KR20180100857A - 고로딩에 적합한 이차전지용 전극의 제조방법 - Google Patents

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KR20180100857A
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Abstract

고로딩 전극 내부의 리튬 이온의 직진성을 높이기 위해 기존의 전극 슬러리를 만들기 위한 전극 활물질, 도전재, 바인더의 혼합 공정에 무정형 셀레늄 나노입자를 같이 넣고 혼합하여 전극 슬러리 코팅 후 건조시 셀레늄 나노입자가 기화되어 통로를 갖는 전극을 제조하는 방법이 제시된다.
상기와 같은 이차전지용 전극의 제조방법은 바인더를 용매에 분산 또는 용해시켜 바인더 용액을 제조하는 단계; 상기 바인더 용액과 전극 활물질, 도전재 및 무정형 셀레늄 나노입자를 포함하는 전극재를 혼합하여 전극 슬러리를 제조하는 단계; 상기 전극 슬러리를 집전체 상에 코팅하는 단계; 및 상기 코팅을 건조하면서 무정형 셀레늄 나노입자를 기화시켜 코팅층을 발포시키는 단계;로 이루어진다.

Description

고로딩에 적합한 이차전지용 전극의 제조방법{Preparation method of high-loading electrode for secondary battery}
본 발명은 전극 활물질, 도전재 및 바인더를 포함하는 것으로 구성된 이차전지용 전극 슬러리에 무정형 셀레늄 입자를 포함하여 발포시키는 이차전지용 전극의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 바인더를 용매에 분산 또는 용해시켜 바인더 용액을 제조하는 단계; 상기 바인더 용액과 전극 활물질, 도전재 및 무정형 셀레늄 나노입자를 포함하는 전극재를 혼합하여 전극 슬러리를 제조하는 단계; 상기 전극 슬러리를 집전체 상에 코팅하는 단계; 및 상기 코팅을 건조하면서 무정형 셀레늄 나노입자를 기화시켜 코팅층을 발포시키는 단계;로 이루어지는 이차전지용 전극의 제조방법에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 특히, 이차전지 중 높은 에너지 밀도와 방전 전압을 갖는 리튬 이차전지에 대해 많은 연구 및 상용화가 이루어 지고 있다.
대표적으로 전지의 형상 면에서는 얇은 두께로 휴대폰 등과 같은 제품들에 적용될 수 있는 각형 이차전지와 파우치형 이차전지에 대한 수요가 높고, 재료 면에서는 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성의 리튬 이온전지, 리튬 이온 폴리머 전지 등과 같은 리튬 이차전지에 대한 수요가 높다.
이러한 이차전지는, 그것의 형상에 따라 원통형 전지셀, 각형 전지셀, 파우치형 전지셀 등으로 구분할 수 있다. 이 중 원통형 이차전지는 전극조립체와, 이 전극조립체를 수용하는 원통형의 캔과, 이 캔의 상부에 결합되는 캡 조립체를 포함하여 이루어진다.
이차 전지에서 전지 케이스 내부에 장착되는 전극 조립체는 양극/분리막/음극의 적층 구조로 이루어진 충방전이 가능한 발전소자이다. 전극 조립체는 전극 활물질 슬러리가 도포된 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재(介在)하여 권취한 젤리롤(Jelly-roll)형, 다수의 양극과 음극을 분리막이 개재된 상태에서 순차적으로 적층한 스택형, 및 스택형의 단위 셀들을 긴 길이의 분리 필름으로 권취한 스택/폴딩형으로 대략 분류할 수 있다. 이 중 젤리롤형 전극 조립체는 제조가 용이하면서도 중량당 에너지 밀도가 높은 장점을 가지고 있어 널리 사용되고 있다.
젤리롤형 전극조립체는 양극과 음극 및 이들 두 전극 사이에 개재된 세퍼레이터가 원통형으로 권취되어 젤리롤 형태를 이루며, 양극 및 음극으로부터 양극 및 음극탭이 각각 인출되어 있다. 통상 양극탭은 상방으로, 음극탭은 하방으로 인출된다.
캔은 원통형 이차전지에서 대략 원통의 형상을 가진 금속재질의 용기이며, 딥 드로잉(deep drawing) 등의 가공방법으로 형성한다. 따라서, 캔 자체가 단자역할을 수행하는 것도 가능하다.
캡 어셈블리는 양극 단자를 형성하는 상단 캡, 전지 내부의 온도 상승 시 전지저항이 크게 증가하여 전류를 차단하는 PTC 소자, 전지 내부의 압력 상승시 전류를 차단하거나 가스를 배기하는 안전벤트, 특정 부분을 제외하고 안전벤트를 캡 플레이트로부터 전기적으로 분리시키는 가스켓, 양극에 연결된 양극 단자가 접속되어 있는 캡 플레이트가 순차적으로 적층되어 있는 구조로 되어 있다.
전극조립체의 양극은 상방으로 인출된 양극탭을 통해 캡조립체의 한 부품과 전기 접속되고, 음극은 하방으로 인출된 음극탭을 통해 캔의 바닥면에 접합된다. 물론, 극성이 바뀌어 설계될 수도 있다.
또한, 전극조립체와 캡조립체 사이에는 이 둘의 절연을 위한 상절연부재가 위치하고, 전극조립체와 캔의 바닥면 사이에는 이 둘의 절연을 위한 하절연부재가 위치한다.
한편, 리튬 이차전지는 전극 활물질로서 리튬 전이금속 산화물을 포함하는 양극과 카본계 활물질을 포함하는 음극 및 다공성 분리막으로 구성되며, 양극은 리튬 전이금속 산화물을 포함하는 양극 슬러리를 알루미늄 호일에 코팅하여 제조되며, 음극은 카본계 활물질을 포함하는 음극 슬러리를 구리 호일에 코팅하여 제조된다.
양극 슬러리와 음극 슬러리에는 활물질의 전기전도성을 향상시키기 위하여 도전재가 첨가되고 있다. 특히 양극 활물질로 사용되는 리튬 전이금속 산화물은 본질적으로 전기전도성이 낮으므로, 양극 슬러리에는 도전재가 필수적으로 첨가되고 있다.
이러한 도전재로는, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연, 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙과 같이 카본계 물질이 주로 사용되고 있고, 일부의 경우에 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유 등이 사용되고 있다. 시판되고 있는 도전재의 구체적인 예로는 아세틸렌 블랙 계열인 쉐브론 케미칼 컴퍼니(Chevron Chemical Company)나 덴카 블랙(Denka Singapore Private Limited), 걸프 오일 컴퍼니(Gulf Oil Company) 제품 등, 불칸(Vulcan) XC-72(캐보트 컴퍼니(Cabot Company) 제품) 및 수퍼(Super) P(Timcal 사 제품) 등이 있다.
전기 수요의 증가에 따라 배터리도 점차 고용량화 되면서 에너지 밀도가 높은 고로딩 전극도 등장하고 있다. 고로딩 전극의 경우 저로딩 전극 대비 전극 내부 호일까지의 리튬 이온 전달이 상당히 떨어져 사이클 성능이 떨어지는 문제가 있다.
특히, 고로딩 전극 내부의 리튬 이온의 직진성을 높이기 위해 전극내 공극률을 높이거나 전극 제작 후 기계적으로 전극 내 공극을 만드는 방법 등이 제안되어 왔다.
그러나 전극 내 공극률을 높일 경우 두께 증가로 인한 에너지 밀도 감소 문제가 있고, 전극 제작 후 공극을 만드는 경우 전극 활물질의 감소 및 인위적인 형태로 인한 국부적인 전극 퇴화가 이루어질 가능성도 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 기존의 전극 슬러리를 만들기 위한 전극 활물질, 도전재, 바인더의 혼합 공정에 무정형 셀레늄 나노입자를 같이 넣고 혼합하여 전극 슬러리 코팅 후 건조시 셀레늄 나노입자가 기화되어 통로를 갖는 전극을 제조하는 방법을 제시한다.
본 발명의 일실시예에 따르면 이차전지용 전극의 제조방법은 바인더를 용매에 분산 또는 용해시켜 바인더 용액을 제조하는 단계; 상기 바인더 용액과 전극 활물질, 도전재 및 무정형 셀레늄 나노입자를 포함하는 전극재를 혼합하여 전극 슬러리를 제조하는 단계; 상기 전극 슬러리를 집전체 상에 코팅하는 단계; 및 상기 코팅을 건조하면서 무정형 셀레늄 나노입자를 기화시켜 코팅층을 발포시키는 단계;로 이루어진다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면 상기 무정형 셀레늄 나노입자의 크기는 500nm 내지 1000nm인 것이다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면 상기 무정형 셀레늄 나노입자는 90 내지 110℃ 에서 기화되는 것이다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면 상기 코팅층을 발포시키는 단계는 코팅층에 통로가 생기는 것을 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면 상기 방법으로 제조된 이차전지용 전극이 제공된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면 상기 전극을 포함하는 이차전지가 제공된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면 상기 전지는 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 리튬 이온 폴리머 전지 중에서 선택된 어느 하나인 것이다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면 상기 이차 전지를 하나 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩이 제공된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면 상기 전지팩을 전원으로 포함하는 디바이스가 제공된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면 상기 디바이스는 휴대폰, 휴대용 컴퓨터, 스마트폰, 스마트 패드, 넷북, 웨어러블 전자기기, LEV(Light Electronic Vehicle), 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 및 전력저장장치로부터 선택되는 어느 하나인 것이다.
통로 구조를 갖는 이차전지용 전극의 제조방법이 제공된다. 상기 이차전지용 전극의 제조방법은 바인더를 용매에 분산 또는 용해시켜 바인더 용액을 제조하는 단계; 상기 바인더 용액과 전극 활물질, 도전재 및 무정형 셀레늄 나노입자를 포함하는 전극재를 혼합하여 전극 슬러리를 제조하는 단계; 상기 전극 슬러리를 집전체 상에 코팅하는 단계; 및 상기 코팅을 건조하면서 무정형 셀레늄 나노입자를 기화시켜 코팅층을 발포시키는 단계;로 이루어진다.
또한 본 발명은 상기와 같은 방법으로 고로딩에 적합한 전극, 상기 전극을 포함하는 이차전지, 상기 이차전지를 이용한 전지팩, 상기 전지팩을 이용한 디바이스를 제공한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전극 구조의 형성과정을 모식적으로 나타낸 그림이다.
이하, 본 발명에 의한 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 또한, 본 실시예에서는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것은 아니고, 단지 예시로 제시한 것이며, 그 기술적인 요지를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변경이 가능하다.
본 발명의 이차전지용 전극의 제조방법은 바인더를 용매에 분산 또는 용해시켜 바인더 용액을 제조하는 단계; 상기 바인더 용액과 전극 활물질, 도전재 및 무정형 셀레늄 나노입자를 포함하는 전극재를 혼합하여 전극 슬러리를 제조하는 단계; 상기 전극 슬러리를 집전체 상에 코팅하는 단계; 및 상기 코팅을 건조하면서 무정형 셀레늄 나노입자를 기화시켜 코팅층을 발포시키는 단계;로 이루어진다.
바인더, 전극 활물질, 도전재의 종류에 관하여는 이하에서 본 발명에 따른 이차전지와 함께 상술한다.
본 발명의 무정형 셀레늄 나노입자의 크기는 500nm 내지 1000nm인 것이다. 무정형 셀레늄 나노입자의 역할은 기화되면서 통로를 만들어 주는데 있다. 통로는 리튬 이온의 직진성을 높이기 위한 것이므로 500nm 미만의 경우 리튬 이온의 통과에 도움이 되지 않고, 1nm를 초과하면 공극과 같은 역할을 하여 전극의 공극률이 증가한 것과 같이 에너지 밀도가 감소하는 문제가 발생하므로 바람직하지 않다.
바인더, 전극 활물질, 도전재와 무정형 셀레늄 나노입자를 함께 혼합하여 전극 슬러리를 만들고 이를 집전체 상에 코팅하게 된다. 코팅 두께에 관하여는 이하에서 본 발명에 따른 이차전지와 함께 상술한다.
코팅된 전극 슬러리를 90 내지 110℃ 에서 건조하면 무정형 셀레늄 나노입자가 기화하면서 코팅층이 발포된다. 발포되는 것은 코팅층에 통로가 생기는 것을 의미한다. 통상의 셀레늄은 녹는점이 높아 90 내지 110℃의 온도에서 기화하지 않으나, 무정형 셀레늄 나노입자의 경우 결정질 나노입자보다 훨씬 무질서한 입자들로 구성되어 있고, 따라서 분자간 인력도 약해진 상태이기 때문에 90 내지 110℃의 온도에서 기화할 수 있다.
90℃ 미만의 온도에서는 무정형 셀레늄 나노입자가 기화되기 어려운 문제가 있고, 110℃를 초과하는 온도에서는 전극 슬러리 내의 다른 조성물도 기회하여 전극 구조가 변할 수 있으므로 바람직하지 않다.
상기와 같은 방법으로 제조된 본 발명의 이차전지용 전극은 고로딩에 적합한 구조를 가져 리튬 이온의 직진성이 향상되고 에너지 밀도의 감소가 일어나지 않는 장점이 있다.
한편, 본 발명은 상기와 같은 방법으로 제조된 고로딩에 적합한 전극을 포함하는 이차전지를 제공하는 데에도 그 특징을 가진다.
본 발명에 따른 이차전지는 두 개의 서로 다른 극성의 전극이 분리막으로 분리된 상태로 적층되어 이루어지는 전극 조립체를 수납하여 이루어지며, 상기 전극 조립체는 양극활물질을 포함하는 양극과, 음극활물질을 포함하는 음극, 및 분리막으로 구성된 것이다.
구체적으로 양극은, 예를 들어, 양극 집전체 상에 양극 활물질, 도전재 및 바인더의 혼합물을 도포한 후 건조하여 제조되며, 필요에 따라서는, 상기 혼합물에 충진제를 더 첨가하기도 한다.
본 발명에 따른 양극 활물질은 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물이나 하나 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 화합물; 화학식 Li1 + xMn2 - xO4 (여기서, x 는 0 ~ 0.33 임), LiMnO3, LiMn2O3, LiMnO2 등의 리튬망간 산화물(LiMnO2); 리튬 동 산화물(Li2CuO2); LiV3O8, LiFe3O4, V2O5, Cu2V2O7 등의 바나듐 산화물; 화학식 LiNi1 - xMxO2 (여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B 또는 Ga 이고, x = 0.01 ~ 0.3임)으로 표현되는 니켈 사이트형 리튬 니켈 산화물(lithiated nickel oxide); 화학식 LiMn2 - xMxO2 (여기서, M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn 또는 Ta 이고, x = 0.01 ~ 0.1임) 또는 Li2Mn3MO8 (여기서, M = Fe, Co, Ni, Cu 또는 Zn임)로 표현되는 리튬 망간 복합 산화물; 화학식의 리튬 일부가 알칼리토금속 이온으로 치환된 LiMn2O4; 디설파이드 화합물; Fe2(MoO4)3 또는 이들의 조합에 의해 형성되는 복합 산화물 등과 같이 리튬 흡착 물질(lithiumintercalation material)을 주성분으로 하는 화합물과 혼합 사용할 수 있다.
상기 양극 집전체는 일반적으로 3 내지 500 ㎛의 두께로 만든다. 이러한 양극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것 등이 사용될 수 있다. 집전체는 그것의 표면에 미세한 요철을 형성하여 양극 활물질의 접착력을 높일 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태가 가능하다.
상기 도전재는 통상적으로 양극 활물질을 포함한 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 50 중량%로 첨가된다. 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, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.
상기 바인더는 활물질과 도전재 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 [0040] 성분으로서, 통상적으로 양극 활물질을 포함하는 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 50 중량%로 첨가된다. 이러한 바인더의 예로는, 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 브티렌 고무, 불소 고무, 다양한 공중합체 등을 들 수 있다.
상기 충진제는 양극의 팽창을 억제하는 성분으로서 선택적으로 사용되며, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 섬유상 재료라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 올리핀계 중합체; 유리섬유, 탄소섬유 등의 섬유상 물질이 사용된다.
또한, 음극은 음극 집전체 상에 음극 재료를 도포, 건조하여 제작되며, 필요에 따라, 앞서 설명한 바와 같은 성분들이 더 포함될 수도 있다.
상기 음극 집전체는 일반적으로 3 내지 500 ㎛의 두께로 만들어진다. 이러한 음극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 또한, 양극 집전체와 마찬가지로, 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.
상기 음극 재료는 비정질 카본 또는 정질 카본을 포함하며, 구체적으로는 난흑연화 탄소, 흑연계 탄소 등의 탄소; LixFe2O3(0≤x≤1), LixWO2(0≤x≤1), SnxMe1 -xMe'yOz (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me': Al, B, P, Si, 주기율표의 1족, 2족, 3족 원소, 할로겐; 0<x≤1; 1≤y≤3; 1≤z≤8) 등의 금속 복합 산화물; 리튬 금속; 리튬 합금; 규소계 합금; 주석계 합금; SnO, SnO2, PbO, PbO2, Pb2O3, Pb3O4, Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5, GeO, GeO2, Bi2O3, Bi2O4, and Bi2O5 등의 산화물; 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-Co-Ni계 재료 등을 사용할 수 있다.
상기 양극과 음극 사이에서 상기 전극들을 절연시키는 분리막으로는 통상 알려진 폴리올레핀계 분리막이나, 상기 올레핀계 기재에 유,무기 복합층이 형성된 복합 분리막 등을 모두 사용할 수 있으며, 특별히 한정되지 않는다.
본 발명에 따른 전해액은 리튬염 함유 비수계 전해질로서, 이는 비수 전해질과 리튬으로 이루어져 있다. 비수전해질로는 비수 전해액, 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용된다.
상기 비수 전해액으로는, 예를 들어, N-메틸-2-피롤리디논, 프로필렌 카르보네이트, 에틸렌 카르보네이트, 부틸렌 카르보네이트, 디메틸 카르보네이트, 디에틸 카르보네이트, 감마-부틸로 락톤, 1,2-디메톡시 에탄, 테트라히드록시 프랑(franc), 2-메틸 테트라하이드로푸란, 디메틸술폭시드, 1,3-디옥소런, 포름아미드, 디메틸포름아미드, 디옥소런, 아세토니트릴, 니트로메탄, 포름산 메틸, 초산메틸, 인산 트리에스테르, 트리메톡시 메탄, 디옥소런 유도체, 설포란, 메틸 설포란, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 프로필렌 카르보네이트 유도체, 테트라하이드로푸란 유도체, 에테르, 피로피온산 메틸, 프로피온산 에틸 등의 비양자성 유기용매가 사용될 수 있다.
상기 유기 고체 전해질로는, 예를 들어, 폴리에틸렌 유도체, 폴리에틸렌 옥사이드 유도체, 폴리프로필렌 옥사이드 유도체, 인산 에스테르 폴리머, 폴리 에지테이션 리신(agitation lysine), 폴리에스테르 술파이드, 폴리비닐알코올, 폴리 불화 비닐리덴, 이온성 해리기를 포함하는 중합체 등이 사용될 수 있다.
상기 무기 고체 전해질로는, 예를 들어, Li3N, LiI, Li5NI2, Li3N-LiI-LiOH, LiSiO4, LiSiO4-LiI-LiOH, Li2SiS3, Li4SiO4, Li4SiO4-LiI-LiOH, Li3PO4-Li2S-SiS2 등의 Li의 질화물, 할로겐화물, 황산염 등이 사용될 수 있다.
상기 리튬염은 상기 비수계 전해질에 용해되기 좋은 물질로서, 예를 들어, LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4,LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, CF3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, 클로로 보란 리튬, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4-페닐 붕산 리튬, 이미드 등이 사용될 수 있다.
또한, 비수계 전해질에는 충방전 특성, 난연성 등의 개선을 목적으로, 예를 들어, 피리딘, 트리에틸포스파이트, 트리에탄올아민, 환상 에테르, 에틸렌 디아민, n-글라임(glyme), 헥사 인산 트리 아미드, 니트로벤젠 유도체, 유황, 퀴논 이민 염료, N-치환 옥사졸리디논, N,N-치환 이미다졸리딘, 에틸렌 글리콜 디알킬 에테르, 암모늄염, 피롤, 2-메톡시 에탄올, 삼염화 알루미늄 등이 첨가될 수도 있다. 경우에 따라서는, 불연성을 부여하기 위하여, 사염화탄소, 삼불화에틸렌 등의 할로겐 함유 용매를 더 포함시킬 수도 있고, 고온 보존 특성을 향상시키기 위하여 이산화탄산 가스를 더 포함시킬 수도 있다.
상기 전지는 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 리튬 이온 폴리머 전지 중에서 선택된 어느 하나인 것이다. 이는 전해액의 성상에 따른 분류로서 양극 및 음극, 전해질은 상술한 바와 같다.
본 발명은 또한, 상기 이차전지를 하나 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩을 제공할 수 있다.
또한, 상기 전지팩을 전원으로 포함하는 디바이스를 제공할 수 있는 바, 상기 디바이스는 휴대폰, 휴대용 컴퓨터, 스마트폰, 스마트 패드, 넷북, 웨어러블 전자기기, LEV(Light Electronic Vehicle), 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 및 전력저장장치로 이루어진 군에서 선택되는 것일 수 있다.
이하 실시예를 통해 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 그러나, 하기 실시예 및 실험예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로 본 발명의 범위가 이들 실시예 및 실험예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1>
리튬-니켈-망간-코발트계 활물질을 제조하기 위하여 전이금속 전구체로서 혼합 산수화물 MOOH(M=Ni4/15(Mn1/2Ni1/2)8/15Co0.2)을 사용하고, 상기 혼합 산수화물 Li2Co3를 화학양론적 비율(Li : M = 1.02 :1)로 혼합한 후, 혼합물을 공기 중에서 900℃에서 10시간 동안 소결하여 리튬 혼합 전이금속 산화물을 제조하였다. 상기 리튬 혼합 전이금속 화합물과 Li2CoO2를 20 : 80으로 혼합한 양극 활물질 95.1 중량%와 평균 입경이 35 nm이고 DBP 흡착값이 360 ml/100g인 다공성 도전재 0.9 중량%에 바인더로서 폴리불화비닐리덴(polyvinylidene fluoride, PVdF) 2 중량%를 혼합하여 양극 합제를 제조한 후, 이를 500nm 무정형 셀레늄 나노입자 2 중량% 및 NMP(N-methlypyrrolidone)를 첨가하여 양극 합제 슬러리를 제조하였다. 이러한 양극 합제 슬러리를 금속 집전체인 알루미늄 호일에 코팅한 후, 100℃의 진공오븐에서 2 시간 이상 건조하여 양극을 제조하였다.
<실시예 2>
750nm 무정형 셀레늄 나노입자를 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 같은 방법으로 양극을 제조하였다.
<실시예 3>
1000nm 무정형 셀레늄 나노입자를 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 같은 방법으로 양극을 제조하였다.
<실시예 4>
750nm 무정형 셀레늄 나노입자를 사용하여 90℃에서 건조한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 같은 방법으로 양극을 제조하였다.
<실시예 5>
750nm 무정형 셀레늄 나노입자를 사용하여 110℃에서 건조한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 같은 방법으로 양극을 제조하였다.
<비교예 1>
무정형 셀레늄 나노입자를 사용하지 않은 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 같은 방법으로 양극을 제조하였다.
상기 실시예 1 내지 5 및 비교예 1에서 각각 제조된 양극의 전기 전도도를 측정하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
전기 전도도(Ωcm)-1

실시예 1
1.3 × 10-2

실시예 2
1.2 × 10-2

실시예 3
1.1 × 10-2

실시예 4
1.1 × 10-2

실시예 5
1.2 × 10-2

비교예 1
1.2 × 10-3
상기 표 1에서 보는 바와 같이 본 발명에 따른 무정형 셀레늄 나노입자를 혼합하여 양극 슬러리를 제조하고 이를 이용하여 제조된 실시예 1 내지 5의 양극은 종래의 방법을 사용하여 제조된 비교예 1의 양극보다 전기 전도도가 10배 이상 높음을 알 수 있다.
이상에서, 본 발명은 비록 한정된 실시예들과 도면들에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

Claims (10)

  1. 바인더를 용매에 분산 또는 용해시켜 바인더 용액을 제조하는 단계;
    상기 바인더 용액과 전극 활물질, 도전재 및 무정형 셀레늄 나노입자를 포함하는 전극재를 혼합하여 전극 슬러리를 제조하는 단계;
    상기 전극 슬러리를 집전체 상에 코팅하는 단계; 및
    상기 코팅을 건조하면서 무정형 셀레늄 나노입자를 기화시켜 코팅층을 발포시키는 단계;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 무정형 셀레늄 나노입자의 크기는 500nm 내지 1000nm인 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극의 제조방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 무정형 셀레늄 나노입자는 90 내지 110℃ 에서 기화되는 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극의 제조방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 코팅층을 발포시키는 단계는 코팅층에 통로가 생기는 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극의 제조방법.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 따른 방법으로 제조된 이차전지용 전극.
  6. 제 5항에 따른 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 전지는 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 리튬 이온 폴리머 전지 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  8. 제 7항에 따른 이차 전지를 하나 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  9. 제 8항에 따른 전지팩을 전원으로 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 디바이스는 휴대폰, 휴대용 컴퓨터, 스마트폰, 스마트 패드, 넷북, 웨어러블 전자기기, LEV(Light Electronic Vehicle), 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 및 전력저장장치로부터 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 디바이스.

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