KR20170103688A - Negative Electrode Mix for Secondary Battery Comprising CMC-Li Salt and Lithium Secondary Battery Comprising the Same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 CMC-Li염을 포함하는 이차전지용 음극 합제 및 이를 포함하는 리튬 이차전지에 관한 것이다.The present invention relates to a negative electrode mixture for a secondary battery including a CMC-Li salt and a lithium secondary battery comprising the same.
화석연료 사용의 급격한 증가로 인하여 대체 에너지나 청정에너지의 사용에 대한 요구가 증가하고 있으며, 그 일환으로 가장 활발하게 연구되고 있는 분야가 전기화학을 이용한 발전, 축전 분야이다.Due to the rapid increase in the use of fossil fuels, the demand for the use of alternative energy or clean energy is increasing. As a part of this, the most active field of research is electric power generation and storage.
현재 이러한 전기화학적 에너지를 이용하는 전기화학 소자의 대표적인 예로 이차전지를 들 수 있으며, 점점 더 그 사용 영역이 확대되고 있는 추세이다.At present, a typical example of an electrochemical device utilizing such electrochemical energy is a secondary battery, and the use area thereof is gradually increasing.
최근에는 휴대용 컴퓨터, 휴대용 전화기, 카메라 등의 휴대용 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그러한 이차전지 중 높은 에너지 밀도와 작동 전위를 나타내고 사이클 수명이 길며 자기방전율이 낮은 리튬 이차전지에 대해 많은 연구가 행해져 왔고, 또한 상용화되어 널리 사용되고 있다.2. Description of the Related Art [0002] Recently, as technology development and demand for portable devices such as portable computers, portable phones, and cameras have increased, the demand for secondary batteries as energy sources has increased sharply. Among such secondary batteries, they exhibit high energy density and operating potential, Many studies have been made on a lithium secondary battery having a long self discharge rate, and it has been commercialized and widely used.
일반적인 리튬 이차전지는 음극 활물질로 흑연을 사용하며, 양극의 리튬 이온이 음극으로 삽입되고 탈리되는 과정을 반복하면서 충전과 방전이 진행된다. 전극 활물질의 종류에 따라 전지의 이론 용량은 차이가 있으나, 대체로 사이클이 진행됨에 따라 충전 및 방전 용량이 저하되는 문제점이 발생하게 된다.Generally, a lithium secondary battery uses graphite as a negative electrode active material, charging and discharging proceed while repeating the process in which lithium ions in the positive electrode are inserted into the negative electrode and desorbed. The theoretical capacity of the battery varies depending on the kind of the electrode active material, but the charging and discharging capacities decrease with the progress of the cycle.
이러한 현상은 전지의 충전 및 방전이 진행됨에 따라 발생하는 전극의 부피 변화에 의해 전극 활물질간 또는 전극 활물질과 집전체 사이가 분리되는 것에 가장 큰 원인이 있다.This phenomenon is most likely to occur between the electrode active material or between the electrode active material and the collector due to the volume change of the electrode caused by the progress of charging and discharging of the battery.
특히, 방전 용량을 높이기 위해, 이론적 방전 용량이 372 mAh/g인 천연 흑연에 방전 용량이 큰 실리콘, 주석, 실리콘-주석 합금 등과 같은 재료를 복합하여 사용하는 경우, 충전 및 방전이 진행됨에 따라 재료의 부피 팽창이 현저히 증가하여, 충방전 사이클이 진행되면서 전지의 용량이 급격히 저하되는 문제점이 야기되었다.Particularly, in order to increase the discharge capacity, when a material such as silicon, tin, silicon-tin alloy having a large discharging capacity is mixed with natural graphite having a theoretical discharge capacity of 372 mAh / g is used, The volume expansion of the battery is remarkably increased, and the capacity of the battery is rapidly lowered as the charge / discharge cycle progresses.
따라서, 강한 접착력으로, 전극의 제조시 전극 활물질간 또는 전극 활물질과 집전체 사이의 분리를 방지하고, 강한 물성으로 반복되는 충방전시 발생되는 전극 활물질의 부피 팽창을 제어하여 전극의 구조적 안정성 및 이로 인한 전지의 성능 향상을 도모할 수 있는 바인더 및 전극 재료에 대한 연구가 당업계에서 절실히 요구되고 있다.Therefore, it is possible to prevent separation between the electrode active material or between the electrode active material and the current collector during the production of the electrode with a strong adhesive force, and to control the volume expansion of the electrode active material generated during repetitive charging and discharging with strong physical properties, There is a great demand in the art for a study on a binder and an electrode material capable of improving the performance of the battery due to the above-mentioned problems.
기존의 유기용매계 바인더인 폴리불화비닐리덴(PVdF)이 위와 같은 요구를 충족시키지 못함에 따라, 최근에는 스티렌-부타디엔 고무(styrene-butadiene rubber: SBR)와 같은 수계 바인더를 수상에서 중합하여 유화 입자를 제조하고, 증점제 등과 혼합하여 사용하는 방법이 제시되었으며 현재 상업적으로도 사용되고 있다. 이러한 바인더의 경우, 환경 친화적이고 바인더 사용 함량을 줄여 전지 용량을 높일 수 있다는 장점이 있다.Since polyvinylidene fluoride (PVdF), which is an organic solvent-based binder, does not satisfy the above requirements, recently, an aqueous binder such as styrene-butadiene rubber (SBR) And mixing with a thickener or the like has been proposed and is currently being used commercially. In the case of such a binder, it is environmentally friendly and has an advantage that the battery capacity can be increased by reducing the content of the binder.
카르복시 메틸 셀룰로오즈(carboxy metyl cellulose)는 점도가 높고 안정적인 물성을 가지고 있어 증점제로 널리 사용된다. 다만, 카르복시 메틸 셀룰로오즈는 전극 슬러리 제조 시 고형분의 증가가 어려워 전지의 공정성을 저하시키며, 또한, 고온에서 카르복실기가 분해되어, 수명 특성, 방전 특성, 및 음극 효율 등의 이차전지의 전반적인 특성이 저하되는 문제가 있다.Carboxy methyl cellulose is widely used as a thickener because of its high viscosity and stable physical properties. Carboxymethyl cellulose, however, is difficult to increase in the solid content when the electrode slurry is prepared, thus lowering the processability of the battery. Further, the carboxyl group is decomposed at a high temperature, and the overall characteristics of the secondary battery such as lifetime characteristics, discharge characteristics, there is a problem.
따라서, 이차전지의 전반적인 특성을 향상시키면서도, 안정적이고 친환경적인 이차전지용 음극 합제에 대한 대한 필요성이 높은 실정이다.Therefore, there is a high need for a stable and eco-friendly anode mixture for a secondary battery while improving the overall characteristics of the secondary battery.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the above-mentioned problems of the prior art and the technical problems required from the past.
본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 이후 설명하는 바와 같이, 증점제로서 리튬 카르복시메틸기(-CH2COOLi)에 의한 히드록시(-OH)기의 치환도가 0.7 내지 1.3이고, 분자량이(Mn)이 300,000 내지 1,000,000이며, 점도가 2,000 내지 15,000 cps이고, 용해도가 1.0 내지 2.0인 CMC-Li염(lithium carboxymethyl cellulose salt)을 포함하는 경우, 친환경적이면서도, 이차전지의 수명 특성, 방전 특성, 및 음극 효율이 향상됨을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.As a result of intensive research and various experiments, the present inventors have found that the substitution degree of the hydroxy (-OH) group by the lithium carboxymethyl group (-CH 2 COOLi) as the thickener is 0.7 to 1.3 , Lithium carbonate (CMC-Li salt) having a molecular weight (Mn) of 300,000 to 1,000,000, a viscosity of 2,000 to 15,000 cps and a solubility of 1.0 to 2.0, is environmentally friendly, The discharge characteristics, and the cathode efficiency were improved, thereby completing the present invention.
따라서, 본 발명에 따른 이차전지용 음극 합제는, 음극 활물질, 증점제 및 수계 바인더를 포함하고 있고; 상기 증점제는 리튬 카르복시메틸기(-CH2COOLi)에 의한 히드록시(-OH)기의 치환도가 0.7 내지 1.3이고, 분자량이(Mn)이 300,000 내지 1,000,000이며, 점도가 2,000 내지 15,000 cps이고, 용해도가 1.0 내지 2.0인 CMC-Li염 (lithium carboxymethyl cellulose salt)인 것을 특징으로 한다.Accordingly, the negative electrode material mixture for a secondary battery according to the present invention comprises a negative electrode active material, a thickener, and an aqueous binder; The thickener is a thickener having a degree of substitution of hydroxy (-OH) groups by a lithium carboxymethyl group (-CH 2 COOLi) of 0.7 to 1.3, a molecular weight (Mn) of 300,000 to 1,000,000, a viscosity of 2,000 to 15,000 cps, Is a lithium carboxymethyl cellulose salt (CMC-Li salt) of 1.0 to 2.0.
종래의 CMC는 나트륨 카르복시메틸기(-CH2COONa)를 포함하는 CMC-Na염으로 사용되는 것이 일반적이었다. CMC-Na염의 경우도 바인더의 이차전지의 전반적인 성능을 향상시키는 효과가 있지만, 수명 특성, 방전 특성, 음극 효율 및 제조 공정에서 고형분의 함량 증가에 한계가 있었다.Conventional CMCs were generally used as CMC-Na salts containing a sodium carboxymethyl group (-CH 2 COONa). The CMC-Na salt also has an effect of improving the overall performance of the secondary battery of the binder, but has limitations in lifetime characteristics, discharge characteristics, anode efficiency and solid content in the manufacturing process.
본 발명에 따르면, 상기 CMC-Li염을 증점제로 사용하는 경우, 종래의 CMC-Na염을 사용하는 경우에 비해, 이차전지의 수명 특성, 방전 특성, 음극 효율 및 제조 공정에서 고형분의 함량을 향상시키는 효과가 있다. 특히, 상기 CMC-Li염의, 리튬 카르복시메틸기의 히드록시(-OH)기의 치환도가 0.7 내지 1.3이고, 분자량이(Mn)이 300,000 내지 1,000,000이며, 점도가 2,000 내지 15,000 cps이고, 용해도가 1.0 내지 2.0인 경우, 이차전지의 전반적인 특성을 현저하게 향상시키는 효과가 있다.According to the present invention, when the CMC-Li salt is used as a thickener, the lifetime characteristics, the discharge characteristics, the anode efficiency and the solid content of the secondary battery are improved in comparison with the case of using the conventional CMC-Na salt . Particularly, the CMC-Li salt has a substitution degree of the hydroxy (-OH) group of the lithium carboxymethyl group of 0.7 to 1.3, a molecular weight (Mn) of 300,000 to 1,000,000, a viscosity of 2,000 to 15,000 cps and a solubility of 1.0 To 2.0, there is an effect of remarkably improving the overall characteristics of the secondary battery.
하나의 구체적인 예에서, 상기 리튬 카르복시메틸기의 치환도는 0.8 내지 1.2일 수 있고, 상세하게는, 0.8 내지 1.0일 수 있다.In one specific example, the substitution degree of the lithium carboxymethyl group may be from 0.8 to 1.2, and more specifically, from 0.8 to 1.0.
또한, 상기 CMC-Li염의 분자량은 350,000 내지 900,000일 수 있고, 상세하게는, 500,000 내지 900,000일 수 있다.The molecular weight of the CMC-Li salt may be from 350,000 to 900,000, and more specifically, from 500,000 to 900,000.
상기 CMC-Li염의 점도는 23℃, B형 LV 타입 점도계 12 rpm의 측정 조건에서 2,200 cps 내지 12,000 cps일 수 있다. The viscosity of the CMC-Li salt may be 2,200 cps to 12,000 cps under the conditions of 23 캜 and 12 rpm of a B-type LV type viscometer.
상기 CMC-Li염의 용해도는 23℃의 측정 조건에서 중량을 기준으로 1.0 내지 1.5일 수 있다. 구체적으로, 상기 용해도는 탈이온수(deionized water) 및 CMC-Li의 총 중량 대비 CMC-Li의 중량의 백분율일 수 있다.The solubility of the CMC-Li salt may be 1.0 to 1.5 based on weight at 23 ° C. Specifically, the solubility may be a percentage of the weight of CMC-Li relative to the total weight of deionized water and CMC-Li.
상기 CMC-Li염의 pH는 6.8 내지 8.0일 수 있고, 상세하게는 6.9 내지 7.85일 수 있다.The pH of the CMC-Li salt may be 6.8 to 8.0, and more specifically 6.9 to 7.85.
상기 치환도, 분자량, 점도, 용해도 및 pH의 범위를 모두 만족하는 CMC-Li염을 사용하는 경우 이차전지의 전반적인 성능이 더욱 현저하게 향상될 수 있다. 상기 물성치들 중에서 일부 물성치만 범위를 벗어나는 경우에도 이차전지의 성능이 저하될 수 있으며, 하기 실험예들을 통해서도 이러한 결과를 확인할 수 있다. 즉, 상기 CMC-Li염의 치환도, 분자량, 점도, 용해도 및 pH의 범위를 모두 만족하는 경우 최상의 효과를 나타내는 점에 비추어, 상기 물성치들은 모두 유기적으로 결합되어 있으며, CMC-Li염의 미시적인 메카니즘에 밀접하게 연관되어 있음을 짐작할 수 있다.When the CMC-Li salt satisfying both the substitution degree, the molecular weight, the viscosity, the solubility and the pH range is used, the overall performance of the secondary battery can be remarkably improved. The performance of the secondary battery may be deteriorated even if some physical properties out of the physical properties are out of the range. These results can also be confirmed through the following experimental examples. That is, the CMC-Li salt has the best effects when the degree of substitution, the molecular weight, the viscosity, the solubility, and the pH of the CMC-Li salt are both satisfied. All of the physical properties are organically bound and the CMC-Li salt has a microscopic mechanism It can be assumed that they are closely related.
한편, 상기 수계 바인더는 SBR(styrene-butadiene rubber)일 수 있다. 수계 바인더로서, SBR은 에멀젼 형태로 물에 분산될 수 있어서 유기용매를 사용하지 않아도 되며, 접착력이 강하여 그 만큼 바인더의 함량을 줄이고 음극 활물질의 함량을 증가시켜 리튬 이차전지의 고용량 화에 유리하다. 특히, SBR과 함께 증점제로 상기 CMC-Li염을 사용하는 경우, 음극 합제의 동일 체적당 활물질의 비율을 더욱 높일 수 있어 고용량화가 가능하면서도, 음극 슬러리의 고형분 함량 증가로 전극 공정성이 향상되고 스웰링 현상이 개선되는 효과가 있다.Meanwhile, the aqueous binder may be styrene-butadiene rubber (SBR). As an aqueous binder, SBR can be dispersed in water in the form of an emulsion, so that it is not necessary to use an organic solvent, and the adhesive strength is strong enough to reduce the content of the binder and increase the content of the negative electrode active material, which is advantageous for increasing the capacity of the lithium secondary battery. Particularly, when the CMC-Li salt is used as a thickener together with SBR, the ratio of the active material per unit volume of the negative electrode mixture can be further increased, and the capacity of the negative electrode slurry can be increased. There is an effect that the phenomenon is improved.
상기 CMC-Li염을 증점제로 사용할 때 입경이 일정 수치 범위 내인 SBR을 사용하는 경우, 이차전지의 성능을 더욱 향상시킬 수 있다. 하나의 구체적인 예에서, 상기 SBR은 입경이 90 nm 내지 500 nm일 수 있고, 상세하게는, 100 nm 내지 400 nm일 수 있다.When the CMC-Li salt is used as a thickener, the performance of the secondary battery can be further improved when SBR having a particle diameter within a certain range is used. In one specific example, the SBR may have a particle size of 90 nm to 500 nm, and more specifically, 100 nm to 400 nm.
또한, 하나의 구체적인 예에서, 상기 증점제 및 수계 바인더의 함량비는 중량을 기준으로 1:2 내지 5:1일 수 있고, 상세하게는 1:1 내지 4:1일 수 있으며, 더욱 상세하게는 1:1 이상 내지 2:1 미만일 수 있다.Further, in one specific example, the content ratio of the thickener and the water-based binder may be 1: 2 to 5: 1 by weight, more specifically, 1: 1 to 4: 1, 1: 1 to less than 2: 1.
본 발명에 따르면, 상기 음극 활물질은 리튬 이차전지에 일반적으로 사용되는 음극 활물질을 제한 없이 사용할 수 있으며, 예를 들어, 난흑연화 탄소, 흑연계 탄소 등의 탄소계 물질; LixFe2O3(0≤x≤1), LixWO2(0≤x≤1), SnxMe1-xMe'yOz (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me': Al, B, P, Si, 주기율표의 1족, 2족, 3족 원소, 할로겐; 0<x≤1; 1≤y≤3; 1≤z≤8) 등의 금속 복합 산화물; 리튬 금속; 리튬 합금; 규소계 합금; 주석계 합금; SnO, SnO2, PbO, PbO2, Pb2O3, Pb3O4, Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5, GeO, GeO2, Bi2O3, Bi2O4, and Bi2O5 등의 금속 산화물; 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-Co-Ni 계 재료 등을 사용할 수 있다.According to the present invention, the negative electrode active material can be used as an anode active material generally used in a lithium secondary battery without limitation, for example, a carbonaceous material such as non-graphitized carbon or graphite carbon; Li x Fe 2 O 3 (0≤x≤1 ), Li x WO 2 (0≤x≤1), Sn x Me 1-x Me 'y O z (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me' : Metal complex oxides such as Al, B, P, Si, Group 1, Group 2, Group 3 elements of the periodic table, Halogen, 0 < x < Lithium metal; Lithium alloy; Silicon-based alloys; Tin alloy; SnO, SnO 2, PbO, PbO 2, Pb 2 O 3, Pb 3 O 4, Sb 2 O 3, Sb 2 O 4, Sb 2 O 5, GeO, GeO 2, Bi 2 O 3, Bi 2 O 4, and Bi 2 O 5 ; Conductive polymers such as polyacetylene; Li-Co-Ni-based materials and the like can be used.
다만, 모든 음극 활물질이 동일한 효과를 나타내는 것은 아니며, 상기 음극 활물질들 중, 탄소계 물질인 경우 가장 우수한 효과를 나타낼 수 있다. 상세하게는, 상기 탄소계 물질은 흑연계 탄소, 코크스계 탄소 및 하드 카본으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상일 수 있다.However, not all of the negative electrode active materials exhibit the same effect, and among the negative electrode active materials, carbon-based materials can exhibit the most excellent effect. In detail, the carbon-based material may be at least one selected from the group consisting of graphite carbon, coke carbon and hard carbon.
또한, 상기 흑연계 탄소는 바람직하게는, 구형의 입자로 이루어져 있고, Raman 스펙트럼의 R값 [R=I1350/I1580] (I1350은 1350 cm-1 부근의 Raman 강도, I1580은 1580 cm-1 부근의 Raman 강도)이 0.20 내지 1.0인 결정화도를 가진 천연 흑연일 수 있다.The graphite carbon preferably comprises spherical particles and has an R value of Raman spectrum [R = I 1350 / I 1580 ] (I 1350 is Raman intensity near 1350 cm -1 , I 1580 is 1580 cm -1 > is a natural graphite having a crystallinity of 0.20 to 1.0.
이러한 천연 흑연은 인편상 천연 흑연 원재료를 분쇄, 조립하여 구형 형태로 제조할 수 있으며, 이렇게 제조된 구형 천연 흑연은, 비표면적이 최소화되므로 활물질 표면에서의 전해질 분해반응이 감소될 수 있다. 따라서, 상기 구형 조립화된 천연 흑연을 인편상 형태의 천연 흑연과 혼합하여 사용할 경우 전극의 충진밀도가 증가하고, 에너지 밀도가 향상될 수 있다.Such natural graphite can be manufactured into a spherical shape by pulverizing and assembling scaly natural graphite raw materials. The spherical natural graphite thus produced has a minimized specific surface area, so that the decomposition reaction of the electrolyte on the active material surface can be reduced. Therefore, when the spherical granulated natural graphite is mixed with natural graphite in scaly form, the filling density of the electrode increases and the energy density can be improved.
한편, 상기 음극 합제는 도전재 및/또는 충진제를 더 포함할 수 있다.On the other hand, the negative electrode material mixture may further include a conductive material and / or a filler.
상기 도전재는 통상적으로 음극 활물질을 포함한 혼합물 전체 중량을 기준으로 0.1 내지 30 중량%로 첨가될 수 있다. 이러한 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 그라파이트; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼니스 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. 시판되고 있는 도전재의 구체적인 예로는 아세틸렌 블랙 계열인 쉐브론 케미칼 컴퍼니(Chevron Chemical Company)나 덴카 블랙(Denka Singapore Private Limited), 걸프 오일 컴퍼니(Gulf Oil Company) 제품 등), 케트젠블랙(Ketjenblack), EC 계열(아르막 컴퍼니(Armak Company) 제품), 불칸(Vulcan) XC-72(캐보트 컴퍼니(Cabot Company) 제품) 및 수퍼(Super) P(Timcal 사 제품) 등이 있다.The conductive material may be added usually in an amount of 0.1 to 30% by weight based on the total weight of the mixture including the anode active material. Such a conductive material is not particularly limited as long as it has electrical conductivity without causing a chemical change in the battery, and includes, for example, graphite; Carbon black such as carbon black, acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and summer black; Conductive fibers such as carbon fiber and metal fiber; Metal powders such as carbon fluoride, aluminum, and nickel powder; Conductive whiskey such as zinc oxide and potassium titanate; Conductive metal oxides such as titanium oxide; Conductive materials such as polyphenylene derivatives and the like can be used. Concrete examples of commercially available conductive materials include acetylene black series such as Chevron Chemical Company, Denka Singapore Private Limited, Gulf Oil Company, etc.), Ketjenblack, EC (Armak Company), Vulcan XC-72 (Cabot Company), and Super P (Timcal).
상기 충진제는 전극의 팽창을 억제하는 성분으로서 선택적으로 사용되며, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 섬유상 재료라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 올리핀계 중합제; 유리섬유, 탄소섬유 등의 섬유상 물질이 사용될 수 있다.The filler is optionally used as a component for suppressing the expansion of the electrode, and is not particularly limited as long as it is a fibrous material without causing any chemical change in the battery. Examples of the filler include olefin-based polymerizers such as polyethylene and polypropylene; Fibrous materials such as glass fiber, carbon fiber and the like can be used.
본 발명은 또한, 음극 합제가 음극 집전체 상에 도포되어 있는 이차전지용 음극을 제공한다.The present invention also provides a negative electrode for a secondary battery, wherein the negative electrode material mixture is applied on the negative electrode current collector.
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.The negative electrode current collector is not particularly limited as long as it has electrical conductivity without causing a chemical change in the battery. For example, the negative electrode current collector may be formed on the surface of copper, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, sintered carbon, Carbon, nickel, titanium, silver or the like, an aluminum-cadmium alloy, or the like can be used. In addition, like the positive electrode collector, fine unevenness can be formed on the surface to enhance the bonding force of the negative electrode active material, and it can be used in various forms such as films, sheets, foils, nets, porous bodies, foams and nonwoven fabrics.
본 발명에서 음극 집전체의 두께는 3 내지 201 ㎛의 범위 내에서 모두 동일할 수 있으나, 경우에 따라서는 각각 서로 다른 값을 가질 수 있다.In the present invention, the thickness of the anode current collector may be the same within the range of 3 to 201 [mu] m, but may have different values depending on the case.
하나의 구체적인 예에서, 상기 음극 합제의 로딩량은 10 내지 20 mg/cm2일 수 있고, 상세하게는, 14 내지 16 mg/cm2일 수 있다. 음극 합제의 로딩량이 너무 많으면, 음극의 저항이 증가하여 C-rate가 급격히 감소하고, 충전 특성이 저하되는 문제가 있다. 종래의 CMC-Na염을 포함하는 음극 합제의 경우에는 산업적으로 이용 가능한 수준의 충전 특성을 얻을 수 있는 최대 로딩량이 약 13 mg/cm2 이하였으나, 본 발명의 CMC-Li염을 포함하는 음극 합제의 경우에는, 최대 16 mg/cm2의 로딩량에서도 산업적으로 이용가능한 수준의 충전 특성을 발휘할 수 있다.In one specific example, the loading amount of the negative electrode mixture may be 10 to 20 mg / cm 2 , and more specifically, 14 to 16 mg / cm 2 . If the loading amount of the negative electrode mixture is too large, there is a problem that the resistance of the negative electrode increases and the C-rate sharply decreases to lower the charging characteristics. In the case of the negative electrode mixture containing the conventional CMC-Na salt, the maximum loading amount at which an industrially applicable level of charging property can be obtained was about 13 mg / cm 2 or less. However, the negative electrode mixture containing the CMC- , It is possible to exhibit an industrially available level of charging property even at a loading amount of up to 16 mg / cm < 2 >.
본 발명은 또한, 상기 음극을 포함하는 이차전지를 제공한다.The present invention also provides a secondary battery comprising the negative electrode.
하나의 구체적인 예에서, 상기 이차전지는 코인 하프 셀(coin half cell)을 0.1 C-rate로 충방전 시 음극 효율이 93% 이상일 수 있고, 상세하게는 93.5% 이상일 수 있으며, 더욱 상세하게는 94% 이상일 수 있다.In one specific example, the secondary battery may have a negative electrode efficiency of 93% or more, more specifically 93.5% or more when charging and discharging a coin half cell at a 0.1 C-rate, more specifically, 94 % ≪ / RTI >
종래의 CMC-Na염을 포함하는 이차전지의 경우에는, 동일한 조건에서 최대로 발휘할 수 있는 음극 효율이 대부분 약 93%미만 이었으나, 본 발명에 따른, CMC-Li염을 포함하는 이차전지는 93% 이상의 음극 효율을 가질 수 있다.In the case of the secondary battery including the conventional CMC-Na salt, the negative electrode efficiency that can be maximally exhibited under the same conditions was mostly less than about 93%. However, the secondary battery including the CMC-Li salt according to the present invention had 93% Or more.
하나의 구체적인 예에서, 상기 이차전지는 0.3 C-rate에서 방전용량이 355 mAh/g일 수 있고, 상세하게는 360 mAh/g 이상일 수 있다. 이때 방전 용량은 음극의 중량을 기준으로 계산하였다.In one specific example, the secondary battery may have a discharge capacity of 355 mAh / g at a 0.3 C-rate and more specifically 360 mAh / g or more. The discharge capacity was calculated based on the weight of the negative electrode.
종래의 CMC-Na염을 포함하는 이차전지의 경우에는, 동일한 조건에서 최대로 발휘할 수 있는 방전 용량이 약 355 mAh/g미만 이었으나, 본 발명에 따른, CMC-Li염을 포함하는 이차전지는 355 mAh/g 이상의 방전 용량을 가질 수 있다.In the case of a secondary battery including a conventional CMC-Na salt, the discharge capacity that can be maximally exhibited under the same conditions was less than about 355 mAh / g. However, the secondary battery including the CMC- discharge capacity of mAh / g or more.
하나의 구체적인 예에서, 상기 이차전지는 300회 충방전 시 용량 유지율이75% 이상일 수 있고, 상세하게는 80% 이상일 수 있다.In one specific example, the secondary battery may have a capacity retention rate of 75% or more at 300 times charge-discharge and more specifically 80% or more.
종래의 CMC-Na염을 포함하는 이차전지의 경우에는, 동일한 조건에서 최대로 발휘할 수 있는 용량 유지율이 약 75%미만 이었으나, 본 발명에 따른, CMC-Li염을 포함하는 이차전지는 75% 이상의 용량 유지율을 가질 수 있다.In the case of a secondary battery including a conventional CMC-Na salt, the capacity retention ratio that can be exhibited at the maximum under the same conditions was less than about 75%. However, the secondary battery including the CMC-Li salt according to the present invention has a capacity of 75% The capacity retention rate can be obtained.
한편, 상기 이차전지는 양극, 음극, 분리막, 및 전해액을 포함하며, 이하, 상기 이차전지의 기타 성분에 대해서 설명한다.The secondary battery includes a cathode, a cathode, a separator, and an electrolyte. Other components of the secondary battery will be described below.
상기 양극은, 예를 들어, 양극 집전체에 양극 활물질, 도전재 및 바인더가 혼합된 양극 합제를 도포하여 제조될 수 있고, 필요에 따라서는 상기 양극 합제에 충진제를 더 첨가할 수 있다.The positive electrode may be prepared, for example, by applying a positive electrode mixture mixed with a positive electrode active material, a conductive material and a binder to a positive electrode collector, and if necessary, a filler may further be added to the positive electrode mixture.
상기 양극 집전체는 일반적으로 3 ~ 201 ㎛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 접착력을 높일 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태가 가능하다.The cathode current collector is generally formed to a thickness of 3 to 201 탆 and is not particularly limited as long as it has high conductivity without causing chemical change in the battery. For example, stainless steel, aluminum, nickel, titanium , And a surface treated with carbon, nickel, titanium or silver on the surface of aluminum or stainless steel can be used. Specifically, aluminum can be used. The current collector may have fine irregularities on the surface thereof to increase the adhesive force of the cathode active material, and various forms such as a film, a sheet, a foil, a net, a porous body, a foam, and a nonwoven fabric are possible.
상기 양극 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.The cathode active material may be, for example, a layered compound such as lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ) or lithium nickel oxide (LiNiO 2 ) or a compound substituted with one or more transition metals; Lithium manganese oxides such as Li 1 + x Mn 2 -x O 4 (where x is 0 to 0.33), LiMnO 3 , LiMn 2 O 3 , LiMnO 2 and the like; Lithium copper oxide (Li 2 CuO 2 ); Vanadium oxides such as LiV 3 O 8 , LiV 3 O 4 , V 2 O 5 and Cu 2 V 2 O 7 ; A Ni-site type lithium nickel oxide expressed by the formula LiNi 1-x M x O 2 (where M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B or Ga and x = 0.01 to 0.3); Formula LiMn 2-x M x O 2 ( where, M = Co, Ni, Fe , Cr, and Zn, or Ta, x = 0.01 ~ 0.1 Im) or Li 2 Mn 3 MO 8 (where, M = Fe, Co, Ni, Cu, or Zn); LiMn 2 O 4 in which a part of Li in the formula is substituted with an alkaline earth metal ion; Disulfide compounds; Fe 2 (MoO 4 ) 3 , and the like. However, the present invention is not limited to these.
상기 양극에 포함되는 바인더는 활물질과 도전재 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 양극 활물질을 포함하는 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 바인더의 예로는, 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌-부타디엔 고무, 불소 고무, 다양한 공중합체 등을 들 수 있다.The binder contained in the positive electrode is added to the binder in an amount of 1 to 30% by weight, based on the total weight of the mixture containing the positive electrode active material, as a component that assists in bonding between the active material and the conductive material and bonding to the current collector. Examples of such binders include polyvinylidene fluoride, polyvinyl alcohol, carboxymethylcellulose (CMC), starch, hydroxypropylcellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene, polyethylene , Polypropylene, ethylene-propylene-diene terpolymer (EPDM), sulfonated EPDM, styrene-butadiene rubber, fluorine rubber, various copolymers and the like.
하나의 구체적인 예에서, 상기 분리막은, 당업계에서 통상적으로 사용되는 폴리올레핀 계열의 필름일 수 있고, 예를 들어, 고밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌, 선형저밀도 폴리에틸렌, 초고분자량 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트 (polyethyleneterephthalate), 폴리부틸렌테레프탈레이트(polybutyleneterephthalate), 폴리에스테르(polyester), 폴리아세탈(polyacetal), 폴리아미드(polyamide), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리이미드(polyimide), 폴리에테르에테르케톤(polyetheretherketone), 폴리에테르설폰(polyethersulfone), 폴리페닐렌옥사이드(polyphenyleneoxide), 폴리페닐렌설파이드로(polyphenylenesulfidro), 폴리에틸렌나프탈렌(polyethylenenaphthalene) 및 이들의 혼합체로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상으로 이루어진 시트일 수 있다.In one specific example, the separation membrane may be a polyolefin-based film commonly used in the art, and may be, for example, high density polyethylene, low density polyethylene, linear low density polyethylene, ultra high molecular weight polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate polyethyleneterephthalate, polybutyleneterephthalate, polyester, polyacetal, polyamide, polycarbonate, polyimide, polyetheretherketone, polyetheretherketone, A sheet made of at least one selected from the group consisting of polyethersulfone, polyphenylene oxide, polyphenylenesulfrode, polyethylene naphthalene, and mixtures thereof.
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.The separation membrane may be made of the same material but is not limited thereto and may be made of materials different from each other depending on safety, energy density, and overall performance of the battery cell.
상기 분리막 또는 분리필름의 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. The pore size and porosity of the separator or separation film are not particularly limited, but the porosity may be in the range of 10 to 95% and the pore size (diameter) may be in the range of 0.1 to 50 탆. When the pore size and porosity are 0.1 μm or less and 10% or less, respectively, it acts as a resistive layer. If the pore size and porosity are more than 50 μm and 95%, it is difficult to maintain the mechanical properties.
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.The electrolyte solution may be a non-aqueous electrolyte containing a lithium salt, and the non-aqueous electrolyte containing a lithium salt is composed of a non-aqueous electrolyte and a lithium salt. Non-aqueous organic solvents, organic solid electrolytes, inorganic solid electrolytes, The present invention is not limited thereto.
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.Examples of the non-aqueous organic solvent include N-methyl-2-pyrrolidinone, propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, gamma -Butyrolactone, 1,2-dimethoxyethane, tetrahydroxyfuran, 2-methyltetrahydrofuran, dimethylsulfoxide, 1,3-dioxolane, formamide, dimethylformamide, dioxolane, acetonitrile , Nitromethane, methyl formate, methyl acetate, triester phosphate, trimethoxymethane, dioxolane derivatives, sulfolane, methylsulfolane, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, propylene carbonate derivatives, Tetrahydrofuran derivatives, ether, methyl pyrophosphate, ethyl propionate and the like can be used.
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.Examples of the organic solid electrolyte include a polymer electrolyte such as a polyethylene derivative, a polyethylene oxide derivative, a polypropylene oxide derivative, a phosphate ester polymer, an agitation lysine, a polyester sulfide, a polyvinyl alcohol, a polyvinylidene fluoride A polymer containing an acid dissociation group and the like may be used.
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.Examples of the inorganic solid electrolyte include Li 3 N, LiI, Li 5 NI 2 , Li 3 N-LiI-LiOH, LiSiO 4 , LiSiO 4 -LiI-LiOH, Li 2 SiS 3 , Li 4 SiO 4 , Nitrides, halides and sulfates of Li such as Li 4 SiO 4 -LiI-LiOH and Li 3 PO 4 -Li 2 S-SiS 2 can be used.
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.The lithium salt is a substance that is soluble in the nonaqueous electrolyte and includes, for example, LiCl, LiBr, LiI, LiClO 4 , LiBF 4 , LiB 10 Cl 10 , LiPF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiCF 3 CO 2 , LiAsF 6 , LiSbF 6 , LiAlCl 4 , CH 3 SO 3 Li, (CF 3 SO 2 ) 2 NLi, chloroborane lithium, lower aliphatic carboxylate lithium, lithium tetraphenylborate, and imide.
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.The nonaqueous electrolyte may contain, for the purpose of improving charge / discharge characteristics, flame retardancy, etc., for example, pyridine, triethylphosphite, triethanolamine, cyclic ether, ethylenediamine, glyme, N, N-substituted imidazolidine, ethylene glycol dialkyl ether, ammonium salt, pyrrole, 2-methoxyethanol, aluminum trichloride and the like may be added have. In some cases, halogen-containing solvents such as carbon tetrachloride and ethylene trifluoride may be further added to impart nonflammability. In order to improve the high-temperature storage characteristics, carbon dioxide gas may be further added. FEC (Fluoro-Ethylene Carbonate, PRS (Propene sultone), and the like.
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.In one specific example, LiPF 6, LiClO 4, LiBF 4, LiN (SO 2 CF 3) 2 , such as a lithium salt, a highly dielectric solvent of DEC, DMC or EMC Fig solvent cyclic carbonate and a low viscosity of the EC or PC of And then adding it to a mixed solvent of linear carbonate to prepare a lithium salt-containing nonaqueous electrolyte.
본 발명은 또한, 이러한 이차전지를 단위전지로서 포함하는 전지팩, 및 이러한 전지팩을 전원으로서 포함하는 디바이스를 제공한다.The present invention also provides a battery pack including such a secondary battery as a unit cell, and a device including such a battery pack as a power source.
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.The device may be, for example, a notebook computer, a netbook, a tablet PC, a mobile phone, MP3, a wearable electronic device, a power tool, an electric vehicle (EV), a hybrid electric vehicle (HEV) , A plug-in hybrid electric vehicle (PHEV), an electric bike (E-bike), an electric scooter (E-scooter), an electric golf cart, However, the present invention is not limited thereto.
이러한 디바이스의 구조 및 제작 방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명을 생략한다.The structure and manufacturing method of such a device are well known in the art, so a detailed description thereof will be omitted herein.
상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 음극 합제는, 증점제로서 리튬 카르복시메틸기(-CH2COOLi)에 의한 히드록시(-OH)기의 치환도가 0.7 내지 1.3이고, 분자량이(Mn)이 300,000 내지 1,000,000이며, 점도가 2,000 내지 15,000 cps이고, 용해도가 1.0 내지 2.0인 CMC-Li염을 포함하여, 이차전지의 수명 특성, 방전 특성, 및 음극 효율을 현저하게 향상시킬 수 있다.As described above, the negative electrode mixture according to the present invention has a substitution degree of the hydroxy (-OH) group of 0.7 to 1.3 with a lithium carboxymethyl group (-CH 2 COOLi) as a thickener and a molecular weight (Mn) of 300,000 And a CMC-Li salt having a viscosity of 2,000 to 15,000 cps and a solubility of 1.0 to 2.0, thereby significantly improving lifetime characteristics, discharge characteristics, and cathode efficiency of the secondary battery.
이하에서는, 본 발명에 따른 실시예를 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to embodiments thereof, but it should be understood that the scope of the present invention is not limited thereto.
<실시예 1>≪ Example 1 >
1-11-1 증점제의 제조Preparation of Thickener
셀룰로오스에 LiOH 및 mono-chlolo acid(MCA)를 투입하여 리튬 카르복시메틸기(-CH2COOLi)에 의한 히드록시(-OH)기의 치환도가 1.0이고, 분자량이(Mn)이 500,000이며, 점도가 2,200 cps이고, 용해도가 1이며, pH가 7.61인 CMC-Li염을 제조하였다.LiOH and mono-chlolo acid (MCA) were added to the cellulose to change the degree of substitution of the hydroxy (-OH) group by the lithium carboxymethyl group (-CH 2 COOLi) to 1.0, the molecular weight (Mn) to 500,000, CMC-Li salt having a solubility of 1, a pH of 7.61 was prepared.
1-21-2 음극의 제조Cathode manufacturing
증점제로서 1-1에서 제조된 CMC-Li염, 수계 바인더로서 입경이 200 ㎚인 SBR 및 음극 활물질로서 결정화도가 0.2인 천연 흑연을 사용하여, 중량을 기준으로, 바인더:증점제:음극 활물질 = 1 : 1 : 98의 비율로 혼합하고, 용매로서 물을 첨가하여 음극 합제 슬러리를 제조하였다. 로딩량이 10 mg/cm2가 되도록 구리 집전체에 음극 합제 슬러리를 도포한 후 120℃의 진공오븐에서 2 시간 이상 건조하여 음극을 제조하였다.As the thickener, CMC-Li salt prepared in 1-1, SBR having a particle size of 200 nm as an aqueous binder, and natural graphite having a crystallinity of 0.2 as a negative electrode active material were mixed in a weight ratio of binder: thickener: negative electrode active material = 1: 1: 98, and water was added as a solvent to prepare an anode mixture slurry. The anode mixture slurry was applied to the copper collector so that the loading amount was 10 mg / cm 2 , and then dried in a vacuum oven at 120 캜 for 2 hours or more to prepare a negative electrode.
1-31-3 이차전지(코인 하프 셀)의 제조Manufacture of secondary battery (coin half cell)
음극으로서 1-2에서 제조된 음극을 사용하고, 양극으로서 Li금속을 사용하고, 전해액으로서 에틸렌카보네이트(EC)와 디메틸카보네이트(DMC)이 부피비로 1:1인 용매에 LiPF6가 녹아 있는 1 M의 농도로 녹아있는 용액을 사용하여, 하프 코인 셀을 제조하였다.A negative electrode using the negative electrode prepared in 1-2, and using a Li metal as an anode, ethylene carbonate (EC) and dimethyl carbonate (DMC) in a volume ratio of 1 as an electrolyte: 1 in the solvent is 1 M LiPF 6 dissolved , A half-coin cell was prepared.
<실시예 2>≪ Example 2 >
실시예 1에서 사용된 CMC-Li염 대신, 히드록시(-OH)기의 치환도가 1.0이고, 분자량이(Mn)이 500,000이며, 점도가 4,300 cps이고, 용해도가 1.5이며, pH가 7.53인 CMC-Li염을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 이차전지를 제조하였다.(OH) group having a degree of substitution of hydroxy (-OH) group of 1.0, a molecular weight (Mn) of 500,000, a viscosity of 4,300 cps, a solubility of 1.5, and a pH of 7.53 instead of the CMC-Li salt used in Example 1 A secondary battery was prepared in the same manner as in Example 1, except that CMC-Li salt was used.
<실시예 3>≪ Example 3 >
실시예 1에서 사용된 CMC-Li염 대신, 히드록시(-OH)기의 치환도가 1.2이고, 분자량이(Mn)이 350,000이며, 점도가 3,500 cps이고, 용해도가 1.5 이며, pH가 7.85인 CMC-Li염을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 이차전지를 제조하였다.(-OH) group having a substitution degree of 1.2, a molecular weight (Mn) of 350,000, a viscosity of 3,500 cps, a solubility of 1.5, and a pH of 7.85 instead of the CMC-Li salt used in Example 1 A secondary battery was prepared in the same manner as in Example 1, except that CMC-Li salt was used.
<실시예 4><Example 4>
실시예 1에서, 히드록시(-OH)기의 치환도가 0.8이고, 분자량이(Mn)이 900,000이며, 점도가 5,400 cps이고, 용해도가 1.0 이며, pH가 7.1인 CMC-Li염을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 이차전지를 제조하였다.In Example 1, a CMC-Li salt having a degree of substitution of hydroxy (-OH) group of 0.8, a molecular weight (Mn) of 900,000, a viscosity of 5,400 cps, a solubility of 1.0 and a pH of 7.1 A secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 1.
<실시예 5>≪ Example 5 >
실시예 1에서 사용된 CMC-Li염 대신,, 히드록시(-OH)기의 치환도가 0.8이고, 분자량이(Mn)이 900,000이며, 점도가 12,000 cps이고, 용해도가 1.5 이며, pH가 6.9인 CMC-Li염을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 이차전지를 제조하였다.(OH) group having a degree of substitution of 0.8, a molecular weight (Mn) of 900,000, a viscosity of 12,000 cps, a solubility of 1.5, a pH of 6.9 Except that CMC-Li salt was used as the initiator.
<비교예 1>≪ Comparative Example 1 &
실시예 1에서 사용된 CMC-Li염 대신 히드록시(-OH)기의 치환도가 1.0이고, 분자량이(Mn)이 500,000이며, 점도가 3,500 cps이고, 용해도가 1.0이며, pH가 7.6인 CMC-Na염을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 이차전지를 제조하였다.(CMC) having a degree of substitution of hydroxy (-OH) group of 1.0, a molecular weight (Mn) of 500,000, a viscosity of 3,500 cps, a solubility of 1.0 and a pH of 7.6 instead of the CMC-Li salt used in Example 1 -Na salt was used as a negative electrode active material.
<비교예 2>≪ Comparative Example 2 &
실시예 1에서 사용된 CMC-Li염 대신 히드록시(-OH)기의 치환도가 1.0이고, 분자량이(Mn)이 500,000이며, 점도가 6,500 cps이고, 용해도가 1.5이며, pH가 7.5인 CMC-Na염을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 이차전지를 제조하였다.(CMC) having a degree of substitution of hydroxy (-OH) group of 1.0, a molecular weight Mn of 500,000, a viscosity of 6,500 cps, a solubility of 1.5 and a pH of 7.5 instead of the CMC-Li salt used in Example 1 -Na salt was used as a negative electrode active material.
<비교예 3>≪ Comparative Example 3 &
실시예 1에서 사용된 CMC-Li염 대신 히드록시(-OH)기의 치환도가 1.2이고, 분자량이(Mn)이 350,000이며, 점도가 1,500 cps이고, 용해도가 1.0이며, pH가 7.75인 CMC-Na염을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 이차전지를 제조하였다.A CMC having a degree of substitution of hydroxy (-OH) group of 1.2, a molecular weight (Mn) of 350,000, a viscosity of 1,500 cps, a solubility of 1.0, and a pH of 7.75 in place of the CMC- -Na salt was used as a negative electrode active material.
<비교예 4>≪ Comparative Example 4 &
실시예 1에서 사용된 CMC-Li염 대신 히드록시(-OH)기의 치환도가 1.2이고, 분자량이(Mn)이 350,000이며, 점도가 4,500 cps이고, 용해도가 1.5이며, pH가 7.75인 CMC-Na염을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 이차전지를 제조하였다.CMC having a degree of substitution of hydroxy (-OH) group of 1.2, a molecular weight (Mn) of 350,000, a viscosity of 4,500 cps, a solubility of 1.5 and a pH of 7.75 in place of the CMC-Li salt used in Example 1 -Na salt was used as a negative electrode active material.
<비교예 5>≪ Comparative Example 5 &
실시예 1에서 사용된 CMC-Li염 대신 히드록시(-OH)기의 치환도가 0.8이고, 분자량이(Mn)이 900,000이며, 점도가 7,000 cps이고, 용해도가 1.0이며, pH가 7.3인 CMC-Na염을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 이차전지를 제조하였다.A CMC-Li salt having a substitution degree of hydroxy (-OH) group of 0.8, a molecular weight (Mn) of 900,000, a viscosity of 7,000 cps, a solubility of 1.0 and a pH of 7.3 instead of the CMC-Li salt used in Example 1 -Na salt was used as a negative electrode active material.
<비교예 6>≪ Comparative Example 6 >
실시예 1에서 사용된 CMC-Li염 대신 히드록시(-OH)기의 치환도가 0.8이고, 분자량이(Mn)이 900,000이며, 점도가 25,000 cps이고, 용해도가 1.5이며, pH가 7.1인 CMC-Na염을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 이차전지를 제조하였다.A CMC having a degree of substitution of hydroxy (-OH) group of 0.8, a molecular weight (Mn) of 900,000, a viscosity of 25,000 cps, a solubility of 1.5, and a pH of 7.1 instead of the CMC-Li salt used in Example 1 -Na salt was used as a negative electrode active material.
<비교예 7>≪ Comparative Example 7 &
실시예 1에서 사용된 CMC-Li염 대신, 히드록시(-OH)기의 치환도가 1.0이고, 분자량이(Mn)이 500,000이며, 점도가 1,100 cps이고, 용해도가 1.0 이며, pH가 7.61인 CMC-Li염을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 이차전지를 제조하였다.(-OH) group having a degree of substitution of hydroxy (-OH) group of 1.0, a molecular weight (Mn) of 500,000, a viscosity of 1,100 cps, a solubility of 1.0, and a pH of 7.61 instead of the CMC-Li salt used in Example 1 A secondary battery was prepared in the same manner as in Example 1, except that CMC-Li salt was used.
<비교예 8>≪ Comparative Example 8 >
실시예 1에서 사용된 CMC-Li염 대신, 히드록시(-OH)기의 치환도가 1.0이고, 분자량이(Mn)이 500,000이며, 점도가 20,000 cps이고, 용해도가 1.0 이며, pH가 7.61인 CMC-Li염을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 이차전지를 제조하였다.(-OH) group having a substitution degree of 1.0, a molecular weight (Mn) of 500,000, a viscosity of 20,000 cps, a solubility of 1.0, and a pH of 7.61 instead of the CMC-Li salt used in Example 1 A secondary battery was prepared in the same manner as in Example 1, except that CMC-Li salt was used.
<비교예 9>≪ Comparative Example 9 &
실시예 1에서 사용된 CMC-Li염 대신, 히드록시(-OH)기의 치환도가 1.0이고, 분자량이(Mn)이 500,000이며, 점도가 2,200 cps이고, 용해도가 0.5 이며, pH가 7.61인 CMC-Li염을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 이차전지를 제조하였다.(-OH) group having a degree of substitution of hydroxy (-OH) group of 1.0, a molecular weight (Mn) of 500,000, a viscosity of 2,200 cps, a solubility of 0.5, a pH of 7.61 A secondary battery was prepared in the same manner as in Example 1, except that CMC-Li salt was used.
<비교예 10>≪ Comparative Example 10 &
실시예 1에서 사용된 CMC-Li염 대신, 히드록시(-OH)기의 치환도가 1.0이고, 분자량이(Mn)이 500,000이며, 점도가 2,200 cps이고, 용해도가 2.5 이며, pH가 7.61인 CMC-Li염을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 이차전지를 제조하였다.(OH) group having a degree of substitution of hydroxy (-OH) group of 1.0, a molecular weight (Mn) of 500,000, a viscosity of 2,200 cps, a solubility of 2.5, a pH of 7.61 A secondary battery was prepared in the same manner as in Example 1, except that CMC-Li salt was used.
<실시예 6>≪ Example 6 >
2-12-1 음극의 제조Cathode manufacturing
증점제로서 1-1에서 제조된 CMC-Li염, 수계 바인더로서 입경이 100 ㎚인 SBR 및 음극 활물질로서 결정화도가 0.2인 천연 흑연을 사용하여, 중량을 기준으로, 바인더:증점제:음극 활물질 = 1 : 1 : 98의 비율로 혼합하고, 용매로서 물을 첨가하여 음극 합제 슬러리를 제조하였다. 로딩량이 10 mg/cm2가 되도록 구리 집전체에 음극 합제 슬러리를 도포한 후 120℃의 진공오븐에서 2 시간 이상 건조하여 음극을 제조하였다.As the thickener, CMC-Li salt prepared as 1-1, an aqueous binder of SBR having a particle diameter of 100 nm and a natural graphite having a crystallinity of 0.2 were used as a negative electrode active material, and the weight ratio of the binder to the negative active material was 1: 1: 98, and water was added as a solvent to prepare an anode mixture slurry. The anode mixture slurry was applied to the copper collector so that the loading amount was 10 mg / cm 2 , and then dried in a vacuum oven at 120 캜 for 2 hours or more to prepare a negative electrode.
2-22-2 이차전지(코인 풀 셀)의 제조Manufacture of secondary battery (coin-full cell)
음극으로서 2-1에서 제조된 음극을 사용하고, 양극 활물질로서 LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2, 도전재로서 천연 흑연, 바인더로서 PVdF를 96: 2: 2로 혼합하고, 용매로서 N-메틸피롤리돈(NMP)을 첨가하여 양극 합제 슬러리를 제조하였다. 로딩량이 10 mg/cm2가 되도록 알루미늄 호일에 양극 합제 슬러리를 도포한 후, 120℃의 진공오븐에서 2 시간 이상 건조하여 양극을 제조하였다.LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 as a positive electrode active material, natural graphite as a conductive material, and PVdF as a binder were mixed in a ratio of 96: 2: 2, N-methylpyrrolidone (NMP) was added as a solvent to prepare a positive electrode mixture slurry. The positive electrode mixture slurry was applied to the aluminum foil so that the loading amount was 10 mg / cm 2 , and then dried in a vacuum oven at 120 캜 for 2 hours or more to prepare a positive electrode.
양극/분리막/음극 구조로 적층하고, 전해액으로서 에틸렌카보네이트(EC)와 디메틸카보네이트(DMC)이 부피비로 1:1인 용매에 LiPF6가 녹아 있는 1 M의 농도로 녹아있는 용액을 사용하여, 코인 풀 셀(coin full cell)을 제조하였다.(EC) and dimethyl carbonate (DMC) were dissolved in a solvent of 1: 1 by volume in a concentration of 1 M in which LiPF 6 was dissolved as an electrolyte, and the coin A coin full cell was prepared.
<실시예 7>≪ Example 7 >
실시예 6에서, 바인더:증점제:음극활물질 = 1.33 : 0.66 : 98의 비율로 혼합하여 음극 합제 슬러리를 제조한 것을 제외하고는 실시예 6과 동일한 방법으로 이차전지를 제조하였다.A secondary battery was prepared in the same manner as in Example 6, except that the negative electrode mixture slurry was prepared by mixing the binder in the ratio of the binder: thickener: negative active material = 1.33: 0.66: 98 in Example 6.
<실시예 8>≪ Example 8 >
실시예 6에서, 바인더:증점제:음극활물질 = 1.6 : 0.4 : 98의 비율로 혼합하여 음극 합제 슬러리를 제조한 것을 제외하고는 실시예 6과 동일한 방법으로 이차전지를 제조하였다.A secondary battery was prepared in the same manner as in Example 6, except that the negative electrode mixture slurry was prepared by mixing the binder in the ratio of the binder: thickener: negative active material = 1.6: 0.4: 98 in Example 6.
<실시예 9>≪ Example 9 >
실시예 6에서 사용된 SBR대신 입경이 200 ㎚인 SBR을 사용한 것을 제외하고는 실시예 6과 동일한 방법으로 이차전지를 제조하였다.A secondary battery was prepared in the same manner as in Example 6 except that SBR having a particle diameter of 200 nm was used instead of the SBR used in Example 6.
<실시예 10>≪ Example 10 >
실시예 9에서, 바인더:증점제:음극활물질 = 1.33 : 0.66 : 98의 비율로 혼합하여 음극 합제 슬러리를 제조한 것을 제외하고는 실시예 9과 동일한 방법으로 이차전지를 제조하였다.A secondary battery was prepared in the same manner as in Example 9, except that the negative electrode mixture slurry was prepared by mixing the negative electrode active material in a ratio of binder: thickener: negative active material = 1.33: 0.66: 98 in Example 9.
<실시예 11>≪ Example 11 >
실시예 9에서, 바인더:증점제:음극활물질 = 1.6 : 0.4 : 98의 비율로 혼합하여 음극 합제 슬러리를 제조한 것을 제외하고는 실시예 9과 동일한 방법으로 이차전지를 제조하였다.A secondary battery was prepared in the same manner as in Example 9 except that the negative electrode mixture slurry was prepared by mixing the binder in the ratio of the binder: the thickener: the negative electrode active material = 1.6: 0.4: 98 in Example 9.
<실시예 12>≪ Example 12 >
실시예 6에서 사용된 SBR대신 입경이 400 ㎚인 SBR을 사용한 것을 제외하고는 실시예 6과 동일한 방법으로 이차전지를 제조하였다.A secondary battery was prepared in the same manner as in Example 6, except that SBR having a particle diameter of 400 nm was used instead of the SBR used in Example 6.
<실시예 13>≪ Example 13 >
실시예 12에서, 바인더:증점제:음극활물질 = 1.33 : 0.66 : 98의 비율로 혼합하여 음극 합제 슬러리를 제조한 것을 제외하고는 실시예 12와 동일한 방법으로 이차전지를 제조하였다.A secondary battery was prepared in the same manner as in Example 12, except that the negative electrode mixture slurry was prepared by mixing the negative electrode active material in a ratio of binder: thickener: negative electrode active material = 1.33: 0.66: 98 in Example 12.
<실시예 14>≪ Example 14 >
실시예 12에서, 바인더:증점제:음극활물질 = 1.6 : 0.4 : 98의 비율로 혼합하여 음극 합제 슬러리를 제조한 것을 제외하고는 실시예 12와 동일한 방법으로 이차전지를 제조하였다.A secondary battery was prepared in the same manner as in Example 12, except that the negative electrode mixture slurry was prepared by mixing the negative electrode active material in a ratio of binder: thickener: negative active material = 1.6: 0.4: 98 in Example 12.
<실시예 15>≪ Example 15 >
실시예 9에서 로딩량이 14 mg/cm2가 되도록 구리 집전체에 음극 합제 슬러리를 도포한 것을 제외하고는 실시예 9와 동일한 방법으로 이차전지를 제조하였다.A secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 9, except that the negative electrode mixture slurry was applied to the copper current collector so that the loading amount was 14 mg / cm 2 in Example 9.
<실시예 16>≪ Example 16 >
실시예 9에서 로딩량이 16 mg/cm2가 되도록 구리 집전체에 음극 합제 슬러리를 도포한 것을 제외하고는 실시예 9와 동일한 방법으로 이차전지를 제조하였다.A secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 9, except that the anode current collector slurry was applied to the copper current collector so that the loading amount was 16 mg / cm 2 in Example 9.
<비교예 11>≪ Comparative Example 11 &
실시예 6에서 사용된 CMC-Li염 대신 히드록시(-OH)기의 치환도가 1.0이고, 분자량이(Mn)이 500,000이며, 점도가 3,500 cps이고, 용해도가 1.0이며, pH가 7.6인 CMC-Na염을 사용한 것을 제외하고는 실시예 6과 동일한 방법으로 이차전지를 제조하였다.CMC having a degree of substitution of hydroxy (-OH) group of 1.0, a molecular weight (Mn) of 500,000, a viscosity of 3,500 cps, a solubility of 1.0 and a pH of 7.6 instead of the CMC-Li salt used in Example 6 -Na salt was used as a negative electrode active material.
<비교예 12>≪ Comparative Example 12 >
비교예 11에서, 바인더:증점제:음극활물질 = 1.33 : 0.66 : 98의 비율로 혼합하여 음극 합제 슬러리를 제조한 것을 제외하고는 비교예 11과 동일한 방법으로 이차전지를 제조하였다.In Comparative Example 11, a secondary battery was manufactured in the same manner as in Comparative Example 11, except that the negative electrode mixture slurry was prepared by mixing the binder in the ratio of the thickener: negative electrode active material = 1.33: 0.66: 98.
<비교예 13>≪ Comparative Example 13 &
비교예 11에서, 바인더:증점제:음극활물질 = 1.6 : 0.4 : 98의 비율로 혼합하여 음극 합제 슬러리를 제조한 것을 제외하고는 비교예 11과 동일한 방법으로 이차전지를 제조하였다.In Comparative Example 11, a secondary battery was manufactured in the same manner as in Comparative Example 11, except that the negative electrode mixture slurry was prepared by mixing the binder in the ratio of the thickener: the negative electrode active material = 1.6: 0.4: 98.
<비교예 14>≪ Comparative Example 14 >
비교예 11에서 사용된 SBR대신 입경이 200 ㎚인 SBR을 사용한 것을 제외하고는 비교예 11과 동일한 방법으로 이차전지를 제조하였다.A secondary battery was manufactured in the same manner as in Comparative Example 11, except that SBR having a particle diameter of 200 nm was used instead of the SBR used in Comparative Example 11.
<비교예 15>≪ Comparative Example 15 &
비교예 14에서, 바인더:증점제:음극활물질 = 1.33 : 0.66 : 98의 비율로 혼합하여 음극 합제 슬러리를 제조한 것을 제외하고는 비교예 14과 동일한 방법으로 이차전지를 제조하였다.In Comparative Example 14, a secondary battery was manufactured in the same manner as in Comparative Example 14, except that the negative electrode mixture slurry was prepared by mixing the binder in the ratio of the thickener: negative electrode active material = 1.33: 0.66: 98.
<비교예 16>≪ Comparative Example 16 >
비교예 14에서, 바인더:증점제:음극활물질 = 1.6 : 0.4 : 98의 비율로 혼합하여 음극 합제 슬러리를 제조한 것을 제외하고는 비교예 14과 동일한 방법으로 이차전지를 제조하였다.In Comparative Example 14, a secondary battery was manufactured in the same manner as in Comparative Example 14, except that the negative electrode mixture slurry was prepared by mixing the binder in the ratio of the thickener: the negative electrode active material = 1.6: 0.4: 98.
<비교예 17>≪ Comparative Example 17 >
비교예 11에서 사용된 SBR대신 입경이 400 ㎚인 SBR을 사용한 것을 제외하고는 비교예 11과 동일한 방법으로 이차전지를 제조하였다.A secondary battery was manufactured in the same manner as in Comparative Example 11, except that SBR having a particle diameter of 400 nm was used instead of the SBR used in Comparative Example 11.
<비교예 18>≪ Comparative Example 18 >
비교예 17에서, 바인더:증점제:음극활물질 = 1.33 : 0.66 : 98의 비율로 혼합하여 음극 합제 슬러리를 제조한 것을 제외하고는 비교예 17과 동일한 방법으로 이차전지를 제조하였다.In Comparative Example 17, a secondary battery was manufactured in the same manner as in Comparative Example 17 except that the negative electrode mixture slurry was prepared by mixing the binder in the ratio of the thickener: the negative electrode active material = 1.33: 0.66: 98.
<비교예 19>≪ Comparative Example 19 >
비교예 17에서, 바인더:증점제:음극활물질 = 1.6 : 0.4 : 98의 비율로 혼합하여 음극 합제 슬러리를 제조한 것을 제외하고는 비교예 17과 동일한 방법으로 이차전지를 제조하였다.In Comparative Example 17, a secondary battery was manufactured in the same manner as in Comparative Example 17, except that the negative electrode mixture slurry was prepared by mixing the binder in the ratio of the thickener: the negative electrode active material = 1.6: 0.4: 98.
<비교예 20>≪ Comparative Example 20 &
비교예 14에서 로딩량이 14 mg/cm2가 되도록 구리 집전체에 음극 합제 슬러리를 도포한 것을 제외하고는 비교예 14과 동일한 방법으로 이차전지를 제조하였다.A secondary battery was manufactured in the same manner as in Comparative Example 14, except that the anode current collector slurry was applied to the copper current collector so that the loading amount was 14 mg / cm 2 in Comparative Example 14.
<비교예 21>≪ Comparative Example 21 &
비교예 14에서 로딩량이 16 mg/cm2가 되도록 구리 집전체에 음극 합제 슬러리를 도포한 것을 제외하고는 비교예 14과 동일한 방법으로 이차전지를 제조하였다.A secondary battery was manufactured in the same manner as in Comparative Example 14, except that the anode current collector slurry was applied to the copper current collector so that the loading amount was 16 mg / cm 2 in Comparative Example 14.
<실험예 1><Experimental Example 1>
실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 10에 따라 제조된 이차전지를 0.1 C-rate로 충전(0.1 C 정전류 충전, 0.05 V 정전압 충전 및 0.005 C cut off)하고 0.1 C-rate로 방전(0.1 C 정전류 방전, 1.5 V cut off)하여, 초기 방전용량 및 이때의 음극 효율(쿨롱 효율)을 측정하였다. 방전용량은 음극 활물질의 중량을 기준으로 계산하였으며, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.The secondary batteries prepared in Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 10 were charged at 0.1 C-rate (0.1 C constant current charging, 0.05 V constant voltage charging and 0.005 C cut off) and discharged at 0.1 C-rate Constant current discharge, 1.5 V cut off) to measure the initial discharge capacity and the negative electrode efficiency (Coulomb efficiency) at this time. The discharge capacity was calculated based on the weight of the negative electrode active material, and the results are shown in Table 1 below.
<실험예 2><Experimental Example 2>
실시예 6 내지 16 및 비교예 11 내지 21에 따라 제조된 이차전지를 0.3 C-rate로 충전(0.3 C 정전류 충전, 4.2 V 정전압 충전, 0.005 C cut off)하고 0.3 C-rate로 방전(0.3 C 정전류 방전, 3.0 V cut off)하는 과정을 1회 수행하였다. 이후 코인 풀 셀을 분해하여 얻은 음극과 Li 금속을 이용하여 코인 하프 셀을 제조하였고, 이렇게 제조 된 코인 하프 셀을 0.1 C-rate로 충전(0.1 C 정전류 충전, 0.05 V 정전압 충전 및 0.005 C cut off)하고 0.1 C-rate로 방전(0.1 C 정전류 방전, 1.5 V cut off)하여, 초기 방전용량 및 이때의 음극 효율(쿨롱 효율)을 측정하였다. 방전용량은 음극 활물질의 중량을 기준으로 계산하였으며, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.The secondary batteries prepared in Examples 6 to 16 and Comparative Examples 11 to 21 were charged at 0.3 C-rate (0.3 C constant current charging, 4.2 V constant voltage charging, 0.005 C cut off) and discharged at 0.3 C-rate Constant current discharge, 3.0 V cut off) was performed once. Then, the coin half cell was fabricated using the cathode and Li metal obtained by dissolving the coin pull cell. The thus prepared coin half cell was charged at 0.1 C-rate (0.1 C constant current charging, 0.05 V constant voltage charging and 0.005 C cut off ), Discharged at 0.1 C-rate (0.1 C constant current discharge, 1.5 V cut off), and the initial discharge capacity and the negative electrode efficiency (Coulomb efficiency) at that time were measured. Discharge capacity was calculated based on the weight of the negative electrode active material, and the results are shown in Table 2 below.
<실험예 3><Experimental Example 3>
실시예 6 내지 16 및 비교예 11 내지 21의 방법에 따라 제조된 이차전지를 상온(23℃)에서 0.3 C-rate로 충전(0.3 C 정전류 충전, 4.2 V 정전압 충전, 0.005 C cut off)하고, 0.3 C-rate로 방전(0.3 C 정전류 방전, 3.0 V cut off)하는 과정을 300회 반복하여, 용량 유지율을 측정하였다. 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.The secondary batteries prepared according to the methods of Examples 6 to 16 and Comparative Examples 11 to 21 were charged at 0.3 C-rate (0.3 C constant current charging, 4.2 V constant voltage charging, 0.005 C cut off) at room temperature (23 캜) The process of discharging at 0.3 C-rate (0.3 C constant current discharge, 3.0 V cut off) was repeated 300 times to measure the capacity retention rate. The results are shown in Table 2 below.
<실험예 4> <Experimental Example 4>
실시예 6 내지 16 및 비교예 11 내지 21에 사용된 바인더와 증점제의 혼합물을 이용하여 필름을 제조한 후 필름의 인장강도를 측정하였다. 상세하게는 CMC 수용액과 SBR 수용액을 500 ml의 비이커에 함께 투입한 후 500 rpm의 속도로 1시간 동안 교반하여 CMC/SBR 혼합액을 제조하였다. 이와 같이 제조된 CMC/SBR 혼합액을 지름 200 mm, 높이 20 mm인 테프론 재질의 칭량 접시(weighing dish)에 넣고, 상온에서 자연 건조하여, 200 ㎛ 두께의 CMC/SBR 필름을 제조하였다. 이렇게 제조된 CMC/SBR 필름을 이용하여, UTM(universal tension measurement) 방법으로, 인장강도를 측정하였다. 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.The films were prepared using the mixture of the binder and the thickener used in Examples 6 to 16 and Comparative Examples 11 to 21, and then the tensile strength of the film was measured. Specifically, CMC aqueous solution and SBR aqueous solution were put into a 500 ml beaker together and stirred at 500 rpm for 1 hour to prepare a CMC / SBR mixture. The thus prepared CMC / SBR mixture was put into a weighing dish of a Teflon material having a diameter of 200 mm and a height of 20 mm and dried naturally at room temperature to prepare a CMC / SBR film having a thickness of 200 μm. The thus prepared CMC / SBR film was used to measure the tensile strength by a universal tension measurement (UTM) method. The results are shown in Table 2 below.
<실험예 5> <Experimental Example 5>
실시예 6 내지 16 및 비교예 11 내지 21에 사용된 음극의 부피 팽창률을 측정하였다. 상세하게는, 1 사이클 후 만충전 상태(4.2 V)의 이차전지를 분해하여 음극의 두께를 측정하였다. 이후 300 사이클 후 만충전 상태(4.2 V)의 이차전지를 분해하여 음극의 두께를 측정하였다. 1 사이클 후의 음극의 두께를 기준으로 300 사이클 후의 음극의 두께 변화율을 계산하였다. 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.The volumetric expansion ratios of the negative electrodes used in Examples 6 to 16 and Comparative Examples 11 to 21 were measured. Specifically, after one cycle, the secondary battery of the fully charged state (4.2 V) was disassembled to measure the thickness of the negative electrode. After 300 cycles, the secondary battery of the full charge state (4.2 V) was disassembled to measure the thickness of the negative electrode. The rate of change in the thickness of the negative electrode after 300 cycles was calculated based on the thickness of the negative electrode after one cycle. The results are shown in Table 2 below.
치환도Degree of substitution
표 1을 참조하여 실시예 1 내지5과 비교예 1 내지 10을 비교하면, 히드록시(-OH)기의 치환도가 0.7 내지 1.3이고, 분자량이(Mn)이 300,000 내지 1,000,000이며, 점도가 2,000 내지 15,000 cps이고, 용해도가 1.0 내지 2.0인 CMC-Li염을 증점제로 사용하는 경우, 이차전지의 방전 용량 및 음극 효율이 현저하게 향상됨을 알 수 있다.Comparing Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 10 with reference to Table 1, the degree of substitution of hydroxy (-OH) groups is 0.7 to 1.3, the molecular weight (Mn) is 300,000 to 1,000,000, and the viscosity is 2,000 When the CMC-Li salt having a solubility of 1.0 to 2.0 is used as a thickener, the discharge capacity and the cathode efficiency of the secondary battery are remarkably improved.
특히, 실시예 1, 2, 4, 5을 참조하면, CMC-Li의 OH기 치환도가 0.8 내지 1.0이고, 분자량이 500,000 내지 900,000이며, pH가 6.9 내지 7.61인 경우에 특히 방전 용량 및 음극 효율이 현저하게 향상됨을 알 수 있다.In particular, referring to Examples 1, 2, 4, and 5, particularly when the OH group substitution degree of CMC-Li is 0.8 to 1.0, the molecular weight is 500,000 to 900,000, and the pH is 6.9 to 7.61, Is remarkably improved.
한편, 비교예 7 내지 10을 참조하면, 동일한 증점제를 사용하더라도, 상기 파라미터들 중 하나라도 본원발명의 범위를 벗어나는 경우에는 본원발명과 같은 향상된 효과를 발휘할 수 없음을 확인할 수 있다. On the other hand, referring to Comparative Examples 7 to 10, it can be confirmed that even if one of the above parameters is out of the scope of the present invention, the same effect as the present invention can not be exerted even if the same thickener is used.
(nm)(nm)
표2를 참조하여 실시예 6 내지 16 및 비교예 11내지 21을 비교하면, 입경이 180 nm 내지 220 nm인 SRB과 CMC-Li염을 혼합하는 경우 방전 용량, 용량 유지율, 음극 효율, 및 인장강도가 현저하게 향상되고, 부피 팽창률이 현저하게 감소됨을 알 수 있다.Comparing Examples 6 to 16 and Comparative Examples 11 to 21 with reference to Table 2, when SRB and a CMC-Li salt having a particle size of 180 nm to 220 nm were mixed, discharge capacity, capacity retention, cathode efficiency and tensile strength Is significantly improved, and the volume expansion rate is remarkably reduced.
또한, SBR과 CMC-Li염의 혼합 비율은 1:1 이상 내지 2:1 미만인 경우에 이차전지의 성능이 현저하게 향상됨을 알 수 있다.Further, the performance of the secondary battery is remarkably improved when the mixing ratio of SBR and CMC-Li salt is from 1: 1 or more to less than 2: 1.
더욱이, 실시예 10, 15, 16 및 비교예 15, 20, 21을 비교하면, 로딩량이 10 mg/cm2인 경우에 비해, 14 mg/cm2 내지 16 mg/cm2인 경우에 CMC-Li염이 CMC-Na염에 비해 이차전지의 성능을 더욱 향상 시키는 것을 확인할 수 있고, 이로부터, 로딩량이 높은 고용량 전지에서 CMC-Li염이 더욱 효과적임을 알 수 있다.Further, Examples 10, 15, 16 and Comparative Examples 15 and 20, as compared to 21, compared to the case where the loading of the amount of 10 mg / cm 2, in the case of 14 mg / cm 2 to 16 mg / cm 2 CMC-Li It is confirmed that the salt further improves the performance of the secondary battery as compared with the CMC-Na salt. From this, it can be seen that the CMC-Li salt is more effective in a high capacity battery having a high loading amount.
또한, SBR:CMC의 혼합비율이 일정할 때, CMC-Na 대신 CMC-Li을 사용하는 경우에 SBR:CMC 필름의 인장강도가 현저하게 상승하고, 음극의 부피 팽창률이 현저하게 감소됨을 확인할 수 있다. 음극의 부피 팽창률이 감소하는 경우 이차전지의 사용 시 부피의 변화를 감소시켜 수명 특성을 현저하게 향상시킬 수 있다.It is also confirmed that when CMC-Li is used instead of CMC-Na when the mixing ratio of SBR: CMC is constant, the tensile strength of the SBR: CMC film remarkably increases and the volume expansion rate of the negative electrode is remarkably reduced . When the volume expansion rate of the negative electrode is reduced, the change in the volume during the use of the secondary battery is reduced, and the lifetime characteristics can be remarkably improved.
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.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims.
Claims (21)
상기 증점제는 리튬 카르복시메틸기(-CH2COOLi)에 의한 히드록시(-OH)기의 치환도가 0.7 내지 1.3이고, 분자량이(Mn)이 300,000 내지 1,000,000이며, 점도가 2,000 내지 15,000 cps이고, 용해도가 1.0 내지 2.0인 CMC-Li염(lithium carboxymethyl cellulose salt)인 것을 특징으로 하는 음극 합제.A negative electrode active material, a thickener, and an aqueous binder;
The thickener is a thickener having a degree of substitution of hydroxy (-OH) groups by a lithium carboxymethyl group (-CH 2 COOLi) of 0.7 to 1.3, a molecular weight (Mn) of 300,000 to 1,000,000, a viscosity of 2,000 to 15,000 cps, Is a lithium carboxymethyl cellulose salt (CMC-Li salt) having a molecular weight of from 1.0 to 2.0.
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