KR20170084798A - 비표면적이 큰 음극 활물질층을 포함하는 음극 및 이의 제조방법 - Google Patents

비표면적이 큰 음극 활물질층을 포함하는 음극 및 이의 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20170084798A
KR20170084798A KR1020160004070A KR20160004070A KR20170084798A KR 20170084798 A KR20170084798 A KR 20170084798A KR 1020160004070 A KR1020160004070 A KR 1020160004070A KR 20160004070 A KR20160004070 A KR 20160004070A KR 20170084798 A KR20170084798 A KR 20170084798A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
negative electrode
active material
material layer
electrode active
secondary battery
Prior art date
Application number
KR1020160004070A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101772420B1 (ko
Inventor
이주성
송준혁
정효승
Original Assignee
주식회사 엘지화학
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엘지화학 filed Critical 주식회사 엘지화학
Priority to KR1020160004070A priority Critical patent/KR101772420B1/ko
Publication of KR20170084798A publication Critical patent/KR20170084798A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101772420B1 publication Critical patent/KR101772420B1/ko

Links

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01M—CATCHING, TRAPPING OR SCARING OF ANIMALS; APPARATUS FOR THE DESTRUCTION OF NOXIOUS ANIMALS OR NOXIOUS PLANTS
    • A01M29/00—Scaring or repelling devices, e.g. bird-scaring apparatus
    • A01M29/06—Scaring or repelling devices, e.g. bird-scaring apparatus using visual means, e.g. scarecrows, moving elements, specific shapes, patterns or the like
    • A01M29/10—Scaring or repelling devices, e.g. bird-scaring apparatus using visual means, e.g. scarecrows, moving elements, specific shapes, patterns or the like using light sources, e.g. lasers or flashing lights
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01M—CATCHING, TRAPPING OR SCARING OF ANIMALS; APPARATUS FOR THE DESTRUCTION OF NOXIOUS ANIMALS OR NOXIOUS PLANTS
    • A01M29/00—Scaring or repelling devices, e.g. bird-scaring apparatus
    • A01M29/16—Scaring or repelling devices, e.g. bird-scaring apparatus using sound waves
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01M—CATCHING, TRAPPING OR SCARING OF ANIMALS; APPARATUS FOR THE DESTRUCTION OF NOXIOUS ANIMALS OR NOXIOUS PLANTS
    • A01M29/00—Scaring or repelling devices, e.g. bird-scaring apparatus
    • A01M29/30—Scaring or repelling devices, e.g. bird-scaring apparatus preventing or obstructing access or passage, e.g. by means of barriers, spikes, cords, obstacles or sprinkled water
    • A01M29/32—Scaring or repelling devices, e.g. bird-scaring apparatus preventing or obstructing access or passage, e.g. by means of barriers, spikes, cords, obstacles or sprinkled water specially adapted for birds, e.g. spikes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V33/00—Structural combinations of lighting devices with other articles, not otherwise provided for
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/02—Details
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M2/1016—
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/139—Processes of manufacture
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/362—Composites
    • H01M4/364—Composites as mixtures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/58—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
    • H01M4/583—Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
    • H01M4/587—Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx for inserting or intercalating light metals
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S40/00—Components or accessories in combination with PV modules, not provided for in groups H02S10/00 - H02S30/00
    • H02S40/30—Electrical components
    • H02S40/38—Energy storage means, e.g. batteries, structurally associated with PV modules
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2105/00—Planar light sources
    • F21Y2105/10—Planar light sources comprising a two-dimensional array of point-like light-generating elements
    • F21Y2105/14—Planar light sources comprising a two-dimensional array of point-like light-generating elements characterised by the overall shape of the two-dimensional array
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E60/122—
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E70/00—Other energy conversion or management systems reducing GHG emissions
    • Y02E70/30—Systems combining energy storage with energy generation of non-fossil origin

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Birds (AREA)
  • Insects & Arthropods (AREA)
  • Pest Control & Pesticides (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Environmental Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

본 발명은 음극 집전체;
상기 음극 집전체의 적어도 일면에 형성되어 있고, 흑연계 물질 및 제 1 바인더를 포함하는 제 1 음극 활물질층; 및
상기 제 1 전극 활물질층 상에 위치하고, 상기 흑연계 물질보다 큰 비표면적을 갖는 비흑연계 물질 및 제 2 바인더를 포함하는 제 2 음극 활물질층;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지용 음극 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

Description

비표면적이 큰 음극 활물질층을 포함하는 음극 및 이의 제조방법 {Anode Comprising Anode Active Material having Large Specific Surface Area and Method of Manufacturing the Same}
본 발명은 비표면적이 큰 음극 활물질층을 포함하는 음극 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
모바일 기기, 즉 이동체 통신기, 노트북, 비디오 카메라, 무선 전화기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지에 대해 수요가 급격히 증가하고 있고, 그러한 이차전지 중에서도 높은 에너지 밀도와 작동 전위를 나타내고, 사이클 수명이 길며, 자기방전율이 낮은 리튬 이차전지가 상용화되어 널리 사용되고 있다.
또한, 최근에는 환경문제에 대한 관심이 커짐에 따라 대기오염의 주요 원인의 하나인 가솔린 차량, 디젤 차량 등 화석연료를 사용하는 차량을 대체할 수 있는 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV) 등에 대한 연구가 많이 진행되고 있다. 이러한 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV) 등의 동력원으로는 높은 에너지 밀도, 높은 방전 전압 및 출력 안정성의 리튬 이차전지가 주로 연구, 사용되고 있다.
상기와 같은 리튬 이차전지는 사용 대상이 확대됨에 따라, 전지의 편리성을 향상시키기 위해 충전 시간의 단축화가 요구되고 있고, 이에 고율 방전 특성 및 고율 충전 특성이 중요해지고 있다.
리튬 이온 이차전지의 충전 시의 율속과정의 하나로서 리튬 이온(Li+)의 음극 활물질로의 삽입 반응을 들 수 있다. 그러나, 급속 충전을 진행하면, 리튬 이온이 음극 활물질층에 삽입되지 못하고, 음극 전극 표면에 석출하는 문제가 생기고, 이를 회피하기 위해 음극 활물질층을 상대적으로 증가시킬 수 있지만, 이 경우, 에너지 밀도 관점에서 불리하다.
한편, 상기 음극 활물질은 전형적으로는 탄소 재료로 구성되는 입자군이고, Li+의 음극 활물질로의 삽입 반응속도는 음극 활물질(입자군)의 비표면적에 의존한다. 따라서, 음극 활물질의 비표면적을 크게 하면 삽입 반응속도가 높아져, 고율 충전 특성이 향상된다. 그러나, 단순히 음극 활물질의 비표면적을 크게 하면, 음극 활물질과 비수전해질과의 부반응이 촉진되어 고온 보존 특성이 저하할 수 있다.
이러한 문제에 대응하기 위해, 일본 특허 출원 제2004-127913호 공보는, 비표면적이 상이한 2종의 흑연을 혼합하여 부극 활성 물질층을 형성함으로써 제조된, 고용량, 충방전 사이클 특성이 향상된 이차 전지를 개시하고 있다.
그러나, 상기와 같이 비표면적이 상이한 2종의 흑연을 단순히 혼합한 것만으로는 급속 충전에 대한 레이트 특성이 충분하지 않아서, 급속 충전에서의 만족스러운 수준의 충방전 사이클 특성을 얻을 수 없다.
따라서, 상기 문제를 해결하고, 고용량이면서도 레이트 특성이 향상된 음극을 포함하는 이차전지 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 이후 설명하는 바와 같이, 흑연계 물질을 포함하는 제 1 음극 활물질층과, 상기 흑연계 물질보다 큰 비표면적을 갖는 비흑연계 물질을 포함하는 제 2 음극 활물질층이 형성된 다층 구조의 음극을 사용하는 경우, 이차전지의 에너지 밀도 및 용량 측면에서도 우수하면서, 레이트 특성을 소망하는 수준으로 향상시킬 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
따라서, 본 발명에 따른 이차전지용 음극은,
음극 집전체;
상기 음극 집전체의 적어도 일면에 형성되어 있고, 흑연계 물질 및 제 1 바인더를 포함하는 제 1 음극 활물질층; 및
상기 제 1 전극 활물질층 상에 위치하고, 상기 흑연계 물질보다 큰 비표면적을 갖는 비흑연계 물질 및 제 2 바인더를 포함하는 제 2 음극 활물질층;
을 포함하는 것을 특징으로 한다.
즉, 본 발명에 따른 음극은, 흑연계 물질을 제 1 음극 활물질층의 활물질로서 사용하여, 대략 350 mAh/g 내지 400 mAh/g의 고용량을 갖는 흑연계 물질이 용량 부분을 담당하도록 하고, 상기 흑연만큼의 용량을 갖지는 않으나, 상대적으로 매우 큰 비표면적을 가져 상기에서 설명한 바와 같이 급속 충전에 상대적으로 유리한 비흑연계 물질을 음극의 표면 쪽에 위치하는 제 2 음극 활물질층의 활물질로서 사용함으로써, 용량 및 레이트 특성 측면에서 모두 우수한 성능을 발휘할 수 있는 효과가 있다.
따라서, 상기 음극의 용량에는, 흑연계 물질을 포함하는 제 1 음극 활물질층이 상대적으로 더 크게 기여하고, 급속 충전시에는 비표면적이 큰 비흑연계 물질을 포함하는 제 2 음극 활물질층이 상대적으로 더 크게 작용하여 두 가지 측면에서 모두 우수한 특성을 발휘할 수 있다.
다만, 단계식 급속충전 기술이 적용되는 경우에 있어서는 급속충전 영역에서 제 2 음극 활물질층이 충전을 담당하고, 이후 완속충전 영역에서 제 1 음극 활물질층이 충전되는 방식을 사용할 수도 있다.
이때, 상기 용량적인 측면을 담당하는 제 1 음극 활물질층의 흑연계 물질은, 한정되지는 아니하고, 인조 흑연, 천연 흑연, 또는 이들의 혼합물일 수 있으나, 상세하게는, 인조 흑연의 용량이 상대적으로 더 크므로, 인조 흑연을 포함할 수 있고, 더욱 상세하게는, 인조 흑연일 수 있다. 상기 흑연계 물질의 입자 형상으 특별히 한정되지 아니하고, 구상 입자 또는 인편상 입자 일 수 있으나, 리튬의 흡장/방출률이 높아 용량을 극대화 시키고 에너지 밀도를 더욱 향상시킬 수 있도록, 상세하게는, 인편상 입자일 수 있다.
이러한 흑연계 물질의 함량은 급속/완속 충전 영역 비율에 따라 조절될 수 있고, 예를 들어, 본 발명에 따른 효과를 효과적으로 발휘하기 위해, 제 1 음극 활물질층 전체 중량을 기준으로 60 중량% 내지 95 중량%일 수 있고, 상세하게는 80 중량% 내지 95 중량% 일 수 있다.
상기 범위를 벗어나, 60 중량% 미만으로 포함되는 경우에는 소망하는 정도의 용량 및 에너지 밀도를 구현할 수 없고, 95 중량%를 초과하여 포함되는 경우에는, 음극 활물질층에 포함되는 그 밖의 물질, 예를 들어, 상기 흑연계 물질들 사이, 이들과 집전체 간의 접착력을 위한 제 1 바인더 등의 함량이 상대적으로 줄어 이들의 역할을 충분히 발휘할 수 없어 이차전지 전반의 성능에 영향을 미치는 바, 바람직하지 않다.
한편, 상기 급속 충전에 기여하는 제 2 음극 활물질층의 비흑연계 물질의 비표면적은 100 m2/g 내지 3000 m2/g, 상세하게는, 200 m2/g 내지 1000 m2/g일 수 있다.
여기서 비표면적이란, BET(Brunauer, Emmett, Teller)의 흡착 등온식에 기초해 구해진 평균 비표면적을 나타낸다.
상기 범위를 벗어나, 비표면적이 100 m2/g보다 작은 비흑연계 물질을 사용하는 경우, 본 발명이 의도한 레이트 특성 향상의 효과를 충분히 발휘할 수 없고, 3000 m2/g를 초과하는 경우, 초기의 비가역 용량이 너무 커지므로 열안정성 및 용량이 저하되는 바, 바람직하지 않다.
이러한 비표면적을 갖는 비흑연계 물질은, 상기 범위를 만족하고, 소정의 용량을 갖는 탄소계 물질이라면 한정되지 아니하나, 상세하게는, 탄소 나노 튜브(carbon nano tube, CNT), 및 그래핀(graphene)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.
즉, 상기 탄소 나노 튜브, 또는 그래핀이 사용되거나, 탄소 나노 튜브와 그래핀의 혼합물이 사용될 수 있다.
이때, 상기 탄소 나노 튜브는 구체적으로, 100 m2/g 내지 1000 m2/g의 비표면적을 가질 수 있으며, 그래핀은 구체적으로 500 m2/g 이상의 비표면적을 가질 수 있으므로, 상기 비표면적에 의한 영향, 즉 용량, 급속 충전에 따른 레이트 특성, 및 안전성을 모두 고려할 때, 비흑연계 물질은 상기 탄소 나노 튜브와 그래핀이 함께 사용되는 것이 가장 바람직하고, 이들의 혼합 함량비는 사용 목적에 따라 더욱 향상시키고자 하는 전지 성능을 고려하여 적절히 선택될 수 있고, 상세하게는 두 가지 효과의 균형을 위해 1 : 9 내지 9 : 1, 더욱 상세하게는, 3 : 7 내지 7 : 3일 수 있다.
더욱이, 상기 탄소 나노 튜브는 크게 번들형(bundle type) 또는 인탱글형(entangle type) 구조를 가질 수 있고, 본 발명에 따른 상기 탄소 나노 튜브는 어떠한 형태라도 포함될 수 있으나, 상세하게는 번들형 구조를 갖는 것이 바람직하다.
구체적으로, 상기 번들형 구조의 탄소 나노 튜브와 인탱글형 구조의 탄소 나노 튜브는 형상에 따라 구분되는데, 번들형은 복수의 탄소 나노 튜브가 나란히 배열 또는 뒤엉켜 있는 형성으로 다발이나 로프 형태의 2차 형상을 보이며, 인탱클형은 다발이나 로프 등의 형태를 보이지 않고, 불규칙적으로 엉켜 있는 형상을 지칭한다. 이때, 상기 번들형 구조가 슬러리 내에서 분산이 용이하여, 리튬 이온의 입출입이 원활하게 이루어질 수 있으므로, 본 발명의 제 2 음극 활물질층의 비흑연계 물질로서 포함되는 탄소 나노 튜브는 번들형 구조를 갖는 것이 보다 바람직하다.
또한, 상기 탄소 나노 튜브가 가장 바람직한 전자 전달 경로를 가져 보다 급속충전에 유리한 직경 및 길이는, 상세하게는, 직경이 0.1 nm 내지 20 nm, 길이가 100nm 내지 100 ㎛일 수 있다.
이러한 비흑연계 물질의 함량은 제 2 음극 활물질층 전체 중량을 기준으로 80 중량% 내지 98 중량%일 수 있고, 상세하게는 90 중량% 내지 95 중량% 일 수 있다.
상기 범위를 벗어나, 80 중량% 미만으로 포함되는 경우에는 소망하는 정도의 레이트 특성의 향상을 기대할 수 없고, 98 중량%를 초과하여 포함되는 경우에는, 음극 활물질층에 포함되는 그 밖의 물질, 예를 들어, 상기 비흑연계 물질들 사이, 이들과 집전체 간의 접착력을 위한 제 1 바인더 등의 함량이 상대적으로 줄어 이들의 역할을 충분히 발휘할 수 없어 이차전지 전반의 성능에 영향을 미치는 바, 바람직하지 않다.
이와 같이 비흑연계 물질의 함량이 흑연계 물질의 함량보다 각각의 음극 합제층 기준으로 높은 이유는, 실질적으로 용량에 기여하는 제 1 음극 활물질층이 더 많이 존재하여야 하고, 급속 충전에 크게 작용하는 제 2 음극 활물질층은 두껍게 형성되는 경우에는 상기 비흑연계 물질들이 약 350 mAh/g 이하의 용량을 갖는 것을 고려하면, 오히려 용량적인 측면에서 손실이 있어 음극 표면에서 그 효과를 발휘할 정도로 적당히 존재하면 충분한 바, 제 2 음극 활물질층이 얇게 형성되기 때문에 얇은 두께로도 충분한 레이트 특성을 발휘하기 위해서 비흑연계 물질의 함량이 높은 것이 바람직하기 때문이다.
상기에서 설명한 바와 같이 제 1 음극 활물질층과 제 2 음극 활물질층의 두께비율과 관련하여, 상기 용량을 담당하는 제 1 음극 활물질층이 두꺼운 것이 바람직하며, 상세하게는 70 : 30 내지 95 : 5, 더욱 상세하게는 70 : 30 내지 90 : 10일 수 있다.
상기 범위를 벗어나, 상기 제 1 음극 활물질층이 얇고, 제 2 음극 활물질층이 두꺼운 경우, 용량적인 측면에서 좋지 않고, 그렇다고 제 2 음극 활물질이 너무 얇은 경우에는 본 발명의 의도한 레이트 특성의 향상을 기대하기 어려운 바, 바람직하지 않다.
이와 같이 형성된 제 1 음극 활물질층의 밀도는 Li+ 수용성 및 사이클 내구성의 관점에서, 1.0 g/cm3 이상 내지 2.0 g/cm3 이하일 수 있고, 상세하게는 1.2 g/cm3 이상 내지 1.8 g/cm3 이하일 수 있으며, 제 2 음극 활물질층의 밀도는 급속 충전 효과 측면에서 비표면적을 고려하여, 0.8 g/cm3 이상 내지 1.6 g/cm3 이하일 수 있고, 상세하게는 1.0 g/cm3 이상 내지 1.4 g/cm3 이하일 수 있다.
이러한 음극 활물질층의 형성방법으로서, 상기 제 1 음극 활물층과 제 2 음극 활물질층은, 종래 공지된 다양한 방법에 의해 형성될 수 있으며, 예를 들어, 다이(die) 코팅 방식, 슬라이드-슬롯 다이 코팅 방식, 롤(roll) 코팅 방식, 전기 방사 또는 분무 방식, 또는 이들의 조합에 의해 형성될 수 있고, 상세하게는, 제 1 음극 활물질층과 제 2 음극 활물질층이 모두 다이 코팅 방식, 전기 방사 방식, 또는 전기 분무 방식에 의해 순차적으로 도포되어 형성되거나, 슬라이드-슬롯 다이 코팅 방식에 의해 동시에 도포되어 형성되거나, 제 1 음극 활물질층은 롤 또는 다이 코팅 방식에 의해 도포되어 형성되고, 제 2 음극 활물질층은 전기 방사 방식 또는 전기 분무 방식에 의해 도포되어 형성될 수 있으며, 더욱 상세하게는, 슬라이드-슬롯 다이 코팅 방식에 의해 동시에 도포되어 형성될 수 있다.
한편, 상기 그 밖의 음극 활물질층의 구성요소로서, 상기 제 1 바인더와 제 2 바인더는, 활물질과 도전재 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분이라면 한정되지 아니하고, 예를 들어, 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌-부타디엔 고무, 불소 고무, 다양한 공중합체 등에서 각각 선택될 수 있으나, 상세하게는, 제조 용이성 측면 및 음극 합제층들의 상호 접착 측면에서 동종(同種)의 화합물인 것이 보다 바람직하다.
더욱이, 상기 제 1 음극 활물질층 및 제 2 음극 활물질층은, 전자 전도성의 도전재가 더 포함될 수 있고, 상세하게는, 각각의 음극 활물질층에서, 흑연계 물질 또는 비흑연계 물질 100 중량부에 대해, 0.1 내지 5 중량부, 상세하게는, 1 내지 3 중량부로 포함될 수 있으며, 이러한 도전재는 종래 공지된 도전재로서 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.
또한, 상기 음극 활물질층들에는 충진제 등이 선택적으로 더 포함될 수 있고, 상기 충진제는 양극의 팽창을 억제하는 성분으로서 선택적으로 사용되며, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 섬유상 재료라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 올리핀계 중합체; 유리섬유, 탄소섬유 등의 섬유상 물질이 사용된다.
본 발명은 또한, 상기 이차전지용 음극을 제조하는 방법을 제공하고, 상기 이차전지용 음극은,
음극 집전체의 적어도 일면에, 흑연계 물질 및 제 1 바인더를 포함하는 제 1 음극 활물질층을 형성하는 과정;
상기 제 1 음극 활물질층 상에 흑연계 물질보다 큰 비표면적이 갖는 비흑연계 물질 및 제 2 바인더를 포함하는 제 2 음극 활물질층을 형성하는 과정;
을 포함하여 제조될 수 있다.
여기서 상기 음극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인레스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 또한, 양극 집전체와 마찬가지로, 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.
상기 제 1 음극 활물질층과 제 2 음극 활물질층을 형성하는 방법은 상기에서 설명한 바와 같고, 순차적으로 형성하는 경우에는, 제 1 음극 활물질층을 도포하고, 건조를 행한 뒤에 제 2 음극 합제층을 도포할 수도 있고, 건조 전에 제 2 음극 합제층을 도포할 수도 있으며 한정되지 아니한다.
본 발명은 또한, 상기 이차전지용 음극을 포함하는 리튬 이차전지를 제공한다.
상기 리튬 이차전지는 상기 음극, 양극 및 분리막을 포함하는 전극조립체가 전해액과 함께 전지케이스에 내장되어 있는 구조로 이루어질 수 있다.
상기 양극은 예를 들어, 양극 집전체에 양극 활물질을 및 바인더가 혼합된 양극 합제를 도포하여 제조될 수 있고, 필요에 따라서는 상기 음극에서 설명한 바와 같이 도전재, 및 충진제를 더 첨가할 수 있다.
상기 양극 집전체는 일반적으로 3 ~ 200 ㎛의 두께로 제조되며, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티타늄, 및 알루미늄이나 스테인레스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티타늄 또는 은으로 표면처리 한 것 중에서 선택되는 하나를 사용할 수 있고, 상세하게는 알루미늄이 사용될 수 있다. 집전체는 그것의 표면에 미세한 요철을 형성하여 양극 활물질의 점착력을 높일 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태가 가능하다.
상기 양극 활물질은, 예를 들어, 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물이나 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 화합물; 화학식 Li1 + xMn2-xO4 (여기서, x 는 0 ~ 0.33 임), LiMnO3, LiMn2O3, LiMnO2 등의 리튬 망간 산화물; 리튬 동 산화물(Li2CuO2); LiV3O8, LiV3O4, V2O5, Cu2V2O7 등의 바나듐 산화물; 화학식 LiNi1 - xMxO2 (여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B 또는 Ga 이고, x = 0.01 ~ 0.3 임)으로 표현되는 Ni 사이트형 리튬 니켈 산화물; 화학식 LiMn2-xMxO2 (여기서, M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn 또는 Ta 이고, x = 0.01 ~ 0.1 임) 또는 Li2Mn3MO8 (여기서, M = Fe, Co, Ni, Cu 또는 Zn 임)으로 표현되는 리튬 망간 복합 산화물; 화학식의 Li 일부가 알칼리토금속 이온으로 치환된 LiMn2O4; 디설파이드 화합물; Fe2(MoO4)3 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
상기 바인더, 도전재, 및 충진제의 예는 음극에서 설명한 바와 같다.
상기 분리막은, 서로 동일한 물질로 이루어진 것일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 전지셀의 안전성, 에너지 밀도, 및 전반적인 성능에 따라서, 서로 상이한 물질로 이루어질 수 있음은 물론이다.
상기 분리막의 기공 크기 및 기공도는 특별한 제한이 없으나, 기공도는 10 내지 95% 범위, 기공 크기(직경)는 0.1 내지 50 ㎛일 수 있다. 기공 크기 및 기공도가 각각 0.1 ㎛ 및 10% 미만인 경우에는 저항층으로 작용하게 되며, 기공 크기 및 기공도가 50 ㎛ 및 95%를 초과할 경우에는 기계적 물성을 유지하기가 어렵게 된다.
상기 전해액은 리튬염 함유 비수 전해질일 수 있고, 상기 리튬염 함유 비수 전해질은 비수 전해질과 리튬염으로 이루어져 있으며, 상기 비수 전해질로는 비수계 유기용매, 유기 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용되지만 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
상기 비수계 유기용매로는, 예를 들어, N-메틸-2-피롤리디논, 프로필렌 카르보네이트, 에틸렌 카르보네이트, 부틸렌 카르보네이트, 디메틸 카르보네이트, 디에틸 카르보네이트, 감마-부틸로 락톤, 1,2-디메톡시 에탄, 테트라히드록시푸란, 2-메틸 테트라하이드로푸란, 디메틸술폭시드, 1,3-디옥소런, 포름아미드, 디메틸포름아미드, 디옥소런, 아세토니트릴, 니트로메탄, 포름산 메틸, 초산메틸, 인산 트리에스테르, 트리메톡시 메탄, 디옥소런 유도체, 설포란, 메틸 설포란, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 프로필렌 카르보네이트 유도체, 테트라하이드로푸란 유도체, 에테르, 피로피온산 메틸, 프로피온산 에틸 등의 비양자성 유기용매가 사용될 수 있다.
상기 유기 고체 전해질로는, 예를 들어, 폴리에틸렌 유도체, 폴리에틸렌 옥사이드 유도체, 폴리프로필렌 옥사이드 유도체, 인산 에스테르 폴리머, 폴리 에지테이션 리신(agitation lysine), 폴리에스테르 설파이드, 폴리비닐 알코올, 폴리 불화 비닐리덴, 이온성 해리기를 포함하는 중합제 등이 사용될 수 있다.
상기 무기 고체 전해질로는, 예를 들어, Li3N, LiI, Li5NI2, Li3N-LiI-LiOH, LiSiO4, LiSiO4-LiI-LiOH, Li2SiS3, Li4SiO4, Li4SiO4-LiI-LiOH, Li3PO4-Li2S-SiS2 등의 Li의 질화물, 할로겐화물, 황산염 등이 사용될 수 있다.
상기 리튬염은 상기 비수 전해질에 용해되기 좋은 물질로서, 예를 들어, LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, 클로로 보란 리튬, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4 페닐 붕산 리튬, 이미드 등이 사용될 수 있다.
또한, 비수 전해질에는 충방전 특성, 난연성 등의 개선을 목적으로, 예를 들어, 피리딘, 트리에틸포스파이트, 트리에탄올아민, 환상 에테르, 에틸렌 디아민, n-글라임(glyme), 헥사 인산 트리 아미드, 니트로벤젠 유도체, 유황, 퀴논 이민 염료, N-치환 옥사졸리디논, N,N-치환 이미다졸리딘, 에틸렌 글리콜 디알킬 에테르, 암모늄염, 피롤, 2-메톡시 에탄올, 삼염화 알루미늄 등이 첨가될 수도 있다. 경우에 따라서는, 불연성을 부여하기 위하여, 사염화탄소, 삼불화에틸렌 등의 할로겐 함유 용매를 더 포함시킬 수도 있고, 고온 보존 특성을 향상시키기 위하여 이산화탄산 가스를 더 포함시킬 수도 있으며, FEC(Fluoro-Ethylene Carbonate), PRS(Propene sultone) 등을 더 포함시킬 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, LiPF6, LiClO4, LiBF4, LiN(SO2CF3)2 등의 리튬염을, 고유전성 용매인 EC 또는 PC의 환형 카보네이트와 저점도 용매인 DEC, DMC 또는 EMC의 선형 카보네이트의 혼합 용매에 첨가하여 리튬염 함유 비수 전해질을 제조할 수 있다.
본 발명은, 상기 리튬 이차전지를 단위전지로 포함하는 전지모듈, 및 상기 전지모듈을 포함하는 전지팩, 및 상기 전지팩을 전원으로 포함하는 디바이스를 제공한다.
상기 디바이스는, 예를 들어, 노트북 컴퓨터, 넷북, 태블릿 PC, 휴대폰, MP3, 웨어러블 전자기기, 파워 툴(power tool), 전기자동차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기자동차(Hybrid Electric Vehicle, HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV), 전기 자전거(E-bike), 전기 스쿠터(E-scooter), 전기 골프 카트(electric golf cart), 또는 전력저장용 시스템일 수 있지만, 이들만으로 한정되지 않음은 물론이다.
이러한 전지모듈, 전지팩, 및 디바이스의 구조 및 제작 방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명을 생략한다.
상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 이차전지용 음극은, 흑연계 물질을 포함하는 제 1 음극 활물질층과, 상기 흑연계 물질보다 큰 비표면적을 갖는 비흑연계 물질을 포함하는 제 2 음극 활물질층이 순차적으로 형성된 구조를 가짐으로써, 이차전지의 에너지 밀도 및 용량 측면에서도 우수할 뿐만 아니라, 급속 충전에 따른 레이트 특성이 매우 향상되어 급속 충전이 효율적으로 가능하다.
이하에서는, 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1>
음극 활물질로서 플래이크형의 인편상의 인조 흑연(비표면적: 1.69 m2/g), 바인더로서 SBR과 CMC 및 도전재로서 카본 블랙을 중량을 기준으로 95:2.5:1.0:0.5로 혼합하고, 용매로서 물을 첨가하여 제 1 음극 슬러리를 준비하였다.
음극 활물질로서 번들형 CNT(직경: 10 nm, 길이: 30 ㎛, 비표면적: 320 m2/g), 바인더로서 SBR을 중량 기준으로 95:5로 혼합하고, 용매로서 물을 첨가하여 제 2 음극 슬러리를 준비하였다.
10 ㎛ 두께의 구리 호일에 상기 제 1 음극 슬러리 및 제 2 음극 슬러리를 슬라이드-슬롯 코팅법에 의해 7 : 3의 두께비율로 총 80 ㎛ 두께로 도포하였다. 전체 공극률이 25%가 되도록 압연(press)하고 진공 하에서 130℃로 약 12시간 동안 건조하여 음극을 제조하였다.
상기 비표면적은 BET(Brunauer, Emmett, Teller)의 흡착 등온식에 기초해 구해진 평균 비표면적이다.
<실시예 2>
제 2 음극 슬러리의 음극 활물질로서 번들형 CNT(직경: 10 nm, 길이: 10 ㎛, 비표면적: 230 m2/g)를 사용한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 음극을 제조하였다.
<실시예 3>
제 2 음극 슬러리의 음극 활물질로서 그래핀(비표면적: 750 m2/g)을 사용한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 음극을 제조하였다.
<실시예 4>
제 2 음극 슬러리의 음극 활물질로서 인탱글형 CNT(직경: 10 nm, 길이: 3 ㎛, 비표면적: 190 m2/g)를 사용한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 음극을 제조하였다.
<실시예 5>
제 2 음극 슬러리의 음극 활물질로서 번들형 CNT(직경: 10 nm, 길이: 30 ㎛, 비표면적: 320 m2/g)와 그래핀(비표면적: 750 m2/g )을 3 : 7로 혼합한 혼합물을 사용한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 음극을 제조하였다.
<실시예 6>
제 2 음극 슬러리의 음극 활물질로서 번들형 CNT(직경: 10 nm, 길이: 30 ㎛, 비표면적: 320 m2/g)와 그래핀(비표면적: 750 m2/g )을 7 : 3으로 혼합한 혼합물을 사용한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 음극을 제조하였다.
<실시예 7>
제 1 음극 슬러리 및 제 2 음극 슬러리를 8:2의 두께비율로 총 80 ㎛ 두께로 도포한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 음극을 제조하였다.
<실시예 8>
제 1 음극 슬러리 및 제 2 음극 슬러리를 9:1의 두께비율로 총 80 ㎛ 두께로 도포한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 음극을 제조하였다.
<실시예 9>
제 1 음극 슬러리는 다이 코팅에 의해 도포하고, 제 2 음극 슬러리를 전기 분무 방식에 의해 도포한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 음극을 제조하였다.
<비교예 1>
제 2 음극 슬러리의 음극 활물질로서 인편상의 인조 흑연(비표면적: 1.69 m2/g)을 사용한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 음극을 제조하였다.
<비교예 1>
제 2 음극 슬러리의 음극 활물질로서 천연 흑연(비표면적: 2.53 m2/g)을 사용한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 음극을 제조하였다.
<실험예 1>
양극 활물질(LiCoO2) 96 중량%, Super-P(도전재) 2 중량%, 및 PVDF(결착제) 2 중량% 조성의 양극 합제를 용제인 NMP(N-methyl-2-pyrrolidone)에 첨가하여 양극 슬러리를 제조한 후, 알루미늄 집전체 상에 코팅하여 양극을 제조하였다.
상기 실시예들 및 비교예들에서 제조된 음극들에 상기 양극, 분리막으로서 폴리 에틸렌막(Celgard, 두께: 20 ㎛), 및 에틸렌 카보네이트, 디메틸렌 카보네이트, 디에틸 카보네이트가 1: 2: 1로 혼합된 용매에 LiPF6가 1M로 녹아 있는 액체 전해액을 사용하여, 이차전지들을 제조하였다.
이들 이차전지들을 3.0 V 내지 4.4 V 전압 영역에서 율(rate) 특성 테스트를 실시하였고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
0.1C/0.1C
vs.
0.1C/0.1C		 2C/2C
vs.
0.1C/0.1C		 5C/5C
vs.
0.1C/0.1C
실시예 1 100%, 750 mAh 93% 85%
실시예 2 100%, 750 mAh 91% 82%
실시예 3 100%, 750 mAh 96% 89%
실시예 4 100%, 750 mAh 88% 77%
실시예 5 100%, 750 mAh 95% 88%
실시예 6 100%, 750 mAh 95% 87%
실시예 7 100%, 750 mAh 86% 72%
실시예 8 100%, 750 mAh 84% 69%
실시예 9 100%, 750 mAh 94% 84%
비교예 1 100%, 750 mAh 77% 58%
비교예 2 100%, 750 mAh 72% 51%
상기 표 1을 참조하면, 비표면적이 큰 비흑연계 물질을 사용한 본 발명에 따른 실시예의 이차전지들이 그렇지 않은 비교예의 이차전지들에 비해 율 특성이 크게 향상된 것을 확인할 수 있다.
더욱이, 실시예 1 및 4를 비교하면, 탄소 나노 튜브로 번들형을 사용하는 경우, 더 우수한 효과를 나타냄을 확인할 수 있고, 실시예 1 및 실시예 7, 8을 참조하면, 그 코팅 두께를 7:3으로 하는 경우에 8:2 또는 9:1로 하는 경우보다 더욱 우수한 효과를 나타냄을 확인할 수 있다.
이상 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (20)

  1. 음극 집전체;
    상기 음극 집전체의 적어도 일면에 형성되어 있고, 흑연계 물질 및 제 1 바인더를 포함하는 제 1 음극 활물질층; 및
    상기 제 1 전극 활물질층 상에 위치하고, 상기 흑연계 물질보다 큰 비표면적을 갖는 비흑연계 물질 및 제 2 바인더를 포함하는 제 2 음극 활물질층;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지용 음극.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 음극의 용량에는 제 1 음극 활물질층이 상대적으로 더 크게 기여하고, 급속 충전시에는 제 2 음극 활물질층이 상대적으로 더 크게 작용하는 것을 특징으로 하는 이차전지용 음극.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 흑연계 물질은 인조 흑연, 천연 흑연 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 이차전지용 음극.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 흑연계 물질의 함량은 제 1 음극 활물질층 전체 중량을 기준으로 60 중량% 내지 95 중량%인 것을 특징으로 하는 이차전지용 음극.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 비흑연계 물질의 비표면적은 100 m2/g 내지 3000 m2/g인 것을 특징으로 하는 이차전지용 음극.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 비흑연계 물질은, 탄소 나노 튜브(carbon nano tube, CNT), 및 그래핀(graphene)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 이차전지용 음극.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 비흑연계 물질의 함량은 제 2 음극 활물질층 전체 중량을 기준으로 80 중량% 내지 98 중량%인 것을 특징으로 하는 이차전지용 음극.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 음극 활물질층과 제 2 음극 활물질층의 두께비는 70 : 30 내지 95 : 5인 것을 특징으로 하는 이차전지용 음극.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 음극 활물질층과 제 2 음극 활물질층은 다이(die) 코팅 방식에 의해 도포되어 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지용 음극.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 제 1 음극 활물질층과 제 2 음극 활물질층은 슬라이드-슬롯 다이 코팅 방식에 의해 동시에 도포되어 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지용 음극.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 음극 활물질층과 제 2 음극 활물질층은 전기 방사 방식 또는 전기 분무 방식에 의해 순차적으로 도포되어 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지용 음극.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 음극 활물질층은 롤(roll) 또는 다이 코팅 방식에 의해 도포되어 형성되고, 제 2 음극 활물질층은 전기 방사 방식 또는 전기 분무 방식에 의해 도포되어 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지용 음극.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 바인더와 상기 제 2 바인더는 서로 동종(同種)의 화합물인 것을 특징으로 하는 이차전지용 음극.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 음극 활물질층 및 제 2 음극 활물질층은, 전자 전도성의 도전재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지용 음극.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 도전재는, 각각의 음극 활물질층에서, 흑연계 물질 또는 비흑연계 물질 100 중량부에 대해 0.1 중량부 내지 5 중량부로 포함되는 것을 특징으로 하는 이차전지용 음극.
  16. 음극 집전체의 적어도 일면에, 흑연계 물질 및 제 1 바인더를 포함하는 제 1 음극 활물질층을 형성하는 과정;
    상기 제 1 음극 활물질층 상에 흑연계 물질보다 큰 비표면적이 갖는 비흑연계 물질 및 제 2 바인더를 포함하는 제 2 음극 활물질층을 형성하는 과정;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지용 음극의 제조방법.
  17. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 하나에 따른 이차전지용 음극을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  18. 제 17 항에 따른 리튬 이차전지를 단위전지로 포함하는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  19. 제 18 항에 따른 전지모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  20. 제 19 항에 따른 전지팩을 전원으로 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
KR1020160004070A 2016-01-13 2016-01-13 비표면적이 큰 음극 활물질층을 포함하는 음극 및 이의 제조방법 KR101772420B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160004070A KR101772420B1 (ko) 2016-01-13 2016-01-13 비표면적이 큰 음극 활물질층을 포함하는 음극 및 이의 제조방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160004070A KR101772420B1 (ko) 2016-01-13 2016-01-13 비표면적이 큰 음극 활물질층을 포함하는 음극 및 이의 제조방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20170084798A true KR20170084798A (ko) 2017-07-21
KR101772420B1 KR101772420B1 (ko) 2017-09-12

Family

ID=59462673

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160004070A KR101772420B1 (ko) 2016-01-13 2016-01-13 비표면적이 큰 음극 활물질층을 포함하는 음극 및 이의 제조방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101772420B1 (ko)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019108039A3 (ko) * 2017-12-01 2019-07-25 주식회사 엘지화학 음극 및 이를 포함하는 이차전지
KR20190117387A (ko) * 2018-04-06 2019-10-16 주식회사 엘지화학 전극, 상기 전극을 포함하는 이차 전지, 및 상기 전극의 제조 방법
EP3817098A1 (en) * 2019-10-29 2021-05-05 Beijing Xiaomi Mobile Software Co., Ltd. Negative electrode for lithium-ion battery of terminal device
US11515569B2 (en) 2017-09-04 2022-11-29 Lg Energy Solution, Ltd. Method for manufacturing flexible battery, and flexible battery manufactured thereby
KR20230049611A (ko) * 2017-10-17 2023-04-13 에스케이온 주식회사 리튬 이차 전지

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5213015B2 (ja) 2007-09-04 2013-06-19 Ｎｅｃエナジーデバイス株式会社 リチウムイオン二次電池

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11515569B2 (en) 2017-09-04 2022-11-29 Lg Energy Solution, Ltd. Method for manufacturing flexible battery, and flexible battery manufactured thereby
KR20230049611A (ko) * 2017-10-17 2023-04-13 에스케이온 주식회사 리튬 이차 전지
WO2019108039A3 (ko) * 2017-12-01 2019-07-25 주식회사 엘지화학 음극 및 이를 포함하는 이차전지
US12002949B2 (en) 2017-12-01 2024-06-04 Lg Energy Solution, Ltd. Negative electrode and secondary battery including the same
KR20190117387A (ko) * 2018-04-06 2019-10-16 주식회사 엘지화학 전극, 상기 전극을 포함하는 이차 전지, 및 상기 전극의 제조 방법
JP2021517352A (ja) * 2018-04-06 2021-07-15 エルジー・ケム・リミテッド 電極、該電極を含む二次電池、および該電極の製造方法
US11831006B2 (en) 2018-04-06 2023-11-28 Lg Energy Solution, Ltd. Electrode, secondary battery including the electrode, and method of preparing the electrode
EP3817098A1 (en) * 2019-10-29 2021-05-05 Beijing Xiaomi Mobile Software Co., Ltd. Negative electrode for lithium-ion battery of terminal device

Also Published As

Publication number Publication date
KR101772420B1 (ko) 2017-09-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101545886B1 (ko) 다층구조 전극 및 그 제조방법
KR101793270B1 (ko) 전극 및 이를 포함하는 이차전지
KR101658510B1 (ko) 이차전지용 양극 및 이를 포함하는 이차전지
KR102359813B1 (ko) Cnt를 포함하는 프라이머 층이 코팅된 음극 및 이의 제조방법
KR101838316B1 (ko) 리튬 이온 이차 전지용 음극
KR101590678B1 (ko) 리튬 이차전지용 음극 활물질 및 이를 포함하는 리튬 이차전지
KR101623724B1 (ko) 구조적 안정성이 향상된 이차전지용 음극 합제 및 이를 포함하는 이차전지
KR101527748B1 (ko) 전극의 제조방법 및 이를 사용하여 제조되는 전극
KR102005779B1 (ko) 음극 활물질 입자의 형상이 상이한 활물질층들을 포함하는 이차전지용 음극의 제조 방법
KR101772420B1 (ko) 비표면적이 큰 음극 활물질층을 포함하는 음극 및 이의 제조방법
US10135095B2 (en) Lithium secondary battery
KR102071489B1 (ko) 활물질 입자의 평균 입경이 상이한 코팅층들을 포함하는 이차전지용 전극
KR20150013079A (ko) 에너지 밀도가 향상된 이차전지용 전극 및 이를 포함하는 리튬 이차전지
US9853288B2 (en) Lithium secondary battery
KR101495302B1 (ko) 다층구조 전극 및 그 제조방법
KR101506451B1 (ko) 이차전지용 음극
KR20170055637A (ko) 상이한 형상의 도전재들을 포함하는 이차전지용 양극 합제
KR101506452B1 (ko) 이차전지용 양극
KR101514303B1 (ko) 전극의 제조방법 및 이를 사용하여 제조되는 전극
US10128540B2 (en) Lithium secondary battery
KR101580486B1 (ko) 젖음성이 향상된 이차전지용 음극 및 이를 포함하는 리튬 이차전지
KR20130116033A (ko) 전극 합제의 제조방법 및 이를 사용하여 제조되는 전극 합제
US9660266B2 (en) Lithium secondary battery
KR101493255B1 (ko) 전극의 제조방법 및 이를 사용하여 제조되는 전극
KR101514297B1 (ko) 전극의 제조방법 및 이를 사용하여 제조되는 전극

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant