KR20160040020A - Electrode assembly and lithium secondary battery comprising thereof - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to an electrode assembly that one or more from a cathode or a separation film has lithium, a manufacturing method thereof, and a lithium secondary battery comprising the same. Accordingly, the electrode assembly can restrain a transition metal component from being deposited inside an anode active material, and a solid electrolyte interphase (SEI) can be stably formed on the cathode.

Description

전극 조립체 및 이를 포함하는 리튬 이차전지{Electrode assembly and lithium secondary battery comprising thereof}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to an electrode assembly and a lithium secondary battery including the electrode assembly,

본 발명은 음극 및 분리막 중 어느 하나 이상이 리튬을 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 조립체, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 리튬 이차전지에 관한 것이다.
The present invention relates to an electrode assembly, a method of manufacturing the same, and a lithium secondary battery including the same, wherein at least one of the cathode and the separator includes lithium.

최근 전자산업, 이동통신을 포함한 각종 정보통신 등 커뮤니케이션 산업의 급속한 발전과 더불어 전자기기의 경박단소화 요구에 부응하여, 노트북, 넷북, 태블릿 PC, 휴대폰, 스마트폰, PDA, 디지털 카메라, 캠코더 등과 같은 휴대용 전자제품 및 통신 단말기기가 널리 보급되고 있으며, 이에 이들 기기의 구동 전원인 전지의 개발에 대해서도 관심이 높아지고 있다.
Recently, in response to the rapid development of the communication industry such as electronic industry and various information communication including mobile communication, in order to meet the demand of light and short life of electronic devices, a variety of products such as notebooks, netbooks, tablet PCs, mobile phones, smart phones, PDAs, Portable electronic products, and communication terminal devices have been widely used, and development of a battery, which is a driving power source for these devices, is also getting more attention.

또한, 수소 전기자동차나 하이브리드 자동차, 연료전지 자동차와 같은 전기 자동차의 개발에 따라 고성능, 대용량, 고밀도 및 고출력, 고안정성을 갖는 전지의 개발에 큰 관심이 집중되고 있으며, 빠른 충방전 속도 특성을 갖는 전지의 개발 또한 커다란 이슈로 자리 잡고 있다.
In addition, with the development of electric vehicles such as hydrogen electric vehicles, hybrid electric vehicles and fuel cell vehicles, great attention has been paid to the development of batteries having high performance, large capacity, high density, high output and high stability, The development of batteries is also a big issue.

화학에너지를 전기에너지로 바꾸는 장치인 전지는 기본 구성재료의 종류와 특징에 따라 일차전지, 이차전지, 연료전지 그리고 태양전지 등으로 구분된다. Batteries that convert chemical energy into electrical energy are divided into primary cells, secondary cells, fuel cells, and solar cells depending on the type and characteristics of basic materials.

이중 일차전지는 망간 전지, 알칼리 전지, 수은 전지 등과 같이 비가역 반응을 통해 에너지를 생산하므로 용량은 크지만 재활용이 불가능하다는 단점이 있어 에너지 비효율성, 환경오염 등과 같은 각종 문제점을 내재하고 있다. The dual primary cells produce energy through irreversible reactions such as manganese batteries, alkaline batteries, and mercury batteries. However, they have a disadvantage in that they are large in capacity but can not be recycled, and thus have various problems such as energy inefficiency and environmental pollution.

이차전지에는 납축전지, 니켈-메탈하이드라이드 전지, 니켈-카드뮴 전지, 리튬이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 리튬 금속 전지 등이 있고, 화학에너지와 전기에너지의 가역적 상호변환을 이용하여 충전과 방전을 반복할 수 있는 화학전지로서, 가역반응에 의해 작동하므로 재활용 및 환경친화적인 장점이 있다. 이중 리튬 이차전지가 가장 활발히 연구되고 있다.
The secondary battery includes a lead-acid battery, a nickel-metal hydride battery, a nickel-cadmium battery, a lithium ion battery, a lithium polymer battery, and a lithium metal battery and repeats charge and discharge using reversible mutual conversion of chemical energy and electric energy. As a chemical cell that can be operated by reversible reaction, it has advantages of recycling and environment-friendly. Double lithium secondary batteries are being actively studied.

리튬 이차전지는 양극(positive electrode)과 음극(negative electrode), 분리막(separator)과 전해질(electrolyte)이라는 네 가지의 기본적인 구성요소를 가진다.Lithium secondary batteries have four basic components: a positive electrode and a negative electrode, a separator and an electrolyte.

구체적으로, 리튬 이차전지는 양극, 분리막 및 음극이 순차적으로 적층된 전극 조립체에 전해질이 주입된 구조를 하고 있다.Specifically, the lithium secondary battery has a structure in which an electrolyte is injected into an electrode assembly in which an anode, a separator, and a cathode are sequentially stacked.

상기 음극은 화학반응에 의해 발생한 전자를 모아서 외부 회로로 전달해주는 음극 집전체와, 상기 음극 집전체의 일측면 또는 양측면에 코팅되며 리튬 이온을 흡장 또는 탈리할 수 있는 구조로 되어 있는 음극 활물질층이 형성되어 있다. 음극 활물질층에는 음극 활물질이 포함되어 있으며, 음극 활물질로는 리튬 금속이나 그 합금 또는 리튬이온이 층간 삽입(intercalation)될 수 있는 화합물이 사용될 수 있는데, 고분자 재료나 탄소 재료가 사용될 수 있으며, 인조 또는 천연흑연(graphite) 등의 흑연계, 난흑연화성 탄소(non-grachite carbon, hard-carbon), 또는 이흑연화성 탄소(graphiteizable carbon, soft-carbon), 탄소나노튜브(carbon nanotube, CNT), 탄소나노섬유(carbon nanofiber, CNF), 탄소나노월(carbon nanowall, CNW) 등과 같은 탄소계 등이 사용될 수 있다.The negative electrode includes an anode current collector for collecting electrons generated by a chemical reaction and transferring the generated electrons to an external circuit, a negative electrode active material layer coated on one side or both sides of the negative electrode current collector and capable of absorbing or desorbing lithium ions Respectively. The negative electrode active material layer includes a negative electrode active material. As the negative electrode active material, a compound capable of intercalating lithium metal, its alloy or lithium ion may be used. A polymer material or a carbon material may be used. Graphite carbon, soft-carbon, carbon nanotube (CNT), carbon (graphite), and graphite, such as natural graphite, non-grachite carbon or hard- A carbon nanofiber (CNF), a carbon nanowall (CNW), or the like can be used.

상기 양극은 화학반응에 의해 발생한 전자를 모아서 외부 회로로 전달해주는 양극 집전체와, 상기 양극 집전체의 일측면 또는 양측면에 코팅되며 리튬 이온을 흡장 또는 탈리할 수 있는 구조로 되어 있는 양극 활물질층이 형성되어 있다. 양극 활물질층에는 양극 활물질이 포함되어 있으며, 양극 활물질로는 리튬이온의 층간 삽입이 가능한 재료가 대부분이며, 리튬코발트산화물(LixCoO2), 리튬니켈산화물(LixNiO2), 리튬니켈코발트산화물(Lix(NiCo)O2), 리튬니켈코발트망간산화물(Lix(NiCoMn)O2), 스피넬형 리튬망간산화물(LixMn2O4), 이산화망간(MnO2) 등과 같은 산화물, 또는 리튬철인산염(LixFePO4), 리튬망간인산염(LixMnPO4) 등과 같은 올리빈(olivine)형이나 고분자 재료 등을 사용할 수 있다.
The anode includes a cathode current collector for collecting electrons generated by a chemical reaction and transferring the generated electrons to an external circuit, a cathode active material layer coated on one side or both sides of the cathode current collector and capable of intercalating or deintercalating lithium ions Respectively. The cathode active material layer contains a cathode active material. As the cathode active material, most of the materials capable of intercalating lithium ions are used. The lithium cobalt oxide (Li x CoO 2 ), lithium nickel oxide (Li x NiO 2 ), lithium nickel cobalt Oxides such as oxides (Li x (NiCo) O 2 ), lithium nickel cobalt manganese oxide (Li x (NiCoMn) O 2 ), spinel type lithium manganese oxide (Li x Mn 2 O 4 ), manganese dioxide (MnO 2 ) Olivine type or polymer materials such as lithium iron phosphate (Li x FePO 4 ), lithium manganese phosphate (Li x MnPO 4 ) and the like can be used.

한편, 리튬 이차전지의 고용량 특성을 구현하기 위해서 많은 연구가 수행되고 있으며, 일례로 양극 활물질로 규산염계 재료가 고려된 바 있으나 초기 비가역 용량이 매우 높을 뿐 아니라, 재료 자체의 수축/팽창에 따른 주기적인 비가역 용량의 발현에 따라 용량 보유력(capacity retention)이 매우 열악한 문제가 있다. On the other hand, a lot of research has been carried out to realize a high capacity characteristic of a lithium secondary battery. For example, a silicate-based material has been considered as a cathode active material, but its initial irreversible capacity is very high, There is a problem that the capacity retention is very poor due to the expression of irreversible capacity.

또한, 고용량 양극 활물질로서 각광받고 있는 망간 리치 재료 등의 복합 전이금속 양극 활물질의 경우에는 망간(또는 전이금속)의 용출(dissolution) 등의 문제로 인하여 용출된 망간(또는 전이금속)이 음극에 증착되게 되고, 이에 음극 상에 안정적인 SEI(solid electrolyte interphase) 형성이 제한되는 문제가 있다.In addition, in the case of a composite transition metal cathode active material such as a manganese-rich material that is attracting attention as a high capacity cathode active material, manganese (or transition metal) eluted due to problems such as dissolution of manganese (or transition metal) And there is a problem that stable solid electrolyte interphase (SEI) formation on the cathode is restricted.

따라서, 음극 상에 양극 활물질 내에 포함되어 있는 금속 이온이 증착되는 것을 억제하여 음극 상에 안정적인 SEI가 형성되게 함으로써 고용량 특성을 갖는 양극 활물질을 용이하게 적용할 수 있는 리튬 이차전지의 개발이 필요한 실정이다.
Accordingly, there is a need to develop a lithium secondary battery that can easily apply a cathode active material having a high capacity characteristic by suppressing the deposition of metal ions contained in the cathode active material on the anode to form a stable SEI on the anode .

KRKR 2002-00970002002-0097000 AA

본 발명은 상기의 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 음극 및 분리막 중 어느 하나 이상이 리튬을 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 조립체를 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the above problems, and it is an object of the present invention to provide an electrode assembly in which at least one of a cathode and a separator contains lithium.

본 발명의 다른 목적은 상기의 전극 조립체의 제조방법을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing the electrode assembly.

본 발명의 또 다른 목적은 상기의 전극 조립체를 포함하는 리튬 이차전지를 제공하는 것이다.
It is still another object of the present invention to provide a lithium secondary battery including the electrode assembly.

상기의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 분리막을 포함하고, 상기 음극 및 분리막 중 적어도 하나 이상은 리튬을 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 조립체를 제공한다.
According to an aspect of the present invention, there is provided an electrode assembly comprising an anode, a cathode, and a separator interposed between the anode and the cathode, wherein at least one of the anode and the separator comprises lithium .

또한, 본 발명은 양극을 제조하는 단계(단계 1); 음극을 제조하는 단계(단계 2); 및 상기 양극와 음극 사이에 분리막을 개재하는 단계(단계 3)를 포함하고, 상기 음극 및 분리막 중 어느 하나 이상은 리튬을 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 전극 조립체의 제조방법을 제공한다.
The present invention also relates to a method of manufacturing a positive electrode, comprising the steps of: (a) preparing a positive electrode; Producing a negative electrode (step 2); And a step (step 3) of interposing a separation membrane between the anode and the cathode, wherein at least one of the cathode and the separation membrane comprises lithium.

아울러, 본 발명은 상기 전극 조립체를 포함하는 리튬 이차전지를 제공한다.
In addition, the present invention provides a lithium secondary battery including the electrode assembly.

본 발명에 따른 전극 조립체는 음극 및 분리막 중 하나 이상에 리튬을 포함함으로써 양극 활물질 내에 전이금속 성분이 음극 상에 증착되는 것을 억제할 수 있으며, 상기 음극 상에 SEI(solid electrolyte interphase)가 안정적으로 형성되게 할 수 있다.The electrode assembly according to the present invention can suppress the deposition of a transition metal component in the cathode active material by containing lithium in at least one of the cathode and the separator, and a solid electrolyte interphase (SEI) is stably formed on the cathode .

따라서, 고용량 특성을 갖는 복합전이금속 양극 활물질을 사용할 수 있어 이를 포함하는 리튬 이차전지의 용량 특성이 우수할 수 있으며, 수명 특성이 향상될 수 있다.
Therefore, a composite transition metal cathode active material having a high capacity characteristic can be used, the capacity characteristics of the lithium secondary battery including the lithium secondary battery can be excellent, and the lifetime characteristics can be improved.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 전술한 발명의 내용과 함께 본 발명의 기술 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 안된다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬층을 갖는 분리막과 음극의 적층구조를 도식적으로 나타낸 것이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬층을 갖는 음극, 분리막 및 양극이 순차적으로 적층된 구조를 도식적으로 나타낸 것이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차전지의 충방전 시 전극 조립체 내부 음극 표면에 일어나는 현상을 개력적으로 나타낸 것으로, (a) 종래의 일반적인 전극 조립체 및 (b) 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬층 갖는 전극 조립체를 나타낸 것이다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 모노셀의 용량 특성을 분석한 결과 그래프를 나타낸 것이다.
도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른 모노셀의 용량 유지율을 분석한 결과 그래프를 나타낸 것이다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings, which are incorporated in and constitute a part of the specification, illustrate preferred embodiments of the invention and together with the description of the invention serve to further the understanding of the technical idea of the invention, It should not be construed as limited.
1 schematically shows a lamination structure of a separator having a lithium layer and a cathode according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 schematically shows a structure in which a negative electrode having a lithium layer, a separator, and an anode are sequentially stacked according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a graphical representation of a phenomenon occurring on the surface of a negative electrode in an electrode assembly during charging and discharging of a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention. FIG. 3 (a) 1 shows an electrode assembly having a lithium layer according to an embodiment.
FIG. 4 is a graph illustrating the capacity characteristics of a mono cell according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a graph illustrating the capacity maintenance ratio of a mono cell according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명에 대한 이해를 돕기 위하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail in order to facilitate understanding of the present invention.

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.
The terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary terms and the inventor may appropriately define the concept of the term in order to best describe its invention It should be construed as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.

본 발명은 고용량 특성을 가지며 안정성이 우수한 전극 조립체를 제공한다.The present invention provides an electrode assembly having high capacity characteristics and excellent stability.

본 발명의 일 실시예에 따른 상기 전극 조립체는 양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 분리막을 포함하고, 상기 음극 및 분리막 중 적어도 하나 이상은 리튬을 포함하는 것을 특징으로 한다.The electrode assembly according to an embodiment of the present invention includes a cathode, a cathode, and a separator interposed between the anode and the cathode, and at least one of the cathode and the separator includes lithium.

즉, 본 발명에 따른 상기 전극 조립체는 음극에 리튬을 포함하거나 분리막 에 리튬을 포함하는 것일 수 있으며, 또는 음극 및 분리막에 리튬을 포함하고 있는 것일 수 있다.
That is, the electrode assembly according to the present invention may include lithium in the cathode, lithium in the separator, or lithium in the cathode and separator.

구체적으로, 상기 음극은 음극 집전체; 및 상기 음극 집전체 상에 형성된 음극 활물질층을 포함하고, 상기 리튬은 상기 음극 활물질층 표면에 층으로 형성되어 있거나, 상기 음극 활물질층 표면에서 내부로 확산되어 있는 것 또는 상기 음극 활물질층 표면에 층으로 형성됨과 동시에 내부로 확산되어 있는 것일 수 있다. 즉, 상기 음극은 표면에 리튬층을 더 포함할 수 있다. 상기 리튬층은 수십 나노미터 이상의 두께일 수 있으며, 구체적으로는 10 nm 내지 100 nm두께일 수 있다. 이때, 상기 음극 활물질층 표면은 음극 표면을 의미하는 것일 수 있다.Specifically, the negative electrode comprises a negative electrode collector; And a negative electrode active material layer formed on the negative electrode current collector, wherein the lithium is formed on the surface of the negative active material layer or diffused into the surface of the negative active material layer, And may be diffused into the inside. That is, the cathode may further include a lithium layer on its surface. The lithium layer may have a thickness of several tens of nanometers or more, specifically, 10 nm to 100 nm. At this time, the surface of the negative electrode active material layer may be a negative electrode surface.

상기 리튬은 음극 활물질층 표면에서부터 내부로 농도구배로 형성된 것일 수 있으며, 상기 농도구배로 형성된 것은 리튬의 농도가 상기 음극 활물질층 표면에서 내부로 들어갈수록 점점 줄어드는 것을 나타내는 것일 수 있다. The lithium may be formed to have a concentration gradient from the surface of the negative electrode active material layer to the inside of the negative electrode active material layer. The concentration gradient may indicate that the concentration of lithium gradually decreases from the surface of the negative electrode active material layer toward the inside.

구체적으로, 상기 리튬은 음극 활물질층 표면에서 음극 활물질층 내부로 들어갈수록 리튬의 농도가 줄어드는 농도구배를 가지며, 상기 음극 활물질층 표면에서의 리튬 농도와 상기 표면으로부터 음극 활물질층 전체 1/3 두께 내부 지점의 리튬 농도의 비율은 1:0.5 내지 0.7일 수 있다.
Specifically, lithium has a concentration gradient in which the concentration of lithium decreases from the surface of the negative electrode active material layer into the surface of the negative electrode active material layer, and the concentration of lithium in the surface of the negative electrode active material layer, The ratio of the lithium concentration at the point may be 1: 0.5 to 0.7.

또한, 상기 분리막은 리튬을 포함하며, 상기 리튬은 상기 분리막의 일 표면 상에 층상으로 형성되어 있거나, 상기 분리막 일 표면에서 내부로 확산되어 있는 것 또는 상기 분리막 일 표면 상에 층상으로 형성됨과 동시에 상기 일 표면에서 내부로 확산되어 있는 것일 수 있다. 이때, 상기 일 표면은 음극과 마주보는 면일 수 있다(도 1 참조). The separator may include lithium, the lithium may be formed in a layer on one surface of the separator, may be diffused from one surface of the separator to the inside, or may be formed in a layer on the surface of the separator, It may be diffused from one surface to the other. At this time, the one surface may be a surface facing the cathode (see FIG. 1).

상기 리튬은 분리막의 일 표면에서부터 내부로 농도구배로 형성된 것일 수 있으며, 이때 농도구배로 형성된 것은 전술한 바와 같은 의미일 수 있다. The lithium may be formed to have a concentration gradient from one surface to the inside of the separator, wherein the concentration gradient may have a meaning as described above.

구체적으로, 상기 분리막 일 표면에서의 리튬 농도와 상기 일 표면으로부터 분리막 전체 1/3 두께 내부 지점의 리튬 농도의 비율은 1:0.5 내지 0.7일 수 있다.
Specifically, the ratio of the lithium concentration on the surface of the separator to the lithium concentration on the internal point 1/3 thickness of the separator from the surface of the separator may be 1: 0.5 to 0.7.

한편, 상기 양극은 양극 집전체; 및 상기 양극 집전체 상에 형성된 양극 활물질층을 포함할 수 있으며, 상기 양극 활물질층은 양극 활물질을 포함할 수 있다. On the other hand, the anode includes a positive electrode collector; And a cathode active material layer formed on the cathode current collector, and the cathode active material layer may include a cathode active material.

상기 양극 활물질은 하기 화학식 1 내지 3으로 표시되는 산화물 중에서 선택된 1종 이상인 것일 수 있다.The cathode active material may be at least one selected from oxides represented by the following general formulas (1) to (3).

[화학식 1] [Chemical Formula 1]

Li1 +x[NiaCobMnc]O2 (-0.5 ≤ x ≤ 0.6, 0 ≤ a, b, c ≤ 1, x+a+b+c=1임);Li 1 + x [Ni a Co b Mn c ] O 2 (-0.5? X? 0.6, 0? A, b, c? 1, x + a + b + c = 1);

[화학식 2](2)

LiMn2 - xMxO4 (M은 Ni, Co, Fe, P, S, Zr, Ti 및 Al로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 원소, 0 ≤ x ≤ 2);LiMn 2 - x M x O 4 (M is at least one element selected from the group consisting of Ni, Co, Fe, P, S, Zr, Ti and Al, 0? X? 2);

[화학식 3](3)

Li1 + aFe1 - xMx(PO4 -b)Xb (M은 Al, Mg, Ni, Co, Mn, Ti, Ga, Cu, V, Nb, Zr, Ce, In, Zn 및 Y 로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 원소이고, X는 F, S 및 N로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 원소이며, -0.5 ≤ a ≤ +0.5, 0 ≤ x ≤ 0.5, 0 ≤ b ≤ 0.1임) Li 1 + a Fe 1 - x M x (PO 4 -b) X b (M is Al, Mg, Ni, Co, Mn, Ti, Ga, Cu, V, Nb, Zr, Ce, In, Zn , and Y X is at least one element selected from the group consisting of F, S and N, and -0.5? A? +0.5, 0? X? 0.5, 0? B? 0.1)

바람직하게는, 상기 양극 활물질은 LiCoO2, LiNiO2, LiMnO2, LiMn2O4, Li[NiaCobMnc]O2 (0 < a, b, c ≤ 1, a+b+c=1이고) 및 LiFePO4로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것일 수 있다.
Preferably, the cathode active material is LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMnO 2 , LiMn 2 O 4 , Li [Ni a Co b Mn c ] O 2 (0 <a, b, c ≤ 1, a + b + c = 1), and LiFePO 4 .

본 발명에 따른 상기 전극 조립체는 전술한 바와 같이 상기 전극 조립체에 포함되는 음극 및 분리막 중 어느 하나 이상이 리튬을 포함할 수 있으며, 상기 분리막이 리튬을 포함할 경우에는 상기 리튬은 음극과 마주하는 방향의 분리막의 일 표면 상에 가깝게 존재하는 것일 수 있다(도 2 참조).As described above, in the electrode assembly according to the present invention, at least one of the negative electrode and the separator included in the electrode assembly may include lithium, and when the separator includes lithium, the lithium may contact the negative electrode (Refer to Fig. 2).

이에, 상기 전극 조립체는 양극 활물질 내에 전이금속 성분이 음극 상에 증착되는 것을 억제할 수 있으며, 상기 음극 상에 SEI(solid electrolyte interphase)가 안정적으로 형성되게 할 수 있다. 따라서, 고용량 특성을 갖는 전술한 바와 같은 양극 활물질을 사용할 수 있어 이를 포함하는 리튬 이차전지의 용량 특성이 우수할 수 있으며, 수명 특성이 향상될 수 있다(도 3 참조). Accordingly, the electrode assembly can prevent the transition metal component from being deposited on the cathode in the cathode active material, and the solid electrolyte interphase (SEI) can be stably formed on the cathode. Therefore, the above-described cathode active material having a high capacity characteristic can be used, and the capacity characteristics of the lithium secondary battery including the lithium secondary battery can be excellent and the lifetime characteristics can be improved (refer to FIG. 3).

여기에서, 상기 SEI(solid electrolyte interphase)는 전극과 전해질 사이에 생성된 표면 피막을 의미하는 것으로, 상기 SEI가 음극 표면에 형성됨으로써 음극과 전해액과의 추가적인 반응을 억제하여 음극의 안정성을 확보할 수 있다. Here, the SEI (solid electrolyte interphase) means a surface coating formed between the electrode and the electrolyte. By forming the SEI on the surface of the anode, it is possible to suppress the further reaction between the anode and the electrolyte, have.

구체적으로, 상기 SEI는 전자전도도가 무시할 정도로 낮고, 리튬 이온 전도성이 높으며, 다공성을 띄고 있어 일반적으로 리튬 이온만 투과시키고 다른 성분들은 투과시키지 않는 특성이 있다. 이에, 상기 SEI가 음극 표면상에 형성되면 음극과 전해질 사이의 전자 이동에 의한 전해질 분해가 억제되고 리튬 이온의 삽입/탈리만 가능하게 될 뿐 아니라, 전해액과 음극이 직접 접촉하는 것이 방지될 수 있어 높은 안전성을 나타낼 수 있다.
Specifically, the SEI has such a characteristic that the electron conductivity is negligibly low, the lithium ion conductivity is high, and the electrolyte has porosity, so that only the lithium ion is permeated and the other components are not permeated. Therefore, when the SEI is formed on the surface of the negative electrode, electrolyte decomposition due to electron movement between the negative electrode and the electrolyte is suppressed and only insertion / desorption of lithium ions is possible, and direct contact between the electrolyte and the negative electrode can be prevented It can show high safety.

또한, 본 발명은 상기의 전극 조립체의 제조방법을 제공한다.The present invention also provides a method of manufacturing the electrode assembly.

본 발명의 일 실시예에 따른 상기 제조방법은 양극을 제조하는 단계(단계 1); 음극을 제조하는 단계(단계 2); 및 상기 양극와 음극 사이에 분리막을 개재하는 단계(단계 3)를 포함하고, 상기 음극 및 분리막 중 어느 하나 이상은 리튬 확산부를 갖는 것을 특징으로 한다.
The manufacturing method according to an embodiment of the present invention includes the steps of manufacturing a positive electrode (step 1); Producing a negative electrode (step 2); And a step (step 3) of interposing a separation membrane between the anode and the cathode, wherein at least one of the cathode and the separation membrane has a lithium diffusion part.

상기 단계 1은 양극을 제조하기 위한 단계로, 양극 집전체 적어도 일면 상에 양극 활물질을 포함하는 양극 활물질 슬러리를 도포하고 건조하여 수행할 수 있다.
The step 1 is a step for preparing the positive electrode, which can be performed by applying a positive electrode active material slurry containing a positive electrode active material on at least one surface of the positive electrode collector and drying the applied positive electrode active material slurry.

상기 양극 집전체는 일반적으로 3 ㎛ 내지 500 ㎛의 두께인 것을 사용할 수 있으며, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니다. 예컨대, 구리, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소 또는 알루미늄이나 스테인레스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄 또는 은 등으로 표면 처리한 것 등이 사용될 수 있다.
The cathode current collector generally has a thickness of 3 탆 to 500 탆, and is not particularly limited as long as it has high conductivity without causing chemical changes in the battery. For example, surfaces of copper, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, sintered carbon or aluminum or stainless steel surface-treated with carbon, nickel, titanium or silver may be used.

상기 양극 활물질 슬러리는 양극 활물질 외에 바인더, 도전재 및 충진제 등과 같은 첨가제를 포함할 수 있다. The cathode active material slurry may contain additives such as a binder, a conductive material and a filler in addition to the cathode active material.

상기 양극 활물질은 전술한 바와 같을 수 있다.The cathode active material may be as described above.

상기 바인더는 상기 양극 집전체와 양극 활물질층 간에 접합에 조력하는 성분으로서 특별히 제한되지 않고 당업계에 통상적으로 알려진 물질을 사용할 수 있으나, 예컨대 비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 코폴리머(PVDF-co-HEP), 폴리비닐리덴플루오라이드(polyvinylidenefluoride), 클로로트리플루오로에틸렌(CTFE, chlorotrifluoroethylene), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate), 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로오스(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로오스, 재생 셀룰로오스, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리아크릴산, 에틸렌-프로필렌-디엔 모노머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 부티렌 고무(SBR) 및 불소 고무로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것일 수 있다.
The binder is not particularly limited as a component for assisting the bonding between the positive electrode collector and the positive electrode active material layer and may be a material commonly known in the art. For example, a binder such as vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer (PVDF-co Polyvinylidenefluoride, chlorotrifluoroethylene, polyacrylonitrile, polymethylmethacrylate, polyvinyl alcohol, carboxymethylcellulose (CMC), polyacrylonitrile, polyvinylidene fluoride, ), Starch, hydroxypropylcellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene, polyethylene, polypropylene, polyacrylic acid, ethylene-propylene-diene monomer (EPDM), sulfonated EPDM, styrene butylene rubber SBR), and fluorine rubber.

상기 도전재는 당해 전지의 기타 요소들과 부반응을 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되지 않으나, 예컨대 천연흑연이나 인조흑연 등의 흑연; 카본 블랙(super-p), 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블래그 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본 블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스커; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등을 사용할 수 있다.
The conductive material is not particularly limited as long as it has electrical conductivity without causing side reactions with other elements of the battery. Examples of the conductive material include graphite such as natural graphite and artificial graphite; Carbon black such as carbon black (super-p), acetylene black, ketjen black, channel black, furnace 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 whiskers such as zinc oxide and potassium titanate; Conductive metal oxides such as titanium oxide; And conductive materials such as polyphenylene derivatives can be used.

상기 충진제는 전극의 팽창을 억제하는 성분으로서 필요에 따라 사용 여부를 정할 수 있으며, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 섬유상 재료라면 특별히 제한되는 것은 아니나, 예컨대 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 올레핀계 중합체; 유리섬유, 탄소섬유 등의 섬유상 물질일 수 있다.The filler is a component for inhibiting the expansion of the electrode. The filler may be used or not, depending on necessity. The filler is not particularly limited as long as it is a fibrous material without causing any chemical change in the battery. Examples of the filler include an olefin polymer such as polyethylene and polypropylene ; Glass fiber, carbon fiber, or the like.

또한, 필요에 따라 분산매를 사용할 수 있으며, 상기 분산매는 특별히 제한되는 것은 아니나, 예컨대 이소프로필 알코올, N-메틸피롤리돈(NMP), 아세톤 등일 수 있다.
The dispersion medium may be, for example, isopropyl alcohol, N-methylpyrrolidone (NMP), acetone or the like, although it is not particularly limited.

상기 도포는 특별히 제한되지 않고 당업계에 통상적으로 알려진 방법에 의하여 수행할 수 있으며, 예컨대 상기 양극 활물질 슬러리를 상기 양극 집전체 적어도 일면 상에 분사 또는 분배시킨 후 닥터 블레이드(doctor blade) 등을 사용하여 균일하게 분산시켜 수행할 수 있다. 이외에도, 다이 캐스팅(die casting), 콤마 코팅(comma coating), 스크린 프린팅(screen printing) 등의 방법을 통하여 수행할 수 있다.
For example, the cathode active material slurry may be sprayed or distributed on at least one surface of the cathode current collector, and then may be applied using a doctor blade or the like Can be uniformly dispersed. In addition, it can be performed by a method such as die casting, comma coating, screen printing and the like.

상기 건조는 특별히 제한되는 것은 아니나 50℃ 내지 200℃의 진공오븐에서 1일 이내로 수행하는 것일 수 있다.
The drying is not particularly limited, but may be carried out within one day in a vacuum oven at 50 ° C to 200 ° C.

상기 단계 2는 음극을 제조하기 위한 단계로, 상기 음극에 리튬 포함 여부에 따라 음극의 제조방법이 상이할 수 있다.The step 2 is a step for preparing a negative electrode, and the manufacturing method of the negative electrode may be different depending on whether the negative electrode contains lithium.

상기 음극이 리튬을 포함하지 않을 경우에는, 상기 음극은 음극 집전체의 적어도 일면 상에 음극 활물질 슬러리를 도포하고 건조하여 제조할 수 있다. When the negative electrode does not contain lithium, the negative electrode may be prepared by coating a negative electrode active material slurry on at least one surface of the negative electrode collector and drying the coated negative electrode active material slurry.

상기 음극이 리튬을 포함하는 경우에는, 상기 음극은 하기의 단계에 의하여 제조할 수 있다:When the cathode contains lithium, the cathode can be prepared by the following steps:

a. 음극 집전체의 적어도 일면 음극 활물질 슬러리를 도포하고 건조하여 음극 활물질층이 형성된 제1 음극을 제조하는 단계; 및a. Coating at least one negative electrode active material slurry of the negative electrode current collector and drying to form a first negative electrode having a negative electrode active material layer; And

b. 상기 제1 음극, 분리막 및 상대전극을 순차적으로 적층한 후 전해질을 주입하고 전하를 가하는 단계.b. Depositing the first negative electrode, the separator, and the counter electrode sequentially, injecting an electrolyte, and applying a charge.

이때, 상기 상대전극은 리튬 소스를 포함할 수 있으며, 상기 리튬 소스는 리튬 호일, 리튬 금속 분말 등일 수 있다.
At this time, the counter electrode may include a lithium source, and the lithium source may be lithium foil, lithium metal powder, or the like.

구체적으로, 상기 단계 a는 음극 집전체 적어도 일면 상에 음극 활물질 슬러리를 도포하고 건조하여 제1 음극(통상적인 음극)을 제조하는 단계이다.Specifically, the step (a) is a step of coating a negative electrode active material slurry on at least one surface of the negative electrode collector and drying to form a first negative electrode (a conventional negative electrode).

상기 음극 집전체는 전술한 양극 집전체와 같거나 포함되는 것일 수 있다.The negative electrode current collector may be the same as or included in the positive electrode current collector.

상기 음극 활물질 슬러리는 음극 활물질을 포함하고, 상기 음극 활물질 이외에 바인더, 도전재 및 충진제 등과 같은 첨가제를 포함할 수 있다. The negative electrode active material slurry includes a negative electrode active material, and in addition to the negative electrode active material, additives such as a binder, a conductive material, and a filler may be included.

상기 바인더, 도전재 및 충진제 등과 같은 첨가제는 전술한 바와 같거나 포함되는 것일 수 있다.
The additives such as the binder, the conductive material and the filler may be as described above or may be included.

상기 음극 활물질은 특별히 제한되지 않고 당업계에 통상적으로 알려진 리튬 이온이 삽입 및 탈리될 수 있는 탄소재, 리튬 금속, 규소 또는 주석 등을 사용할 수 있다. 바람직하게는 상기 탄소재를 사용할 수 있으며, 탄소재로는 저결정상 탄소 및 고결정상 탄소 등이 모두 사용될 수 있다. 상기 저결정상 탄소로는 연화탄소(soft carbon) 및 경화탄소(hard carbon)를 들 수 있으며, 상기 고결정상 탄소로는 천연흑연, 키시 흑연(kish graphite), 열분해 탄소(pyrolytic carbon), 액정피치계 탄소섬유(mesophase pitch based carbon fiber), 탄소 미소구체(meso-carbon microbeads), 액정피치(mesophase pitches) 및 석유와 석탄계 코크스(petroleum or coal tar pitch derived cokes) 등의 고온 소성탄소를 들 수 있다. 더욱 바람직하게는 흑연, 연화탄소 및 경화탄소이거나, 10 nm 내지 100 nm 두께의 탄소 코팅층을 갖는 상기의 음극 활물질일 수 있으며 특히 바람직하게는 흑연일 수 있다. 상기의 흑연, 연화탄소 및 경화탄소 또는 탄소 코팅층을 갖는 음극 활물질을 사용할 경우에는 리튬이 음극 활물질층에 균일하게 확산되거나 균일한 두께의 층으로 형성될 수 있다. The negative electrode active material is not particularly limited and a carbonaceous material, lithium metal, silicon, or tin, which is commonly known in the art, into which lithium ions can be inserted and removed can be used. Preferably, the carbonaceous material may be used. As the carbonaceous material, both low-crystalline carbon and highly crystalline normal carbon may be used. Examples of the low-crystalline carbon include soft carbon and hard carbon. Examples of the cemented carbon include natural graphite, kish graphite, pyrolytic carbon, High temperature sintered carbon such as mesophase pitch based carbon fiber, meso-carbon microbeads, mesophase pitches and petroleum or coal tar pitch derived cokes. More preferably, it may be graphite, softened carbon and hardened carbon, or may be the above-described negative electrode active material having a carbon coating layer having a thickness of 10 nm to 100 nm, particularly preferably graphite. In the case of using the negative electrode active material having graphite, softened carbon, hardened carbon or carbon coating layer, lithium may be uniformly diffused in the negative electrode active material layer or may be formed as a uniform thickness layer.

상기 도포 및 건조는 전술한 바와 같은 방법을 통하여 수행할 수 있다.
The above coating and drying can be carried out by the method as described above.

상기 단계 b는 상기 단계 a에서 제조된 제1 음극 상에 리튬을 포함시키기 위한 단계로, 상기 제1 음극, 분리막 및 상대전극을 순차적으로 적층한 후 전해질을 주입하고 전하를 가하여 수행할 수 있다.The step b is a step for containing lithium on the first negative electrode prepared in the step a, and may be performed by sequentially laminating the first negative electrode, the separation membrane, and the counter electrode, injecting an electrolyte, and applying an electric charge.

이때, 상기 분리막 및 전해질은 특별히 제한되지 않고 당업계에 통상적으로 알려진 것을 사용할 수 있으며, 구체적으로는 후술하는 바와 같을 수 있다.
At this time, the separation membrane and the electrolyte are not particularly limited, and those commonly known in the art may be used, and specifically, the separation membrane and the electrolyte may be as described below.

상기 전하는 전압을 가함으로써 발생시킬 수 있으며, 이때 전압은 특별히 제한되지 않고 목적하는 리튬층의 두께 및 리튬의 확산 정도에 따라 조절할 수 있으나, 예컨대 음극 만의 전위 정도가 상대전극(리튬 소스) 대비 0.05 V 이하가 되도록 전압을 가하는 것일 수 있다.The voltage is not particularly limited and can be adjusted according to the thickness of the desired lithium layer and the degree of diffusion of lithium. For example, when the potential of the negative electrode alone is 0.05 V (relative to the lithium source) Or less.

즉, 상기 리튬을 포함하는 음극의 제조방법은 통상적인 음극을 제조하고, 제조된 음극을 이용하여 반쪽 전지를 제조한 후 음극 방향으로 전하를 가함으로써 리튬 소스를 포함하는 상대전극으로부터 용출된 리튬 이온이 상기 음극의 음극 활물질층 상에 증착하고 확산되게 함으로써 수행할 수 있다.
That is, in the method of manufacturing a negative electrode containing lithium, a conventional negative electrode is manufactured, a half cell is manufactured using the negative electrode manufactured, and a charge is applied in the negative direction to form a lithium ion Is deposited and diffused on the negative electrode active material layer of the negative electrode.

상기 단계 3은 전극 조립체를 제조하기 위한 단계로, 상기 음극, 분리막 및 양극을 순차적으로 적층시킴으로써 수행할 수 있다. Step 3 is a step for manufacturing an electrode assembly, which can be performed by sequentially laminating the negative electrode, the separator, and the positive electrode.

이때, 상기 분리막은 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막일 수 있으며, 일반적으로 0.01 ㎛ 내지 10 ㎛의 기공직경, 5 ㎛ 내지 300 ㎛ 두께를 갖는 것일 수 있다. 이러한 분리막으로는 다공성 고분자 필름, 예컨대 에틸렌 단독 중합체, 프로필렌 단독중합체, 에틸렌/부텐 공중합체, 에틸렌/헥센 공중합체 및 에틸렌/메타크릴레이트 공중합체 등과 같은 폴리올레핀계 고분자로 제조한 다공성 고분자 필름을 단독으로 또는 이들을 적층하여 사용할 수 있으며, 또는 통상적인 다공성 부직포, 예를 들어 고융점의 유리 섬유, 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유 등으로 된 부직포를 사용할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
At this time, the separation membrane may be an insulating thin film having high ion permeability and mechanical strength, and may generally have a pore diameter of 0.01 μm to 10 μm and a thickness of 5 μm to 300 μm. As such a separation membrane, a porous polymer film such as a porous polymer film made of a polyolefin-based polymer such as an ethylene homopolymer, a propylene homopolymer, an ethylene / butene copolymer, an ethylene / hexene copolymer and an ethylene / methacrylate copolymer may be used alone Or they may be laminated. Alternatively, nonwoven fabrics made of conventional porous nonwoven fabrics such as high melting point glass fibers, polyethylene terephthalate fibers and the like may be used, but the present invention is not limited thereto.

한편, 상기 분리막이 전술한 바와 같이 리튬을 포함하는 경우에는, 상기 기재한 분리막의 일면 상에 리튬 소스를 증착하여 제조된 것일 수 있다. 상기 증착은 화학기상증착, 전기화학적 반응 및 물리적 흡착으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 방법에 의하여 수행할 수 있다.
Meanwhile, when the separator includes lithium as described above, the separator may be manufactured by depositing a lithium source on one surface of the separator described above. The deposition may be performed by one or more methods selected from the group consisting of chemical vapor deposition, electrochemical reaction, and physical adsorption.

아울러, 본 발명은 상기의 전극 조립체를 포함하는 리튬 이차전지를 제공한다.In addition, the present invention provides a lithium secondary battery including the electrode assembly.

본 발명의 일 실시예에 따른 상기 리튬 이차전지는 상기의 전극 조립체 및 전해질을 포함하는 것을 특징으로 한다.The lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention includes the electrode assembly and the electrolyte.

상기 전해질은 전해질에 통상적으로 사용되는 유기용매 및 리튬염을 포함할 수 있으며, 특별히 제한되는 것은 아니다. The electrolyte may include an organic solvent and a lithium salt ordinarily used in an electrolyte, and is not particularly limited.

상기 리튬염의 음이온으로는 F-, Cl-, I-, NO3 -, N(CN)2 -, BF4 -, ClO4 -, PF6 -, (CF3)2PF4 -, (CF3)3PF3 -, (CF3)4PF2 -, (CF3)5PF-, (CF3)6P-, CF3SO3 -, CF3CF2SO3 -, (CF3SO2)2N-, (FSO2)2N-, CF3CF2(CF3)2CO-, (CF3CO2)2CH-, (SF5)3C-, (CF3SO2)3C-, CF3(CF2)7SO3 -, CF3CO2 -, CH3CO2 -, SCN- 및 (CF3CF2SO2)2N-로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.
With the lithium salt of the anion is F -, Cl -, I - , NO 3 -, N (CN) 2 -, BF 4 -, ClO 4 -, PF 6 -, (CF 3) 2 PF 4 -, (CF 3 ) 3 PF 3 -, (CF 3) 4 PF 2 -, (CF 3) 5 PF -, (CF 3) 6 P -, CF 3 SO 3 -, CF 3 CF 2 SO 3 -, (CF 3 SO 2 ) 2 N -, (FSO 2 ) 2 N -, CF 3 CF 2 (CF 3) 2 CO -, (CF 3 CO 2) 2 CH -, (SF 5) 3 C -, (CF 3 SO 2) 3 C -, CF 3 (CF 2 ) 7 SO 3 -, CF 3 CO 2 -, CH 3 CO 2 -, SCN - , and (CF 3 CF 2 SO 2) 2 N - may be at least one member selected from the group consisting of .

상기 유기용매로는 대표적으로 프로필렌 카보네이트, 에틸렌 카보네이트, 디에틸카보네이트, 디메틸카보네이트, 에틸메틸카보네이트, 메틸프로필카보네이트, 디프로필카보네이트, 디메탈술폭사이드, 아세토니트릴, 디메톡시에탄, 디에톡시에탄, 비닐렌카보네이트, 술포란, 감마-부티로락톤, 프로필렌설파이트 및 테트라하이드로퓨란으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것일 수 있다.Examples of the organic solvent include propylene carbonate, ethylene carbonate, diethyl carbonate, dimethyl carbonate, ethylmethyl carbonate, methylpropyl carbonate, dipropyl carbonate, dimetal sulfoxide, acetonitrile, dimethoxyethane, diethoxyethane, vinylene And may be one or more selected from the group consisting of carbonates, sulfolane, gamma-butyrolactone, propylene sulfite and tetrahydrofuran.

특히, 상기 카보네이트계 유기용매 중 고리형 카보네이트인 에틸렌카보네이트 및 프로필렌카보네이트는 고점도의 유기용매로서 유전율이 높아 전해질 내의 리튬염을 잘 해리시키므로 바람직하게 사용될 수 있으며, 이러한 고리형 카보네이트, 디메틸카보네이트 및 디에틸카보네이트와 같은 저점도, 저유전율 선형 카보네이트를 적당한 비율로 혼합하여 사용하면 높은 전기 전도율을 갖는 전해액을 만들 수 있어 더욱 바람직하게 사용될 수 있다.
In particular, ethylene carbonate and propylene carbonate, which are cyclic carbonates in the carbonate-based organic solvent, can be preferably used because they have a high dielectric constant as an organic solvent having a high viscosity and thus dissociate the lithium salt in the electrolyte well. These cyclic carbonates, When a low viscosity, low dielectric constant linear carbonate such as carbonate is mixed in an appropriate ratio, an electrolyte having a high electric conductivity can be prepared, and thus it can be more preferably used.

또한, 상기 전해질은 필요에 따라 충방전 특성, 난연성 특성 등의 개선을 위하여 피리딘, 트리에틸포스페이트, 트리에탄올아민, 환상에테르, 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 등을 추가로 포함할 수 있다. 경우에 따라서는, 불연성을 부여하기 위하여 사염화탄소, 삼불화에틸렌 등의 할로겐 함유 용매를 더 포함할 수 있으며, 고온 보존 특성을 향상시키기 위하여 이산화탄산가스를 더 포함할 수도 있고, FEC(fluoro-ethylene carbonate), PRS(propene sulfone), FPC(fluoro-propylene carbonate) 등을 더 포함할 수 있다.
In order to improve the charge-discharge characteristics and the flame retardant characteristics, the electrolyte may further contain at least one selected from the group consisting of pyridine, triethylphosphate, triethanolamine, cyclic ether, ethylenediamine, glyme, hexaphosphoric triamide, , Sulfur, quinone imine dyes, N-substituted oxazolidinones, N, N-substituted imidazolidines, ethylene glycol dialkyl ethers, ammonium salts, pyrrole, 2-methoxyethanol, aluminum trichloride, . In some cases, a halogen-containing solvent such as carbon tetrachloride or ethylene trifluoride may be further added to impart nonflammability. In order to improve the high-temperature storage property, a carbon dioxide gas may be further added. FEC (fluoro-ethylene carbonate ), PRS (propene sulfone), FPC (fluoro-propylene carbonate), and the like.

본 발명의 리튬 이차전지는 양극과 음극 사이에 분리막을 배치하여 전극 조립체를 형성하고, 상기 전극 조립체는 원통형 전지 케이스 또는 각형 전지 케이스에 넣은 다음 전해질을 주입하여 제조할 수 있다. 또는, 상기 전극 조립체를 적층한 후, 이를 전해질에 함침시키고 얻어진 결과물을 전지 케이스에 넣어 밀봉하여 제조할 수도 있다.
The lithium secondary battery of the present invention can be manufactured by disposing a separator between an anode and a cathode to form an electrode assembly, inserting the electrode assembly into a cylindrical battery case or a prismatic battery case, and then injecting an electrolyte. Alternatively, the electrode assembly may be laminated, impregnated with the electrolyte, and the resultant may be sealed in a battery case.

본 발명에서 사용되는 전지 케이스는 당분야에서 통상적으로 사용되는 것이 채택될 수 있고, 전지의 용도에 따른 외형에 제한이 없으며, 예를 들면, 캔을 사용한 원통형, 각형, 파우치(pouch)형 또는 코인(coin)형 등이 될 수 있다.
The battery case used in the present invention may be of any type that is commonly used in the art, and is not limited in its external shape depending on the use of the battery. For example, a cylindrical case, a square type, a pouch type, (coin) type or the like.

본 발명에 따른 리튬 이차전지는 소형 디바이스의 전원으로 사용되는 전지셀에 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 다수의 전지셀들을 포함하는 중대형 전지모듈에 단위전지로도 바람직하게 사용될 수 있다. 상기 중대형 디바이스의 바람직한 예로는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 전력 저장용 시스템 등을 들 수 있지만, 이들 만으로 한정되는 것은 아니다.The lithium secondary battery according to the present invention can be used not only in a battery cell used as a power source of a small device but also as a unit cell in a middle- or large-sized battery module including a plurality of battery cells. Preferable examples of the above medium and large-sized devices include, but are not limited to, electric vehicles, hybrid electric vehicles, plug-in hybrid electric vehicles, electric power storage systems, and the like.

이하, 실시예 및 실험예에 의하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 하기 실시예 및 실험예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로 이들만으로 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Experimental Examples. However, the following examples and experimental examples are provided for illustrating the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereto.

실시예Example 1 One

1) 리튬을 포함하는 음극의 제조1) Preparation of negative electrode containing lithium

15 ㎛ 두께의 구리 박막 상에 천연흑연, 스티렌-부타디엔 고무, 카르복시메틸셀룰로오스와 덴카 블랙을 96.5:1:1.5:1로 혼합한 음극 활물질 슬러리를 도포하고 180℃에서 24 시간 동안 진공건조하여 제1 음극을 제조하였다.An anode active material slurry obtained by mixing natural graphite, styrene-butadiene rubber, carboxymethyl cellulose and denka black in a ratio of 96.5: 1: 1.5: 1 was coated on a copper thin film having a thickness of 15 탆 and vacuum dried at 180 캜 for 24 hours, Thereby preparing a negative electrode.

리튬 박막을 양극으로 사용하고, 상기 제1 음극과 양극 사이에 분리막인 셀가드를 개재하고 적층시켜 전극 조립체를 제조하였다. 이후, 프로필렌 카보네이트(PC), 에틸메틸 카보네이트(EMC)와 에틸렌 카보네이트(EC)의 혼합 용매(PC:EMC:EC=2:3:5)에 1M의 LiPF6를 용해시킨 전해액을 주입하여 반쪽 전지를 제작하고, 여기에 전기화학적 charging 방식을 이용하여 상기 리튬 박막 대비 0.05 V 이하 수준의 리튬이 포함된 음극을 제조하였다.
A lithium thin film was used as an anode, and an electrode assembly was produced by laminating a cell guard, which is a separation membrane, between the first negative electrode and the positive electrode. Thereafter, an electrolytic solution prepared by dissolving 1 M of LiPF 6 in a mixed solvent of propylene carbonate (PC), ethylmethyl carbonate (EMC) and ethylene carbonate (EC) (PC: EMC: EC = 2: 3: 5) And an anode including lithium at a level of 0.05 V or less with respect to the lithium thin film was prepared using an electrochemical charging method.

2) 양극의 제조2) Manufacture of anode

양극 활물질로서 LiNiCoMnO2 96 중량%와 카본블랙 2 중량% 및 폴리플루오로비닐리덴 2 중량%를 혼합하고 N-메틸-2-피롤리돈(NMP)를 추가로 첨가하고 혼합하여 양극 활물질 슬러리를 제조하고, 이를 알루미늄 호일에 130 ㎛ 두께로 도포한 후 압연 및 건조하여 양극을 제조하였다.
96 wt% of LiNiCoMnO 2, 2 wt% of carbon black and 2 wt% of polyfluorovinylidene were mixed as a cathode active material, and N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) was further added and mixed to prepare a cathode active material slurry Which was coated on an aluminum foil to a thickness of 130 μm, rolled and dried to prepare a positive electrode.

3) 리튬 이차전지의 제조3) Preparation of lithium secondary battery

상기 양극, 다공성 고분자 필름 및 상기 리튬 확산부를 갖는 음극을 순차적으로 적층하고 3Ⅹ4 cm2 크기로 타발한 후 LiPF6가 1 mol 및 2 중량%의 VC(vinyl chloride)가 녹아있는 카보네이트계 전해액을 주입하여 폴리머 셀 타입의 모노셀을 제작하였다.
The positive electrode, the porous polymer film, and the negative electrode having the lithium diffusion portion were sequentially laminated, followed by pulverization with a size of 3 x 4 cm 2 , followed by the injection of a carbonate-based electrolyte in which 1 mol and 2 wt% of vinyl chloride (LiPF 6 ) A polymer cell type mono cell was fabricated.

비교예Comparative Example

1) 음극의 제조1) Manufacture of cathode

15 ㎛ 두께의 구리 박막 상에 천연흑연, 스티렌-부타디엔 고무, 카르복시메틸셀룰로오스와 덴카 블랙을 96.5:1:1.5:1로 혼합한 음극 활물질 슬러리를 도포하고 180℃에서 24 시간 동안 진공건조하여 음극을 제조하였다.
An anode active material slurry obtained by mixing natural graphite, styrene-butadiene rubber, carboxymethyl cellulose and denka black in a ratio of 96.5: 1: 1.5: 1 was coated on a copper thin film having a thickness of 15 탆 and vacuum dried at 180 캜 for 24 hours, .

2) 양극의 제조2) Manufacture of anode

양극 활물질로서 LiNiCoMnO2 96 중량%와 카본블랙 2 중량% 및 폴리플루오로비닐리덴 2 중량%를 혼합하고 N-메틸-2-피롤리돈(NMP)를 추가로 첨가하고 혼합하여 양극 활물질 슬러리를 제조하고, 이를 알루미늄 호일에 130 ㎛ 두께로 도포한 후 압연 및 건조하여 양극을 제조하였다.
96 wt% of LiNiCoMnO 2, 2 wt% of carbon black and 2 wt% of polyfluorovinylidene were mixed as a cathode active material, and N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) was further added and mixed to prepare a cathode active material slurry Which was coated on an aluminum foil to a thickness of 130 μm, rolled and dried to prepare a positive electrode.

3) 리튬 이차전지의 제조3) Preparation of lithium secondary battery

상기 양극, 다공성 고분자 필름 및 상기 음극을 순차적으로 적층하고 3Ⅹ4 cm2 크기로 타발한 후 LiPF6가 1 mol 및 2 중량%의 VC(vinyl chloride)가 녹아있는 카보네이트계 전해액을 주입하여 폴리머 셀 타입의 모노셀을 제작하였다.
The positive electrode, the porous polymer film, and the negative electrode were sequentially laminated, followed by pulverizing to a size of 3 × 4 cm 2. Then , a carbonate-based electrolyte in which 1 mol and 2 wt% of vinyl chloride (LiPF 6 ) Monocell was prepared.

실험예Experimental Example

상기 실시예 1 및 2와 비교예에서 제작한 각 모노셀의 수명 특성을 비교 분석하였다.The life characteristics of the mono cells prepared in Examples 1 and 2 and Comparative Example were compared and analyzed.

각 모노셀을 25℃에서 충반전 0.2C/0.2C, 0.2C/0.5C, 0.2C/1.0C, 0.2C/2.0C 조건으로 차례로 충반전을 반복하고, 충방전 속도에 따른 용량 유지율을 분석하였다. 결과를 도 4 및 도 5에 나타내었다. Each mono cell was charged and inverted in turn at 25 ° C under the conditions of 0.2C / 0.2C, 0.2C / 0.5C, 0.2C / 1.0C, and 0.2C / 2.0C in order to analyze the capacity retention rate Respectively. The results are shown in Fig. 4 and Fig.

도 4 및 도 5에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 리튬을 포함하는 음극 또는 리튬을 포함하는 분리막을 포함하는 실시예 1 또는 실시예 2의 모노셀이 비교예의 비교하여 전반적으로 용량 유지율이 우수한 것을 확인하였다.As shown in FIG. 4 and FIG. 5, the monocells of Example 1 or Example 2 including a negative electrode containing lithium or a separator containing lithium according to the present invention had excellent capacity retention as a whole Respectively.

Claims (18)

양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 분리막을 포함하고,
상기 음극 및 분리막 중 적어도 하나 이상은 리튬을 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
A cathode, and a separator interposed between the anode and the cathode,
Wherein at least one of the cathode and the separator comprises lithium.
청구항 1에 있어서,
상기 음극은 표면에 리튬층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
The method according to claim 1,
Wherein the cathode further comprises a lithium layer on the surface.
청구항 2에 있어서,
상기 리튬층의 두께는 10 nm 내지 100 nm인 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
The method of claim 2,
Wherein the thickness of the lithium layer is from 10 nm to 100 nm.
청구항 1에 있어서,
상기 리튬은 음극 표면에서부터 내부방향으로 리튬 농도가 줄어드는 농도구배를 갖는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
The method according to claim 1,
Wherein the lithium has a concentration gradient in which the lithium concentration decreases from the surface of the negative electrode toward the inside thereof.
청구항 1에 있어서,
상기 음극 표면에서의 리튬 농도와 상기 표면으로부터 음극 전체 1/3 두께 내부 지점의 리튬 농도의 비율이 1:0.5 내지 0.7인 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
The method according to claim 1,
Wherein the ratio of the lithium concentration on the surface of the negative electrode to the lithium concentration in the internal point 1/3 thickness from the surface of the negative electrode is 1: 0.5 to 0.7.
청구항 1에 있어서,
상기 분리막은 일 표면에 리튬층을 더 포함하고,
상기 일 표면은 음극과 마주보는 면인 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
The method according to claim 1,
Wherein the separator further comprises a lithium layer on one surface thereof,
Wherein the one surface is a surface facing the cathode.
청구항 6에 있어서,
상기 리튬층의 두께는 10 nm 내지 100 nm인 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
The method of claim 6,
Wherein the thickness of the lithium layer is from 10 nm to 100 nm.
청구항 6에 있어서,
상기 리튬은 분리막의 일 표면에서부터 내부방향으로 리튬 농도가 줄어드는 농도구배를 갖는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
The method of claim 6,
Wherein the lithium has a concentration gradient in which the lithium concentration decreases from one surface of the separator to the interior thereof.
청구항 6에 있어서,
상기 분리막 일 표면에서의 리튬 농도와 상기 표면으로부터 분리막 전체 1/3 두께 내부 지점의 리튬 농도의 비율이 1:0.5 내지 0.7인 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
The method of claim 6,
Wherein the ratio of the lithium concentration on the surface of the separator to the lithium concentration on the internal point 1/3 thickness from the surface of the separator is 1: 0.5 to 0.7.
청구항 1에 있어서,
상기 양극은 양극 집전체; 및
상기 양극 집전체 상에 형성된 양극 활물질층을 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
The method according to claim 1,
The positive electrode being a positive electrode collector; And
And a positive electrode active material layer formed on the positive electrode current collector.
청구항 1에 있어서,
상기 양극 활물질층은 양극 활물질을 포함하고,
상기 양극 활물질은 상기 양극 활물질은 하기 화학식 1 내지 3으로 표시되는 산화물 중에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 전극 조립체:
[화학식 1]
Li1 +x[NiaCobMnc]O2 (-0.5 ≤ x ≤ 0.6, 0 ≤ a, b, c ≤ 1, x+a+b+c=1임);
[화학식 2]
LiMn2 - xMxO4 (M은 Ni, Co, Fe, P, S, Zr, Ti 및 Al로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 원소, 0 ≤ x ≤ 2);
[화학식 3]
Li1 + aFe1 - xMx(PO4 -b)Xb (M은 Al, Mg, Ni, Co, Mn, Ti, Ga, Cu, V, Nb, Zr, Ce, In, Zn 및 Y 로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 원소이고, X는 F, S 및 N로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 원소이며, -0.5 ≤ a ≤ +0.5, 0 ≤ x ≤ 0.5, 0 ≤ b ≤ 0.1임)
The method according to claim 1,
Wherein the cathode active material layer comprises a cathode active material,
Wherein the cathode active material is at least one selected from the group consisting of oxides represented by the following general formulas (1) to (3)
[Chemical Formula 1]
Li 1 + x [Ni a Co b Mn c ] O 2 (-0.5? X? 0.6, 0? A, b, c? 1, x + a + b + c = 1);
(2)
LiMn 2 - x M x O 4 (M is at least one element selected from the group consisting of Ni, Co, Fe, P, S, Zr, Ti and Al, 0? X? 2);
(3)
Li 1 + a Fe 1 - x M x (PO 4 -b) X b (M is Al, Mg, Ni, Co, Mn, Ti, Ga, Cu, V, Nb, Zr, Ce, In, Zn , and Y X is at least one element selected from the group consisting of F, S and N, and -0.5? A? +0.5, 0? X? 0.5, 0? B? 0.1)
청구항 11에 있어서,
상기 양극 활물질은 LiCoO2, LiNiO2, LiMnO2, LiMn2O4, Li[NiaCobMnc]O2 (0 < a, b, c ≤ 1, a+b+c=1이고) 및 LiFePO4로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
The method of claim 11,
Wherein the positive electrode active material is LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMnO 2 , LiMn 2 O 4 , Li [Ni a Co b Mn c ] O 2 (0 <a, b, c ≤ 1, a + b + LiFePO 4, and LiFePO 4 .
1) 양극을 제조하는 단계;
2) 음극을 제조하는 단계; 및
3) 상기 양극와 음극 사이에 분리막을 개재하는 단계를 포함하고,
상기 음극 및 분리막 중 어느 하나 이상은 리튬을 포함하는 것을 특징으로 하는 청구항 1의 전극 조립체의 제조방법.
1) preparing an anode;
2) preparing a negative electrode; And
3) interposing a separation membrane between the anode and the cathode,
The method of claim 1, wherein at least one of the cathode and the separator comprises lithium.
청구항 13에 있어서,
상기 단계 2)는 음극 집전체 적어도 일면 상에 음극 활물질 슬러리를 도포하고 건조하여 음극 활물질층이 형성된 제1 음극을 제조하는 단계; 및
상기 제1 음극, 분리막 및 상대전극을 순차적으로 적층한 후 전해질을 주입하고 전하를 가하는 단계를 통하여 수행되고,
상기 상대전극은 리튬 소스를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 조립체의 제조방법.
14. The method of claim 13,
Wherein the step 2) comprises: coating a negative electrode active material slurry on at least one surface of the negative electrode collector and drying the same to produce a first negative electrode having a negative electrode active material layer; And
A first electrode, a separator, and a counter electrode, sequentially injecting an electrolyte, and applying an electric charge,
Wherein the counter electrode comprises a lithium source.
청구항 13에 있어서,
상기 분리막은 분리막의 일 표면 상에 리튬 소스를 증착하여 제조된 것인 것을 특징으로 하는 전극 조립체의 제조방법.
14. The method of claim 13,
Wherein the separation membrane is manufactured by depositing a lithium source on one surface of the separation membrane.
청구항 15에 있어서,
상기 증착은 화학기상증착, 전기화학적 반응 및 물리적 흡착으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 방법을 통하여 수행하는 것을 특징으로 하는 전극 조립체의 제조방법.
16. The method of claim 15,
Wherein the deposition is performed through at least one method selected from the group consisting of chemical vapor deposition, electrochemical reaction, and physical adsorption.
청구항 14 또는 청구항 15에 있어서,
상기 리튬 소스는 리튬 호일, 리튬 금속 분말 또는 이들 조합인 것을 특징으로 하는 전극 조립체의 제조방법.
The method according to claim 14 or 15,
Wherein the lithium source is a lithium foil, a lithium metal powder, or a combination thereof.
청구항 1의 전극 조립체를 포함하는 리튬 이차전지.A lithium secondary battery comprising the electrode assembly of claim 1.
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