KR20160087121A - Multi layered Anode Comprising Si-Based Material and Secondary Battery Comprising the Same - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a negative electrode for a secondary battery and a secondary battery comprising the same. The negative electrode for a secondary battery is characterized in that a negative electrode mixture layer comprising a negative electrode active material, a binder, and a conducting material is formed on a negative electrode current collector, wherein the negative electrode mixture layer comprises: a first coating layer which is in contact with the negative electrode current collector and includes a conducting material and a binder; a second coating layer including a binder, a conducting material, and a negative electrode active material which comprises a carbonaceous material, or the carbonaceous material and a silicon-based material; and a third coating layer including a binder, a conducting material, and a negative electrode active material which comprises the carbonaceous material and silicon-based material and has a relatively high content ratio of the silicon-based material compared to the second coating layer, and having a relatively thin average thickness compared to an average thickness of the second coating layer. According to the present invention, a secondary battery comprising the negative electrode shows excellent safety and capacity properties.

Description

규소계 물질을 포함하는 다층 구조의 음극 및 이를 포함하는 이차전지{Multi layered Anode Comprising Si-Based Material and Secondary Battery Comprising the Same}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a multi-layered cathode including a silicon-based material and a secondary battery including the same,

본 발명은 규소계 물질을 포함하는 다층 구조의 음극 및 이를 포함하는 이차전지로, 상세하게는 제 1 코팅층, 제 2 코팅층 및 제 3 코팅층 구조의 음극 합제층이 음극 집전체 상에 형성되어 있는 이차전지용 음극 및 이를 포함하는 이차전지에 관한 것이다. [0001] The present invention relates to a negative electrode having a multilayer structure including a silicon-based material and a secondary battery comprising the same. More particularly, the present invention relates to a negative electrode having a negative electrode active material layer having a first coating layer, a second coating layer, And a secondary battery including the negative electrode.

모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그러한 이차전지 중 높은 에너지 밀도와 전압을 가지고, 사이클 수명이 길며, 자기방전율이 낮은 리튬 이차전지가 상용화되어 널리 사용되고 있다. As technology development and demand for mobile devices are increasing, the demand for secondary batteries as energy sources is rapidly increasing. Among such secondary batteries, lithium secondary batteries having high energy density and voltage, long cycle life and low self- It has been commercialized and widely used.

이러한 리튬 이차전지는 양극 활물질로서, 층상 결정구조의 리튬 함유 코발트 산화물(LiCoO2), 층상 결정구조의 LiMnO2, 스피넬 결정구조의 LiMn2O4 등의 리튬 함유 망간 산화물과, 리튬 함유 니켈 산화물(LiNiO2)을 일반적으로 사용한다. 또한, 음극 활물질로서 탄소계 물질이 주로 사용되며, 최근에는 고용량 이차전지의 수요 증가로 탄소계 물질보다 10배 이상의 유효 용량을 가지는 규소계 물질과 혼합 사용이 고려되고 있다.Such a lithium secondary battery includes a lithium-containing manganese oxide such as lithium-containing cobalt oxide (LiCoO 2 ) having a layered crystal structure, LiMnO 2 having a layered crystal structure, LiMn 2 O 4 having a spinel crystal structure, and lithium- LiNiO 2) and commonly used. In addition, a carbon-based material is mainly used as an anode active material, and recently, a silicon-based material having an effective capacity ten times or more higher than that of a carbon-based material is considered to be mixed with the demand for a high capacity secondary battery.

그러나, 리튬 이차전지는 다양한 문제점들을 내포하고 있는 바, 그 중의 일부는 음극의 제조 및 작동 특성과 관련한 문제점들이다.However, lithium secondary batteries have various problems, some of which are related to cathode manufacture and operating characteristics.

예를 들어, 탄소계 음극 활물질은 초기 충방전 과정(활성화 과정)에서 음극 활물질의 표면에 고체 전해질 계면(solid electrolyte interface: SEI) 층(layer)이 형성되는 바, 그로 인해 초기 비가역이 유발됨은 물론, 계속적인 충방전 과정에서 SEI 층의 붕괴 및 재생 과정에서 전해액이 고갈되어 전지 용량이 감소하는 문제점을 가지고 있다.For example, in a carbon-based negative active material, a solid electrolyte interface (SEI) layer is formed on the surface of the negative electrode active material during the initial charging / discharging process (activation process) , There is a problem that the capacity of the battery decreases due to the depletion of the electrolyte during the collapse and regeneration process of the SEI layer during the continuous charge / discharge process.

더욱이, 규소계 물질은 3000 mA/g 이상의 고용량을 나타내지만, 사이클이 진행됨에 따라 부피 팽창률이 300% 이상이 되어 SEI 층이 손실되어 저항 증가 및 전해액 부반응 증가로 이어질 수 있는 바 전극구조 손상 등 SEI 층의 형성에 따른 문제점이 심화될 수 있다.Further, although the silicon-based material exhibits a high capacity of 3000 mA / g or more, the SEI layer is lost due to the volume expansion rate of 300% or more as the cycle progresses, leading to an increase in resistance and an increase in side reaction in the electrolyte. The problems due to the formation of the layer can be intensified.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 SEI 층을 더욱 강한 결합으로 형성하거나, 산화물 층 등을 음극 활물질의 표면에 형성하는 다양한 시도가 있어 왔으나, 상기 산화물 층에 의한 전기전도도의 저하, 추가 공정에 의한 생산성 저하 등 상용화에 적용할 정도의 특성을 발휘하지는 못하고 있다.In order to solve this problem, various attempts have been made to form SEI layers with stronger bonds or to form an oxide layer on the surface of the anode active material. However, there have been various attempts to reduce the electric conductivity by the oxide layer, It does not show enough characteristics to be applied to commercialization.

또한, 전해액에 첨가제를 사용할 수 있으나, 종래에 사용되어온 전해액 첨가제는 충전과 방전시 발생하는 부산물(side product)을 방지하는 것이 그 주된 기능이었다.In addition, an additive may be used for the electrolytic solution. However, the electrolyte additive conventionally used has a main function to prevent side products generated during charging and discharging.

따라서, 이러한 문제점들을 근본적으로 해결할 수 있는 기술에 대한 필요성이 매우 높은 실정이다.Therefore, there is a great need for a technology that can fundamentally solve these problems.

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

본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 이후 설명하는 바와 같이, 규소계 물질을 포함하는 다층 구조의 음극을 사용하는 경우 전극 접착력이 향상되어 규소계 물질의 부피 팽창에 따른 문제를 해결할 수 있을 뿐만 아니라, 우수한 전극 제조 공정성 및 고용량을 가지는 이차전지를 제조할 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.The inventors of the present application have conducted intensive research and various experiments, and as described later, when a negative electrode having a multi-layer structure including a silicon-based material is used, the electrode adhesiveness is improved and a problem due to the volume expansion of the silicon- Can be solved, and a secondary battery having excellent electrode manufacturing processability and high capacity can be produced, and thus the present invention has been accomplished.

따라서, 본 발명은 음극 활물질, 바인더 및 도전재를 포함하는 음극 합제층이 음극 집전체 상에 형성되어 있고, 상기 음극 합제층은, 음극 집전체와 접촉하며, 도전재 및 바인더를 포함하는 제 1 코팅층; 탄소계 재료 또는, 탄소계 재료 및 규소계 물질을 포함하는 음극 활물질, 도전재 및 바인더를 포함하는 제 2 코팅층; 및 탄소계 재료 및 규소계 물질을 포함하며 제 2 코팅층보다 규소계 물질의 함량비가 상대적으로 높은 음극 활물질, 도전재 및 바인더를 포함하고, 제 2 코팅층의 평균 두께보다 상대적으로 얇은 평균 두께를 가진 제 3 코팅층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지용 음극을 제공한다. Accordingly, the present invention provides a negative electrode active material composition comprising a negative electrode active material layer including a negative electrode active material, a binder and a conductive material formed on a negative electrode current collector, the negative electrode material mixture layer being in contact with the negative electrode current collector, Coating layer; A second coating layer comprising a carbon-based material or a negative electrode active material containing a carbon-based material and a silicon-based material, a conductive material, and a binder; And an anode active material including a carbon-based material and a silicon-based material and having a relatively higher content of silicon-based material than the second coating layer, a conductive material and a binder, and having an average thickness relatively thinner than an average thickness of the second coating layer 3 coating layer on the surface of the negative electrode.

이차전지의 용량을 향상시키기 위해 음극 활물질로 탄소계 재료와 규소계 물질을 혼합하여 사용하는 경우, 앞서 언급한 바와 같이, 규소계 물질의 탄소계 물질 대비 큰 전극 팽창으로 인해 사이클이 진행됨에 따라, SEI 층의 형성에 따른 문제점이 더 심화될 수 있다.When the carbon-based material and the silicon-based material are used as the anode active material in order to improve the capacity of the secondary battery, as the cycle progresses due to a large electrode expansion compared to the carbon-based material of the silicon-based material, The problems due to the formation of the SEI layer can be further exacerbated.

이에, 본 발명은 제 1 코팅층, 제 2 코팅층 및 제 3 코팅층 구조의 음극 합제층을 포함하는 음극을 사용하여 규소계 물질을 사용하는 경우 나타날 수 있는 부피 팽창에 따른 문제점을 해결하여 안전성을 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 용량 특성이 향상된 이차전지를 제조할 수 있다.Accordingly, the present invention solves the problem of volume expansion that may occur when a silicon-based material is used by using a negative electrode including a negative electrode mixture layer of the first coating layer, the second coating layer and the third coating layer structure to secure safety And the secondary battery having improved capacity characteristics can be manufactured.

구체적으로, 본 발명의 제 1 코팅층은 도전재와 바인더를 포함하며 음극 집전체와 접촉하므로, 프라이머(primer) 코팅층과 같은 효과를 가질 수 있는 바 음극 합제층과 음극 집전체 간의 접착력뿐만 아니라 전기 전도도를 향상시킬 수 있다. Specifically, the first coating layer of the present invention includes a conductive material and a binder and has an effect similar to that of a primer coating layer because of its contact with the anode current collector. As a result, not only the adhesion between the anode mixture layer and the anode current collector, Can be improved.

이러한 제 1 코팅층에서 도전재의 함량은 제 1 코팅층의 전체 중량을 기준으로 60 중량% 내지 90 중량%이고, 바인더의 함량은 제 1 코팅층의 전체 중량을 기준으로 10 중량% 내지 40 중량%일 수 있으며, 상세하게는 도전재의 함량은 70 중량% 내지 85 중량%이고, 바인더의 함량은 15 중량% 내지 30 중량%일 수 있다. The content of the conductive material in this first coating layer is 60 to 90 wt% based on the total weight of the first coating layer, and the content of the binder may be 10 to 40 wt% based on the total weight of the first coating layer , In detail, the content of the conductive material may be 70 wt% to 85 wt%, and the content of the binder may be 15 wt% to 30 wt%.

도전재의 함량이 90 중량%를 초과하고, 바인더의 함량이 10 중량% 미만일 경우, 음극 합제층과 음극 집전체 간의 전극 접착력을 향상 효과를 기대할 수 없으고, 도전재의 함량이 60 중량% 미만이고, 바인더의 함량이 40 중량%를 초과할 경우, 제 1 코팅층 도포에 따른 전기 전도도 극대화 및 유지 효과를 기대할 수 없어 바람직하지 않다. When the content of the conductive material is more than 90% by weight and the content of the binder is less than 10% by weight, the effect of improving the electrode adhesion between the negative electrode mixture layer and the negative electrode collector can not be expected, and the content of the conductive material is less than 60% When the content of the binder is more than 40% by weight, it is not preferable to maximize the electric conductivity and to maintain the effect of coating the first coating layer.

상기 제 1 코팅층의 바인더는, 당업계에서 일반적으로 사용하는 것이라면 제한이 없으며, 예를 들어, CMC(Carboxymethylcellulose), PVA(Polyvinyl alcohol), PVDF(Polyvinyliene fluoride), PVP(Polyvinylpyrrolidone), MC(Methyl cellulose), 및 SBR(Styrene Butadiene Rubber)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있다. The binder of the first coating layer is not limited as long as it is generally used in the art. Examples of the binder include CMC (carboxymethylcellulose), PVA (polyvinyl alcohol), PVDF (polyvinylidene fluoride), PVP (polyvinylpyrrolidone) ), And SBR (Styrene Butadiene Rubber).

상기 제 2 코팅층의 음극 활물질은 탄소계 재료 또는, 탄소계 재료 및 규소계 물질로 이루어질 수 있으며, 탄소계 재료와 규소계 물질을 혼합하여 사용하는 경우, 규소계 물질의 함량은 제 2 코팅층의 음극 활물질 전체 중량을 기준으로 3 중량% 이하일 수 있고, 상세하게는 0.1 중량% 이상 3 중량% 이하 일 수 있으며, 좀 더 상세하게는 1 중량% 이하, 더욱 상세하게는 0.1 중량% 이상 내지 1 중량% 이하일 수 있다. When the carbon-based material and the silicon-based material are mixed and used, the content of the silicon-based material is preferably such that the amount of the silicon-based material contained in the negative electrode of the second coating layer More specifically not more than 1% by weight, more specifically not less than 0.1% by weight and not more than 1% by weight, based on the total weight of the active material, ≪ / RTI >

규소계 물질은 탄소계 재료 대비 사이클 진행에 따른 부피 팽창율이 크므로 규소계 물질을 포함하는 음극 합제층은 입자의 팽창에 의한 응력이 발생한다. 규소계 물질의 함량이 커질수록 이러한 응력은 심화되지만, 규소계 물질을 하나의 음극 합제층에 모두 포함하는 것 보다 두 개의 음극 합제층에 나누어 포함할 경우, 나누어진 음극 합제층에 각각 걸리는 응력은 보다 작아질 수 있다.Since the silicon-based material has a larger volume expansion rate than the carbon-based material due to the progress of the cycle, the negative electrode mixture layer containing the silicon-based material generates stress due to expansion of the particles. As the content of the silicon-based material increases, the stress is increased. However, when the silicon-based material is divided into two anode mixture layers, rather than including all of the silicon-based materials in one anode mixture layer, .

따라서, 본 발명에서는 규소계 물질이 상세하게는, 제 2 코팅층 및 제 3 코팅층에 나누어져 포함될 수 있다. Accordingly, in the present invention, the silicon-based material may be divided into a second coating layer and a third coating layer in detail.

이에, 제 3 코팅층은 음극 활물질로 탄소계 재료 및 규소계 물질을 포함하며, 제 2 코팅층보다 전체 음극활물질에서 규소계 물질의 함량비가 상대적으로 높을 수 있다. 하나의 예로, 규소계 물질의 함량은 제 3 코팅층의 음극 활물질 전체 중량을 기준으로 5 중량% 이상 내지 20 중량% 이하이고, 상세하게는 10 중량% 이상 내지 15 중량% 이하일 수 있다. The third coating layer may include a carbon-based material and a silicon-based material as the negative electrode active material, and the content ratio of the silicon-based material may be relatively higher in the entire negative electrode active material than in the second coating layer. As one example, the content of the silicon-based material may be 5 wt% or more to 20 wt% or less, and more specifically 10 wt% or more to 15 wt% or less based on the total weight of the negative electrode active material of the third coating layer.

제 2 코팅층 및 제 3 코팅층에 각각 존재하는 규소계 물질의 함량은, 충방전시 규소계 물질의 입자 팽창에 따른 응력을 고려하여 실험에 따라 설정한 최적의 값으로, 상기 정의한 값보다 지나치게 적을 경우 에너지 밀도의 증가가 어려워 소망하는 용량 향상의 효과를 발휘할 수 없고, 지나치게 많을 경우 음극의 부피팽창이 심해질 수 있어 바람직하지 않다. The content of the silicon-based material present in each of the second coating layer and the third coating layer is an optimum value set in accordance with experiments in consideration of the stress due to the expansion of the silicon-based material during charging and discharging, The increase of the energy density is difficult and the desired capacity improvement effect can not be exhibited. If the energy density is excessively large, the volume expansion of the negative electrode may be increased, which is not preferable.

제 3 코팅층은 앞서 설명한 바와 같이, 제 2 코팅층과 비교하여 음극활물질에서 규소계 물질의 함량비가 상대적으로 높고, 탄소계 재료의 함량비가 상대적으로 낮은 바, 제 3 코팅층의 평균 두께는 제 2 코팅층의 평균 두께 대비 3% 내지 40%일 수 있고, 상세하게는 5% 내지 30%일 수 있다. As described above, the content ratio of the silicon-based material in the negative electrode active material is relatively high and the content ratio of the carbon-based material in the third coating layer is relatively low as compared with the second coating layer, and the average thickness of the third coating layer is May be from 3% to 40%, and in particular from 5% to 30%, based on the average thickness.

제 3 코팅층의 평균 두께가 제 2 코팅층의 두께와 비교하여 40%를 초과할 경우 전체 음극 합제층의 두께가 지나치게 두꺼워지므로 전해액 함침성이 떨어질 수 있고, 3% 미만일 경우 포함하는 규소계 물질의 함량이 지나치게 적어질 수 있어 바람직하지 않다. If the average thickness of the third coating layer exceeds 40% of the thickness of the second coating layer, the thickness of the entire negative electrode material mixture layer becomes excessively thick, so that the electrolyte impregnation property may deteriorate. When the average thickness of the third coating layer is less than 3% Which is undesirable.

탄소계 재료의 함량비가 상대적으로 높은 제 2 코팅층의 경우, 음극 합제층의 대부분을 차지하며, 예를 들어, 평균 두께는 음극 합제층의 전체 평균 두께 대비 50% 내지 95%일 수 있고, 상세하게는 60% 내지 90%일 수 있다. In the case of the second coating layer having a relatively high content ratio of the carbon-based material, it occupies most of the negative electrode mixture layer. For example, the average thickness may be 50% to 95% of the total average thickness of the negative electrode material mixture layer, Can be from 60% to 90%.

제 2 코팅층의 평균 두께가 음극 합제층의 전체 평균 두께 대비 95%를 초과할 경우 상대적으로 제 1 코팅층 및 제 3 코팅층의 평균 두께가 작아지므로, 음극 합제층의 접착력이 떨어지거나 전지의 고용량화가 어려워질 수 있고, 50% 미만일 경우 음극 합제층에서 탄소계 재료의 양이 지나치게 적어지므로 바람직하지 않다. When the average thickness of the second coating layer exceeds 95% of the total average thickness of the negative electrode mixture layer, the average thickness of the first coating layer and the third coating layer becomes relatively small, so that the adhesive strength of the negative electrode material mixture layer is decreased or the capacity of the battery is difficult If it is less than 50%, the amount of the carbon-based material in the negative electrode mixture layer becomes too small, which is not preferable.

제 1 코팅층의 평균 두께는, 상기 제 2 코팅층 및 제 3 코팅층의 두께에 따라 자유롭게 결정할 수 있으나, 프라이머 코팅층의 성격을 가지는 것을 고려할 때, 예를 들어, 제 3 코팅층의 평균 두께보다 상대적으로 얇을 수 있다.The average thickness of the first coating layer can be freely determined according to the thickness of the second coating layer and the third coating layer. However, considering the nature of the primer coating layer, for example, the average thickness of the first coating layer may be relatively thin have.

상기 제 2 코팅층 및 제 3 코팅층의 바인더는 SBR 및/또는 CMC를 포함할 수 있다. 규소계 물질의 경우 SBR과 같은 수계 바인더와 함께 사용할 경우 사이클 진행에 따른 부피 팽창을 억제할 수 있으며, CMC는 전극 합제의 점도를 높여 코팅 공정을 원활하게할 수 있으므로 바람직하다.The binder of the second coating layer and the third coating layer may include SBR and / or CMC. In the case of the silicon-based material, when used in combination with an aqueous binder such as SBR, the volume expansion due to the progress of the cycle can be suppressed, and CMC is preferable because the coating process can be smoothly performed by increasing the viscosity of the electrode mixture.

제 3 코팅층은 제 2 코팅층보다 상대적으로 규소계 물질의 함량이 높으므로 규소계 물질을 잡아주어 부피 팽창을 억제하기 위하여 제 2 코팅층과 비교하여 상대적으로 바인더의 함량비가 높을 수 있다. Since the content of the silicon-based material is relatively higher in the third coating layer than in the second coating layer, the content ratio of the binder may be relatively higher than that of the second coating layer in order to suppress the expansion of the silicon-based material.

하나의 예로, 제 3 코팅층의 바인더의 함량은 제 3 코팅층의 전체 중량을 기준으로 3 중량% 이상 내지 20 중량% 이하일 수 있고, 상세하게는 5 중량% 이상 내지 15 중량% 이하일 수 있다. As one example, the content of the binder in the third coating layer may be 3% by weight or more and 20% by weight or less, and more specifically 5% by weight or more and 15% by weight or less based on the total weight of the third coating layer.

이러한 바인더의 함량이 3 중량% 미만인 경우 사이클 진행에 따른 규소계 활물질의 부피 팽창을 억제할 수 없으며, 15 중량%를 초과할 경우 상대적으로 음극 활물질의 양이 적어지므로 용량 향상 효과를 기대할 수 없어 바람직하지 않다. When the content of the binder is less than 3% by weight, the volume expansion of the silicon-based active material can not be suppressed with the progress of the cycle. When the content of the binder is more than 15% by weight, the amount of the negative electrode active material is relatively small, I do not.

본 발명에서, 탄소계 재료는, 당업계에서 사용되는 것이라면 제한이 없으나, 예를 들어, 흑연, 인조 흑연, MCMB(MesoCarbon MicroBead), 탄소 섬유(Carbon fiber) 및 카본 블랙 아세틸렌 블랙, 케첸블랙으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있고, 상세하게는 흑연일 수 있다.In the present invention, the carbon-based material is not limited as long as it is used in the art, and examples thereof include graphite, artificial graphite, MCMB (MesoCarbon MicroBead), carbon fiber and carbon black acetylene black, And may be graphite in detail.

또한, 상기 규소계 물질은 예를 들어, 규소, 규소의 합금, SiB4, SiB6, Mg2Si, Ni2Si, TiSi2, MoSi2, CoSi2, NiSi2, CaSi2, CrSi2, Cu5Si, FeSi2, MnSi2, NbSi2, TaSi2, VSi2, WSi2, ZnSi2, SiC, Si3N4, Si2N2O, SiOv(0.5≤v≤1.2), 및 LiSiO으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있고, 상세하게는 SiOv(0.5≤v≤1.2)일 수 있으며, 더욱 상세하게는 SiO일 수 있다. The silicon-based material may include, for example, silicon, an alloy of silicon, SiB 4 , SiB 6 , Mg 2 Si, Ni 2 Si, TiSi 2 , MoSi 2 , CoSi 2 , NiSi 2 , CaSi 2 , CrSi 2 , Cu 5 Si, FeSi 2 , MnSi 2 , NbSi 2 , TaSi 2 , VSi 2 , WSi 2 , ZnSi 2 , SiC, Si 3 N 4 , Si 2 N 2 O, SiO v (0.5 ≦ v ≦ 1.2) And more specifically SiO v (0.5? V ? 1.2), and more particularly SiO.

이러한 산화규소(SiO)는 이산화규소(SiO2)와 비정질 실리콘이 중량비를 기준으로 1 : 1의 혼합비로 이루어지는 물질일 수 있다.Such silicon oxide (SiO) may be a material in which silicon dioxide (SiO 2 ) and amorphous silicon are mixed at a mixing ratio of 1: 1 based on the weight ratio.

본 발명에서 상기 상기 음극 합제층은, 음극 집전체 상에 제 1 코팅층, 제 2 코팅층 및 제 3 코팅층의 순서로 형성될 수 있고, 또는 제 1 코팅층, 제 3 코팅층 및 제 2 코팅층의 순서로 형성될 수 있다. In the present invention, the negative electrode material mixture layer may be formed in the order of the first coating layer, the second coating layer and the third coating layer on the anode current collector, or may be formed in the order of the first coating layer, the third coating layer, .

본 발명에서 상기 코팅층의 형성하는 방법은 당업계에서 사용되는 것이라면 특별한 제한이 없으나, 예를 들어, 음극 집전체 도전재와 바인더를 포함하는 제 1 차 코팅을 하고 건조 후, 가압하여 제 1 차 코팅층을 형성하고, 이와 같은 방법으로 상기 제 1 차 코팅층 상에 순서대로 제 2 코팅층 및 제 3 코팅층의 순서, 또는 제 3 코팅층 및 제 2 코팅층의 순서로 형성할 수 있다. The method of forming the coating layer in the present invention is not particularly limited as long as it is used in the art. For example, the first coating layer including the negative electrode current collector and the binder is dried, And the second coating layer and the third coating layer may be sequentially formed on the first coating layer in this order or the third coating layer and the second coating layer may be formed in this order.

또 다른 예로, 전극 합제를 스프레이 코팅 등의 방법을 이용하여 집전체 상에 형성할 수 있다. As another example, the electrode mixture may be formed on the current collector by a method such as spray coating.

본 발명은 상기 이차전지용 음극을 포함하는 이차전지를 제공하며, 상기 이차전지는 리튬 이차전지일 수 있다.The present invention provides a secondary battery including the negative electrode for a secondary battery, wherein the secondary battery is a lithium secondary battery.

이하, 이러한 리튬 이차전지의 구성을 설명한다.Hereinafter, the configuration of such a lithium secondary battery will be described.

리튬 이차전지는 양극 집전체 상에 양극 활물질, 도전재 및 바인더의 혼합물을 도포한 후 건조 및 프레싱하여 제조되는 양극과, 동일한 방법을 사용하여 제조되는 음극을 포함하며, 이 경우, 필요에 따라서는 상기 혼합물에 충진제를 더 첨가기도 한다.The lithium secondary battery includes a positive electrode prepared by applying a mixture of a positive electrode active material, a conductive material and a binder on a positive electrode collector, followed by drying and pressing, and a negative electrode prepared using the same method. In this case, A filler is further added to the mixture.

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

상기 양극 활물질로서 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 화학식 Li1+xMn2-xO4 (여기서, x 는 0 ~ 0.33 임), LiMnO3, LiMn2O3, LiMnO2 등의 리튬 망간 산화물; 리튬 동 산화물(Li2CuO2); LiV3O8, LiFe3O4, V2O5, Cu2V2O7 등의 바나듐 산화물; 화학식 LiNi1-xMxO2 (여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B 또는 Ga 이고, x = 0.01 ~ 0.3 임)으로 표현되는 Ni 사이트형 리튬 니켈 산화물; 화학식 LiMn2-xMxO2 (여기서, M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn 또는 Ta 이고, x = 0.01 ~ 0.1 임) 또는 Li2Mn3MO8 (여기서, M = Fe, Co, Ni, Cu 또는 Zn 임)으로 표현되는 리튬 망간 복합 산화물; LiNixMn2-xO4 (x = 0.01 ~ 0.6 임)등과 같은 스피넬 구조의 리튬 망간 복합 산화물; 화학식의 Li 일부가 알칼리토금속 이온으로 치환된 LiMn2O4; 디설파이드 화합물; Fe2(MoO4)3 등을 포함할 수 있다.Lithium manganese oxides such as lithium nickel oxide (LiNiO 2 ) represented by the formula Li 1 + x Mn 2 -x O 4 (where x is 0 to 0.33), LiMnO 3 , LiMn 2 O 3 and LiMnO 2 as the positive electrode active material; Lithium copper oxide (Li 2 CuO 2 ); Vanadium oxides such as LiV 3 O 8 , LiFe 3 O 4 , V 2 O 5 and Cu 2 V 2 O 7 ; A Ni-site type lithium nickel oxide expressed by the formula LiNi 1-x M x O 2 (where M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B or Ga and x = 0.01 to 0.3); Formula LiMn 2-x M x O 2 ( where, M = Co, Ni, Fe , Cr, and Zn, or Ta, x = 0.01 ~ 0.1 Im) or Li 2 Mn 3 MO 8 (where, M = Fe, Co, Ni, Cu, or Zn); A lithium manganese composite oxide having a spinel structure such as LiNi x Mn 2-x O 4 (x = 0.01 to 0.6); LiMn 2 O 4 in which a part of Li in the formula is substituted with an alkaline earth metal ion; Disulfide compounds; Fe 2 (MoO 4 ) 3 , and the like.

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

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

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

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

이러한 리튬 이차전지는 양극과 음극 사이에 분리막이 개재된 구조의 전극조립체에 리튬염 함유 전해액이 함침되어 있는 구조로 이루어질 수 있다. Such a lithium secondary battery may have a structure in which a lithium salt-containing electrolyte is impregnated in an electrode assembly having a separator interposed between an anode and a cathode.

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

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

비수계 용매로는 당업계에 알려진 것이라면 제한이 없으나, 예를 들어, 에틸렌 카보네이트(EC), 프로필렌 카보네이트(PC), 부틸렌 카보네이트(BC), 디메틸 카보네이트(DMC), 디에틸 카보네이트(DEC), 에틸 메틸 카보네이트(EMC) 메틸 프로피오네이트(MP) 및 에틸 프로피오네이트(EP)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있다.Examples of the non-aqueous solvent include, but are not limited to, ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), butylene carbonate (BC), dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC) Ethyl methyl carbonate (EMC) methyl propionate (MP) and ethyl propionate (EP).

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

하나의 바람직한 예에서, LiPF6, LiClO4, LiBF4, LiN(SO2CF3)2 등의 리튬염을, 고유전성 용매인에 첨가하여 리튬염 함유 비수계 전해질을 제조할 수 있다.In a preferred embodiment, LiPF 6, LiClO 4, LiBF 4, LiN (SO 2 CF 3) may be added to the lithium salt of 2, and so on, in the highly dielectric solvent, to prepare a lithium salt-containing non-aqueous electrolyte by.

상기 리튬 이차전지를 하나 이상 포함한 전지팩은 고온 안정성 및 긴 사이클 특성과 높은 레이트 특성 등이 요구되는 디바이스의 전원으로 사용될 수 있다.The battery pack including at least one lithium secondary battery may be used as a power source for devices requiring high temperature stability, long cycle characteristics, and high rate characteristics.

상기 디바이스의 예로는 전기자동차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기자동차(Hybrid Electric Vehicle, HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV) 등을 포함하는 전기차와 같은 대형 디바이스뿐만 아니라, 휴대폰, 노트북 컴퓨터, 넷북, 태블릿 PC, PDA, 디지털 카메라, 휴대용 네비게이터, 휴대용 게임기 등과 같은 소형 디바이스일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. Examples of the device include a large-sized device such as an electric vehicle including an electric vehicle (EV), a hybrid electric vehicle (HEV), a plug-in hybrid electric vehicle (PHEV) In addition, it may be a small device such as, but not limited to, a mobile phone, a notebook computer, a netbook, a tablet PC, a PDA, a digital camera, a portable navigator,

상기에서 설명하는 바와 같이, 본 발명에 따른 이차전지는 규소계 물질을 포함하는 다층 구조의 음극 합제층이 형성된 음극을 사용하여 용량이 크게 증가하면서도 전극 접착력이 향상되어 음극의 부피 팽창에 따른 문제를 막을 수 있어 안전성 및 우수한 전극 제조 공정성을 확보할 수 있다. As described above, the secondary battery according to the present invention uses a negative electrode having a multi-layered negative electrode mixture layer including a silicon-based material, thereby increasing the capacity of the electrode while improving the electrode adhesion, It is possible to secure safety and excellent electrode manufacturing processability.

<실시예 1>&Lt; Example 1 >

도전재로서 덴카 블랙, 바인더로서 PVdF를 중량기준으로 8:2으로 혼합한 후, 상기 혼합물을 음극 집전체 상에 도포하여 제 1 코팅층을 형성하였다.DENKA BLACK as a conductive material and PVdF as a binder were mixed in an amount of 8: 2 by weight, and then the mixture was applied onto an anode current collector to form a first coating layer.

음극 활물질로 천연 흑연 및 SiO(중량비로 99:1), 도전재로서 덴카 블랙 바인더로서 SBR 및 CMC를 97:0.5:2.5 의 중량비로 증류수에 넣고 믹싱하여 음극 합제를 제조한 후, 상기 제 1 코팅층상에 도포하였다. (99: 1 by weight) of natural graphite and SiO 2 as a negative electrode active material, SBR and CMC as a conductive black as binders were mixed in distilled water at a weight ratio of 97: 0.5: 2.5 and mixed to prepare a negative electrode mixture. Layer.

음극 활물질로 천연 흑연 및 SiO(중량비로 95:5), 도전재로서 덴카 블랙 바인더로서 SBR 및 CMC를 93.5:0.5:6 의 중량비로 증류수에 넣고 믹싱하여 음극 합제를 제조한 후, 상기 제 2 코팅층상에 도포 후, 압연 및 건조하여 음극을 제조하였다.Natural graphite and SiO 2 (95: 5 by weight) were used as the negative electrode active material, and SBR and CMC as the conductive materials were mixed in distilled water at a weight ratio of 93.5: 0.5: 6, and mixed to prepare a negative electrode mixture. Coated on a layer, rolled and dried to prepare a negative electrode.

이 때 상기 제 1 코팅층, 제 2 코팅층 및 제 3 코팅층의 평균 두께비는 0.5:6.5:3이었다.
The average thickness ratio of the first coating layer, the second coating layer and the third coating layer was 0.5: 6.5: 3.

<실시예 2>&Lt; Example 2 >

제 1 코팅층에서 도전재 및 바인더를 중량기준으로 6:4로 혼합한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 음극을 제조하였다.
A negative electrode was prepared in the same manner as in Example 1, except that the conductive material and the binder were mixed in a weight ratio of 6: 4 in the first coating layer.

<실시예 3>&Lt; Example 3 >

제 2 코팅층에서 음극 활물질로 천연 흑연만을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 음극을 제조하였다.
A negative electrode was prepared in the same manner as in Example 1 except that only the natural graphite was used as the negative active material in the second coating layer.

<실시예 4><Example 4>

제 3 코팅층에서 음극 활물질로 천연 흑연 및 SiO(중량비로 90:10)을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 음극을 제조하였다.
A negative electrode was prepared in the same manner as in Example 1 except that natural graphite and SiO 2 (90:10 by weight) were used as the negative electrode active material in the third coating layer.

<비교예 1>&Lt; Comparative Example 1 &

제 1 코팅층에서 도전재 및 바인더를 중량기준으로 4:6으로 혼합한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 음극을 제조하였다.
A negative electrode was prepared in the same manner as in Example 1, except that the conductive material and the binder were mixed in a weight ratio of 4: 6 in the first coating layer.

<비교예 2>&Lt; Comparative Example 2 &

제 2 코팅층에서 음극 활물질로 천연 흑연 및 SiO(중량비로 95:5)을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 음극을 제조하였다.
A negative electrode was prepared in the same manner as in Example 1 except that natural graphite and SiO 2 (95: 5 by weight) were used as the negative electrode active material in the second coating layer.

<비교예 3>&Lt; Comparative Example 3 &

제 2 코팅층에서 음극 활물질로 천연 흑연 및 SiO(중량비로 50:50)을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 음극을 제조하였다.
A negative electrode was prepared in the same manner as in Example 1 except that natural graphite and SiO 2 (50:50 by weight) were used as the negative electrode active material in the second coating layer.

<비교예 4>&Lt; Comparative Example 4 &

제 3 코팅층에서 음극 활물질, 도전재, 바인더를 98:0.5:1.5의 중량비로 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 음극을 제조하였다.
A negative electrode was prepared in the same manner as in Example 1, except that in the third coating layer, the negative electrode active material, the conductive material, and the binder were used in a weight ratio of 98: 0.5: 1.5.

<비교예 5>&Lt; Comparative Example 5 &

상기 제 1 코팅층, 제 2 코팅층 및 제 3 코팅층의 평균 두께비는 3:3:7인 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 음극을 제조하였다.었다.
A negative electrode was prepared in the same manner as in Example 1 except that the average thickness ratio of the first coating layer, the second coating layer and the third coating layer was 3: 3: 7.

<실험예 1><Experimental Example 1>

상기 실시예 1-4 및 비교예 1-5에 따라 제조된 음극과, 양극 활물질로 LiCoO2, 도전재(Denka black), 바인더(PVdF)를 각각 96.5: 2.0: 1.5 의 중량비로 NMP에 넣고 믹싱하여 양극 합제를 제조하여 알루미늄 호일에 코팅한 후, 압연 및 건조하여 제조한 양극 사이에 분리막으로서 폴리에틸렌 막을 개재하고, 부피비를 기준으로 EC : EMC : DEC = 3 : 2 : 5 인 용매에 1M의 LiPF6가 들어있는 전해액, 전해질 전체 중량을 기준으로 전해액 첨가제로 VC 1.5 중량% 및 FEC 5 중량%을 사용하여 이차전지를 제조하였다. LiCoO 2 , a conductive material (Denka black), and a binder (PVdF) were mixed in a NMP ratio of 96.5: 2.0: 1.5 by weight, respectively, as the positive electrode active material and the negative electrode prepared in Example 1-4 and Comparative Example 1-5, A positive electrode mixture was prepared, coated on an aluminum foil, rolled and dried, and a polyethylene film was interposed as a separator between the positive and negative electrodes. To the solvent of EC: EMC: DEC = 3: 2: 5 was added 1M LiPF 6 , and 1.5% by weight of VC and 5% by weight of FEC as an electrolyte additive based on the total weight of the electrolyte.

이러한 이차전지를 2.7 내지 4.35 V 영역에서 1C/1C로 충방전을 실시하여 100cycle 후 충방전 용량의 변화와, 전지의 두께를 각각 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.The secondary battery was charged and discharged at a rate of 1 C / 1 C in the range of 2.7 to 4.35 V, and after 100 cycles, the change of charge / discharge capacity and the thickness of the battery were measured and are shown in Table 1 below.

100cycle 후
잔여 용량(%)
After 100 cycles
Remaining capacity (%)
100cycle 후 두께 증가율(%)Thickness increase rate after 100 cycles (%)
실시예 1Example 1 90.290.2 5.65.6 실시예 2Example 2 91.391.3 5.555.55 실시예 3Example 3 92.192.1 5.25.2 실시예 4Example 4 87.087.0 8.88.8 비교예 1Comparative Example 1 82.282.2 7.37.3 비교예 2Comparative Example 2 80.780.7 11.311.3 비교예 3Comparative Example 3 23.623.6 102.6102.6 비교예 4Comparative Example 4 83.783.7 32.732.7 비교예 5Comparative Example 5 88.388.3 26.526.5

상기 표 1에 따르면 본 발명에 따른 실시예 1-3에 따라 제조된 양극을 포함하는 이차전지는 비교예 1-5에 따라 제조된 양극을 포함하는 이차전지와 비교하여 100cycle 후 잔여 용량(%) 및 100cycle 후 두께 증가율(%)이 우수한 것을 알 수 있다. 다만, 실시예 4의 경우 100cycle 후 잔여 용량(%)이 비교예 5와 비교하여 상대적으로 낮지만, 100cycle 후 두께 증가율(%)은 월등히 낮은 바 본 발명이 의도하는 효과를 나타내고 있음을 확인할 수 있다.
According to Table 1, the secondary battery including the anode manufactured according to Example 1-3 according to the present invention had a residual capacity (%) after 100 cycles as compared with the secondary battery including the anode manufactured according to Comparative Example 1-5. And the thickness increase rate (%) after 100 cycles. In the case of Example 4, however, the residual capacity (%) after 100 cycles is relatively low as compared with Comparative Example 5, but the thickness increase rate (%) after 100 cycles is much lower, indicating that the present invention has an intended effect .

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

Claims (20)

음극 활물질, 바인더 및 도전재를 포함하는 음극 합제층이 음극 집전체 상에 형성되어 있고,
상기 음극 합제층은,
음극 집전체와 접촉하며, 도전재 및 바인더를 포함하는 제 1 코팅층;
탄소계 재료 또는, 탄소계 재료 및 규소계 물질을 포함하는 음극 활물질, 도전재 및 바인더를 포함하는 제 2 코팅층; 및
탄소계 재료 및 규소계 물질을 포함하며 제 2 코팅층보다 규소계 물질의 함량비가 상대적으로 높은 음극 활물질, 도전재 및 바인더를 포함하고, 제 2 코팅층의 평균 두께보다 상대적으로 얇은 평균 두께를 가진 제 3 코팅층;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지용 음극.
A negative electrode mixture layer containing a negative electrode active material, a binder and a conductive material is formed on the negative electrode collector,
The negative electrode material mixture layer may be formed,
A first coating layer in contact with the negative electrode current collector, the first coating layer including a conductive material and a binder;
A second coating layer comprising a carbon-based material or a negative electrode active material containing a carbon-based material and a silicon-based material, a conductive material, and a binder; And
Which has a relatively high content ratio of a silicon-based material, a conductive material and a binder, the carbon-based material and the silicon-based material being relatively thinner than the average thickness of the second coating layer, Coating layer;
And a negative electrode for a secondary battery.
제 1 항에 있어서, 상기 제 1 코팅층의 바인더의 함량은 제 1 코팅층의 전체 중량을 기준으로 10 중량% 내지 40 중량%인 것을 특징으로 하는 이차전지용 음극.The negative electrode for a secondary battery according to claim 1, wherein the content of the binder in the first coating layer is 10% by weight to 40% by weight based on the total weight of the first coating layer. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 코팅층의 바인더는, CMC(Carboxymethylcellulose), PVA(Polyvinyl alcohol), PVDF(Polyvinyliene fluoride), PVP(Polyvinylpyrrolidone), MC(Methyl cellulose), 및 SBR(Styrene Butadiene Rubber)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 이차전지용 음극.The method according to claim 1, wherein the binder of the first coating layer is selected from the group consisting of Carboxymethylcellulose (PVA), Polyvinyl alcohol (PVDF), Polyvinylpyrrolidone (PVD), Methyl cellulose (MC) Wherein the negative electrode is at least one selected from the group consisting of a positive electrode and a negative electrode. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 코팅층의 음극 활물질에서 규소계 물질의 함량은 제 2 코팅층의 음극 활물질 전체 중량을 기준으로 3 중량% 이하인 것을 특징으로 하는 이차전지용 음극.The negative electrode for a secondary battery according to claim 1, wherein the content of the silicon-based material in the negative electrode active material of the second coating layer is 3 wt% or less based on the total weight of the negative electrode active material of the second coating layer. 제 4 항에 있어서, 상기 제 2 코팅층의 음극 활물질에서 규소계 물질의 함량은 제 2 코팅층의 음극 활물질 전체 중량을 기준으로 1 중량% 이하인 것을 특징으로 하는 이차전지용 음극.The negative electrode for a secondary battery according to claim 4, wherein the content of the silicon-based material in the negative electrode active material of the second coating layer is 1 wt% or less based on the total weight of the negative electrode active material of the second coating layer. 제 1 항에 있어서, 상기 제 3 코팅층의 음극 활물질에서 규소계 물질의 함량은 제 3 코팅층의 음극 활물질 전체 중량을 기준으로 5 중량% 이상 내지 20 중량% 이하인 것을 특징으로 하는 이차전지용 음극.The negative electrode for a secondary battery according to claim 1, wherein the content of the silicon-based material in the negative electrode active material of the third coating layer is 5 wt% or more and 20 wt% or less based on the total weight of the negative electrode active material of the third coating layer. 제 6 항에 있어서, 상기 제 3 코팅층의 음극 활물질에서 규소계 물질의 함량은 제 3 코팅층의 음극 활물질 전체 중량을 기준으로 10 중량% 이상 내지 15 중량% 이하인 것을 특징으로 하는 이차전지용 음극.The negative electrode for a secondary battery according to claim 6, wherein the content of the silicon-based material in the negative electrode active material of the third coating layer is 10 wt% or more and 15 wt% or less based on the total weight of the negative electrode active material of the third coating layer. 제 1 항에 있어서, 제 3 코팅층의 평균 두께는 제 2 코팅층의 평균 두께 대비 3% 내지 40%인 것을 특징으로 하는 이차전지용 음극.The negative electrode for a secondary battery according to claim 1, wherein the average thickness of the third coating layer is 3% to 40% of the average thickness of the second coating layer. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 코팅층의 평균 두께는 음극 합제층의 전체 평균 두께 대비 50% 내지 95%인 것을 특징으로 하는 이차전지용 음극.The negative electrode for a secondary battery according to claim 1, wherein an average thickness of the second coating layer is 50% to 95% of an average thickness of the negative electrode material mixture layer. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 코팅층의 평균 두께는 제 3 코팅층의 평균 두께보다 상대적으로 얇은 것을 특징으로 하는 이차전지용 음극.The negative electrode for a secondary battery according to claim 1, wherein an average thickness of the first coating layer is relatively thinner than an average thickness of the third coating layer. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 코팅층 및 제 3 코팅층의 바인더는 SBR 및/또는 CMC를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 이차전지용 음극.The negative electrode for a secondary battery according to claim 1, wherein the binder of the second coating layer and the third coating layer comprises SBR and / or CMC. 제 1 항에 있어서, 상기 제 3 코팅층의 바인더의 함량비는 제 2 코팅층의 바인더의 함량비보다 상대적으로 높은 것을 특징으로 하는 이차전지용 음극.The negative electrode for a secondary battery according to claim 1, wherein the content ratio of the binder in the third coating layer is relatively higher than the content ratio of the binder in the second coating layer. 제 1 항에 있어서, 상기 제 3 코팅층의 바인더의 함량은 제 3 코팅층의 전체 중량을 기준으로 3 중량% 이상 내지 20 중량% 이하인 것을 특징으로 하는 이차전지용 음극. The negative electrode for a secondary battery according to claim 1, wherein the content of the binder in the third coating layer is 3% by weight or more and 20% by weight or less based on the total weight of the third coating layer. 제 1 항에 있어서, 상기 탄소계 재료는 흑연, 인조 흑연, MCMB(MesoCarbon MicroBead), 탄소 섬유(Carbon fiber) 및 카본 블랙 아세틸렌 블랙, 케첸블랙으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 이차전지용 음극.The secondary battery according to claim 1, wherein the carbon-based material is one or more selected from the group consisting of graphite, artificial graphite, MCMB (MesoCarbon MicroBead), carbon fiber, carbon black acetylene black, cathode. 제 1 항에 있어서, 상기 규소계 물질은 규소, 규소의 합금, SiB4, SiB6, Mg2Si, Ni2Si, TiSi2, MoSi2, CoSi2, NiSi2, CaSi2, CrSi2, Cu5Si, FeSi2, MnSi2, NbSi2, TaSi2, VSi2, WSi2, ZnSi2, SiC, Si3N4, Si2N2O, SiOv(0.5≤v≤1.2), 및 LiSiO으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 이차전지용 음극.The method of claim 1, wherein the silicon-based material is selected from the group consisting of silicon, an alloy of silicon, SiB 4 , SiB 6 , Mg 2 Si, Ni 2 Si, TiSi 2 , MoSi 2 , CoSi 2 , NiSi 2 , CaSi 2 , CrSi 2 , Cu 5 Si, FeSi 2 , MnSi 2 , NbSi 2 , TaSi 2 , VSi 2 , WSi 2 , ZnSi 2 , SiC, Si 3 N 4 , Si 2 N 2 O, SiO v (0.5 ≦ v ≦ 1.2) Wherein the negative electrode is at least one selected from the group consisting of a positive electrode and a negative electrode. 제 1 항에 있어서, 상기 규소계 물질은 SiOv(0.5≤v≤1.2)인 것을 특징으로 하는 이차전지용 음극.The negative electrode for a secondary battery according to claim 1, wherein the silicon-based material is SiO v (0.5? V ? 1.2). 제 1 항에 있어서, 상기 음극 합제층은, 음극 집전체 상에 제 1 코팅층, 제 2 코팅층 및 제 3 코팅층의 순서, 또는 제 1 코팅층, 제 3 코팅층 및 제 2 코팅층의 순서로 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지용 음극.The method according to claim 1, wherein the negative electrode material mixture layer is formed in the order of a first coating layer, a second coating layer and a third coating layer on the negative electrode collector, or in the order of a first coating layer, a third coating layer and a second coating layer And a negative electrode for a secondary battery. 제 1 항에 따른 이차전지용 음극을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지. A secondary battery comprising a negative electrode for a secondary battery according to claim 1. 제 18 항에 있어서, 상기 이차전지는 리튬 이차전지인 것을 특징으로 하는 이차전지.The secondary battery according to claim 18, wherein the secondary battery is a lithium secondary battery. 제 18 항에 따른 이차전지를 하나 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.19. A device according to claim 18, comprising at least one secondary battery.
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