KR20210157763A - Anode for lithium secondary battery and Lithium secondary battery comprising the same - Google Patents

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Abstract

Disclosed are a negative electrode for a lithium secondary battery and a lithium secondary battery including the same, wherein the negative electrode for a lithium secondary battery includes: a negative electrode current collector; a metal oxide layer positioned on the upper surface of the negative electrode current collector; a reduced graphene oxide layer positioned on the upper surface of the metal oxide layer; and a negative electrode active material layer positioned on the upper surface of the reduced graphene oxide layer, and the reduced graphene oxide layer and the metal oxide layer are chemically bonded to each other.

Description

리튬 이차전지용 음극 및 이를 구비한 리튬 이차전지{Anode for lithium secondary battery and Lithium secondary battery comprising the same}Anode for lithium secondary battery and lithium secondary battery comprising the same

본 발명은 리튬 이차전지용 음극 및 이를 구비한 리튬 이차전지에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 수명 특성이 향상된 리튬 이차전지용 음극 및 이를 구비한 리튬 이차전지에 관한 것이다.The present invention relates to a negative electrode for a lithium secondary battery and a lithium secondary battery having the same. More particularly, it relates to an anode for a lithium secondary battery having improved lifespan characteristics and a lithium secondary battery having the same.

최근 전기자동차, 로봇, 전력저장 장치에 대한 시장이 급속하게 발전하여 높은 에너지 밀도, 안정성, 소량화, 경량화, 장수명을 가진 이차전지가 요구되고 있다. 이러한 대규모 분야에 대한 적용 여부에는, 현재 수준의 에너지 밀도보다 더 높은 무게당 또는 부피당 에너지 밀도의 이차전지 성능 확보에 달려 있다고 볼 수 있다.In recent years, the market for electric vehicles, robots, and power storage devices has rapidly developed, requiring secondary batteries with high energy density, stability, miniaturization, weight reduction, and long lifespan. Whether to be applied to such a large-scale field depends on securing the performance of the secondary battery with an energy density per weight or volume higher than the current level of energy density.

현재 상용화되어 있는 리튬이온전지의 음극활물질인 흑연은 이론 용량이 372 mAh/g (약 160Wh/kg)으로 제한되어 있다. 차세대형 비수 전해질 이차전지의 음극 재료로서 이러한 흑연의 10배 이상의 용량(4200mAh/g)을 가지는 규소(Si)가 주목받고 있다. 또한, 흑연 등의 탄소계 재료를 대신할 신규 재료로서 리튬과 합금화하여 높은 이론 용량을 나타내는 규소 외에도 다양한 비탄소계 재료를 음극 활물질로 이용하는 것이 제안되고 있다. Graphite, which is currently commercialized as an anode active material for lithium-ion batteries, has a theoretical capacity of 372 mAh/g (about 160Wh/kg). Silicon (Si), which has a capacity (4200 mAh/g) more than 10 times that of graphite, is attracting attention as a negative electrode material for a next-generation nonaqueous electrolyte secondary battery. In addition, as a new material to replace carbon-based materials such as graphite, it has been proposed to use various non-carbon-based materials as negative electrode active materials in addition to silicon alloying with lithium and exhibiting high theoretical capacity.

하지만, 규소계 재료는 리튬과 합금화를 이루는 과정에서 높은 부피 팽창률로 인해 전극 내부와 표면의 크랙이 발생되고 집전체로부터 활물질이 탈락되어 전기적 접촉성 저하로 이차전지의 사이클 용량이 급격하게 퇴화하는 등의 부작용이 발생할 수 있다. However, in the process of alloying with lithium, cracks in the inside and surface of the electrode are generated due to a high volume expansion rate in the silicon-based material, and the active material is removed from the current collector. side effects may occur.

따라서 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 고용량 음극의 수명 특성 확보를 위해 전극/금속집전체 간 접착력이 향상된 음극 및 이를 구비한 리튬 이차전지를 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to provide an anode with improved adhesion between an electrode/metal current collector and a lithium secondary battery having the same in order to secure the lifespan characteristics of a high-capacity anode.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 하기 구현예의 리튬 이차전지용 음극이 제공된다.In order to solve the above problems, according to one aspect of the present invention, there is provided a negative electrode for a lithium secondary battery of the following embodiment.

제1 구현예에 따르면, 음극 집전체; 상기 음극 집전체의 상면에 위치하는 금속산화물층, 및 상기 금속산화물층의 상면에 위치하는 환원된 그래핀 산화물층; 및 상기 환원된 그래핀 산화물층의 상면에 위치하는 음극 활물질층;을 포함하며,According to the first embodiment, the negative electrode current collector; a metal oxide layer positioned on the upper surface of the negative electrode current collector, and a reduced graphene oxide layer positioned on the upper surface of the metal oxide layer; and an anode active material layer positioned on the upper surface of the reduced graphene oxide layer;

상기 환원된 그래핀 산화물층과 금속산화물층이 서로 화학결합을 하는 리튬 이차전지용 음극이 제공된다There is provided a negative electrode for a lithium secondary battery in which the reduced graphene oxide layer and the metal oxide layer are chemically bonded to each other

제2 구현예에 따르면, 제1 구현예에 있어서,According to a second embodiment, according to the first embodiment,

상기 환원된 그래핀 산화물층의 두께가 0.5 내지 100 nm일 수 있다.The reduced graphene oxide layer may have a thickness of 0.5 to 100 nm.

제3 구현예에 따르면, 제1 구현예 또는 제2 구현예에 있어서,According to a third embodiment, according to the first or second embodiment,

상기 금속산화물층의 두께가 1 내지 100 nm일 수 있다.The metal oxide layer may have a thickness of 1 to 100 nm.

제4 구현예에 따르면, 제1 구현예 내지 제3 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,According to a fourth embodiment, according to any one of the first to third embodiments,

상기 환원된 그래핀 산화물의 산소함량이 0.1 내지 15 원자수%일 수 있다.The oxygen content of the reduced graphene oxide may be 0.1 to 15 atomic percent.

제5 구현예에 따르면, 제1 구현예 내지 제4 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,According to a fifth embodiment, according to any one of the first to fourth embodiments,

상기 환원된 그래핀 산화물층이 그래핀 산화물을 음극 집전체 상에 코팅하면 그래핀 산화물과 음극 집전체 사이에 표준환원전위 차이로 그래핀 산화물의 자발적 환원 반응이 일어나게 되어, 추가적인 환원공정 필요없이 형성될 수 있다.When the reduced graphene oxide layer is coated with graphene oxide on the anode current collector, a spontaneous reduction reaction of the graphene oxide occurs due to a difference in standard reduction potential between the graphene oxide and the anode current collector, and is formed without the need for an additional reduction process can be

제6 구현예에 따르면, 제1 구현예 내지 제5 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,According to a sixth embodiment, according to any one of the first to fifth embodiments,

상기 환원된 그래핀 산화물층의 환원된 그래핀 산화물과 금속산화물층 간의 화학결합이 그래핀 산화물과 음극 집전체 사이의 산화환원 반응에 의해 형성될 수 있다.A chemical bond between the reduced graphene oxide and the metal oxide layer of the reduced graphene oxide layer may be formed by a redox reaction between the graphene oxide and the negative electrode current collector.

본 발명의 일 측면에 따르면, 하기 구현예의 리튬 이차전지가 제공된다.According to one aspect of the present invention, there is provided a lithium secondary battery of the following embodiments.

제7 구현예에 따르면,According to a seventh embodiment,

양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수납하고 있는 전지 용기; 및 상기 전지 용기 내에 주입된 비수 전해액을 구비하는 리튬 이차전지에 있어서,an electrode assembly including a positive electrode, a negative electrode, and a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode; a battery container accommodating the electrode assembly; And in the lithium secondary battery having a non-aqueous electrolyte injected into the battery container,

상기 음극이 제1 구현예 내지 제6 구현예 중 어느 한 구현예에 따른 리튬 이차전지용 음극인 리튬 이차전지가 제공된다.A lithium secondary battery is provided, wherein the negative electrode is an anode for a lithium secondary battery according to any one of the first to sixth embodiments.

본 발명의 일 측면에 따르면, 하기 구현예의 리튬 이차전지용 음극의 제조방법이 제공된다.According to one aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a negative electrode for a lithium secondary battery according to the following embodiments.

제8 구현예에 따르면, According to an eighth embodiment,

그래핀 산화물 및 분산매를 포함하는 분산액을 준비하는 단계; Preparing a dispersion containing graphene oxide and a dispersion medium;

상기 분산액을 음극 집전체의 적어도 일면에 도포 및 건조하여, 상기 분산액의 그래핀 산화물과 음극 집전체 간의 환원전위 차이에 의해 상기 그래핀 산화물과 음극 집전체의 계면에서 자발적인 산화환원 반응이 일어나 환원된 그래핀 산화물층과 금속산화물층을 형성하는 단계; 및The dispersion is applied to at least one surface of the negative electrode current collector and dried, and a spontaneous redox reaction occurs at the interface between the graphene oxide and the negative electrode current collector due to the reduction potential difference between the graphene oxide of the dispersion and the negative electrode current collector. forming a graphene oxide layer and a metal oxide layer; and

상기 환원된 그래핀 산화물층과 금속산화물층이 형성된 음극 집전체의 적어도 일면 상에, 음극활물질, 바인더, 도전재, 및 슬러리 분산매를 포함하는 음극 슬러리를 도포 및 건조하여 음극활물질층을 형성하는 단계;를 포함하는 제1항의 리튬 이차전지용 음극의 제조방법이 제공된다.Forming a negative electrode active material layer by coating and drying a negative electrode slurry comprising a negative electrode active material, a binder, a conductive material, and a slurry dispersion medium on at least one surface of the negative electrode current collector on which the reduced graphene oxide layer and the metal oxide layer are formed There is provided a method for manufacturing a negative electrode for a lithium secondary battery of claim 1, comprising a.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 집전체와 음극활물질층 간의 접착력이 향상되고, 이러한 접착력 향상을 통해 규소계 활물질과 같이 부피팽창이 크고, 용량이 우수한 음극활물질의 적용이 가능하며, 그 결과 고용량 음극과, 이러한 음극을 구비하여 수명 특성이 향상된 이차전지를 제공할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the adhesive force between the current collector and the anode active material layer is improved, and through this adhesion improvement, a negative active material having a large volume expansion and excellent capacity like a silicon-based active material can be applied, and as a result, a high capacity It is possible to provide a secondary battery with improved lifespan characteristics by providing the negative electrode and the negative electrode.

음극 집전체 상에 환원된 그래핀 산화물 (reduced graphene oxide, rGO) 층을 형성함으로써, 환원된 그래핀 산화물과 금속 집전체 사이에서 산화환원반응이 발생하여 화학결합을 하기 때문에 두 층 사이의 접착력이 매우 강해질 수 있다.By forming a reduced graphene oxide (rGO) layer on the anode current collector, a redox reaction occurs between the reduced graphene oxide and the metal current collector to form a chemical bond, so the adhesion between the two layers is improved. can be very strong.

상기 집전체와 음극활물질층 간의 접착력 향상을 위해서 두께가 수 나노미터 정도의 환원된그래핀 산화물을 포함하는 코팅층을 적용함으로써, 종래에 수 마이크로 미터의 두께를 갖는 프라이머층을 집전체에 적용한 기술에 비하여, 에너지 밀도를 크게 향상시킬 수 있다.In order to improve the adhesion between the current collector and the anode active material layer, a coating layer containing reduced graphene oxide having a thickness of several nanometers is applied, thereby conventionally applying a primer layer having a thickness of several micrometers to the current collector. In contrast, the energy density can be greatly improved.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 전술한 발명의 내용과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 음극 단면의 개략도이다.
The following drawings attached to the present specification illustrate preferred embodiments of the present invention, and serve to further understand the technical idea of the present invention together with the above-described content of the present invention, so the present invention is limited to the matters described in those drawings It should not be construed as being limited.
1 is a schematic diagram of a cross-section of a cathode according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명을 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. 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. Based on the principle that there is, it should be interpreted as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 측면에 따른 리튬 이차전지용 음극(100)은, 1, the negative electrode 100 for a lithium secondary battery according to an aspect of the present invention,

음극 집전체(110); 상기 음극 집전체(110)의 상면에 위치하는 금속산화물층(120), 및 상기 금속산화물층(120)의 상면에 위치하는 환원된 그래핀 산화물층(130); 및 상기 환원된 그래핀 산화물층(130)의 상면에 위치하는 음극 활물질층(140);을 포함하며,anode current collector 110; a metal oxide layer 120 positioned on the upper surface of the negative electrode current collector 110 , and a reduced graphene oxide layer 130 positioned on the upper surface of the metal oxide layer 120 ; and a negative active material layer 140 positioned on the upper surface of the reduced graphene oxide layer 130;

상기 환원된 그래핀 산화물층(130)과 금속산화물층(120)이 서로 화학결합을 한다.The reduced graphene oxide layer 130 and the metal oxide layer 120 are chemically bonded to each other.

상기 집전체는 스테인리스스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성탄소, 구리; 카본, 니켈, 티탄 또는 은으로 표면처리된 스테인리스스틸; 알루미늄-카드뮴 합금; 도전재로 표면처리된 비전도성 고분자; 금속으로 표면처리된 비전도성 고분자; 및 전도성 고분자 중에서 선택되는 재질로 이루어질 수 있다.The current collector may include stainless steel, aluminum, nickel, titanium, calcined carbon, copper; stainless steel surface-treated with carbon, nickel, titanium or silver; aluminum-cadmium alloy; Non-conductive polymer surface-treated with a conductive material; Non-conductive polymer surface-treated with metal; and a material selected from among conductive polymers.

또한, 상기 집전체는 3 ㎛ 내지 500 ㎛의 두께를 가질 수 있으나 이에 국한되지 않으며, 또한 상기 다공성 집전체의 크기 역시 특별한 제한 없이, 전극의 용도에 따라 적절하게 선택할 수 있다.In addition, the current collector may have a thickness of 3 μm to 500 μm, but is not limited thereto, and the size of the porous current collector is also not particularly limited, and may be appropriately selected according to the use of the electrode.

본 명세서에서 "그래핀 산화물"이라는 용어는 그래파이트를 산화시켜 산화물을 형성한 것으로서, 이와 같은 그래핀 산화물은 그래파이트와 달리 분산 용액을 제조하는 것이 가능하므로, 박막화가 가능하다는 특징을 갖는다. 따라서 그래핀 산화물의 분산 용액을 사용하여 그래핀 산화물을 박막화시킨 후, 이를 환원시킬 경우, 시트 형상의 그래핀을 형성하는 것이 가능해진다. 또한, 상기 그래핀 산화물은 단일층 그래핀 상에 카르복실기, 히드록시기, 또는 에폭시기 등의 산소를 함유하는 작용기가 결합된 구조를 포함할 수 있다.As used herein, the term “graphene oxide” refers to an oxide formed by oxidizing graphite, and since such graphene oxide can prepare a dispersion solution unlike graphite, it has a feature that thin film is possible. Therefore, when graphene oxide is thinned using a dispersion solution of graphene oxide and then reduced, it becomes possible to form graphene in a sheet shape. In addition, the graphene oxide may include a structure in which a functional group containing oxygen, such as a carboxyl group, a hydroxyl group, or an epoxy group, is bonded to a single layer graphene.

본 명세서에서 "그래핀"은 복수개의 탄소 원자들이 서로 공유결합으로 연결되어 형성된 폴리시클릭 방향족 분자를 의미하며, 상기 공유결합으로 연결된 탄소 원자들은 기본 반복단위로서 6원환을 형성하나, 5원환 및/또는 7원환을 더 포함하는 것도 가능하다. 따라서 상기 그래핀은 서로 공유결합된 탄소 원자들(통상 sp2 결합)의 단일층으로서 보이게 된다. 상기 그래핀은 다양한 구조를 가질 수 있으며, 이와 같은 구조는 그래핀 내에 포함될 수 있는 5원환 및/또는 7원환의 함량에 따라 달라질 수 있다. 상기 그래핀은 단일층으로 이루어질 수 있으나, 이들이 여러 개 서로 적층되어 복수층을 형성하는 것도 가능하며, 최대 100nm까지의 두께를 형성할 수 있으며, 통상 상기 그래핀의 측면 말단부는 수소 원자로 포화될 수 있다.As used herein, "graphene" refers to a polycyclic aromatic molecule formed by covalently connecting a plurality of carbon atoms to each other, and the carbon atoms connected by covalent bonds form a 6-membered ring as a basic repeating unit, but a 5-membered ring and / Or it is also possible to further include a 7-membered ring. Thus, the graphene appears as a single layer of carbon atoms covalently bonded to each other (usually sp2 bonds). The graphene may have various structures, and such a structure may vary depending on the content of a 5-membered ring and/or a 7-membered ring that may be included in the graphene. The graphene may consist of a single layer, but it is also possible to form a plurality of layers by stacking a plurality of them, and a thickness of up to 100 nm may be formed. have.

본 발명에서 "환원 그래핀 산화물"은 상기 그래핀 산화물을 환원시켜 얻어진 환원물을 의미한다. rGO"로 약칭될 수 있다.In the present invention, "reduced graphene oxide" means a reduced product obtained by reducing the graphene oxide. rGO".

상기와 같은 환원 그래핀 산화물은 완전한 그래핀의 형태(C=C/C-C 공액 구조체)를 갖고 있지 않으며, 그래핀보다 적은 C=C를 함유한다. 즉, 탄소 이외의 원소로서 산소원자나 질소원자들이 일부 혼재하여 환원 그래핀 산화물 사이에서 다양한 밴드갭이 존재하게 된다.The reduced graphene oxide as described above does not have the form of complete graphene (C=C/C-C conjugated structure), and contains less C=C than graphene. That is, as elements other than carbon, oxygen atoms or nitrogen atoms are partially mixed, so that various band gaps exist between the reduced graphene oxides.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 환원 그래핀 산화물은 0.1 내지 15 원자수%(at.%), 또는 0.1 내지 10 원자수%(at.%), 또는 0.1 내지 5 원자수%(at.%)의 산소를 포함할 수 있다. 상기 환원 그래핀 산화물의 산소 함량이 이러한 범위를 만족하는 경우에 환원 그래핀의 전기전도성을 향상시켜 활물질 층과 집전체 간의 전기적 저항을 감소시키는 측면에서 유리하다.According to an embodiment of the present invention, the reduced graphene oxide is 0.1 to 15 atomic percent (at.%), or 0.1 to 10 atomic percent (at.%), or 0.1 to 5 atomic percent (at. %) of oxygen. When the oxygen content of the reduced graphene oxide satisfies this range, it is advantageous in terms of reducing the electrical resistance between the active material layer and the current collector by improving the electrical conductivity of the reduced graphene.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 환원된 그래핀 산화물층의 두께는 0.5 내지 100 nm, 또는 2 내지 10 nm일 수 있다. 상기 환원된 그래핀 산화물층의 두께가 이러한 범위를 만족하는 경우에 활물질층과 집전체 간의 접착력을 향상시키면서 전기적 저항 증가를 최소화할 수 있다는 측면에서 유리하다.According to one embodiment of the present invention, the thickness of the reduced graphene oxide layer may be 0.5 to 100 nm, or 2 to 10 nm. When the thickness of the reduced graphene oxide layer satisfies this range, it is advantageous in terms of minimizing an increase in electrical resistance while improving adhesion between the active material layer and the current collector.

또한, 상기 금속산화물층의 두께는 1 내지 100 nm, 또는 2 내지 50 nm일 수 있다. 상기 금속산화물층의 두께가 이러한 범위를 만족하는 경우에 활물질과 집전체간의 전기적 특성과 접착력을 동시에 확보할 수 있다는 측면에서 유리하다.In addition, the thickness of the metal oxide layer may be 1 to 100 nm, or 2 to 50 nm. When the thickness of the metal oxide layer satisfies this range, it is advantageous in terms of simultaneously securing electrical properties and adhesion between the active material and the current collector.

본 발명의 일 측면에 따른 리튬 이차전지용 음극의 제조방법은,A method of manufacturing a negative electrode for a lithium secondary battery according to an aspect of the present invention,

그래핀 산화물 및 분산매를 포함하는 분산액을 준비하는 단계; Preparing a dispersion containing graphene oxide and a dispersion medium;

상기 분산액을 음극 집전체의 적어도 일면에 도포 및 건조하여, 상기 분산액의 그래핀 산화물과 음극 집전체 간의 환원전위 차이에 의해 상기 그래핀 산화물과 음극 집전체의 계면에서 자발적인 산화환원 반응이 일어나 환원된 그래핀 산화물층과 금속산화물층을 형성하는 단계; 및The dispersion is applied to at least one surface of the negative electrode current collector and dried, and a spontaneous redox reaction occurs at the interface between the graphene oxide and the negative electrode current collector due to the reduction potential difference between the graphene oxide of the dispersion and the negative electrode current collector. forming a graphene oxide layer and a metal oxide layer; and

상기 환원된 그래핀 산화물층과 금속산화물층이 형성된 음극 집전체의 적어도 일면 상에, 음극활물질, 바인더, 도전재, 및 슬러리 분산매를 포함하는 음극 슬러리를 도포 및 건조하여 음극활물질층을 형성하는 단계;를 포함한다.Forming a negative electrode active material layer by coating and drying a negative electrode slurry comprising a negative electrode active material, a binder, a conductive material, and a slurry dispersion medium on at least one surface of the negative electrode current collector on which the reduced graphene oxide layer and the metal oxide layer are formed includes ;

먼저, 그래핀 산화물 및 분산매를 포함하는 분산액을 준비한다.First, a dispersion containing graphene oxide and a dispersion medium is prepared.

상기 분산매로는 그래핀 산화물에 화학적 영향을 주지않는 용매라면 제한없이 적용할 수 있고, 예를 들어, 물, 에탄올, 메탄올, 아세톤, 이소프로필알콜, 부탄올 등을 사용할 수 있다.As the dispersion medium, any solvent that does not chemically affect graphene oxide can be applied without limitation, for example, water, ethanol, methanol, acetone, isopropyl alcohol, butanol, and the like may be used.

상기 분산액에서 분산매 100 중량부 기준으로 그래핀 산화물은 0.0001 내지 0.02 중량부, 또는 0.001 내지 0.008 중량부의 함량으로 포함될 수 있다.In the dispersion, the graphene oxide may be included in an amount of 0.0001 to 0.02 parts by weight, or 0.001 to 0.008 parts by weight based on 100 parts by weight of the dispersion medium.

다음으로, 상기 분산액을 음극 집전체의 적어도 일면에 도포 및 건조한다.Next, the dispersion is applied to at least one surface of the negative electrode current collector and dried.

이때 도포 및 건조 방법은 당해 분야에서 통상적으로 사용되는 방법이라면 특별히 한정되지 않는다. At this time, the coating and drying method is not particularly limited as long as it is a method commonly used in the art.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 도포 방법은 슬롯 다이를 이용한 코팅법이 사용될 수도 있고, 그 이외에도 메이어 바 코팅법, 그라비아 코팅법, 침지 코팅법, 분무 코팅법 등이 사용될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the coating method using a slot die may be used as the coating method, and in addition, the Mayer bar coating method, gravure coating method, dip coating method, spray coating method, etc. may be used.

또한, 상기 건조 공정은 분산액 중의 분산매 증발과 함께 그래핀 산화물 내 포함된 수분을 최대한 제거할 수 있는 온도에서의 가열처리, 열풍 주입 등의 방법으로 실시될 수 있다. 구체적으로 상기 건조 공정은 용매의 비점 이상 바인더의 융점 이하의 온도에서 실시될 수 있으며, 보다 구체적으로는 25 내지 150℃에서 실시될 수 있고, 또는 40 내지 100℃의 온도에서 1 내지 50시간 동안 실시될 수 있다.In addition, the drying process may be carried out by methods such as heat treatment at a temperature capable of maximally removing moisture contained in graphene oxide along with evaporation of the dispersion medium in the dispersion, hot air injection, and the like. Specifically, the drying process may be carried out at a temperature equal to or higher than the boiling point of the solvent or lower than the melting point of the binder, and more specifically, may be carried out at 25 to 150 °C, or at a temperature of 40 to 100 °C for 1 to 50 hours. can be

이때, 상기 분산액의 그래핀 산화물과 음극 집전체 간의 환원전위 차이에 의해 상기 그래핀 산화물과 음극 집전체의 계면에서 자발적인 산화환원 반응이 일어나 환원된 그래핀 산화물층과 금속산화물층을 형성한다. At this time, a spontaneous redox reaction occurs at the interface between the graphene oxide and the negative electrode current collector due to the reduction potential difference between the graphene oxide of the dispersion and the negative electrode current collector to form a reduced graphene oxide layer and a metal oxide layer.

상기 그래핀 산화물과 음극 집전체 사이의 산화환원 반응에 의해, 상기 환원된 그래핀 산화물층의 환원된 그래핀 산화물과 금속산화물층 간의 화학결합이 형성된다.By the redox reaction between the graphene oxide and the negative electrode current collector, a chemical bond between the reduced graphene oxide and the metal oxide layer of the reduced graphene oxide layer is formed.

상기 그래핀 산화물과 그래핀 산화물 보다 환원 전위가 낮은 금속이 수계 환경에서 접촉하면 환원 전위 차이에 의한 자발적 산화환원 반응이 진행될 수 있다. 자발적 산화환원 반응 중에 그래핀 산화물로부터 제거되는 산소기능기가 금속과 결합할 수 있고, 그 결과 금속산화물이 생성된다. 결과적으로 환원된 그래핀 산화물-금속산화물-금속이 순차적으로 층구조가 형성될 수 있다.When the graphene oxide and a metal having a lower reduction potential than that of the graphene oxide come into contact in an aqueous environment, a spontaneous redox reaction may proceed due to the reduction potential difference. The oxygen functional group removed from the graphene oxide during the spontaneous redox reaction may combine with the metal, resulting in the formation of a metal oxide. As a result, a layer structure of reduced graphene oxide-metal oxide-metal may be sequentially formed.

다음으로, 상기 환원된 그래핀 산화물층과 금속산화물층이 형성된 음극 집전체의 적어도 일면 상에, 음극활물질, 바인더, 도전재, 및 슬러리 분산매를 포함하는 음극 슬러리를 도포 및 건조하여 음극활물질층을 형성한다.Next, on at least one surface of the negative electrode current collector on which the reduced graphene oxide layer and the metal oxide layer are formed, a negative electrode slurry comprising a negative electrode active material, a binder, a conductive material, and a slurry dispersion medium is applied and dried to form a negative electrode active material layer to form

음극활물질로는 통상적으로 리튬이온이 흡장 및 방출될 수 있는 탄소재, 리튬금속, 규소계 또는 주석계 등을 사용할 수 있으며, 리튬에 대한 전위가 2V 미만인 TiO2, SnO2와 같은 금속 산화물도 가능하다. 바람직하게는 탄소재를 사용할 수 있는데, 탄소재로는 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, 인조 흑연, 키시흑연(Kish graphite), 열분해 탄소(pyrolytic carbon), 액정 피치계 탄소섬유(mesophase pitch based carbon fiber), 탄소 미소구체(meso-carbon microbeads), 액정피치(Mesophase pitches), 석유계 코크스(petroleum derived cokes), 및 석탄계 코크스(tar pitch derived cokes) 등의 고온 소성탄소가 대표적이다.As an anode active material, a carbon material, lithium metal, silicon-based, or tin-based material, which can typically be occluded and released with lithium ions, can be used, and metal oxides such as TiO 2 and SnO 2 with a potential of less than 2V to lithium are also possible. do. Preferably, a carbon material may be used, and as the carbon material, both low-crystalline carbon and high-crystalline carbon may be used. As low crystalline carbon, soft carbon and hard carbon are representative, and as high crystalline carbon, natural graphite, artificial graphite, Kish graphite, pyrolytic carbon, liquid crystal pitch High-temperature firing of mesophase pitch based carbon fiber, meso-carbon microbeads, mesophase pitches, petroleum derived cokes, and tar pitch derived cokes Carbon is an example.

본 발명의 일 구현예에서는 집전체와 음극활물질층 간의 접착력이 향상되고, 이러한 접착력 향상을 통해 규소계 활물질과 같이 부피팽창이 크고, 용량이 우수한 음극활물질의 적용이 가능하며, 그 결과 고용량 음극과, 이러한 음극을 구비하여 수명 특성이 향상된 이차전지를 제공할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the adhesive force between the current collector and the negative electrode active material layer is improved, and through this improvement in adhesive strength, a negative active material having a large volume expansion and excellent capacity like a silicon-based active material can be applied, and as a result, a high capacity negative electrode and , it is possible to provide a secondary battery with improved lifespan characteristics by providing such a negative electrode.

상기 규소계 음극활물질로는 Si를 포함하며 리튬과 합금화가 가능한 물질이라면 특별히 제한되지 않는다. 구체적으로, 상기 Si계 음극활물질은 Si, SiOx(0<x<2), SiC, 또는 이들 중 2 이상을 포함할 수 있다.The silicon-based negative active material includes Si and is not particularly limited as long as it is a material capable of alloying with lithium. Specifically, the Si-based negative active material may include Si, SiO x (0<x<2), SiC, or two or more of these.

상기 바인더는 활물질과 도전재 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 전극 합재 전체 중량을 기준으로 1 내지 50 중량%로 첨가된다. 이러한 바인더의 예로서 폴리비닐알코올, 폴리아크릴산, 폴리아크릴로니트릴, 폴리비닐리덴 플로라이드, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌-부타디엔 고무(SBR), 폴리아크릴산, 알칼리 양이온 또는 암모늄이온으로 치환된 폴리아크릴산, 알칼리 양이온 또는 암모늄 이온으로 치환된 폴리(알킬렌-무수말레인산) 공중합체, 알칼리 양이온 또는 암모늄 이온으로 치환된 폴리(알킬렌-말레인산) 공중합체, 폴리에틸렌옥사이드, 불소 고무, 또는 이들 중 2종 이상을 사용할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 알칼리 양이온으로 치환된 폴리아크릴산으로는 리튬-폴리아크릴레이트(Li-PAA, 리튬이 치환된 폴리아크릴산) 등이 있고, 상기 알칼리 양이온으로 치환된 폴리(알킬렌-무수말레인산) 공중합체로는 리튬이 치환된 폴리이소부틸렌-무수말레인산 등이 있을 수 있다. 본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 바인더로는 PVA(폴리비닐알코올)과 PAA(폴리아크릴산)의 혼합물을 사용하거나, 또는 PVA(폴리비닐알코올)과 PAA(폴리아크릴산)의 혼합물 및 CMC(카르복시메틸셀룰로오스)를 사용할 수 있다.The binder is a component that assists in bonding between the active material and the conductive material and bonding to the current collector, and is typically added in an amount of 1 to 50% by weight based on the total weight of the electrode mixture. Examples of such binders include polyvinyl alcohol, polyacrylic acid, polyacrylonitrile, polyvinylidene fluoride, carboxymethyl cellulose (CMC), starch, hydroxypropyl cellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrroly. Don, tetrafluoroethylene, polyethylene, polypropylene, ethylene-propylene-diene ter polymer (EPDM), sulfonated EPDM, styrene-butadiene rubber (SBR), polyacrylic acid, alkali cation or polyacrylic acid substituted with ammonium ion, alkali Poly(alkylene-maleic anhydride) copolymer substituted with cation or ammonium ion, poly(alkylene-maleic acid) copolymer substituted with alkali cation or ammonium ion, polyethylene oxide, fluororubber, or two or more of these can More specifically, the polyacrylic acid substituted with the alkali cation includes lithium-polyacrylate (Li-PAA, polyacrylic acid substituted with lithium), and the poly(alkylene-maleic anhydride) copolymer substituted with the alkali cation. The sieve may include lithium-substituted polyisobutylene-maleic anhydride. According to one embodiment of the present invention, a mixture of PVA (polyvinyl alcohol) and PAA (polyacrylic acid) is used as the binder, or a mixture of PVA (polyvinyl alcohol) and PAA (polyacrylic acid) and CMC (carboxy methyl cellulose) may be used.

상기 도전재는 전지에 화학적 변화를 유발하지 않는 성분으로 예를 들면, 천연흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙(상품명), 카본 나노 튜브, 카본 나노 섬유, 채널 블랙, 퍼니스 블랙, 램프 블랙, 서멀 블랙 등의 카본 블랙, 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유, 플로로카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스커, 산화티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등을 사용할 수 있다.The conductive material is a component that does not cause chemical change in the battery, and includes, for example, graphite such as natural graphite or artificial graphite; Carbon black, such as carbon black, acetylene black, Ketjen black (brand name), carbon nanotube, carbon nanofiber, channel black, furnace black, lamp black, thermal black, conductive fibers, such as carbon fiber and metal fiber, fluorocarbon, metal powders such as aluminum and nickel powder; conductive whiskers such as zinc oxide and potassium titanate, and conductive metal oxides such as titanium oxide; Conductive materials, such as polyphenylene derivatives, etc. can be used.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 음극 집전체 상에 음극활물질을 포함하는 음극활물질, 도전재 및 바인더의 혼합물을 도포하여 음극을 제조할 때, 건식 방법으로 음극 활물질, 도전재 및 바인더로 이루어진 고상 혼합물을 직접 도포하여 제조할 수도 있고, 습식 방법으로 음극 활물질, 도전재 및 바인더를 분산매에 첨가한 후 교반하여 슬러리 형태로 도포하고 분산매를 건조 등으로 제거하여 제조할 수도 있다. 이때, 습식 방법의 경우에 사용되는 분산매로는 물 (탈이온수 등)의 수계 매질을 사용할 수도 있고, 또는 N-메틸-피롤리돈(NMP, N-methyl-2-pyrrolidone), 아세톤 등의 유기계 매질을 사용할 수도 있다.According to one embodiment of the present invention, when the negative electrode is manufactured by applying a mixture of the negative electrode active material including the negative electrode active material, the conductive material and the binder on the negative electrode current collector, the negative electrode active material, the conductive material and the binder are formed by a dry method. It may be prepared by directly applying the solid mixture, or may be prepared by adding the negative electrode active material, the conductive material and the binder to the dispersion medium by a wet method, then applying the mixture in the form of a slurry by stirring, and then removing the dispersion medium by drying or the like. At this time, as the dispersion medium used in the case of the wet method, an aqueous medium of water (deionized water, etc.) may be used, or an organic type such as N-methyl-pyrrolidone (NMP, N-methyl-2-pyrrolidone) or acetone. A medium may also be used.

본 발명의 일 구현예 따른 이차전지는 전술한 음극과 양극, 및 상기 양극과 음극의 사이에 개재된 분리막을 포함한다. A secondary battery according to an embodiment of the present invention includes the above-described negative electrode and positive electrode, and a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode.

상기 양극은, 양극 집전체 상에 양극활물질, 도전재 및 바인더의 혼합물을 도포한 후 건조하여 제조할 수 있으며, 필요에 따라서는, 상기 혼합물에 충진재를 더 포함하기도 한다. 상기 양극활물질은 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물이나 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 화합물; 화학식 Li1+xMn2-xO4(여기서, x 는 0 ~ 0.33 임), LiMnO3, LiMn2O3, LiMnO2 등의 리튬 망간 산화물; 리튬 동 산화물(Li2CuO2); LiV3O8, LiFe3O4, V2O5, Cu2V2O7 등의 바나듐 산화물; 화학식 LiNi1-xMxO2(여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B 또는 Ga 이고, x =0.01 ~ 0.3 임)으로 표현되는 Ni 사이트형 리튬 니켈 산화물; 화학식 LiMn2-xMxO2(여기서, M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn 또는 Ta 이고, x = 0.01 ~ 0.1임) 또는 Li2Mn3MO8(여기서, M = Fe, Co, Ni, Cu 또는 Zn 임)으로 표현되는 리튬 망간 복합 산화물; 화학식의 Li 일부가 알칼리토금속 이온으로 치환된 LiMn2O4; 디설파이드 화합물; Fe2(MoO4)3 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.The positive electrode may be prepared by applying a mixture of a positive electrode active material, a conductive material, and a binder on a positive electrode current collector and drying the mixture, and, if necessary, may further include a filler in the mixture. The cathode active material may include a layered compound such as lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ), lithium nickel oxide (LiNiO 2 ), or a compound substituted with one or more transition metals; Lithium manganese oxides such as Formula Li 1+x Mn 2-x O 4 (where x is 0 to 0.33), LiMnO 3 , LiMn 2 O 3 , and LiMnO 2 ; lithium copper oxide (Li 2 CuO 2 ); vanadium oxides such as LiV 3 O 8 , LiFe 3 O 4 , V 2 O 5 , and Cu 2 V 2 O 7 ; Ni site-type lithium nickel oxide represented by the formula LiNi 1-x MxO 2 (wherein M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B or Ga, and x = 0.01 to 0.3); Formula LiMn 2-x M x O 2 (where M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn or Ta and x = 0.01 to 0.1) or Li 2 Mn 3 MO 8 (where M = Fe, Co, lithium manganese composite oxide represented by Ni, Cu or Zn; LiMn 2 O 4 in which a part of Li in the formula is substituted with an alkaline earth metal ion; disulfide compounds; And the like Fe 2 (MoO 4) 3, but is not limited to these.

양극에 대해서 도전재, 집전체 및 바인더는 전술한 음극의 내용을 참조할 수 있다.For the positive electrode, the conductive material, the current collector, and the binder may refer to the above-described negative electrode.

상기 분리막은 양극과 음극 사이에 개재되며, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용된다. 분리막의 기공 직경은 일반적으로 0.01 ~ 10 ㎛이고, 두께는 일반적으로 5 ~ 300 ㎛이다. 이러한 분리막으로는, 예를 들어, 내화학성 및 소수성의 폴리프로필렌 등의 올레핀계 폴리머; 유리섬유 또는 폴리에틸렌 등으로 만들어진 필름, 시트나 부직포 등이 사용된다. 한편, 상기 분리막은 최외측 표면에 무기물 입자와 바인더 수지의 혼합물을 포함하는 다공층을 더 포함할 수 있다. The separator is interposed between the anode and the cathode, and an insulating thin film having high ion permeability and mechanical strength is used. The pore diameter of the separator is generally 0.01 to 10 μm, and the thickness is generally 5 to 300 μm. As such a separation membrane, For example, olefin polymers, such as chemical-resistant and hydrophobic polypropylene; A film, sheet, or non-woven fabric made of glass fiber or polyethylene is used. Meanwhile, the separation membrane may further include a porous layer including a mixture of inorganic particles and a binder resin on the outermost surface.

본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 전해액은 유기 용매와 소정량의 리튬염이 포함된 것으로서, 상기 유기 용매의 성분으로는 예를 들어 프로필렌 카보네이트(PC), 에틸렌 카보네이트(EC), 부틸렌 카보네이트(BC), 디에틸카보네이트(DEC), 디메틸카보네이트(DMC), 디프로필카보네이트(DPC), 메틸 프로피오네이트(MP), 디메틸설폭사이드, 아세토니트릴, 디메톡시에탄, 디에톡시에탄, 테트라하이드로퓨란, N-메틸-2-피롤리돈(NMP), 에틸메틸카보네이트(EMC), 비닐렌카보네이트(VC), 감마 부티로락톤(GBL), 플루오르에틸렌 카보네이트(FEC), 포름산 메틸, 포름산 에틸, 포름산 프로필, 초산 메틸, 초산 에틸, 초산 프로필, 초산 펜틸, 프로피온산 메틸, 프로피온산 에틸, 프로피온산 에틸, 프로피온산 부틸, 또는 이들의 혼합물 등이 있고, 또한, 상기 유기 용매의 할로겐 유도체도 사용 가능하고 선형 에스터 물질도 사용될 수 있다. 상기 리튬염은 상기 비수계 전해질에 용해되기 좋은 물질로서, 예를 들어, LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, 클로로 보란 리튬, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4 페닐 붕산 리튬, 이미드 등이 사용될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the electrolyte contains an organic solvent and a predetermined amount of a lithium salt, and as a component of the organic solvent, for example, propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), butylene carbonate (BC), diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC), dipropyl carbonate (DPC), methyl propionate (MP), dimethyl sulfoxide, acetonitrile, dimethoxyethane, diethoxyethane, tetrahydrofuran , N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), ethylmethyl carbonate (EMC), vinylene carbonate (VC), gamma butyrolactone (GBL), fluoroethylene carbonate (FEC), methyl formate, ethyl formate, formic acid propyl, methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate, pentyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, ethyl propionate, butyl propionate, or mixtures thereof. Also, halogen derivatives of the above organic solvents can be used, and linear ester materials are also available. can be used The lithium salt is a material easily soluble in the non-aqueous electrolyte, for example, LiCl, LiBr, LiI, LiClO 4 , LiBF 4 , LiB 10 Cl 10 , LiPF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiCF 3 CO 2 , LiAsF 6, LiSbF 6, LiAlCl 4, CH 3 SO 3 Li, (CF 3 SO 2) 2 NLi, chloroborane lithium, lower aliphatic carboxylic acid lithium, lithium tetraphenyl borate and imide.

마지막으로, 상기 음극과 양극 사이에 분리막을 개재하여 전극 조립체를 구성하고, 이를 전지 케이스에 수납하고 전해질을 주입함으로써 리튬 이차전지가 제공될 수 있다.Finally, a lithium secondary battery may be provided by configuring an electrode assembly by interposing a separator between the negative electrode and the positive electrode, accommodating it in a battery case, and injecting an electrolyte.

상기 전해질은 리튬염 및 이를 용해시키기 위한 유기용매를 포함할 수 있다.The electrolyte may include a lithium salt and an organic solvent for dissolving the lithium salt.

상기 리튬염으로는 이차전지용 전해액에 통상적으로 사용되는 것들이면 제한 없이 사용될 수 있으며, 예를 들어, 상기 리튬염의 음이온으로는 F-, Cl-, I-, NO3 -, N(CN)2 -, BF4 -, ClO4 -, PF6 -, (CF3)2PF4 -, (CF3)3PF3 -, (CF3)4PF2 -, (CF3)5PF-, (CF3)6P-, CF3SO3 -, CF3CF2SO3 -, (CF3SO2)2N-, (FSO2)2N-, CF3CF2(CF3)2CO-, (CF3SO2)2CH-, (SF5)3C-, (CF3SO2)3C-, CF3(CF2)7SO3 -, CF3CO2 -, CH3CO2 -, SCN- 및 (CF3CF2SO2)2N-로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종을 사용할 수 있다. The lithium salt may be used without limitation as long as it is commonly used in electrolytes for secondary batteries. For example, as an anion of the lithium salt , F - , Cl - , I - , NO 3 - , N(CN) 2 - , BF 4 - , ClO 4 - , PF 6 - , (CF 3 ) 2 PF 4 - , (CF 3 ) 3 PF 3 - , (CF 3 ) 4 PF 2 - , (CF 3 ) 5 PF - , (CF 3 ) 6 P - , CF 3 SO 3 - , CF 3 CF 2 SO 3 - , (CF 3 SO 2 ) 2 N - , (FSO 2 ) 2 N - , CF 3 CF 2 (CF 3 ) 2 CO - , (CF 3 SO 2 ) 2 CH - , (SF 5 ) 3 C - , (CF 3 SO 2 ) 3 C - , CF 3 (CF 2 ) 7 SO 3 - , CF 3 CO 2 - , CH 3 CO 2 - , SCN - and (CF 3 CF 2 SO 2 ) 2 N - One selected from the group consisting of may be used.

상기 전해질에 포함되는 유기 용매로는 통상적으로 사용되는 것들이면 제한 없이 사용될 수 있으며, 대표적으로 프로필렌 카보네이트, 에틸렌 카보네이트, 디에틸카보네이트, 디메틸카보네이트, 에틸메틸카보네이트, 메틸프로필카보네이트, 디프로필카보네이트, 디메틸술폭사이드, 아세토니트릴, 디메톡시에탄, 디에톡시에탄, 비닐렌카보네이트, 술포란, 감마-부티로락톤, 프로필렌설파이트 및 테트라하이드로퓨란으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있다. The organic solvent included in the electrolyte may be used without limitation as long as it is conventionally used, and representatively, propylene carbonate, ethylene carbonate, diethyl carbonate, dimethyl carbonate, ethylmethyl carbonate, methylpropyl carbonate, dipropyl carbonate, dimethyl sulfoxide At least one selected from the group consisting of side, acetonitrile, dimethoxyethane, diethoxyethane, vinylene carbonate, sulfolane, gamma-butyrolactone, propylene sulfite and tetrahydrofuran may be used.

특히, 상기 카보네이트계 유기 용매 중 고리형 카보네이트인 에틸렌카보네이트 및 프로필렌카보네이트는 고점도의 유기 용매로서 유전율이 높아 전해질 내의 리튬염을 잘 해리시키므로 바람직하게 사용될 수 있으며, 이러한 고리형 카보네이트에 디메틸카보네이트 및 디에틸카보네이트와 같은 저점도, 저유전율 선형 카보네이트를 적당한 비율로 혼합하여 사용하면 높은 전기 전도율을 갖는 전해액을 만들 수 있어 더욱 바람직하게 사용될 수 있다. In particular, among the carbonate-based organic solvents, ethylene carbonate and propylene carbonate, which are cyclic carbonates, are highly viscous organic solvents and have a high dielectric constant, so they can be used preferably because they dissociate lithium salts in the electrolyte well, and dimethyl carbonate and diethyl in these cyclic carbonates When a low-viscosity, low-dielectric constant linear carbonate such as carbonate is mixed in an appropriate ratio, an electrolyte having a high electrical conductivity can be prepared, which can be more preferably used.

선택적으로, 본 발명에 따라 저장되는 전해질은 통상의 전해액에 포함되는 과충전 방지제 등과 같은 첨가제를 더 포함할 수 있다.Optionally, the electrolyte stored according to the present invention may further include additives such as an overcharge inhibitor included in a conventional electrolyte solution.

본 발명의 일 실시형태에 따른 전지는 스택형, 권취형, 스택 앤 폴딩형 또는 케이블형일 수 있고, 또한 소형 디바이스의 전원으로 사용되는 전지셀에 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 다수의 전지셀들을 포함하는 중대형 전지모듈에 단위전지로도 바람직하게 사용될 수 있다. 상기 중대형 디바이스의 바람직한 예로는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 전력 저장용 시스템 등을 들 수 있으며, 특히 고출력이 요구되는 영역인 하이브리드 전기자동차 및 신재생 에너지 저장용 배터리 등에 유용하게 사용될 수 있다. The battery according to an embodiment of the present invention may be of a stack type, a winding type, a stack and folding type, or a cable type, and may be used in a battery cell used as a power source of a small device, as well as a plurality of battery cells It can be preferably used as a unit cell in a medium or large-sized battery module. Preferred examples of the mid-to-large device include electric vehicles, hybrid electric vehicles, plug-in hybrid electric vehicles, and power storage systems. In particular, it is useful for hybrid electric vehicles and new and renewable energy storage batteries, which are areas requiring high output. can be used

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 시험예 및 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다. Hereinafter, test examples and examples will be described in detail to help the understanding of the present invention. However, the embodiments according to the present invention may be modified in various other forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the following examples. The embodiments of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those of ordinary skill in the art.

실시예 1Example 1

<집전체에 코팅층 형성><Formation of coating layer on current collector>

에탄올과 물을 50:50의 중량비로 준비한 분산매 100 중량부에 그래핀 산화물 0.002 중량부를 혼합하여 분산액을 준비하였다.A dispersion was prepared by mixing 0.002 parts by weight of graphene oxide with 100 parts by weight of a dispersion medium prepared by mixing ethanol and water in a weight ratio of 50:50.

상기 준비된 분산액을 음극 집전체인 두께 15㎛의 구리 호일의 일면 상에 바 코팅 방식으로 도포하고, 60℃ 온도에서 20분 동안 건조하였다.The prepared dispersion was applied on one side of a copper foil having a thickness of 15 μm, which is an anode current collector, in a bar coating method, and dried at a temperature of 60° C. for 20 minutes.

상기 분산액을 구리 호일 상에 코팅하면 그래핀 산화물과 금속 간의 환원전위 차이에 의해 그 계면에 자발적인 환원 반응이 진행되어, 금속 집전체 상에 두께가 10 nm인 금속산화물층과, 상기 금속산화물층 상에 두께가 3.5 nm인 환원된 그래핀 산화물(rGO)층이 형성되었다.When the dispersion is coated on the copper foil, a spontaneous reduction reaction proceeds at the interface due to the reduction potential difference between graphene oxide and the metal, and a metal oxide layer with a thickness of 10 nm on the metal current collector and on the metal oxide layer A reduced graphene oxide (rGO) layer with a thickness of 3.5 nm was formed on the

<음극의 제조><Production of cathode>

Si계 활물질로 Si, 바인더로 PVA(폴리비닐알코올)-PAA(폴리아크릴산)의 공중합체(PVA-PAA copolymer, PVA:PAA=60:40(중량비)), CMC(카르복시메틸셀룰로오스), 도전재로 카본블랙을 중량비 70:10:20으로 혼합한 혼합물과, 분산매로 물을 사용하여 혼합물과 분산매의 중량비를 1:2로 혼합하여 활물질층용 슬러리를 준비하였다. Si-based active material, Si as a binder, PVA (polyvinyl alcohol)-PAA (polyacrylic acid) copolymer (PVA-PAA copolymer, PVA:PAA=60:40 (weight ratio)), CMC (carboxymethyl cellulose), conductive material A slurry for the active material layer was prepared by mixing a mixture of raw carbon black in a weight ratio of 70:10:20, and water as a dispersion medium, and mixing the mixture and dispersion medium in a weight ratio of 1:2.

슬롯 다이를 이용하여, 앞서 준비한 코팅층이 형성된 음극 집전체인 구리(Cu) 박막에서 상기 코팅층의 상면에 상기 활물질층용 슬러리를 코팅하고, 130℃ 진공하에서 1시간 동안 건조하여, 구리 박막 상에 활물질층을 형성하였다.Using a slot die, the slurry for the active material layer is coated on the upper surface of the coating layer on the copper (Cu) thin film, which is the negative current collector on which the coating layer is formed. was formed.

이렇게 형성된 활물질층을 롤 프레싱(roll pressing) 방식으로 압연하여, 45㎛ 두께의 단일층 구조의 활물질층을 구비한 음극을 제조하였다. 음극활물질층의 건조 중량기준으로 로딩양은 16 mg/cm2이었다.The active material layer thus formed was rolled by a roll pressing method to prepare an anode having a single-layered active material layer having a thickness of 45 μm. Based on the dry weight of the anode active material layer, the loading amount was 16 mg/cm 2 .

<양극의 제조><Production of anode>

양극활물질로서 Li(Ni0.8Mn0.1Co0.1)O2(NCM-811), 도전재로 카본블랙(carbon black) 및 바인더로 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVdF)를 96:2:2의 중량비로 용매인 N-메틸피롤리돈(NMP)에 첨가하여, 양극활물질 슬러리를 준비하였다. 상기 슬러리를 두께 15㎛의 알루미늄 집전체의 일면에 코팅하고, 상기 음극과 동일한 조건으로 건조 및 압연을 수행하여 양극을 제조하였다. 이때, 양극활물질층의 건조 중량기준으로 로딩양은 20 mg/cm2이었다. Li(Ni 0.8 Mn 0.1 Co 0.1 )O 2 (NCM-811) as a cathode active material, carbon black as a conductive material, and polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder in a weight ratio of 96:2:2 as a solvent It was added to phosphorus N-methylpyrrolidone (NMP) to prepare a cathode active material slurry. The slurry was coated on one surface of an aluminum current collector having a thickness of 15 μm, and drying and rolling were performed under the same conditions as the negative electrode to prepare a positive electrode. At this time, the loading amount based on the dry weight of the positive electrode active material layer was 20 mg/cm 2 .

<리튬 이차전지의 제조><Manufacture of lithium secondary battery>

플루우로에틸렌 카보네이트(FEC), 에틸메틸 카보네이트(EMC)를 3:7 (부피비)의 조성으로 혼합된 유기 용매에 LiPF6를 1.0M의 농도가 되도록 용해시켜 비수성 전해액을 제조하였다. Fluorenyl right ethylene carbonate (FEC), and ethyl methyl carbonate (EMC) 3: it was dissolved to a concentration of the LiPF 6 in a mixed organic solvent in the proportion of 7 (volume ratio) to prepare a 1.0M aqueous electrolytic solution.

상기에서 제조된 양극과 음극 사이에 폴리올레핀 세퍼레이터를 개재시킨 후, 상기 전해액을 주입하여 리튬 이차전지를 제조하였다.After interposing the polyolefin separator between the positive electrode and the negative electrode prepared above, the electrolyte was injected to prepare a lithium secondary battery.

<코인 반쪽셀의 제조><Production of half coin cell>

플루우로에틸렌 카보네이트(FEC), 에틸메틸 카보네이트(EMC)를 3:7 (부피비)의 조성으로 혼합된 유기 용매에 LiPF6를 1.0M의 농도가 되도록 용해시켜 비수성 전해액을 제조하였다. Fluorenyl right ethylene carbonate (FEC), and ethyl methyl carbonate (EMC) 3: it was dissolved to a concentration of the LiPF 6 in a mixed organic solvent in the proportion of 7 (volume ratio) to prepare a 1.0M aqueous electrolytic solution.

상기에서 제조된 음극과 리튬메탈 대극 사이에 폴리올레핀 세퍼레이터를 개재시킨 후, 상기 전해액을 주입하여 이용하여 하프셀(half cell) 제조하였다.After interposing the polyolefin separator between the negative electrode prepared above and the lithium metal counter electrode, the electrolyte was injected and used to prepare a half cell.

비교예 1:Comparative Example 1:

금속 집전체 상에 금속산화물층과, 상기 금속산화물층 상에 환원된 그래핀 산화물(rGO)층 형성 단계를 생략한 점을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 음극과, 상기 음극을 구비한 리튬 이차전지, 및 하프셀을 제조하였다.A cathode and a cathode in the same manner as in Example 1, except that the step of forming a metal oxide layer on a metal current collector and a reduced graphene oxide (rGO) layer on the metal oxide layer was omitted. A lithium secondary battery and a half cell were manufactured.

실험예 1: 집전체와 음극 활물질층 간의 접착력 평가Experimental Example 1: Evaluation of adhesion between the current collector and the anode active material layer

실시예 1과 비교예 1에 의해 제조된 음극을 2.5 cm x 15 cm 크기로 준비한 후 디메틸클로라이드(DMC) 용매에 침지 후 건조하여 접착력 테스트를 위한 시료를 준비하였다. 2 x 12 cm 크기로 준비된 접착력 테스트 용 양면테이프를 슬라이드 글라스에 접착시키고 양면테이프의 다른 면을 시료에 밀착시켜 접착시킨 후 UTM((Universal Test Machine) (TA 社) 기기를 이용하여 50mm/min으로 당겨 전극이 집전체로부터 박리되는 힘, 즉 접착력을 측정하였다. 이때, 슬라이드 글라스와 전극의 측정각도는 90°였다.After preparing the negative electrode prepared in Example 1 and Comparative Example 1 to a size of 2.5 cm x 15 cm, immersed in a dimethyl chloride (DMC) solvent and dried to prepare a sample for the adhesion test. Adhere the double-sided tape prepared in the size of 2 x 12 cm to the slide glass, and attach the other side of the double-sided tape to the sample. The force to peel the electrode from the current collector by pulling, that is, the adhesive force, was measured, and the measurement angle between the slide glass and the electrode was 90°.

이때, 음극의 박리 강도는 음극을 제조한 직후의 초기 접착력과, 음극을 제조 후 60℃ 챔버에서 1주 보관 후의 1 주 후 접착력을 각각 측정하였고, 그 결과를 아래 표 1에 나타내었다.In this case, the peel strength of the negative electrode was measured by measuring the initial adhesive strength immediately after the negative electrode was prepared and the adhesive strength after one week after the negative electrode was prepared and stored in a chamber at 60 ° C. The results are shown in Table 1 below.

접착력 (gf/cm)Adhesion (gf/cm) 실시예 1Example 1 비교예 1Comparative Example 1 초기Early 2323 2121 1 주 후after 1 week 19.219.2 11.511.5

상기 표 1을 참조하면, 실시예 1의 음극이 초기 접착력뿐만 아니라, 1주 후 접착력 변화에서도 실시예의 접착력 및 접착력 유지력이 비교예 대비 우수한 것을 알 수 있다.Referring to Table 1, it can be seen that the negative electrode of Example 1 is superior to the comparative example in the adhesive force and the adhesive force retention of the Example 1 not only in the initial adhesive force but also in the change in the adhesive force after 1 week.

실험예 2: 이차전지의 수명(사이클) 특성 평가Experimental Example 2: Evaluation of the life (cycle) characteristics of the secondary battery

실시예 1 및 비교예 1에서 제조된 코인 반쪽 셀에 대해서, 충방전 모두 0.5 C의 율속 및 전압조건 0.005 V - 1.5 V vs. Li/Li+ 으로 20 사이클을 진행하여 수명 특성을 평가하였고, 그 결과를 아래 표 2에 나타내었다.For the coin half cells prepared in Example 1 and Comparative Example 1, both charging and discharging were at a rate of 0.5 C and a voltage condition of 0.005 V - 1.5 V vs. Life characteristics were evaluated by performing 20 cycles with Li/Li+, and the results are shown in Table 2 below.

초기방전용량 (mAh/g)Initial discharge capacity (mAh/g) 20 사이클 후 방전용량 (mAh/g)Discharge capacity after 20 cycles (mAh/g) 실시예 1Example 1 3,4083,408 3,2383,238 비교예 1Comparative Example 1 3,4203,420 3,1973,197

상기 표 2를 참조하면, 환원된 그래핀 산화물층을 구비하는 음극을 적용한 실시예 1의 전지(코인 반쪽 셀)은 환원된 그래핀 산화물층이 없는 음극을 적용한 비교예 1의 전지와 대비하여 충방전 사이클 특성이 우수함을 알 수 있었다. Referring to Table 2, the battery of Example 1 (coin half cell) to which a negative electrode having a reduced graphene oxide layer was applied was charged compared to the battery of Comparative Example 1 to which a negative electrode without a reduced graphene oxide layer was applied. It was found that the discharge cycle characteristics were excellent.

Claims (8)

음극 집전체; 상기 음극 집전체의 상면에 위치하는 금속산화물층, 및 상기 금속산화물층의 상면에 위치하는 환원된 그래핀 산화물층; 및 상기 환원된 그래핀 산화물층의 상면에 위치하는 음극 활물질층;을 포함하며,
상기 환원된 그래핀 산화물층과 금속산화물층이 서로 화학결합을 하는 리튬 이차전지용 음극.
negative electrode current collector; a metal oxide layer positioned on the upper surface of the negative electrode current collector, and a reduced graphene oxide layer positioned on the upper surface of the metal oxide layer; and an anode active material layer positioned on the upper surface of the reduced graphene oxide layer;
A negative electrode for a lithium secondary battery in which the reduced graphene oxide layer and the metal oxide layer are chemically bonded to each other.
제1항에 있어서,
상기 환원된 그래핀 산화물층의 두께가 0.5 내지 100 nm인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지용 음극.
According to claim 1,
A negative electrode for a lithium secondary battery, characterized in that the reduced graphene oxide layer has a thickness of 0.5 to 100 nm.
제1항에 있어서,
상기 금속산화물층의 두께가 1 내지 100 nm 인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지용 음극.
According to claim 1,
A negative electrode for a lithium secondary battery, characterized in that the thickness of the metal oxide layer is 1 to 100 nm.
제1항에 있어서,
상기 환원된 그래핀 산화물의 산소함량이 0.1 내지 15 원자수%인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지용 음극.
According to claim 1,
The negative electrode for a lithium secondary battery, characterized in that the oxygen content of the reduced graphene oxide is 0.1 to 15 atomic percent.
제1항에 있어서,
상기 환원된 그래핀 산화물층이 그래핀 산화물을 음극 집전체 상에 코팅하면 그래핀 산화물과 음극 집전체 사이에 표준환원전위 차이로 그래핀 산화물의 자발적 환원 반응이 일어나게 되어, 추가적인 환원공정 필요없이 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지용 음극.
According to claim 1,
When the reduced graphene oxide layer is coated with graphene oxide on the anode current collector, a spontaneous reduction reaction of the graphene oxide occurs due to a difference in standard reduction potential between the graphene oxide and the anode current collector, and is formed without the need for an additional reduction process A negative electrode for a lithium secondary battery, characterized in that it becomes.
제1항에 있어서,
상기 환원된 그래핀 산화물층의 환원된 그래핀 산화물과 금속산화물층 간의 화학결합이 그래핀 산화물과 음극 집전체 사이의 산화환원 반응에 의해 형성되는 리튬 이차전지용 음극.
According to claim 1,
A negative electrode for a lithium secondary battery in which a chemical bond between the reduced graphene oxide and the metal oxide layer of the reduced graphene oxide layer is formed by a redox reaction between the graphene oxide and the negative electrode current collector.
양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수납하고 있는 전지 용기; 및 상기 전지 용기 내에 주입된 비수 전해액을 구비하는 리튬 이차전지에 있어서,
상기 음극이 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 리튬 이차전지용 음극인 리튬 이차전지.
an electrode assembly including a positive electrode, a negative electrode, and a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode; a battery container accommodating the electrode assembly; And in the lithium secondary battery having a non-aqueous electrolyte injected into the battery container,
The lithium secondary battery wherein the negative electrode is the negative electrode for a lithium secondary battery according to any one of claims 1 to 6.
그래핀 산화물 및 분산매를 포함하는 분산액을 준비하는 단계;
상기 분산액을 음극 집전체의 적어도 일면에 도포 및 건조하여, 상기 분산액의 그래핀 산화물과 음극 집전체 간의 환원전위 차이에 의해 상기 그래핀 산화물과 음극 집전체의 계면에서 자발적인 산화환원 반응이 일어나 환원된 그래핀 산화물층과 금속산화물층을 형성하는 단계; 및
상기 환원된 그래핀 산화물층과 금속산화물층이 형성된 음극 집전체의 적어도 일면 상에, 음극활물질, 바인더, 도전재, 및 슬러리 분산매를 포함하는 음극 슬러리를 도포 및 건조하여 음극활물질층을 형성하는 단계;를 포함하는 제1항의 리튬 이차전지용 음극의 제조방법.
Preparing a dispersion containing graphene oxide and a dispersion medium;
The dispersion is applied to at least one surface of the negative electrode current collector and dried, and a spontaneous redox reaction occurs at the interface between the graphene oxide and the negative electrode current collector due to the reduction potential difference between the graphene oxide of the dispersion and the negative electrode current collector. forming a graphene oxide layer and a metal oxide layer; and
Forming a negative electrode active material layer by coating and drying a negative electrode slurry comprising a negative electrode active material, a binder, a conductive material, and a slurry dispersion medium on at least one surface of the negative electrode current collector on which the reduced graphene oxide layer and the metal oxide layer are formed A method of manufacturing a negative electrode for a lithium secondary battery of claim 1, comprising a.
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