KR20210054828A - Active material double layered electrode comprising active material particles having different sizes and secondary battery comprising the same - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to an electrode having a double-layer structure including different kinds of particulate active materials having different average particle diameters, and a secondary battery including the same. The present invention increases the mechanical strength and stability of the electrode, and the secondary battery using the same exhibits an excellent discharge capacity.

Description

평균 입경이 상이한 이종의 입자상 활물질을 포함하는 이중층 구조의 전극 및 이를 포함하는 이차전지{ACTIVE MATERIAL DOUBLE LAYERED ELECTRODE COMPRISING ACTIVE MATERIAL PARTICLES HAVING DIFFERENT SIZES AND SECONDARY BATTERY COMPRISING THE SAME}A double-layered electrode containing heterogeneous particulate active materials with different average particle diameters, and a secondary battery including the same {ACTIVE MATERIAL DOUBLE LAYERED ELECTRODE COMPRISING ACTIVE MATERIAL PARTICLES HAVING DIFFERENT SIZES AND SECONDARY BATTERY COMPRISING THE SAME}

본 발명은 평균 입경이 상이한 이종의 입자상 활물질을 포함하는 이중층 구조의 전극 및 이를 포함하는 이차전지에 관한 것이다. The present invention relates to an electrode having a double-layer structure including different types of particulate active materials having different average particle diameters, and a secondary battery including the same.

모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요의 증가로, 이차전지의 수요 또한 급격히 증가하고 있다. 그 중에서도, 리튬 이차전지는 에너지 밀도와 작동전압이 높고 보존과 수명 특성이 우수하다는 점에서, 각종 모바일 기기는 물론 다양한 전자 제품들의 에너지원으로 널리 사용되고 있다. With the increase in technology development and demand for mobile devices, the demand for secondary batteries is also rapidly increasing. Among them, lithium secondary batteries are widely used as an energy source for various electronic products as well as various mobile devices because of their high energy density and high operating voltage and excellent storage and lifespan characteristics.

또한, 이차전지는, 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차 또는 하이브리드 전기자동차 등의 에너지원으로 주목받고 있다. 전기자동차의 에너지원으로 적용하기 위해서는 고출력의 전지가 필요하다.In addition, the secondary battery is attracting attention as an energy source such as an electric vehicle or a hybrid electric vehicle, which has been proposed as a solution for solving air pollution such as conventional gasoline vehicles and diesel vehicles using fossil fuels. To be applied as an energy source of an electric vehicle, a high-power battery is required.

이차전지의 출력 특성을 높이는 방안으로 높은 에너지 밀도를 갖는 전극에 대한 개발이 주목받고 있다. 예를 들어, 양극의 경우에는 높은 에너지 밀도를 갖는 고함량 니켈(High-Ni)계 NCM 양극 활물질에 대한 연구가 이어지고 있다. 그러나, 고함량 니켈(High-Ni)계 NCM 양극 활물질을 적용한 이차전지는 전지 셀의 안정성이 좋지 못하며, 특히 내부 단락에 의한 발열반응에 매우 취약한 특성을 가지고 있다.The development of an electrode having a high energy density is drawing attention as a way to increase the output characteristics of a secondary battery. For example, in the case of a positive electrode, research on a high-content nickel (High-Ni)-based NCM positive electrode active material having a high energy density has been continued. However, a secondary battery to which a high-content nickel (High-Ni)-based NCM positive electrode active material is applied has poor battery cell stability, and is particularly vulnerable to exothermic reactions due to an internal short circuit.

음극의 경우에는, 높은 에너지 밀도를 갖는 실리콘계 음극 활물질에 대한 연구가 이어지고 있다. 그러나, 실리콘계 음극 활물질을 적용한 전극은 충방전 과정에서 부피 변화가 크게 나타나며, 이는 전지의 안정성을 저해하는 원인이 된다. In the case of a negative electrode, research on a silicon-based negative electrode active material having a high energy density has been continued. However, the electrode to which the silicon-based negative active material is applied exhibits a large volume change during the charging and discharging process, which causes the stability of the battery to be impaired.

따라서, 전지 셀의 안정성을 저해하지 않으면서 동시에 전지의 출력 특성을 높일 수 있는 새로운 구조의 전극에 대한 개발이 요구된다. Accordingly, there is a need to develop an electrode having a new structure capable of enhancing the output characteristics of the battery without impairing the stability of the battery cell.

한국특허공개공보 제2015-0049999호Korean Patent Publication No. 2015-0049999

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 평균 입경이 상이한 이종의 입자상 활물질을 포함하는 이중층 구조의 전극 및 이를 포함하는 이차전지를 제공함을 목적으로 한다. The present invention has been invented to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide an electrode having a double layer structure including a different type of particulate active material having a different average particle diameter, and a secondary battery including the same.

본 발명에 따른 이차전지용 전극은, 집전체층; 상기 집전체층의 일면 또는 양면에 형성되되, 입자상 활물질을 포함하는 하부 합제층; 및 상기 하부 합체층이 집전제층과 접하는 면의 반대측 면에 형성되되, 입자상 활물질을 포함하는 상부 합제층을 포함한다. 또한, 상기 하부 합제층은, 하부 합제층의 입자상 활물질 전체 100 중량%를 기준으로, 소립자 활물질(DS)의 함량이 30 내지 100 중량%이고, 상기 상부 합제층은, 상부 합제층의 입자상 활물질 전체 100 중량%를 기준으로, 대립자 활물질(DL)의 함량이 30 내지 100 중량% 범위이다.The electrode for a secondary battery according to the present invention includes a current collector layer; A lower mixture layer formed on one or both surfaces of the current collector layer and including a particulate active material; And an upper mixture layer formed on a surface opposite to a surface in which the lower coalescence layer is in contact with the current collector layer, and includes a particulate active material. In addition, the lower mixture layer, based on 100% by weight of the total particulate active material of the lower mixture layer , the content of the small particle active material (D S ) is 30 to 100% by weight, the upper mixture layer, the particulate active material of the upper mixture layer Based on the total 100% by weight , the content of the large particle active material (D L) is in the range of 30 to 100% by weight.

하나의 예에서, 상기 소립자 활물질(DS)의 입경은 평균 1 내지 10 ㎛ 범위이고, 상기 대립자 활물질(DL)의 입경은 평균 11 내지 50 ㎛ 범위이다. In one example, the small particle active material (D S ) has an average particle diameter of 1 to 10 μm, and the large particle active material (D L) has an average particle diameter of 11 to 50 μm.

구체적인 예에서, 상기 하부 합제층은, 하부 합제층의 입자상 활물질 전체 100 중량%를 기준으로, 소립자 활물질(DS)의 함량이 55 내지 90 중량%이고, 대립자 활물질(DL)의 함량이 10 내지 45 중량%이다. 또한, 상기 상부 합제층은, 상부 합제층의 입자상 활물질 전체 100 중량%를 기준으로, 소립자 활물질(DS)의 함량이 10 내지 45 중량%이고, 대립자 활물질(DL)의 함량이 55 내지 90 중량%이다. In a specific example, in the lower mixture layer, the content of the small particle active material (D S ) is 55 to 90% by weight, based on 100% by weight of the total particulate active material of the lower mixture layer, and the content of the large particle active material (D L ) is 10 to 45% by weight. In addition, the upper mixture layer, based on 100% by weight of the total particulate active material of the upper mixture layer , the content of the small particle active material (D S ) is 10 to 45% by weight, the content of the large particle active material (D L ) is 55 to 90% by weight.

구체적인 예에서, 상기 하부 합제층은, 하부 합제층의 입자상 활물질 전체 100 중량%를 기준으로, 소립자 활물질(DS)의 함량이 90 내지 100 중량%이다. 또한, 상기 상부 합제층은, 상부 합제층의 입자상 활물질 전체 100 중량%를 기준으로, 소립자 활물질(DS)의 함량이 10 내지 45 중량%이고, 대립자 활물질(DL)의 함량이 55 내지 90 중량%이다. In a specific example, in the lower mixture layer, the content of the small particle active material (D S ) is 90 to 100% by weight, based on 100% by weight of the total particulate active material of the lower mixture layer. In addition, the upper mixture layer, based on 100% by weight of the total particulate active material of the upper mixture layer , the content of the small particle active material (D S ) is 10 to 45% by weight, the content of the large particle active material (D L ) is 55 to 90% by weight.

구체적인 예에서, 상기 하부 합제층은, 하부 합제층의 입자상 활물질 전체 100 중량%를 기준으로, 소립자 활물질(DS)의 함량이 55 내지 90 중량%이고, 대립자 활물질(DL)의 함량이 10 내지 45 중량%이다. 또한, 상기 상부 합제층은, 상부 합제층의 입자상 활물질 전체 100 중량%를 기준으로, 대립자 활물질(DL)의 함량이 90 내지 100 중량%이다. In a specific example, in the lower mixture layer, the content of the small particle active material (D S ) is 55 to 90% by weight, based on 100% by weight of the total particulate active material of the lower mixture layer, and the content of the large particle active material (D L ) is 10 to 45% by weight. In addition, in the upper mixture layer, the content of the large particle active material (D L ) is 90 to 100% by weight, based on 100% by weight of the total particulate active material of the upper mixture layer.

하나의 예에서, 하부 합제층과 상부 합제층의 평균 두께의 비율은 3:7 내지 7:3 범위이다.In one example, the ratio of the average thickness of the lower mixture layer and the upper mixture layer is in the range of 3:7 to 7:3.

또 다른 하나의 예에서, 하부 합제층과 상부 합제층의 평균 두께의 비율은 1:9 내지 4.5:5.5 범위이다.In another example, the ratio of the average thickness of the lower mixture layer and the upper mixture layer is in the range of 1:9 to 4.5:5.5.

하나의 예에서, 본 발명에 따른 이차전지용 전극에서, 상기 하부 합제층에 함유된 바인더의 함량(BUnder)에 대한 상부 합제층에 함유된 바인더의 함량(BTop)의 비율((BTop)/(BUnder))은, 0.1 내지 1.0 범위이다. In one example, in the electrode for a secondary battery according to the present invention, the ratio of the content of the binder contained in the upper mixture layer (B Top ) to the content of the binder contained in the lower mixture layer (B Under ) ((B Top ) /(B Under )) is in the range of 0.1 to 1.0.

또한, 본 발명은 앞서 설명한 전극을 포함하는 이차전지를 제공한다. In addition, the present invention provides a secondary battery including the electrode described above.

하나의 예에서, 상기 이차전지는, 양극; 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 분리막을 포함하며, 여기서, 상기 양극 및 음극 중 어느 하나 이상의 전극은 앞서 설명한 전극과 동일한 구조를 갖는다. In one example, the secondary battery, a positive electrode; And a cathode and a separator interposed between the anode and the cathode, wherein at least one of the anode and the cathode has the same structure as the electrode described above.

구체적인 예에서, 상기 이차전지의 양극 및 음극은 앞서 설명한 전극과 동일한 구조를 갖는다. In a specific example, the positive electrode and the negative electrode of the secondary battery have the same structure as the electrode described above.

또한, 본 발명은 앞서 설명한 이차전지를 포함하는 자동차를 제공한다. In addition, the present invention provides a vehicle including the secondary battery described above.

본 발명에 따른 이차전지용 전극은 우수한 기계적 강도를 가지며, 이를 적용한 이차전지는 우수한 방전 용량을 발휘한다The electrode for a secondary battery according to the present invention has excellent mechanical strength, and a secondary battery to which it is applied exhibits excellent discharge capacity.

도 1 내지 5는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 전극의 단면을 모식적으로 나타낸 도면들이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 방전 용량을 비교 측정한 결과이다.
1 to 5 are views each schematically showing a cross section of an electrode for a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
6 is a result of comparing and measuring the discharge capacity of a secondary battery according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어 또는 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 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 present invention will be described in detail. Prior to this, terms or words used in the present specification and claims are not limited to their usual or dictionary meanings and should not be construed, and the inventors appropriate the concept of terms to describe their own invention in the best way. It should be interpreted as a meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention on the basis of the principle that it can be defined.

본 발명은 이차전지용 전극을 제공한다. 상기 이차전지용 전극은, 집전체층; 상기 집전체층의 일면 또는 양면에 형성되되, 입자상 활물질을 포함하는 하부 합제층; 및 상기 하부 합체층이 집전제층과 접하는 면의 반대측 면에 형성되되, 입자상 활물질을 포함하는 상부 합제층을 포함한다. 또한, 하부 합제층은, 하부 합제층의 입자상 활물질 전체 100 중량%를 기준으로, 소립자 활물질(DS)의 함량이 30 내지 100 중량%이고, 상부 합제층은, 상부 합제층의 입자상 활물질 전체 100 중량%를 기준으로, 대립자 활물질(DL)의 함량이 30 내지 100 중량%이다. The present invention provides an electrode for a secondary battery. The secondary battery electrode may include a current collector layer; A lower mixture layer formed on one or both surfaces of the current collector layer and including a particulate active material; And an upper mixture layer formed on a surface opposite to a surface in which the lower coalescence layer is in contact with the current collector layer, and includes a particulate active material. In addition, in the lower mixture layer, the content of the small particle active material (D S ) is 30 to 100% by weight, based on 100% by weight of the total particulate active material of the lower mixture layer, and the upper mixture layer has a total of 100% by weight of the particulate active material of the upper mixture layer. Based on the weight %, the content of the large particle active material (D L) is 30 to 100% by weight.

본 발명에 따른 이차전지용 전극은, 집전체층의 일면 또는 양면에 이중층의 합제층이 형성된 구조이다. 이중층의 합제층은, 집전체층 상에 형성된 하부 합제층과 상기 하부 합제층 상에 형성된 상부 합제층을 포함한다. 상기 하부 합제층은 소립자 활물질의 함량이 높은 구조이고, 상부 합제층은 대립자 활물질의 함량이 높은 구조이다. The electrode for a secondary battery according to the present invention has a structure in which a double-layered mixture layer is formed on one or both surfaces of a current collector layer. The double-layered mixture layer includes a lower mixture layer formed on the current collector layer and an upper mixture layer formed on the lower mixture layer. The lower mixture layer has a high content of small particle active material, and the upper mixture layer has a high content of large particle active material.

본 발명에서 '대립자 활물질'이란, 입자상 활물질로서 입경이 상대적으로 큰 경우를 총칭하며, 예를 들어, 평균 입경이 11 내지 50 ㎛ 범위인 경우를 포함한다. 또한, '소립자 활물질'이란, 입자상 활물질로서 입경이 상대적으로 작은 경우를 총칭하며, 예를 들어, 평균 입경이 1 내지 10 ㎛ 범위인 경우를 포함한다.In the present invention, the term'antiparticle active material' refers to a case where a particle diameter is relatively large as a particulate active material, and includes, for example, a case in which the average particle diameter is in the range of 11 to 50 μm. In addition, "small particle active material" refers to a case where a particle diameter is relatively small as a particulate active material, and includes, for example, a case in which the average particle diameter is in the range of 1 to 10 µm.

본 발명에 따른 이차전지용 전극은, 상기 대립자 활물질과 소립자 활물질의 혼합 비율에 따라 다양한 형태 혹은 구조로 적용 가능하다. The electrode for a secondary battery according to the present invention can be applied in various shapes or structures according to the mixing ratio of the large particle active material and the small particle active material.

하나의 실시예에서, 하부 합제층은, 하부 합제층의 입자상 활물질 전체 100 중량%를 기준으로, 소립자 활물질(DS)의 함량이 55 내지 90 중량%이고, 대립자 활물질(DL)의 함량이 10 내지 45 중량%이고, 상부 합제층은, 상부 합제층의 입자상 활물질 전체 100 중량%를 기준으로, 소립자 활물질(DS)의 함량이 10 내지 45 중량%이고, 대립자 활물질(DL)의 함량이 55 내지 90 중량%이다. 구체적인 예에서, 하부 합제층은 소립자 활물질(DS)의 함량이 70 내지 90 중량%이고, 대립자 활물질(DL)의 함량이 10 내지 30 중량%이고, 상부 합제층은 상부 합제층의 입자상 활물질 전체 100 중량%를 기준으로, 소립자 활물질(DS)의 함량이 20 내지 35 중량%이고, 대립자 활물질(DL)의 함량이 65 내지 80 중량%이다. 이 경우는, 하부 합제층은 소립자 활물질(DS)의 함량을 높게 제어하고, 상부 합제층은 대립자 활물질(DL)의 함량을 높게 제어한 구조이다. 하부 합제층에 소립자 활물질의 함량을 높게 제어함으로써, 비표면적이 큰 소립자 활물질의 적용으로 전지의 용량을 높이는 효과가 있다. 또한, 상부 합제층에 대립자 활물질의 함량을 높게 제어함으로써, 전지의 안정성을 높이고 기계적 강도를 보완하는 효과가 있다. 또한, 각 합제층에 소립자 및 대립자 활물질을 혼용함으로써, 높은 C-레이트(rate)에서 개선된 용량 발현율을 보인다는 것을 실험적으로 확인하였다. In one embodiment, the lower electrode material mixture layer is, based on the total 100% by weight of particulate active material of the lower electrode material mixture layer, the content of small-particle active material, the content of (D S) and 55 to 90 wt%, Coarse active material (D L) Is 10 to 45% by weight, the upper mixture layer, based on 100% by weight of the total particulate active material of the upper mixture layer, the content of the small particle active material (D S ) is 10 to 45% by weight, large particle active material (D L ) The content of is 55 to 90% by weight. In a specific example, the lower mixture layer has a small particle active material (D S ) content of 70 to 90% by weight, a large particle active material (D L ) content of 10 to 30% by weight, and the upper mixture layer is a particulate form of the upper mixture layer. Based on 100% by weight of the total active material , the content of the small particle active material (D S ) is 20 to 35% by weight, and the content of the large particle active material (D L ) is 65 to 80% by weight. In this case, the lower mixture layer has a high content of the small particle active material (D S ), and the upper mixture layer has a high content of the large particle active material (D L ). By controlling the content of the small particle active material in the lower mixture layer high, there is an effect of increasing the capacity of the battery by applying the small particle active material having a large specific surface area. In addition, by controlling the content of the counterparticulate active material in the upper mixture layer high, there is an effect of enhancing the stability of the battery and supplementing the mechanical strength. In addition, it was experimentally confirmed that, by mixing small particles and large particle active materials in each mixture layer, an improved dose expression rate was exhibited at a high C-rate.

또 다른 하나의 실시예에서, 하부 합제층은, 하부 합제층의 입자상 활물질 전체 100 중량%를 기준으로, 소립자 활물질(DS)의 함량이 90 내지 100 중량%이고, 상기 상부 합제층은, 상부 합제층의 입자상 활물질 전체 100 중량%를 기준으로, 소립자 활물질(DS)의 함량이 10 내지 45 중량%이고, 대립자 활물질(DL)의 함량이 55 내지 90 중량%이다. 구체적인 예에서, 하부 합제층은 소립자 활물질(DS)의 함량이 95 내지 100 중량%이고, 상부 합제층은 소립자 활물질(DS)의 함량이 20 내지 35 중량%이고, 대립자 활물질(DL)의 함량이 65 내지 80 중량%이다. 이 경우는, 하부 합제층에서 소립자 활물질(DS)의 함량을 매우 높게 제어하거나 대립자 활물질(DL)을 포함하지 않는 경우이고, 상부 합제층은 대립자 활물질(DL)의 함량을 높게 제어한 구조이다. 하부 합제층에 소립자 활물질의 함량을 매우 높게 제어함으로써, 비표면적이 큰 소립자 활물질의 적용으로 전지의 용량을 높이는 효과가 있다. 나아가 상기 하부 합제층은 전극 합제층을 가압하는 경우에 상부 합제층에 포함된 대립자 활물질에 의해 집전체가 손상되는 것을 방지하는 버퍼층의 역할도 수행한다. 또한, 상부 합제층에 대립자 활물질의 함량을 높게 제어함으로써, 전지의 안정성을 높이고 기계적 강도를 보완하는 효과가 있다. In another embodiment, the lower mixture layer has a content of the small particle active material (D S ) of 90 to 100% by weight, based on 100% by weight of the total particulate active material of the lower mixture layer, and the upper mixture layer is Based on 100% by weight of the total particulate active material of the mixture layer , the content of the small particle active material (D S ) is 10 to 45% by weight, and the content of the large particle active material (D L ) is 55 to 90% by weight. In a specific example, the lower mixture layer has a content of the small particle active material (D S ) of 95 to 100% by weight, the upper mixture layer has a content of the small particle active material (D S ) of 20 to 35% by weight, and the large particle active material (D L ) Content is 65 to 80% by weight. In this case, the content of the small particle active material (D S ) in the lower mixture layer is controlled very high or the counterpart active material (D L ) is not included, and the upper mixture layer has a high content of the large particle active material (D L ). It is a controlled structure. By controlling the content of the small particle active material in the lower mixture layer very high, there is an effect of increasing the capacity of the battery by applying the small particle active material having a large specific surface area. Furthermore, the lower mixture layer also serves as a buffer layer to prevent damage to the current collector by the large particle active material included in the upper mixture layer when the electrode mixture layer is pressed. In addition, by controlling the content of the counterparticulate active material in the upper mixture layer high, there is an effect of enhancing the stability of the battery and supplementing the mechanical strength.

또 다른 하나의 실시예에서, 하부 합제층은, 하부 합제층의 입자상 활물질 전체 100 중량%를 기준으로, 소립자 활물질(DS)의 함량이 55 내지 90 중량%이고, 대립자 활물질(DL)의 함량이 10 내지 45 중량%이고, 상부 합제층은, 상부 합제층의 입자상 활물질 전체 100 중량%를 기준으로, 대립자 활물질(DL)의 함량이 90 내지 100 중량%이다. 구체적인 예에서, 하부 합제층은 소립자 활물질(DS)의 함량이 70 내지 90 중량%이고, 대립자 활물질(DL)의 함량이 10 내지 30 중량%이고, 상부 합제층은 대립자 활물질(DL)의 함량이 95 내지 100 중량%이다. 이 경우는, 하부 합제층에서 소립자 활물질(DS)의 함량을 높게 제어하고, 상부 합제층은 대립자 활물질(DL)의 함량을 매우 높게 제어하거나 소립자 활물질(DS)을 포함하지 않는 구조이다. 하부 합제층에 소립자 활물질의 함량을 높게 제어함으로써, 비표면적이 큰 소립자 활물질의 적용으로 전지의 용량을 높이는 효과가 있다. 또한, 상부 합제층에 대립자 활물질의 함량을 매우 높게 제어함으로써, 전지의 안정성을 높이고 기계적 강도를 보완하고, 나아가 대립자 활물질 사이에 기공이 상대적으로 크게 형성되고 이러한 기공은 전해액의 원활한 유동을 유도한다. In another embodiment, the lower mixture layer has a content of the small particle active material (D S ) of 55 to 90% by weight, based on 100% by weight of the total particulate active material of the lower mixture layer, and the large particle active material (D L ) The content of is 10 to 45% by weight, the upper mixture layer, based on the total 100% by weight of the particulate active material of the upper mixture layer, the content of the large particle active material (D L ) is 90 to 100% by weight. In a specific example, the lower mixture layer has a small particle active material (D S ) content of 70 to 90% by weight, a large particle active material (D L ) content of 10 to 30% by weight, and the upper mixture layer is a large particle active material (D The content of L ) is 95 to 100% by weight. In this case, the lower mixture layer controls the content of the small particle active material (D S ) high, and the upper mixture layer controls the content of the large particle active material (D L ) very high or does not contain the small particle active material (D S) to be. By controlling the content of the small particle active material in the lower mixture layer high, there is an effect of increasing the capacity of the battery by applying the small particle active material having a large specific surface area. In addition, by controlling the content of the opposing active material to a very high level in the upper mixture layer, the stability of the battery is improved and the mechanical strength is complemented, and further, pores are formed relatively large between the opposing active materials, and these pores induce smooth flow of the electrolyte. do.

또 다른 하나의 실시예에서, 본 발명에 따른 이차전지용 전극에서, 하부 합제층과 상부 합제층의 평균 두께의 비율은 3:7 내지 7:3 범위이다. 구체적으로, 하부 합제층과 상부 합제층의 평균 두께의 비율은 3:7 내지 5:5 범위, 3:7 내지 4:6 범위 또는 4:6 내지 4.5:5.5 범위이다. 하부 합제층의 두께를 상부 합제층과 동등하게 형성하거나 하부 합제층의 두께를 상부 합제층 보다 다소 작게 형성할 수 있다. 또 다른 하나의 예에서, 본 발명에 따른 이차전지용 전극에서, 하부 합제층과 상부 합제층의 평균 두께의 비율은 1:9 내지 4.5:5.5 범위이다. 구체적으로, 하부 합제층과 상부 합제층의 평균 두께의 비율은 1:9 내지 4:6 범위, 1:9 내지 3:7 범위 또는 1:9 내지 2:8 범위이다. 하부 합제층의 두께를 상부 합제층 보다 큰 폭으로 작게 형성할 수 있다. 본 발명에서는 대립자 활물질을 상대적으로 높은 함량으로 포함하는 상부 합제층을 두껍게 형성하고, 소립자 활물질을 상대적으로 높은 함량으로 포함하는 하부 합제층을 얇게 형성하게 된다. 소립자 활물질은 입경이 작기 때문에, 전해액의 함침 속도가 느리고, 작은 기공 크기로 인해 전해액의 유동 속도 혹은 이온전도도가 낮게 나타난다. 따라서, 상부 합제층의 두께를 상대적으로 두껍게 형성함으로써, 원활한 이온전도도를 구현할 수 있다. In another embodiment, in the electrode for a secondary battery according to the present invention, the ratio of the average thickness of the lower mixture layer and the upper mixture layer is in the range of 3:7 to 7:3. Specifically, the ratio of the average thickness of the lower mixture layer and the upper mixture layer is in the range of 3:7 to 5:5, 3:7 to 4:6, or 4:6 to 4.5:5.5. The thickness of the lower mixture layer may be formed equal to that of the upper mixture layer, or the thickness of the lower mixture layer may be slightly smaller than that of the upper mixture layer. In another example, in the electrode for a secondary battery according to the present invention, the ratio of the average thickness of the lower mixture layer and the upper mixture layer is in the range of 1:9 to 4.5:5.5. Specifically, the ratio of the average thickness of the lower mixture layer and the upper mixture layer is in the range of 1:9 to 4:6, 1:9 to 3:7, or 1:9 to 2:8. The thickness of the lower mixture layer can be made smaller than the upper mixture layer. In the present invention, an upper mixture layer including a large particle active material in a relatively high content is formed thick, and a lower mixture layer including a small particle active material in a relatively high content is formed thin. Since the small particle active material has a small particle diameter, the impregnation rate of the electrolyte solution is slow, and the flow rate or ionic conductivity of the electrolyte solution is low due to the small pore size. Accordingly, by forming the upper mixture layer to be relatively thick, smooth ion conductivity can be realized.

또 다른 하나의 실시예에서, 하부 합제층에 함유된 바인더의 함량(BUnder)에 대한 상부 합제층에 함유된 바인더의 함량(BTop)의 비율((BTop)/(BUnder))은, 0.1 내지 1.0 범위이다. 구체적으로 상기 함량 비율((BTop)/(BUnder))은 0.1 내지 0.9 범위, 0.2 내지 0.8 범위, 0.3 내지 0.6 범위, 0.1 내지 0.5 범위, 0.4 내지 0.9 범위 또는 0.25 내지 0.55 범위이다. 본 발명에 따른 이차전지용 전극은 집제체층 상에 이중층의 합제층이 형성된 구조이다. 본 발명은 집전체층과 합제층 사이의 결합력을 높이기 위해서, 하부 합제층의 바인더 함량을 높은 수준으로 제어한다. 예를 들어, 하부 합제층의 바인더 함량(BUnder)은 약 5 중량% 수준으로 제어하고, 상부 합제층의 바인더 함량(BTop)은 약 2.5 중량% 수준으로 제어할 수 있다. 이 경우, 상기 바인더 함량의 비율((BTop)/(BUnder))은 0.5가 된다. In another embodiment, the ratio of the content of the binder contained in the upper mixture layer (B Top ) to the content of the binder contained in the lower mixture layer (B Under ) ((B Top )/(B Under )) is , In the range of 0.1 to 1.0. Specifically, the content ratio ((B Top )/(B Under )) is in the range of 0.1 to 0.9, 0.2 to 0.8, 0.3 to 0.6, 0.1 to 0.5, 0.4 to 0.9, or 0.25 to 0.55. The electrode for a secondary battery according to the present invention has a structure in which a double-layered mixture layer is formed on the collector body layer. In the present invention, in order to increase the bonding force between the current collector layer and the mixture layer, the content of the binder in the lower mixture layer is controlled to a high level. For example, the binder content (B Under ) of the lower mixture layer may be controlled to a level of about 5% by weight, and the binder content (B Top ) of the upper mixture layer may be controlled to a level of about 2.5% by weight. In this case, the ratio of the binder content ((B Top )/(B Under )) is 0.5.

또한, 본 발명은 앞서 설명한 전극을 포함하는 이차전지를 제공한다. 예를 들어, 상기 이차전지는 리튬 이차전지이다. In addition, the present invention provides a secondary battery including the electrode described above. For example, the secondary battery is a lithium secondary battery.

하나의 실시예에서, 상기 이차전지는 양극; 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 분리막을 포함하며, 상기 양극 및 음극 중 어느 하나 이상의 전극은 제 1 항에 따른 전극이다. 구체적으로, 상기 이차전지에서, 양극 또는 음극이 앞서 설명한 집전체층 상에 이중층의 합제층이 형성된 구조일 수 있고, 혹은 양극과 음극 모두 앞서 설명한 집전체층 상에 이중층의 합제층이 형성된 구조일 수 있다. 예를 들어, 상기 이차전지에서 양극과 음극 모두 앞서 설명한 집전체층 상에 이중층의 합제층이 형성된 구조이다. In one embodiment, the secondary battery includes a positive electrode; A cathode and a separator interposed between the anode and the cathode, wherein at least one of the anode and the cathode is the electrode according to claim 1. Specifically, in the secondary battery, the positive or negative electrode may have a structure in which a double-layered mixture layer is formed on the above-described current collector layer, or both the positive and negative electrode have a structure in which a double-layered mixture layer is formed on the above-described current collector layer. I can. For example, in the secondary battery, both the positive electrode and the negative electrode have a structure in which a double-layered mixture layer is formed on the current collector layer described above.

본 발명에서 상기 이차전지는 예를 들어, 리튬 이차전지이다. 상기 리튬 이차전지는 예를 들어, 앞서 설명한 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 함침시키는 비수 전해액; 및 상기 전극 조립체와 상기 비수 전해액을 내장하는 전지 케이스를 포함한다. In the present invention, the secondary battery is, for example, a lithium secondary battery. The lithium secondary battery may include, for example, the electrode assembly described above; A non-aqueous electrolyte solution impregnating the electrode assembly; And a battery case containing the electrode assembly and the non-aqueous electrolyte.

양극은, 양극 집전제의 일면 또는 양면에 양극 합제층이 적층된 구조이다. 양극 활물질은 각각 독립적으로, 리튬 함유 산화물일 수 있으며, 동일하거나 상이할 수 있다. 상기 리튬 함유 산화물로는, 리튬 함유 전이금속 산화물이 사용될 수 있다. 하나의 예에서, 양극 합제층은 양극 활물질 외에 도전재 및 바인더 고분자 등을 포함되며, 필요에 따라, 당업계에서 통상적으로 사용되는 양극 첨가제를 더 포함할 수 있다.The positive electrode has a structure in which a positive electrode mixture layer is laminated on one or both surfaces of a positive electrode current collector. The positive electrode active materials may each independently be a lithium-containing oxide, and may be the same or different. As the lithium-containing oxide, a lithium-containing transition metal oxide may be used. In one example, the positive electrode mixture layer includes a conductive material and a binder polymer in addition to the positive electrode active material, and if necessary, may further include a positive electrode additive commonly used in the art.

상기 양극 활물질은 리튬 함유 산화물일 수 있으며, 동일하거나 상이할 수 있다. 상기 리튬 함유 산화물로는, 리튬 함유 전이금속 산화물이 사용될 수 있다. The positive electrode active material may be a lithium-containing oxide, and may be the same or different. As the lithium-containing oxide, a lithium-containing transition metal oxide may be used.

예를 들어, 상기 리튬 함유 전이금속 산화물은, LixCoO2(0.5<x<1.3), LixNiO2(0.5<x<1.3), LixMnO2(0.5<x<1.3), LixMn2O4(0.5<x<1.3), Lix(NiaCobMnc)O2(0.5<x<1.3, 0<a<1, 0<b<1, 0<c<1, a+b+c=1), LixNi1-yCoyO2(0.5<x<1.3, 0<y<1), LixCo1-yMnyO2(0.5<x<1.3, 0≤y<1), LixNi1-yMnyO2(0.5<x<1.3, O≤y<1), Lix(NiaCobMnc)O4(0.5<x<1.3, 0<a<2, 0<b<2, 0<c<2, a+b+c=2), LixMn2-zNizO4(0.5<x<1.3, 0<z<2), LixMn2-zCozO4(0.5<x<1.3, 0<z<2), LixCoPO4(0.5<x<1.3) 및 LixFePO4(0.5<x<1.3)로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물일 수 있다. 또한, 상기 리튬 함유 전이금속 산화물은 알루미늄(Al) 등의 금속이나 금속산화물로 코팅될 수도 있다. 또한, 상기 리튬 함유 전이금속 산화물 외에 황화물(sulfide), 셀렌화물(selenide) 및 할로겐화물(halide) 중 1종 이상이 사용될 수 있다.For example, the lithium-containing transition metal oxide is Li x CoO 2 (0.5<x<1.3), Li x NiO 2 (0.5<x<1.3), Li x MnO 2 (0.5<x<1.3), Li x Mn 2 O 4 (0.5<x<1.3), Li x (Ni a Co b Mn c )O 2 (0.5<x<1.3, 0<a<1, 0<b<1, 0<c<1, a +b+c=1), Li x Ni 1-y Co y O 2 (0.5<x<1.3, 0<y<1), Li x Co 1-y Mn y O 2 (0.5<x<1.3, 0 ≤y<1), Li x Ni 1-y Mn y O 2 (0.5<x<1.3, O≤y<1), Li x (Ni a Co b Mn c )O 4 (0.5<x<1.3, 0 <a<2, 0<b<2, 0<c<2, a+b+c=2), Li x Mn 2-z Ni z O 4 (0.5<x<1.3, 0<z<2), Li x Mn 2-z Co z O 4 (0.5<x<1.3, 0<z<2), Li x CoPO 4 (0.5<x<1.3) and Li x FePO 4 (0.5<x<1.3) It may be any one selected from or a mixture of two or more of them. In addition, the lithium-containing transition metal oxide may be coated with a metal or metal oxide such as aluminum (Al). In addition, in addition to the lithium-containing transition metal oxide, at least one of sulfide, selenide, and halide may be used.

상기 양극에 사용되는 집전체는 전도성이 높은 금속으로, 양극 활물질 슬러리가 용이하게 접착할 수 있는 금속이면서, 이차전지의 전압 범위에서 반응성이 없는 것이면 어느 것이라도 사용할 수 있다. 구체적으로 양극용 집전체의 비제한적인 예로는 알루미늄, 니켈 또는 이들의 조합에 의하여 제조되는 호일 등이 있다. 구체적으로, 상기 양극용 집전체는, 설명한 금속 성분으로 형성되되 두께 방향 관통홀이 형성된 금속 플레이트, 및 상기 금속 플레이트의 관통홀에 충진된 이온전도성 다공성 보강재를 포함하는 형태이다. The current collector used for the positive electrode may be a metal having high conductivity, and may be used as long as it is a metal to which the positive electrode active material slurry can be easily adhered, and has no reactivity in the voltage range of the secondary battery. Specifically, non-limiting examples of the current collector for the positive electrode include a foil manufactured by aluminum, nickel, or a combination thereof. Specifically, the current collector for the positive electrode is formed of the metal component described above, and includes a metal plate having a through hole in the thickness direction, and an ion conductive porous reinforcing material filled in the through hole of the metal plate.

음극은 음극 합제층으로 탄소재, 리튬 금속, 규소 또는 주석 등을 포함할 수 있다. 음극 활물질로서 탄소재가 사용되는 경우, 저결정 탄소 및 고결정성 탄소 등이 모두 사용될 수 있다. 저결정성 탄소로는 연화탄소(soft carbon) 및 경화탄소 (hard carbon)가 대표적이며, 고결정성 탄소로는 천연 흑연, 키시흑연 (Kish graphite), 열분해 탄소 (pyrolytic carbon), 액정피치계 탄소섬유 (mesophase pitch based carbon fiber), 탄소 미소구체 (mesocarbon microbeads), 액정피치 (Mesophase pitches) 및 석유와 석탄계 코크스 (petroleum orcoal tar pitch derived cokes) 등의 고온 소성탄소가 대표적이다.The negative electrode may include a carbon material, lithium metal, silicon or tin as a negative electrode mixture layer. When a carbon material is used as the negative electrode active material, both low crystalline carbon and high crystalline carbon may be used. Typical low crystalline carbons include soft carbon and hard carbon, and high crystalline carbons include natural graphite, kish graphite, pyrolytic carbon, and liquid crystal pitch-based carbon fiber. High-temperature calcined carbons such as (mesophase pitch based carbon fiber), mesocarbon microbeads, mesophase pitches, and petroleum orcoal tar pitch derived cokes are typical.

상기 음극에 사용되는 집전체의 비제한적인 예로는 구리, 금, 니켈 또는 구리 합금 또는 이들의 조합에 의하여 제조되는 호일 등이 있다. 또한, 상기 집전체는 상기 물질들로 이루어진 기재들을 적층하여 사용할 수도 있다. 구체적으로, 상기 음극용 집전체는, 설명한 금속 성분으로 형성되되 두께 방향 관통홀이 형성된 금속 플레이트, 및 상기 금속 플레이트의 관통홀에 충진된 이온전도성 다공성 보강재를 포함하는 형태이다.Non-limiting examples of the current collector used for the negative electrode include copper, gold, nickel, or a foil manufactured by a copper alloy or a combination thereof. In addition, the current collector may be used by stacking substrates made of the above materials. Specifically, the current collector for the negative electrode includes a metal plate formed of the described metal component and having a through hole in the thickness direction, and an ion conductive porous reinforcing material filled in the through hole of the metal plate.

또한, 상기 음극은 당해 분야에 통상적으로 사용되는 도전재 및 바인더를 포함할 수 있다.In addition, the negative electrode may include a conductive material and a binder commonly used in the art.

상기 제1 및 제2 분리막은 리튬 이차전지에서 사용되는 다공성 기재라면 모두 사용이 가능하고, 예를 들면 폴리올레핀계 다공성 막(membrane) 또는 부직포를 사용할 수 있으나, 이에 특별히 한정되는 것은 아니다. 상기 폴리올레핀계 다공성 막의 예로는, 고밀도 폴리에틸렌, 선형 저밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌, 초고분자량 폴리에틸렌과 같은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부틸렌, 폴리펜텐 등의 폴리올레핀계 고분자를 각각 단독으로 또는 이들을 혼합한 고분자로 형성한 막(membrane)을 들 수 있다.The first and second separators may be any porous substrate used in a lithium secondary battery, and for example, a polyolefin-based porous membrane or a nonwoven fabric may be used, but the present invention is not particularly limited thereto. Examples of the polyolefin-based porous membrane include polyolefin-based polymers such as high-density polyethylene, linear low-density polyethylene, low-density polyethylene, and ultra-high molecular weight polyethylene, polyolefin-based polymers such as polypropylene, polybutylene, and polypentene, respectively, alone or as a mixture of them. There is one membrane.

본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 전해액은 비수 전해액을 포함하는 비수계 전해질을 사용할 수 있다. 상기 비수 전해액으로는 예를 들어, N-메틸-2-피롤리디논, 프로필렌 카르보네이트, 에틸렌 카르보네이트, 부틸렌 카르보네이트, 디메틸 카르보네이트, 디에틸 카르보네이트, 감마-부틸로 락톤, 1,2-디메톡시 에탄, 테트라히드록시 프랑(franc), 2-메틸 테트라하이드로푸란, 디메틸술폭시드, 1,3-디옥소런, 포름아미드, 디메틸포름아미드, 디옥소런, 아세토니트릴, 니트로메탄, 포름산 메틸, 초산메틸, 인산 트리에스테르, 트리메톡시 메탄, 디옥소런 유도체, 설포란, 메틸 설포란, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 프로필렌 카르보네이트 유도체, 테트라하이드로푸란 유도체, 에테르, 피로피온산 메틸, 프로피온산 에틸 등의 비양자성 유기용매가 사용될 수 있다. 그러나 특별히 여기에 한정되는 것은 아니며 통상적으로 리튬 이차전지 분야에서 사용되는 다수의 전해액 성분들이 적절한 범위 내에서 가감될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the electrolyte may be a non-aqueous electrolyte including a non-aqueous electrolyte. Examples of the non-aqueous electrolyte solution include N-methyl-2-pyrrolidinone, propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and gamma-butyl. Lactone, 1,2-dimethoxyethane, tetrahydroxy franc (franc), 2-methyl tetrahydrofuran, dimethyl sulfoxide, 1,3-dioxolone, formamide, dimethylformamide, dioxolone, acetonitrile , Nitromethane, methyl formate, methyl acetate, phosphate tryester, trimethoxy methane, dioxolone derivative, sulfolane, methyl sulfolane, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, propylene carbonate derivative, Aprotic organic solvents such as tetrahydrofuran derivatives, ethers, methyl pyropionate, and ethyl propionate may be used. However, it is not particularly limited thereto, and a number of electrolyte components commonly used in the field of lithium secondary batteries may be added or subtracted within an appropriate range.

또한, 본 발명은 앞서 설명한 이차전지를 포함하는 자동차를 제공한다. 구체적인 예에서, 상기 자동차는 하이브리드 또는 전기 자동차이다. In addition, the present invention provides a vehicle including the secondary battery described above. In a specific example, the vehicle is a hybrid or electric vehicle.

이하, 실시예 등을 통해 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나, 본 명세서에 기재된 실시예에 기재된 구성은 본 발명의 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples and the like. However, since the configurations described in the embodiments described in the present specification are only one embodiment of the present invention and do not represent all the technical spirit of the present invention, various equivalents and modifications that can replace them at the time of the present application It should be understood that there may be.

실시예 및 비교예Examples and Comparative Examples

실시예 1Example 1

양극 활물질로 NCM(LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2) 100 중량부, 도전재로 카본 블랙(FX35, Denka, 구형, 평균 직경(D50) 15 내지 40 nm) 1.5 중량부 및 바인더 고분자로 폴리비닐리덴 플루오라이드(KF9700, Kureha) 3.5 중량부를 용제인 NMP(N-methyl-2-pyrrolidone)에 첨가하여 하부 합제층용 슬러리를 제조하였다. 상기 양극 활물질은 평균 입경이 6 ㎛인 소립자 활물질과 평균 입경이 25 ㎛인 대립자 활물질을 70:30 중량부 비율로 혼합한 것이다. NCM (LiNi 0.8 Co 0.1 Mn 0.1 O 2 ) 100 parts by weight as a positive electrode active material, carbon black (FX35, Denka, spherical, average diameter (D50) 15 to 40 nm) 1.5 parts by weight as a conductive material and polyvinylidene as a binder polymer 3.5 parts by weight of fluoride (KF9700, Kureha) was added to NMP (N-methyl-2-pyrrolidone) as a solvent to prepare a slurry for the lower mixture layer. The positive electrode active material is obtained by mixing a small particle active material having an average particle diameter of 6 µm and a large particle active material having an average particle diameter of 25 µm in a ratio of 70:30 parts by weight.

양극 활물질로 NCM(LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2) 100 중량부, 도전재로 카본 블랙(FX35, Denka, 구형, 평균 직경(D50) 15 내지 40 nm) 0.1 중량부 및 바인더 고분자로 KF9700(Kureha) 2 중량부를 용제인 NMP(N-methyl-2-pyrrolidone)에 첨가하여 상부 합제층용 슬러리를 제조하였다. 상기 양극 활물질은 평균 입경이 6 ㎛인 소립자 활물질과 평균 입경이 25 ㎛인 대립자 활물질을 30:70 중량부 비율로 혼합한 것이다. 100 parts by weight of NCM (LiNi 0.8 Co 0.1 Mn 0.1 O 2 ) as a positive electrode active material, 0.1 parts by weight of carbon black (FX35, Denka, spherical, average diameter (D50) 15 to 40 nm) as a conductive material, and KF9700 (Kureha) as a binder polymer ) 2 parts by weight of the solvent was added to NMP (N-methyl-2-pyrrolidone) to prepare a slurry for the upper mixture layer. The positive electrode active material is obtained by mixing a small particle active material having an average particle diameter of 6 µm and a large particle active material having an average particle diameter of 25 µm in a ratio of 30:70 parts by weight.

상기 하부 합제층용 슬러리를 알루미늄 호일 상에 코팅하고, 그 위에 상부 합제층용 슬러리를 더 코팅하였다. 이후, 진공 건조하여 양극을 수득하였다. 건조 과정을 거친 하부 합제층의 두께는 평균 50 ㎛이고, 상부 합제층의 두께는 평균 50 ㎛ 이다. The slurry for the lower mixture layer was coated on the aluminum foil, and the slurry for the upper mixture layer was further coated thereon. Then, vacuum drying was performed to obtain a positive electrode. The average thickness of the lower mixture layer after drying is 50 µm, and the average thickness of the upper mixture layer is 50 µm.

음극은 음극 활물질로서 인조흑연(GT, Zichen(China)) 100 중량부, 도전재로서 카본블랙(Super-P) 1.1 중량부, 스티렌-부타디엔 고무 2.2 중량부, 카복시 메틸 셀룰로오즈 0.7 중량부를 용제인 물에 첨가하여 음극 활물질 슬러리를 제조한 후, 구리 집전체에 코팅, 건조 및 압착하여 제조하였다. The negative electrode is 100 parts by weight of artificial graphite (GT, Zichen (China)) as a negative electrode active material, 1.1 parts by weight of carbon black (Super-P) as a conductive material, 2.2 parts by weight of styrene-butadiene rubber, 0.7 parts by weight of carboxy methyl cellulose, water as a solvent After adding to to prepare a negative active material slurry, it was prepared by coating, drying, and pressing a copper current collector.

한편, 폴리프로필렌을 건식 방법을 사용하여 일축 연신하여, 융점이 165℃이고, 일측의 너비가 200 mm인 미세 다공성 구조의 분리막을 제조하였다. 양극과 음극 사이에 분리막이 개재된 구조의 단위 셀이 반복되도록 집합하여 전극 조립제를 제조하였다. 상기 전극 조립체는, 수평 단면 구조를 기준으로, 중심축을 중심으로 50 개의 단위 셀이 방사형으로 집합된 구조이다. Meanwhile, polypropylene was uniaxially stretched using a dry method to prepare a separator having a microporous structure having a melting point of 165° C. and a width of 200 mm on one side. An electrode assembly was prepared by repeatedly collecting unit cells having a structure in which a separator was interposed between the positive electrode and the negative electrode. The electrode assembly has a structure in which 50 unit cells are radially assembled around a central axis based on a horizontal cross-sectional structure.

상기 전극조립체를 중공 원통형 전지케이스에 내장한 후, 1M LiPF6 카보네이트계 용액 전해액을 주입하여 전지를 완성하였다.After the electrode assembly was built into a hollow cylindrical battery case, a 1M LiPF 6 carbonate-based solution electrolyte was injected to complete a battery.

제조된 양극의 단면 구조는 도 1에 도시하였다. 도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 전극(100)은 알루미늄 호일로 형성된 집전체층(140) 상에 하부 합제층(120)과 상부 합제층(110)이 순차 적층된 구조이다. 하부 합제층(120)은 소립자 활물질(132)의 함량이 상대적으로 높은 구조이다. 또한, 상부 합제층(110)은 대립자 활물질(131)의 함량이 높은 구조이다. 상부 합제층(110)과 하부 합제층(120)의 두께 비율은 5:5 이다. The cross-sectional structure of the prepared anode is shown in FIG. 1. Referring to FIG. 1, the electrode 100 according to the present embodiment has a structure in which a lower mixture layer 120 and an upper mixture layer 110 are sequentially stacked on a current collector layer 140 formed of aluminum foil. The lower mixture layer 120 has a structure in which the content of the small particle active material 132 is relatively high. In addition, the upper mixture layer 110 has a structure in which the content of the opposing active material 131 is high. The thickness ratio of the upper mixture layer 110 and the lower mixture layer 120 is 5:5.

실시예 2 내지 5Examples 2 to 5

양극 제조시 사용된 활물질의 입경별 함량과 바인더의 함량, 그리고 층별 두께를 달리하였다는 점을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 이차전지를 제조하였다. 실시예 3은 양극 합제층의 조성을 실시예 2와 동일하게 형성하되, 집전체층의 양면에 합제층을 형성하였다. A secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the content by particle size of the active material used in manufacturing the positive electrode, the content of the binder, and the thickness of each layer were different. In Example 3, the composition of the positive electrode mixture layer was formed in the same manner as in Example 2, but the mixture layer was formed on both sides of the current collector layer.

제조된 양극을 이용하여, 실시예 1과 동일한 방법으로 이차전지를 제조하였다. Using the prepared positive electrode, a secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 1.

각 실시예별 양극 합제층에 포함된 성분의 종류 및 함량 그리고 층 두께는 하기 표 1에 나타내었다. The types and contents of the components included in the positive electrode mixture layer for each example, and the layer thickness are shown in Table 1 below.

구분division 실시예 1Example 1 실시예 2Example 2 실시예 3Example 3 실시예 4Example 4 실시예 5Example 5 하부 합제층Lower mixture layer 대립자 함량(중량부)Large particle content (parts by weight) 3030 1515 1515 00 1515 소립자 함량(중량부)Small particle content (parts by weight) 7070 8585 8585 100100 8585 층 두께(㎛)Layer thickness (㎛) 4040 2525 2525 2020 2525 바인더 함량(중량부)Binder content (parts by weight) 3.53.5 44 44 4.54.5 44 상부 합제층Upper mixture layer 대립자 함량(중량부)Large particle content (parts by weight) 7070 8080 8080 8585 100100 소립자 함량(중량부)Small particle content (parts by weight) 3030 2020 2020 1515 00 층 두께(㎛)Layer thickness (㎛) 6060 7575 7575 8080 7575 바인더 함량(중량부)Binder content (parts by weight) 22 22 22 22 22

실시예 2 내지 5에서 제조된 양극의 구조는 도 2 내지 6에 도시하였다. The structures of the anodes prepared in Examples 2 to 5 are shown in FIGS. 2 to 6.

도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 전극(200)은 알루미늄 호일로 형성된 집전체층(240) 상에 하부 합제층(220)과 상부 합제층(210)이 순차 적층된 구조이다. 하부 합제층(220)은 대립자 활물질(231)과 소립자 활물질(232)의 함량이 15:80 범위이고, 상부 합제층(210)은 대립자 활물질(231)과 소립자 활물질(232)의 함량이 80:20 비율이다. Referring to FIG. 2, the electrode 200 according to the present embodiment has a structure in which a lower mixture layer 220 and an upper mixture layer 210 are sequentially stacked on a current collector layer 240 formed of aluminum foil. The lower mixture layer 220 has a content of the opposite particle active material 231 and the small particle active material 232 in the range of 15:80, and the upper mixture layer 210 has a content of the opposite particle active material 231 and the small particle active material 232 It's an 80:20 ratio.

도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 전극(300)은 알루미늄 호일로 형성된 집전체층(340)의 양면에 하부 합제층(320)과 상부 합제층(310)이 순차 적층된 구조이다. 하부 합제층(320)은 대립자 활물질(331)과 소립자 활물질(332)의 함량이 15:80 범위이고, 상부 합제층(310)은 대립자 활물질(331)과 소립자 활물질(332)의 함량이 80:20 비율이다. 또한, 상기 전극(300)은 집전체층(340)의 양면에 이중층의 합제층이 형성된 구조이다. Referring to FIG. 3, the electrode 300 according to the present embodiment has a structure in which a lower mixture layer 320 and an upper mixture layer 310 are sequentially stacked on both surfaces of a current collector layer 340 formed of aluminum foil. The lower mixture layer 320 has a content of the opposite particle active material 331 and the small particle active material 332 in the range of 15:80, and the upper mixture layer 310 has the content of the opposite particle active material 331 and the small particle active material 332 It's an 80:20 ratio. In addition, the electrode 300 has a structure in which a double-layered mixture layer is formed on both surfaces of the current collector layer 340.

도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 전극(400)은 알루미늄 호일로 형성된 집전체층(440) 상에 하부 합제층(420)과 상부 합제층(410)이 순차 적층된 구조이다. 하부 합제층(420)은 활물질로 소립자 활물질(432)을 포함하고, 상부 합제층(410)은 대립자 활물질(431)과 소립자 활물질(432)의 함량이 85:15 비율이다. Referring to FIG. 4, the electrode 400 according to the present embodiment has a structure in which a lower mixture layer 420 and an upper mixture layer 410 are sequentially stacked on a current collector layer 440 formed of aluminum foil. The lower mixture layer 420 includes a small particle active material 432 as an active material, and the upper mixture layer 410 has a content of the large particle active material 431 and the small particle active material 432 in a ratio of 85:15.

또한, 도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 전극(500)은 알루미늄 호일로 형성된 집전체층(540) 상에 하부 합제층(520)과 상부 합제층(510)이 순차 적층된 구조이다. 하부 합제층(520)은 대립자 활물질(531)과 소립자 활물질(532)의 함량이 15:80 범위이고, 상부 합제층(510)은 활물질로 대립자 활물질(531)을 포함한다. Further, referring to FIG. 5, the electrode 500 according to the present embodiment has a structure in which a lower mixture layer 520 and an upper mixture layer 510 are sequentially stacked on a current collector layer 540 formed of aluminum foil. The lower mixture layer 520 has a content of the opposite particle active material 531 and the small particle active material 532 in the range of 15:80, and the upper mixture layer 510 includes the opposite particle active material 531 as an active material.

비교예 1Comparative Example 1

양극 활물질로 NCM(LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2) 100 중량부, 도전재로 카본 블랙(FX35, Denka, 구형, 평균 직경(D50) 15 내지 40 nm) 1.5 중량부 및 바인더 고분자로 폴리비닐리덴 플루오라이드(KF9700, Kureha) 3 중량부를 용제인 NMP(N-methyl-2-pyrrolidone)에 첨가하여 합제층용 슬러리를 제조하였다. 상기 양극 활물질은 평균 입경이 6 ㎛인 소립자 활물질과 평균 입경이 25 ㎛인 대립자 활물질을 50:50 중량부 비율로 혼합한 것이다. NCM (LiNi 0.8 Co 0.1 Mn 0.1 O 2 ) 100 parts by weight as a positive electrode active material, carbon black (FX35, Denka, spherical, average diameter (D50) 15 to 40 nm) 1.5 parts by weight as a conductive material and polyvinylidene as a binder polymer A slurry for a mixture layer was prepared by adding 3 parts by weight of fluoride (KF9700, Kureha) to NMP (N-methyl-2-pyrrolidone) as a solvent. The positive electrode active material is obtained by mixing a small particle active material having an average particle diameter of 6 μm and a large particle active material having an average particle diameter of 25 μm in a ratio of 50:50 parts by weight.

제조된 합제층용 슬러리를 알루미늄 호일 상에 코팅하하고, 진공 건조하여 양극을 수득하였다. 건조 과정을 거친 합제층의 두께는 평균 100 ㎛이다. The prepared slurry for the mixture layer was coated on an aluminum foil and dried in vacuum to obtain a positive electrode. The thickness of the mixture layer after drying is an average of 100 µm.

제조된 양극을 이용하여, 실시예 1과 동일한 방법으로 이차전지를 제조하였다. Using the prepared positive electrode, a secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 1.

비교예 2Comparative Example 2

양극 활물질로 평균 입경이 25 ㎛인 NCM(LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2) 100 중량부, 도전재로 카본 블랙(FX35, Denka, 구형, 평균 직경(D50) 15 내지 40 nm) 1.5 중량부 및 바인더 고분자로 폴리비닐리덴 플루오라이드(KF9700, Kureha) 3.5 중량부를 용제인 NMP(N-methyl-2-pyrrolidone)에 첨가하여 하부 합제층용 슬러리를 제조하였다 100 parts by weight of NCM (LiNi 0.8 Co 0.1 Mn 0.1 O 2 ) having an average particle diameter of 25 µm as a positive electrode active material, 1.5 parts by weight of carbon black (FX35, Denka, spherical, average diameter (D50) 15 to 40 nm) as a conductive material, and As a binder polymer, 3.5 parts by weight of polyvinylidene fluoride (KF9700, Kureha) was added to NMP (N-methyl-2-pyrrolidone) as a solvent to prepare a slurry for the lower mixture layer.

양극 활물질로 평균 입경이 6 ㎛인 NCM(LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2) 100 중량부, 도전재로 카본 블랙(FX35, Denka, 구형, 평균 직경(D50) 15 내지 40 nm) 0.1 중량부 및 바인더 고분자로 KF9700(Kureha) 2 중량부를 용제인 NMP(N-methyl-2-pyrrolidone)에 첨가하여 상부 합제층용 슬러리를 제조하였다. 100 parts by weight of NCM (LiNi 0.8 Co 0.1 Mn 0.1 O 2 ) having an average particle diameter of 6 µm as a positive electrode active material, 0.1 parts by weight of carbon black (FX35, Denka, spherical, average diameter (D50) 15 to 40 nm) as a conductive material, and As a binder polymer, 2 parts by weight of KF9700 (Kureha) was added to NMP (N-methyl-2-pyrrolidone) as a solvent to prepare a slurry for the upper mixture layer.

상기 하부 합제층용 슬러리를 알루미늄 호일 상에 코팅하고, 그 위에 상부 합제층용 슬러리를 더 코팅하였다. 이후, 진공 건조하여 양극을 수득하였다. 건조 과정을 거친 하부 합제층의 두께는 평균 40 ㎛이고, 상부 합제층의 두께는 평균 60 ㎛ 이다. The slurry for the lower mixture layer was coated on the aluminum foil, and the slurry for the upper mixture layer was further coated thereon. Then, vacuum drying was performed to obtain a positive electrode. The average thickness of the lower mixture layer after drying was 40 µm, and the average thickness of the upper mixture layer was 60 µm.

실험예 1: 방전 용량 평가Experimental Example 1: Evaluation of discharge capacity

실시예 1, 비교예 1 및 2에서 제조된 이차전지에 대하여 충방전 싸이클에 따른 방전 용량율을 평가하였다. For the secondary batteries prepared in Example 1 and Comparative Examples 1 and 2, the discharge capacity rate according to the charge/discharge cycle was evaluated.

평가 결과는 도 7에 도시된 바와 같다. 도 6을 참조하면, 실시예 1의 이차전지에 대비하여, 비교예 1 및 2의 이차전지는 방전 C-rate가 증가할수록 방전 용량이 보다 큰 폭으로 감소됨을 알 수 있다. 예를 들어, 방전 C-rate가 2C인 경우, 실시예 1의 이차전지는 약 60% 수준의 방전 용량율을 보이나, 비교예 1 및 2의 이차전지들은 약 50% 수준의 방전 용량율을 보이고 있다. The evaluation results are as shown in FIG. 7. Referring to FIG. 6, compared to the secondary battery of Example 1, it can be seen that in the secondary batteries of Comparative Examples 1 and 2, the discharge capacity decreases to a greater extent as the discharge C-rate increases. For example, when the discharge C-rate is 2C, the secondary battery of Example 1 shows a discharge capacity rate of about 60%, but the secondary batteries of Comparative Examples 1 and 2 show a discharge capacity rate of about 50%. have.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will be able to make various modifications and variations without departing from the essential characteristics of the present invention. Accordingly, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical idea of the present invention, but to explain the technical idea, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present invention should be interpreted by the following claims, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the scope of the present invention.

100, 200, 300, 400, 500: 전극
110, 210, 311, 312, 410, 510: 상부 합제층
120, 220, 321, 322, 420, 520: 하부 합제층
131, 231, 331, 431, 531: 활물질 대립자
132, 232, 332, 432, 532: 활물질 소립자
140, 240, 340, 440, 540: 집전체
100, 200, 300, 400, 500: electrode
110, 210, 311, 312, 410, 510: upper mixture layer
120, 220, 321, 322, 420, 520: lower mixture layer
131, 231, 331, 431, 531: active material alleles
132, 232, 332, 432, 532: active material small particles
140, 240, 340, 440, 540: current collector

Claims (11)

집전체층;
상기 집전체층의 일면 또는 양면에 형성되되, 입자상 활물질을 포함하는 하부 합제층; 및
상기 하부 합체층이 집전제층과 접하는 면의 반대측 면에 형성되되, 입자상 활물질을 포함하는 상부 합제층을 포함하며,
상기 하부 합제층은, 하부 합제층의 입자상 활물질 전체 100 중량%를 기준으로, 소립자 활물질(DS)의 함량이 30 내지 100 중량%이고,
상기 상부 합제층은, 상부 합제층의 입자상 활물질 전체 100 중량%를 기준으로, 대립자 활물질(DL)의 함량이 30 내지 100 중량%인 이차전지용 전극.
Current collector layer;
A lower mixture layer formed on one or both surfaces of the current collector layer and including a particulate active material; And
The lower mixture layer is formed on a surface opposite to the surface in contact with the current collector layer, and includes an upper mixture layer containing a particulate active material,
The lower mixture layer has a content of the small particle active material (D S ) of 30 to 100% by weight, based on 100% by weight of the total particulate active material of the lower mixture layer,
The upper mixture layer, based on 100% by weight of the total particulate active material of the upper mixture layer, the content of the large particle active material (D L ) is 30 to 100% by weight of the secondary battery electrode.
제 1 항에 있어서,
상기 소립자 활물질(DS)의 입경은 평균 1 내지 10 ㎛ 범위이고,
상기 대립자 활물질(DL)의 입경은 평균 11 내지 50 ㎛ 범위인 이차전지용 전극.
The method of claim 1,
The particle diameter of the small particle active material (D S ) is in the range of 1 to 10 μm on average,
The particle diameter of the large particle active material (D L ) is an average of 11 to 50 ㎛ range of secondary battery electrode.
제 1 항에 있어서,
상기 하부 합제층은, 하부 합제층의 입자상 활물질 전체 100 중량%를 기준으로, 소립자 활물질(DS)의 함량이 55 내지 90 중량%이고, 대립자 활물질(DL)의 함량이 10 내지 45 중량%이고,
상기 상부 합제층은, 상부 합제층의 입자상 활물질 전체 100 중량%를 기준으로, 소립자 활물질(DS)의 함량이 10 내지 45 중량%이고, 대립자 활물질(DL)의 함량이 55 내지 90 중량%인 이차전지용 전극.
The method of claim 1,
In the lower mixture layer, the content of the small particle active material (D S ) is 55 to 90% by weight, and the content of the large particle active material (D L ) is 10 to 45% by weight, based on 100% by weight of the total particulate active material of the lower mixture layer. %ego,
In the upper mixture layer, the content of the small particle active material (D S ) is 10 to 45% by weight, and the content of the large particle active material (D L ) is 55 to 90% by weight, based on 100% by weight of the total particulate active material of the upper mixture layer. % Of secondary battery electrode.
제 1 항에 있어서,
상기 하부 합제층은, 하부 합제층의 입자상 활물질 전체 100 중량%를 기준으로, 소립자 활물질(DS)의 함량이 90 내지 100 중량%이고,
상기 상부 합제층은, 상부 합제층의 입자상 활물질 전체 100 중량%를 기준으로, 소립자 활물질(DS)의 함량이 10 내지 45 중량%이고, 대립자 활물질(DL)의 함량이 55 내지 90 중량%인 이차전지용 전극.
The method of claim 1,
The lower mixture layer, based on 100% by weight of the total particulate active material of the lower mixture layer , the content of the small particle active material (D S ) is 90 to 100% by weight,
In the upper mixture layer, the content of the small particle active material (D S ) is 10 to 45% by weight, and the content of the large particle active material (D L ) is 55 to 90% by weight, based on 100% by weight of the total particulate active material of the upper mixture layer. % Of secondary battery electrode.
제 1 항에 있어서,
상기 하부 합제층은, 하부 합제층의 입자상 활물질 전체 100 중량%를 기준으로, 소립자 활물질(DS)의 함량이 55 내지 90 중량%이고, 대립자 활물질(DL)의 함량이 10 내지 45 중량%이고,
상기 상부 합제층은, 상부 합제층의 입자상 활물질 전체 100 중량%를 기준으로, 대립자 활물질(DL)의 함량이 90 내지 100 중량%인 이차전지용 전극.
The method of claim 1,
In the lower mixture layer, the content of the small particle active material (D S ) is 55 to 90% by weight, and the content of the large particle active material (D L ) is 10 to 45% by weight, based on 100% by weight of the total particulate active material of the lower mixture layer. %ego,
The upper mixture layer, based on 100% by weight of the total particulate active material of the upper mixture layer, the content of the large particle active material (D L ) is 90 to 100% by weight of the secondary battery electrode.
제 1 항에 있어서,
하부 합제층과 상부 합제층의 평균 두께의 비율은 3:7 내지 7:3 범위인 이차전지용 전극.
The method of claim 1,
An electrode for a secondary battery in which the ratio of the average thickness of the lower mixture layer and the upper mixture layer is in the range of 3:7 to 7:3.
제 1 항에 있어서,
하부 합제층과 상부 합제층의 평균 두께의 비율은 1:9 내지 4.5:5.5 범위인 이차전지용 전극.
The method of claim 1,
An electrode for a secondary battery in which the ratio of the average thickness of the lower mixture layer and the upper mixture layer is in the range of 1:9 to 4.5:5.5.
제 1 항에 있어서,
하부 합제층에 함유된 바인더의 함량(BUnder)에 대한 상부 합제층에 함유된 바인더의 함량(BTop)의 비율((BTop)/(BUnder))은, 0.1 내지 1.0 범위인 이차전지용 전극.
The method of claim 1,
The ratio ((B Top )/(B Under )) of the binder content (B Top ) contained in the upper mixture layer to the binder content (B Under ) contained in the lower mixture layer is in the range of 0.1 to 1.0 for secondary batteries. electrode.
양극; 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 분리막을 포함하며,
상기 양극 및 음극 중 어느 하나 이상의 전극은 제 1 항에 따른 전극인 것을 특징으로 하는 이차전지.
anode; It includes a negative electrode and a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode,
At least one of the positive and negative electrodes is a secondary battery, characterized in that the electrode according to claim 1.
제 9 항에 있어서,
양극 및 음극은 제 1 항에 따른 전극인 것을 특징으로 하는 이차전지.
The method of claim 9,
A secondary battery, characterized in that the positive and negative electrodes are the electrodes according to claim 1.
제 9 항에 따른 이차전지를 포함하는 자동차.A vehicle comprising the secondary battery according to claim 9.
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