KR20190085569A - Method for coating a lithium secondary battery electrode, and lithium secondary battery comprising a electrode using the same - Google Patents

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Abstract

The present invention provides a method for coating a lithium secondary battery electrode for forming a ceramic layer on an electrode surface by using an electrode coating solution in which a ceramic compound is dispersed, and a lithium secondary battery enhanced in thermal and mechanical properties by comprising the manufactured lithium secondary battery electrode having a ceramic layer formed on a surface thereof. The battery comprising the electrode having the ceramic coating layer formed on the electrode surface can maintain or enhance charge/discharge characteristics such as capacity retention rate and stability.

Description

리튬이차전지 전극 코팅 방법, 및 이에 따라 제조한 전극을 포함하는 리튬이차전지{Method for coating a lithium secondary battery electrode, and lithium secondary battery comprising a electrode using the same} TECHNICAL FIELD The present invention relates to a lithium secondary battery electrode coating method, and a lithium secondary battery including the electrode,

본 발명은 리튬이차전지 전극 코팅 방법, 및 이에 따라 제조한 전극을 포함하는 리튬이차전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 세라믹 화합물이 분산된 전극 코팅제를 이용하여 전극 표면에 세라믹 층을 형성하는 리튬이차전지 전극 코팅 방법, 및 이에 따라 세라믹 층이 표면에 형성된 리튬이차전지 전극을 포함하여 열적 및 기계적 특성이 개선된 리튬이차전지에 관한 것이다.The present invention relates to a lithium secondary battery electrode coating method and a lithium secondary battery including the electrode thus prepared. More particularly, the present invention relates to a lithium secondary battery comprising a ceramic secondary battery, A battery electrode coating method, and a lithium secondary battery electrode having a ceramic layer formed on the surface thereof, thereby improving the thermal and mechanical properties.

최근 노트북, 휴대폰 등의 전자기기에 들어가는 소형 이차전지 시장뿐만 아니라 ESS, 전기 자동차와 같은 중대형 이차전지 수요가 증가함에 따라 높은 에너지 밀도와 작동 전압, 낮은 자가 방전의 특성을 가지고 있는 리튬 이차전지가 널리 사용되고 있다. Recently, lithium secondary batteries having high energy density, operating voltage, and low self-discharge characteristics have been widely used as a demand for small secondary batteries for electronic devices such as notebook computers and mobile phones, as well as demand for mid- to large- .

리튬 이차전지는 리튬 이온의 삽입 및 탈리가 가능한 양극 및 음극과 리튬 이온의 전도를 담당하는 유기 전해액, 전지의 안전성을 담당하는 분리막으로 이루어져 있으며, 이온 이동시 발생하는 산화·환원반응으로 인해 에너지를 생성한다. The lithium secondary battery is composed of an anode and a cathode capable of inserting and separating lithium ions, an organic electrolyte for conducting lithium ions and a separator for safety of the battery, and generates energy by the oxidation / reduction reaction do.

양극활물질은 LiCoO2와 같은 층상 구조(layered) 형태의 리튬 전이금속 산화물이 주로 사용되고 있다. LiMn2O4와 같은 스피넬(Spinel) 형태의 소재와 LiFePO4와 같은 올리빈 형태의 소재도 일부 사용되고 있으나 복잡한 제조 공정 및 용량 특성이 층상 구조 리튬 전이금속 산화물보다 좋지 않아 중대형 전지에 적용하기에는 한계가 있다. As the cathode active material, a layered lithium transition metal oxide such as LiCoO 2 is mainly used. Spinel type materials such as LiMn 2 O 4 and olivine type materials such as LiFePO 4 are also used in some cases. However, complicated manufacturing process and capacity characteristics are not preferable to layered lithium transition metal oxide, have.

음극활물질은 층상 구조를 가진 흑연(graphite)을 포함한 탄소계 소재가 주로 사용되고 있다. 하지만, 최근 중대형 에너지저장장치 수요가 늘어남에 따라 이를 대체하기 위해 Al2O3, SnO2, SiO2와 같은 금속 산화물의 상용화 연구개발이 진행되고 있다. 하지만 금속 산화물의 경우, 전지 충방전시 부피가 변화되는 단점이 있어 수명이 줄어드는 단점을 가지고 있다. As the negative electrode active material, a carbon-based material including graphite having a layered structure is mainly used. However, as the demand for medium and large-sized energy storage devices has increased recently, commercialization of metal oxides such as Al 2 O 3 , SnO 2 and SiO 2 has been researched and developed. However, in the case of the metal oxide, there is a disadvantage that the volume is changed during charging / discharging of the battery, and the life is shortened.

또한, 현재 적용되고 있는 리튬 이차전지는 유기 전해액을 사용하고 있기 때문에, 충방전이 반복될수록 활물질 표면에 SEI(Solid Electrolyte Interphase) 박막이 형성되고 전해액이 고갈되는 단점이 있다. 이와 같은 현상을 방지하기 위해 전극 활물질 표면에 금속 산화물을 균일하게 코팅하여 전지의 수명 특성을 향상할 수 있는 공정의 연구개발이 진행되고 있다. In addition, since the currently used lithium secondary battery uses an organic electrolytic solution, there is a disadvantage that an SEI (Solid Electrolyte Interphase) thin film is formed on the surface of the active material and the electrolyte becomes depleted as the charge and discharge are repeated. In order to prevent such a phenomenon, research and development of a process capable of improving the lifetime characteristics of a battery by uniformly coating a metal oxide on the surface of the electrode active material have been carried out.

또한, 현재 상용 공정에서는 발화 방지를 위한 전극 표면 코팅 기술이 부재하기에 이차전지가 발화에 노출될 수 밖에 없는 문제가 있다.In addition, there is a problem that the secondary battery is exposed to ignition because the electrode surface coating technology for preventing ignition is not present in the commercial process at present.

따라서, 이러한 문제를 해결하기 위한 새로운 리튬이차전지 전극 코팅 방법의 개발이 절실히 필요한 상황이다.Therefore, there is an urgent need to develop a new lithium secondary battery electrode coating method to solve such a problem.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 세라믹 화합물이 용매에 분산되어 있는 전극 코팅제를 이용한 리튬이차전지 전극 코팅 방법을 제공함으로써 열적 및 기계적 특성이 개선된 리튬이차전지를 제공하는 것이다. The present invention provides a lithium secondary battery having improved thermal and mechanical properties by providing a lithium secondary battery electrode coating method using an electrode coating agent in which a ceramic compound is dispersed in a solvent.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 양극(cathode), 음극(anode) 또는 둘 다를 세라믹 화합물이 분산된 용액에 침지시키고 건조하여 전극 표면에 세라믹 층을 형성하는 단계를 포함하는 리튬이차전지 전극 코팅 방법을 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a lithium secondary battery comprising a lithium secondary battery electrode coating including a step of dipping a cathode, an anode, or both in a solution in which a ceramic compound is dispersed, ≪ / RTI >

또한, 본 발명은 상기 리튬이차전지 전극 코팅 방법에 따라 전극 표면에 세라믹 층이 형성된 양극, 음극 또는 둘 다; 분리막; 및 리튬염 함유 비수계 전해액을 포함하는 리튬이차전지를 제공한다.The present invention also provides a method of manufacturing a lithium secondary battery, comprising the steps of: preparing a positive electrode, a negative electrode, or both; Separation membrane; And a lithium salt-containing non-aqueous electrolytic solution.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

상술한 문제를 해결하기 위하여, 본 발명은 양극(cathode), 음극(anode) 또는 둘 다를 세라믹 화합물이 분산된 용액에 침지시키고 건조하여 전극 표면에 세라믹 층을 형성하는 것을 특징으로 한다.In order to solve the above-mentioned problems, the present invention is characterized in that a ceramic layer is formed on the electrode surface by immersing the cathode, the anode, or both in a solution in which the ceramic compound is dispersed and drying the solution.

종래의 Al2O3, SnO2, SiO2와 같은 금속 산화물이 적용되고 유기 전해액을 사용하는 리튬이차전지의 경우 전지 충방전시 부피가 변화되는 단점이 있어 수명이 줄어드는 문제가 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 예의 노력한 결과, 본 발명자들은 양극 또는 음극을 세라믹 화합물이 분산된 용액에 침지시킨 후 건조하여 표면에 세라믹 층을 형성한 후 전지에 적용한 결과, 전기의 수명 특성이 유지 또는 향상되고, 안전성이 제고됨을 확인하였다. 본 발명은 이에 기초한 것이다.In the case of a conventional lithium secondary battery using a metal oxide such as Al 2 O 3 , SnO 2 , or SiO 2 and using an organic electrolytic solution, there is a disadvantage in that the volume is changed during charging / discharging of the battery. As a result of intensive efforts to solve such problems, the present inventors have found that when a positive electrode or a negative electrode is immersed in a solution in which a ceramic compound is dispersed and then dried to form a ceramic layer on the surface thereof and then applied to a battery, And safety was improved. The present invention is based on this.

상기 세라믹 화합물이 분산된 용액은 세라믹 화합물이 용매에 분산된 용액이며, 상기 세라믹 화합물은 전기전도성이 없으면서 리튬과의 반응성이 적은 화합물일 수 있다. 구체적으로, SiO2, Al2O3, ZrO2, 및 M-(OR)n(M은 Al, Na, Li, Ca, Sr, Ba, Zr, Hf, La, Y, Ge, Sc, Sb, Sm, Nb, Yb, Pr, Gd, K, Sn, Ta, In 및 Mg로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나인 전이금속이며, R은 탄소수 2 내지 6의 탄화수소이고, n은 2 내지 4임)으로 표시되는 금속 양이온 착화합물들로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 이들의 조합일 수 있다.The solution in which the ceramic compound is dispersed is a solution in which the ceramic compound is dispersed in a solvent, and the ceramic compound may be a compound having little reactivity with lithium without electrical conductivity. Specifically, SiO 2 , Al 2 O 3 , ZrO 2 , and M- (OR) n (M represents Al, Na, Li, Ca, Sr, Ba, Zr, Hf, La, Y, Ge, Sc, Sm, Nb, Yb, Pr, Gd, K, Sn, Ta, In and Mg, R is a hydrocarbon having 2 to 6 carbon atoms and n is 2 to 4. Metal cationic complexes, and combinations thereof.

바람직하게는, 상기 세라믹 화합물은 M-(OR)n(M은 Al, Na, Li, Ca, Sr, Ba, Zr, Hf, La, Y, Ge, Sc, Sb, Sm, Nb, Yb, Pr, Gd, K, Sn, Ta, In 및 Mg로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나인 전이금속이며, R은 탄소수 2 내지 6의 탄화수소이고, n은 2 내지 4임)으로 표시되는 금속 양이온 착화합물들로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 이들의 조합일 수 있다.Preferably, the ceramic compound is selected from the group consisting of M- (OR) n (M is Al, Na, Li, Ca, Sr, Ba, Zr, Hf, La, Y, Ge, Sc, Sb, Sm, , Gd, K, Sn, Ta, In and Mg, R is a hydrocarbon having 2 to 6 carbon atoms, and n is 2 to 4). Or a combination thereof.

구체적으로, 상기 M-(OR)n는 하기 화학식으로 표시되는 것일 수 있다.Specifically, the M- (OR) n may be represented by the following formula:

Figure pat00001
Figure pat00001

(M은 Al, Na, Li, Ca, Sr, Ba, Zr, Hf, La, Y, Ge, Sc, Sb, Sm, Nb, Yb, Pr, Gd, K, Sn, Ta, In 및 Mg로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나인 전이금속이며, R은 탄소수 2 내지 6의 탄화수소이고, n은 2 내지 4임)(M is at least one element selected from the group consisting of Al, Na, Li, Ca, Sr, Ba, Zr, Hf, La, Y, Ge, Sc, Sb, Sm, Nb, Yb, Pr, Gd, K, Sn, , R is a hydrocarbon having 2 to 6 carbon atoms, and n is 2 to 4)

상기 금속 양이온 착화합물, M-(OR)n에서 금속 양이온의 산화수 범위는 특별히 제한되지 않으나, 탄화수소옥사이드, 예를 들어 알콕사이드와 착화합물을 형성하는 전이금속, 바람직하게는 Al, Na, Li, Ca, Sr, Ba, Zr, Hf, La, Y, Ge, Sc, Sb, Sm, Nb, Yb, Pr, Gd, K, Sn, Ta, In 및 Mg로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나인 전이금속일 수 있다. The range of the oxidation number of the metal cation in the metal cation complex, M- (OR) n , is not particularly limited, but is preferably a transition metal forming a complex with a hydrocarbon oxide, for example, an alkoxide, preferably Al, Na, A transition metal selected from the group consisting of Ba, Zr, Hf, La, Y, Ge, Sc, Sb, Sm, Nb, Yb, Pr, Gd, K, Sn, Ta, In and Mg.

또한 금속 양이온과 용액 내에서 착화합물을 형성하는 알콕사이드(RO-)의 R은 탄소수 2 내지 6, 바람직하게는 탄소수 2 내지 5, 가장 바람직하게는 3 내지 4의 알킬기일 수 있다.Also, R of the alkoxide (RO-) which forms a complex with the metal cation in the solution may be an alkyl group having 2 to 6 carbon atoms, preferably 2 to 5 carbon atoms, and most preferably 3 to 4 carbon atoms.

바람직한 구체예에서, 양극, 음극 또는 둘 다를 금속 양이온과 알콕사이드의 착화합물이 분산된 코팅 용액에 침지시킬 경우 금속 양이온은 열역학적으로 안정된 상태로 유지하나, 알콕사이드는 수증기가 존재하는 공기 중에 노출됨에 따라 보다 안정된 알코올로 환원되어 증발하게 된다. 대신 금속 양이온은 H2O로부터 산소를 공급받아 금속 산화물을 형성함으로써, 전극 코팅 표면에 안정된 세라믹 화합물의 코팅층을 형성하게 된다.In a preferred embodiment, when the anode, the cathode, or both are immersed in a coating solution in which a complex of a metal cation and an alkoxide is dispersed, the metal cation remains thermodynamically stable while the alkoxide is exposed to the air in which steam is present, It is reduced to alcohol and evaporated. Instead, the metal cations are supplied with oxygen from H 2 O to form metal oxides, thereby forming a coating layer of a stable ceramic compound on the electrode coating surface.

상기 세라믹 화합물을 분산시키는 용매로는 세라믹 화합물을 분산시킬 수 있는 것이면 제한없이 사용할 수 있으며, 바람직하게는 이소프로판올 등을 사용할 수 있다.As the solvent for dispersing the ceramic compound, any solvent capable of dispersing the ceramic compound can be used without limitation, and isopropanol can be preferably used.

상기 세라믹 화합물이 용매에 분산된 용액을 본 발명에서는 세라믹 코팅 용액 또는 세라믹 코팅제라고 부르기로 한다.The solution in which the ceramic compound is dispersed in a solvent is referred to as a ceramic coating solution or a ceramic coating solution in the present invention.

상기 세라믹 코팅 용액은 금속 전구체 용액, 특히, 탄화수소옥사이드와 착화합물을 형성하는 전이금속 용액일 수 있다.The ceramic coating solution may be a metal precursor solution, particularly a transition metal solution that complexes with hydrocarbon oxides.

바람직한 구체예에선, 상기 M-(OR)n로 표시되는 금속 전구체 용액에 전극을 침지하고 건조하여 전극을 코팅시킴으로써 우수한 전기화학적 특성을 갖는 리튬이차전지 전극을 제조할 수 있다.In a preferred embodiment, a lithium secondary battery electrode having excellent electrochemical characteristics can be manufactured by immersing the electrode in a solution of the metal precursor represented by M- (OR) n and drying to coat the electrode.

바람직하게는, 금속 전구체는 지르코늄(IV) 이소프로폭사이드, 지르코늄(IV) 이소부톡사이드 등일 수 있다.Preferably, the metal precursor is zirconium (IV) isopropoxide, zirconium (IV) isobutoxide, and the like.

상기 세라믹 코팅 용액은 필요시 별도의 바인더를 포함할 수 있다. The ceramic coating solution may contain a separate binder if necessary.

본 발명에 따라 상술한 코팅제로 이루어진 코팅용액에 전극을 침지시킨 후열처리 또는 자연 건조할 경우 금속 전구체는 산화되고, 그 결과 표면에 세라믹 코팅층이 형성되며, 상기 산화 과정에서 응집된 세라믹 코팅층은 전극에 대한 충분한 접합력과 상호 결합력을 가지게 되어, 전극의 성능이 향상될 수 있다. When the electrode is immersed in the coating solution of the coating solution according to the present invention and then heat-treated or naturally dried, the metal precursor is oxidized so that a ceramic coating layer is formed on the surface, and the coagulated ceramic coating layer is oxidized So that the performance of the electrode can be improved.

본 발명에서 양극은 양극 집전체 상에 양극활물질 층을 형성한 것으로서, 양극활물질 층은 양극활물질, 도전재, 바인더 및 선택적으로 용매를 더 포함하는 양극활물질 조성물로 이루어질 수 있으며, 양극활물질 조성물은 고체의 혼합물 또는 용매에 용해되어 분산 또는 용해된 슬러리(slurry) 형태일 수 있다. In the present invention, the positive electrode may be formed of a positive electrode active material layer on a positive electrode current collector, and the positive electrode active material layer may be composed of a positive electrode active material composition including a positive electrode active material, a conductive material, a binder and optionally a solvent, Or in the form of a slurry which is dissolved or dispersed in a solvent.

상기 양극활물질은 리튬 이온(Li+)을 가역적으로 삽입/탈리(intercalation/de-intercalation) 할 수 있는 것으로서 해당 기술 분야에서 통상적으로 사용되는 것이면 모두 사용할 수 있다. 예를 들어, 상기 양극활물질은 LiCoO2, LiNiO2, Li(NiaCobAlc)O2, Li(NiaCobMnc)O2 (여기서, 0<a<1, 0<b<1, 0<c<1 및 a+b+c=1) 등의 층상 구조(layered) 물질과 또 다른 층상 재료군인 Li2-αMAα/2MnO3(0≤α≤1) 또는 Li2-βMAβ/3MnO3(0≤β≤3/2) 또는 Li2-γMAγ/4MnO3(0≤γ≤2)으로 표현되는 리튬-rich 전극, LiMnO2, LiMn2O4 등의 스피넬(Spinel) 구조 물질, LiFePO4 등의 올리빈(Oilvine) 구조 물질 등에서 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있다.The positive electrode active material can reversibly intercalate / de-intercalate lithium ions (Li + ) and can be used as long as it is commonly used in the related art. For example, the cathode active material may be LiCoO 2 , LiNiO 2 , Li (NiaCobAlc) O 2 , Li (NiaCobMnc) O 2 where 0 <a <1, 0 <b <1, 0 <c < (0??? 1) or Li 2 -βMA? / 3MnO 3 (0??? 3/2), which is another layered material group such as Li 2 -? MA? / 2MnO 3 ) or Li 2 -γMAγ / 4MnO 3 (0≤γ≤2 ) olivine (Oilvine -rich the lithium electrode, such as LiMnO 2, LiMn 2 O 4 of spinel, etc. (spinel) structural material, LiFePO 4, which is represented by) the structure Materials, and the like.

상기 도전재는 전기를 잘 통하며 전지에 화학 변화를 일으키지 않는, 예를 들어 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 등의 탄소계 물질; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있으며, 통상적으로 양극 활물질을 포함한 혼합물 전체 중량의 0.5 내지 10 wt%로 포함될 수 있다.The conductive material may be graphite such as natural graphite or artificial graphite, which does not cause chemical change in the battery, and which has good electrical conductivity. Carbon-based materials such as carbon black, acetylene black, and ketjen black; A conductive material such as conductive fibers such as carbon fiber and metal fiber, and the like, and may be contained in an amount of 0.5 to 10 wt% of the total weight of the mixture containing the cathode active material.

상기 바인더는 활물질과 도전재 등의 결합 및 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분이면 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 알지네이트, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 스티렌 부타디엔 고무, 불소 고무, 다양한 공중합체 등을 들 수 있다. 위와 마찬가지로 상기 바인더는 통상적으로 양극 활물질을 포함하는 혼합물 전체 중량의 0.5 내지 10 wt%로 포함될 수 있다.The binder is not particularly limited as long as it is a component that assists in bonding between the active material and the conductive material and bonding to the current collector. Examples of the binder include polyvinylidene fluoride, polyvinyl alcohol, carboxymethylcellulose (CMC), starch, alginate , Hydroxypropylcellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene, polyethylene, polypropylene, styrene butadiene rubber, fluorine rubber, and various copolymers. As described above, the binder may be typically contained in an amount of 0.5 to 10 wt% of the total weight of the mixture including the cathode active material.

상기 용매로는 N-메틸-2-피롤리돈(NMP), 아세톤, 물 등이 사용될 수 있다. 상기 용매의 함량은 통상적으로 양극 활물질을 포함하는 혼합물 전체 중량의 1 내지 100wt%를 사용한다. As the solvent, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), acetone, water and the like can be used. The content of the solvent is usually 1 to 100 wt% of the total weight of the mixture including the cathode active material.

상기 양극활물질 조성물을 양극 집전체 상에 코팅 및 건조, 압연하여 양극활물질층이 형성된 필름 또는 박막 형태의 양극 극판을 제조할 수 있다. 본 발명에서 제조한 양극 극판의 구성 성분의 물성, 구체적으로 입경(D50), 비표면적 등의 값은 특별히 언급하지 않는 이상 평균값이다. The positive electrode active material composition may be coated on the positive electrode current collector, followed by drying and rolling to produce a positive electrode plate in the form of a film or a thin film on which the positive electrode active material layer is formed. The physical properties of the constituent components of the positive electrode plate produced in the present invention, specifically, the particle diameter (D50), the specific surface area and the like are average values unless otherwise specified.

상기 양극 집전체는 도전성을 가지고 전지에 화학적 변화를 유발하지 않는다면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어 스테인리스 스틸, 구리, 니켈, 티탄, 소성 탄소 또는 알루미늄이나 스테인레스 스틸이 사용될 수 있으며 이들의 표면에 탄소, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것 등이 사용될 수 있다.The cathode current collector is not particularly limited as long as it has conductivity and does not cause chemical change in the battery. For example, stainless steel, copper, nickel, titanium, sintered carbon or aluminum or stainless steel may be used. , Nickel, titanium, silver, or the like may be used.

본 발명에서 음극은 음극 집전체 상에 음극활물질 층을 형성한 것으로서, 음극활물질 층은 음극활물질, 도전재, 바인더 및 선택적으로 용매를 더 포함하는 음극활물질 조성물로 이루어질 수 있으며, 음극활물질 조성물은 고체의 혼합물 또는 용매에 용해되어 분산 또는 용해된 슬러리(slurry) 형태일 수 있다. In the present invention, the negative electrode is a negative electrode active material layer formed on the negative electrode current collector, and the negative electrode active material layer may be composed of a negative electrode active material composition further comprising a negative electrode active material, a conductive material, a binder and optionally a solvent, Or in the form of a slurry which is dissolved or dispersed in a solvent.

음극활물질도 양극활물질과 마찬가지로 리튬 이온(Li+)을 가역적으로 삽입/탈리(intercalation/de-intercalation) 할 수 있는 탄소계 물질로서 해당 기술 분야에서 통상적으로 사용되는 것이면 모두 사용할 수 있다. 예를 들어, 상기 음극활물질은 결정질 탄소, 비정질 탄소 또는 이들의 혼합물이다. 상기 결정질 탄소의 예로는 무정형, 판상, 린편상(flake), 구형 또는 섬유형의 천연 흑연; 또는 인조 흑연을 포함한다. 상기 비정질 탄소의 예로는 소프트 카본(soft carbon: 저온 소성 탄소) 또는 하드 카본(hard carbon), 메조페이스 피치 탄화물, 소성된 코크스 등을 포함한다. 탄소계 소재뿐만 아니라, 합금 반응 기반의 실리콘, 주석, 마그네슘, 징크, 알루미늄과 리튬 금속 또한 음극 활물질로 적용될 수 있다. The negative electrode active material may be any carbonaceous material that can reversibly intercalate / deintercalate lithium ions (Li + ) as well as the positive electrode active material, as long as it is commonly used in the related art. For example, the negative electrode active material is crystalline carbon, amorphous carbon, or a mixture thereof. Examples of the crystalline carbon include amorphous, flaky, flake, spherical or fibrous natural graphite; Or artificial graphite. Examples of the amorphous carbon include soft carbon or hard carbon, mesophase pitch carbide, fired coke, and the like. In addition to carbon-based materials, alloys based on silicon, tin, magnesium, zinc, aluminum and lithium metals can also be applied as anode active materials.

상기 음극 활물질 조성물에서 도전재, 바인더, 집전체 및 용매는 상술한 양극 활물질 조성물의 경우와 동일한 것을 사용할 수 있다. As the conductive material, the binder, the current collector and the solvent in the negative electrode active material composition, the same materials as those of the above-mentioned positive electrode active material composition may be used.

본 발명에 따라 세라믹 화합물이 코팅된 전극을 리튬이차전지에 적용할 경우 전기화학적 특성, 특히 전극의 수명 특성이 유지 또는 향상될 수 있다(표 5 및 표 6 참조). According to the present invention, when an electrode coated with a ceramic compound is applied to a lithium secondary battery, the electrochemical characteristics, particularly the life characteristics of the electrode, can be maintained or improved (see Tables 5 and 6).

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬이차전지 전극 코팅 방법의 단계도이며, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 전극 활물질, 바인더, 도전재로 이루어진 전극에 세라믹 코팅을 수행한 경우의 모식도이다.FIG. 1 is a view illustrating a method of coating an electrode of a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a method of coating an electrode made of an electrode active material, a binder, .

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 리튬이차전지 전극 코팅 방법은 전극 활물질과 도전재, 바인더, 집전체를 포함한 전극을 세라믹 화합물이 분산된 용액에 침지시킨 후 건조하는 과정을 통해 전극 표면에 세라믹 옥사이드 층을 형성한다. 도 4를 참조하면, 본 발명에 따라 알콕사이드와 착화합물을 형성하는 금속이온이 전극에 코팅된 후, 공기 중 수증기와의 반응함에 따라 자연 산화 및 건조가 진행되며, 산화된 전극은 열역학적으로 안정된 형태로 응집되어 접촉각이 작아지는 것을 알 수 있다. 따라서 기존 공정과 같이 활물질에 표면처리하지 않고도 전극에 직접 표면처리를 해도 화학적으로 안정한 산화물 층을 코팅할 수 있으며, 전극 표면에 형성된 안정한 산화물 층은 전극의 수명 특성을 유지 또는 향상시킨다.1 and 2, a method of coating an electrode of a lithium secondary battery according to the present invention includes the steps of immersing an electrode active material, an electrode including a conductive material, a binder, and a current collector in a solution in which a ceramic compound is dispersed, A ceramic oxide layer is formed on the surface. Referring to FIG. 4, according to the present invention, after a metal ion forming a complex with an alkoxide is coated on an electrode, natural oxidation and drying proceeds according to reaction with water vapor in the air, and the oxidized electrode is thermodynamically stable And the contact angle is reduced. Therefore, it is possible to coat a chemically stable oxide layer even if surface treatment is performed directly on the electrode without performing surface treatment on the active material like a conventional process, and a stable oxide layer formed on the electrode surface maintains or improves the lifetime characteristics of the electrode.

본 발명의 다른 양태는 상기 리튬이차전지 전극 코팅 방법에 따라 전극 표면에 세라믹 층이 형성된 양극, 음극 또는 둘 다; 분리막; 및 리튬염 함유 비수계 전해액을 포함하는 리튬이차전지를 제공한다. According to another aspect of the present invention, there is provided a lithium secondary battery comprising: a positive electrode, a negative electrode, or both having a ceramic layer formed on an electrode surface according to the method of coating an electrode of the lithium secondary battery; Separation membrane; And a lithium salt-containing non-aqueous electrolytic solution.

상기 분리막은 양극과 음극 사이에 개재되며, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용될 수 있다. 상기 분리막은 예를 들어, 내화학성 및 소수성의 폴리프로필렌 등의 올레핀계 폴리머; 유리섬유 또는 폴리에틸렌 등으로 만들어진 시트나 부직포 등이 사용될 수 있다. 분리막의 기공 직경은 일반적으로 0.01 내지 10㎛이고, 두께는 일반적으로 5 내지 300㎛일 수 있다.The separation membrane is interposed between the anode and the cathode, and an insulating thin film having high ion permeability and mechanical strength can be used. The separation membrane may be, for example, an olefin-based polymer such as polypropylene, which is chemically resistant and hydrophobic; A sheet or nonwoven fabric made of glass fiber, polyethylene, or the like can be used. The pore diameter of the separator is generally 0.01 to 10 mu m, and the thickness may be generally 5 to 300 mu m.

상기 리튬염 함유 비수계 전해액은 유기용매와 리튬염으로 이루어져 있으며, 상기 유기용매로는 비수계 액체 유기용매 또는 유기 고체 전해질 등이 사용된다.The lithium salt-containing nonaqueous electrolyte solution is composed of an organic solvent and a lithium salt. As the organic solvent, a nonaqueous liquid organic solvent or an organic solid electrolyte may be used.

상기 비수계 액체 유기용매로는, 예를 들어, N-메틸-2-피롤리돈, 프로필렌 카보네이트, 에틸렌 카보네이트, 부틸렌 카보네이트, 디메틸 카보네이트, 디에틸 카보네이트, 감마-부티로락톤, 1,2-디메톡시에탄, 테트라히드록시푸란, 2-메틸 테트라하이드로푸란, 디메틸술폭시드, 1,3-디옥소런, 포름아미드, 디메틸포름아미드, 디옥소런, 아세토 니트릴, 니트로메탄, 포름산 메틸, 초산메틸, 인산 트리에스테르, 트리메톡시 메탄, 디옥소런 유도체, 설포란, 메틸 설포란, 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 liquid organic solvent include N-methyl-2-pyrrolidone, propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, gamma-butyrolactone, Dimethylformamide, dioxolane, acetonitrile, nitromethane, methyl formate, methyl acetate, methyl ethyl ketone, methyl ethyl ketone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, dimethoxyethane, tetrahydroxyfuran, 2-methyltetrahydrofuran, dimethyl sulfoxide, , Trimethylolpropane triacrylate, trimethylolpropane trimethacrylate, trimethylolpropane trimethacrylate, trimethylolpropane trimethacrylate, trimethylolpropane trimethacrylate, trimethylolpropane trimethacrylate, trimethylolpropane trimethacrylate, Ethylenic organic solvents such as ethyl acetate may be used.

상기 유기 고체 전해질로는, 예를 들어, 폴리에틸렌 유도체, 폴리에틸렌 옥사이드 유도체, 폴리프로필렌 옥사이드 유도체, 인산 에스테르 폴리머, 폴리 에지테이션 리신(agitation lysine), 폴리에스테르 술파이드, 폴리비닐 알코올, 폴리 불화 비닐리덴, 이온성 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, Polymers containing ionic dissociation groups, and the like can be used.

상기 리튬염은 상기 유기용매에 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-페닐붕산리튬이미드 등이 사용될 수 있다. The lithium salt is a material that is readily soluble in the organic solvent, for example, LiCl, LiBr, LiI, LiClO 4, LiBF 4, LiB10Cl 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, (CF 3 SO 2 ) 2 NLi, chloroborane lithium, lower aliphatic carboxylate lithium, and 4-phenylborate lithium imide.

또한, 상기 전해액에는 충방전 특성, 난연성 등의 개선을 목적으로, 예를 들어, 피리딘, 트리에틸포스파이트, 트리에탄올아민, 환상 에테르, 에틸렌 디아민, n-글라임(glyme), 헥사 인산 트리아미드, 니트로벤젠 유도체, 유황, 퀴논 이민 염료, N-치환 옥사졸리디논, N,N-치환 이미다졸리딘, 에틸렌글리콜 디알킬에테르, 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 탄산가스를 더 포함시킬 수도 있다.For the purpose of improving the charge-discharge characteristics and the flame retardancy, the electrolytic solution may contain at least one selected from the group consisting of pyridine, triethylphosphite, triethanolamine, cyclic ether, ethylenediamine, glyme, N, N-substituted imidazolidine, ethylene glycol dialkyl ether, ammonium salt, pyrrole, 2-methoxyethanol, aluminum trichloride and the like may be added have. In some cases, a halogen-containing solvent such as carbon tetrachloride or ethylene trifluoride may be further added to impart nonflammability, or carbon dioxide gas may be further added to improve high-temperature storage characteristics.

본 발명에 따른 전극 코팅 방법은 세라믹 코팅 후 전지의 수명 특성과 안전성을 향상시킬 수 있다. 특히 본 발명은 금속 양이온이 용해된 코팅 용액에 전극을 침지시킨 후, 이를 산화 및 건조시켜 세라믹 코팅층을 형성하므로, 별도의 후처리 없이 간단한 공정으로 전극 코팅이 가능하여 기존 건식 공정에 비해 비용을 절감할 수 있는 전극 코팅 방법을 제공함으로써 생산성을 증가시킬 수 있다. 아울러, 산화 공정에 따라 응집되는 세라믹 코팅층으로 인해 전지의 열적 및 기계적 특성을 유지 또는 향상시킬 뿐만 아니라 안전성 제고에도 기여할 수 있다.The electrode coating method according to the present invention can improve the lifetime characteristics and safety of the battery after the ceramic coating. In particular, the present invention forms a ceramic coating layer by immersing electrodes in a coating solution in which metal cations are dissolved, and then oxidizing and drying the electrodes. Thus, electrodes can be coated by a simple process without additional post-treatment, It is possible to increase productivity by providing an electrode coating method that can be used. In addition, the thermal and mechanical properties of the battery can be maintained or improved owing to the ceramic coating layer, which is agglomerated by the oxidation process, as well as contributing to safety enhancement.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬이차전지 전극 코팅 방법의 단계도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 전극 활물질, 바인더, 도전재로 이루어진 전극에 세라믹 코팅을 수행한 경우의 모식도이다.
도 3은, 도 2에 따른 전극에 세라믹 코팅을 실시하기 전과 후의 전극 표면 사진이다.
도 4는, 도 2에 따른 전극에 세라믹 코팅을 실시한 양극(LiCoO2) 및 음극(흑연)에 대한 접촉각을 측정한 결과이다.
도 5는, 도 2에 따른 전극에 세라믹 코팅을 실시한 양극(LiCoO2) 및 음극(흑연)에 대해 집속 이온 빔(Focused Ion Beam)을 통해 얻은 단면 및 이에 대한 원소의 분포를 SEM-EDS를 통해 분석한 결과이다.
도 6과 도 7은, 도 2에 따른 양극(LiCoO2) 및 음극(흑연)에 대해 ZrO2 세라믹 코팅을 실시한 전극에 대한 X선 회절(XRD)을 분석한 결과이다.
도 8과 도 9는 본 발명에 따른 양극(LiCoO2) 및 음극(흑연)에 대해 ZrO2 세라믹 코팅을 처리한 전극과 세라믹 코팅처리 하지 않은 전극에 대해 CR2032 coin-cell에서 상온, 0.1C의 속도로 초기 충방전 특성을 비교한 그래프이고, 도 10과 도 11은 0.1C부터 3C까지 충방전 속도가 변할 때의 비용량 변화를 측정한 그래프이다.
도 12와 도 13은 같은 전지 조건에서 양극(LiCoO2) 및 음극(흑연)에 대해에 대해 1C의 속도로 충전, 3C의 속도로 방전하는 조건으로 장기 구동시 용량 유지 특성을 나타내는 그래프이다.
1 is a diagram illustrating a method of coating a lithium secondary battery electrode according to an embodiment of the present invention.
2 is a schematic view of a case where a ceramic coating is applied to an electrode made of an electrode active material, a binder, and a conductive material according to an embodiment of the present invention.
Fig. 3 is a photograph of the electrode surface before and after the ceramics coating is applied to the electrode according to Fig.
4 is a result of measuring a contact angle with respect to the positive electrode (LiCoO 2) and the negative electrode (graphite) subjected to a ceramic coating on the electrode according to FIG.
FIG. 5 is a graph showing the distribution of the cross-section and the element obtained through a focused ion beam on a cathode (LiCoO 2 ) and a cathode (graphite) coated with a ceramic according to FIG. 2 by SEM-EDS The results are analyzed.
6 and 7 are the results of analyzes by X-ray diffraction (XRD) for the electrode subjected to ZrO 2 ceramic coating for the positive electrode (LiCoO 2) and the negative electrode (graphite) according to Figure 2.
8 and 9 are graphs showing the relationship between the ZrO 2 ceramic coated anode and the non-ceramic coated electrode on the anode (LiCoO 2 ) and cathode (graphite) according to the present invention at room temperature, 0.1 C And FIG. 10 and FIG. 11 are graphs showing changes in specific capacity when the charge / discharge rate varies from 0.1C to 3C.
Figure 12 and Figure 13 is a graph showing the positive electrode in the same cell condition (LiCoO 2) and a negative charge at a 1C rate of about about (graphite), maintaining long-term driving under the condition that the discharge rate of 3C in capacity characteristics.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 구현예 및 실시예를 상세히 설명한다. 그러나, 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 구현예 및 실시예에 한정되지 않는다. Hereinafter, embodiments and examples of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, which will be readily apparent to those skilled in the art to which the present invention pertains. However, the present invention may be embodied in many different forms, and is not limited to the embodiments and examples described herein.

실시예Example

I. 코팅 용액 제조I. Coating solution preparation

지르코늄(IV) 이소프로폭사이드 혹은 지르코늄(IV) 이소뷰톡사이드를 이소프로판올로 4배수 희석시킨(부피비) 리튬이차전지 전극 코팅용액을 제조하였다.(Volume ratio) of lithium secondary battery electrode coating solution in which zirconium (IV) isopropoxide or zirconium (IV) isobutoxide was diluted four times with isopropanol was prepared.

II. 코팅 용액이 적용된 전극 및 전지 제조 II. Manufacture of electrode and cell with coating solution

<실시예 1>&Lt; Example 1 >

리튬 코발트 산화물(LiCoO2)과 도전재(Super-P), 바인더(PVdF)를 90:5:5의 중량비로 혼합한 양극 슬러리를 Al foil에 도포한 후 60℃로 건조하여 양극판을 제조하였다. 상기 극판을 직경 12mm인 펀치를 이용해 타공한 후, 상기 코팅 용액에 침지시킨 다음, 침지된 전극을 빼내어 실온 공기 중에서 자연 건조시켰다. 건조 후, Ar 분위기의 글로브 박스 안에서 리튬 금속을 상대 전극(Reference Electrode)로 하고, 1M LiPF6이 용해된 EC:DEC=1:1(부피비) 혼합액을 전해액으로 투입하여 CR2032 코인 반쪽 전지를 제조하였다.A positive electrode slurry prepared by mixing lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ), a conductive material (Super-P) and a binder (PVdF) in a weight ratio of 90: 5: 5 was applied to Al foil and dried at 60 ° C to prepare a positive electrode plate. The electrode plate was punched by using a punch having a diameter of 12 mm, and then immersed in the coating solution, and then the immersed electrode was taken out and naturally dried in air at room temperature. After drying, a mixed solution of EC: DEC = 1: 1 (volume ratio) in which 1 M LiPF 6 was dissolved was injected into the electrode as a counter electrode (reference electrode) in a glove box in an Ar atmosphere to prepare a CR2032 coin half cell .

<실시예 2>&Lt; Example 2 >

흑연(Graphite)과 바인더인 SBR, CMC를 96:2:2의 중량비로 혼합한 음극 슬러리를 Cu foil에 도포한 후 60℃로 건조하여 음극판을 제조하였다. 상기 극판을 직경 12mm인 펀치를 이용해 타공한 후, 상기 코팅 용액에 침지시킨 다음, 침지된 전극을 빼내어 실온 공기 중에서 자연 건조시켰다. 건조 후, Ar 분위기의 글로브 박스 안에서 리튬 금속을 상대 전극(Reference Electrode)로 하고, 1M LiPF6이 용해된 EC:DEC=1:1(부피비) 및 10wt% FEC가 들어있는 혼합액을 전해액으로 투입하여 CR2032 코인 반쪽 전지를 제조하였다. An anode slurry was prepared by mixing graphite and binders SBR and CMC in a weight ratio of 96: 2: 2 to Cu foil and drying at 60 ° C. The electrode plate was punched by using a punch having a diameter of 12 mm, and then immersed in the coating solution, and then the immersed electrode was taken out and naturally dried in air at room temperature. After drying, a mixed solution containing EC: DEC = 1: 1 (volume ratio) and 10 wt% FEC in which 1 M LiPF 6 was dissolved was injected into the electrode as a counter electrode (Reference Electrode) in a glove box in an Ar atmosphere, A CR2032 coin half cell was prepared.

<비교예 1>&Lt; Comparative Example 1 &

코팅 용액이 적용되지 않은 양극판을 사용하는 것을 제외하고 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 CR2032 코인 반쪽 전지를 제조하였다.A CR2032 coin half cell was prepared in the same manner as in Example 1 except that a positive electrode plate not coated with the coating solution was used.

<비교예 2>&Lt; Comparative Example 2 &

코팅 용액이 적용되지 않은 음극판을 사용하는 것을 제외하고 상기 실시예 2과 동일한 방법으로 CR2032 코인 반쪽 전지를 제조하였다.A CR2032 coin half cell was prepared in the same manner as in Example 2 except that the negative electrode plate to which the coating solution was not applied was used.

물리화학적 특성Physicochemical properties

실시예 1 및 2, 비교예 1 및 2에 따라 제조한 전지의 물리화학적 특성을 평가하였다.The physicochemical properties of the batteries prepared according to Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2 were evaluated.

도 3은, 도 2에 따른 전극에 세라믹 코팅을 실시하기 전과 후의 전극 표면 사진이고, 도 4는, 도 2에 따른 전극에 세라믹 코팅을 실시한 양극(LiCoO2) 및 음극(흑연)에 대한 접촉각을 측정한 결과이다.3 is an electrode surface pictures before and after carrying out the ceramic coating on the electrode according to FIG. 2, FIG. 4, the angle of contact with the positive electrode (LiCoO 2) and the negative electrode (graphite) subjected to a ceramic coating on the electrode in accordance with Figure 2 .

도 4를 참조하면, 본 발명에 따라 알콕사이드와 착화합물을 형성하는 금속이온이 전극에 코팅된 후, 공기 중 수증기와의 반응함에 따라 자연 산화 및 건조가 진행되며, 산화된 전극은 열역학적으로 안정된 형태로 응집되어 접촉각이 작아지는 것을 알 수 있다. 따라서 기존 공정과 같이 활물질에 표면처리하지 않고도 전극에 직접 표면처리를 해도 화학적으로 안정한 산화물 층을 코팅할 수 있음을 알 수 있다.Referring to FIG. 4, according to the present invention, after a metal ion forming a complex with an alkoxide is coated on an electrode, natural oxidation and drying proceeds according to reaction with water vapor in the air, and the oxidized electrode is thermodynamically stable And the contact angle is reduced. Therefore, it can be seen that a chemically stable oxide layer can be coated even if surface treatment is directly performed on the electrode without performing surface treatment on the active material as in the conventional process.

도 5는, 도 2에 따른 전극에 세라믹 코팅을 실시한 양극(LiCoO2) 및 음극(흑연)에 대해 집속 이온 빔(Focused Ion Beam)을 통해 얻은 단면 및 이에 대한 원소의 분포를 SEM-EDS를 통해 분석한 결과이다.FIG. 5 is a graph showing the distribution of the cross-section and the element obtained through a focused ion beam on a cathode (LiCoO 2 ) and a cathode (graphite) coated with a ceramic according to FIG. 2 by SEM-EDS This is the result of analysis.

도 5를 참조하면, 본 발명에 따라 얻어진 전극의 표면에 세라믹 층이 주로 분포되어 있는 것을 알 수 있다. 전극 내부에 세라믹 원소가 검출되는 것은 세라믹 양이온의 확산에 의한 것으로 볼 수 있다. Referring to FIG. 5, it can be seen that the ceramic layer is mainly distributed on the surface of the electrode obtained according to the present invention. It is considered that the ceramic element is detected inside the electrode due to the diffusion of the ceramic cation.

도 6과 도 7은, 도 2에 따른 양극(LiCoO2) 및 음극(흑연)에 대해 ZrO2 세라믹 코팅을 실시한 전극에 대한 X선 회절(XRD)을 분석한 결과이다.6 and 7 are the results of analyzes by X-ray diffraction (XRD) for the electrode subjected to ZrO 2 ceramic coating for the positive electrode (LiCoO 2) and the negative electrode (graphite) according to Figure 2.

도 6과 도 7을 참조하면, 양극(LiCoO2)이 코팅된 전극, 음극(흑연)이 코팅된 전극, 및 세라믹 코팅되지 않은 전극을 비교해볼 때, 격자 상수 및 피크의 위치가 거의 차이가 나지 않음을 알 수 있다. 이는 세라믹 코팅 층이 전극 활물질 입자의 격자 수축 또는 팽창에 영향을 주지 않는 것을 의미한다. 그 결과를 하기 표 1에 정리하였다.Referring to FIGS. 6 and 7, when the electrodes coated with the positive electrode (LiCoO 2 ), the electrode coated with the negative electrode (graphite), and the electrode not coated with the ceramic, the lattice constants and the positions of the peaks are almost not different . This means that the ceramic coating layer does not affect lattice shrinkage or expansion of the electrode active material particles. The results are summarized in Table 1 below.

구분division 비교예1(LCO-비코팅)Comparative Example 1 (LCO-uncoated) 실시예1(LCO-Zr 코팅)Example 1 (LCO-Zr coating) 비교예2(Graphite-비코팅)Comparative Example 2 (Graphite-uncoated) 실시예2(Graphite-Zr 코팅)Example 2 (Graphite-Zr coating) a [Å]a [Å] 2.8172.817 2.8172.817 2.4622.462 2.4622.462 c [Å]c [Å] 14.0714.07 14.0614.06 6.7346.734 6.7336.733

충방전 특성Charge and discharge characteristics

도 8과 도 9는 본 발명에 따른 양극(LiCoO2) 및 음극(흑연)에 대해 ZrO2 세라믹 코팅을 처리한 전극과 세라믹 코팅처리 하지 않은 전극에 대해 CR2032 coin-cell에서 상온, 0.1C의 속도로 초기 충방전 특성을 비교한 그래프이다.8 and 9 are graphs showing the relationship between the ZrO 2 ceramic coated anode and the non-ceramic coated electrode on the anode (LiCoO 2 ) and cathode (graphite) according to the present invention at room temperature, 0.1 C To-charge ratio.

도 8 및 도 9에서 본 발명에 따라 자연산화 및 건조되어 ZrO2층이 형성된 전극(실시예1 및 실시예2)과 ZrO2층이 형성되지 않은 전극(비교예1 및 비교예2)의 0.1C 초기충방전 결과를 참조하면, ZrO2층이 형성된 전극의 충방전 특성이 ZrO2층이 형성되지 않은 전극보다 비용량 및 충방전 효율이 소폭 감소되는 것을 알 수 있다. 그 결과를 하기 표 2에 정리하였다.8 and 9 show the results of measurement of the values of 0.1 (absolute value) of the electrode (Comparative Example 1 and Comparative Example 2) in which the ZrO 2 layer was naturally oxidized and dried according to the present invention and the ZrO 2 layer was not formed C refer to the initial charge-discharge results if, it can be seen that the charge and discharge characteristics of the electrode layer formed of a ZrO 2 specific capacity and charge-discharge efficiency is slightly lower than the electrode that the ZrO 2 layer is formed. The results are summarized in Table 2 below.

구분division 충전 [mAh/g]Charge [mAh / g] 방전 [mAh/g]Discharge [mAh / g] 효율 [%]efficiency [%] 비교예1(LCO_Bare)Comparative Example 1 (LCO_Bare) 153.6153.6 150.3150.3 97.897.8 실시예1(LCO_Zr Coating)Example 1 (LCO_Zr Coating) 145.4145.4 140.9140.9 96.996.9

도 10과 도 11은 0.1C부터 3C까지 충방전 속도가 변할 때의 비용량 변화를 측정한 그래프이다.Figs. 10 and 11 are graphs showing changes in specific capacity when the charge / discharge speed varies from 0.1C to 3C. Fig.

도 10 및 도 11에서 본 발명에 따라 자연산화 및 건조되어 ZrO2층이 형성된 전극(실시예1 및 실시예2))과 ZrO2층이 형성되지 않은 전극(비교예1 및 비교예2)의 율특성 결과를 참조하면, ZrO2층이 형성된 전극은 높은 C-rate일수록 율특성이 ZrO2층이 형성되지 않은 전극보다 개선됨을 알 수 있다. 높은 C-rate에서 좋은 전지 특성을 보일수록 폭발 위험이 줄어들어 안전성을 확보할 수 있기 때문에, 해당 결과는 우수한 안전성을 가지는 것을 의미한다. 그 결과를 하기 표 3 및 표 4에 정리하였다.(Example 1 and Example 2) in which a ZrO 2 layer was formed by natural oxidation and drying according to the present invention in FIGS. 10 and 11) and an electrode in which a ZrO 2 layer was not formed (Comparative Example 1 and Comparative Example 2) Referring to the rate characteristic results, it can be seen that the higher the C-rate of the electrode having the ZrO 2 layer, the better the rate characteristic than the electrode having no ZrO 2 layer. The higher the C-rate is, the better the safety is achieved because the explosion risk is reduced and the safety is secured. The results are summarized in Tables 3 and 4 below.

양극anode 비교예1(LCO-비코팅)Comparative Example 1 (LCO-uncoated) 실시예1(LCO-Zr 코팅)Example 1 (LCO-Zr coating) 평균 용량 [mAh/g]Average capacity [mAh / g] vs. 0.1C [%]etc. 0.1C [%] 평균 용량 [mAh/g]Average capacity [mAh / g] vs. 0.1C [%]etc. 0.1C [%] 0.1C0.1 C 149.8149.8 100.0100.0 138.9138.9 100.0100.0 0.2C0.2C 146.1146.1 97.697.6 135.3135.3 90.390.3 0.5C0.5 C 141.1141.1 94.294.2 132.4132.4 88.488.4 1C1C 120.1120.1 80.280.2 124.0124.0 82.882.8 3C3C 105.6105.6 70.570.5 118.3118.3 79.079.0

음극cathode 비교예2(Graphite-비코팅)Comparative Example 2 (Graphite-uncoated) 실시예2(Graphite-Zr 코팅)Example 2 (Graphite-Zr coating) 평균 용량 [mAh/g]Average capacity [mAh / g] vs. 0.1C [%]etc. 0.1C [%] 평균 용량 [mAh/g]Average capacity [mAh / g] vs. 0.1C [%]etc. 0.1C [%] 0.1C0.1 C 315.8315.8 100.0100.0 307.1307.1 100.0100.0 0.2C0.2C 306.8306.8 97.197.1 299.1299.1 94.794.7 0.5C0.5 C 243.1243.1 77.077.0 283.8283.8 89.889.8 1C1C 225.8225.8 71.571.5 259.6259.6 82.282.2 3C3C 190.3190.3 60.260.2 207.3207.3 65.665.6

도 12와 도 13은 같은 전지 조건에서 양극(LiCoO2) 및 음극(흑연)에 대해에 대해 1C의 속도로 충전, 3C의 속도로 방전하는 조건으로 장기 구동시 용량 유지 특성을 나타내는 그래프이다.FIGS. 12 and 13 are graphs showing capacity retention characteristics during long-term operation under the condition of charging at a rate of 1C for positive electrode (LiCoO 2 ) and negative electrode (graphite) under the same battery condition, and discharging at a rate of 3C.

도 12 및 도 13에서 본 발명에 따라 자연산화 및 건조된 ZrO2층이 형성된 전극(실시예1 및 실시예2)과 ZrO2층이 형성되지 않은 전극(비교예 1 및 비교예2)의 수명 특성 결과를 참조하면, 양극이 코팅된 전극 및 음극이 코팅된 전극의 충방전에 따른 용량 유지율(retention)은 세라믹 코팅되지 않은 전극보다 개선됨을 알 수 있다. 그 결과를 하기 표 5 및 표 6에 정리하였다. 12 and 13 show the results of measurement of the lifetime of the electrode (Comparative Example 1 and Comparative Example 2) in which the electrode (Example 1 and Example 2) in which the ZrO 2 layer naturally oxidized and dried and the ZrO 2 layer Referring to the characteristic results, it can be seen that the capacity retention according to charging and discharging of the electrode coated with the anode and the electrode coated with the cathode is improved as compared with the electrode not coated with the ceramic. The results are summarized in Tables 5 and 6 below.

양극
(1C 충전/3C 방전)
anode
(1C charge / 3C discharge)
비교예1(LCO-비코팅)Comparative Example 1 (LCO-uncoated) 실시예1(LCO-Zr 코팅)Example 1 (LCO-Zr coating)
용량 [mAh/g]Capacity [mAh / g] 용량 유지율 [%]Capacity retention rate [%] 용량 [mAh/g]Capacity [mAh / g] 용량 유지율 [%]Capacity retention rate [%] 1st cycle1 st cycle 108.7108.7 100.0100.0 119.4119.4 100.0100.0 10th cycle10 th cycle 106.6106.6 98.198.1 119.0119.0 99.699.6 30th cycle30 th cycle 104.5104.5 96.296.2 115.8115.8 97.097.0 50th cycle50 th cycle 102.5102.5 94.394.3 113.6113.6 95.295.2 100th cycle100 th cycle 99.899.8 91.891.8 110.2110.2 92.392.3

음극
(1C 방전/3C 충전)
cathode
(1C discharge / 3C charge)
비교예2(Graphite-비코팅)Comparative Example 2 (Graphite-uncoated) 실시예2(Graphite-Zr 코팅)Example 2 (Graphite-Zr coating)
용량 [mAh/g]Capacity [mAh / g] 용량 유지율 [%]Capacity retention rate [%] 용량
[mAh/g]
Volume
[mAh / g]
용량 유지율 [%]Capacity retention rate [%]
1st cycle1 st cycle 191.3191.3 100.0100.0 203.5203.5 100.0100.0 10th cycle10 th cycle 196.6196.6 102.8102.8 201.7201.7 99.199.1 30th cycle30 th cycle 147.0147.0 76.976.9 180.5180.5 88.788.7 50th cycle50 th cycle 141.5141.5 74.074.0 166.7166.7 82.082.0 100th cycle100 th cycle 96.596.5 50.550.5 135.8135.8 66.866.8

이상 살펴본 바와 같이 본 발명에 따르면 전극을 코팅 용액에 침지한 후, 자연산화 및 건조시킴으로써 전극 표면에 세라믹 코팅 층을 형성할 수 있으므로, 제조공정이 간단하고 경제적이다. 또한, 본 발명에 따라 전극 표면에 세라믹 코팅 층이 형성된 전극을 포함하는 전지는 용량 유지율, 안정성 등의 충방전 특성이 유지 또는 향상될 수 있다.As described above, according to the present invention, since the ceramic coating layer can be formed on the surface of the electrode by immersing the electrode in the coating solution, followed by natural oxidation and drying, the manufacturing process is simple and economical. Also, according to the present invention, a battery including an electrode in which a ceramic coating layer is formed on a surface of an electrode can maintain or improve charge / discharge characteristics such as capacity retention rate and stability.

Claims (8)

SiO2, Al2O3, ZrO2 및 하기 화학식 1로 나타내는 금속이온 착화합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 세라믹 전구체가 분산된 용액에 전극을 침지하는 단계; 및
용액에 침지된 전극을 건조시켜, 상기 세라믹 전구체를 산화시키는 단계; 를 포함하는 리튬이차전지 전극 코팅 방법:
[화학식 1]
M-(OR)n
화학식 1에서,
M은 Al, Na, Li, Ca, Sr, Ba, Zr, Hf, La, Y, Ge, Sc, Sb, Sm, Nb, Yb, Pr, Gd, K, Sn, Ta, In 및 Mg 으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나인 전이금속이며,
R은 탄소수 2 내지 6의 탄화수소이고,
n 은 2 내지 4의 정수이다.
Immersing the electrode in a solution in which at least one ceramic precursor selected from the group consisting of SiO 2 , Al 2 O 3 , ZrO 2 and a metal ion complex represented by the following formula 1 is dispersed; And
Drying the electrode immersed in the solution to oxidize the ceramic precursor; A lithium secondary battery electrode coating method comprising:
[Chemical Formula 1]
M- (OR) n
In formula (1)
M is a group consisting of Al, Na, Li, Ca, Sr, Ba, Zr, Hf, La, Y, Ge, Sc, Sb, Sm, Nb, Yb, Pr, Gd, K, Sn, A transition metal selected from the group consisting of a transition metal,
R is a hydrocarbon having 2 to 6 carbon atoms,
n is an integer of 2 to 4;
제1항에 있어서,
세라믹 전구체는 화학식 1로 나타내는 금속이온 착화합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상이며,
M은 Al, Na, Li, Ca, Sr, Ba, Zr, Hf, La, Y, Ge, Sc, Sb, Sm, Nb, Yb, Pr, Gd, K, Sn, Ta, In 및 Mg 으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나인 전이금속이고,
R은 탄소수 3 내지 4의 알킬기이며,
n 은 2 내지 4의 정수이다.
The method according to claim 1,
The ceramic precursor is at least one selected from the group consisting of metal ion complexes represented by the general formula (1)
M is a group consisting of Al, Na, Li, Ca, Sr, Ba, Zr, Hf, La, Y, Ge, Sc, Sb, Sm, Nb, Yb, Pr, Gd, K, Sn, And a transition metal,
R is an alkyl group having 3 to 4 carbon atoms,
n is an integer of 2 to 4;
제1항에 있어서,
세라믹 전구체는, 하기 구조식 중 어느 하나의 구조식을 갖는 금속이온 착화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬이차전지 전극 코팅 방법:
Figure pat00015
.
The method according to claim 1,
Wherein the ceramic precursor comprises a metal ion complex having a structural formula of any one of the following structural formulas:
Figure pat00015
.
제1항에 있어서,
세라믹 전구체는, 지르코늄 (IV) 이소프로폭사이드 또는 지르코늄 (IV) 이소부톡사이드인 것을 특징으로 하는 리튬이차전지 전극 코팅 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the ceramic precursor is zirconium (IV) isopropoxide or zirconium (IV) isobutoxide.
적어도 일면에 세라믹 산화물층을 포함하며,
상기 세라믹 산화물층은, Si, Zr, Al, Na, Li, Ca, Sr, Ba, Zr, Hf, La, Y, Ge, Sc, Sb, Sm, Nb, Yb, Pr, Gd, K, Sn, Ta, In 및 Mg 으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나의 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬이차전지 전극.
Comprising a ceramic oxide layer on at least one side,
Wherein the ceramic oxide layer is made of a material selected from the group consisting of Si, Zr, Al, Na, Li, Ca, Sr, Ba, Zr, Hf, La, Y, Ge, Sc, Sb, Sm, Nb, Yb, Pr, Ta, In, and Mg. 2. The lithium secondary battery electrode according to claim 1, wherein the metal is selected from the group consisting of Ta, In, and Mg.
제5항에 있어서,
세라믹 산화물층은, ZrO2를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬이차전지 전극.
6. The method of claim 5,
Wherein the ceramic oxide layer comprises ZrO 2 .
양극;
음극; 및
상기 양극과 음극 사이에 개재된 분리막; 및
리튬염 함유 비수액 전해액; 을 포함하며,
상기 양극 및 음극으로 이루어진 군으로부터 적어도 하나는 적어도 일면에 세라믹 산화물층을 포함하며,
상기 세라믹 산화물층은, Si, Zr, Al, Na, Li, Ca, Sr, Ba, Zr, Hf, La, Y, Ge, Sc, Sb, Sm, Nb, Yb, Pr, Gd, K, Sn, Ta, In 및 Mg 으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나의 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬이차전지.
anode;
cathode; And
A separation membrane interposed between the anode and the cathode; And
Non-aqueous electrolyte solution containing lithium salt; / RTI &gt;
At least one of the group consisting of the positive electrode and the negative electrode includes a ceramic oxide layer on at least one side,
Wherein the ceramic oxide layer is made of a material selected from the group consisting of Si, Zr, Al, Na, Li, Ca, Sr, Ba, Zr, Hf, La, Y, Ge, Sc, Sb, Sm, Nb, Yb, Pr, Ta, In, and Mg. The lithium secondary battery according to claim 1, wherein the metal is selected from the group consisting of Ta, In, and Mg.
제7항에 있어서,
세라믹 산화물층은, ZrO2를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬이차전지 전극.



8. The method of claim 7,
Wherein the ceramic oxide layer comprises ZrO 2 .



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