해 충방전기(WBCS 3000, WON A TECH)를 이용하였다. Half cells of Examples 6 (A1) and 7 (A2), Comparative Examples 5 (B1) and 6 (B2) were used. Each battery was charged and discharged at a constant current density of 0.42 mA / cm 2 at a voltage range of 0.01 to 1.0 V at 25 ° C., and a charger / discharger (WBCS 3000, WON A TECH) was used for the measurement.

전지의 1 사이클 충방전은 0.42mA/cm2의 정전류 밀도로 전위가 0.01V에 도달할 때까지 충전한 후, 1.0V에 도달할 때까지 방전한 것으로 정의하였다. 본 발명의 반쪽 전지에서 충전은 다층박막 전극에서 환원반응이 일어나 리튬이 삽입되는 것이며, 방전은 산화반응이 일어나서 리튬이 탈리되는 것을 의미한다. 각 사이클에 있어서의 충전용량 및 방전용량을 측정하여 하기와 같이 효율 및 용량 유지율을 구하 였으며, 이를 하기 표 3에 나타내었다.One cycle charge and discharge of the battery was defined as being charged at a constant current density of 0.42 mA / cm 2 until the potential reached 0.01 V and then discharged until it reached 1.0 V. In the half cell of the present invention, charging means that a reduction reaction occurs in a multilayer thin film electrode, thereby inserting lithium, and discharge means that an oxidation reaction occurs to remove lithium. The charge capacity and the discharge capacity in each cycle were measured to obtain the efficiency and capacity retention rate as follows, which is shown in Table 3 below.

초기 효율(%) = (첫번째 사이클의 방전용량/첫번째 사이클의 충전용량)×100Initial Efficiency (%) = (Discharge Capacity of First Cycle / Charge Capacity of First Cycle) × 100

용량유지율 R100/1 (%) = (백번째 사이클의 방전용량/첫번째 사이클의 방전용량)×100Capacity maintenance rate R 100/1 (%) = (discharge capacity of the first cycle / discharge capacity of the first cycle) x 100

실험 결과, 본 발명의 다층박막 전극을 이용한 실시예 6(A1) 및 7(A2)의 반쪽 전지는 단일 실리콘 박막 전극을 이용한 비교예 5(B1) 및 6(B2)의 전지보다 우수한 효율을 보여주었다. 특히, 플라즈마로 표면처리된 집전체를 사용한 실시예 7(A2)의 반쪽 전지는 단일 실리콘박막 전극인 비교예 6(B2)의 전지에 비하여 초기 방전 용량 및 충방전 효율이 높았으며, 용량 유지율이 현저하게 향상됨을 확인할 수 있었다(표 3 및 도 3 참조). 이는 비활물질인 몰리브덴이 리튬의 삽입 및 탈리시의 활물질인 실리콘의 부피 변화를 억제하며, 표면처리된 집전체의 사용으로 인한 상기 활물질층의 탈리를 효과적으로 방지하기 때문이다.As a result, the half cells of Example 6 (A1) and 7 (A2) using the multilayer thin film electrode of the present invention showed better efficiency than the cells of Comparative Examples 5 (B1) and 6 (B2) using a single silicon thin film electrode. gave. In particular, the half cell of Example 7 (A2) using the current collector surface-treated with plasma had a higher initial discharge capacity and higher charge / discharge efficiency than the battery of Comparative Example 6 (B2), which is a single silicon thin film electrode. It was confirmed that the remarkable improvement (see Table 3 and Figure 3). This is because molybdenum, which is an inert material, suppresses the volume change of silicon, which is an active material during insertion and desorption of lithium, and effectively prevents detachment of the active material layer due to the use of a surface-treated current collector.

이로서, 본 발명의 다층막형 전극은 몰리브덴 비활물질층 및 플라즈마로 표면 처리된 집전체의 사용으로 인해 고용량 및 전극의 장수명 사이클 특성이 향상됨을 확인할 수 있었다.As a result, the multilayer electrode of the present invention was confirmed that the high capacity and long life cycle characteristics of the electrode were improved due to the use of the molybdenum inert material layer and the current collector surface-treated with plasma.

실시예6 (A1)Example 6 (A1) 실시예7 (A2)Example 7 (A2) 비교예5 (B1)Comparative Example 5 (B1) 비교예6 (B2)Comparative Example 6 (B2) 박 막Foil 다층박막Multilayer thin film 다층박막Multilayer thin film 실리콘박막Silicon thin film 실리콘박막Silicon thin film 원소비 (Si : Mo)Element ratio (Si: Mo) 6.2:16.2: 1 6.2:16.2: 1 1.0:01.0: 0 1.0:01.0: 0 층수 (층) / 두께 (㎛)Number of floors (layers) / thickness (㎛) 120/3.50120 / 3.50 120/3.50120 / 3.50 1/3.111 / 3.11 1/3.111 / 3.11 플라즈마 처리Plasma treatment XX OO XX OO 1회 사이클1 cycle 충전/방전용량(mAh/g)Charge / discharge capacity (mAh / g) 2920/25572920/2557 3000/26533000/2653 3190/23663190/2366 2840/24242840/2424 효율(%)efficiency(%) 87.487.4 88.488.4 74.374.3 85.285.2 20회 사이클20 cycles 방전용량Discharge capacity 25002500 25762576 11501150 24242424 효율(%)efficiency(%) 99.299.2 99.499.4 98.698.6 99.199.1 50회 사이클50 cycles 방전용량Discharge capacity 24432443 25382538 755755 20612061 효율(%)efficiency(%) 99.299.2 99.499.4 98.698.6 99.199.1 100회 사이클100 cycles 방전용량Discharge capacity 22902290 24052405 460460 881881 용량유지율 R100/1(%)Capacity maintenance rate R 100/1 (%) 89.689.6 90.790.7 19.419.4 36.336.3

2-2. 실리콘과 몰리브덴의 원소비 비교 실험2-2. Comparative experiment of element ratio of silicon and molybdenum

본 발명에 따라 제조된 실시예 7(A2), 실시예 8(A3) 및 비교예 6(B2)의 반쪽 전지에 대하여 하기와 같은 실험을 실시하였다.The following experiments were performed on the half cells of Example 7 (A2), Example 8 (A3) and Comparative Example 6 (B2) prepared according to the present invention.

각 전지는 25℃, 0.01 내지 1.0V의 전압범위에서 0.55mA/cm2의 정전류 밀도로 충방전을 실시하였다. 각 사이클에 있어서의 충전용량 및 방전용량을 측정하여 효율 및 용량 유지율을 구하였으며, 이를 하기 표 4에 나타내었다.Each battery was charged and discharged at a constant current density of 0.55 mA / cm 2 in a voltage range of 25 ° C. and 0.01 to 1.0 V. The charge capacity and discharge capacity in each cycle were measured to obtain efficiency and capacity retention rate, which are shown in Table 4 below.

실험 결과, 본 발명의 다층박막형 전극을 이용한 실시예 7(A2) 및 8(A3)의 반쪽 전지는 초기에는 단일 실리콘 박막 전극을 이용한 비교예 6(B2)의 전지와 유사한 충방전 용량 및 효율을 나타냈으나, 사이클이 진행됨에 따라 우수한 충방전 용량 및 효율을 나타냈으며, 100회 사이클에서는 현저하게 향상된 용량 유지율을 보여주었다. 특히, 활물질인 실리콘과 비활물질인 몰리브덴의 원소비가 6.2:1인 다층박막을 이용한 실시예 7(A2)의 전지는 100회 사이클 이후에도 94.31%의 양호한 용량 유지율을 나타냄을 확인할 수 있었다(표 4 및 도 4 참조). As a result, the half cells of Example 7 (A2) and 8 (A3) using the multilayer thin film electrode of the present invention initially had similar charge and discharge capacity and efficiency as those of Comparative Example 6 (B2) using a single silicon thin film electrode. However, as the cycle progressed, it showed excellent charge and discharge capacity and efficiency, and 100 cycles showed a markedly improved capacity retention rate. In particular, the battery of Example 7 (A2) using a multilayer thin film having an element ratio of silicon of an active material and molybdenum of an inert material of 6.2: 1 showed a good capacity retention of 94.31% even after 100 cycles (Table 4 And FIG. 4).                     

또한, 본 발명의 다층막형 전극중에서, 몰리브덴 한 층의 두께가 약 10nm 인 실시예 8(A3)의 전지는 몰리브덴의 한 층의 두께가 약 3nm인 실시예 7(A2)의 전지에 비하여 적은 충방전 용량을 보여주었다. 이는 삽입 및 탈리될 리튬과 실리콘 활물질이 상호 반응하는 것이 어렵고, 다량의 몰리브덴량으로 인한 박막 두께 증가로 의해 리튬의 확산 거리가 증가함을 나타내는 것이다.Further, in the multilayer electrode of the present invention, the battery of Example 8 (A3) having a thickness of one layer of molybdenum was less charged than the battery of Example 7 (A2) having a thickness of about 3 nm of one layer of molybdenum. Showed discharge capacity. This indicates that the lithium and the silicon active material to be inserted and detached are difficult to react with each other, and the diffusion distance of lithium increases due to the increase in the thickness of the thin film due to the large amount of molybdenum.

이로서, 본 발명의 다층막형 전극에서 실리콘과 몰리브덴의 원소비 및 비활물질층의 두께가 리튬 이차 전지 충방전 용량의 중요한 영향 인자임을 확인할 수 있었으며, 이를 이용하여 고용량, 고효율 및 고용량 유지율을 갖는 다층막형 전극의 최적의 조건을 확인할 수 있었다.As a result, it was confirmed that the element ratio of silicon and molybdenum and the thickness of the inactive material layer in the multilayer electrode of the present invention are important factors of the charge and discharge capacity of the lithium secondary battery. The optimum condition of the electrode was confirmed.

실시예 7(A2)Example 7 (A2) 실시예 8(A3)Example 8 (A3) 비교예 6(B2)Comparative Example 6 (B2) 박막pellicle 다층박막Multilayer thin film 다층박막Multilayer thin film 실리콘박막Silicon thin film 원소비 (Si : Mo)Element ratio (Si: Mo) 6.2:16.2: 1 2.0:12.0: 1 1.0:01.0: 0 층수 (층) / 두께 (㎛)Number of floors (layers) / thickness (㎛) 120/3.50120 / 3.50 120/4.34120 / 4.34 1/3.111 / 3.11 플라즈마 처리Plasma treatment OO OO OO 1회 사이클1 cycle 충전/방전용량(mAh/g)Charge / discharge capacity (mAh / g) 3070/26913070/2691 2748/23472748/2347 3090/26723090/2672 효율(%)efficiency(%) 87.487.4 85.885.8 86.786.7 20회 사이클20 cycles 방전용량Discharge capacity 26722672 22522252 26302630 효율(%)efficiency(%) 99.499.4 99.599.5 99.599.5 50회 사이클50 cycles 방전용량Discharge capacity 26342634 23092309 18801880 효율(%)efficiency(%) 99.599.5 99.699.6 97.797.7 100회 사이클100 cycles 방전용량Discharge capacity 25382538 20422042 657657 용량유지율 R100/1(%)Capacity maintenance rate R 100/1 (%) 94.3194.31 87.087.0 24.624.6

2-3. 다층박막의 층수 비교 실험2-3. Experiment on the comparison of the number of layers

본 발명에 따라 제조된 실시예 7(A2), 실시예 9(A4), 실시예 10(A5), 비교예 7(B3) 및 비교예 8(B4)의 반쪽 전지에 대하여 하기와 같은 실험을 실시하였다. The following experiments were carried out on the half cells of Example 7 (A2), Example 9 (A4), Example 10 (A5), Comparative Example 7 (B3) and Comparative Example 8 (B4) prepared according to the present invention. Was carried out.                     

각 전지는 25℃, 0.01 내지 1.0 V의 전압범위에서 0.55 mA/cm2의 정전류 밀도로 충방전을 실시하였다. 각 사이클에 있어서의 충전용량 및 방전용량을 측정하여 효율 및 용량 유지율을 구하였으며, 이를 하기 표 5에 나타내었다.Each battery was charged and discharged at a constant current density of 0.55 mA / cm 2 at a voltage range of 25 ° C. and 0.01 to 1.0 V. The charge capacity and discharge capacity in each cycle were measured to obtain efficiency and capacity retention rate, which are shown in Table 5 below.

실험 결과, 다층박막의 층 수가 증가함에 따라 실시예 7(A2), 9(A4) 및 10(A5) 전지의 용량 유지율이 감소함을 확인할 수 있었다. 특히 비교예 7(B3) 및 8(B4)의 전지인 경우 급격하게 감소하였다(표 5, 도 5 및 도 6 참조). 비교예 7 및 8에서 사용한 B3 및 B4의 단일 실리콘 박막 전극은 A4 및 A5 다층막형 전극에서의 실리콘 층 두께와 각각 동일한 실리콘 두께인 4.50 ㎛ 및 5.89 ㎛를 갖는 것으로서, 실리콘의 두께가 증가함에 따라 리튬의 반응 거리 증가 및 전지의 충방전시 실리콘 부피 변화로 인해 전극의 안정성 결여, 전지의 용량 및 장수명 사이클 특성이 저하되는 것을 나타내는 것이다. As a result, it was confirmed that the capacity retention rate of the Example 7 (A2), 9 (A4) and 10 (A5) batteries decreased as the number of layers of the multilayer thin film increased. In particular, in the case of the batteries of Comparative Examples 7 (B3) and 8 (B4), it was sharply reduced (see Tables 5, 5 and 6). The single silicon thin film electrodes B3 and B4 used in Comparative Examples 7 and 8 had 4.50 µm and 5.89 µm, respectively, the same silicon thickness as that of the A4 and A5 multilayer electrode, and was increased as the thickness of silicon increased. The increase in reaction distance and the change in silicon volume during charging and discharging of the battery result in a lack of stability of the electrode and a decrease in capacity and long life cycle characteristics of the battery.

참고로 ICP 분석 결과를 살펴보면, 240층의 다층막형 전극(A5)인 경우 120층의 다층막형 전극(A2)에 비하여 실리콘 및 몰리브덴의 양이 각각 5.4% 및 11.9%의 감소를 보이며, 전극의 박막층 수가 증가함에 따라 실리콘 대 몰리브덴의 원소비에서 실리콘의 분율이 증가함을 나타낸다. 이를 예를 들어 설명하면, Mo과 Si으로 3층을 적층할 경우 최하층에 Mo 1, Si 2 및 Mo 1의 순서가 되어 Mo과 Si는 1:1이 된다. 여기에 Si 2와 Mo 1을 적층하여 5층을 만들면 Si : Mo는 4 : 3으로 증가하게 되며, 다시 Si 2와 Mo 1을 더하여 7층을 적층시 Si : Mo은 6:4로 증가하게 된다. 따라서, 최상층에 항상 몰리브덴층이 존재하여야 하는 본 발명의 다층막형 전극인 경우, 동일한 원소비를 갖는 박막층 수가 증가할수록 최상층을 제외한 내부의 분율은 일정하지만 실리콘의 절대량은 증가하므로 최상층을 포함한 분율은 증가하게 된다.For reference, the ICP analysis result shows that the amount of silicon and molybdenum decreased by 5.4% and 11.9%, respectively, compared to the 120-layer multilayer electrode A2 in the case of 240-layer multilayer electrode A5. As the number increases, the fraction of silicon in the element ratio of silicon to molybdenum increases. For example, when three layers are laminated with Mo and Si, Mo 1, Si 2, and Mo 1 are arranged in the lowermost layer so that Mo and Si are 1: 1. If 5 layers are formed by stacking Si 2 and Mo 1, Si: Mo is increased to 4: 3, and Si: Mo is increased to 6: 4 when 7 layers are stacked by adding Si 2 and Mo 1 again. . Therefore, in the multi-layered electrode of the present invention in which the molybdenum layer should always be present on the uppermost layer, as the number of thin film layers having the same element ratio increases, the fraction of the inner layer except for the uppermost layer is constant but the absolute amount of silicon increases so that the fraction including the uppermost layer is increased. Done.

상기한 이유로 볼 때, 다층막형 전극은 층 수가 증가할수록 실리콘의 부피 변화를 억제할 몰리브덴이 상대적으로 부족하게 되어 전극의 구조적 안정성이 결여될 뿐만 아니라 전체적인 박막 두께의 증가로 인해 리튬의 반응거리가 증가하게 되어 전지의 장수명 사이클 특성이 저하됨을 확인할 수 있었다. For the above reason, as the number of layers increases, the number of layers increases the reaction distance of lithium due to the lack of structural stability of the electrode as well as the lack of molybdenum to suppress the volume change of silicon. It was confirmed that the long life cycle characteristics of the battery is reduced.

실시예7 (A2)Example 7 (A2) 실시예9 (A4)Example 9 (A4) 실시예10 (A5)Example 10 (A5) 비교예7 (B3)Comparative Example 7 (B3) 비교예8 (B4)Comparative Example 8 (B4) 박막pellicle 다층박막Multilayer thin film 다층박막Multilayer thin film 다층박막Multilayer thin film 실리콘박막Silicon thin film 실리콘박막Silicon thin film 원소비 (Si : Mo)Element ratio (Si: Mo) 6.2:16.2: 1 6.5:16.5: 1 6.7:16.7: 1 1.0:01.0: 0 1.0:01.0: 0 층수 (층) / 두께 (㎛)Number of floors (layers) / thickness (㎛) 120/3.50120 / 3.50 180/5.04180 / 5.04 240/6.58240 / 6.58 1/4.501 / 4.50 1/5.891 / 5.89 플라즈마 처리Plasma treatment OO OO OO OO OO 1회 사이클1 cycle 충전/방전용량 (mAh/g)Charge / discharge capacity (mAh / g) 3070 / 26913070/2691 3206/27183206/2718 2947/25532947/2553 2860/25202860/2520 2836/24722836/2472 효율(%)efficiency(%) 87.487.4 84.784.7 86.886.8 88.188.1 87.187.1 20회 사이클20 cycles 방전용량Discharge capacity 26722672 23612361 22702270 21772177 644644 효율(%)efficiency(%) 99.499.4 99.199.1 99.099.0 98.398.3 95.495.4 50회 사이클50 cycles 방전용량Discharge capacity 26342634 19131913 20102010 598598 188188 용량 유지율 R50/1(%)Capacity Retention R 50/1 (%) 99.599.5 70.470.4 78.878.8 23.723.7 7.67.6

2-4. 상용화된 전극과의 비교 실험2-4. Comparative experiment with commercialized electrodes

양극과 음극으로 각각 LiCoO2 및 리튬 금속을 사용한 비교예 9의 반쪽전지(D2)는 3.0 내지 4.2V, 0.82 mA/cm2의 조건에서 2.35 mAh/cm2의 가역적인 용량을 나타내었다(표 6 참조). 상기 용량보다 높은 용량을 100 사이클에서도 유지할 수 있는 240층의 다층박막 전극을 음극으로 사용한 실시예 11(C1)의 전지 및 상용화된 흑연 전극을 사용한 비교예 10(D1)의 전지에 대하여 하기와 같은 실험을 실시하였다.The half cell (D2) of Comparative Example 9 using LiCoO 2 and lithium metal as the positive electrode and the negative electrode, respectively, exhibited a reversible capacity of 2.35 mAh / cm 2 under the conditions of 3.0 to 4.2 V and 0.82 mA / cm 2 (Table 6). Reference). The battery of Example 11 (C1) using a 240-layer multilayer thin film electrode capable of maintaining a capacity higher than the above capacity even at 100 cycles as a cathode and the battery of Comparative Example 10 (D1) using a commercially available graphite electrode were as follows. The experiment was conducted.

실시예 11(C1), 비교예 9(D2) 및 10(D1) 전지의 사이클 특성을 확인한 결과, 리튬 금속을 사용한 비교예 9의 전지가 초기 충방전 효율, 방전 용량 및 100회 사이클의 용량 유지율면에서 모두 풀셀인 실시예 11 및 비교예 10의 전지보다 우수함을 나타내었다(표 6 및 도 8 참조). 이는 리튬 금속이 우수한 전위 및 용량을 갖기 때문이다.The cycle characteristics of the Example 11 (C1), Comparative Example 9 (D2) and 10 (D1) batteries were confirmed, and as a result, the battery of Comparative Example 9 using lithium metal retained its initial charge / discharge efficiency, discharge capacity, and capacity of 100 cycles. In terms of the rate, all of the cells of Example 11 and Comparative Example 10, which are full cells, were shown to be superior (see Table 6 and FIG. 8). This is because lithium metal has excellent potential and capacity.

풀셀인 실시예 11(C1) 및 비교예 10(D1) 전지에 대하여 25℃, 2.75 내지 4.2V의 전압범위에서 0.82 mA/cm2의 정전류 밀도로 충방전을 실시한 결과, 240층의 다층막형 전극을 사용한 실시예 11의 전지는 높은 충전 용량에도 불구하고 첫 사이클의 낮은 충방전 효율로 인해 낮은 방전용량을 나타내었다(표 6 및 도 7 참조). 그러나 실시예 11(C1) 및 비교예 10(D1)에서 각각 사용된 음극활물질의 두께를 살펴보면, 본 발명의 다층박막은 6.58㎛인 것에 비하여 흑연은 55㎛이므로, 약 1/8의 차이가 나게 된다. 이를 고려해볼 때, 본 발명의 다층막형 전극은 상용화된 흑연보다 높은 단위부피당 에너지밀도 및 단위무게당 고용량을 갖는다는 것을 확인할 수 있었으며, 이를 통해 기존 흑연계 탄소재를 대체할 수 있다는 것을 알 수 있었다. 또한, 이를 음극으로 이용한 리튬 이차 전지는 고용량 및 장수명 특성이 유의적으로 향상될 수 있다는 것을 확인할 수 있었다.As a result of charge and discharge of the full-cell Example 11 (C1) and Comparative Example 10 (D1) batteries at a constant current density of 0.82 mA / cm 2 at a voltage range of 25 ° C. and a voltage range of 2.75 to 4.2 V, 240 layers of multilayer electrode were obtained. The cell of Example 11 using showed a low discharge capacity due to the low charge / discharge efficiency of the first cycle despite the high charge capacity (see Table 6 and FIG. 7). However, when looking at the thickness of the negative electrode active material used in Example 11 (C1) and Comparative Example 10 (D1), respectively, since the graphite is 55㎛ compared to the multilayer thin film of 6.58㎛, the difference of about 1/8 do. Considering this, it was confirmed that the multilayer electrode of the present invention has a higher energy density per unit volume and a higher capacity per unit weight than commercially available graphite, and it can be seen that it can replace the existing graphite carbon material. . In addition, it was confirmed that the lithium secondary battery using this as a negative electrode can significantly improve high capacity and long life characteristics.

실시예 11(C1)Example 11 (C1) 비교예 10(D1)Comparative Example 10 (D1) 비교예 9(D2)Comparative Example 9 (D2) 전지의 구성 조건Battery Configuration Conditions Cell 풀셀Full Cell 풀셀Full Cell 반쪽셀Half cell 양극anode LiCoO2 LiCoO 2 LiCoO2 LiCoO 2 LiCoO2 LiCoO 2 음극cathode 다층박막(240층)Multilayer Thin Film (240 Layers) 흑연black smoke 리튬금속Lithium metal 1회 사이클1 cycle 충전/방전용량(mAh/g)Charge / discharge capacity (mAh / g) 160.9/124.3160.9 / 124.3 153.8/132.5153.8 / 132.5 144.7/136.1144.7 / 136.1 효율(%)efficiency(%) 77.177.1 86.086.0 94.094.0 20회 사이클20 cycles 방전용량Discharge capacity 119.5119.5 125.4125.4 136.1136.1 효율(%)efficiency(%) 99.699.6 99.999.9 99.199.1 50회 사이클50 cycles 방전용량Discharge capacity 111.9111.9 120.7120.7 133.7133.7 효율(%)efficiency(%) 99.999.9 100100 99.299.2 100회 사이클100 cycles 방전용량Discharge capacity 106.1106.1 117.9117.9 129.0129.0 용량유지율 R100/1(%)Capacity maintenance rate R 100/1 (%) 85.485.4 89.089.0 94.894.8

본 발명의 다층막형 전극은 기존 실리콘 전극의 단점인 전지의 충방전 과정시의 부피 변화 및 이로 인한 균열을 방지하여 전극의 구조적 안정성 및 전지의 사이클 특성을 향상시킴으로써, 기존 흑연계 탄소재를 대체하여 사용할 수 있다.The multi-layered electrode of the present invention improves the structural stability of the electrode and the cycle characteristics of the battery by preventing the volume change during the charge and discharge process of the battery, which is a disadvantage of the conventional silicon electrode, and the resulting crack, thereby replacing the existing graphite carbon material Can be used.

Claims (13)

집전체 및 상기 집전체의 한 면 또는 양 면에 리튬을 흡장 및 방출할 수 있는 전극활물질층이 형성된 전극에 있어서, 상기 전극활물질층은 In an electrode having a current collector and an electrode active material layer capable of occluding and releasing lithium on one or both surfaces of the current collector, the electrode active material layer is a) 실리콘 활물질층; 및 a) silicon active material layer; And b) 리튬과 고용체(solid solution) 또는 금속간 화합물을 형성하지 않는 금속으로 이루어진 금속 비활물질층b) a metal inert layer consisting of lithium and a metal that does not form a solid solution or intermetallic compound 이 교번하여 적층된 것을 특징으로 하는 다층막형 전극.The multilayer film type electrode, which is alternately stacked. 제 1항에 있어서, 상기 금속 비활물질층을 이루는 금속은 Mo, Cu, Fe, Co, Ca, Cr, Mg, Mn, Nb, Ni, Ta, Ti 및 V로 이루어진 군으로부터 선택되어진 1종 이상의 금속인 전극.According to claim 1, wherein the metal constituting the metal inert material layer is at least one metal selected from the group consisting of Mo, Cu, Fe, Co, Ca, Cr, Mg, Mn, Nb, Ni, Ta, Ti and V Phosphorus electrode. 제 2항에 있어서, 상기 금속은 Mo인 전극.The electrode of claim 2, wherein the metal is Mo. 제 1항에 있어서, 상기 실리콘 활물질층의 한 층 두께는 25 내지 50 nm범위인 전극.The electrode of claim 1, wherein the layer thickness of the silicon active material layer is in a range of 25 to 50 nm. 제 1항에 있어서, 상기 금속 비활물질층의 한 층 두께는 1 내지 10nm 범위인 전극.The electrode of claim 1, wherein the layer thickness of the metal inert material layer is in a range of 1 to 10 nm. 제 1항에 있어서, 상기 다층막의 층 수는 10 내지 500층 범위인 전극.The electrode according to claim 1, wherein the number of layers of the multilayer film is in a range of 10 to 500 layers. 제 1항에 있어서, 상기 다층막을 이루는 실리콘 대 금속 비활물질의 원소비는 1 ~ 10 : 1인 전극.The electrode of claim 1, wherein an element ratio of silicon to metal inert material constituting the multilayer film is 1 to 10: 1. 제 1항에 있어서, 상기 다층막의 최상층은 금속 비활물질층인 전극.The electrode of claim 1, wherein the uppermost layer of the multilayer film is a metal inert material layer. 제 1항에 있어서, 상기 집전체는 0.1 내지 1 ㎛ 범위의 표면거칠기(Ra)를 갖는 전해동박인 전극.The electrode of claim 1, wherein the current collector is an electrolytic copper foil having a surface roughness Ra in the range of 0.1 to 1 μm. 제 1항에 있어서, 상기 집전체는 플라즈마를 이용하여 표면 처리된 것인 전극.The electrode of claim 1, wherein the current collector is surface treated using a plasma. a) 제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항의 음극;a) the cathode of any one of claims 1 to 10; b) 리튬 이온을 흡장 및 방출할 수 있는 양극활물질을 포함하는 양극;b) a positive electrode comprising a positive electrode active material capable of occluding and releasing lithium ions; c) 상기 양극과 음극 사이에 존재하는 분리막; 및c) a separator existing between the anode and the cathode; And d) 전해질;d) an electrolyte; 을 포함하는 리튬 이차 전지.Lithium secondary battery comprising a. a) 집전체, 실리콘 및 리튬과 고용체(solid solution) 또는 금속간 화합물을 형성하지 않는 금속 비활물질을 제공하는 단계;a) providing a metal inert material that does not form a solid solution or an intermetallic compound with the current collector, silicon and lithium; b) 실리콘을 상기 집전체 상에 적층하는 단계;b) laminating silicon on the current collector; c) 금속 비활물질을 상기 실리콘층 위에 적층하는 단계; 및c) depositing a metal inert material on the silicon layer; And d) 상기 단계 b) 및 c)를 반복 수행하는 단계d) repeating steps b) and c) 를 포함하는 다층막형 전극의 제조방법.Method of manufacturing a multilayer film electrode comprising a. 제 12항에 있어서, 박막 장치의 챔버 내부에 집전체, 실리콘 타겟 및 금속 비활물질 타겟을 제공하고, 상기 챔버를 진공 상태로 형성시키고 비활성 가스를 공급하여 플라즈마를 발생시킨 후, 실리콘 타겟과 금속 비활물질 타겟을 교대로 스퍼터하여 실리콘층과 금속 비활물질층을 교번하여 적층시키는 것을 특징으로 하는 제조방법.The method of claim 12, wherein a current collector, a silicon target and a metal inert material target are provided in a chamber of the thin film device, the chamber is formed in a vacuum state, and an inert gas is supplied to generate a plasma. And sputtering alternately the active material target to alternately stack a silicon layer and a metal inert material layer.
KR1020040106244A 2004-12-15 2004-12-15 Silicon containing multi-layered thin film electrodes for lithium secondary battery and preparation thereof KR20060067459A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020040106244A KR20060067459A (en) 2004-12-15 2004-12-15 Silicon containing multi-layered thin film electrodes for lithium secondary battery and preparation thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020040106244A KR20060067459A (en) 2004-12-15 2004-12-15 Silicon containing multi-layered thin film electrodes for lithium secondary battery and preparation thereof

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20060067459A true KR20060067459A (en) 2006-06-20

Family

ID=37162019

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020040106244A KR20060067459A (en) 2004-12-15 2004-12-15 Silicon containing multi-layered thin film electrodes for lithium secondary battery and preparation thereof

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20060067459A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11837718B2 (en) 2017-10-16 2023-12-05 Lg Energy Solution, Ltd. Negative electrode for lithium secondary battery and lithium secondary battery comprising the same

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11837718B2 (en) 2017-10-16 2023-12-05 Lg Energy Solution, Ltd. Negative electrode for lithium secondary battery and lithium secondary battery comprising the same

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11735723B2 (en) Ex-situ solid electrolyte interface modification using chalcogenides for lithium metal anode
TWI689128B (en) Interphase layer for improved lithium metal cycling
US11355739B2 (en) Passivation of lithium metal by two-dimensional materials for rechargeable batteries
JP4201509B2 (en) Electrode for lithium secondary battery and lithium secondary battery
KR101020909B1 (en) Negative electrode for lithium secondary battery, method for producing same, and lithium secondary battery comprising such negative electrode for lithium secondary battery
US8003253B2 (en) Non-aqueous electrolyte secondary battery
US7122279B2 (en) Electrode for rechargeable lithium battery and rechargeable lithium battery
TWI575800B (en) Battery electrode structures for high mass loadings of high capacity active materials
US20150162602A1 (en) Nanocomposite coatings to obtain high performing silicon anodes
US7638239B2 (en) Negative electrode for non-aqueous electrolyte secondary battery, manufacturing method therefor, and non-aqueous electrolyte secondary battery
JP3913439B2 (en) Lithium secondary battery
US10903478B2 (en) Protective coating for lithium-containing electrode and methods of making the same
WO2005076389A2 (en) Self-contained, alloy type, thin film anodes for lithium-ion batteries
US20030207178A1 (en) Method of preparing electrode composition having a carbon-containing-coated metal oxide, electrode composition and electrochemical cell
KR100866863B1 (en) Anode for rechargeable lithium secondary battery, method of preparing thereof, and rechargeable lithium secondary battery comprising the same
CN110660960B (en) Battery and preparation method thereof
KR100800395B1 (en) Anode for rechargeable lithium secondary battery, method of preparing thereof, and rechargeable lithium secondary battery comprising the same
CN115552662A (en) Battery and method for manufacturing same
KR20060067459A (en) Silicon containing multi-layered thin film electrodes for lithium secondary battery and preparation thereof
JP2006066370A (en) Negative electrode for nonaqueous electrolyte secondary battery, its manufacturing method and nonaqueous electrolyte secondary battery
CN117795700A (en) Method for manufacturing silicon electrode serving as anode for lithium battery

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application