KR20140009625A - Electrode for secondary battery and manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to an electrode for a secondary battery and a manufacturing method thereof. An electrode coupling agent is coated on the surface of a conductor. The electrode coupling agent comprises, besides electrode active material, a compound containing sulfur (S) and/or Phosphorus (P). The content of sulfur ingredient and/or phosphorus ingredient is 500-4000 ppm to the total amount of the electrode coupling agent. The conductor has an improved bonding ability to the electrode coupling agent because the interface with the electrode coupling agent is corroded due to the compound containing sulfur and/or phosphorus.

Description

이차전지용 전극 및 이의 제조방법 {Electrode for Secondary Battery and Manufacturing Method thereof}Electrode for secondary battery and manufacturing method thereof {Electrode for Secondary Battery and Manufacturing Method etc}

본 발명은 이차전지용 전극 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전극 합제가 집전체의 표면에 도포되어 있는 전극으로서, 상기 전극 합제는 전극 활물질 이외에, 황(S) 및/또는 인(P)을 함유한 화합물을 포함하고 있고, 황 성분 및/또는 인 성분의 함량이 전극 합제 총량에 500 내지 4000 ppm이며, 상기 집전체는 전극 합제 중의 상기 황 및/또는 인을 함유한 화합물에 의해 전극 합제와의 계면이 부식되어 전극 합제에 대해 향상된 결합력을 갖는 것을 특징으로 하는 전극 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a secondary battery electrode and a method of manufacturing the same, and more particularly, an electrode mixture is an electrode coated on the surface of the current collector, the electrode mixture in addition to the electrode active material sulfur (S) and / or phosphorus (P) And a sulfur component and / or a phosphorus component in a content of 500 to 4000 ppm in the total amount of the electrode mixture, and the current collector is formed of the electrode by the compound containing sulfur and / or phosphorus in the electrode mixture. It relates to an electrode and a method for producing the same, characterized in that the interface with the mixture is corroded to have an improved bonding strength to the electrode mixture.

화석연료 사용의 급격한 증가로 인하여 대체 에너지나 청정에너지의 사용에 대한 요구가 증가하고 있으며, 그 일환으로 가장 활발하게 연구되고 있는 분야가 전기화학을 이용한 발전, 축전 분야이다.Due to the rapid increase in the use of fossil fuels, the demand for the use of alternative energy or clean energy is increasing. As a part of this, the most active field of research is electric power generation and storage.

현재 이러한 전기화학적 에너지를 이용하는 전기화학 소자의 대표적인 예로 이차전지를 들 수 있으며, 점점 더 그 사용 영역이 확대되고 있는 추세이다.A representative example of an electrochemical device using such electrochemical energy is a secondary battery, and its use area is gradually increasing.

최근에는 휴대용 컴퓨터, 휴대용 전화기, 카메라 등의 휴대용 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그러한 이차전지 중 높은 에너지 밀도와 작동 전위를 나타내고 사이클 수명이 길며 자기방전율이 낮은 리튬 이차전지에 대해 많은 연구가 행해져 왔고, 또한 상용화되어 널리 사용되고 있다.Recently, as the development and demand for portable devices such as portable computers, portable telephones, cameras, and the like, the demand for secondary batteries is rapidly increasing, and these secondary batteries exhibit high energy density and operating potential, and have a cycle life. Many studies have been conducted on this long, low self-discharge rate lithium battery and are commercially available and widely used.

또한, 환경 문제에 대한 관심이 커짐에 따라 대기오염의 주요 원인의 하나인 가솔린 차량, 디젤 차량 등 화석연료를 사용하는 차량을 대체할 수 있는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등에 대한 연구가 많이 진행되고 있다. 이러한 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등의 동력원으로는 주로 니켈 수소금속 이차전지가 사용되고 있지만, 높은 에너지 밀도와 방전 전압의 리튬 이차전지를 사용하는 연구가 활발히 진행되고 있으며, 일부 상용화 단계에 있다.In addition, as interest in environmental issues grows, researches on electric vehicles and hybrid electric vehicles, which can replace vehicles using fossil fuel, such as gasoline and diesel vehicles, which are one of the main causes of air pollution, are being conducted. . As a power source of such electric vehicles and hybrid electric vehicles, nickel-metal hydride secondary batteries are mainly used, but researches using lithium secondary batteries with high energy density and discharge voltage have been actively conducted and some commercialization stages are in progress.

일반적으로 리튬 이차전지는 전극 활물질로서 리튬 전이금속 산화물을 포함하는 양극과 카본계 활물질을 포함하는 음극, 및 양극과 음극 사이에 폴리올레핀계 다공성 분리막이 개재되어 있는 전극조립체에 LiPF6 등의 리튬염을 가진 비수성 전해액이 함침되어 있는 구조로 이루어져 있다.In general, a lithium secondary battery uses a lithium salt such as LiPF 6 in an electrode assembly including a positive electrode including a lithium transition metal oxide and a negative electrode including a carbon-based active material as an electrode active material, and a polyolefin-based porous separator interposed between the positive electrode and the negative electrode. It consists of a structure impregnated with a nonaqueous electrolyte solution.

종래의 전형적인 리튬 이차전지는 양극 활물질의 리튬 이온이 방출되어 음극의 탄소 층으로 삽입되면서 충전이 진행되고, 탄소 층의 리튬 이온이 방출되어 양극 활물질로 삽입되면서 방전이 진행된다. A typical lithium secondary battery is discharged while lithium ions of the positive electrode active material are released and inserted into the carbon layer of the negative electrode, and lithium ions of the carbon layer are released and inserted into the positive electrode active material.

그러나, 이러한 리튬 이차전지의 충전 및 방전 시 리튬 이온에 의해 전극 합제의 수축, 팽창이 반복되기 때문에 전극 합제와 집전체 사이의 결합력이 낮아져 그 부분의 전극의 저항이 높아지게 되고, 저항이 높아진 부분에서 부반응이 일어나 전지의 수명이 퇴화하며 저항으로 인해 전지의 출력 특성이 저하되는 문제점이 발생한다. However, since the contraction and expansion of the electrode mixture are repeated by lithium ions during charging and discharging of the lithium secondary battery, the bonding force between the electrode mixture and the current collector is lowered, thereby increasing the resistance of the electrode in the portion, and in the portion of which the resistance is high. Side reactions occur and the life of the battery is deteriorated, and resistance causes a problem that the output characteristics of the battery are degraded.

또한, 전극 합제와 집전체 사이의 결합력이 너무 낮은 경우에는, 전극 합제가 집전체로부터 탈리되어 전기적으로 단락이 일어날 수 있어 전지의 안정성에도 치명적인 위험을 초래하게 된다.In addition, when the bonding force between the electrode mixture and the current collector is too low, the electrode mixture may be detached from the current collector and electrically short-circuited, thereby causing a fatal risk to the stability of the battery.

이러한 문제를 해결하기 위해 바인더의 함량을 높이면 전기적으로 부도체인 바인더로 인해 전지의 저항이 증가할 뿐만 아니라 상대적으로 활물질의 양이 줄어 용량이 낮아지는 등 전지의 성능에 문제가 있다. 또한, 전지 제조 시 전해액을 주입하면 전극에 포함되어 있는 바인더가 팽창하면서 집전체와 활물질의 결합력을 낮게 하므로 바인더의 함량을 높이는 데에는 한계가 있다. In order to solve this problem, increasing the content of the binder not only increases the resistance of the battery due to the electrically nonconductive binder, but also decreases the capacity of the active material, thereby lowering the capacity of the battery. In addition, when the electrolyte is injected during battery manufacturing, the binder contained in the electrode expands while lowering the binding force between the current collector and the active material, thereby increasing the content of the binder.

따라서, 전지의 수명특성, 출력특성을 향상시키고 전극의 안정성을 도모할 수 있도록 전극 합제와 집전체의 결합력을 향상시킬 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.Therefore, there is a high demand for a technology capable of improving the bonding force between the electrode mixture and the current collector so as to improve battery life characteristics, output characteristics, and electrode stability.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the above-described problems of the prior art and the technical problems required from the past.

본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 전극 합제에 황(S) 및/또는 인(P)을 함유한 화합물이 포함되어 황 성분 및/또는 인 성분의 함량이 특정 범위를 갖는 경우, 전극 합제와 집전체의 결합력이 향상되는 것을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.After extensive research and various experiments, the inventors of the present application include a compound containing sulfur (S) and / or phosphorus (P) in the electrode mixture so that the content of the sulfur component and / or phosphorus component is in a specific range. When it had, it confirmed that the bonding force of an electrode mixture and an electrical power collector improves, and came to complete this invention.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전극은, 전극 합제가 집전체의 표면에 도포되어 있는 전극으로서, 상기 전극 합제는 전극 활물질 이외에, 황(S) 및/또는 인(P)을 함유한 화합물을 포함하고 있고, 황 성분 및/또는 인 성분의 함량이 전극 합제 총량에 500 내지 4000 ppm이며, 상기 집전체는 전극 합제 중의 상기 황 및/또는 인을 함유한 화합물에 의해 전극 합제와의 계면이 부식되어 전극 합제에 대해 향상된 결합력을 갖는 것을 특징으로 한다.An electrode according to the present invention for achieving this object is an electrode in which the electrode mixture is applied to the surface of the current collector, the electrode mixture containing sulfur (S) and / or phosphorus (P) in addition to the electrode active material And a content of sulfur and / or phosphorus in the total amount of the electrode mixture is 500 to 4000 ppm, and the current collector has an interface with the electrode mixture by the sulfur- and / or phosphorus-containing compound in the electrode mixture. It is corroded and has improved bonding to the electrode mixture.

하나의 구체적인 예에서, 상기 황 또는 인을 함유한 화합물은 전극 합제 내의 전극 활물질에 포함되어 있는 불순물로부터 유래될 수 있다. 예를 들면, 전극 활물질을 이루는 리튬 전이금속 산화물의 경우 이를 제조하는 전구체들은 전이금속 염을 혼합하여 제조된다. 이 때, 전이금속 염은 소성시 용이하게 분해되고 휘발되기 쉬운 음이온을 갖는 것이 바람직하므로, 황산염 또는 인산염일 수 있다. 그러므로 이를 이용하여 전구체를 합성하고 리튬 함유 물질과 함께 소성시킴으로써 리튬 전이금속 산화물을 만드는 경우에는 황을 함유한 화합물 또는 인을 함유한 화합물이 전극 활물질 내에 포함되어 있을 수 있다.In one specific example, the compound containing sulfur or phosphorus may be derived from impurities contained in the electrode active material in the electrode mixture. For example, in the case of a lithium transition metal oxide forming an electrode active material, precursors for preparing the same are prepared by mixing transition metal salts. In this case, since the transition metal salt preferably has an anion that is easily decomposed and volatilized upon firing, the transition metal salt may be sulfate or phosphate. Therefore, when the precursor is synthesized using the same and calcined together with the lithium-containing material to form a lithium transition metal oxide, a compound containing sulfur or a compound containing phosphorus may be included in the electrode active material.

하나의 구체적인 예에서, 본 발명에 따른 전극 합제는 도전재, 바인더 및 충진제로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 더 포함할 수 있고, 따라서, 상기 황 또는 인을 함유한 화합물은 전극 합제 내의 도전재에 포함되어 있는 불순물로부터도 유래될 수 있다. 예를 들어, 상기 도전재를 이루는 주원료인 카본을 제조하는 경우 탄화과정에서 황 또는 인을 함유한 화합물이 불순물로 포함될 수 있다.In one specific example, the electrode mixture according to the present invention may further comprise at least one selected from the group consisting of a conductive material, a binder and a filler, and thus, the compound containing sulfur or phosphorus may be a conductive material in the electrode mixture. It may also be derived from impurities contained in. For example, when manufacturing carbon, which is a main raw material of the conductive material, a compound containing sulfur or phosphorus may be included as an impurity during carbonization.

또 하나의 구체적인 예에서, 상기 언급한 바와 같이 전극 합제의 제조시 전극 활물질 또는 도전재의 불순물로부터 유래된 황 또는 인을 함유한 화합물에 의해 전극 합제에 황 성분 및/또는 인 성분의 함량이 소망하는 범위 내로 포함되어 있지 않은 경우에는, 전극 합제와 집전체 간의 결합력을 향상시키기 위해 상기 황 또는 인을 함유한 화합물을 전극 합제 제조 시 인위적으로 첨가하여 소망하는 효과를 얻을 수 있다.In another specific example, the content of sulfur and / or phosphorus in the electrode mixture is desired by the compounds containing sulfur or phosphorus derived from impurities of the electrode active material or conductive material in the preparation of the electrode mixture as mentioned above. When not included in the range, in order to improve the bonding strength between the electrode mixture and the current collector, the compound containing sulfur or phosphorus may be artificially added in the preparation of the electrode mixture to obtain a desired effect.

이와 관련하여, 본 출원의 발명자들은 상기 전극 합제에 포함되어 있는 황 또는 인을 함유한 화합물로 인해 황 성분 및/또는 인 성분의 함량이 특정 범위를 갖는 전극 합제를 사용하여 전극을 제조할 경우, 집전체의 전극 합제와의 계면이 황 또는 인을 함유한 화합물에 의해 부식되어 전극 합제와 집전체의 결합력을 향상시킬 수 있고, 이에 더하여 이를 기반으로 리튬 이차전지를 제조하는 경우, 집전체로부터 전극 합제가 탈리되는 것을 막아 전기적으로 단락이 일어나는 것을 방지하므로 안정성이 우수할 뿐 아니라 수명특성, 출력특성이 향상됨을 확인하였다.In this regard, the inventors of the present application when the electrode is prepared using an electrode mixture having a specific range of sulfur and / or phosphorus component due to the sulfur or phosphorus-containing compound included in the electrode mixture, When the interface with the electrode mixture of the current collector is corroded by a compound containing sulfur or phosphorus to improve the bonding strength of the electrode mixture and the current collector, in addition to manufacturing a lithium secondary battery based on this, the electrode from the current collector It was confirmed that not only the stability was excellent but also the life characteristics and the output characteristics were prevented because the mixture was prevented from being detached and the electrical short was prevented.

하나의 구체적인 예에서, 상기 황 성분 또는 인 성분의 함량은, 앞서 설명한 바와 같이, 전극 합제 전체량을 기준으로 500 내지 4000 ppm일 수 있고, 상세하게는, 1000 내지 3500 ppm일 수 있다. 황 성분 또는 인 성분의 함량이 너무 높은 경우에는 집전체가 과도하게 부식하여 저항이 증가하고, 오히려 활물질의 성능을 저하시켜 전지의 성능이 나빠질 수 있으며, 함량이 너무 낮은 경우에는 전극 합제와 집전체의 결합력 향상이라는 소망하는 효과를 얻을 수 없다.In one specific example, the content of the sulfur component or phosphorus component, as described above, may be 500 to 4000 ppm based on the total amount of the electrode mixture, in detail, may be 1000 to 3500 ppm. If the content of sulfur or phosphorus is too high, the current collector may be excessively corroded to increase resistance, but rather, the performance of the battery may be degraded by lowering the performance of the active material. If the content is too low, the electrode mixture and the current collector may be deteriorated. Can not achieve the desired effect of improving the cohesion of.

상기 황 성분 또는 인 성분의 함량의 범위는 전극 합제 내에 황을 함유한 화합물만 존재하거나 인을 함유한 화합물만 존재하는 경우에는 황 또는 인 성분의 함량이 상기의 범위를 만족하면 되고, 황을 함유한 화합물과 인을 함유한 화합물이 함께 존재하는 경우에는 황 성분의 함량과 인 성분의 함량을 더한 값이 상기의 범위를 만족하면 된다.The content of the sulfur component or phosphorus component ranges from the content of sulfur or phosphorus in the electrode mixture when only sulfur-containing compounds or phosphorus-containing compounds are present. In the case where one compound and a compound containing phosphorus are present together, a value obtained by adding the content of the sulfur component and the content of the phosphorus component may satisfy the above range.

본 발명은 또한 상기 특정한 함량의 황 또는 인 성분을 갖는 전극의 제조방법을 제공한다.The present invention also provides a method for producing an electrode having the sulfur or phosphorus component of the specific content.

구체적으로, 본 발명에 따른 전극은 (i) 상기 전극 활물질 및 도전재 중의 황 및/또는 인을 검량하는 과정; (ii) 전극 활물질을 포함하는 전극 합제를 준비하는 과정; (iii) 과정(ii)에서, 황 성분 및/또는 인 성분의 함량이 전극 합제 총량에 대해 500 내지 4000 ppm이 아닌 경우, 상기 범위 내로 황 성분 및/또는 인 성분의 함량을 조절하는 과정; 및 (iv) 상기 전극 합제를 집전체 상에 도포한 후 건조하는 과정;을 포함하여 제조될 수 있다.Specifically, the electrode according to the present invention comprises the steps of (i) calibrating sulfur and / or phosphorus in the electrode active material and the conductive material; (ii) preparing an electrode mixture including an electrode active material; (iii) adjusting the content of the sulfur component and / or the phosphorus component within the above range when the content of the sulfur component and / or the phosphorus component is not 500 to 4000 ppm relative to the total amount of the electrode mixture; And (iv) applying the electrode mixture onto a current collector and then drying the electrode mixture.

하나의 구체적인 예에서, 상기 과정(iii)에서, 황 성분 및/또는 인 성분의 함량이 전극 합제 전체량을 기준으로 500 ppm 이하인 경우, 상기 혼합물에 인위적으로 황 및/또는 인을 함유한 화합물을 더 첨가하여 그 양을 늘릴 수 있고, 4000 ppm 이상인 경우, 상기 혼합물을 세척하여 그 양을 줄일 수 있다.In one specific example, in the process (iii), when the content of the sulfur component and / or phosphorus component is 500 ppm or less based on the total amount of the electrode mixture, the compound artificially containing sulfur and / or phosphorus is added to the mixture. It can be added to increase the amount, and if it is 4000 ppm or more, the mixture can be washed to reduce the amount.

상기 과정(ii)에서, 전극 합제 내의 황 또는 인을 함유한 화합물의 함량을 측정하는 방법은 다양할 수 있으며, 특정 물질의 함량을 측정하는 방법들은 당업계에 공지되어 있으므로 그에 대한 자세한 설명은 생략한다.In the process (ii), the method of measuring the content of the sulfur- or phosphorus-containing compound in the electrode mixture may vary, and methods for measuring the content of specific materials are well known in the art, and thus detailed description thereof is omitted. do.

본 발명은 또한, 상기 전극을 포함하는 리튬 이차전지를 제공한다.The present invention also provides a lithium secondary battery comprising the electrode.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전극은 전극 합제에 황 및/또는 인을 함유한 화합물을 포함함으로써 황 성분 및/또는 인 성분의 함량이 특정 범위를 갖는 경우 상기 화합물로 인해 전극 합제와 집전체의 계면이 부식되게 함으로써 전극 합제와 집전체 간의 결합력을 향상시킬 수 있다. As described above, the electrode according to the present invention includes a compound containing sulfur and / or phosphorus in the electrode mixture, whereby the compound and electrode mixture due to the compound when the content of the sulfur component and / or phosphorus component has a specific range By making the whole interface corrode, the bonding force between the electrode mixture and the current collector can be improved.

또한, 이를 기반으로 한 리튬 이차전지는 우수한 수명 특성, 출력 특성을 갖고 안정성이 향상되는 효과가 있다.In addition, the lithium secondary battery based on this has the effect of having excellent life characteristics, output characteristics and stability.

앞서 설명한 바와 같이, 본 발명은 전극 합제가 집전체의 표면에 도포되어 있는 전극으로서, 상기 전극 합제는 전극 활물질 이외에, 황(S) 및/또는 인(P)을 함유한 화합물을 포함하고 있고, 황 성분 및/또는 인 성분의 함량이 전극 합제 총량에 500 내지 4000 ppm이며, 상기 집전체는 전극 합제 중의 상기 황 및/또는 인을 함유한 화합물에 의해 전극 합제와의 계면이 부식되어 전극 합제에 대해 향상된 결합력을 갖는 것을 특징으로 하는 전극 및 이의 제조방법을 제공한다.As described above, the present invention is an electrode, the electrode mixture is applied to the surface of the current collector, the electrode mixture contains a compound containing sulfur (S) and / or phosphorus (P) in addition to the electrode active material, The content of sulfur and / or phosphorus is 500 to 4000 ppm in the total amount of the electrode mixture, and the current collector corrodes the interface with the electrode mixture by the sulfur- and / or phosphorus-containing compound in the electrode mixture, thereby causing It provides an electrode and a method for manufacturing the same, characterized in that having an improved bonding force.

이 때, 상기 전극은 양극 및 음극 모두에 적용될 수 있다.In this case, the electrode may be applied to both the positive electrode and the negative electrode.

상기 양극은 예를 들어, 양극 집전체 상에 양극 활물질, 도전재 및 바인더의 혼합물을 도포한 후 건조하여 제조되며, 필요에 따라서는, 상기 혼합물에 충진제를 더 첨가하기도 한다.The positive electrode is prepared by, for example, applying a mixture of a positive electrode active material, a conductive material, and a binder onto a positive electrode current collector, followed by drying. If necessary, a filler may be further added to the mixture.

상기 양극 활물질은 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물이나 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 화합물; 화학식 Li1+xMn2-xO4 (여기서, x 는 0 ~ 0.33 임), LiMnO3, LiMn2O3, LiMnO2 등의 리튬 망간 산화물; 리튬 동 산화물(Li2CuO2); LiV3O8, LiFe3O4, V2O5, Cu2V2O7 등의 바나듐 산화물; 화학식 LiNi1-xMxO2 (여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B 또는 Ga 이고, x = 0.01 ~ 0.3 임)으로 표현되는 Ni 사이트형 리튬 니켈 산화물; 화학식 LiMn2-xMxO2 (여기서, M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn 또는 Ta 이고, x = 0.01 ~ 0.1 임) 또는 Li2Mn3MO8 (여기서, M = Fe, Co, Ni, Cu 또는 Zn 임)으로 표현되는 리튬 망간 복합 산화물; LiNixMn2-xO4로 표현되는 스피넬 구조의 리튬 망간 복합 산화물; 화학식의 Li 일부가 알칼리토금속 이온으로 치환된 LiMn2O4; 디설파이드 화합물; Fe2(MoO4)3 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.The cathode active material may be a layered compound such as lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ), lithium nickel oxide (LiNiO 2 ), or a compound substituted with one or more transition metals; Lithium manganese oxides such as Li 1 + x Mn 2 -x O 4 (where x is 0 to 0.33), LiMnO 3 , LiMn 2 O 3 , LiMnO 2 and the like; Lithium copper oxide (Li 2 CuO 2 ); Vanadium oxides such as LiV 3 O 8 , LiFe 3 O 4 , V 2 O 5 and Cu 2 V 2 O 7 ; A Ni-site type lithium nickel oxide expressed by the formula LiNi 1-x M x O 2 (where M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B or Ga and x = 0.01 to 0.3); Formula LiMn 2-x M x O 2 ( where, M = Co, Ni, Fe , Cr, and Zn, or Ta, x = 0.01 ~ 0.1 Im) or Li 2 Mn 3 MO 8 (where, M = Fe, Co, Ni, Cu, or Zn); A lithium manganese composite oxide having a spinel structure represented by LiNi x Mn 2-x O 4 ; LiMn 2 O 4 in which a part of Li in the formula is substituted with an alkaline earth metal ion; Disulfide compounds; Fe 2 (MoO 4 ) 3 , and the like. However, the present invention is not limited to these.

상기 양극 집전체는 일반적으로 3 ~ 500 ㎛의 두께로 만든다. 이러한 양극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테리인레스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것 등이 사용될 수 있다. 집전체는 그것의 표면에 미세한 요철을 형성하여 양극 활물질의 접착력을 높일 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태가 가능하다.The cathode current collector generally has a thickness of 3 to 500 mu m. Such a positive electrode current collector is not particularly limited as long as it has high conductivity without causing chemical changes in the battery. Examples of the positive electrode current collector include stainless steel, aluminum, nickel, titanium, sintered carbon, aluminum or stainless steel A surface treated with carbon, nickel, titanium, silver or the like may be used. The current collector may have fine irregularities on the surface thereof to increase the adhesive force of the cathode active material, and various forms such as a film, a sheet, a foil, a net, a porous body, a foam, and a nonwoven fabric are possible.

상기 도전재는 통상적으로 양극 활물질을 포함한 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 50 중량%로 첨가된다. 이러한 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.The conductive material is usually added in an amount of 1 to 50% by weight based on the total weight of the mixture including the cathode active material. Such a conductive material is not particularly limited as long as it has electrical conductivity without causing chemical changes in the battery, for example, graphite such as natural graphite or artificial graphite; Carbon black such as carbon black, acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and summer black; Conductive fibers such as carbon fiber and metal fiber; Metal powders such as carbon fluoride, aluminum, and nickel powder; Conductive whiskeys such as zinc oxide and potassium titanate; Conductive metal oxides such as titanium oxide; Conductive materials such as polyphenylene derivatives and the like can be used.

상기 바인더는 활물질과 도전재 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 양극 활물질을 포함하는 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 50 중량%로 첨가된다. 이러한 바인더의 예로는, 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 브티렌 고무, 불소 고무, 다양한 공중합체 등을 들 수 있다.The binder is a component that assists in bonding of the active material and the conductive material and bonding to the current collector, and is usually added in an amount of 1 to 50 wt% based on the total weight of the mixture containing the cathode active material. Examples of such binders include polyvinylidene fluoride, polyvinyl alcohol, carboxymethylcellulose (CMC), starch, hydroxypropylcellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene, polyethylene , Polypropylene, ethylene-propylene-diene terpolymer (EPDM), sulfonated EPDM, styrene butylene rubber, fluorine rubber, various copolymers and the like.

상기 충진제는 양극의 팽창을 억제하는 성분으로서 선택적으로 사용되며, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 섬유상 재료라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 올리핀계 중합체; 유리섬유, 탄소섬유 등의 섬유상 물질이 사용된다.The filler is optionally used as a component for suppressing the expansion of the anode, and is not particularly limited as long as it is a fibrous material without causing a chemical change in the battery. Examples of the filler include olefin polymers such as polyethylene and polypropylene; Fibrous materials such as glass fibers and carbon fibers are used.

상기 음극은 음극 집전체 상에 음극 활물질을 도포, 건조 및 프레싱하여 제조되며, 필요에 따라 상기에서와 같은 도전재, 바인더, 충진제 등이 선택적으로 더 포함될 수 있다.The negative electrode is manufactured by coating, drying, and pressing a negative electrode active material on a negative electrode current collector, and optionally, the conductive material, binder, filler, etc. may be further included as necessary.

상기 음극 활물질은, 예를 들어, 난흑연화 탄소, 흑연계 탄소 등의 탄소; LixFe2O3(0≤x≤1), LixWO2(0≤x≤1), SnxMe1-xMe’yOz (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me’: Al, B, P, Si, 주기율표의 1족, 2족, 3족 원소, 할로겐; 0<x≤1; 1≤y≤3; 1≤z≤8) 등의 금속 복합 산화물; 리튬 금속; 리튬 합금; 규소계 합금; 주석계 합금; SnO, SnO2, PbO, PbO2, Pb2O3, Pb3O4, Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5, GeO, GeO2, Bi2O3, Bi2O4, and Bi2O5 등의 금속 산화물; 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-Co-Ni 계 재료; 티타늄 산화물; 리튬 티타늄 산화물 등을 사용할 수 있다.The negative electrode active material may include, for example, carbon such as non-graphitized carbon or graphite carbon; Li x Fe 2 O 3 (0≤x≤1 ), Li x WO 2 (0≤x≤1), Sn x Me 1-x Me 'y O z (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me' : Metal complex oxides such as Al, B, P, Si, Group 1, Group 2, Group 3 elements of the periodic table, Halogen, 0 &lt; x &lt; Lithium metal; Lithium alloy; Silicon-based alloys; Tin alloy; SnO, SnO 2, PbO, PbO 2, Pb 2 O 3, Pb 3 O 4, Sb 2 O 3, Sb 2 O 4, Sb 2 O 5, GeO, GeO 2, Bi 2 O 3, Bi 2 O 4, and Bi 2 O 5 ; Conductive polymers such as polyacetylene; Li-Co-Ni-based materials; Titanium oxide; Lithium titanium oxide and the like can be used.

상기 음극 집전체는 일반적으로 3 ~ 500 ㎛의 두께로 만들어진다. 이러한 음극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인레스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 또한, 양극 집전체와 마찬가지로, 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.The negative electrode current collector is generally made to have a thickness of 3 to 500 mu m. Such an anode current collector is not particularly limited as long as it has electrical conductivity without causing chemical changes in the battery, and examples of the anode current collector include copper, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, sintered carbon, a surface of copper or stainless steel A surface treated with carbon, nickel, titanium, silver or the like, an aluminum-cadmium alloy, or the like can be used. In addition, like the positive electrode collector, fine unevenness can be formed on the surface to enhance the bonding force of the negative electrode active material, and it can be used in various forms such as films, sheets, foils, nets, porous bodies, foams and nonwoven fabrics.

본 발명은 또한, 상기 전극을 포함하는 리튬 이차전지를 제공한다.The present invention also provides a lithium secondary battery comprising the electrode.

리튬 이차전지는 양극, 음극, 분리막 및 리튬염 함유 비수 전해질을 포함한다.The lithium secondary battery includes a positive electrode, a negative electrode, a separator, and a lithium salt-containing nonaqueous electrolyte.

본 발명에 따른 이차전지의 기타 성분들에 대해서는 이하에서 설명하다.Other components of the secondary battery according to the present invention will be described below.

상기 분리막은 양극과 음극 사이에 개재되며, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용된다. 분리막의 기공 직경은 일반적으로 0.01 ~ 10 ㎛이고, 두께는 일반적으로 5 ~ 300 ㎛이다. 이러한 분리막으로는, 예를 들어, 내화학성 및 소수성의 폴리프로필렌 등의 올레핀계 폴리머; 유리섬유 또는 폴리에틸렌 등으로 만들어진 시트나 부직포 등이 사용된다. 전해질로서 폴리머 등의 고체 전해질이 사용되는 경우에는 고체 전해질이 분리막을 겸할 수도 있다.The separation membrane is interposed between the anode and the cathode, and an insulating thin film having high ion permeability and mechanical strength is used. The pore diameter of the separator is generally 0.01 to 10 mu m and the thickness is generally 5 to 300 mu m. Such separation membranes include, for example, olefinic polymers such as polypropylene, which are chemically resistant and hydrophobic; A sheet or nonwoven fabric made of glass fiber, polyethylene or the like is used. When a solid electrolyte such as a polymer is used as an electrolyte, the solid electrolyte may also serve as a separation membrane.

상기 리튬염 함유 비수 전해질은, 비수 전해질과 리튬으로 이루어져 있고, 비수 전해질로는 비수계 유기용매, 유기 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용되지만 이들만으로 한정되는 것은 아니다.The lithium salt-containing nonaqueous electrolyte is composed of a nonaqueous electrolyte and lithium. A nonaqueous organic solvent, an organic solid electrolyte, an inorganic solid electrolyte and the like are used as the nonaqueous electrolyte, but are not limited thereto.

상기 비수계 유기용매로는, 예를 들어, N-메틸-2-피롤리디논, 프로필렌 카르보네이트, 에틸렌 카르보네이트, 부틸렌 카르보네이트, 디메틸 카르보네이트, 디에틸 카르보네이트, 감마-부틸로 락톤, 1,2-디메톡시 에탄, 테트라히드록시 프랑(franc), 2-메틸 테트라하이드로푸란, 디메틸술폭시드, 1,3-디옥소런, 포름아미드, 디메틸포름아미드, 디옥소런, 아세토니트릴, 니트로메탄, 포름산 메틸, 초산메틸, 인산 트리에스테르, 트리메톡시 메탄, 디옥소런 유도체, 설포란, 메틸 설포란, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 프로필렌 카르보네이트 유도체, 테트라하이드로푸란 유도체, 에테르, 피로피온산 메틸, 프로피온산 에틸 등의 비양자성 유기용매가 사용될 수 있다.Examples of the non-aqueous organic solvent include N-methyl-2-pyrrolidinone, propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, gamma -Butyrolactone, 1,2-dimethoxyethane, tetrahydroxyfuran, 2-methyltetrahydrofuran, dimethylsulfoxide, 1,3-dioxolane, formamide, dimethylformamide, dioxolane , Acetonitrile, nitromethane, methyl formate, methyl acetate, triester phosphate, trimethoxymethane, dioxolane derivatives, sulfolane, methylsulfolane, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, propylene carbonate Nonionic organic solvents such as tetrahydrofuran derivatives, ethers, methyl pyrophosphate, ethyl propionate and the like can be used.

상기 유기 고체 전해질로는, 예를 들어, 폴리에틸렌 유도체, 폴리에틸렌 옥사이드 유도체, 폴리프로필렌 옥사이드 유도체, 인산 에스테르 폴리머, 폴리 에지테이션 리신(agitation lysine), 폴리에스테르 술파이드, 폴리비닐 알코올, 폴리 불화 비닐리덴, 이온성 해리기를 포함하는 중합제 등이 사용될 수 있다.Examples of the organic solid electrolyte include a polymer electrolyte such as a polyethylene derivative, a polyethylene oxide derivative, a polypropylene oxide derivative, a phosphate ester polymer, an agitation lysine, a polyester sulfide, a polyvinyl alcohol, a polyvinylidene fluoride, A polymer containing an ionic dissociation group and the like may be used.

상기 무기 고체 전해질로는, 예를 들어, Li3N, LiI, Li5NI2, Li3N-LiI-LiOH, LiSiO4, LiSiO4-LiI-LiOH, Li2SiS3, Li4SiO4, Li4SiO4-LiI-LiOH, Li3PO4-Li2S-SiS2 등의 Li의 질화물, 할로겐화물, 황산염 등이 사용될 수 있다.Examples of the inorganic solid electrolyte include Li 3 N, LiI, Li 5 NI 2 , Li 3 N-LiI-LiOH, LiSiO 4 , LiSiO 4 -LiI-LiOH, Li 2 SiS 3 , Li 4 SiO 4 , Nitrides, halides and sulfates of Li such as Li 4 SiO 4 -LiI-LiOH and Li 3 PO 4 -Li 2 S-SiS 2 can be used.

상기 리튬염은 상기 비수계 전해질에 용해되기 좋은 물질로서, 예를 들어, LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, 클로로 보란 리튬, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4 페닐 붕산 리튬, 이미드 등이 사용될 수 있다.The lithium salt is a material that is readily soluble in the non-aqueous electrolyte, for example, LiCl, LiBr, LiI, LiClO 4, LiBF 4, LiB 10 Cl 10, LiPF 6, LiCF 3 SO 3, LiCF 3 CO 2, LiAsF 6, LiSbF 6, LiAlCl 4, CH 3 SO 3 Li, (CF 3 SO 2) 2 NLi, chloroborane lithium, lower aliphatic carboxylic acid lithium, lithium tetraphenyl borate and imide.

또한, 전해액에는 충방전 특성, 난연성 등의 개선을 목적으로, 예를 들어, 피리딘, 트리에틸포스파이트, 트리에탄올아민, 환상 에테르, 에틸렌 디아민, n-글라임(glyme), 헥사 인산 트리 아미드, 니트로벤젠 유도체, 유황, 퀴논 이민 염료, N-치환 옥사졸리디논, N,N-치환 이미다졸리딘, 에틸렌 글리콜 디알킬 에테르, 암모늄염, 피롤, 2-메톡시 에탄올, 삼염화 알루미늄 등이 첨가될 수도 있다. 경우에 따라서는, 불연성을 부여하기 위하여, 사염화탄소, 삼불화에틸렌 등의 할로겐 함유 용매를 더 포함시킬 수도 있고, 고온 보존 특성을 향상시키기 위하여 이산화탄산 가스를 더 포함시킬 수도 있으며, FEC(Fluoro-Ethylene Carbonate), PRS(Propene sultone) 등을 더 포함시킬 수 있다.For the purpose of improving the charge / discharge characteristics and the flame retardancy, the electrolytic solution is preferably mixed with an organic solvent such as pyridine, triethylphosphite, triethanolamine, cyclic ether, ethylenediamine, glyme, Benzene derivatives, sulfur, quinone imine dyes, N-substituted oxazolidinones, N, N-substituted imidazolidines, ethylene glycol dialkyl ethers, ammonium salts, pyrrole, 2-methoxyethanol, . In some cases, halogen-containing solvents such as carbon tetrachloride and ethylene trifluoride may be further added to impart nonflammability. In order to improve the high-temperature storage characteristics, carbon dioxide gas may be further added. FEC (Fluoro-Ethylene Carbonate, PRS (Propene sultone), and the like.

하나의 바람직한 예에서, LiPF6, LiClO4, LiBF4, LiN(SO2CF3)2 등의 리튬염을, 고유전성 용매인 EC 또는 PC의 환형 카보네이트와 저점도 용매인 DEC, DMC 또는 EMC의 선형 카보네이트의 혼합 용매에 첨가하여 리튬염 함유 비수계 전해질을 제조할 수 있다.
In a preferred embodiment, LiPF 6, LiClO 4, LiBF 4, LiN (SO 2 CF 3) 2 , such as a lithium salt, a highly dielectric solvent of DEC, DMC or EMC Fig solvent cyclic carbonate and a low viscosity of the EC or PC of And then adding it to a mixed solvent of linear carbonate to prepare a lithium salt-containing non-aqueous electrolyte.

본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.Those skilled in the art will appreciate that various modifications, additions and substitutions are possible, without departing from the scope and spirit of the invention as disclosed in the accompanying claims.

Claims (12)

전극 합제가 집전체의 표면에 도포되어 있는 전극으로서,
상기 전극 합제는 전극 활물질 이외에, 황(S) 및/또는 인(P)을 함유한 화합물을 포함하고 있고, 황 성분 및/또는 인 성분의 함량이 전극 합제 총량에 500 내지 4000 ppm이며, 상기 집전체는 전극 합제 중의 상기 황 및/또는 인을 함유한 화합물에 의해 전극 합제와의 계면이 부식되어 전극 합제에 대해 향상된 결합력을 갖는 것을 특징으로 하는 전극.
As the electrode mixture is applied to the surface of the current collector,
In addition to the electrode active material, the electrode mixture contains a compound containing sulfur (S) and / or phosphorus (P), and the content of sulfur and / or phosphorus is 500 to 4000 ppm in the total amount of the electrode mixture. The whole has an improved bonding strength to the electrode mixture due to corrosion of the interface with the electrode mixture by the sulfur- and / or phosphorus-containing compound in the electrode mixture.
제 1 항에 있어서, 상기 황 및/또는 인을 함유한 화합물은 전극 활물질에 포함되어 있는 불순물로부터 유래되는 것을 특징으로 하는 전극.The electrode according to claim 1, wherein the compound containing sulfur and / or phosphorus is derived from impurities contained in an electrode active material. 제 2 항에 있어서, 상기 전극 활물질에 포함되어 있는 불순물은 상기 전극 활물질의 전구체 제조용 전이금속 염으로부터 유래되는 것을 특징으로 하는 전극.The electrode of claim 2, wherein the impurity contained in the electrode active material is derived from a transition metal salt for preparing a precursor of the electrode active material. 제 3 항에 있어서, 상기 전이금속 염은 황산염 또는 인산염인 것을 특징으로 하는 전극.The electrode according to claim 3, wherein the transition metal salt is sulfate or phosphate. 제 1 항에 있어서, 상기 전극 합제는 도전재를 더 포함하고, 상기 황 및/또는 인을 함유한 화합물은 상기 도전재에 포함되어 있는 불순물로부터 유래하는 것을 특징으로 하는 전극.The electrode according to claim 1, wherein the electrode mixture further comprises a conductive material, and the sulfur- and / or phosphorus-containing compound is derived from impurities contained in the conductive material. 제 1 항에 있어서, 상기 황 및/또는 인을 함유한 화합물은 상기 전극 합제 제조 시 인위적으로 첨가되는 것을 특징으로 하는 전극.The electrode as claimed in claim 1, wherein the sulfur- and / or phosphorus-containing compound is artificially added when preparing the electrode mixture. 제 1 항에 있어서, 상기 황 성분 및/또는 인 성분의 함량이 전극 합제 총량을 기준으로 1000 내지 3500 ppm으로 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 전극.The electrode according to claim 1, wherein the sulfur and / or phosphorus content is included in an amount of 1000 to 3500 ppm based on the total amount of the electrode mixture. 제 1 항에 있어서, 상기 전극 합제는 도전재, 바인더 및 충진제로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전극.The electrode of claim 1, wherein the electrode mixture further comprises at least one selected from the group consisting of a conductive material, a binder, and a filler. 제 1 항 또는 제 5 항에 따른 전극의 제조방법으로서,
(i) 상기 전극 활물질 및 도전재 중의 황 성분 및/또는 인 성분을 검량하는 과정;
(ii) 전극 활물질을 포함하는 전극 합제를 준비하는 과정;
(iii) 과정(ii)에서, 황 성분 및/또는 인 성분의 함량이 전극 합제 총량에 대해 500 내지 4000 ppm을 벗어나는 경우, 상기 범위 내로 황 성분 및/또는 인 성분의 함량을 조절하는 과정; 및
(iv) 상기 전극 합제를 집전체 상에 도포하고 건조하는 과정;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 전극의 제조방법.
A method of manufacturing an electrode according to claim 1 or 5,
(i) calibrating the sulfur component and / or phosphorus component in the electrode active material and the conductive material;
(ii) preparing an electrode mixture including an electrode active material;
(iii) adjusting the content of the sulfur component and / or the phosphorus component within the above range when the content of the sulfur component and / or phosphorus component is out of 500 to 4000 ppm relative to the total amount of the electrode mixture; And
(iv) applying and drying the electrode mixture on a current collector;
Method for producing an electrode comprising a.
제 9 항에 있어서, 상기 과정(iii)에서, 상기 황 성분 및/또는 인 성분의 함량이 전극 합제 총량을 기준으로 500 ppm 이하인 경우, 상기 혼합물에 인위적으로 황 및/또는 인을 함유한 화합물을 더 첨가하는 것을 특징으로 하는 전극의 제조방법.10. The compound according to claim 9, wherein in the process (iii), the sulfur and / or phosphorus content is 500 ppm or less based on the total amount of the electrode mixture. A method for producing an electrode, characterized in that the addition further. 제 9 항에 있어서, 상기 과정(iii)에서, 상기 황 성분 및/또는 인 성분의 함량이 전극 합제 총량에 대해 4000 ppm 이상인 경우, 상기 혼합물을 세척하는 것을 특징으로 하는 전극 합제의 제조방법. 10. The method according to claim 9, wherein in the process (iii), when the content of the sulfur component and / or phosphorus component is 4000 ppm or more based on the total amount of the electrode mixture, the mixture is washed. 제 1 항에 따른 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.Lithium secondary battery comprising an electrode according to claim 1.
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