KR20180027953A - Porous current collector for lithium electrode and lithium electrode comprising the same - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a porous collector to which a lithium ion conductive material is coated on a pore, and a lithium electrode including the same. According to the present invention, the porous collector for lithium electrodes is capable of preventing formation and growth of lithium dendrites when applied to the lithium electrodes, since the lithium ion conductive material whose elastic modulus is greater than 1 and less than 5 GPa is coated.

Description

리튬 전극용 다공성 집전체 및 이를 포함하는 리튬 전극{POROUS CURRENT COLLECTOR FOR LITHIUM ELECTRODE AND LITHIUM ELECTRODE COMPRISING THE SAME}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a porous current collector for a lithium electrode, and a lithium electrode including the same. BACKGROUND OF THE INVENTION [0002]

본 발명은 기공에 리튬 이온 전도성 물질이 코팅된 다공성 집전체 및 이를 포함하는 리튬 전극에 관한 것이다.The present invention relates to a porous current collector coated with a lithium ion conductive material in pores and a lithium electrode including the same.

전자, 통신, 컴퓨터 산업의 급속한 발전에 따라 캠코더, 휴대폰, 노트북, PC, 나아가 전기 자동차까지 에너지 저장 기술의 적용 분야가 확대되고 있다. 이에 따라 가볍고 오래 사용할 수 있으며 신뢰성이 높은 고성능의 이차전지 개발이 진행되고 있다.With the rapid development of the electronics, communications and computer industries, applications of energy storage technology to camcorders, mobile phones, notebooks, PCs, and even electric vehicles are expanding. Accordingly, development of high performance secondary batteries which are light and long-lasting and highly reliable is underway.

현재 적용되고 있는 이차전지 중에서 1990년대 초에 개발된 리튬 이차전지는 수용액 전해액을 사용하는 Ni-MH, Ni-Cd, 황산-납 전지 등의 재래식 전지에 비해서 작동 전압이 높고 에너지 밀도가 월등히 크다는 장점으로 각광을 받고 있다.Among the currently applied secondary batteries, the lithium secondary battery developed in the early 1990s has advantages such as higher operating voltage and higher energy density than conventional batteries such as Ni-MH, Ni-Cd and sulfuric acid-lead batteries using an aqueous electrolyte solution .

리튬이차전지의 음극 활물질로는 리튬 금속, 탄소계 물질, 실리콘 등이 사용되고 있으며, 이 중 리튬 금속은 가장 높은 에너지 밀도를 얻을 수 있는 장점을 지니고 있어, 지속적 연구가 이루어지고 있다.Lithium metal, carbon-based material, silicon and the like are used as an anode active material of a lithium secondary battery, and lithium metal has the advantage of obtaining the highest energy density, and thus, research has been continuously carried out.

리튬 전극은 통상적으로 평면의 구리 또는 니켈 포일을 집전체로 하고, 그 위에 리튬 포일을 부착시켜 제조된다. 이러한 평면 집전체를 사용할 경우, 집전체를 통해 리튬 포일로 이동하는 전자는 단일 방향의 흐름으로 이동하게 되는데, 이로 인해 리튬 표면의 전자 밀도 불균일 현상이 발생하게 되며, 리튬 덴드라이트가 형성될 수 있는 문제점이 있다.The lithium electrode is usually produced by using a flat copper or nickel foil as a current collector and attaching a lithium foil thereon. When such a flat current collector is used, electrons moving to the lithium foil through the current collector move in a unidirectional flow, which causes a non-uniformity of electron density on the lithium surface, and a lithium dendrite There is a problem.

이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 다공성 집전체 및 상기 다공성 집전체의 기공 내에 삽입된 리튬 금속으로 이루어지는 리튬 전극이 제안되었다. 다공성 집전체를 이용한 리튬 전극은 활물질인 리튬 금속과 집전체의 접촉 면적이 넓으므로, 리튬 금속 표면의 전자 분포를 균일하게 할 수 있는 장점이 있다. 이로 인해 기존의 평면 집전체와 비교하여 리튬 이용률 및 사이클 수명이 증가되고, 리튬 덴드라이트 형성이 억제되는 효과를 나타낸다.In order to solve such a problem, a porous current collector and a lithium electrode made of lithium metal inserted in the pores of the porous current collector have been proposed. The lithium electrode using the porous current collector is advantageous in that the electron distribution on the lithium metal surface can be made uniform because the contact area between the lithium metal as the active material and the current collector is wide. As a result, the lithium utilization rate and cycle life are increased as compared with the conventional planar current collector, and the lithium dendrite formation is suppressed.

그러나, 상기와 같은 구조의 리튬 전극은 리튬 금속 표면이 셀 적층 구조에 의한 압력을 받지 못하게 되므로, 압력에 의한 리튬 덴드라이트 성장 억제 효과는 얻을 수 없는 단점이 있다.However, the lithium electrode having such a structure has a disadvantage that the lithium metal surface can not receive the pressure due to the cell lamination structure, so that the lithium dendrite growth inhibiting effect by the pressure can not be obtained.

일본 공개특허 제2002-42894호, 리튬 전지Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-42894, Lithium battery

본 발명자들은 상기한 문제를 해결하기 위하여, 리튬 금속에 일정한 압력을 가할 수 있도록 리튬 이온 전도성 물질을 코팅한 다공성 집전체를 제조하였고, 이렇게 제조된 다공성 집전체를 리튬 전극에 적용 시 리튬 덴드라이트의 성장이 억제되는 점을 확인하여 본 발명을 완성하였다.In order to solve the above problems, the present inventors have made a porous current collector coated with a lithium ion conductive material so that a constant pressure can be applied to the lithium metal. When the porous current collector thus prepared is applied to a lithium electrode, The present inventors have completed the present invention.

따라서, 본 발명의 목적은 리튬 덴드라이트의 성장을 억제할 수 있는 다공성 집전체 및 이를 포함하는 리튬 전극을 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a porous current collector capable of inhibiting the growth of lithium dendrite and a lithium electrode including the same.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 기공에 리튬 이온 전도성 물질이 코팅된 다공성 집전체로서, 상기 리튬 이온 전도성 물질은 탄성계수가 1 Gpa 초과 5 Gpa 미만인 것을 특징으로 하는 리튬 전극용 다공성 집전체 및 이를 포함하는 리튬 전극을 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a porous current collector coated with a lithium ion conductive material in pores, wherein the lithium ion conductive material has a modulus of elasticity of more than 1 Gpa and less than 5 Gpa, Thereby providing a lithium electrode.

본 발명에 따른 리튬 전극용 다공성 집전체는 탄성계수가 1 Gpa 초과 5 Gpa 미만인 리튬 이온 전도성 물질이 코팅되어 있어, 리튬 전극에 적용 시 리튬 덴드라이트의 형성 및 성장이 억제되는 효과를 나타낸다. The porous current collector for a lithium electrode according to the present invention is coated with a lithium ion conductive material having an elastic modulus of more than 1 Gpa and less than 5 Gpa, thereby exhibiting an effect of inhibiting the formation and growth of lithium dendrite when applied to a lithium electrode.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein.

리튬 전극용 다공성 집전체Porous current collector for lithium electrode

본 발명은 탄성계수가 1 Gpa 초과 5 Gpa 미만인 리튬 이온 전도성 물질이 코팅된 다공성 집전체를 제공한다. The present invention provides a porous current collector coated with a lithium ion conductive material having an elastic modulus of more than 1 Gpa and less than 5 Gpa.

집전체는 외부 도선에서 제공되는 전자를 전극 활물질로 공급하거나, 반대로 전극 반응의 결과 생성된 전자를 외부 도선으로 흘려주는 역할을 하는 것으로서, 리튬 전극의 경우 통상적으로 평면의 구리 또는 니켈 포일이 사용된다. 이러한 평면 집전체는 리튬 전극 표면에 전류 및 전위 분포가 일정치 못하여 리튬 덴드라이트의 형성이 유발되는 문제가 있다.The current collector serves to supply the electrons provided from the external conductor to the electrode active material or conversely to flow electrons generated as a result of the electrode reaction to the external conductor. In the case of the lithium electrode, flat copper or nickel foil is usually used . Such a flat current collector has a problem that the current and the potential distribution are not constant on the surface of the lithium electrode, thereby causing formation of lithium dendrite.

본 발명의 리튬 전극용 다공성 집전체는 활물질인 리튬과 집전체와의 접촉 면적이 넓으므로, 리튬 금속 표면의 전자 분포가 보다 균일하게 되는 장점이 있다. 이로 인해 기존의 평면 집전체와 비교하여 리튬 덴드라이트 형성이 억제되는 효과를 나타낸다. 또한, 기공에 코팅된 리튬 이온 전도성 물질에 의하여 리튬 덴드라이트의 성장을 억제할 수 있으므로 리튬 전극용 집전체로 활용되기에 적합하다.The porous current collector for a lithium electrode of the present invention is advantageous in that the distribution of electrons on the surface of the lithium metal becomes more uniform since the contact area between the active material lithium and the current collector is wide. As a result, lithium dendrite formation is suppressed compared with the conventional planar current collector. In addition, since the lithium ion conductive material coated on the pores can suppress the growth of lithium dendrites, it is suitable for use as a current collector for a lithium electrode.

본 발명에 따른 리튬 전극용 다공성 집전체의 재질은 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 전도성을 가진 것이라면 특별히 제한되지 않으며, 당 업계에서 통상적으로 사용되는 것을 사용할 수 있다. 구체적으로 본 발명의 다공성 집전체의 재질로는 탄소, 또는 Ni, Cu, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Zn, Mo, W, Ag, Au, Ru, Pt, Ir, Al, Sn, Bi, Si, Sb 및 이들의 합금으로 구성되는 군에서 선택되는 금속 등을 들 수 있다. The material of the porous current collector for a lithium electrode according to the present invention is not particularly limited as long as it has conductivity without causing a chemical change in the battery, and a material commonly used in the art can be used. As a material of the porous current collector of the present invention, carbon or a metal such as Ni, Cu, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Zn, Mo, W, Ag, Au, Ru, Pt, , A metal selected from the group consisting of Bi, Si, Sb, and an alloy thereof, and the like.

다공성 탄소계 물질은 예를 들어 활성탄소, 그라파이트(graphite), 그래핀(graphene), 탄소나노튜브(CNT), 탄소섬유, 카본블랙 및 탄소에어로졸로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다. 또한, 상기 탄소계 물질로 표면 처리된 고분자 등이 사용될 수 있다. 상기 다공성 탄소계 물질의 형태는 다양할 수 있으며, 예를 들어 펠트(felt), 페이퍼(paper), 클로스(cloth), 폼(foam) 및 메쉬(mesh)등의 형태일 수 있다.The porous carbonaceous material may be at least one selected from the group consisting of, for example, activated carbon, graphite, graphene, carbon nanotube (CNT), carbon fiber, carbon black and carbon aerosol. Further, a polymer surface-treated with the carbon-based material may be used. The shape of the porous carbonaceous material may vary and may be in the form of, for example, felt, paper, cloth, foam, and mesh.

탄소계 물질은 일반적인 금속보다 가벼우므로, 다공성 탄소계 물질을 사용할 경우 금속 집전체보다 약 70% 정도 전극의 무게를 감소시킬 수 있는 효과가 있다. 이에 따라, 전지 중량당 에너지 밀도를 높일 수 있는 장점이 있다. 특히, 250 μm 이하의 두께로 전극을 형성할 때 금속 집전체에 비하여 다공성 탄소체를 사용할 경우 공정상 효율을 높일 수 있다.Since the carbon-based material is lighter than a general metal, when the porous carbon-based material is used, the weight of the electrode can be reduced by about 70% as compared with the metal current collector. This has the advantage of increasing the energy density per cell weight. Particularly, when the electrode is formed at a thickness of 250 μm or less, the efficiency of the process can be improved when the porous carbon body is used in comparison with the metal current collector.

다공성 집전체로 금속 재료를 사용할 경우, 금속은 메쉬, 발포 폼, 파이버(fiber), 에칭된 금속(etched metal), 또는 앞뒤로 요철화된 형태일 수 있다. 또한, 상기와 같은 다양한 형태를 가지는 합성 섬유를 침지, 분무, 또는 진공 증착 방식으로 도금하여 제작된 금속 도금 합성 섬유가 사용될 수도 있다. 이러한 금속 집전체는 기재의 유연성이 높아 공정 중 파단이 덜 일어나는 장점이 있다.When a metallic material is used as the porous collector, the metal may be in the form of a mesh, a foam, a fiber, an etched metal, or a back and forth concave shape. In addition, metal-plated synthetic fibers prepared by dipping, spraying, or vacuum-depositing synthetic fibers having various forms as described above may be used. Such a metal current collector is advantageous in that the flexibility of the substrate is high and the breakage occurs less during the process.

또한, 상기 다공성 집전체는 표면에 금속이 코팅된 고분자 섬유 부직포일 수 있다. 이러한 집전체는 금속 집전체에 비하여 가벼워 고 에너지 밀도 구현이 가능하고, 탄소계 집전체에 비하여 내구성이 우수한 장점이 있다.The porous current collector may be a polymer fiber nonwoven fabric having a surface coated with a metal. Such a current collector is lighter than a metal current collector and can realize a high energy density and has an advantage of being more durable than a carbon-based current collector.

상기 고분자 섬유로는 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리메틸메타크릴레이트, 및 폴리아크릴산으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상이 사용될 수 있으며, 바람직하기로 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)를 사용한다. PET는 비중이 작아 가볍고, 강도 및 유연성이 우수한 장점이 있다.As the polymer fiber, at least one selected from the group consisting of polyethylene terephthalate, polyethylene oxide, polyethylene, polypropylene, polymethyl methacrylate, and polyacrylic acid may be used. Preferably, polyethylene terephthalate (PET) use. PET has a small specific gravity and is lightweight, and has excellent strength and flexibility.

상기 고분자 섬유는 구체적으로 미세 기공을 갖는 다공성 부직포일 수 있다. 고분자 섬유 부직포는 직경 0.5 내지 20 μm의 고분자 섬유가 서로 얽혀 3차원 네트워크 구조를 갖는 것으로서, 고분자 섬유 부직포는 시판되는 것을 사용하거나 직접 제조하여 사용할 수 있다. The polymer fiber may be a porous nonwoven fabric having micropores. The polymer fiber nonwoven fabric has a three-dimensional network structure in which polymer fibers having a diameter of 0.5 to 20 占 퐉 are intertwined with each other. The polymer fiber nonwoven fabric may be commercially available or may be directly manufactured.

고분자 섬유 부직포를 제조하는 방법은 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어 고분자 용액을 이용한 전기 방사(electro-spinning), 멜트 스피닝(melt spinning), 전기 블로윙(electro-blowing), 멜트-블로윙(melt-blowing, 복합방사, 분할사), 스펀-본디드(spun-bonded), 에어 레이드(air laid), 또는 웨트 레이드(wet laid) 방법을 통해 제조될 수 있다. 이 중, 바람직하기로 전기 방사법을 사용한다.The method for producing the polymer fiber nonwoven fabric is not particularly limited, and examples thereof include electro-spinning using a polymer solution, melt spinning, electro-blowing, melt-blowing Spun-bonded, air laid, or wet laid methods, as disclosed in US Pat. Of these, electrospinning is preferably used.

상기 다공성 집전체는 상술한 고분자 섬유 부직포에 금속을 코팅하여 제조될 수 있다.The porous current collector may be manufactured by coating a metal on the polymer fiber nonwoven fabric.

상기 고분자 섬유 부직포에 코팅되는 금속은 전도성 금속으로서 상술한 바와 같은 금속 재료가 제한 없이 사용될 수 있으나, 바람직하기로 구리, 니켈, 알루미늄, 크롬, 아연 및 스테인레스스틸로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있고, 바람직하기로 구리이다. 구리는 리튬 전극의 작동 범위에서 전기화학적으로 비활성을 나타내며, 환원 반응에 대하여 안정하고 전기 전도도가 높은 장점이 있다. The metal coated on the polymeric fibrous nonwoven fabric may be one or more selected from the group consisting of copper, nickel, aluminum, chromium, zinc, and stainless steel, although metal materials such as those described above may be used as the conductive metal without limitation. And is preferably copper. Copper has the advantage of being electrochemically inactive in the operating range of the lithium electrode, being stable to the reduction reaction and having high electrical conductivity.

상기 고분자 섬유 부직포에 금속을 코팅하는 방법은 본 발명에서 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어 도금, 스퍼터링, 이온 플레이팅, 아크 증착, 이온빔 보조 증착, 진공 증착 등의 방법을 사용할 수 있다.The method of coating the polymeric fibrous nonwoven fabric with a metal is not particularly limited in the present invention. For example, plating, sputtering, ion plating, arc evaporation, ion beam assisted deposition, or vacuum evaporation may be used.

또는, 기공 크기보다 작은 금속 분말을 바인더 및 용매와 혼합하여 슬러리를 형성한 후, 이를 고분자 섬유 부직포에 코팅, 스프레이, 디핑하고 열풍 건조 또는 열 압착 등을 통하여 금속 분말을 고정시키는 방법을 사용할 수 있다.  Alternatively, a method may be used in which a metal powder having a pore size smaller than that of the pore size is mixed with a binder and a solvent to form a slurry, followed by coating, spraying or dipping the slurry on the polymer fiber nonwoven fabric and fixing the metal powder through hot air drying or thermocompression .

이 중 바람직하기로 부직포의 기공을 막지 않으면서 고르게 코팅될 수 있도록 도금 방법을 사용한다.Among these, a plating method is preferably used so that the pores of the nonwoven fabric can be uniformly coated without blocking the pores.

이때, 상기 금속은 리튬 전극 총 중량의 7 내지 30 중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 만일 금속의 함량이 상기 범위 미만이면 고분자 섬유 부직포의 표면이 금속으로 완전히 코팅되기 어려우므로 집전체의 성능을 확보하기 어렵다. 또한, 상기 범위를 초과하면 집전체의 중량이 증가하며, 리튬 금속이 채워질 수 있는 기공 부피가 줄어들게 되므로 고용량 전극을 구현할 수 없는 문제점이 있다. At this time, the metal is preferably contained in an amount of 7 to 30% by weight based on the total weight of the lithium electrode. If the content of the metal is less than the above range, the surface of the polymeric fiber nonwoven fabric is difficult to be completely coated with the metal, so that it is difficult to secure the performance of the current collector. In addition, if the amount exceeds the above range, the weight of the current collector increases and the volume of the pore through which the lithium metal can be filled is reduced, so that a high capacity electrode can not be realized.

같은 이유로, 상기 금속은 고분자 섬유에 0.1 내지 2 μm 두께로 균일하게 코팅되는 것이 바람직하다.For the same reason, it is preferable that the metal is uniformly coated on the polymer fiber in a thickness of 0.1 to 2 μm.

본 발명에서 사용되는 다공성 집전체는 리튬 이온 전도성 물질 코팅 전의 기공도가 50 내지 99%, 보다 바람직하기로 60 내지 90%이다. 이때 기공도는 다공성 집전체 전체 부피에 대하여 기공이 차지하는 부피비를 의미하는 것으로서, (다공성 집전체의 무게)/(다공성 집전체의 측정 부피*집전체의 이론 밀도)로 계산할 수 있다. 기공도가 상기 범위를 만족할 때, 활물질인 리튬 금속과의 접촉 표면적을 극대화 할 수 있으며 내구성이 높고 공정성이 우수하므로, 상기 범위 내에서 적절히 조절한다.The porous current collector used in the present invention has a porosity of 50 to 99%, more preferably 60 to 90%, before coating the lithium ion conductive material. In this case, the porosity refers to a volume ratio occupied by the pores with respect to the total volume of the porous collector, and can be calculated by (weight of the porous collector) / (measured volume of the porous collector * theoretical density of the collector). When the porosity satisfies the above range, the contact surface area with lithium metal as the active material can be maximized, and durability and processability are excellent.

상기 다공성 집전체의 리튬 이온 전도성 물질 코팅 전 기공의 평균 입경은 5 내지 500 μm, 바람직하기로 10 내지 100 μm일 수 있다. 만일 기공의 평균 입경이 5 μm 미만이면 기공 내에 리튬 금속이 충분한 양으로 삽입될 수 없어 전지 용량이 저하되는 문제점이 있고, 100 μm를 초과하면 내구성이 저하되고 리튬 덴드라이트 성장 억제 효과를 확보할 수 없으므로 상기 범위 내에서 적절히 조절한다.The average particle size of the pores of the porous current collector before coating the lithium ion conductive material may be 5 to 500 μm, preferably 10 to 100 μm. If the average particle diameter of the pores is less than 5 탆, lithium metal can not be inserted into the pores in a sufficient amount, resulting in deterioration of the battery capacity. If the average particle diameter exceeds 100 탆, the durability is lowered and the lithium dendrite growth inhibiting effect Therefore, it is properly adjusted within the above range.

상기 다공성 집전체의 두께는 바람직하기로 10 내지 200 μm, 보다 바람직하기로 50 내지 150 μm이다. 10 μm 미만의 집전체 두께는 공정상 구현이 어렵고, 리튬 금속이 충분한 양으로 삽입될 수 없으므로 전지 용량을 확보할 수 없는 문제점이 있고, 집전체의 두께가 200 μm를 초과하면 전극이 두꺼워짐에 따라 저항이 급증하여 전지 성능이 저하되는 문제점이 있으므로, 상기 범위 내에서 적절히 조절한다.The thickness of the porous current collector is preferably 10 to 200 占 퐉, more preferably 50 to 150 占 퐉. The collector thickness of less than 10 μm is difficult to implement in the process and lithium metal can not be inserted in a sufficient amount, so that the capacity of the battery can not be secured. If the collector thickness exceeds 200 μm, the electrode becomes thick There is a problem that battery performance is deteriorated due to a rapid increase in resistance, so that it is appropriately adjusted within the above range.

본 발명의 리튬 전극용 다공성 집전체는 리튬 덴드라이트의 형성을 억제하기 위하여 탄성계수가 1 Gpa 초과 5 Gpa 미만인 리튬 이온 전도성 물질로 이루어진 코팅층을 포함한다.The porous current collector for a lithium electrode of the present invention includes a coating layer made of a lithium ion conductive material having an elastic modulus of more than 1 Gpa and less than 5 Gpa to suppress the formation of lithium dendrites.

다공성 집전체는 상기한 바와 같이 전극 활물질인 리튬 금속과의 접촉 표면적이 최대화되어 평면 집전체에 비하여 전류 밀도의 불균형이 감소하고, 이에 따라 리튬 덴드라이트 성장이 억제되는 장점이 있다. 그러나, 다공성 집전체를 사용한 리튬 전극의 경우 리튬 금속이 집전체의 기공 내에 삽입되어 있어 셀 적층 구조에 의한 압력을 받지 못하게 되고, 이에 따라 압력에 의한 리튬 덴드라이트 성장 억제 효과를 얻을 수 없는 단점이 있다. 결국, 생성되는 리튬 덴드라이트의 부피 및 표면적이 커지게 되어, 다공성 집전체를 사용함에 따른 효과를 더 이상 얻을 수 없게 된다.As described above, the porous current collector maximizes the contact surface area with the lithium metal, which is an electrode active material, so that the imbalance of the current density is reduced as compared with the planar current collector, and the lithium dendrite growth is suppressed. However, in the case of the lithium electrode using the porous current collector, the lithium metal is inserted into the pores of the current collector, and thus the pressure due to the cell lamination structure is not received. As a result, the effect of suppressing the lithium dendrite growth due to pressure can not be obtained have. As a result, the volume and surface area of the lithium dendrite produced becomes large, and the effect of using the porous current collector can no longer be obtained.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하고자, 다공성 집전체에 적절한 인장 강도를 가지는 리튬 이온 전도성 물질을 코팅하여, 기공에 충진되는 리튬 금속에 압력이 가해질 수 있도록 하였다.In order to solve this problem, the present invention has been made such that a porous current collector is coated with a lithium ion conductive material having a suitable tensile strength so that pressure can be applied to the lithium metal filled in the pores.

이때 리튬 이온 전도성 물질은 탄성계수가 1 Gpa 초과 5 Gpa 미만인 것이 바람직하다. The lithium ion conductive material preferably has an elastic modulus of more than 1 Gpa and less than 5 Gpa.

탄성계수(modulus of elasticity)는 탄성 물질이 응력을 받았을 때 일어나는 변형률의 정도를 나타낸 것으로서, 물질이 압력에 저항하는 정도를 의미한다. 즉, 변형이 잘 일어나지 않는 단단한 물질일수록 큰 탄성계수 값을 갖는다. 본 명세서에서 의미하는 탄성계수는 체적 탄성계수(k)로서, 하기 수학식 1로 표현될 수 있다.The modulus of elasticity is the degree of strain that occurs when an elastic material is stressed, which is the degree to which the material is pressure resistant. That is, a hard material which does not easily deform has a large elastic modulus value. The elastic modulus in this specification means a volume modulus (k), which can be expressed by the following equation (1).

[수학식 1][Equation 1]

k=ΔP/(ΔV/V)k =? P / (? V / V)

(상기 수학식 1에서, ΔP는 압력의 변화이며, ΔV는 부피 변화, V는 최초 부피를 의미한다)(In the above equation (1),? P is the pressure change,? V is the volume change, and V is the initial volume)

상기 리튬 이온 전도성 물질은 탄성계수가 큰 물질일수록 충방전에 따른 전극의 부피변화에 높은 내성을 나타내며, 리튬 덴드라이트 억제 효과도 더 크게 나타난다. 그러나, 탄성계수가 커질수록 전지의 저항은 증가하며, 이에 따라 전지의 속도 및 출력 특성이 저하된다. The lithium ion conductive material exhibits a high resistance to changes in the volume of the electrode due to charging and discharging, and the lithium dendrite inhibiting effect is also greater in a material having a high modulus of elasticity. However, as the modulus of elasticity increases, the resistance of the battery increases, and the speed and output characteristics of the battery deteriorate.

본 발명자들의 실험 결과, 리튬 이온 전도성 물질의 탄성계수가 상기 범위를 만족할 때, 전지 저항이 크게 증가하지 않는 범위 내에서 리튬 덴드라이트 억제 효과를 얻을 수 있음을 확인하였다.As a result of experiments conducted by the inventors of the present invention, it has been confirmed that when the elastic modulus of the lithium ion conductive material satisfies the above range, the lithium dendrite inhibiting effect can be obtained within a range in which the battery resistance is not greatly increased.

상기 리튬 이온 전도성 물질은 상기 탄성계수를 만족하며, 리튬 이온 전도도가 10-7 S/cm 이상인 유기 또는 무기 화합물일 수 있다.The lithium ion conductive material may be an organic or inorganic compound satisfying the elastic modulus and having a lithium ion conductivity of 10 -7 S / cm or more.

상기 유기 화합물은 이온 전도성을 갖는 고분자일 수 있다. 이온 전도성 고분자는 사슬 내에 리튬 이온과 배위결합을 형성할 수 있는 복수의 전자 주개 원자 또는 원자단을 가지며, 고분자 사슬 분절의 국부적 움직임에 의하여 배위결합이 가능한 위치들 사이에서 리튬 이온을 이동시킬 수 있다. The organic compound may be a polymer having ionic conductivity. The ion conductive polymer has a plurality of electron donor atoms or atomic groups capable of forming coordination bonds with lithium ions in the chain and can move lithium ions between positions capable of coordination by the local movement of the polymer chain segments.

이러한 이온 전도성 고분자는 예를 들어 폴리에틸렌 옥사이드(PEO), 폴리프로필렌 옥사이드(PPO), 폴리에틸렌글리콜(PEG), 폴리포스파젠, 폴리실록산, 폴리디메틸실록산, 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리비닐클로라이드, 폴리비닐리덴 풀루오라이드(PVDF), 폴리비닐리덴 풀루오라이드-헥사풀루오로프로필렌(PVDF-co-HFP), 폴리에틸렌이민, 폴리페닐렌 테레프탈아미드, 폴리메톡시 폴리에틸렌글리콜메타크릴레이트, 및 폴리2-메톡시 에틸글리시딜에테르로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있으며, 바람직하기로 폴리에틸렌 옥사이드(PEO)를 사용한다.These ion conductive polymers include, for example, polyethylene oxide (PEO), polypropylene oxide (PPO), polyethylene glycol (PEG), polyphosphazene, polysiloxane, polydimethylsiloxane, polyacrylonitrile (PMMA), polyvinyl chloride, polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene (PVDF-co-HFP), polyethyleneimine, polyphenylene terephthalamide, polymethoxy Polyethylene glycol methacrylate, and poly 2-methoxyethyl glycidyl ether. Preferably, polyethylene oxide (PEO) is used.

상기 이온 전도성 고분자는 이온 전도도의 향상을 위하여 리튬 염을 더 포함할 수 있다. 이때 사용될 수 있는 리튬 염의 종류는 특별히 한정하지 않으며, 예를 들어 LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, CF3SO3Li, LiSCN, LiC(CF3SO2)3, (CF3SO2)2NLi, (FSO2)2NLi, 클로로 보란 리튬, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4-페닐 리튬 보레이트, 리튬 이미드 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종일 수 있다.The ion conductive polymer may further include a lithium salt for improving ionic conductivity. The lithium salt of the type that may be used is not particularly limited, and examples thereof include 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 3 Li, LiSCN, LiC (CF 3 SO 2) 3, (CF 3 SO 2) 2 NLi, (FSO 2) 2 NLi, chloroborane lithium, lower aliphatic Lithium carbonate, lithium carbonate, 4-phenyl lithium borate, lithium imide, and combinations thereof.

상기 무기 화합물은 예를 들어 LiPON, 하이드라이드(hydride)계 화합물, 티오리시콘(thio-LISICON)계 화합물, 나시콘(NASICON)계 화합물, 리시콘(LISICON)계 화합물 및 페로브스카이트(Perovskite)계 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물일 수 있다.The inorganic compound may be, for example, LiPON, a hydride compound, a thio-LISICON compound, a NASICON compound, a LISICON compound and a perovskite compound. ) Based compound, or a mixture of two or more thereof.

상기 하이드라이드(hydride)계 화합물은 LiBH4-LI, Li3N, Li2NH, Li2BNH6, Li1.8N0.4Cl0.6, LiBH4, Li3P-LiCl, Li4SiO4, Li3PS4 또는 Li3SiS4일수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.The hydride (hydride) compound is LiBH 4 -LI, Li 3 N, Li 2 NH, Li 2 BNH 6, Li 1.8 N 0.4 C l0.6, LiBH 4, Li 3 P-LiCl, Li 4 SiO 4, Li 3 PS 4, or Li 3 SiS 4 , but are not limited thereto.

상기 티오리시콘(thio-LISICON)계 화합물은 Li10GeP2S12, Li3 . 25Ge0 .25P0. 75S4 또는 Li2S-GeS-Ga2S3일 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.The thio receiving cone (thio-LISICON) based compound is Li 2 S 10 GeP 12, Li 3. 25 Ge 0 .25 P 0. 75 S 4 or Li 2 S-GeS-Ga 2 S 3 day, but can be, but is not limited thereto only.

상기 나시콘(NASICON)계 화합물은 Li1 . 3Al0 . 3Ge1 .7(PO4)3, Li1 . 3Al0 . 3Ti1 .7(PO4)3 또는 LiTi0.5Zr1.5(PO4)3 일 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.The NASICON-based compound is Li 1 . 3 Al 0 . 3 Ge 1 .7 (PO 4 ) 3 , Li 1 . 3 Al 0 . 3 Ti 1 .7 (PO 4 ) 3 or LiTi 0.5 Zr 1.5 (PO 4 ) 3 .

상기 리시콘(LISICON)계 화합물은 Li14Zn(GeO4)4 일 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.The LISICON-based compound may be Li 14 Zn (GeO 4 ) 4 , but is not limited thereto.

상기 페로브스카이트(Perovskite)계 화합물은 LixLa1 - xTiO3(0 < x< 1) 또는 Li7La3Zr2O12일 수 있고, 구체적으로 Li0 . 35La0 . 55TiO3, Li0 . 5La0 . 5TiO3 또는 Li7La3Zr2O12 일 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.The perovskite-based compound may be Li x La 1 - x TiO 3 (0 <x <1) or Li 7 La 3 Zr 2 O 12 , and specifically Li 0 . 35 La 0 . 55 TiO 3 , Li 0 . 5 La 0 . 5 TiO 3 or Li 7 La 3 Zr 2 O 12 , but is not limited thereto.

본 발명에서 다공성 집전체에 코팅되는 리튬 이온 전도성 물질은 집전체 기공 내에 삽입되는 리튬 금속에 적정한 압력을 가함으로써 리튬 덴드라이트의 성장을 억제하는 역할을 한다.In the present invention, the lithium ion conductive material coated on the porous current collector functions to suppress the growth of lithium dendrite by applying an appropriate pressure to the lithium metal inserted in the current collector pores.

상기 리튬 이온 전도성 물질을 다공성 집전체에 코팅하는 방법은 특별히 한정되지 않으며, 통상의 방법이 사용될 수 있다.The method of coating the lithium ion conductive material on the porous collector is not particularly limited, and a conventional method can be used.

구체적으로, 리튬 이온 전도성 물질이 이온 전도성 고분자인 경우, 스핀 코팅, 스프레이 코팅, 닥터블레이드 코팅, 딥 코팅 등과 같은 통상의 습식 공정에서 사용되는 방법을 사용할 수 있다. 바람직하기로, 다공성 집전체의 표면에 리튬 이온 전도성 물질이 고르게 코팅될 수 있도록 딥 코팅법을 사용한다.Specifically, when the lithium ion conductive material is an ion conductive polymer, a method used in a conventional wet process such as spin coating, spray coating, doctor blade coating, dip coating and the like can be used. Preferably, the dip coating method is used so that the lithium ion conductive material can be uniformly coated on the surface of the porous current collector.

리튬 이온 전도성 물질이 무기 화합물인 경우, 전자빔 증착법, 유기금속 화학 기상 증착법, 반응성 스퍼터링, 고주파 스퍼터링법, 및 마그네트론 스퍼터링법 중 선택된 방법이 이용될 수 있으나, 이에 제한되지 않으며, 바람직하기로 반응성 스퍼터링법을 사용한다.When the lithium ion conductive material is an inorganic compound, a method selected from an electron beam deposition method, an organic metal chemical vapor deposition method, a reactive sputtering method, a high frequency sputtering method, and a magnetron sputtering method may be used, but not limited thereto, Lt; / RTI &gt;

상기 리튬 이온 전도성 물질은 1 내지 20 μm의 두께로 다공성 집전체에 코팅된다. 만일, 코팅층의 두께가 상기 범위 미만이면 충분한 리튬 덴드라이트 성장 억제 효과를 얻을 수 없고, 상기 범위를 초과하면 전지의 저항이 증가하여 용량이 감소하는 문제가 있으므로, 상기 범위 내에서 적절히 조절한다.The lithium ion conductive material is coated on the porous collector in a thickness of 1 to 20 탆. If the thickness of the coating layer is less than the above range, sufficient lithium dendrite growth inhibiting effect can not be obtained. If the thickness exceeds the above range, the resistance of the battery increases and the capacity decreases.

리튬 전극Lithium electrode

본 발명은 전술한 바의 리튬 이온 전도성 물질이 코팅된 다공성 집전체를 포함하는 리튬 전극을 제공한다. The present invention provides a lithium electrode comprising a porous current collector coated with a lithium ion conductive material as described above.

상기 리튬 전극은 활물질로 리튬 금속을 포함하며, 리튬 금속은 상기 다공성 집전체의 외부에 부착되거나 집전체 내부에 포함될 수 있다.The lithium electrode includes lithium metal as an active material, and lithium metal may be attached to the outside of the porous current collector or included in the current collector.

구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 전극은 리튬 금속 포일이 다공성 집전체의 일면에 부착된 구조일 수 있다. Specifically, the lithium electrode according to an embodiment of the present invention may have a structure in which a lithium metal foil is attached to one surface of a porous current collector.

본 발명의 다른 일 실시예에 의하면, 리튬 금속은 다공성 집전체의 기공 내에 삽입된 구조일 수 있다. 이 경우, 리튬 금속을 기공 내에 삽입하는 방법은 특별히 제한되지 않으며 다양할 수 있다. 예를 들어, 전기 도금법, 용융법, 박막제조기술로 기공 내에 리튬 금속을 충진하거나, 페이스트 도포 방식으로 리튬 입자를 집전체 기공 내에 균일하게 충진하는 방법을 들 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the lithium metal may be inserted into the pores of the porous current collector. In this case, the method of inserting the lithium metal into the pores is not particularly limited and may be various. For example, lithium metal may be filled in the pores by an electroplating method, a melting method, a thin film manufacturing technique, or a method of uniformly filling lithium particles in collector pores by a paste coating method.

상기 '박막제조기술'은 수분이 없는 분위기하에서 물리적으로 증착하는 기술을 말하며, 이러한 박막제조기술의 예로는 가열 증착법, 전자선 증착법, 이온선 증착법, 스퍼터링법, 아크 증착법 및 레이저 어블레이션 증착법 등을 들 수 있다. The 'thin film manufacturing technique' refers to a technique of physically depositing in a moisture-free atmosphere. Examples of such thin film manufacturing techniques include a thermal evaporation method, an electron beam evaporation method, an ion beam evaporation method, a sputtering method, an arc evaporation method and a laser ablation evaporation method .

상기 페이스트 도포 방식은 리튬 또는 리튬 합금 입자와 용매를 페이스트화 하여 도포하거나, 리튬 입자와 PVDF 등의 결합제를 용매와 혼합하여 페이스트화하여 도포하는 방식을 들 수 있다.The paste coating method is a method in which lithium or lithium alloy particles and a solvent are applied in a paste form, or a binder such as lithium particles and PVDF is mixed with a solvent and applied in a paste form.

또한, 다공성 집전체 위에 리튬 금속 포일을 올린 후 압착을 실시하여 고밀도의 리튬 전극을 제조할 수 있다. '압착'이라 함은 압력을 가해 고밀도화하는 것을 말하며, 압착에 사용되는 수단으로는 롤 프레스 또는 판상프레스를 들 수 있고, 이 때 가해지는 압력은 통상 1 내지 10 kg/cm2 이다. In addition, a lithium metal foil is placed on the porous current collector, followed by compression, thereby manufacturing a high-density lithium electrode. The term 'squeeze' refers to densification by applying pressure. Examples of the means used for squeezing include a roll press or a plate-like press. The pressure applied at this time is usually 1 to 10 kg / cm 2 .

이와 같이 제조된 리튬 전극에서 리튬 금속은 리튬 이온 전도성 물질의 코팅층 외부에 존재하게 되나, 전지의 충방전이 반복됨에 따라 리튬 이온은 다공성 집전체와 리튬 이온 전도성 물질의 코팅층 사이에 침투하고, 이것이 환원되면 리튬 금속이 집전체와 코팅층 사이에 위치한 형태가 된다. 즉, 리튬 전극은 리튬 금속 표면에 보호층을 더 포함하는 것과 같은 구조가 되어, 리튬 덴드라이트의 생성 및 성장이 효과적으로 억제될 수 있게 된다.In the lithium electrode thus produced, lithium metal is present outside the coating layer of the lithium ion conductive material. However, as the charging and discharging of the battery is repeated, lithium ions penetrate between the porous current collector and the coating layer of the lithium ion conductive material, The lithium metal is located between the current collector and the coating layer. That is, the lithium electrode has a structure such that it further includes a protective layer on the surface of the lithium metal, so that the generation and growth of the lithium dendrite can be effectively suppressed.

본 발명의 리튬 전극은 부가적으로 리튬 이온 전도성 보호막을 더 포함할 수 있다. The lithium electrode of the present invention may further include a lithium ion conductive protective film.

상기 보호막은 리튬 전극의 적어도 일면에 부착되어 리튬 덴드라이트의 성장을 억제하며, 분리막의 역할을 대신 할 수도 있다. 이러한 보호막의 소재는 본 발명에서 특별히 한정하지 않으며 전술한 바의 리튬 이온 전도성 물질이 사용될 수 있다. The protective film may be attached to at least one surface of the lithium electrode to inhibit the growth of the lithium dendrite and may serve as a separator. The material of such a protective film is not particularly limited in the present invention, and the above-mentioned lithium ion conductive material may be used.

상기 보호막의 두께는 얇을수록 전지의 출력 특성에 유리하나, 일정 두께 이상이어야만 리튬 덴드라이트 성장 억제 효과를 나타낼 수 있으므로, 0.5 내지 20μm인 것이 바람직하다.Thinner the thickness of the protective film is advantageous to the output characteristics of the battery, but it is preferable that the protective film is thicker than a certain thickness to exhibit the lithium dendrite growth inhibiting effect, and therefore, it is preferably 0.5 to 20 탆.

리튬이차전지Lithium secondary battery

본 발명은 양극, 음극, 이들 사이에 개재된 분리막 및 전해질을 포함하고, 음극으로서 본 발명에 따른 리튬 전극을 포함하는 리튬이차전지를 제공한다.The present invention provides a lithium secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode, a separator interposed therebetween and an electrolyte, and a lithium electrode according to the present invention as a negative electrode.

본 발명에 따른 리튬 전극은 리튬 이온 전도성 물질이 코팅된 다공성 집전체를 포함하여 전류 밀도의 불균형이 개선되고, 리튬 덴드라이트의 형성 및 성장이 억제되므로, 리튬이차전지에 적용 시 전지의 안정성 및 사이클 특성이 향상될 수 있다.The lithium electrode according to the present invention includes a porous current collector coated with a lithium ion conductive material to improve the unevenness of current density and inhibit the formation and growth of lithium dendrite. Therefore, when applied to a lithium secondary battery, The characteristics can be improved.

상기 리튬이차전지의 양극, 분리막 및 전해질의 구성은 본 발명에서 특별히 한정하지 않으며, 이 분야에서 공지된 바를 따른다.The constitution of the anode, the separator and the electrolyte of the lithium secondary battery is not particularly limited in the present invention, and is well known in the art.

양극은 양극 집전체 상에 형성된 양극 활물질을 포함한다. The positive electrode includes a positive electrode active material formed on the positive electrode current collector.

양극 집전체는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것 등이 사용될 수 있다. 이때, 상기 양극 집전체는 양극 활물질과의 접착력을 높일 수도 있도록, 표면에 미세한 요철이 형성된 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태를 사용할 수 있다.The positive electrode current collector is not particularly limited as long as it has high conductivity without causing a chemical change in the battery. For example, carbon, nickel , Titanium, silver, or the like may be used. At this time, the cathode current collector may use various forms such as a film, a sheet, a foil, a net, a porous body, a foam, and a nonwoven fabric having fine irregularities formed on the surface so as to increase the adhesive force with the cathode active material.

전극층을 구성하는 양극 활물질은 당해 기술분야에서 이용 가능한 모든 양극 활물질이 사용 가능하다. 이러한 양극 활물질의 구체적인 예로서, 리튬 금속; LiCoO2 등의 리튬 코발트계 산화물; Li1 + xMn2 - xO4(여기서, x는 0 내지 0.33임), LiMnO3, LiMn2O3, LiMnO2 등의 리튬 망간계 산화물; Li2CuO2등의 리튬 구리산화물; LiV3O8, LiFe3O4, V2O5, Cu2V2O7 등의 바나듐 산화물; LiNi1 - xMxO2 (여기서, M=Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B 또는 Ga 이고, x=0.01 내지 0.3임)으로 표현되는 리튬 니켈계 산화물; LiMn2 - xMxO2(여기서, M=Co, Ni, Fe, Cr, Zn 또는 Ta 이고, x=0.01 내지 0.1임) 또는 Li2Mn3MO8(여기서, M=Fe, Co, Ni, Cu 또는 Zn 임)으로 표현되는 리튬 망간 복합산화물; Li(NiaCobMnc)O2(여기에서, 0<a<1, 0<b<1, 0<c<1, a+b+c=1)으로 표현되는 리튬-니켈-망간-코발트계 산화물; LiV3O8, LiFe3O4, V2O5, Cu2V2O7 등의 바나듐 산화물; 황 또는 디설파이드 화합물; LiFePO4, LiMnPO4, LiCoPO4, LiNiPO4 등의 인산염; Fe2(MoO4)3 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다. As the cathode active material constituting the electrode layer, all of the cathode active materials available in the art can be used. As specific examples of such a cathode active material, lithium metal; Lithium cobalt-based oxides such as LiCoO 2 ; Li 1 + x Mn 2 - x O 4 (where x is 0 to 0.33), lithium manganese-based oxides such as LiMnO 3 , LiMn 2 O 3 and LiMnO 2 ; Lithium copper oxide such as Li 2 CuO 2 ; Vanadium oxides such as LiV 3 O 8 , LiFe 3 O 4 , V 2 O 5 and Cu 2 V 2 O 7 ; LiNi 1 - x M x O 2 wherein M is Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B, or Ga and x is 0.01 to 0.3; LiMn 2 - x MxO 2 (where, M = Co, Ni, Fe , Cr, and Zn, or Ta, x = 0.01 to 0.1 Im) or Li 2 Mn 3 MO 8 (where, M = Fe, Co, Ni , Cu Or Zn); Nickel-manganese-lithium complex represented by Li (Ni a Co b Mn c ) O 2 (where 0 <a <1, 0 <b <1, 0 <c < Cobalt oxide; Vanadium oxides such as LiV 3 O 8 , LiFe 3 O 4 , V 2 O 5 and Cu 2 V 2 O 7 ; Sulfur or disulfide compounds; LiFePO 4, LiMnPO 4, LiCoPO 4 , LiNiPO 4 , such as phosphate; Fe 2 (MoO 4 ) 3 , and the like. However, the present invention is not limited to these.

이때, 전극층은 양극 활물질 이외에 바인더 수지, 도전재, 충진제 및 기타 첨가제 등을 추가로 포함할 수 있다.At this time, the electrode layer may further include a binder resin, a conductive material, a filler, and other additives in addition to the cathode active material.

상기 바인더 수지는 전극 활물질과 도전재의 결합과 집전체에 대한 결합을 위해 사용한다. 이러한 바인더 수지의 비제한적인 예로는, 폴리비닐리덴플로라이드(PVDF), 폴리비닐알코올(PVA), 폴리아크릴산(PAA), 폴리메타크릴산(PMA), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 폴리아크릴아미드(PAM), 폴리메타크릴아미드, 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리메타크릴로니트릴, 폴리이미드(PI), 알긴산(Alginic acid), 알지네이트(Alginate), 키토산(Chitosan), 카르복시메틸셀룰로오스(CMC), 전분, 하이드록시프로필셀룰로오스, 재생 셀룰로오스, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 폴리머(EPDM), 술폰화-EPDM, 스티렌-부타디엔 고무(SBR), 불소 고무, 이들의 다양한 공중합체 등을 들 수 있다. The binder resin is used for bonding between the electrode active material and the conductive material and bonding to the current collector. Non-limiting examples of such binder resins include polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinyl alcohol (PVA), polyacrylic acid (PAA), polymethacrylic acid (PMA), polymethylmethacrylate (PMMA) (PAM), polymethacrylamide, polyacrylonitrile (PAN), polymethacrylonitrile, polyimide (PI), alginic acid, alginate, chitosan, carboxymethylcellulose Propylene-diene polymer (EPDM), sulfonated-EPDM, styrene-butadiene rubber (SBR), polyvinylpyrrolidone, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene, polyethylene, polypropylene, ), Fluorine rubber, various copolymers thereof, and the like.

상기 도전재는 전극 활물질의 도전성을 더욱 향상시키기 위해 사용한다. 이러한 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 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 휘스커; 산화티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등이 사용될 수 있다.The conductive material is used to further improve the conductivity of the electrode active material. Such a conductive material is not particularly limited as long as it has electrical conductivity without causing chemical changes in the battery, for example, graphite such as natural graphite or artificial 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 whiskers such as zinc oxide and potassium titanate; Conductive metal oxides such as titanium oxide; Polyphenylene derivatives and the like can be used.

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 중합체; 유리섬유, 탄소섬유 등의 섬유상 물질이 사용된다.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 a chemical change in the battery. Examples of the filler include olefin polymers such as polyethylene and polypropylene; Fibrous materials such as glass fibers and carbon fibers are used.

분리막은 다공성 기재로 이루어질 수 있는데, 상기 다공성 기재는, 통상적으로 전기화학소자에 사용되는 다공성 기재라면 모두 사용이 가능하고, 예를 들면 폴리올레핀계 다공성 막 또는 부직포를 사용할 수 있으나, 이에 특별히 한정되는 것은 아니다.The separator may be made of a porous substrate. The porous substrate may be any porous substrate commonly used in an electrochemical device. For example, the porous substrate may be a polyolefin porous film or a nonwoven fabric. no.

상기 분리막은, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부틸렌, 폴리펜텐, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리에스테르, 폴리아세탈, 폴리아마이드, 폴리카보네이트, 폴리이미드, 폴리에테르에테르케톤, 폴리에테르설폰, 폴리페닐렌 옥사이드, 폴리페닐렌 설파이드, 및 폴리에틸렌 나프탈레이트로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물로 이루어진 다공성 기재일 수 있다.The separator may be formed of a material selected from the group consisting of polyethylene, polypropylene, polybutylene, polypentene, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyester, polyacetal, polyamide, polycarbonate, polyimide, polyetheretherketone, A porous substrate made of any one selected from the group consisting of polyphenylene oxide, polyphenylene sulfide, and polyethylene naphthalate, or a mixture of two or more thereof.

상기 리튬 이차 전지의 전해질은 리튬염을 포함하는 비수계 유기용매, 유기 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용될 수 있으나 이들만으로 한정되는 것은 아니다.The electrolyte of the lithium secondary battery may be a non-aqueous organic solvent including a lithium salt, an organic solid electrolyte, or an inorganic solid electrolyte, but is not limited thereto.

비수계 유기용매는, 예를 들어, N-메틸-2-피롤리돈, 프로필렌 카보네이트, 에틸렌 카보네이트, 부틸렌 카보네이트, 디메틸 카보네이트, 디에틸 카보네이트, 에틸메틸 카보네이트, 감마-부티로락톤, 1,2-디메톡시 에탄, 1,2-디에톡시 에탄, 테트라하이드록시 프랑(franc), 2-메틸 테트라하이드로푸란, 디메틸술폭시드, 1,3-디옥솔란, 4-메틸-1,3-디옥센, 디에틸에테르, 포름아마이드, 디메틸포름아마이드, 디옥솔란, 아세토니트릴, 니트로메탄, 포름산메틸, 초산메틸, 인산 트리에스테르, 트리메톡시 메탄, 디옥솔란 유도체, 설포란, 메틸설포란, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 프로필렌 카보네이트 유도체, 테트라하이드로푸란 유도체, 에테르, 프로피온산 메틸, 프로피온산 에틸 등의 비양자성 유기용매가 사용될 수 있다.Examples of the non-aqueous organic solvent include N-methyl-2-pyrrolidone, propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethylmethyl carbonate, gamma-butyrolactone, -Dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, tetrahydroxyfuran, 2-methyltetrahydrofuran, dimethylsulfoxide, 1,3-dioxolane, 4-methyl- The organic solvent may be selected from the group consisting of diethyl ether, formamide, dimethylformamide, dioxolane, acetonitrile, nitromethane, methyl formate, methyl acetate, triester phosphate, trimethoxymethane, dioxolane derivative, Dimethyl-2-imidazolidinone, propylene carbonate derivatives, tetrahydrofuran derivatives, ethers, methyl propionate, ethyl propionate and the like can be used.

상기 리튬염은 상기 비수계 전해질에 용해되기 좋은 물질로서, 예를 들어, LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, LiSCN, LiC4BO8, LiCF3CO2, LiCH3SO3, LiCF3SO3, LiN(SO2CF3)2, LiN(SO2C2F5)2, LiC4F9SO3, LiC(CF3SO2)3, (CF3SO2)·2NLi, 클로로 보란 리튬, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4 페닐 붕산 리튬 이미드 등이 사용될 수 있다.The lithium salt is a material that is readily soluble in the non-aqueous electrolyte, for example, LiCl, LiBr, LiI, LiClO 4, LiBF 4, LiB 10 Cl 10, LiPF 6, LiAsF 6, LiSbF 6, LiAlCl 4, LiSCN, LiC 4 BO 8 , LiCF 3 CO 2 , LiCH 3 SO 3 , LiCF 3 SO 3 , LiN (SO 2 CF 3 ) 2 , LiN (SO 2 C 2 F 5 ) 2 , LiC 4 F 9 SO 3 , LiC 3 SO 2 ) 3 , (CF 3 SO 2 ) 2 NLi, chloroborane lithium, lower aliphatic carboxylate lithium, and lithium tetraphenylborate.

상기 유기 고체 전해질로는, 예를 들어, 폴리에틸렌 유도체, 폴리에틸렌 옥사이드 유도체, 폴리프로필렌 옥사이드 유도체, 인산 에스테르 폴리머, 폴리 에지테이션 리신(agitation lysine), 폴리에스테르 술파이드, 폴리비닐알코올, 폴리 불화 비닐리덴, 이차성 해리기를 포함하는 중합체 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 including a secondary dissociation group, and the like can 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.

또한, 상기 전해질에는 충방전 특성, 난연성 등의 개선을 목적으로 기타 첨가제를 더 포함할 수 있다. 상기 첨가제의 예시로는 피리딘, 트리에틸포스파이트, 트리에탄올아민, 환상 에테르, 에틸렌 디아민, n-글라임(glyme), 헥사 인산 트리 아마이드, 니트로벤젠 유도체, 유황, 퀴논 이민 염료, N-치환 옥사졸리디논, N,N-치환 이미다졸리딘, 에틸렌 글리콜 디알킬 에테르, 암모늄염, 피롤, 2-메톡시 에탄올, 삼염화 알루미늄, 플루오로에틸렌 카보네이트(FEC), 프로펜 설톤(PRS), 비닐렌 카보네이트(VC) 등을 들 수 있다.In addition, the electrolyte may further contain other additives for the purpose of improving charge / discharge characteristics, flame retardancy, and the like. Examples of the additive include pyridine, triethylphosphite, triethanolamine, cyclic ether, ethylenediamine, glyme, hexaphosphoric triamide, nitrobenzene derivatives, sulfur, quinone imine dyes, (N, N-substituted imidazolidine, ethylene glycol dialkyl ether, ammonium salt, pyrrole, 2-methoxyethanol, trichloroaluminum, fluoroethylene carbonate (FEC), propenesultone (PRS), vinylene carbonate VC), and the like.

본 발명에 따른 리튬이차전지는, 일반적인 공정인 권취(winding) 이외에도 분리막와 전극의 적층(lamination, stack) 및 접음(folding) 공정이 가능하다. 그리고, 상기 전지케이스는 원통형, 각형, 파우치(pouch)형 또는 코인(coin)형 등이 될 수 있다.The lithium secondary battery according to the present invention can be laminated, stacked, and folded in addition to winding, which is a general process. The battery case may have a cylindrical shape, a square shape, a pouch shape, a coin shape, or the like.

이하 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변경 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the scope and spirit of the invention as disclosed in the accompanying claims. Changes and modifications may fall within the scope of the appended claims.

[실시예][Example]

제조예 1: 리튬 이차 전지의 제조Production Example 1: Preparation of lithium secondary battery

(1) 실시예 1(1) Example 1

하기의 방법으로 다공성 집전체 및 리튬 금속을 포함하는 리튬 전극을 제조하고, 이를 음극으로 하는 리튬 이차 전지를 제조하였다.A lithium secondary battery including a porous current collector and a lithium metal was prepared by the following method, and a lithium secondary battery having the negative electrode was prepared.

직경 10 μm의 PET 섬유로 이루어진 기공도 85%, 두께 120μm의 PET 부직포에 구리를 0.5 μm두께로 도금하여, 기공도 85%, 기공 평균 입경 50μm, 두께 120 μm의 다공성 집전체를 제조하였다. Copper was plated to a thickness of 0.5 탆 on a PET nonwoven fabric having a porosity of 85% and a thickness of 120 탆 made of PET fibers having a diameter of 10 탆 and a porosity of 85%, a porosity average particle diameter of 50 탆 and a thickness of 120 탆.

아세톤 8 ml에 PVDF-HFP(Arkema社 Kynar2751 model, elastic modulus: 2 GPa) 2 g을 녹여 코팅 용액을 제조하고, 딥 코팅법을 이용하여 상기 다공성 집전체에 5 μm 두께의 리튬 이온 전도성 물질층을 형성하였다.A coating solution was prepared by dissolving 2 g of PVDF-HFP (Arkema Kynar2751 model, elastic modulus: 2 GPa) in 8 ml of acetone, and a 5 μm thick layer of lithium ion conductive material was applied to the porous collector by dip coating .

상기 다공성 집전체의 일면에 두께 20 μm의 리튬 금속 호일을 올리고, 롤 프레스를 이용한 압착법(압력 2kg/cm2)을 통해 리튬 금속을 다공성 집전체의 기공에 충진시켜, 구리 15 wt% 및 리튬 금속 13wt%를 포함하는 리튬 전극을 제조하였다.Raise the lithium metal foil having a thickness of 20 μm on one surface of the porous house, by filling the lithium metal through the compression method using a roll press (second pressure 2kg / cm) to the pores of the total porosity home, copper 15 wt% and lithium A lithium electrode containing 13 wt% of metal was prepared.

양극 활물질로 LCO(LiCoO2)를 사용하여 양극을 제조하였다. N-메틸피롤리돈(NMP)을 용매로, LCO: 슈퍼-피(Super-P): PVDF= 95 : 2.5 : 2.5 중량비로 혼합하여 슬러리를 제조하고 두께 12μm의 알루미늄 호일에 코팅하여 70μm두께의 양극을 제조하였다.A cathode was prepared using LCO (LiCoO2) as a cathode active material. The slurry was prepared by mixing N-methylpyrrolidone (NMP) as a solvent at a weight ratio of LCO: Super-P: PVDF = 95: 2.5: 2.5 to prepare a slurry, A positive electrode was prepared.

상기 양극 및 음극 사이에 두께 20 μm의 폴리에틸렌을 분리막으로 개재시킨 다음, 에틸렌카보네이트(EC): 디에틸카보네이트(DEC): 디메틸카보네이트(DMC)=1:2:1 (v/v)용매에 리튬염으로 LiPF6 1.0 M, 첨가제로 비닐렌 카보네이트(VC) 2 중량%를 포함하는 전해액을 주입하여 리튬 이차 전지를 제조하였다.Polyethylene having a thickness of 20 占 퐉 was interposed between the positive electrode and the negative electrode with a separator and lithium was added to a solvent of ethylene carbonate (EC): diethyl carbonate (DEC): dimethyl carbonate (DMC) = 1: 2: LiPF 6 1.0 M as a salt, and 2% by weight of vinylene carbonate (VC) as an additive were injected to prepare a lithium secondary battery.

(2) 실시예 2(2) Example 2

PVDF-HFP 코팅층의 두께를 1 μm로 형성한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 리튬 전극 및 리튬 이차전지를 제조하였다.A lithium electrode and a lithium secondary battery were fabricated in the same manner as in Example 1, except that the thickness of the PVDF-HFP coating layer was 1 μm.

(3) 실시예 3(3) Example 3

PVDF-HFP 코팅층의 두께를 20 μm로 형성한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 리튬 전극 및 리튬 이차전지를 제조하였다.A lithium electrode and a lithium secondary battery were prepared in the same manner as in Example 1, except that the thickness of the PVDF-HFP coating layer was 20 μm.

(4) 실시예 4(4) Example 4

탄성계수 1 GPa의 PVDF-HFP(Arkema社 Kynar2800 model)를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 리튬 전극 및 리튬 이차전지를 제조하였다.A lithium electrode and a lithium secondary battery were prepared in the same manner as in Example 1 except that PVDF-HFP (Kynar 2800 model manufactured by Arkema) having an elastic modulus of 1 GPa was used.

(5) 실시예 5(5) Example 5

탄성계수 5 GPa의 PVDF-HFP(Arkema社 LBG model)를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 리튬 전극 및 리튬 이차전지를 제조하였다.A lithium electrode and a lithium secondary battery were prepared in the same manner as in Example 1, except that PVDF-HFP (Arkema's LBG model) having an elastic modulus of 5 GPa was used.

(6) 비교예 1(6) Comparative Example 1

두께 10 μm의 구리 호일 상에 두께 20 μm의 리튬 호일을 합지하여 리튬 전극을 제조하고, 실시예 1과 동일한 양극, 분리막, 전해액 조성으로 리튬 이차 전지를 제조하였다.A lithium foil having a thickness of 20 mu m was laminated on a copper foil having a thickness of 10 mu m to prepare a lithium electrode, and a lithium secondary battery was produced using the same anode, separator, and electrolyte composition as in Example 1. [

(7) 비교예 2(7) Comparative Example 2

다공성 집전체에 PVDF-HFP 코팅층을 형성하지 않고 리튬 금속을 합지한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 리튬 전극 및 리튬 이차전지를 제조하였다.A lithium electrode and a lithium secondary battery were prepared in the same manner as in Example 1, except that the porous current collector was formed by laminating lithium metal without forming a PVDF-HFP coating layer.

실험예 1: 전지 성능 평가Experimental Example 1: Evaluation of cell performance

상기 제조예 1에서 제조된 각 전지에 대하여 성능 평가를 수행하였다. 이때, 충전 및 방전 조건은 다음과 같다.The performance of each of the batteries prepared in Preparation Example 1 was evaluated. The charging and discharging conditions are as follows.

충전: 율속 0.2C, 전압 4.25V, CC/CV (5% current cut at 1C)Charging: Rate 0.2C, voltage 4.25V, CC / CV (5% current cut at 1C)

방전: 율속 0.5C, 전압 3V, CCDischarge: Rate 0.5C, Voltage 3V, CC

상기 조건으로 사이클을 반복하면서 전지의 초기 용량과 대비하여 방전용량이 80%에 도달했을 때의 사이클 수를 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.The number of cycles when the discharge capacity reached 80% was measured in comparison with the initial capacity of the battery while repeating the cycle under the above conditions. The results are shown in Table 1 below.

실시예 1Example 1 실시예 2Example 2 실시예 3Example 3 실시예 4Example 4 실시예 5Example 5 비교예 1Comparative Example 1 비교예 2Comparative Example 2 방전용량 80%도달
사이클수
Discharge capacity reaches 80%
Number of cycles
195195 145145 168168 134134 126126 7575 140140

실험 결과, 다공성 집전체를 사용한 전극이 평면 집전체를 사용한 전극에 비하여 우수한 결과를 나타내었다. 또한, 다공성 집전체에 2 Gpa의 탄성계수를 나타내는 이온 전도성 물질을 두께 1 내지 20 μm로 코팅하여 리튬 전극을 제조한 경우(실시예 1 내지 3), 코팅층이 없는 비교예 2와 비교하여 우수한 사이클 특성을 나타내는 것을 확인할 수 있었다.As a result of the experiment, the electrode using the porous current collector showed better results than the electrode using the flat current collector. In addition, when the lithium ion electrode was produced by coating the porous collector with an ion conductive material exhibiting a modulus of elasticity of 2 Gpa to a thickness of 1 to 20 μm (Examples 1 to 3) , Respectively.

한편, 실시예 4 및 5의 경우는 코팅층이 없는 경우와 비교하여서도 다소 낮은 전지 수명을 나타내었다. 이로부터, 적절한 강도를 부여하여 리튬 덴드라이트의 성장을 억제하기 위해서는 이온 전도성 물질의 탄성계수가 1 Gpa 초과 5 Gpa 미만의 범위를 갖는 것이 바람직함을 확인할 수 있다.On the other hand, in Examples 4 and 5, the battery life was somewhat lower than that in the case of no coating layer. From this, it can be confirmed that the elastic modulus of the ion conductive material is preferably in the range of more than 1 Gpa and less than 5 Gpa in order to impart adequate strength to the lithium dendrite to suppress the growth of the lithium dendrite.

Claims (11)

표면에 리튬 이온 전도성 물질이 코팅된 다공성 집전체로서,
상기 리튬 이온 전도성 물질은 탄성계수가 1 Gpa 초과 5 Gpa 미만인 것을 특징으로 하는 리튬 전극용 다공성 집전체.
A porous current collector having a surface coated with a lithium ion conductive material,
Wherein the lithium ion conductive material has a modulus of elasticity of more than 1 Gpa and less than 5 Gpa.
제1항에 있어서,
상기 다공성 집전체의 재질은 탄소; Ni, Cu, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Zn, Mo, W, Ag, Au, Ru, Pt, Ir, Al, Sn, Bi, Si, Sb 및 이들의 합금으로 구성되는 군에서 선택되는 금속; 또는 표면에 상기 금속이 코팅된 고분자 섬유 부직포;인 것을 특징으로 하는 리튬 전극용 다공성 집전체.
The method according to claim 1,
The material of the porous current collector is carbon; In the group consisting of Ni, Cu, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Zn, Mo, W, Ag, Au, Ru, Pt, Ir, Al, Sn, Bi, Si, Sb, The metal selected; Or a polymer fiber nonwoven fabric having a surface coated with the metal.
제1항에 있어서,
상기 다공성 집전체의 리튬 이온 전도성 물질 코팅 전 기공도는 50 내지 99%인 것을 특징으로 하는 리튬 전극용 다공성 집전체.
The method according to claim 1,
Wherein the porosity of the porous current collector before coating the lithium ion conductive material is 50 to 99%.
제1항에 있어서,
상기 다공성 집전체의 리튬 이온 전도성 물질 코팅 전 기공의 평균 입경은 5 내지 500 μm인 것을 특징으로 하는 리튬 전극용 다공성 집전체.
The method according to claim 1,
Wherein the porous collector has an average particle diameter of 5 to 500 mu m prior to the coating of the lithium ion conductive material.
제1항에 있어서,
상기 다공성 집전체의 두께는 10 내지 200 μm인 것을 특징으로 하는 리튬 전극용 다공성 집전체.
The method according to claim 1,
Wherein the thickness of the porous current collector is 10 to 200 占 퐉.
제1항에 있어서,
상기 리튬 이온 전도성 물질은 리튬 이온 전도도가 10-7 S/cm 이상인 유기 또는 무기 화합물인 것을 특징으로 하는 리튬 전극용 다공성 집전체.
The method according to claim 1,
Wherein the lithium ion conductive material is an organic or inorganic compound having a lithium ion conductivity of 10 -7 S / cm or more.
제1항에 있어서,
상기 리튬 이온 전도성 물질은 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리프로필렌 옥사이드, 폴리에틸렌글리콜, 폴리포스파젠, 폴리실록산, 폴리디메틸실록산, 폴리아크릴로니트릴, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리비닐클로라이드, 폴리비닐리덴 풀루오라이드, 폴리비닐리덴 풀루오라이드-헥사풀루오로프로필렌, 폴리에틸렌이민, 폴리페닐렌 테레프탈아미드, 폴리메톡시 폴리에틸렌글리콜메타크릴레이트, 및 폴리2-메톡시 에틸글리시딜에테르로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 유기 화합물인 것을 특징으로 하는 리튬 전극용 다공성 집전체.
The method according to claim 1,
Wherein the lithium ion conductive material is selected from the group consisting of polyethylene oxide, polypropylene oxide, polyethylene glycol, polyphosphazene, polysiloxane, polydimethylsiloxane, polyacrylonitrile, polymethylmethacrylate, polyvinyl chloride, polyvinylidene fluoride, polyvinyl At least one organic compound selected from the group consisting of polyoxyethylene glycidyl ether, polyoxyethylene glycidyl ether, polyoxyethylene glycidyl ether, polyoxyethylene glycidyl ether, polyoxyethylene glycidyl ether, polyoxyethylene glycidyl ether, Wherein the positive electrode active material is a compound.
제1항에 있어서,
상기 리튬 이온 전도성 물질은 LiPON, 하이드라이드계 화합물, 티오리시콘계 화합물, 나시콘계 화합물, 리시콘계 화합물 및 페로브스카이트계 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 무기 화합물인 것을 특징으로 하는 리튬 전극용 다공성 집전체.
The method according to claim 1,
Wherein the lithium ion conductive material is at least one inorganic compound selected from the group consisting of LiPON, a hydride compound, a thioricone compound, a nacicon compound, a ricicon compound, and a perovskite compound. The whole house.
제1항에 있어서,
상기 리튬 이온 전도성 물질은 1 내지 20 μm 두께로 코팅되는 것을 특징으로 하는 리튬 전극용 다공성 집전체.
The method according to claim 1,
Wherein the lithium ion conductive material is coated to a thickness of 1 to 20 占 퐉.
다공성 집전체 및 리튬 금속을 포함하는 리튬 전극에 있어서,
상기 다공성 집전체는 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항의 리튬 전극용 다공성 집전체인 것을 특징으로 하는 리튬 전극.
In a lithium electrode comprising a porous collector and a lithium metal,
The lithium electrode according to any one of claims 1 to 9, wherein the porous current collector is a porous current collector for a lithium electrode.
제10항의 리튬 전극을 포함하는 리튬 이차 전지.A lithium secondary battery comprising the lithium electrode according to claim 10.
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Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109273668A (en) * 2018-09-27 2019-01-25 宁德新能源科技有限公司 Cathode pole piece and electrochemical appliance comprising it
CN109546082A (en) * 2018-11-07 2019-03-29 惠州市豪鹏科技有限公司 A kind of cathode pole piece and preparation method thereof and lithium ion battery
KR20190143710A (en) * 2018-06-21 2019-12-31 주식회사 엘지화학 Curent Collector, Electrode and Lithium Secondary Battery Comprising the Same
KR20200001244A (en) * 2018-06-27 2020-01-06 주식회사 엘지화학 Porous Current Collector, Electrode and Lithium Secondary Battery Comprising the Same
KR20200017218A (en) * 2018-08-08 2020-02-18 주식회사 엘지화학 Electrode for lithium secondary battery and lithium secondary battery including the same
WO2020040078A1 (en) * 2018-08-23 2020-02-27 日産化学株式会社 Composition for forming thin film for energy storage device electrode, composite current collector for energy storage device electrode, energy storage device electrode, and energy storage device
EP3671912A4 (en) * 2018-08-10 2021-01-20 Lg Chem, Ltd. Anode for lithium metal battery, manufacturing method therefor, lithium metal battery including same
CN114447264A (en) * 2020-11-04 2022-05-06 本田技研工业株式会社 Electrode for lithium ion secondary battery, and method for producing electrode for lithium ion secondary battery
CN114464816A (en) * 2022-04-12 2022-05-10 瑞浦能源有限公司 Current collector with pore-forming functional coating, pole piece and lithium ion battery
CN114678515A (en) * 2022-04-12 2022-06-28 珠海中科先进技术研究院有限公司 Porous polymer coating copper electrode and preparation method and application thereof

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002042894A (en) 2000-06-13 2002-02-08 Samsung Sdi Co Ltd Lithium battery
KR20130107291A (en) * 2010-08-31 2013-10-01 교리쯔 가가꾸 산교 가부시키가이샤 Electroconductive composition for coating current collector of battery or electric double-layer capacitor, current collector for battery or electric double-layer capacitor, and battery and electric double-layer capacitor
KR20150030156A (en) * 2013-09-11 2015-03-19 주식회사 엘지화학 Lithium electrode and lithium secondary battery including the same
KR20160033608A (en) * 2014-09-18 2016-03-28 주식회사 엘지화학 Anode, lithium secondary battery comprising the same, battery module having the lithium secondary battery and method for manufacturing the anode

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002042894A (en) 2000-06-13 2002-02-08 Samsung Sdi Co Ltd Lithium battery
KR20130107291A (en) * 2010-08-31 2013-10-01 교리쯔 가가꾸 산교 가부시키가이샤 Electroconductive composition for coating current collector of battery or electric double-layer capacitor, current collector for battery or electric double-layer capacitor, and battery and electric double-layer capacitor
KR20150030156A (en) * 2013-09-11 2015-03-19 주식회사 엘지화학 Lithium electrode and lithium secondary battery including the same
KR20160033608A (en) * 2014-09-18 2016-03-28 주식회사 엘지화학 Anode, lithium secondary battery comprising the same, battery module having the lithium secondary battery and method for manufacturing the anode

Cited By (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190143710A (en) * 2018-06-21 2019-12-31 주식회사 엘지화학 Curent Collector, Electrode and Lithium Secondary Battery Comprising the Same
KR20200001244A (en) * 2018-06-27 2020-01-06 주식회사 엘지화학 Porous Current Collector, Electrode and Lithium Secondary Battery Comprising the Same
EP3826088A4 (en) * 2018-08-08 2021-11-24 LG Chem, Ltd. Electrode for lithium secondary battery and lithium secondary battery comprising same
CN112470310B (en) * 2018-08-08 2024-10-01 株式会社Lg新能源 Electrode for lithium secondary battery and lithium secondary battery comprising same
KR20200017218A (en) * 2018-08-08 2020-02-18 주식회사 엘지화학 Electrode for lithium secondary battery and lithium secondary battery including the same
US12002961B2 (en) 2018-08-08 2024-06-04 Lg Energy Solution, Ltd. Electrode for lithium secondary battery and lithium secondary battery comprising same
CN112470310A (en) * 2018-08-08 2021-03-09 株式会社Lg化学 Electrode for lithium secondary battery and lithium secondary battery comprising same
JP2021532542A (en) * 2018-08-08 2021-11-25 エルジー・ケム・リミテッド Electrodes for lithium secondary batteries and lithium secondary batteries containing them
EP3671912A4 (en) * 2018-08-10 2021-01-20 Lg Chem, Ltd. Anode for lithium metal battery, manufacturing method therefor, lithium metal battery including same
US11522172B2 (en) 2018-08-10 2022-12-06 Lg Energy Solution, Ltd. Negative electrode for lithium metal battery, manufacturing method of the same, and lithium metal battery including the same
US20210336271A1 (en) * 2018-08-23 2021-10-28 Nissan Chemical Corporation Composition for forming thin film for energy storage device electrode, composite current collector for energy storage device electrode, energy storage device electrode, and energy storage device
JPWO2020040078A1 (en) * 2018-08-23 2021-08-10 日産化学株式会社 Compositions for forming thin films for energy storage device electrodes, composite current collectors for energy storage device electrodes, energy storage device electrodes, and energy storage devices
WO2020040078A1 (en) * 2018-08-23 2020-02-27 日産化学株式会社 Composition for forming thin film for energy storage device electrode, composite current collector for energy storage device electrode, energy storage device electrode, and energy storage device
CN109273668A (en) * 2018-09-27 2019-01-25 宁德新能源科技有限公司 Cathode pole piece and electrochemical appliance comprising it
US11316167B2 (en) 2018-09-27 2022-04-26 Ningde Amperex Technology Limited Anode electrode and electrochemical device containing the same
CN109273668B (en) * 2018-09-27 2021-04-06 宁德新能源科技有限公司 Negative pole piece and electrochemical device comprising same
CN109546082A (en) * 2018-11-07 2019-03-29 惠州市豪鹏科技有限公司 A kind of cathode pole piece and preparation method thereof and lithium ion battery
CN114447264A (en) * 2020-11-04 2022-05-06 本田技研工业株式会社 Electrode for lithium ion secondary battery, and method for producing electrode for lithium ion secondary battery
CN114464816A (en) * 2022-04-12 2022-05-10 瑞浦能源有限公司 Current collector with pore-forming functional coating, pole piece and lithium ion battery
CN114678515A (en) * 2022-04-12 2022-06-28 珠海中科先进技术研究院有限公司 Porous polymer coating copper electrode and preparation method and application thereof
CN114464816B (en) * 2022-04-12 2022-07-12 瑞浦兰钧能源股份有限公司 Current collector with pore-forming functional coating, pole piece and lithium ion battery
CN114678515B (en) * 2022-04-12 2024-05-31 珠海中科先进技术研究院有限公司 Porous polymer coating copper electrode and preparation method and application thereof

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