KR20180072473A - Three-dimensional porous-structured electrode, and electrochemical device having the electrode - Google Patents
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Abstract
Description
삼차원구조 전극, 및 이를 포함하는 전기 화학 소자에 관한 것이다.Dimensional structure electrode, and an electrochemical device including the same.
최근 스마트 폰, 태블릿 PC, 고성능 노트북 PC 등의 IT 전자 기기에 대한 시장 수요의 증가하고 있다. 이와 더불어, 지구 온난화 및 자원 고갈에 대한 대책의 일환으로, 전기 자동차, 스마트 그리드(Smart Grid)와 같은 대용량 전력 저장 장치에 대한 요구가 크게 늘어나면서, 이차 전지를 비롯한 전기 화학 소자에 대한 수요는 급격히 증가하고 있다. Recently, market demand for IT electronic devices such as smart phones, tablet PCs and high-performance notebook PCs is increasing. In addition, as a measure against global warming and depletion of resources, demand for large-capacity power storage devices such as electric vehicles and smart grids has been greatly increased, and demand for electrochemical devices including secondary batteries has rapidly increased .
이러한 전기 화학 소자의 용량에 기여하는 전극은, 금속 집전체 및 그 위에 도포된 활물질, 도전재, 및 바인더의 혼합물로 이루어지지만, 이러한 전극의 구성 물질 중 실질적으로 전기 화학 소자의 용량 및 에너지 밀도에 기여하는 것은 활물질 뿐이다.The electrode contributing to the capacity of the electrochemical device is composed of a metal current collector and a mixture of the active material, the conductive material, and the binder coated thereon. However, among the constituent materials of the electrode, the capacity and the energy density of the electrochemical device are substantially Only contributions are active.
이와 관련하여, 현재 전기 화학 소자에 널리 사용되는 활물질은 무기 화합물이다. 예를 들어, 리튬 이차 전지에 무기 화합물을 활물질로써 적용할 때, 활물질인 무기 화합물의 결정 구조 사이의 빈공간에 리튬이 삽입 및 탈리되는 반응을 통해, 전지 용량을 얻을 수 있다. In this regard, active materials widely used in electrochemical devices are inorganic compounds. For example, when an inorganic compound is applied as an active material to a lithium secondary battery, a battery capacity can be obtained through a reaction in which lithium is inserted and removed in a vacant space between crystal structures of an inorganic compound as an active material.
그러나, 활물질인 무기 화합물의 결정 구조에 따라 용량 제한이적고, 이는 고용량 소자를 구현하는 데 장해가 된다. However, the capacity limitation is small depending on the crystal structure of the inorganic compound as the active material, which hinders realization of a high-capacity device.
따라서, 무기 화합물을 대체하여, 보다 효과적으로 전지의 용량을 높일 수 있는 활물질이 요구되는 실정이다. Therefore, there is a need for an active material capable of increasing the capacity of the battery more effectively by replacing the inorganic compound.
앞서 지적된 무기 화합물의 단점을 극복하고자 유기 물질을 활물질로 사용하되, 유기 물질의 낮은 전도도를 보완할 수 있는 삼차원 구조 전극을 제시한다.In order to overcome the disadvantages of the above-mentioned inorganic compounds, a three-dimensional structure electrode is proposed, which uses an organic material as an active material and can complement the low conductivity of the organic material.
본 발명의 일 구현예에서는, 복수의 고분자 섬유가 삼차원적으로 불규칙하게 집합된 다공성 부직포; 산화 환원(redox, oxidation-reduction) 가능한 유기 물질을 포함하는 활물질 입자; 및 전도성 물질;을 포함하는 삼차원 구조 전극을 제공한다. 구체적으로, 상기 삼차원 구조 전극은, 상기 다공성 부직포 내 복수의 고분자 섬유 사이에 위치하는 기공에, 상기 활물질 입자 및 상기 전도성 물질이 균일하게 충진된 구조이다.In one embodiment of the present invention, a porous nonwoven fabric in which a plurality of polymer fibers are three-dimensionally irregularly aggregated; Active material particles comprising an organic material capable of redox (oxidation-reduction); And a conductive material. Specifically, the three-dimensional structure electrode is a structure in which the active material particles and the conductive material are uniformly filled in pores positioned between a plurality of polymer fibers in the porous nonwoven fabric.
보다 구체적으로, 상기 산화 환원 가능한 유기 물질은, 카보닐기(carbonyl group), 카복시기(carboxyl group), 나이트록사이드기(nitroxide group) 및 카본(carbon)과 나이트로젠(nitrogen)의 이중 결합(double bond) 중 하나 이상의 작용기를 포함하는 유기 화합물; 상기 유기 화합물의 유도체; 및 상기 유기 화합물의 혼합물;을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나인 것일 수 있다. More specifically, the oxidation-reducible organic material may include a carbonyl group, a carboxyl group, a nitroxide group, and a double bond of carbon and nitrogen. an organic compound comprising at least one functional group of a bond; A derivative of the organic compound; And a mixture of the above-mentioned organic compounds.
예를 들어, 퀴논(quinonoe), 이미드(imide), 안하이드라이드 (anhydride), 설파이드(Sulfide), 포르피린 (porphyrin) 이들의 유도체, 및 이들의 혼합물을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다. May be at least one selected from the group including, for example, quinone, imide, anhydride, sulfide, porphyrin derivatives thereof, and mixtures thereof .
나아가, 상기 산화 환원 가능한 유기 물질은, 전이 금속과 배위 결합이 가능한 리간드 물질인 유기 금속 물질, 이들의 유도체, 및 이들의 혼합물을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다.Furthermore, the redox-capable organic material may be at least one selected from the group consisting of organometallic materials, ligands thereof, and mixtures thereof, which are ligand materials capable of coordinating with transition metals.
상기 활물질 입자의 평균 직경은, 0.001 내지 30 ㎛일 수 있다. The average diameter of the active material particles may be 0.001 to 30 탆.
상기 삼차원 구조 전극 내 활물질 입자 및 전도성 물질의 함량비는, 중량비로, 0.1:100 내지 50:100(전도성 물질: 활물질 입자)일 수 있다. The content ratio of the active material particles and the conductive material in the three-dimensional structure electrode may be 0.1: 100 to 50: 100 (conductive material: active material particles) by weight ratio.
상기 전도성 물질은, 카본 나노 튜브(carbon nanotube), 은 나노와이어, 니켈 나노와이어, 구리 나노와이어, 금 나노와이어, 그래핀, 그래핀 옥사이드, 환원된 그래핀 옥사이드, 폴리피롤, 폴리 3,4-에틸렌디옥시티오펜, 폴리아닐린, 이들의 유도체 및 이들의 혼합물을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다. The conductive material may be selected from the group consisting of carbon nanotubes, silver nanowires, nickel nanowires, copper nanowires, gold nanowires, graphene, graphene oxide, reduced graphene oxide, polypyrrole, Polyaniline, derivatives thereof, and mixtures thereof. ≪ Desc / Clms Page number 7 >
상기 복수의 고분자 섬유를 이루는 고분자는, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리이미드, 폴리아미드, 폴리술폰, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에터이미드, 폴리비닐알코올, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리아크릴릭엑시드, 폴리비닐피롤리돈, 아가로즈, 알지네이트, 폴리비닐리덴 헥사플로로프로필렌, 폴리우레탄, 나일론 6, 폴리피롤, 폴리 3,4-에틸렌디옥시티오펜, 폴리아닐린, 카본 나노 섬유(carbon nano fiber)이들의 유도체, 및 이들의 혼합물을 포함하는 군으로부터 선택된 적어도 하나일 수 있다. The polymer comprising the plurality of polymer fibers may be at least one selected from the group consisting of polyethylene terephthalate, polyimide, polyamide, polysulfone, polyvinylidene fluoride, polyacrylonitrile, polyethylene, polypropylene, polyetherimide, polyvinyl alcohol, polyethylene oxide , Polyacrylic acid, polyvinylpyrrolidone, agarose, alginate, polyvinylidene hexafluoropropylene, polyurethane,
상기 복수의 고분자 섬유의 평균 직경은, 0.001 내지 1000 ㎛일 수 있다. The average diameter of the plurality of polymer fibers may be 0.001 to 1000 탆.
상기 삼차원 구조 전극 내 다공성 부직포의 함량은, 상기 삼차원 구조 전극의 총 중량에 대한 중량%로, 5 내지 70 %인 것일 수 있다.The content of the porous nonwoven fabric in the three-dimensional structure electrode may be 5 to 70% by weight based on the total weight of the three-dimensional structure electrode.
한편, 상기 활물질 입자 및 상기 전도성 물질이 균일하게 충진된 상태에서, 상기 삼차원 구조 전극의 기공도는 5 내지 95 부피%일 수 있다. Meanwhile, in a state where the active material particles and the conductive material are uniformly packed, the porosity of the three-dimensional structure electrode may be 5 to 95% by volume.
상기 삼차원 구조 전극의 두께는, 1 내지 1000 ㎛일 수 있다. The thickness of the three-dimensional structure electrode may be 1 to 1000 mu m.
상기 삼차원 구조 전극의 면적 당 중량은, 0.001 mg/cm2 내지 1 g/cm2 일 수 있다.The weight per area of the three-dimensional structure electrode may be 0.001 mg / cm 2 to 1 g / cm 2 .
상기 삼차원 구조 전극은, 복수개의 전극이 다층 구조를 형성한 것일 수 있는데, 이때 총 면적 당 총 중량은 0.002 g/cm2 내지 10 g/cm2일 수 있다. In the three-dimensional structure electrode, the plurality of electrodes may have a multi-layer structure, wherein the total weight per total area may be from 0.002 g / cm 2 to 10 g / cm 2 .
상기 삼차원 구조 전극은 극성일 수 있다.The three-dimensional structure electrode may be polar.
상기 삼차원 구조 전극은 양극 또는 음극 중에서 선택된 어느 하나일 수 있다.The three-dimensional structure electrode may be any one selected from an anode and a cathode.
본 발명의 다른 일 구현예에서는, 고분자 및 용매를 포함하는 고분자 용액과, 활물질 입자, 전도성 물질, 및 분산매를 포함하는 콜로이드 용액을 각각 제조하는 단계; 상기 고분자 용액 및 상기 콜로이드 용액을 동시에 방사하여, 삼차원 구조 섬유를 제조하는 단계; 및 상기 삼차원 구조 섬유를 압착하여, 삼차원 구조 전극을 수득하는 단계;를 포함하는 삼차원 구조 전극의 제조방법을 제공한다. 구체적으로, 상기 활물질 입자는 산화 환원(redox; oxidation-reduction) 가능한 유기 물질을 포함하는 것이다. In another embodiment of the present invention, there is provided a method for producing a polymer electrolyte, comprising: preparing a solution of a polymer comprising a polymer and a solvent; a colloid solution containing an active material particle, a conductive material, and a dispersion medium; Simultaneously spinning the polymer solution and the colloidal solution to prepare a three-dimensional structural fiber; And compressing the three-dimensional structural fibers to obtain a three-dimensional structure electrode. Specifically, the active material particles include an organic material capable of being redox (oxidation-reduction).
또한, 상기 고분자 용액 및 상기 콜로이드 용액을 동시에 방사하여, 삼차원 구조 섬유를 제조하는 단계;는, (a) 상기 고분자 용액 내 고분자로 이루어진 복수의 고분자 섬유가 형성되는 단계; (b) 상기 복수의 고분자 섬유가 삼차원적으로 불규칙하게 집합되어, 다공성 부직포를 이루는 단계; 및 (c) 상기 다공성 부직포 내 복수의 고분자 섬유 사이에 위치하는 기공에, 상기 콜로이드 용액 내 활물질 입자 및 상기 전도성 물질이 균일하게 충진되는 단계;를 포함하며, 상기 (a) 내지 (c) 단계가 동시에 수행되는 것이다.Also, the step of simultaneously spinning the polymer solution and the colloid solution to produce a three-dimensional structural fiber comprises: (a) forming a plurality of polymer fibers comprising a polymer in the polymer solution; (b) forming the porous nonwoven fabric by randomly gathering the plurality of polymer fibers three-dimensionally; And (c) uniformly filling the pores positioned between the plurality of polymer fibers in the porous nonwoven fabric with the active material particles and the conductive material in the colloid solution, wherein the steps (a) to (c) It is performed simultaneously.
보다 구체적으로, 상기 고분자 용액 및 상기 콜로이드 용액을 동시에 방사하여, 삼차원 구조 섬유를 제조하는 단계;는, 이중 전기 방사, 이중 전기 분무(electrospray), 이중 스프레이(spray), 및 이들의 조합을 포함하는 군에서 선택된 어느 하나의 방법을 사용할 수 있다.More specifically, the step of simultaneously spinning the polymer solution and the colloidal solution to produce a three-dimensional structured fiber comprises the steps of: electrospray, double spray, Any one of the methods selected from the group can be used.
상기 고분자 용액 및 상기 콜로이드 용액을 동시에 방사하여, 삼차원 구조 섬유를 제조하는 단계;에서, 상기 고분자 용액의 방사 속도는 2 내지 15 ㎕/min이고, 상기 콜로이드 용액의 방사 속도는 30 내지 200 ㎕/min일 수 있다.Wherein the spinning speed of the polymer solution is 2 to 15 占 퐇 / min and the spinning speed of the colloid solution is 30 to 200 占 퐇 / min. In the step of spinning the polymer solution and the colloid solution simultaneously, Lt; / RTI >
상기 콜로이드 용액 내 활물질 입자의 함량은, 상기 콜로이드 용액의 총 중량에 대한 중량%로, 0.5 내지 50 %일 수 있다.The content of active material particles in the colloidal solution may be 0.5 to 50% by weight based on the total weight of the colloidal solution.
상기 콜로이드 용액은, 상기 활물질 입자를 분쇄하는 단계; 및 상기 분쇄된 활물질 입자 및 상기 전도성 물질을 상기 분산매에 분산시켜, 상기 콜로이드 용액을 제조하는 단계;을 포함하여 제조될 수 있다.The colloidal solution may be obtained by pulverizing the active material particles; And dispersing the pulverized active material particles and the conductive material in the dispersion medium to prepare the colloidal solution.
이와 독립적으로, 상기 콜로이드 용액은, 상기 활물질 입자에 상기 전도성 물질을 투입하여, 혼합 분말을 제조하는 단계; 상기 혼합 분말을 분쇄하여, 활물질 입자/전도성 물질 복합체를 수득하는 단계; 및 상기 복합체를 상기 분산매에 분산시켜, 상기 콜로이드 용액을 제조하는 단계;를 포함하여 제조될 수 있다.Independently, the colloid solution may be prepared by: injecting the conductive material into the active material particles to prepare a mixed powder; Pulverizing the mixed powder to obtain an active material particle / conductive material composite; And dispersing the complex in the dispersion medium to prepare the colloidal solution.
상기 콜로이드 용액의 제조 방법과 무관하게, 상기 콜로이드 용액 내 활물질 입자 및 전도성 물질의 함량비는, 중량비로 0.1:100 내지 50:100(전도성 물질: 활물질 입자)일 수 있다.Regardless of the method of producing the colloid solution, the content ratio of the active material particles and the conductive material in the colloid solution may be 0.1: 100 to 50: 100 (conductive material: active material particle) by weight ratio.
또한 상기 콜로이드 용액은 분산제를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 콜로이드 용액 내 분산제의 함량은, 상기 콜로이드 용액의 총 중량에 대한 중량%로, 0.001 내지 10 % 일 수 있다.The colloidal solution may further comprise a dispersing agent. In this case, the content of the dispersing agent in the colloidal solution may be 0.001 to 10% by weight based on the total weight of the colloidal solution.
상기 분산제는, 폴리비닐피롤리돈, 폴리3,4-에틸렌디옥시티오펜, 및 이들의 혼합물을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다.The dispersant may be at least one selected from the group consisting of polyvinylpyrrolidone, poly 3,4-ethylenedioxythiophene, and mixtures thereof.
한편, 상기 분산매는, 증류수(deionized water), 이소프로필알콜(iso-propylalcohol), 부탄올(butanol), 에탄올(ethanol), 헥산올(hexanol), 아세톤(Acetone), 디메틸포름아마이드(N,N-dimethylformamide), 디메틸아세트아마이드(N,N-dimethylacetamide), 메틸 피롤리돈(N,N-Methylpyrrolidone) 및 이들의 조합을 포함하는 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다.On the other hand, the dispersion medium may be prepared by dissolving or dispersing in a solvent selected from the group consisting of deionized water, iso-propylalcohol, butanol, ethanol, hexanol, acetone, dimethylformamide, dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, N, N-methylpyrrolidone, and combinations thereof.
상기 고분자 용액 내 고분자의 함량은, 상기 고분자 용액의 총 중량에 대한 중량%로, 5 내지 30 %일 수 있다.The content of the polymer in the polymer solution may be 5 to 30% by weight based on the total weight of the polymer solution.
상기 용매는, 디메틸포름아마이드(N,N-dimethylformamide), 디메틸아세트아마이드(N,N-dimethylacetamide), 메틸 피롤리돈(N,N-Methylpyrrolidone), 및 이들의 조합을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다.Wherein the solvent is at least one selected from the group consisting of N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, N, N-Methylpyrrolidone, Lt; / RTI >
본 발명의 또 다른 일 구현예에서는, 양극; 음극; 상기 양극 및 음극 사이에 위치하는 분리막; 그리고, 상기 양극, 음극 및 분리막에 함침된 전해질;을 포함하고, 상기 양극 또는 상기 음극 중 적어도 하나는, 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 따른 삼차원 구조 전극인 것인, 전기 화학 소자를 제공한다.In another embodiment of the present invention, cathode; A separator disposed between the anode and the cathode; And an electrolyte impregnated in the anode, the cathode and the separator, wherein at least one of the anode and the cathode is a three-dimensional structure electrode according to any one of
예를 들어, 상기 전기 화학 소자는, 리튬이차전지, 수퍼커패시터(Super Capacitor), 리튬 - 황 전지, 나트륨 이온 전지, 리튬 - 공기전지, 징크 - 공기전지, 알루미늄 - 공기전지, 알루미늄 이온전지 및 마그네슘 이온 전지를 포함하는 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다.For example, the electrochemical device may be a lithium secondary battery, a super capacitor, a lithium-sulfur battery, a sodium ion battery, a lithium-air battery, a zinc-air battery, an aluminum- Ion batteries, and the like.
*본 발명의 일 구현예에 따른 삼차원 구조 전극은, 무기 화합물 대신 유기 물질을 활물질로 사용함으로써 고용량을 추구하면서도, 다공성 부직포 내 유기 물질과 전도성 물질이 3차원적으로 균일하게 충진된 구조에 의해 충분한 전도도를 발현할 수 있다.The three-dimensional structure electrode according to an embodiment of the present invention can be applied to a three-dimensional structure electrode by using an organic material as an active material instead of an inorganic compound, Conductivity can be expressed.
본 발명의 다른 일 구현예에 따르면, 동시 방사 기법으로 상기 삼차원 구조 전극을 효율적으로 제조할 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the three-dimensional structure electrode can be efficiently manufactured by the simultaneous spinning technique.
본 발명의 또 다른 일 구현예에 따른 전기 화학 소자는, 상기 삼차원 구조 전극을 적용함으로써, 수명 특성, 출력 특성, 안정성 등이 우수하게 발현될 수 있다.The electrochemical device according to another embodiment of the present invention can exhibit excellent lifetime characteristics, output characteristics, stability, etc. by applying the three-dimensional structure electrode.
도 1은, 본 발명의 일 구현예에 따른 삼차원 구조 전극과 함께, 본 발명의 다른 일 구현예에 따른 삼차원 구조 전극의 제조방법을 대략적으로 도시한 것이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 삼차원 섬유 구조 전극을 포함하는 리튬 이차 전지 모듈의 개략도이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 의해 제조된 전극의 표면을 주사 전자 현미경 (Scanning Electron Microscope, SEM)으로 관찰한 것이다.
도 4a 및 4b는, 본 발명의 일 실시예에 의해 제조된 전극의 외관 사진이다.
도 5는, 본 발명의 일 실시예 및 일 비교예에 의해 제조된 각 전극의 표면 저항을 측정하여 기록한 것이다.
도 6a에는, 본 발명의 일 실시예에 의해 제작된 리튬 이차 전지 및 비교예 1 및2에 의해 제작된 각 리튬 이차 전지에 대해, 활물질 입자의 중량 당 충전 용량을 관찰한 결과를 나타내었다.
도 6b은, 도 6a의 활물질 입자의 중량 대신, 전극 중량 당 충전 용량을 관찰한 결과를 나타내었다.FIG. 1 schematically shows a method of manufacturing a three-dimensional structure electrode according to another embodiment of the present invention, together with a three-dimensional structure electrode according to an embodiment of the present invention.
2 is a schematic view of a lithium secondary battery module including a three-dimensional fiber structure electrode according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a view of a surface of an electrode manufactured according to an embodiment of the present invention by a scanning electron microscope (SEM).
4A and 4B are external views of an electrode manufactured according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a graph showing the surface resistances of the respective electrodes manufactured according to one embodiment of the present invention and one comparative example.
FIG. 6A shows the results of observing the charging capacity per weight of active material particles for the lithium secondary battery manufactured by one embodiment of the present invention and each lithium secondary battery manufactured by Comparative Examples 1 and 2. FIG.
6B shows the result of observing the charge capacity per electrode weight instead of the weight of the active material particles of FIG. 6A.
이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. However, it should be understood that the present invention is not limited thereto, and the present invention is only defined by the scope of the following claims.
다른 정의가 없다면 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. Unless defined otherwise, all terms (including technical and scientific terms) used herein may be used in a sense commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Whenever a component is referred to as "including" an element throughout the specification, it is to be understood that the element may include other elements, not the exclusion of any other element, unless the context clearly dictates otherwise. Also, singular forms include plural forms unless the context clearly dictates otherwise.
일반적으로 전기 화학 소자 분야에서, 무기 화합물을 활물질로 사용하며, 이러한 무기 화합물의 구조적 한계에 의해 용량 설계가 제한되고, 이로 인해 고용량 소자를 구현하기 어려움을 앞서 지적하였다.In general, in the field of electrochemical devices, an inorganic compound is used as an active material, and capacity design is limited due to the structural limitations of such an inorganic compound. Thus, it has been pointed out that it is difficult to realize a high capacity device.
이러한 무기 화합물의 문제를 극복하기 위해, 유기 물질을 활물질로 적용하는 것을 고려할 수 있다. 유기 물질은 무기 화합물 대비 용량 설계가 비교적 자유롭기 때문이다.In order to overcome the problem of such an inorganic compound, application of an organic substance as an active material can be considered. Organic materials are relatively free of capacity design compared to inorganic compounds.
그런데, 유기 물질은 기본적으로 부도체로써, 전자 전도성을 가지지 않는다. 이에, 유기 물질을 통상의 방법으로 전극에 적용할 경우, 무기 화합물을 전극에 적용하는 경우보다 전도성이 낮아지는 문제가 있다.However, organic materials are basically non-conductive, and have no electron conductivity. Accordingly, when an organic material is applied to an electrode by a conventional method, there is a problem that conductivity is lowered than when an inorganic compound is applied to an electrode.
즉, 통상의 방법에 따라, 유기 물질, 도전재, 바인더, 및 용매를 포함하는 전극 슬러리를 집전체 상에 도포한 뒤 건조하는 방식으로 전극을 제조할 때, 전도성을 높이기 위해서는, 전극 슬러리 내 전도성 물질인 도전재의 함량이 높아져야 한다.That is, when an electrode is manufactured by applying an electrode slurry containing an organic material, a conductive material, a binder, and a solvent onto a current collector by a conventional method, and then drying the electrode slurry, The content of the conductive material should be increased.
하지만, 전극 슬러리 구성 중 실제로 전지 용량에 기여하는 것은 활물질뿐이기에, 전극의 중량 당 또는 체적 당 용량을 높이고, 궁극적으로는 전기 화학 소자의 에너지 밀도를 높이기 위해서는, 도전재, 바인더 등의 첨가 물질을 최소화하여야 한다.However, in the construction of the electrode slurry, only the active material contributes to the cell capacity. In order to increase the capacity per weight or volume of the electrode and ultimately to increase the energy density of the electrochemical device, additives such as a conductive material and a binder Should be minimized.
따라서, 본 발명의 구현예들은, 무기 화합물 대신 유기 물질을 활물질로 사용함으로써 고용량을 추구하면서도, 다공성 부직포 내 유기 물질과 전도성 물질이 3차원적으로 균일하게 충진된 구조에 의해 충분한 전도도를 발현할 수 있는 삼차원 구조 전극, 이의 제조 방법, 및 이를 포함하는 전기 화학 소자를 제공하고자 한다.Therefore, the embodiments of the present invention are capable of manifesting sufficient conductivity by the structure in which the organic material and the conductive material in the porous nonwoven fabric are uniformly filled three-dimensionally while seeking a high capacity by using an organic material as an active material instead of the inorganic compound Dimensional structure electrode, a method of manufacturing the same, and an electrochemical device including the same.
구체적으로, 도 1은, 본 발명의 일 구현예에 따른 삼차원 구조 전극과 함께, 본 발명의 다른 일 구현예에 따른 삼차원 구조 전극의 제조방법을 대략적으로 도시한 것이다. 이하의 설명에서는, 도 1을 참고하여 설명한다. 이와 관련하여, 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.Specifically, FIG. 1 schematically illustrates a method of manufacturing a three-dimensional structure electrode according to another embodiment of the present invention, together with a three-dimensional structure electrode according to an embodiment of the present invention. The following description will be made with reference to Fig. In this regard, like reference numerals refer to like elements throughout the specification.
도 1을 참고하면, 상기 삼차원 구조 전극은 3차원 충진 구조(super lattice)로서, 상기 다공성 부직포에 포함된 복수의 고분자 섬유(10)가 지지체 역할을 하며, 상기 복수의 고분자 섬유(10) 사이에는 상기 활물질 입자(20) 및 상기 전도성 물질(30)이 균일하게 충진되고, 상기 복수의 고분자 섬유(10)에 의해 상호 연결된 기공 구조(interconnected porous network)가 형성된 형태이다. 이는, 도 1에 도시된 바와 같이, 이중(동시) 방사에 의해 형성될 수 있다.1, the three-dimensional structure electrode is a three-dimensional structure (super lattice), in which a plurality of
이하, 본 발명의 구현예들에 따른 삼차원 구조 전극, 이의 제조 방법, 및 이를 포함하는 전기 화학 소자를 상세히 설명한다.Hereinafter, a three-dimensional structure electrode according to embodiments of the present invention, a method of manufacturing the same, and an electrochemical device including the same will be described in detail.
삼차원 구조 전극Three-dimensional structure electrode
본 발명의 일 구현예에서는, 복수의 고분자 섬유가 삼차원적으로 불규칙하게 집합된 다공성 부직포; 산화 환원(redox, oxidation-reduction) 가능한 유기 물질을 포함하는 활물질 입자; 및 전도성 물질;을 포함하는 삼차원 구조 전극을 제공한다. 구체적으로, 상기 삼차원 구조 전극은, 상기 다공성 부직포 내 복수의 고분자 섬유 사이에 위치하는 기공에, 상기 활물질 입자 및 상기 전도성 물질이 균일하게 충진된 구조이다.In one embodiment of the present invention, a porous nonwoven fabric in which a plurality of polymer fibers are three-dimensionally irregularly aggregated; Active material particles comprising an organic material capable of redox (oxidation-reduction); And a conductive material. Specifically, the three-dimensional structure electrode is a structure in which the active material particles and the conductive material are uniformly filled in pores positioned between a plurality of polymer fibers in the porous nonwoven fabric.
이는, 용량 설계의 자유도, 첨가 물질의 최소화, 가벼운 소재의 집전체, 및 우수한 전자전도 네트워크의 네 가지 측면이 모두 고려된 형태의 전극이다.This is a type of electrode in which all four aspects of the capacity design, the minimization of additive materials, the lightweight current collector, and the excellent electronic conduction network are all considered.
1) 구체적으로, 앞서 설명한 바와 같이, 무기 화합물 대신 유기 물질을 활물질로 사용함으로써 고용량을 추구할 수 있다.1) Specifically, as described above, a high capacity can be sought by using an organic material as an active material instead of an inorganic compound.
2) 또한, 별도의 바인더를 포함하지 않음으로써 첨가 물질을 최소화하고, 3)2) minimizing the additive material by not including a separate binder, and 3)
금속 집전체를 대신하여 가벼운 소재인 상기 다공성 부직포를 사용함으로써, 전극의 무게 및 체적 당 용량을 향상시킬 수 있다.By using the porous nonwoven fabric which is a light material in place of the metal current collector, the weight and the capacity per unit volume of the electrode can be improved.
4) 이와 더불어, 상기 3차원 충진 구조 내 상기 활물질 입자가 상기 전도성 물질에 둘러싸인 형태를 이룸으로써, 전자 전도 네트워크를 균일화하여 전기 화학 소자의 고출력 특성에 기여할 수 있고, 이는 일반적인 전극과 대비하여 율별 방전 특성이 향상된 것일 수 있다. 이에 따라, 상기 활물질 입자로, 전자 전도성이 좋지 않은 유기 물질을 적용할 경우에도 출력 특성이 극대화될 수 있다.4) In addition, by forming the active material particles in the three-dimensional filling structure surrounded by the conductive material, the electron conduction network can be made uniform, contributing to high output characteristics of the electrochemical device, The characteristics may be improved. Accordingly, even when an organic material having poor electron conductivity is applied to the active material particles, the output characteristics can be maximized.
이하, 본 발명의 일 구현예에서 제공하는 삼차원 구조 전극에 대하여, 보다 자세히 설명한다.Hereinafter, the three-dimensional structure electrode provided in one embodiment of the present invention will be described in more detail.
전체 구조Whole structure
전술한 바와 같이, 상기 삼차원 구조 전극은 상기 다공성 부직포에 포함된 복수의 고분자 섬유(10)가 3차원적으로 불규칙하고 연속적으로 연결된 집합체를 형성함에 따라, 불균일한 다수의 공간을 형성하게 된다.As described above, the three-dimensionally structured electrode forms a plurality of unevenly spaced spaces as a plurality of
이처럼 형성된 공간 사이에, 상기 활물질 입자 및 상기 전도성 물질이 균일하게 충진되고, 상기 복수의 고분자 섬유(10)에 의해 상호 연결된 기공 구조(interconnected porous network)가 형성된다.Between the spaces thus formed, the active material particles and the conductive material are uniformly filled, and an interconnected porous network is formed by the plurality of
구체적으로, 상기 활물질 입자 및 상기 전도성 물질이 균일하게 충진된 상태에서, 상기 삼차원 구조 전극의 기공도는 5 내지 95 부피%일 수 있다. Specifically, in the state where the active material particles and the conductive material are uniformly filled, the porosity of the three-dimensional structure electrode may be 5 to 95% by volume.
기공도가 상기 범위 내인 경우, 전해질을 용이하게 흡수할 수 있는 동시에 이온의 이동도를 적절하게 조절할 수 있어, 전기화학소자의 성능 개선에 기여할 수 있다. When the porosity is within the above range, the electrolyte can be easily absorbed and the mobility of ions can be appropriately controlled, thereby contributing to the improvement of the performance of the electrochemical device.
다만, 95 부피%를 초과하는 경우 전극의 로딩값이 체적에 비해 너무 작아지는 문제가 발생하고, 상기 활물질 입자 및 상기 전도성 물질 간의 거리가 멀어져 전자전도 네트워크가 잘 형성되지 않을 수 있다. 이와 달리, 5 부피% 미만인 경우에는 기공도가 너무 작아 삼차원 구조 전극의 이온 전도성이 저하되는 문제가 발생할 수 있다. 이에, 상기와 같이 기공도를 한정하는 바이다.However, if it exceeds 95% by volume, there arises a problem that the loading value of the electrode is too small as compared with the volume, and the distance between the active material particles and the conductive material is distant, and the electronic conduction network may not be formed well. On the other hand, if the volume ratio is less than 5 vol%, the ion conductivity of the three-dimensional structure electrode may be deteriorated because the porosity is too small. Thus, the porosity is limited as described above.
더욱 구체적으로, 상기 삼차원 구조 전극의 기공도는 30 내지 90 부피 %일 수 있고, 이 경우 상기 삼차원 구조 전극의 이온 전도성이 더욱 높아지며, 기계적 강도가 향상될 수 있다.More specifically, the porosity of the three-dimensional structure electrode may be 30 to 90% by volume. In this case, the ion conductivity of the three-dimensional structure electrode may be further increased and the mechanical strength may be improved.
아울러, 상기 삼차원 구조 전극의 기공도는, 상기 활물질 입자의 직경 또는 함량에 의해 제어될 수 있는 것이며, 이에 대해서는 후술하기로 한다.In addition, the porosity of the three-dimensional structure electrode can be controlled by the diameter or content of the active material particles, which will be described later.
활물질 입자의 종류Type of active material particle
구체적으로, 활물질 입자는 산화 환원 가능한 유기 물질로, 이온이 산화 환원될 수 있는 자리(ion redox site)를 제공할 수 있다.Specifically, the active material particles are redox-capable organic materials and can provide an ion redox site.
예를 들어, 카보닐기(carbonyl group), 카복시기(carboxyl group), 나이트록사이드기(nitroxide group), 카본(carbon)과 나이트로젠(nitrogen) 등의 작용기들은, 이온(예를 들어, 리튬 이온, 나트륨 이온 등)이 산화 환원될 수 있는 자리(ion redox site)를 제공할 수 있고, 이를 통해 쉽게 용량을 구현할 수 있다.For example, functional groups such as a carbonyl group, a carboxyl group, a nitroxide group, carbon, and nitrogen may be ion (for example, a lithium ion , Sodium ions, and the like) can be provided in an ion redox site, thereby easily achieving the capacity.
이를 고려하여, 상기 산화 환원 가능한 유기 물질은, 카보닐기(carbonyl group), 카복시기(carboxyl group), 나이트록사이드기(nitroxide group) 및 카본(carbon)과 나이트로젠(nitrogen)의 이중 결합(double bond) 중 하나 이상의 작용기를 포함하는 유기 화합물; 상기 유기 화합물의 유도체; 및 상기 유기 화합물의 혼합물;을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나인 것일 수 있다.In consideration of this, the redox-capable organic material may be selected from the group consisting of a carbonyl group, a carboxyl group, a nitroxide group, and a double bond of carbon and nitrogen an organic compound comprising at least one functional group of a bond; A derivative of the organic compound; And a mixture of the above-mentioned organic compounds.
예를 들어, 퀴논(quinonoe), 이미드(imide), 안하이드라이드 (anhydride), 설파이드(Sulfide), 포르피린 (porphyrin) 이들의 유도체, 및 이들의 혼합물을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다. May be at least one selected from the group including, for example, quinone, imide, anhydride, sulfide, porphyrin derivatives thereof, and mixtures thereof .
나아가, 상기 상기 산화 환원 가능한 유기 물질이 전이 금속과 배위 결합이 가능한 리간드 물질, 이들의 유도체, 및 이들의 혼합물을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나일 경우, 전이 금속과 배위결합한 상태에서, 보다 안정적으로 산화 환원 반응을 일으킬 수 있고, 이에 따라 전기 화학 소자의 성능이 더욱 향상 될 수 있다.Further, when the redox-capable organic material is at least one selected from the group consisting of a ligand material capable of coordinating with a transition metal, a derivative thereof, and a mixture thereof, it is more stable in a state of coordinating with a transition metal It is possible to cause a redox reaction, and thus the performance of the electrochemical device can be further improved.
전도성 물질의 종류Types of conductive materials
상기 전도성 물질은, 전자전도 네트워크를 형성할 수 있는 물질이라면 특별히 한정되지 않는다.The conductive material is not particularly limited as long as it is a material capable of forming an electronic conduction network.
예를 들면, 카본 나노 튜브(carbon nanotube), 은 나노와이어, 니켈 나노와이어, 구리 나노와이어, 금 나노와이어, 그래핀, 그래핀 옥사이드, 환원된 그래핀 옥사이드, 폴리피롤, 폴리 3,4-에틸렌디옥시티오펜, 폴리아닐린, 이들의 유도체 및 이들의 혼합물을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다. For example, carbon nanotubes, silver nanowires, nickel nanowires, copper nanowires, gold nanowires, graphene, graphene oxide, reduced graphene oxide, polypyrrole, poly 3,4- At least one selected from the group consisting of thiophene, polyaniline, derivatives thereof, and mixtures thereof.
복수의 고분자 섬유의 종류Types of multiple polymer fibers
상기 복수의 고분자 섬유는, 불균일하게 집합되어 상기 다공성 부직포를 형성할 수 있는 것이라면 특별히 한정되지 않으나, 내열성 고분자일 경우 전극의 열 안정성 확보에 유리하다. The plurality of polymer fibers are not particularly limited as long as they are nonuniformly aggregated to form the porous nonwoven fabric. However, when the polymer is a heat-resistant polymer, it is advantageous in securing thermal stability of the electrode.
예를 들어, 상기 복수의 고분자 섬유를 이루는 고분자는, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리이미드, 폴리아미드, 폴리술폰, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에터이미드, 폴리비닐알코올, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리아크릴릭엑시드, 폴리비닐피롤리돈, 아가로즈, 알지네이트, 폴리비닐리덴 헥사플로로프로필렌, 폴리우레탄, 나일론 6, 폴리피롤, 폴리 3,4-에틸렌디옥시티오펜, 폴리아닐린, 카본 나노 섬유(carbon nano fiber)이들의 유도체, 및 이들의 혼합물을 포함하는 군으로부터 선택된 적어도 하나일 수 있다. For example, the polymer comprising the plurality of polymer fibers may be at least one selected from the group consisting of polyethylene terephthalate, polyimide, polyamide, polysulfone, polyvinylidene fluoride, polyacrylonitrile, polyethylene, polypropylene, polyetherimide, polyvinyl And examples thereof include alcohols, polyethylene oxide, polyacrylic acid, polyvinylpyrrolidone, agarose, alginate, polyvinylidene hexafluoropropylene, polyurethane,
이와 독립적으로, 상기 복수의 고분자 섬유를 이루는 고분자는, 카본 나노 튜브(carbon nanotube), 그래핀, 그래핀 옥사이드, 환원된 그래핀 옥사이드, 폴리피롤, 폴리 3,4-에틸렌디옥시티오펜, 폴리아닐린, 이들의 유도체, 및 이들의 혼합물을 포함하는 군으로부터 선택된 적어도 하나인 것일 수 있고, 카본 나노 섬유(carbon nanotube)일 수 있다. 이 경우, 상기 다공성 부직포의 강도 및 전자 전도도를 향상시킬 수 있다.Independently, the polymer comprising the plurality of polymer fibers may be selected from the group consisting of carbon nanotubes, graphene, graphene oxide, reduced graphene oxide, polypyrrole, poly 3,4-ethylenedioxythiophene, polyaniline, And derivatives thereof, and mixtures thereof, and may be at least one selected from the group consisting of carbon nanotubes. In this case, the strength and electron conductivity of the porous nonwoven fabric can be improved.
각 전지 구성의 함량The content of each cell constitution
상기 삼차원 구조 전극 내 다공성 부직포의 함량은, 상기 삼차원 구조 전극의 총 중량에 대한 중량%로, 5 내지 70 %인 것일 수 있다. 금속 집전체 대신 상기 범위의 다공성 부직포를 함유함으로써, 전극의 중량 당, 체적 당 용량을 증대시킬 수 있다.The content of the porous nonwoven fabric in the three-dimensional structure electrode may be 5 to 70% by weight based on the total weight of the three-dimensional structure electrode. By containing the porous nonwoven fabric in the above range instead of the metal current collector, the capacity per volume and volume of the electrode can be increased.
다만, 70 중량%를 초과하는 경우 상기 다공성 부직포에 대비하여 상기 활물질 입자 및 상기 전도성 물질의 함량이 지나치게 줄어들고, 이에 따라 전자 전도성이 저하되는 문제가 발생할 수 있다. 이와 달리, 5 중량% 미만인 경우에는 상기 다공성 부직포가 지지체의 역할을 충분히 수행하지 못하며, 이로 인해 삼차원 구조 전극의 구조를 유지할 수 없는 문제가 발생할 수 있다. 이 때문에, 상기와 같이 삼차원 구조 전극 내 다공성 부직포의 함량을 한정하는 바이다.상기 삼차원 구조 전극 내 활물질 입자의 함량은, 상기 삼차원 구조 전극의 총 중량에 대한 중량%로, 20 내지 95 %인 것일 수 있다. 이러한 범위를 만족할 경우, 전기 화학 소자의 용량 및 에너지 밀도를 향상시킬 수 있고, 상기 범위의 삼차원 구조 전극의 기공도를 형성하는 데 기여한다.However, if it exceeds 70% by weight, the content of the active material particles and the conductive material may be excessively reduced as compared with the porous nonwoven fabric, resulting in a problem of deteriorated electron conductivity. On the other hand, if the content is less than 5% by weight, the porous nonwoven fabric does not sufficiently perform the role of the support, and the structure of the three-dimensional structure electrode can not be maintained. The content of the active material particles in the three-dimensional structure electrode may be 20 to 95% by weight based on the total weight of the three-dimensional structure electrode. have. When this range is satisfied, the capacity and the energy density of the electrochemical device can be improved, and the porosity of the three-dimensional structure electrode in the above range can be formed.
이는, 상기 활물질 입자가 상기 삼차원 구조 전극을 구성하는 물질 중 전기 화학 소자의 용량 및 에너지 밀도 발현에 실질적으로 기여하는 요인이며, 상기 삼차원 구조 전극 내 활물질 입자의 함량이 상기 삼차원 구조 전극의 기공도를 결정하는 요인 중 하나가 되기 때문이다.This is because the active material particles substantially contribute to the expression of the capacity and the energy density of the electrochemical device among the materials constituting the three-dimensional structure electrode, and the content of the active material particles in the three-dimensional structure electrode is the porosity of the three- This is one of the determining factors.
다만, 95 중량%를 초과하는 경우 상기 다공성 부직포에 대비하여 상기 활물질 입자의 함량이 지나치게 상기 다공성 부직포가 지지체의 역할을 충분히 수행하지 못하고, 이로 인해 삼차원 구조 전극의 구조를 유지하지 못하는 의 문제가 발생할 수 있다. 이와 달리, 20 중량% 미만인 경우에는 상기 활물질 입자 및 상기 전도성 물질 간의 전자전도 네트워크를 형성하기 어렵고, 이로 인해 전극의 출력 특성이 저하되는 문제가 발생할 수 있다. 이 때문에, 상기와 같이 삼차원 구조 전극 내 활물질 입자의 함량을 한정하는 바이다.However, if it exceeds 95% by weight, the content of the active material particles in excess of the porous nonwoven fabric may not sufficiently perform the role of the support, and thus the structure of the three-dimensional structure electrode may not be maintained . On the other hand, if it is less than 20% by weight, it is difficult to form an electronic conduction network between the active material particles and the conductive material, and the output characteristics of the electrode may be deteriorated. Therefore, the content of the active material particles in the three-dimensional structure electrode is limited as described above.
상기 삼차원 구조 전극 내 활물질 입자 및 전도성 물질의 함량비는, 중량비로, 0.1:100 내지 50:100(전도성 물질: 활물질 입자)일 수 있다. 상기 범위의 전도성 물질을 함유함으로써, 전극 내 전자전도 네트워크를 제공하여 전기 화학 소자의 출력을 향상시키는 데 기여할 수 있다. The content ratio of the active material particles and the conductive material in the three-dimensional structure electrode may be 0.1: 100 to 50: 100 (conductive material: active material particles) by weight ratio. By containing the conductive material within the above range, it is possible to contribute to improving the output of the electrochemical device by providing an electronic conduction network in the electrode.
다만, 상기 범위를 초과하는 전도성 물질을 함유할 경우에는 그 제조를 위한 방사 용액의 분산 상태가 유지되지 않는 문제가 발생할 수 있고, 이에 대해서는 후술할 본 발명의 다른 일 구현에서 보다 자세히 설명한다. 이와 달리, 상기 범위 미만인 경우에는 전도성 물질에 의한 전자전도 네트워크 형성이 불충분하여 전극의 출력특성이 저하되는 문제가 발생할 수 있기 때문에, 상기와 같이 활물질 입자 및 전도성 물질의 함량 비율을 한정하는 바이다.However, if the conductive material exceeds the above range, the dispersion state of the spinning solution for the production may not be maintained, which will be described in detail in another embodiment of the present invention to be described later. On the other hand, in the case of less than the above range, since the formation of the electronic conduction network by the conductive material is insufficient, the output characteristics of the electrode may be deteriorated, so that the content ratio of the active material particles and the conductive material is limited as described above.
각 전지 구성의 For each cell configuration 직경diameter
상기 복수의 고분자 섬유의 평균 직경은, 0.001 내지 1000 ㎛인 것일 수 있다. 상기 범위의 평균 직경을 갖는 복수의 고분자 섬유가 3차원적으로 집합체를 형성함에 따라, 상기 활물질 입자 및 상기 전도성 물질이 충진되기에 용이한 공간을 확보할 수 있고, 균일한 기공 구조를 가질 수 있어 전극 내 전해질의 흡수 및 이온의 이동이 원활할 수 있다. The average diameter of the plurality of polymer fibers may be 0.001 to 1000 탆. Since a plurality of polymer fibers having an average diameter in the above range form an aggregate three-dimensionally, it is possible to secure a space easily to fill the active material particles and the conductive material, and to have a uniform pore structure The absorption of the electrolyte in the electrode and the movement of ions can be smooth.
다만, 1000 ㎛를 초과하는 경우 상기 복수의 고분자 섬유에 의해 형성되는 지지체의 두께가 매우 두꺼워져, 상기 활물질 입자 및 상기 전도성 물질이 채워질 기공이 감소하는 문제가 발생할 수 있다. 이와 달리, 0.001 ㎛ 미만인 경우에는 상기 지지체의 역할을 하기에 취약한 물성을 가지는 문제가 발생할 수 있다. 이 때문에, 상기와 같이 복수의 고분자 섬유의 평균 직경을 한정하는 바이다.However, if the thickness exceeds 1000 μm, the thickness of the support formed by the plurality of polymer fibers becomes very thick, and the pores to be filled with the active material and the conductive material may be reduced. On the other hand, when the thickness is less than 0.001 탆, the support may have a poor physical property. Therefore, the average diameter of the plurality of polymer fibers is limited as described above.
구체적으로, 상기 복수의 고분자 섬유의 평균 직경은 약 0.01 내지 1 ㎛일 수 있으며, 이 경우 상기의 효과가 극대화될 수 있다.Specifically, the average diameter of the plurality of polymer fibers may be about 0.01 to 1 탆, and in this case, the above effect can be maximized.
상기 활물질 입자의 평균 직경은, 0.001 내지 30 ㎛, 구체적으로는 0.001 내지 10 ㎛인 것일 수 있다. 이러한 범위의 평균 직경을 갖는 활물질 입자는, 상기 삼차원 구조 전극의 기공도를 전술한 범위로 제어하는 데 기여한다. 또한, 후술할 삼차원 전극의 제조방법에 있어서, 상기 활물질 입자를 포함하는 콜로이드 용액 내 분산성을 향상시키고, 이중 전기 방사 방법에서의 문제 발생을 최소화함으로써 최종적으로 수득된 삼차원 구조 전극의 기공을 균일하게 할 수 있다. The average diameter of the active material particles may be 0.001 to 30 탆, specifically 0.001 to 10 탆. The active material particles having an average diameter in this range contribute to controlling the porosity of the three-dimensional structure electrode to the above-described range. In addition, in the method for producing a three-dimensional electrode to be described later, the dispersibility in the colloid solution containing the active material particles is improved, and the occurrence of problems in the double electrospinning method is minimized, whereby the pores of the finally obtained three- can do.
다만, 30 ㎛를 초과하는 경우에는 그 제조를 위한 방사 용액의 분산 상태가 유지되지 않는 문제가 발생할 수 있고, 0.001 ㎛미만인 경우에는 입자의 크기가 지나치게 작아 취급하기 힘든 문제가 발생할 수 있기 때문에, 상기와 같이 활물질 입자의 평균 직경을 한정하는 바이다.However, if it is more than 30 탆, there may arise a problem that the dispersion state of the spinning solution for the production thereof is not maintained. On the other hand, if it is less than 0.001 탆, the particle size is too small, The average diameter of the active material particles is limited.
전극 전체의 두께, The thickness of the entire electrode, 면적 당 중량Weight per area , 극성, 적용 등, Polarity, application etc.
앞서 설명한 각 물질의 물성을 만족할 때, 상기 삼차원 구조 전극의 두께는, 1 내지 1000 ㎛일 수 있다. When the physical properties of each material described above are satisfied, the thickness of the three-dimensional structure electrode may be 1 to 1000 mu m.
또한, 상기 삼차원 구조 전극의 면적 당 중량은, 0.001 mg/cm2 내지 1 g/cm2 일 수 있다.The weight per area of the three-dimensional structure electrode may be 0.001 mg / cm 2 to 1 g / cm 2 .
상기 삼차원 구조 전극은, 복수개의 전극이 다층 구조를 형성한 것일 수 있는데, 이때 총 면적 당 총 중량은 0.002 g/cm2 내지 10 g/cm2일 수 있다. In the three-dimensional structure electrode, the plurality of electrodes may have a multi-layer structure, wherein the total weight per total area may be from 0.002 g / cm 2 to 10 g / cm 2 .
상기 삼차원 구조 전극은 극성일 수 있다.The three-dimensional structure electrode may be polar.
상기 삼차원 구조 전극은 양극 또는 음극 중에서 선택된 어느 하나일 수 있다.The three-dimensional structure electrode may be any one selected from an anode and a cathode.
삼차원 구조 전극의 제조방법Method for manufacturing a three-dimensional structure electrode
본 발명의 다른 일 구현예에서는, 고분자 및 용매를 포함하는 고분자 용액과, 활물질 입자, 전도성 물질, 및 분산매를 포함하는 콜로이드 용액을 각각 제조하는 단계; 상기 고분자 용액 및 상기 콜로이드 용액을 동시에 방사하여, 삼차원 구조 섬유를 제조하는 단계; 및 상기 삼차원 구조 섬유를 압착하여, 삼차원 구조 전극을 수득하는 단계;를 포함하는 삼차원 구조 전극의 제조방법을 제공한다. 구체적으로, 상기 활물질 입자는 산화 환원(redox; oxidation-reduction) 가능한 유기 물질을 포함하는 것이다. In another embodiment of the present invention, there is provided a method for producing a polymer electrolyte, comprising: preparing a solution of a polymer comprising a polymer and a solvent; a colloid solution containing an active material particle, a conductive material, and a dispersion medium; Simultaneously spinning the polymer solution and the colloidal solution to prepare a three-dimensional structural fiber; And compressing the three-dimensional structural fibers to obtain a three-dimensional structure electrode. Specifically, the active material particles include an organic material capable of being redox (oxidation-reduction).
이는, 동시 방사 기법에 의하여, 전술한 삼차원 구조 전극을 효율적으로 제조할 수 있는 방법이다.This is a method by which the above-mentioned three-dimensional structure electrode can be efficiently produced by the simultaneous spinning technique.
구체적으로, 상기 고분자 용액 및 상기 콜로이드 용액을 동시에 방사하여, 삼차원 구조 섬유를 제조하는 단계;는, (a) 상기 고분자 용액 내 고분자로 이루어진 복수의 고분자 섬유가 형성되는 단계; (b) 상기 복수의 고분자 섬유가 삼차원적으로 불규칙하게 집합되어, 다공성 부직포를 이루는 단계; 및 (c) 상기 다공성 부직포 내 복수의 고분자 섬유 사이에 위치하는 기공에, 상기 콜로이드 용액 내 활물질 입자 및 상기 전도성 물질이 균일하게 충진되는 단계;를 포함하며, 상기 (a) 내지 (c) 단계가 동시에 수행되는 것이다.Specifically, the step of simultaneously spinning the polymer solution and the colloid solution to produce a three-dimensional structural fiber comprises: (a) forming a plurality of polymer fibers comprising a polymer in the polymer solution; (b) forming the porous nonwoven fabric by randomly gathering the plurality of polymer fibers three-dimensionally; And (c) uniformly filling the pores positioned between the plurality of polymer fibers in the porous nonwoven fabric with the active material particles and the conductive material in the colloid solution, wherein the steps (a) to (c) It is performed simultaneously.
상기 동시 방사에 대해서는, 도 1을 참고할 수 있다.For the simultaneous emission, refer to Fig.
동시 방사 공정Simultaneous spinning process
보다 구체적으로, 상기 고분자 용액 및 상기 콜로이드 용액을 동시에 방사하여, 삼차원 구조 섬유를 제조하는 단계;는, 이중 전기 방사, 이중 전기 분무(electrospray), 이중 스프레이(spray), 및 이들의 조합을 포함하는 군에서 선택된 어느 하나의 방법을 사용할 수 있다.More specifically, the step of simultaneously spinning the polymer solution and the colloidal solution to produce a three-dimensional structured fiber comprises the steps of: electrospray, double spray, Any one of the methods selected from the group can be used.
구체적으로는, 이중 전기 방사의 방법을 사용할 수 있으며, 상기 3차원 밀집 충전 구조 및 균일한 기공을 형성하기에 유리하다.Specifically, a double electrospinning method can be used, which is advantageous for forming the three-dimensional dense filling structure and uniform pores.
또한. 50 분 내지 24 시간 동안 수행되는 것일 수 있다. 이러한 수행 시간의 범위 내에서 상기 삼차원 구조 전극이 형성될 수 있으며, 특히 수행 시간이 늘어남에 따라 상기 삼차원 구조 전극 내 활물질 입자의 로딩 값을 향상시킬 수 있다. Also. 50 minutes to 24 hours. The three-dimensional structure electrode can be formed within the range of the execution time, and the loading value of the active material particles in the three-dimensional structure electrode can be improved as the execution time increases.
상기 고분자 용액 및 상기 콜로이드 용액을 동시에 방사하여, 삼차원 구조 섬유를 제조하는 단계;에서, 상기 고분자 용액의 방사 속도는 2 내지 15 ㎕/min이고, 상기 콜로이드 용액의 방사 속도는 30 내지 200 ㎕/min일 수 있다. 이는, 최종적으로 수득되는 삼차원 구조 전극 내 각 물질의 함량, 고분자 섬유의 직경, 전극 전체의 두께 등을 고려한 범위이다. Wherein the spinning speed of the polymer solution is 2 to 15 占 퐇 / min and the spinning speed of the colloid solution is 30 to 200 占 퐇 / min. In the step of spinning the polymer solution and the colloid solution simultaneously, Lt; / RTI > This is a range considering the content of each material in the finally obtained three-dimensional structure electrode, the diameter of the polymer fiber, the thickness of the whole electrode, and the like.
구체적으로, 상기 각 용액의 방사 속도 범위를 모두 만족할 때, 상기 삼차원 구조 전극이 형성될 수 있다. 특히, 상기 콜로이드 용액의 방사 속도를 상기 범위 내에서 증가시킬 경우, 상기 삼차원 구조 전극 내 활물질 입자의 로딩 값을 향상시킬 수 있다.Specifically, when the spinning speed range of each solution is all satisfied, the three-dimensional structure electrode can be formed. Particularly, when the spinning speed of the colloid solution is increased within the above range, the loading value of the active material particles in the three-dimensional structure electrode can be improved.
다만, 상기 고분자 용액 방사 속도의 범위를 만족하지 않는 경우 상기 고분자 용액이 고르게 방사되지 못하여 비드(bead)가 형성되는 문제가 발생할 수 있다. 또한, 상기 콜로이드 용액 방사 속도의 범위를 만족하지 않는 경우 상기 콜로이드 용액이 균일하게 방사되지 못하고 커다란 방울 상태로 떨어지는 문제가 발생할 수 있다. 이로 인해, 각 용액의 방사 속도를 상기와 같이 각각 한정하는 바이다.However, if the range of the spinning rate of the polymer solution is not satisfied, the polymer solution may not be uniformly radiated to form a bead. Further, if the range of the colloidal solution spinning rate is not satisfied, the colloidal solution may not be uniformly radiated and may fall into a large droplet state. For this reason, the spinning speed of each solution is individually limited as described above.
콜로이드 용액 제조 공정Colloid solution manufacturing process
상기 콜로이드 용액 내 활물질 입자의 함량은, 상기 콜로이드 용액의 총 중량에 대한 중량%로, 0.5 내지 50 %일 수 있다. 이러한 범위로 상기 콜로이드 용액 내 활물질 입자의 함량을 제어함으로써, 상기 삼차원 구조 전극 내 기공도를 조절할 수 있다.The content of active material particles in the colloidal solution may be 0.5 to 50% by weight based on the total weight of the colloidal solution. By controlling the content of the active material particles in the colloidal solution to such a range, the porosity in the three-dimensional structure electrode can be controlled.
다만, 50 중량%를 초과하는 경우 상기 활물질 입자의 분산이 유지 되지 않는 문제가 발생할 수 있고, 1 중량% 미만인 경우에는 삼차원 전극의 로딩 값이 너무 작아지는 문제가 발생할 수 있기 때문에, 상기와 같이 콜로이드 용액 내 활물질 입자의 함량을 한정하는 바이다.However, if it exceeds 50% by weight, dispersion of the active material particles may not be maintained, and if it is less than 1% by weight, the loading value of the three-dimensional electrode may become too small. Thereby limiting the content of the active material particles in the solution.
상기 단계에 대해 더욱 구체적 설명하면, 상기 활물질 입자를 분쇄하는 단계; 및 상기 분쇄된 활물질 입자 및 상기 전도성 물질을 상기 분산매에 분산시켜, 상기 콜로이드 용액을 제조하는 단계;를 포함하는 것일 수 있다.More specifically, the step of crushing the active material particles comprises: And dispersing the pulverized active material particles and the conductive material in the dispersion medium to prepare the colloidal solution.
이는, 상기 콜로이드 용액 내 상기 활물질 입자의 균일한 분산을 위한 것으로, 상기 상기 활물질 입자의 평균 직경을 한정한 것과 관련된 것이다. 구체적으로, 상기 콜로이드 제조 전 ㎛ 단위의 평균 직경을 가지는 활물질 입자에 대해, ㎚ 단위의 평균 직경을 가지도록 분쇄할 경우, 상기 콜로이드 용액 내 균일하게 분산되기 유리하다. This is for uniform dispersion of the active material particles in the colloidal solution and relates to limiting the average diameter of the active material particles. Specifically, when the active material particles having an average diameter in the unit of μm before the production of the colloid are pulverized to have an average diameter in the unit of nm, it is advantageous to uniformly disperse the particles in the colloid solution.
물론, 전술한 바와 같이, 상기 활물질 입자가 이미 ㎚ 단위 (즉, 0.001 ㎛ 이상 0.01 ㎛ 미만)의 평균 직경을 가지고 있다면, 이와 같은 분쇄 단계가 불필요할 수도 있다.Of course, as described above, if the active material particles already have an average diameter of nm units (i.e., 0.001 mu m or more and less than 0.01 mu m), such a pulverization step may be unnecessary.
이와 독립적으로, 상기 활물질 입자에 상기 전도성 물질을 투입하여, 혼합 분말을 제조하는 단계; 상기 혼합 분말을 분쇄하여, 활물질 입자/전도성 물질 복합체를 수득하는 단계; 및 상기 복합체를 상기 분산매에 분산시켜, 상기 콜로이드 용액을 제조하는 단계;를 포함하는 것일 수 있다.Independently from each other, adding the conductive material to the active material particles to produce a mixed powder; Pulverizing the mixed powder to obtain an active material particle / conductive material composite; And dispersing the complex in the dispersion medium to prepare the colloidal solution.
이는, 전술한 바와 같이 상기 활물질 입자를 분쇄시킴으로써 균일한 분산을 도모하고, 상기 전도성 물질과의 복합체를 형성함으로써 상기 활물질 입자의 표면에 대해 전자 전도성을 더욱 부여할 수 있다,This is because, as described above, by uniformly dispersing the active material particles by pulverizing the active material particles and forming a complex with the conductive material, electron conductivity can further be imparted to the surface of the active material particles.
상기 콜로이드 용액 내 활물질 입자 및 전도성 물질의 함량 비율은, 상기 활물질 입자에 대한 상기 전도성 물질의 중량 비율로, 0.1:100 내지 50:100인 것일 수 있다. The content ratio of the active material particles and the conductive material in the colloidal solution may be 0.1: 100 to 50: 100 in terms of the weight ratio of the conductive material to the active material particles.
상기 범위의 전도성 물질을 함유함으로써, 전극 내 전자전도 네트워크를 제공하여 전기 화학 소자의 출력을 향상시키는 데 기여할 수 있으며, 상기 상한 및 하한의 한정 이유는 전술한 바와 같다.The inclusion of the conductive material in the above range can contribute to enhancement of the output of the electrochemical device by providing an electronic conductivity network in the electrode, and the reason for the limitation of the upper limit and the lower limit is as described above.
상기 콜로이드 용액은 분산제를 더 포함하는 것이고, 상기 콜로이드 용액 내 분산제의 함량은, 상기 콜로이드 용액의 총 중량에 대한 중량%로, 0.001 내지 10 %인 것일 수 있다.The colloid solution may further comprise a dispersing agent, and the content of the dispersing agent in the colloid solution may be 0.001 to 10% by weight based on the total weight of the colloid solution.
상기 분산제는 상기 범위로 포함될 때, 상기 콜로이드 용액 내 활물질 입자 및 전도성 물질의 분산을 도울 수 있다. When the dispersant is included in the above range, dispersion of the active material particles and conductive material in the colloid solution can be assisted.
다만, 10 중량%를 초과하는 경우 분산제의 양이 너무 많아 상기 콜로이드 용액의 점도를 지나치게 높이는 문제가 발생할 수 있고, 0.001 중량% 미만인 경우에는 분산제의 양이 너무 적어 분산제로서의 역할을 하지 못하는 문제가 발생할 수 있기 때문에, 상기와 같이 함량을 한정하는 바이다.However, if the amount of the dispersing agent is more than 10% by weight, the amount of the dispersing agent may be excessively high, resulting in an excessively high viscosity of the colloid solution. If the amount is less than 0.001% by weight, The content is limited as described above.
구체적으로, 상기 분산제는, 폴리비닐피롤리돈, 폴리3,4-에틸렌디옥시티오펜, 및 이들의 혼합물울 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나인 것일 수 있다.Specifically, the dispersant may be at least one selected from the group consisting of polyvinylpyrrolidone, poly 3,4-ethylenedioxythiophene, and mixtures thereof.
또한, 상기 분산매는 상기 활물질 입자 및 상기 전도성 물질을 분산시킬 수 있는 것이라면 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 증류수(deionized water), 이소프로필알콜(iso-propylalcohol), 부탄올(butanol), 에탄올(ethanol), 헥산올(hexanol), 아세톤(Acetone), 디메틸포름아마이드(N,N-dimethylformamide), 디메틸아세트아마이드(N,N-dimethylacetamide), 메틸 피롤리돈(N,N-Methylpyrrolidone) 및 이들의 조합을 포함하는 군에서 선택된 어느 하나인 것일 수 있다. 한편, 상기 분산매는, 증류수(deionized water), 이소프로필알콜(iso-propylalcohol), 부탄올(butanol), 에탄올(ethanol), 헥산올(hexanol), 아세톤(Acetone), 디메틸포름아마이드(N,N-dimethylformamide), 디메틸아세트아마이드(N,N-dimethylacetamide), 메틸 피롤리돈(N,N-Methylpyrrolidone) 및 이들의 조합을 포함하는 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다.The dispersion medium is not particularly limited as long as it can disperse the active material particles and the conductive material. For example, deionized water, iso-propylalcohol, butanol, ethanol, hexanol, acetone, N, N-dimethylformamide, , N, N-dimethylacetamide, N, N-methylpyrrolidone, and combinations thereof. On the other hand, the dispersion medium may be prepared by dissolving or dispersing in a solvent selected from the group consisting of deionized water, iso-propylalcohol, butanol, ethanol, hexanol, acetone, dimethylformamide, dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, N, N-methylpyrrolidone, and combinations thereof.
고분자 용액 제조 공정Polymer solution manufacturing process
상기 고분자 용액 내 고분자의 함량은, 상기 고분자 용액의 총 중량에 대한 중량%로, 5 내지 30 %인 것일 수 있다. 이러한 범위를 만족할 경우 상기 고분자 용액의 분사에 의해 복수의 고분자 섬유가 형성되고, 이를 통해 상기 다공성 부직포가 형성될 수 있다.The content of the polymer in the polymer solution may be 5 to 30% by weight based on the total weight of the polymer solution. When the above range is satisfied, a plurality of polymer fibers are formed by the injection of the polymer solution, whereby the porous nonwoven fabric can be formed.
다만, 30 중량%를 초과하는 경우 상기 고분자 용액의 방사가 원활하지 않은 문제, 구체적으로, 상기 고분자 용액이 방사되는 노즐의 끝에서 굳어져 방사가 어려운 문제가 발생할 수 있다. 이와 달리, 5 중량% 미만인 경우에는 상기 고분자 용액이 고르게 방사되지 못하고 비드(Bead)가 형성되는 문제가 발생할 수 있다. 이를 고려하여, 상기와 같이 고분자 용액 내 고분자의 함량을 한정하는 바이다.However, if it exceeds 30% by weight, the polymer solution may not be radiated smoothly. In particular, the polymer solution may harden at the end of the nozzle through which the polymer solution is radiated. On the other hand, if it is less than 5% by weight, the polymer solution may not be uniformly radiated and a bead may be formed. In consideration of this, the content of the polymer in the polymer solution is limited as described above.
상기 용매는, 상기 고분자를 용해시킬 수 있는 것이라면 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 디메틸포름아마이드(N,N-dimethylformamide), 디메틸 아세트아미드(N,N-dimethylacetamide), 메틸피롤리돈(N,N-Methylpyrrolidone), 및 이들의 조합을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나인 것일 수 있다.The solvent is not particularly limited as long as it can dissolve the polymer. At least one selected from the group consisting of N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, N, N-methylpyrrolidone, Lt; / RTI >
압착 공정Compression process
최종적으로, 상기 삼차원 구조 섬유를 압착하여, 적절한 두께로 되도록 하여 삼차원 구조 전극을 수득할 수 있다.Finally, the three-dimensional structural fibers can be compressed to have an appropriate thickness to obtain a three-dimensional structure electrode.
이때 압착 방법은 특별히 제한되지 않고, 최종 수득되는 삼차원 구조 전극의 구조가 손상되지 않을 정도로 압력을 가할 수 있는 방법을 사용할 수 있다. At this time, the pressing method is not particularly limited, and a method capable of applying pressure to such an extent that the structure of the finally obtained three-dimensional structure electrode is not damaged can be used.
또한, 최종 수득되는 삼차원 구조 전극의 두께 및 로딩량은, 전술한 바와 같다.In addition, the thickness and the loading amount of the finally obtained three-dimensional structure electrode are as described above.
한편, 상기 삼차원 구조 섬유를 복수개 적층하고 압착하면, 전술한 다층 구조의 전극이 될 수 있고, 그 두께 및 로딩량에 대한 설명은 전술한 바와 같다.On the other hand, when a plurality of the above-mentioned three-dimensional structural fibers are stacked and pressed, the above-described multi-layered electrode can be obtained, and the thickness and the loading amount are as described above.
전기 화학 소자Electrochemical device
본 발명의 다른 일 구현예에서는, 양극; 음극; 상기 양극 및 음극 사이에 위치하는 분리막; 상기 양극, 음극 및 분리막에 함침된 전해질;을 포함하고, 상기 양극 또는 상기 음극 중 적어도 하나는, 전술한 삼차원 구조 전극인 것인, 전기 화학 소자를 제공한다.In another embodiment of the present invention, cathode; A separator disposed between the anode and the cathode; And an electrolyte impregnated into the positive electrode, the negative electrode, and the separator, wherein at least one of the positive electrode and the negative electrode is the three-dimensional structure electrode described above.
이는, 전술한 특징을 가진 삼차원 구조 전극을 포함함으로써, 전극의 무게 및 체적 당 용량이 우수하고, 고에너지 밀도 및 고출력 특성을 지닌 전기 화학 소자에 해당된다.This corresponds to an electrochemical device having a high energy density and a high output characteristic by including a three-dimensional structure electrode having the above-mentioned characteristics, and having an excellent capacity per weight and volume per electrode.
상기 전기 화학 소자는, 리튬 이차 전지, 수퍼커패시터(Super Capacitor), 리튬-황 전지, 나트륨 이온 전지, 리튬-공기 전지, 징크-공기 전지, 알루미늄-공기 전지, 알루미늄 이온 전지 및 마그네슘 이온 전지를 포함하는 군에서 선택된 어느 하나인 것일 수 있다.The electrochemical device includes a lithium secondary battery, a super capacitor, a lithium-sulfur battery, a sodium ion battery, a lithium-air battery, a zinc air battery, an aluminum-air battery, an aluminum ion battery and a magnesium ion battery Or the like.
구체적으로는, 리튬 이차 전지일 수 있으며, 이에 대한 실시예를 후술하였다. 도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 삼차원 섬유 구조 전극을 포함하는 리튬 이차 전지 모듈의 개략도이다.Specifically, it may be a lithium secondary battery, and an embodiment thereof is described below. 2 is a schematic view of a lithium secondary battery module including a three-dimensional fiber structure electrode according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 리튬 이차전지(200)는 양극(212), 음극(213) 및 상기 양극(212)과 음극(213) 사이에 배치된 분리막(100), 상기 양극(212), 음극(213) 및 분리막(100)에 함침된 전해질(미도시)을 포함하며, 여기에 전지 용기(220), 및 상기 전지 용기(220)를 봉입하는 봉입 부재(240)를 주된 부분으로 하여 이차 전지 모듈이 구성될 수 있다. 2, a lithium
일반적으로, 상기 리튬 이차전지(200)는 양극 활물질을 포함하는 양극(212)과 음극 활물질을 포함하는 음극(213)의 사이에 분리막(100)을 개재시키고, 양극(212), 음극(213) 및 분리막(100)을 전지 용기(220)에 수납하고, 리튬 이차전지용 전해질을 주입한 후, 전지 용기(220)를 밀폐시켜 분리막(100)의 기공에 리튬 이차전지용 전해질이 함침되도록 하여 제조될 수 있다. 상기 전지 용기(220)는 원통형, 각형, 코인형, 파우치형 등의 다양한 형태일 수 있다. 원통형 리튬 이차전지의 경우는, 양극(212), 음극(213) 및 분리막(100)를 차례로 적층한 다음 스피럴 상으로 권취된 상태로 전지 용기(220)에 수납하여 리튬 이차 전지를 구성할 수 있다. The lithium
리튬 이차 전지의 구조와 제조 방법은 이 분야에 널리 알려져 있으므로 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 이에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.Since the structure and manufacturing method of the lithium secondary battery are well known in the art, a detailed description thereof will be omitted in order to avoid an ambiguous interpretation of the present invention.
또한, 상기 전해질로는 유기 용매에 리튬 염을 용해시킨 비수전해질, 폴리머 전해질, 무기 고체전해질, 폴리머 전해질 및 무기 고체전해질과의 복합 재료 등이 사용될 수 있다.Also, as the electrolyte, a nonaqueous electrolyte in which a lithium salt is dissolved in an organic solvent, a polymer electrolyte, an inorganic solid electrolyte, a polymer electrolyte, and a composite material with an inorganic solid electrolyte may be used.
비수전해질의 비수성 유기 용매는 전지의 전기화학적 반응에 관여하는 이온들이 이동할 수 있는 매질 역할을 한다. 비수성 유기용매로는 카보네이트계, 에스테르계, 에테르계, 케톤계, 알코올계 또는 비양성자성 용매를 사용할 수 있다. 비수성 유기 용매는 단독으로 또는 하나 이상 혼합하여 사용할 수 있으며, 하나 이상 혼합하여 사용하는 경우의 혼합 비율은 목적하는 전지 성능에 따라 적절하게 조절할 수 있고, 이는 당해 분야에 종사하는 사람들에게는 널리 이해될 수 있다. 비수전해질의 비수성 유기 용매는 전지의 전기화학적 반응에 관여하는 이온들이 이동할 수 있는 매질 역할을 한다. 비수성 유기용매로는 카보네이트계, 에스테르계, 에테르계, 케톤계, 알코올계 또는 비양성자성 용매를 사용할 수 있다. 비수성 유기 용매는 단독으로 또는 하나 이상 혼합하여 사용할 수 있으며, 하나 이상 혼합하여 사용하는 경우의 혼합 비율은 목적하는 전지 성능에 따라 적절하게 조절할 수 있고, 이는 당해 분야에 종사하는 사람들에게는 널리 이해될 수 있다.The non-aqueous organic solvent of the non-aqueous electrolyte serves as a medium through which ions involved in the electrochemical reaction of the battery can move. As the non-aqueous organic solvent, a carbonate-based, ester-based, ether-based, ketone-based, alcohol-based or aprotic solvent may be used. The non-aqueous organic solvent may be used singly or in combination of one or more thereof. In the case of mixing one or more of them, the mixing ratio may be suitably adjusted in accordance with the performance of the desired battery, which is widely understood by those skilled in the art . The non-aqueous organic solvent of the non-aqueous electrolyte serves as a medium through which ions involved in the electrochemical reaction of the battery can move. As the non-aqueous organic solvent, a carbonate-based, ester-based, ether-based, ketone-based, alcohol-based or aprotic solvent may be used. The non-aqueous organic solvent may be used singly or in combination of one or more thereof. In the case of mixing one or more of them, the mixing ratio may be suitably adjusted in accordance with the performance of the desired battery, which is widely understood by those skilled in the art .
상기 리튬 염은 비수성 유기 용매에 용해되어, 전지 내에서 리튬 이온의 공급원으로 작용하여 기본적인 리튬 이차 전지의 작동을 가능하게 하고, 양극과 음극 사이의 리튬 이온의 이동을 촉진하는 역할을 하는 물질이다. The lithium salt is dissolved in a non-aqueous organic solvent to act as a source of lithium ions in the battery to enable the operation of a basic lithium secondary battery and to promote the movement of lithium ions between the positive and negative electrodes .
상기 리튬 염의 대표적인 예로는 LiPF6, LiBF4, LiSbF6, LiAsF6, LiC4F9SO3, LiClO4, LiAlO2, LiAlCl4, LiN(CxF2x + 1SO2)(CyF2y + 1SO2)(여기서, x 및 y는 자연수임), LiCl, LiI, LiB(C2O4)2(리튬 비스옥살레이토 보레이트(lithium bis(oxalato) borate; LiBOB) 또는 이들의 조합을 들 수 있으며, 이들을 지지(supporting) 전해염으로 포함한다. 리튬 염의 농도는 0.1 내지 2.0M 범위 내에서 사용하는 것이 좋다. 리튬 염의 농도가 범위에 포함되면, 전해질이 적절한 전도도 및 점도를 가지므로 우수한 전해질 성능을 나타낼 수 있고, 리튬 이온이 효과적으로 이동할 수 있다.The lithium salt Representative examples are LiPF 6, LiBF 4, LiSbF 6 ,
이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 이에 따른 실험예를 기재한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일뿐 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention and experimental examples therefor will be described. However, the following examples are only a preferred embodiment of the present invention, and the present invention is not limited to the following examples.
실시예Example 1 One
고분자 용액의 제조 우선, 다공성 부직포를 제조하기 위한 고분자로는 폴리아크릴로나이트릴 (polyacrylonitrile, PAN)을 사용하고, 이를 용해시킬 용매로는 디메틸포름아마이드(N, N-dimethylformamide)을 사용하였다. Preparation of Polymer Solution First, polyacrylonitrile (PAN) was used as a polymer for producing a porous nonwoven fabric, and N, N-dimethylformamide was used as a solvent to dissolve the polymer nonwoven fabric.
구체적으로, 상기 고분자를 상기 용매에 첨가하고, 용액 내의 고분자 함량이 10 중량 퍼센트(wt%)가 되도록 고분자 용액을 제조하였다.Specifically, the polymer was added to the solvent, and a polymer solution was prepared so that the polymer content in the solution was 10 wt% (wt%).
콜로이드 용액의 제조 또한, 활물질 입자 및 전도성 물질을 포함하는 콜로이드 용액을 제조하기 위하여, 상기 활물질 입자로는 유기 물질의 일종인 평균 직경 500 ㎚의 다이 카복시 비피리딘화 코발트 (Co(dicarboxybipyridine)3)을 사용하고, 전도성 물질로는 단일벽 카본나노튜브(single wall carbonnanotube)를 사용하며, 분산매로는 부탄올(Butanol)을 사용하였다.In order to prepare a colloidal solution containing the produced addition, active material particles and a conductive material in a colloidal solution, with the active material particles have a die-carboxy-bipyridine Chemistry cobalt of 500 ㎚ an average diameter of a kind of organic material (Co (dicarboxybipyridine) 3) , Single wall carbonnanotube was used as the conductive material, and butanol was used as the dispersion medium.
*구체적으로, 상기 활물질 입자를 상기 분산매)에 분산시킨 후, 용액 내 활물질 입자의 함량이 1 중량%가 되도록 용액을 제조하였다. Specifically, after the active material particles were dispersed in the dispersion medium, a solution was prepared so that the content of active material particles in the solution became 1 wt%.
상기 용액에, 전도성 물질: 활물질 입자의 중량비가 10:100가 되도록 상기 전도성 물질을 첨가하여, 상기 활물질 입자와 상기 전도성 물질이 분산된 콜로이드 용액을 제조하였다. 상기 콜로이드 용액의 분산성을 높이기 위해, 분산제는 상기 콜로이드 용액 총량 중 0.1 중량% 함유되도록 첨가하였다. The conductive material was added to the solution so that the weight ratio of the conductive material to the active material particle was 10: 100 to prepare a colloid solution in which the active material particles and the conductive material were dispersed. In order to increase dispersibility of the colloidal solution, a dispersant was added so as to contain 0.1 wt% of the total amount of the colloidal solution.
이중 전기 방사를 통한 전극의 제조 상기 고분자 용액 및 상기 콜로이드 용액을 전기 방사 장치(구입처: 나노엔씨)에 도입한 후, 상기 고분자 용액의 분사 속도는 5 ㎕/min로, 상기 콜로이드 용액의 분사 속도는 150 ㎕l/min으로 하여, 약 60 분 동안 동시에 방사(이중 전기 방사)하여, 삼차원 구조 섬유를 제조하였다.The preparation of the polymer solution and the colloidal solution of the electrode through a dual electrospinning Electrospinning apparatus (dealer: nano-NC) in then introduced into the injection speed of the polymer solution is 5 ㎕ / min, the injection rate of the colloidal solution is At 150 l l / min, and simultaneously spinning (double electrospinning) for about 60 minutes to prepare a three-dimensional structural fiber.
상기 제조된 삼차원 구조 섬유는, 롤 프레스(Roll Press, 구입처: ㈜기배이앤티)를 이용하여 압축하였다. 이를 통해, 활물질의 로딩이 약 2 ㎎/cm2이고, 두께는 약 10 ㎛인 삼차원 구조 전극을 수득할 수 있었다.The three-dimensional structural fiber was compressed using a roll press (purchased from Kibo & Co., Ltd.). As a result, a three-dimensional structure electrode having an active material loading of about 2 mg / cm 2 and a thickness of about 10 탆 could be obtained.
* 리튬 이차 전지의 제작 상기 수득된 삼차원 구조 전극을 작업전극으로 적용하여, 리튬 이차 전지를 제작하였다. Preparation of lithium secondary battery The lithium secondary battery was fabricated by applying the three-dimensional structure electrode obtained above as a working electrode.
구체적으로, 상대전극으로는 리튬 메탈을 사용하였으며, 분리막으로는 폴리에틸렌 (polyethylene, Tonen 20μm)을 사용하였다.Specifically, lithium metal was used as a counter electrode, and polyethylene (
유기용매(EC:DEC = 1:1(v:v))에 LiPF6 의 농도가 1M이 되도록 용해하여 비수성 전해액을 제조하였다. The nonaqueous electrolytic solution was prepared by dissolving LiPF 6 in an organic solvent (EC: DEC = 1: 1 (v: v)) to a concentration of 1M.
상기와 같이 제조된 작업전극, 상대전극 및 분리막을 넣어 코인형 셀을 형성한 후, 상기 비수성 전해액을 주입하여 코인형 리튬 이차 전지를 제조하였다.The coin type lithium secondary battery was manufactured by forming the coin type cell by inserting the working electrode, the counter electrode and the separator as described above, and injecting the non-aqueous electrolyte.
비교예Comparative Example 1 One
전극의 제조 음극 활물질로 다이 카복시 비피리딘화 코발트 (Co(dicarboxybipyridine)3) 50 중량%, 도전재로 카본 블랙(Carbon Black) 37.5 중량%, 결합제로 폴리비닐리덴플루오라이드 (polyvinylidene fluoride, PVDF) 12.5 중량%를, 용제인 N-메틸-2 피롤리돈(NMP)에 첨가하여, 음극 혼합물 슬러리(총 100 중량%, 상기 용제가 잔부가 됨)를 제조하였다. A negative active material of an electrode die carboxy-bipyridine Chemistry cobalt (Co (dicarboxybipyridine) 3) 50% by weight, of a conductive material of carbon black (Carbon Black) 37.5 binder% by weight, polyvinylidene fluoride (polyvinylidene fluoride, PVDF) 12.5 % By weight was added to the solvent N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) to prepare an anode mixture slurry (total of 100% by weight, the solvent remaining).
상기 음극 혼합물 슬러리를 두께가 20㎛인 음극 집전체의 구리(Cu) 박막에 도포한 뒤 건조하여 음극을 제조한 후, 롤 프레스(roll press)를 실시하여 활물질 로딩이 약 2mg/cm2인 전극을 제조하였다.After the after coating the cathode mixture slurry to copper (Cu) thin film of the total thickness of the negative electrode
리튬 이차 전지의 제작 이러한 음극을 작업전극으로 사용한 점을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 리튬 이차 전지를 제작하였다. Preparation of lithium secondary battery A lithium secondary battery was produced in the same manner as in Example 1, except that these cathodes were used as working electrodes.
비교예Comparative Example 2 2
실시예 1과 동일한 공정, 동일한 전도성 물질 및 고분자를 사용하되, 실시예 1의 유기 물질 대신 무기 화합물 활물질을 사용하였다.The same process as in Example 1, the same conductive material and polymer were used, but an inorganic compound active material was used instead of the organic material of Example 1.
구체적으로, 고용량 무기 화합물 활물질 중 하나인 Fe3O4 를 사용한 전극을 제조하였다. 이러한 음극을 작업전극으로 사용한 점을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 리튬 이차 전지를 제작하였다.Specifically, one of the high-capacity inorganic compound active materials, Fe 3 O 4 Was prepared. A lithium secondary battery was fabricated in the same manner as in Example 1 except that such a cathode was used as a working electrode.
평가예Evaluation example 1: One: 실시예Example 1에서 제조된 전극의 관찰 Observation of electrode manufactured in 1
주사 전자 현미경 (Scanning Electron Microscope, SEM)으로 실시예 1에 의해 제조된 전극의 표면을 관찰하였으며, 그 결과가 도 3에 도시되어 있다. The surface of the electrode prepared in Example 1 was observed with a Scanning Electron Microscope (SEM), and the result is shown in FIG.
도 3에 따르면, 실시예 1의 경우 다공성 부직포에 포함된 다수의 고분자 섬유(평균 직경: 500nm) 사이에 존재하는 큰 공간들(즉, 1 내지 5 ㎛ 직경의 기공)이 활물질 입자 다이 카복시 비피리딘화 코발트 (Co(dicarboxybipyridine)3)및 카본나노튜브에 의해 완벽하게 채워 졌으며, 상기 카본나노튜브에 의해 상기 활물질 입자가 감싸져 있으며, 균일한 전자전도 네트워크를 형성하는 것을 볼 수 있다. 3, in the case of Example 1, large spaces (i.e., pores having a diameter of 1 to 5 탆) existing between a plurality of polymer fibers (average diameter: 500 nm) contained in the porous nonwoven fabric were dispersed in the active material particle dicarboxybipyridine Co (dicarboxybipyridine) 3 and carbon nanotubes, and the active material particles are surrounded by the carbon nanotubes, and a uniform electronic conduction network is formed.
이처럼 실시예 1의 활물질 입자 및 전도성 물질이 균일하게 충진된 상태에서, 상기 삼차원 구조 전극의 기공도는 56 부피%이다. As described above, in the state where the active material particles and the conductive material of Example 1 are uniformly packed, the porosity of the three-dimensional structure electrode is 56 vol%.
아울러, 도 4 a 및 4b는 실시예 1에 의해 제조된 전극의 외관 사진이다.4 (a) and 4 (b) are photographs of the external appearance of the electrode manufactured in Example 1.
도 4a 및 4b에 따르면, 별도의 바인더를 사용하지 않았음에도 불구하고, 전극을 구부린 상태에서도 활물질 입자의 탈리 없이 전극 구조가 잘 유지되는 것을 확인할 수 있다.4A and 4B, it can be confirmed that the electrode structure is maintained well without desorbing the active material even when the electrode is bent even though no separate binder is used.
평가예Evaluation example 2: 2: 실시예Example 1 및 1 and 비교예Comparative Example 1에서 제조된 각 전극의 표면 저항 비교 Comparison of Surface Resistance of Each Electrode Made in 1
실시예 1 및 비교예 1을 통해 제조된 각 전극의 표면의 저항을 비교하기 위해, 전자전도도 측정을 진행하였다. In order to compare the surface resistances of the electrodes prepared in Example 1 and Comparative Example 1, the electronic conductivity was measured.
구체적으로, 상기 전자전도도 측정은, ㈜다솔이엔지 사의 4probe 팁을 이용하여 표면 저항을 측정한 것이며, 실시예 1 및 비교예 1에 따른 결과를 도 5에 기록하였다.Specifically, the electronic conductivity was measured by using a 4 probe tip manufactured by Dasol ENG Co., Ltd., and the surface resistance was measured. The results according to Example 1 and Comparative Example 1 are shown in FIG.
도 5에 따르면, 1.02 S/cm의 전자전도도를 기록한 비교예 1에 대비하여, 실시예 1은 15.67S/cm로 약 15배 정도 증가한 수치를 나타내었다. 이를 통해, 실시예 1의 전극은 높은 전자전도도를 가지므로, 별도의 집전체 없이도 전극으로 사용할 수 있으며, 이를 포함하는 전지의 출력 특성 또한 향상시킬 수 있음을 유추할 수 있다. According to FIG. 5, the electric conductivity of Example 1 was about 15.67 S / cm, which was about 15 times higher than that of Comparative Example 1 in which the electronic conductivity of 1.02 S / cm was recorded. As a result, it can be inferred that the electrode of Example 1 has high electron conductivity and can be used as an electrode without a separate current collector, and the output characteristics of the battery including the electrode can be improved.
평가예Evaluation example 3: 3: 실시예Example 1 및 1 and 비교예Comparative Example 1, One, 비교예Comparative Example 2에서 제작된 각 전지의 성능 비교 Comparison of performance of each cell manufactured in 2
실시예 1 및 비교예 1을 통해 제작된 각 전지의 성능을 측정하기 위하여, 코인셀 충전 전류 속도를 0.05 C에서 50 C로 증가시키면서 충전 용량을 관찰하였다.In order to measure the performance of each cell manufactured in Example 1 and Comparative Example 1, the charging capacity was observed while increasing the charging current rate of the coin cell from 0.05 C to 50 C.
도 6a에는, 실시예 1에 의해 제작된 리튬 이차 전지 및 비교예 1 및 2 에 의해 제작된 각 리튬 이차 전지에 대해, 활물질 입자의 중량 당 충전 용량을 관찰한 결과를 나타내었다. 또한 도 6b에는, 도 6a의 활물질 입자의 중량 대신, 전극 중량 당 충전 용량을 관찰한 결과를 나타내었다.FIG. 6A shows the results of observing the charging capacity per weight of active material particles of the lithium secondary battery manufactured by Example 1 and each lithium secondary battery manufactured by Comparative Examples 1 and 2. FIG. 6B shows the result of observing the charge capacity per weight of the electrode instead of the weight of the active material particles of FIG. 6A.
구체적으로, 도 6a에서, 비교예 2는 실시예1의 유기 물질과 유사한 가역용량을 가지는 무기물질이지만 같은 방법과 전극 조성일 때, 그 전지특성이 실시예1에 비해 열등하게 측정되었다. 이는 리튬이온의 삽입 탈리 반응이 일어나 용량을 구현하는 무기 활물질과 달리 유기 물질은 active site에서 산화 환원 반응에 의해 용량을 구현하며 그 반응 속도가 무기 활물질 대비하여 빠르기 때문에 유사한 전자전도 네트워크를 가지는 구조라 하더라도 유기 물질을 이용한 전극의 전지 특성이 더 우수 할 수 있다.Specifically, in FIG. 6A, Comparative Example 2 is an inorganic material having a reversible capacity similar to that of the organic material of Example 1, but when the same method and electrode composition were used, the battery characteristics were inferior to those of Example 1. This is because, unlike the inorganic active material, which implements the insertion and desorption of lithium ions, the organic material implements the capacity by the redox reaction at the active site and the reaction speed is faster than the inorganic active material, The battery characteristics of the electrode using the organic material may be better.
또한 도 6a에 따르면, 충전 전류 속도가 증가할수록 실시예 1의 리튬 이차 전지는 비교예 1의 리튬 이차 전지 보다 높은 충전 용량을 보인다. 이는, 비교예 1에서 카본블랙에 의한 전자전도 네트워크가 충분히 균일하게 형성되지 않고, 더욱이 바인더로 사용된 점착성 고분자가 상기 전자전도 네트워크에 방해가 되었기 때문이다. 이에 반해, 실시예 1의 전극은 비교예 1과 달리 점착성 고분자가 존재하지 않고, 카본나노튜브에 의해 균일한 전자전도 네트워크를 형성하기 때문에, 리튬 이차 전지를 구동할 때 비교예 1보다 우수한 성능을 보인다고 평가된다.6A, the lithium secondary battery of Example 1 exhibits a higher charging capacity than the lithium secondary battery of Comparative Example 1 as the charging current rate increases. This is because, in Comparative Example 1, the electronic conductive network formed by carbon black was not formed uniformly and the adhesive polymer used as a binder interfered with the electronic conduction network. On the contrary, the electrode of Example 1, unlike Comparative Example 1, does not have a sticky polymer and forms a uniform electronic conduction network by the carbon nanotube. Therefore, when the lithium secondary battery is driven, .
상기 결과를 전극 중량 당 용량으로 관찰하였을 때(도 6b), 금속 집전체를 사용한 비교예 1과 달리 실시예 1은 지지체로써 부직포 섬유만을 사용하고, 전자전도 네트워크 형성을 위해 카본나노튜브만을 사용하였기 때문에, 첨가 물질의 감소에 따라 전극 중량 당 충전 용량이 비교예 1에 대비하여 크게 증가한 것을 알 수 있다. 이를 통해, 실시예 1의 리튬 이차 전지는 비교예 1보다 가벼우면서 고출력, 고용량, 고에너지 밀도의 특성을 보인다고 할 수 있다. When the above results were observed in terms of the weight per electrode weight (FIG. 6B), unlike Comparative Example 1 in which a metal current collector was used, in Example 1, only the nonwoven fabric was used as a support and only carbon nanotubes were used to form an electronic conduction network Therefore, it can be seen that the charge capacity per electrode weight was greatly increased as compared with Comparative Example 1 in accordance with the decrease of the additive material. As a result, the lithium secondary battery of Example 1 is lighter than Comparative Example 1, and exhibits high output, high capacity, and high energy density.
본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the present invention as defined by the following claims. As will be understood by those skilled in the art. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive.
리튬 이차전지(200)
양극(212)
음극(213)
분리막(100)
전지 용기(220)
봉입 부재(240)
고분자 섬유(10)
활물질 입자(20)
전도성 물질(30)The lithium
The sealing
Polymer fibers (10) Active particles (20)
Conductive materials (30)
Claims (7)
산화 환원(redox, oxidation-reduction) 가능한 유기 물질을 포함하는 활물질 입자; 및
전도성 물질;을 포함하되,
상기 다공성 부직포 내 복수의 고분자 섬유 사이에 위치하는 기공에, 상기 활물질 입자 및 상기 전도성 물질이 균일하게 충진된 구조이고,
상기 활물질 입자는, 전이 금속과 배위 결합이 가능한 리간드 물질인 유기 금속 물질, 이들의 유도체, 및 이들의 혼합물을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나의 물질이 전이 금속에 배위 결합된 형태이고,
상기 전도성 물질은 탄소나노튜브인 것인
삼차원 구조 전극.
A porous nonwoven fabric in which a plurality of polymer fibers are irregularly three-dimensionally aggregated;
Active material particles comprising an organic material capable of redox (oxidation-reduction); And
Conductive material;
Wherein the porous nonwoven fabric has a structure in which the active material particles and the conductive material are uniformly filled in pores positioned between the plurality of polymer fibers,
The active material particles are in the form of coordinating at least one substance selected from the group consisting of organometallic compounds, ligands and mixtures thereof, which are ligand materials capable of coordinating with the transition metal,
The conductive material is a carbon nanotube.
Three dimensional structure electrode.
상기 산화 환원 가능한 유기 물질은,
카보닐기(carbonyl group), 카복시기(carboxyl group), 나이트록사이드기(nitroxide group) 및 카본(carbon)과 나이트로젠(nitrogen)의 이중 결합(double bond) 중 하나 이상의 작용기를 포함하는 유기 화합물; 상기 유기 화합물의 유도체; 및 상기 유기 화합물의 혼합물;을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나인 것인,
삼차원 구조 전극.
The method according to claim 1,
The oxidation-reducible organic material may be,
An organic compound containing at least one of a carbonyl group, a carboxyl group, a nitroxide group, and a double bond of carbon and nitrogen; A derivative of the organic compound; And a mixture of said organic compounds.
Three dimensional structure electrode.
상기 산화 환원 가능한 유기 물질은,
퀴논(quinonoe), 이미드(imide), 안하이드라이드 (anhydride), 설파이드(Sulfide), 포르피린 (porphyrin) 이들의 유도체, 및 이들의 혼합물을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나인 것인,
삼차원 구조 전극.
3. The method of claim 2,
The oxidation-reducible organic material may be,
Wherein the at least one compound is at least one selected from the group consisting of quinone, imide, anhydride, sulfide, porphyrin derivatives thereof, and mixtures thereof.
Three dimensional structure electrode.
상기 삼차원 구조 전극의 기공도는,
5 내지 95 부피%인 것인,
삼차원 구조 전극.
The method according to claim 1,
The porosity of the three-
5 to 95% by volume.
Three dimensional structure electrode.
상기 삼차원 구조 전극 내 다공성 부직포의 함량은,
상기 삼차원 구조 전극의 총 중량에 대한 중량%로, 5 내지 70 %인 것인,
삼차원 구조 전극.
The method according to claim 1,
The content of the porous nonwoven fabric in the three-
Dimensional structure electrode is 5 to 70% by weight based on the total weight of the three-dimensional structure electrode.
Three dimensional structure electrode.
상기 삼차원 구조 전극 내 활물질 입자 및 전도성 물질의 함량비는,
중량비로, 0.1:100 내지 50:100(전도성 물질: 활물질 입자)인 것인,
삼차원 구조 전극.
The method according to claim 1,
The ratio of the active material particles and the conductive material in the three-
Is 0.1: 100 to 50: 100 (conductive material: active material particle) by weight,
Three dimensional structure electrode.
상기 삼차원 구조 전극은,
복수개의 전극이 다층 구조를 형성한 것인,
삼차원 구조 전극.
The method according to claim 1,
Wherein the three-dimensional structure electrode comprises:
Wherein a plurality of electrodes form a multilayer structure,
Three dimensional structure electrode.
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|---|---|---|---|
| KR1020160176080A KR20180072473A (en) | 2016-12-21 | 2016-12-21 | Three-dimensional porous-structured electrode, and electrochemical device having the electrode |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20200029276A (en) * | 2018-09-10 | 2020-03-18 | 주식회사 엘지화학 | Cathode for lithium secondary battery comprising molybdenum disulfide, and lithium secondary battery comprising thereof |
-
2016
- 2016-12-21 KR KR1020160176080A patent/KR20180072473A/en not_active Application Discontinuation
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