KR20170009097A - Cathode improved conductivity and electrochemical device including the same - Google Patents

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KR20170009097A
KR20170009097A KR1020150100552A KR20150100552A KR20170009097A KR 20170009097 A KR20170009097 A KR 20170009097A KR 1020150100552 A KR1020150100552 A KR 1020150100552A KR 20150100552 A KR20150100552 A KR 20150100552A KR 20170009097 A KR20170009097 A KR 20170009097A
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박지혜
오송택
유정우
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Abstract

The purpose of the present invention is to provide a positive electrode with excellent electrochemical properties such as capacity properties of a battery, lifespan, discharge potential, electric energy, etc. by forming a conductive network in the battery. The positive electrode for a lithium secondary battery comprises: a current collector; and a positive electrode active material layer formed on at least one surface of the current collector and including a positive electrode active material, a conductive material and a binder, wherein the specific surface ratio of the conductive material to the positive electrode active material is three or more; the conductive material comprises a dot-like conductive material and a plate-shaped conductive material; and the weight ratio of the dot-like conductive material and the plate-shaped conductive material is 1:0.9 to 1:1.

Description

도전성이 개선된 양극 및 그를 포함하는 전기화학소자{Cathode improved conductivity and electrochemical device including the same}[0001] The present invention relates to a positive electrode having improved conductivity and an electrochemical device including the same,

본 발명은 도전성이 개선된 양극 및 그를 포함하는 전기화학소자에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 전기화학소자의 용량과 수명특성을 개선시킨 양극 및 그를 포함하는 전기화학소자에 관한 것이다.The present invention relates to a positive electrode having improved conductivity and an electrochemical device including the same, and more particularly, to a positive electrode and an electrochemical device including the same that improve the capacity and life characteristics of an electrochemical device.

최근 에너지 저장 기술에 대한 관심이 갈수록 높아지고 있다. 휴대폰, 캠코더 및 노트북 PC 등 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 전기화학소자의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그러한 전기화학소자 중 높은 에너지 밀도와 전압을 가지고, 사이클 수명이 길며, 자기방전율이 낮은 리튬 이차전지가 상용화되어 널리 사용되고 있다.Recently, interest in energy storage technology is increasing. The demand for electrochemical devices as energy sources is rapidly increasing as technology development and demand for mobile devices such as mobile phones, camcorders, and notebook PCs are increasing rapidly. Among such electrochemical devices, they have high energy density and voltage, , A lithium secondary battery having a low self-discharge rate has been commercialized and widely used.

또한, 최근 환경문제에 대한 관심이 커짐에 따라 대기오염의 주요 원인의 하나인 가솔린 차량, 디젤 차량 등 화석 연료를 사용하는 차량을 대체할 수 있는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차에 대한 연구가 많이 진행되고 있다. 이러한 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등의 동력원으로는 주로 니켈수소 금속 이차전지가 사용되고 있지만, 높은 에너지 밀도와 방전 전압을 가지고, 사이클 수명이 길며, 자기방전율이 낮은 리튬 이차전지를 사용하는 연구가 활발히 진행되고 있으며, 상용화 단계에 있다.In addition, as interest in environmental issues has increased recently, studies on electric vehicles and hybrid electric vehicles capable of replacing fossil fuel-based vehicles such as gasoline vehicles and diesel vehicles, which are one of the main causes of air pollution, have. Although a nickel metal hydride secondary battery is mainly used as a power source for such electric vehicles and hybrid electric vehicles, researches using a lithium secondary battery having a high energy density and a discharge voltage, a long cycle life and a low self-discharge rate are actively conducted And is in the commercialization stage.

이러한 리튬 이차전지의 양극 활물질로는 탄소재료가 주로 사용되고 있고, 리튬 금속, 황 화합물 등의 사용도 고려되고 있다. 또한, 양극 활물질로는 주로 리튬 함유 코발트 산화물(LiCoO2)이 사용되고 있고, 그 외에 층상 결정구조의 LiMnO2, 스피넬 결정구조의 LiMn2O4 등의 리튬 함유 망간 산화물과, 리튬 함유 니켈 산화물(LiNiO2)의 사용도 고려되고 있다.As a cathode active material of such a lithium secondary battery, a carbon material is mainly used, and the use of lithium metal, a sulfur compound and the like is also considered. In addition, lithium-containing cobalt oxide (LiCoO 2 ) is mainly used as the positive electrode active material, and a lithium-containing manganese oxide such as LiMnO 2 having a layered crystal structure and LiMn 2 O 4 having a spinel crystal structure and a lithium- 2 ) is also considered.

상기 양극 활물질들 만으로는 전기전도도가 낮기 때문에, 도전재를 함께 사용하여 전도성을 개선한다. 이러한 도전재는 점형 도전재를 사용하거나, 판상형의 도전재를 첨가하여 사용될 수 있으나, 판상형 도전재의 함량이 증가하면 도전성 네트워크가 잘 형성되지 못하여 전지의 출력이 감소하는 문제가 있다.Since the above-mentioned cathode active materials have low electrical conductivity, conductive materials are used together to improve the conductivity. Such a conductive material can be used by using a point-like conductive material or by adding a conductive material of a plate shape. However, if the content of the plate-like conductive material is increased, a conductive network is not formed well and the output of the battery is reduced.

따라서, 본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 전극 내의 도전성 네트워크를 잘 형성되도록 하여, 전지의 용량 특성, 수명, 방전 전위, 전력량 특성 등 전기화학적 특성이 우수한 양극 및 그를 포함하는 전기화학소자를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a positive electrode having excellent electrochemical characteristics such as capacity characteristics, life span, discharge potential, And to provide a chemical device.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 집전체; 및 상기 집전체의 적어도 일면에 형성되며, 양극 활물질, 도전재 및 바인더를 포함하는 양극 활물질층;을 포함하고, 상기 양극 활물질의 비표면적에 대한 상기 도전재의 비표면적의 비는 3 이상이며, 상기 도전재는 점형 도전재 및 판상형 도전재를 포함하고, 상기 양극 활물질 100 중량부 기준으로, 상기 도전재의 함량은 1 내지 5 중량부이고, 상기 바인더의 함량은 2 내지 5 중량부인, 리튬 이차전지용 양극이 제공된다.According to an aspect of the present invention, there is provided a current collector comprising: a current collector; And a cathode active material layer formed on at least one surface of the current collector and including a cathode active material, a conductive material, and a binder, wherein a ratio of a specific surface area of the conductive material to a specific surface area of the cathode active material is 3 or more, Wherein the conductive material comprises a point conductive material and a plate-like conductive material, wherein a content of the conductive material is 1 to 5 parts by weight and a content of the binder is 2 to 5 parts by weight based on 100 parts by weight of the positive electrode active material, / RTI >

바람직하게는, 상기 점형 도전재는 카본 블랙 또는 탄소재료일 수 있다.Preferably, the pointed conductive material may be carbon black or a carbon material.

바람직하게는, 상기 판상형 도전재는 흑연계 도전재일 수 있다.Preferably, the plate-like conductive material may be a graphite conductive material.

바람직하게는, 상기 점형 도전재는 0.7 내지 1의 종횡비를 가지고, 20 내지 50 nm의 평균 입경을 가질 수 있다.Preferably, the pointed conductive material has an aspect ratio of 0.7 to 1 and may have an average particle size of 20 to 50 nm.

바람직하게는, 상기 판상형 도전재는 0.4 내지 0.9의 종횡비를 가지고, 1 내지 7 ㎛의 평균 입경을 가질 수 있다.Preferably, the plate-like conductive material has an aspect ratio of 0.4 to 0.9 and may have an average particle diameter of 1 to 7 mu m.

바람직하게는, 상기 점형 도전재 및 판상형 도전재의 중량비는 1:0.8 내지 1:1 일 수 있다.Preferably, the weight ratio of the spot-like conductive material and the plate-like conductive material may be 1: 0.8 to 1: 1.

바람직하게는, 상기 양극 활물질은 LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4, LiCoPO4, LiFePO4, LiNiMnCoO2 및 LiNi1 -x-y- zCoxM1yM2zO2(M1 및 M2는 서로 독립적으로 Al, Ni, Co, Fe, Mn, V, Cr, Ti, W, Ta, Mg 및 Mo로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나이고, x, y 및 z는 서로 독립적으로 산화물 조성 원소들의 원자 분율로서 0 ≤ x < 0.5, 0 ≤ y < 0.5, 0 ≤ z < 0.5, 0 < x+y+z ≤ 1임)로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 활물질 입자 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물일 수 있다.Preferably, the cathode active material is selected from the group consisting of LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMn 2 O 4 , LiCoPO 4 , LiFePO 4 , LiNiMnCoO 2 and LiNi 1 -xy- z Co x M y M2 z O 2 X, y and z are independently selected from the group consisting of Al, Ni, Co, Fe, Mn, V, Cr, Ti, W, Ta, Mg and Mo; x <0.5, 0? y <0.5, 0? z <0.5 and 0 <x + y + z? 1) or a mixture of two or more thereof.

바람직하게는, 상기 바인더는, 폴리비닐리덴 풀루오라이드 (polyvinylidene fluoride, PVDF), 헥사풀루오로프로필렌 (hexafluoro propylene, HFP), 폴리비닐리덴 풀루오라이드-헥사풀루오로프로필렌 (polyvinylidene fluoride-co-hexafluoro propylene), 폴리비닐리덴 풀루오라이드-트리클로로에틸렌(polyvinylidene fluoride-co-trichloroethylene), 폴리메틸 메타크릴레이트 (polymethyl methacrylate), 폴리부틸아크릴레이트 (polybutylacrylate), 폴리아크릴로니트릴 (polyacrylonitrile), 폴리비닐피롤리돈 (polyvinylpyrrolidone), 폴리비닐아세테이트 (polyvinylacetate), 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체 (polyethylene-co-vinyl acetate), 폴리에틸렌옥사이드 (polyethylene oxide), 폴리아릴레이트(polyarylate), 셀룰로오스 아세테이트 (cellulose acetate), 셀룰로오스 아세테이트 부틸레이트 (cellulose acetate butyrate), 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트 (cellulose acetate propionate), 시아노에틸풀루란 (cyanoethylpullulan), 시아노에틸폴리비닐알콜 (cyanoethylpolyvinylalcohol), 시아노에틸셀룰로오스 (cyanoethylcellulose), 시아노에틸수크로오스 (cyanoethylsucrose), 풀루란 (pullulan), 카르복실 메틸 셀룰로오스 (carboxyl methyl cellulose), 아크릴로니트릴스티렌부타디엔 공중합체 (acrylonitrile-styrene-butadiene copolymer) 및 폴리이미드 (polyimide)로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물일 수 있다.Preferably, the binder is selected from the group consisting of polyvinylidene fluoride (PVDF), hexafluoro propylene (HFP), polyvinylidene fluoride-co hexafluoro propylene, polyvinylidene fluoride-co-trichlorethylene, polymethyl methacrylate, polybutylacrylate, polyacrylonitrile, But are not limited to, polyvinylpyrrolidone, polyvinylacetate, polyethylene-co-vinyl acetate, polyethylene oxide, polyarylate, cellulose acetate, , Cellulose acetate butyrate (cellulose acetate butyrate), cellulose acetate propyl But are not limited to, cellulose acetate propionate, cyanoethylpullulan, cyanoethylpolyvinylalcohol, cyanoethylcellulose, cyanoethylsucrose, pullulan, A carboxyl methyl cellulose, an acrylonitrile-styrene-butadiene copolymer, and a polyimide, or a mixture of two or more thereof.

또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 양극, 음극, 상기 양극과 상기 음극 사이에 개재된 세퍼레이터 및 비수 전해액을 포함하되, 상기 양극은 상술한 양극인 전기화학소자가 제공된다.According to an aspect of the present invention, there is provided an electrochemical device including a positive electrode, a negative electrode, a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode, and a nonaqueous electrolyte solution, wherein the positive electrode is the positive electrode described above.

상기 전기화학소자는 리튬 이차전지일 수 있다.The electrochemical device may be a lithium secondary battery.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 도전성 네트워크를 잘 형성하여 리튬이온의 이동성을 확보할 수 있고 전지의 용량 특성, 수명, 방전 전위, 전력량 특성 등 전기화학적 특성을 개선할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, it is possible to secure the mobility of lithium ions by well forming the conductive network, and to improve the electrochemical characteristics such as the capacity characteristics, life span, discharge potential, and electric power characteristics of the battery.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 전술한 발명의 내용과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 실시예 및 비교예 1 내지 3에 따른 양극의 주파수에 대한 전도성을 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 2는 실시예 및 비교예 1 내지 3에 따른 파우치형 모노셀의 저항을 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 3은 실시예 및 비교예 1의 파우치형 모노셀의 EIS를 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings, which are incorporated in and constitute a part of the specification, illustrate preferred embodiments of the invention and together with the description of the invention serve to further the understanding of the technical idea of the invention, It should not be construed as limited.
Fig. 1 is a graph showing the results of measurement of conductance against the frequency of an anode according to Examples and Comparative Examples 1 to 3. Fig.
Fig. 2 is a graph showing the results of measuring the resistance of the pouch type mono cell according to the embodiment and Comparative Examples 1 to 3. Fig.
3 is a graph showing the results of measurement of the EIS of the pouch type mono cell of Example and Comparative Example 1. Fig.

이하, 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail. 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 발명에 따른 리튬 이차전지용 양극은 집전체; 및 상기 집전체의 적어도 일면에 형성되며, 양극 활물질, 도전재 및 바인더를 포함하는 양극 활물질층;을 포함한다.A positive electrode for a lithium secondary battery according to the present invention comprises: a current collector; And a cathode active material layer formed on at least one surface of the current collector, the cathode active material layer including a cathode active material, a conductive material, and a binder.

양극활물질층에 판상형 도전재를 첨가함으로써, 활물질층의 균일한 크기의 기공을 형성할 수 있으나, 판상형 도전재의 함량이 증가하는 경우 도전성 네트워크가 잘 형성되지 않아 전지의 출력이 감소하는 문제가 있다.By adding a plate-like conductive material to the positive electrode active material layer, it is possible to form pores having a uniform size in the active material layer. However, when the content of the plate-like conductive material increases, the conductive network is not well formed and the output of the battery decreases.

하지만, 본 발명은 상기 양극 활물질의 비표면적에 대한 상기 도전재의 비표면적의 비는 3 이상이고, 상기 도전재는 점형 도전재 및 판상형 도전재를 포함하며, 양극 활물질 100 중량부 기준으로, 도전재의 함량은 1 내지 5 중량부이고, 바인더의 함량은 2 내지 5 중량부로 포함함으로써, 도전성 네트워크를 잘 형성하여 있고 전지의 용량 특성, 수명, 방전 전위, 전력량 특성 등 전기화학적 특성을 개선할 수 있다.However, in the present invention, the ratio of the specific surface area of the conductive material to the specific surface area of the cathode active material is 3 or more, and the conductive material includes the point conductive material and the plate-like conductive material, Is contained in an amount of 1 to 5 parts by weight and the binder is contained in an amount of 2 to 5 parts by weight so that a conductive network is well formed and the electrochemical characteristics such as the capacity characteristics, life span, discharge potential and electric power characteristics of the battery can be improved.

또한, 상기 점형 도전재 및 판상형 도전재의 중량비는 1:0.8 내지 1:1 로 포함될 수 있다.The weight ratio of the spot-like conductive material and the plate-like conductive material may be 1: 0.8 to 1: 1.

상기 점형 도전재의 예로는, 케첸 블랙(ketchen black), 덴카 블랙(denka black), 아세틸렌 블랙, 카본 블랙, 써멀 블랙(thermal black), 채널 블랙(channel black) 등의 카본 블랙; 활성탄소(activated carbon)등의 탄소재료; 등이 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 상기 점형 도전재는 0.7 내지 1의 종횡비를 가지고, 20 내지 50 nm의 평균 입경을 갖는 것을 사용할 수 있다.Examples of the point-like conductive material include carbon black such as ketchen black, denka black, acetylene black, carbon black, thermal black, and channel black; Carbon materials such as activated carbon; And the like, but are not limited thereto. The point-like conductive material may have an aspect ratio of 0.7 to 1 and an average particle diameter of 20 to 50 nm.

상기 판상형 도전재는 흑연계 도전재일 수 있으며, 상기 흑연계 도전재의 예로는 천연 흑연, 인조 흑연 등이 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 상기 판상형 도전재는 0.4 내지 0.9의 종횡비를 가지고, 1 내지 7㎛의 평균 입경을 갖는 것을 사용할 수 있다.The plate-like conductive material may be a graphite-based conductive material, and examples of the graphite-based conductive material include natural graphite and artificial graphite. The plate-like conductive material may have an aspect ratio of 0.4 to 0.9 and an average particle diameter of 1 to 7 mu m.

상기 양극 활물질은 LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4, LiCoPO4, LiFePO4, LiNiMnCoO2 및 LiNi1 -x-y- zCoxM1yM2zO2(M1 및 M2는 서로 독립적으로 Al, Ni, Co, Fe, Mn, V, Cr, Ti, W, Ta, Mg 및 Mo로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나이고, x, y 및 z는 서로 독립적으로 산화물 조성 원소들의 원자 분율로서 0 ≤ x < 0.5, 0 ≤ y < 0.5, 0 ≤ z < 0.5, 0 < x+y+z ≤ 1임)로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 활물질 입자 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물일 수 있다.Wherein the positive electrode active material is selected from the group consisting of LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMn 2 O 4 , LiCoPO 4 , LiFePO 4 , LiNiMnCoO 2, and LiNi 1 -xy- z Co x M y y M2 z O 2 X, y and z are independently selected from the group consisting of Co, Fe, Mn, V, Cr, Ti, W, Ta, Mg and Mo, 0 < y < 0.5, 0 < z < 0.5, and 0 &lt; x + y + z 1).

상기 바인더는, 폴리비닐리덴 풀루오라이드 (polyvinylidene fluoride, PVDF), 헥사풀루오로프로필렌 (hexafluoro propylene, HFP), 폴리비닐리덴 풀루오라이드-헥사풀루오로프로필렌 (polyvinylidene fluoride-co-hexafluoro propylene), 폴리비닐리덴 풀루오라이드-트리클로로에틸렌(polyvinylidene fluoride-co-trichloroethylene), 폴리메틸 메타크릴레이트 (polymethyl methacrylate), 폴리부틸아크릴레이트 (polybutylacrylate), 폴리아크릴로니트릴 (polyacrylonitrile), 폴리비닐피롤리돈 (polyvinylpyrrolidone), 폴리비닐아세테이트 (polyvinylacetate), 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체 (polyethylene-co-vinyl acetate), 폴리에틸렌옥사이드 (polyethylene oxide), 폴리아릴레이트(polyarylate), 셀룰로오스 아세테이트 (cellulose acetate), 셀룰로오스 아세테이트 부틸레이트 (cellulose acetate butyrate), 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트 (cellulose acetate propionate), 시아노에틸풀루란 (cyanoethylpullulan), 시아노에틸폴리비닐알콜 (cyanoethylpolyvinylalcohol), 시아노에틸셀룰로오스 (cyanoethylcellulose), 시아노에틸수크로오스 (cyanoethylsucrose), 풀루란 (pullulan), 카르복실 메틸 셀룰로오스 (carboxyl methyl cellulose), 아크릴로니트릴스티렌부타디엔 공중합체 (acrylonitrile-styrene-butadiene copolymer) 및 폴리이미드 (polyimide)로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물일 수 있다.The binder may be selected from the group consisting of polyvinylidene fluoride (PVDF), hexafluoro propylene (HFP), polyvinylidene fluoride-co-hexafluoro propylene Polyvinylidene fluoride-co-trichlorethylene, polymethyl methacrylate, polybutylacrylate, polyacrylonitrile, polyvinylpyrrolidone, polyvinylpyrrolidone, Polyvinylpyrrolidone, polyvinylacetate, polyethylene-co-vinyl acetate, polyethylene oxide, polyarylate, cellulose acetate, cellulose acetate butyl Cellulose acetate butyrate, cellulose acetate propionate sodium acetate propionate, cyanoethylpullulan, cyanoethylpolyvinylalcohol, cyanoethylcellulose, cyanoethylsucrose, pullulan, carboxymethylcellulose a carboxyl methyl cellulose, an acrylonitrile-styrene-butadiene copolymer, and a polyimide, or a mixture of two or more thereof.

또한, 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 양극, 음극, 상기 양극과 상기 음극 사이에 개재된 세퍼레이터 및 비수 전해액을 포함하며, 상기 양극은 전술한 양극을 포함하는 전기화학소자가 제공된다.According to an embodiment of the present invention, there is also provided an electrochemical device comprising a positive electrode, a negative electrode, a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode, and a nonaqueous electrolyte solution, wherein the positive electrode comprises the above-described positive electrode.

이때, 상기 전기화학소자는, 전기 화학 반응을 하는 모든 소자를 포함하며, 구체적인 예를 들면, 모든 종류의 이차전지, 연료전지, 태양전지 또는 슈퍼 커패시터 소자와 같은 커패시터(capacitor) 등이 있다. 특히, 상기 이차전지 중 리튬 금속 이차전지, 리튬이온 이차전지, 리튬 폴리머 이차전지 또는 리튬 이온 폴리머 이차전지 등을 포함하는 리튬 이차전지가 바람직하다.Here, the electrochemical device includes all devices that perform an electrochemical reaction, and specific examples thereof include capacitors such as all kinds of secondary cells, fuel cells, solar cells, or super-capacitor devices. Particularly, a lithium secondary battery including a lithium metal secondary battery, a lithium ion secondary battery, a lithium polymer secondary battery, or a lithium ion polymer secondary battery among the above secondary batteries is preferable.

그리고, 본 발명에 따른 전기화학소자는, 일반적인 공정인 권취(winding) 이외에도 세퍼레이터와 전극의 스택(stack, lamination), 폴딩(folding) 및 스택/폴딩 공정이 가능하다.In addition, the electrochemical device according to the present invention is capable of stacking, lamination, folding, and stacking / folding processes of separators and electrodes in addition to a general winding process.

그리고, 전기화학소자의 외형은 특별한 제한이 없으나, 캔을 사용한 원통형, 각형, 파우치(pouch)형 또는 코인(coin)형 등이 될 수 있다.The outer shape of the electrochemical device is not particularly limited, but may be a cylindrical shape, a square shape, a pouch shape, a coin shape, or the like using a can.

여기서, 상기 음극은, 집전체 및 상기 집전체 상에 형성된 음극 활물질층을 포함할 수 있으며, 상기 음극에 사용되는 집전체는 전도성이 높은 금속으로, 상기 음극 활물질층이 용이하게 접착할 수 있고, 전기화학소자의 전압 범위에서 반응성이 없는 것이면 어느 것이라도 사용할 수 있다. 구체적으로 음극용 집전체의 비제한적인 예로는 구리, 금, 니켈 또는 구리 합금 또는 이들의 조합에 의하여 제조되는 호일 등이 있다. 또한, 상기 집전체는 상기 물질들로 이루어진 기재들을 적층하여 사용할 수도 있다.The negative electrode may include a current collector and a negative electrode active material layer formed on the current collector. The current collector used for the negative electrode may be a highly conductive metal. The negative active material layer may be easily bonded, Any material that is not reactive in the voltage range of the electrochemical device can be used. Specifically, non-limiting examples of the current collector for a negative electrode include a foil manufactured by copper, gold, nickel or a copper alloy or a combination thereof. In addition, the current collector may be used by laminating the substrates made of the above materials.

이때, 상기 음극 활물질로는 통상적으로 리튬 이온이 흡장 및 방출될 수 있는 리튬 금속, 탄소재, 금속 화합물 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다.At this time, as the negative electrode active material, a lithium metal, a carbon material, a metal compound, or a mixture thereof can be used, in which lithium ions can be occluded and released.

상기 금속 화합물로는 Si, Ge, Sn, Pb, P, Sb, Bi, Al, Ga, In, Ti, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ag, Mg, Sr, Ba 등의 금속 원소를 1종 이상 함유하는 화합물을 들 수 있다. 이들 금속 화합물은 단체, 합금, 산화물(TiO2, SnO2 등), 질화물, 황화물, 붕화물, 리튬과의 합금 등, 어떤 형태로도 사용할 수 있지만, 단체, 합금, 산화물, 리튬과의 합금은 고용량화될 수 있다. 그 중에서도, Si, Ge 및 Sn으로부터 선택되는 1종 이상의 원소를 함유할 수 있고, Si 및 Sn으로부터 선택되는 1종 이상의 원소를 포함하는 것이 전기화학소자를 더 고용량화할 수 있다.Examples of the metal compound include metal elements such as Si, Ge, Sn, Pb, P, Sb, Bi, Al, Ga, In, Ti, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ag, Mg, , And the like. These metal compounds can be used in any form such as a single body, an alloy, an oxide (TiO 2, SnO 2, etc.), a nitride, a sulfide, a boride and an alloy with lithium. However, the alloy with a single body, alloy, . In particular, it may contain at least one element selected from Si, Ge, and Sn, and the element containing at least one element selected from Si and Sn can further increase the capacity of the electrochemical device.

또한, 상기 음극 활물질층의 두께는 1 내지 100 ㎛, 또는 3 내지 70 ㎛일 수 있다. 상기 음극 활물질층이 이러한 두께 범위를 만족하는 경우, 음극 활물질층에서의 활물질량이 충분히 확보되어, 전기화학소자의 용량이 작아지는 것을 방지할 수 있고, 사이클 특성이나 레이트 특성이 개선될 수 있다.The thickness of the negative electrode active material layer may be 1 to 100 mu m, or 3 to 70 mu m. When the negative electrode active material layer satisfies such a thickness range, the amount of the active material in the negative electrode active material layer is sufficiently secured, the capacity of the electrochemical device can be prevented from being reduced, and the cycle characteristics and rate characteristics can be improved.

여기서, 상기 도전재 및 고분자 바인더는 양극에 사용되는 전술한 물질들이 사용될 수 있다.Here, the conductive material and the polymer binder may be the above-mentioned materials used for the anode.

한편, 상기 세퍼레이터는, 전기화학소자에 사용되는 다공성 기재라면 모두 사용이 가능하고, 예를 들면 폴리올레핀계 다공성 막(membrane) 또는 부직포를 사용할 수 있으나, 이에 특별히 한정되는 것은 아니다.On the other hand, the separator can be used as a porous substrate used for an electrochemical device. For example, a polyolefin porous membrane or a nonwoven fabric may be used. However, the separator is not particularly limited to this.

상기 폴리올레핀계 다공성 막의 예로는, 고밀도 폴리에틸렌, 선형 저밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌, 초고분자량 폴리에틸렌과 같은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부틸렌, 폴리펜텐 등의 폴리올레핀계 고분자를 각각 단독으로 또는 이들을 혼합한 고분자로 형성한 막(membrane)을 들 수 있다.Examples of the polyolefin-based porous film include polyolefin-based polymers such as polyethylene, polypropylene, polybutylene, and polypentene, such as high-density polyethylene, linear low-density polyethylene, low-density polyethylene and ultra-high molecular weight polyethylene, One membrane can be mentioned.

상기 부직포로는 폴리올레핀계 부직포 외에 예를 들어, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (polyethyleneterephthalate), 폴리부틸렌 테레프탈레이트 (polybutyleneterephthalate), 폴리에스테르 (polyester), 폴리아세탈 (polyacetal), 폴리아미드 (polyamide), 폴리카보네이트 (polycarbonate), 폴리이미드 (polyimide), 폴리에테르에테르케톤 (polyetheretherketone), 폴리에테르설폰 (polyethersulfone), 폴리페닐렌 옥사이드 (polyphenyleneoxide), 폴리페닐렌 설파이드 (polyphenylenesulfide), 폴리에틸렌 나프탈렌 (polyethylenenaphthalene) 등을 각각 단독으로 또는 이들을 혼합한 고분자로 형성한 부직포를 들 수 있다. 부직포의 구조는 장섬유로 구성된 스폰본드 부직포 또는 멜트 블로운 부직포일 수 있다.The nonwoven fabric may include, in addition to the polyolefin nonwoven fabric, for example, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyester, polyacetal, polyamide, polycarbonate ), Polyimide, polyetheretherketone, polyethersulfone, polyphenylene oxide, polyphenylenesulfide, and polyethylene naphthalene, which may be used alone or in combination, And nonwoven fabrics formed by mixing these polymers. The structure of the nonwoven fabric may be a spun bond nonwoven fabric or a meltblown nonwoven fabric composed of long fibers.

상기 다공성 기재의 두께는 특별히 제한되지 않으나, 5 내지 50 ㎛일 수 있고, 다공성 기재에 존재하는 기공 크기 및 기공도 역시 특별히 제한되지 않으나 각각 0.01 내지 50 ㎛ 및 10 내지 95 %일 수 있다.The thickness of the porous substrate is not particularly limited, but may be 5 to 50 μm, and the pore size and porosity present in the porous substrate are also not particularly limited, but may be 0.01 to 50 μm and 10 to 95%, respectively.

한편, 상기 다공성 기재로 구성된 세퍼레이터의 기계적 강도 향상 및 양극과 음극 사이의 단락 억제를 위해, 상기 다공성 기재의 적어도 일면에, 무기물 입자 및 고분자 바인더를 구비하는 다공성 코팅층을 더 포함할 수 있다.The porous substrate may further include a porous coating layer having inorganic particles and a polymeric binder on at least one surface of the porous substrate so as to improve the mechanical strength of the separator composed of the porous substrate and to prevent a short circuit between the anode and the cathode.

상기 다공성 코팅층에서는 고분자 바인더가 무기물 입자들이 서로 결착된 상태를 유지할 수 있도록 이들을 서로 부착(즉, 고분자 바인더가 무기물 입자 사이를 연결 및 고정)시키고 있으며, 또한 다공성 코팅층은 고분자 바인더에 의해 다공성 기재와 결착된 상태를 유지한다. 다공성 코팅층의 무기물 입자들은 실질적으로 서로 접촉한 상태로 최밀 충전된 구조로 존재하며, 무기물 입자들이 접촉된 상태에서 생기는 틈새 공간(interstitial volume)이 다공성 코팅층의 기공이 될 수 있다.In the porous coating layer, the polymer binder binds the inorganic particles together (that is, the polymer binder binds and fixes the inorganic particles) so that the inorganic particles can remain bonded to each other, and the porous coating layer binds the porous substrate with the polymer binder . The inorganic particles of the porous coating layer exist in a closely packed state in substantially contact with each other and the interstitial volume generated when the inorganic particles are in contact with each other can be pores of the porous coating layer.

이때, 사용되는 무기물 입자는 전기화학적으로 안정하기만 하면 특별히 제한되지 않는다. 즉, 상기 무기물 입자는 적용되는 전기화학소자의 작동 전압 범위(예컨대, Li/Li+ 기준으로 0~5V)에서 산화 및/또는 환원 반응이 일어나지 않는 것이면 특별히 제한되지 않는다. 특히, 이온 전달 능력이 있는 무기물 입자를 사용하는 경우 전기화학소자 내의 이온 전도도를 높여 성능 향상을 도모할 수 있다.At this time, the inorganic particles used are not particularly limited as long as they are electrochemically stable. That is, the inorganic particles are not particularly limited as long as the oxidation and / or reduction reaction does not occur in the operating voltage range of the applied electrochemical device (for example, 0 to 5 V based on Li / Li + ). Particularly, when inorganic particles having ion transfer ability are used, the ion conductivity in the electrochemical device can be increased to improve the performance.

또한, 무기물 입자로서 유전율이 높은 무기물 입자를 사용하는 경우, 액체 전해질 내 전해질 염, 예컨대 리튬염의 해리도 증가에 기여하여 전해액의 이온 전도도를 향상시킬 수 있다.When inorganic particles having a high dielectric constant are used as the inorganic particles, dissociation of an electrolyte salt, for example, a lithium salt, in the liquid electrolyte is also increased, and ion conductivity of the electrolyte can be improved.

전술한 이유들로 인해, 상기 무기물 입자는 유전율 상수가 5 이상, 또는 10 이상인 고유전율 무기물 입자, 리튬 이온 전달 능력을 갖는 무기물 입자 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다.For the reasons stated above, the inorganic particles may include high-permittivity inorganic particles having a dielectric constant of 5 or more, or 10 or more, inorganic particles having lithium ion-transporting ability, or a mixture thereof.

유전율 상수가 5 이상인 무기물 입자의 비제한적인 예로는 BaTiO3, Pb(ZrxTi1-x)O3 (PZT, 여기서 0 < x < 1), Pb1 - xLaxZr1 - yTiyO3 (PLZT, 여기서, 0 < x < 1, 0 < y < 1임), (1-x)Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-xPbTiO3 (PMN-PT, 여기서 0 < x < 1), 하프니아(HfO2), SrTiO3, SnO2, CeO2, MgO, NiO, CaO, ZnO, ZrO2, Y2O3, Al2O3, SiC, TiO2 등을 각각 단독으로 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.Non-limiting examples of inorganic particles having a dielectric constant of 5 or more include BaTiO 3 , Pb (Zr x Ti 1-x ) O 3 (PZT, where 0 <x <1), Pb 1 - x La x Zr 1 - y Ti y O 3 (PLZT, where, 0 <x <1, 0 <y <1 Im), (1-x) Pb (Mg 1/3 Nb 2/3) O 3 -xPbTiO 3 (PMN-PT, where 0 < xO, x <1), hafnia (HfO 2 ), SrTiO 3 , SnO 2 , CeO 2 , MgO, NiO, CaO, ZnO, ZrO 2 , Y 2 O 3 , Al 2 O 3 , SiC, TiO 2 May be used alone or in combination of two or more.

특히, 전술한 BaTiO3, Pb(ZrxTi1-x)O3 (PZT, 여기서 0 < x < 1), Pb1 - xLaxZr1 -yTiyO3 (PLZT, 여기서, 0 < x < 1, 0 < y < 1임), (1-x)Pb(Mg1/3Nb2/3)O3 - xPbTiO3 (PMN-PT, 여기서 0 < x < 1), 하프니아(HfO2)와 같은 무기물 입자들은 유전율 상수 100 이상인 고유전율 특성을 나타낼 뿐만 아니라, 일정 압력을 인가하여 인장 또는 압축되는 경우 전하가 발생하여 양쪽 면 간에 전위차가 발생하는 압전성(piezoelectricity)을 가짐으로써, 외부 충격에 의한 양(兩) 전극의 내부 단락 발생을 방지하여 전기화학소자의 안전성 향상을 도모할 수 있다. 또한, 전술한 고유전율 무기물 입자와 리튬 이온 전달 능력을 갖는 무기물 입자들을 혼용할 경우 이들의 상승 효과는 배가될 수 있다.In particular, the above-described BaTiO 3, Pb (Zr x Ti 1-x) O 3 (PZT, where 0 <x <1), Pb 1 - x La x Zr 1 -y Ti y O 3 (PLZT, where 0 < 1, 0 <y <1), (1-x) Pb (Mg 1/3 Nb 2/3 ) O 3 - x PbTiO 3 (PMN- HfO 2 ) exhibits a high dielectric constant with a dielectric constant of 100 or more, as well as a piezoelectricity in which a potential difference is generated between both surfaces due to the generation of charge when a certain pressure is applied to the piezoelectric element by being stretched or compressed. It is possible to prevent internal short-circuiting of both electrodes due to the impact, thereby improving the safety of the electrochemical device. Further, when the above-mentioned high-permittivity inorganic particles and inorganic particles having lithium ion transferring ability are mixed, their synergistic effect can be doubled.

상기 리튬 이온 전달 능력을 갖는 무기물 입자는 리튬 원소를 함유하되 리튬을 저장하지 아니하고 리튬 이온을 이동시키는 기능을 갖는 무기물 입자를 지칭하는 것으로서, 리튬 이온 전달 능력을 갖는 무기물 입자는 입자 구조 내부에 존재하는 일종의 결함(defect)으로 인해 리튬 이온을 전달 및 이동시킬 수 있기 때문에, 전기화학소자 내 리튬 이온 전도도가 향상되고, 이로 인해 전기화학소자의 성능 향상을 도모할 수 있다. 상기 리튬 이온 전달 능력을 갖는 무기물 입자의 비제한적인 예로는 리튬포스페이트(Li3PO4), 리튬티타늄포스페이트(LixTiy(PO4)3, 0 < x < 2, 0 < y < 3), 리튬알루미늄티타늄포스페이트(LixAlyTiz(PO4)3, 0 < x < 2, 0 < y < 1, 0 < z < 3), 14Li2O-9Al2O3-38TiO2-39P2O5 등과 같은 (LiAlTiP)xOy 계열 glass (0 < x < 4, 0 < y < 13), 리튬란탄티타네이트(LixLayTiO3, 0 < x < 2, 0 < y < 3), Li3.25Ge0.25P0.75S4 등과 같은 리튬게르마니움티오포스페이트(LixGeyPzSw, 0 < x < 4, 0 < y < 1, 0 < z < 1, 0 < w < 5), Li3N 등과 같은 리튬나이트라이드(LixNy, 0 < x < 4, 0 < y < 2), Li3PO4-Li2S-SiS2 등과 같은 SiS2 계열 글래스(LixSiySz, 0 < x < 3, 0 < y < 2, 0 < z < 4), LiI-Li2S-P2S5 등과 같은 P2S5 계열 글래스(LixPySz, 0 < x < 3, 0 < y < 3, 0 < z < 7) 또는 이들의 혼합물 등이 있다.The inorganic particles having the lithium ion transferring ability refer to inorganic particles that contain a lithium element but do not store lithium but have a function of transferring lithium ions. The inorganic particles having lithium ion transferring ability exist in the particle structure Since lithium ions can be transferred and transferred due to a kind of defect, the lithium ion conductivity in the electrochemical device can be improved and the performance of the electrochemical device can be improved. Examples of the inorganic particles having lithium ion transferring ability include lithium phosphate (Li 3 PO 4 ), lithium titanium phosphate (Li x Ti y (PO 4 ) 3 , 0 <x <2, 0 <y < (Li x Al y Ti z (PO 4 ) 3 , 0 <x <2, 0 <y <1, 0 <z <3), 14Li 2 O-9Al 2 O 3 -38TiO 2 -39P 2 O 5 (0 <x <4, 0 <y <13), lithium lanthanum titanate (Li x La y TiO 3 , 0 <x <2, 0 <y <3), Li (LiAlTiP) x O y series glass (Li x Ge y P z S w , 0 <x <4, 0 <y <1, 0 <z <1, 0 <w <5) such as 3.25 Ge 0.25 P 0.75 S 4 , (Li x N y , 0 <x <4, 0 <y <2) such as Li 3 N and Li 3 PO 4 -Li 2 S-SiS 2 SiS 2 based glass, such as (Li x Si y S z, 0 <x <3, 0 <y <2, 0 <z <4), LiI-Li 2 SP 2 S 5 There is P 2 S 5 based glass (Li x P y S z, 0 <x <3, 0 <y <3, 0 <z <7) or a mixture thereof as such.

그리고, 상기 무기물 입자의 크기는 제한이 없으나, 세퍼레이터의 적절한 공극률을 위해, 평균입도가 0.001 ㎛ 내지 10 ㎛ 범위일 수 있다.The size of the inorganic particles is not limited. However, for proper porosity of the separator, the average particle size may be in the range of 0.001 탆 to 10 탆.

그리고, 상기 다공성 코팅층 형성에 사용되는 고분자 바인더로는 당 업계에서 다공성 코팅층 형성에 통상적으로 사용되는 고분자를 사용할 수 있다. 특히, 유리 전이 온도(glass transition temperature, Tg)가 -200 내지 200 ℃인 고분자를 사용할 수 있는데, 이는 최종적으로 형성되는 다공성 코팅층의 유연성 및 탄성 등과 같은 기계적 물성을 향상시킬 수 있기 때문이다. 이러한 고분자 바인더는 무기물 입자들 사이를 연결 및 안정하게 고정시켜주는 바인더 역할을 충실히 수행함으로써, 다공성 코팅층이 도입된 세퍼레이터의 기계적 물성 저하 방지에 기여한다.As the polymer binder used for forming the porous coating layer, a polymer commonly used in the formation of the porous coating layer in the art can be used. In particular, a polymer having a glass transition temperature (T g ) of -200 to 200 ° C can be used because it can improve mechanical properties such as flexibility and elasticity of a finally formed porous coating layer. Such a polymer binder faithfully performs a binder function to connect and stably fix inorganic particles, thereby contributing to prevention of degradation of mechanical properties of the separator into which the porous coating layer is introduced.

또한, 고분자 바인더는 이온 전도 능력을 반드시 가질 필요는 없으나, 이온 전도 능력을 갖는 고분자를 사용할 경우 전기화학소자의 성능을 더욱 향상시킬 수 있다. 따라서, 고분자 바인더는 가능한 유전율 상수가 높은 것을 사용할 수 있다. 실제로 전해액에서 염의 해리도는 전해액 용매의 유전율 상수에 의존하기 때문에, 상기 고분자의 유전율 상수가 높을수록 전해질에서의 염 해리도를 향상시킬 수 있다. 이러한 고분자 바인더의 유전율 상수는 1.0 내지 100 (측정 주파수 = 1 kHz) 범위가 사용 가능하며, 특히 10 이상일 수 있다.Further, the polymer binder does not necessarily have ion conductivity, but when the polymer having ion conductivity is used, the performance of the electrochemical device can be further improved. Therefore, a polymer binder having a high permittivity constant can be used. Actually, the dissociation degree of the salt in the electrolytic solution depends on the permittivity constant of the solvent of the electrolyte. Therefore, the higher the permittivity constant of the polymer, the better the salt dissociation degree in the electrolyte. The permittivity constant of such a polymeric binder may be in the range of 1.0 to 100 (measurement frequency = 1 kHz), in particular, 10 or more.

전술한 기능 이외에, 고분자 바인더는 액체 전해액 함침시 겔화됨으로써 높은 전해액 팽윤도(degree of swelling)를 나타낼 수 있는 특징을 가질 수 있다. 이에 따라, 고분자 바인더의 용해도 지수는 15 내지 45 MPa1 /2 또는 15 내지 25 MPa1 /2 및 30 내지 45 MPa1 /2 범위이다. 따라서, 폴리올레핀류와 같은 소수성 고분자들보다는 극성기를 많이 갖는 친수성 고분자들이 더 사용될 수 있다. 용해도 지수가 15 MPa1 /2 미만 및 45 MPa1 /2를 초과할 경우, 통상적인 전기화학소자용 액체 전해액에 의해 팽윤(swelling)되기 어려울 수 있기 때문이다.In addition to the functions described above, the polymeric binder may be characterized by being capable of exhibiting a high degree of swelling of the electrolyte due to gelation upon impregnation with a liquid electrolyte. Accordingly, the solubility parameter of the polymeric binder is from 15 to 45 MPa 1/2 or 15 to 25 MPa 1/2, and 30 to 45 MPa 1/2 range. Therefore, hydrophilic polymers having many polar groups can be used more than hydrophobic polymers such as polyolefins. This is because the solubility parameter can be difficult to swell (swelling) by a conventional liquid electrolyte for electrochemical device, if it exceeds 15 MPa 1/2 and less than 45 MPa 1/2.

이러한 상기 고분자 바인더는, 폴리비닐리덴 풀루오라이드 (polyvinylidene fluoride, PVDF), 헥사풀루오로프로필렌 (hexafluoro propylene, HFP), 폴리비닐리덴 풀루오라이드-헥사풀루오로프로필렌 (polyvinylidene fluoride-co-hexafluoro propylene), 폴리비닐리덴 풀루오라이드-트리클로로에틸렌(polyvinylidene fluoride-co-trichloroethylene), 폴리메틸 메타크릴레이트 (polymethyl methacrylate), 폴리부틸아크릴레이트 (polybutylacrylate), 폴리아크릴로니트릴 (polyacrylonitrile), 폴리비닐피롤리돈 (polyvinylpyrrolidone), 폴리비닐아세테이트 (polyvinylacetate), 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체 (polyethylene-co-vinyl acetate), 폴리에틸렌옥사이드 (polyethylene oxide), 폴리아릴레이트(polyarylate), 셀룰로오스 아세테이트 (cellulose acetate), 셀룰로오스 아세테이트 부틸레이트 (cellulose acetate butyrate), 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트 (cellulose acetate propionate), 시아노에틸풀루란 (cyanoethylpullulan), 시아노에틸폴리비닐알콜 (cyanoethylpolyvinylalcohol), 시아노에틸셀룰로오스 (cyanoethylcellulose), 시아노에틸수크로오스 (cyanoethylsucrose), 풀루란 (pullulan), 카르복실 메틸 셀룰로오스 (carboxyl methyl cellulose), 아크릴로니트릴스티렌부타디엔 공중합체 (acrylonitrile-styrene-butadiene copolymer) 및 폴리이미드 (polyimide)로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물일 수 있으나, 이에만 한정하는 것은 아니다.The polymeric binder may be selected from the group consisting of polyvinylidene fluoride (PVDF), hexafluoro propylene (HFP), polyvinylidene fluoride-co-hexafluoro propylene, polyvinylidene fluoride-co-trichlorethylene, polymethyl methacrylate, polybutylacrylate, polyacrylonitrile, polyvinyl But are not limited to, polyvinylpyrrolidone, polyvinylacetate, polyethylene-co-vinyl acetate, polyethylene oxide, polyarylate, cellulose acetate, Cellulose acetate butyrate, cellulose acetate propyl But are not limited to, cellulose acetate propionate, cyanoethylpullulan, cyanoethylpolyvinylalcohol, cyanoethylcellulose, cyanoethylsucrose, pullulan, But may be any one selected from the group consisting of carboxyl methyl cellulose, acrylonitrile-styrene-butadiene copolymer and polyimide, or a mixture of two or more thereof. But is not limited to.

그리고, 상기 무기물 입자와 고분자 바인더의 중량비는 50:50 내지 99:1, 또는 60:40 내지 90:10, 또는 70:30 내지 80:20일 수 있다.The weight ratio of the inorganic particles to the polymeric binder may be 50:50 to 99: 1, or 60:40 to 90:10, or 70:30 to 80:20.

또한, 무기물 입자와 고분자 바인더로 구성되는 다공성 코팅층의 두께는 특별한 제한이 없으나, 0.01 내지 20 ㎛ 범위일 수 있다. 또한, 기공 크기 및 기공도 역시 특별한 제한이 없으나, 기공 크기는 0.01 내지 10 ㎛ 범위일 수 있고, 기공도는 5 내지 90 % 범위일 수 있다.The thickness of the porous coating layer composed of the inorganic particles and the polymer binder is not particularly limited, but may be in the range of 0.01 to 20 占 퐉. The pore size and porosity are also not particularly limited, but the pore size may be in the range of 0.01 to 10 μm, and the porosity may be in the range of 5 to 90%.

한편, 상기 비수 전해액은, 전해질 염과 유기용매를 포함할 수 있으며, 상기 전해질 염은 리튬염이다. 상기 리튬염은 리튬 이차전지용 비수 전해액에 통상적으로 사용되는 것들이 제한 없이 사용될 수 있다. 예를 들어 상기 리튬염의 음이온으로는 F-, Cl-, Br-, I-, NO3 -, N(CN)2 -, BF4 -, ClO4 -, PF6 -, (CF3)2PF4 -, (CF3)3PF3 -, (CF3)4PF2 -, (CF3)5PF-, (CF3)6P-, CF3SO3 -, CF3CF2SO3 -, (CF3SO2)2N-, (FSO2)2N- , CF3CF2(CF3)2CO-, (CF3SO2)2CH-, (SF5)3C-, (CF3SO2)3C-, CF3(CF2)7SO3 -, CF3CO2 -, CH3CO2 -, SCN- 및 (CF3CF2SO2)2N-로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다.Meanwhile, the non-aqueous electrolyte may include an electrolyte salt and an organic solvent, and the electrolyte salt is a lithium salt. The lithium salt may be any of those conventionally used for non-aqueous electrolytes for lithium secondary batteries. For example is the above lithium salt anion F -, Cl -, Br - , I -, NO 3 -, N (CN) 2 -, BF 4 -, ClO 4 -, PF 6 -, (CF 3) 2 PF 4 -, (CF 3) 3 PF 3 -, (CF 3) 4 PF 2 -, (CF 3) 5 PF -, (CF 3) 6 P -, CF 3 SO 3 -, CF 3 CF 2 SO 3 - , (CF 3 SO 2) 2 N -, (FSO 2) 2 N -, CF 3 CF 2 (CF 3) 2 CO -, (CF 3 SO 2) 2 CH -, (SF 5) 3 C -, ( CF 3 SO 2 ) 3 C - , CF 3 (CF 2 ) 7 SO 3 - , CF 3 CO 2 - , CH 3 CO 2 - SCN - and (CF 3 CF 2 SO 2 ) 2 N - .

전술한 비수 전해액에 포함되는 유기용매로는 리튬 이차전지용 비수 전해액에 통상적으로 사용되는 것들을 제한 없이 사용할 수 있으며, 예를 들면 에테르, 에스테르, 아미드, 선형 카보네이트, 환형 카보네이트 등을 각각 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.Examples of the organic solvent included in the non-aqueous electrolyte include those commonly used in non-aqueous electrolytes for lithium secondary batteries, such as ether, ester, amide, linear carbonate, cyclic carbonate, etc., Or more.

그 중에서 대표적으로는 환형 카보네이트, 선형 카보네이트, 또는 이들의 혼합물인 카보네이트 화합물을 포함할 수 있다.Among them, a carbonate compound which is typically a cyclic carbonate, a linear carbonate, or a mixture thereof may be included.

상기 환형 카보네이트 화합물의 구체적인 예로는 에틸렌 카보네이트(ethylene carbonate, EC), 프로필렌 카보네이트(propylene carbonate, PC), 1,2-부틸렌 카보네이트, 2,3-부틸렌 카보네이트, 1,2-펜틸렌 카보네이트, 2,3-펜틸렌 카보네이트, 비닐렌 카보네이트, 비닐에틸렌 카보네이트 및 이들의 할로겐화물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물이 있다. 이들의 할로겐화물로는 예를 들면, 플루오로에틸렌 카보네이트(fluoroethylene carbonate, FEC) 등이 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.Specific examples of the cyclic carbonate compound include ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), 1,2-butylene carbonate, 2,3-butylene carbonate, 1,2-pentylene carbonate, Propylene carbonate, 2,3-pentylene carbonate, vinylene carbonate, vinylethylene carbonate, and halides thereof, or a mixture of two or more thereof. Examples of such halides include, but are not limited to, fluoroethylene carbonate (FEC) and the like.

또한, 상기 선형 카보네이트 화합물의 구체적인 예로는 디메틸 카보네이트(DMC), 디에틸 카보네이트(DEC), 디프로필 카보네이트, 에틸메틸 카보네이트(EMC), 메틸프로필 카보네이트 및 에틸프로필 카보네이트 로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물 등이 대표적으로 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.Specific examples of the linear carbonate compound include any one selected from the group consisting of dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), dipropyl carbonate, ethyl methyl carbonate (EMC), methyl propyl carbonate and ethyl propyl carbonate A mixture of two or more thereof, and the like may be used, but the present invention is not limited thereto.

특히, 상기 카보네이트계 유기용매 중 환형 카보네이트인 에틸렌 카보네이트 및 프로필렌 카보네이트는 고점도의 유기용매로서 유전율이 높아 전해질 내의 리튬염을 보다 더 잘 해리시킬 수 있으며, 이러한 환형 카보네이트에 디메틸 카보네이트 및 디에틸 카보네이트와 같은 저점도, 저유전율 선형 카보네이트를 적당한 비율로 혼합하여 사용하면 보다 높은 전기 전도율을 갖는 전해액을 만들 수 있다.In particular, ethylene carbonate and propylene carbonate, which are cyclic carbonates in the carbonate-based organic solvent, are high-viscosity organic solvents having a high dielectric constant and can dissociate the lithium salt in the electrolyte more easily. In addition, such cyclic carbonates can be used as dimethyl carbonate and diethyl carbonate When a low viscosity, low dielectric constant linear carbonate is mixed in an appropriate ratio, an electrolyte having a higher electric conductivity can be produced.

또한, 상기 유기용매 중 에테르로는 디메틸 에테르, 디에틸 에테르, 디프로필 에테르, 메틸에틸 에테르, 메틸프로필 에테르 및 에틸프로필 에테르로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.As the ether in the organic solvent, any one selected from the group consisting of dimethyl ether, diethyl ether, dipropyl ether, methyl ethyl ether, methyl propyl ether and ethyl propyl ether or a mixture of two or more thereof may be used , But is not limited thereto.

그리고 상기 유기용매 중 에스테르로는 메틸 아세테이트, 에틸 아세테이트, 프로필 아세테이트, 메틸 프로피오네이트, 에틸 프로피오네이트, γ-부티로락톤, γ-발레로락톤, γ-카프로락톤, σ-발레로락톤 및 ε-카프로락톤으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.Examples of the ester in the organic solvent include methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate,? -Butyrolactone,? -Valerolactone,? -Caprolactone,? -Valerolactone, ε-caprolactone, or a mixture of two or more thereof, but the present invention is not limited thereto.

상기 비수 전해액의 주입은 최종 제품의 제조 공정 및 요구 물성에 따라, 전기화학소자의 제조 공정 중 적절한 단계에서 행해질 수 있다. 즉, 전기화학소자 조립 전 또는 전기화학소자 조립 최종 단계 등에서 적용될 수 있다.The injection of the nonaqueous electrolyte solution can be performed at an appropriate stage of the manufacturing process of the electrochemical device according to the manufacturing process and required properties of the final product. That is, it can be applied before assembling the electrochemical device or in the final stage of assembling the electrochemical device.

이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples. However, the embodiments according to the present invention can be modified into various other forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described below. The embodiments of the present invention are provided to enable those skilled in the art to more fully understand the present invention.

1. One. 실시예Example 1 One

1-1. 양극의 제조1-1. Manufacture of anode

양극 활물질로서 NMC 계열 활물질, 바인더로서 스티렌-부타디엔 고무, 도전재로서 미츠비시社의 천연흑연 및 팀칼社의 카본도전재를 혼합하여 양극 활물질 슬러리를 제조하였다. A cathode active material slurry was prepared by mixing an NMC active material as a cathode active material, styrene-butadiene rubber as a binder, natural graphite of Mitsubishi Corporation as a conductive material, and carbon conductive material of Timal Company.

이때, 상기 양극 활물질, 바인더 및 도전재는 96:2:2의 중량비로 혼합되었으며, 상기 도전재는 천연흑연과 카본도전재의 중량비가 1:1이 되도록 혼합하였다.At this time, the cathode active material, the binder and the conductive material were mixed in a weight ratio of 96: 2: 2, and the conductive material was mixed so that the weight ratio of the natural graphite and the carbon conductive material was 1: 1.

그 후 상기 양극 활물질 슬러리를 통상적인 방법으로 알루미늄(Al) 호일 집전체에 코팅하여 양극을 제조하였다.Then, the cathode active material slurry was coated on an aluminum (Al) foil current collector by a conventional method to prepare a cathode.

1-2. 음극의 제조1-2. Cathode manufacturing

AGM01(천연흑연, 미츠비시社)와 MAG-XL(인조흑연, 히타치社)를 9:1로 혼합하여 음극 활물질을 준비하였다. 그 후, 음극 활물질 : 도전재 : 바인더를 89 : 5 : 6의 중량비로 혼합하여 슬러리를 만든 후, 통상적인 방법으로 구리(Cu) 호일 집전체에 코팅하고, 건조하여 음극을 제조하였다.AGM01 (natural graphite, Mitsubishi) and MAG-XL (artificial graphite, Hitachi) were mixed at a ratio of 9: 1 to prepare an anode active material. Thereafter, the anode active material, the conductive material and the binder were mixed at a weight ratio of 89: 5: 6 to prepare a slurry. The slurry was coated on a copper (Cu) foil current collector by a conventional method and dried to prepare a negative electrode.

1-3. 전기화학소자의 제조1-3. Manufacture of electrochemical devices

상기 제조된 양극 및 음극의 사이에 폴리에틸렌 다공성 막을 개재시켜 만든 전극조립체를 이용하여 파우치형 모노셀을 제조하였다.A pouch type mono cell was fabricated using an electrode assembly made by interposing a polyethylene porous membrane between the prepared anode and cathode.

2. 2. 비교예Comparative Example 1 One

양극의 도전재로서 카본도전재만을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 와 동일한 방법으로 파우치형 모노셀을 제조하였다.A pouch type mono cell was produced in the same manner as in Example except that only the carbon conductor material was used as the conductive material of the anode.

3. 3. 비교예Comparative Example 2 2

양극의 도전재로서 천연흑연만을 사용하는 것을 제외하고는 실시예와 동일한 방법으로 파우치형 모노셀을 제조하였다.A pouch type mono cell was produced in the same manner as in Example except that only natural graphite was used as the conductive material of the positive electrode.

4. 비교예 34. Comparative Example 3

양극의 도전재로 천연흑연과 카본도전재의 중량비가 5:1이 되도록 혼합하여 사용하는 것을 제외하고는 실시예와 동일한 방법으로 파우치형 모노셀을 제조하였다.A pouch-type mono-cell was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the mixture was used so that the weight ratio of natural graphite and carbon carrier to the conductive material of the anode was 5: 1.

실시예 및 비교예 1 내지 3의 도전재/활물질 비표면적과 용량을 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.The specific surface area and capacity of the conductive material / active material of Examples and Comparative Examples 1 to 3 were measured and shown in Table 1 below.

도전재Conductive material /활물질 / Active material 비표면적Specific surface area 용량(Volume( mAhmAh )) 실시예Example 33 3333 비교예Comparative Example 1 One 55 3333 비교예Comparative Example 2 2 0.30.3 2727 비교예Comparative Example 3 3 1.21.2 3131

전극의 전도성 및 저항 측정Conductivity and resistance measurement of electrodes

실시예 및 비교예 1 내지 3에서 제조된 양극의 주파수에 대한 전도성을 측정하여 이를 도 1에 나타내었으며, 실시예 및 비교예 1 내지 3에서 제조된 파우치형 모노셀의 저항을 측정하여 도 2에 나타내었다. 도 1, 도 2 및 표 1을 참조하면, 도전재/활물질 비표면적이 3 보다 작은 비교예 2 및 3의 경우 도전 경로의 생성이 잘 이루어지지 않아 저항이 증가하여 용량이 감소된 것을 알 수 있다.The conductivities of the positive and negative electrodes prepared in Examples and Comparative Examples 1 to 3 were measured and shown in FIG. 1, and the resistance of the pouch type mono cell prepared in Examples and Comparative Examples 1 to 3 was measured, Respectively. Referring to FIGS. 1, 2 and 1, it can be seen that in Comparative Examples 2 and 3 where the specific surface area of the conductive material / active material is less than 3, the conductive path is not generated well and the resistance is increased and the capacity is reduced .

LiLi 이온 이동저항 측정 Ion migration resistance measurement

실시예 및 비교예 1의 파우치형 모노셀의 EIS(electrochemical impedance spectroscopy)를 통한 저항을 측정하여, Li 이온의 이동저항을 도 3에 나타내었다. 도 3을 참조하면, A 영역 이후 직선영역에서 비교예가 더 길게 나타나는 것으로 Li 이온의 저항이 더 큰 것을 알 수 있다.The resistance of the pouch type monocell of Example and Comparative Example 1 was measured by EIS (Electrochemical Impedance Spectroscopy), and the migration resistance of Li ion was shown in Fig. Referring to FIG. 3, it can be seen that the resistance of Li ions is larger because the comparative example is longer in the linear region after the A region.

한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.It should be noted that the embodiments of the present invention disclosed in the present specification and drawings are only illustrative of specific examples for the purpose of understanding and are not intended to limit the scope of the present invention. It will be apparent to those skilled in the art that other modifications based on the technical idea of the present invention are possible in addition to the embodiments disclosed herein.

Claims (10)

집전체; 및
상기 집전체의 적어도 일면에 형성되며, 양극 활물질, 도전재 및 바인더를 포함하는 양극 활물질층;을 포함하며,
상기 양극 활물질의 비표면적에 대한 상기 도전재의 비표면적의 비는 3 이상이며,
상기 도전재는 점형 도전재 및 판상형 도전재를 포함하고,
상기 양극 활물질 100 중량부 기준으로, 상기 도전재의 함량은 1 내지 5 중량부이고, 상기 바인더의 함량은 2 내지 5 중량부인, 리튬 이차전지용 양극.
Collecting house; And
And a positive electrode active material layer formed on at least one surface of the current collector and including a positive electrode active material, a conductive material, and a binder,
The ratio of the specific surface area of the conductive material to the specific surface area of the cathode active material is 3 or more,
Wherein the conductive material includes a point-like conductive material and a plate-like conductive material,
Wherein the conductive material is contained in an amount of 1 to 5 parts by weight based on 100 parts by weight of the cathode active material, and the content of the binder is 2 to 5 parts by weight based on 100 parts by weight of the cathode active material.
제1항에 있어서,
상기 점형 도전재는 카본 블랙 또는 탄소재료인 것을 특징으로 하는, 리튬 이차전지용 양극.
The method according to claim 1,
Characterized in that the point-like conductive material is carbon black or a carbon material.
제1항에 있어서,
상기 판상형 도전재는 흑연계 도전재인 것을 특징으로 하는, 리튬 이차전지용 양극.
The method according to claim 1,
Wherein the plate-like conductive material is a graphite-based conductive material.
제1항에 있어서,
상기 점형 도전재는 0.7 내지 1의 종횡비를 가지고, 20 내지 50 nm의 평균 입경을 갖는 것을 특징으로 하는, 리튬 이차전지용 양극.
The method according to claim 1,
Wherein the point conductive material has an aspect ratio of 0.7 to 1 and an average particle diameter of 20 to 50 nm.
제1항에 있어서,
상기 판상형 도전재는 0.4 내지 0.9의 종횡비를 가지고, 1 내지 7 ㎛의 평균 입경을 갖는 것을 특징으로 하는, 리튬 이차전지용 양극.
The method according to claim 1,
Wherein the plate-like conductive material has an aspect ratio of 0.4 to 0.9 and an average particle diameter of 1 to 7 占 퐉.
제1항에 있어서,
상기 점형 도전재 및 판상형 도전재의 중량비는 1:0.8 내지 1:1 인 것을 특징으로 하는, 리튬 이차전지용 양극.
The method according to claim 1,
Wherein the weight ratio of the spot-like conductive material to the plate-like conductive material is 1: 0.8 to 1: 1.
제1항에 있어서,
상기 양극 활물질은 LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4, LiCoPO4, LiFePO4, LiNiMnCoO2 및 LiNi1-x-y-zCoxM1yM2zO2(M1 및 M2는 서로 독립적으로 Al, Ni, Co, Fe, Mn, V, Cr, Ti, W, Ta, Mg 및 Mo로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나이고, x, y 및 z는 서로 독립적으로 산화물 조성 원소들의 원자 분율로서 0 ≤ x < 0.5, 0 ≤ y < 0.5, 0 ≤ z < 0.5, 0 < x+y+z ≤ 1임)로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 활물질 입자 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지용 양극.
The method according to claim 1,
The positive electrode active material may be selected from the group consisting of LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMn 2 O 4 , LiCoPO 4 , LiFePO 4 , LiNiMnCoO 2 and LiNi 1-xyz Co x M y y M2 z O 2 X, y and z are independently selected from the group consisting of Fe, Mn, V, Cr, Ti, W, Ta, Mg and Mo, y <0.5, 0? z <0.5, 0 <x + y + z? 1), or a mixture of two or more of the foregoing.
제1항에 있어서,
상기 바인더는, 폴리비닐리덴 풀루오라이드 (polyvinylidene fluoride, PVDF), 헥사풀루오로프로필렌 (hexafluoro propylene, HFP), 폴리비닐리덴 풀루오라이드-헥사풀루오로프로필렌 (polyvinylidene fluoride-co-hexafluoro propylene), 폴리비닐리덴 풀루오라이드-트리클로로에틸렌(polyvinylidene fluoride-co-trichloroethylene), 폴리메틸 메타크릴레이트 (polymethyl methacrylate), 폴리부틸아크릴레이트 (polybutylacrylate), 폴리아크릴로니트릴 (polyacrylonitrile), 폴리비닐피롤리돈 (polyvinylpyrrolidone), 폴리비닐아세테이트 (polyvinylacetate), 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체 (polyethylene-co-vinyl acetate), 폴리에틸렌옥사이드 (polyethylene oxide), 폴리아릴레이트(polyarylate), 셀룰로오스 아세테이트 (cellulose acetate), 셀룰로오스 아세테이트 부틸레이트 (cellulose acetate butyrate), 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트 (cellulose acetate propionate), 시아노에틸풀루란 (cyanoethylpullulan), 시아노에틸폴리비닐알콜 (cyanoethylpolyvinylalcohol), 시아노에틸셀룰로오스 (cyanoethylcellulose), 시아노에틸수크로오스 (cyanoethylsucrose), 풀루란 (pullulan), 카르복실 메틸 셀룰로오스 (carboxyl methyl cellulose), 아크릴로니트릴스티렌부타디엔 공중합체 (acrylonitrile-styrene-butadiene copolymer) 및 폴리이미드 (polyimide)로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지용 양극.
The method according to claim 1,
The binder may be selected from the group consisting of polyvinylidene fluoride (PVDF), hexafluoro propylene (HFP), polyvinylidene fluoride-co-hexafluoro propylene Polyvinylidene fluoride-co-trichlorethylene, polymethyl methacrylate, polybutylacrylate, polyacrylonitrile, polyvinylpyrrolidone, polyvinylpyrrolidone, Polyvinylpyrrolidone, polyvinylacetate, polyethylene-co-vinyl acetate, polyethylene oxide, polyarylate, cellulose acetate, cellulose acetate butyl Cellulose acetate butyrate, cellulose acetate propionate sodium acetate propionate, cyanoethylpullulan, cyanoethylpolyvinylalcohol, cyanoethylcellulose, cyanoethylsucrose, pullulan, carboxymethylcellulose wherein the polymer is one selected from the group consisting of carboxyl methyl cellulose, acrylonitrile-styrene-butadiene copolymer and polyimide, or a mixture of two or more thereof. anode.
양극, 음극, 상기 양극과 상기 음극 사이에 개재된 세퍼레이터 및 비수 전해액을 포함하는 전기화학소자에 있어서,
상기 양극은, 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 양극인 전기화학소자.
An electrochemical device comprising a positive electrode, a negative electrode, a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode, and a nonaqueous electrolyte solution,
The positive electrode is the positive electrode according to any one of claims 1 to 8.
제9항에 있어서,
상기 전기화학소자는, 리튬 이차전지인 것을 특징으로 하는 전기화학소자.
10. The method of claim 9,
Wherein the electrochemical device is a lithium secondary battery.
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