KR20160027365A - Current collector for electrode of secondary battery - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 이차전지 전극용 집전체에 관한 것으로, 특히 고에너지, 고출력을 얻기 위하여 다열 적층된 전극을 포함하는 리튬이차전지에 있어서, 전극 내 저항을 감소시키고, 리튬이온의 이동을 원활하게 하도록 다공성 도전체로 형성된 집전체에 관한 것이다.
The present invention relates to a current collector for a secondary battery electrode, and more particularly, to a lithium secondary battery including a multi-layered electrode in order to obtain high energy and high output, And a current collector formed of a conductor.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요의 증가로, 가볍고 오래 사용할 수 있으며, 신뢰성이 높은 고성능의 소형 이차 전지 개발이 절실히 요청되고 있다. 또한 환경 및 에너지 문제의 해결 방안의 하나인 전기자동차와 심야유휴전력의 효율적 활용을 위한 대형 이차전지의 개발 수요가 높아지고 있다. 이러한 수요에 부응하기 위해 지금까지 많은 연구가 이루어진 것이 리튬이차전지이다.With the development of technology and demand for mobile devices, it is urgently required to develop a small secondary battery which is light and long-lasting, highly reliable, and high-performance. In addition, there is a growing demand for the development of large-sized rechargeable batteries for efficient use of electric vehicles and idle idle electric power, which are solutions to environmental and energy problems. To meet this demand, lithium secondary batteries have been studied so far.
리튬이차전지는 전해질의 형태에 따라 유기용매 전해질을 사용하는 리튬금속전지 및 리튬이온전지와 고체고분자전해질을 사용하는 리튬폴리머전지로 나눌 수 있다.The lithium secondary battery can be classified into a lithium metal battery using an organic solvent electrolyte and a lithium polymer battery using a lithium ion battery and a solid polymer electrolyte depending on the type of electrolyte.
이 중, 리튬폴리머전지는 전해질이 고체이기 때문에 전해질의 누수염려가 없어 안정성이 확보되고, 또한 용도에 따라 다양한 크기와 모양으로 에너지 밀도가 높은 형태로 제조할 수 있어, 향후에도 지속적인 개발이 기대되고 있다.Of these, the lithium polymer battery has a stable electrolyte due to the solid electrolyte, and it can be manufactured in a form having a high energy density in various sizes and shapes depending on the application, and it is expected to be continuously developed in the future have.
한편, 리튬이차전지는 충·방전 횟수가 증가함에 따라 양극활물질과 전해질의 계면, 음극활물질과 전해질의 계면, 전해질 자체에서 저항 성분이 생성되면서 리튬 이온의 흐름이 방해를 받기 때문에 수명 및 용량이 감소하게 된다.On the other hand, as the number of charge / discharge cycles of lithium secondary battery increases, the resistance component is generated in the interface between the cathode active material and the electrolyte, the interface between the anode active material and the electrolyte, and the electrolyte itself, .
특히 저항 성분은 주로 양극 측에서 발생되는 전해질의 분해 반응에 의해 발생되는데, 전해질의 분해 반응은 많은 가스를 발생시켜 전지 내부의 접촉을 감소시켜 저항을 증가시키거나, 전해질의 점도를 증가시켜 리튬 이온의 흐름을 방해하게 되어, 전지의 수명 및 용량이 감소하는 문제가 있다.
Particularly, the resistance component is generated mainly by the decomposition reaction of the electrolyte generated on the anode side. The decomposition reaction of the electrolyte generates a lot of gas to decrease the contact inside the cell to increase the resistance, or increase the viscosity of the electrolyte, The life of the battery and the capacity of the battery are reduced.
본 발명과 관련하여, 대한민국 공개특허 제10-2013-011697호(2013.10.11 공개)에는 전극조립체가 개시되어 있으나, 상기와 같은 문제점을 해결하는 기술적 수단에 대해서는 언급한 바 없다.
In connection with the present invention, Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2013-011697 (published Oct. 10, 2013) discloses an electrode assembly, but does not mention a technical means for solving the above problems.
본 발명의 목적은 상기와 같은 저항 문제를 해결하고, 고에너지, 고출력을 얻기 위하여 다열 적층된 전극을 포함하는 리튬이차전지에 있어서, 전극 내 저항을 감소시키고, 리튬이온의 이동을 원활하게 하도록 다공성 도전체로 형성된 집전체를 제공하는 것이다.
It is an object of the present invention to provide a lithium secondary battery including a multi-layer stacked electrode for solving the above-mentioned resistance problem and achieving high energy and high output, And a current collector formed of a conductor.
본 발명은 고에너지, 고출력을 얻기 위하여 다열 적층된 전극을 포함하는 리튬이차전지에 있어서, 전극 내 저항을 감소시키고, 리튬이온의 이동을 원활하게 하도록 다공성 도전체로 형성된 집전체를 제공한다.
The present invention provides a lithium secondary battery including a plurality of stacked electrodes for obtaining a high energy and a high output, the lithium ion secondary battery comprising a current collector formed of a porous conductor to reduce resistance in the electrode and smooth movement of lithium ions.
본 발명의 다공성 도전체로 형성된 집전체에 의하면, 고에너지, 고출력을 위해 다열 적층된 전극을 포함하는 이차전지의 전극 내 저항을 감소시키고, 리튬이온의 이동을 원활하게 함으로써, 이를 포함하고 있는 이차전지의 출력 및 수명향상 효과를 얻을 수 있게 된다.
According to the current collector formed of the porous conductor of the present invention, the resistance in the electrode of the secondary battery including the multi-layered electrode for high energy and high output is reduced and the movement of the lithium ion is facilitated, It is possible to obtain an effect of improving the output and lifetime of the battery.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 집전체의 SEM 사진이다.
도 2는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 집전체의 SEM 사진이다.
도 3은 본 발명의 집전체의 개략도이다.1 is an SEM photograph of a current collector according to an embodiment of the present invention.
2 is an SEM photograph of a current collector according to another embodiment of the present invention.
3 is a schematic view of the current collector of the present invention.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하는 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것인바, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention, and how to accomplish them, will become apparent by reference to the embodiments described in detail below with reference to the accompanying drawings. However, it should be understood that the present invention is not limited to the disclosed embodiments, but may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. It is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments but is to be accorded the widest scope of the invention. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 이차전지 전극용 집전체에 관하여 상세히 설명하기로 한다.
Hereinafter, a current collector for a secondary battery electrode according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명의 이차전지 전극용 집전체는 이차전지의 전극에 포함되는 것으로서, 도 1, 2에 나타난 것과 같은 다공성 도전체를 포함하는 것을 특징으로 한다.The current collector for a secondary battery electrode of the present invention is included in an electrode of a secondary battery and is characterized by including a porous conductor as shown in Figs.
즉, 각 전극에 있어서, 다열 적층된 단위전극 중 집전체를 기준으로 안쪽에 위치하는 활물질층에서 기공을 통해 리튬 이온이 활발히 이동할 수 있도록, 다공성 도전체가 포함된 집전체가 일종의 채널의 역할을 하게 되는바, 저항이 더욱 감소되고, 리튬 이온의 이동이 원활하게 되어, 이차전지의 출력 및 수명향상 효과를 얻을 수 있게 된다.
That is, in each electrode, the collector including the porous conductor serves as a kind of channel so that lithium ions can actively move through the pores in the active material layer located on the inner side with respect to the current collector among the multi-layered unit electrodes The resistance is further reduced, the movement of the lithium ion is smooth, and the output and lifetime of the secondary battery can be improved.
본 발명에서 상기 다공성 도전체의 투과도는 45~95%, 더욱 바람직하게는 60~85%일 수 있다. 투과도가 45% 미만인 경우에는 낮은 투과도로 인하여 리튬 이온의 전도도가 낮아 저항이 상승되고 이차전지의 출력과 수명이 열위를 나타낸다. 95%를 초과하는 경우에는 높은 투과도로 인하여 리튬 이온의 전도도는 높아지나, 다공성 도전체의 도선이 차지하는 영역이 줄어들게 되므로 전자전도도가 떨어져 이차전지의 특성이 저하된다.
In the present invention, the permeability of the porous conductor may be 45 to 95%, more preferably 60 to 85%. When the permeability is less than 45%, the conductivity of lithium ion is low due to the low permeability and the resistance is increased and the output and lifetime of the secondary battery are poor. If it exceeds 95%, the conductivity of the lithium ion is increased due to the high permeability, but the area occupied by the conductor of the porous conductor is reduced, so that the electronic conductivity is deteriorated and the characteristics of the secondary battery are deteriorated.
본 발명에서 상기 다공성 도전체의 재질은 알루미늄 포일, 구리 포일, 니켈 포일, 구리 메쉬, 탄소 메쉬 중에서 선택된 1종 이상일 수 있다. 특히 음극집전체에 포함되는 다공성 도전체는 탄소전극의 작동범위(표준전위에서 리튬 대비 0.01~3V)에서 전기화학적으로 비활성을 나타내면서도 전자전도성을 갖는 것이 바람직하다.
In the present invention, the material of the porous conductor may be at least one selected from aluminum foil, copper foil, nickel foil, copper mesh, and carbon mesh. Particularly, it is preferable that the porous conductor included in the negative electrode current collector exhibits electrochemical inactivity at an operating range of the carbon electrode (0.01 to 3 V with respect to lithium at a standard potential), and has electron conductivity.
본 발명에서 상기 다공성 도전체의 두께는 4~30㎛일 수 있고, 더욱 바람직하게는 6~20㎛일 수 있다. 두께가 4㎛ 미만인 경우에는 도선의 역할을 하는 다공성 도전체로써 박막도선이 되어 전극의 발열에 의한 전극열화의 문제가 있고, 30㎛를 초과하는 경우에는 Pore의 길이가 길어 Li ion 의 이동 거리가 늘어남에 따라 전극의 저항상승 문제가 있다.
In the present invention, the thickness of the porous conductor may be 4 to 30 탆, and more preferably 6 to 20 탆. When the thickness is less than 4 mu m, the porous conductor serves as a conductive wire, resulting in a thin film conductor, which causes electrode deterioration due to heat generation of the electrode. When the thickness exceeds 30 mu m, There is a problem in that the resistance of the electrode increases.
본 발명에서 상기 다공성 도전체가 갖는 기공의 평균 직경은 300nm~900nm인 것, 특히 500nm~900nm인 것이 바람직하다.In the present invention, the average diameter of the pores of the porous conductor is preferably 300 nm to 900 nm, particularly preferably 500 nm to 900 nm.
기공의 평균 직경은 도 3에 모식적으로 나타낸 집전체에서 (D)에 해당하는 것으로, 기공의 평균 직경이 300nm 미만인 경우에는 저항이 커져서 이차전지의 수명, 출력특성이 떨어지고, 900nm를 초과하는 경우에는 활물질보다 큰 기공으로 인해 정량의 코팅두께를 확보하는데 문제가 있다.The average diameter of the pores corresponds to (D) in the current collector schematically shown in Fig. 3. When the average diameter of the pores is less than 300 nm, resistance increases and the lifetime and output characteristics of the secondary battery deteriorate. When the average pore diameter exceeds 900 nm There is a problem in securing a predetermined coating thickness due to pores larger than the active material.
본 발명의 일실시예에 있어서 다공성 도전체는 3차원의 열린 기공 또는 닫힌 기공을 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the porous conductor may comprise three dimensional open pores or closed pores.
즉, 본 발명의 다공성 도전체는 도 1에 나타난 바와 같이, 고분자 분해 방식에 의해 형성된 3차원의 열린 기공 또는 닫힌 기공을 포함할 수 있다.That is, as shown in FIG. 1, the porous conductor of the present invention may include three-dimensional open pores or closed pores formed by a polymer decomposition method.
3차원 다공성 도전체에 있어서, 열린 기공은 기공과 기공이 서로 연결되어 있는 구조이며, 닫힌 기공은 기공과 기공 사이가 도전체 금속으로 막힌 구조를 의미한다.In a three-dimensional porous conductor, open pores are structures in which pores and pores are connected to each other, and closed pores are structures in which pores and pores are plugged with a conductive metal.
이 중, 열린 기공은, 기공이 서로 연결되어 3차원 구조에서 리튬 이온이 투과할 수 있는 통로를 제공하는 역할을 하는바, 본 발명의 다공성 도전체는 열린 기공이 전체 기공의 부피 대비 40% 이상이어야 한다. Among them, the open pores serve to provide a passage through which the lithium ions can permeate in the three-dimensional structure by connecting the pores. In the porous conductor of the present invention, the open pores have a volume ratio of not less than 40% .
열린 기공이 전체 기공의 부피 대비 40% 미만인 경우에는 리튬 이온이 원활히 이동하기가 어려운바, 전극의 저항이 올라가기 때문에 이차전지의 출력특성 및 수명이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
If the open pore is less than 40% of the total volume of the pores, it is difficult for the lithium ion to move smoothly. As a result, the resistance of the electrode is increased and the output characteristics and lifetime of the secondary battery may be deteriorated.
3차원 다공성 도전체의 기공 형성방법은 건식법과 습식법이 가능하다. 건식법은 압출된 포일을 연신하면서 라멜라 결정 계면에 미세균얼을 발생시키는 방법으로 기공을 확보하는 방법이다. 습식법은 고분자와 가소제를 고온에서 균일하게 혼합한 후, 냉각시키면서 상분리를 유도한 후 가소제를 제거하는 방법으로 기공을 확보하는 방법이다. 또한, 고분자와 가소제 이외에 무기분체 등을 혼합한 후 가소제와 동시에 무기분체를 제거하는 방법으로 기공을 확보할 수도 있다. 무기분체를 혼합한 경우에는 기공의 직경이 크며, 공극률을 높일 수 있게 된다.
The pore forming method of the three-dimensional porous conductor can be a dry method or a wet method. The dry method is a method of securing the pores by stretching the extruded foil and generating microbial flakes at the lamellar crystal interface. The wet method is a method of uniformly mixing a polymer and a plasticizer at a high temperature, inducing phase separation while cooling, and then removing the plasticizer to secure pores. In addition, it is also possible to secure pores by mixing an inorganic powder in addition to the polymer and plasticizer, and then removing the inorganic powder at the same time as the plasticizer. When the inorganic powder is mixed, the pore diameter is large and the porosity can be increased.
한편, 본 발명의 또 다른 일실시예에 있어서, 상기 다공성 도전체는 2차원의 열린 기공 구조를 가질 수도 있다.
Meanwhile, in another embodiment of the present invention, the porous conductor may have a two-dimensional open pore structure.
즉, 본 발명의 다공성 도전체는 도 2에 나타난 바와 같이, 레이저에 의해 형성된 2차원의 열린 기공 구조를 포함할 수 있다.That is, the porous conductor of the present invention may include a two-dimensional open pore structure formed by a laser, as shown in FIG.
2차원 다공성 도전체에 있어서, 열린 기공은 리튬 이온이 이동할 수 있도록 다공성 도전체를 관통하여 형성된 기공 구조임을 의미한다.
In a two-dimensional porous conductor, open pores are pore structures formed through porous conductors so that lithium ions can migrate.
2차원 열린 기공 구조의 다공성 도전체의 기공 형성은 금속 포일 원단에 기공 사이즈 및 피치값을 사전에 입력하고 스캐너를 통해 포일의 사이즈를 확인한 후 레이저를 조사함으로써 기공을 확보하는 방법을 이용할 수 있다.The pore formation of the porous conductor of the two-dimensional open pore structure can be achieved by preliminarily inputting the pore size and the pitch value to the metal foil fabric, confirming the size of the foil through the scanner, and securing the pore by irradiating the laser.
본 발명은 상술한 다공성 도전체를 포함하는 집전체에 활물질을 도포하여 제조된 전극 및 분리막을 포함하는 전극조립체에 관한 내용도 포함된다.
The present invention also encompasses an electrode assembly including an electrode and a separator formed by applying an active material to a current collector including the above-described porous conductor.
본 발명의 다공성 도전체를 포함하는 집전체에 양극활물질을 도포하는 경우, 상기 전극은 양극이 된다. 본 발명에 사용될 수 있는 양극활물질로는 칼코게나이드 화합물이 사용될 수 있으며, 그 예로 LiCoO2, LiMn2O4, LiNiO2, LiNi1 -xCoxO2(0<x<1), LiMnO2 등의 복합 금속 산화물들이 사용되고 있으나, 본 발명에서 그 물질을 한정하는 것은 아니다.
When the positive electrode active material is applied to the current collector comprising the porous conductor of the present invention, the electrode becomes the positive electrode. Examples of the positive electrode active material that can be used in the present invention include chalcogenide compounds such as LiCoO 2 , LiMn 2 O 4 , LiNiO 2 , LiNi 1 -x Co x O 2 (0 <x <1), LiMnO 2 And the like are used, but the present invention is not limited thereto.
본 발명의 다공성 도전체를 포함하는 집전체에 음극활물질을 도포하는 경우, 상기 전극은 음극이 된다. 본 발명에 사용될 수 있는 음극활물질로는 탄소 계열 물질, Si, Sn, 틴 옥사이드, 틴 합금 복합체, 전이금속산화물, 리튬금속질화물, 리튬금속산화물 등이 사용되고 있으나, 본 발명에서 그 물질을 한정하는 것은 아니다.
When the negative electrode active material is applied to the collector including the porous conductor of the present invention, the electrode becomes a negative electrode. As the negative electrode active material that can be used in the present invention, a carbon-based material, Si, Sn, tin oxides, tin alloy composites, transition metal oxides, lithium metal nitrides, lithium metal oxides and the like are used. However, no.
본 발명에서 상기 전극은 2이상의 단위전극이 다열 적층될 수 있는바, 적층된 전극개수에 반비례하여 전극에 걸리는 저항을 낮추면서도, 다공성 도전체를 통해 리튬 이온의 이동이 원활하게 되어, 전극에 걸리는 저항을 더욱 낮출 수 있으므로 이차전지의 출력 및 수명특성을 향상시킬 수 있다.
In the present invention, two or more unit electrodes can be stacked in multiple layers in the present invention. In this case, lithium ions are smoothly moved through the porous conductor while the resistance to the electrodes is reduced in inverse proportion to the number of stacked electrodes, The resistance can be further lowered, so that the output and lifetime characteristics of the secondary battery can be improved.
실시예Example
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다. Hereinafter, the configuration and operation of the present invention will be described in more detail with reference to preferred embodiments of the present invention. It is to be understood, however, that the same is by way of illustration and example only and is not to be construed in a limiting sense.
여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.The contents not described here are sufficiently technically inferior to those skilled in the art, and a description thereof will be omitted.
실시예Example
1 One
(다공성 도전체의 제조)(Preparation of Porous Conductor)
두께 12um의 알루미늄 포일 원단에 pore size 900nm, pitch 0.8um의 값 입력하고, 스캐너를 통해 포일의 size를 확인 후 이를 레이저를 조사하여 다공성 도전체를 확보하였다.
A pore size of 900nm and a pitch of 0.8um were entered into a 12um thick aluminum foil fabric, and the size of the foil was checked through a scanner, and the laser was irradiated to secure the porous conductor.
(양극 제조)(Anode manufacture)
Li(Ni/Co/Mn)O2 : 카본블랙 : PVDF = 94 : 3 : 3 중량비로 NMP에 분산시켜 슬러리를 제조한 후, 이 슬러리를 상기 제조된 투과도가 50%, 기공 평균 직경이 900nm, 두께 10㎛의 알루미늄 호일에 양면 코팅하고, 130℃에서 충분히 건조한 후, 프레싱하여 단위양극을 제조하였다. 양면 코팅 양극의 두께는 140㎛이었다.
The slurry was dispersed in NMP at a weight ratio of Li (Ni / Co / Mn) O2: carbon black: PVDF = 94: 3: 3 to prepare a slurry. The slurry thus prepared had a transmittance of 50%, a pore average diameter of 900 nm, Coated on an aluminum foil having a thickness of 10 mu m, sufficiently dried at 130 DEG C, and pressed to prepare a unitary anode. The thickness of the double-coated anode was 140 탆.
(음극 제조)(Cathode manufacture)
그라파이트 : 아세틸렌 블랙 : PVDF = 93 : 1 : 6의 중량비로 NMP에 분산시켜 슬러리를 제조한 후, 이 슬러리를 구리 호일에 양면 코팅하고, 130 ℃에서 충분히 건조한 후, 프레싱하여 단위음극을 제조하였다. 양면 코팅 음극의 두께는 135㎛이었다.
The slurry was dispersed in NMP at a weight ratio of graphite: acetylene black: PVDF = 93: 1: 6 to prepare a slurry. The slurry was coated on both surfaces of a copper foil and sufficiently dried at 130 ° C. The thickness of the double coated cathode was 135 mu m.
(전극조립체의 제조)(Preparation of electrode assembly)
분리막으로서 미세 다공 구조를 갖는 두께 16㎛의 폴리프로필렌 필름을 제1 고분자 분리막으로 하고, 솔베이폴리머(Solvey Polymer)사의 폴리비닐리덴플루오라이드-클로로트리플루오로에틸렌 공중합체 32008를 겔화 2차 고분자로 하는 다층 고분자 필름을 사용하였다.
A 16 占 퐉 -thick polypropylene film having a microporous structure as a separator was used as the first polymer separator, and a polyvinylidene fluoride-chlorotrifluoroethylene copolymer 32008 of Solvey Polymer was used as a gelling secondary polymer Multilayer polymer films were used.
상기에서 제조된 양극물질이 양극집전체에 양면 코팅된 단위양극을 7.8 cm × 10.6 cm 크기의 직사각형으로 탭을 낼 자리는 제외하고 절단하고, 같은 방법으로 제조한 또 다른 단위양극을 같은 방법으로 재단한 후, 단위양극을 중첩시키면서 이때 상기 제조된 도전성 중간층을 단위양극간 계면에 위치하도록 하였다. 계면저항을 줄이기 위해 상기 양극전극에 코팅된 도전성 paste를 사이에 두고 140 ℃의 롤 라미네이터에 통과시켜 열 융착하여 하나의 양극 조립체를 제조하였다.
A unit anode coated on both surfaces of a positive electrode current collector prepared above was cut except for a place where tabs were to be formed in a rectangle having a size of 7.8 cm x 10.6 cm and another unit anode prepared by the same method was cut in the same manner Then, the unit anode was overlaid, and the prepared conductive intermediate layer was positioned at the interface between the unit anodes. In order to reduce the interfacial resistance, a positive electrode assembly was prepared by passing a conductive paste coated on the positive electrode through a roll laminator at 140 ° C through thermal fusion.
한편, 음극물질이 음극집전체에 양면 코팅된 음극을 80 cm × 108 cm 크기의 직사각형으로 탭을 낼 자리는 제외하고 절단한 후, 양극과 음극의 사이에 상기에서 제조된 다층 고분자 필름을 84 cm × 112 cm 크기로 잘라서 도 1의 전극조립체를 제조하였다.
On the other hand, after cutting the negative electrode coated on both surfaces of the negative electrode collector with the exception of the place where tabs were to be formed into a rectangular shape with a size of 80 cm x 108 cm, the multi-layered polymer film prepared above was placed between the positive electrode and the negative electrode at 84 cm × 112 cm to produce an electrode assembly of FIG.
(전기화학소자의 제조)(Manufacture of electrochemical device)
상기에서 제조된 전극조립체를 도 5의 구조와 같이 중첩하되, 각 전극조립체들의 중첩부에는 상기에서 제조된 다층 고분자 필름이 지그재그 형태로 위치될 수 있도록 조립하였다.
The electrode assembly manufactured as described above was superimposed like the structure of FIG. 5, and the multilayer polymer film prepared above was assembled so as to be located in a zigzag shape in the overlapping portions of the electrode assemblies.
(전지 제조)(Battery manufacturing)
상기 제조된 전기화학소자를 알루미늄 라미네이트 포장재에 넣고, EC/EMC/DEC/PC in LiPF6인 전해질을 주입한 후 포장하였다.
The prepared electrochemical device was placed in an aluminum laminate packaging material, and an electrolyte of EC / EMC / DEC / PC in LiPF6 was injected and packed.
실시예Example
2 2
(다공성 도전체의 제조)(Preparation of Porous Conductor)
두께 12um의 알루미늄 포일 원단에 pore size 900nm, pitch 0.8um의 값 입력하고, 스캐너를 통해 포일의 size를 확인 후 이를 레이저를 조사하여 다공성 도전체를 확보하였다.
A pore size of 900nm and a pitch of 0.8um were entered into a 12um thick aluminum foil fabric, and the size of the foil was checked through a scanner, and the laser was irradiated to secure the porous conductor.
(전지제조)(Battery manufacturing)
실시예 1과 동일한 방법에 의하여 전지를 제조하되, 다공성 도전체로는 상기 제조된 투과도가 65%, 기공 평균 직경이 1000nm, 두께 12㎛의 알루미늄 호일을 사용하였다.
A battery was produced in the same manner as in Example 1 except that an aluminum foil having a permeability of 65%, an average pore diameter of 1000 nm and a thickness of 12 탆 was used as the porous conductor.
실시예Example
3 3
(다공성 도전체의 제조)(Preparation of Porous Conductor)
두께 12um의 알루미늄 포일 원단에 pore size 900nm, pitch 0.8um의 값 입력하고, 스캐너를 통해 포일의 size를 확인 후 이를 레이저를 조사하여 다공성 도전체를 확보하였다.
A pore size of 900nm and a pitch of 0.8um were entered into a 12um thick aluminum foil fabric, and the size of the foil was checked through a scanner, and the laser was irradiated to secure the porous conductor.
(전지제조)(Battery manufacturing)
실시예 1과 동일한 방법에 의하여 전지를 제조하되, 다공성 도전체로는 상기 제조된 투과도가 50%, 기공 평균 직경이 600nm, 두께 10㎛의 알루미늄 호일을 사용하였다.
A battery was produced in the same manner as in Example 1 except that an aluminum foil having a permeability of 50%, an average pore diameter of 600 nm, and a thickness of 10 mu m was used as the porous conductor.
실시예Example
4 4
(다공성 도전체의 제조)(Preparation of Porous Conductor)
두께 12um의 알루미늄 포일 원단에 pore size 900nm, pitch 0.8um의 값 입력하고, 스캐너를 통해 포일의 size를 확인 후 이를 레이저를 조사하여 다공성 도전체를 확보하였다.
A pore size of 900nm and a pitch of 0.8um were entered into a 12um thick aluminum foil fabric, and the size of the foil was checked through a scanner, and the laser was irradiated to secure the porous conductor.
(전지제조)(Battery manufacturing)
실시예 1과 동일한 방법에 의하여 전지를 제조하되, 다공성 도전체로는 상기 제조된 투과도가 65%, 기공 평균 직경이 1020nm, 두께 10㎛의 알루미늄 호일을 사용하였다.
A battery was produced in the same manner as in Example 1 except that an aluminum foil having a permeability of 65%, an average pore diameter of 1020 nm, and a thickness of 10 mu m was used as the porous conductor.
비교예Comparative Example 1 One
실시예1과 동일한 방법으로 전극조립체, 전기화학소자, 전지를 제조하되, 양극집전체로서 기공이 형성되지 않은, 일반적인 두께 10㎛의 알루미늄 호일을 사용하였다.
An electrode assembly, an electrochemical device, and a battery were produced in the same manner as in Example 1 except that an aluminum foil having a general thickness of 10 mu m without forming pores as a positive electrode collector was used.
비교예Comparative Example
2 2
(다공성 도전체의 제조)(Preparation of Porous Conductor)
두께 12um의 알루미늄 포일 원단에 pore size 900nm, pitch 0.8um의 값 입력하고, 스캐너를 통해 포일의 size를 확인 후 이를 레이저를 조사하여 다공성 도전체를 확보하였다.
A pore size of 900nm and a pitch of 0.8um were entered into a 12um thick aluminum foil fabric, and the size of the foil was checked through a scanner, and the laser was irradiated to secure the porous conductor.
(전지제조)(Battery manufacturing)
실시예 1과 동일한 방법에 의하여 전지를 제조하되, 다공성 도전체로는 상기 제조된 투과도가 27%, 기공 평균 직경이 280nm, 두께 10㎛의 알루미늄 호일을 사용하였다.
A battery was produced in the same manner as in Example 1 except that an aluminum foil having a permeability of 27%, an average pore diameter of 280 nm and a thickness of 10 mu m was used as the porous conductor.
비교예Comparative Example
3 3
(다공성 도전체의 제조)(Preparation of Porous Conductor)
두께 12um의 알루미늄 포일 원단에 pore size 900nm, pitch 0.8um의 값 입력하고, 스캐너를 통해 포일의 size를 확인 후 이를 레이저를 조사하여 다공성 도전체를 확보하였다.
A pore size of 900nm and a pitch of 0.8um were entered into a 12um thick aluminum foil fabric, and the size of the foil was checked through a scanner, and the laser was irradiated to secure the porous conductor.
(전지제조)(Battery manufacturing)
실시예 1과 동일한 방법에 의하여 전지를 제조하되, 다공성 도전체로는 상기 제조된 투과도가 30%, 기공 평균 직경이 390nm, 두께 10㎛의 알루미늄 호일을 사용하였다.
A battery was produced in the same manner as in Example 1 except that an aluminum foil having a permeability of 30%, an average pore diameter of 390 nm and a thickness of 10 mu m was used as the porous conductor.
비교예Comparative Example
4 4
(다공성 도전체의 제조)(Preparation of Porous Conductor)
두께 12um의 알루미늄 포일 원단에 pore size 900nm, pitch 0.8um의 값 입력하고, 스캐너를 통해 포일의 size를 확인 후 이를 레이저를 조사하여 다공성 도전체를 확보하였다.
A pore size of 900nm and a pitch of 0.8um were entered into a 12um thick aluminum foil fabric, and the size of the foil was checked through a scanner, and the laser was irradiated to secure the porous conductor.
(전지제조)(Battery manufacturing)
실시예 1과 동일한 방법에 의하여 전지를 제조하되, 다공성 도전체로는 상기 제조된 투과도가 34%, 기공 평균 직경이 680nm, 두께 10㎛의 알루미늄 호일을 사용하였다.
A battery was produced in the same manner as in Example 1 except that an aluminum foil having a permeability of 34%, an average pore diameter of 680 nm and a thickness of 10 mu m was used as the porous conductor.
평가evaluation
상기 실시예 및 비교예에 의해 제조된 전지의 양극에 걸리는 저항, 수명 및 용량을 측정하고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
The resistance, lifetime and capacity of the battery produced by the examples and comparative examples were measured, and the results are shown in Table 1 below.
저항 평가방법: How to evaluate resistance :
① SOC 50%에서 OCV 측정, ① OCV measurement at 50% SOC,
② 5C pulse 10sec 방전(CCV 측정)② 5C pulse 10sec discharge (CCV measurement)
③ Rest 40sec, OCV 측정③ Rest 40sec, OCV measurement
④ 3C pulse 10sec 충전(CCV측정)
④ 3C pulse 10sec charge (CCV measurement)
R방전 = I(5C current)/V(①-②)R discharge = I (5C current) / V (1 - 2)
R충전 = I(3C current)/V(③-④)
R charge = I (3C current) / V (3)
수명특성 평가방법: Evaluation method of life characteristics :
충전 2C, 4.2V(CC/CV), 0.1C cut off, rest 10min, Charging 2 C, 4.2 V (CC / CV), 0.1 C cut off, rest 10 min,
방전 2C, 2.5V(CV), rest 10minDischarge 2C, 2.5V (CV), rest 10min
상기의 방식으로 충전 후 방전용량을 1회 사이클로 하여 방전용량이 80%열화되는 시점까지 사이클을 진행하였다.
In the above-described manner, the discharge capacity after charging was once cycled, and the cycle was continued until the discharge capacity deteriorated by 80%.
용량특성 평가방법: Capacity characteristics evaluation method :
충전 1C, 4.2V(CC/CV), 0.1C cut off, rest 10min, Charging 1 C, 4.2 V (CC / CV), 0.1 C cut off, rest 10 min,
방전 1C, 2.5V(CV), rest 10minDischarge 1 C, 2.5 V (CV), rest 10 min
상기와 같은 방식으로 방전하여 용량특성을 확인하였다.
The capacity was confirmed by discharging in the same manner as described above.
적층(n)Multiple heat
The laminate (n)
두께㎛Aluminum foil
Thickness ㎛
(%)Permeability
(%)
직경(nm)Pore average
Diameter (nm)
2C rate Full DOD at 1000cy)Life characteristics (%)
2C rate Full DOD at 1000cy)
상기 결과에서, 본 발명의 실시예와 같이 다공성 도전체를 전극에 도입한 경우, 저항이 현저히 감소되고, 이에 따라 수명특성, 용량특성이 우수해지는 효과가 있음을 확인할 수 있었다.From the above results, it was confirmed that when the porous conductor is introduced into the electrode as in the embodiment of the present invention, the resistance is remarkably reduced, and thus the life characteristic and the capacity characteristic are excellent.
즉, 본 발명의 다공성 도전체로 형성된 집전체에 의하면, 고에너지, 고출력을 위해 다열 적층된 전극을 포함하는 이차전지의 전극 내 저항을 감소시키고, 리튬이온의 이동을 원활하게 함으로써, 이를 포함하고 있는 이차전지의 출력 및 수명향상 효과를 얻을 수 있다는 사실을 확인할 수 있다.
That is, according to the current collector formed of the porous conductor of the present invention, resistance in the electrode of a secondary battery including a multi-layered electrode for high energy and high output is reduced, It can be confirmed that the effect of improving the output and lifetime of the secondary battery can be obtained.
이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 기술자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형은 본 발명이 제공하는 기술 사상의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.
Although the preferred embodiments of the present invention have been disclosed for illustrative purposes, 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. These changes and modifications may be made without departing from the scope of the present invention. Accordingly, the scope of the present invention should be determined by the following claims.
Claims (9)
상기 집전체는 다공성 도전체를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 전극용 집전체.
As the current collector included in the electrode of the secondary battery,
Wherein the current collector comprises a porous conductor.
상기 다공성 도전체의 투과도는 45~95%인 것을 특징으로 하는 이차전지 전극용 집전체.
The method according to claim 1,
Wherein the porosity of the porous conductor is 45 to 95%.
상기 다공성 도전체의 재질은 알루미늄 포일, 구리 포일, 니켈 포일, 구리 메쉬, 탄소 메쉬 중에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 이차전지 전극용 집전체.
The method according to claim 1,
Wherein the porous conductive material is at least one selected from aluminum foil, copper foil, nickel foil, copper mesh, and carbon mesh.
상기 다공성 도전체의 두께는 4~30㎛인 것을 특징으로 하는 이차전지 전극용 집전체.
The method according to claim 1,
Wherein the porous conductor has a thickness of 4 to 30 占 퐉.
상기 다공성 도전체가 갖는 기공의 평균 직경은 300nm~900nm인 것을 특징으로 하는 이차전지 전극용 집전체.
The method according to claim 1,
Wherein the average diameter of the pores of the porous conductor is 300 nm to 900 nm.
상기 다공성 도전체는 3차원의 열린 기공 또는 닫힌 기공을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 전극용 집전체.
The method according to claim 1,
Wherein the porous conductor comprises three-dimensional open pores or closed pores.
상기 다공성 도전체는 2차원의 열린 기공 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 이차전지 전극용 집전체.
The method according to claim 1,
Wherein the porous conductor has a two-dimensional open pore structure.
An electrode assembly comprising the current collector of claim 1.
A secondary battery comprising the current collector of claim 1.
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