KR20190113541A - Lithium ion rechargeable battery - Google Patents

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KR20190113541A
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lithium ion
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히데카즈 야마모토
켄이치 가와세
아쓰시 니시모토
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삼성에스디아이 주식회사
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Abstract

Provided is a lithium ion secondary battery which comprises: a negative electrode mixture containing a graphite active material; and a negative electrode comprising a solid electrolyte interphase (SEI) film. The ration C (004) / C (110) of an X-ray diffraction peak intensity of the negative electrode is 20 or less. The porosity in the particle of the graphite active material is 5% or more. The SEI film contains sulfur atoms forming a SO_4 bond.

Description

리튬 이온 이차전지 {LITHIUM ION RECHARGEABLE BATTERY}Lithium Ion Secondary Battery {LITHIUM ION RECHARGEABLE BATTERY}

본 발명은 리튬 이온 이차전지에 관한 것이다. The present invention relates to a lithium ion secondary battery.

리튬 이온(lithium ion) 이차전지 등의 비수전해질 이차전지는, 노트북 컴퓨터(note PC). 휴대폰 등의 포터블(portable)기기의 전원으로서 널리 사용되고 있으며, 전기 자동차 또는 하이브리드(hybrid)자동차 등의 xEV에 적합한 전원으로서도 주목 받고 있다. 이러한 필요성에 대응하여 리튬 이온 이차전지의 수요가 급격하게 증가하고 있다. A nonaqueous electrolyte secondary battery such as a lithium ion secondary battery is a notebook computer (note PC). BACKGROUND ART It is widely used as a power source for portable devices such as mobile phones, and has attracted attention as a power source suitable for xEVs such as electric vehicles or hybrid vehicles. In response to this need, the demand for lithium ion secondary batteries is rapidly increasing.

상기 xEV에 적합한 리튬 이온 이차전지는 종래의 가솔린 엔진(gasoline engine)을 사용하는 자동차와 동등한 성능을 확보해야 하기 때문에, 고용량 및 장수명 특성이 요구된다. 또한, xEV에 적합한 리튬 이온 이차전지는 가솔린 엔진 차의 급유 시간과 동등한 시간 내에 충전을 완료하기 위해서 급속충전 특성도 요구된다.The lithium ion secondary battery suitable for the xEV is required to ensure the same performance as a vehicle using a conventional gasoline engine (gasoline engine), high capacity and long life characteristics are required. In addition, a lithium ion secondary battery suitable for xEV also requires fast charging characteristics in order to complete charging within a time equivalent to the fueling time of a gasoline engine car.

한편, 리튬 이온 이차전지의 고용량화 또는 장수명화에 관한 개발은 활발하게 진행되고 있지만, 급속충전 특성(고율 충방전 특성)에 관한 개발은 부진하다.On the other hand, the development of high capacity or long life of lithium ion secondary batteries has been actively progressed, but the development of rapid charge characteristics (high rate charge / discharge characteristics) is poor.

한편, 리튬 이온 이차전지를 제외한 다른 이차전지에서는 다양한 측면에서 충전 특성에 관한 연구가 수행되고 있으며, 예를 들어, 하기 특허문헌 1 내지 3 에서는 전해액에 특정 첨가제를 투입하는 것으로 리튬 이온 이차전지의 충방전 특성을 개선시키는 기술을 개시하고 있다. On the other hand, in the secondary batteries other than the lithium ion secondary battery, a study on the charging characteristics in various aspects has been carried out, for example, in the following Patent Documents 1 to 3 to charge a specific additive in the electrolyte by charging the lithium ion secondary battery A technique for improving discharge characteristics is disclosed.

특허문헌 1: 특허공개 1998-189042호 공보 Patent Document 1: Patent Publication No. 1998-189042

특허문헌 2: 특허공개 2013-101968호 공보 Patent Document 2: Patent Publication No. 2013-101968

특허문헌 3: 특허공개 2013-229307호 공보 Patent Document 3: Patent Publication No. 2013-229307

최근에 리튬 이온 이차전지의 고용량화에 따라, 흑연 활물질을 포함하는 음극의 충전 밀도도 높아지고 있다. 또한, 충전 밀도의 증가에 따른 급속 충방전 특성(즉, 고율 충방전 특성)의 저감을 개선하는 방안 중 하나로 음극에 포함되는 흑연 활물질 결정 구조의 제어가 검토되고 있다.In recent years, as the capacity of a lithium ion secondary battery becomes higher, the packing density of the negative electrode containing a graphite active material is also increasing. In addition, control of the graphite active material crystal structure included in the negative electrode has been studied as one of methods for improving the reduction of rapid charge and discharge characteristics (ie, high rate charge and discharge characteristics) according to an increase in the packing density.

그러나, 상술한 바와 같이 결정 구조가 제어된 흑연 활물질과, 상기 특허문헌 1 내지 3에 기재된 첨가제가 음극표면에 형성하는 SEI(solid electrolyte interface)막과의 상호작용에 대한 상세한 검토가 부재한 실정이다. 따라서, 음극표면의 상태와 음극에 포함되는 흑연 활물질의 결정 구조와의 작용을 상세하게 검토하여 새로운 결과를 얻을 수 있을 것으로 기대된다.However, there is no detailed study on the interaction between the graphite active material whose crystal structure is controlled as described above and the solid electrolyte interface (SEI) film formed by the additives described in Patent Documents 1 to 3 on the negative electrode surface. . Therefore, it is expected that new results can be obtained by examining the action of the surface of the negative electrode and the crystal structure of the graphite active material contained in the negative electrode in detail.

따라서, 본 발명의 목적은 고율에서의 충방전 특성이 향상된 리튬 이온 이차전지를 제공함에 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a lithium ion secondary battery with improved charge and discharge characteristics at high rates.

일 구현예에 따르면, 흑연 활물질을 포함하는 음극합제; 및 SEI(solid electrolyte interphase)막을 포함하는 음극을 구비하고, 상기 음극의 X선 회절 피크 강도의 비 C(004)/C(110)가 20 이하이며, 상기 흑연 활물질의 입자 내 공극률은 5% 이상이며, 상기 SEI막은 SO4 결합을 구성하는 황 원자를 포함하는, 리튬 이온 이차전지를 제공한다. 이에 따라, 리튬 이온 이차전지의 고율에서의 충방전 특성을 향상시킬 수 있다.According to one embodiment, the negative electrode mixture comprising a graphite active material; And a cathode including a solid electrolyte interphase (SEI) film, wherein the ratio C (004) / C (110) of the X-ray diffraction peak intensity of the cathode is 20 or less, and the porosity in the particles of the graphite active material is 5% or more. The SEI film provides a lithium ion secondary battery containing sulfur atoms constituting a SO 4 bond. Thereby, the charge / discharge characteristic at the high rate of a lithium ion secondary battery can be improved.

상기 흑연 활물질을 포함하는 음극합제의 두께는 50㎛이상일 수 있다. 이에 따라, 리튬 이온 이차전지의 고용량화를 실현할 수 있다.The negative electrode mixture including the graphite active material may be 50 μm or more. Thereby, high capacity | capacitance of a lithium ion secondary battery can be realized.

상기 흑연 활물질을 포함하는 음극합제의 두께는 60㎛이상일 수 있다. 이에 따라, 리튬 이온 이차전지의 고용량화를 실현할 수 있다.The negative electrode mixture including the graphite active material may be 60 μm or more. Thereby, high capacity | capacitance of a lithium ion secondary battery can be realized.

상기 음극의 X선 회절 피크 강도의 비 C(004)/C(110)가 8이하일 수 있다. 이에 따라, 리튬 이온 이차전지의 고용량화를 실현할 수 있다.The ratio C (004) / C (110) of the X-ray diffraction peak intensity of the cathode may be 8 or less. Thereby, high capacity | capacitance of a lithium ion secondary battery can be realized.

상기 흑연 활물질의 입자 내 공극률은 8% 이상일 수 있다. 이에 따라, 리튬 이온 이차전지의 고용량화를 실현할 수 있다.The porosity in the particles of the graphite active material may be 8% or more. Thereby, high capacity | capacitance of a lithium ion secondary battery can be realized.

상기 음극의 표면에 존재하는 황 원자는 음극의 표면에 존재하는 총 원자 수에 대하여 1원자% 이상일 수 있다. 이에 따라, 리튬 이온 이차전지의 고용량화를 실현할 수 있다.The sulfur atom present on the surface of the negative electrode may be 1 atomic% or more based on the total number of atoms present on the surface of the negative electrode. Thereby, high capacity | capacitance of a lithium ion secondary battery can be realized.

상기 흑연 활물질을 포함하는 음극합제의 충전 밀도는 1.5 g/cm3이상일 수 있다. 이에 따라, 리튬 이온 이차전지의 고용량화를 실현할 수 있다.The packing density of the negative electrode mixture including the graphite active material may be 1.5 g / cm 3 or more. Thereby, high capacity | capacitance of a lithium ion secondary battery can be realized.

상기 리튬 이온 이차전지는 1,3,2-디옥사티올란 2,2-디옥사이드를 함유하는 전해액을 추가로 포함할 수 있다. 이에 따라, 리튬 이온 이차전지의 고용량화를 실현할 수 있다. The lithium ion secondary battery may further include an electrolyte solution containing 1,3,2-dioxathiolane 2,2-dioxide. Thereby, high capacity | capacitance of a lithium ion secondary battery can be realized.

고율 충방전 특성이 향상된 리튬 이온 이차전지를 제공할 수 있다.It is possible to provide a lithium ion secondary battery with improved high rate charge and discharge characteristics.

도 1은 리튬 이온 이차전지의 구성을 개략적으로 나타내는 측단면도이다.1 is a side cross-sectional view schematically showing the configuration of a lithium ion secondary battery.

이하에 첨부 도면을 참조하면서, 본 발명이 바람직한 실시형태에 대해서 상세하게 설명한다. 한편, 본 명세서 및 도면에 있어서, 실질적으로 동일한 기능 구성을 가지는 구성 요소에 대해서는 동일한 부호를 부여하여 중복 설명을 생략하도록 한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Preferred embodiment of this invention is described in detail, referring an accompanying drawing below. In addition, in this specification and drawing, the same code | symbol is attached | subjected about the component which has a substantially same functional structure, and it abbreviate | omits duplication description.

먼저, 도 1을 참조하여 일 구현예에 따른 리튬 이온 이차전지의 구성에 대하여 설명한다. First, a configuration of a lithium ion secondary battery according to one embodiment will be described with reference to FIG. 1.

도 1에 도시한 바와 같이 리튬 이온 이차전지(10)은 양극(20), 음극(30), 세퍼레이터(40) 및 전해액을 포함한다. 한편, 리튬 이온 이차전지(10)의 형태는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 원통형, 각형, 라미네이트(laminate)형, 버튼(button)형 등 어떤 형태라도 제한 없이 사용할 수 있다.As shown in FIG. 1, the lithium ion secondary battery 10 includes a positive electrode 20, a negative electrode 30, a separator 40, and an electrolyte solution. On the other hand, the form of the lithium ion secondary battery 10 is not particularly limited, for example, any type such as cylindrical, square, laminate type, button type can be used without limitation.

상기 양극(20)은, 양극 집전체(21)와 양극 활물질층(22)을 구비한다. The positive electrode 20 includes a positive electrode current collector 21 and a positive electrode active material layer 22.

상기 양극 집전체(21)는 도전체로 사용되는 것이라면 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 알루미늄(aluminium), 스테인리스강(stainless) 강, 니켈 도금(nickel coated)강 등일 수 있다.The positive electrode current collector 21 is not particularly limited as long as it is used as a conductor, and may be, for example, aluminum, stainless steel, nickel coated steel, or the like.

상기 양극 활물질층(22)은 양극 활물질 및 도전재를 포함하고, 추가로 바인더를 더 포함할 수 있다. 한편, 양극 활물질, 도전재 및 바인더의 함유량은, 특별히 제한되지 않고 일반적인 리튬 이온 이차전지에서의 함유량을 사용할 수 있다.The cathode active material layer 22 may include a cathode active material and a conductive material, and may further include a binder. In addition, content of a positive electrode active material, a electrically conductive material, and a binder is not specifically limited, Content in a general lithium ion secondary battery can be used.

상기 양극 활물질은, 예를 들어, 리튬을 포함하는 고용체 산화물이다. 단, 양극 활물질은 전기 화학적으로 리튬 이온을 흡장 및 방출할 수 있는 물질이라면 특별히 제한되지 않는다. 고용체 산화물은 예를 들어, 상기 양극 활물질은 리튬 코발트 산화물, 리튬 니켈 산화물, 리튬 망간 산화물, 리튬 니켈 코발트 망간 산화물, 리튬 니켈 코발트 알루미늄 산화물, 리튬 철 인산화물 또는 이들의 조합일 수 있다. 또한 상기 고용체 산화물은 LiaMnxCoyNizM1-x-y-zO2 (M은 Ni, Co, Mn, Al, Cr, Ti 또는 Mg 중에서 선택된 적어도 하나, 0.8≤a≤1.45, 0≤x≤0.6, 0≤y≤0.3, 0.2≤z≤0.98), LiMnxCoyNizO2 (0.3≤x≤0.85, 0.1≤y≤0.3, 0.1≤z≤0.3), LiMn1.5Ni0.5O4 등일 수 있다.The positive electrode active material is, for example, a solid solution oxide containing lithium. However, the positive electrode active material is not particularly limited as long as it is a material capable of electrochemically storing and releasing lithium ions. For example, the solid solution oxide may be lithium cobalt oxide, lithium nickel oxide, lithium manganese oxide, lithium nickel cobalt manganese oxide, lithium nickel cobalt aluminum oxide, lithium iron phosphate, or a combination thereof. In addition, the solid solution oxide is Li a Mn x Co y Ni z M 1-xyz O 2 (M is at least one selected from Ni, Co, Mn, Al, Cr, Ti or Mg, 0.8≤a≤1.45, 0≤x≤ 0.6, 0≤y≤0.3, 0.2≤z≤0.98), LiMn x Co y Ni z O 2 (0.3≤x≤0.85, 0.1≤y≤0.3, 0.1≤z≤0.3), LiMn 1.5 Ni 0.5 O 4, etc. Can be.

도전재는 예를 들어, 케첸 블랙(ketjen black) 또는 아세틸렌 블랙(acetylene black) 등의 카본블랙(carbon black), 천연흑연, 인조흑연, 카본 나노튜브(carbon nanotubes), 그라펜(graphene) 또는 카본 나노파이버(carbon nanofibers)등의 섬유형 탄소, 상기 섬유형 탄소 및 카본블랙(carbon black)의 복합체 등을 이용할 수 있다. 단, 도전재는 양극의 도전성을 높이기 위한 것이라면 특별히 제한되지 않는다. The conductive material may be, for example, carbon black such as ketjen black or acetylene black, natural graphite, artificial graphite, carbon nanotubes, graphene or carbon nano Fibrous carbon such as fibers (carbon nanofibers), a composite of the fibrous carbon and carbon black, and the like can be used. However, the conductive material is not particularly limited as long as it is for enhancing the conductivity of the positive electrode.

바인더는, 예를 들어, 폴리 불화 비닐리덴(polyvinylidene fluoride), 에틸렌프로필렌 디엔(ethylene-propylene-diene) 삼원공중합체, 스티렌 부타디엔 고무(styrene-butadiene rubber), 아크릴로니트릴 부타디엔 고무(acrylonitrile-butadiene rubber), 플루오르 고무(fluoro rubber), 폴리 아세트산 비닐(polyvinyl acetate), 폴리메틸 메타크릴레이트(polymethylmethacrylate), 폴리에틸렌(polyethylene), 니트로셀룰로오스(cellulose nitrate)등을 사용할 수 있으며, 양극 활물질 및 도전재를 양극 집전체(21)상에 결착시킬 수 있는 것이라면 특별히 제한되지 않는다.The binder is, for example, polyvinylidene fluoride, ethylene-propylene-diene terpolymer, styrene-butadiene rubber, acrylonitrile-butadiene rubber ), Fluoro rubber, polyvinyl acetate, polymethylmethacrylate, polyethylene, cellulose nitrate, etc. can be used. If it can bind | conclude on the collector 21, it will not specifically limit.

상기 음극(30)은 음극 집전체(31) 및 음극 활물질층(32)을 포함한다. 음극 집전체(31)는 도전체라면 어떤 것이라도 사용할 수 있다. The negative electrode 30 includes a negative electrode current collector 31 and a negative electrode active material layer 32. The negative electrode current collector 31 can be used as long as it is a conductor.

상기 음극 집전체(31)는, 예를 들어, 구리, 동합금, 알루미늄, 스테인리스 강, 니켈 도금 강철 등일 수 있다. The negative electrode current collector 31 may be, for example, copper, copper alloy, aluminum, stainless steel, nickel plated steel, or the like.

상기 음극 활물질층(32)은 적어도 음극 활물질을 포함하고, 도전재와 바인더를 추가로 포함할 수 있다. 한편, 음극 활물질, 도전재 및 바인더의 함유량의 비율은 특별히 제한되지 않고, 일반적인 리튬 이온 이차전지에서 이용할 수 있는 함유량의 비율을 사용할 수 있다. The negative electrode active material layer 32 may include at least a negative electrode active material, and may further include a conductive material and a binder. In addition, the ratio of content of a negative electrode active material, a electrically conductive material, and a binder is not restrict | limited, The ratio of content which can be used with a general lithium ion secondary battery can be used.

상기 음극 활물질은 적어도 흑연 활물질을 포함하며, 예를 들어, 인조흑연, 천연흑연, 인조흑연과 천연흑연의 혼합물, 인조흑연으로 피복한 천연흑연 등일 수 있다. 또한, 음극 활물질은 흑연 활물질에 추가로 규소(Si)또는 주석(Sn)계 활물질, 산화 티탄(TiOx)계 활물질 등을 포함할 수 있다. 규소 또는 주석계 활물질은 규소 또는 주석의 미립자, 규소 또는 주석의 산화물의 미립자, 규소 또는 주석의 합금 등을 사용할 수 있으며, 산화 티탄계 활물질은 Li4Ti5O12 등일 수 있다.The negative electrode active material includes at least a graphite active material, and may be, for example, artificial graphite, natural graphite, a mixture of artificial graphite and natural graphite, natural graphite coated with artificial graphite, and the like. In addition, the negative electrode active material may further include a silicon (Si) or tin (Sn) -based active material, a titanium oxide (TiO x ) -based active material, etc., in addition to the graphite active material. As the silicon or tin-based active material, fine particles of silicon or tin, fine particles of oxides of silicon or tin, alloys of silicon or tin, and the like may be used. The titanium oxide-based active material may be Li 4 Ti 5 O 12 or the like.

상기 도전재는 양극 활물질층(22)에 사용되는 도전재와 동일한 것을 사용할 수 있다.The conductive material may be the same as the conductive material used for the positive electrode active material layer 22.

상기 바인더는, 예를 들어, 스티렌 부타디엔 고무(styrene-butadiene rubber: SBR)등을 이용할 수 있다. 단, 바인더는 음극 활물질 및 도전재를 음극 집전체(31)상에 결착시킬 수 있는 것이라면, 특별히 제한되지 않는다. As the binder, for example, styrene-butadiene rubber (SBR) may be used. However, the binder is not particularly limited as long as the binder can bind the negative electrode active material and the conductive material onto the negative electrode current collector 31.

일 구현예에 따른 음극(30)은, 음극 활물질로서 흑연 활물질을 포함하고, 흑연의 (004)면의 X선 회절 피크 강도와, 흑연의 (110)면의 X선 회절 피크 강도의 비 C(004)/C(110)가 20이하, 바람직하게는 8이하일 수 있다. 상기 C(004)/C(110)으로 표현되는 X선 회절 피크 강도의 비는 흑연 결정의 배향 정도를 나타낸다.The negative electrode 30 according to the embodiment includes a graphite active material as a negative electrode active material, and the ratio C (X-ray diffraction peak intensity of the (004) plane of graphite and the X-ray diffraction peak intensity of the (110) plane of graphite) 004) / C 110 may be 20 or less, preferably 8 or less. The ratio of the X-ray diffraction peak intensities represented by C (004) / C (110) indicates the degree of orientation of the graphite crystals.

한편, C(004)/C(110)으로 표현되는 X선 회절 피크 강도의 비 값이 클수록 흑연 층의 배향성이 높고, 흑연 층이 측정 면에 대해 더욱 평행하게 배향되어 있는 것을 의미한다.On the other hand, the larger the ratio of the X-ray diffraction peak intensities represented by C (004) / C (110), the higher the orientation of the graphite layer, which means that the graphite layer is more parallel to the measurement plane.

흑연 층의 배향성이 높을 경우, 흑연 층은 보다 규칙적으로 적층되는 것으로서, 적층된 흑연 층간의 간극이 감소하기 때문에 리튬 이온이 흑연의 결정 구조의 내부로 삽입되거나 이탈되기가 어려워진다. 이에 따라, C(004)/C(110)으로 표현되는 X선 회절 피크 강도의 비가 클수록, 리튬 이온 이차전지의 고율 충방전 특성이 저하될 수 있다. 따라서, 일 구현예에 따른 리튬 이온 이차전지(10)는 음극(30)의 X선 회절 피크 강도의 비 C(004)/C(110)을 20 이하, 예를 들어 8 이하로 제한한다. When the orientation of the graphite layer is high, the graphite layers are stacked more regularly, and it is difficult for lithium ions to be inserted or released into the crystal structure of the graphite because the gap between the stacked graphite layers is reduced. Accordingly, the higher the ratio of the X-ray diffraction peak intensities represented by C (004) / C (110), the lower the high rate charge / discharge characteristics of the lithium ion secondary battery may be. Therefore, the lithium ion secondary battery 10 according to an embodiment limits the ratio C (004) / C110 of the X-ray diffraction peak intensity of the negative electrode 30 to 20 or less, for example, 8 or less.

한편, 음극(30)의 X선 회절 피크 강도의 비 C(004)/C(110)의 하한 값은 특별히 한정되지 않지만, 흑연의 결정 구조상, 예를 들어, 7 이상일 수 있다.On the other hand, the lower limit of the ratio C (004) / C (110) of the X-ray diffraction peak intensity of the cathode 30 is not particularly limited, but may be, for example, 7 or more on the crystal structure of graphite.

한편, 상술한 음극(30)의 X선 회절 피크 강도의 비 C(004)/C(110)는, 리튬 이온 이차전지(10)의 초기 충방전 후의 만 충전시의 측정값이고, 음극(30)의 제작시의 측정값은 아니다. 음극(30)에 포함되는 흑연 활물질은, 리튬 이온의 흡장 또는 방출에 의해 상기 흑연 활물질의 결정 구조가 변화될 수 있다. 이에 따라, 상기 초기 충방전 후의 만 충전시에 측정한 C(004)/C(110)의 값은, 음극(30)의 제작시에 측정한 값과 직접적으로 비교될 수 없음을 유의해야 한다.On the other hand, the ratio C (004) / C (110) of the X-ray diffraction peak intensity of the negative electrode 30 described above is a measured value at the time of full charge after the initial charge and discharge of the lithium ion secondary battery 10, the negative electrode 30 ) Is not a measured value at the time of manufacture. In the graphite active material included in the negative electrode 30, the crystal structure of the graphite active material may be changed by occluding or releasing lithium ions. Accordingly, it should be noted that the value of C (004) / C110 measured at full charge after the initial charge and discharge cannot be directly compared with the value measured at the time of fabrication of the negative electrode 30.

상기 음극(30)에 함유되는 흑연 활물질의 입자 내 공극률이 5% 이상, 바람직하게는 8% 이상일 수 있다. 상술한 바와 같이, 일 구현예에 따른 음극(30)은, 음극에 함유되는 흑연 활물질의 배향을 낮게 제어함으로써 흑연 활물질 입자 내의 리튬 이온의 삽입 및 탈리가 용이하도록 공극을 형성할 수 있다. 특히, 일 구현예에 따른 음극(30)은, 흑연 활물질의 입자간의 공극이 아니라 흑연 활물질의 입자 내의 공극을 보다 많이 형성하는 것이므로, 이에 따른 리튬 이온 이차전지(10)는 고율 충방전을 반복한 경우에도 용량 저하가 억제될 수 있다. 이것은, 흑연 활물질의 입자간의 공극은, 충방전에 수반하는 흑연 활물질의 팽창 또는 수축에 기인하는 입자간의 미끄러짐에 의해 왜곡 또는 변형되기 쉬운 반면, 입자내의 공극은 왜곡 또는 변형되기 어렵기 때문에 상술한 바와 같은 효과의 차이가 발생하는 것으로 생각된다. 따라서, 흑연 활물질의 입자내 공극률이 5% 미만인 경우, 고율 충방전 특성이 저하될 수 있으므로 바람직하지 않다. 한편, 흑연 활물질의 입자내 공극률의 상한 값은 특별히 한정되지 않지만 흑연 활물질의 결정 구조상, 예를 들어, 20% 이하일 수 있다.The porosity in the particles of the graphite active material contained in the negative electrode 30 may be 5% or more, preferably 8% or more. As described above, the negative electrode 30 according to the embodiment may form voids to facilitate the insertion and desorption of lithium ions in the graphite active material particles by controlling the orientation of the graphite active material contained in the negative electrode. In particular, since the negative electrode 30 according to the embodiment forms more voids in the particles of the graphite active material rather than the voids between the particles of the graphite active material, the lithium ion secondary battery 10 according to this repeats high rate charge and discharge. Even in this case, a decrease in capacity can be suppressed. This is because the voids between the particles of the graphite active material tend to be distorted or deformed due to the slippage between particles due to the expansion or contraction of the graphite active material accompanying charge and discharge, whereas the voids in the particles are difficult to be distorted or deformed. It is thought that the same effect difference occurs. Therefore, when the intraparticle porosity of the graphite active material is less than 5%, high rate charge and discharge characteristics may be lowered, which is not preferable. On the other hand, the upper limit of the intraparticle porosity of the graphite active material is not particularly limited, but may be, for example, 20% or less on the crystal structure of the graphite active material.

흑연 활물질의 입자내 공극률은, 예를 들어, 초기 충전 후에 만충전한 리튬 이온 이차전지(10)를 해체하여 음극(30)을 분리하고, 상기 음극(30)의 음극합제의 단면을 SEM(Scanning Electron Microscope) 사진으로 관측하여 산출할 수 있다.In the particle porosity of the graphite active material, for example, after initial charging, the fully charged lithium ion secondary battery 10 is disassembled to separate the negative electrode 30, and the cross section of the negative electrode mixture of the negative electrode 30 is SEM (Scanning Electron). It can be calculated by observing with a microscope.

구체적으로, 흑연 활물질의 입자내 공극률은 SEM 화상에서 관찰되는 흑연 활물질의 입자내의 빈 영역의 단면적을 입자내 전체 단면적으로 나누어 산출할 수 있다.Specifically, the intraparticle porosity of the graphite active material can be calculated by dividing the cross sectional area of the empty region in the particles of the graphite active material observed in the SEM image by the entire cross sectional area of the particle.

음극합제의 두께는 50㎛ 이상, 예를 들어, 60㎛ 이상일 수 있다. 음극합제의 두께가 상술한 범위내인 경우, 리튬 이온 이차전지(10)의 고용량화를 실현할 수 있다.The negative electrode mixture may have a thickness of 50 μm or more, for example, 60 μm or more. When the thickness of the negative electrode mixture is in the above-described range, high capacity of the lithium ion secondary battery 10 can be realized.

단, 음극합제의 두께가 증가하는 경우, 리튬 이온 이차전지(10)의 용량이 증대될 수 있는 반면, 양극(20), 음극(30) 및 세퍼레이터(40)를 적층 및 권회하여 전극조립체를 형성하는 것이 어려워질 수 있다. 따라서, 음극합제의 두께의 상한 값은, 예를 들어, 150㎛일 수 있다. 일 구현예에 따른 리튬 이온 이차전지(10)에서는, 음극합제의 두께를 전극조립체의 형성이 곤란하지 않을 정도로 유지하면서, 흑연 활물질의 배향 및 입자 내의 공극률을 상기 범위로 제어함으로써 고용량과 고율 충방전 특성을 달성할 수 있다. However, when the thickness of the negative electrode mixture increases, the capacity of the lithium ion secondary battery 10 may be increased, whereas the positive electrode 20, the negative electrode 30, and the separator 40 are stacked and wound to form an electrode assembly. It can be difficult to do. Therefore, the upper limit of the thickness of the negative electrode mixture may be 150 μm, for example. In the lithium ion secondary battery 10 according to one embodiment, while maintaining the thickness of the negative electrode mixture to the extent that it is not difficult to form the electrode assembly, by controlling the orientation of the graphite active material and the porosity in the particles in the above range, high capacity and high rate charge and discharge Characteristics can be achieved.

한편, 상술한 음극합제의 두께는 음극(30)의 단면(cross-section)의 두께이다. 다시 말해, 상술한 음극합제의 두께는, 집전체(31)의 양면에 음극 활물질층(32)이 배치될 경우에는 양면의 음극 활물질층(32)의 합계 값이며, 집전체(31)의 단면에만 음극 활물질층(32)이 배치될 경우에는 단면의 음극 활물질층(32)만의 값이다.On the other hand, the thickness of the negative electrode mixture described above is the thickness of the cross-section of the negative electrode (30). In other words, when the negative electrode active material layer 32 is disposed on both surfaces of the current collector 31, the thickness of the negative electrode mixture described above is the total value of the negative electrode active material layers 32 on both sides, and the cross section of the current collector 31 is used. When the negative electrode active material layer 32 is disposed only, the value is only the negative electrode active material layer 32 in the cross section.

상기 음극(30)에서 음극합제의 충전 밀도는 1.5g/cm3이상이 바람직하다. 흑연 활물질을 포함하는 음극합제의 충전 밀도가 상술한 범위에 해당하는 경우, 리튬 이온 이차전지(10)의 고용량화를 달성할 수 있다. 단, 음극합제의 충전 밀도를 높이는 경우 리튬 이온 이차전지(10)의 용량을 증대시킬 수 있는 반면, 리튬 이온 이차전지(10)의 충방전 특성이 저하될 수 있다. 그러나, 일 구현예에 따른 리튬 이온 이차전지(10)에서 흑연 활물질의 배향 및 입자 내 공극률을 제어함으로써 고율 충방전 특성을 향상시킬 수 있기 때문에, 음극합제의 충전 밀도를 높일 수 있다. 이에 따른 리튬 이온 이차전지(10)에서는 고용량과 고율 충방전 특성을 양립시킬 수 있다. 한편, 흑연 활물질의 음극합제의 충전 밀도의 상한 값은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어, 1.8g/cm3일 수 있다.The packing density of the negative electrode mixture in the negative electrode 30 is preferably 1.5g / cm 3 or more. When the packing density of the negative electrode mixture containing the graphite active material falls within the above-described range, high capacity of the lithium ion secondary battery 10 can be achieved. However, when the charge density of the negative electrode mixture is increased, the capacity of the lithium ion secondary battery 10 may be increased while the charge and discharge characteristics of the lithium ion secondary battery 10 may be reduced. However, in the lithium ion secondary battery 10 according to the embodiment, since the high rate charge / discharge characteristics may be improved by controlling the orientation and porosity of the graphite active material, the packing density of the negative electrode mixture may be increased. Accordingly, in the lithium ion secondary battery 10, high capacity and high rate charge / discharge characteristics may be compatible. The upper limit of the packing density of the negative electrode mixture of the graphite active material is not particularly limited, but may be, for example, 1.8 g / cm 3 .

또한, 일 구현예에 따른 음극(30)에서는 음극 표면에 SEI막이 형성되고, 상기 SEI막은 SO4결합 단위를 구성하는 황 원자를 포함할 수 있다. SEI막은, 초기 충방전시에 음극(30)의 표면에서 전해액이 분해되면서 이에 의해 형성되는 극 박막이다. 구체적으로 SEI막은, 음극(30)을 함침하는 전해액 및 상기 전해액의 첨가제의 분해물 등에 의해 형성되는 극 박막이다. SEI막은, 음극(30)내 리튬 이온의 삽입 또는 이탈을 도움으로써, 음극(30)의 추가적인 전해액 분해 반응을 억제할 수 있다. In addition, in the cathode 30 according to the exemplary embodiment, an SEI film may be formed on the surface of the cathode, and the SEI film may include sulfur atoms constituting the SO 4 coupling unit. The SEI film is an electrode thin film formed by decomposing an electrolyte solution on the surface of the cathode 30 during initial charge and discharge. Specifically, the SEI film is an electrode thin film formed of an electrolyte solution impregnated with the cathode 30 and a decomposition product of an additive of the electrolyte solution. The SEI film can suppress further electrolyte solution decomposition reaction of the negative electrode 30 by assisting insertion or removal of lithium ions into the negative electrode 30.

일 구현예에 따른 리튬 이온 이차전지(10)에서는, 음극(30)의 SEI막에 SO4 결합 단위를 구성하는 황 원자가 포함됨에 따라, SO4와 리튬 이온과의 정전기적 상호작용을 통해 음극(30) 표면의 리튬 이온의 농도를 증가시킬 수 있다. 이에 따라, 음극(30)에서의 리튬 이온의 삽입 또는 이탈이 용이하여 리튬 이온 이차전지(10)의 고율 충방전 특성이 향상될 수 있다.In the lithium ion secondary battery 10 according to the exemplary embodiment, as the sulfur atom constituting the SO 4 coupling unit is included in the SEI film of the negative electrode 30, the negative electrode may be formed through electrostatic interaction between SO 4 and lithium ions. 30) It is possible to increase the concentration of lithium ions on the surface. Accordingly, it is easy to insert or detach lithium ions from the negative electrode 30 to improve the high rate charge / discharge characteristics of the lithium ion secondary battery 10.

다만, 흑연 활물질의 C(004)/C(110)로 나타내는 배향이 높을 경우에는, 상기 SEI막에 SO4 결합 단위를 구성하는 황 원자를 함유함에 따른 효과가 저감될 수 있다. 이는, 흑연 활물질에 리튬 이온이 삽입 가능한 공극이 감소하면 음극(30) 표면의 리튬 이온 농도가 증가해도 흑연 활물질로의 리튬 이온의 삽입이 촉진될 수 없기 때문으로 생각된다. 반면에, 일 구현예에 따른 리튬 이온 이차전지(10)와 같이 흑연 활물질의 C(004)/C(110)로 나타내는 배향이 낮을 경우에는, SEI막에 SO4 결합 단위를 구성하는 황 원자를 함유함으로써 보다 높은 효과를 달성할 수 있다. However, when the orientation represented by C (004) / C (110) of the graphite active material is high, the effect of containing sulfur atoms constituting the SO 4 bonding unit in the SEI film may be reduced. This is considered to be because when the pores into which lithium ions can be inserted into the graphite active material decrease, even if the lithium ion concentration on the surface of the negative electrode 30 increases, the insertion of lithium ions into the graphite active material cannot be promoted. On the other hand, when the orientation represented by C (004) / C (110) of the graphite active material is low, such as the lithium ion secondary battery 10 according to the embodiment, sulfur atoms constituting the SO 4 bonding unit are formed in the SEI film. By containing, higher effect can be achieved.

한편, SO4 결합 단위를 구성하는 황 원자의 SEI막에서의 함량 비율은 1원자% 이상인 것이 바람직하다. 이러한 경우, 음극표면의 SEI막에 리튬 이온을 가까이 끌어 당기는 SO4를 포함할 수 있으므로, 리튬 이온 이차전지(10)의 고율 충방전 특성이 향상될 수 있다. SEI막에서의 황 원자의 함량 비율의 상한 값은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어, 10 원자%일 수 있다.On the other hand, the content ratio of the SEI film on the sulfur atom of the SO 4 bonding units is preferably not less than 1 atom%. In this case, since the SEI film on the surface of the negative electrode may include SO 4 that draws lithium ions close to each other, high rate charge and discharge characteristics of the lithium ion secondary battery 10 may be improved. The upper limit of the content ratio of sulfur atoms in the SEI film is not particularly limited, but may be, for example, 10 atomic%.

상기 세퍼레이터(40)는 리튬 이온 이차전지의 세퍼레이터로서 사용되는 것이라면 특별한 제한 없이 사용할 수 있다. 예를 들어, 우수한 고율방전 성능을 가지는 다공막, 부직포 등을 단독으로 또는 복수로 혼합하여 사용할 수 있다. 세퍼레이터를 구성하는 수지는 예를 들어, 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리프로필렌(polypropylene)등의 폴리올레핀(polyolefin)계 수지, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(polybutylene terephthalate)등의 폴리에스테르(polyester)계 수지, 폴리 불화 비닐리덴(PVdF), 불화 비닐리덴(VdF)-헥사플루오로프로필렌(HFP) 공중합체, 불화 비닐리덴-퍼플루오로비닐에테르(perfluorovinyl ether) 공중합체, 불화 비닐리덴-테트라플루오로에틸렌(tetrafluoroethylene) 공중합체, 불화 비닐리덴-트리플루오로 에틸렌(trifluoroethylene) 공중합체, 불화 비닐리덴-플루오로 에틸렌(fluoroethylene) 공중합체, 불화 비닐리덴-헥사플루오로 아세톤(hexafluoroacetone) 공중합체, 불화 비닐리덴-에틸렌(ethylene) 공중합체, 불화 비닐리덴-프로필렌(propylene) 공중합체, 불화 비닐리덴-트리플루오로 프로필렌(trifluoro propylene) 공중합체, 불화 비닐리덴-테트라플루오로에틸렌(tetrafluoroethylene)-헥사플루오로 프로필렌(hexafluoropropylene) 공중합체, 불화 비닐리덴-에틸렌(ethylene)-테트라플루오로에틸렌(tetrafluoroethylene) 공중합체 등일 수 있다. The separator 40 can be used without particular limitation as long as it is used as a separator of a lithium ion secondary battery. For example, a porous membrane, a nonwoven fabric, or the like having excellent high rate discharge performance may be used alone or in combination. The resin constituting the separator is, for example, a polyolefin resin such as polyethylene or polypropylene, polyester terephthalate, polyester such as polybutylene terephthalate, or the like. (polyester) resin, polyvinylidene fluoride (PVdF), vinylidene fluoride (VdF) -hexafluoropropylene (HFP) copolymer, vinylidene fluoride-perfluorovinyl ether copolymer, vinylidene fluoride Tetrafluoroethylene copolymer, vinylidene fluoride-trifluoroethylene copolymer, vinylidene fluoride-fluoroethylene copolymer, vinylidene fluoride-hexafluoroacetone aerial Copolymer, vinylidene fluoride-ethylene copolymer, vinylidene fluoride propylene copolymer, vinylidene fluoride Trifluoro propylene copolymer, vinylidene fluoride-tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer, vinylidene fluoride-ethylene-tetrafluoroethylene air Coalescing and the like.

상기 전해액은, 리튬 이온 이차전지의 전해액으로서 이용할 수 있는 것이라면 특별한 제한 없이 사용할 수 있다. 전해액은 비수용매에 전해질염을 포함하는 조성을 가질 수 있다. The electrolyte can be used without particular limitation as long as it can be used as an electrolyte for a lithium ion secondary battery. The electrolyte may have a composition including an electrolyte salt in the nonaqueous solvent.

비수용매는 예를 들어, 프로필렌 카보네이트(propylene carbonate), 에틸렌 카보네이트(ethylene carbonate), 부틸렌 카보네이트(butylene carbonate), 클로로 에틸렌 카보네이트(chloroethylene carbonate), 비닐렌 카보네이트(vinylene carbonate) 등의 환형탄산 에스테르(ester)류; γ-부티로락톤(butyrolactone), γ-발레로락톤(valerolactone)등의 환형 에스테르류; 디메틸 카보네이트(dimethyl carbonate), 디에틸카보네이트(diethyl carbonate), 에틸 메틸 카보네이트(ethyl methyl carbonate)등의 쇄상 카보네이트류; 포름산 메틸(methyl formate), 아세트산 메틸(methyl acetate), 부티르산 메틸(methyl butyrate)등의 쇄상 에스테르류; 테트라하이드로푸란(tetrahydrofuran)또는 그 유도체; 1,3-디옥산(dioxane), 1,4-디옥산(dioxane), 1,2-디메톡시 에탄(dimethoxyethane), 1,4-디부톡시에탄(dibutoxyethane), 메틸 디글라임(methyl diglyme) 등의 에테르(ether)류; 아세토니트릴(acetonitrile), 벤조니트릴(benzonitrile) 등의 니트릴(nitrile)류; 디옥솔란(dioxolane) 또는 그 유도체; 에틸렌 설파이드(ethylene sulfide), 설포란(sulfolane), 술톤(sultone) 또는 그 유도체 등을 단독으로 또는 복수로 혼합하여 사용할 수 있다.The nonaqueous solvent is, for example, a cyclic carbonate such as propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, chloroethylene carbonate, and vinylene carbonate. ); cyclic esters such as γ-butyrolactone and γ-valerolactone; Chain carbonates such as dimethyl carbonate, diethyl carbonate and ethyl methyl carbonate; Chain esters such as methyl formate, methyl acetate and methyl butyrate; Tetrahydrofuran or derivatives thereof; 1,3-dioxane, 1,4-dioxane, 1,2-dimethoxyethane, 1,4-dibutoxyethane, methyl diglyme, etc. Ethers; Nitriles such as acetonitrile and benzonitrile; Dioxolane or derivatives thereof; Ethylene sulfide, sulfolane, sultone, or derivatives thereof may be used alone or in combination.

전해질 염은 기존의 리튬 이온 전지에 사용되는 것을 특별히 제한 없이 사용할 수 있다. 전해질 염은 예를 들어 LiN(SO2F)2, LiFSA(리튬 비스 플루오로 술포닐 아미드), LiFSI(리튬 비스 플루오로 술포닐 이미드), LiClO4, LiBF4, LiAsF6, LiPF6, LiPF6-x(CnF2n+1)x (1<x<6, n = 1 또는 2), LiSCN, LiBr, LiI, Li2SO4, Li2B10Cl10, NaClO4, NaI, NaSCN, NaBr, KClO4, KSCN 등의 리튬(Li), 나트륨(Na) 또는 칼륨(K) 중에서 1종을 포함하는 무기 이온 염, LiCF3SO3, LiN(CF3SO2)2, LiN(C2F5SO2)2, LiN(CF3SO2)(C4F9SO2), LiC(CF3SO2)3, LiC(C2F5SO2)3, (CH3)4NBF4, (CH3)4NBr, (C2H5)4NClO4, (C2H5)4NI, (C3H7)4NBr, (n-C4H9)4NClO4, (n-C4H9)4NI, (C2H5)4N-말레이트(maleate), (C2H5)4N-벤조에이트(benzoate), (C2H5)4N-프탈레이트(phthalate), 리튬 스테아릴 술포네이트(lithium stearyl sulfonate), 리튬 옥틸 술포네이트(lithium octyl sulfonate), 리튬 도데실 벤젠술포네이트(lithium dodecyl benzenesulfonate)등의 유기 이온 염 등을 사용할 수 있고, 상기 전해질염은 단독으로 또는 복수로 혼합하여 사용할 수 있다. 상기 전해질 염은 리튬염을 포함할 수 있다. 한편, 전해질염의 농도는 일반적인 리튬 이온 이차전지에서 사용되는 농도(0.8 mol/L 내지 2.0 mol/L)일 수 있다.The electrolyte salt can be used without particular limitation as used in conventional lithium ion batteries. Electrolyte salts include, for example, LiN (SO 2 F) 2 , LiFSA (lithium bis fluoro sulfonyl amide), LiFSI (lithium bis fluoro sulfonyl imide), LiClO 4 , LiBF 4 , LiAsF 6 , LiPF 6 , LiPF 6-x (CnF 2n + 1 ) x (1 <x <6, n = 1 or 2), LiSCN, LiBr, LiI, Li 2 SO 4 , Li 2 B 10 Cl 10 , NaClO 4 , NaI, NaSCN, NaBr , Inorganic ion salt containing one of lithium (Li), sodium (Na) or potassium (K) such as KClO 4 , KSCN, LiCF 3 SO 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 , LiN (CF 3 SO 2 ) (C 4 F 9 SO 2 ), LiC (CF 3 SO 2 ) 3 , LiC (C 2 F 5 SO 2 ) 3 , (CH 3 ) 4 NBF 4 , (CH 3 ) 4 NBr, (C 2 H 5 ) 4 NClO 4 , (C 2 H 5 ) 4 NI, (C 3 H 7 ) 4 NBr, (nC 4 H 9 ) 4 NClO 4 , (nC 4 H 9 ) 4 NI, (C 2 H 5 ) 4 N-maleate, (C 2 H 5 ) 4 N-benzoate, (C 2 H 5 ) 4 N-phthalate, lithium ste Lithium stearyl sulfonate, lithium octyl sulfonate, lithium dodecyl benzenesulfonate organic ionic salts such as esulfonate) and the like, and the electrolyte salts may be used alone or in combination. The electrolyte salt may comprise a lithium salt. Meanwhile, the concentration of the electrolyte salt may be a concentration (0.8 mol / L to 2.0 mol / L) used in a general lithium ion secondary battery.

한편, 전해액에는, 각종 첨가제를 첨가할 수 있다. 상기 첨가제는 예를 들어, 음극작용 첨가제, 양극작용 첨가제, 에스테르계 첨가제, 탄산 에스테르계 첨가제, 황산 에스테르계 첨가제, 인산 에스테르계 첨가제, 붕산 에스테르계 첨가제, 산무수물계 첨가제, 전해질계 첨가제 등을 사용할 수 있으며, 이러한 첨가제를 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 전해액에 첨가할 수 있다.In addition, various additives can be added to electrolyte solution. As the additive, for example, cathodic additives, anodizing additives, ester additives, carbonate ester additives, sulfuric acid ester additives, phosphate ester additives, boric acid ester additives, acid anhydride additives, electrolyte additives, etc. may be used. The additives may be added alone or in mixture of two or more kinds thereof.

일 구현예에 따른 리튬 이온 이차전지의 전해액은, 1,3,2-디 옥사티올란 2,2-디옥사이드(DTD) 첨가제를 함유할 수 있다. DTD는 환형의 황산 에스테르이며, 리튬 이온 이차전지(10)의 초기 충방전시에 분해되어 음극(30)상에 SEI막을 형성할 수 있다. 상기 DTD는 주로 SO4 결합 단위로 분해되기 때문에, DTD의 분해물은 음극(30)의 표면의 SEI막에 SO4결합 단위로서 포함될 수 있다. 따라서, 전해액에 DTD를 함유시킴으로써, 음극(30)의 표면의 SEI막에 상술한 SO4결합 단위를 구성하는 황 원자를 포함할 수 있다. 특히, DTD는 SO4결합 단위로 분해될 가능성이 높기 때문에 음극(30) 표면의 SEI막에 SO4결합을 구성하는 황 원자를 보다 효율적으로 포함할 수 있다.The electrolyte of a lithium ion secondary battery according to one embodiment may contain 1,3,2-dioxathiolane 2,2-dioxide (DTD) additive. DTD is a cyclic sulfuric acid ester, and decomposed during initial charge and discharge of the lithium ion secondary battery 10 to form an SEI film on the negative electrode 30. Since the DTD is mainly decomposed into SO 4 bonding units, the decomposition products of the DTD may be included as SO 4 bonding units in the SEI film on the surface of the cathode 30. Therefore, it is possible to contain the sulfur atom of the SO 4 in the coupling unit described above SEI film on the surface of the incorporation of a DTD in the electrolyte, the negative electrode 30. In particular, since the DTD is likely to be decomposed into SO 4 bonding units, the DTD may more efficiently include sulfur atoms constituting the SO 4 bonds in the SEI film on the surface of the cathode 30.

한편, 상기 SO4결합 단위로 분해되는 첨가제는 DTD의 이외에도 4-메틸-1,3,2-디 옥사티올란 2,2-디옥사이드, 4-에틸-1,3,2-디 옥사티올란 2,2-디옥사이드, 4-플루오로-1,3,2-디 옥사티올란 2,2-디옥사이드, 4-클로로-1,3,2-디 옥사티올란 2,2-디옥사이드, 4-페닐-1,3,2-디 옥사티올란 2,2-디옥사이드 등일 수 있다.Meanwhile, the additive decomposed into the SO 4 bonding unit is 4-methyl-1,3,2-dioxathiolane 2,2-dioxide, 4-ethyl-1,3,2-dioxathiolane 2,2 in addition to DTD. -Dioxide, 4-fluoro-1,3,2-dioxathiolan 2,2-dioxide, 4-chloro-1,3,2-dioxathiolan 2,2-dioxide, 4-phenyl-1,3, 2-dioxathiolane 2,2-dioxide and the like.

상기 리튬 이온 이차전지(10)의 제조 방법에 대하여 설명한다. The manufacturing method of the said lithium ion secondary battery 10 is demonstrated.

상기 양극(20)은 이하의 방법으로 제작한다. 먼저, 양극 활물질, 도전재 및 바인더를 소정의 비율로 혼합하고, 이를 용매(예를 들어, N-메틸-2-피롤리돈)에 분산시켜서 양극 슬러리(slurry)를 형성한다. 상기 양극 슬러리를 양극 집전체(21)상에 도포하고 이를 건조하여 양극 활물질층(22)을 형성한다. 한편, 상기 도포 방법은 특별히 한정되지 않으며 예를 들어, 나이프코터(knife coater)법, 그라비아 코터(gravure coater)법 등을 사용할 수 있다. 이후, 프레스(press)기로 양극 활물질층(22)을 소정의 밀도가 되도록 압축하여 양극(20)을 제작한다. The positive electrode 20 is produced by the following method. First, the positive electrode active material, the conductive material, and the binder are mixed at a predetermined ratio, and then dispersed in a solvent (for example, N-methyl-2-pyrrolidone) to form a positive electrode slurry. The positive electrode slurry is coated on the positive electrode current collector 21 and dried to form the positive electrode active material layer 22. On the other hand, the coating method is not particularly limited, for example, a knife coater (grave coater) method, a gravure coater (gravure coater) method and the like can be used. Thereafter, the positive electrode active material layer 22 is compressed to a predetermined density by using a press to produce a positive electrode 20.

음극(30)도 양극(20)과 동일한 방법으로 제작한다. 먼저, 음극 활물질 및 바인더를 소정의 비율로 혼합하고, 이를 용매 (예를 들어, 물)에 분산시켜서 음극 슬러리(slurry)를 형성한다. 상기 음극 슬러리를 음극 집전체(31)상에 도포하고 이를 건조하여 음극 활물질층(32)을 형성한다. 이후, 프레스기로 음극 활물질층(32)을 소정의 밀도가 되도록 압축하여 음극(30)을 제작한다.The cathode 30 is also manufactured in the same manner as the anode 20. First, the negative electrode active material and the binder are mixed in a predetermined ratio and dispersed in a solvent (for example, water) to form a negative electrode slurry, which is applied onto the negative electrode current collector 31 and It is dried to form the negative electrode active material layer 32. Thereafter, the negative electrode active material layer 32 is compressed to a predetermined density by using a press to produce a negative electrode 30.

상술한 방법으로 제작된 양극(20) 및 음극(30) 사이에 세퍼레이터(40)를 개재하여 전극조립체를 제작한다. 상기 전극조립체는 원하는 형태(예를 들어, 원통형, 각형, 라미네이트형, 버튼형 등)로 가공하여 가공된 형태의 용기에 삽입한다. 이후, 상기 용기 내에 전해액을 주입하여 세퍼레이터(40)의 각 기공에 전해액을 함침시킨다. 이에 따라, 리튬 이온 이차전지(10)를 제작한다.An electrode assembly is manufactured through the separator 40 between the anode 20 and the cathode 30 manufactured by the above-described method. The electrode assembly is processed into a desired shape (eg, cylindrical, square, laminated, button, etc.) and inserted into a processed container. Thereafter, the electrolyte is injected into the container to impregnate the electrolyte in each of the pores of the separator 40. Thereby, the lithium ion secondary battery 10 is produced.

이하에서는 실시예 및 비교예를 참조하면서, 본 실시형태에 따른 리튬 이온 이차전지 및 리튬 이온 이차전지의 제조 방법에 대해서 구체적으로 설명한다. 한편, 하기 실시예는 하나의 예에 불과한 것으로서, 본 발명에 따른 리튬 이온 이차전지 및 리튬 이온 이차전지의 제조 방법은 하기의 실시예에 한정되지 않는다. Hereinafter, the manufacturing method of the lithium ion secondary battery and lithium ion secondary battery which concerns on this embodiment is demonstrated concretely, referring an Example and a comparative example. On the other hand, the following embodiment is only one example, the method of manufacturing a lithium ion secondary battery and a lithium ion secondary battery according to the present invention is not limited to the following examples.

실시예Example

(실시예 1: 리튬 이온 이차전지의 제작) Example 1 Fabrication of a Lithium Ion Secondary Battery

양극 활물질, 도전재 및 바인더는 각각 LiNi0.88Co0.1Al0.02O2 로 표현되는 리튬니켈코발트 산화물, 탄소분말 및 폴리불화비닐리덴을 사용했다. 양극 활물질, 도전재 및 바인더를 94:4:2의 중량비로 혼합하고, 이에 N-메틸-2-피롤리돈을 혼합하여 양극 슬러리(양극합제)를 제조했다. As the positive electrode active material, the conductive material, and the binder, lithium nickel cobalt oxide, carbon powder, and polyvinylidene fluoride represented by LiNi 0.88 Co 0.1 Al 0.02 O 2 were used, respectively. The positive electrode active material, the conductive material, and the binder were mixed in a weight ratio of 94: 4: 2, and N-methyl-2-pyrrolidone was mixed thereto to prepare a positive electrode slurry (positive electrode mixture).

두께 12㎛, 길이 238mm 및 폭 29mm의 알루미늄 박으로 이루어지는 집전체상에 상기 양극 슬러리를 집전체의 한 면에 길이 222mm 및 폭 29mm로 도포하고, 집전체의 일면과 대향하는 타면에 길이 172mm 및 폭 29mm로 도포했다. 양극 슬러리를 도포한 집전체를 건조한 후, 압연하여 양극 극판을 제작했다. 한편, 양극의 두께는 양면에서 125㎛이며, 집전체상의 양극합제의 양은 42.5mg/cm2이며, 양극합제의 충전 밀도는 3.75g/cm3이었다.The positive electrode slurry was applied on a current collector made of aluminum foil having a thickness of 12 μm, a length of 238 mm, and a width of 29 mm, with a length of 222 mm and a width of 29 mm on one side of the current collector, and a length of 172 mm and a width on the other surface facing one side of the current collector. 29 mm was applied. After drying the collector which apply | coated the positive electrode slurry, it rolled and produced the positive electrode plate. On the other hand, the thickness of the positive electrode was 125 µm on both sides, the amount of the positive electrode mixture on the current collector was 42.5 mg / cm 2 , and the packing density of the positive electrode mixture was 3.75 g / cm 3 .

그 후, 상기 양극 극판 중에 양극합제가 도포되지 않은 부분에 두께 70㎛, 길이 40mm 및 폭 4mm의 알루미늄 평판으로 구성된 집전 탭을 장착했다. Thereafter, a current collecting tab composed of an aluminum flat plate having a thickness of 70 μm, a length of 40 mm, and a width of 4 mm was attached to the portion of the positive electrode plate where the positive electrode mixture was not applied.

음극 활물질은 인조흑연 및 실리콘 함유 탄소를 사용하고, 바인더는 카르복시메틸셀룰로오스 및 스티렌 부타디엔 고무를 사용했다. 인조흑연, 실리콘 함유 탄소, 카르복시메틸셀룰로오스 및 스티렌 부타디엔 고무를 92.2:5.3:1.0:1.5의 중량비로 혼합하고, 이에 물을 첨가 혼합하여 음극 슬러리(음극합제)를 제조했다.As the negative electrode active material, artificial graphite and silicon-containing carbon were used, and as the binder, carboxymethyl cellulose and styrene butadiene rubber were used. Artificial graphite, silicon-containing carbon, carboxymethylcellulose and styrene butadiene rubber were mixed at a weight ratio of 92.2: 5.3: 1.0: 1.5, and water was added and mixed thereto to prepare a negative electrode slurry (cathode mixture).

그 후, 두께 8㎛, 길이 271mm 및 폭 30mm의 알루미늄 박으로 이루어지는 집전체상에 상기 음극 슬러리를 집전체의 한 면에 길이 235mm 및 폭 30mm로 도포하고, 집전체의 일면과 대향하는 타면에 길이 178mm 및 폭 30mm으로 도포했다. 음극 슬러리 도포후의 집전체를 건조한 후, 압연하여 음극 극판을 제작했다. 한편, 음극의 두께는 양면에서 148㎛이며, 집전체상의 음극합제의 양은 23.0mg/cm2이며, 음극합제의 충전 밀도는 1.65g/cm3이었다. 한편, 압연은, 다단계로 행하는 것으로, 음극의 C(004)/C(110)으로 표현되는 배향의 값이 증가하는 것을 억제한다. 또한, 상기의 음극 극판에서 음극합제가 도포되지 않은 부분에 두께 70㎛, 길이 40mm 및 폭 4mm의 니켈 평판의 집전 탭을 장착했다.Thereafter, the negative electrode slurry was applied on a current collector made of aluminum foil having a thickness of 8 μm, a length of 271 mm, and a width of 30 mm on one side of the current collector with a length of 235 mm and a width of 30 mm, and the length was on the other surface facing one side of the current collector. 178 mm and width 30 mm were applied. The collector after drying of the negative electrode slurry was dried and then rolled to produce a negative electrode plate. On the other hand, the thickness of the negative electrode was 148 μm on both sides, the amount of the negative electrode mixture on the current collector was 23.0 mg / cm 2 , and the packing density of the negative electrode mixture was 1.65 g / cm 3 . On the other hand, rolling is performed in multiple steps, and suppresses the increase in the value of the orientation represented by C (004) / C (110) of a cathode. In the negative electrode plate, a current collector tab of a nickel flat plate having a thickness of 70 μm, a length of 40 mm, and a width of 4 mm was attached to a portion where the negative electrode mixture was not applied.

에틸렌 카보네이트, 메틸에틸 카보네이트 및 디메틸 카보네이트를 20:40:40의 부피비로 혼합하여 비수용매를 제작했다. 상기 비수용매에 전해질염 LiPF6을 1.15mol/L의 농도가 되도록 용해하여 전해액을 제작했다. 상기 전해액에 비닐렌 카보네이트를 전해액 총중량에 대하여 1.5 중량%로 첨가하고, 1,3,2-디 옥사티올란 2,2-디옥사이드(DTD)를 전해액의 총중량에 대하여 1.0 중량%로 첨가했다. 상기에서 제작한 양극, 음극 및 전해액을 이용하여 리튬 이차전지를 제작했다. 구체적으로, 양극 및 음극은 이의 사이에 세퍼레이터를 개재해서 대향하게 배치하고, 이를 소정의 위치에서 되접어 꺾어서 감은 후 프레스하여 편평형의 전극조립체를 제작했다. 한편, 세퍼레이터는 길이 350mm 및 폭 32mm의 폴리에틸렌 다공체를 포함하는 세퍼레이터를 2장 이용했다. Ethylene carbonate, methylethyl carbonate and dimethyl carbonate were mixed in a volume ratio of 20:40:40 to prepare a nonaqueous solvent. Electrolyte salt LiPF 6 was dissolved in the nonaqueous solvent so as to have a concentration of 1.15 mol / L to prepare an electrolyte solution. Vinylene carbonate was added to the electrolyte at 1.5 wt% based on the total weight of the electrolyte, and 1,3,2-dioxathiolane 2,2-dioxide (DTD) was added at 1.0 wt% based on the total weight of the electrolyte. The lithium secondary battery was produced using the positive electrode, negative electrode, and electrolyte solution produced above. Specifically, the positive electrode and the negative electrode were disposed to face each other with a separator therebetween, folded at a predetermined position, wound, and pressed to produce a flat electrode assembly. On the other hand, the separator used two separators containing the polyethylene porous body of length 350mm and width 32mm.

상기 전극조립체를 알루미늄 라미네이트로 구성된 전지용기에 수납하고, 전지용기에 전해액을 주입했다. 이 때, 양극 및 음극의 집전 탭을 외부에 꺼낼 수 있도록 배치했다. 한편, 양극 및 음극의 집전 탭을 외부로 꺼낼 수 있도록 배치했다. 상기 제작된 리튬 이온 이차전지의 설계 용량은 480mAh이었다.The electrode assembly was housed in a battery container composed of aluminum laminate, and the electrolyte solution was injected into the battery container. At this time, it arrange | positioned so that the collector tab of a positive electrode and a negative electrode may be taken out outside. On the other hand, it arrange | positioned so that the collector tab of a positive electrode and a negative electrode may be taken out. The designed capacity of the prepared lithium ion secondary battery was 480 mAh.

(리튬 이온 이차전지의 평가)(Evaluation of Lithium Ion Secondary Battery)

계속해서, 상기에서 제작한 리튬 이온 이차전지의 초기 충방전을 행했다. 구체적으로는, 25℃에서 리튬 이온 이차전지를 48mA의 정전류에서 4.3V가 될 때까지 충전하고, 또한 4.3V의 정전압에서 전류값이 24mA가 될 때까지 충전한 후, 이어, 48mA의 정전류에서 2.8V가 될 때까지 방전을 행했다. 이 때의 방전 용량을 초기 용량 Q1로 했다. Subsequently, initial charge and discharge of the lithium ion secondary battery produced above was performed. Specifically, the lithium ion secondary battery was charged at 25 ° C. until it became 4.3 V at a constant current of 48 mA and further charged at a constant voltage of 4.3 V until the current value became 24 mA, followed by 2.8 at a constant current of 48 mA. The discharge was performed until it reached V. The discharge capacity at this time was made into initial stage Q1.

이어, 상술한 바와 같이 초기 충방전을 행한 리튬 이차전지에 대해서, 25℃, 240mA의 정전류에서 4.3V가 될 때까지 충전하고, 이어서, 4.3V의 정전압에서 전류값이 24mA가 될 때까지 충전했다. 그 후, 충전 후의 리튬 이온 이차전지를 해체하고, 음극 극판을 분리했다. 분리된 음극 극판에 대해서, 넓은 각도의 X선 회절 프로필을 측정했다. 한편, X선원은 CuKα으로 하고, 출력은 45kV 및 200mA로 했다. 얻어진 X선 회절 프로필에 대해서, 2θ= 48°내지 56°부근에 관측되는 흑연의 (004)면 및 2θ= 76°내지 79°부근에 관측되는 흑연의 (110)면 각각의 피크 강도를 측정했다. 그리고, 흑연의 (004)면의 피크 강도와 (110)면의 피크 강도 비 C(004)/C(110)를 산출했다. 이에 따른 결과를 하기의 표 1에 나타냈다. Subsequently, the lithium secondary battery subjected to initial charge and discharge as described above was charged at 25 ° C. and 240 mA constant current until it became 4.3 V, and then charged at a constant voltage of 4.3 V until the current value became 24 mA. . Thereafter, the charged lithium ion secondary battery was dismantled, and the negative electrode plate was separated. For the separated negative electrode plate, a wide angle X-ray diffraction profile was measured. On the other hand, the X-ray source was CuKα, and the output was 45 kV and 200 mA. About the obtained X-ray diffraction profile, the peak intensities of the (004) plane of graphite observed around 2θ = 48 ° to 56 ° and the (110) plane of graphite observed near 2θ = 76 ° to 79 ° were measured. . And the peak intensity ratio C (004) / C (110) of the (004) surface of graphite and the (110) surface was computed. The results are shown in Table 1 below.

한편, 피크 강도 비 C(004)/C(110)이 높을수록, 흑연 층이 측정 면에 대해 더 평행하게 배향하고 있는 것을 의미한다.On the other hand, the higher the peak intensity ratio C (004) / C (110) means that the graphite layer is oriented more parallel to the measurement plane.

또한, 상술한 바와 같이 초기 충방전을 행한 리튬 이차전지에 대해서, 25℃ 에서, 240mA의 정전류에서 4.3V가 될 때까지 충전한 후, 다시 4.3V의 정전압에서 전류값이 24mA가 될 때까지 충전했다.In addition, the lithium secondary battery subjected to the initial charge and discharge as described above was charged at 25 ° C. until it became 4.3 V at a constant current of 240 mA, and then again charged at a constant voltage of 4.3 V until the current value became 24 mA. did.

그 후, 충전후의 리튬 이온 이차전지를 해체하고, 음극 극판을 분리했다. 분리된 음극 극판에 대해서, Ar 이온 밀링(Ar ion milling) 가공(크로스섹션 폴리셔: cross section polisher)법에 의해, 음극합제의 단면을 제작하고, 제작한 단면의 SEM 화상을 얻었다. 취득한 SEM 화상에 대해서, 화상처리에 의해 흑연 활물질의 입자와 입자내 공극을 판별하고, 각각의 단면적비를 산출하여 흑연 활물질의 입자내 공극률을 산출했다. 이에 따른 결과를 하기의 표 1에 나타냈다.Thereafter, the charged lithium ion secondary battery was dismantled, and the negative electrode plate was separated. About the separated negative electrode plate, the cross section of the negative electrode mixture was produced by the Ar ion milling (cross section polisher) method, and the SEM image of the produced cross section was obtained. About the acquired SEM image, the particle | grains of a graphite active material and the intraparticle voids were discriminated by image processing, each cross-sectional area ratio was computed, and the intraparticle porosity of the graphite active material was computed. The results are shown in Table 1 below.

이어, 상술한 바와 같이 초기 충방전을 행한 리튬 이차전지에 대해서, 25℃, 240mA의 정전류에서 4.3V가 될 때까지 충전하고, 또 4.3V의 정전압에서 전류값이 24mA가 될 때까지 충전했다. 그 후, 충전 후의 리튬 이온 이차전지를 해체하고, 음극 극판을 분리하고, 분리된 음극 극판의 표면에 형성된 SEI막을 X선 광전자 분광법으로 해석하였다. 한편, X선원은 단색화 AlKα(1486.6eV)로 하고, 음극 극판의 해석 영역은 700㎛ Х 300㎛으로 했다. X선 광전자 분광법으로 얻은 스펙트럼을 해석하여 황의 조성율을 원자%로 산출했다. 이에 따른 결과를 하기의 표 1에 나타냈다.Subsequently, the lithium secondary battery subjected to initial charge and discharge as described above was charged at 25 ° C and 240mA constant current until it became 4.3V, and at 4.3V constant voltage until the current value became 24mA. Thereafter, the charged lithium ion secondary battery was dismantled, the negative electrode plate was separated, and the SEI film formed on the surface of the separated negative electrode plate was analyzed by X-ray photoelectron spectroscopy. On the other hand, the X-ray source was monochrome AlKα (1486.6 eV), and the analysis region of the negative electrode plate was 700 µm to 300 µm. Spectrum obtained by X-ray photoelectron spectroscopy was analyzed to calculate sulfur in atomic percent. The results are shown in Table 1 below.

또한, X선 광전자 분광법에서 얻은 스펙트럼에서 SEI막에 포함된 황 원자의 원자 상태 분석을 수행하였다. 황의 상태 분석은 F(1s)피크 및 S(2p)피크를 이용하였다.In addition, atomic state analysis of sulfur atoms contained in the SEI film was performed in the spectra obtained by X-ray photoelectron spectroscopy. The state analysis of sulfur used F (1s) peak and S (2p) peak.

예를 들어, 비특허문헌(Journal of the Electrochemical society,154(12)A 1088-A1099(2007))에 의하면, F(1s)의 피크는 685.1eV에서 관측되며, S(2p)의 피크는 SO4 및 SO3 각각에서 168.4eV 내지 171.1eV, 및 165.5eV 내지 167.5eV에서 관측된다. 따라서, F(1s)의 피크와 S(2p)의 피크와의 차이는, SO4에서는 516.7eV 내지 514.0eV이 되고, SO3에서는 519.6eV 내지 517.6eV가 된다. For example, according to the Journal of the Electrochemical Society, 154 (12) A 1088-A1099 (2007), the peak of F (1s) is observed at 685.1 eV, and the peak of S (2p) is SO. Observed at 168.4 eV to 171.1 eV, and 165.5 eV to 167.5 eV in 4 and SO 3, respectively. Therefore, the difference between the peak of F (1s) and the peak of S (2p) is 516.7 eV to 514.0 eV in SO 4 and 519.6 eV to 517.6 eV in SO 3 .

여기에서, X선 광전자 분광법에서 측정된 F(1s)의 피크의 값을 LiF로 가정하고, 상기 F(1s)의 피크를 기준으로 하는 S(2p)피크의 시프트량에 의해 황의 상태를 판정했다.Here, assuming the value of the peak of F (1s) measured by X-ray photoelectron spectroscopy as LiF, the state of sulfur was determined by the shift amount of S (2p) peak based on the peak of F (1s). .

다시 말해, 실시예 1의 음극 극판에서는, LiF(F(1s))피크는 681.7eV이며, S (2p)피크는 166.1eV이었다. 따라서, F(1s)피크 및 S(2p)피크의 관측 위치의 차이는 515.6eV이었다. 이는 상기 비특허문헌에 의하면, F(1s)의 피크와, SO4의 S(2p)의 피크와의 차이에 대응되는 것으로, 실시예 1에 관한 음극 극판의 SEI막에 포함되는 황 원자의 상태가 SO4임을 알 수 있다. In other words, in the negative electrode plate of Example 1, the LiF (F (1s)) peak was 681.7 eV, and the S (2p) peak was 166.1 eV. Therefore, the difference in the observation position of F (1s) peak and S (2p) peak was 515.6 eV. According to the above non-patent literature, this corresponds to the difference between the peak of F (1s) and the peak of S (2p) of SO 4 , and the state of sulfur atoms contained in the SEI film of the negative electrode plate according to Example 1 It can be seen that is SO 4 .

또한, 상술한 바와 같이 초기 충방전을 행한 리튬 이차전지에 대해서, 25℃, 240mA의 정전류에서 4.3V까지 충전한 후, 4.3V의 정전압에서 전류값이 24mA까지 충전하고, 이어 240mA의 전류로 2.8V까지 방전하였다. 이것을 1사이클로 하여, 100사이클의 충방전을 반복하였다. 그 후, 초기 용량Q1 및 100사이클의 방전 용량Q[0.5C]로부터, 하기 수학식 1을 이용하여 (0.5C)100사이클의 용량유지율을 구했다. In addition, the lithium secondary battery subjected to initial charge and discharge as described above was charged to 4.3 V at a constant current of 25 ° C. and 240 mA, and then charged to a current value of 24 mA at a constant voltage of 4.3 V, followed by 2.8 at a current of 240 mA. Discharged to V. 1 cycle was used and 100 cycles of charge and discharge were repeated. Then, from the initial capacity Q1 and the discharge capacity Q [0.5C] of 100 cycles, the capacity maintenance ratio of (0.5C) 100 cycles was calculated | required using following formula (1).

[수학식 1][Equation 1]

(0.5C)100사이클의 용량유지율(%)=(Q[0.5C]/Q1)Х100 (0.5C) Capacity retention rate of 100 cycles (%) = (Q [0.5C] / Q1)

또, 상기와 같이 초기 충방전을 행한 리튬 이차전지에 대해서, 25℃, 960mA의 정전류에서 4.3V까지 충전한 후, 4.3V의 정전압에서 전류값 24mA까지 충전하고, 이어 240mA의 전류로 2.8V까지 방전하였다. 이것을 1사이클로서, 99사이클의 충방전을 반복하였다. 그 후, 100사이클째에 240mV의 정전류에서 4.3V까지 충전하고, 4.3V의 정전압에서 전류값 24m까지 충전한 후, 240mA의 정전류에서 2.8V까지 방전하였다. 초기 용량Q1 및 100사이클의 방전 용량Q[2.0C]로부터, 하기 수학식 2을 이용하여 (2.0C)100사이클의 용량유지율을 구했다. In addition, the lithium secondary battery subjected to initial charge and discharge as described above was charged to 4.3 V at a constant current of 960 mA at 25 ° C., and then charged to a current value of 24 mA at a constant voltage of 4.3 V, and then to 2.8 V at a current of 240 mA. Discharged. As this cycle, 99 cycles of charge and discharge were repeated. Thereafter, the battery was charged at a constant current of 240 mV to 4.3 V at the 100th cycle, charged to a current value of 24 m at a constant voltage of 4.3 V, and then discharged to 2.8 V at a constant current of 240 mA. From the initial capacity Q1 and the discharge capacity Q [2.0 C] of 100 cycles, the capacity retention ratio of (2.0 C) 100 cycles was calculated using the following equation.

[수학식 2][Equation 2]

(2.0C)100사이클의 용량유지율(%)=(Q[2.0C]/Q1)Х100 (2.0C) Capacity retention rate of 100 cycles (%) = (Q [2.0C] / Q1)

실시예 및 비교예의 각각의 평가 결과를 하기의 표 1에 나타냈다. Each evaluation result of an Example and a comparative example is shown in Table 1 below.

한편, 실시예 2, 3 및 비교예 1은, 실시예 1에 비해 음극 제작시의 다단계 프레스의 횟수를 저감시킴으로써, 음극합제의 배향을 제어한 것이다. 또한, 실시예 4, 5 및 비교예 3은, 실시예 1에 비해 DTD의 첨가량을 감소 시키거나 DTD를 첨가하지 않음으로써, 음극 표면의 황 원자의 존재 비율을 제어한 것이다. 또한, 비교예 2는 실시예 1에 있어서, DTD를 대체하여 1,3-프로판 술톤(PS)을 첨가한 것으로, 음극표면의 황 원자의 결합 상태를 SO4 에서 SO3로 대체하여 제어한 것이다. 한편, 상기 실시예 및 비교예에 있어서, 집전체상의 양극합제 및 음극합제의 함량은 동일하다.On the other hand, in Examples 2, 3 and Comparative Example 1, the orientation of the negative electrode mixture is controlled by reducing the number of multi-stage presses during the production of the negative electrode, compared to Example 1. In addition, in Examples 4, 5 and Comparative Example 3, the presence ratio of sulfur atoms on the surface of the negative electrode was controlled by reducing the amount of DTD added or not adding DTD as compared with Example 1. In Comparative Example 2, 1,3-propane sultone (PS) was added in place of DTD, and the bonding state of sulfur atoms on the negative electrode surface was controlled by replacing SO 4 with SO 3 . . On the other hand, in the above examples and comparative examples, the content of the positive electrode mixture and the negative electrode mixture on the current collector is the same.

C(004)/C(110)
의 배향
C (004) / C (110)
Orientation of
입자내
공극률
[%]
In particle
Porosity
[%]
황 원자의
함량비율
[원자%]
Sulfur atom
Content ratio
[atom%]
황 원자의 결합상태Bond state of sulfur atom 0.5C사이클용량유지율
[%]
0.5C cycle capacity maintenance rate
[%]
2.0C사이클 용량유지율
[%]
2.0C cycle capacity maintenance rate
[%]
실시예1Example 1 7.47.4 9.29.2 1.51.5 S04 S0 4 9292 8080 실시예2Example 2 10.510.5 7.77.7 1.51.5 S04 S0 4 9292 7979 실시예3Example 3 14.014.0 6.56.5 1.51.5 S04 S0 4 9292 7575 실시예4Example 4 7.47.4 9.29.2 0.50.5 S04 S0 4 9292 7878 실시예5Example 5 7.47.4 9.29.2 0.10.1 S04 S0 4 9292 7373 비교예1Comparative Example 1 20.120.1 4.14.1 1.51.5 S04 S0 4 9292 7070 비교예2Comparative Example 2 7.47.4 9.29.2 0.60.6 S03 S0 3 9292 7070 비교예3Comparative Example 3 7.47.4 9.29.2 00 -- 9292 7272

표 1을 참조하면, 실시예 1 내지 5는, 일 구현예에 따른 구성을 가지므로 비교예 1 내지 3에 비하여 2.0C사이클의 용량유지율이 향상되고 있는 것을 알 수 있다. 한편, 비교예 1은, C(004)/C(110)으로 표현되는 배향 및 입자내 공극률이 일 구현예에 따른 범위를 벗어나기 때문에, 2.0C 사이클의 용량유지율이 저하되고 있는 것을 알 수 있다. 또한, 비교예 2는, 음극의 표면의 황 원자가 SO4 결합 단위를 구성하지 못하기 때문에, 2.0C사이클의 용량유지율이 저하되고 있는 것을 알 수 있다. 또한, 비교예 3은, 음극의 표면에 황 원자가 존재하지 않기 때문에, 2.0C사이클의 용량유지율이 저하되고 있는 것을 알 수 있다. Referring to Table 1, Examples 1 to 5 have a configuration according to one embodiment, it can be seen that the capacity retention rate of the 2.0C cycle compared to Comparative Examples 1 to 3 is improved. On the other hand, in Comparative Example 1, since the orientation and intra-particle porosity represented by C (004) / C (110) is out of the range according to one embodiment, it can be seen that the capacity retention rate of the 2.0C cycle is decreasing. In addition, in Comparative Example 2, since the sulfur atoms on the surface of the negative electrode do not constitute a SO 4 coupling unit, it can be seen that the capacity retention rate of 2.0 C cycles is reduced. Moreover, since the sulfur atom does not exist in the surface of a negative electrode in the comparative example 3, it turns out that the capacity retention rate of 2.0 C cycles is falling.

또, 실시예 1은, 실시예 2 및 3에 대하여, C(004)/C(110)으로 표현되는 배향 및 입자내 공극률이 일 구현예에 따른 바람직한 범위에 포함되기 때문에, 2.0C 사이클의 용량유지율이 더욱 증가하는 것을 알 수 있다. 또한, 실시예 1은, 실시예 4 및 5에 대하여, 음극의 표면의 황 원자의 함량 비율이 일 구현예에 따른 바람직한 범위에 포함되기 때문에, 2.0C 사이클의 용량유지율이 더욱 증가하는 것을 알 수 있다. In addition, Example 1 has a capacity of 2.0 C cycles, as for Examples 2 and 3, since the orientation and intraparticle porosity represented by C (004) / C (110) are included in a preferred range according to one embodiment. It can be seen that the retention rate is further increased. In addition, in Example 1, since the content ratio of sulfur atoms on the surface of the negative electrode is included in the preferred range according to the embodiment for Examples 4 and 5, it can be seen that the capacity retention rate of the 2.0C cycle further increases. have.

상기 실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 3의 리튬 이온 이차전지의 100 사이클 후의 리튬 이온 이차전지의 부피가 증가하는 정도를 측정하였다. 구체적으로는, 초기 충방전 후의 리튬 이온 이차전지의 두께와 (2.0C)100사이클 후의 리튬 이온 이차전지의 두께의 변화 비율을 측정했다. 한편, 리튬 이온 이차전지의 두께는 모두 만 충전상태에서 측정했다. The degree to which the volume of the lithium ion secondary battery after 100 cycles of the lithium ion secondary batteries of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 3 increased. Specifically, the change rate of the thickness of the lithium ion secondary battery after initial charge and discharge and the thickness of the lithium ion secondary battery after (2.0C) 100 cycles was measured. In addition, all the thickness of the lithium ion secondary battery was measured in fully charged state.

초기 충방전 후의 리튬 이온 이차전지의 두께를 기준으로 했을 경우의 (2.0C)100 사이클 후의 리튬 이온 이차전지의 두께의 증가 비율을 아래의 표 2에 나타낸다. The increase rate of the thickness of the lithium ion secondary battery after (2.0C) 100 cycles when the thickness of the lithium ion secondary battery after initial stage charging and discharging is based on it is shown in Table 2 below.

(2.0C) 100 cycle 후의 전지 팽창 정도(%)(2.0C)% expansion of battery after 100 cycles 실시예1Example 1 6.06.0 실시예2Example 2 6.26.2 실시예3Example 3 6.56.5 실시예4Example 4 6.46.4 실시예5Example 5 6.46.4 비교예1Comparative Example 1 9.99.9 비교예2Comparative Example 2 7.57.5 비교예3Comparative Example 3 7.17.1

표 2를 참조하면, 일 구현예에 따른 구성을 구비하는 실시예 1 내지 5은 비교예 1 내지 3에 비해 전지 부피 증가가 억제되는 것을 알 수 있다. 즉, 일 구현예에 따른 리튬 이온 이차전지는 고율 충방전에 의한 전지 부피 증가를 억제할 수 있다. 또한, 실시예 1은 실시예 2 내지 5에 비해 C(004)/C(110)으로 표현되는 배향, 입자내 공극률 및 음극의 표면의 황 원자의 함량 비율 모두 일 구현예에 따른 바람직한 범위에 포함되기 때문에, 전지 부피 증가가 더욱 효과적으로 억제됨을 알 수 있다. Referring to Table 2, Examples 1 to 5 having the configuration according to the embodiment can be seen that the increase in battery volume compared to Comparative Examples 1 to 3. That is, the lithium ion secondary battery according to one embodiment may suppress the increase in battery volume due to high rate charge and discharge. Further, Example 1 includes all of the orientations expressed in C (004) / C (110), the intra-particle porosity, and the content ratio of sulfur atoms on the surface of the negative electrode, compared to Examples 2 to 5, in the preferred range according to one embodiment. Therefore, it can be seen that the increase in battery volume is more effectively suppressed.

이상으로, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시형태에 대해서 상세하게 설명했으나, 본 발명은 상술한 예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명이 속하는 기술의 분야에 있어서의 통상의 지식을 소유하는 자라면, 특허청구의 범위에 기재된 기술적 사상의 범주 내에 있어서, 각종 변경예 또는 수정예에 이를 수 있는 것이 명확한 것들에 대해서도 당연히 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것이라고 이해할 수 있다. As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described in detail, referring an accompanying drawing, this invention is not limited to the above-mentioned example. Those who possess ordinary knowledge in the field of technology to which the present invention pertains should also naturally read the present invention, even if it is clear that various changes or modifications can be made within the scope of the technical idea described in the claims. It can be understood that it belongs to the technical scope of.

10: 리튬 이온 이차전지
20: 양극
21: 양극 집전체
22: 양극 활물질층
30: 음극
31: 음극 집전체
32: 음극 활물질층
40: 세퍼레이터
10: lithium ion secondary battery
20: anode
21: anode current collector
22: positive electrode active material layer
30: cathode
31: negative electrode current collector
32: negative electrode active material layer
40: separator

Claims (8)

흑연 활물질을 포함하는 음극합제; 및
SEI(solid electrolyte interphase)막을 포함하는 음극을 구비하고,
상기 음극의 X선 회절 피크 강도의 비 C(004)/C(110)가 20 이하이며,
상기 흑연 활물질의 입자 내 공극률은 5% 이상이며,
상기 SEI막은 SO4 결합을 구성하는 황 원자를 포함하는, 리튬 이온 이차전지.
A negative electrode mixture containing a graphite active material; And
A cathode including a solid electrolyte interphase (SEI) film,
The ratio C (004) / C (110) of the X-ray diffraction peak intensity of the cathode is 20 or less,
The porosity in the particles of the graphite active material is 5% or more,
The SEI film comprises a sulfur atom constituting the SO 4 bond, lithium ion secondary battery.
제 1항에 있어서,
상기 흑연 활물질을 포함하는 음극합제의 두께는 50㎛이상인, 리튬 이온 이차전지.
The method of claim 1,
The thickness of the negative electrode mixture containing the graphite active material is 50㎛ or more, lithium ion secondary battery.
제 2항에 있어서,
상기 흑연 활물질을 포함하는 음극합제의 두께는 60㎛이상인, 리튬 이온 이차전지.
The method of claim 2,
The thickness of the negative electrode mixture containing the graphite active material is 60㎛ or more, lithium ion secondary battery.
제 1항에 있어서,
상기 음극의 X선 회절 피크 강도의 비 C(004)/C(110)가 8 이하인, 리튬 이온 이차전지.
The method of claim 1,
Lithium ion secondary battery, the ratio C (004) / C (110) of the X-ray diffraction peak intensity of the negative electrode is 8 or less.
제 1항에 있어서,
상기 흑연 활물질의 입자 내 공극률은 8% 이상인, 리튬 이온 이차전지.
The method of claim 1,
The porosity in the particle of the graphite active material is at least 8%, lithium ion secondary battery.
제 1항에 있어서,
상기 음극의 표면에 존재하는 황 원자는 음극의 표면에 존재하는 총 원자 수에 대하여 1원자% 이상인, 리튬 이온 이차전지.
The method of claim 1,
The sulfur atom present on the surface of the negative electrode is at least 1 atomic% based on the total number of atoms present on the surface of the negative electrode, lithium ion secondary battery.
제 1항에 있어서,
상기 흑연 활물질을 포함하는 음극합제의 충전 밀도는 1.5 g/cm3 이상인, 리튬 이온 이차전지.
The method of claim 1,
The charge density of the negative electrode mixture containing the graphite active material is 1.5 g / cm 3 or more, lithium ion secondary battery.
제 1항에 있어서,
1,3,2-디 옥사티올란 2,2-디옥사이드를 함유하는 전해액을 추가로 포함하는, 리튬 이온 이차전지.
The method of claim 1,
A lithium ion secondary battery, further comprising an electrolyte solution containing 1,3,2-dioxathiolane 2,2-dioxide.
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