KR20160073822A - Method for preparing negative electrode composition of lithium secondary battery, and negative electrode and lithium secondary battery prepared by using the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 리튬 이차전지의 음극 형성용 조성물의 제조방법, 이를 이용하여 제조한 리튬 이차전지용 음극 및 리튬 이차전지에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for preparing a composition for forming a negative electrode of a lithium secondary battery, and a negative electrode and a lithium secondary battery for a lithium secondary battery manufactured using the same.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있다. 이러한 이차전지 중 높은 에너지 밀도와 전압을 가지며, 사이클 수명이 길고, 자기방전율이 낮은 리튬 이차전지가 상용화되어 널리 사용되고 있다. 특히 최근 휴대기기에 사용하는 소형 리튬 이차전지부터 자동차에 사용되는 대형 이차전지까지 시장이 확대됨에 따라 음극활물질의 고용량 및 고출력화 기술이 요구되고 있다. As technology development and demand for mobile devices increase, the demand for secondary batteries as energy sources is rapidly increasing. Among such secondary batteries, lithium secondary batteries having a high energy density and voltage, a long cycle life, and a low self-discharge rate are commercially available and widely used. Particularly, as the market extends from small lithium secondary batteries used in portable devices to large secondary batteries used in automobiles, high capacity and high output of negative electrode active materials are required.
전극내 활물질의 로딩량이 증가할수록 단위면적당 더 많은 에너지를 낼 수 있으므로, 상기와 같은 요구 특성을 만족시키기 위해서는, 전극내 활물질의 로딩량을 증가시켜야 한다. 그러나, 활물질의 로딩량이 증가하면, 상대적으로 도전재 및 바인더 함량의 감소로 전극내 저항이 증가하고, 접착력이 감소하여 전지의 수명특성이 열화된다.As the loading amount of the active material in the electrode increases, more energy can be emitted per unit area. Therefore, in order to satisfy the above-mentioned required characteristics, the loading amount of the active material in the electrode must be increased. However, when the loading amount of the active material is increased, the resistance in the electrode is increased due to the decrease of the conductive material and the binder content relatively, and the adhesive force is decreased to deteriorate the life characteristic of the battery.
또, 통상 리튬 이차전지에 있어서 음극은 음극활물질, 도전재 및 바인더 등을 용매와 일괄적으로 혼합하여 제조한 음극 형성용 조성물을 음극집전체에 도포 후 건조하여 제조된다. 그러나, 통상 음극활물질 및 도전재를 비롯한 대부분의 음극 구성 성분들은 분말상으로 사용되기 때문에, 용매에 일괄적으로 투입하여 혼합할 경우 용매와의 혼화성이 낮아 조성물 내 불균일하게 분산되게 된다. 그리고 이와 같이 음극 구성 성분들이 불균일하게 분산된 음극 형성용 조성물을 음극집전체에 도포하여 음극활물질층을 형성할 경우, 음극집전체에 대한 균일 도포가 어렵고, 그 결과로 두께 균일성이 낮거나 또는 표면 결함을 갖는 음극활물질층이 형성되어 전지의 성능 및 수명 특성을 저하시키게 된다. 또 음극활물질층내 음극 구성 성분들의 불균일한 분산은 전극의 내구성 및 수명 특성을 저하시킨다.In a lithium secondary battery, a negative electrode is usually prepared by applying a composition for forming a negative electrode, which is prepared by collectively mixing a negative electrode active material, a conductive material and a binder with a solvent, onto a negative electrode collector and drying the negative electrode collector. However, since most of the negative electrode active ingredients including the negative electrode active material and the conductive material are used in powder form, when they are mixed in a solvent and mixed, the miscibility with the solvent is low and the dispersion is nonuniformly dispersed in the composition. When the negative electrode active material layer is formed by coating the negative electrode current collector with the composition for the negative electrode in which the negative electrode components are dispersed unevenly, it is difficult to uniformly coat the negative electrode current collector. As a result, A negative electrode active material layer having surface defects is formed to deteriorate performance and lifetime characteristics of the battery. In addition, non-uniform dispersion of the cathode components in the anode active material layer lowers the durability and lifetime characteristics of the electrode.
특히 도전재의 경우 수십 nm 수준의 미립자로 사용되기 때문에, 응집력이 강하여 용매에 분산시 도전재 미립자 간의 응집이 일어나기 쉽다. 이와 같은 음극활물질층내 도전재의 불균일한 분산은 전도성 저하 및 전지의 출력 특성 저하를 초래한다. 또 이렇게 단순 응집된 도전재의 응집체는 구조 유지력이 낮기 때문에 활물질간 전도성을 열화시킬 수 있다. 또, 도전재 미립자는 비표면적이 넓어 바인더를 흡착함으로써 음극활물질층내 바인더의 불균일 분포 및 그에 따른 접착력 감소를 초래한다. Particularly, when the conductive material is used as fine particles having a size of several tens of nanometers, the cohesive force is so strong that coagulation between conductive fine particles tends to occur when dispersed in a solvent. Such non-uniform dispersion of the conductive material in the anode active material layer leads to a decrease in conductivity and a deterioration in output characteristics of the battery. In addition, the agglomerate of the simply agglomerated conductive material may deteriorate the conductivity between the active materials because of the low structural retention. In addition, the conductive fine particles have a large specific surface area to adsorb the binder, which results in a non-uniform distribution of the binder in the anode active material layer and consequently a decrease in adhesion.
이에 따라, 전지 성능 및 수명 특성 개선을 위해서는 우수한 특성을 갖는 음극 구성성분의 개발과 더불어, 음극 형성용 조성물 내 구성성분들의 균일 분산이 중요하다.Accordingly, in order to improve battery performance and lifetime characteristics, it is important to uniformly disperse the constituents in the composition for forming an anode, in addition to the development of a cathode component having excellent properties.
본 발명의 해결하고자 하는 제1 기술적 과제는, 활물질간 전도성 증가 효과가 우수한 도전재가 바인더의 흡착없이 균일 분산됨으로써 전극의 저항 특성 및 접착력을 향상시킬 수 있는 리튬 이차전지의 음극 형성용 조성물의 제조방법, 및 이에 따라 제조된 음극 형성용 조성물을 제공하는 것이다.A first object of the present invention is to provide a method of manufacturing a composition for forming a negative electrode of a lithium secondary battery, in which a conductive material having an excellent conductivity increasing effect between active materials is uniformly dispersed without adsorption of a binder, , And a composition for forming a negative electrode, which is prepared as described above.
본 발명의 해결하고자 하는 제2 기술적 과제는, 상기한 제조방법에 따라 제조된 음극 형성용 조성물을 이용하여 제조한 음극을 제공하는 것이다.A second technical object of the present invention is to provide a negative electrode prepared using the composition for forming a negative electrode, which is produced according to the above-mentioned production method.
본 발명의 해결하고자 하는 제3 기술적 과제는, 상기 음극을 포함하는 리튬 이차전지, 전지모듈 및 전지팩을 제공하는 것이다.A third object of the present invention is to provide a lithium secondary battery including the negative electrode, a battery module, and a battery pack.
그러나, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
However, the technical problem to be solved by the present invention is not limited to the above-mentioned problems, and other matters not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 도전재 및 셀룰로오스계 증점제를 용매 중에서 혼합 및 분산시켜 분산액을 준비하는 단계, 및 상기 분산액에 음극활물질 및 바인더를 첨가하여 혼합하는 단계를 포함하고, 상기 도전재는 1차 입자가 응집된 2차 입자를 포함하고, 상기 2차 입자는 BET 비표면적이 100m2/g 이상이고, 평균입경(D50)이 1㎛ 이하인 것인 리튬 이차전지의 음극 형성용 조성물의 제조방법을 제공한다.According to an embodiment of the present invention, there is provided a method of manufacturing a lithium secondary battery, comprising: preparing a dispersion by mixing and dispersing a conductive material and a cellulose-based thickener in a solvent; and adding and mixing a negative electrode active material and a binder to the dispersion, Wherein the conductive material comprises secondary particles in which primary particles are aggregated and the secondary particles have a BET specific surface area of 100 m 2 / g or more and an average particle diameter (D 50 ) of 1 μm or less. Of the composition for forming a negative electrode.
또, 본 발명의 다른 일 실시예에 따르면 상기한 제조방법에 의해 제조한 음극 형성용 조성물을 제공한다.According to another embodiment of the present invention, there is provided a composition for forming a negative electrode, which is produced by the above production method.
아울러, 본 발명은 상기한 음극 형성용 조성물을 이용하여 제조한 리튬 이차전지용 음극을 제공한다.In addition, the present invention provides a negative electrode for a lithium secondary battery manufactured using the composition for forming a negative electrode.
더 나아가, 본 발명은 상기 음극을 포함하는 리튬 이차전지, 전지모듈 및 전지팩을 제공한다.Furthermore, the present invention provides a lithium secondary battery including the negative electrode, a battery module, and a battery pack.
기타 본 발명의 실시예들의 구체적인 사항은 이하의 상세한 설명에 포함되어 있다.
Other details of the embodiments of the present invention are included in the following detailed description.
본 발명에 따른 리튬 이차전지의 음극 형성용 조성물의 제조방법에 의해, 활물질간 전도성 증가 효과가 우수한 도전재가, 바인더의 흡착없이 조성물내 균일 분산되어 포함됨으로써, 접착력의 저하에 대한 우려가 없고, 또 낮은 함량의 도전재 사용으로도 우수한 전도성을 나타낼 수 있다. 그 결과 상기 음극 형성용 조성물을 이용하여 제조한 음극을 포함하는 리튬 이차전지의 출력특성 및 수명특성을 개선시킬 수 있다.
By the method for producing a composition for forming a negative electrode of a lithium secondary battery according to the present invention, a conductive material having an excellent conductivity increasing effect between active materials is uniformly dispersed and contained in the composition without adsorption of the binder, The use of a low content of conductive material can also provide good conductivity. As a result, it is possible to improve the output characteristics and lifetime characteristics of a lithium secondary battery including a negative electrode manufactured using the composition for forming a negative electrode.
이하, 본 발명에 대한 이해를 돕기 위해 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 아니되며, 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 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차전지의 음극 형성용 조성물의 제조방법은, 도전재 및 셀룰로오스계 증점제를 용매 중에서 혼합 및 분산시켜 분산액을 준비하는 단계(단계 1), 및 상기 분산액에 음극활물질 및 바인더를 첨가하여 혼합하는 단계(단계 2)를 포함하고, 이때, 상기 도전재는 1차 입자가 응집된 2차 입자를 포함하고, 상기 2차 입자는 BET 비표면적이 100m2/g 이상이고, 평균입경(D50)이 1㎛ 이하이다.
A method of preparing a composition for forming a negative electrode of a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention includes the steps of preparing a dispersion by mixing and dispersing a conductive material and a cellulose-based thickener in a solvent (step 1) And a binder (step 2), wherein the conductive material includes secondary particles agglomerated with primary particles, the secondary particles have a BET specific surface area of 100 m 2 / g or more, The average particle diameter (D 50 ) is 1 탆 or less.
이하 각 단계별로 보다 상세히 설명한다.Each step will be described in more detail below.
(단계 1)(Step 1)
단계 1은 도전재 및 셀룰로오스계 증점제를 포함하는 분산액을 준비하는 단계이다.
Step 1 is a step of preparing a dispersion containing a conductive material and a cellulose-based thickener.
단계 1에 있어서, 상기 도전재는 음극에 도전성을 부여하기 위해 사용되는 것으로서, 구성되는 전지에 있어서 화학변화를 야기하지 않고 전도성을 갖는 것이면 특별한 제한없이 사용 가능하다. 구체적인 예로는 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본 블랙, 아세틸렌블랙, 케첸블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙, 탄소섬유 등의 탄소계 물질; 구리, 니켈, 알루미늄, 은 등의 금속 분말 또는 금속 섬유; 산화아연 휘스커, 탄산칼슘 휘스커, 이산화티탄 휘스커, 산화규소 휘스커, 탄화규소 휘스커, 붕산 알루미늄 휘스커, 붕산 마그네슘 휘스커, 티탄산 칼륨 휘스커, 질화 규소 휘스커, 실리콘 카바이드 휘스커, 알루미나 휘스커 등의 침상 또는 가지상의 도전성 휘스커(Whisker); 산화티탄 등의 도전성 금속 산화물; 또는 폴리페닐렌 유도체 등의 전도성 고분자 등을 들 수 있으며, 이들 중 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다. 이중에서도 도전재 사용에 따른 개선효과의 현저함 및 음극 제조과정에서의 고온 건조 공정을 고려할 때, 상기 도전재는 탄소계 물질일 수 있으며, 보다 더 구체적으로는 카본 블랙, 아세틸렌블랙, 케첸블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 및 탄소섬유로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 포함하는 탄소계 물질일 수 있다.
In the step 1, the conductive material is used for imparting conductivity to the negative electrode, and can be used without particular limitation as long as it has conductivity and does not cause chemical change in a battery constituted. Specific examples thereof include graphite such as natural graphite and artificial graphite; Carbon-based materials such as carbon black, acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, summer black and carbon fiber; Metal powder or metal fibers such as copper, nickel, aluminum and silver; The conductive whiskers such as zinc oxide whiskers, calcium carbonate whiskers, titanium dioxide whiskers, silicon oxide whiskers, silicon carbide whiskers, aluminum borate whiskers, magnesium borate whiskers, potassium titanate whiskers, silicon nitride whiskers, silicon carbide whiskers, alumina whiskers, (Whisker); Conductive metal oxides such as titanium oxide; And polyphenylene derivatives. These may be used alone or in admixture of two or more. Among these, the conductive material may be a carbon-based material in consideration of the remarkable improvement effect due to the use of the conductive material and the high-temperature drying process in the cathode manufacturing process, and more specifically, carbon black, acetylene black, Carbon black, black black, furnace black, lamp black, thermoplastic black, and carbon fiber.
또, 상기 도전재는 1차 입자가 응집되어 이루어진 2차 입자상을 포함한다. 상기 2차 입자상의 도전재는 음극활물질층에 대한 주사전자 현미경 관찰을 통해 확인 가능하며, 또 입자 크기의 분배(particle size distribution)을 통해 해당 크기의 입자수가 얼마인지를 확인할 수 있다.In addition, the conductive material includes a secondary particle phase in which primary particles are aggregated. The conductive material on the secondary particle can be confirmed by scanning electron microscope observation of the anode active material layer, and the number of particles of the corresponding size can be confirmed through particle size distribution.
구체적으로, 상기 2차 입자상의 도전재는 종래 1차 입자상의 도전재에 비해 증가된 BET(Brunauer-Emmett-Teller) 비표면적을 갖는다. 구체적으로 상기 도전재는 100m2/g 이상, 보다 구체적으로는 100 내지 1000m2/g의 BET 비표면적을 갖는 것일 수 있다. 한편, 본 발명에 있어서, 도전재의 BET 비표면적은 질소 흡착법에 의해 측정된 값으로 정의할 수 있다. 구체적으로는 기공분포 측정기(Porosimetry analyzer; Bell Japan Inc, Belsorp-II mini)를 사용하여 질소 가스 흡착 유통법에 의해 BET 6 점법으로 측정할 수 있다.Specifically, the conductive material on the secondary particle has an increased BET (Brunauer-Emmett-Teller) specific surface area as compared with the conductive material on the primary particle. Specifically, the conductive material may have a BET specific surface area of 100 m 2 / g or more, more specifically 100 to 1000 m 2 / g. On the other hand, in the present invention, the BET specific surface area of the conductive material can be defined as a value measured by a nitrogen adsorption method. Specifically, it can be measured by the BET 6-point method by a nitrogen gas adsorption / distribution method using a porosimetry analyzer (Bell Japan Inc, Belsorp-II mini).
또, 상기 2차 입자상의 도전재는 평균입경(D50)이 1㎛ 이하인 것일 수 있다. 도전재의 평균입경(D50)이 1㎛를 초과하면 음극 형성용 조성물내 분산성이 낮고, 그 결과 음극활물질내 도전재의 도전 경로 형성이 용이하지 않아 도전성이 저하될 우려가 있다. 또, 벌키한 구조적 특징으로 인해 음극의 에너지 밀도가 저하될 우려가 있다. 보다 구체적으로 상기 도전재의 평균입경(D50)은 0.8 내지 1㎛일 수 있다. 본 발명에 있어서, 도전재의 평균입경(D50)은 입경 분포의 50% 기준에서의 입경으로 정의할 수 있으며, 이때 도전재의 평균입경은 2차 입자상의 도전재의 입자크기를 의미한다. 또 상기 도전재의 평균입경은 레이저 회절법(laser diffraction method)을 이용하여 측정할 수 있으며, 보다 구체적으로는, 상기 도전재를 용액에 분산시킨 후, 시판되는 레이저 회절 입도 측정 장치(예를 들어 Microtrac MT 3000)에 도입하여 약 28kHz의 초음파를 출력 60W로 조사한 후, 측정 장치에 있어서의 입경 분포의 50% 기준에서의 평균입경(D50)을 산출할 수 있다.
The conductive material on the secondary particle may have an average particle diameter (D 50 ) of 1 μm or less. If the average particle diameter (D 50 ) of the conductive material exceeds 1 탆, the dispersibility in the composition for forming an anode is low, and consequently, the conductive path of the conductive material in the anode active material is not easily formed. In addition, there is a fear that the energy density of the cathode may be lowered due to a bulky structural feature. More specifically, the average particle diameter (D 50 ) of the conductive material may be 0.8 to 1 탆. In the present invention, the average particle diameter (D 50 ) of the conductive material can be defined as a particle diameter based on 50% of the particle diameter distribution, wherein the average particle diameter of the conductive material means the particle size of the conductive material on the secondary particle. Further, the average particle size of the conductive material can be measured using a laser diffraction method. More specifically, the conductive material may be dispersed in a solution, and then a commercially available laser diffraction particle size analyzer (for example, Microtrac MT 3000), and an ultrasonic wave of about 28 kHz was irradiated at an output of 60 W, and then an average particle diameter (D 50 ) of 50% of the particle diameter distribution in the measuring apparatus can be calculated.
상기와 같은 도전재는 음극활물질 100중량부에 대하여 0.1 내지 5중량부로 포함될 수 있다. 도전재의 함량이 0.1중량부 미만이면 도전재 사용에 따른 전도성 개선 및 그에 따른 사이클 특성 개선 효과가 미미하고, 5중량부를 초과하면 도전재의 비표면적 크기의 증가로 인해 도전재와 전해액과의 반응이 증가하여 사이클 특성이 저하될 우려가 있다. 보다 구체적으로 상기 도전재는 음극활물질 100중량부에 대하여 0.5 내지 3.5중량부, 보다 더 구체적으로는 1 내지 3중량부로 포함될 수 있다.
The conductive material may be included in an amount of 0.1 to 5 parts by weight based on 100 parts by weight of the negative electrode active material. If the content of the conductive material is less than 0.1 part by weight, the conductivity and the cycle characteristics are not improved by using the conductive material. If the amount exceeds 5 parts by weight, the reaction between the conductive material and the electrolyte increases due to the increase of the specific surface area of the conductive material. And the cycle characteristics may be lowered. More specifically, the conductive material may be contained in an amount of 0.5 to 3.5 parts by weight, more specifically 1 to 3 parts by weight, based on 100 parts by weight of the negative electrode active material.
또, 상기 단계 1에서의 분산액 제조시 사용가능한 셀룰로오스계 증점제로는, 통상 전극 형성용 조성물의 제조시 전극 구성성분들의 분산성 향상 및 조성물의 점도 제어에 사용되는 것이라면 특별한 제한없이 사용가능하다. 구체적으로 상기 셀룰로오스계 증점제로는 카르복시메틸 셀룰로오스, 하이드록시메틸 셀룰로오스, 하이드록시에틸 셀룰로오스, 하이드록시프로필 셀룰로오스, 셀룰로오스의 알코올 가용화 부틸레이트, 셀룰로오스 아세테이트, 셀룰로오스 아세테이트 부틸레이트, 셀룰로오스 부틸레이트, 시아노에틸 셀룰로오스, 메틸 셀룰로오스, 에틸 셀룰로오스, 하이드록시 에틸 셀룰로오스, 에틸 하이드록시 에틸 셀룰로오스, 니트로셀룰로오스, 카르복시 메틸 셀룰로오스, 카르복시 메틸 셀룰로오스 나트륨, 카르복시 메틸 셀룰로오스 암모늄, 하이드록시 에틸 셀룰로오스, 하이드록시프로필 셀룰로오스, 하이드록시프로필 메틸 셀룰로오스 또는 이들의 나트륨염 등을 들 수 있으며, 이들 중 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다.
The cellulose-based thickening agent which can be used in the preparation of the dispersion in step 1 is not particularly limited as long as it is generally used for improving the dispersibility of the electrode components and controlling the viscosity of the composition during the production of the electrode-forming composition. Specific examples of the cellulose-based thickening agent include carboxymethylcellulose, hydroxymethylcellulose, hydroxyethylcellulose, hydroxypropylcellulose, alcohol-soluble butyrate of cellulose, cellulose acetate, cellulose acetate butyrate, cellulose butylate, cyanoethylcellulose , Methyl cellulose, ethyl cellulose, hydroxyethyl cellulose, ethylhydroxyethyl cellulose, nitrocellulose, carboxymethyl cellulose, carboxymethyl cellulose sodium, carboxymethyl cellulose ammonium, hydroxyethyl cellulose, hydroxypropyl cellulose, hydroxypropylmethylcellulose Or a sodium salt thereof. These may be used singly or in combination of two or more.
또, 상기 셀룰로오스계 증점제는 셀룰로오스계 화합물을 구성하는 고분자의 단위 유닛내 카르복실기의 치환도가 1 내지 1.5인 것일 수 있다.The cellulose-based thickener may be one having a degree of substitution of the carboxyl group in the unit unit of the polymer constituting the cellulose-based compound of 1 to 1.5.
일반적으로 전극 형성용 조성물에서 바인더 또는 증점제로서 사용되는 셀룰로오스계 화합물, 일례로 카르복시메틸 셀룰로오스는 셀룰로오스 반복 단위(repeating unit), 즉 단위 유닛당 3개 이하의 카르복시메틸기를 가질 수 있으며, 이와 같이 셀룰로오스의 단위유닛내에서 히드록시기를 치환한 카르복시메틸기 또는 카르복시기의 평균 개수를 치환도(degree of substitution, DS)라고 한다. 셀룰로오스계 화합물은 치환도에 따라 물에 대한 용해도가 달라진다. 일반적으로 셀룰로오스계 화합물이 높은 치환도를 가지면 물에 대한 용해도가 증가하고, 낮은 치환도를 가지면 물에 대한 용해도는 저하되게 된다. 셀룰로오스계 화합물의 물에 대한 용해도는 결과적으로 음극 형성용 조성물의 분산 특성에 영향을 주는데, 물에 대한 용해도가 좋을수록 음극활물질을 비롯한 구성성분들의 분산성이 향상된다.Generally, a cellulose compound used as a binder or a thickener in an electrode-forming composition, for example, carboxymethylcellulose may have a cellulose repeating unit, i.e., 3 or less carboxymethyl groups per unit unit, The average number of carboxymethyl groups or carboxyl groups substituted with hydroxy groups in a unit unit is referred to as degree of substitution (DS). The solubility of cellulose compounds in water varies depending on the degree of substitution. In general, when the cellulose compound has a high degree of substitution, the solubility in water increases, and when the cellulose compound has a low degree of substitution, the solubility in water decreases. The solubility of the cellulose-based compound in water affects the dispersion characteristics of the composition for forming a negative electrode as a result. The better the solubility in water, the better the dispersibility of the components including the negative electrode active material.
본 발명에서는 상기한 바와 같이, 단위 유닛내 카르복실기의 치환도가 높은 고치환도의 셀룰로오스계 증점제를 도전재와 함께 분산시킴으로써, 분산성이 낮은 도전재의 분산을 촉진시킬 수 있다. 또 상기 용매 중에 분산된 셀룰로오스계 증점제는 이후 첨가되는 음극활물질에 용이하게 흡착되어 음극활물질간 척력을 유지하도록 함으로써, 조성물내 음극활물질이 균일하게 분산되도록 한다. 또, 상기 음극활물질의 표면에 흡착된 셀룰로오스계 화합물은 음극활물질 주변에 바인더를 더 많이 잡아주게 되어 음극활물질 주변의 접착력이 다른 물질들에 비해 증가하게 된다. 이에 따라 상기 음극활물질이 실리콘 또는 실리콘 산화물과 같이 충방전에 따른 부피변화가 큰 활물질인 경우, 충방전에 따른 실리콘 산화물의 부피 변화를 최소화하고, 전극내 기계적 탈리 및 크랙 발생을 방지하여 전지의 수명 특성을 개선시킬 수 있다.
In the present invention, as described above, dispersion of a conductive material having a low dispersibility can be promoted by dispersing a cellulose-based thickener having a high degree of substitution of a carboxyl group in a unit unit with a conductive material. The cellulose-based thickener dispersed in the solvent is easily adsorbed on the negative active material to be added to maintain the repulsive force between the negative active materials, thereby uniformly dispersing the negative active material in the composition. In addition, the cellulose-based compound adsorbed on the surface of the negative electrode active material has a larger amount of binder around the negative active material, so that the adhesive force around the negative active material increases compared to other materials. Accordingly, when the negative electrode active material is an active material having a large volume change due to charging and discharging such as silicon or silicon oxide, the volume change of the silicon oxide due to charging and discharging can be minimized, and mechanical detachment and cracks in the electrode can be prevented, The characteristics can be improved.
또, 상기 셀룰로오스계 증점제는 중량평균 분자량(Mw)이 800,000 내지 4,000,000g/mol인 것일 수 있다. 셀룰로오스계 화합물의 Mw가 800,000g/mol 미만이면 셀룰로오스계 증점제의 사용에 따른 분산성 개선 효과가 미미할 수 있고, 4,000,000g/mol을 초과하면 음극 형성용 조성물의 제작시 공정상의 어려움이 있다. 본 발명에 있어서, 중량평균 분자량(Mw)는 겔 투과 크로마토그래피(GPC)로 측정한 폴리스티렌 환산 중량평균 분자량(Mw)이다.
The cellulose-based thickener may have a weight average molecular weight (Mw) of 800,000 to 4,000,000 g / mol. If the Mw of the cellulose-based compound is less than 800,000 g / mol, the effect of improving the dispersibility of the cellulose-based thickener may be insignificant. If the Mw is more than 4,000,000 g / mol, there is a difficulty in processing the composition for forming a negative electrode. In the present invention, the weight average molecular weight (Mw) is a polystyrene reduced weight average molecular weight (Mw) measured by gel permeation chromatography (GPC).
또, 상기 셀룰로오스계 증점제는 상기한 Mw 범위내에서 서로 다른 Mw를 갖는 2종의 셀룰로오스계 화합물을 포함할 수 있으며, 이때 상기 2종의 셀룰로오스계 화합물은 Mw에 있어서 차이만 있을 뿐 동일한 것일 수도 있고, 또는 서로 상이한 화합물일 수도 있다.
In addition, the cellulose thickener may include two kinds of cellulose compounds having different Mw within the above-mentioned Mw range, wherein the two kinds of cellulose compounds may be the same , Or they may be different compounds.
보다 구체적으로 상기 셀룰로오스계 증점제는 상기한 치환도 및 Mw 조건을 충족하는 카르복시메틸셀룰로오스(CMC) 또는 카르복시메틸셀룰로오스 나트륨염(CMCNa)을 포함할 수 있으며, 보다 더 구체적으로는 카르복시메틸셀룰로오스일 수 있다. 일반적으로 카르복시메틸셀룰로오스 및 카르복시메틸셀룰로오스 나트륨염, 특히 카르복시메틸셀룰로오스는 다른 셀룰로오스계 화합물에 비하여 물에 대한 용해도가 높고, 이온화가 용이하다. 또한 증점성이 높아 음극 형성용 조성물에 우수한 도포성을 부여할 수 있으며, 접착력도 우수하기 때문에 집전체로부터의 활물질의 탈락을 방지할 수 있다.
More specifically, the cellulose thickener may include carboxymethylcellulose (CMC) or carboxymethylcellulose sodium salt (CMCNa) that satisfies the above degree of substitution and Mw, and more specifically may be carboxymethylcellulose . In general, carboxymethylcellulose and carboxymethylcellulose sodium salt, especially carboxymethylcellulose, have higher solubility in water and ionization than other cellulosic compounds. In addition, since the composition has a high viscosity, it can impart excellent coating properties to the composition for forming an anode, and is excellent in adhesion, so that the active material can be prevented from falling off from the current collector.
또, 상기 셀룰로오스계 증점제는 단계 1에서 전체 사용량이 일괄 투입될 수도 있고, 또 상기 도전재와의 혼합에 따른 분산액 제조 후, 음극활물질과 혼합하는 후속의 단계 2에서 분할 투입될 수도 있다. The cellulose-based thickener may be added in a total amount in step 1, or may be separately added in a subsequent step 2 in which the dispersion is mixed with the conductive material and then mixed with the negative electrode active material.
구체적으로, 단계 2에서 분할 투입될 경우, 단계 1에서의 상기 셀룰로오스계 화합물은 전체 셀룰오로스계 화합물 사용량의 60 내지 80중량%의 함량으로 투입될 수 있다.Specifically, when the cellulose compound is added in step 2, the cellulose compound in step 1 may be added in an amount of 60 to 80% by weight based on the total amount of the cellulosic compound used.
또, 단계 2에서 분할 투입될 경우, 각 단계 별로 사용되는 셀룰로오스계 증점제는 함께 혼합되는 구성성분의 종류 및 물성적 요구에 최적화된 Mw를 갖는 것일 수 있다. 구체적으로, 단계 1에서 투입되는 셀룰로오스계 증점제(이하 제1셀룰로오스계 증점제라 함)는 상기한 치환기를 충족하는 동시에 Mw가 800,000g/mol 내지 1,200,000g/mol인 셀룰로오스계 화합물을 포함하고, 단계 2에서 투입되는 셀룰로오스계 증점제(이하 제2셀룰로오스계 증점제라 함)는 상기한 치환기를 충족하는 동시에 Mw가 1,200,000g/mol 초과 내지 4,000,000g/mol이하인 셀룰로오스계 화합물을 포함하는 것일 수 있다. 이와 같이 음극활물질과의 혼합시 보다 높은 Mw를 갖는 상기 제2셀룰로오스계 화합물을 사용할 경우, 음극활물질 표면에 부착되는 상기 제2셀룰로오스계 화합물이 바인더를 더 많이 잡아주게 되어 음극활물질 주변의 접착력을 증가시킬 수 있다. 또 충방전에 따른 음극활물질의 부피변화를 최소화하여 음극내 기계적 탈리 및 크랙 발생을 방지함으로써 전지의 수명특성을 개선시킬 수 있다.
Further, in the step 2, the cellulose-based thickener used for each step may be one having an Mw optimized for the kind of the component to be mixed together and the physical property demand. Specifically, the cellulose-based thickener (hereinafter referred to as a first cellulose-based thickener) charged in Step 1 includes a cellulose-based compound satisfying the above-mentioned substituent and having an Mw of 800,000 g / mol to 1,200,000 g / mol, Based thickener (hereinafter referred to as a second cellulose-based thickener) may contain a cellulose-based compound satisfying the above-mentioned substituent and having an Mw of 1,200,000 g / mol to 4,000,000 g / mol. When the second cellulosic compound having a higher Mw is mixed with the negative electrode active material as described above, the second cellulosic compound adhered to the surface of the negative active material retains more binder and increases the adhesion around the negative active material . Also, the change in the volume of the negative electrode active material due to charging and discharging is minimized, thereby preventing the occurrence of mechanical separation and cracks in the negative electrode, thereby improving the lifetime characteristics of the battery.
상기와 같은 셀룰로오스계 증점제는 음극활물질 100중량부에 대하여 0.1 내지 10중량부로 사용될 수 있다. 상기 셀룰로오스계 증점제의 함량이 0.1중량부 미만이면, 증점제 사용에 따른 개선효과가 미미하고, 10중량부를 초과할 경우, 과량의 증점제 사용으로 상대적으로 도전재 및 음극활물질의 함량이 낮아지게 됨으로써 전지 특성이 저하될 우려가 있다. 보다 구체적으로 상기 셀룰로오스계 증점제는 음극활물질 100중량부에 대하여 0.5 내지 5중량부로 사용될 수 있다.
The cellulose-based thickener may be used in an amount of 0.1 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the negative electrode active material. If the content of the cellulose-based thickener is less than 0.1 parts by weight, the effect of using the thickener is insignificant. When the content of the cellulose-based thickener is more than 10 parts by weight, the content of the conductive material and the negative electrode active material is relatively low, May be deteriorated. More specifically, the cellulose thickener may be used in an amount of 0.5 to 5 parts by weight based on 100 parts by weight of the negative electrode active material.
또, 상기 단계 1에서의 분산액 제조시 사용가능한 용매로는, 통상 음극 형성용 조성물에 사용되는 것이라면 특별한 제한없이 사용가능하다. 구체적으로, 상기 용매는 펜탄, 노말헥산, 옥탄, 사이클로펜탄 또는 사이클로헥산 등의 지방족탄화수소계 용매; 벤젠, 톨루엔, 또는 크실렌 등의 방향족 탄화수소계 용매; 푸르푸랄(furfural) 등의 알데하이드계 용매; 아세톤, 메틸에틸케톤, 사이클로펜타논 또는 사이클로헥사논 등의 케톤계 용매; 아세트산부틸, 아세트산에틸, 아세트산메틸, 부틸 프로피오네이트, 에틸렌글리콜 모노에틸에테르 아세테이트, 프로필렌글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트, 또는 3-메톡시부틸 아세테이트 에틸렌글리콜 디 아세테이트 등의 에스테르계 용매; 테트라하이드로푸란, 디옥산 또는 에틸렌글리콜 디 메틸 에테르 등의 에테르계 용매; 메탄올, 에탄올, 노말프로필알코올, 이소프로필알코올, 부틸 알코올, 옥틸 알코올, 사이클로헥산올, 알릴 알코올, 벤질알코올, 크레졸 또는 푸르푸릴 알코올 등의 알코올계 용매; 글리세롤, 에틸렌글리콜, 또는 디에틸렌글리콜 등의 폴리올계 용매; 에틸렌글리콜 모노메틸 에테르, 에틸렌글리콜 모노 에틸 에테르, 에틸렌글리콜 모노부틸에테르프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르, 또는 디에틸렌글리콜 모노부틸에테르 등의 알코올 에테르계 용매; N-메틸-2-피롤리돈, 디메틸설폭사이드, 또는 디메틸 포름 아미드 등의 유기용매; 또는 물, 이소프로필 알코올(isopropyl alcohol) 등의 수계 용매 등일 수 있으며, 이들 중 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다. 보다 구체적으로 상기 용매는 음극 형성용 조성물을 구성하는 음극활물질 및 도전재의 분산성을 높이고, 바인더 및 셀룰로오스계 증점제의 용해도를 증가시키는 관점에서 수계 용매일 수 있다.
The solvent which can be used in the preparation of the dispersion in step 1 is not particularly limited as long as it is usually used in a composition for forming a negative electrode. Specifically, the solvent may be an aliphatic hydrocarbon-based solvent such as pentane, n-hexane, octane, cyclopentane or cyclohexane; Aromatic hydrocarbon solvents such as benzene, toluene, and xylene; Aldehyde type solvents such as furfural; Ketone solvents such as acetone, methyl ethyl ketone, cyclopentanone or cyclohexanone; Ester solvents such as butyl acetate, ethyl acetate, methyl acetate, butyl propionate, ethylene glycol monoethyl ether acetate, propylene glycol monomethyl ether acetate, or 3-methoxybutyl acetate ethylene glycol diacetate; Ether solvents such as tetrahydrofuran, dioxane, or ethylene glycol dimethyl ether; Alcohol solvents such as methanol, ethanol, normal propanol, isopropyl alcohol, butyl alcohol, octyl alcohol, cyclohexanol, allyl alcohol, benzyl alcohol, cresol or furfuryl alcohol; Polyol-based solvents such as glycerol, ethylene glycol, and diethylene glycol; Alcohol ether solvents such as ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol monobutyl ether, propylene glycol monomethyl ether, and diethylene glycol monobutyl ether; An organic solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone, dimethylsulfoxide, or dimethylformamide; Or an aqueous solvent such as water, isopropyl alcohol, etc., and any one of them or a mixture of two or more of them may be used. More specifically, the solvent can be aqueous-based in view of increasing the dispersibility of the negative electrode active material and the conductive material constituting the negative electrode composition and increasing the solubility of the binder and the cellulose-based thickener.
상기 용매는 상기 음극 형성용 조성물의 도포성 및 공정성을 고려하여 적절한 점도를 갖도록 하는 양으로 포함될 수 있다. 구체적으로는 상기 음극 형성용 조성물의 점도(B형 점도계, 25℃, 12rpm)가 1000cps 내지 5000cps가 되도록 하는 양으로 첨가될 수 있다. 만약 용매의 함량이 지나치게 많아 상기 음극 형성용 조성물의 점도가 1000cps 미만일 경우 공정시간이 길어질 우려가 있고, 5000cps를 초과할 경우 도포성이 저하되고, 이로 인해 음극활물질층의 두께 불균일도가 증가할 우려가 있다. 본 발명에 있어서, 점도는 BM형 점도계(VISCOMETER, TOKIMEC 사제)를 사용하고, 25℃에서 측정한 값으로 정의된다.
The solvent may be included in an amount such that the solvent has an appropriate viscosity in consideration of the applicability and processability of the negative electrode composition. Specifically, it may be added in an amount such that the viscosity of the negative electrode composition (B-type viscometer, 25 캜, 12 rpm) is from 1000 cps to 5000 cps. If the viscosity of the composition for forming an anode is less than 1000 cps, the process time may be prolonged. If the viscosity exceeds 5000 cps, the coating property may be deteriorated and the thickness of the negative electrode active material layer may increase. . In the present invention, the viscosity is defined as a value measured at 25 DEG C using a BM type viscometer (VISCOMETER, manufactured by TOKIMEC).
또, 상기 단계 1에서의 상기한 도전재와 셀룰로오스계 증점제의 혼합 및 분산 공정은 상기한 용매 중에서 수행될 수 있다. 구체적으로는 용매 중에 도전재와 셀룰로오스계 증점제를 혼합한 후 분산시키거나, 또는 셀룰로오스계 증점제를 용매 중에 먼저 용해시켜 셀룰로오스계 증점제 함유 용액을 제조한 후, 제조한 용액에 도전재를 첨가하고, 분산처리하여 제조될 수도 있다.The step of mixing and dispersing the conductive material and the cellulose-based thickener in the step 1 may be carried out in the above-mentioned solvent. Specifically, a conductive material and a cellulose-based thickening agent are mixed and dispersed in a solvent, or a cellulosic thickener is first dissolved in a solvent to prepare a cellulose-based thickener-containing solution, and then a conductive material is added to the prepared solution, ≪ / RTI >
또 상기 분산액 제조를 위한 혼합 및 분산 공정은 통상의 혼합 또는 분산 방법에 따라 수행될 수 있다. 구체적으로는, 호모게나이져, 비즈밀, 볼밀, 바스켓밀, 어트리션밀, 만능 교반기, 클리어 믹서 또는 TK믹서 등과 같은 혼합 또는 분산장치를 이용하여 실시될 수 있다. 보다 구체적으로 상기 분산은 10,000 내지 25,000rpm 회전속도의 제트기류에 의해 10분 내지 20분동안 수행될 수 있다. 상기와 같은 제트 기류를 이용하여 분산 공정을 실시할 경우, 용매 중 상기한 성분들의 균일 분산을 촉진할 수 있다.The mixing and dispersing process for producing the dispersion may be carried out according to a conventional mixing or dispersing method. Concretely, it can be carried out by using a mixing or dispersing device such as a homogenizer, a bead mill, a ball mill, a basket mill, an impact mill, a universal stirrer, a clear mixer or a TK mixer. More specifically, the dispersion may be carried out by a jet flow of 10,000 to 25,000 rpm for 10 to 20 minutes. When the dispersion process is carried out using the jet flow as described above, the uniform dispersion of the above components in the solvent can be promoted.
상기와 같은 공정에 의한 단계 1의 결과로, 상기 셀룰로오스계 증점제 함유 용액 중에 상기 도전재가 균일 분산된 분산액이 수득된다.
As a result of Step 1 by the above-described process, a dispersion in which the conductive material is uniformly dispersed in the cellulose-based thickener-containing solution is obtained.
(단계 2)(Step 2)
단계 2는 상기 단계 1에서 준비한 분산액에 음극활물질, 바인더 그리고 선택적으로 셀룰로오스계 화합물을 첨가하여 혼합하는 단계이다.
Step 2 is a step of adding a negative electrode active material, a binder and optionally a cellulose compound to the dispersion prepared in Step 1 and mixing the dispersion.
상기 단계 2에 있어서, 상기 음극활물질로는 리튬의 가역적인 인터칼레이션 및 디인터칼레이션이 가능한 화합물이 사용될 수 있다. 구체적인 예로는 인조흑연, 천연흑연, 그라핀 등의 흑연계 물질; 결정질 또는 비정질탄소 등의 탄소질 재료; Si, Al, Sn, Pb, Zn, Bi, In, Mg, Ga, Cd, Si합금, Sn합금 또는 Al합금 등 리튬과 합금화가 가능한 금속질 화합물; 또는 상기 금속질 화합물과 탄소 화합물을 포함하는 복합물 등을 들 수 있으며, 이들 중 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다. 보다 구체적으로 상기 음극활물질은 SiOx(0<x<2)의 실리콘 산화물, 흑연계 물질 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 또, 상기 실리콘 산화물은 구체적으로 비정질일 수 있다.
In the step 2, a compound capable of reversibly intercalating and deintercalating lithium may be used as the negative electrode active material. Specific examples thereof include graphite-based materials such as artificial graphite, natural graphite and graphite; Carbonaceous materials such as crystalline or amorphous carbon; Metal compounds capable of alloying with lithium such as Si, Al, Sn, Pb, Zn, Bi, In, Mg, Ga, Cd, Si alloys, Sn alloys or Al alloys; Or a composite containing the metallic compound and the carbon compound, and either one of them or a mixture of two or more of them may be used. More specifically, the negative electrode active material may include silicon oxide of SiO x (0 < x < 2), a graphite based material, or a mixture thereof. In addition, the silicon oxide may be specifically amorphous.
보다 더 구체적으로 상기 음극활물질은 상기 실리콘 산화물과 흑연계 물질의 혼합물을 포함할 수 있다.More specifically, the negative electrode active material may include a mixture of the silicon oxide and the graphite based material.
SiOx(0<x<2)로 표시되는 실리콘 산화물은 충방전에 수반하는 체적 변화가 흑연계 물질 보다 크지만, 이론 용량은 더 크다. 이에 따라 상기한 실리콘 산화물과 흑연계 물질의 혼합물을 포함할 경우, 흑연계 물질만을 포함하는 전지에 비해 보다 증가된 전지 용량을 나타낼 수 있다. 또, 실리콘 산화물의 경우 부피 변화시 음극활물질간 결착 및 도전 네트워크가 절단되기 쉽다. 그러나 흑연계 물질과 혼합 사용시 음극활물질간의 결착 및 도전 네트워크의 절단을 방지할 수 있다.The silicon oxide represented by SiOx (0 < x < 2) has a larger volume change due to charging and discharging than the graphite based material, but the theoretical capacity is larger. Accordingly, when a mixture of the silicon oxide and the graphite based material is included, the battery capacity can be increased as compared with the battery containing only the graphite based material. In the case of silicon oxide, the binding between the anode active materials and the conductive network are liable to be broken when the volume is changed. However, when mixed with a graphite-based material, it is possible to prevent binding between the negative electrode active material and disconnection of the conductive network.
또, 상기 음극활물질이 실리콘 산화물과 흑연계 물질의 혼합물을 포함하는 경우, 구체적으로 상기 실리콘 산화물과 흑연계 물질은 1:9 내지 5:5의 혼합중량비로 혼합되어 포함될 수 있다. 상기한 혼합중량비 범위를 벗어나 실리콘 산화물에 비해 흑연계 물질의 함량이 지나치게 높으면, 단위 음극활물질 합재량 당의 충전 용량이 감소할 우려가 있고, 흑연계 물질에 비해 실리콘 산화물의 함량이 지나치게 높으며, 충방전에 의한 체적 변화가 큰 실리콘 산화물의 함량이 높아짐에 따라 전극판의 팽창 및 수축이 커지고, 그 결과로, 실리콘 산화물과 흑연계 물질의 전기적 접촉이 부족해져 사이클 특성이 저하될 우려가 있다.
When the negative electrode active material includes a mixture of silicon oxide and graphite-based material, specifically, the silicon oxide and graphite-based material may be mixed in a mixing weight ratio of 1: 9 to 5: 5. If the content of the graphite-based material is too high as compared with the silicon oxide, the charging capacity per unit amount of the anode active material may be decreased, the content of silicon oxide may be excessively high as compared with the graphite-based material, The expansion and contraction of the electrode plate increases with an increase in the content of silicon oxide having a large change in volume due to the increase of the volume of the silicon oxide. As a result, the electrical contact between the silicon oxide and the graphite based material becomes insufficient.
또, 상기 음극활물질은 그 형태가 특별히 한정되지 않으며, 입자상, 판상, 섬유상 등의 다양한 형태를 가질 수 있다. 또 상기 음극활물질은 1차 입자일 수도 있고, 1차 입자가 복수개 응집된 2차 입자일 수도 있다. 구체적으로 상기 음극활물질은 그 자체로 구형의 1차 입자이거나, 또는 구형의 형태로 응집된 2차 입자일 수 있다. 일례로서, 상기 음극활물질이 인조흑연 또는 천연흑연 등의 흑연계 물질일 경우, 1차 입자의 흑연계 물질은 판상형일 수 있으나, 이들이 응집된 2차 입자는 구형의 입자 형태를 형성할 수도 있다. The shape of the negative electrode active material is not particularly limited, and may have various shapes such as a particle shape, a plate shape, and a fibrous shape. The negative electrode active material may be primary particles or secondary particles in which a plurality of primary particles are aggregated. Specifically, the negative electrode active material may be spherical primary particles per se or may be secondary particles agglomerated into a spherical form. For example, when the negative electrode active material is a graphite based material such as artificial graphite or natural graphite, the graphite based material of the primary particles may be a plate-like material, but the aggregated secondary particles may form a spherical particle form.
통상 판상의 형태를 갖는 흑연계 음극활물질은 음극의 제조과정에서 충전 밀도 향상을 위한 압축 공정시, 배향되어 음극활물질층내 이온 확산 속도의 저하, 방전 용량 감소, 방전시 작동전위 상승 및 에너지 밀도의 저하 등이 발생할 우려가 있다. 이에 대해 1차 입자 자체로 구형이거나 또는 구형의 형태로 2차 입자상을 가질 경우 압축 공정시 배향에 따른 상기한 문제 발생의 우려가 없다.The graphite-based negative electrode active material having a plate-like shape is oriented in the compression process for improving the filling density in the manufacturing process of the negative electrode to decrease the ion diffusion rate in the negative electrode active material layer, decrease the discharge capacity, increase the working potential during discharging, Etc. may occur. On the other hand, when the primary particles themselves have a spherical shape or a secondary particle shape in the form of a spherical shape, there is no fear of occurrence of the above-mentioned problem due to orientation in the compression process.
본 발명에 있어서, 판상이란 편평한 두 면을 가진 형태로 정의되며, 완전한 판상 형상은 물론, 판상과 유사한 형상인 플레이크(flake)상, 비늘상 등도 포함한다. 구체적으로, 판상에서 두개의 편평한 면 중 어느 한 면에서의 장축을 길이, 그리고 두 편평한 면 사이의 길이를 두께라고 정의할 때, 상기 흑연은 0.1 내지 5㎛의 평균 길이 및 10 내지 500nm의 평균 두께를 갖는 것일 수 있다.
In the present invention, a plate shape is defined as a shape having two flat planes, and includes not only a complete plate shape but also flakes, scales and the like which are similar to plates. Specifically, when a long axis on one of two flat surfaces on a plate is defined as a length and a length between two flat surfaces is defined as a thickness, the graphite has an average length of 0.1 to 5 mu m and an average length of 10 to 500 nm Lt; / RTI >
보다 구체적으로, 상기 음극활물질은 평균입경(D50)이 2 내지 20㎛의 구형의 입자일 수 있다. 본 발명에 있어서, 음극활물질의 평균 입경은 1차 또는 2차 입자의 입경 분포의 50% 기준에서의 입경으로 정의할 수 있다. 상기 입자의 평균 입경(D50)은 예를 들어, 레이저 회절법(laser diffraction method)을 이용하여 측정할 수 있으며, 보다 구체적으로는, 상기 음극활물질을 용매에 분산시킨 후, 시판되는 레이저 회절 입도 측정 장치(예를 들어 Microtrac MT 3000)에 도입하여 약 28kHz의 초음파를 출력 60W로 조사한 후, 측정 장치에 있어서의 입경 분포의 50% 기준에서의 평균입경(D50)을 산출할 수 있다.
More specifically, the negative electrode active material may be spherical particles having an average particle diameter (D 50 ) of 2 to 20 μm. In the present invention, the average particle diameter of the negative electrode active material can be defined as a particle diameter on the basis of 50% of the particle diameter distribution of the primary or secondary particles. The average particle size (D 50 ) of the particles can be measured using, for example, a laser diffraction method. More specifically, the negative active material may be dispersed in a solvent, (Microtrac MT 3000, for example), and an ultrasonic wave of about 28 kHz is irradiated at an output of 60 W, and then an average particle diameter (D 50 ) of 50% of the particle diameter distribution in the measuring apparatus can be calculated.
상기와 같은 음극활물질은 음극 형성용 조성물 총 중량에 대하여 80 내지 98중량%로 포함될 수 있다. 음극활물질의 함량이 80중량% 미만이면 전지의 출력특성이 저하될 우려가 있고, 98중량%를 초과하면 전극내 결착력 저하로 인한 활물질 탈리 및 집전체와의 박리현상이 발생할 우려가 있다.
The negative electrode active material may include 80 to 98% by weight based on the total weight of the composition for forming a negative electrode. When the content of the negative electrode active material is less than 80 wt%, the output characteristics of the battery may be deteriorated. When the amount of the negative electrode active material is more than 98 wt%, there is a fear that the active material detachment due to the decrease in the binding force in the electrode and the peeling phenomenon with the current collector occur.
또, 상기 단계 2에서 상기 바인더는 음극활물질 입자들 간의 부착 및 음극활물질과 집전체와의 접착력을 향상시키는 역할을 하는 것으로, 통상 음극 형성용 조성물에 사용되는 것이라면 특별한 제한없이 사용가능하다. 구체적으로, 상기 바인더는 불소계 고분자(예를 들면, 폴리비닐리덴플로라이드(PVDF), 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리헥사플루오로프로필렌 등), 폴리알킬렌계 고분자(예를 들면, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등) 폴리(메트)아크릴레이트계 고분자(예를 들면, 폴리메타크릴산 메틸, 폴리아크릴레이트 등), 또는 각종 고무(스티렌 부타디엔 고무, 불소 고무 등) 등일 수 있으며, 이들 중 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다. 보다 구체적으로 상기 바인더는 스티렌 부타디엔계 고무일 수 있다. 상기 스티렌 부타디엔계 고무는 조성물내 음극활물질과 도전재의 분산성을 향상시키고, 또 강한 접착력을 가져 바인더의 함량을 감소시킬 수 있고, 음극활물질의 함량을 증가시켜 리튬 이차전지를 고용량화할 수 있다. 또, 전극의 구조적 안정성을 높여 전지의 제반 특성을 향상시킬 수 있다.
In addition, in the step 2, the binder improves the adhesion between the anode active material particles and the adhesion between the anode active material and the current collector. The binder can be used without particular limitation as long as it is usually used for a cathode forming composition. Specifically, the binder may be a fluorine-based polymer such as polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene, polyhexafluoropropylene, etc., a polyalkylene polymer such as polyethylene, ), Poly (meth) acrylate-based polymers (e.g., polymethyl methacrylate, polyacrylate and the like), and various rubbers (such as styrene butadiene rubber and fluorine rubber) The above mixture may be used. More specifically, the binder may be a styrene-butadiene rubber. The styrene-butadiene rubber improves the dispersibility of the negative electrode active material and the conductive material in the composition and has a strong adhesive force, thereby reducing the content of the binder and increasing the content of the negative electrode active material, thereby increasing the capacity of the lithium secondary battery. In addition, it is possible to improve the structural stability of the electrode and improve various characteristics of the battery.
또 상기 스티렌 부타디엔계 고무는 보다 구체적으로 평균입경(D50)이 90 내지 150㎚이고, 인장강도가 90 내지 160kgf인 SBR(styrene-butadiene rubber)일 수 있다. 상기한 입경 및 물성적 특징을 충족하는 스티렌 부타디엔게 고무는 보다 우수한 접착력을 나타낼 수 있다. 본 발명에 있어서, 스티렌 부타디엔계 고무의 평균입경(D50)은 입경 분포의 50% 기준에서의 입경으로 정의할 수 있으며, 앞서 설명한 바와 같이 레이저 회절법(laser diffraction method)을 이용하여 측정할 수 있다.
More specifically, the styrene-butadiene rubber may be styrene-butadiene rubber (SBR) having an average particle diameter (D 50 ) of 90 to 150 nm and a tensile strength of 90 to 160 kgf. The styrene butadiene rubber satisfying the above-mentioned particle size and physical properties can exhibit a superior adhesive force. In the present invention, the average particle diameter (D 50 ) of the styrene-butadiene rubber can be defined as the particle diameter on the basis of 50% of the particle diameter distribution, and can be measured using the laser diffraction method have.
상기 바인더는 음극활물질 100중량부에 대하여 1 내지 20중량부로 포함될 수 있다. 바인더의 함량이 1중량부 미만이면 음극내 충분한 접착력을 나타내기 어렵고, 또 20중량부를 초과하면 전지의 용량 특성 저하의 우려가 있다. 보다 구체적으로 상기 바인더는 음극활물질 100중량부에 대하여 1 내지 10중량부로 포함될 수 있다.
The binder may be included in an amount of 1 to 20 parts by weight based on 100 parts by weight of the negative electrode active material. If the content of the binder is less than 1 part by weight, it is difficult to exhibit sufficient adhesion in the negative electrode. If the content of the binder is more than 20 parts by weight, there is a fear of deterioration of capacity characteristics of the battery. More specifically, the binder may be included in an amount of 1 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the negative electrode active material.
그리고 상기 단계 2에 있어서, 상기한 음극활물질 및 바인더와 함께 셀룰로오스계 화합물이 더 첨가될 수 있다.In the step 2, a cellulose compound may be added together with the negative electrode active material and the binder.
이때 셀룰로오스계 화합물은 상기 단계 1에서 설명한 바와 동일하며, 음극활물질 형성용 조성물 내 포함가능한 셀룰로오스계 화합물의 총 함량 중 단계 1에서 투입된 양을 제외한 잔부의 양으로 투입될 수 있다.
The cellulosic compound is the same as that described in the above step 1 and may be added in an amount of the remainder of the total amount of the cellulose compound that can be contained in the composition for forming the negative electrode active material, excluding the amount added in step 1.
상기 단계 2에 있어서, 상기한 음극활물질, 바인더, 그리고 선택적으로 사용가능한 셀룰로오스계 화합물의 혼합은 단계 1에서 설명한 바와 같은 통상의 방법에 따라 수행될 수 있다. 구체적으로, 상기 단계 2에서의 혼합은 호모게나이져, 비즈밀, 볼밀, 바스켓밀, 어트리션밀, 만능 교반기, 클리어 믹서 또는 TK믹서 등과 같은 혼합 또는 분산장치를 이용하여 1회 이상 실시될 수 있다. 보다 구체적으로 상기 분산은 1,000 내지 5,000 rpm의 회전 속도로 10분 내지 1시간동안 수행될 수 있다.
In the step 2, mixing of the negative electrode active material, the binder, and optionally the usable cellulosic compound may be carried out according to a conventional method as described in the step 1. Specifically, the mixing in step 2 may be carried out one or more times using a mixing or dispersing device such as a homogenizer, a bead mill, a ball mill, a basket mill, an impact mill, a universal stirrer, a clear mixer or a TK mixer . More specifically, the dispersion may be conducted at a rotation speed of 1,000 to 5,000 rpm for 10 minutes to 1 hour.
상기한 바와 같은 음극 형성용 조성물의 제조방법은, 활물질간 전도성 증가 효과가 우수하지만 분산성이 낮은 도전재를 셀룰로오스계 증점제와 선분산시킨 후, 음극활물질 및 바인더와 혼합함으로써, 음극 형성용 조성물내 도전재를 균일 분산시킬 수 있을뿐더러, 상기 도전재가 큰 비표면적으로 바인더를 흡착하는 것을 방지할 수 있다. 그 결과 상기 제조방법에 의해 제조된 음극 형성용 조성물 및 이를 이용하여 제조한 음극은 낮은 함량의 도전재 사용으로도 우수한 전도성을 나타낼 수 있으며, 음극활물질간 그리고 음극활물질층과 음극집전체 사이 향상된 접착력을 나타낼 수 있다.
The above-mentioned method for preparing a negative electrode composition is a method for producing a negative electrode, which comprises: mixing a conductive material having excellent dispersibility of a conductive material with a cellulosic thickener and having excellent conductivity increasing effect between active materials, It is possible to uniformly disperse the conductive material and prevent the conductive material from adsorbing the binder with a large specific surface area. As a result, the composition for forming a negative electrode and the negative electrode prepared using the composition described above can exhibit excellent conductivity even when a low content of a conductive material is used, and can exhibit improved adhesion between the negative active material layer and the negative electrode active material layer Lt; / RTI >
이에 따라 본 발명의 다른 일 실시예에 따르면 상기한 제조방법에 의해 제조된 음극 형성용 조성물이 제공된다.Accordingly, according to another embodiment of the present invention, there is provided a composition for forming an anode, which is produced by the above production method.
구체적으로, 상기 음극 형성용 조성물은 음극활물질, 도전재, 바인더 및 셀룰로오스계 화합물을 포함하며, 상기한 성분들은 그 최적화된 제조 방법에 의해 용매 중에 균일 분산되어 있다. 이때, 상기 음극활물질, 도전재, 바인더, 셀룰로오스계 화합물 및 용매는 앞서 설명한 바와 동일하다.Specifically, the negative electrode composition includes an anode active material, a conductive material, a binder, and a cellulose-based compound, and the above-mentioned components are uniformly dispersed in a solvent by the optimized production method. Here, the negative electrode active material, the conductive material, the binder, the cellulosic compound, and the solvent are the same as described above.
또, 상기 음극 형성용 조성물의 점도(B형 점도계, 상온, 12 rpm)는 550 cps 내지 5000 cps인 것일 수 있다.
The viscosity of the negative electrode composition (B-type viscometer, room temperature, 12 rpm) may be 550 cps to 5000 cps.
보다 구체적으로, 상기 음극 형성용 조성물은 음극활물질 100중량부에 대하여 도전재 0.1 내지 5중량부 혹은 1 내지 3중량부; 바인더 1 내지 20중량부 혹은 1 내지 10중량부; 그리고 셀룰로오스계 증점제 0.1 내지 10중량부 혹은 0.5 내지 5중량부를 포함하고, 또 음극 형성용 조성물의 점도가 25℃에서 는 550 cps 내지 5000 첸, 혹은 1000cps 내지 3000cps가 되도록 하는 양으로 용매를 포함하며, 또 상기 도전재가 1차 입자가 응집되어 이루어지며, BET 비표면적이 100m2/g 이상이고, 평균입경(D50)이 1㎛ 이하인 2차 입자상의 탄소계 물질일 때, 보다 우수한 전도성 및 접착력을 나타낼 수 있다.More specifically, the composition for forming a negative electrode may include 0.1 to 5 parts by weight or 1 to 3 parts by weight of a conductive material per 100 parts by weight of the negative electrode active material; 1 to 20 parts by weight or 1 to 10 parts by weight of a binder; And 0.1 to 10 parts by weight or 0.5 to 5 parts by weight of a cellulose-based thickener, and the solvent contains an amount such that the viscosity of the composition for forming an anode is from 550 cps to 5000 cu, or from 1000 cps to 3000 cps at 25 캜, When the conductive material is a secondary particle-like carbon-based material having primary particles aggregated and having a BET specific surface area of 100 m 2 / g or more and an average particle diameter (D 50 ) of 1 μm or less, excellent conductivity and adhesion .
한편, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 상기한 음극 형성용 조성물을 이용하여 제조한 리튬 이차전지용 음극을 제공한다.
According to another embodiment of the present invention, there is provided an anode for a lithium secondary battery, which is produced by using the above composition for forming an anode.
구체적으로 상기 음극은 음극집전체, 및 상기 음극집전체 상에 형성되는 음극활물질층을 포함한다.Specifically, the negative electrode includes a negative electrode collector and a negative electrode active material layer formed on the negative electrode collector.
상기 음극에 있어서, 음극집전체로는 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한없이 사용될 수 있으며, 구체적으로는, 구리, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인레스 스틸의 표면에 탄소, 니켈, 티탄 또는 은 등으로 표면처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 상기와 같은 음극집전체는 다양한 형태를 가질 수 있으며, 구체적으로는 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등의 형태일 수 있다. In the negative electrode, the negative electrode collector may be used without particular limitation, as long as it has high conductivity without causing chemical changes in the battery. Specific examples thereof include copper, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, Or stainless steel surface treated with carbon, nickel, titanium or silver, aluminum-cadmium alloy, or the like. The negative electrode current collector may have various shapes, and may be in the form of a film, a sheet, a foil, a net, a porous body, a foam, a nonwoven fabric, or the like.
또, 상기 음극집전체는 3 내지 500㎛의 두께를 갖는 것이 바람직할 수 있으며, 또, 음극활물질의 결합력을 강화시킬 수 있도록, 집전체의 표면에 미세한 요철 또는 패턴이 형성될 수도 있다.
The negative electrode current collector may preferably have a thickness of 3 to 500 mu m. Further, fine unevenness or a pattern may be formed on the surface of the current collector so as to enhance the bonding force of the negative electrode active material.
또, 상기 음극에 있어서, 상기 음극활물질층은 상기한 음극 형성용 조성물을 이용하여 제조될 수 있으며, 구체적으로는 통상의 슬러리 코팅법을 이용하여 상기한 음극집전체의 적어도 일면에 도포 후, 건조 및 선택적으로 압연함으로써 제조될 수 있다. In the negative electrode, the negative electrode active material layer may be prepared using the above-described negative electrode composition. Specifically, the negative electrode active material layer is coated on at least one surface of the negative electrode collector using a conventional slurry coating method, And optionally rolling.
상기 음극 형성용 조성물의 도포시, 상기 슬러리 코팅법의 예로는 바 코팅, 스핀코팅, 롤 코팅, 슬롯다이 코팅, 또는 스프레이 코팅 등을 들 수 있으며, 이들 중 1종 또는 2종 이상의 방법이 혼합 실시될 수 있다. 또, 상기 음극 형성용 조성물의 도포시, 최종 제조되는 음극활물질층에서의 활물질의 로딩량 및 두께를 고려하여 적절한 두께로 음극 형성용 조성물을 도포하는 것이 바람직할 수 있다. Examples of the slurry coating method when applying the composition for forming an anode include bar coating, spin coating, roll coating, slot die coating, spray coating, and the like. . It may be preferable to apply the composition for forming the negative electrode to an appropriate thickness in consideration of the loading amount and the thickness of the active material in the finally formed negative electrode active material layer upon application of the negative electrode composition.
또, 상기 도포 공정 후 음극집전체 상에 형성된 음극 형성용 조성물의 도막에 대한 건조 공정은, 음극 형성용 조성물 중의 용매증발과 함께 음극내 포함된 수분을 최대한 제거하고, 동시에 바인더의 결착력을 높일 수 있는 온도에서의 가열처리, 열풍 주입 등의 방법으로 수행될 수 있다. 구체적으로 상기 건조공정은 용매의 비점 이상 바인더의 융점 이하의 온도에서 수행될 수 있으며, 보다 구체적으로는 100 내지 150℃에서 수행될 수 있다. 보다 바람직하게는 100 내지 120℃의 온도 및 10torr 이하의 압력 하에서 1 내지 50시간 동안 실시될 수 있다. The step of drying the coated film of the negative electrode forming composition formed on the negative electrode current collector after the coating step can remove the moisture contained in the negative electrode as well as evaporate the solvent in the negative electrode forming composition and increase the binding force of the binder Heat treatment at a certain temperature, hot air injection, or the like. Specifically, the drying process may be carried out at a temperature lower than the melting point of the binder, which is higher than the boiling point of the solvent, and more specifically, at 100 to 150 ° C. More preferably 100 to 120 DEG C and a pressure of 10 torr or less for 1 to 50 hours.
또, 상기 건조공정 후 압연공정은 통상의 방법에 따라 실시될 수 있다.
The rolling step after the drying step may be carried out according to a conventional method.
또 다른 방법으로 상기 음극활물질층은 상기한 음극 형성용 조성물을 별도의 지지체 상에 도포한 후 건조하여 필름상으로 제조하고, 형성된 필름을 상기 지지체로부터 박리한 후 음극 집전체 상에 라미네이션하고 압연함으로써 제조될 수도 있다. 이때 상기 음극 형성용 조성물, 음극집전체, 도포, 건조 및 압연공정은 앞서 설명한 바와 동일하다.
Alternatively, the negative electrode active material layer may be prepared by coating the above-described composition for forming an anode on a separate support, drying the same to form a film, peeling the formed film from the support, laminating the same on the negative electrode collector, . At this time, the anode composition, anode collector, coating, drying and rolling processes are the same as described above.
상기와 같은 음극 형성용 조성물을 이용하여 제조된 음극은, 음극활물질층내 우수한 전도성을 갖는 도전재가 바인더의 흡착없이 균일하게 분포됨으로써, 전도성 및 접착력이 개선되어 리튬 이차전지의 출력특성 및 수명특성을 향상시킬 수 있다.
The negative electrode prepared by using the composition for forming an anode as described above is uniformly distributed in the negative electrode active material layer without adsorbing the binder with excellent conductivity, thereby improving the conductivity and the adhesive strength to improve the output characteristics and lifetime characteristics of the lithium secondary battery .
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 상기 음극을 포함하는 리튬 이차전지를 제공한다.According to another embodiment of the present invention, there is provided a lithium secondary battery including the negative electrode.
구체적으로, 상기 리튬 이차전지는 상기한 음극, 양극, 상기 음극과 양극 사이에 개재되어 위치하는 세퍼레이터 및 비수전해질을 포함한다. 상기 리튬 이차전지에 있어서, 음극은 앞서 설명한 바와 동일하다.
Specifically, the lithium secondary battery includes the negative electrode, the positive electrode, the separator interposed between the negative electrode and the positive electrode, and the nonaqueous electrolyte. In the lithium secondary battery, the negative electrode is the same as that described above.
상기 리튬 이차전지에 있어서, 상기 양극은 양극집전체 및 상기 양극집전체 상에 형성되며, 양극활물질을 포함하는 양극활물질층을 포함한다. In the lithium secondary battery, the positive electrode includes a positive electrode collector and a positive electrode active material layer formed on the positive electrode collector and including a positive electrode active material.
상기 양극집전체로는 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별한 제한없이 사용가능하며, 예를 들어 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소 또는 알루미늄이나, 스테인레스 스틸 표면에 탄소, 니켈, 티탄 또는 은 등으로 표면 처리한 것 등이 사용될 수 있다. 또, 상기 양극집전체는 3 내지 500㎛의 두께를 가질 수 있으며, 상기 양극집전체 표면 상에 미세한 요철을 형성하여 양극활물질의 접착력을 높일 수도 있다. 예를 들어 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.
The positive electrode current collector may be any one of stainless steel, aluminum, nickel, titanium, sintered carbon or aluminum, and may be made of stainless steel, carbon, Nickel, titanium or silver, or the like may be used. In addition, the cathode current collector may have a thickness of 3 to 500 탆, and fine unevenness may be formed on the surface of the cathode current collector to increase the adhesive force of the cathode active material. For example, it can be used in various forms such as a film, a sheet, a foil, a net, a porous body, a foam, and a nonwoven fabric.
또, 상기 양극활물질층에 있어서, 상기 양극활물질로는 리튬의 가역적인 인터칼레이션 및 디인터칼레이션이 가능한 화합물(리티에이티드 인터칼레이션 화합물)이 사용될 수 있다. 구체적으로는 코발트, 망간, 니켈 또는 알루미늄과 같은 전이금속과 리튬을 포함하는 리튬전이금속 산화물일 수 있다.In the cathode active material layer, a compound capable of reversibly intercalating and deintercalating lithium (lithium intercalation compound) may be used as the cathode active material. Specifically, it may be a lithium-transition metal oxide including lithium and a transition metal such as cobalt, manganese, nickel, or aluminum.
상기 리튬전이금속 산화물은 구체적으로 리튬-망간계 산화물(예를 들면, LiMnO2, LiMn2O 등), 리튬-코발트계 산화물(예를 들면, LiCoO2 등), 리튬-니켈계 산화물(예를 들면, LiNiO2 등), 리튬-니켈-망간계 산화물(예를 들면, LiNi1 -YMnYO2(여기에서, 0<Y<1), LiMn2 -zNizO4(여기에서, 0<Z<2) 등), 리튬-니켈-코발트계 산화물(예를 들면, LiNi1 -YCoYO2(여기에서, 0<Y<1) 등), 리튬-망간-코발트계 산화물(예를 들면, LiCo1-YMnYO2(여기에서, 0<Y<1), LiMn2 -zCozO4(여기에서, 0<Z<2) 등), 리튬-니켈-망간-코발트계 산화물(예를 들면, Li(NiPCoQMnR)O2(여기에서, 0<P<1, 0<Q<1, 0<R<1, P+Q+R=1) 또는 Li(NiPCoQMnR)O4(여기에서, 0<P<2, 0<Q<2, 0<R<2, P+Q+R=2) 등), 또는 리튬-니켈-코발트-전이금속(M) 산화물(예를 들면, Li(NiPCoQMnRMS)O2(여기에서, M은 Al, Fe, V, Cr, Ti, Ta, Mg 및 Mo로 이루어지는 군으로부터 선택되고, P, Q, R 및 S는 각각 독립적인 원소들의 원자분율로서, 0<P<1, 0<Q<1, 0<R<1, 0<S<1, P+Q+R+S=1이다) 등일 수 있으며, 이들 리튬전이금속 산화물은 텅스텐(W) 또는 니오븀(Nb)에 의해 도핑될 수도 있다.The lithium-transition metal oxide is specifically a lithium-manganese-based oxide (for example, LiMnO 2 , LiMn 2 O And the like), lithium-cobalt oxide (e.g., LiCoO 2 and the like), lithium-nickel-based oxide (for example, LiNiO 2 and the like), lithium-nickel-manganese-based oxide (for example, LiNi 1 -Y Mn Nickel-cobalt-based oxide (e.g., LiNi 1 - Y 2 O 3 , where 0 <Y <1), LiMn 2 -z Ni z O 4 Y Co Y O 2 (where, 0 <Y <1) and the like), lithium-manganese-cobalt oxide (e.g., LiCo 1-Y Mn Y O 2 (where, 0 <Y <1), LiMn 2 -z Co z O 4 (where, 0 <z <2), and the like), lithium-nickel-manganese-cobalt oxide (e.g., Li (Ni Co P Q R Mn) O 2 (here, 0 <P <1, 0 <Q <1, 0 <R <1, P + Q + R = 1) or Li (Ni P Co Q Mn R ) O 4 ( here, 0 <P <2, 0 <Q <2, 0 <R <2 , P + Q + R = 2) , etc.), or lithium-nickel-cobalt-transition metal (M) oxide (e.g., Li (Ni P Co Q Mn R M S) O 2 (here, M is Al, Fe, V, Cr, Ti, Ta, is selected from the group consisting of Mg, Mo, P, Q, R and S are atoms minutes of each independent element 1, 0 <R <1, 0 <S <1, P + Q + R + S = 1), and these lithium transition metal oxides may be tungsten (W ) Or niobium (Nb).
보다 구체적으로 상기 리튬전이금속 산화물은 전지의 용량 특성 및 안정성을 높일 수 있다는 점에서 LiCoO2, LiMnO2, LiNiO2, 리튬니켈망간코발트 산화물(예를 들면, Li(Ni0 .6Mn0 .2Co0 .2)O2, LiNi0 .5Mn0 .3Co0 .2O2, 또는 LiNi0 .8Mn0 .1Co0 .1O2 등), 또는 리튬니켈코발트알루미늄 산화물(예를 들면, LiNi0 .8Co0 .15Al0 .05O2 등)일 수 있으며, 이들 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물이 사용될 수 있다.More specifically, the lithium transition metal oxide may be LiCoO 2 , LiMnO 2 , LiNiO 2 , lithium nickel manganese cobalt oxide (for example, Li (Ni 0 .6 Mn 0 .2 Co 0 .2 ) O 2 , LiNi 0 .5 Mn 0 .3 Co 0 .2 O 2, or LiNi 0 .8 Mn 0 .1 Co 0 .1 O 2 and the like), or lithium nickel cobalt aluminum oxide (for example, LiNi 0 .8 Co 0 .15 Al 0 .05 O 2, etc.), and any one or a mixture of two or more thereof may be used.
상기 양극활물질은 양극 형성용 조성물 총 중량에 대하여 80 내지 98중량%로 포함될 수 있다. 양극활물질의 함량이 80중량% 미만이면 전지의 출력특성이 저하될 우려가 있고, 98중량%를 초과하면 전극내 결착력 저하로 인한 활물질 탈리 및 집전체와의 박리현상이 발생할 우려가 있다.
The cathode active material may be contained in an amount of 80 to 98% by weight based on the total weight of the composition for forming an anode. When the content of the positive electrode active material is less than 80 wt%, the output characteristics of the battery may be deteriorated. When the amount of the positive electrode active material is more than 98 wt%, detachment of the active material and detachment from the current collector may occur.
또, 상기 양극활물질층은 상기한 양극활물질과 함께 도전재 및 바인더를 더 포함할 수 있다.In addition, the cathode active material layer may further include a conductive material and a binder together with the cathode active material.
이때, 상기 도전재는 양극에 도전성을 부여하기 위해 사용되는 것으로서, 구성되는 전지에 있어서, 화학변화를 야기하지 않고 전도성을 갖는 것이면 특별한 제한없이 사용가능하다. 구체적인 예로는 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본 블랙, 아세틸렌블랙, 케첸블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙, 탄소섬유 등의 탄소계 물질; 구리, 니켈, 알루미늄, 은 등의 금속 분말 또는 금속 섬유; 산화아연 휘스커, 탄산칼슘 휘스커, 이산화티탄 휘스커, 산화규소 휘스커, 탄화규소 휘스커, 붕산 알루미늄 휘스커, 붕산 마그네슘 휘스커, 티탄산 칼륨 휘스커, 질화 규소 휘스커, 실리콘 카바이드 휘스커, 알루미나 휘스커 등의 침상 또는 가지상의 도전성 휘스커(Whisker); 산화티탄 등의 도전성 금속 산화물; 또는 폴리페닐렌 유도체 등의 전도성 고분자 등을 들 수 있으며, 이들 중 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다. 이중에서도 도전재 사용에 따른 개선효과의 현저함 및 양극 제조과정에서의 고온 건조 공정을 고려할 때 카본블랙 등의 탄소계 물질이 보다 바람직할 수 있다.At this time, the conductive material is used for imparting conductivity to the anode, and can be used without particular limitation as long as it has conductivity and does not cause chemical change in the battery constituted. Specific examples thereof include graphite such as natural graphite and artificial graphite; Carbon-based materials such as carbon black, acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, summer black and carbon fiber; Metal powder or metal fibers such as copper, nickel, aluminum and silver; The conductive whiskers such as zinc oxide whiskers, calcium carbonate whiskers, titanium dioxide whiskers, silicon oxide whiskers, silicon carbide whiskers, aluminum borate whiskers, magnesium borate whiskers, potassium titanate whiskers, silicon nitride whiskers, silicon carbide whiskers, alumina whiskers, (Whisker); Conductive metal oxides such as titanium oxide; And polyphenylene derivatives. These may be used alone or in admixture of two or more. Among them, a carbon-based material such as carbon black may be more preferable considering the remarkable improvement effect of the use of the conductive material and the high-temperature drying process in the anode manufacturing process.
상기 도전재는 양극활물질 100중량부에 대하여 1 내지 20중량부, 혹은 1 내지 10중량부로 포함될 수 있다. 상기 도전재의 양이 1중량부 미만인 경우, 도전재의 양이 너무 적어 전극의 내부 저항 증가로 전지의 성능이 저하될 수 있고, 20중량부를 초과하는 경우, 도전재의 양이 많아짐에 따라 바인더의 양도 함께 증가시켜야 하므로 전극 활물질의 감소로 인한 전지 용량의 감소 등의 문제를 초래할 수 있다.The conductive material may be included in an amount of 1 to 20 parts by weight, or 1 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the cathode active material. When the amount of the conductive material is less than 1 part by weight, the amount of the conductive material may be too small to increase the internal resistance of the electrode. If the amount of the conductive material is more than 20 parts by weight, It is possible to reduce the battery capacity due to the reduction of the electrode active material.
또, 상기 바인더는 양극활물질 입자들 간의 부착 및 양극활물질과 집전체와의 접착력을 향상시키는 역할을 한다. 구체적인 예로는 폴리비닐리덴플로라이드(PVDF), 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 폴리머(EPDM), 술폰화-EPDM, 스티렌-부타디엔 고무, 불소 고무 또는 이들의 다양한 공중합체 등을 들 수 있으며, 이들 중 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다. In addition, the binder serves to improve the adhesion between the positive electrode active material particles and the adhesion between the positive electrode active material and the current collector. Specific examples include polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinyl alcohol, carboxymethylcellulose (CMC), starch, hydroxypropylcellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene, There may be mentioned polyethylene, polypropylene, ethylene-propylene-diene polymer (EPDM), sulfonated-EPDM, styrene-butadiene rubber, fluorine rubber or various copolymers thereof. Can be used.
상기 바인더는 양극활물질 100중량부에 대하여 1 내지 20중량부, 혹은 1 내지 10중량부로 포함될 수 있다. 상기 바인더의 함량이 1중량부 미만이면, 활물질층내 양극활물질간의 접착력 그리고 양극집전체에 대한 활물질층의 접착력이 저하되어 전지의 성능 및 수명특성이 저하될 수 있고, 20중량부를 초과하는 경우, 양극활물질의 상대적인 함량 감소 및 과량의 바인더로 인한 전극내 저항의 증가로 전지 용량 특성이 저하될 우려가 있다.
The binder may be included in an amount of 1 to 20 parts by weight, or 1 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the cathode active material. If the content of the binder is less than 1 part by weight, the adhesive force between the positive electrode active material in the active material layer and the adhesive strength of the active material layer with respect to the positive electrode collector may deteriorate and the performance and life characteristics of the battery may be deteriorated. The relative capacity of the active material may be decreased and the capacity of the battery may deteriorate due to an increase in the resistance of the electrode due to excessive binder.
또 상기 양극은 통상의 양극 제조방법에 따라 제조될 수 있다. 구체적으로, 상기한 양극활물질과 함께 도전재 및 바인더를 용매에 용해시켜 제조한 양극 형성용 조성물을 양극집전체 상에 도포한 후, 건조 및 압연함으로써 제조될 수 있다.The positive electrode may be produced by a conventional positive electrode manufacturing method. Specifically, the positive electrode active material may be prepared by dissolving a conductive material and a binder in a solvent together with the positive electrode active material, and then coating the positive electrode current collector on the positive electrode current collector, followed by drying and rolling.
상기 용매로는 당해 기술분야에서 일반적으로 사용되는 용매가 사용될 수 있으며, 디메틸셀폭사이드(dimethyl sulfoxide, DMSO), 이소프로필 알코올(isopropyl alcohol), N-메틸피롤리돈(NMP), 아세톤(acetone) 또는 물 등을 들 수 있으며, 이들 중 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다.Examples of the solvent include dimethyl sulfoxide (DMSO), isopropyl alcohol, N-methylpyrrolidone (NMP), acetone, and the like. Or water, and one kind or a mixture of two or more kinds of them may be used.
이후 양극집전체에 대한 도포, 건조 및 압연 공정은 앞서 음극의 제조방법에서 설명한 바와 동일한 방법으로 실시될 수 있다.
Thereafter, the coating, drying and rolling processes for the positive electrode current collector can be carried out in the same manner as described above for the negative electrode manufacturing method.
또 다른 방법으로, 상기 양극은 상기 양극 형성용 조성물을 별도의 지지체 상에 도포한 후 건조하여 제조한 양극활물질층 형성용 필름을 지지체로부터 박리하고, 양극 집전체 상에 라미네이션함으로써 제조될 수도 있다.
Alternatively, the positive electrode may be prepared by applying the composition for positive electrode on a separate support, drying the positive electrode active material layer-forming film, peeling the positive electrode active material layer-forming film from the support, and laminating the film on the positive electrode current collector.
한편, 상기 리튬 이차전지에 있어서, 세퍼레이터는 통상 리튬 이차전지에서 세퍼레이터로 사용되는 것이라면 특별한 제한없이 사용가능하며, 특히 전해질의 이온 이동에 대하여 저저항이면서 전해액 함습 능력이 우수한 것이 바람직하다. 구체적으로는 다공성 고분자 필름, 예를 들어 에틸렌 단독중합체, 프로필렌 단독중합체, 에틸렌/부텐 공중합체, 에틸렌/헥센 공중합체 및 에틸렌/메타크릴레이트 공중합체 등과 같은 폴리올레핀계 고분자로 제조한 다공성 고분자 필름 또는 이들의 2층 이상의 적층 구조체가 사용될 수 있다. 또 통상적인 다공성 부직포, 예를 들어 고융점의 유리 섬유, 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유 등으로 된 부직포가 사용될 수도 있다.
Meanwhile, in the lithium secondary battery, the separator is not particularly limited as long as it is used as a separator in a lithium secondary battery. In particular, it is preferable that the separator is low in resistance against ion movement of the electrolyte and excellent in electrolyte wettability. Specifically, porous polymer films such as porous polymer films made of polyolefin-based polymers such as ethylene homopolymers, propylene homopolymers, ethylene / butene copolymers, ethylene / hexene copolymers and ethylene / methacrylate copolymers, May be used. Further, a nonwoven fabric made of a conventional porous nonwoven fabric, for example, glass fiber of high melting point, polyethylene terephthalate fiber, or the like may be used.
또, 상기 리튬 이차전지에 있어서, 상기 전해질로는 리튬 이차전지 제조시 사용 가능한 유기계 액체 전해질, 무기계 액체 전해질, 고체 고분자 전해질, 겔형 고분자 전해질, 고체 무기 전해질, 용융형 무기 전해질 등을 들 수 있으며, 이들로 한정되는 것은 아니다. In the lithium secondary battery, examples of the electrolyte include an organic-based liquid electrolyte, an inorganic liquid electrolyte, a solid polymer electrolyte, a gel-type polymer electrolyte, a solid inorganic electrolyte, and a molten inorganic electrolyte that can be used in the production of a lithium secondary battery. But are not limited thereto.
구체적으로, 상기 전해질은 유기 용매 및 리튬염을 포함하는 것일 수 있다.Specifically, the electrolyte may include an organic solvent and a lithium salt.
상기 유기용매로는 전지의 전기 화학적 반응에 관여하는 이온들이 이동할 수 있는 매질 역할을 할 수 있는 것이라면 특별한 제한없이 사용될 수 있다. 구체적으로 상기 유기용매로는, 메틸 아세테이트(methyl acetate), 에틸 아세테이트(ethyl acetate), γ-부티로락톤(γ-butyrolactone), ε-카프로락톤(ε-caprolactone) 등의 에스테르계 용매; 디부틸 에테르(dibutyl ether) 또는 테트라히드로퓨란(tetrahydrofuran) 등의 에테르계 용매; 시클로헥사논(cyclohexanone) 등의 케톤계 용매; 벤젠(benzene), 플루오로벤젠(fluorobenzene) 등의 방향족 탄화수소계 용매; 디메틸카보네이트(dimethylcarbonate, DMC), 디에틸카보네이트(diethylcarbonate, DEC), 메틸에틸카보네이트(methylethylcarbonate, MEC), 에틸메틸카보네이트(ethylmethylcarbonate, EMC), 에틸렌카보네이트(ethylene carbonate, EC), 프로필렌카보네이트(propylene carbonate, PC) 등의 카보네이트계 용매 등이 사용될 수 있다. 이중에서도 카보네이트계 용매가 바람직하고, 전지의 충방전 성능을 높일 수 있는 높은 이온전도도 및 고유전율을 갖는 환형 카보네이트(예를 들면, 에틸렌카보네이트 또는 프로필렌카보네이트 등)와, 저점도의 선형 카보네이트계 화합물(예를 들면, 에틸메틸카보네이트, 디메틸카보네이트 또는 디에틸카보네이트 등)의 혼합물이 보다 바람직하다.
The organic solvent may be used without limitation as long as it can act as a medium through which ions involved in the electrochemical reaction of the battery can move. Specifically, examples of the organic solvent include ester solvents such as methyl acetate, ethyl acetate,? -Butyrolactone and? -Caprolactone; Ether solvents such as dibutyl ether or tetrahydrofuran; Ketone solvents such as cyclohexanone; Aromatic hydrocarbon solvents such as benzene and fluorobenzene; Dimethyl carbonate (DMC), diethylcarbonate (DEC), methylethylcarbonate (MEC), ethylmethylcarbonate (EMC), ethylene carbonate (EC), propylene carbonate PC) and the like can be used. Among these, a carbonate-based solvent is preferable, and a cyclic carbonate (for example, ethylene carbonate or propylene carbonate) having a high ionic conductivity and a high dielectric constant, for example, such as ethylene carbonate or propylene carbonate, For example, ethyl methyl carbonate, dimethyl carbonate or diethyl carbonate) is more preferable.
또, 상기 리튬염은 리튬 이차 전지에서 사용되는 리튬 이온을 제공할 수 있는 화합물이라면 특별한 제한없이 사용될 수 있다. 구체적으로 상기 리튬염은, LiPF6, LiClO4, LiAsF6, LiBF4, LiSbF6, LiAl04, LiAlCl4, LiCF3SO3, LiC4F9SO3, LiN(C2F5SO3)2, LiN(C2F5SO2)2, LiN(CF3SO2)2. LiCl, LiI, 또는 LiB(C2O4)2 등이 사용될 수 있다. 상기 리튬염은 상기 전해질 내에 대략 0.6mol/l 내지 2mol/l의 농도로 포함될 수 있다.
In addition, the lithium salt can be used without particular limitation as long as it is a compound capable of providing lithium ions used in a lithium secondary battery. Specifically, the lithium salt, LiPF 6, LiClO 4, LiAsF 6, LiBF 4, LiSbF 6, LiAl0 4, LiAlCl 4, LiCF 3 SO 3, LiC 4 F 9 SO 3, LiN (C 2 F 5 SO 3) 2 , LiN (C 2 F 5 SO 2) 2, LiN (CF 3 SO 2) 2. LiCl, LiI, or LiB (C 2 O 4 ) 2 may be used. The lithium salt may be contained in the electrolyte at a concentration of approximately 0.6 mol / l to 2 mol / l.
또, 상기 전해질에는 상기 전해질 구성 성분들 외에도 전지의 수명특성 향상, 전지 용량 감소 억제, 전지의 방전 용량 향상 등을 목적으로 예를 들어, 피리딘, 트리에틸포스파이트, 트리에탄올아민, 환상 에테르, 에틸렌 디아민, n-글라임(glyme), 헥사인산 트리아미드, 니트로벤젠 유도체, 유황, 퀴논 이민 염료, N-치환 옥사졸리디논, N,N-치환 이미다졸리딘, 에틸렌 글리콜 디알킬 에테르, 암모늄염, 피롤, 2-메톡시 에탄올 또는 삼염화 알루미늄 등의 첨가제가 1종 이상 더 포함될 수도 있다. 이때 상기 첨가제는 전해질 총 중량에 대하여 0.1 내지 5중량%로 포함될 수 있다.
In addition to the above electrolyte components, the electrolyte may contain, for example, pyridine, triethylphosphite, triethanolamine, cyclic ether, ethylenediamine, and the like for the purpose of improving lifetime characteristics of the battery, N, N-substituted imidazolidine, ethylene glycol dialkyl ether, ammonium salts, pyrroles, pyrroles, pyrroles, pyrroles, , 2-methoxyethanol, aluminum trichloride, and the like may be further included. The additive may be included in an amount of 0.1 to 5% by weight based on the total weight of the electrolyte.
상기와 같은 구성을 갖는 리튬 이차전지는, 양극과 음극 사이에 분리막을 개재하여 전극 조립체를 제조하고, 상기 전극 조립체를 케이스 내부에 위치시킨 후, 케이스 내부로 전해액을 주입함으로써 제조될 수 있다.The lithium secondary battery having the above structure can be manufactured by manufacturing an electrode assembly with a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode, positioning the electrode assembly inside the case, and injecting an electrolyte into the case.
상기한 바와 같이 본 발명에 따른 리튬 이차전지는 우수한 방전 용량, 출력 특성 및 용량 유지율을 안정적으로 나타내기 때문에, 휴대전화, 노트북 컴퓨터, 디지털 카메라 등의 휴대용 기기, 및 하이브리드 전기자동차 등의 전기 자동차 분야 등에 유용하다.
As described above, the lithium secondary battery according to the present invention stably exhibits excellent discharge capacity, output characteristics, and capacity retention ratio, and therefore can be applied to portable devices such as mobile phones, notebook computers, digital cameras, and electric automobiles such as hybrid electric vehicles .
이에 따라, 본 발명의 다른 일 구현예에 따르면, 상기 리튬 이차전지를 단위 셀로 포함하는 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩을 제공한다. According to another aspect of the present invention, there is provided a battery module including the lithium secondary battery as a unit cell and a battery pack including the same.
상기 전지모듈 또는 전지팩은 파워 툴(Power Tool); 전기자동차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기자동차(Hybrid Electric Vehicle, HEV), 및 플러그인 하이브리드 전기자동차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV)를 포함하는 전기차; 또는 전력 저장용 시스템 중 어느 하나 이상의 중대형 디바이스 전원으로 이용될 수 있다.
The battery module or the battery pack may include a power tool; An electric vehicle including an electric vehicle (EV), a hybrid electric vehicle (HEV), and a plug-in hybrid electric vehicle (PHEV); Or a power storage system, as shown in FIG.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein.
[[ 제조예Manufacturing example : 음극 형성용 조성물의 제조] : Preparation of composition for negative electrode formation]
카르복시메틸셀룰로오스(단위 유닛내 카르복실기의 치환도: 1.2, Mw=1,000,000g/mol) 0.48g을 증류수 중에 첨가하여 카르복시메틸셀룰로오스 1% 용액을 제조하고, 여기에 카본블랙(2차입자상, BET 비표면적: 300m2/g, 평균입경(D50): 0.81㎛) 1g을 첨가한 후 제트기류 발생 장치(클리어믹서)를 이용하여 25,000rpm의 속도로 15분간 혼합, 분산시켰다. 0.48 g of carboxymethylcellulose (degree of substitution of carboxyl group in unit unit: 1.2, Mw = 1,000,000 g / mol) was added to distilled water to prepare a 1% solution of carboxymethylcellulose. Carbon black (secondary particulate, BET specific surface area : 300 m 2 / g, and an average particle diameter (D 50 ): 0.81 탆) was added thereto, followed by mixing and dispersing for 15 minutes at a speed of 25,000 rpm using a jet flow generator (clear mixer).
결과로 수득된 분산액에 음극활물질로서 비정질의 SiOx(0<x<1) 실리콘 산화물(평균입경(D50): 2㎛) 38.4g과 구형의 천연흑연(평균입경(D50): 5㎛) 57.6g을 각각 첨가하고, 카르복시메틸셀룰로오스(단위 유닛내 카르복실기의 치환도: 1, Mw=2,500,000g/mol) 0.32g과 스티렌-부타디엔 고무(평균입경(D50): 120nm, 인장강도: 110kgf) 2.2g을 투입한 후, TK 믹서를 이용하여 1200rpm의 회전속도로 15분간 분산처리하여, 음극 형성용 조성물(25℃ 점도: 1500cps)을 제조하였다.
38.4 g of amorphous SiOx (0 <x <1) silicon oxide (average particle diameter (D 50 ): 2 μm) and 50.4 g of spherical natural graphite (average particle diameter (D 50 ): 5 μm) (Average particle diameter (D 50 ): 120 nm, tensile strength: 110 kgf) of carboxymethyl cellulose (degree of substitution of the carboxyl group in the unit unit: 1, Mw = 2,500,000 g / mol) , And then dispersed for 15 minutes at a rotation speed of 1200 rpm using a TK mixer to prepare a composition for forming a negative electrode (viscosity at 25 ° C: 1500 cps).
[[ 실시예Example : 리튬 이차전지의 제조] : Production of lithium secondary battery]
상기 제조예에서 제조한 음극활물질을 이용하여 리튬 이차전지를 제조하였다.A lithium secondary battery was prepared using the negative electrode active material prepared in the above Production Example.
상세하게는, 상기 제조예에서 제조한 음극 형성용 조성물을 2.6mAh/cm3의 로딩량으로 Cu 포일에 코팅한 후 150℃에서의 열처리로 건조하고, 압연하여 음극을 제조하였다.Specifically, the composition for anode formation prepared in the above Production Example was coated on a Cu foil with a loading amount of 2.6 mAh / cm 3 , dried by heat treatment at 150 ° C, and rolled to produce a negative electrode.
한편, Li(Ni0 .6Mn0 .2Co0 .2)O2 양극활물질, 카본블랙 도전재 및 PVdF 바인더를 N-메틸피롤리돈 용매 중에서 중량비로 90:5:5의 비율로 혼합하여 양극 형성용 조성물(점도: 5000mPa·s)을 제조하고, 이를 알루미늄 집전체에 도포한 후, 건조 압연하여 양극을 제조하였다.On the other hand, Li (Ni Mn 0 .6 0 0 .2 .2 Co) O 2 positive active material, a carbon black conductive agent, and PVdF binder in a weight ratio from N- methyl pyrrolidone solvent of 90: a mixture in a ratio of 5:05 A composition for forming an anode (viscosity: 5000 mPa.s) was prepared, applied to an aluminum current collector, and then dried and rolled to prepare a positive electrode.
상기에서 제조한 양극과 음극 사이에 다공성 폴리에틸렌의 분리막을 개재하여 전극 조립체를 제조하고, 상기 전극 조립체를 케이스 내부에 위치시킨 후, 케이스 내부로 전해액을 주입하여 리튬 이차전지를 제조하였다. 이때 전해액은 에틸렌카보네이트/디메틸카보네이트/에틸메틸카보네이트(EC/EMC/DEC의 혼합 부피비=3/4/3)로 이루어진 유기 용매에 1.15M 농도의 리튬헥사플루오로포스페이트(LiPF6)를 용해시켜 제조하였다.
A lithium secondary battery was prepared by preparing an electrode assembly between the positive electrode and the negative electrode prepared above with a separator of porous polyethylene interposed therebetween, placing the electrode assembly inside the case, and injecting an electrolyte into the case. The electrolyte solution was prepared by dissolving lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) at a concentration of 1.15 M in an organic solvent composed of ethylene carbonate / dimethyl carbonate / ethyl methyl carbonate (mixed volume ratio of EC / EMC / DEC = 3/4/3) Respectively.
[[ 비교예Comparative Example 1: 리튬 이차전지의 제조] 1: Production of lithium secondary battery]
카본블랙(2차입자상, BET 비표면적: 50m2/g, 평균입경(D50): 1.45㎛) 1g, 음극활물질로서 비정질의 SiOx(0<x<1) 실리콘 산화물(평균입경(D50): 2㎛) 38.4g과 구형의 천연흑연(평균입경(D50): 5㎛) 57.6g을 혼합한 뒤, 카르복시메틸셀룰로오스(단위 유닛내 카르복실기의 치환도: 1.2, Mw=1,000,000g/mol) 0.48g 그리고 바인더로서 스티렌-부타디엔 고무(평균입경(D50): 120nm, 인장강도: 110kgf) 2.2g과 함께 증류수 중에서 혼합하고, TK 믹서를 이용하여 1200rpm의 회전속도로 15분간 분산처리하여, 음극 형성용 조성물(25℃ 점도: 1500cps)을 제조하였다.
Carbon black (secondary particles, BET specific surface area: 50m 2 / g, average particle size (D 50): 1.45㎛) 1g , amorphous SiOx (0 <x <1), silicon oxide (average particle diameter (D 50 as the negative electrode active material) ) And 57.6 g of spherical natural graphite (average particle diameter (D 50 ): 5 탆) were mixed and mixed with carboxymethyl cellulose (substitution degree of carboxyl group in the unit unit: 1.2, Mw = 1,000,000 g / mol) And 2.2 g of styrene-butadiene rubber (average particle diameter (D 50 ): 120 nm, tensile strength: 110 kgf) as a binder were mixed in distilled water and dispersed for 15 minutes at a rotation speed of 1200 rpm using a TK mixer, (Viscosity at 25 ° C: 1500 cps) was prepared.
[[ 비교예Comparative Example 2: 리튬 이차전지의 제조] 2: Production of lithium secondary battery]
카본블랙(2차입자상, BET 비표면적: 300m2/g, 평균입경(D50): 0.81㎛) 1g, 음극활물질로서 비정질의 SiOx(0<x<1) 실리콘 산화물(평균입경(D50): 2㎛) 38.4g과 구형의 천연흑연(평균입경(D50): 5㎛) 57.6g을 혼합한 뒤, 카르복시메틸셀룰로오스(단위 유닛내 카르복실기의 치환도: 1.2, Mw=1,000,000g/mol) 0.48g 그리고 바인더로서 스티렌-부타디엔 고무(평균입경(D50): 120nm, 인장강도: 110kgf) 2.2g과 함께 증류수 중에서 혼합하고, TK 믹서를 이용하여 1200rpm의 회전속도로 15분간 분산처리하여, 음극 형성용 조성물(25℃ 점도: 1500cps)을 제조하였다.
Carbon black (secondary particles, BET specific surface area: 300m 2 / g, average particle size (D 50): 0.81㎛) 1g , amorphous SiOx (0 <x <1), silicon oxide (average particle diameter (D 50 as the negative electrode active material) ) And 57.6 g of spherical natural graphite (average particle diameter (D 50 ): 5 탆) were mixed and mixed with carboxymethyl cellulose (substitution degree of carboxyl group in the unit unit: 1.2, Mw = 1,000,000 g / mol) And 2.2 g of styrene-butadiene rubber (average particle diameter (D 50 ): 120 nm, tensile strength: 110 kgf) as a binder were mixed in distilled water and dispersed for 15 minutes at a rotation speed of 1200 rpm using a TK mixer, (Viscosity at 25 ° C: 1500 cps) was prepared.
[[ 실험예Experimental Example : 전지 특성 평가]: Evaluation of Battery Characteristics]
상기 실시예 및 비교예에서 제조한 리튬 이차전지에서의 음극의 면저항 및 접착력을 각각 평가하였다. The sheet resistance and the adhesive strength of the negative electrode in the lithium secondary battery produced in the above Examples and Comparative Examples were respectively evaluated.
상세하게는, 음극의 면저항은 상기 실시예 및 비교예에서 제조한 리튬 이차전지에 대해 상온(25℃)의 온도에서 2.5 내지 3.65V 구동전압 범위 내에서 0.1C/0.1C의 조건으로 초기 충/방전을 수행한 후, 1C/1C의 조건으로 5회 충/방전을 실시하였다. 이후, 상기 리튬 이차전지를 충전심도(SOC) 50%를 기준으로 충전하여 저항을 측정하였다. 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다. Specifically, the sheet resistance of the negative electrode was measured at a temperature of room temperature (25 占 폚) in a driving voltage range of 2.5 to 3.65 V with respect to the lithium secondary battery manufactured in the above Examples and Comparative Examples under the condition of 0.1 C / Discharge was performed, and then charge / discharge was performed 5 times under the condition of 1C / 1C. Then, the resistance of the lithium secondary battery was measured by filling the battery with a charging depth (SOC) of 50%. The results are shown in Table 1 below.
또, 접착력은 상기에서 제조한 음극에 대해 전극타발기(15cm × 1 cm)를 이용하여 TOP/BACK, Lane, 동일 Lane내 좌/중/우 포인트별로 타발하고, 타발된 각각의 음극을 양면 테이프가 붙어있는 슬라이드 글라스(Slide Glass)에 접착시켜 샘플을 각각 제작하였다. 다음으로 제작한 샘플에 대해 2kg 하중의 롤러(roller)를 이용하여 13 내지 15회 문질러 전극 표면이 양면 테이프에 고르게 접착되도록 하였다. 이후 전극접착력 측정기로서 만능재료시험기(Universal Testing Machine, UTM)(LF Plus, LLOYD사제)의 그립(Grip)에 제작한 샘플을 각각 장착한 후 5N의 로드 셀(load cell)을 가하여 박리강도를 측정하였다. The adhesive force was measured by using an electrode rudder (15 cm x 1 cm) against the negative electrode manufactured in the above-described manner, punched out by TOP / BACK, Lane, left / middle / right point in the same lane, Was attached to a slide glass attached to each of the samples. For the next sample, the surface of the rubbed electrode was evenly adhered to the double-sided tape using a roller having a load of 2 kg from 13 to 15 times. Thereafter, a sample prepared in a grip of a universal testing machine (UTM) (LF Plus, manufactured by LLOYD) was attached as an electrode adhesive strength measuring instrument, and then a load cell of 5 N was applied to measure the peel strength Respectively.
실험결과, 2차 입자상으로 넓은 비표면적과 작은 입경을 갖는 도전재를 셀룰로오스계 증점제와 선분산시켜 제조한 음극 형성용 조성물을 이용하여 제조된 실시예의 음극은, 비표면적이 작고 입경이 큰 2차 입자상의 도전재를 사용하고 상기 도전재와 셀룰로오스계 증점제에 대한 선분산 처리없이 제조한 음극 형성용 조성물을 이용하여 제조된 비교예 1의 음극과 비교하여, 박리강도 면에서는 동등 수준의 결과를 나타내었으나, 면저항 면에서는 현저히 감소된 면저항을 나타내었다. 이 같은 결과는 실시예 1의 경우 넓은 비표면적 및 작은 입경을 갖는 2차 입자상의 도전재가 음극활물질 사이에 용이하게 침투하여 활물질간 전도성 경로를 형성함으로써 전도성이 향상되었기 때문이다.As a result of the experiment, the negative electrode of the embodiment prepared by using the negative electrode composition prepared by linearly dispersing the conductive material having the wide specific surface area and the small particle size on the secondary particle with the cellulose type thickening agent had a small secondary specific surface area As compared with the negative electrode of Comparative Example 1 prepared using a conductive material of particulate form and a composition for anode formation prepared without the line dispersion treatment for the conductive material and the cellulose based thickening agent, But showed a significantly reduced sheet resistance in sheet resistance. This is because, in the case of Example 1, the conductive material on the secondary particle having a large specific surface area and a small particle size easily penetrates between the anode active materials and forms a conductive path between the active materials, thereby improving the conductivity.
또, 상기 실시예의 음극은, 동일한 특성을 갖는 도전재를 사용함에도 불구하고 셀룰로오스계 증점제와의 선분산 공정없이 제조한 음극 형성용 조성물을 이용하여 제조된 비교예 2의 음극과 비교하여, 선분산 처리에 의해 도전재가 음극 형성용 조성물내 균일 분산됨으로써, 보다 감소된 면저항과 증가된 박리강도를 나타내었다.Compared with the negative electrode of Comparative Example 2, which was produced using the negative electrode composition prepared without the line dispersion process with the cellulose-based thickener, despite the fact that the negative electrode of the above-mentioned example uses the conductive material having the same characteristics, By the treatment, the conductive material was uniformly dispersed in the composition for forming an anode, thereby exhibiting a reduced sheet resistance and an increased peel strength.
이로부터 활물질간의 전도성을 향상시킬 수 있도록 최적화된 평균입경 및 비표면적을 갖는 도전재를 사용하고, 또 이를 셀룰로오스계 증점제와 먼저 분산 처리하여 조성물내 도전재를 균일 분산시키는 본 발명의 음극 형성용 조성물에 의해 제조된 음극 형성용 조성물은, 도전재의 바인더 흡착이 방지되고, 또 활물질간 도전 경로의 형성이 용이하여 음극의 전도성 및 접착력을 높일 수 있음을 확인할 수 있다.
The composition for forming a negative electrode of the present invention, in which a conductive material having an average particle size and a specific surface area optimized to improve the conductivity between active materials is used and the conductive material is uniformly dispersed in the composition by dispersing it first with a cellulose type thickener , It can be confirmed that the binder for the conductive material is prevented from adsorbing and the conductive path between the active materials is easily formed, thereby increasing the conductivity and adhesion of the negative electrode.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니며, 이하의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, And falls within the scope of the invention.
Claims (26)
상기 분산액에 음극활물질 및 바인더를 첨가하여 혼합하는 단계를 포함하고,
상기 도전재는 1차 입자가 응집된 2차 입자를 포함하고,
상기 2차 입자는 BET 비표면적이 100m2/g 이상이고, 평균입경(D50)이 1㎛ 이하인 것인 리튬 이차전지의 음극 형성용 조성물의 제조방법.
Preparing a dispersion by mixing and dispersing a conductive material and a cellulose-based thickener in a solvent, and
Adding a negative electrode active material and a binder to the dispersion and mixing the dispersion,
Wherein the conductive material includes secondary particles in which primary particles are aggregated,
Wherein the secondary particles have a BET specific surface area of 100 m 2 / g or more and an average particle diameter (D 50 ) of 1 μm or less.
상기 도전재는 탄소계 물질인 리튬 이차전지의 음극 형성용 조성물의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the conductive material is a carbon-based material.
상기 도전재는 음극활물질 100중량부에 대하여 0.1 내지 5중량부로 포함되는 것인 리튬 이차전지의 음극 형성용 조성물의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the conductive material is contained in an amount of 0.1 to 5 parts by weight based on 100 parts by weight of the negative electrode active material.
상기 셀룰로오스계 증점제는 셀룰로오스계 화합물을 구성하는 고분자의 단위 유닛내 카르복실기의 치환도가 1 내지 1.5인 셀룰로오스계 화합물인 것인 리튬 이차전지의 음극 형성용 조성물의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the cellulose-based thickener is a cellulose-based compound having a carboxyl group substitution degree of 1 to 1.5 in a unit unit of a polymer constituting the cellulose-based compound.
상기 셀룰로오스계 증점제는 중량평균 분자량(Mw)이 800,000 내지 4,000,000g/mol인 것인 리튬 이차전지의 음극 형성용 조성물의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the cellulose-based thickener has a weight-average molecular weight (Mw) of 800,000 to 4,000,000 g / mol.
상기 셀룰로오스계 증점제는 셀룰로오스계 화합물을 구성하는 고분자의 단위 유닛내 카르복실기의 치환도가 1 내지 1.5이고, 중량평균 분자량(Mw)이 800,000 내지 3,000,000g/mol인 카르복시메틸셀룰로오스를 포함하는 것인 리튬 이차전지의 음극 형성용 조성물의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the cellulose-based thickener comprises carboxymethyl cellulose having a carboxyl group substitution degree of 1 to 1.5 and a weight average molecular weight (Mw) of 800,000 to 3,000,000 g / mol in a unit unit of a polymer constituting the cellulose-based compound, A method for producing a composition for forming a negative electrode of a battery.
상기 셀룰로오스계 증점제는 셀룰로오스계 화합물을 구성하는 고분자의 단위 유닛내 카르복실기의 치환도가 1 내지 1.5이고, 중량평균 분자량(Mw)이 800,000 내지 1,200,000g/mol인 것인 리튬 이차전지의 음극 형성용 조성물의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the cellulosic thickener is a composition for forming a negative electrode of a lithium secondary battery, wherein the degree of substitution of the carboxyl group in the unit unit of the polymer constituting the cellulose compound is 1 to 1.5 and the weight average molecular weight (Mw) is 800,000 to 1,200,000 g / mol ≪ / RTI >
상기 셀룰로오스계 증점제는 음극활물질 100중량부에 대하여 0.1 내지 10중량부로 포함되는 것인 리튬 이차전지의 음극 형성용 조성물의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the cellulose-based thickener is contained in an amount of 0.1 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the negative electrode active material.
상기 용매는 수계 용매인 것인 리튬 이차전지의 음극 형성용 조성물의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the solvent is an aqueous solvent.
상기 분산액은 셀룰로오스계 증점제를 용매 중에 용해시켜 제조한 셀룰로오스계 증점제 함유 용액에 도전재를 첨가하여 분산시킴으로써 제조되는 것인 리튬 이차전지의 음극 형성용 조성물의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the dispersion is prepared by dispersing a cellulose-based thickener-containing solution prepared by dissolving a cellulose-based thickener in a solvent and adding a conductive material to the solution.
상기 분산은 10,000 내지 25,000rpm 회전속도의 제트기류에 의해 수행되는 것인 리튬 이차전지의 음극 형성용 조성물의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the dispersion is carried out by a jet flow at a rotation speed of 10,000 to 25,000 rpm.
상기 음극활물질이 SiOx(0<x<2)의 실리콘 산화물계 음극활물질과 흑연계 음극활물질이 1:9 내지 5:5의 중량비로 혼합된 혼합물을 포함하는 것인 리튬 이차전지의 음극 형성용 조성물의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the negative electrode active material comprises a mixture of a silicon oxide based negative active material of SiOx (0 < x < 2) and a graphite based negative active material in a weight ratio of 1: 9 to 5: 5 ≪ / RTI >
상기 바인더는 스티렌 부타디엔계 고무인 것인 리튬 이차전지의 음극 형성용 조성물의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the binder is a styrene-butadiene-based rubber.
상기 바인더는 평균입경(D50)이 90 내지 150㎚이고, 인장강도가 90 내지 160kgf인 스티렌 부타디엔계 고무인 것인 리튬 이차전지의 음극 형성용 조성물의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the binder is a styrene-butadiene-based rubber having an average particle diameter (D 50 ) of 90 to 150 nm and a tensile strength of 90 to 160 kgf.
상기 바인더는 음극활물질 100중량부에 대하여 1 내지 20중량부로 포함되는 것인 리튬 이차전지의 음극 형성용 조성물의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the binder is contained in an amount of 1 to 20 parts by weight based on 100 parts by weight of the negative electrode active material.
상기 분산액에 대한 음극활물질 및 바인더의 첨가시, 셀룰로오스계 증점제를 더 첨가하는 리튬 이차전지의 음극 형성용 조성물의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the negative electrode active material and the binder are added to the dispersion, wherein the cellulose-based thickener is further added.
상기 셀룰로오스계 증점제는 셀룰로오스계 화합물을 구성하는 고분자의 단위 유닛내 카르복실기의 치환도가 1 내지 1.5이고, 중량평균 분자량(Mw)이 1,200,000g/mol 초과이고 4,000,000g/mol 이하인 것인 리튬 이차전지의 음극 형성용 조성물의 제조방법.
17. The method of claim 16,
Wherein the cellulosic thickener has a degree of substitution of a carboxyl group in a unit unit of a polymer constituting a cellulose compound of 1 to 1.5 and a weight average molecular weight (Mw) of 1,200,000 g / mol to 4,000,000 g / mol. A method for producing a composition for forming a negative electrode.
A composition for forming a negative electrode of a lithium secondary battery produced by the production method according to claim 1.
음극활물질 100중량부에 대하여 도전재 1 내지 3중량부, 바인더 1 내지 10중량부, 그리고 셀룰로오스계 증점제 0.5 내지 5중량부를 포함하고,
음극 형성용 조성물의 점도가 25℃에서 1000cps 내지 5000cps가 되도록 하는 양으로 용매를 포함하며,
상기 도전재는 1차 입자가 응집되어 이루어지며, BET 비표면적이 100m2/g 이상이고, 평균입경(D50)이 1㎛ 이하인 2차 입자상의 탄소계 물질을 포함하는 것인 리튬 이차전지의 음극 형성용 조성물.
19. The method of claim 18,
1 to 3 parts by weight of a conductive material, 1 to 10 parts by weight of a binder, and 0.5 to 5 parts by weight of a cellulose-based thickener, based on 100 parts by weight of an anode active material,
A solvent in an amount such that the viscosity of the composition for forming a negative electrode is from 1000 cps to 5000 cps at 25 캜,
Wherein the conductive material comprises a carbon-based material in the form of a secondary particle having aggregated primary particles and a BET specific surface area of 100 m 2 / g or more and an average particle diameter (D 50 ) of 1 μm or less. / RTI >
상기 셀룰로오스계 증점제는 서로 다른 중량평균 분자량(Mw)를 갖는 이종의 셀룰로오스계 화합물을 포함하는 것인 리튬 이차전지의 음극 형성용 조성물.
20. The method of claim 19,
Wherein the cellulose-based thickener comprises a different cellulosic compound having a different weight average molecular weight (Mw).
An anode for a lithium secondary battery produced by using the composition for forming a negative electrode according to claim 1.
A lithium secondary battery comprising a cathode according to claim 21.
23. A battery module comprising the lithium secondary battery according to claim 22 as a unit cell.
A battery pack comprising the battery module according to claim 23.
중대형 디바이스의 전원으로 사용되는 것인 전지팩.
25. The method of claim 24,
A battery pack that is used as a power source for mid- to large-sized devices.
상기 중대형 디바이스가 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차 및 전력 저장용 시스템으로 이루어진 군에서 선택되는 것인 전지팩.26. The method of claim 25,
Wherein the middle- or large-sized device is selected from the group consisting of an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, a plug-in hybrid electric vehicle and a system for power storage.
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