KR20170054052A - Positive electrode for lithium secondary battery, preparing method thereof, and lithium secondary battery comprising the same - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a positive electrode for a lithium secondary battery which includes a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material, and a polydopamine layer formed on the surface of the positive electrode active material layer; a preparing method thereof; and a lithium secondary battery comprising the positive electrode including the same. The positive electrode according to an embodiment of the present invention has remarkably improved impregnation properties of an electrolyte by having the polydopamine layer. By using the positive electrode, a lithium secondary battery with improved lifespan and rate controlling properties.

Description

리튬이차전지용 양극, 그 제조방법 및 이를 포함한 리튬이차전지{Positive electrode for lithium secondary battery, preparing method thereof, and lithium secondary battery comprising the same}[0001] The present invention relates to a positive electrode for a lithium secondary battery, a method of manufacturing the same, and a lithium secondary battery including the positive electrode,

리튬이차전지용 양극, 그 제조방법 및 이를 포함한 리튬이차전지에 관한 것이다.A positive electrode for a lithium secondary battery, a manufacturing method thereof, and a lithium secondary battery including the same.

리튬이차전지는 고전압 및 고에너지 밀도를 가짐에 의하여 다양한 용도에 사용된다. 예를 들어, 리튬이차전지가 전기자동차(HEV, PHEV) 등의 분야에 사용되는 경우 리튬이차전지는 고온에서 작동할 수 있고, 많은 양의 전기를 충전하거나 방전하여야 하고 장시간 사용되어야 하므로 방전용량 및 수명특성이 우수해야 한다. Lithium secondary batteries are used in a variety of applications due to their high voltage and high energy density. For example, when a lithium secondary battery is used in an electric vehicle (HEV, PHEV) or the like, a lithium secondary battery can operate at a high temperature, and a large amount of electricity must be charged or discharged and used for a long time. Life characteristics should be excellent.

리튬이차전지용 양극 활물질로는 리튬 코발트 산화물이 에너지 밀도가 매우 우수하여 양극 활물질로서 많이 이용된다. 그런데 이러한 리튬 코발트 산화물을 양극 활물질로 사용하는 경우 코발트(cobalt)의 자원 편재성과 희소성으로 인해 제조 비용 증가 및 안정적 공급의 어려움이 문제로 대두되고 있다. 이를 해결하고자 코발트를 대체할 물질을 개발하기 위하여 많은 노력을 기울이고 있다. As a cathode active material for a lithium secondary battery, lithium cobalt oxide has a very high energy density and is widely used as a cathode active material. However, when such a lithium cobalt oxide is used as a cathode active material, a problem of increased manufacturing cost and difficulty in stable supply due to the ubiquitous nature and scarcity of cobalt is emerging as a problem. To solve this problem, a lot of efforts have been made to develop a substitute for cobalt.

한 측면은 안정성이 향상된 리튬이차전지용 양극을 제공하는 것이다. 다른 측면은 상술한 리튬이차전지용 양극을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.One aspect is to provide a positive electrode for a lithium secondary battery having improved stability. Another aspect is to provide a method of manufacturing the above-described anode for a lithium secondary battery.

또 다른 측면은 상술한 양극을 채용하여 율속 성능 및 수명 특성이 향상된 리튬 이차전지를 제공하는 것이다.Another aspect of the present invention is to provide a lithium secondary battery in which the above-described anode is employed to improve the rate-limiting performance and the life characteristic.

한 측면에 따라,According to one aspect,

양극 활물질층과 상기 양극 활물질층 표면에 형성된 폴리도파민층을 함유하는 리튬이차전지용 양극이 제공된다.There is provided a positive electrode for a lithium secondary battery comprising a positive electrode active material layer and a polypopamine layer formed on the surface of the positive electrode active material layer.

다른 측면에 따라 양극 활물질을 포함하는 양극 활물질층을 상부에 도파민, 용매 및 완충용액을 함유하는 폴리도파민층 형성용 조성물을 코팅하고 이를 건조하여 양극 활물질층 상부에 폴리도파민층을 형성하는 단계를 포함하는 리튬이차전지용 양극의 제조방법이 제공된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method for forming a polypodamine layer on a cathode active material layer comprising a cathode active material, A method for manufacturing a positive electrode for a lithium secondary battery is provided.

또 다른 측면에 따라 상술한 양극을 포함한 리튬이차전지가 제공된다.According to another aspect, there is provided a lithium secondary battery including the above-described anode.

일구현예에 따른 양극은 폴리도파만층이 형성되어 전해액의 함침성이 매우 개선된다. 이러한 양극을 채용하면 율속 성능 및 수명 특성이 향상된 리튬이차전지를 제작할 수 있다..The anode according to an embodiment has a polypodamine layer, and the impregnability of the electrolyte is greatly improved. By adopting such an anode, it is possible to fabricate a lithium secondary battery with improved rate performance and lifetime characteristics.

도 1a은 예시적인 구현예에 따른 리튬 이차 전지의 모식도이다.
도 1b는 예시적인 양극의 제조방법에 대한 개념도이다.
도 2는 실시예 1에 따라 제조된 양극 표면에 대한 전자주사현미경 사진이다.
도 3 및 도 4는 각각 비교예 1 및 2에 따라 제조된 양극 표면에 대한 전자주사현미경 사진이다.
도 5는 실시예 2, 비교예 3 및 4에 따라 제조된 리튬이차전지에 있어서, 용량 유지율 변화를 나타낸 그래프이다.
1A is a schematic diagram of a lithium secondary battery according to an exemplary embodiment.
FIG. 1B is a conceptual view of a method of manufacturing an exemplary anode.
2 is a scanning electron micrograph of a cathode surface prepared according to Example 1. Fig.
FIGS. 3 and 4 are electron micrographs of the anode surface prepared according to Comparative Examples 1 and 2, respectively.
5 is a graph showing a change in capacity retention rate in a lithium secondary battery produced according to Example 2, Comparative Examples 3 and 4;

이하에서 예시적인 구현예들에 따른 양극 활물질과 이를 포함한 양극을 포함한 리튬이차전지에 관하여 더욱 상세히 설명한다.Hereinafter, a lithium secondary battery including a cathode active material and a cathode including the cathode active material according to exemplary embodiments will be described in more detail.

양극 활물질층과 상기 양극 활물질층 표면에 형성된 폴리도파민층을 함유하 는 리튬이차전지용 양극이 제공된다.There is provided a positive electrode for a lithium secondary battery comprising a positive electrode active material layer and a polypopamine layer formed on the surface of the positive electrode active material layer.

상기 폴리도파민층은 연속적인 코팅막 형태를 갖는다. 이와 같이 폴리도파민층이 연속적인 코팅막 형태를 갖게 됨에 따라 조립된 전지의 일방향에서 주입되는 전해액이 극판에 함침(Wetting) 되는 특성이 매우 개선될 수 있다. 이와 같이 전해액 함침 트성이 개선되면 화성 공정이 단축될 수 있고 리튬이차전지의 출력 특성이 향향상될 수 있다. The polydopamine layer has a continuous coating film morphology. As the polypodamine layer has a continuous coating film shape, the property of impregnating (wetting) the electrolyte injected in one direction of the assembled battery can be greatly improved. When the electrolyte impregnating property is improved as described above, the conversion process can be shortened and the output characteristics of the lithium secondary battery can be improved.

일구현예에 따른 리튬이차전지용 양극은 양극 활물질 자체를 표면 처리하는보다는 경우에 비하여 양극에서의 코팅층 형성으로 보다 안정적인 특성을 구현할 수 있고, 공정이 단순하여 양산성을 확보하기가 용이하다.The positive electrode for a lithium secondary battery according to an embodiment can realize more stable characteristics by forming a coating layer on the positive electrode than the surface treatment of the positive electrode active material itself, and it is easy to ensure mass productivity by simple process.

상기 폴리도파민층의 두께는 10 내지 200nm, 예를 들어 50 내지 150nm, 구체적으로 80 내지 120nm이다. 폴리도파민층의 두께가 상술한 범위일 때 폴리도파민층을 갖는 양극을 구비한 리튬이차전지의 안정성 및 용량유지율 특성이 우수하다.The thickness of the poly dopamine layer is 10 to 200 nm, for example, 50 to 150 nm, specifically 80 to 120 nm. When the thickness of the polypodamine layer is in the range described above, the lithium secondary battery having the anode having the polypodamine layer has excellent stability and capacity retention characteristics.

상기 폴리도파민층에서 폴리도파민의 함량은 양극 활물질 100 중량부를 기준으로 하여 0.1 내지 10 중량부, 예를 들어 0.5 내지 5 중량부, 구체적으로 1 내지 3 중량부이다. 폴리도파민의 함량이 상기 범위일 때 양극의 전해액 함침성이 매우 우수하다. The content of polypodamine in the polypodamine layer is 0.1 to 10 parts by weight, for example, 0.5 to 5 parts by weight, specifically 1 to 3 parts by weight, based on 100 parts by weight of the positive electrode active material. When the content of polypodamine is in the above range, the positive electrode has excellent electrolyte impregnability.

상기 양극 활물질로는 하기 화학식 1 내지 6으로 표시되는 화합물 중에서 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다.As the cathode active material, at least one selected from the compounds represented by the following formulas (1) to (6) may be used.

[화학식 1][Chemical Formula 1]

LiaNixCoyMnzMcO2 - eAe Li a Ni x Co y Mn z M c O 2 - e A e

상기 화학식 1 중, 1.0<a≤1.4, 0<x<1, 0≤y<1, 0<z<1, 0≤c<1, 0<x+y+z+c<1, 0≤e<1이고, M은 바나듐(V), 마그네슘(Mg), 갈륨(Ga), 실리콘(Si), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 철(Fe), 크롬(Cr), 구리(Cu), 아연(Zn), 티타늄(Ti), 알루미늄(Al) 및 보론(B)으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상이고,0 <x <1, 0 <x <1, 0 <x <1, 0 <x + y + z + M is at least one element selected from the group consisting of vanadium V, magnesium Mg, gallium Ga, silicon Si, tungsten W, molybdenum Mo, iron Fe, chromium Cr, , Zinc (Zn), titanium (Ti), aluminum (Al) and boron (B)

A는 F, S, Cl, Br 또는 이들의 조합의 음이온 원소이고,A is an anion element of F, S, Cl, Br or a combination thereof,

[화학식 2](2)

Li[Co1 - xMx]O2- aAa Li [Co 1 - x M x ] O 2 - a a a

상기 화학식 2 중 0≤a≤0.1, 0≤x≤0.1, M 은 Mg, Al, Ni, Mn, Zn, Fe, Cr, Ga, Mo 및 W으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상의 금속이고,Wherein M is at least one metal selected from the group consisting of Mg, Al, Ni, Mn, Zn, Fe, Cr, Ga, Mo, and W,

A는 F, S, Cl, Br 또는 이들의 조합의 음이온 원소이고,A is an anion element of F, S, Cl, Br or a combination thereof,

[화학식 3](3)

Li1 +a[Ni1 - xMx]O2- bAb Li 1 + a [Ni 1 - x M x] O 2- b A b

상기 화학식 3 중, 0.01≤a≤0.2, 0≤b≤0.1, 0.01≤x≤0.5, M 은 Mg, Al, Co, Mn, Zn, Fe, Cr, Ga, Mo, W으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상의 금속이고,Wherein M is at least one selected from the group consisting of Mg, Al, Co, Mn, Zn, Fe, Cr, Ga, Mo and W; At least one metal,

A는 F, S, Cl, Br 또는 이들의 조합의 음이온 원소이고,A is an anion element of F, S, Cl, Br or a combination thereof,

[화학식 4][Chemical Formula 4]

Li1 +a[Mn2 - xMx]O4- bAb Li 1 + a [Mn 2 - x M x] O 4- b A b

상기 화학식 4 중 0.01≤a≤0.15, 0≤b≤0.1, 0≤x≤0.1, M은 Co, Ni, Cr, Mg, Al, Zn, Mo 및 W로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상이고Wherein M is at least one selected from the group consisting of Co, Ni, Cr, Mg, Al, Zn, Mo and W

[화학식 5][Chemical Formula 5]

LiMxFe1 - xPO4 LiM x Fe 1 - x PO 4

상기 화학식 5 중, M은 Co, Ni 및 Mn으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상의 금속이고, 0≤x≤1이다.In Formula 5, M is at least one metal selected from the group consisting of Co, Ni and Mn, and 0? X? 1.

[화학식 6][Chemical Formula 6]

Li1 +a[Ni0 .5Mn1 .5- xMx]O4- bAb Li 1 + a [Ni 0 .5 Mn 1 .5- x M x] O 4- b A b

상기 화학식 6 중, 0.01≤a≤0.15, 0≤b≤0.1, 0≤x≤0.1, M은 Co, Ni, Cr, Mg, Al, Zn, Mo, W로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나 이상의 금속이다.Wherein M is at least one metal selected from the group consisting of Co, Ni, Cr, Mg, Al, Zn, Mo, and W; .

상기 양극 활물질은 예를 들어 하기 화학식 7로 표시되는 화합물을 들 수 The cathode active material includes, for example, a compound represented by the following general formula (7)

있다.have.

[화학식 7](7)

LiNixCoyMn1 -x- yO2 LiNi x Co y Mn 1 -x- y O 2

상기 화학식 7 중, 0.5≤x≤1.0, 0.0≤y≤0.5.In the above formula (7), 0.5? X? 1.0, 0.0? Y? 0.5.

상기 화학식 7에서 x는 예를 들어 0.5 내지 0.8이고, y는 0.1 내지 0.35, 예를 들어 0.1 내지 0.35이다.In the above formula (7), x is, for example, 0.5 to 0.8, and y is 0.1 to 0.35, for example, 0.1 to 0.35.

상기 화학식 7의 화합물은 니켈 함량이 50몰% 이상으로 높아 이를 이용하면 에너지 밀도가 높은 양극을 제조할 수 있다. 그런데 이러한 양극을 이용하면 전해액 함침성이 감소되어 출력 특성이 저하될 수 있다. 그러나 일구현예에 따라 폴리도파민층이 표면코팅된 양극을 채용하면 에너지 밀도가 높으면서 출력 특성이 확보되어 셀 성능이 개선된 리튬이차전지를 제조할 수 있다.The compound of formula (7) has a nickel content of at least 50 mol%, which makes it possible to produce a positive electrode having a high energy density. However, if such an anode is used, the electrolyte impregnability may be reduced and the output characteristics may be deteriorated. However, according to one embodiment, if a cathode having a surface coated with a polydodamine layer is employed, a lithium secondary battery having improved energy performance and improved output performance can be produced.

상기 양극 활물질은 예를 들어 LiNi0 .5Co0 .2Mn0 .3O2, LiNi0 .6Co0 .3Mn0 .2O2, LiNi0.7Co0.15Mn0.15O2, 또는 LiNi0 .8Co0 .1Mn0 .1O2이다.The positive electrode active material, for example, LiNi 0 .5 Co 0 .2 Mn 0 .3 O 2, LiNi 0 .6 Co 0 .3 Mn 0 .2 O 2, LiNi 0.7 Co 0.15 Mn 0.15 O 2, or LiNi 0. 8 is a Co 0 .1 Mn 0 .1 O 2 .

상기 폴리도파민층의 접촉각은 10 내지 30°, 예를 들어 15 내지 25°이다. 여기에서 접촉각은 전지에 사용되는 전해액을 떨어뜨린 경우 양극 표면에서의 접촉각을 말한다.The contact angle of the polydopamine layer is 10 to 30 degrees, for example 15 to 25 degrees. Here, the contact angle refers to the contact angle at the anode surface when the electrolyte used in the battery is dropped.

일반적인 양극을 채용한 경우 양극 표면에서 전해액 함침성이 충분치 않아 화성공정이 반드시 필요하고 출력 특성이 만족할 수준에 도달하지 못하여 이에 대한 개선의 여지가 많다.In the case of employing a general anode, the electrolyte impregnation property is not sufficient on the surface of the anode, and the conversion process is required, and the output characteristics can not be satisfied.

이에 본 발명자들은 양극 표면에 폴리도파민층을 형성하여 양극 표면에서 전해액 함침성을 개선한 것이다. 폴리도파민층이 연속적인 코팅막 형태를 가질 때 조립된 전지의 일방향에서 주입되는 전해액의 함침성이 더 향상될 수 있다.Accordingly, the present inventors have improved the impregnability of the electrolyte solution on the anode surface by forming a polypodamine layer on the anode surface. When the polypodamine layer has a continuous coating film form, the impregnation property of the electrolyte injected in one direction of the assembled battery can be further improved.

이하, 일구현예에 따라 폴리도파민층이 형성된 양극의 제조방법을 살펴 보기로 한다.Hereinafter, a method of manufacturing a positive electrode having a polypodamine layer according to an embodiment will be described.

먼저 양극 활물질을 함유한 양극 활물질층의 갖는 상부에 도파민, 용매 및 완충용액을 함유하는 폴리도파민층 형성용 조성물을 코팅하고 이를 건조하여 양극 활물질층 상부에 폴리도파민층을 형성하는 단계를 거쳐서 목적하는 양극을 제조할 수 있다.First, a composition for forming a polypodamine layer containing dopamine, a solvent and a buffer solution is coated on the upper part of the positive electrode active material layer containing the positive electrode active material and dried to form a polypopamine layer on the positive electrode active material layer. An anode can be produced.

도파민은 pH가 약 8 내지 8.8, 예를 들어 약 8.5인 범위에서 자가 중합 반응을 통하여 폴리도파민이 된다. Dopamine is a polydodamine through autopolymerization in the pH range of about 8 to 8.8, for example about 8.5.

상기 폴리도파민층 형성용 조성물의 pH는 8.0 내지 8.8, 예를 들어 약 8.5이다.The pH of the composition for forming a polydodamine layer is from 8.0 to 8.8, for example, about 8.5.

완충용액은 pH가 약 8 내지 8.8인 용액으로서 예를 들어 Tris-HCl와 물을 함유한 완충용액(HCl과 H2O의 부피비는 3:1), 트리스 보레이트 에틸렌디아민 테트라아세트산(Tris borate ethylene diamine tetra-acetic acid: TBE), 트리스 완충 식염수(Tris-buffered saline: TBS), 인산 완충 식염수(phosphate-buffered saline: PBS)을 사용할 수 있다. The buffer solution is a solution having a pH of about 8 to 8.8, for example, a buffer solution containing Tris-HCl and water (volume ratio of HCl and H 2 O is 3: 1), tris borate ethylene diamine tetra-acetic acid (TBE), Tris-buffered saline (TBS) and phosphate-buffered saline (PBS).

상기 용매로는 조성물의 pH에 영향을 주지 않는 물질로서 예를 들어 알코올계 화합물을 사용한다. 알코올계 화합물의 예로는 에탄올, 메탄올, 부탄올, 이소프로판올 등이 있다. 용매의 함량은 예를 들어 도파민 100 중량부를 기준으로 하여 100 내지 3000 중량부 범위이다.As the solvent, for example, an alcohol compound is used as a substance which does not affect the pH of the composition. Examples of the alcohol compound include ethanol, methanol, butanol, and isopropanol. The content of the solvent is, for example, in the range of 100 to 3000 parts by weight based on 100 parts by weight of dopamine.

상기 건조는 예를 들어 20 내지 25℃ 범위에서 실시된다.The drying is carried out, for example, in the range of 20 to 25 占 폚.

상기 코팅은 디핑법, 스프레이 코팅법, 바 코팅법, 다이 캐스팅, 콤마 코팅, The coating may be applied by dipping, spray coating, bar coating, die casting, comma coating,

스크린 프린팅 등을 들 수 있다. 또한 별도의 기재상에 성현한 후 프레싱 또는 라미네이션 방법에 의하여 양극과 접합시키는 것도 가능하다. 일구현예에 따른 코팅은 스프레이 코팅법을 말한다.Screen printing, and the like. It is also possible to bond the anode to the anode by a pressing or laminating method after forming on a separate substrate. The coating according to one embodiment refers to a spray coating method.

상기 폴리도파민층이 표면코팅된 양극을 채용하면 출력 특성 및 수명 특성을 개선할 수 있다.The use of the anode having the surface-coated polydopamine layer can improve the output characteristics and the life characteristics.

상기 양극 활물질을 포함하는 양극 활물질층을 갖는 양극은 하기 과정에 따라 제조될 수 있다.The positive electrode having the positive electrode active material layer containing the positive electrode active material may be produced according to the following procedure.

양극 활물질, 결합제 및 용매가 혼합된 양극 활물질 조성물이 준비된다. A cathode active material composition in which a cathode active material, a binder and a solvent are mixed is prepared.

양극 활물질 조성물에는 도전제가 더 부가될 수 있다. A conductive agent may further be added to the cathode active material composition.

상기 양극 활물질 조성물이 집전체상에 직접 코팅 및 건조되어 양극판이 제조된다. 다르게는, 상기 양극활물질 조성물이 별도의 지지체상에 캐스팅된 다음, 상기 지지체로부터 박리된 필름이 금속 집전체상에 라미네이션되어 양극판이 제조될 수 있다.The positive electrode active material composition is directly coated on a current collector and dried to produce a positive electrode plate. Alternatively, the cathode active material composition may be cast on a separate support, and then the film peeled from the support may be laminated on the metal current collector to produce a cathode plate.

양극 활물질 조성물에서 도전제, 결합제 및 용매는 상기 음극 활물질 조성물의 경우와 동일한 것을 사용할 수 있다. 한편, 상기 양극 활물질 조성물 및/또는 음극 활물질 조성물에 가소제를 더 부가하여 전극판 내부에 기공을 형성하는 것도 가능하다.As the conductive agent, binder and solvent in the positive electrode active material composition, the same materials as those for the negative electrode active material composition may be used. It is also possible to add a plasticizer to the cathode active material composition and / or the anode active material composition to form pores inside the electrode plate.

상기 도전제로는 카본 블랙, 흑연 미립자 천연 흑연, 인조 흑연, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 탄소섬유; 카본나노튜브, 구리, 니켈, 알루미늄, 은 등의 금속 분말 또는 금속 섬유 또는 금속 튜브; 폴리페닐렌 유도체와 같은 전도성 고분자 등이 사용될 수 있으나 이들로 한정되지 않으며 당해 기술 분야에서 도전제로 사용될 수 있는 것이라면 모두 가능하다.Examples of the conductive agent include carbon black, graphite fine particle natural graphite, artificial graphite, acetylene black, Ketjen black, carbon fiber; Metal powders or metal fibers or metal tubes such as carbon nanotubes, copper, nickel, aluminum, and silver; Conductive polymers such as polyphenylene derivatives, and the like can be used, but the present invention is not limited thereto, and any conductive polymer may be used as the conductive polymer in the art.

상기 결합제로는 비닐리덴 플루오라이드/헥사플루오로프로필렌 코폴리머, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리이미드, 폴리에틸렌, 폴리에스테르, 폴리아크릴로니트릴, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 카르복시메틸 셀룰로오즈-스티렌 부타디엔 러버(carboxymethyl cellulose-styrene-butadiene rubber: CMC/SBR) 공중합체, 스티렌 부타디엔 고무계 폴리머 또는 그 혼합물이 사용될 수 있다. Examples of the binder include vinylidene fluoride / hexafluoropropylene copolymer, polyvinylidene fluoride, polyimide, polyethylene, polyester, polyacrylonitrile, polymethylmethacrylate, polytetrafluoroethylene (PTFE) Carboxymethyl cellulose-styrene-butadiene rubber (CMC / SBR) copolymer, styrene-butadiene rubber-based polymer, or a mixture thereof.

상기 용매로는 N-메틸피롤리돈, 아세톤 또는 물 등이 사용될 수 있으나, 이As the solvent, N-methylpyrrolidone, acetone or water may be used.

들로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 사용될 수 있는 것이라면 모두 다 사용가능하다.But not limited to, all of those which can be used in the technical field.

상기 양극 활물질로는 상술한 화학식 1 내지 6으로 표시되는 화합물 중에서 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다. As the cathode active material, at least one selected from the compounds represented by the formulas (1) to (6) may be used.

상기 양극 활물질, 도전제, 결합제 및 용매의 함량은 리튬 전지에서 통상적으로 사용하는 수준이다. 리튬 전지의 용도 및 구성에 따라 상기 도전제, 결합제 및 용매 중 하나 이상이 생략될 수 있다.The content of the cathode active material, the conductive agent, the binder, and the solvent is a level commonly used in a lithium battery. At least one of the conductive agent, the binder and the solvent may be omitted depending on the use and configuration of the lithium battery.

음극은 상술한 양극 제조과정에서 양극 활물질 대신 음극 활물질을 사용한 것을 제외하고는, 거의 동일한 방법에 따라 실시하여 얻을 수 있다. The negative electrode can be obtained by substantially the same method except that the negative electrode active material is used in place of the positive electrode active material in the positive electrode manufacturing process described above.

음극 활물질로는 탄소계 재료, 실리콘, 실리콘 산화물, 실리콘계 합금, 실리콘-탄소계 재료 복합체, 주석, 주석계 합금, 주석-탄소 복합체, 금속 산화물 또는 그 조합을 사용한다.As the negative electrode active material, a carbon-based material, silicon, a silicon oxide, a silicon-based alloy, a silicon-carbon-based material composite, a tin, a tin alloy, a tin-carbon composite or a metal oxide or a combination thereof is used.

상기 탄소계 재료는 결정질 탄소, 비정질 탄소 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 상기 결정질 탄소는 무정형, 판상, 인편상(flake), 구형 또는 섬유형의 천연 흑연 또는 인조 흑연과 같은 흑연일 수 있으며, 상기 비정질 탄소는 소프트 카본(soft carbon: 저온 소성 탄소) 또는 하드 카본(hard carbon), 메조페이스 피치(mesophase pitch) 탄화물, 소성된 코크스, 그래핀, 카본블랙, 플러렌 수트(fullerene soot), 카본나노튜브, 및 탄소섬유로 등일 수 있으나 반드시 이들로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 사용될 수 있는 것이라면 모두 가능하다.The carbon-based material may be crystalline carbon, amorphous carbon or a mixture thereof. The crystalline carbon may be graphite such as natural graphite or artificial graphite in the form of amorphous, plate-like, flake, spherical or fibrous type, and the amorphous carbon may be soft carbon or hard carbon carbon fiber, carbon fiber, mesophase pitch carbide, fired cokes, graphene, carbon black, fullerene soot, carbon nanotubes, and carbon fiber, and the like, Anything that can be used is possible.

상기 음극 활물질은 Si, SiOx(0 <x <2, 예를 들어 0.5 내지 1.5), Sn, SnO2, 또는 실리콘 함유 금속 합금 및 이들이 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것을 사용할 수 있다. 상기 실리콘 합금을 형성할 수 있는 금속으로는 Al, Sn, Ag, Fe, Bi, Mg, Zn, in, Ge, Pb 및 Ti 중에서 하나 이상 선택하여 사용할 수 있다.The negative electrode active material may be selected from the group consisting of Si, SiOx (0 <x <2, for example, 0.5 to 1.5), Sn, SnO 2 or a silicon-containing metal alloy and mixtures thereof. At least one of Al, Sn, Ag, Fe, Bi, Mg, Zn, In, Ge, Pb and Ti may be used as the metal for forming the silicon alloy.

상기 음극 활물질은 리튬과 합금 가능한 금속/준금속, 이들의 합금 또는 이의 산화물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 리튬과 합금 가능한 금속/준금속은 Si, Sn, Al, Ge, Pb, Bi, SbSi-Y 합금(상기 Y는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 13족 원소, 14족 원소, 전이금속, 희토류 원소 또는 이들의 조합 원소이며, Si는 아님), Sn-Y 합금(상기 Y는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 13족 원소, 14족 원소, 전이금속, 희토류 원소 또는 이들의 조합 원소이며, Sn은 아님), MnOx (0 < x ≤ 2) 등일 수 있다. 상기 원소 Y로는 Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Sc, Y, Ti, Zr, Hf, Rf, V, Nb, Ta, Db, Cr, Mo, W, Sg, Tc, Re, Bh, Fe, Pb, Ru, Os, Hs, Rh, Ir, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, B, Al, Ga, Sn, In, Ti, Ge, P, As, Sb, Bi, S, Se, Te, Po, 또는 이들의 조합일 수 있다. 예를 들어, 상기 리튬과 합금가능한 금속/준금속의 산화물은 리튬 티탄 산화물, 바나듐 산화물, 리튬 바나듐 산화물, SnO2, SiOx(0<x<2) 등일 수 있다.The negative electrode active material may include a metal / metalloid alloy that is alloyable with lithium, an alloy thereof, or an oxide thereof. For example, the metal / metalloid capable of alloying with lithium may be at least one selected from the group consisting of Si, Sn, Al, Ge, Pb, Bi, SbSi-Y alloy (Y is an alkali metal, an alkaline earth metal, a Group 13 element, , A rare earth element or a combination element thereof and not Si), an Sn-Y alloy (Y is an alkali metal, an alkaline earth metal, a Group 13 element, a Group 14 element, a transition metal, a rare earth element, , MnOx (0 < x? 2), and the like. The element Y may be at least one element selected from the group consisting of Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Sc, Y, Ti, Zr, Hf, Rf, V, Nb, Ta, Db, Cr, Mo, W, Sg, Pb, Ru, Os, Hs, Rh, Ir, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, B, Al, Ga, Sn, In, Ti, Ge, P, As, Sb, Se, Te, Po, or a combination thereof. For example, the oxide of the metal / metalloid capable of alloying with lithium may be lithium titanium oxide, vanadium oxide, lithium vanadium oxide, SnO 2 , SiO x (0 <x <2) and the like.

예를 들어, 상기 음극 활물질은 원소 주기율표의 13족 원소, 14족 원소 및 15족 원소로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 원소를 포함할 수 있다.For example, the negative electrode active material may include one or more elements selected from the group consisting of Group 13 elements, Group 14 elements, and Group 15 elements of the Periodic Table of the Elements.

예를 들어, 상기 음극 활물질은 Si, Ge 및 Sn으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 원소를 포함할 수 있다. For example, the negative electrode active material may include at least one element selected from the group consisting of Si, Ge, and Sn.

상기, 음극 활물질, 도전제, 결합제 및 용매의 함량은 리튬 전지에서 통상적으로 사용되는 수준이다. The content of the negative electrode active material, the conductive agent, the binder and the solvent is a level commonly used in a lithium battery.

상기 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 양극 집전체는, 표면에 미세한 요철을 형성하여 양극 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다. 구체적으로, 양극 집전체는, 알루미늄을 포함하는 금속 집전체일 수 있고, 음극 집전체는, 구리를 포함하는 금속 집전체일 수 있다. 상기 집전체는 금속 호일일 수 있고, 알루미늄(Al) 호일 또는 구리(Cu) 호일일 수 있다.The current collector is not particularly limited as long as it has high conductivity without causing a chemical change in the battery. For example, the current collector may be made of 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. The positive electrode current collector may be formed into various shapes such as a film, a sheet, a foil, a net, a porous body, a foam, a nonwoven fabric, or the like by forming fine irregularities on the surface to enhance the bonding force of the positive electrode active material. Specifically, the cathode current collector may be a metal current collector including aluminum, and the anode current collector may be a metal current collector including copper. The current collector may be a metal foil, or may be aluminum (Al) foil or copper (Cu) foil.

세퍼레이터는 양극과 음극 사이에 개재되며, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용된다. The separator is interposed between the positive electrode and the negative electrode, and an insulating thin film having high ion permeability and mechanical strength is used.

세퍼레이터의 기공 직경은 일반적으로 0.01 ~ 10 ㎛이고, 두께는 일반적으로 5 ~ 20㎛이다. 이러한 세퍼레이터로는, 예를 들어, 폴리프로필렌 등의 올레핀계 고분자; 유리섬유 또는 폴리에틸렌 등으로 만들어진 시트나 부직포 등이 사용된다. 전해질로서 고체 고분자 전해질이 사용되는 경우에는 고체 고분자 전해질이 세퍼레이터를 겸할 수도 있다.The pore diameter of the separator is generally 0.01 to 10 mu m and the thickness is generally 5 to 20 mu m. As such a separator, for example, an olefin-based polymer such as polypropylene; A sheet or nonwoven fabric made of glass fiber, polyethylene or the like is used. When a solid polymer electrolyte is used as the electrolyte, the solid polymer electrolyte may also serve as a separator.

상기 세퍼레이터 중에서 올레핀계 고분자의 구체적인 예로는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드 또는 이들의 2층 이상의 다층막이 사용될 수 있으며, 폴리에틸렌/폴리프로필렌 2층 세퍼레이터, 폴리에틸렌/폴리프로필렌/폴리에틸렌 3층 세퍼레이터, 폴리프로필렌/폴리에틸렌/폴리프로필렌 3층 세퍼레이터 등과 같은 혼합 다층막이 사용될 수 있다.Among the separators, specific examples of the olefin-based polymer include polyethylene, polypropylene, polyvinylidene fluoride, or a multilayer film of two or more thereof. The separator may be a polyethylene / polypropylene double layer separator, a polyethylene / polypropylene / polyethylene triple layer separator, A multi-layered film such as a polypropylene / polyethylene / polypropylene three-layer separator or the like may be used.

상기 리튬염 함유 비수 전해질은 비수 전해질과 리튬염으로 이루어져 있다. The lithium salt-containing nonaqueous electrolyte is composed of a nonaqueous electrolyte and a lithium salt.

비수계 전해질로는 비수 전해액, 유기 고체 전해질, 또는 무기 고체 전해질 사용된다.As the non-aqueous electrolyte, a non-aqueous electrolyte, an organic solid electrolyte, or an inorganic solid electrolyte is used.

상기 비수 전해액은 유기유매를 포함한다. 이러한 유기용매는 당해 기술분야에서 유기 용매로 사용될 수 있는 것이라면 모두 사용될 수 있다. 예를 들어, 프로필렌카보네이트, 에틸렌카보네이트, 플루오로에틸렌카보네이트, 부틸렌카보네이트, 디메틸카보네이트, 디에틸카보네이트, 메틸에틸카보네이트, 메틸프로필카보네이트, 에틸프로필카보네이트, 메틸이소프로필카보네이트, 디프로필카보네이트, 디부틸카보네이트, 플루오로에틸렌카보네이트, 벤조니트릴, 아세토니트릴, 테트라히드로퓨란, 2-메틸테트라히드로퓨란, γ-부티로락톤, 디옥소란, 4-메틸디옥소란, N,N-디메틸포름아미드, N,N-디메틸아세트아미드, N,N-디메틸설폭사이드, 디옥산, 1,2-디메톡시에탄, 설포란, 디클로로에탄, 클로로벤젠, 니트로벤젠, 디에틸렌글리콜, 디메틸에테르 또는 이들의 혼합물 등이다.The nonaqueous electrolytic solution includes an organic oil. These organic solvents may be used as long as they can be used as organic solvents in the art. Examples of the solvent include propylene carbonate, ethylene carbonate, fluoroethylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, methyl propyl carbonate, ethyl propyl carbonate, methyl isopropyl carbonate, dipropyl carbonate, dibutyl carbonate N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylformamide, tetrahydrofuran, tetrahydrofuran, Dimethylacetamide, N, N-dimethylsulfoxide, dioxane, 1,2-dimethoxyethane, sulfolane, dichloroethane, chlorobenzene, nitrobenzene, diethylene glycol, dimethyl ether or mixtures thereof.

상기 유기 고체 전해질로는, 예를 들어, 폴리에틸렌 유도체, 폴리에틸렌 옥사이드 유도체, 폴리프로필렌 옥사이드 유도체, 인산 에스테르 고분자, 폴리 에지테이션 리신, 폴리에스테르 술파이드, 폴리비닐 알코올, 폴리 불화 비닐리덴, 이온성 해리기를 포함하는 중합체 등이 사용될 수 있다.Examples of the organic solid electrolyte include a polyethylene derivative, a polyethylene oxide derivative, a polypropylene oxide derivative, a phosphate ester polymer, a polyelectrolytic lysine, a polyester sulfide, a polyvinyl alcohol, a polyvinylidene chloride, And the like can be used.

상기 무기 고체 전해질로는, 예를 들어, Li3N, LiI, Li5NI2, Li3N-LiI-LiOH, Li2SiS3, Li4SiO4, Li4SiO4-LiI-LiOH, Li3PO4-Li2S-SiS2 등의 Li의 질화물, 할로겐화물, 황산염 등이 사용될 수 있다.Examples of the inorganic solid electrolyte include Li 3 N, LiI, Li 5 NI 2 , Li 3 N-LiI-LiOH, Li 2 SiS 3 , Li 4 SiO 4 , Li 4 SiO 4 -LiI- 3 PO 4 -Li 2 S-SiS 2, and the like can be used.

상기 리튬염은 상기 비수계 전해질에 용해되기 좋은 물질로서, 예를 들어, The lithium salt is a substance which can be dissolved in the non-aqueous electrolyte, for example,

LiPF6, LiBF4, LiSbF6, LiAsF6, LiClO4, LiCF3SO3, Li(CF3SO2)2N, Li(FSO2)2N, LiC4F9SO3, LiAlO2, LiAlCl4, LiN(CxF2x +1SO2)(CyF2y +1SO2)(단 x,y는 자연수), LiCl, LiI 또는 이들의 혼합물 등이 있다. 그리고 비수계 전해질에는 충방전 특성, 난연성 등의 개선을 목적으로, 예를 들어, 피리딘, 트리에틸포스파이트, 트리에탄올아민, 환상 에테르, 에틸렌 디아민, n-글라임(glyme), 헥사메틸포스포아미드(hexamethyl phosphoramide), 니트로벤젠유도체, 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 있다. LiPF 6, LiBF 4, LiSbF 6 , LiAsF 6, LiClO 4, LiCF 3 SO 3, Li (CF 3 SO 2) 2 N, Li (FSO 2) 2 N, LiC 4 F 9 SO 3, LiAlO 2, LiAlCl 4 , LiN (C x F 2x + 1 SO 2 ) (C y F 2y + 1 SO 2 ) (where x and y are natural numbers), LiCl, LiI or mixtures thereof. For the purpose of improving the charge-discharge characteristics and the flame retardancy, non-aqueous electrolytes include, for example, pyridine, triethylphosphite, triethanolamine, cyclic ether, ethylenediamine, glyme, hexamethylphosphoamide hexamethyl phosphoramide, nitrobenzene derivatives, sulfur, quinone imine dyes, N-substituted oxazolidinones, N, N-substituted imidazolidines, ethylene glycol dialkyl ethers, ammonium salts, pyrroles, 2-methoxyethanol, Etc. may be added. In some cases, a halogen-containing solvent such as carbon tetrachloride or ethylene trifluoride may be further added to impart nonflammability.

도 1a에서 보여지는 바와 같이, 상기 리튬 전지(11)는 양극(13), 음극(12) 및 세퍼레이터(14)를 포함한다. 상술한 양극(13), 음극(12) 및 세퍼레이터(14)가 와인딩되거나 접혀서 전지케이스(15)에 수용된다. 이어서, 상기 전지케이스(15)에 유기전해액이 주입되고 캡(cap) 어셈블리(16)로 밀봉되어 리튬이차전지(11)가 완성된다. 상기 전지케이스는 원통형, 각형, 박막형 등일 수 있다. 예를 들어, 상기 리튬 전지는 박막형 전지일 수 있다. 상기 리튬 전지는 리튬 이온 전지일 수 있다.As shown in FIG. 1A, the lithium battery 11 includes an anode 13, a cathode 12, and a separator 14. The positive electrode 13, the negative electrode 12 and the separator 14 described above are wound or folded and accommodated in the battery case 15. Then, an organic electrolytic solution is injected into the battery case 15 and the cap assembly 16 is sealed to complete the lithium secondary battery 11. The battery case may have a cylindrical shape, a rectangular shape, a thin film shape, or the like. For example, the lithium battery may be a thin film battery. The lithium battery may be a lithium ion battery.

상기 양극 및 음극 사이에 세퍼레이터가 배치되어 전지 구조체가 형성될 수 있다. 상기 전지구조체가 바이셀 구조로 적층된 다음, 유기 전해액에 함침되고, 얻어진 결과물이 파우치에 수용되어 밀봉되면 리튬 이온 폴리머 전지가 완성된다.A separator may be disposed between the anode and the cathode to form a battery structure. The cell structure is laminated in a bi-cell structure, then impregnated with an organic electrolyte solution, and the obtained result is received in a pouch and sealed to complete a lithium ion polymer battery.

또한, 상기 전지구조체는 복수개 적층되어 전지팩을 형성하고, 이러한 전지팩이 고용량 및 고출력이 요구되는 모든 기기에 사용될 수 있다. 예를 들어, 노트북, 스마트폰, 전기차량 등에 사용될 수 있다.In addition, a plurality of battery assemblies may be stacked to form a battery pack, and such battery pack may be used for all devices requiring high capacity and high output. For example, a notebook, a smart phone, an electric vehicle, and the like.

본 발명에 따른 리튬 이차전지는 소형 디바이스의 전원으로 사용되는 전지셀에 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 다수의 전지셀들을 포함하는 중대형 전지모듈에 단위전지로도 바람직하게 사용될 수 있다.The lithium secondary battery according to the present invention can be used not only in a battery cell used as a power source of a small device but also as a unit cell in a middle- or large-sized battery module including a plurality of battery cells.

또한, 본 발명은 상기 전지모듈을 중대형 디바이스의 전원으로 포함하는 전지팩을 제공하고, 상기 중대형 디바이스는 전기자동차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기자동차(Hybrid Electric Vehicle, HEV), 플러그-인 이브리드 전기자동차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV) 등을 포함하는 전기차 및 전력 저장장치 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.Also, the present invention provides a battery pack including the battery module as a power source of a middle- or large-sized device, wherein the middle- or large-sized device includes an electric vehicle (EV), a hybrid electric vehicle (HEV) An electric vehicle including a plug-in hybrid electric vehicle (PHEV), and a power storage device, but the present invention is not limited thereto.

이하의 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명이 더욱 상세하게 설명된다. 단, 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로서 이들만으로 본 발명의 범위가 한정되는 것이 아니다.The present invention will be described in more detail by way of the following examples and comparative examples. However, the examples are for illustrating the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereto.

실시예Example 1: 양극의 제조 1: Preparation of positive electrode

양극 활물질(LiNi0 .5Co0 .2Mn0 .3O2), 폴리비닐리덴플로라이드 및 도전제인 카본블랙의 혼합물을 혼합하여 양극 활물질층 형성용 슬러리를 제조 하였다. 상기 슬러리에는 용매인 N-메틸피롤리돈을 부가하였고, 양극 활물질, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 카본블랙의 혼합비는 94:3:3 중량비였다.The positive electrode active material (LiNi 0 .5 Co 0 .2 Mn 0 .3 O 2), a mixture of polyvinylidene fluoride and a conductive agent of carbon black mixture to prepare a slurry for forming a positive electrode active material layer. N-methyl pyrrolidone as a solvent was added to the slurry, and the mixing ratio of the cathode active material, polyvinylidene fluoride, and carbon black was 94: 3: 3 by weight.

상기 과정에 따라 제조된 슬러리를 닥터 블래이드를 사용하여 알루미늄 박상에 코팅하여 얇은 극판 형태로 만든 후, 이를 135℃에서 3시간 이상 건조시킨 후, 압연과 진공 건조 과정을 거쳐 양극을 제작하였다.The slurry thus prepared was coated on an aluminum foil using a doctor blade to form a thin electrode plate, which was then dried at 135 ° C for 3 hours or more, followed by rolling and vacuum drying to prepare a cathode.

도파민 0.1g당 pH 8.5의 완충용액 50ml의 비율로 혼합하여 폴리도파민층 형성용 조성물을 제조하였고, 공정상 pH에 영향을 주지 않으면서 점도와 건조 특성의 향상을 위해 에탄올을 추가하여 희석하였다. And 50 ml of a buffer solution having a pH of 8.5 per 0.1 g of dopamine to prepare a composition for forming a polypodamine layer. Ethanol was further diluted to improve the viscosity and drying characteristics without affecting the pH in the process.

상기 조성물을 도 1b에 나타난 바와 같이 집전체(22)와 그 양면에 양극 활물질As shown in Fig. 1B, the composition was applied to a collector 22 and a positive electrode active material

층 (21)이 형성된 구조를 갖는 양극 (20) 표면 상부에 노즐 (24)를 스A nozzle (24) is provided on the upper surface of the anode (20) having a structure in which the layer (21)

통하여 스프레이 코팅하고 이를 약 25℃에서 건조하여 양극 활물질층 (22)상부에 폴리도파민층(23)을 약 100nm 두께로 형성하였다.And dried at about 25 캜 to form a poly dopamine layer 23 having a thickness of about 100 nm on the cathode active material layer 22.

실시예Example 2:  2: 리튬이차전지(코인셀)의The lithium secondary battery (coin cell) 제조 Produce

상기 실시예 1에 따라 제조된 양극과 상대극으로서 리튬 금속 대극을 사용하여 2032 타입의 코인셀(coin cell)을 제조하였다. 상기 양극과 리튬 금속 대극 사이에는 다공질 폴리에틸렌(PE) 필름으로 이루어진 세퍼레이터(두께: 약 16㎛)를 개재하고, 전해액을 주입하여 코인셀을 제작하였다. A 2032 type coin cell was prepared using the anode prepared in Example 1 and the lithium metal counter electrode as a counter electrode. A coin cell was produced between the positive electrode and the lithium metal counter electrode by injecting an electrolyte through a separator (thickness: about 16 μm) made of a porous polyethylene (PE) film.

상기 전해액은 에틸렌카보네이트(EC)와 에틸메틸카보네이트(EMC)와 디메틸카보네이트(DMC)를 3:4:3의 부피비로 혼합한 용매에 용해된 1.1M LiPF6가 포함된 용액을 사용하였다.The electrolyte used was a solution containing 1.1 M LiPF 6 dissolved in a solvent in which ethylene carbonate (EC), ethylmethyl carbonate (EMC) and dimethyl carbonate (DMC) were mixed in a volume ratio of 3: 4: 3.

실시예Example 3: 양극의 제조 3: Preparation of positive electrode

폴리도파민층 형성용 조성물에서 도파민의 함량이 1g으로 변화된 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법에 따라 실시하여 양극을 제조하였다.A positive electrode was prepared in the same manner as in Example 1 except that the content of dopamine was changed to 1 g in the composition for forming a polydodamine layer.

실시예Example 4: 양극의 제조 4: Manufacture of anode

폴리도파민층의 두께가 약 50nm가 되도록 스프레이 코팅 공정을 제어한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법에 따라 실시하여 양극을 제조하였다. A positive electrode was prepared in the same manner as in Example 1 except that the spray coating process was controlled so that the thickness of the polypodamine layer was about 50 nm.

실시예Example 5-6:  5-6: 리튬이차전지의The lithium secondary battery 제조 Produce

실시예 1에 따라 제조된 양극 대신 실시예 3 및 4에 따라 제조된 양극을 각각 사용한 것을 제외하고는, 실시예 2와 동일한 방법에 따라 실시하여 리튬이차전지를 제조하였다.A lithium secondary battery was produced in the same manner as in Example 2 except that the positive electrodes prepared in accordance with Examples 3 and 4 were used in place of the positive electrodes prepared in Example 1, respectively.

비교예Comparative Example 1: 양극의 제조 1: Preparation of positive electrode

실시예 1에 따라 얻은 양극 활물질(LiNi0 .5Co0 .2Mn0 .3O2), 폴리비닐리덴플로라이드 및 도전제인 카본블랙의 혼합물을 믹서기를 이용하여 기포를 제거하여 균일하게 분산된 양극 활물질층 형성용 슬러리를 제조 하였다. 상기 혼합물에는 용매인 N-메틸피롤리돈을 부가하였고, 양극 활물질, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 카본블랙의 혼합비는 92:4:4 중량비였다.It carried the positive electrode active material obtained according to Example 1 (LiNi 0 .5 Co 0 .2 Mn 0 .3 O 2), a polyvinylidene fluoride, and a conductive agent of carbon black mixture by using a mixer to remove the air bubbles are uniformly distributed Thereby preparing a slurry for forming the positive electrode active material layer. N-methylpyrrolidone as a solvent was added to the mixture, and the mixing ratio of the cathode active material, polyvinylidene fluoride, and carbon black was 92: 4: 4 by weight.

상기 과정에 따라 제조된 슬러리를 닥터 블래이드를 사용하여 알루미늄 박상에 코팅하여 얇은 극판 형태로 만든 후, 이를 135℃에서 3시간 이상 건조시킨 후, 압연과 진공 건조 과정을 거쳐 양극을 제작하였다.The slurry thus prepared was coated on an aluminum foil using a doctor blade to form a thin electrode plate, which was then dried at 135 ° C for 3 hours or more, followed by rolling and vacuum drying to prepare a cathode.

비교예Comparative Example 2: 양극의 제조 2: Preparation of anode

먼저, 폴리도파민층이 표면에 형성된 양극 활물질을 하기 과정에 따라 얻었다.First, a cathode active material having a polypodamine layer formed on the surface thereof was obtained according to the following procedure.

도파민 0.1g당 pH 8.5의 완충용액 50ml의 비율로 혼합하여 폴리도파민층 형성용 조성물을 제조하였고, 공정상 pH에 영향을 주지 않으면서 점도와 건조 특성의 향상을 위해 에탄올을 추가하여 희석하였다. And 50 ml of a buffer solution having a pH of 8.5 per 0.1 g of dopamine to prepare a composition for forming a polypodamine layer. Ethanol was further diluted to improve the viscosity and drying characteristics without affecting the pH in the process.

양극 활물질(LiNi0 .5Co0 .2Mn0 .3O2) 분말을 넣고 2 시간 동안 교반한 후 증류수로 세척하였다. 130℃에서 5일 동안 건조하여 폴리도파민층으로 표면개질된 양극 활물질을 제조하였다.The positive electrode active material (LiNi 0 .5 Co 0 .2 Mn 0 .3 O 2) into the powder was washed with distilled water and then stirred for 2 hours. And dried at 130 DEG C for 5 days to prepare a cathode active material surface-modified with a polypodamine layer.

폴리도파민층으로 표면개질된 양극 활물질, 폴리비닐리덴플로라이드 및 도전제인 카본블랙의 혼합물을 믹서기를 이용하여 기포를 제거하여 균일하게 분산된 양극 활물질층 형성용 슬러리를 제조 하였다. 상기 혼합물에는 용매인 N-메틸피롤리돈을 부가하였고, 양극 활물질, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 카본블랙의 혼합비는 94:3:3 중량비였다.The mixture of the cathode active material surface-modified with the polypodamine layer, polyvinylidene fluoride, and carbon black as a conductive agent was removed using a blender to prepare a slurry for forming a uniformly dispersed cathode active material layer. N-methyl pyrrolidone as a solvent was added to the mixture, and the mixing ratio of the cathode active material, polyvinylidene fluoride, and carbon black was 94: 3: 3.

상기 과정에 따라 제조된 슬러리를 닥터 블래이드를 사용하여 알루미늄 박상에 코팅하여 얇은 극판 형태로 만든 후, 이를 135℃에서 3시간 이상 건조시킨 후, 압연과 진공 건조 과정을 거쳐 양극을 제작하였다.The slurry thus prepared was coated on an aluminum foil using a doctor blade to form a thin electrode plate, which was then dried at 135 ° C for 3 hours or more, followed by rolling and vacuum drying to prepare a cathode.

비교예Comparative Example 3-4:  3-4: 리튬이차전지의The lithium secondary battery 제조 Produce

실시예 1에 따라 얻은 양극 대신 비교예 1-2에 따라 얻은 양극을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 2와 동일한 방법에 따라 실시하여 리튬이차전지를 제작하였다.A lithium secondary battery was fabricated in the same manner as in Example 2 except that the anode obtained in Comparative Example 1-2 was used instead of the anode obtained in Example 1.

평가예Evaluation example 1:  One: 접촉각Contact angle 특성 characteristic

실시예 1, 비교예 1 및 비교예 2에 따라 제조된 양극 표면에서 접촉각을 평가하였다. 접촉각은 접촉각 측정 장비(제조사: SEO, 모델명: Phoenix300)를 이용하여 측정하였다.The contact angles were evaluated on the anode surface prepared according to Example 1, Comparative Example 1, and Comparative Example 2. The contact angle was measured using a contact angle measuring instrument (manufacturer: SEO, Model: Phoenix 300).

상기 양극 표면 상에 전해액을 떨어뜨린 후 접촉각을 평가하였고, 그 결과는 하기 표 1 및 도 2 내지 도 4와 같다. After dropping the electrolyte solution on the surface of the anode, the contact angle was evaluated. The results are shown in Table 1 and FIGS. 2 to 4.

도 2 내지 도 4는 실시예 1, 비교예 1 및 비교예 2에 따라 제조된 양극 표면에서의 주사전자현미경(SEM) 사진이다. 2 to 4 are scanning electron microscope (SEM) photographs of the anode surface prepared according to Example 1, Comparative Example 1 and Comparative Example 2.

구분division 접촉각 (°)Contact angle (°) 실시예 1Example 1 2323 비교예 1Comparative Example 1 7979 비교예 2Comparative Example 2 5454

표 1 및 도 2 내지 도 4에 나타난 바와 같이, 실시예 1에 따라 제조된 양극은 비교예 1 및 2에 따라 제조된 양극에 비하여 접촉각이 감소됨을 알 수 있었다. 이와 같이 접촉각이 감소된 것은 연속적인 코팅막이 형성됨을 나타내는데 그 이유는 비교예 2의 양극은 도 4에 나타난 바와 같이 폴리도파민층이 양극 활물질 표면에 불연속적으로 코팅된 데 반하여, 실시예 1에 따라 제조된 양극에서는 도 3에 나타난 바와 같이 폴리도파민층이 연속적으로 균일하게 코팅되어 양극의 젖음성(Wettability)이 매우 향상되기 때문이다.As shown in Table 1 and Figs. 2 to 4, it was found that the contact angle of the anode prepared according to Example 1 was smaller than that of the anode prepared according to Comparative Examples 1 and 2. The reason why the contact angle was reduced in this manner is that a continuous coating film is formed because the anode of Comparative Example 2 is discontinuously coated on the surface of the cathode active material as shown in Fig. 4, In the prepared anode, as shown in FIG. 3, the polydopamine layer is continuously and uniformly coated so that the wettability of the anode is greatly improved.

평가예Evaluation example 1:  One: 충방전Charging and discharging 특성 characteristic

실시예 2, 5-6 및 비교예 3-4에 따라 제작된 리튬이차전지에 있어서, 충방전 특성 등을 충방전기 (제조사: TOYO, 모델: TOYO-3100)로 하기 조건에서 평가하였다.Charge-discharge characteristics and the like of the lithium secondary batteries fabricated according to Examples 2, 5-6 and Comparative Example 3-4 were evaluated under the following conditions with a charge-discharge machine (TOYO, model: TOYO-3100).

상기 실시예 2, 5-6 및 비교예 3에서 각각 제조된 코인셀에 대하여 먼저 0.1C에서 1회 충방전을 하여 화성 (formation)을 진행하고 이후 0.2C 충방전 1회로 초기 충방전 특성을 확인하고 충방전을 반복하면서 사이클 특성을 살펴보았고 그 결과를 도 5에 나타내었다. The coin cells prepared in Examples 2, 5-6, and Comparative Example 3 were first charged and discharged once at 0.1 C to proceed formation, and then the initial charge / discharge characteristics were confirmed at 0.2 C charge / And cycling characteristics were examined while repeating charge and discharge, and the results are shown in FIG.

충전시에는 CC (constant current) 모드로 시작하여 이후 CV (constant voltage)로 바꾸어서 0.05C 에서 컷오프되도록 셋팅을 하였으며 방전시에는 CC (constant current) 모드에서 4.3V에서 컷오프로 셋팅 하였다. 방전 속도(C-rate )는 도 5에 나타난 바와 같이 각각 0.2C, 0.5C, 1C, 2C, 5C,또는 10C 또는 0,2C 로 변화시켰다.The constant current mode is set to CC (constant current) at the time of charging and then set to cut off at 0.05C by changing to CV (constant voltage) and set to cut off at 4.3V in CC (constant current) mode. The discharge rate (C-rate) was changed to 0.2C, 0.5C, 1C, 2C, 5C, or 10C or 0, 2C, respectively, as shown in Fig.

도 5에 나타난 바와 같이, 실시예 2에 따라 제조된 리튬이차전지는 비교예 3-4에 따라 제조된 리튬이차전지에 비하여 용량 유지율이 개선되었고 특히 고율 조건에서 실시예 2에 따라 제조된 리튬이차전지와 비교예 3에 따라 제조된 리튬이차전지의 용량 격차가 커졌다. 이와 같이 용량 특성이 향상된 것은 실시예 2의 리튬이차전지는 양극 표면에 폴리도파민층을 형성하여 전해액의 젖음성이 개선되었기 때문이다.As shown in FIG. 5, the lithium secondary battery produced according to Example 2 improved the capacity retention ratio as compared with the lithium secondary battery produced according to Comparative Example 3-4. In particular, the lithium secondary battery produced according to Example 2 The capacity difference between the battery and the lithium secondary battery produced according to Comparative Example 3 was increased. The reason why the capacity characteristics was improved as described above is that the lithium secondary battery of Example 2 formed a polypodamine layer on the surface of the positive electrode and the wettability of the electrolyte solution was improved.

실시예 5 및 실시예 6에 따라 제조된 리튬이차전지는 상기 실시예 2에 따라 제조된 리튬이차전지와 동등한 수준의 용량유지율 특성을 나타냈다.The lithium secondary battery manufactured according to Example 5 and Example 6 exhibited a capacity retention characteristic equivalent to that of the lithium secondary battery produced according to Example 2 above.

상기에서 바람직한 제조예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위내에서 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.It will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made without departing from the spirit or scope of the following claims.

11: 리튬이차전지 13: 양극
12: 음극 14: 세퍼레이터
15: 전지 케이스 16: 캡 어셈블리
11: lithium secondary battery 13: anode
12: cathode 14: separator
15: battery case 16: cap assembly

Claims (12)

양극 활물질을 포함하는 양극 활물질층 및 상기 양극 활물질층 표면에 형성된 폴리도파민층을 포함하는 리튬이차전지용 양극.A positive electrode for a lithium secondary battery comprising a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material and a polypopamine layer formed on the surface of the positive electrode active material layer. 제1항에 있어서,
상기 폴리도파민층은 연속적인 코팅막인 리튬이차전지용 양극.
The method according to claim 1,
Wherein the polypodamine layer is a continuous coating film.
제1항에 있어서,
상기 양극 활물질은 하기 화학식 1 내지 6으로 표시되는 화합물 중에서 선택된 하나 이상인 리튬이차전지용 양극:
[화학식 1]
LiaNixCoyMnzMcO2 - eAe
상기 화학식 1 중, 1.0<a≤1.4, 0<x<1, 0≤y<1, 0<z<1, 0≤c<1, 0<x+y+z+c<1, 0≤e<1이고, M은 바나듐(V), 마그네슘(Mg), 갈륨(Ga), 실리콘(Si), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 철(Fe), 크롬(Cr), 구리(Cu), 아연(Zn), 티타늄(Ti), 알루미늄(Al) 및 보론(B)으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상이고,
A는 F, S, Cl, Br 또는 이들의 조합의 음이온 원소이고,
[화학식 2]
Li[Co1 - xMx]O2- aAa
상기 화학식 2 중 0≤a≤0.1, 0≤x≤0.1, M 은 Mg, Al, Ni, Mn, Zn, Fe, Cr, Ga, Mo 및 W으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상의 금속이고,
A는 F, S, Cl, Br 또는 이들의 조합의 음이온 원소이고,
[화학식 3]
Li1 +a[Ni1 - xMx]O2- bAb
상기 화학식 3 중, 0.01≤a≤0.2, 0≤b≤0.1, 0.01≤x≤0.5, M 은 Mg, Al, Co, Mn, Zn, Fe, Cr, Ga, Mo, W으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상의 금속이고,
A는 F, S, Cl, Br 또는 이들의 조합의 음이온 원소이고,
[화학식 4]
Li1 +a[Mn2 - xMx]O4- bAb
상기 화학식 4 중 0.01≤a≤0.15, 0≤b≤0.1, 0≤x≤0.1, M은 Co, Ni, Cr, Mg, Al, Zn, Mo 및 W로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상이고
[화학식 5]
LiMxFe1 - xPO4
상기 화학식 5 중, M은 Co, Ni 및 Mn으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상의 금속이고, 0≤x≤1이다.
[화학식 6]
Li1 +a[Ni0 .5Mn1 .5- xMx]O4- bAb
상기 화학식 6 중, 0.01≤a≤0.15, 0≤b≤0.1, 0≤x≤0.1, M은 Co, Ni, Cr, Mg, Al, Zn, Mo, W로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나 이상의 금속이다.
The method according to claim 1,
Wherein the cathode active material is at least one selected from the group consisting of compounds represented by Chemical Formulas 1 to 6:
[Chemical Formula 1]
Li a Ni x Co y Mn z M c O 2 - e A e
0 <x <1, 0 <x <1, 0 <x <1, 0 <x + y + z + M is at least one element selected from the group consisting of vanadium V, magnesium Mg, gallium Ga, silicon Si, tungsten W, molybdenum Mo, iron Fe, chromium Cr, , Zinc (Zn), titanium (Ti), aluminum (Al) and boron (B)
A is an anion element of F, S, Cl, Br or a combination thereof,
(2)
Li [Co 1 - x M x ] O 2 - a a a
Wherein M is at least one metal selected from the group consisting of Mg, Al, Ni, Mn, Zn, Fe, Cr, Ga, Mo, and W,
A is an anion element of F, S, Cl, Br or a combination thereof,
(3)
Li 1 + a [Ni 1 - x M x] O 2- b A b
Wherein M is at least one selected from the group consisting of Mg, Al, Co, Mn, Zn, Fe, Cr, Ga, Mo and W; At least one metal,
A is an anion element of F, S, Cl, Br or a combination thereof,
[Chemical Formula 4]
Li 1 + a [Mn 2 - x M x] O 4- b A b
Wherein M is at least one selected from the group consisting of Co, Ni, Cr, Mg, Al, Zn, Mo and W
[Chemical Formula 5]
LiM x Fe 1 - x PO 4
In Formula 5, M is at least one metal selected from the group consisting of Co, Ni and Mn, and 0? X? 1.
[Chemical Formula 6]
Li 1 + a [Ni 0 .5 Mn 1 .5- x M x] O 4- b A b
Wherein M is at least one metal selected from the group consisting of Co, Ni, Cr, Mg, Al, Zn, Mo, and W; .
제1항에 있어서,
상기 양극 활물질은 하기 화학식 7 표시되는 화합물을 포함하는 리튬이차전지용 양극:
[화학식 7]
LiNixCoyMn1 -x- yO2 
상기 화학식 7중, 0.5≤x≤1.0, 0.0≤y≤0.5.
The method according to claim 1,
Wherein the positive electrode active material comprises a compound represented by Formula 7:
(7)
LiNi x Co y Mn 1 -x- y O 2
In the above formula (7), 0.5? X? 1.0, 0.0? Y? 0.5.
제1항에 있어서,
상기 양극 활물질층은 LiNi0 .5Co0 .2Mn0 .3O2, LiNi0 .6Co0 .3Mn0 .2O2, LiNi0.7Co0.15Mn0.15O2, 또는 LiNi0 .8Co0 .1Mn0 .1O2 을 포함하는 리튬이차전지용 양극.
The method according to claim 1,
The positive electrode active material layer was LiNi 0 .5 Co 0 .2 Mn 0 .3 O 2, LiNi 0 .6 Co 0 .3 Mn 0 .2 O 2, LiNi 0.7 Co 0.15 Mn 0.15 O 2, or LiNi 0 .8 Co 0 .1 Mn 0 .1 O 2 for a lithium secondary battery positive electrode comprising a.
제1항에 있어서,
상기 폴리도파민층의 접촉각은 10 내지 30°인 리튬이차전지용 양극.
The method according to claim 1,
Wherein the polypodamine layer has a contact angle of 10 to 30 DEG.
제1항에 있어서,
상기 폴리도파민층의 두께는 10 내지 200nm인 리튬이차전지용 양극.
The method according to claim 1,
Wherein the thickness of the polypodamine layer is 10 to 200 nm.
제1항에 있어서,
상기 폴리도파민층에서 폴리도파민의 함량은 양극 활물질 100 중량부를
기준으로 하여 0.1 내지 10 중량부인 리튬이차전지용 양극.
The method according to claim 1,
The content of polypodamine in the polypodamine layer is 100 parts by weight of the cathode active material
By weight based on the total weight of the positive electrode for a lithium secondary battery.
양극 활물질을 포함하는 양극 활물질층을 상부에 도파민, 용매 및 완충용액을 함유하는 폴리도파민층 형성용 조성물을 코팅하고 이를 건조하여 양극 활물질층 상부에 폴리도파민층을 형성하는 단계를 포함하는 리튬이차전지용 양극의 제조방법.A step of coating a composition for forming a polypodamine layer containing dopamine, a solvent and a buffer solution on the cathode active material layer containing the cathode active material and drying the same to form a polypodamine layer on the cathode active material layer; A method of manufacturing an anode. 제9항에 있어서,
상기 폴리도파민층 형성용 조성물의 pH는 8 내지 8.8인 리튬이차전지용 양극의 제조방법.
10. The method of claim 9,
Wherein the pH of the composition for forming a polydodamine layer is 8 to 8.8.
제9항에 있어서,
상기 코팅은 스프레이 코팅법에 의하여 실시되는 리튬이차전지용 양극의 제조방법.
10. The method of claim 9,
Wherein the coating is carried out by a spray coating method.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 양극을 포함한 리튬 이차 전지. 9. A lithium secondary battery comprising a positive electrode according to any one of claims 1 to 8.
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