KR20210017619A - 양면이 서로 상이한 바인더 조성을 가지는 이차전지용 음극 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이차전지용 음극 및 이를 포함하는 이차전지에 관한 것으로, 상대적으로 높은 표면거칠기를 가지는 매트면 (Matte side)인 일면과 낮은 표면거칠기를 가지는 샤이니면 (Shiny side)인 타면을 포함하는 집전체를 포함하며, 상기 매트면 상 위치하는 제1 음극 활물질층 및 상기 샤이니면 상 위치하는 제2 음극 활물질층은 서로 상이한 바인더 조성을 가진다.

Description

양면이 서로 상이한 바인더 조성을 가지는 이차전지용 음극 및 이의 제조방법 {Anode for a lithium secondary battery which has different binder composition on different sides and method of the same}
본 발명은 양면이 서로 상이한 바인더 조성을 가지는 이차전지용 음극 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
최근 휴대용 전화기 및 노트북 컴퓨터와 같은 휴대용 전자 기기의 사용이 증가하고 있으며, 가솔린 차량, 디젤 차량 등 화석 연료를 사용하는 차량을 대체할 수 있는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차에 대한 연구 개발이 진행됨에 따라, 더 작고, 더 가볍고, 더 오래가는 이차전지가 요구되고 있다. 이러한 이차전지 중에서도 높은 에너지 밀도와 작동 전위를 나타내고, 사이클 수명이 길며, 자기방전율이 낮은 리튬 이차전지가 상용화되어 널리 사용되고 있다.
리튬 이차전지는 양극의 리튬 이온이 음극으로 삽입되고 탈리되는 과정을 반복하면서 충전과 방전이 진행된다. 전극 활물질의 종류에 따라 전지의 이론 용량은 차이가 있으나, 대체로 사이클이 진행됨에 따라 충전 및 방전 용량이 저하되는 문제점이 발생하게 된다.
이러한 문제는 리튬 이차전지의 충방전이 진행됨에 따라 발생하는 전극의 부피변화에 의해 전극 활물질과 집전체 사이가 분리되어 상기 활물질이 그 기능을 다하지 못하는 것에 가장 큰 원인이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 집전체의 표면 거칠기를 증가시켜 집전체와 전극 활물질층간의 결착력을 높일 수 있으나, 이러한 경우, 코팅 공정 수행시 집전체의 크랙에 의한 파단이 발생할 위험이 있으며, 큰 표면 거칠기를 유지하면서 크랙을 억제하기 위해 집전체의 두께를 증가시키는 경우 전극의 에너지 밀도 감소의 원인이 되는 문제점이 있다.
이에, 전극 활물질층과 집전체간 높은 결착력을 가지며, 코팅 공정에서 전극의 파단이 없으며, 전지 사용중 발생하는 열응력등에 의해 집전체와 전극활물질층간의 탈리를 방지할 수 있는 기술 개발이 요구되고 있다.
한국공개특허공보 제10-0839369호 한국공개특허공보 제10-1323269호
본 발명의 목적은 우수한 강도를 가지며, 고출력을 내기 위하여 낮은 로딩 (Loading)의 전극 코팅 공정에도 파단이 없고, 셀 단위에서 벤딩을 억제하며 전극활물질층의 박리가 방지되는 이차전지용 음극 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명은
상대적으로 높은 표면거칠기를 가지는 매트면 (Matte side)인 일면과 낮은 표면거칠기를 가지는 샤이니면 (Shiny side)인 타면을 포함하는 집전체를 포함하며,
상기 매트면 상 위치하는 제1 음극 활물질층 및 상기 샤이니면 상 위치하는 제2 음극 활물질층은 서로 상이한 바인더 조성을 가지는 것인 이차전지용 음극을 제공한다.
본 발명에 따른 일 실시예에 있어, 상기 바인더는 셀룰로오스계 고분자 및 스티렌-부타디엔계 고무를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 일 실시예에 있어, 상기 제1 음극 활물질층의 스티렌-부타디엔계 고무의 함량이 상기 제2 음극 활물질층의 스티렌-부타디엔계 고무의 함량보다 더 작은 것일 수 있다.
본 발명에 따른 일 실시예에 있어, 상기 집전체는 평균두께 1 내지 12 ㎛를 가지는 금속 필름인 것일 수 있다.
본 발명에 따른 일 실시예에 있어, 상기 집전체 매트면의 표면거칠기 (Rz)는 0.5 내지 2.0 ㎛인 것일 수 있다.
본 발명에 따른 일 실시예에 있어, 상기 집전체 양면의 음극 활물질과의 결착력 차이는 하기 관계식을 만족하며,
[관계식]
│AF(1)-AF(2)│≤0.04N/18㎜
상기 식에서 AF(1)은 집전체와 제1 음극 활물질층의 결착력이고, AF(2)는 집전체와 제2 음극 활물질층의 결착력인 것일 수 있다.
본 발명에 따른 일 실시예에 있어, 상기 음극 활물질은 리튬, 이흑연화성 탄소, 난흑연화성 탄소, 그라파이트, 실리콘, Sn 합금, Si 합금, Sn 산화물, Si 산화물, Ti 산화물, Ni 산화물, Fe 산화물 및 리튬-티타늄 산화물로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 물질인 것일 수 있다.
본 발명에 따른 일 실시예에 있어, 상기 제1 음극 활물질층 위에 상기 제1 음극 활물질층의 바인더 조성과 상이한 조성을 포함하는 제3 음극 활물질층을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 일 실시예에 있어, 상기 제1 음극 활물질층의 스티렌-부타디엔계 고무의 함량이 제3 음극 활물질층의 스티렌-부타디엔계 고무의 함량과 동일하거나 보다 더 큰 것일 수 있다.
본 발명에 따른 일 실시예에 있어, 상기 제1 음극 활물질층과 제3 음극 활물질층의 두께비는 1:1 내지 1:9인 것일 수 있다.
본 발명에 따른 일 실시예에 있어, 상기 제2 음극 활물질층 위에 제4 음극 활물질층을 더 포함하고 제4 음극 활물질층은 상기 제3 음극 활물질층과 동일한 바인더 조성을 가지는 것일 수 있다.
본 발명은 또한 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 음극을 포함하는 리튬 이차전지를 제공한다.
본 발명에 따른 일 실시예에 있어, 상기 리튬 이차전지는 100 싸이클 충방전 진행 후에도 98% 이상의 방전용량을 유지하는 것일 수 있다.
본 발명은 또한
상대적으로 높은 표면거칠기를 가지는 집전체의 매트면 (Matte side)에 제1 음극 활물질층을 형성하는 단계; 및
상대적으로 낮은 표면거칠기를 가지는 집전체의 샤이니면 (Shiny side)에 제2 음극 활물질층을 형성하는 단계,
를 포함하며,
상기 제1 음극 활물질층 및 제2 음극 활물질층은 서로 상이한 바인더 조성을 가지는 것인 이차전지용 음극의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 일 실시예에 있어, 상기 제1 및 제2 음극 활물질층은 음극 활물질 및 바인더를 포함하는 슬러리를 집전체 표면에 코팅하여 형성하는 것일 수 있다.
본 발명에 따른 일 실시예에 있어, 상기 제1 음극 활물질층 위에 상기 제1 음극 활물질층의 바인더 조성과 상이한 조성을 포함하는 제3 음극 활물질층을 형성하는 단계; 및
상기 제2 음극 활물질층 위에 상기 제3 음극 활물질층의 바인더 조성과 동일한 조성을 포함하는 제4 음극 활물질층을 형성하는 단계;
를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 일 실시예에 있어, 상기 제3 및 제4 음극 활물질층은 음극 활물질 및 바인더를 포함하는 슬러리를 각각 상기 제1 및 제2 음극 활물질층 위에 형성하는 것일 수 있다.
본 발명은 강도가 높은 집전체를 사용함으로써, 이차전지용 음극의 고강도를 유지할 수 있을 뿐만 아니라, 음극 제조 시 불량을 방지하여 생산성을 증가시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 집전체 양면의 음극 활물질과의 결착력 차이를 현저히 줄임으로써, 집전체 양면의 결착력 차이로 인한 벤딩이슈 및 음극 활물질 분리 등 문제를 해결할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 이차전지의 충방전 용량뿐만 아니라 수명특성도 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
본 발명에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 명세서에서 기재된 효과 및 그 내재적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 음극의 구조를 간략하게 나타낸 도면이다.
본 명세서에서 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.
본 발명은
상대적으로 높은 표면거칠기를 가지는 매트면 (Matte side)인 일면과 낮은 표면거칠기를 가지는 샤이니면 (Shiny side)인 타면을 포함하는 집전체를 포함하며,
상기 매트면 상 위치하는 제1 음극 활물질층 및 상기 샤이니면 상 위치하는 제2 음극 활물질층은 서로 상이한 바인더 조성을 가지는 것인 이차전지용 음극을 제공한다.
앞서 상술한 바와 같이, 집전체의 양면을 동시에 표면처리를 하여 표면거칠기를 증가시킴으로써 집전체와 활물질층간의 결착력을 증가시킬 수 있으나, 집전체 양면 모두 표면거칠기를 증가시키는 경우, 집전체의 강도가 현저히 감소되어, 코팅이나 압연, 롤링등과 같은 음극 제조공정 과정에서 집전체에 크랙이 발생하거나 끊어지는 문제가 있다.
그러나, 본 발명에 따른 이차전지용 음극은 상대적으로 높은 표면거칠기를 가지는 매트면과 낮은 표면거칠기를 가지는 샤이니면을 포함하는 집전체, 즉, 서로 대향하는 양면이 서로 상이한 거칠기를 갖는 집전체를 포함하며, 이러한 집전체 양면에 서로 상이한 바인더 조성을 가지는 음극 활물질층이 구비될 수 있다. 이에 의해, 음극의 제조 과정이나 사용 중 인가되는 기계적 변형에 의해 음극이 손상(파손)되는 것을 방지할 수 있으며, 집전체와 음극 활물질층간 결착력을 향상시킬 수 있고, 또한, 집전체 양면에 위치하는 두 음극활물질층이 집전체와 실질적으로 동일한 결착력으로 부착되어, 집전체 양 면의 표면 거칠기가 상이함에도 음극 자체는(음극활물질층이 위치하는 전극의 두 면은) 실질적으로 동일한 기계적 특성을 가질 수 있다.
특히, 집전체가 서로 상이한 거칠기를 갖는 매트면과 샤이니면의 두 대향면을 가짐에 따라, 집전체가 수 μm 정도의 얇은 두께인 경우에도 기계적 변형(롤링, 벤딩등)에 의한 크랙이나 절단등의 파손이 발생하는 것을 효과적으로 방지할 수 있으며, 이러한 얇은 집전체 두께에 의해 전극의 에너지 밀도 저하를 방지할 수 있다.
상세하게, 집전체에서 상대적으로 큰 표면 거칠기를 갖는 매트면은 증가된 표면적 및 물리적인 굴곡 형상에 의해, 매트면 상에 위치하는 음극활물질층(제1음극활물질층)과의 결착력을 향상시킬 수 있다. 또한, 상대적으로 작은 표면 거칠기를 갖는 샤이니면은 집전체의 기계적 변형시 집전체가 손상되는 것을 방지할 수 있으며, 집전체가 고강도를 유지할 수 있도록 하여, 생산과정 중 상술한 불량을 방지하여 생산성을 증가시킬 수 있다. 그러나, 샤이니면에 위치하는 음극활물질층(제2음극활물질층)이 제1음극활물질층과 동량의 바인더를 함유하는 경우 집전체와 두 음극활물질층간 서로 상이한 결착력을 갖게 된다. 이러한 경우 전지의 사용시 발생하는 열응력이나 전지 제조 과정중에 발생하는 응력(변형)의 인가시 두 활물질층과 집전체간의 서로 상이한 결착력은 응력의 집중이나 전달을 야기하여 상대적으로 약한 결착력을 갖는 음극활물질층을 보다 빠르게 탈착(delamination)시키고 손상시키는 원인으로 작용하며, 서로 상이한 결착력 자체가 전극의 휘어짐을 야기할 수 있다.
이에, 서로 상이한 거칠기를 갖는 각 집전체 면에 위치하는 제1음극 활물질층과 제2음극 활물질층은 서로 상이한 바인더 조성을 가질 수 있으며, 유리하게, 집전체와 두 음극활물질층간 실질적으로 서로 동일한 결착력을 나타내는 바인더 조성을 가질 수 있다.
일 구체예에 있어, 집전체 양면의 음극 활물질층에 대한 결착력 차이는 식 1: │AF(1)-AF(2)│≤0.04N/18㎜을 만족할 수 있다. 상기 식 1에서 AF(1)은 집전체와 제1 음극 활물질층간의 결착력이고, AF(2)는 집전체와 제2 음극 활물질층간의 결착력이다. 즉, 식 1은 집전체의 매트면 및 샤이니면 각각에서 음극 활물질층과 집전체간의 결착력을 측정한 후 그 차이를 나타낸 값이다. 실험적으로 음극활물질층과 집전체간의 결착력은 가로 18 ㎜, 세로 150 ㎜의 사이즈로 전극을 자른 후에, 전극 한쪽 면의 일부분을 양면 테이프를 사용하여 UTM (Universal Testing Machine) 바닥면과 고정시키고, 부착되지 않은 전극을 지그에 물려서 당기는 힘을 측정하는 방법을 사용하여 측정된 것일 수 있다. 제1음극 활물질층과 제2음극 활물질층간의 서로 상이한 바인더 조성에 의해, 식 1을 만족하도록 집전체 매트면 및 샤이니면과 음극 활물질층간 실질적으로 동일한 결착력을 가짐으로써, 이를 포함하는 이차전지의 충방전 용량뿐만 아니라 수명특성 또한 현저히 증가시킬 수 있다.
일 구체예에 있어, 매트면은 0.5 내지 2.0 ㎛의 표면거칠기 (Rz)를 가질 수 있고, 상기 샤이니면은 0.1 내지 0.3 ㎛의 표면거칠기 (Ra) 를 가질 수 있다. 상기 범위에서 집전체의 강도 저하를 방지하면서도 적은 양의 바인더 양으로도 높은 결착력을 나타낼 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 집전체는 도전성을 나타내면서 필름, 시트, 호일 등 형태를 가지는 것이라면 크게 제한하지 않는다. 집전체의 두께는, 이차전지에서 통상적으로 사용되는 두께이면 무방하나, 구체적으로 1 내지 500 ㎛, 좋게는 1 내지 100 ㎛, 더욱 좋게는 1 내지 10 ㎛의 두께일 수 있다. 집전체의 물질은 전도성이 높고, 음극 활물질의 슬러리가 용이하게 접착할 수 있으며, 전지의 전압 범위에서 반응성이 없는 것이라면 크게 제한하지는 않는다. 구체적으로 구리, 금, 니켈 또는 구리 합금으로 이루어진 군에서 하나이상 선택할 수 있으나 이에 제한하지는 않는다.
일 구체예에 있어, 제1 음극 활물질층과 제2 음극 활물질층간의 서로 상이한 바인더 조성은 서로 상이한 종류의 바인더가 동일 내지 서로 상이한 함량으로 함유된 경우 또는 동종의 바인더를 함유하되 서로 상이한 바인더 함량을 갖는 경우를 의미할 수 있다. 다만, 제1음극 활물질층과 제2 음극 활물질층이 서로 동종(동일한 물질)의 바인더를 함유하되, 서로 상이한 바인더 함량(중량%)를 갖는 것이 보다 좋다. 이러한 경우, 음극 양면이 동일한 내화학적 성질을 나타낼 수 있으며, 코팅 공정 중 상이한 바인더가 섞여서 겔화 (Gelation)가 발생하지 않는 등의 관리적인 측면에서의 용이성이 있다.
일 구체예로, 제1 음극 활물질층과 제2 음극 활물질층은 동종의 바인더를 포함할 수 있으며, 실질적인 일 예로 제1 음극 활물질층과 제2 음극 활물질층은 각각 바인더로 셀룰로오스계 고분자 및 스티렌-부타디엔계 고무를 포함할 수 있다. 상기 셀룰로오스계 고분자는 증점제로써 상기 바인더 및 음극 활물질을 포함하는 슬러리의 점도를 조절할 수 있고, 분산성뿐만 아니라 코팅성을 향상시킬 수 있다. 또한 상기 스티렌-부타디엔계 고무는 유연성이 높아 전극의 물리적 변형에 유리하며 다른 바인더 대비 상대적으로 작은 양으로도 높은 결착력을 가질 수 있다.
구체적으로, 상기 셀룰로오스계 고분자는 메틸 셀룰로오스, 에틸 셀룰로오스, 히드록시에틸 셀룰로오스, 벤질 셀룰로오스, 트리틸 셀룰로오스, 시아노에틸 셀룰로오스, 카르복시메틸 셀룰로오스, 카르복시에틸 셀룰로오스, 아미노에틸 셀룰로오스, 니트로 셀룰로오스, 셀룰로오스 에테르 및 카르복시메틸 셀룰로오스 나트륨염 (CMCNa)으로 이루어진 군으로부터 하나이상 선택할 수 있지만 이에 제한하지는 않는다. 또한 상기 셀룰로오스계 고분자는 중량 평균 분자량 (Mw) 500,000 내지 4,000,000, 더욱 좋게는 1,500,000 내지 4,000,000일 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 스티렌-부타디엔계 고무는 중량 평균 분자량 (Mw) 10,000 내지 5,000,000을 가지는 스티렌-부타디엔 고무 (styrene-butadiene rubber, SBR) 일수 있다. 상기 범위의 스티렌-부타디엔 고무는 유연성이 높기 때문에 전극이 휘어지더라도 높은 결착력을 유지할 수 있어 유리하다.
상술한 바와 같이, 제1 음극 활물질층의 바인더 조성과 제2 음극 활물질층의 바인더 조성은 상술한 식 1을 만족하는 결착력 차를 나타내는 조성일 수 있다. 구체예로, 제1 음극 활물질층에 함유된 스티렌-부타디엔 고무의 조성(중량%)과 제2음극활물질층에 함유된 스티렌-부타디엔 고무의 조성(중량%)은 상술한 식 1을 만족하는 결착력 차를 나타내는 조성(중량%)일 수 있다.
실질적인 일 예로, 상기 제1 음극 활물질층의 스티렌-부타디엔계 고무의 함량(중량%)이 제2 음극 활물질층의 스티렌-부타디엔계 고무의 함량(중량%)보다 작을 수 있다. 보다 실질적인 일 예로, 음극이 매트면이 0.5 내지 2.0 ㎛의 표면거칠기 (Rz)를 가지며, 샤이니면이 0.1 내지 0.3 ㎛의 표면거칠기 (Ra)를 갖는 집전체를 포함하는 경우, 상기 제1 음극 활물질층의 스티렌-부타디엔계 고무의 함량은 1.0 내지 2.5 중량%, 더욱 좋게는 1.5 내지 2.0 중량% 일 수 있으며, 상기 제2 음극 활물질층의 스티렌-부타디엔계 고무의 함량은 1.3 내지 2.8 중량%, 더욱 좋게는 1.8 내지 2.3 중량% 일 수 있다. 상기 0.5 내지 2.0 ㎛의 표면거칠기 (Rz)를 가지는 집전체의 매트면과의 결착력을 현저히 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 음극 활물질의 양을 증가시킬 수 있어 이차전지의 높은 방전 용량을 나타낼 수 있다. 또한, 상기 범위에서 제2 음극 활물질층과 상기 0.1 내지 0.3 ㎛의 표면거칠기 (Ra)를 가지는 집전체의 샤이니면과의 결착력을 상기 매트면과의 결착력 차이를 현저히 줄일 수 있다. 이때, 제1음극활물질층과 제2음극활물질층은 서로 독립적으로 0.8 내지 1.5 중량%의 셀룰로오스계 고분자를 함유할 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 음극 활물질층은 셀룰로오스계 고분자 및 스티렌-부타디엔계 고무를 포함하는 바인더와 음극 활물질을 포함하며, 필요시 도전재를 더 함유할 수 있다. 도전재는 이차전지 활물질층의 전도도를 향상시키기 위해 통상적으로 사용하는 전도성 물질이면 족하다. 일 예로, 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 파네스 블랙, 램프 블랙, 서멀 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 탄소 나노 튜브 등의 도전성 튜브; 플루오로카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스커; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물 및 폴리페닐렌 유도체에서 선택되는 하나 이상의 전도성 물질을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 음극활물질층이 도전재를 더 함유하는 경우, 제1음극활물질층 또는 제2음극활물질층에 함유된 도전재 함량은 0.3 내지 5.0 중량%일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
음극 활물질층의 음극 활물질은 이차전지의 음극에 통상적으로 사용되는 활물질이면 크게 제한하지는 않지만 구체적으로 리튬, 이흑연화성 탄소, 난흑연화성 탄소, 천연 흑연, 인조 흑연, 실리콘, Sn 합금, Si 합금, Sn 산화물, Si 산화물, Ti 산화물, Ni 산화물, Fe 산화물 및 리튬-티타늄 산화물등으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 물질을 들 수 있다.
음극 활물질층은 음극 활물질, 바인더 및 용매를 포함하는 슬러리, 또는 음극 활물질, 바인더, 도전재 및 용매를 포함하는 슬러리를 집전체에 도포한 후 건조 및 압연하여 형성할 수 있다. 용매는 NMP(N-메틸 피롤리돈), DMF(디메틸 포름아미드), 아세톤, 디메틸 아세트아미드 등의 유기 용매 및 물로 이루어진 군에서 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 사용할 수 있으나, 이에 제한하지는 않는다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 음극은 상기 제1 음극 활물질층 위에 상기 제1 음극 활물질층의 바인더 조성과 상이한 조성(바인더 조성)을 갖는 제3 음극 활물질층을 더 포함할 수 있다. 상기 제3 음극 활물질층은 제1 음극 활물질층과 동일하게 셀룰로오스계 고분자 및 스티렌-부타디엔계 고무를 포함하는 바인더를 포함할 수 있다. 다만, 상기 제1 음극 활물질층의 스티렌-부타디엔계 고무의 함량이 제3 음극 활물질층의 스티렌-부타디엔계 고무의 함량과 동일하거나 보다 더 클 수 있다. 구체적으로, 제3 음극 활물질층은 제1 음극 활물질층보다 작은 바인더 함량을 갖되, 0 내지 1.5 중량%, 좋게는 0.1 내지 1.2 중량%의 스티렌-부타디엔 고무를 함유할 수 있으며, 0.8 내지 1.5 중량%의 셀룰로오스계 고분자를 함유할 수 있다. 또한, 상기 제1 음극 활물질층과 제3 음극 활물질층의 두께비는 1:1 내지 1:9일 수 있으며, 총 두께는 1.65g/cc 합제 밀도 기준 20 내지 160 ㎛일 수 있다. 상기 제3 음극 활물질층을 추가 형성함으로써, 제1 음극 활물질층의 스티렌-부타디엔계 고무의 마이그레이션 (Migration) 문제를 감소시켜, 음극 활물질이 균일하게 분포될 수 있으며, 저항을 현저히 줄일 수 있다. 뿐만 아니라 제1 및 제3 음극 활물질층의 상술한 범위에 따른 바인더 조성비 조절을 통해 음극 활물질과 집전체 매트면의 결착력을 향상시킬 수 있을뿐만 아니라, 저항을 줄일 수 있어 집전체 양면의 저항차이 및 음극 활물질과의 결착력 차이를 현저히 줄이고 이차전지의 성능과 수명특성 또한 현저히 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 음극은 제2 음극 활물질층 위에 제4 음극 활물질층을 더 포함하고 제4 음극 활물질층은 상기 제3 음극 활물질층과 동일한 조성을 가질 수 있다. 구체적으로 상기 제2 음극 활물질층과 제4 음극 활물질층의 두께비는 1:1 내지 1:9 일 수 있으며, 총 1.65g/cc 합제 밀도 기준 20 내지 160 ㎛일 수 있다. 상기 제4 음극 활물질층을 더 포함함으로써, 제2 음극 활물질층의 스티렌-부타디엔계 고무의 마이그레이션 현상을 감소시켜, 집전체 샤이니면의 저항과 상기 매트면의 저항의 차이를 현저히 줄일 수 있다. 따라서 제 2 및 제4 음극 활물질층의 상술한 범위에 따른 바인더 함량 조절을 통해 음극 활물질과 집전체 양면의 결착력 차이를 현저히 줄일 수 있을 뿐만 아니라 저항 차이 또한 감소되어, 이차전지의 성능 및 수명 특성을 모두 증가시킬 수 있다.
본 발명은 또한 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 음극을 포함하는 리튬 이차전지를 제공한다. 상기 리튬 이차전지는 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 이차전지용 음극, 양극, 분리막 및 비수계 전해액을 포함하여 제조할 수 있다.
상기 양극은 양극 집전체에 양극 활물질이 코팅된 것으로, 상기 양극 활물질은 이차전지의 양극에 통상적으로 사용되는 활물질이면 사용 가능하다. 예를 들어, 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물이나 하나 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 화합물; 화학식 Li1 + xMn2 - xO4 (여기서, x 는 0 ~ 0.33 임), LiMnO3, LiMn2O3, LiMnO2 등의 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 LiMn 2- 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 Zn임)으로 표현되는 리튬 망간 복합 산화물; LiNixMn2 - xO4로 표현되는 스피넬 구조의 리튬 망간 복합 산화물 (x = 0.01 ~ 0.6 임); 화학식의 Li 일부가 알칼리토금속 이온으로 치환된 LiMn2O4; 디설파이드 화합물; Fe2(MoO4)3 등을 사용할 수 있다. 또한 양극 집전체는 스테인리스스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테리인레스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것 등이 사용될 수 있다.
상기 양극과 음극 사이에는 분리막이 개재되는데, 상기 분리막은 다공성 고분자 필름, 예를 들면 에틸렌 단독중합체, 프로필렌 단독 중합체, 에틸렌/부텐 공중합체, 에틸렌/헥센 공중합체 및 에틸렌/메타크릴레이트 공중합체 등과 같은 폴리올레핀계 고분자로 제조한 다공성 고분자 필름이 단독으로 또는 2종 이상이 적층된 것일 수 있다. 이 외에 통상적인 다공성 부직포, 예를 들어 고융점의 유리 섬유, 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유 등으로 된 부직포를 사용할 수 있으며, 이에 한정 되는 것은 아니다.
또한 상기 비수계 전해액은 전해질인 리튬염과 유기 용매를 포함하며, 리튬염은 리튬 이차전지용 전해액에 통상적으로 사용되는 것들이 제한 없이 사용될 수 있으며, Li+X-로 표현할 수 있다. 상기 리튬염의 음이온으로는 특별히 제한되지 않으며, F-, Cl-, Br-, I-, NO3 -, N(CN)2 -, BF4 -, ClO4 -, PF6 -, (CF3)2PF4 -, (CF3)3PF3 -, (CF3)4PF2 -, (CF3)5PF-, (CF3)6P-, CF3SO3 -, CF3CF2SO3 -, (CF3SO2)2N-, (FSO2)2N-, CF3CF2(CF3)2CO-, (CF3SO2)2CH-, (SF5)3C-, (CF3SO2)3C-, CF3(CF2)7SO3 -, CF3CO2 -, CH3CO2 -, SCN- 및 (CF3CF2SO2)2N- 중에서 하나 또는 둘 이상 사용될 수 있다. 상기 유기 용매는 프로필렌 카보네이트, 에틸렌 카보네이트, 디에틸 카보네이트, 디메틸 카보네이트, 에틸메틸 카보네이트, 메틸프로필 카보네이트, 디프로필 카보네이트, 디메틸설퍼옥사이드, 아세토니트릴, 디메톡시에탄, 디에톡시에탄, 설포란, 감마-부티로락톤, 및 테트라하이드로푸란 등으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물이 사용될 수 있다.
상기 리튬 이차전지의 외형은 특별한 제한이 없으나, 캔을 사용한 원통형, 각형, 파우치(pouch)형 또는 코인(coin)형 등에서 선택될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 리튬 이차전지는 100 싸이클 충방전 진행 후에도 98% 이상의 방전용량을 유지하는 것일 수 있다. 일반적으로 충방전 싸이클이 진행함에 따라 방전용량이 감소하게 되는데, 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차전지는 100 싸이클 충방전 후에도, 첫번째 싸이클 방전용량의 98% 이상을 유지할 수 있는 높은 수명 특성을 나타낼 수 있다.
본 발명은
상대적으로 높은 표면거칠기를 가지는 집전체의 매트면 (Matte side)에 제1 음극 활물질층을 형성하는 단계; 및
상대적으로 낮은 표면거칠기를 가지는 집전체의 샤이니면 (Shiny side)에 제2 음극 활물질층을 형성하는 단계,
를 포함하며,
상기 제1 음극 활물질층 및 제2 음극 활물질층은 서로 상이한 바인더 조성을 가지는 것인 이차전지용 음극의 제조방법을 제공한다.
구체적으로, 상기 제1 및 제2 음극 활물질층은 음극 활물질 및 바인더를 포함하는 슬러리를 집전체 표면에 코팅하여 형성하는 것일 수 있다. 상기 바인더는 셀룰로오스계 고분자 및 스티렌-부타디엔계 고무를 포함할 수 있으며, 상기 제1 음극 활물질층의 스티렌-부타디엔계 고무의 함량은 상기 제2 음극 활물질층의 스티렌-부타디엔계 고무의 함량보다 더 작은 것일 수 있다.
상기 슬러리는 음극 활물질 및 바인더 외에 도전재를 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 음극 활물질층은 음극 활물질, 도전재, 바인더 및 용매를 포함하는 슬러리를 제조하여 집전체 표면에 도포한 후 건조 및 압연하여 형성할 수 있다. 상기 용매는 NMP(N-메틸 피롤리돈), DMF(디메틸 포름아미드), 아세톤, 디메틸 아세트아미드 등의 유기 용매 및 물로 이루어진 군에서 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 사용할 수 있으나, 이에 제한하지는 않는다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 음극의 제조방법은 상기 제1 음극 활물질층 위에 상기 제1 음극 활물질층의 바인더 조성과 상이한 조성을 포함하는 제3 음극 활물질층을 형성하는 단계; 및
상기 제2 음극 활물질층 위에 상기 제3 음극 활물질층의 바인더 조성과 동일한 조성을 포함하는 제4 음극 활물질층을 형성하는 단계;
를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 제3 및 제4 음극 활물질층은 음극 활물질 및 바인더를 포함하는 슬러리를 각각 상기 제1 및 제2 음극 활물층 위에 코팅하여 형성하는 것일 수 있다. 상기 바인더는 셀룰로오스계 고분자 및 스티렌-부타디엔계 고무를 포함할 수 있으며, 상기 제3 음극 활물질층의 스티렌-부타디엔계 고무의 함량은 상기 제1 음극 활물질층의 스티렌-부타디엔계 고무의 함량과 동일하거나 더 작은 것일 수 있다.
상기 슬러리는 음극 활물질 및 바인더 외에 도전재를 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 음극 활물질, 도전재, 바인더 및 용매를 포함하는 슬러리를 제조하여 각각 제1 및 제2 음극 활물질층 위에 도포한 후 건조 및 압연하여 형성할 수 있다.
이하 본 발명을 실시예를 통해 상세히 설명하나, 이들은 본 발명을 보다 상세하게 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 권리범위가 하기의 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
평균두께가 6 ㎛이며, 표면거칠기(Rz)가 1.1 ㎛인 매트면 및 표면거칠기(Ra)가 0.2 ㎛인 샤이니면을 가지는 구리필름을 집전체로 사용하였다. 상기 구리필름의 매트면에는 카본 블랙 1.0 wt%, 카르복시메틸 셀룰로오스 (CMC) 1.2 wt%, SBR 1.5 wt%, 흑연 96.3 wt%를 포함하는 제1 음극 활물질층을 형성하였다. 상기 제1 음극 활물질층은 고형분 기준 49 중량%의 슬러리를 상기 구리필름의 매트면에 도포한 후 건조 및 압착하여 두께 50 ㎛로 형성하였다. 다음 상기 구리필름의 샤이니면에는 카본 블랙 1.0 wt%, CMC 1.0 wt%, SBR 1.7 wt%, 음극 활물질로 흑연 96.3 wt%를 포함하는 제2 음극 활물질층을 형성하였다. 상기 제2 음극 활물질층은 49 중량%로 물에 용해시켜 제조한 슬러리를 상기 구리필름의 매트면에 두께 50 ㎛로 형성하여 제1 및 제2 음극 활물질층을 포함하는 음극을 제조하였다.
상기 실시예 1에서 제2 음극 활물질층의 CMC 및 SBR의 조성비가 각각 0.9 wt%/1.8 wt%인 것을 제외하고는 동일하게 실시하였다.
상기 실시예 1에서 제2 음극 활물질층의 CMC 및 SBR의 조성비가 각각 0.8 wt%/1.9 wt%인 것을 제외하고는 동일하게 실시하였다.
상기 실시예 2에서 상기 제1 및 제2 음극 활물질층 상에 각각 카본 블랙 1.0 wt%, CMC 1.2 wt%, SBR 1.5 wt%, 및 흑연 96.3 wt%를 포함하며 두께 25㎛인 제3 및 제4 음극 활물질층을 추가 형성하여 각각의 면의 총 두께 50 ㎛로 형성한 것을 제외하고는 동일하게 실시하였다.
상기 제조과정에 의해 제조된 음극의 구조는 도 1에 간략하게 도시되어 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 구리필름의 매트면에 제1 음극 활물질층이 형성되며, 그 위에 제3 음극 활물질층이 형성되고, 샤이니면에는 제2 음극 활물질층이 형성되며, 그 위에 제4 음극 활물질층이 형성된 구조를 가진다.
상기 실시예 4에서 제1 음극 활물질층의 CMC 및 SBR의 조성비를 1.2 wt%/2.0 wt%로 하고, 제2 음극 활물질층의 CMC 및 SBR의 조성비를 0.9 wt%/2.3 wt%로 하며, 제3 및 제4 음극 활물질층의 CMC 및 SBR의 조성비를 1.2 wt%/1.0 wt%로 한 것을 제외하고는 동일하게 실시하였다.
(비교예 1)
상기 실시예 1에서 매트면 및 샤이니면의 CMC 및 SBR의 조성비가 동일하게 1.2 wt%/1.5 wt%인 것을 제외하고는 동일하게 실시하였다.
실험예 1: 결착력 측정
실시예 1 내지 5, 비교예 1에 따라 제조된 음극을 가로 18 ㎜, 세로 150 ㎜의 사이즈로 전극을 자른 후에, UTM을 이용하여 180도 peel test로 결착력을 측정하였고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
샤이니면
결착력 (N/18㎜) 		매트면
결착력 (N/18㎜)
실시예 1 0.30±0.02 0.27±0.02
실시예 2 0.30±0.02 0.30±0.02
실시예 3 0.30±0.02 0.30±0.03
실시예 4 0.30±0.02 0.30±0.02
실시예 5 0.40±0.02 0.40±0.02
비교예 1 0.30±0.02 0.23±0.02
표 1에서 볼 수 있듯이, 본 발명에 따른 이차전지용 음극의 샤이니면 및 매트면의 결착력 차이가 0.04N/18㎜ 이하로써, 비교예 1의 0.07/18㎜보다 현저히 줄어든 것을 확인 할 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 집전체 양면 서로 상이한 바인더 조성을 가지는 이차전지용 음극은 양면 모두 균일하고 유사한 결착력을 나타낸다는 것을 확인할 수 있다.
실험예 2: 박리 평가
실시예 1 내지 5 및 비교예 1에 따라 제조된 음극을 지름 36㎜ 원형으로 타발하였다. 타발된 전극을 진공건조 시킨 후 전극이 충분히 잠기도록 디메틸 카보네이트 (DMC) 전해액 20ml에 담군 후 1분동안 진공처리를 통해 전극이 전해액에 충분히 적셔지도록 하였다. 다음 드라이룸에서 48시간동안 방치 후, 다시 꺼내 박리가 된 부분을 자를 이용하여 측정하였고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
전극 박리
(㎜ @ 24hr )
실시예 1 0.5
실시예 2 0
실시예 3 0
실시예 4 0
실시예 5 0
비교예 1 1.5
표 2서 볼 수 있듯이, 본 발명에 따른 이차전지용 음극의 박리정도는 비교예 1보다 현저히 줄어든 것을 확인 할 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 집전체 양면 서로 상이한 바인더 조성을 가지는 이차전지용 음극은 양면 모두 균일하고 유사한 결착력을 나타냄으로써, 결착력 차이로 인한 박리문제를 해결할 수 있다는 것을 알 수 있다.
실험예 3: 전지 성능 평가
음극은 상기 실시예 1 내지 5, 비교예 1에 따라 각각 제조된 음극을 사용하였고, 양극은 LiCoO2를 양극 활물질로 사용하고, 폴리비닐리덴플로우라이드 바인더와 용매 N-메틸 피롤리돈을 사용하여 알루미튬 호일에 코팅하여 제조하였다. 전해액은 에틸렌 카보네이트 (EC): 에틸메틸카보네이트 (EMC): 디에틸 카보네이트 (DEC)를 기본 조성으로 가지는 1M LiPF6 용액을 사용하였고, 분리막은 폴리에틸렌 분리막을 사용하여 당업계에서 통상적으로 알려진 전지의 제조방법을 이용하여 코인셀을 제조하였다. 제조된 전지는 1C의 방전 속도로 100싸이클 충방전 한 다음, 방전 용량을 측정하여 초기 용량 대비 감소한 정도를 측정하는 사이클 (Cycle) 평가를 진행하였으며 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
싸이클 용량 유지율
( % @ 100 싸이클 )
실시예 1 92.2%
실시예 2 95.1%
실시예 3 94.6%
실시예 4 98.2%
실시예 5 99.7%
비교예 1 92.0%
표 3에서 볼 수 있듯이, 본 발명에 따른 이차전지용 음극을 포함하는 리튬 이차전지의 100 싸이클 후의 용량이 비교예 1보다 훨씬 좋은 유지율을 나타내는 것을 알 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 집전체 양면 서로 상이한 바인더 조성을 가지는 이차전지용 음극은 양면 모두 균일하고 유사한 결착력으로 인해, 이를 포함하는 리튬 이차전지의 수명 특성을 향상시킬 수 있다는 것을 알 수 있다.

Claims (17)

  1. 상대적으로 높은 표면거칠기를 가지는 매트면 (Matte side)인 일면과 낮은 표면거칠기를 가지는 샤이니면 (Shiny side)인 타면을 포함하는 집전체를 포함하며,
    상기 매트면 상 위치하는 제1 음극 활물질층 및 상기 샤이니면 상 위치하는 제2 음극 활물질층은 서로 상이한 바인더 조성을 가지는 것인 이차전지용 음극.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 바인더는 셀룰로오스계 고분자 및 스티렌-부타디엔계 고무를 포함하는 것인 이차전지용 음극.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 음극 활물질층의 스티렌-부타디엔계 고무의 함량이 상기 제2 음극 활물질층의 스티렌-부타디엔계 고무의 함량보다 더 작은 것인 이차전지용 음극.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 집전체는 평균두께 1 내지 12 ㎛를 가지는 금속 필름인 것인 이차전지용 음극.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 집전체 매트면의 표면거칠기 (Rz)는 0.5 내지 2.0 ㎛인 것인 이차전지용 음극.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 집전체 양면의 음극 활물질과의 결착력 차이는 하기 관계식을 만족하며,
    [관계식]
    │AF(1)-AF(2)│≤0.04N/18㎜
    상기 식에서 AF(1)은 집전체와 제1 음극 활물질층의 결착력이고, AF(2)는 집전체와 제2 음극 활물질층의 결착력인 것인 이차전지용 음극.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 음극 활물질은 리튬, 이흑연화성 탄소, 난흑연화성 탄소, 그라파이트, 실리콘, Sn 합금, Si 합금, Sn 산화물, Si 산화물, Ti 산화물, Ni 산화물, Fe 산화물 및 리튬-티타늄 산화물로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 물질인 것인 이차전지용 음극.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 음극 활물질층 위에 상기 제1 음극 활물질층의 바인더 조성과 상이한 조
    성을 포함하는 제3 음극 활물질층을 더 포함하는 이차전지용 음극.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 음극 활물질층의 스티렌-부타디엔계 고무의 함량이 제3 음극 활물질층의 스티렌-부타디엔계 고무의 함량과 동일하거나 보다 더 큰 것인 이차전지용 음극.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 음극 활물질층과 제3 음극 활물질층의 두께비는 1:1 내지 1:9인 것인 이차전지용 음극.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제2 음극 활물질층 위에 제4 음극 활물질층을 더 포함하고 제4 음극 활물질층은 상기 제3 음극 활물질층과 동일한 바인더 조성을 가지는 것인 이차전지용 음극.
  12. 제1항 내지 제12항에서 선택되는 어느 한 항에 따른 이차전지용 음극을 포함하는 리튬 이차전지.
  13. 제13항에 있어서,
    상기 리튬 이차전지는 100 싸이클 충방전 진행 후에도 98% 이상의 방전용량을 유지하는 것인 이차전지.
  14. 상대적으로 높은 표면거칠기를 가지는 집전체의 매트면 (Matte side)에 제1 음극 활물질층을 형성하는 단계; 및
    상대적으로 낮은 표면거칠기를 가지는 집전체의 샤이니면 (Shiny side)에 제2 음극 활물질층을 형성하는 단계,
    를 포함하며,
    상기 제1 음극 활물질층 및 제2 음극 활물질층은 서로 상이한 바인더 조성을 가지는 것인 이차전지용 음극의 제조방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 음극 활물질층은 음극 활물질 및 바인더를 포함하는 슬러리를 집전체 표면에 코팅하여 형성하는 것인 이차전지용 음극의 제조방법.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 제1 음극 활물질층 위에 상기 제1 음극 활물질층의 바인더 조성과 상이한 조성을 포함하는 제3 음극 활물질층을 형성하는 단계; 및
    상기 제2 음극 활물질층 위에 상기 제3 음극 활물질층의 바인더 조성과 동일한 조성을 포함하는 제4 음극 활물질층을 형성하는 단계;
    를 더 포함하는 이차전지용 음극의 제조방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제3 및 제4 음극 활물질층은 음극 활물질 및 바인더를 포함하는 슬러리를 각각 상기 제1 및 제2 음극 활물질층 위에 코팅하여 형성하는 것인 이차전지용 음극의 제조방법.
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KR100839369B1 (ko) 2006-11-27 2008-06-19 삼성에스디아이 주식회사 리튬 이차 전지용 음극 활물질 조성물, 이를 이용하여제조된 리튬 이차 전지용 음극 및 리튬 이차 전지
KR101323269B1 (ko) 2013-04-25 2013-10-30 한밭대학교 산학협력단 고온 특성 향상을 위한 전극용 바인더 조성물 및 이를 포함하는 리튬이차전지

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100839369B1 (ko) 2006-11-27 2008-06-19 삼성에스디아이 주식회사 리튬 이차 전지용 음극 활물질 조성물, 이를 이용하여제조된 리튬 이차 전지용 음극 및 리튬 이차 전지
KR101323269B1 (ko) 2013-04-25 2013-10-30 한밭대학교 산학협력단 고온 특성 향상을 위한 전극용 바인더 조성물 및 이를 포함하는 리튬이차전지

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