KR20210101540A - Negative electrode, and secondary battery comprising the same - Google Patents

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유정우
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Abstract

The present invention provides a negative electrode which comprises: a negative electrode current collector; and a negative electrode active material layer formed on the negative electrode current collector and comprising a negative electrode active material, wherein the negative electrode active material comprises at least one selected from silicon and silicon-based oxide, satisfies a specific formula, and D_90 is 3 to 10 ㎛.

Description

음극, 및 이를 포함하는 이차전지{NEGATIVE ELECTRODE, AND SECONDARY BATTERY COMPRISING THE SAME}Anode, and a secondary battery comprising the same

본 발명은 음극, 및 이를 포함하는 이차전지에 관한 것이다.The present invention relates to an anode and a secondary battery including the same.

최근 휴대전화, 노트북 컴퓨터, 전기 자동차 등 전지를 사용하는 전자기구의 급속한 보급에 수반하여 소형 경량이면서도 상대적으로 고용량인 이차전지의 수요가 급속히 증대되고 있다. 특히, 리튬 이차전지는 경량이고 고에너지 밀도를 가지고 있어 휴대 기기의 구동 전원으로서 각광을 받고 있다. 이에 따라, 리튬 이차전지의 성능 향상을 위한 연구개발 노력이 활발하게 진행되고 있다.Recently, with the rapid spread of electronic devices using batteries, such as mobile phones, notebook computers, and electric vehicles, the demand for small, lightweight and relatively high-capacity secondary batteries is rapidly increasing. In particular, a lithium secondary battery has been in the spotlight as a driving power source for a portable device because it is lightweight and has a high energy density. Accordingly, research and development efforts for improving the performance of lithium secondary batteries are being actively conducted.

일반적으로 리튬 이차전지는 양극, 음극, 상기 양극 및 음극 사이에 개재되는 분리막, 전해질, 유기 용매 등을 포함한다. 또한, 양극 및 음극은 집전체 상에 양극 활물질 또는 음극 활물질을 포함하는 활물질층이 형성될 수 있다. 상기 양극에는 일반적으로 LiCoO2, LiMn2O4 등의 리튬 함유 금속 산화물이 양극 활물질로 사용되며, 이에 따라 음극에는 리튬을 함유하지 않는 탄소계 활물질, 실리콘계 활물질이 음극 활물질로 사용되고 있다.In general, a lithium secondary battery includes a positive electrode, a negative electrode, a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode, an electrolyte, an organic solvent, and the like. In addition, the positive electrode and the negative electrode may have an active material layer including a positive active material or a negative active material on a current collector. Lithium-containing metal oxides such as LiCoO 2 and LiMn 2 O 4 are generally used for the positive electrode as a positive electrode active material. Accordingly, a carbon-based active material and a silicon-based active material that do not contain lithium are used as the negative electrode active material for the negative electrode.

특히, 음극 활물질 중 실리콘계 활물질은 탄소계 활물질에 비해 약 10배 정도의 높은 용량을 갖는 점에서 주목되고 있으며, 높은 용량으로 인해 얇은 전극으로도 높은 에너지 밀도를 구현할 수 있다는 장점이 있다. 그러나, 실리콘계 활물질은 리튬의 삽입/탈리에 따른 부피 팽창으로 입자가 깨지기 쉽고, 이러한 부피 팽창/수축에 따라 입자 간 전기적 접촉이 끊어짐에 따라 수명 특성이 저하되는 문제가 있어 범용적으로 사용되지는 못하고 있다.In particular, among the negative active materials, silicon-based active materials are attracting attention in that they have a capacity that is about 10 times higher than that of carbon-based active materials, and due to their high capacity, a high energy density can be realized even with a thin electrode. However, the silicon-based active material has a problem in that it is easy to break particles due to volume expansion due to insertion/desorption of lithium, and the electrical contact between particles is broken due to this volume expansion/contraction, and thus lifespan characteristics are deteriorated. have.

따라서, 실리콘계 활물질의 높은 용량, 에너지 밀도를 구현하면서도, 수명 특성을 향상시킬 수 있는 이차전지의 개발이 요구되는 실정이다.Accordingly, there is a need to develop a secondary battery capable of improving the lifespan characteristics while implementing high capacity and energy density of the silicon-based active material.

한국공개특허 제10-2017-0074030호는 리튬 이차 전지용 음극 활물질, 이의 제조 방법, 및 이를 포함하는 리튬 이차전지에 관한 것이며, 다공성 실리콘-탄소 복합체를 포함하는 음극 활물질을 개시하지만, 전술한 문제점을 해결하기에는 한계가 있다.Korean Patent Application Laid-Open No. 10-2017-0074030 relates to a negative active material for a lithium secondary battery, a manufacturing method thereof, and a lithium secondary battery including the same, and discloses a negative active material including a porous silicon-carbon composite, but solves the above problems There are limits to solving it.

한국공개특허 제10-2017-0074030호Korean Patent Publication No. 10-2017-0074030

본 발명의 일 과제는 실리콘계 물질을 포함하는 음극에 있어서, 수명 특성을 향상시키고, 전극 두께 증가를 방지하는 음극 활물질을 제공하는 것이다.One object of the present invention is to provide an anode active material for improving lifespan characteristics and preventing an increase in electrode thickness in an anode including a silicon-based material.

본 발명은 음극 집전체; 및 상기 음극 집전체 상에 형성되며, 음극 활물질을 포함하는 음극 활물질층;을 포함하고, 상기 음극 활물질은 실리콘 및 실리콘계 산화물 중에서 선택된 적어도 1종을 포함하고, 하기 수학식 1을 만족하며, D90이 3㎛ 내지 10㎛인 음극을 제공한다.The present invention is a negative electrode current collector; and an anode active material layer formed on the anode current collector and including an anode active material, wherein the anode active material includes at least one selected from silicon and silicon-based oxide, and satisfies Equation 1 below, D 90 A negative electrode having this thickness of 3 µm to 10 µm is provided.

[수학식 1][Equation 1]

1.0 ≤ (D90-D10)/D50 ≤ 2.51.0 ≤ (D 90 -D 10 )/D 50 ≤ 2.5

또한, 본 발명은 전술한 음극; 상기 음극에 대향하는 양극; 상기 음극 및 상기 양극 사이에 개재되는 분리막; 및 전해질;을 포함하는 이차전지를 제공한다.In addition, the present invention is the above-described negative electrode; an anode opposite to the cathode; a separator interposed between the negative electrode and the positive electrode; and an electrolyte; provides a secondary battery comprising.

본 발명의 음극은 음극 활물질을 포함하며, 상기 음극 활물질은 실리콘계 물질(실리콘 및/또는 실리콘계 산화물)을 포함하며, 입경 분포에 관한 특정 수학식을 만족하고, D90이 특정 범위인 것을 특징으로 한다. 상기 음극 활물질의 입경 및 입경 분포가 조절됨으로써, 본 발명의 음극은 전해질과의 부반응을 최소화하고, 활물질의 팩킹 정도를 적절한 수준으로 조절하여 전극의 공극 구조를 개선함으로써 저항을 낮출 수 있으며, 음극 활물질의 부피 팽창/수축에 따른 음극의 뒤틀림 현상을 방지하여 사이클 수명 특성을 향상시킬 수 있고, 충방전에 따른 전극 두께 변화를 최소화할 수 있다.The negative electrode of the present invention includes an anode active material, wherein the negative active material includes a silicon-based material (silicon and/or silicon-based oxide), satisfies a specific equation regarding particle size distribution, and D 90 is characterized in that it is in a specific range . By controlling the particle diameter and particle size distribution of the negative electrode active material, the negative electrode of the present invention minimizes side reactions with the electrolyte and improves the pore structure of the electrode by adjusting the packing degree of the active material to an appropriate level, thereby lowering the resistance, the negative electrode active material It is possible to improve the cycle life characteristics by preventing the distortion of the negative electrode due to the volume expansion/contraction of

도 1은 제조예 1 내지 제조예 9에 따른 음극 활물질의 입경 분포를 나타낸 그래프이다.
도 2는 실시예 및 비교예들의 충전 SOC에 따른 음극의 두께 변화율을 나타낸 그래프이다.
도 3은 실시예 및 비교예들의 사이클 용량 유지율을 나타낸 그래프이다.
1 is a graph showing the particle size distribution of a negative active material according to Preparation Examples 1 to 9.
2 is a graph showing the thickness change rate of the negative electrode according to the charging SOC of Examples and Comparative Examples.
3 is a graph showing the cycle capacity retention rate of Examples and Comparative Examples.

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.The terms or words used in the present specification and claims should not be construed as being limited to their ordinary or dictionary meanings, and the inventor may properly define the concept of the term in order to best describe his invention. It should be interpreted as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the principle that there is.

본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 예시적인 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도는 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.The terminology used herein is used to describe exemplary embodiments only, and is not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise.

본 명세서에서, "포함하다", "구비하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 구성 요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 구성 요소, 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.In the present specification, terms such as "comprise", "comprising" or "have" are intended to designate the presence of an embodied feature, number, step, element, or a combination thereof, but one or more other features or It should be understood that it does not preclude the possibility of the presence or addition of numbers, steps, elements, or combinations thereof.

본 명세서에서, D10, D50, D90, 및 D99는 입자의 입경 분포 곡선에 있어서 각각 체적 누적량의 10%, 50%, 90%, 및 99%에 해당하는 입경으로 정의된다. 상기 D10, D50, D90, 및 D99는 예를 들어, 레이저 회절법(laser diffraction method)을 이용하여 측정될 수 있다. 상기 레이저 회절법은 일반적으로 서브미크론(submicron) 영역에서부터 수 mm 정도의 입경의 측정이 가능하며, 고 재현성 및 고 분해성의 결과를 얻을 수 있다.In the present specification, D 10 , D 50 , D 90 , and D 99 are defined as particle diameters corresponding to 10%, 50%, 90%, and 99% of the cumulative volume, respectively, in the particle size distribution curve of the particles. The D 10 , D 50 , D 90 , and D 99 may be measured using, for example, a laser diffraction method. In general, the laser diffraction method can measure a particle diameter of several mm from a submicron region, and can obtain high reproducibility and high resolution results.

이하, 본 발명에 대해 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

<음극><Cathode>

본 발명은 음극에 관한 것으로, 구체적으로는 리튬 이차전지용 음극에 관한 것이다.The present invention relates to a negative electrode, and specifically to a negative electrode for a lithium secondary battery.

구체적으로, 본 발명의 음극은 음극 집전체; 및 상기 음극 집전체 상에 형성되며, 음극 활물질을 포함하는 음극 활물질층;을 포함하고, 상기 음극 활물질은 실리콘 및 실리콘계 산화물 중에서 선택된 적어도 1종을 포함하고, 하기 수학식 1을 만족하며, D90이 3㎛ 내지 10㎛이다.Specifically, the negative electrode of the present invention is a negative electrode current collector; and an anode active material layer formed on the anode current collector and including an anode active material, wherein the anode active material includes at least one selected from silicon and silicon-based oxide, and satisfies Equation 1 below, D 90 This is 3 µm to 10 µm.

[수학식 1][Equation 1]

1.0 ≤ (D90-D10)/D50 ≤ 2.5.1.0 ≤ (D 90 -D 10 )/D 50 ≤ 2.5.

일반적으로 실리콘계 활물질(예를 들면, 실리콘 또는 실리콘계 산화물)은 탄소계 활물질에 비해 약 10배 정도의 높은 용량을 갖는 것으로 알려져 있고, 이에 따라 실리콘계 활물질을 음극에 적용할 경우 얇은 두께로도 높은 수준의 에너지 밀도를 갖는 박막 전극 구현이 가능할 것으로 기대되고 있다. 그러나, 실리콘계 활물질은 충방전에 따른 리튬의 삽입/탈리에 따라 부피 팽창/수축 정도가 크고, 이에 따른 활물질 간 전기적 단락이 문제되어 수명 특성이 저하되는 문제가 있다.In general, silicon-based active materials (for example, silicon or silicon-based oxide) are known to have a capacity about 10 times higher than that of carbon-based active materials. It is expected that it will be possible to realize a thin film electrode having an energy density. However, the silicon-based active material has a large degree of volume expansion/contraction according to the insertion/desorption of lithium according to charging and discharging, and accordingly, an electrical short circuit between the active materials is a problem, thereby deteriorating the lifespan characteristics.

또한, 종래 실리콘계 활물질의 과도한 부피 팽창/수축을 방지하기 위해, 활물질의 사이즈를 나노미터(nm) 수준으로 조절하는 방법이 연구되고 있지만, 활물질의 크기를 지나치게 줄일 경우 비표면적이 과도하게 커져 전해질과의 부반응이 심화되고 수명 특성이 빠르게 퇴화하는 문제가 있고, 전극 내의 공극 확보가 어려워 전하 이동 저항(charge transfer resistance)이 커지는 문제가 있다. 또한, 실리콘계 활물질의 사이즈를 나노미터(nm) 수준으로 조절하는 경우에는 음극 슬러리 제조 시에 음극 활물질의 분산성이 좋지 못하고, 이에 따라 음극 활물질층의 균일한 형성이 어려운 문제가 있으므로, 음극의 양산 및 실제 산업 분야에의 적용이 쉽지 않다.In addition, in order to prevent excessive volume expansion/contraction of the conventional silicon-based active material, a method of adjusting the size of the active material to a nanometer (nm) level has been studied. There is a problem in that the side reaction of the electrode is deepened and the lifespan characteristics deteriorate rapidly, and it is difficult to secure a pore in the electrode, so that the charge transfer resistance is increased. In addition, when the size of the silicon-based active material is adjusted to the nanometer (nm) level, the dispersibility of the negative electrode active material is not good during the preparation of the negative electrode slurry, and accordingly, it is difficult to uniformly form the negative electrode active material layer. And it is not easy to apply to the actual industrial field.

이러한 문제를 해결하기 위해, 본 발명의 음극에 포함되는 음극 활물질은 실리콘 및 실리콘계 산화물 중에서 선택된 적어도 1종을 포함하며, 수학식 1을 만족하며, D90을 특정 범위로 조절된 것을 특징으로 한다. 이에 따라, 본 발명에 따른 음극은 전해질과의 부반응을 최소화할 수 있을 뿐만 아니라, 입자들의 팩킹 정도를 적절한 수준으로 조절함으로써 전극에 공극 구조를 개선하여 전하 이동 저항을 낮출 수 있으며, 실리콘 및/또는 실리콘계 산화물의 충방전에 따른 부피 팽창/수축에 의해 음극이 뒤틀리는 현상을 방지할 수 있다. 특히, 본 발명의 음극은 이에 포함되는 음극 활물질의 사이즈가 마이크로 미터(㎛) 수준이므로 슬러리의 제조, 분산이 용이하고, 음극 활물질층의 균일한 형성이 가능하여, 음극의 대량 생산에 바람직하다. 따라서, 본 발명의 음극 및 이를 포함하는 이차전지는 전극의 공극 구조가 개선됨으로써 전하 이동 저항을 낮추고, 충방전에 따른 전극 두께 변화를 최소화하며, 수명 특성이 현저한 수준으로 향상될 수 있다.In order to solve this problem, the negative active material included in the negative electrode of the present invention includes at least one selected from silicon and silicon-based oxide, satisfies Equation 1, and D 90 is adjusted to a specific range. Accordingly, the negative electrode according to the present invention can not only minimize side reactions with the electrolyte, but also improve the pore structure in the electrode by adjusting the packing degree of the particles to an appropriate level, thereby lowering the charge transfer resistance, silicon and/or It is possible to prevent the anode from being distorted due to volume expansion/contraction due to charging and discharging of the silicon-based oxide. In particular, in the negative electrode of the present invention, since the size of the negative active material included therein is at the micrometer (㎛) level, it is easy to prepare and disperse the slurry, and it is possible to uniformly form the negative electrode active material layer, which is preferable for mass production of the negative electrode. Accordingly, in the negative electrode of the present invention and the secondary battery including the same, the pore structure of the electrode is improved, thereby lowering the charge transfer resistance, minimizing the change in electrode thickness due to charging and discharging, and improving lifespan characteristics to a remarkable level.

상기 음극 집전체는 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되지 않는다. 구체적으로 상기 음극 집전체는 구리, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인레스 스틸의 표면에 탄소, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다.The negative electrode current collector is not particularly limited as long as it has high conductivity without causing a chemical change in the battery. Specifically, the negative electrode current collector may be copper, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, calcined carbon, one in which the surface of copper or stainless steel is surface-treated with carbon, nickel, titanium, silver, etc., aluminum-cadmium alloy, etc. may be used. have.

상기 음극 집전체는 통상적으로 3 내지 500㎛의 두께를 가질 수 있다.The negative electrode current collector may typically have a thickness of 3 to 500 μm.

상기 음극 집전체는 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있다. 예를 들어, 상기 음극 집전체는 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.The negative electrode current collector may form fine irregularities on the surface to strengthen the bonding strength of the negative electrode active material. For example, the negative electrode current collector may be used in various forms such as a film, a sheet, a foil, a net, a porous body, a foam, a non-woven body, and the like.

상기 음극은 상기 음극 집전체 상에 형성된 음극 활물질층을 포함하며, 상기 음극 활물질층은 음극 활물질을 포함한다.The negative electrode includes a negative active material layer formed on the negative electrode current collector, and the negative active material layer includes a negative electrode active material.

상기 음극 활물질은 실리콘(Si) 및 실리콘계 산화물 중에서 선택된 적어도 1종을 포함한다.The negative active material includes at least one selected from silicon (Si) and a silicon-based oxide.

상기 실리콘계 산화물은 SiOx(0<x<2)로 표시되는 화합물일 수 있다. SiO2의 경우 리튬 이온과 반응하지 않아 리튬을 저장할 수 없으므로, x는 상기 범위 내인 것이 바람직하다.The silicon-based oxide may be a compound represented by SiO x (0<x<2). Since SiO 2 does not react with lithium ions and cannot store lithium, x is preferably within the above range.

구체적으로, 상기 음극 활물질은 실리콘을 포함할 수 있다. 종래, Si는 실리콘 산화물(예를 들어 SiOx(0<x<2)에 비해 용량이 약 2.5~3배 높다는 측면에서 유리하지만, Si의 충방전에 따른 부피 팽창/수축 정도가 실리콘계 산화물의 경우보다 매우 크므로 더욱 상용화가 쉽지 않다. 그러나, 본 발명의 경우 실리콘을 포함하는 음극 활물질의 입경을 특정 범위로 조절함에 따라, 실리콘의 부피 팽창이 미치는 수명 특성 열화 문제를 효과적으로 해소할 수 있으며, 실리콘이 갖는 높은 용량, 에너지 밀도의 장점을 보다 바람직하게 구현할 수 있다.Specifically, the negative active material may include silicon. Conventionally, Si is advantageous in that its capacity is about 2.5 to 3 times higher than that of silicon oxide (for example, SiO x (0<x<2)), but the degree of volume expansion/contraction due to charging and discharging of Si is in the case of silicon-based oxide. However, in the present invention, by adjusting the particle diameter of the negative active material containing silicon to a specific range, the problem of deterioration of lifespan characteristics caused by volume expansion of silicon can be effectively solved, and silicon The advantages of high capacity and energy density can be more preferably realized.

상기 실리콘은 다결정 실리콘(polycrystaline silicon, poly-Si)일 수 있다. 상기 다결정 실리콘이란 단결정 실리콘(monocrystaline silicon)의 집합체로 정의될 수 있다. 실리콘으로서 상기 다결정 실리콘을 사용할 경우, 높은 용량, 고에너지 밀도를 달성할 수 있어 바람직하며, 비용이 저렴하다는 측면에서 바람직하다. The silicon may be polycrystalline silicon (poly-Si). The polycrystalline silicon may be defined as an aggregate of monocrystal silicon. When the polycrystalline silicon is used as silicon, it is preferable because high capacity and high energy density can be achieved, and it is preferable in terms of low cost.

상기 다결정 실리콘의 순도는 99.0% 이상, 바람직하게는 99.5% 이상인 것이 바람직하며, 상기 범위일 때 다결정 실리콘의 높은 용량 및 고에너지 밀도의 구현이 가능하다는 측면에서 바람직하다. The purity of the polycrystalline silicon is preferably 99.0% or more, preferably 99.5% or more, and in the above range, it is preferable in terms of realization of high capacity and high energy density of polycrystalline silicon.

상기 음극 활물질은 상기 실리콘 및/또는 실리콘계 산화물 상에 형성된 탄소 코팅층을 더 포함할 수 있다. 상기 탄소 코팅층은 실리콘 및/또는 실리콘계 산화물의 부피 팽창을 억제하고, 전해액과의 부반응을 방지하는 보호층으로 기능할 수 있다.The negative active material may further include a carbon coating layer formed on the silicon and/or silicon-based oxide. The carbon coating layer may function as a protective layer that suppresses volume expansion of silicon and/or silicon-based oxide and prevents a side reaction with an electrolyte.

상기 탄소 코팅층은 상기 음극 활물질 내에 0.1중량% 내지 10중량%, 바람직하게는 1중량% 내지 6중량%로 포함될 수 있으며, 상기 범위일 때 상기 탄소 코팅층이 실리콘 및/또는 실리콘계 산화물의 부피 팽창을 우수한 수준으로 제어하면서, 전해액과의 부반응을 방지할 수 있다는 측면에서 바람직하다.The carbon coating layer may be included in an amount of 0.1 wt% to 10 wt%, preferably 1 wt% to 6 wt%, in the negative active material, and when the carbon coating layer is in the above range, the volume expansion of silicon and/or silicon-based oxide is excellent. It is preferable in terms of being able to prevent side reactions with the electrolyte while controlling the level.

상기 탄소 코팅층의 중량은 열중량분석법(Thermogravimetric Analysis, TGA)에 의해 측정될 수 있다.The weight of the carbon coating layer may be measured by thermogravimetric analysis (TGA).

상기 탄소 코팅층은 비정질 탄소 코팅층일 수 있다. 구체적으로 상기 탄소 코팅층은 메탄, 에탄 및 아세틸렌으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종의 탄화 수소 가스를 사용하는 화학기상증착법(CVD)에 의해 형성될 수 있다.The carbon coating layer may be an amorphous carbon coating layer. Specifically, the carbon coating layer may be formed by chemical vapor deposition (CVD) using at least one hydrocarbon gas selected from the group consisting of methane, ethane, and acetylene.

상기 음극 활물질은 하기 수학식 1을 만족한다.The negative active material satisfies Equation 1 below.

[수학식 1][Equation 1]

1.0 ≤ (D90-D10)/D50 ≤ 2.51.0 ≤ (D 90 -D 10 )/D 50 ≤ 2.5

상기 음극 활물질의 (D90-D10)/D50이 2.5를 초과하는 경우 입경 분포가 지나치게 넓은 것으로 이해될 수 있으며, 이 경우 실리콘 및/또는 실리콘계 산화물, 구체적으로 실리콘을 포함하는 음극에서 충방전에 따른 활물질층의 불균일과 두께 증가가 심화되고, 활물질의 부피 변화에 따라 활물질 간 전기적 접촉이 끊어져 수명 특성이 급격하게 퇴화하는 문제가 있다. 상기 음극 활물질의 (D90-D10)/D50이 1.0 미만인 경우 입도 분포는 좁고 균일하지만, 활물질 간의 팩킹 밀도가 낮아 음극의 두께 변화가 크며, 이에 따라 활물질 간의 접촉성이 떨어져 충방전에 따른 수명 특성 퇴화가 심화될 수 있다. When (D 90 -D 10 )/D 50 of the negative active material exceeds 2.5, it may be understood that the particle size distribution is too wide, in this case, charging and discharging in the negative electrode including silicon and/or silicon-based oxide, specifically silicon There is a problem in that the non-uniformity and thickness increase of the active material layer are increased according to the current state, and the electrical contact between the active materials is cut according to the change in the volume of the active material, so that the lifespan characteristics are rapidly deteriorated. When (D 90 -D 10 )/D 50 of the negative active material is less than 1.0, the particle size distribution is narrow and uniform, but the packing density between the active materials is low, so the thickness of the negative electrode is large, and thus the contact between the active materials is lowered. Deterioration of lifespan characteristics may be exacerbated.

상기 (D90-D10)/D50는 1.0 내지 2.5, 바람직하게는 1.3 내지 2.4, 더 바람직하게는 1.6 내지 2.0일 수 있으며, 상기 범위일 때 입경 분포가 바람직한 수준으로 조절되어 활물질의 팩킹 정도를 바람직한 수준으로 조절할 수 있고 전극 두께 변화를 최소화할 수 있으며, 활물질 간의 전기적 접촉성을 향상시킬 수 있어, 수명 특성 향상에 더욱 유리하다.The (D 90 -D 10 )/D 50 may be 1.0 to 2.5, preferably 1.3 to 2.4, and more preferably 1.6 to 2.0, and when the range is in the range, the particle size distribution is adjusted to a desired level to the degree of packing of the active material can be adjusted to a desirable level, electrode thickness change can be minimized, and electrical contact between active materials can be improved, which is more advantageous in improving lifespan characteristics.

상기 음극 활물질의 D90은 3㎛ 내지 10㎛이다. 본 발명에 따른 음극 활물질은 상기 수학식 1을 만족함과 동시에 D90을 특정 범위로 조절함으로써, 음극 활물질의 비표면적을 바람직한 수준으로 조절하고 전해질과의 부반응을 최소화할 수 있을 뿐만 아니라, 입자들의 팩킹 정도를 적절한 수준으로 조절함으로써 실리콘계 활물질의 충방전에 따른 부피 팽창/수축, 이에 따른 입자들의 전기적 접촉 저하를 방지할 수 있다. D 90 of the negative active material is 3 μm to 10 μm. The anode active material according to the present invention satisfies Equation 1 and adjusts D 90 to a specific range, thereby controlling the specific surface area of the anode active material to a desired level and minimizing side reactions with the electrolyte, as well as packing particles By adjusting the degree to an appropriate level, it is possible to prevent volume expansion/contraction due to charging and discharging of the silicon-based active material, and thus reduction in electrical contact between the particles.

상기 음극 활물질의 D90이 3㎛ 미만일 경우, 활물질들의 입자 크기가 지나치게 작으므로, 활물질의 비표면적이 커져 전해질과의 부반응이 심화될 수 있고, 전극 공극이 작아 전하 이동 저항이 커지며 수명 성능이 저하될 우려가 있으며, 음극 제조 시에 음극 활물질의 균일한 분산이 어렵고, 음극 활물질층의 불균일한 형성이 초래되며, 음극의 양산이 어려울 수 있다. 또한, 상기 음극 활물질의 D90이 10㎛ 초과일 경우, 활물질의 충방전에 따라 활물질 간의 입자 간 간격이 멀어져 전기적 접촉성이 매우 저하되므로, 음극의 수명 성능이 퇴화될 수 있다. When D 90 of the negative active material is less than 3 μm, since the particle size of the active materials is too small, the specific surface area of the active material increases, which may intensify side reactions with the electrolyte, and the electrode pore is small, so the charge transfer resistance increases and the lifespan performance decreases. There is a risk of becoming an anode, it is difficult to uniformly disperse the anode active material during the manufacture of the anode, non-uniform formation of the anode active material layer is caused, and mass production of the anode may be difficult. In addition, when D 90 of the anode active material is greater than 10 μm, the distance between particles between the active materials increases due to charging and discharging of the active material, so that electrical contact is very deteriorated, and thus the life performance of the anode may deteriorate.

상기 음극 활물질의 D90은 바람직하게 3.5㎛ 내지 9.0㎛, 더 바람직하게는 4.0 내지 7.5㎛, 더 바람직하게는 5.5㎛ 내지 6.2㎛일 수 있으며, 상기 범위일 때 활물질 간의 전기적 접촉성을 향상시킬 수 있으며, 전극 두께 변화를 최소화할 수 있어 수명 특성 향상에 더욱 유리하며, 입도 조절 과정에서 과도한 미분의 발생을 최소화할 수 있어 분산성이 우수하며 전해액과의 부반응으로 인한 가스 발생을 감소시킬 수 있다. D 90 of the negative active material may be preferably 3.5 μm to 9.0 μm, more preferably 4.0 to 7.5 μm, and more preferably 5.5 μm to 6.2 μm, and when it is in the range, electrical contact between active materials can be improved. In addition, it is possible to minimize the change in electrode thickness, which is more advantageous in improving the lifespan characteristics, and it is possible to minimize the generation of excessive fine powder during the particle size control process, thereby providing excellent dispersibility and reducing gas generation due to side reactions with the electrolyte.

상기 음극 활물질의 D99는 20㎛ 이하, 바람직하게 7㎛ 내지 17㎛, 더 바람직하게는 9㎛ 내지 12㎛일 수 있으며, 상기 범위일 때 음극 활물질층의 균일한 형성, 충방전 시 실리콘계 활물질의 전기적 접촉성 향상 측면에서 바람직하다. D 99 of the negative active material may be 20 μm or less, preferably 7 μm to 17 μm, more preferably 9 μm to 12 μm, and uniform formation of the negative electrode active material layer, the silicon-based active material during charging and discharging in the above range. It is preferable in terms of improving electrical contact.

상기 음극 활물질의 D50은 1㎛ 내지 5㎛, 바람직하게는 2㎛ 내지 4㎛일 수 있고, 상기 실리콘계 활물질의 D10은 0.1㎛ 내지 1.5㎛, 바람직하게는 0.3㎛ 내지 1.0㎛일 수 있다. 상기 범위일 때, 입경이 과도하게 작아짐에 따른 전해액 부반응 문제를 방지하고, 음극의 균일한 코팅이 가능하며, 공극 구조를 적절히 확보하여 전하 이동 저항을 낮출 수 있으며, 입경이 과도하게 커짐에 따른 실리콘계 활물질의 부피 팽창 정도 심화, 전극 두께 변화 증가 등의 문제가 방지될 수 있다. 또한 상기 수학식 1 및 D90 범위를 만족하면서 상기 D50 및/또는 D10 범위를 만족할 경우, 활물질의 팩킹 정도를 바람직한 수준으로 조절할 수 있고 전극 두께 변화를 최소화할 수 있으며, 활물질 간의 전기적 접촉성을 향상시킬 수 있어, 수명 특성 향상에 더욱 바람직하다. D 50 of the negative active material may be 1 μm to 5 μm, preferably 2 μm to 4 μm, and D 10 of the silicon-based active material may be 0.1 μm to 1.5 μm, preferably 0.3 μm to 1.0 μm. In the above range, it is possible to prevent a side reaction problem of the electrolyte due to excessively small particle size, uniform coating of the negative electrode, and lower charge transfer resistance by properly securing the pore structure, and silicon-based due to excessively large particle size Problems such as an increase in the degree of volume expansion of the active material and an increase in electrode thickness change can be prevented. In addition, when satisfying the ranges of Equations 1 and D 90 while satisfying the ranges of D 50 and/or D 10 , the packing degree of the active material can be adjusted to a desired level, the electrode thickness change can be minimized, and the electrical contact between the active materials can be improved, which is more preferable for improving lifespan characteristics.

상기 음극 활물질의 D10, D50, D90, D99는 실리콘 및 실리콘계 산화물 중에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 음극 활물질에 적절한 수준으로 체질(sieving), 밀링(milling), 분급(classification) 등을 수행하는 방법에 의해 구현될 수 있다.D 10 , D 50 , D 90 , and D 99 of the negative active material are sieving, milling, classification, etc. to an appropriate level for the negative active material including at least one selected from silicon and silicon-based oxide. It can be implemented by the method

상기 음극 활물질의 BET 비표면적은 1m2/g 내지 5m2/g, 바람직하게는 1.5m2/g 내지 3.5m2/g일 수 있으며, 상기 범위일 때 전해질과의 부반응을 방지할 수 있다는 측면에서 바람직하다. 상기 음극 활물질의 BET 비표면적은 예를 들어 질소 등의 흡착 기체를 이용하여 BEL JAPAN사의 BELSORP (BET 장비)를 이용하는 BET(Brunauer-Emmett-Teller) 측정법에 의해 측정될 수 있다.The BET specific surface area of the negative active material may be 1 m 2 /g to 5 m 2 /g, preferably 1.5 m 2 /g to 3.5 m 2 /g, and side reaction with the electrolyte may be prevented when it is within the above range preferred in The BET specific surface area of the negative active material may be measured by, for example, a Brunauer-Emmett-Teller (BET) measurement method using BELSORP (BET equipment) manufactured by BEL JAPAN using an adsorbed gas such as nitrogen.

상기 음극 활물질은 상기 음극 활물질층 내에 60중량% 이상, 바람직하게는 60중량% 내지 90중량%, 더 바람직하게는 65중량% 내지 80중량%로 포함될 수 있다.The anode active material may be included in the anode active material layer in an amount of 60 wt% or more, preferably 60 wt% to 90 wt%, more preferably 65 wt% to 80 wt%.

상기 음극 활물질층은 바인더를 더 포함할 수 있다.The negative active material layer may further include a binder.

상기 바인더는 전극 접착력을 더욱 향상시키고 활물질의 부피 팽창/수축에 충분한 저항력을 부여할 수 있다는 측면에서, 스티렌부타디엔 고무(SBR: styrene butadiene rubber), 아크릴로니트릴부타디엔 고무(acrylonitrile butadiene rubber), 아크릴 고무(acrylic rubber), 부틸 고무(butyl rubber), 플루오르 고무(fluoro rubber), 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로오스(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로오스, 재생 셀룰로오스, 폴리비닐알코올(PVA: polyvinyl alcohol), 폴리아크릴산(PAA: polyacrylic acid), 폴리에틸렌 글리콜(PEG: polyethylene glycol), 폴리아크릴로니트릴(PAN: polyacrylonitrile) 및 폴리아크릴 아미드(PAM: polyacryl amide)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종 또는 이들의 공중합체를 포함할 수 있다.In the aspect that the binder further improves electrode adhesion and provides sufficient resistance to volume expansion/contraction of the active material, styrene butadiene rubber (SBR), acrylonitrile butadiene rubber, acrylic rubber (acrylic rubber), butyl rubber, fluoro rubber, polyvinyl alcohol, carboxymethyl cellulose (CMC), starch, hydroxypropyl cellulose, regenerated cellulose, polyvinyl alcohol (PVA: polyvinyl alcohol), At least one selected from the group consisting of polyacrylic acid (PAA), polyethylene glycol (PEG), polyacrylonitrile (PAN: polyacrylonitrile), and polyacryl amide (PAM: polyacryl amide) or a copolymer thereof may include.

구체적으로, 상기 바인더는 폴리비닐알코올, 폴리아크릴산, 폴리아크릴아미드 및 폴리아크릴로니트릴로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종을 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 바인더는 높은 강도를 가지며, 실리콘계 음극 활물질의 부피 팽창/수축에 대한 우수한 저항성을 가지고, 우수한 유연성을 바인더에 부여하여 전극의 뒤틀림, 휘어짐 등을 방지할 수 있다는 측면에서 폴리비닐알코올 및 폴리아크릴산 중에서 선택된 적어도 1종을 포함할 수 있고, 보다 더 구체적으로 폴리비닐알코올 및 폴리아크릴산의 공중합체를 포함할 수 있다. 상기 폴리비닐알코올 및 폴리아크릴산의 공중합체는 비닐 알코올 단량체 및 아크릴산 단량체의 공중합체일 수 있다.Specifically, the binder may include at least one selected from the group consisting of polyvinyl alcohol, polyacrylic acid, polyacrylamide, and polyacrylonitrile. More specifically, the binder has high strength, has excellent resistance to volume expansion/contraction of the silicon-based negative active material, and provides excellent flexibility to the binder to prevent distortion and warpage of the electrode. and at least one selected from polyacrylic acid, and more specifically, a copolymer of polyvinyl alcohol and polyacrylic acid. The copolymer of polyvinyl alcohol and polyacrylic acid may be a copolymer of a vinyl alcohol monomer and an acrylic acid monomer.

상기 바인더는 음극 활물질층 내에 5중량% 내지 30중량%, 바람직하게는 15중량% 내지 25중량%로 포함될 수 있으며, 상기 범위에 있을 때 활물질의 부피 팽창을 보다 효과적으로 제어할 수 있다는 측면에서 바람직하다.The binder may be included in an amount of 5 wt% to 30 wt%, preferably 15 wt% to 25 wt%, in the anode active material layer, and it is preferable in terms of being able to more effectively control the volume expansion of the active material when it is in the range .

상기 음극 활물질층은 도전재를 더 포함할 수 있다. 상기 도전재는 음극에 도전성을 향상시키기 위해 사용될 수 있고, 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이 바람직하다.The negative active material layer may further include a conductive material. The conductive material may be used to improve the conductivity of the negative electrode, and it is preferable to have conductivity without causing a chemical change.

상기 도전재는 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서멀 블랙 등의 카본 블랙; 플루오로카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재; 탄소 섬유, 탄소 나노 파이버(CNF), 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 탄소 나노 튜브 (CNT) 등의 도전성 튜브; 및 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스커로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종일 수 있고, 바람직하게는 카본 블랙일 수 있다.The conductive material may include graphite such as natural graphite or artificial graphite, carbon black such as acetylene black, Ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and thermal black; metal powders such as fluorocarbon, aluminum, and nickel powder; conductive metal oxides such as titanium oxide; conductive materials such as polyphenylene derivatives; conductive fibers such as carbon fibers, carbon nanofibers (CNF) and metal fibers; conductive tubes such as carbon nanotubes (CNTs); and at least one selected from the group consisting of conductive whiskers such as zinc oxide and potassium titanate, preferably carbon black.

상기 도전재는 상기 음극 활물질층 내에 5중량% 내지 20중량%, 보다 바람직하게는 7중량% 내지 15중량%로 포함될 수 있다.The conductive material may be included in the anode active material layer in an amount of 5 wt% to 20 wt%, more preferably 7 wt% to 15 wt%.

상기 음극 활물질층의 두께는 10㎛ 내지 100㎛, 바람직하게는 20㎛ 내지 60㎛일 수 있다.The thickness of the negative active material layer may be 10 μm to 100 μm, preferably 20 μm to 60 μm.

상기 음극은 상기 음극 집전체 상에 상기 음극 활물질, 바인더 및 도전재를 음극 슬러리 형성용 용매에 분산시켜 음극 슬러리를 제조하고, 상기 음극 슬러리를 상기 음극 집전체 상에 코팅한 다음, 건조 및 압연하여 제조될 수 있다.The negative electrode is prepared by dispersing the negative electrode active material, the binder and the conductive material in a solvent for forming the negative electrode slurry on the negative electrode current collector, and coating the negative electrode slurry on the negative electrode current collector, followed by drying and rolling. can be manufactured.

상기 음극 슬러리 형성용 용매는 성분들의 분산을 용이하게 하는 측면에서, 증류수, 에탄올, 메탄올 및 이소프로필 알코올로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종, 바람직하게는 증류수를 포함할 수 있다.The solvent for forming the negative electrode slurry may include at least one selected from the group consisting of distilled water, ethanol, methanol, and isopropyl alcohol, preferably distilled water, in terms of facilitating dispersion of the components.

<이차전지><Secondary battery>

본 발명은 전술한 음극을 포함하는 이차전지, 구체적으로는 리튬 이차전지를 제공한다.The present invention provides a secondary battery including the above-described negative electrode, specifically, a lithium secondary battery.

구체적으로, 본 발명에 따른 이차전지는 전술한 음극; 상기 음극에 대향하는 양극; 상기 음극 및 상기 양극 사이에 개재되는 분리막; 및 전해질;을 포함한다.Specifically, the secondary battery according to the present invention includes the above-described negative electrode; an anode opposite to the cathode; a separator interposed between the negative electrode and the positive electrode; and electrolyte;

상기 양극은 양극 집전체; 상기 양극 집전체 상에 형성되는 양극 활물질층을 포함할 수 있다.The positive electrode is a positive electrode current collector; A positive electrode active material layer formed on the positive electrode current collector may be included.

상기 양극 집전체는 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되지 않는다. 구체적으로 상기 음극 집전체는 구리, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인레스 스틸의 표면에 탄소, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다.The positive electrode current collector is not particularly limited as long as it has high conductivity without causing a chemical change in the battery. Specifically, the negative electrode current collector may be copper, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, calcined carbon, one in which the surface of copper or stainless steel is surface-treated with carbon, nickel, titanium, silver, etc., aluminum-cadmium alloy, etc. may be used. have.

상기 양극 집전체는 통상적으로 3 내지 500㎛의 두께를 가질 수 있다.The positive electrode current collector may typically have a thickness of 3 to 500 μm.

상기 양극 집전체는 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있다. 예를 들어, 상기 음극 집전체는 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.The positive electrode current collector may form fine concavities and convexities on the surface to strengthen the bonding force of the negative electrode active material. For example, the negative electrode current collector may be used in various forms such as a film, a sheet, a foil, a net, a porous body, a foam, a non-woven body, and the like.

상기 양극 활물질층은 양극 활물질을 포함할 수 있다.The positive active material layer may include a positive active material.

상기 양극 활물질은 리튬의 가역적인 인터칼레이션 및 디인터칼레이션이 가능한 화합물로서, 구체적으로는 니켈, 코발트, 망간 및 알루미늄으로 이루어진 적어도 1종의 전이금속과 리튬을 포함하는 리튬 전이금속 복합 산화물, 바람직하게는 니켈, 코발트 및 망간을 포함하는 전이금속과 리튬을 포함하는 리튬 전이금속 복합 산화물을 포함할 수 있다.The positive active material is a compound capable of reversible intercalation and deintercalation of lithium, and specifically, a lithium transition metal composite oxide containing lithium and at least one transition metal consisting of nickel, cobalt, manganese, and aluminum; Preferably, it may include a transition metal including nickel, cobalt and manganese and a lithium transition metal composite oxide including lithium.

보다 구체적으로, 상기 리튬 전이금속 복합 산화물로는 리튬-망간계 산화물(예를 들면, LiMnO2, LiMn2O4 등), 리튬-코발트계 산화물(예를 들면, LiCoO2 등), 리튬-니켈계 산화물(예를 들면, LiNiO2 등), 리튬-니켈-망간계 산화물(예를 들면, LiNi1-YMnYO2(여기에서, 0<Y<1), LiMn2-zNizO4(여기에서, 0<Z<2) 등), 리튬-니켈-코발트계 산화물(예를 들면, LiNi1-Y1CoY1O2(여기에서, 0<Y1<1) 등), 리튬-망간-코발트계 산화물(예를 들면, LiCo1-Y2MnY2O2(여기에서, 0<Y2<1), LiMn2-z1Coz1O4(여기에서, 0<Z1<2) 등), 리튬-니켈-망간-코발트계 산화물(예를 들면, Li(NipCoqMnr1)O2(여기에서, 0<p<1, 0<q<1, 0<r1<1, p+q+r1=1) 또는 Li(Nip1Coq1Mnr2)O4(여기에서, 0<p1<2, 0<q1<2, 0<r2<2, p1+q1+r2=2) 등), 또는 리튬-니켈-코발트-전이금속(M) 산화물 (예를 들면, Li(Nip2Coq2Mnr3MS2)O2(여기에서, M은 Al, Fe, V, Cr, Ti, Ta, Mg 및 Mo로 이루어지는 군으로부터 선택되고, p2, q2, r3 및 s2는 각각 독립적인 원소들의 원자분율로서, 0<p2<1, 0<q2<1, 0<r3<1, 0<s2<1, p2+q2+r3+s2=1이다) 등) 등을 들 수 있으며, 이들 중 어느 하나 또는 둘 이상의 화합물이 포함될 수 있다. 이중에서도 전지의 용량 특성 및 안정성을 높일 수 있다는 점에서 상기 리튬 전이금속 복합 산화물은 LiCoO2, LiMnO2, LiNiO2, 리튬 니켈-망간-코발트 산화물(예를 들면, Li(Ni0.6Mn0.2Co0.2)O2, Li(Ni0.5Mn0.3Co0.2)O2, Li(Ni0.7Mn0.15Co0.15)O2 또는 Li(Ni0.8Mn0.1Co0.1)O2 등), 또는 리튬 니켈코발트알루미늄 산화물(예를 들면, Li(Ni0.8Co0.15Al0.05)O2 등) 등일 수 있으며, 리튬 전이금속 복합 산화물을 형성하는 구성원소의 종류 및 함량비 제어에 따른 개선 효과의 현저함을 고려할 때 상기 리튬 전이금속 복합 산화물은 Li(Ni0.6Mn0.2Co0.2)O2, Li(Ni0.5Mn0.3Co0.2)O2, Li(Ni0.7Mn0.15Co0.15)O2 또는 Li(Ni0.8Mn0.1Co0.1)O2 등일 수 있으며, 이들 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물이 사용될 수 있다.More specifically, as the lithium transition metal composite oxide, lithium-manganese oxides (eg, LiMnO 2 , LiMn 2 O 4 , etc.), lithium-cobalt-based oxides (eg, LiCoO 2 , etc.), lithium-nickel oxide-based oxide (eg, LiNiO 2 , etc.), lithium-nickel-manganese oxide (eg, LiNi 1-Y Mn Y O 2 (here, 0<Y<1), LiMn 2-z Ni z O 4 (here, 0<Z<2), etc.), lithium-nickel-cobalt-based oxide (eg, LiNi 1-Y1 Co Y1 O 2 (here, 0<Y1<1), etc.), lithium-manganese -Cobalt-based oxides (eg, LiCo 1-Y2 Mn Y2 O 2 (here, 0<Y2<1), LiMn 2-z1 Co z1 O 4 (here, 0<Z1<2), etc.), lithium -nickel-manganese-cobalt oxide (for example, Li(Ni p Co q Mn r1 )O 2 (here, 0<p<1, 0<q<1, 0<r1<1, p+q+ r1=1) or Li(Ni p1 Co q1 Mn r2 )O 4 (where 0<p1<2, 0<q1<2, 0<r2<2, p1+q1+r2=2), etc.), or Lithium-nickel-cobalt-transition metal (M) oxide (eg, Li(Ni p2 Co q2 Mn r3 M S2 )O 2 , wherein M is Al, Fe, V, Cr, Ti, Ta, Mg and is selected from the group consisting of Mo, and p2, q2, r3 and s2 are atomic fractions of each independent element, 0<p2<1, 0<q2<1, 0<r3<1, 0<s2<1, p2 +q2+r3+s2=1) and the like), and any one or two or more compounds may be included. Among them, the lithium transition metal composite oxide is LiCoO 2 , LiMnO 2 , LiNiO 2 , lithium nickel-manganese-cobalt oxide (for example, Li (Ni 0.6 Mn 0.2 Co 0.2 )O 2 , Li(Ni 0.5 Mn 0.3 Co 0.2 )O 2 , Li(Ni 0.7 Mn 0.15 Co 0.15 )O 2 or Li(Ni 0.8 Mn 0.1 Co 0.1 )O 2 , etc.), or lithium nickel cobalt aluminum oxide (eg For example, it may be Li(Ni 0.8 Co 0.15 Al 0.05 )O 2 etc.), and the lithium transition metal in consideration of the significant improvement effect according to the control of the type and content ratio of the element forming the lithium transition metal composite oxide. The composite oxide is Li(Ni 0.6 Mn 0.2 Co 0.2 )O 2 , Li(Ni 0.5 Mn 0.3 Co 0.2 )O 2 , Li(Ni 0.7 Mn 0.15 Co 0.15 )O 2 or Li(Ni 0.8 Mn 0.1 Co 0.1 )O 2 and the like, and any one or a mixture of two or more thereof may be used.

상기 양극 활물질은 양극 활물질의 충분한 용량 발휘 등을 고려하여 양극 활물질층 내에 80중량% 내지 99중량%, 바람직하게는 92중량% 내지 98.5중량%로 포함될 수 있다.The positive active material may be included in an amount of 80 wt% to 99 wt%, preferably 92 wt% to 98.5 wt%, in the cathode active material layer in consideration of the sufficient capacity of the cathode active material.

상기 양극 활물질층은 전술한 양극 활물질과 함께 바인더 및/또는 도전재를 더 포함할 수 있다.The positive active material layer may further include a binder and/or a conductive material together with the above-described positive active material.

상기 바인더는 활물질과 도전재 등의 결착과 집전체에 대한 결착에 조력하는 성분이며, 구체적으로 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌-부타디엔 고무 및 불소 고무로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종, 바람직하게는 폴리비닐리덴플루오라이드를 포함할 수 있다.The binder is a component that assists in the binding of the active material and the conductive material and the binding to the current collector, specifically polyvinylidene fluoride, polyvinyl alcohol, carboxymethyl cellulose (CMC), starch, hydroxypropyl cellulose from the group consisting of woods, recycled cellulose, polyvinylpyrrolidone, polytetrafluoroethylene, polyethylene, polypropylene, ethylene-propylene-diene terpolymer (EPDM), sulfonated EPDM, styrene-butadiene rubber and fluororubber. It may include at least one selected, preferably polyvinylidene fluoride.

상기 바인더는 양극 활물질 등 성분 간 결착력을 충분히 확보하는 측면에서 양극 활물질층 내에 1중량% 내지 20중량%, 바람직하게는 1.2중량% 내지 10중량%로 포함될 수 있다.The binder may be included in an amount of 1 wt% to 20 wt%, preferably 1.2 wt% to 10 wt%, in the cathode active material layer in terms of sufficiently securing binding force between components such as the cathode active material.

상기 도전재는 이차전지에 도전성을 보조 및 향상시키기 위해 사용될 수 있고, 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니다. 구체적으로 상기 도전재는 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 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 유도체로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 도전성 향상 측면에서 카본 블랙을 포함할 수 있다.The conductive material may be used to assist and improve conductivity in the secondary battery, and is not particularly limited as long as it has conductivity without causing chemical change. Specifically, the conductive material may include graphite such as natural graphite or artificial graphite; Carbon black, such as carbon black, acetylene black, Ketjen black, channel black, Farness black, lamp black, and thermal black; conductive fibers such as carbon fibers and metal fibers; conductive tubes such as carbon nanotubes; metal powders such as fluorocarbon, aluminum, and nickel powder; conductive whiskers such as zinc oxide and potassium titanate; conductive metal oxides such as titanium oxide; and at least one selected from the group consisting of polyphenylene derivatives, and preferably carbon black in view of improving conductivity.

상기 도전재는 전기 전도성을 충분히 확보하는 측면에서 양극 활물질층 내에 1중량% 내지 20중량%, 바람직하게는 1.2중량% 내지 10중량%로 포함될 수 있다.The conductive material may be included in an amount of 1 wt% to 20 wt%, preferably 1.2 wt% to 10 wt%, in the cathode active material layer in terms of sufficiently securing electrical conductivity.

상기 양극 활물질층의 두께는 30㎛ 내지 400㎛, 바람직하게는 50㎛ 내지 110㎛일 수 있다.The thickness of the positive active material layer may be 30 μm to 400 μm, preferably 50 μm to 110 μm.

상기 양극은 상기 양극 집전체 상에 양극 활물질 및 선택적으로 바인더, 도전재 및 양극 슬러리 형성용 용매를 포함하는 양극 슬러리를 코팅한 다음, 건조 및 압연하여 제조될 수 있다.The positive electrode may be prepared by coating a positive electrode slurry including a positive electrode active material and optionally a binder, a conductive material, and a solvent for forming the positive electrode slurry on the positive electrode current collector, followed by drying and rolling.

상기 양극 슬러리 형성용 용매는 NMP(N-methyl-2-pyrrolidone) 등의 유기 용매를 포함할 수 있으며, 상기 양극 활물질, 및 선택적으로 바인더 및 도전재 등을 포함할 때 바람직한 점도가 되는 양으로 사용될 수 있다. 예를 들면, 상기 양극 슬러리 형성용 용매는 양극 활물질, 및 선택적으로 바인더 및 도전재를 포함하는 고형분의 농도가 50 중량% 내지 95 중량%, 바람직하게 70 중량% 내지 90 중량%가 되도록 상기 양극 슬러리에 포함될 수 있다.The solvent for forming the cathode slurry may include an organic solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), and may be used in an amount having a desirable viscosity when the cathode active material and, optionally, a binder and a conductive material are included. can For example, the solvent for forming the positive electrode slurry is the positive electrode slurry such that the concentration of the solids including the positive electrode active material, and optionally the binder and the conductive material is 50 wt% to 95 wt%, preferably 70 wt% to 90 wt% can be included in

상기 분리막은 음극과 양극을 분리하고 리튬 이온의 이동 통로를 제공하는 것으로, 통상 리튬 이차전지에서 분리막으로 사용되는 것이라면 특별한 제한 없이 사용 가능하며, 특히 전해질의 이온 이동에 대하여 저저항이면서 전해액 함습 능력이 우수한 것이 바람직하다. 구체적으로는 다공성 고분자 필름, 예를 들어 에틸렌 단독중합체, 프로필렌 단독중합체, 에틸렌/부텐 공중합체, 에틸렌/헥센 공중합체 및 에틸렌/메타크릴레이트 공중합체 등과 같은 폴리올레핀계 고분자로 제조한 다공성 고분자 필름 또는 이들의 2층 이상의 적층 구조체가 사용될 수 있다. 또 통상적인 다공성 부직포, 예를 들어 고융점의 유리 섬유, 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유 등으로 된 부직포가 사용될 수도 있다. 또, 내열성 또는 기계적 강도 확보를 위해 세라믹 성분 또는 고분자 물질이 포함된 코팅된 세퍼레이터가 사용될 수도 있으며, 선택적으로 단층 또는 다층 구조로 사용될 수 있다.The separator separates the anode and the anode and provides a passage for lithium ions to move, and can be used without any particular limitation as long as it is normally used as a separator in a lithium secondary battery. Excellent is preferred. Specifically, a porous polymer film, for example, a porous polymer film made of a polyolefin-based polymer such as an ethylene homopolymer, a propylene homopolymer, an ethylene/butene copolymer, an ethylene/hexene copolymer, and an ethylene/methacrylate copolymer, or these A laminate structure of two or more layers of may be used. In addition, a conventional porous nonwoven fabric, for example, a nonwoven fabric made of high melting point glass fiber, polyethylene terephthalate fiber, etc. may be used. In addition, in order to secure heat resistance or mechanical strength, a coated separator including a ceramic component or a polymer material may be used, and may optionally be used in a single-layer or multi-layer structure.

또한, 본 발명에서 사용되는 전해질로는 이차전지 제조 시 사용 가능한 유기계 액체 전해질, 무기계 액체 전해질, 고체 고분자 전해질, 겔형 고분자 전해질, 고체 무기 전해질, 용융형 무기 전해질 등을 들 수 있으며, 이들로 한정되는 것은 아니다.In addition, examples of the electrolyte used in the present invention include organic liquid electrolytes, inorganic liquid electrolytes, solid polymer electrolytes, gel polymer electrolytes, solid inorganic electrolytes, molten inorganic electrolytes, etc. that can be used in the manufacture of secondary batteries, and are limited to these it is not

구체적으로, 상기 전해질은 유기 용매 및 리튬염을 포함할 수 있다.Specifically, the electrolyte may include an organic solvent and a lithium salt.

상기 유기 용매로는 전지의 전기 화학적 반응에 관여하는 이온들이 이동할 수 있는 매질 역할을 할 수 있는 것이라면 특별한 제한 없이 사용될 수 있다. 구체적으로 상기 유기 용매로는, 메틸 아세테이트, 에틸 아세테이트, 감마-부티로락톤, ε-카프로락톤 등의 에스테르계 용매; 디부틸 에테르 또는 테트라히드로퓨란 등의 에테르계 용매; 시클로헥사논 등의 케톤계 용매; 벤젠, 플루오로벤젠 등의 방향족 탄화수소계 용매; 디메틸카보네이트(DMC), 디에틸카보네이트(DEC), 에틸메틸카보네이트(EMC), 에틸렌카보네이트(EC), 프로필렌카보네이트(PC) 등의 카보네이트계 용매; 에틸알코올, 이소프로필 알코올 등의 알코올계 용매; R-CN(R은 C2 내지 C20의 직쇄상, 분지상 또는 환 구조의 탄화수소기이며, 이중결합 방향 환 또는 에테르 결합을 포함할 수 있다) 등의 니트릴류; 디메틸포름아미드 등의 아미드류; 1,3-디옥솔란 등의 디옥솔란류; 또는 설포란(sulfolane)류 등이 사용될 수 있다. 이중에서도 카보네이트계 용매가 바람직하고, 전지의 충방전 성능을 높일 수 있는 높은 이온전도도 및 고유전율을 갖는 환형 카보네이트(예를 들면, 에틸렌카보네이트 또는 프로필렌카보네이트 등)와, 저점도의 선형 카보네이트계 화합물(예를 들면, 에틸메틸카보네이트, 디메틸카보네이트 또는 디에틸카보네이트 등)의 혼합물이 보다 바람직하다. 이 경우 환형 카보네이트와 사슬형 카보네이트는 약 1:1 내지 약 1:9의 부피비로 혼합하여 사용하는 것이 전해액의 성능이 우수하게 나타날 수 있다.The organic solvent may be used without particular limitation as long as it can serve as a medium through which ions involved in the electrochemical reaction of the battery can move. Specifically, as the organic solvent, ester solvents such as methyl acetate, ethyl acetate, gamma-butyrolactone, ε-caprolactone; ether solvents such as dibutyl ether or tetrahydrofuran; ketone solvents such as cyclohexanone; aromatic hydrocarbon solvents such as benzene and fluorobenzene; carbonate solvents such as dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), ethylmethyl carbonate (EMC), ethylene carbonate (EC), and propylene carbonate (PC); alcohol solvents such as ethyl alcohol and isopropyl alcohol; nitriles such as R-CN (R is a C2 to C20 linear, branched or cyclic hydrocarbon group, which may include a double bond aromatic ring or an ether bond); amides such as dimethylformamide; dioxolanes such as 1,3-dioxolane; Or sulfolanes and the like may be used. Among them, a carbonate-based solvent is preferable, and a cyclic carbonate (eg, ethylene carbonate or propylene carbonate, etc.) having high ionic conductivity and high dielectric constant capable of increasing the charge/discharge performance of the battery, and a low-viscosity linear carbonate-based compound ( For example, a mixture of ethyl methyl carbonate, dimethyl carbonate or diethyl carbonate) is more preferable. In this case, when the cyclic carbonate and the chain carbonate are mixed in a volume ratio of about 1:1 to about 1:9, the electrolyte may exhibit excellent performance.

상기 리튬염은 리튬 이차전지에서 사용되는 리튬 이온을 제공할 수 있는 화합물이라면 특별한 제한없이 사용될 수 있다. 구체적으로 상기 리튬염은, LiPF6, LiClO4, LiAsF6, LiBF4, LiSbF6, LiAlO4, LiAlCl4, LiCF3SO3, LiC4F9SO3, LiN(C2F5SO3)2, LiN(C2F5SO2)2, LiN(CF3SO2)2, LiCl, LiI, 또는 LiB(C2O4)2 등이 사용될 수 있다. 상기 리튬염의 농도는 0.1 내지 2.0M 범위 내에서 사용하는 것이 좋다. 리튬염의 농도가 상기 범위에 포함되면, 전해질이 적절한 전도도 및 점도를 가지므로 우수한 전해질 성능을 나타낼 수 있고, 리튬 이온이 효과적으로 이동할 수 있다.The lithium salt may be used without particular limitation as long as it is a compound capable of providing lithium ions used in a lithium secondary battery. Specifically, the lithium salt is LiPF 6 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiBF 4 , LiSbF 6 , LiAlO 4 , LiAlCl 4 , LiCF 3 SO 3 , LiC 4 F 9 SO 3 , LiN(C 2 F 5 SO 3 ) 2 , LiN(C 2 F 5 SO 2 ) 2 , LiN(CF 3 SO 2 ) 2 , LiCl, LiI, or LiB(C 2 O 4 ) 2 , etc. may be used. The concentration of the lithium salt is preferably used within the range of 0.1 to 2.0M. When the concentration of the lithium salt is included in the above range, the electrolyte may exhibit excellent electrolyte performance because it has appropriate conductivity and viscosity, and lithium ions may move effectively.

상기 이차전지는 통상의 이차전지의 제조방법에 따라, 상술한 음극과 양극 사이에 분리막을 개재시킨 후, 전해액을 주입하여 제조될 수 있다.The secondary battery may be manufactured by inserting an electrolyte solution after interposing a separator between the above-described negative electrode and positive electrode according to a conventional secondary battery manufacturing method.

본 발명에 따른 이차전지는 휴대전화, 노트북 컴퓨터, 디지털 카메라 등의 휴대용 기기, 및 하이브리드 전기자동차(hybrid electric vehicle, HEV) 등의 전기 자동차 분야 등에 유용하며, 특히 중대형 전지모듈의 구성 전지로서 바람직하게 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명은 또한 상기와 같은 이차전지를 단위 전지로 포함하는 중대형 전지모듈을 제공한다.The secondary battery according to the present invention is useful for portable devices such as mobile phones, notebook computers, digital cameras, and the like, and electric vehicles such as hybrid electric vehicles (HEVs). can be used Accordingly, the present invention also provides a medium and large-sized battery module including the secondary battery as described above as a unit cell.

이러한 중대형 전지모듈은 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 전력저장장치 등과 같이 고출력, 대용량이 요구되는 동력원에 바람직하게 적용될 수 있다.These medium and large-sized battery modules can be preferably applied to power sources that require high output and large capacity, such as electric vehicles, hybrid electric vehicles, and power storage devices.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail so that those of ordinary skill in the art can easily carry out the present invention. However, the present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein.

제조예manufacturing example

제조예 1: 음극 활물질의 제조Preparation Example 1: Preparation of negative active material

다결정 실리콘인 Si(순도 99.5% 이상) 상에 탄화 수소 가스로서 메탄을 950℃에서 화학기상증착(CVD)하여 탄소 코팅층을 형성하였다. 다음, 상기 탄소 코팅층이 형성된 Si를 체질, 밀링 및 분급하여 D10, D50, D90, D99를 각각 0.7㎛, 2.5㎛, 6.5㎛, 15㎛로 조절하여 제조예 1의 음극 활물질을 제조하였다(비표면적 1.7m2/g). 도 1 및 표 1에 제조예 1의 입경 분포를 나타내었다.A carbon coating layer was formed by chemical vapor deposition (CVD) of methane as a hydrocarbon gas on Si (purity of 99.5% or more), which is polycrystalline silicon, at 950°C. Next, by sieving, milling, and classifying the Si having the carbon coating layer formed, D 10 , D 50 , D 90 , and D 99 were adjusted to 0.7 μm, 2.5 μm, 6.5 μm, and 15 μm, respectively, to prepare the negative active material of Preparation Example 1 (specific surface area 1.7 m 2 /g). 1 and Table 1 show the particle size distribution of Preparation Example 1.

상기 탄소 코팅층은 상기 제조예 1의 음극 활물질 내에 3중량%로 포함되었다. 상기 탄소 코팅층의 중량은 열중량분석법(TGA)에 의해 측정되었다.The carbon coating layer was included in the negative active material of Preparation Example 1 in an amount of 3% by weight. The weight of the carbon coating layer was measured by thermogravimetric analysis (TGA).

제조예 2~9: 음극 활물질의 제조Preparation Examples 2 to 9: Preparation of negative active material

입경 분포를 하기 표 1 및 도 1로 조절한 것을 제외하고는 제조예 1과 동일한 방법으로 제조예 2~9의 음극 활물질을 제조하였다.Anode active materials of Preparation Examples 2 to 9 were prepared in the same manner as in Preparation Example 1, except that the particle size distribution was adjusted to Table 1 and FIG. 1 below.

또한, 하기 표 1에 제조예 1 내지 9의 BET 비표면적을 나타내었다. 하기 표 1에서 음극 활물질의 BET 비표면적은 음극 활물질을 130℃로 전처리하고, 질소 기체를 이용하여 BEL JAPAN사의 BELSORP (BET 장비)를 이용하는 BET(Brunauer-Emmett-Teller) 측정법에 의해 측정되었다.In addition, the BET specific surface area of Preparation Examples 1 to 9 is shown in Table 1 below. In Table 1 below, the BET specific surface area of the negative active material was measured by pretreating the negative active material at 130° C. and BET (Brunauer-Emmett-Teller) measurement method using BELSORP (BET equipment) manufactured by BEL JAPAN using nitrogen gas.

탄소 코팅층 함량(음극 활물질 전체 중량 기준, 중량%)Carbon coating layer content (based on the total weight of the negative electrode active material, weight %) D10(㎛)D 10 (μm) D50(㎛)D 50 (μm) D90(㎛)D 90 (μm) D99(㎛)D 99 (μm) (D90-D10)/D50 (D 90 -D 10 )/D 50 BET 비표면적(m2/g)BET specific surface area (m 2 /g) 제조예 1Preparation Example 1 33 0.70.7 2.52.5 6.56.5 1515 2.322.32 1.71.7 제조예 2Preparation 2 33 0.50.5 3.03.0 5.85.8 9.59.5 1.771.77 2.22.2 제조예 3Preparation 3 33 0.70.7 3.03.0 5.25.2 8.58.5 1.501.50 2.52.5 제조예 4Preparation 4 33 0.70.7 2.42.4 3.73.7 6.96.9 1.251.25 2.92.9 제조예 5Preparation 5 33 1.01.0 4.54.5 17.517.5 29.929.9 3.673.67 1.01.0 제조예 6Preparation 6 33 0.50.5 4.04.0 10.810.8 1313 2.582.58 1.91.9 제조예 7Preparation 7 33 2.02.0 5.05.0 6.86.8 1010 0.960.96 1.41.4 제조예 8Preparation 8 33 0.030.03 1.31.3 2.32.3 4.84.8 1.741.74 6.46.4 제조예 9Preparation 9 33 1.01.0 7.27.2 12.712.7 18.918.9 1.781.78 1.31.3

실시예Example

실시예 1: 음극의 제조Example 1: Preparation of negative electrode

음극 활물질로서 제조예 1에서 제조한 음극 활물질, 상기 바인더로서 폴리비닐알코올 및 폴리아크릴산의 공중합체(제품명: Aquacharge, 제조사: Sumitomo) 및 도전재로서 카본블랙(Super C65)을 70:20:10의 중량비로 혼합하고, 이를 음극 슬러리 형성용 용매로서 증류수에 첨가하여 음극 슬러리를 제조하였다.A negative active material prepared in Preparation Example 1 as an anode active material, a copolymer of polyvinyl alcohol and polyacrylic acid (product name: Aquacharge, manufacturer: Sumitomo) as the binder and carbon black (Super C65) as a conductive material in a ratio of 70:20:10 The mixture was mixed in a weight ratio, and this was added to distilled water as a solvent for forming a negative electrode slurry to prepare a negative electrode slurry.

음극 집전체로서 구리 집전체(두께: 15㎛)의 일면에 상기 음극 슬러리를 10mAh/cm2의 로딩량으로 코팅하고, 압연(roll press)하고, 130℃의 진공 오븐에서 10시간 동안 건조하여 음극 활물질층(두께: 29㎛)을 형성하여, 이를 실시예 1에 따른 음극으로 하였다(음극의 두께: 44㎛).As a negative electrode current collector, the negative electrode slurry was coated on one side of a copper current collector (thickness: 15 μm) with a loading amount of 10 mAh/cm 2 , rolled, and dried in a vacuum oven at 130° C. for 10 hours to dry the negative electrode. An active material layer (thickness: 29 μm) was formed, and this was used as the negative electrode according to Example 1 (thickness of the negative electrode: 44 μm).

실시예 2: 음극의 제조Example 2: Preparation of negative electrode

제조예 1의 음극 활물질 대신 제조예 2의 음극 활물질을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시예 2의 음극을 제조하였다.A negative electrode of Example 2 was prepared in the same manner as in Example 1, except that the negative active material of Preparation Example 2 was used instead of the negative active material of Preparation Example 1.

실시예 3: 음극의 제조Example 3: Preparation of negative electrode

제조예 1의 음극 활물질 대신 제조예 3의 음극 활물질을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시예 3의 음극을 제조하였다.A negative electrode of Example 3 was prepared in the same manner as in Example 1, except that the negative active material of Preparation Example 3 was used instead of the negative active material of Preparation Example 1.

실시예 4: 음극의 제조Example 4: Preparation of negative electrode

제조예 1의 음극 활물질 대신 제조예 4의 음극 활물질을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시예 4의 음극을 제조하였다.A negative electrode of Example 4 was prepared in the same manner as in Example 1, except that the negative active material of Preparation Example 4 was used instead of the negative active material of Preparation Example 1.

비교예 1: 음극의 제조Comparative Example 1: Preparation of negative electrode

제조예 1의 음극 활물질 대신 제조예 5의 음극 활물질을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 비교예 1의 음극을 제조하였다.A negative electrode of Comparative Example 1 was prepared in the same manner as in Example 1, except that the negative active material of Preparation Example 5 was used instead of the negative active material of Preparation Example 1.

비교예 2: 음극의 제조Comparative Example 2: Preparation of negative electrode

제조예 1의 음극 활물질 대신 제조예 6의 음극 활물질을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 비교예 2의 음극을 제조하였다.A negative electrode of Comparative Example 2 was prepared in the same manner as in Example 1, except that the negative active material of Preparation Example 6 was used instead of the negative active material of Preparation Example 1.

비교예 3: 음극의 제조Comparative Example 3: Preparation of negative electrode

제조예 1의 음극 활물질 대신 제조예 7의 음극 활물질을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 비교예 3의 음극을 제조하였다.A negative electrode of Comparative Example 3 was prepared in the same manner as in Example 1, except that the negative active material of Preparation Example 7 was used instead of the negative active material of Preparation Example 1.

비교예 4: 음극의 제조Comparative Example 4: Preparation of negative electrode

제조예 1의 음극 활물질 대신 제조예 8의 음극 활물질을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 비교예 4의 음극을 제조하였다.A negative electrode of Comparative Example 4 was prepared in the same manner as in Example 1, except that the negative active material of Preparation Example 8 was used instead of the negative active material of Preparation Example 1.

비교예 5: 음극의 제조Comparative Example 5: Preparation of negative electrode

제조예 1의 음극 활물질 대신 제조예 9의 음극 활물질을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 비교예 5의 음극을 제조하였다.A negative electrode of Comparative Example 5 was prepared in the same manner as in Example 1, except that the negative active material of Preparation Example 9 was used instead of the negative active material of Preparation Example 1.

실험예Experimental example

실험예 1: 충전 SOC에 따른 전극 두께 변화 측정Experimental Example 1: Measurement of electrode thickness change according to charging SOC

<이차전지의 제조><Manufacture of secondary battery>

양극으로서 리튬 금속 대극을 준비하였다.A lithium metal counter electrode was prepared as the positive electrode.

실시예 1~4, 비교예 1~5에 따른 각각의 음극, 상기에서 제조한 양극 사이에 폴리프로필렌 분리막을 개재하고, 전해질을 주입하여 코인형의 하프-셀(half-cell) 실시예 1~4, 비교예 1~5의 이차전지를 각각 제조하였다. 전해질은 에틸렌 카보네이트(EC), 에틸메틸 카보네이트(EMC)를 30:70의 부피비로 혼합한 유기 용매에 리튬염으로서 LiPF6을 1M 농도로 첨가하고, 첨가제로서 플루오로에틸렌 카보네이트(FEC)를 전리튬화 용액 전체 중량에 대하여 2중량%로 첨가한 것을 사용하였다.Each negative electrode according to Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 5, a polypropylene separator was interposed between the positive electrode prepared above, and electrolyte was injected to form a coin-shaped half-cell Example 1 to 4, the secondary batteries of Comparative Examples 1 to 5 were prepared, respectively. The electrolyte is an organic solvent in which ethylene carbonate (EC) and ethylmethyl carbonate (EMC) are mixed in a volume ratio of 30:70, LiPF6 as a lithium salt is added at a concentration of 1M, and fluoroethylene carbonate (FEC) is prelithiated as an additive. What was added in an amount of 2% by weight based on the total weight of the solution was used.

<충전 SOC에 따른 전극 두께 변화 평가><Evaluation of changes in electrode thickness according to charging SOC>

상기에서 제조된 실시예 1~4, 비교예 1~5의 이차전지의 SOC에 따른 전극 두께 변화율을 측정하였다.The electrode thickness change rate according to the SOC of the secondary batteries of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 5 prepared above was measured.

구체적으로, 실시예 1~4, 비교예 1~5의 이차전지를 0.1C에서 충전 및 방전하여 실시예 1~4, 비교예 1~5의 음극 각각의 방전 용량을 측정하였다.Specifically, the secondary batteries of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 5 were charged and discharged at 0.1C to measure the discharge capacity of each of the negative electrodes of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 5.

실시예 1~4, 비교예 1~5의 이차전지를 각각 4개씩 준비한 후, 상기 4개의 이차전지의 방전 용량을 기준으로 각각 SOC(State of Charge) 10%, 30%, 50%, 80%로 충전하고, 이차전지를 분해하여 음극을 회수하고 세척 및 건조하였다.After preparing four secondary batteries of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 5, respectively, based on the discharge capacity of the four secondary batteries, SOC (State of Charge) 10%, 30%, 50%, 80%, respectively was charged, and the secondary battery was disassembled to recover the negative electrode, washed and dried.

상기에서 회수된 음극의 충전 전 음극 두께 대비 음극 두께 변화율(%)을 하기 식에 의해 측정하여 표 2 및 도 2에 나타내었다.The rate of change (%) in the thickness of the anode compared to the thickness of the anode before charging of the recovered anode was measured by the following formula, and is shown in Table 2 and FIG. 2 .

충전 SOC에 따른 음극 두께 변화율(%)Anode thickness change rate (%) according to charging SOC SOC 10%SOC 10% SOC 30%SOC 30% SOC 50%SOC 50% SOC 80%SOC 80% 실시예 1Example 1 8585 132132 158158 203203 실시예 2Example 2 7878 126126 143143 186186 실시예 3Example 3 6666 118118 136136 164164 실시예 4Example 4 6060 113113 130130 148148 비교예 1Comparative Example 1 148148 218218 277277 357357 비교예 2Comparative Example 2 110110 170170 216216 282282 비교예 3Comparative Example 3 127127 179179 233233 307307 비교예 4Comparative Example 4 6464 116116 133133 146146 비교예 5Comparative Example 5 8888 152152 202202 286286

표 2 및 도 2를 참조하면, 실시예들의 음극 활물질을 포함하는 음극의 경우 활물질의 입경 분포 및 팩킹 정도를 적절한 수준으로 조절함으로써, 비교예 1~3, 5에 비해 충방전에 따른 음극 두께 변화가 적은 것을 확인할 수 있다.Referring to Table 2 and FIG. 2, in the case of the negative electrode including the negative active material of the Examples, by adjusting the particle size distribution and the packing degree of the active material to an appropriate level, the negative electrode thickness change according to charging and discharging compared to Comparative Examples 1 to 3 and 5 It can be seen that there is less

비교예 4는 입도가 작아 실시예들과 유사한 수준의 음극 두께 변화율을 보이지만, 후술하는 바와 같이 충방전에 따른 전해액 부반응이 극심하여 사이클 용량 유지율에서 매우 좋지 않은 성능을 보이는 것이다.Comparative Example 4 exhibits a similar level of negative electrode thickness change rate as in Examples due to its small particle size, but exhibits very poor performance in cycle capacity retention due to severe electrolyte side reactions due to charging and discharging, as will be described later.

실험예 2: 사이클에 따른 용량 유지율 평가Experimental Example 2: Capacity retention rate evaluation according to cycle

상기에서 제조된 실시예 1~4, 비교예 1~5의 이차전지에 대해 전기화학 충방전기를 이용하여 방전 용량 평가 및 용량 유지율 평가를 수행하였다. 충전시 4.2V의 전압까지 0.5C-rate의 전류밀도로 전류를 가하여 충전해 주었고, 방전시 같은 전류밀도로 2.5 V의 전압까지 방전을 실시해 주었다.For the secondary batteries of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 5 prepared above, discharge capacity evaluation and capacity retention rate evaluation were performed using an electrochemical charger/discharger. At the time of charging, a current was applied at a current density of 0.5C-rate up to a voltage of 4.2V, and at the time of discharging, a voltage of 2.5V was performed with the same current density.

용량 유지율은 실시예 및 비교예들의 리튬 이차전지의 사이클에 따른 방전 용량을 측정하고, 하기 식에 의해 용량 유지율을 평가하였다. 사이클에 따른 용량 유지율 변화를 도 3에 나타내고, 30 사이클에서의 용량 유지율을 하기 표 3에 나타낸다.The capacity retention ratio was measured by measuring the discharge capacity according to the cycle of the lithium secondary batteries of Examples and Comparative Examples, and the capacity retention ratio was evaluated by the following formula. The change in the capacity retention rate according to the cycle is shown in FIG. 3, and the capacity retention rate at 30 cycles is shown in Table 3 below.

용량 유지율(%) = (N번째 사이클에서의 방전 용량)/(첫번째 사이클에서의 방전 용량) × 100Capacity retention rate (%) = (discharge capacity in the Nth cycle)/(discharge capacity in the first cycle) × 100

(상기 식에서, N은 1 내지 30의 정수임)(Wherein, N is an integer from 1 to 30)

용량 유지율(%) @ 30cycleCapacity retention (%) @ 30cycle 실시예 1Example 1 60.360.3 실시예 2Example 2 64.364.3 실시예 3Example 3 59.459.4 실시예 4Example 4 56.756.7 비교예 1Comparative Example 1 37.937.9 비교예 2Comparative Example 2 39.239.2 비교예 3Comparative Example 3 39.239.2 비교예 4Comparative Example 4 31.331.3 비교예 5Comparative Example 5 38.538.5

표 3 및 도 3을 참조하면, 실시예들의 음극 활물질을 포함하는 이차전지는 전해질과의 부반응을 최소화하고 활물질의 팩킹 정도를 적절한 수준으로 조절하여 실리콘계 활물질의 부피 팽창/수축에 따른 활물질 간의 전기적 단락 문제를 방지할 수 있다. 따라서, 실시예들의 이차전지는 비교예들의 경우에 비해 우수한 수준의 용량 유지율을 보이는 것을 확인할 수 있다.Referring to Table 3 and FIG. 3, the secondary battery including the negative active material of the embodiments minimizes side reactions with the electrolyte and adjusts the packing degree of the active material to an appropriate level, thereby causing an electrical short circuit between the active materials due to volume expansion/contraction of the silicon-based active material. problems can be avoided. Accordingly, it can be confirmed that the secondary batteries of the Examples exhibit a superior capacity retention rate compared to the case of Comparative Examples.

Claims (12)

음극 집전체; 및
상기 음극 집전체 상에 형성되며, 음극 활물질을 포함하는 음극 활물질층;을 포함하고,
상기 음극 활물질은 실리콘 및 실리콘계 산화물 중에서 선택된 적어도 1종을 포함하고, 하기 수학식 1을 만족하며, D90이 3㎛ 내지 10㎛인 음극:
[수학식 1]
1.0 ≤ (D90-D10)/D50 ≤ 2.5.
negative electrode current collector; and
A negative electrode active material layer formed on the negative electrode current collector, the negative electrode active material comprising a;
The negative active material includes at least one selected from silicon and silicon-based oxide, satisfies Equation 1 below, and a negative electrode having a D 90 of 3 μm to 10 μm:
[Equation 1]
1.0 ≤ (D 90 -D 10 )/D 50 ≤ 2.5.
청구항 1에 있어서,
상기 음극 활물질은 실리콘을 포함하는 음극.
The method according to claim 1,
The negative active material is a negative electrode comprising silicon.
청구항 1에 있어서,
상기 실리콘은 다결정 실리콘인 음극.
The method according to claim 1,
wherein the silicon is polycrystalline silicon.
청구항 1에 있어서,
상기 음극 활물질의 D99는 20㎛ 이하인 음극.
The method according to claim 1,
D 99 of the negative active material is 20㎛ or less.
청구항 1에 있어서,
상기 음극 활물질의 D50은 1㎛ 내지 5㎛인 음극.
The method according to claim 1,
D 50 of the negative active material is 1㎛ to 5㎛ the negative electrode.
청구항 1에 있어서,
상기 음극 활물질의 D10은 0.1㎛ 내지 1.5㎛인 음극.
The method according to claim 1,
D 10 of the negative active material is 0.1 μm to 1.5 μm.
청구항 1에 있어서,
상기 음극 활물질의 BET 비표면적은 1m2/g 내지 5m2/g인 음극.
The method according to claim 1,
The negative electrode active material has a BET specific surface area of 1 m 2 /g to 5 m 2 /g.
청구항 1에 있어서,
상기 음극 활물질은 상기 실리콘 및 실리콘계 산화물 중에서 선택된 적어도 1종 상에 형성된 탄소 코팅층을 더 포함하는 음극.
The method according to claim 1,
The anode active material further includes a carbon coating layer formed on at least one selected from the group consisting of silicon and silicon-based oxide.
청구항 8에 있어서,
상기 탄소 코팅층은 상기 음극 활물질 내에 0.1중량% 내지 10중량%로 포함되는 음극.
9. The method of claim 8,
The carbon coating layer is an anode comprising 0.1 wt% to 10 wt% in the anode active material.
청구항 1에 있어서,
상기 음극 활물질층은 상기 음극 활물질을 60중량% 이상 포함하는 음극.
The method according to claim 1,
The anode active material layer is an anode comprising 60% by weight or more of the anode active material.
청구항 1에 있어서,
상기 음극 활물질층의 두께는 10㎛ 내지 100㎛인 음극.
The method according to claim 1,
The negative electrode active material layer has a thickness of 10 μm to 100 μm.
청구항 1에 따른 음극;
상기 음극에 대향하는 양극;
상기 음극 및 상기 양극 사이에 개재되는 분리막; 및
전해질;을 포함하는 이차전지.
a negative electrode according to claim 1;
an anode opposite to the cathode;
a separator interposed between the negative electrode and the positive electrode; and
A secondary battery comprising; an electrolyte.
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