KR20200026629A - Electrode Having Pattered Coating Layer And Lithium Secondary Battery Comprising The Same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 안전성 향상을 위해 패턴화된 코팅층을 구비한 전극 및 이를 포함하는 리튬 이차전지 에 관한 것이다.The present invention relates to an electrode having a patterned coating layer and a lithium secondary battery including the same for improving safety.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 재충전이 가능하고 소형화 및 대용량화가 가능한 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있다. 또한, 이차전지 중 높은 에너지 밀도와 전압을 가지는 리튬 이차전지가 상용화되어 널리 사용되고 있다.As the technology development and demand for mobile devices increase, the demand for rechargeable batteries that can be recharged, miniaturized and large capacity is rapidly increasing. In addition, lithium secondary batteries having high energy density and voltage have been commercialized and widely used.
리튬 이차전지는 일반적으로 서로 다른 전위를 갖는 두 전극 및 상기 두 전극 사이에 전기적 단락을 방지하기 위한 분리막을 개재한 후, 상기 두 전극에 리튬 이온을 전달하는 전해질을 주입함으로써 제조된다. 상기 전해질로는 리튬염을 유기용매에 용해시킨 유기 전해액이 대부분 사용되고 있다.A lithium secondary battery is generally manufactured by interposing two electrodes having different potentials and a separator for preventing an electrical short between the two electrodes, and then injecting an electrolyte for transferring lithium ions to the two electrodes. As the electrolyte, most organic electrolyte solutions in which lithium salts are dissolved in an organic solvent are used.
이러한 리튬 이차전지에서 이물질에 의한 내부 단락이나 못(nail)과 같은 물질의 관통에 의한 외부 단락이 발생하는 경우 큰 전류가 흐르게 되어 발열 또는 폭발이 일어날 수 있어, 안전성의 향상이 중요하게 평가되고 있다.In such a lithium secondary battery, when an internal short circuit caused by a foreign material or an external short circuit occurs due to penetration of a material such as a nail, a large current flows and heat or explosion may occur, thereby improving safety. .
따라서, 이차전지의 안전성을 확보하기 위한 기술의 개발이 여러 각도에서 지속적으로 시도되고 있다.Therefore, the development of a technology for securing the safety of the secondary battery has been continuously tried from various angles.
본 발명은 리튬 이차전지의 안전성을 확보하기 위한 것으로, 본 발명의 한 목적은 내부 단락 또는 외부 단락이 발생하더라도 발열을 감소시켜 안전성을 향상시킬 수 있는 패턴화된 코팅층을 구비한 리튬 이차전지용 전극을 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 상기 전극을 제조하는 방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 상기 전극을 포함하는 리튬 이차전지를 제공하는 것이다. The present invention is to ensure the safety of the lithium secondary battery, an object of the present invention is to provide a lithium secondary battery electrode having a patterned coating layer that can improve the safety by reducing the heat generation even if an internal short or external short occurs To provide. Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing the electrode. Still another object of the present invention is to provide a lithium secondary battery including the electrode.
본 발명은 전술한 과제를 해결하기 위한 것으로서, 리튬 이차전지용 전극을 제공한다. 본 발명의 제1 측면은 상기 전극에 대한 것으로서 집전체 및 이의 적어도 일면에 형성된 전극 활물질층을 포함하며, 상기 전극 활물질층은 제1 패턴 영역 및 제2 패턴 영역을 포함하고 상기 제2 패턴 영역은 제1 패턴 영역의 저항보다 큰 것이다. The present invention is to solve the above problems, and provides an electrode for a lithium secondary battery. A first aspect of the present invention relates to the electrode and includes a current collector and an electrode active material layer formed on at least one surface thereof, wherein the electrode active material layer includes a first pattern region and a second pattern region, and the second pattern region is It is larger than the resistance of the first pattern region.
본 발명의 제2 측면은 상기 제1 측면에 있어서, 상기 제1 패턴 영역은 전극 활물질층 총 면적 대비 60면적% 내지 95면적 %인 것이다. According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the first pattern region is 60 to 95 area% of the total area of the electrode active material layer.
본 발명의 제3 측면은 전술한 측면 중 어느 하나에 있어서, 상기 제1 패턴 영역 및 상기 제2 패턴 영역은 각각 전극 활물질, 바인더 수지 및 도전재를 포함하고, 상기 제2 패턴 영역이 상기 제1 패턴 영역에 비해 바인더 수지의 함량이 높은 것이다. In a third aspect of the present invention, in any one of the above-described aspects, the first pattern region and the second pattern region each include an electrode active material, a binder resin, and a conductive material, and the second pattern region is the first pattern region. The content of the binder resin is higher than that of the pattern region.
본 발명의 제4 측면은 전술한 측면 중 어느 하나에 있어서, 상기 제2 패턴 영역의 바인더 수지 함량이 상기 제1 패턴 영역의 바인더 수지 함량의 1배 초과 5배 이하인 것이다. 본 발명의 제5 측면은 전술한 측면 중 어느 하나에 있어서, 상기 제1 패턴 영역 및 상기 제2 패턴 영역은 각각 전극 활물질, 바인더 수지 및 도전재를 포함하고, 상기 제2 패턴 영역이 고분자 수지 및 PTC(positive temperature coefficient) 물질 중 1종 이상을 더 포함하는 것이다. According to a fourth aspect of the present invention, in any one of the above-described aspects, the binder resin content of the second pattern region is more than one and five times less than the binder resin content of the first pattern region. In a fifth aspect of the present invention, in any one of the aforementioned aspects, the first pattern region and the second pattern region each include an electrode active material, a binder resin, and a conductive material, wherein the second pattern region includes a polymer resin and It further comprises at least one of PTC (positive temperature coefficient) material.
본 발명의 제6 측면은 전술한 측면 중 어느 하나에 있어서, 상기 고분자 수지는 바인더 수지에 비해 낮은 용융 온도를 갖는 것이다. In a sixth aspect of the present invention, in any one of the aforementioned aspects, the polymer resin has a lower melting temperature than the binder resin.
본 발명의 제7 측면은 전술한 측면 중 어느 하나에 있어서, 상기 제1 패턴 영역 및 상기 제2 패턴 영역은 각각 전극 활물질, 바인더 수지 및 도전재를 포함하고, 상기 제2 패턴 영역이 고분자 수지 및 PTC(positive temperature coefficient) 물질 중 1종 이상을 더 포함하는 것이다. In a seventh aspect of the present invention, the first pattern region and the second pattern region each include an electrode active material, a binder resin, and a conductive material, wherein the second pattern region includes a polymer resin and It further comprises at least one of PTC (positive temperature coefficient) material.
본 발명의 제8 측면은 전술한 측면 중 어느 하나에 있어서, 상기 고분자 수지는 바인더 수지에 비해 낮은 용융 온도를 갖는 것이다. In an eighth aspect of the present invention, in any one of the aforementioned aspects, the polymer resin has a lower melting temperature than the binder resin.
본 발명의 제9 측면은 전술한 측면 중 어느 하나에 있어서, 상기 고분자 수지 및 PTC(positive temperature coefficient) 물질은 상기 제2 패턴 영역의 전체 중량을 기준으로 1중량% 내지 10중량%의 범위로 포함되는 것이다. In a ninth aspect of the present disclosure, the polymer resin and the PTC (positive temperature coefficient) material may be included in the range of 1% by weight to 10% by weight based on the total weight of the second pattern region. It will be.
본 발명의 제10 측면은 전술한 측면 중 어느 하나에 있어서, 상기 전극 활물질층은 선형의 제1 패턴 영역(A)들과 제2 패턴 영역(B)들이 서로 교번하여 형성된 스트라이프 형상을 나타내는 것이다. In the tenth aspect of the present invention, the electrode active material layer has a stripe shape in which the linear first pattern regions A and the second pattern regions B are alternately formed.
본 발명의 제11 측면은 리튬 이차 전지에 대한 것으로서, 전술한 측면 중 어느 하나에 따른 전극을 포함하는 것이다. An eleventh aspect of the present invention relates to a lithium secondary battery, and includes an electrode according to any one of the aforementioned aspects.
본 발명에 따른 리튬 이차전지용 전극에 구비된 패턴화된 코팅층은 서로 다른 저항을 나타내는 제1 패턴영역 및 제2 패턴 영역을 포함하여, 내부 단락 또는 외부 단락의 발생시 저항이 낮은 제1 영역으로 전류가 집중되고, 저항이 상대적으로 높은 제2 영역은 저항부로 작용하여 단락 면적 및 발열량을 감소시킴으로써, 리튬 이차전지의 안전성을 향상시킬 수 있다.The patterned coating layer provided on the electrode for a lithium secondary battery according to the present invention includes a first pattern region and a second pattern region exhibiting different resistances, so that current flows to a first region having a low resistance when an internal short circuit or an external short circuit occurs. The concentrated second region having a relatively high resistance serves as a resistor to reduce the short-circuit area and the calorific value, thereby improving the safety of the lithium secondary battery.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 리튬 이차전지용 전극의 구조를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2 내지 4는 각각 본 발명의 일 실시형태에 따른 전극에 구비된 패턴화된 코팅층을 예시적으로 나타낸 것이다.1 schematically shows the structure of an electrode for a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention.
2 to 4 each show an exemplary patterned coating layer provided on an electrode according to one embodiment of the invention.
이하, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Hereinafter, the terms or words used in the present specification and claims should not be construed as being limited to the ordinary or dictionary meanings, and the inventors properly define the concept of terms in order to explain their inventions in the best way. It should be interpreted as meaning and concept corresponding to the technical idea of the present invention based on the principle that it can.
본 발명의 일 실시형태는 도 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 집전체(10) 및 이의 적어도 일면에 위치하는 전극 활물질층(20)을 포함하는 리튬 이차 전지용 전극(100, 100’, 100’’)에 대한 것으로서 상기 전극 활물질층은 소정의 패턴으로 패턴화된 것을 구성적 특징으로 한다.As shown in FIG. 1, an embodiment of the present invention includes a lithium
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 집전체(10)는 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인레스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the
상기 집전체의 두께는 특별히 제한되지는 않으나, 통상적으로 적용되는 3 내지 500 ㎛의 두께를 가질 수 있다.The thickness of the current collector is not particularly limited, but may have a thickness of 3 to 500 μm that is commonly applied.
본 발명에 있어서, 상기 전극 활물질층(20)은 서로 다른 저항 특성을 갖는 둘 이상의 영역들로 분할되어 패턴화되어 있는 것이다. 일 실시양태에 따르면 상기 전극은 서로 다른 저항 특성을 나타내는 제1 패턴 영역(A) 및 제2 패턴 영역(B)을 포함하도록 패턴화되어 있다. 상기 제1 패턴 영역과 제2 패턴 영역에 있어서 각 영역의 총 면적, 각 패턴 영역의 형태 및 크기는 동일하거나 상이할 수 있다.In the present invention, the electrode
본 발명의 일 실시양태에 있어서, 제1 패턴 영역(A)은 제2 패턴 영역(B)에 비해 낮은 저항값을 나타내도록 설계될 수 있다. 이때, 제1 패턴 영역과 제2 패턴 영역의 높이는 동일하며 전극 활물질층의 총 면적 대비 제1 패턴 영역이 차지하는 총 면적이 60면적% 내지 95면적%일 수 있다. 상기 면적%를 만족하는 한, 각 패턴 영역의 모양, 형상 및 치수는 특별히 한정되는 것은 아니다. 다만, 동일한 패턴 영역들은 전극 활물질층에 되도록 균일하게 분산된 형태로 분포되어 있어 어느 한 패턴 영역이 전극의 일부분으로 집중되지 않도록 배치되는 것이 바람직하다. 도 2 내지 도 4는 각각 본 발명의 일 실시형태에 따른 전극에 구비된 패턴화된 코팅층을 예시적으로 나타낸 것이다.In one embodiment of the present invention, the first pattern region A may be designed to exhibit a lower resistance value than the second pattern region B. FIG. In this case, the heights of the first pattern region and the second pattern region are the same, and the total area occupied by the first pattern region to the total area of the electrode active material layer may be 60 to 95 area%. As long as said area% is satisfied, the shape, shape, and dimension of each pattern area are not specifically limited. However, it is preferable that the same pattern regions are distributed in an evenly distributed form in the electrode active material layer so that any one pattern region is not concentrated as a part of the electrode. 2 to 4 each show an exemplary patterned coating layer provided on an electrode according to one embodiment of the invention.
도 2를 참조할 때, 상기 패턴화된 코팅층은 선형의 제1 패턴 영역(A)과 제2 패턴 영역(B)이 서로 교번하여 형성된 스트라이프 형상을 나타낼 수 있다. 또한, 도 3을 참조할 때, 상기 패턴화된 코팅층은 소정 면적을 갖는 장방형의 제1패턴 영역(A)과 제2패턴 영역(B)이 상하 좌우 교번된 형상의 매트릭스 형태를 이루며, 제1패턴 영역(A)의 저항 상승율이 제2패턴 영역(B)의 저항 상승율보다 작다. 다르게는 도트 형태의 다수의 제1 패턴 영역이 서로 소정 간격 이격되어 규칙적으로 배치되고 제1 패턴 영역을 제외한 나머지 부분은 제2 패턴 영역으로 채워질 수 있다. 또는 제1 패턴 영역과 제2 패턴 영역의 배치가 이와 반대로 될 수 있다. 여기에서 상기 도트 형태는 각각 독립적으로 원이나 다각형 또는 무정형의 폐곡선의 형태를 가질 수 있으며 특정한 어느 하나의 형태로 한정되는 것은 아니다. 도 4는 제1 패턴 영역이 도트 형태로 배열되어 있으며 제1 패턴 영역을 제외한 나머지 부분이 제2 패턴 영역으로 채워져 있는 전극(100’)을 예시적으로 도식화하여 나타낸 것이다. 이와 같이, 제1 패턴 영역 및 제2 패턴 영역은 각각 이들을 구성하는 패턴 요소들이 전극 활물질층에 고르게 분포되도록 배치된다. Referring to FIG. 2, the patterned coating layer may have a stripe shape in which the linear first pattern area A and the second pattern area B are alternately formed. In addition, referring to FIG. 3, the patterned coating layer forms a matrix in which a rectangular first pattern region A and a second pattern region B having a predetermined area are alternated up, down, left, and right. The resistance increase rate of the pattern region A is smaller than the resistance increase rate of the second pattern region B. FIG. Alternatively, a plurality of first pattern regions in a dot form may be regularly spaced apart from each other by a predetermined interval, and the remaining portions except for the first pattern region may be filled with the second pattern region. Alternatively, the arrangement of the first pattern region and the second pattern region may be reversed. Herein, the dot shapes may have a circle, polygon, or amorphous closed curve, respectively, and are not limited to any one form. FIG. 4 exemplarily illustrates the
본 발명의 일 실시양태에 있어서, 상기 제1 패턴 영역 및 제2 패턴 영역의 저항값은 상온(25℃)이나 전지가 정상적으로 구동하는 온도 범위에서는 저항값의 차이가 적다. 그러나, 상기 제1 패턴과 제2 패턴은 전지의 내부 온도가 비정상적으로 상승하는 경우, 예를 들어 전지의 내부 온도가 전극에 포함된 고분자 수지 및 바인더 수지 등의 고분자 재료의 용융 온도를 초과하는 경우, 또는 상기 용융 온도를 초과하는 정도로 상승하였다가 냉각된 경우에는 제2 패턴 영역의 저항값이 크게 증가된다. 전지의 단락(short circuit) 등과 같은 전지의 손상에 의해 전류가 저항이 낮은 국소 부위에 집중되고 이로 인해 급격하게 열이 발생될 수 있다. 본 발명은 이러한 문제를 해소하기 위한 것으로서, 전극 활물질층에 저저항 영역과 고저항 영역이 분포시킴으로써 네일(nail)과 같은 이물에 의한 관통 등 전지의 손상에 의해 단락이 발생되는 경우 상대적으로 저항이 낮은 부분으로 전류가 흐르도록 유도할 수 있고 이러한 저저항 영역이 전극 활물질층의 전면에 고르게 분포되어 있어 전류의 이동이나 발열이 어느 한 부위로 집중되지 않고 전극의 전면으로 균일하게 분산될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the resistance value of the first pattern region and the second pattern region has a small difference in resistance value at room temperature (25 ° C) or in a temperature range in which the battery is normally driven. However, the first pattern and the second pattern is abnormally increased in the internal temperature of the battery, for example, when the internal temperature of the battery exceeds the melting temperature of the polymer material such as polymer resin and binder resin contained in the electrode When the temperature rises above the melting temperature and cooled, the resistance value of the second pattern region is greatly increased. Damage to the cell, such as a short circuit of the cell, may cause current to concentrate on localized areas with low resistance, which may result in rapid heat generation. The present invention is to solve such a problem, the resistance is relatively low when a short circuit occurs due to damage to the battery, such as penetration by foreign matter such as nail (nail) by distributing the low resistance region and high resistance region in the electrode active material layer. It is possible to induce a current to flow to a low portion, and such a low resistance region is evenly distributed on the front surface of the electrode active material layer can be uniformly distributed to the front surface of the electrode without focusing current movement or heat generation.
본 발명의 일 실시양태에 있어서, 상기 제1 패턴 영역 및 상기 제2 패턴 영역은 각각 전극 활물질, 바인더 수지 및 도전재를 포함할 수 있다. 이때, 상기 제2 패턴 영역은 제1 패턴 영역에 비해 바인더 수지의 함량이 높은 것이다. 본 발명의 다른 실시양태에 있어서, 이와 함께 또는 독립적으로 상기 제2 패턴 영역은 고분자 수지 및 PTC(positive temperature coefficient) 물질 중 선택된 1종 이상을 추가로 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the first pattern region and the second pattern region may each include an electrode active material, a binder resin and a conductive material. In this case, the content of the binder resin is higher in the second pattern region than in the first pattern region. In another embodiment of the present invention, together with or independently of, the second pattern region may further include at least one selected from a polymer resin and a positive temperature coefficient (PTC) material.
전지에 단락이 발생하여 열폭주로 인해 전지의 내부 온도가 급격히 상승하는 경우 제2 패턴 영역은 상기 바인더 수지 및 고분자 수지 등 포함된 고분자 재료가 용융되어 전극 구조가 붕괴되고 이로 인해 도전 네트워크가 끊어지면서 셧다운 효과를 발휘하며 저항이 크게 증가된다. 한편 PTC 재료를 포함하는 경우에는 온도 증가에 따라 PTC 물질의 저항이 급격히 증가한다. 제1 패턴 영역의 경우에도 바인더 수지가 용융되면서 셧다운 효과가 나타날 수 있으나 제2 패턴 영역에 비해 저항의 증가가 크지 않다. 이와 같이 제2 패턴 영역의 저항이 크게 증가되는 경우 제1 패턴 영역으로 전류의 이동이 유도되어 발열량을 낮추는 효과가 있다.When the internal temperature of the battery is rapidly increased due to thermal runaway due to a short circuit, the second pattern region melts the polymer material included in the binder resin and the polymer resin, and the electrode structure collapses, thereby breaking the conductive network. Shutdown effect, resistance is greatly increased. On the other hand, when the PTC material is included, the resistance of the PTC material increases rapidly with increasing temperature. In the case of the first pattern region, a shutdown effect may occur while the binder resin is melted, but the increase in resistance is not large compared to the second pattern region. As such, when the resistance of the second pattern region is greatly increased, a current is induced to the first pattern region, thereby lowering the amount of heat generated.
본 발명의 일 실시양태에 있어서, 상기 제2 패턴 영역의 바인더 수지 함량은 상기 제1 패턴 영역의 바인더 수지 함량보다 높은 것으로서, 제1 패턴 영역의 바인더 수지 함량에 비해 1배 초과 5배 이하인 것이다. 예를 들어, 1.2 배 이상, 바람직하게는 2배 이상, 더욱 바람직하게는 3배 이상인 것이다. 이러한 구성적 특징에 따라 제2 패턴 영역은 제1 패턴 영역에 비해 바인더 수지의 함량이 높으므로 바인더 수지의 용융에 의한 셧다운 효과가 제1 패턴 영역에 비해 더욱 효과적으로 나타난다. 한편, 바인더 수지의 함량이 지나치게 높은 경우에는 전극 활물질의 함량이 저하되어 에너지 밀도가 저하될 수 있으므로 이러한 측면에서 제2 패턴 영역의 바인더 수지의 함량은 제1 패턴 영역의 바인더 수지 함량의 5배 이하로 적절하게 제한될 수 있다. 또한, 제2 패턴 영역의 바인더 수지 함량이 상기 범위를 만족할 때, 전지의 정상적인 구동 온도에서는 제2 패턴 영역과 제1 패턴 영역의 저항의 차이가 적어 전극 활물질층 전체에서 고른 저항 특성을 나타낼 수 있으며, 또한, 단락 발생이나 이로 인한 열폭주시에는 셧다운되어 제1 패턴 영역으로 전류의 이동을 유도하여 발열량을 낮추는 효과가 있다.In one embodiment of the present invention, the binder resin content of the second pattern region is higher than the binder resin content of the first pattern region, which is more than one and five times less than the binder resin content of the first pattern region. For example, it is 1.2 times or more, Preferably it is 2 times or more, More preferably, it is 3 times or more. According to this structural feature, since the content of the binder resin is higher than that of the first pattern area, the shutdown effect due to melting of the binder resin is more effective than that of the first pattern area. On the other hand, when the content of the binder resin is too high, the content of the electrode active material may be lowered to decrease the energy density, so in this respect, the content of the binder resin in the second pattern region is 5 times or less than the content of the binder resin in the first pattern region. May be appropriately limited. In addition, when the binder resin content of the second pattern region satisfies the above range, a difference in resistance between the second pattern region and the first pattern region is small at a normal driving temperature of the battery, and thus may exhibit even resistance characteristics throughout the electrode active material layer. In addition, in the event of a short circuit or thermal runaway resulting therefrom, the device is shut down to induce a current to move to the first pattern region, thereby reducing the amount of heat generated.
바인더 수지 함량 증량과 함께 또는 이와는 독립적으로, 상기 제2 패턴 영역은 고분자 수지를 더 포함할 수 있으며, 상기 고분자 수지는 사용되는 바인더 수지와 같거나 낮은 용융 온도를 갖는 것이 바람직하다. 이에 의해서 제2 패턴 영역에 포함된 고분자 수지가 바인더 수지에 비해 먼저 용융되면서 셧다운 효과가 나타난다. 이러한 결과, 제1 패턴 영역으로 전류의 이동을 유도하여 발열량을 낮추는 효과가 있다. 상기 고분자 수지는 전극에 사용되는 바인더 수지의 용융 온도를 고려하여 적절하게 선택될 수 있다. 이러한 고분자 수지의 비제한적인 예로는 고밀도 폴리에틸렌, 선형 저밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌, 중밀도 폴리에틸렌, 말레산무수물 기능기화된 폴리에틸렌과 같은 폴리에틸렌, 말레산 무수물 기능기화된 엘라스토머, 에틸렌 공중합체(예컨대, 엑손모빌(ExxonMobil)의 EXXELOR VA1801 및 VA1803), 에틸렌 부텐 공중합체, 에틸렌 옥텐 공중합체, 에틸렌 메틸 아크릴레이트, 에틸렌 에틸 아크릴레이트 및 에틸렌 부틸 아크릴레이트 공중합체와 같은 에틸렌 아크릴레이트 공중합체, 글리시딜 메타크릴레이트 변형 폴리에틸렌을 포함하는 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 말레산무수물 기능기화된 폴리프로필렌(maleic anhydride functionalized polypropylene), 글리시딜 메타크릴레이트 변형된 폴리프로필렌(glycidyl methacrylate modified polypropylene), 폴리비닐 클로라이드(PVC), 폴리비닐 아세테이트, 폴리비닐 아세틸, 아크릴 수지, 교대배열 폴리스티렌(syndiotactic polystyrene: sPS), PA6, PA66, PA11, PA12, PA6T, PA9T을 포함하나, 이에 제한되지 않는 폴리아미드, 폴리 테트라 플루오로에틸렌(poly-tetra-fluoroethylene: PTFE), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT), 폴리페닐렌 설파이드(PPS), 폴리아미드이미드, 폴리이미드, 폴리에틸렌 비닐 아세테이트( EVA ), 글리시딜 메타크릴레이트 변형 폴리에틸렌 비닐 아세테이트, 폴리비닐 알코올, 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA), 폴리이소부틸렌, 폴리비닐리덴 클로라이드, 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF), 폴리메틸 아크릴레이트, 폴리아크릴로니트릴, 폴리부타디엔, 폴리에틸렌-테레프탈레이트(PET), 폴리8-아미노카프릴산, 폴리비닐알코올(PVA), 및 폴리카프로락톤, 실리콘 고무 등을 들 수 있으며 이 중 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다. 단, 본 발명의 일 실시양태에 있어서, 신속한 셧다운 효과를 발휘하는 측면에서 상기 고분자 수지는 용융온도가 150℃ 이하인 것이 사용될 수 있다. With or without increasing the binder resin content, the second pattern region may further comprise a polymer resin, and the polymer resin preferably has a melting temperature equal to or lower than that of the binder resin used. As a result, the polymer resin included in the second pattern region is first melted compared to the binder resin, and the shutdown effect is exhibited. As a result, there is an effect of lowering the amount of heat generated by inducing the movement of the current to the first pattern region. The polymer resin may be appropriately selected in consideration of the melting temperature of the binder resin used for the electrode. Non-limiting examples of such polymeric resins include high density polyethylene, linear low density polyethylene, low density polyethylene, medium density polyethylene, polyethylene such as maleic anhydride functionalized polyethylene , maleic anhydride functionalized elastomers, ethylene copolymers (e.g. exonmobiles). EXXELOR VA1801 and VA1803 from ExxonMobil), ethylene butene copolymer, ethylene octene copolymer, ethylene methyl acrylate, ethylene acrylate copolymer such as ethylene ethyl acrylate and ethylene butyl acrylate copolymer, glycidyl methacrylate Polyethylene (PE), Polypropylene (PP) , Modified Polyethylene (maleic anhydride functionalized polypropylene), Glycidyl methacrylate modified polypropylene, Polyvinyl Chloride (PVC) , Polyvinyl acetate, polyvinyl acetyl, acrylic resins, alternating polystyrene (sPS), PA6, PA66, PA11, PA12, PA6T, PA9T, including but not limited to polyamide, polytetrafluoroethylene ( poly-tetra-fluoroethylene: PTFE), polybutylene terephthalate (PBT), polyphenylene sulfide (PPS), polyamideimide, polyimide, polyethylene vinyl acetate ( EVA ) , glycidyl methacrylate modified polyethylene vinyl acetate , Polyvinyl alcohol, polymethyl methacrylate (PMMA), polyisobutylene, polyvinylidene chloride, polyvinylidene fluoride (PVDF), polymethyl acrylate, polyacrylonitrile, polybutadiene, polyethylene-terephthalate (PET), poly8-aminocaprylic acid, polyvinyl alcohol (PVA), and polycaprolactone, silicone rubber, and the like. It may include one or more. However, in one embodiment of the present invention, in view of exhibiting a rapid shutdown effect, the polymer resin may be one having a melting temperature of 150 ° C. or less.
또한, 전술한 바와 같이 제2 패턴 영역은 PTC(Positive temperature coefficient) 물질을 포함할 수 있다. 상기 PTC 물질은 고분자 재료에 미립자 형태의 도전성 재료가 혼입된 복합 재료로 도전성을 가지면서 온도 상승시 저항을 크게 증가시키는 정온도 계수 특성을 갖는다. 이러한 PTC 재료는 특정 온도 이상으로 온도가 상승하면 고분자 재료의 부피팽창과 경우에 따라서는 도전성 재료들의 유동에 의해 도전성 재료들 사이의 거리가 증가하게 되어 도전성 재료들 사이의 거리가 멀어지게 되므로 결과적으로, PTC 물질의 저항이 급격히 증가하고, 전류가 차단된다.In addition, as described above, the second pattern region may include a positive temperature coefficient (PTC) material. The PTC material is a composite material in which a conductive material in the form of fine particles is incorporated into a polymer material, and has a positive temperature coefficient characteristic of significantly increasing resistance when temperature is increased while having conductivity. When the PTC material rises above a certain temperature, the distance between the conductive materials increases due to the volume expansion of the polymer material and, in some cases, the flow of the conductive materials, thereby increasing the distance between the conductive materials. The resistance of the PTC material increases rapidly, and the current is cut off.
이러한 PTC 물질은 고분자 재료로 예를 들어, 열가소성 폴리머를 포함할 수 있으며, 바람직하게는 상기 열가소성 폴리머는 약 15% 이상의 결정화도를 갖는 것일 수 있다. Such a PTC material may be a polymer material, for example, may include a thermoplastic polymer, and preferably, the thermoplastic polymer may have a crystallinity of about 15% or more.
상기 열가소성 폴리머는 상기한 특성에 부합하는 것이라면, 특별히 제한되지는 않지만, 예를 들어, 고밀도 폴리에틸렌, 선형 저밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌, 중밀도 폴리에틸렌, 말레산무수물 기능기화된 폴리에틸렌, 말레산 무수물 기능기화된 엘라스토머, 에틸렌 공중합체(예컨대, 엑손모빌(ExxonMobil)의 EXXELOR VA1801 및 VA1803), 에틸렌 부텐 공중합체, 에틸렌 옥텐 공중합체, 에틸렌 메틸 아크릴레이트, 에틸렌 에틸 아크릴레이트 및 에틸렌 부틸 아크릴레이트 공중합체와 같은 에틸렌 아크릴레이트 공중합체, 글리시딜 메타크릴레이트 변형 폴리에틸렌을 포함하는 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 말레산무수물 기능기화된 폴리프로필렌(maleic anhydride functionalized polypropylene), 글리시딜 메타크릴레이트 변형된 폴리프로필렌(glycidyl methacrylate modified polypropylene), 폴리비닐 클로라이드(PVC), 폴리비닐 아세테이트, 폴리비닐 아세틸, 아크릴 수지, 교대배열 폴리스티렌(syndiotactic polystyrene: sPS), PA6, PA66, PA11, PA12, PA6T, PA9T을 포함하나, 이에 제한되지 않는 폴리아미드, 폴리 테트라 플루오로에틸렌(poly-tetra-fluoroethylene: PTFE), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT), 폴리페닐렌 설파이드(PPS), 폴리아미드이미드, 폴리이미드, 폴리에틸렌 비닐 아세테이트(EVA), 글리시딜 메타크릴레이트 변형 폴리에틸렌 비닐 아세테이트, 폴리비닐 알코올, 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA), 폴리이소부틸렌, 폴리비닐리덴 클로라이드, 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF), 폴리메틸 아크릴레이트, 폴리 아크릴로니트릴, 폴리부타디엔, 폴리에틸렌-테레프탈레이트(PET), 폴리8-아미노카프릴산, 폴리비닐 알코올(PVA), 및 폴리카프로락톤으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있다. 또한, 상기 도전성 재료는 예를 들어 BaTiO3,도전성 탄소 재료 및 은 등을 들 수 있으며, 이 중 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있다. The thermoplastic polymer is not particularly limited as long as it meets the above characteristics, but for example, high density polyethylene, linear low density polyethylene, low density polyethylene, medium density polyethylene, maleic anhydride functionalized polyethylene, maleic anhydride functionalized Ethylene acrylics such as elastomers, ethylene copolymers (e.g. EXXELOR VA1801 and VA1803 from ExxonMobil), ethylene butene copolymers, ethylene octene copolymers, ethylene methyl acrylate, ethylene ethyl acrylate and ethylene butyl acrylate copolymers Copolymers, Polyethylene (PE), Polypropylene (PP), Glycidyl methacrylate modified polypropylene, Maleic anhydride functionalized polypropylene, Glycidyl methacrylate modified poly Propylene (glycidyl methacrylate modified p olypropylene), polyvinyl chloride (PVC), polyvinyl acetate, polyvinyl acetyl, acrylic resin, syndiotactic polystyrene (sPS), PA6, PA66, PA11, PA12, PA6T, PA9T Polyamide, poly-tetra-fluoroethylene (PTFE), polybutylene terephthalate (PBT), polyphenylene sulfide (PPS), polyamideimide, polyimide, polyethylene vinyl acetate (EVA), glyc Cydyl methacrylate modified polyethylene vinyl acetate, polyvinyl alcohol, polymethyl methacrylate (PMMA), polyisobutylene, polyvinylidene chloride, polyvinylidene fluoride (PVDF), polymethyl acrylate, poly acrylo Nitrile, polybutadiene, polyethylene-terephthalate (PET), poly8-aminocaprylic acid, polyvinyl alcohol (PVA), and polycaprolactone It may be at least one selected from the group. In addition, the conductive material may include, for example, BaTiO 3 , conductive carbon material, silver, and the like, and one or a mixture of two or more selected from these may be used.
본 발명에 있어서, 상기 PTC 물질 및 고분자 수지는 전극 용량을 고려했을 때, 상기 제2 패턴 영역의 전체 중량을 기준으로 1 내지 10중량% 또는 1 내지 5 중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위를 지나치게 초과하는 경우에는 전극 활물질의 양이 감소되어 에너지 밀도가 감소될 수 있다.In the present invention, the PTC material and the polymer resin may be included in an amount of 1 to 10% by weight or 1 to 5% by weight based on the total weight of the second pattern region in consideration of electrode capacity. When exceeding the above range, the amount of the electrode active material may be reduced to reduce the energy density.
이와 같이, 본 발명의 일 실시형태에 따른 패턴화된 전극 활물질층은 저항이 상이한 2개의 영역을 교대로 포함함에 따라, 내부 단락 또는 외부 단락에 의해 전지 내부의 온도가 상승했을 때, 저항이 낮은 제1 패턴 영역으로 전류가 집중되고, 바인더 수지 함량이 높거나 PTC 물질을 추가로 포함하여 저항이 높은 제2 패턴 영역은 저항부로 작용하여 온도를 유지할 수 있다. 결과적으로, 패턴화된 코팅층 내의 발열 면적은 제1 패턴 영역으로 제한되어 전체 발열량을 최소화함으로써 리튬 이차전지의 안전성을 향상시킬 수 있다. 만약, 전극 활물질층 전체가 동일한 저항 특성을 갖는 경우에는 전극 전체에서 발열이 발생하여 전지 내부의 온도가 상승하는 현상이 발생했을 때 발화 또는 폭발의 위험이 있다.As such, the patterned electrode active material layer according to the embodiment of the present invention includes two regions having different resistances, so that when the temperature inside the battery rises due to an internal short circuit or an external short circuit, the resistance is low. The current is concentrated in the first pattern region, and the second pattern region having a high resistance to the binder resin or additionally including a PTC material may act as a resistor to maintain a temperature. As a result, the heat generating area in the patterned coating layer is limited to the first pattern area to minimize the total amount of heat generated, thereby improving the safety of the lithium secondary battery. If all of the electrode active material layers have the same resistance characteristics, there is a risk of ignition or explosion when heat generation occurs in the entire electrode to increase the temperature inside the battery.
상기한 바와 같은 전극 활물질층은 상이한 조성을 갖는 2가지의 코팅 슬러리를 이용하여 마스크 공정, 리프트-오프(lift-off) 공정 등 당해 기술분야에 공지된 패터닝 공정에 의해 형성할 수 있다. The electrode active material layer as described above may be formed by a patterning process known in the art, such as a mask process, a lift-off process, using two coating slurries having different compositions.
예를 들면, 집전체의 적어도 일면에 전극 활물질, 바인더 수지 및 도전재를 용매에 분산시켜 얻은 제1 코팅 슬러리 및 제2 코팅 슬러리를 각각 준비하고 마스크를 통해 제1 코팅 슬러리를 도포하여 제1 패턴 영역을 형성한 다음, 마스크를 이동시켜서 제2 코팅 슬러리를 도포하여 제2패턴 영역을 형성할 수 있다. 여기에서 상기 제2 코팅 슬러리는 제1 코팅 슬러리에 비해 바인더 수지의 함량이 높을 수 있다. 또는 상기 제2 코팅 슬러리는 이와 함께 또는 이와는 독립적으로 전술한 고분자 수지 및 PTC 물질 중 적어도 하나 이상을 더 포함할 수 있다. For example, a first coating slurry and a second coating slurry obtained by dispersing an electrode active material, a binder resin, and a conductive material in a solvent are prepared on at least one surface of a current collector, and a first coating slurry is coated through a mask to form a first pattern. After forming the region, the mask may be moved to apply the second coating slurry to form the second pattern region. Here, the second coating slurry may have a higher content of the binder resin than the first coating slurry. Alternatively, the second coating slurry may further include at least one or more of the aforementioned polymer resin and PTC material together or independently of this.
이때, 상기 제2 코팅 슬러리 중 바인더 수지 함량은 상기 제1 코팅 슬러리 중 바인더 수지 함량의 1.2배 이상, 또는 2배 이상 또는 3배 이상일 수 있다. 또한, 이와 함께 또는 독립적으로 상기 제2 코팅 슬러리 중 고분자 수지 및 PTC 물질이 포함될 수 있으며, 이의 함량은 상기 제2 코팅 슬러리 중 고형분의 전체 중량을 기준으로 1 내지 10 중량% 또는 1 내지 5중량% 의 범위 중 적절한 양으로 포함될 수 있다.In this case, the binder resin content of the second coating slurry may be 1.2 times or more, or two times or three times or more of the binder resin content of the first coating slurry. In addition, or together with or independently, the polymer resin and the PTC material in the second coating slurry may be included, and the content thereof is 1 to 10 wt% or 1 to 5 wt% based on the total weight of solids in the second coating slurry. It may be included in an appropriate amount of the range.
상기 제1 코팅 슬러리 및 제2 코팅 슬러리에 사용가능한 활물질은 전극의 종류에 따라 결정될 수 있다. 예컨대, 본 발명의 일 실시형태에 따른 리튬 이차전지용 전극이 양극인 경우에는, 활물질로서 리튬 이차전지의 양극 활물질로 사용 가능한 물질이면 어느 것이나 사용할 수 있다. 예를 들어, 리튬 코발트 산화물(LiCoO2),리튬 니켈 산화물(LiNiO2)등의 층상 화합물이나 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 화합물; 화학식 Li1 + xMn2 - xO4 (여기서, x 는 0 ~ 0.33 임), LiMnO3,LiMn2O3,LiMnO2 등의 리튬 망간 산화물; 리튬 동 산화물(Li2CuO2);LiV3O8,LiFe3O4,V2O5,Cu2V2O7 등의 바나듐 산화물; 화학식 LiNi1 - xMxO2 (여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B 또는 Ga 이고, x = 0.01 ~ 0.3 임)으로 표현되는 Ni 사이트형 리튬 니켈 산화물; 화학식 LiMn2-xMxO2 (여기서, M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn 또는 Ta 이고, x = 0.01 ~ 0.1 임) 또는 Li2Mn3MO8 (여기서, M = Fe, Co, Ni, Cu 또는 Zn 임)으로 표현되는 리튬 망간 복합 산화물; LiNixMn2 - xO4로 표현되는 스피넬 구조의 리튬 망간 복합 산화물; 화학식의 Li 일부가 알칼리토금속 이온으로 치환된 LiMn2O4;디설파이드 화합물; Fe2(MoO4)3, LiNi0 . 8Co0 . 1Mn0 . 1O2등을 포함할 수 있다. 그러나, 이들만으로 한정되는 것은 아니다. 한편, 본 발명의 일 실시형태에 따른 리튬 이차전지용 전극이 음극인 경우에는, 활물질로서 리튬 이차전지의 음극 활물질로 사용 가능한 것이면 제한 없이 사용될 수 있다. 예를 들어, 난흑연화 탄소, 흑연계 탄소(천연흑연, 인조흑연) 등의 탄소; LixFe2O3(0≤x≤1), LixWO2(0≤x≤1), SnxMe1 - xMe’yOz(Me:Mn,Fe, Pb, Ge; Me’: Al, B, P, Si, 주기율표의 1족, 2족, 3족 원소, 할로겐; 0<x≤1; 1≤y≤3; 1≤z≤8) 등의 금속 복합 산화물; 리튬 금속; 리튬 합금; 규소계 합금; 주석계 합금; SnO, SnO2, PbO, PbO2, Pb2O3, Pb3O4, Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5, GeO, GeO2, Bi2O3, Bi2O4 및 Bi2O5 등의 금속 산화물; 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-Co-Ni 계 재료; 티타늄 산화물; 리튬 티타늄 산화물 등에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 사용할 수 있다. 구체적인 일 실시양태에 있어서 상기 음극 활물질은 탄소계 물질 및/또는 Si을 포함할 수 있다. 이러한 활물질은 각 슬러리 중 고형분 함량 기준으로 80 내지 98 중량%의 함량으로 사용될 수 있다.The active material usable for the first coating slurry and the second coating slurry may be determined according to the type of electrode. For example, when the electrode for lithium secondary batteries which concerns on one Embodiment of this invention is a positive electrode, any material can be used as a substance which can be used as a positive electrode active material of a lithium secondary battery as an active material. For example, lithium cobalt oxide (LiCoO 2), lithium nickel oxide (LiNiO 2) layered compounds or one or more transition metal compounds, such as substituted; Li 1 + x Mn 2 - x O 4 (Where x is 0 to 0.33), lithium manganese oxide such as LiMnO 3 , LiMn 2 O 3 , LiMnO 2 ; Vanadium oxides such as lithium copper oxide (Li 2 CuO 2 ); LiV 3 O 8 , LiFe 3 O 4 , V 2 O 5 , and Cu 2 V 2 O 7 ; Ni-site type lithium nickel oxide represented by the formula LiNi 1 - x M x O 2 , wherein M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B or Ga, and x = 0.01 to 0.3; Formula LiMn 2-x M x O 2 , wherein M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn or Ta, and x = 0.01 to 0.1, or Li 2 Mn 3 MO 8 , where M = Fe, Co, Lithium manganese composite oxide represented by Ni, Cu or Zn); Spinel-structure lithium manganese composite oxides represented by LiNi x Mn 2 - x O 4 ; LiMn 2 O 4 in which Li is partially substituted with alkaline earth metal ions; disulfide compounds; Fe 2 (MoO 4 ) 3 , LiNi 0 . 8 Co 0 . 1 Mn 0 . 1 O 2 and the like. However, it is not limited only to these. On the other hand, when the electrode for a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention is a negative electrode, as long as it can be used as a negative electrode active material of a lithium secondary battery as an active material can be used without limitation. For example, carbon, such as hardly graphitized carbon and graphite type carbon (natural graphite, artificial graphite); Li x Fe 2 O 3 (0≤x≤1), Li x WO 2 (0≤x≤1), Sn x Me 1 - x Me ' y O z (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me' Metal complex oxides such as Al, B, P, Si, Group 1,
상기 제1 코팅 슬러리 및 제2 코팅 슬러리에 사용가능한 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스커; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물을 포함할 수 있다. 이러한 도전재는 각 슬러리 중 고형분 함량 기준으로 0.1 내지 20 중량%, 상세하게는 1 내지 10 중량%의 함량으로 사용될 수 있다. The conductive material usable in the first coating slurry and the second coating slurry is not particularly limited as long as it has conductivity without causing chemical change in the battery. Examples thereof include graphite such as natural graphite and artificial graphite; Carbon blacks such as carbon black, acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and summer black; Conductive fibers such as carbon fibers and metal fibers; Metal powders such as carbon fluoride powder, aluminum powder and nickel powder; Conductive whiskers such as zinc oxide and potassium titanate; Conductive metal oxides such as titanium oxide; It may include one or a mixture of two or more selected from conductive materials such as polyphenylene derivatives. Such a conductive material may be used in an amount of 0.1 to 20% by weight, in particular 1 to 10% by weight, based on the solids content of each slurry.
그리고, 상기 제1 코팅 슬러리 및 제2 코팅 슬러리에 사용가능한 바인더 수지로는 각각 독립적으로 폴리비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 코폴리머(PVDF-co-HEP), 폴리비닐리덴플루오라이드(polyvinylidenefluoride), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate), 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로오스(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로오스, 재생 셀룰로오스, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리아크릴산, 스티렌 부티렌 고무(SBR) 등이 사용될 수 있다. 상기 바인더 수지는 제1 코팅 슬러리에서는 고형분 함량 기준으로 1 내지 10 중량%의 범위 내에서 적절하게 사용될 수 있다. 또한, 제2 코팅 슬러리에서는 전술한 바와 같은 함량 범위로 제1 코팅 슬러리 중 포함된 바인더 수지의 함량보다 높은 함량으로 포함될 수 있다.In addition, the binder resin usable in the first coating slurry and the second coating slurry is independently polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer (PVDF-co-HEP), polyvinylidene fluoride, or polyvinylidene fluoride. , Polyacrylonitrile, polymethylmethacrylate, polyvinyl alcohol, carboxymethyl cellulose (CMC), starch, hydroxypropyl cellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene, Polyethylene, polypropylene, polyacrylic acid, styrene butyrene rubber (SBR) and the like can be used. The binder resin may be suitably used within the range of 1 to 10% by weight based on solids content in the first coating slurry. In addition, the second coating slurry may be included in a content higher than the content of the binder resin contained in the first coating slurry in the content range as described above.
한편, 상기 제1 코팅 슬러리 및 제2 코팅 슬러리에 사용가능한 용매로는 각각 독립적으로 물, 또는 NMP(N-methyl-2-pyrrolidone), 아세토니트릴 등의 유기용매가 사용될 수 있으며, 각 슬러리 중의 고형분 농도가 50 내지 95 중량%, 바람직하게 70 내지 90 중량%가 되게 하는 양으로 사용될 수 있다.Meanwhile, as a solvent usable for the first coating slurry and the second coating slurry, water, or an organic solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) or acetonitrile may be used independently, and the solid content in each slurry may be used. It may be used in an amount such that the concentration is 50 to 95% by weight, preferably 70 to 90% by weight.
상기 제1 코팅 슬러리 및 제2 코팅 슬러리의 도포 후, 건조 및 압연을 수행함으로써 패턴화된 코팅층을 형성될 수 있다. After application of the first coating slurry and the second coating slurry, a patterned coating layer may be formed by performing drying and rolling.
본 발명의 다른 일 실시형태는 양극, 음극 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하는 리튬 이차전지에 관한 것으로, 상기 양극 또는 상기 음극은, 전술한 본 발명에 따른 리튬 이차전지용 전극인 것을 특징으로 한다.Another embodiment of the present invention relates to a lithium secondary battery including a positive electrode, a negative electrode, and a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode, wherein the positive electrode or the negative electrode is an electrode for a lithium secondary battery according to the present invention described above. It is characterized by.
상기 세퍼레이터는, 양극과 음극 사이에 개재되는 것으로서, 양극과 음극을 전기적으로 절연하는 동시에 리튬 이온을 통과시키는 역할을 하는 것이다. 상기 세퍼레이터는 통상의 리튬 이차전지 분야에서 사용되는 세퍼레이터에 사용되는 것이면 어느 것이나 사용될 수 있으며 특별히 한정되는 것은 아니다.The separator is interposed between the positive electrode and the negative electrode, and serves to electrically insulate the positive electrode and the negative electrode and to allow lithium ions to pass therethrough. The separator may be used as long as it is used in a separator used in a general lithium secondary battery field and is not particularly limited.
본 발명에 따른 리튬 이차전지는 단위전지로서 전지모듈에 포함될 수 있고, 상기 전지모듈은 전지팩, 및 상기 전지팩을 전원으로 포함하는 디바이스에 사용될 수 있다. 상기 디바이스의 구체적인 예로는, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 또는 전력저장용 시스템일 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.The lithium secondary battery according to the present invention may be included in a battery module as a unit cell, and the battery module may be used in a battery pack and a device including the battery pack as a power source. Specific examples of the device may be, but are not limited to, electric vehicles, hybrid electric vehicles, plug-in hybrid electric vehicles, or power storage systems.
이하, 실시예를 통해 본 발명을 더욱 상술하지만, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명의 범주가 이들만으로 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the following Examples are provided to illustrate the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereto.
실시예 1: Example 1:
활물질로서 Li(Ni0.8Mn0.1Co0.1)O2(GL80),도전재로 카본블랙(Super P) 및 바인더 수지로 PVdF(KF9700)를 97.5:1:1.5의 중량비로 용매인 NMP에 첨가하여, 제1 패턴 영역 형성용 제1 코팅 슬러리를 준비하였다. Li (Ni 0.8 Mn 0.1 Co 0.1 ) O 2 (GL80) as the active material, carbon black (Super P) as the conductive material and PVdF (KF9700) as the binder resin were added to the solvent NMP in a weight ratio of 97.5: 1: 1.5, The first coating slurry for forming the first pattern region was prepared.
한편, 활물질로서 Li(Ni0.8Mn0.1Co0.1)O2(GL80),도전재로 카본블랙(Super P) 및 바인더 수지로 PVdF(KF9700)를 94:1:5의 중량비로 용매인 NMP에 첨가하여, 제2 패턴 영역 형성용 제2 코팅 슬러리를 준비하였다. Meanwhile, Li (Ni 0.8 Mn 0.1 Co 0.1 ) O 2 (GL80) as an active material, carbon black (Super P) as a conductive material, and PVdF (KF9700) as a binder resin were added to NMP as a solvent in a weight ratio of 94: 1: 5. Then, the second coating slurry for forming the second pattern region was prepared.
다음, 알루미늄 집전체(두께 12㎛)의 일면에 상기 제1 코팅 슬러리와 제2 코팅 슬러리 이용하여 각 패턴 영역이 교번하여 1mm의 폭을 갖는 스트라이프 형태의 전극 활물질층을 도포하고 이를 130℃에서 건조하고 압연하여 두께 150㎛의 전극 활물질층을 형성하여 양극을 제조하였다. 상기 전극 활물질층에서 제1 패턴 영역의 면적은 전극 활물질층 총 면적 대비 70면적% 였다.Next, using the first coating slurry and the second coating slurry on one surface of an aluminum current collector (thickness 12 μm), a patterned electrode active material layer having a width of 1 mm was alternately applied, and then dried at 130 ° C. And rolled to form an electrode active material layer having a thickness of 150㎛ to prepare a positive electrode. The area of the first pattern region in the electrode active material layer was 70 area% of the total area of the electrode active material layer.
실시예 2:Example 2:
제2 코팅 슬러리를 전극 활물질로서 Li(Ni0.8Mn0.1Co0.1)O2(GL80),도전재로 카본블랙(Super P), 바인더 수지로 PVdF(KF9700) 및 폴리에틸렌을 94:1:1.5:3.5의 중량비로 용매인 NMP에 첨가하여 제조하는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 공정으로 양극을 제조하였다.The second coating slurry was Li (Ni 0.8 Mn 0.1 Co 0.1 ) O 2 (GL80) as the electrode active material, carbon black (Super P) as the conductive material, PVdF (KF9700) as the binder resin and 94: 1: 1.5: 3.5 A positive electrode was prepared in the same manner as in Example 1, except that the mixture was added to NMP as a solvent in a weight ratio of.
비교예 1: Comparative Example 1 :
활물질로서 Li(Ni0.8Mn0.1Co0.1)O2(GL80),도전재로 카본블랙(Super P) 및 바인더 수지로 PVdF(KF9700)를 97.5:1:1.5의 중량비로 용매인 NMP에 첨가하여, 전극 활물질 형성용 코팅 슬러리를 준비하였다. 상기 코팅 슬러리를 두께 12㎛의 알루미늄 집전체의 일면에 도포하고, 이를 130℃에서 건조하고 압연하여 두께 150㎛의 전극 활물질층을 형성하여 양극을 제조하였다. Li (Ni 0.8 Mn 0.1 Co 0.1 ) O 2 (GL80) as the active material, carbon black (Super P) as the conductive material and PVdF (KF9700) as the binder resin were added to the solvent NMP in a weight ratio of 97.5: 1: 1.5, A coating slurry for forming an electrode active material was prepared. The coating slurry was applied to one surface of an aluminum current collector having a thickness of 12 μm, dried at 130 ° C., and rolled to form an electrode active material layer having a thickness of 150 μm to prepare a positive electrode.
비교예 2: Comparative Example 2 :
Li(Ni0.8Mn0.1Co0.1)O2(GL80),도전재로 카본블랙(Super P), 바인더 수지로 PVdF(KF9700) 및 폴리에틸렌을 94:1:1.5:3.5의 중량비로 용매인 NMP에 첨가하여, 전극 활물질층 형성용 코팅 슬러리를 준비하였다. 상기 코팅 슬러리를 두께 12㎛의 알루미늄 집전체의 일면에 도포하고, 이를 130℃에서 건조하고 압연하여 두께 150㎛의 전극 활물질층을 형성하여 양극을 제조하였다. Li (Ni 0.8 Mn 0.1 Co 0.1 ) O 2 (GL80), carbon black (Super P) as the conductive material, PVdF (KF9700) and polyethylene as the binder resin were added to the solvent NMP in a weight ratio of 94: 1: 1.5: 3.5 Thus, a coating slurry for forming an electrode active material layer was prepared. The coating slurry was applied to one surface of an aluminum current collector having a thickness of 12 μm, dried at 130 ° C., and rolled to form an electrode active material layer having a thickness of 150 μm to prepare a positive electrode.
저항 측정 결과Resistance measurement result
상기 실시예에서 제조된 각 전극(양극)에 대해 제1 패턴 영역과 제2 패턴 영역의 표면 저항을 각각 측정하였다. 또한, 상기 각 비교예에서 제조된 각 전극(양극)에 대해 표면 저항을 측정하였다. 상기 표면 저항은 Laresta-GP (MCP-T600 모델, MITSUBISHI CHEMICAL사)를 이용하여 상온(약 25℃ 조건)에서의 표면 저항을 각각 5회 측정한 후 평균값을 얻었다.The surface resistances of the first pattern region and the second pattern region were measured for each electrode (anode) manufactured in the above example. In addition, the surface resistance was measured for each electrode (anode) manufactured in each of the comparative examples. The surface resistance was measured by Laresta-GP (MCP-T600 model, MITSUBISHI CHEMICAL Co., Ltd.) five times the surface resistance at room temperature (about 25 ℃ condition) and then averaged.
다음으로 상기 실시예 및 비교예에서 제조된 각 양극과 대극으로 리튬 금속을 준비하고 이들 사이에 폴리프로필렌 분리막을 게재한 후, 에틸렌카보네이트/디메틸카보네이트/LiPF6(MerckBatteryGrade,EC/DMC=1/1,1MLiPF6)조성의 전해액을 사용하여 코인 하프 셀(coin half cell)을 제조하였다. Next, after preparing a lithium metal in each of the positive electrode and counter electrode prepared in the above Examples and Comparative Examples and placing a polypropylene separator therebetween, ethylene carbonate / dimethyl carbonate / LiPF 6 (MerckBatteryGrade, EC / DMC = 1/1 A coin half cell was prepared using an electrolyte solution of 1 mliPF 6 ).
제조된 상기 전지를 각각 300℃의 챔버에 약 10시간 동안 정치시킨 후 상온으로 자연 냉각하고 분해하여 양극을 회수하였다. 회수된 각 양극에 대해 제1 패턴 영역과 제2 패턴 영역의 표면 저항을 각각 측정하였다. 표면 저항은 상온(약 25℃ 조건)에서 측정되었으며, 전술한 방법과 동일한 방법을 사용하였다. 이의 결과를 아래 표 1에 정리하여 나타내었다. Each of the prepared batteries was allowed to stand in a chamber at 300 ° C. for about 10 hours, and then cooled to room temperature and decomposed to recover a positive electrode. The surface resistances of the first pattern region and the second pattern region were measured for each of the recovered anodes. Surface resistance was measured at room temperature (about 25 ° C. conditions), and the same method as described above was used. The results are summarized in Table 1 below.
하기 표에서 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명의 실시예 1 및 2의 경우에는 고온 노출 후 제2 패턴 영역의 저항이 크게 증가한 것을 확인할 수 있었다. 따라서 내부 단락 등에 의해 전지 내부 온도가 급격하게 상승하는 경우에 저항이 낮은 부분인 제1 패턴 영역으로 전류의 흐름이 분산되는 효과를 가져올 수 있다.As can be seen in the table below, in Examples 1 and 2 of the present invention, it was confirmed that the resistance of the second pattern region increased significantly after high temperature exposure. Therefore, when the internal temperature of the battery rises rapidly due to an internal short circuit or the like, it is possible to bring about an effect of distributing the current flow to the first pattern region having a low resistance.
코팅층
Coating layer
저항(Ω)
Resistance (Ω)
상온
Room temperature
고온(300℃) 노출 후
After exposure to high temperature (300 ℃)
실시예 1
Example 1
제1 패턴 영역
First pattern region
0.6
0.6
63
63
제2 패턴 영역
Second pattern area
0.8
0.8
124
124
실시예 2
Example 2
제1 패턴 영역
First pattern region
0.6
0.6
69
69
제2 패턴 영역
Second pattern area
0.9
0.9
714
714
비교예 1
Comparative Example 1
0.6
0.6
67
67
비교예 2
Comparative Example 2
0.9
0.9
924
924
100, 100’, 100’’ 전극
A 제1 패턴 영역
B 제2 패턴 영역
20 전극 활물질층
10 집전체100, 100 ', 100''electrode
A first pattern region
B second pattern area
20 electrode active material layer
10 current collector
Claims (11)
상기 전극 활물질층은 제1 패턴 영역 및 제2 패턴 영역을 포함하고 상기 제2 패턴 영역은 제1 패턴 영역의 저항보다 큰 것인 리튬 이차전지용 전극.A current collector and an electrode active material layer formed on at least one surface thereof;
The electrode active material layer includes a first pattern region and a second pattern region, wherein the second pattern region is larger than the resistance of the first pattern region electrode for a lithium secondary battery.
상기 제1 패턴 영역은 전극 활물질층 총 면적 대비 60면적% 내지 95면적 %인 것인 리튬 이차전지용 전극.The method of claim 1,
The first pattern region is a lithium secondary battery electrode that is 60 to 95 area% of the total area of the electrode active material layer.
상기 제1 패턴 영역 및 상기 제2 패턴 영역은 각각 전극 활물질, 바인더 수지 및 도전재를 포함하고, 상기 제2 패턴 영역이 상기 제1 패턴 영역에 비해 바인더 수지의 함량이 높은 것인 리튬 이차전지용 전극.The method of claim 1,
The first pattern region and the second pattern region each include an electrode active material, a binder resin and a conductive material, and the second pattern region has a higher content of binder resin than the first pattern region. .
상기 제2 패턴 영역의 바인더 수지 함량이 상기 제1 패턴 영역의 바인더 수지 함량의 1배 초과 5배 이하인 것인 리튬 이차전지용 전극.The method of claim 1,
And a binder resin content of the second pattern region is greater than 1 times and 5 times less than the binder resin content of the first pattern region.
상기 제1 패턴 영역 및 상기 제2 패턴 영역은 각각 전극 활물질, 바인더 수지 및 도전재를 포함하고, 상기 제2 패턴 영역이 고분자 수지 및 PTC(positive temperature coefficient) 물질 중 1종 이상을 더 포함하는 것인 리튬 이차전지용 전극.The method of claim 4, wherein
Wherein the first pattern region and the second pattern region each include an electrode active material, a binder resin, and a conductive material, and the second pattern region further includes at least one of a polymer resin and a positive temperature coefficient (PTC) material. Phosphorus for lithium secondary battery.
상기 고분자 수지는 바인더 수지에 비해 낮은 용융 온도를 갖는 것인 리튬 이차전지용 전극.The method of claim 5,
The polymer resin is a lithium secondary battery electrode having a lower melting temperature than the binder resin.
상기 제1 패턴 영역 및 상기 제2 패턴 영역은 각각 전극 활물질, 바인더 수지 및 도전재를 포함하고, 상기 제2 패턴 영역이 고분자 수지 및 PTC(positive temperature coefficient) 물질 중 1종 이상을 더 포함하는 것인 리튬 이차전지용 전극.The method of claim 1,
Wherein the first pattern region and the second pattern region each include an electrode active material, a binder resin, and a conductive material, and the second pattern region further includes at least one of a polymer resin and a positive temperature coefficient (PTC) material. Phosphorus for lithium secondary battery.
상기 고분자 수지는 바인더 수지에 비해 낮은 용융 온도를 갖는 것인 리튬 이차전지용 전극.The method of claim 7, wherein
The polymer resin is a lithium secondary battery electrode having a lower melting temperature than the binder resin.
상기 고분자 수지 및 PTC(positive temperature coefficient) 물질 중 1종 이상은 상기 제2 패턴 영역의 전체 중량을 기준으로 1중량% 내지 10중량%의 범위로 포함되는 리튬 이차전지용 전극.The method of claim 7, wherein
At least one of the polymer resin and the positive temperature coefficient (PTC) material may be included in the range of 1 wt% to 10 wt% based on the total weight of the second pattern region.
상기 전극 활물질층은 선형의 제1 패턴 영역(A)들과 제2 패턴 영역(B)들이 서로 교번하여 형성된 스트라이프 형상을 나타내는 것인 리튬 이차 전지용 전극. The method of claim 1,
The electrode active material layer is a lithium secondary battery electrode having a stripe shape formed by alternating linear first pattern regions (A) and second pattern regions (B) with each other.
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