KR20170049080A - 전극, 전지 및 전극의 제조 방법 - Google Patents

전극, 전지 및 전극의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

전극이 개시된다. 집전체 상에 복수의 기공을 갖도록 배치된 복수의 흑연 입자, 및 복수의 흑연 입자와 혼합되며, 전극을 포함하는 전지의 충전 속도 및 수명에 기초하여 결정된 중량 퍼센트를 가지는 복수의 하드 카본 입자를 포함하며, 복수의 하드 카본의 중량 퍼센트는 20% 이상 35% 이하이다. 이에 따라, 전지의 충전 속도 및 수명을 제어할 수 있다.

Description

전극, 전지 및 전극의 제조 방법 {ELECTRODE, BATTERY AND METHOD FOR MANUFACTURING THE ELECTRODE}
본 발명은 전극, 전지 및 전극의 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 하드 카본(hard carbon)을 첨가하여 전지의 충전 속도 및 수명을 제어할 수 있는 전극, 전지 및 전극의 제조 방법에 관한 것이다.
현재 충방전이 가능한 이차전지는 핸드폰, 노트북, 디지털 카메라, PDA 등 소형 전원으로 사용될 뿐만 아니라, 최근 수요가 급격히 증가하고 있는 하이브리드 자동차, 전기 자전거 등 중대형 장치의 전원으로도 사용되고 있다. 또한, 전력저장(energy storage system,ESS) 등의 용도로도 적용범위가 점차 확대되고 있다.
또한, 최근 IT 장치 및 전기 자동차의 보급과 더불어 배터리 충전 속도 향상을 통한 충전 편의성 향상에 관한 니즈가 꾸준히 증가해 왔다. 이로 인한 충전 프로파일 변경 등을 통한 프로토콜 변경에 의한 기존의 소프트웨어적인 성능 개선은 전극 구조의 추가적 변경 없이 쉽게 충전 성능을 개선할 수 있다는 장점이 있으나, 충전 속도 개선의 한계가 명확하였다.
한편, 현재 이차 전지 업계에서 가장 널리 사용되고 있는 전극 소재인 흑연은, 적정 수준의 에너지 밀도 (372 mAh/g), 제조상의 용이함, 낮은 가격으로 인하여 상용화된 리튬 이차 전지의 핵심 소재로 사용되어 왔다. 하지만, 흑연은, 전해액에 의한 박리, 나쁜 율특성으로 인하여, 급속 충전시 수명 및 용량 감소가 발생하게 되어 급속 충방전 전지로는 사용이 불가하다.
이에 전지의 수명 단축을 최소화하면서, 충전 시간을 단축 하기 위한 전극 구조에 관한 개발의 필요성이 대두되고 있다.
본 발명은 상술한 필요성에 따른 것으로, 본 발명의 목적은 하드 카본을 첨가하여 전지의 충전 속도 및 수명을 제어할 수 있는 전극, 전지 및 전극의 제조 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 전극은, 집전체 상에 복수의 기공을 갖도록 배치된 복수의 흑연 입자, 및 상기 복수의 흑연 입자와 혼합되며, 상기 전극을 포함하는 전지의 충전 속도 및 수명에 기초하여 결정된 중량 퍼센트를 가지는 복수의 하드 카본 입자를 포함하며, 상기 복수의 하드 카본의 중량 퍼센트는 20% 이상 35% 이하이다.
이 경우, 상기 복수의 하드 카본 입자의 크기는, 4㎛ 이상 12㎛ 이하일 수 있다.
한편, 상기 복수의 흑연 입자와 상기 복수의 하드 카본 입자의 압착 밀도는, 5 mg/㎠ 이상 12 mg/㎠ 이하 일 수 있다.
한편, 상기 복수의 흑연 입자 및 상기 복수의 하드 카본 입자와 함께 혼합되는 전이 금속을 더 포함하고, 상기 전이 금속의 중량 퍼센트는 0.5% 이상 1% 이하일 수 있다.
한편, 상기 복수의 하드 카본 입자는, 구형, 판상형 및 선형 중 적어도 어느 하나의 형상일 수 있다.
한편, 상기 복수의 하드 카본 입자는, 상기 복수의 흑연 입자 각각의 표면에 코팅된 상태로 배치될 수 있다.
한편, 상기 복수의 하드 카본 입자는, 상기 복수의 흑연 입자 사이의 기공에 배치될 수 있다.
한편, 상기 복수의 흑연 입자와 상기 복수의 하드 카본 입자 상부에 배치되는 코팅층을 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전지는 집전체, 양극, 전해질 및 음극을 포함하고, 상기 양극 및 음극 중 적어도 하나는, 상기 집전체 상에 복수의 기공을 갖도록 배치된 복수의 흑연 입자 및 상기 복수의 흑연 입자와 혼합되며, 상기 전지의 충전 속도 및 수명에 기초하여 결정된 20% 이상 35% 이하의 중량 퍼센트를 가지는 복수의 하드 카본 입자를 포함한다.
이 경우, 상기 양극 및 음극 중 하나는, 상기 집전체 상에 복수의 기공을 갖도록 배치된 복수의 흑연 입자 및 상기 복수의 흑연 입자와 혼합되며, 상기 전지의 충전 속도 및 수명에 기초하여 결정된 20% 이상 35% 이하의 중량 퍼센트를 가지는 복수의 하드 카본 입자를 포함하고, 다른 하나의 전극은, 층상 구조, 스피넬 구조, 및 올리빈 구조 중 적어도 하나일 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전극의 제조 방법은 복수의 흑연 입자와 상기 전극을 포함하는 전지의 충전 속도 및 수명에 기초하여 결정된 20% 이상 35% 이하의 중량 퍼센트를 가지는 복수의 하드 카본 입자를 혼합하는 단계, 상기 혼합된 흑연 입자와 하드 카본 입자를 집전체 위에 도포하는 단계 및 상기 도포된 흑연 입자와 하드 카본 입자를 압연하는 단계를 포함한다.
이 경우, 상기 혼합하는 단계는, 볼 밀링, 어트리션 밀링, 스펙스 밀링, 임팩트 밀링 및 롤링 밀링 중 적어도 하나의 방식으로 구현될 수 있다.
한편, 상기 혼합하는 단계는, Ar 및 N2 중 적어도 하나의 분위기에서 수행될 수 있다.
한편, 상기 혼합하는 단계는 물에 상기 복수의 흑연 입자와 상기 복수의 하드 카본 입자의 전구체를 혼합하여 건조한 후 소결할 수 있다.
한편, 상기 복수의 하드 카본 입자의 크기는 4㎛ 이상 12㎛ 이하일 수 있다.
한편, 상기 복수의 하드 카본 입자는, 구형, 판상형 및 선형 중 적어도 어느 하나의 형상일 수 있다.
한편, 상기 압연하는 단계는, 상기 복수의 흑연 입자와 상기 복수의 하드 카본 입자의 압착 밀도가 5 mg/㎠ 이상 12 mg/㎠ 이하가 되도록 압연할 수 있다.
한편, 상기 복수의 흑연 입자와 상기 복수의 하드 카본 입자 상부에 코팅층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
도 1 내지 3은 본 발명의 일 실시 예에 따라 제조된 전극의 구성을 도시한 도면,
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따라 제조된 전극 내 리튬 이온의 동작을 설명하기 위한 도면,
도 5은 본 발명의 일 실시 예에 따라 제조된 전극의 하드 카본 비율에 따른 충방전율의 변화를 나타낸 그래프,
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따라 제조된 전극의 하드 카본 비율에 따른 충전 시간의 변화를 나타낸 그래프,
도 7 및 도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따라 제조된 전극의 충방전율에 따른 전지 용량의 시뮬레이션 및 실험 결과를 나타낸 그래프,
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따라 제조된 전극을 포함하는 전지의 충방전 특성을 나타낸 그래프,
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따라 제조된 전극의 충전량 측정 결과를 나타낸 그래프,
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따라 제조된 전극의 수명을 설명하기 위한 그래프, 그리고,
도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전극의 제조 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명하도록 한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략한다. 덧붙여, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 기술적 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
또한, 어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다. 나아가, 도면에서의 다양한 요소와 영역은 개략적으로 그려진 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상은 첨부한 도면에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되지 않는다.
전지는 전극(양극과 음극), 전해질, 분리막, 집전체 및 케이스로 이루어진다. 상기 전지를 이루는 양극과 음극 중 적어도 어느 하나 이상은, 이하 본 발명의 다양한 실시 예에 따라 제조된 전극일 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예에 따라 제조된 전극은, 집전체 상에 복수의 기공을 갖도록 배치된 복수의 흑연 입자, 및 복수의 흑연 입자와 혼합되며, 상기 전극을 포함한 전지의 충전 속도 및 수명에 기초하여 결정된 중량 퍼센트를 가지는 복수의 하드 카본 입자를 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예에 따른 전극은 리튬 이차 전지의 음극에 이용 가능하다. 하지만 이에 한정되지 않으며, 전극의 재료로 금속을 이용한 전지 뿐만 아니라, 망간 건전지, 알카라인 건전지, 이산화망간 리튬 전지, 불화흑연 리튬 전지, 이산화황 리튬 전지, 염화 싸이오닐 리튬 전지, 공기 아연 전지, 열 전지 등의 일차 전지, Ni-Fe 이차 전지, NaS 이차 전지, 연축전지, Ni-Cd 이차 전지, Ni-MH 이차 전지 등의 이차 전지 외 모든 전지에 이용 가능하다. 또한 음극 뿐만 아니라, 양극에도 이용 가능하다.
그리고, 본 발명의 실시 예에 따른 전극이 이용되는 전지는 분리막과 전해질의 종류에 따라 리튬 이온 전지, 리튬 이온 폴리머 전지, 및 리튬 폴리머 전지 등으로 분류될 수 있다.
또한, 형태에 따라 코인형(버튼형), 시트형, 실린더형, 원통형, 각형, 파우치형 등으로 분류될 수 있으며, 사이즈에 따라 벌크 타입과 박막 타입으로 나눌 수 있다. 이하에선 설명의 편의를 위해 본 전극이 리튬 이온 전지에 사용되는 것으로 가정하도록 한다.
도 1 내지 3은 본 발명의 일 실시 예에 따라 제조된 전극의 구성을 도시한 도면이다.
특히, 도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따라 큰 입자 크기를 갖는 하드 카본을 포함한 전극의 구성을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따라 제조된 전극(100)은 복수의 흑연 입자(101) 및 복수의 하드 카본 입자(102)를 포함한다. 이 때, 복수의 흑연 입자(101)는 372mAh/g의 에너지 밀도로 전지의 용량 향상에 영향을 미칠 수 있다. 한편, 복수의 하드 카본 입자(102)는 흑연 입자보다 에너지 밀도는 낮지만, 높은 전기전도도로 인해 본 발명의 일 실시 예에 따른 전극을 포함하는 전지의 충전 속도 향상에 영향을 미칠 수 있다.
구체적으로, 전극(100)은 집전체(103)상에 복수의 기공(104)을 갖도록 배치된 복수의 흑연 입자(101) 및 복수의 흑연 입자와 혼합되는 복수의 하드 카본 입자(102)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 복수의 하드 카본 입자(102)는 복수의 흑연 입자(101)와 복합체 형태로 혼합될 수 있다. 이 때, 복합체 형태는, 복수의 하드 카본 입자(102)가 복수의 흑연 입자(101) 사이의 복수의 기공(104)에 배치되는 형태일 수 있다. 이 때, 복수의 하드 카본 입자(102)의 크기는 4㎛ 이상 12㎛ 이하일 수 있다.
이 때, 복수의 하드 카본 입자(102)는 구형, 판상형 및 선형 중 적어도 어느 하나의 형상일 수 있다.
이 때, 복수의 하드 카본 입자(102)는 전극(100)을 포함하는 전지의 충전 속도 및 수명에 기초하여 중량 퍼센트가 결정될 수 있다. 예를 들어, 복수의 하드 카본 입자(102)의 중량 퍼센트는 20% 이상 40% 이하일 수 있다. 바람직하게는, 20% 이상 35% 이하일 수 있다. 이 때, 복수의 하드 카본 입자(102)의 중량 퍼센트는 이하 도 5 및 표 1에 기재된 포함된 하드 카본 비율에 따른 전지의 최대 충방전율, 도 6에 도시된 하드 카본 비율에 따른 전지의 충전 시간, 도 11, 표 2 및 표 3에 기재된 하드 카본 비율에 따른 전지의 수명에 따라 결정될 수 있다.
이 때, 하드 카본은 작은 흑연 결정이 무질서하게 모여 있어 결정화도가 낮고, 고온에서 열처리를 하여도 더이상 흑연화 및 층상구조가 되기 어려운 탄소재료일 수 있다. 구체적으로, 페놀수지 등의 열경화성 수지를 탄화해서 얻어지는 재료이며, 탄소층이 무질서하게 적층된 구조를 갖고, 열처리 온도를 아무리 높여도 흑연 구조, 즉 층상 구조가 발달하지 않으며 통상적으로 결정의 크기는 수 nm 이하의 값을 가질 수 있다.
이 때, 집전체(103)는 극판을 제조하는데 사용되는 금속 호일이며, 특히 박막 극판을 제조하는 데 중요한 구성요소이다. 집전체(103)는 활물질에서 전기 화학 반응이 일어나도록 전자를 외부에서 전달하거나 또는 활물질에서 전자를 받아 외부로 흘려보내는 통로 역할을 한다.
리튬 이온 전지에서는 양극에는 Al(알루미늄), 음극에는 Cu(구리) 집전체를 주로 사용한다. 집전체의 두께는 통상 10~20㎛ 정도이다.
Al, Cu에 한정되지 않고, Li(리튬), Na(나트륨), K(칼륨), Ru(루비듐), Cs(세슘), Fr(프랑슘) 등의 1족 원소, Be(베릴륨), Mg(마그네슘), Ca(칼슘), Sr(스트론튬), Ba(바륨), Ra(라듐) 등의 2족 원소, Pb(납), Ni(니켈), Cu(구리), Al(알루미늄), Ti(티탄), SUS(Steel Use Stainless), 철계 합금 등 대부분의 금속을 이용하여 전극을 제조할 수 있다.
한편, 이상에서는 설명의 편의를 위하여 집전체(103)가 호일 형태인 것으로 한정하여 설명하였으나, 실제 구현시에는, 집전체(103)는 다공성 물질로 구현될 수 있다. 이 때, 다공성은 표면에 작은 빈틈을 많이 가진 상태를 의미하고, 예를 들어, 집전체(103)는 Cu와 같은 금속판을 물리적으로 가공한 다공성 물질 또는 산화 알루미늄에 Au와 같은 전도체를 코팅한 다공성 물질일 수 있다.
한편, 전극(100)은 전이 금속(미도시)을 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 전이 금속은 전극(100)에 도핑된 형태로 포함될 수 있다. 이 때, 전이 금속은 전극(100)의 표면 및 내부에서 산화물 형태로 존재할 수 있다. 이 때, 전이 금속은 Al(알루미늄), Ti(티탄), V(바나듐), Mn(망간), Y(이트륨), Zr(지르코늄), Mo(몰리브덴), Sc(스칸듐), Cr(크롬), Co(코발트), Ni(니켈), Zn(아연), Nb(니오븀), Ru(루비듐), Pd(팔라듐) 등 주기율표에서 전이 금속에 해당하는 모든 원소일 수 있다. 이 때, 전이 금속은 중량 퍼센트로 0.5% 이상 1% 이하로 전극(100)에 포함될 수 있다. 이 때, 전극(100)에 포함된 전이 금속은 전지의 급속 충전시 전극 표면에서 일어날 수 있는 부반응을 억제하여 수명 연장을 도와주는 역할을 할 수 있다.
한편, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따라 작은 입자 크기를 갖는 하드 카본을 포함한 전극의 구성을 도시한 도면이다.
도 2을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따라 제조된 전극(200)은 복수의 흑연 입자(201) 및 복수의 하드 카본 입자(202)를 포함한다. 구체적으로, 전극(200)은 집전체(203)상에 복수의 기공(204)을 갖도록 배치된 복수의 흑연 입자(201) 및 복수의 흑연 입자와 혼합되는 복수의 하드 카본 입자(202)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 복수의 하드 카본 입자(202)는 복수의 흑연 입자(201)의 표면에 입자 형태로 코팅된 형태로 혼합될 수 있다. 이 때, 복수의 하드 카본 입자(202)의 크기는 4㎛ 이상 12㎛ 이하일 수 있다.
이 때, 복수의 하드 카본 입자(202)는 구형, 판상형 및 선형 중 적어도 어느 하나의 형상일 수 있다.
이 때, 복수의 하드 카본 입자(202)는 전극(200)을 포함하는 전지의 충전 속도 및 수명에 기초하여 중량 퍼센트가 결정될 수 있다. 예를 들어, 복수의 하드 카본 입자(202)의 중량 퍼센트는 20% 이상 40% 이하일 수 있다. 바람직하게는, 20% 이상 35% 이하일 수 있다. 이 때, 복수의 하드 카본 입자(102)의 중량 퍼센트는 이하 도 5 및 표 1에 기재된 포함된 하드 카본 비율에 따른 전지의 최대 충방전율, 도 6에 도시된 하드 카본 비율에 따른 전지의 충전 시간, 도 11, 표 2 및 표 3에 기재된 하드 카본 비율에 따른 전지의 수명에 따라 결정될 수 있다.
한편, 이상에서는 설명의 편의를 위하여 전극(200)의 집전체(203)가 호일 형태인 것으로 한정하여 설명하였으나, 실제 구현시에는, 집전체(203)는 다공성 물질일 수 있다. 한편, 전극(200)은 전이 금속(미도시)을 더 포함할 수 있다. 이에 대한 내용은 도 1에 기재한 내용과 동일한 바, 자세한 설명은 생략한다.
한편, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따라 높은 압착 밀도를 갖도록 제조된 전극의 구성을 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따라 제조된 전극(300)은 복수의 흑연 입자(301) 및 복수의 하드 카본 입자(302)를 포함한다. 구체적으로, 전극(300)은 집전체(303)상에 복수의 기공(304)을 갖도록 배치된 복수의 흑연 입자(301) 및 복수의 흑연 입자와 혼합되는 복수의 하드 카본 입자(302)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 복수의 하드 카본 입자(302)는 복수의 흑연 입자(301)와 복합체 형태(미도시) 및 복수의 흑연 입자(301)의 표면에 입자 형태로 코팅된 형태 중 적어도 하나의 형태로 혼합될 수 있다. 이 때, 복합체 형태는, 복수의 하드 카본 입자(302)가 복수의 흑연 입자(301) 사이의 복수의 기공(304)에 배치되는 형태일 수 있다. 이 때, 복수의 하드 카본 입자(302)의 크기는 4㎛ 이상 12㎛ 이하일 수 있다. 한편, 복수의 하드 카본 입자(302)는 구형, 판상형 및 선형 중 적어도 어느 하나의 형상일 수 있다.
이 때, 전극(300)은 혼합된 복수의 하드 카본 입자(302) 및 복수의 흑연 입자(301)가 높은 압착 밀도를 갖도록 제조될 수 있다.
이 때, 압착 밀도는 단위 면적당 전극 물질의 양으로 정의될 수 있다. 구체적으로, 압착 밀도는 전극 물질의 양을 면적으로 나누어 측정될 수 있다. 한편, 압착 밀도는 전극(300)을 포함하는 전지의 충전 속도와 수명에 영향을 미칠 수 있다. 압착 밀도가 전극에 미치는 영향은 이하 도 4를 참조하여 자세히 설명한다. 이 때, 전극(300)의 압착 밀도는 5 mg/㎠ 이상 12 mg/㎠ 이하의 범위일 수 있다. 바람직하게는, 전극(300)의 압착 밀도는 7.5 mg/㎠ 일 수 있다.
한편, 복수의 하드 카본 입자(302)는 전극(300)을 포함하는 전지의 충전 속도 및 수명에 기초하여 중량 퍼센트가 결정될 수 있다. 예를 들어, 복수의 하드 카본 입자(302)의 중량 퍼센트는 20% 이상 40% 이하일 수 있다. 바람직하게는, 20% 이상 35% 이하일 수 있다. 이 때, 복수의 하드 카본 입자(302)의 중량 퍼센트는 이하 도 5 및 표 1에 기재된 포함된 하드 카본 비율에 따른 전지의 최대 충방전율, 도 6에 도시된 하드 카본 비율에 따른 전지의 충전 시간, 도 11, 표 2 및 표 3에 기재된 하드 카본 비율에 따른 전지의 수명에 따라 결정될 수 있다.
한편, 이상에서는 설명의 편의를 위하여 전극(300)의 집전체(303)가 호일 형태인 것으로 한정하여 설명하였으나, 실제 구현시에는, 집전체(303)는 다공성 물질일 수 있다. 한편, 전극(300)은 전이 금속(미도시)을 더 포함할 수 있다. 이에 대한 내용은 도 1에 기재한 내용과 동일한 바, 자세한 설명은 생략한다.
한편, 이상의 도 1 내지 도 3의 설명에서는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전극이 복수의 흑연 입자와 복수의 하드 카본 입자를 포함하는 것만으로 한정하여 도시하고 설명하였으나, 실제 구현시에는 집전체 상에 배치된 복수의 흑연 입자와 복수의 하드 카본 입자의 상부에 배치되는 코팅층(미도시)을 더 포함할 수 있다.
이 때, 코팅층(미도시)는 전극의 상부에 배치되어 전극이 집전체 상에서 분리되어 전해질로 퍼지는 것을 방지할 수 있다. 이 때, 코팅층(미도시)은 전도성, 비전도성 구분 없이, 전지 내 모든 반응에 무관하게 전해질과 반응하지 않는 물질은 모두 이용 가능할 수 있다. 구체적으로, 코팅층(미도시)은 Au(금), Ag(은), Ti(티타늄), Co(코발트), Ni(니켈), Cr(크롬), Ta(탄탈륨), W(텅스텐), SUS 등의 금속, SiC(탄화규소), SiN(질화규소), 지르코니아, 알루미나, 탄화 텅스텐 등 금속의 산화물 또는 질화물, 합금의 산화물 또는 질화물 등의 세라믹 및 PVDF(polyvinylidene difluoride), PAI(polyamide imide), CMC( carboxymethyl cellulose), SBR(styrene butadiene rubber), 매니큐어 등의 고분자 물질일 수 있다.
한편, 도시되지는 않았지만, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전지는 집전체, 양극, 전해질 및 음극을 포함할 수 있다. 이 때, 양극 및 음극 중 적어도 하나는 집전체 상에 복수의 기공을 갖도록 배치된 복수의 흑연 입자 및 복수의 흑연 입자와 혼함된 복수의 하드 카본 입자를 포함할 수 있다.
이 때, 복수의 하드 카본 입자는 전지의 충전 속도 및 수명에 기초하여 포함되는 중량 퍼센트를 결정할 수 있다. 구체적으로, 복수의 하드 카본 입자의 중량 퍼센트는 20% 이상 40% 이하일 수 있다. 바람직하게는, 20% 이상 35% 이하일 수 있다. 이 때, 복수의 하드 카본 입자의 중량 퍼센트는 이하 도 5 및 표 1에 기재된 포함된 하드 카본 비율에 따른 전지의 최대 충방전율, 도 6에 도시된 하드 카본 비율에 따른 전지의 충전 시간, 도 11, 표 2 및 표 3에 기재된 하드 카본 비율에 따른 전지의 수명에 따라 결정될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전지의 양극 및 음극 중 하나가 복수의 흑연 입자와 복수의 하드 카본 입자를 포함하면, 다른 하나의 전극은 층상 구조, 스피넬(spinel) 구조 및 올리빈(olivine) 구조 중 적어도 하나일 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전극이 음극에 적용된다면, 상대 전극인 양극은 층상 구조, 스피넬(spinel) 구조 및 올리빈(olivine) 구조 중 적어도 하나일 수 있다.
이 때, 층상 구조란 원자가 공유결합 등에 따라 강하게 결합하여 조밀하게 배열한 면이 반데르발스힘 등 약한 결합력에 의해 평행하게 중첩된 구조이다. 예를 들어, 흑연, 요오드화 카드뮴 등에서 볼 수 있다. 이와 같은 구조는 박편으로 벗겨지기 쉬우며, 층의 겹쌓기에 비대칭이 있어 X선의 산만 산란이 관측되는 일이 많다. 또한, 층 사이에 다른 원자나 분자가 침입하여 층간 화합물을 형성하기도 하고, 그 층 사이가 촉매 작용 등의 반응성을 나타내는 경우가 있을 수 있다.
이 때, 스피넬 구조는 MgAl2O4의 광물명인 스피넬에서 따온 화합물 구조명으로, AB2X4로 표시되는 화합물이 취하는 결정구조의 하나를 의미한다. 구체적으로, A는 Mg, Fe, Zn, Mn, Co 등, B는 Al, Fe, Cr 등, X는 O, S, F 등일 수 있다. X가 거의 입방 최밀 충전으로 배열하고, 팔면체형의 빈틈에 B가, 사면체형의 빈틈에 A가 들어간 구조이다. 또 A와 B의 절반이 바꿔 들어간 B(AB)O4를 역 스피넬이라 한다.
이 때, 올리빈 구조는 LiFePO4(리튬인산철)의 결정 구조를 나타내는 명칭이다. 올리빈 구조는 화학적 안정성이 높아 과열, 과충전 상황에서도 안정성이 우수하고, 에너지 밀도가 높으며, 저가 제품 생산이 가능하다. 또한 유지 보수의 필요성이 없고 주변 온도 관리가 불필요하여 관리비 절감 및 공간 활용도가 매우 높다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따라 제조된 전극 내 리튬 이온의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 전극(200) 내 전기 전도 역할을 하는 리튬 이온(40)은, 집전체(203)상에 배치된 복수의 흑연 입자(201), 복수의 흑연 입자 사이에 생성된 복수의 기공(204) 및 복수의 하드 카본 입자(202)를 통하여 이동할 수 있다.
구체적으로, 리튬 이온(40)은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전극(200)을 포함하는 전지의 충전시, 복수의 하드 카본 입자(202)를 통해서 일차적으로 확산하고, 복수의 흑연 입자(201)를 통해서 이차적인 확산이 발생할 수 있다. 보다 구체적으로는, 전극(200)을 포함하는 전지의 충전시, 리튬 이온(40)은 먼저 전해질(미도시)을 통해 이동할 수 있다. 이후, 리튬 이온(40)은 쿨롱힘(Coulomb force)에 의해 복수의 하드 카본 입자(202)에 흡착되어 일차적으로 확산할 수 있다. 이 때, 복수의 하드 카본 입자(202)의 표면에 리튬 이온(40)이 흡착됨으로 인해 리튬 이온(40)의 표면 밀도가 증가하며, 전극(200)을 포함하는 전지의 충방전 속도를 증대시킬 수 있다.
이 때, 쿨롱힘은 두 점전하 간에 작용하는 힘을 의미하며, 표면 밀도는 어떤 물질이 다른 물질의 표면에 분포되어 있을 때, 그 표면의 단위 면적당 어떤 물질의 양을 의미할 수 있다. 이후, 리튬 이온(40)은 복수의 흑연 입자(201)로 이차적인 확산을 통해 이동하여 에너지의 밀도를 증대시킬 수 있다. 즉, 복수의 흑연 입자(201)를 포함하는 전극(200)에 복수의 하드 카본 입자(202)를 첨가함으로 인해, 전극 전체의 확산 속도를 증대시킬 수 있다.
한편, 이상에서는 설명의 편의를 위하여, 리튬 이온이 복수의 하드 카본 입자만을 통하여 일차적으로 확산 후, 복수의 흑연 입자를 통해 이차적인 확산을 하는 것으로 설명하였으나, 실제로는 복수의 하드 카본 입자 뿐만 아니라 복수의 흑연 입자에서도 동시에 리튬 이온의 일차적 확산이 일어날 수 있다.
한편, 이상에서는 설명의 편의를 위하여 전지가 충전되는 경우에 한정하여 전극 내 리튬 이온의 동작을 설명하였으나, 실제 구현시에는 전지의 충전과 방전이 반복적으로 일어날 수 있으며, 전지의 방전시에는 전지의 충전시의 반응 순서와 반대로 반응이 일어날 수 있다. 한편, 복수의 하드 카본 입자(202)의 형태 및 첨가량에 따라 전극(200)을 포함하는 전지의 충방전 속도 및 용량이 조절 가능할 수 있다.
한편, 복수의 흑연 입자(201) 사이에 생성된 복수의 기공(204)은 전극(200)을 포함하는 전지의 충방전 속도를 제어하는 주요 인자 일 수 있다. 이는 리튬 이온(40)이 복수의 하드 카본 입자(202)에 흡착하여 확산하기 전, 복수의 기공(204)에 채워진 전해질(미도시)을 통해 이동하기 때문이다. 구체적으로, 복수의 기공(204)은 전극(200)의 제조시 압착 밀도를 통해 제어할 수 있다. 예를 들어, 압착 밀도가 높아 전극에 기공(204)이 적은 경우, 리튬 이온의 이동이 힘들어 충전 속도가 느려지고, 전압이 상승하여 전극이 점진적으로 열화하여 전극을 포함하는 전지의 수명이 단축될 수 있다.
한편, 전극의 압착 밀도의 제어는 전극의 제조 단계 중 압연 단계에서 수행되는데, 이는 이하 도 12를 참조하여 설명한다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따라 제조된 전극을 포함하는 전지의 하드 카본 비율에 따른 최대 충방전율의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따라 제조된 전극을 포함하는 전지는, 전극에 포함된 하드 카본의 비율이 증가함에 따라 최대 충방전율이 증가함을 볼 수 있다. 보다 구체적인 수치는 이하 표 1을 참조하여 자세히 설명한다.
하드 카본 첨가비율( % ) 최대 충방전율 (C)
0 1
5 1.5
10 2
15 2.5
20 3
25 3.5
30 4
35 4.5
40 5
표 1을 참조하면, 하드 카본의 첨가 비율이 증가할수록 전지의 최대 충방전율이 증가함을 알 수 있다.
이 때, 충방전율(Charge-rate)은 충전 또는 방전 전류를 전지의 정격 용량 값으로 나누어 산출한 값일 수 있다. 예를 들어, 충방전율이 2C이라면, 전지의 정격 용량 값의 2배의 전류를 전극에 가한다는 의미일 수 있다. 이 때, 최대 충방전율은 전지의 정격 용량에 대하여 전극이 견딜 수 있는 최대 전류량을 의미할 수 있다. 이 때, 전극이 견딜 수 있는 최대 전류량은, 한번에 전극에 가하여도 전극의 열화가 발생하지 않는 전류량을 의미할 수 있다.
표 1에 기재된 바와 같이, 전극에 하드 카본의 첨가 비율이 증가할수록 전지의 충방전율이 높아 충전시 한번에 많은 전류를 전극에 가할 수 있다. 이로 인해 전지의 충전 속도를 향상시킬 수 있다. 다만, 한번에 많은 전류를 전극에 가하는 경우 전극에 열화가 발생하여 전지의 수명이 단축된다는 단점이 있다. 그러나, 본 발명의 일 실시 예에 따라 제조된 전극을 포함한 전지의 경우 최대 충방전율이 높아 한번에 많은 전류를 전극에 가하더라도 발생되는 열화가 적고, 이에 따라 수명이 향상된 전지를 얻을 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 전극을 포함하는 전지의 수명에 대해서는 이하 도 11을 참조하여 자세히 설명한다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따라 제조된 전극을 포함하는 전지의 하드 카본 비율에 따른 충전 시간의 변화를 나타낸 그래프이다. 구체적으로는, 하드 카본을 포함하지 않은 전극을 포함하는 전지의 충전 시간과, 전극에 포함된 하드 카본의 양에 따른 전지의 충전 시간의 비율을 나타낸 그래프이다.
도 6을 참조하면, 전극에 첨가된 하드 카본의 비율이 증가함에 따라 전지의 충전 시간이 감소함을 알 수 있다. 이는 전극에 첨가된 하드 카본에 의해 전지의 충방전율이 증가하기 때문이다. 구체적으로, 도 5 및 표 1에 도시된 바와 같이, 전극에 첨가된 하드 카본에 의해 전지의 최대 충방전율이 증가하여 전지의 충전 시간이 감소할 수 있다. 즉, 전극에 하드 카본을 첨가함으로 인해 전극이 견딜 수 있는 최대 전류량이 증가하여 한번에 많은 전류를 전극에 가할 수 있고, 이에 따라 전지의 충전 시간이 감소할 수 있다.
한편, 이상에서는 하드 카본 첨가에 따른 전극의 최대 충방전율에 기초하여 전극에 가해지는 전류량의 증가로 인해 전지의 충전 시간이 감소됨을 설명하였으나, 동일한 전류를 가하더라도 전극에 흑연보다 이온 전도도가 높은 하드 카본을 첨가함으로 인해 전극 내 리튬 이온의 이동 속도가 증가하여, 전극에 첨가되는 하드 카본의 비율이 증가함에 따라 전지의 충전 시간이 감소할 수 있다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따라 제조된 전극을 포함하는 전지의 충방전율에 따른 전지 용량의 시뮬레이션 및 실험 결과를 비교한 그래프이다. 구체적으로, 도 7은 정격 용량이 420mAh인 전지에 포함된 본 발명의 일 실시 예에 따른 전극을 포함하는 전지를 1C의 충방전율로 충전하는 경우 전지의 용량을 나타낸 그래프이고, 도 8은 도 7에서 사용한 동일한 전극을 포함하는 전지를 3C의 충방전율로 충전하는 경우의 전지의 용량을 나타낸 그래프이다.
도 7을 참조하면, 정격 용량이 420mAh이고, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전극을 포함하는 전지를 1C로 충전하는 경우, 실험 결과 전지는 약 400mAh의 용량을 유지하는 것을 확인할 수 있다.
한편, 도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전극을 포함하는 전지를 3C의 높은 충방전율로 충전하는 경우에도 전지 용량이 초기 용량 대비 약 85%가 유지되는 것을 확인할 수 있다. 예를 들어, 정격 용량이 420mAh이고, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전극을 포함하는 전지를 3C로 충전하는 경우, 시뮬레이션 및 실험 결과 전지의 용량이 모두 약 350mAh일 수 있다. 기존 전극을 포함하는 전지를 동일 조건으로 충전한 경우, 전지의 용량이 약 10~25% 수준인 것을 참고할 때, 하드 카본 입자의 첨가 및 압착 밀도의 조절을 통해 전극의 충전 속도를 수 배 이상 증가시킬 수 있음을 확인할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따라 제조된 전극을 포함하는 전지의 충방전 특성을 나타낸 그래프이다. 구체적으로, 도 9는 4.4C 고전압 LCO(Lithium Cobalt Oxide) 양극 및 흑연 입자에 하드 카본 입자를 혼합한 음극을 적용한 전지에 대한 결과치이다.
구체적으로, 도 9의 (a) 및 (e)는 정격 용량이 470mAh이고, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전극을 포함하는 전지를 0.2C의 충방전율로 충방전을 수행한 경우, 도 9의 (b) 및 (f)는 동일 전지를 1C의 충방전율로 충방전을 수행한 경우, 도 9의 (c) 및 (g)는 동일 전지를 2C의 충방전율로 충방전을 수행한 경우, 도 9의 (d) 및 (h)는 동일 전지를 3C의 충방전율로 충방전을 수행한 경우, 전지의 용량을 나타낸 그래프이다.
도 9를 참조하면, 양극 소재의 종류에 관계 없이 충전량(state of charge, SOC) 80% 이상까지 급속 충전이 가능하며, 약 30분 동안 약 90%까지의 초급속 충전 및 방전이 가능함을 확인할 수 있다. 예를 들어, 도 9의 (d)를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전극을 포함하는 정격 용량이 470mAh인 전지를 3C로 충전한 경우, 전지 용량의 약 80%의 까지 충전되는 것을 확인할 수 있다. 한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전극을 포함하는 전지의 충방전율에 따른 충전량에 대해서는 이하 도 10을 참조하여 설명한다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따라 제조된 전극을 포함하는 전지의 충전량을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다. 구체적으로, 도 10은 4.4V 고전압 LCO 양극에 본 발명의 일 실시 예에 따라 제조된 전극을 음극에 적용하여 충전 시간에 따른 전지의 충전량을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시 예에 따라 제조된 전극은 흑연 입자에 대한 하드 카본 입자의 중량 비율이 30%일 수 있다.
이 때, 충전량(SOC)은 전지의 정격 용량에 대한 충전 용량의 비율을 의미하는 것으로, 단위는 퍼센트(%)일 수 있다. 예를 들어, 전지가 완전 방전 상태인 경우 충전량은 0%이고, 완전 충전 상태인 경우 충전량은 100%일 수 있다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전극을 포함하는 전지는 3C의 충방전율로 충전을 수행한 경우, 15분 충전에 약 80%(±5%)의 수준 및 30분 충전에 약 95%(±2%)의 수준의 충전량을 확인할 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전극을 포함하는 전지는 매우 빠른 속도로 고속 충전이 가능함을 알 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따라 제조된 전극을 포함하는 전지의 수명을 설명하기 위한 그래프이다. 구체적으로, 도 11은 전극에 하드 카본 입자가 30% 포함된 전극을 포함하는 전지를 2.5C의 충방전율로 충전하였을 때, 충전 방법에 따른 전지의 수명의 변화를 설명하기 위한 그래프이다.
도 11을 참조하면, 도 11의 (a)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전극을 포함하는 전지를 CC-CV(constant current-constant voltage) 충전법에 의해 충전한 경우 전지의 수명을 나타낸 그래프이다.
이 때, CC-CV 충전법은 일반적으로 사용되는 정전류-정전압 충전법으로, 구체적으로는, 전지가 일정 전압에 도달할 때까지 일정 전류로 충전을 실행하고, 전지가 일정 전압에 도달하게 되면, 전류를 점차적으로 감소시키면서 충전을 실행하는 방법일 수 있다.
한편, 도 11의 (b)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전극을 포함하는 전지를 MSCC(multi step constant current) 충전법으로 충전한 경우, 전지의 수명을 나타낸 그래프이다.
이 때, MSCC 충전법은 단계적으로 전류를 변화시켜 충전을 실행하는 방법을 말한다. 구체적으로, 충전을 시작할 때에는 높은 전류로 충전을 실행하다가, 단계적으로 낮은 전류로 충전을 실행하는 방법일 수 있다. MSCC 충전법은 일정 전류로 충전을 실행하는 CC-CV 충전법에 비해 단계적으로 변하는 전류로 충전을 실행하고, 높은 전류로 충전을 시작한다는 차이가 있다. 이 때, MSCC 충전법으로 충전한 경우 충전 속도가 향상되고, 전지의 수명이 증가할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따라 제조된 전극을 포함하는 전지를 MSCC 충전법으로 충전하는 경우 전지의 수명은, CC-CV 충전법으로 충전하는 것보다 약 1.5배 증가하는 것을 확인할 수 있다. 예를 들어, 도 11에 도시된 바와 같이, 전지를 CC-CV 충전법으로 충전한 경우, 약 400회의 충방전 사이클이 진행되는데 반해, 동일한 전지를 MSCC 충전법으로 충전한 경우에는, 약 10% 용량 감소까지 약 600회(미도시)의 충방전 사이클이 진행되는 것으로 예상할 수 있다. 이로 인해, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전극을 포함하는 전지를 MSCC 충전법으로 충전하는 경우, 수명 특성이 더욱 향상된 전지를 제공할 수 있다.
한편, 이상에서는 충전 방법에 따른 전지의 수명에 대하여 도시하고 설명하였지만, 이하 표 2 및 표 3을 참조하여 하드 카본 입자의 첨가 비율 및 충방전율에 따른 전지의 수명에 대해 설명한다.
하드 카본 첨가비율( % ) 전지의 수명( 2.5C기준 )
0 300회
5 350회
10 400회
15 500회
20 600회
25 700회
30 800회
35 900회
40 1000회
표 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전극을 포함하는 전지에 2.5C의 충방전율로 충방전 사이클을 반복하는 경우, 전극에 포함된 하드 카본 비율에 따른 전지의 수명을 나타낸 것이다. 이 때, 전지의 수명은 전지의 용량이 약 80% 수준 이하의 용량으로 감소될 때까지 반복된 충방전 사이클 횟수인 것으로 가정할 수 있다. 이 때, 전지는 CC-CV 충전법에 의해 충전되는 것일 수 있다.
표 2를 참조하면, 전극에 포함되는 하드 카본의 비율이 증가할수록 전지의 수명도 증가함을 알 수 있다. 이는 도 5 및 표 1에 도시된 바와 같이, 전극에 포함된 하드 카본의 비율이 증가할수록 전극을 포함하는 전지의 최대 충방전율도 증가하기 때문이다. 다시 말해, 하드 카본의 비율이 높은 전극의 경우, 견딜 수 있는 최대 전류량이 증가하여, 일정 전류량(2.5C)를 반복적으로 가했을 때 전극의 열화가 상대적으로 덜 진행되기 때문에, 하드 카본의 비율이 높은 전극을 포함하는 전지의 수명이 증가할 수 있다.
충방전율 (C, 30% 하드 카본 기준) 전지의 수명
1 1000회
1.5 1000회
2 900회
2.5 800회
3 700회
3.5 600회
4 500회
4.5 400회
5 300회
표 3은 일정한 비율의 하드 카본(30%)이 포함된 전극을 포함하는 전지에 충방전율을 달리하여 충방전 사이클을 진행하는 경우의 전지의 수명을 나타낸 것이다. 이 때, 전지의 수명은 전지의 용량이 약 80% 수준 이하의 용량으로 감소될 때까지 반복된 충방전 사이클 횟수인 것으로 가정할 수 있다. 이 때, 전지는 CC-CV 충전법에 의해 충전되는 것일 수 있다.
표 3을 참조하면, 충방전율이 증가함에 따라, 즉 충전시 전극에 가해지는 전류량이 증가함에 따라 전지의 수명이 감소함을 확인할 수 있다. 이는 전극에 가해지는 전류량이 증가함에 따라 전극의 열화가 진행되기 때문이다. 그러나, 충방전율이 증가함에 따라 전지의 수명이 감소함에도 불구하고, 30%의 하드 카본이 포함된 본 발명의 전극은, 3C의 높은 충방전율로 충전을 진행함에도, 약 20%의 용량 감소까지 약 700회의 충방전 사이클이 진행되는 것을 확인할 수 있다.
표 2를 다시 참조하면, 기존 전극(하드 카본 첨가 비율 0%)을 포함하는 전지는 3C보다 낮은 2.5C의 충방전율로 충방전 사이클을 진행하는 경우에도, 불과 약 300회의 충방전 사이클이 진행되면 약 20%의 용량이 감소되어 전지의 수명이 다하는 것을 확인할 수 있다. 이로 인해 본 개시 내용은 기존 전극을 포함한 전지에 비해 현저히 향상된 수명 특성을 갖는 전지를 제공할 수 있다.
한편, 하드 카본의 비율에 따른 최대 충방전율 및 전지의 수명 변화, 및 전지 충전시 충방전율에 따른 전지의 수명 변화 등을 참고하여 원하는 충전 속도와 용량 및 수명을 갖는 전지를 제조하기 위한 전극을 설계할 수 있다.
도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전극의 제조 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 12를 참조하면 우선, 흑연 입자와 하드 카본 입자를 혼합한다(S910). 이 때, 흑연 입자와 하드 카본 입자는 고체상 반응(solid-state reaction) 방법 및 액체상 반응(liquid phase reaction) 방법 중 어느 하나의 방법으로 혼합될 수 있다.
구체적으로, 고상 방법은 고체 상태인 하드 카본 입자와 흑연 입자를 섞어 밀링하는 방법으로 혼합할 수 있다. 이 때, 혼합되는 하드 카본 입자와 흑연 입자의 비율은 중량 기준으로 3 : 7 일 수 있다. 이 때, 하드 카본 입자와 흑연 입자는 볼 밀링(ball milling), 어트리션 밀링(attrition milling), 스펙스 밀링(spex milling), 임팩트 밀링(impact milling), 롤링 밀링(rolling milling) 중 적어도 어느 하나의 방법으로 혼합될 수 있다.
이 때, 밀링(milling)은 물질을 분쇄하는 공정일 수 있다. 구체적으로, 볼 밀링은 원통 안에 쇠구슬과 분쇄 대상 물질을 함께 넣어 원통을 돌리면 분쇄 대상 물질이 쇠구슬에 의해 분쇄되는 방식이다. 볼 밀링 방식은 주로 광물의 분쇄에서 사용될 수 있다.
한편, 어트리션 밀링은 핀 타입(pin type)에 의한 각반 밀링 방식으로 물질에 가하는 전단력 및 충격 에너지가 강하여 분쇄력이 우수하고, 초기 입도가 비교적 큰 물질의 1차 또는 2차 분쇄기로 적합하여 고른 입도 분포도를 기대할 수 있다.
한편, 스펙스 밀링은 일반 볼 밀링과는 달리 3차원적으로 혼합하는 방법이므로 볼 밀링에 비해 짧은 시간에 충분한 효과를 기대할 수 있는 분말 합성 방식이다.
한편, 임팩트 밀링은 물리적인 충격력을 이용하여 분쇄 대상의 입자 크기를 줄이는 방식이다.
이 때, 밀링의 정도, 즉 밀링 시간에 따라 하드 카본 입자의 크기가 조절 가능하다. 예를 들어, 어트리션 밀링을 기준으로 할 때, 약 600 rpm의 속도로 약 3시간 동안 밀링을 할 수 있다. 바람직하게는, 약 600rpm의 속도로 약 1시간 동안 밀링을 하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전극에 가장 적합한 4㎛ 이상 12㎛ 이하의 직경을 갖는 하드 카본 입자를 얻을 수 있다.
이 때, 밀링은 비반응성 기체의 분위기에서 수행될 수 있다. 구체적으로, 밀링은 O2(산소)를 제외한 Ar(아르곤) 및 N2(질소) 기체의 분위기에서 수행될 수 있다. 산소 분위기에서 밀링을 수행하는 경우, 산소 기체와 흑연 입자가 반응하여 흑연 산화물(graphite oxide)이 생성되어 전극의 특성이 떨어지는 결과가 초래될 수 있기 때문이다.
한편, 액상 방법은 물에 하드 카본 입자의 전구체 및 흑연 입자를 섞는 방법일 수 있다. 이 때, 하드 카본 입자의 전구체는 최종적으로 하드 카본을 만들 수 있는 전 단계의 물질일 수 있다. 구체적으로, 하드 카본 입자의 전구체는 탄소를 포함하는 모든 유기 물질 및 무기 물질일 수 있다. 예를 들어, 하드 카본 입자의 전구체는 탄소를 포함하는 글루코오스(glucose)일 수 있다.
이후, 건조 과정을 통하여 물을 제거한 후, 하드 카본 입자의 전구체와 흑연 입자의 혼합물을 소결하여, 하드 카본 입자와 흑연 입자의 복합체 형태 또는 하드 카본 입자가 흑연 입자를 코팅한 형태의 혼합물을 얻을 수 있다. 구체적으로, 소결 과정에서 하드 카본 입자의 전구체가 수열(hydrothermal) 합성되어 하드 카본이 생성될 수 있다. 이 때, 소결은 1000℃ 이상 1400℃ 이하에서 수행될 수 있다.
그 다음, 혼합된 흑연 입자와 하드 카본 입자를 집전체 위에 도포한다(S920). 구체적으로, 혼합된 흑연 입자 및 하드 카본 입자에 도전재(conductor), 바인더 등을 더 혼합하여 슬러리 형태로 제조한 후, 집전체 위에 도포할 수 있다.
이 때, 도전재는 전극 내에 전자전도 채널을 형성함으로써 전자전도도를 향상시키며, 도전재의 예로는, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연, Super-P, 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙류 또는 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 소재가 있다. 현재 가장 널리 사용되고 있는 도전재는 카본블랙류이다.
이 때, 바인더는 혼합된 흑연 입자 및 하드 카본 입자를 결착시켜 집전체에 고정시키는 역할을 수행한다. 바인더 물질은 기본적으로 절연체이며, 전극의 구조를 유지시켜준다. 바인더 물질의 예로는, 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리아미드이미드(PAI), 폴리비닐리덴디플루오리드(PVDF), 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로오즈(CMC), 전분, 히드록시프로필세룰로오즈, 재생 셀룰로오즈, 폴리비닐피롤리돈(polyvinyl pyrrolidone), 테트라플루오로에틸렌(tetrafluoroethylene), 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 부타디엔 고무(SBR), 불소고무 등 다양한 고분자 소재가 있으며, 폴리비닐리덴디플루오리드(PVDF, polyvinylidene difluoride)가 가장 보편적인 바인더 물질이다. 최근에는 음극 바인더로 스티렌 부타디엔 고무(SBR, styrene butadiene rubber)도 많이 사용되고 있다.
이상에서는 설명의 편의를 위하여 혼합된 흑연 입자 및 하드 카본 입자를 슬러리 형태로 제조하여 집전체 위에 도포하는 방식으로 한정하여 설명하였으나, 실제 구현시에는 스퍼터링과 같은 물리적 증착 방식(Physical Vapor Deposition, 이하 PVD라 기재), 화학적 증착 방식(Chemical Vapor Deposition, 이하 CVD라 기재) 및 스프레이를 이용하여 도포하는 방식으로 구현될 수도 있다. 이 때, 집전체는 벌집 구조를 갖는 다공성 물질일 수 있다. 이 때, 집전체는 전기 도금 방식으로 제조된 벌집 구조를 갖는 다공성 물질일 수 있다.
그 다음, 도포된 흑연 입자와 하드 카본 입자를 압연한다(S930). 이 때, 압연은 재료를 회전하는 두 개의 롤 사이에 통과시켜 판, 봉, 관, 형재 등으로 가공하는 방식일 수 있다. 이 때, 전극은 압연의 정도에 따라 압착 밀도를 제어할 수 있다. 이로 인해, 전극의 충전 속도 및 수명을 제어할 수 있다.
한편, 도시되지는 않았지만, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전극의 제조 방법은 도포된 흑연 입자와 하드 카본 입자를 압연하기 전 건조하는 과정을 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 전극은 250℃ 이하의 온도에서 2시간 내지 72 시간 범위에서 건조될 수 있다. 이 때, 전극은 약한 진공 상태에서 건조될 수 있다.
한편, 도시되지는 않았지만, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전극의 제조 방법은 도포된 흑연 입자와 하드 카본 입자를 압연한 후, 압연된 흑연 입자와 하드 카본 입자 상부에 코팅층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 코팅층은 전도성, 비전도성 구분 없이, 전지 내 모든 반응에 무관하게 전해질과 반응하지 않는 물질은 모두 이용 가능할 수 있다. 이로 인해, 전극이 집전체 상에서 분리되어 전해질로 퍼지는 것을 방지하여 수명이 향상된 전극을 제공할 수 있다.
이상과 같은 본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 기존 설비를 그대로 사용하면서, 충전 속도, 용량 및 수명이 모두 향상된 전극을 제공할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.
100, 200, 300 : 전극
101, 201, 301 : 흑연 입자
102, 202, 302 : 하드 카본 입자
103, 203, 303 : 집전체
104, 204, 304 : 기공

Claims (18)

  1. 전극에 있어서,
    집전체 상에 복수의 기공을 갖도록 배치된 복수의 흑연 입자; 및
    상기 복수의 흑연 입자와 혼합되며, 상기 전극을 포함한 전지의 충전 속도 및 수명에 기초하여 결정된 중량 퍼센트를 가지는 복수의 하드 카본 입자;를 포함하며,
    상기 복수의 하드 카본의 중량 퍼센트는 20% 이상 35% 이하인 전극.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 하드 카본 입자의 크기는,
    4㎛ 이상 12㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 전극.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 흑연 입자와 상기 복수의 하드 카본 입자의 압착 밀도는,
    5 mg/㎠ 이상 12 mg/㎠ 이하인 것을 특징으로 하는 전극.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 흑연 입자 및 상기 복수의 하드 카본 입자와 함께 혼합되는 전이 금속;을 더 포함하고,
    상기 전이 금속의 중량 퍼센트는 0.5% 이상 1% 이하인 것을 특징으로 하는 전극.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 하드 카본 입자는,
    구형, 판상형 및 선형 중 적어도 어느 하나의 형상인 것을 특징으로 하는 전극.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 하드 카본 입자는,
    상기 복수의 흑연 입자 각각의 표면에 코팅된 상태로 배치되는 것을 특징으로 하는 전극.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 하드 카본 입자는,
    상기 복수의 흑연 입자 사이의 기공에 배치되는 것을 특징으로 하는 전극.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 흑연 입자와 상기 복수의 하드 카본 입자 상부에 배치되는 코팅층;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전극.
  9. 전지에 있어서,
    집전체;
    양극;
    전해질; 및
    음극;을 포함하고,
    상기 양극 및 음극 중 적어도 하나는,
    상기 집전체 상에 복수의 기공을 갖도록 배치된 복수의 흑연 입자; 및
    상기 복수의 흑연 입자와 혼합되며, 상기 전지의 충전 속도 및 수명에 기초하여 결정된 20% 이상 35% 이하의 중량 퍼센트를 가지는 복수의 하드 카본 입자;를 포함하는 전지.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 양극 및 음극 중 하나는,
    상기 집전체 상에 복수의 기공을 갖도록 배치된 복수의 흑연 입자; 및
    상기 복수의 흑연 입자와 혼합되며, 상기 전지의 충전 속도 및 수명에 기초하여 결정된 20% 이상 35% 이하의 중량 퍼센트를 가지는 복수의 하드 카본 입자;를 포함하고,
    다른 하나의 전극은, 층상 구조, 스피넬(spinel) 구조, 및 올리빈(olivine) 구조 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 전지.
  11. 전극의 제조 방법에 있어서,
    복수의 흑연 입자와 상기 전극을 포함하는 전지의 충전 속도 및 수명에 기초하여 결정된 20% 이상 35% 이하의 중량 퍼센트를 가지는 복수의 하드 카본 입자를 혼합하는 단계;
    상기 혼합된 흑연 입자와 하드 카본 입자를 집전체 위에 도포하는 단계; 및
    상기 도포된 흑연 입자와 하드 카본 입자를 압연하는 단계;를 포함하는 전극의 제조 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 혼합하는 단계는,
    볼 밀링, 어트리션 밀링, 스펙스 밀링, 임팩트 밀링 및 롤링 밀링 중 적어도 하나의 방식으로 구현되는 것을 특징으로 하는 전극의 제조 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 혼합하는 단계는,
    Ar 및 N2 중 적어도 하나의 분위기에서 수행되는 것을 특징으로 하는 전극의 제조 방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 혼합하는 단계는,
    물에 상기 복수의 흑연 입자와 상기 복수의 하드 카본 입자의 전구체를 혼합하여 건조한 후 소결하는 것을 특징으로 하는 전극의 제조 방법.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 복수의 하드 카본 입자의 크기는,
    4㎛ 이상 12㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 전극의 제조 방법.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 복수의 하드 카본 입자는,
    구형, 판상형 및 선형 중 적어도 어느 하나의 형상인 것을 특징으로 하는 전극의 제조 방법.
  17. 제11항에 있어서,
    상기 압연하는 단계는,
    상기 복수의 흑연 입자와 상기 복수의 하드 카본 입자의 압착 밀도가 5 mg/㎠ 이상 12 mg/㎠ 이하가 되도록 압연하는 것을 특징으로 하는 전극의 제조 방법.
  18. 제11항에 있어서,
    상기 복수의 흑연 입자와 상기 복수의 하드 카본 입자 상부에 코팅층을 형성하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전극의 제조 방법.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112713270A (zh) * 2020-11-19 2021-04-27 宁波杉杉新材料科技有限公司 一种快充石墨负极材料的制备方法
US11322735B2 (en) 2019-02-15 2022-05-03 Sk Innovation Co., Ltd. Lithium secondary battery
WO2024111828A1 (ko) * 2022-11-25 2024-05-30 주식회사 엘지에너지솔루션 다공성 탄소재의 제조방법

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3543302B1 (en) * 2018-03-22 2021-03-17 Coatex Composition for hard surface substrate marking
CN111204735B (zh) * 2020-01-16 2021-07-27 厦门稀土材料研究所 一种氟化碳材料的制备方法及其应用
KR20210155878A (ko) * 2020-06-17 2021-12-24 현대자동차주식회사 리튬공기전지의 양극재료 및 이를 이용한 양극 제조방법
KR20220071442A (ko) * 2020-11-24 2022-05-31 현대자동차주식회사 탄소계 물질 및 실리콘계 물질을 포함하는 전고체 전지용 음극 활물질 및 이의 제조방법

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20100040663A (ko) * 2008-10-10 2010-04-20 강원대학교산학협력단 리튬 이차 전지용 음극 활물질, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지
KR20100062083A (ko) * 2008-12-01 2010-06-10 삼성에스디아이 주식회사 음극활물질, 이를 구비하는 음극 및 리튬이차전지
KR20130015967A (ko) * 2011-08-05 2013-02-14 강원대학교산학협력단 리튬 이차 전지용 음극 활물질, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지
KR20140101640A (ko) * 2013-02-12 2014-08-20 (주)포스코켐텍 리튬 이차 전지용 음극 활물질 및 이의 제조 방법

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3055892B2 (ja) * 1998-10-07 2000-06-26 株式会社日立製作所 リチウム二次電池
US6391495B1 (en) * 1998-11-25 2002-05-21 Samsung Display Devices Co., Ltd. Negative active material for lithium secondary battery, method of preparing the same and lithium secondary battery comprising the same
US7948739B2 (en) * 2007-08-27 2011-05-24 Nanotek Instruments, Inc. Graphite-carbon composite electrode for supercapacitors
US8038977B2 (en) * 2008-02-06 2011-10-18 Chuo Denki Kogyo Co., Ltd. Carbon powder suitable as a negative electrode material for nonaqueous secondary batteries
WO2010041907A2 (en) * 2008-10-10 2010-04-15 Knu-Industry Cooperation Foundation Negative active material for rechargeable lithium battery, method of preparing the same, and rechargeable lithium battery comprising the same
US20140227522A1 (en) * 2011-09-09 2014-08-14 Sumitomo Bakelite Company Limited Carbon material for lithium ion secondary battery, negative electrode material for lithium ion secondary battery and lithium ion secondary battery
US9929287B2 (en) * 2012-06-01 2018-03-27 National University Of Singapore Synthesis of three-dimensional graphene foam: use as supercapacitors
US9362555B2 (en) * 2012-09-07 2016-06-07 Nanotek Instruments, Inc. Rechargeable lithium cell having a chemically bonded phthalocyanine compound cathode
CN104838526B (zh) * 2012-12-13 2017-08-18 昭和电工株式会社 锂离子二次电池用负极材料、锂离子二次电池用负极片和锂二次电池

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20100040663A (ko) * 2008-10-10 2010-04-20 강원대학교산학협력단 리튬 이차 전지용 음극 활물질, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지
KR20100062083A (ko) * 2008-12-01 2010-06-10 삼성에스디아이 주식회사 음극활물질, 이를 구비하는 음극 및 리튬이차전지
KR20130015967A (ko) * 2011-08-05 2013-02-14 강원대학교산학협력단 리튬 이차 전지용 음극 활물질, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지
KR20140101640A (ko) * 2013-02-12 2014-08-20 (주)포스코켐텍 리튬 이차 전지용 음극 활물질 및 이의 제조 방법

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11322735B2 (en) 2019-02-15 2022-05-03 Sk Innovation Co., Ltd. Lithium secondary battery
CN112713270A (zh) * 2020-11-19 2021-04-27 宁波杉杉新材料科技有限公司 一种快充石墨负极材料的制备方法
WO2024111828A1 (ko) * 2022-11-25 2024-05-30 주식회사 엘지에너지솔루션 다공성 탄소재의 제조방법

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