KR20140147240A - 탄소계 음극 활물질, 이를 채용한 음극 및 전기화학소자 - Google Patents

탄소계 음극 활물질, 이를 채용한 음극 및 전기화학소자 Download PDF

Info

Publication number
KR20140147240A
KR20140147240A KR1020130070113A KR20130070113A KR20140147240A KR 20140147240 A KR20140147240 A KR 20140147240A KR 1020130070113 A KR1020130070113 A KR 1020130070113A KR 20130070113 A KR20130070113 A KR 20130070113A KR 20140147240 A KR20140147240 A KR 20140147240A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
graphite
active material
carbon
based material
negative electrode
Prior art date
Application number
KR1020130070113A
Other languages
English (en)
Inventor
최상규
신동석
안영락
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 KR1020130070113A priority Critical patent/KR20140147240A/ko
Publication of KR20140147240A publication Critical patent/KR20140147240A/ko

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/58—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
    • H01M4/583—Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
    • H01M4/587—Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx for inserting or intercalating light metals
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/133—Electrodes based on carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

탄소계 음극 활물질 및 이를 채용하는 음극과 전기화학소자가 제공된다. 상기 탄소계 음극 활물질은 대입경의 비정질 탄소계 물질과 흑연계 물질 사이 간극에 소구경의 흑연계 물질을 삽입시킴으로써 전지의 고온특성 및 용량을 실질적으로 저하시키지 않으면서 저온 출력 특성을 향상시킬 수 있다. 따라서 충방전이 요구되는 다양한 분야에 사용될 수 있으며, 특히 저온에서의 출력 특성이 우수하여 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등과 같이 가혹한 조건하에서 작동되는 중대형 전지 시스템에도 사용될 수 있다.

Description

탄소계 음극 활물질, 이를 채용한 음극 및 전기화학소자{Carbon based anode active material, and anode and electrochemical device comprising the same}
본 발명은 탄소계 음극 활물질, 이를 채용한 음극 및 전기화학소자에 관한 것으로서, 상세하게는 음극 활물질에 소정 입경을 갖는 탄소계 물질들을 포함시킴으로써 저온 출력 특성이 우수하여 상온뿐만 아니라 저온에서도 고출력을 제공하는 탄소계 음극 활물질, 이를 채용한 전극 및 전기화학소자를 제공한다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그러한 이차전지 중 높은 에너지 밀도와 방전 전압의 리튬 전지에 대해 많은 연구가 행해져 왔고 또한 상용화되어 널리 사용되고 있다.
아울러 환경문제에 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.
리튬 이차전지는 집전체 상에 각각 활물질이 도포되어 있는 양극과 음극 사이에 다공성의 분리막이 개재된 전극조립체에 리튬염을 포함하는 비수계 전해질이 함침되어 있는 구조로 이루어져 있다. 양극 활물질로는 주로 리튬 코발트계 산화물, 리튬 망간계 산화물, 리튬 니켈계 산화물, 리튬 복합 산화물 등이 사용되고 있으며, 음극 산화물로는 주로 탄소계 물질이 사용되고 있다.
이러한 리튬 이차전지를 휴대폰, 노트북, PDA 등과 더불어 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등의 동력원으로 사용하기 위해서는 가혹한 조건에서 작동할 수 있는 성능이 요구된다. 예를 들어, 외부에서 사용되는 모바일 기기 및 전기자동차는 겨울철과 같이 낮은 기온에서도 작동될 수 있어야 하므로, 상기와 같은 동력원으로서의 요건들의 대표적인 예로는 저온에서의 우수한 출력 특성을 들 수 있다. 특히 저온에서 충분한 출력을 제공하지 못할 경우에는 동력 시스템의 구동이 원할하지 못하게 되고, 시동에 필요한 최소한의 출력에도 미치지 못할 경우에는 차량 운행 자체가 불가능할 수 있다.
리튬 이차전지의 저온 출력 특성의 향상은 주로 전해액과 음극 재료에 대한 개선을 통해 시도되고 있다. 그 중 음극 재료와 관련하여, 저온 특성의 개선은 고온 특성 및 전지 용량의 감소가 초래된다는 문제점을 가지고 있다.
따라서, 고온 특성과 전지 용량 감소를 실질적으로 초래하지 않으면서 용이한 방법으로 저온 출력 특성의 향상을 이룰 수 있는 기술이 요구되고 있다.
본 발명이 해결하려는 제1 과제는, 고온특성과 용량의 저하를 최소화하면서 저온 출력 특성이 개선된 탄소계 음극 활물질을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하려는 제2 과제는 상기 음극 활물질을 포함하는 음극을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하려는 제3 과제는 상기 음극을 구비하는 전기화학소자를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면,
D50이 15 내지 17㎛인 제1 흑연계 물질;
D50이 1 내지 5㎛인 제2 흑연계 물질; 및
D50이 15 내지 17㎛인 비정질 탄소계 물질;을 포함하는 탄소계 음극 활물질이 제공된다.
상기 제2 흑연계 물질의 D50이 2.5 내지 3.5㎛인 것인 탄소계 음극 활물질.
상기 제2 흑연계 물질이 상기 제1 흑연계 물질과 상기 비정질 탄소계 물질의 사이 간극에 삽입되어 있을 수 있다.
상기 제2 흑연계 물질의 함량은 상기 음극 활물질 전체 중량에 대하여 1 내지 20중량%일 수 있다.
상기 제1 흑연계 물질 또는 제2 흑연계 물질은 소프트 카본 및 결정질 흑연 중 하나 이상일 수 있다.
상기 비정질 탄소 물질은 하드카본일 수 있다.
상기 제1 흑연계 물질의 함량은 상기 음극 활물질 전체 중량에 대하여 25 내지 65중량%일 수 있다.
상기 비정질 탄소계 물질의 함량은 상기 음극 활물질 전체 중량에 대하여 25 내지 65중량%일 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 전술한 탄소계 음극 활물질을 포함하는 음극이 제공된다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 양극, 음극, 상기 양극 및 음극 사이에 개재된 분리막을 포함하는 전기화학소자에 있어서, 상기 음극이 전술한 음극인 전기화학소자가 제공된다.
상기 전기화학소자는 리튬 이차전지일 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 고온특성과 용량의 저하를 최소화하면서 저온 출력 특성이 개선된 탄소계 음극 활물질 및 이를 채용한 음극 및 전기화학소자를 제공할 수 있으며, 이러한 전기화학소자는 고출력 대용량의 전지 또는 전지팩용 단위전지로서 바람직하게 사용될 수 있고, 특히, 저온에서 가열해주는 별도의 내연기관이 필요 없이도 저온에서도 고출력을 필요로 하는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등과 같은 차량용 전원으로서 사용될 수 있다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 탄소계 음극 활물질은 D50이 15 내지 17㎛인 제1 흑연계 물질; D50이 1 내지 5㎛인 제2 흑연계 물질; 및 D50이 15 내지 17㎛인 비정질 탄소계 물질;을 포함한다.
상기 탄소계 음극 활물질은 D50이 15 내지 17㎛인 제1 흑연계 물질과 비정질 탄소계 물질을 베이스로 하며, 이러한 입자들 사이의 간극에 상기 D50이 2 내지 5㎛인 제2 흑연계 물질이 삽입되어 있는 구조를 가질 수 있다.
일반적으로 탄소계 물질은 열처리 및 소성 여부에 따라 흑연, 비정질 탄소 및 도전재 여부가 결정되며, 그 입경 또한 제한을 받게 된다. 이와 같은 탄소계 물질이 활물질로서 작용하기 위해서는 기본적인 결정 구조가 흑연의 구조를 가져야 하나, 그 입경이 너무 작으면 흑연 구조가 발달하지 못하여 양극으로부터 다수의 리튬 이온을 가역적으로 주고 받을 수 없게 되므로 전도성 물질로 잔류하게 된다.
상기 탄소계 물질이 흑연의 결정 구조를 가지면서 활물질로서 역할을 할 수 있는 최소 크기는 약 1㎛ 내지 3㎛이며, 예를 들어 약 3㎛의 입경을 갖는 흑연계 물질이 활물질로서 기능을 할 수 있게 된다.
이와 같이 활물질로서 기능할 수 있는 흑연계 물질의 크기가 작을수록 비표면적이 커지고, 그에 따라 리튬 이온의 입방출시 포텐셜이 커져서 결과적으로 활성화를 감소시킬 수 있게 된다. 따라서 전극에서 출력 특성 향상을 위해서 입경이 작은 활물질을 사용할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, D50이 15 내지 17㎛인 제1 흑연계 물질과 D50이 15 내지 17㎛인 비정질 탄소계 물질을 베이스로 하여, 여기에 D50이 1 내지 5㎛, 예를 들어 2.5 내지 3.5㎛인 제2 흑연계 물질을 첨가하여 상기 제1 흑연계 물질과 비정질 탄소계 물질의 사이 간극에 삽입시킴으로써 전지의 고온특성 및 용량을 실질적으로 저하시키지 않으면서 저온 출력 특성을 향상시킬 수 있다.
상기 흑연계 물질로서는 입자상의 물질이라면 제한 없이 사용할 수 있으며, 거의 흑연화된 층상 결정 구조(graphene structure; 탄소의 6각형 벌집 모양 평면이 층상으로 배열된 구조)를 갖는 소프트 카본(soft carbon)과, 층상 결정구조가 완전히 이루어진 결정질 흑연을 사용할 수 있다. 예를 들어 인상 흑연, 결정성 흑연 등의 천연흑연 입자 또는 인조흑연 입자 등을 사용할 수 있다. 상기 인조 흑연 입자로서는 흑연조직(흑연결정)이 랜덤하게 배향된 등방성의 인조흑연 입자를 사용할 수 있다.
상기 비정질 탄소계 물질은 입자상으로서, 층상 결정 구조를 갖는 탄소계 물질들이 비결정성 부분들과 혼합되어 있는 하드카본(hard carbon) 등을 제한 없이 사용할 수 있다.
상기 D50은 흑연 입자 또는 비정질 탄소 입자의 평균입경(단위: ㎛)을 의미하며, 예를 들어 레이저 회절식 입자 분포 측정 장치에 의하여 측정할 수 있다.
상기 제1 흑연계 물질은 탄소계 음극 활물질의 전체 중량에 대하여 25 내지 65 중량%의 함량으로 사용될 수 있으며, 상기 범위를 만족하는 경우 셀의 수명이 개선될 수 있다.
상기 비정질 탄소는 탄소계 음극 활물질의 전체 중량에 대하여 25 내지 65 중량%의 함량으로 사용될 수 있으며, 상기 범위를 만족하는 경우 셀의 수명이 개선될 수 있다.
상기 제2 흑연계 물질은 탄소계 음극 활물질의 전체 중량에 대하여, 예를 들어 1 내지 20 중량%의 함량, 또는 5 내지 15 중량%의 함량으로 사용될 수 있으며, 상기 범위를 만족하는 경우, 충분한 저온 출력 특성을 확보할 수 있다.
상기 탄소계 음극 활물질을 포함하는 음극 합제에는 일반적으로 소정량의 도전제, 결착제(바인더) 등이 첨가되며, 경우에 따라서는 충진제가 더 포함되기도 한다.
상기 도전제는 전극 활물질의 도전성을 향상시키는 작용을 하며, 전극 활물질을 포함하는 전극 합제 전체 중량을 기준으로 통상적으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 도전제는 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.
상기 결착제는 전극 활물질과 도전제 등의 결합과 집전체에 대한 전극 활물질의 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 전극 합제 전체 중량을 기준으로 1 내지 50 중량%로 첨가된다. 이러한 결착제의 예로는, 폴리비닐리덴 플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 (polyvinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene), 폴리비닐리덴 플루오라이드-트리클로로에틸렌 (polyvinylidene fluoride-co-trichloroethylene), 폴리메틸메타크릴레이트 (polymethylmethacrylate), 폴리부틸아크릴레이트 (polybutylacrylate), 폴리아크릴로니트릴 (polyacrylonitrile), 폴리비닐피롤리돈 (polyvinylpyrrolidone), 폴리비닐아세테이트 (polyvinylacetate), 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체 (polyethylene-co-vinyl acetate), 폴리에틸렌옥사이드 (polyethylene oxide), 폴리아릴레이트(polyarylate), 셀룰로오스 아세테이트 (cellulose acetate), 셀룰로오스 아세테이트 부틸레이트 (cellulose acetate butyrate), 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트 (cellulose acetate propionate), 시아노에틸플루란 (cyanoethylpullulan), 시아노에틸폴리비닐알콜 (cyanoethylpolyvinylalcohol), 시아노에틸셀룰로오스 (cyanoethylcellulose), 시아노에틸수크로오스 (cyanoethylsucrose), 플루란 (pullulan) 및 카르복실 메틸 셀룰로오스 (carboxyl methyl cellulose)로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물일 수 있다.
상기 충진제는 전극의 팽창을 억제하는 성분으로서, 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.
그러나, 본 발명의 효과를 손상시키지 않는 범위 내에서 기타 성분들이 첨가될 수도 있으며, 이들은 모두 본 발명의 범주에 속하는 것으로 해석되어야 한다.
본 발명은 또한 상기 음극 합제로 제조된 음극과, 양극, 분리막, 및 리튬염 함유 비수 전해질로 구성된 전기화학소자를 제공한다.
일반적으로 음극은 활물질, 도전제, 결착제 등의 음극 합제를 N-메틸-2-피롤리디논(NMP) 등의 용매에 첨가하여 슬러리 형태로 제조한 후, 이를 집전체 상에 도포하여 건조 및 프레싱함으로써 제조한다.
상기 음극 집전체는 일반적으로 3 내지 500 ㎛의 두께로 만들어진다. 이러한 음극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 집전체는 그것의 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극 활물질 등의 접착력을 높일 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태가 가능하다.
상기 양극은, 음극과 마찬가지로, 집전체 상에 양극 활물질, 도전제 및 결착제 등의 양극 합제를 슬러리의 형태로 도포한 후 건조 및 프레싱하여 제조된다.상기 양극 활물질은 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물이나 하나 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; 화학식의 Li 일부가 알칼리토금속 이온으로 치환된 LiMn2O4; 디설파이드 화합물; Fe2(MoO4)3 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
그 중에서도, 안전성이 우수하고 저렴하며 출력이 우수한 LiMn2O4 등의 리튬 망간 산화물과, LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2 등의 리튬 니켈-망간-코발트 복합 산화물이 더욱 바람직하다.
상기 양극 집전체는 일반적으로 3 내지 500 ㎛의 두께로 만든다. 이러한 양극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것 등이 사용될 수 있다. 또한, 음극 집전체에서와 마찬가지로, 표면에 미세한 요철을 형성하여 양극 활물질 등의 접착력을 높일 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태가 가능하다.
상기 분리막은 양극과 음극 사이에 개재되며, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용된다. 분리막의 기공 직경은 일반적으로 0.01 내지 10 ㎛이고, 두께는 일반적으로 5 내지 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.
상기 폴리올레핀계 다공성 막의 예로는, 고밀도 폴리에틸렌, 선형 저밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌, 초고분자량 폴리에틸렌과 같은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부틸렌, 폴리펜텐 등의 폴리올레핀계 고분자를 각각 단독으로 또는 이들을 혼합한 고분자로 형성한 막(membrane)을 들 수 있다.
상기 부직포로는 폴리올레핀계 부직포 외에 예를 들어, 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethyleneterephthalate), 폴리부틸렌테레프탈레이트(polybutyleneterephthalate), 폴리에스테르(polyester), 폴리아세탈(polyacetal), 폴리아미드(polyamide), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리이미드(polyimide), 폴리에테르에테르케톤(polyetheretherketone), 폴리에테르설폰(polyethersulfone), 폴리페닐렌옥사이드(polyphenyleneoxide), 폴리페닐렌설파이드로(polyphenylenesulfidro), 폴리에틸렌나프탈렌(polyethylenenaphthalene) 등을 각각 단독으로 또는 이들을 혼합한 고분자로 형성한 부직포를 들 수 있다. 부직포의 구조는 장섬유로 구성된 스폰본드 부직포 또는 멜트 블로운 부직포일 수 있다.
리튬염 함유 비수계 전해질은 전해액과 리튬염으로 이루어져 있다. 전해액으로는 비수계 액상 전해액, 유기 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용된다.
상기 비수계 액상 전해액으로는, 예를 들어, N-메틸-2-피롤리디논, 프로필렌 카보네이트, 에틸렌 카보네이트, 부틸렌 카보네이트, 디메틸 카보네이트, 디에틸 카보네이트, 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 카보네이트 유도체, 테트라하이드로푸란 유도체, 에테르, 피로피온산 메틸, 프로피온산 에틸 등의 비양자성 유기용매가 사용될 수 있다.
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 중합체 등이 사용될 수 있다.
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.
상기 리튬염은 상기 비수계 전해질에 용해되기 좋은 물질로서, 예를 들어, LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, CF3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, 클로로 보란 리튬, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4 페닐 붕산 리튬, 이미드 등이 사용될 수 있다.
또한, 비수계 전해질에는 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 있다.
본 발명에 따른 리튬 전지는 고출력 대용량의 전지 또는 전지팩용 단위전지로서 바람직하게 사용될 수 있고, 특히, 저온에서도 고출력을 필요로 하는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등과 같은 차량용 전원으로서 바람직하게 사용될 수 있다.

Claims (11)

  1. D50이 15 내지 17㎛인 제1 흑연계 물질;
    D50이 1 내지 5㎛인 제2 흑연계 물질; 및
    D50이 15 내지 17㎛인 비정질 탄소계 물질;을 포함하는 탄소계 음극 활물질.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 흑연계 물질의 D50이 2.5 내지 3.5㎛인 것인 탄소계 음극 활물질.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 흑연계 물질이 상기 제1 흑연계 물질과 상기 비정질 탄소계 물질의 사이 간극에 삽입되어 있는 것인 탄소계 음극 활물질.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 흑연계 물질의 함량이 상기 음극 활물질 전체 중량에 대하여 1 내지 20 중량%인 것인 탄소계 음극 활물질.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 흑연계 물질 또는 제2 흑연계 물질이 소프트 카본 및 결정질 흑연 중 하나 이상인 것인 탄소계 음극 활물질.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 비정질 탄소 물질이 하드카본인 것인 탄소계 음극 활물질.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 흑연계 물질의 함량이 상기 음극 활물질 전체 중량에 대하여 25 내지 65 중량%인 것인 탄소계 음극 활물질.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 비정질 탄소계 물질의 함량이 상기 음극 활물질 전체 중량에 대하여 25 내지 65 중량%인 것인 탄소계 음극 활물질.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 탄소계 음극 활물질을 포함하는 음극.
  10. 양극, 음극, 상기 양극 및 음극 사이에 개재된 분리막을 포함하는 전기화학소자에 있어서, 상기 음극이 상기 제9항에 따른 것인 전기화학소자.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 전기화학소자가 리튬 이차전지인 것을 특징으로 하는 전기화학소자.
KR1020130070113A 2013-06-19 2013-06-19 탄소계 음극 활물질, 이를 채용한 음극 및 전기화학소자 KR20140147240A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130070113A KR20140147240A (ko) 2013-06-19 2013-06-19 탄소계 음극 활물질, 이를 채용한 음극 및 전기화학소자

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130070113A KR20140147240A (ko) 2013-06-19 2013-06-19 탄소계 음극 활물질, 이를 채용한 음극 및 전기화학소자

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20140147240A true KR20140147240A (ko) 2014-12-30

Family

ID=52676099

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020130070113A KR20140147240A (ko) 2013-06-19 2013-06-19 탄소계 음극 활물질, 이를 채용한 음극 및 전기화학소자

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20140147240A (ko)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017111542A1 (ko) * 2015-12-23 2017-06-29 주식회사 엘지화학 리튬 이차전지용 음극활물질 및 이를 포함하는 리튬 이차전지용 음극
CN109817886A (zh) * 2018-12-29 2019-05-28 深圳市卓能新能源股份有限公司 电池负极片及其制作方法和锂离子电池
US10439221B2 (en) 2015-12-23 2019-10-08 Lg Chem, Ltd. Negative electrode active material for lithium secondary battery and negative electrode for lithium secondary battery including the same
CN112397691A (zh) * 2019-08-13 2021-02-23 珠海冠宇电池股份有限公司 一种高能量密度快充锂离子电池负极活性材料
US11043673B2 (en) 2017-01-20 2021-06-22 Samsung Sdi Co., Ltd. Anode active material for lithium secondary battery and lithium secondary battery comprising same

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017111542A1 (ko) * 2015-12-23 2017-06-29 주식회사 엘지화학 리튬 이차전지용 음극활물질 및 이를 포함하는 리튬 이차전지용 음극
US10439221B2 (en) 2015-12-23 2019-10-08 Lg Chem, Ltd. Negative electrode active material for lithium secondary battery and negative electrode for lithium secondary battery including the same
US11043673B2 (en) 2017-01-20 2021-06-22 Samsung Sdi Co., Ltd. Anode active material for lithium secondary battery and lithium secondary battery comprising same
CN109817886A (zh) * 2018-12-29 2019-05-28 深圳市卓能新能源股份有限公司 电池负极片及其制作方法和锂离子电池
CN112397691A (zh) * 2019-08-13 2021-02-23 珠海冠宇电池股份有限公司 一种高能量密度快充锂离子电池负极活性材料

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100908571B1 (ko) 안전성과 저온 출력 특성이 우수한 리튬 이차전지
KR101288779B1 (ko) 출력 향상을 위한 리튬이차전지용 양극재 및 이를 포함하는 리튬이차전지
KR20150102916A (ko) 리튬 이차전지용 전해액 및 이를 포함하는 리튬 이차전지
KR101589993B1 (ko) 신규한 이차전지
KR101684347B1 (ko) 최외각면에 절연성 물질이 부가되어 있는 전극조립체 및 이를 포함하는 이차전지
KR102005779B1 (ko) 음극 활물질 입자의 형상이 상이한 활물질층들을 포함하는 이차전지용 음극의 제조 방법
KR20120070494A (ko) 음극 활물질 및 이를 이용한 이차전지
KR101570977B1 (ko) 리튬 이차전지
KR101527996B1 (ko) 전기화학적 성능이 향상된 리튬 망간 산화물계 양극활물질 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지
KR20120093487A (ko) 다층 구조의 이차전지용 음극 및 이를 포함하는 리튬 이차전지
KR20140066567A (ko) 리튬 이차전지용 전해액 및 이를 포함하는 리튬 이차전지
KR20140066056A (ko) 리튬 이차전지용 전해액 및 이를 포함하는 리튬 이차전지
KR101570975B1 (ko) 리튬 이차전지
KR20170031387A (ko) 활물질 입자의 평균 입경이 상이한 코팅층들을 포함하는 이차전지용 전극
KR102363963B1 (ko) 리튬 이차전지
KR20140147240A (ko) 탄소계 음극 활물질, 이를 채용한 음극 및 전기화학소자
KR101264497B1 (ko) 출력 향상을 위한 리튬이차전지용 양극 및 이를 포함하는 리튬이차전지
KR20170031375A (ko) 바인더의 함량이 상이한 활물질층들을 포함하는 이차전지용 음극
KR20210109382A (ko) 탭 상에 형성된 절연필름을 포함하는 전극 조립체, 이의 제조방법, 및 이를 포함하는 리튬 이차전지
KR100893228B1 (ko) 저온 특성이 향상된 리튬 이차전지용 전해질 및 이를포함하고 있는 이차전지
KR101558863B1 (ko) 리튬 이차전지
KR101809651B1 (ko) 리튬 이차전지용 전해액 및 이를 포함하는 리튬 이차전지
KR101561424B1 (ko) 리튬 이차전지용 전해액 및 이를 포함하는 리튬 이차전지
KR101441362B1 (ko) Ｇｔｌ 촉매를 이용한 전기화학소자
KR20140071549A (ko) 리튬 이차전지용 전해액 및 이를 포함하는 리튬 이차전지

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Withdrawal due to no request for examination