KR20080095562A - 리튬 이차전지의 음극 및 이를 이용한 리튬 이차전지 - Google Patents

리튬 이차전지의 음극 및 이를 이용한 리튬 이차전지 Download PDF

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Abstract

본 발명은 리튬 이차전지의 음극 및 이를 이용한 리튬 이차전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 합제밀도를 낮춘 금속계 음극 또는 금속-카본 복합계 음극활물질에 섬유상 도전조제를 첨가함으로써 합제밀도가 낮아 극판의 변형을 줄이면서도 전기전도도와 부하특성 및 수명특성을 향상시킬 수 있는 리튬 이차전지의 음극 및 이를 이용한 리튬 이차전지에 관한 것이다.
리튬 이차전지, 금속계 음극, 금속-카본 복합계 음극, 섬유상 도전조제, 전기전도도

Description

리튬 이차전지의 음극 및 이를 이용한 리튬 이차전지{Cathode electrode of lithium rechargeable battery and Lithium rechargeable battery using the same}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차전지의 사시도
본 발명은 리튬 이차전지의 음극 및 이를 이용한 리튬 이차전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 합제밀도를 낮춘 금속계 음극 또는 금속-카본 복합계 음극활물질에 섬유상 도전조제를 첨가함으로써 합제밀도가 낮아 극판의 변형을 줄이면서도 전기전도도와 부하특성 및 수명특성을 향상시킬 수 있는 리튬 이차전지의 음극 및 이를 이용한 리튬 이차전지에 관한 것이다.
최근 전자, 통신, 컴퓨터 산업 등의 급속한 발전에 힘입어 기기의 소형, 경량화 및 고기능화와 함께, 캠코더, 휴대폰, 노트북 PC 등 휴대용 전자제품의 사용이 일반화됨으로써, 가볍고 오래 사용할 수 있으며 신뢰성이 높은 전지에 대한 요구가 높아지고 있다. 특히, 충전가능한 리튬 이차 전지는 기존의 납축 전지, 니켈-카드뮴 전지, 니켈-수소 전지, 니켈-아연 전지 등과 비교할 때 단위 중량 당 에너지 밀도가 3배 정도 높고, 급속 충전할 수 있기 때문에 국내외에서 연구 개발이 활 발하게 진행되고 있다.
리튬 이차 전지의 음극 활물질로 종래에는 에너지 밀도가 매우 높은 리튬 금속을 사용하는 것이 제안되었으나, 충전시에 음극에 덴드라이트(dendrite)가 형성되고, 이는 계속되는 충/방전시에 세퍼레이터를 관통하여 대극인 양극에 이르러 내부 단락을 일으킬 우려가 있다. 또한, 석출된 덴드라이트는 리튬 전극의 비표면적 증가에 따른 반응성을 급격히 증가시키고 전극 표면에서 전해액과 반응하여 전자전도성이 결여된 고분자 막이 형성된다. 이 때문에 전지 저항이 급속히 증가하거나 전자전도의 네트워크로부터 고립된 입자가 존재하게 되고 이는 충방전을 저해하는 요소로서 작용하게 된다.
이러한 문제점 때문에, 최근에는 음극 활물질로 리튬 금속 대신 리튬 이온을 흡장(intercalation)/탈리(deintercalation)할 수 있는 흑연 재료를 사용하는 방법이 제안되었다. 일반적으로 흑연 음극 활물질은 금속 리튬이 석출되지 않기 때문에 덴드라이트에 의한 내부 단락은 발생되지 않고 이에 따른 부가적인 단점이 발생되지 않는다. 그러나 흑연의 경우 이론적인 리튬 흡장 능력이 372mAh/g으로 제한되어 있다.
따라서 용량을 증가시키기 위하여, 최근에는 리튬과 화합물을 형성하는 금속 및 비금속 물질 또는 금속-카본계 물질을 음극활물질로 사용하기 위한 시도가 이루어지고 있다. 예를 들어, 주석(Sn)의 경우 Li22Sn5의 화합물의 형성이 가능할 정도의 리튬 흡장이 가능하고 이 범위 안에서는 금속 리튬의 석출이 발생되지 않으므로 덴드라이트 형성에 기인한 내부 단락의 문제점은 발생되지 않는다. 따라서, 이러한 화합물이 형성될 경우 전기화학적 용량으로 환산하면 약 993mAh의 이론 용량을 나타내어 전기화학적 가역성만 확보된다면 흑연에 비하여 월등히 높은 방전 용량을 확보할 수 있다.
한편, 상기에서 언급한 금속계 음극 또는 금속-카본 복합계 음극활물질은 충방전시 수축과 팽창의 정도가 심하므로 충방전이 반복됨에 따라 변형된다는 문제점이 있다. 이를 방지하기 위해 합제밀도를 낮추어 극판의 공극을 확보할 필요가 있다. 그러나, 합제밀도를 낮춘 극판은 합제의 전기전도도가 떨어져 부하특성이 떨어지고 수명특성이 좋지 않다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 특히 합제밀도를 낮춘 금속계 음극 또는 금속-카본 복합계 음극활물질에 섬유상 도전조제를 첨가함으로써, 합제밀도가 낮아 극판의 변형을 줄이면서도 전기전도도와 부하특성 및 수명특성을 향상시킬 수 있는 리튬 이차전지의 음극 및 이를 이용한 리튬 이차전지를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 안출된 본 발명의 리튬 이차전지 음극은 리튬 이온을 삽입 및 탈리할 수 있으며, 리튬과 화합물을 형성할 수 있는 금속 또는 비금속 재료로 이루어지는 음극활물질; 및 섬유상 도전조제를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 금속 또는 비금속 재료는 Sn, Si, Al, SnO, SiO, In, Sb, Ag 중 어느 하나 또는 둘 이상으로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 음극활물질은 상기 금속 또는 비금속 재료에 흑연 또는 카본이 복합되어 이루어질 수 있다.
또한, 상기 섬유상 도전조제는 기상합성 탄소섬유(VGCF;Vapor Grown Carbon Fiber), 탄소나노섬유(CNF;Carbon Nano Fiber), 흑연섬유(chopped fiber) 중 어느 하나일 수 있다. 또한, 상기 음극은 방전시 합제밀도가 0.9 내지 1.3g/cc인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 리튬 이차전지는 리튬 이온을 삽입 및 탈리할 수 있는 양극활물질을 포함하는 양극; 리튬 이온을 삽입 및 탈리할 수 있으며, 리튬과 화합물을 형성할 수 있는 금속 또는 비금속 재료로 이루어지는 음극활물질 및 섬유상 도전조제를 포함하는 음극; 및 상기 리튬 이온을 이동시킬 수 있는 전해질을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 금속 또는 비금속 재료는 Sn, Si, Al, SnO, SiO, In, Sb, Ag 중 어느 하나 또는 둘 이상으로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 음극활물질은 상기 금속 또는 비금속 재료에 흑연 또는 카본이 복합되어 이루어질 수 있다.
또한, 상기 섬유상 도전조제는 기상합성 탄소섬유(VGCF;Vapor Grown Carbon Fiber), 탄소나노섬유(CNF;Carbon Nano Fiber), 흑연섬유(chopped fiber) 중 어느 하나로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 음극은 방전시 합제밀도가 0.9 내지 1.3g/cc인 것이 바람직하다.
또한, 상기 양극 활물질은 하기 (1) 내지 (13)으로 이루어진 군에서 선택되 는 리튬 화합물일 수 있다.
LixMn1 - yMyA2 (1)
LixMn1 - yMyO2 - zXz (2)
LixMn2O4 - zXz (3)
LixMn2 - yMyM'zA4 (4)
LixCo1 - yMyA2 (5)
LixCo1 - yMyO2 - zXz (6)
LixNi1 - yMyA2 (7)
LixNi1 - yMyO2 - zXz (8)
LixNi1 - yCoyO2 - zXz (9)
LixNi1 -y- zCoyMzAα (10)
LixNi1 -y- zCoyMzO2 -αXα (11)
LixNi1 -y- zMnyMzAα (12)
LixNi1 -y- zMnyMzO2 -αXα (13)
(상기 식에서 0.9≤x≤1.1, 0≤y≤0.5, 0≤z≤0.5, 0≤α≤2이고, M과 M'은 동일하거나 서로 다르며, Mg, Al, Co, K, Na, Ca, Si, Ti, Sn, V, Ge, Ga, B, As, Zr, Mn, Cr, Fe, Sr, V 및 희토류 원소로 이루어진 군에서 선택되며, A는 O, F, S 및 P로 이루어진 군에서 선택되고, X는 F, S 및 P로 이루어진 군에서 선택된다.)
이하, 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 리튬 이차전지는 양극과 음극 및 비수성 전해액을 포함하여 형성된다.
상기 양극은 리튬 이온을 삽입 및 탈리할 수 있는 양극활물질을 포함한다. 상기 양극은 양극활물질, 바인더 및 도전재, 필요한 경우 증점제를 용매에 분산시켜 슬러리 조성물을 제조하고, 이 슬러리 조성물을 양극집전체에 도포하여 제조될 수 있다.
상기 양극활물질로는 코발트, 망간, 니켈에서 선택되는 최소한 1종 및 리튬과의 복합 산화물 중 1종 이상의 것이 바람직하고, 그 대표적인 예로는 하기에 기재된 리튬 함유 화합물이 바람직하게 사용될 수 있다.
LixMn1 - yMyA2 (1)
LixMn1 - yMyO2 - zXz (2)
LixMn2O4 - zXz (3)
LixMn2 - yMyM'zA4 (4)
LixCo1 - yMyA2 (5)
LixCo1 - yMyO2 - zXz (6)
LixNi1 - yMyA2 (7)
LixNi1 - yMyO2 - zXz (8)
LixNi1 - yCoyO2 - zXz (9)
LixNi1 -y- zCoyMzAα (10)
LixNi1 -y- zCoyMzO2 -αXα (11)
LixNi1 -y- zMnyMzAα (12)
LixNi1 -y- zMnyMzO2 -αXα (13)
(상기 식에서 0.9≤x≤1.1, 0≤y≤0.5, 0≤z≤0.5, 0≤α≤2이고, M과 M'은 동일하거나 서로 다르며, Mg, Al, Co, K, Na, Ca, Si, Ti, Sn, V, Ge, Ga, B, As, Zr, Mn, Cr, Fe, Sr, V 및 희토류 원소로 이루어진 군에서 선택되며, A는 O, F, S 및 P로 이루어진 군에서 선택되고, X는 F, S 및 P로 이루어진 군에서 선택된다.)
상기 양극집전체로는 알루미늄, 구리, 니켈, 은, 스테인레스강 등의 금속, 이들 금속의 합금 등을 사용할 수 있다. 통상적으로 양극집전체로는 알루미늄 또는 알루미늄 합금이 사용된다.
상기 도전재로는 전자 전도성을 향상시키는 물질로서, 흑연계 도전제, 카본 블랙계 도전제, 금속 또는 금속 화합물계 도전제로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나를 사용할 수 있다. 상기 흑연계 도전제의 예로는 인조흑연, 천연 흑연 등 이 있으며, 카본 블랙계 도전제의 예로는 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙(ketjen black), 덴카 블랙(denka black), 써멀 블랙(thermal black), 채널 블랙(channel black) 등이 있으며, 금속계 또는 금속 화합물계 도전제의 예로는 주석, 산화주석, 인산주석(SnPO4), 산화티타늄, 티탄산칼륨, LaSrCoO3, LaSrMnO3와 같은 페로브스카이트(perovskite) 물질이 있다. 그러나 상기 열거된 도전제에 한정되는 것은 아니다. 도전재의 첨가량은 전극 활물질에 대하여 0.1 내지 10중량%가 바람직하고, 1 내지 5중량%인 것이 더 바람직하다. 도전재의 함량이 0.1중량% 보다 적으면 전기화학적 특성이 저하되고, 10중량%을 초과하면 중량 당 에너지 밀도가 저하된다.
상기 음극은 리튬 이온을 삽입 및 탈리할 수 있는 음극활물질과 섬유상 도전조제를 포함한다. 상기 음극은 음극활물질, 바인더 및 섬유상 도전조제, 필요한 경우 증점제(이하에서는 음극합제라 한다)를 용매에 분산시켜 슬러리 조성물을 제조하고, 이 슬러리 조성물을 음극집전체에 도포하여 제조될 수 있다.
상기 음극합제의 밀도는 0.9 내지 1.3g/cc인 것이 바람직하다. 상기 음극합제의 밀도가 0.9 g/cc 미만으로 형성되는 경우 밀도가 지나치게 낮아져서 용량이 감소되며, 단위질량당 에너지밀도가 낮아지게 된다. 한편, 상기 음극합제의 밀도가 1.3 g/cc를 초과하도록 형성되는 경우 공극률이 지나치게 낮아지므로 활물질의 팽창공간이 확보되지 않는다. 따라서, 충방전의 반복시 음극합제의 팽창에 따른 변형 정도가 크게 된다. 본 발명에서는 상기와 같이 음극합제의 밀도를 낮게 형성함으로써 공극률을 크게 하여 활물질의 팽창 공간을 확보하였다. 한편, 음극합제의 밀도 가 상기와 같이 낮게 형성되면 합제의 전기전도도가 떨어져 내부 저항이 증가하고 수명 특성이 나빠지게 된다. 이를 보완하기 위해 하기에서 설명할 섬유상의 도전조제가 첨가되었다.
상기 음극활물질은 리튬과 화합물을 형성할 수 있는 금속 또는 비금속 재료로 이루어진다. 상기 금속 또는 비금속 재료는 Sn, Si, Al, SnO, SiO, In, Sb, Ag이 예시될 수 있다. 이들 금속 또는 비금속 재료는 단독 또는 혼합 또는 합금화하여 사용될 수 있다. 또한, 상기 금속 또는 비금속 재료는 탄소계 물질과 혼합된 복합물로써 사용될 수 있다.
상기 탄소계 물질로는 천연 흑연, 인조 흑연, 흑연화 탄소섬유, 흑연화 메조카본마이크로비드(MCMB), 흑연화 메조페이스피치계 탄소섬유(MPCFF), 플러렌(fullerene), 비정질 탄소 등이 예시될 수 있다. 상기 비정질 탄소로는 하드카본, 코크스, 1500℃ 이하에서 소성한 MCMB, MPCF 등이 있다. 상기 탄소계 물질은 d002 층간거리(interplanar distance)가 3.35∼3.38Å, X-선 회절(X-ray diffraction)에 의한 Lc(crystallite size)가 적어도 20㎚ 이상인 물질이 바람직하다.
음극 활물질층은 음극합제를 용매에 혼합, 분산시켜 얻은 음극 활물질 슬러리를 음극집전체에 도포하고, 그것을 건조 및 압연하여 형성된다. 상기 용매로는 비수용매 또는 수계용매가 사용된다. 비수용매로는 N-메틸-2-피롤디돈(NMP), 디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드, N,N-디메틸아미노프로필아민, 에틸렌옥사이드, 테트라히드로퓨란 등을 들 수 있다.
상기 음극집전체는 펀칭 메탈, 엑스펀칭 메탈, 금박, 발포 금속, 망상 금속섬유 소결체, 니켈박 및 동박 등이 예시될 수 있다.
상기 바인더는 활물질의 페이스트화, 활물질의 상호 접착, 집전체와의 접착, 활물질 팽창 및 수축에 대한 완충효과 등의 역할을 하는 물질로서, 예를 들면 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리헥사플루오로프로필렌-폴리비닐리덴플루오라이드의 공중합체(P(VdF/HFP)), 폴리(비닐아세테이트), 폴리비닐알코올, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리비닐피롤리돈, 알킬레이티드폴리에틸렌옥사이드, 폴리비닐에테르, 폴리(메틸메타크릴레이트), 폴리(에틸아크릴레이트), 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐클로라이드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리비닐피리딘, 스티렌-부타디엔 고무, 아크릴로니트릴-부타디엔 고무 등이 사용될 수 있다. 상기 바인더의 함량은 전극 활물질에 대하여 1 내지 10중량%인 것이 바람직하다. 상기 바인더의 함량이 1중량% 미만이면 바인더의 함량이 너무 적어서 전극 활물질과 집전체와의 접착력이 불충분하고 10중량%를 초과하면 접착력은 좋아지지만 전극 활물질의 함량이 그 만큼 감소하여 전지용량을 고용량화 하는데 불리하다.
상기 섬유상 도전조제는 음극합제의 전기전도도를 향상시키기 위해 첨가된다. 상기 섬유상 도전조제로는 기상합성 탄소섬유(VGCF;Vapor Grown Carbon Fiber), 탄소나노섬유(CNF;Carbon Nano Fiber), 흑연섬유(graphite fiber) 등이 예시될 수 있다.
나노구조를 가지는 탄소재료는 단일벽나노튜브(SWNT), 다중벽나노튜브(MWNT), 탄소나노섬유(CNF), 흑연나노섬유(GNF), 기상합성 탄소섬유(VGCF) 등 탄 소재료의 구조형태 및 제조 방법에 따라서 분류한다. 탄소나노섬유(CNF), 흑연나노섬유(GNF), 기상합성 탄소섬유(VGCF)는 주로 메탄, 아세틸렌. 벤젠 등 탄화수소를 촉매금속의 열분해 방법을 이용하여 합성한다. 상기 탄소나노섬유(CNF), 흑연나노섬유(GNF) 및 기상합성 탄소섬유(VGCF)는 탄소나노튜브(CNT)에 비해 직경이 수십 nm 이상으로 상당히 크고 성장방법에 따라서 섬유 내부가 비어있거나 혹은 막혀 있기도 한다. 이 중에서 특히 직경이 100nm 이상일 경우 특별히 기상합성 탄소섬유(VGCF)라고 명하고 있다.
일반적인 도전제로는 상기에서 언급한 바와 같이 흑연계 도전제, 카본 블랙계 도전제, 금속 또는 금속 화합물계 도전제로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나가 사용된다. 이러한 일반적인 도전제는 미세구조가 대략 구형으로 형성되어 있어 효과적인 전기전도가 이루어지기 힘들다. 그러나, 본 발명에서와 같이 섬유상 도전조제는 섬유형상의 미세구조로 형성되어 있어 전지의 내부 저항을 감소시키고 방전 용량을 확보할 수 있다.
상기 증점제는 활물질 슬러리 점도조절의 역할을 할 수 있는 것이라면 특별히 한정되지 않으나, 예를 들면 카르복시메틸 셀룰로오스, 하이드록시메틸 셀룰로오스, 하이드록시에틸 셀룰로오스, 하이드록시프로필 셀룰로오스 등이 사용될 수 있다.
상기 비수성 전해액은 리튬염과 비수성 유기 용매를 포함하며, 충방전 특성 개량, 과충전방지 등을 위한 첨가제를 더 포함할 수 있다. 상기 리튬염은 전지 내에서 리튬 이온의 공급원으로 작용하여 기본적인 리튬 전지의 작동을 가능하게 하 며, 상기 비수성 유기용매는 전지의 전기화학적 반응에 관여하는 이온들이 이동할 수 있는 매질 역할을 한다.
상기 리튬염으로는 LiPF6, LiBF4, LiSbF6, LiAsF6, LiClO4, LiCF3SO3, LiN(SO2CF3)2, LiN(SO2C2F5)2, LiC(SO2CF3)3, LiN(SO3CF3)2, LiC4F9SO3, LiAlO4, LiAlCl4, LiCl 및 LiI로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. 상기 리튬염의 농도는 0.6 내지 2.0M 범위 내에서 사용하는 것이 바람직하며, 0.7 내지 1.6M 범위 내에서 사용하는 것이 더 바람직하다. 리튬염의 농도가 0.6M 미만이면 전해질의 전도도가 낮아져 전해질 성능이 떨어지고, 2.0M을 초과하는 경우에는 전해질의 점도가 증가하여 리튬 이온의 이동성이 감소하는 문제점이 있다.
상기 비수성 유기용매로는 카보네이트, 에스테르, 에테르 또는 케톤을 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다. 상기 카보네이트로는 디메틸 카보네이트(DMC), 디에틸 카보네이트(DEC), 디프로필 카보네이트(DPC), 메틸프로필 카보네이트(MPC), 에틸프로필 카보네이트(EPC), 메틸에틸 카보네이트(MEC) 에틸렌 카보네이트(EC), 프로필렌 카보네이트(PC), 부틸렌 카보네이트(BC) 등이 사용될 수 있으며, 상기 에스테르로는 γ-부티로락톤(GBL), n-메틸 아세테이트, n-에틸 아세테이트, n-프로필 아세테이트 등이 사용될 수 있으며, 상기 에테르로는 디부틸 에테르 등이 사용될 수 있으나 이들에 한정되는 것은 아니다.
상기 비수성 유기용매 중 카보네이트계 용매의 경우 환형(cyclic) 카보네이 트와 사슬형(chain) 카보네이트를 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다. 이 경우 환형 카보네이트와 사슬형 카보네이트는 1:1 내지 1:9의 부피비로 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다. 상기 부피비로 혼합되어야 전해질의 성능이 바람직하게 나타난다.
또한, 상기 비수성 유기 용매는 방향족 탄화수소계 유기 용매를 더 포함할 수 있다. 상기 방향족 탄화수소계 유기 용매의 구체적인 예로는 벤젠, 플루오로벤젠, 브로모벤젠, 클로로벤젠, 사이클로헥실벤젠, 이소프로필벤젠, n-부틸벤젠, 옥틸벤젠, 톨루엔, 자일렌, 메시틸렌 등이 사용될 수 있으며, 단독 또는 혼합하여 사용될 수 있다. 방향족 탄화수소계 유기 용매를 포함하는 전해액에서 카보네이트 용매/방향족 탄화수소계 유기 용매의 부피비가 1:1 내지 30:1인 것이 바람직하다. 상기 부피비로 혼합되어야 전해액의 성능이 바람직하게 나타날 수 있다.
리튬 이차 전지는 양극 및 음극 사이에 단락을 방지하고 리튬 이온의 이동통로를 제공하는 세퍼레이터를 포함할 수 있으며, 이러한 세퍼레이터로는 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리에틸렌/폴리프로필렌, 폴리에틸렌/폴리프로필렌/폴리에틸렌, 폴리프로필렌/폴리에틸렌/폴리프로필렌 등의 폴리올레핀계 고분자막 또는 이들의 다중막, 미세다공성 필름, 직포 및 부직포와 같은 공지된 것을 사용할 수 있다. 또한 다공성의 폴리올레핀 필름에 안정성이 우수한 수지가 코팅된 필름을 사용할 수도 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예로서 나타낸 각형 타입의 리튬 이차 전지의 단면도이다.
도 1을 참조하면, 리튬 이차 전지는 양극(13), 음극(15) 및 세퍼레이터(14)를 포함하는 전극조립체(12)를 전해액과 함께 캔(10)에 수납하고, 이 캔(10)의 상단부를 캡조립체(20)로 밀봉함으로써 형성된다. 상기 캡조립체(20)는 캡플레이트(40)와 절연플레이트(50)와 터미널플레이트(60) 및 전극단자(30)를 포함하여 구성된다. 상기 캡조립체(20)는 절연케이스(70)와 결합되어 캔(10)을 밀봉하게 된다.
상기 캡플레이트(40)의 중앙에 형성되어 있는 단자통공(41)에는 전극단자(30)가 삽입된다. 상기 전극단자(30)가 단자통공(41)에 삽입될 때는 전극단자(30)와 캡플레이트(40)의 절연을 위하여 전극단자(30)의 외면에 튜브형 개스킷(46)이 결합되어 함께 삽입된다. 상기 캡조립체(20)가 상기 캔(10)의 상단부에 조립된 후 전해액주입공(42)을 통하여 전해액이 주입되고 전해액주입공(42)은 마개(43)에 의하여 밀폐된다.
상기 전극단자(30)는 상기 음극(15)의 음극탭(17) 또는 상기 양극(13)의 양극탭(16)에 연결되어 음극단자 또는 양극단자로 작용하게 된다.
본 발명의 리튬 이차 전지가 상기 형상으로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 음극을 포함하며 전지로서 작동할 수 있는 원통형, 파우치 등 어떠한 형상도 가능함은 물론이다.
본 발명에 따른 리튬 이차전지에 의하면, 금속계 음극 또는 금속-카본 복합계 음극에 섬유상 도전조제를 첨가하고 합제밀도를 낮춘 전지를 제조함으로써 전지 의 고용량화와 음극 팽창에 따른 변형 방지를 실현하면서도 전기전도도를 향상시켜 부하특성과 수명특성이 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (11)

  1. 리튬 이온을 삽입 및 탈리할 수 있으며, 리튬과 화합물을 형성할 수 있는 금속 또는 비금속 재료로 이루어지는 음극활물질; 및
    섬유상 도전조제를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지의 음극.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 금속 또는 비금속 재료는 Sn, Si, Al, SnO, SiO, In, Sb, Ag 중 어느 하나 또는 둘 이상인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지의 음극.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 음극활물질은 상기 금속 또는 비금속 재료에 흑연 또는 카본이 복합되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지의 음극.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 섬유상 도전조제는 기상합성 탄소섬유(VGCF;Vapor Grown Carbon Fiber), 탄소나노섬유(CNF;Carbon Nano Fiber), 흑연섬유(chopped fiber) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지의 음극.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 음극은 방전시 합제밀도가 0.9 내지 1.3g/cc인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지의 음극.
  6. 리튬 이온을 삽입 및 탈리할 수 있는 양극활물질을 포함하는 양극;
    리튬 이온을 삽입 및 탈리할 수 있으며, 리튬과 화합물을 형성할 수 있는 금속 또는 비금속 재료로 이루어지는 음극활물질 및 섬유상 도전조제를 포함하는 음극; 및
    상기 리튬 이온을 이동시킬 수 있는 전해질을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 금속 또는 비금속 재료는 Sn, Si, Al, SnO, SiO, In, Sb, Ag 중 어느 하나 또는 둘 이상인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 음극활물질은 상기 금속 또는 비금속 재료에 흑연 또는 카본이 복합되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  9. 제 6항에 있어서,
    상기 섬유상 도전조제는 기상합성 탄소섬유(VGCF;Vapor Grown Carbon Fiber), 탄소나노섬유(CNF;Carbon Nano Fiber), 흑연섬유(chopped fiber) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  10. 제 6항에 있어서,
    상기 음극은 방전시 합제밀도가 0.9 내지 1.3g/cc인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  11. 제 6항에 있어서,
    상기 양극 활물질은 하기 (1) 내지 (13)으로 이루어진 군에서 선택되는 리튬 화합물인 리튬 이차 전지.
    LixMn1 - yMyA2 (1)
    LixMn1 - yMyO2 - zXz (2)
    LixMn2O4 - zXz (3)
    LixMn2 - yMyM'zA4 (4)
    LixCo1 - yMyA2 (5)
    LixCo1 - yMyO2 - zXz (6)
    LixNi1 - yMyA2 (7)
    LixNi1 - yMyO2 - zXz (8)
    LixNi1 - yCoyO2 - zXz (9)
    LixNi1 -y- zCoyMzAα (10)
    LixNi1 -y- zCoyMzO2 -αXα (11)
    LixNi1 -y- zMnyMzAα (12)
    LixNi1 -y- zMnyMzO2 -αXα (13)
    (상기 식에서 0.9≤x≤1.1, 0≤y≤0.5, 0≤z≤0.5, 0≤α≤2이고, M과 M'은 동일하거나 서로 다르며, Mg, Al, Co, K, Na, Ca, Si, Ti, Sn, V, Ge, Ga, B, As, Zr, Mn, Cr, Fe, Sr, V 및 희토류 원소로 이루어진 군에서 선택되며, A는 O, F, S 및 P로 이루어진 군에서 선택되고, X는 F, S 및 P로 이루어진 군에서 선택된다.)
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