KR20220061562A - Electrode for lithium secondary battery and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 전극층과 집전층과의 접착력을 향상시키는 다공성인 중간층을 포함하는 리튬이차전지용 전극 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to an electrode for a lithium secondary battery comprising a porous intermediate layer for improving adhesion between an electrode layer and a current collecting layer, and a method for manufacturing the same.
현재 우리는 고속 성장에 따른 화석연료의 고갈, 환경오염, 지구온난화 등의 여러 문제에 당면해 있다. 이에 대한 대책으로 신재생 에너지를 개발하고 있으나, 눈에 띄는 성과를 올리고 있지 못하고 있다. 이에 따라 에너지 저장기술 특히, 전지 분야에 대한 관심이 급증하고 있다.Currently, we are facing various problems such as depletion of fossil fuels, environmental pollution, and global warming due to rapid growth. Renewable energy is being developed as a countermeasure against this, but it is not producing noticeable results. Accordingly, interest in energy storage technology, particularly in the battery field, is rapidly increasing.
그 결과, 리튬 이차전지에서 눈부신 발전을 이루었고, 최근에는 전지의 성능 및 충방전 효율을 높이기 위하여 구성소재인 전극 활물질의 신규 개발, 활물질의 표면개질이나, 분리막과 전해질의 성능 향상을 위한 다양한 연구가 진행되고 있는 실정이었다.As a result, remarkable progress has been made in lithium secondary batteries, and recently, in order to increase battery performance and charge/discharge efficiency, new development of electrode active materials, which are constituent materials, surface modification of active materials, and various researches for improving the performance of separators and electrolytes It was an ongoing situation.
한편, 리튬 이차전지의 전극은 전극층(활물질,도전재)과 집전체로 구성이 되어 있는데, 이들의 결합력을 향상시키기 위해 바인더가 사용된다. 상기 바인더는 전극층 내부의 활물질, 도전재들의 결합력은 크게 향상시키지만, 집전체와의 결합력은 상대적으로 낮아 전극층과 집전체의 결합력은 상대적으로 낮은 실정이었다. 그 결과, 낮은 결합력을 가지는 전극층과 집전체의 계면은, 배터리의 충방전 중에 발생하는 스트레스 또는 외압에 의해 불안정해지고, 이는 전극의 저항을 증가시켜, 용량/출력/수명 등의 감소를 유발하는 문제점이 있었고, 이에, 전극층과 집전체 간의 결합력을 향상시킬 수 있는 기술개발이 필요한 실정이었다.On the other hand, the electrode of a lithium secondary battery is composed of an electrode layer (active material, conductive material) and a current collector, and a binder is used to improve their bonding strength. The binder greatly improved the bonding strength of the active material and the conductive materials inside the electrode layer, but the bonding strength with the current collector was relatively low, so that the bonding strength between the electrode layer and the current collector was relatively low. As a result, the interface between the electrode layer and the current collector having a low bonding force becomes unstable by stress or external pressure generated during charging and discharging of the battery, which increases the resistance of the electrode, causing a decrease in capacity/output/lifetime, etc. In this regard, there was a need to develop a technology capable of improving the bonding force between the electrode layer and the current collector.
본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 그 구체적인 목적은 다음과 같다.The present invention is intended to solve the above problems, and the specific objects thereof are as follows.
본 발명은 집전층에 포함된 금속 박막과 동종의 금속 분말을 포함하는 다공성인 중간층을 포함시키고, 상기 중간층 내 공극에 전극층 일부가 충진되어 전극층과 집전체 간의 결합력을 향상시키는 리튬이차전지용 전극, 및 이의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention includes an electrode for a lithium secondary battery that includes a porous intermediate layer containing a metal powder of the same kind as a metal thin film included in the current collecting layer, wherein a part of the electrode layer is filled in the pores in the intermediate layer to improve the bonding force between the electrode layer and the current collector, and An object of the present invention is to provide a method for manufacturing the same.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않는다. 본 발명의 목적은 이하의 설명으로 보다 분명해 질 것이며, 특허청구범위에 기재된 수단 및 그 조합으로 실현될 것이다.The object of the present invention is not limited to the object mentioned above. The object of the present invention will become clearer from the following description, and will be realized by means and combinations thereof described in the claims.
본 발명의 일 실시예에 따른 리튬이차전지용 전극은 금속 박막을 포함하는 집전층, 상기 집전층의 적어도 일면 상에 위치하고, 다공성인 중간층, 및 상기 중간층 상에 위치하고, 그 일부가 상기 중간층의 기공 내로 충진되어 있는 것인 전극층을 포함한다.The electrode for a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention includes a current collecting layer including a metal thin film, a porous intermediate layer located on at least one surface of the current collecting layer, and a porous intermediate layer, and a portion of the intermediate layer is located in the pores of the intermediate layer. It includes an electrode layer that is filled.
상기 중간층은 상기 금속 박막과 동종의 금속 분말의 소결체를 포함할 수 있다.The intermediate layer may include a sintered body of the same type of metal powder as the metal thin film.
상기 중간층의 두께는 100~300μm일 수 있다.The intermediate layer may have a thickness of 100 to 300 μm.
상기 금속 분말의 입경은 30~150μm일 수 있다.The metal powder may have a particle diameter of 30 to 150 μm.
상기 중간층의 공극률은 30~50%일 수 있다.The porosity of the intermediate layer may be 30-50%.
상기 금속 박막은 구리(Cu)를 포함할 수 있다.The metal thin film may include copper (Cu).
상기 금속 박막은 알루미늄(Al)을 포함할 수 있다.The metal thin film may include aluminum (Al).
본 발명의 일 실시예에 따른 리튬이차전지용 전극 제조방법은 금속 박막을 포함하는 집전층을 준비하는 단계, 상기 집전층의 적어도 일면 상에 상기 금속 박막과 동종의 금속 분말을 도포하는 단계, 상기 도포한 금속 분말을 소결하여 다공성의 중간층을 제조하는 단계, 및 상기 중간층 상에 전극 슬러리를 도포하여 전극층을 제조하는 단계를 포함하고, 상기 전극 슬러리 일부가 상기 중간층의 기공 내로 충진되는 것을 특징으로 한다.The method for manufacturing an electrode for a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention includes the steps of preparing a current collecting layer including a metal thin film, applying a metal powder of the same type as the metal thin film on at least one surface of the current collecting layer, the application It comprises the steps of preparing a porous intermediate layer by sintering one metal powder, and preparing an electrode layer by applying an electrode slurry on the intermediate layer, wherein a portion of the electrode slurry is filled into the pores of the intermediate layer.
상기 금속 분말을 상기 집전층 상에 도포 후, 가이드를 거쳐 금속 분말을 균일하게 도포할 수 있다.After the metal powder is applied on the current collector layer, the metal powder may be uniformly applied through a guide.
상기 집전층이 음극 집전체인 경우, 상기 소결은 550 ~ 650℃의 온도에서 수행될 수 있다.When the current collector layer is an anode current collector, the sintering may be performed at a temperature of 550 to 650°C.
상기 집전층이 양극 집전체인 경우, 상기 소결은 750 ~ 850℃의 온도에서 수행될 수 있다.When the current collector layer is a positive electrode current collector, the sintering may be performed at a temperature of 750 to 850°C.
상기 소결은 환원분위기에서 수행될 수 있다. The sintering may be performed in a reducing atmosphere.
상기 소결은 15~30분 동안 수행될 수 있다.The sintering may be performed for 15 to 30 minutes.
본 발명은 리튬이차전지용 전극 및 이의 제조방법에 관한 것으로써, 본 발명에 따라 제조된 리튬 이차전지용 전극은 집전층에 포함된 금속 박막과 동종의 금속 분말을 포함하는 다공성인 중간층을 포함하고, 상기 중간층 내 공극에 전극층 일부가 충진되어 전극층과 집전체 간의 결합력을 향상시키므로 반응 면적 확대되는 바, 본 발명에 따른 리튬이차전지용 전극은 전도도가 우수하고 전극 표면의 전위 분포도가 일정하게 유지되며, 전극 활물질의 이탈이 방지되므로, 이를 포함하는 리튬이차전지의 사이클 수명 및 에너지/출력 밀도가 우수한 장점이 있다.The present invention relates to an electrode for a lithium secondary battery and a method for manufacturing the same, wherein the electrode for a lithium secondary battery manufactured according to the present invention includes a porous intermediate layer containing a metal powder of the same kind as a metal thin film included in a current collecting layer, A portion of the electrode layer is filled in the pores in the intermediate layer to improve the bonding force between the electrode layer and the current collector, so the reaction area is expanded. Since the separation of the lithium secondary battery including the same is prevented, there is an advantage in that the cycle life and energy / power density are excellent.
본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과로 한정되지 않는다. 본 발명의 효과는 이하의 설명에서 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다.The effects of the present invention are not limited to the above-mentioned effects. It should be understood that the effects of the present invention include all effects that can be inferred from the following description.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬이차전지용 전극을 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬이차전지용 전극 제조방법을 나타낸 간략도이다.
도 3은 본 발명의 실시예와 비교예 1 내지 5에 따라 제조된 리튬이차전지의 방전용량을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예와 비교예 1 내지 5에 따라 제조된 리튬이차전지의 DOD 사이클의 수명을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.1 is a cross-sectional view showing an electrode for a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention.
2 is a schematic diagram illustrating a method for manufacturing an electrode for a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention.
3 is a graph showing the results of measuring the discharge capacity of lithium secondary batteries prepared according to Examples and Comparative Examples 1 to 5 of the present invention.
4 is a graph showing the results of measuring the lifetime of the DOD cycle of lithium secondary batteries prepared according to Examples and Comparative Examples 1 to 5 of the present invention.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.The above objects, other objects, features and advantages of the present invention will be easily understood through the following preferred embodiments in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided so that the disclosed subject matter may be thorough and complete, and that the spirit of the present invention may be sufficiently conveyed to those skilled in the art.
본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "하부에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.In this specification, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate that a feature, number, step, operation, component, part, or a combination thereof described in the specification exists, but one or more other features It is to be understood that it does not preclude the possibility of the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof. Also, when a part of a layer, film, region, plate, etc. is said to be “on” another part, it includes not only the case where the other part is “directly on” but also the case where there is another part in between. Conversely, when a part, such as a layer, film, region, plate, etc., is "under" another part, this includes not only cases where it is "directly under" another part, but also a case where another part is in the middle.
달리 명시되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 성분, 반응 조건, 폴리머 조성물 및 배합물의 양을 표현하는 모든 숫자, 값 및/또는 표현은, 이러한 숫자들이 본질적으로 다른 것들 중에서 이러한 값을 얻는 데 발생하는 측정의 다양한 불확실성이 반영된 근사치들이므로, 모든 경우 "약"이라는 용어에 의해 수식되는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 기재에서 수치범위가 개시되는 경우, 이러한 범위는 연속적이며, 달리 지적되지 않는 한 이러한 범 위의 최소값으로부터 최대값이 포함된 상기 최대값까지의 모든 값을 포함한다. 더 나아가, 이러한 범위가 정수를 지칭하는 경우, 달리 지적되지 않는 한 최소값으로부터 최대값이 포함된 상기 최대값까지를 포함하는 모든 정수가 포함된다.Unless otherwise specified, all numbers, values, and/or expressions expressing quantities of ingredients, reaction conditions, polymer compositions and formulations used herein, contain all numbers, values and/or expressions in which such numbers essentially occur in obtaining such values, among others. Since they are approximations reflecting various uncertainties in the measurement, it should be understood as being modified by the term "about" in all cases. Also, where the disclosure discloses numerical ranges, such ranges are continuous and inclusive of all values from the minimum to the maximum inclusive of the range, unless otherwise indicated. Furthermore, when such ranges refer to integers, all integers inclusive from the minimum to the maximum inclusive are included, unless otherwise indicated.
본 명세서에 있어서, 범위가 변수에 대해 기재되는 경우, 상기 변수는 상기 범위의 기재된 종료점들을 포함하는 기재된 범위 내의 모든 값들을 포함하는 것으로 이해될 것이다. 예를 들면, "5 내지 10"의 범위는 5, 6, 7, 8, 9, 및 10의 값들뿐만 아니라 6 내지 10, 7 내지 10, 6 내지 9, 7 내지 9 등의 임의의 하위 범위를 포함하고, 5.5, 6.5, 7.5, 5.5 내지 8.5 및 6.5 내지 9 등과 같은 기재된 범위의 범주에 타당한 정수들 사이의 임의의 값도 포함하는 것으로 이해될 것이다. 또한 예를 들면, "10% 내지 30%"의 범위는 10%, 11%, 12%, 13% 등의 값들과 30%까지를 포함하는 모든 정수들뿐만 아니라 10% 내지 15%, 12% 내지 18%, 20% 내지 30% 등의 임의의 하위 범위를 포함하고, 10.5%, 15.5%, 25.5% 등과 같이 기재된 범위의 범주 내의 타당한 정수들 사이의 임의의 값도 포함하는 것으로 이해될 것이다.In this specification, when a range is described for a variable, the variable will be understood to include all values within the stated range including the stated endpoints of the range. For example, a range of “5 to 10” includes the values of 5, 6, 7, 8, 9, and 10, as well as any subranges such as 6 to 10, 7 to 10, 6 to 9, 7 to 9, etc. It will be understood to include any value between integers that are appropriate for the scope of the recited range, such as 5.5, 6.5, 7.5, 5.5 to 8.5 and 6.5 to 9, and the like. Also for example, ranges from "10% to 30%" include values of 10%, 11%, 12%, 13%, etc. and all integers up to and including 30%, as well as 10% to 15%, 12% to It will be understood to include any subranges such as 18%, 20% to 30%, etc., as well as any value between reasonable integers within the scope of the recited ranges, such as 10.5%, 15.5%, 25.5%, and the like.
본 발명의 일 실시예에 따른 리튬이차전지용 전극은 양극 또는 음극일 수 있고, 상기 양극 또는 음극은 산화/환원 등 에너지의 변환과 저장이 일어나는 전극으로서, 각각 양과 음의 전위를 갖을 수 있다.The electrode for a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention may be a positive electrode or a negative electrode, and the positive electrode or negative electrode is an electrode in which energy conversion and storage such as oxidation/reduction occurs, and may have positive and negative potentials, respectively.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬이차전지용 전극을 나타낸 단면도이다. 이를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬이차전지용 전극은 금속 박막을 포함하는 집전층; 및 상기 집전층의 적어도 일면 상에 위치하고, 다공성인 중간층; 및 상기 중간층 상에 위치하고, 그 일부가 상기 중간층의 기공 내로 충진되어 있는 것인 전극층을 포함한다.1 is a cross-sectional view showing an electrode for a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention. Referring to this, an electrode for a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention includes a current collecting layer including a metal thin film; and a porous intermediate layer positioned on at least one surface of the current collecting layer; and an electrode layer positioned on the intermediate layer, a portion of which is filled into the pores of the intermediate layer.
본 발명의 일 실시예에 따른 집전층은 본 발명에서 사용할 수 있는 통상의 집전층으로써 활물질(active material)에서 발생되어 공급되는 전자가 이동할 수 있는 통로를 제공할 수 있는 것으로써 상기 중간층과 접합되는 표면이 평평하고 매끄러운 평활한 구조일 수 있으나, 특별히 제한되지 않는다.The current collecting layer according to an embodiment of the present invention is a conventional current collecting layer that can be used in the present invention, which can provide a path through which electrons generated and supplied from an active material can move, and is bonded to the intermediate layer. The surface may have a flat and smooth structure, but is not particularly limited.
본 발명의 일 실시예에 따른 집전층은, 양극 집전층인 경우, 높은 전위영역에서산화되지 않으면서도 경제성 있는 알루미늄(Al) 금속을 포함하는 금속박막, 바람직하게는 알루미늄 호일일 수 있고, 음극 집전층인 경우, 전극 작동영역에서 비활성, 및 전기전도도가 높으면서도 경제성 있는 구리(Cu) 금속을 포함하는 금속박막, 바람직하네느 구리 호일일 수 있다.The current collecting layer according to an embodiment of the present invention may be a metal thin film, preferably an aluminum foil, containing an economical aluminum (Al) metal without being oxidized in a high potential region in the case of a positive electrode current collecting layer, and may be a cathode collecting layer. In the case of the full layer, it may be a metal thin film containing copper (Cu) metal, which is inert in the electrode operation region, and has high electrical conductivity and economical efficiency, preferably copper foil.
본 발명의 일 실시예에 따른 중간층은 상기 집전층의 적어도 일면 상에 위치하고, 바람직하게는 상기 집전층의 일면 상, 또는 양면에 위치할 수 있으며, 더 바람직하게는 상기 집전층의 일면 상에 위치할 수 있다.The intermediate layer according to an embodiment of the present invention is located on at least one side of the current collecting layer, preferably on one side or both sides of the current collecting layer, and more preferably located on one side of the current collecting layer. can do.
본 발명의 일 실시예에 따른 중간층은, 집전층과 금속분말과의 결합력, 및 금속분말 간의 결합력을 향상시킬 수 있으므로 상기 집전층 내 금속 박막과 동종의 금속 분말의 소결체를 포함하는 것이 바람직하다. 따라서, 집전층이 양극 집전층일 경우, 본 발명의 일 실시예에 따른 중간층은 바람직하게는, 알루미늄(Al) 금속 분말의 소결체를 포함할 수 있고, 집전층이 음극 집전층일 경우, 본 발명의 일 실시예에 따른 중간층은 바람직하게는, 구리(Cu) 금속 분말의 소결체를 포함할 수 있다.The intermediate layer according to an embodiment of the present invention may improve the bonding strength between the current collector layer and the metal powder and the bonding strength between the metal powder, so it is preferable to include a sintered body of the same type of metal powder as the metal thin film in the current collection layer. Accordingly, when the current collector layer is a positive electrode current collector layer, the intermediate layer according to an embodiment of the present invention may include a sintered body of aluminum (Al) metal powder, and when the current collector layer is a negative electrode current collector layer, the present invention The intermediate layer according to an exemplary embodiment may include a sintered body of copper (Cu) metal powder.
본 발명의 일 실시예에 따른 중간층에 포함된 금속분말의 형상은 상기 전극층 중 일부가 잘 충진 될 수 있는 것이라면 특별히 제한되지 않으나, 바람직하게는 균일한 분말의 도포/충진이 가능한 구형이 바람직하다.The shape of the metal powder included in the intermediate layer according to an embodiment of the present invention is not particularly limited as long as some of the electrode layers can be well filled, but preferably a spherical shape capable of uniform powder application/filling is preferred.
본 발명의 일 실시예에 따른 중간층에 포함된 금속분말의 입경은 상기 전극층 중 일부가 잘 충진 될 수 있는 것이라면 특별히 제한되지 않고, 예를 들어, 30~150μm일 수 있고, 바람직하게는, 30~70μm일 수 있다. 상기 금속분말의 입경이 30μm 미만이면 기공의 크기가 작아 활물질이 균일하게 기공내에 함침되기 어렵고, 150μm를 초과하면 극판의 두께가 너무 두꺼워지고, 분말간 접촉면적이 작아, 소결 후 집전체와의 결합력이 저하될 수 있다.The particle diameter of the metal powder included in the intermediate layer according to an embodiment of the present invention is not particularly limited as long as some of the electrode layers can be well filled, for example, it may be 30 to 150 μm, preferably, 30 to 70 μm. If the particle diameter of the metal powder is less than 30 μm, the size of the pores is small, so it is difficult for the active material to be uniformly impregnated in the pores. This may be lowered.
본 발명의 일 실시예에 따른 중간층의 두께는 100~300μm일 수 있고, 바람직하게는, 100~300μm일 수 있다. 상기 중간층의 두께가 100μm 미만이면 금속분말의 적층량이 적어 중간층과 전극층의 결합력이 저하되는 단점이 있고, 전극 제조공정상 중간층이 가이드를 거쳐 균일하게 도포되도록 분포시키기 어려운 단점이 있고, 300μm를 초과하면 상기 두께를 갖는 중간층을 포함하는 전극의 두께가 너무 두꺼워지므로 전지 제조공정상 압력을 가할 경우 중간층에 과다하게 압착될 우려가 있다.The thickness of the intermediate layer according to an embodiment of the present invention may be 100 to 300 μm, preferably, 100 to 300 μm. If the thickness of the intermediate layer is less than 100 μm, there is a disadvantage in that the bonding strength between the intermediate layer and the electrode layer is reduced due to a small amount of metal powder stacked, and it is difficult to distribute the intermediate layer so that it is uniformly applied through the guide in the electrode manufacturing process. Since the thickness of the electrode including the intermediate layer having a thickness becomes too thick, when pressure is applied during the battery manufacturing process, there is a risk that the intermediate layer is compressed excessively.
본 발명의 일 실시예에 따른 중간층은 다공성으로 공극을 포함할 수 있고, 상기 중간층의 공극률은 30~50%일 수 있고, 바람직하게는 35~40%일 수 있다. 상기 중간층의 공극률이 30% 미만이면 전극층 중 일부가 충분히 함침 및 충진되기 어려울 수 있고, 50%를 초과하면 집전층과의 결합력 및 전극층 중 일부와의 결합력이 저하될 수 있다.The intermediate layer according to an embodiment of the present invention may include pores in a porous manner, and the porosity of the intermediate layer may be 30 to 50%, preferably 35 to 40%. If the porosity of the intermediate layer is less than 30%, it may be difficult for some of the electrode layers to be sufficiently impregnated and filled, and if it exceeds 50%, the bonding strength with the current collecting layer and bonding strength with some of the electrode layers may be reduced.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 중간층의 공극 내 전극층 중 일부가 충진될 수 있는 특징이 있으므로, 전극층과 집전체 간의 결합력을 향상시켜 반응 면적 확대되는 바, 본 발명에 따른 리튬이차전지용 전극은 전도도가 우수하고 전극 표면의 전위 분포도가 일정하게 유지되며, 전극 활물질의 이탈이 방지되어 사이클 수명 및 에너지/출력 밀도가 우수한 장점이 있다.That is, since there is a feature that some of the electrode layers in the pores of the intermediate layer according to an embodiment of the present invention can be filled, the reaction area is expanded by improving the bonding force between the electrode layer and the current collector, and the electrode for a lithium secondary battery according to the present invention is The conductivity is excellent, the potential distribution on the electrode surface is constantly maintained, and the separation of the electrode active material is prevented, so that the cycle life and energy/power density are excellent.
본 발명의 일 실시예에 따른 전극층은 본 발명에서 사용할 수 있는 통상의 전극층에 사용될 수 있는 것, 예를 들어, 전극 활물질, 도전재, 및 바인더 등을 포함할 수 있다.The electrode layer according to an embodiment of the present invention may include one that can be used in a conventional electrode layer that can be used in the present invention, for example, an electrode active material, a conductive material, and a binder.
상기 전극 활물질은 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬이차전지용 전극 내에서 실제로 반응이 일으킬 수 있는 재료라면 특별히 제한되지 않고, 양극 또는 음극에 따라 양극 활물질, 또는 음극 활물질을 포함할 수 있다. The electrode active material is not particularly limited as long as it is a material that can actually react in the electrode for a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention, and may include a positive electrode active material or a negative electrode active material depending on the positive electrode or the negative electrode.
상기 양극 활물질은 리튬이온의 층간 삽입이 가능한 재료를 포함할 수 있고, 예를 들어, 리튬코발트산화물(LixCoO2), 리튬니켈산화물(LixNiO2), 리튬니켈코발트산화물(Lix(NiCo)O2), 리튬니켈코발트망간산화물(Lix(NiCoMn)O2), 리튬니켈코발트알루미늄 산화물(LiNiCoAlO2), 스피넬형 리튬망간 산화물(LixMn2O4), 이산화망간(MnO2) 등과 같은 산화물, 또는 리튬철인산염(LixFePO4), 리튬망간인산염(LixMnPO4) 등과 같은 올리빈(Olivine)형이나 NASICON형 인산염(phosphates), 규산염(silicates), 황산염(sulfates), 또는 고분자 재료 등을 사용할 수 있고, 특정 성분을 포함하는 것으로 제한되지 아니한다.The positive active material may include a material capable of intercalation of lithium ions, for example, lithium cobalt oxide (Li x CoO 2 ), lithium nickel oxide (Li x NiO 2 ), lithium nickel cobalt oxide (Li x ( NiCo)O 2 ), lithium nickel cobalt manganese oxide (Li x (NiCoMn)O 2 ), lithium nickel cobalt aluminum oxide (LiNiCoAlO 2 ), spinel lithium manganese oxide (Li x Mn 2 O 4 ), manganese dioxide (MnO 2 ) Olivine - type or NASICON - type phosphates, silicates, sulfates , Or a polymer material or the like may be used, and it is not limited to including a specific component.
상기 음극 활물질은 리튬 금속이나 그 합금 또는 리튬이온이 층간 삽입(intercalation)될 수 있는 화합물이 사용될 수 있는 고분자 재료나 탄소 재료를 포함할 수 있고, 예를 들어, 인조 또는 천연 흑연(graphite) 등의 흑연계, 난(難) 흑연화성 탄소(non-graphitizable carbon, hard-carbon), 또는 이(易) 흑연화성 탄소(graphitizable carbon, soft-carbon), 탄소나노튜브(carbon nanotube, CNT), 탄소나노섬유(carbon nanofiber, CNF), 탄소나노월 (carbon nanowall, CNW) 등과 같은 탄소계 물질 등이 사용될 수 있고, 주석산화물, 규소(Si), 알루미늄(Al), 리튬(Li), 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있으며, 특정 성분을 포함하는 것으로 제한되지 아니한다.The negative active material may include a polymer material or carbon material in which lithium metal or an alloy thereof or a compound capable of intercalation of lithium ions may be used, for example, artificial or natural graphite, etc. Graphite-based, non-graphitizable carbon (hard-carbon), or graphitizable carbon (soft-carbon), carbon nanotube (CNT), carbon nano A carbon-based material such as fiber (carbon nanofiber, CNF), carbon nanowall (CNW), etc. may be used, and tin oxide, silicon (Si), aluminum (Al), lithium (Li), and combinations thereof It may include one or more selected from the group consisting of, it is not limited to including a specific component.
상기 도전재는 전극의 전기전도성을 향상시키기 위한 재료를 포함할 수 있고, 예를 들어, 흑연, 카본 블랙(carbon black), 활성탄(activated carbon), 탄소나노튜브, 탄소나노섬유 등 비표면적, 전기전도성, 액체 전해질 흡수성이 우수한 탄소계가 바람직하게 사용될 수 있고, 특정 재료를 포함하는 것으로 제한되지 아니한다.The conductive material may include a material for improving the electrical conductivity of the electrode, for example, graphite, carbon black, activated carbon, carbon nanotubes, carbon nanofibers, etc. specific surface area, electrical conductivity , a carbon-based material having excellent liquid electrolyte absorption property may be preferably used, and is not limited to including a specific material.
상기 바인더는 전극 활물질, 도전재 등 전극 구성재료 간의 결착력 및 전극 구성재료와 전극 집전체 간의 접착력을 향상시키기 위한 재료를 포함할 수 있고, 예를 들어, 비닐리덴플로라이드(vinylidene fluoride) 계열, 비닐클로라이드(vinylchloride) 계열, 비닐알콜(vinylalcohol) 계열, 아크릴레이트(acrylate) 계열, 에테르(ether) 계열, 아크릴로니트릴(acrylonitrile) 계열, 이미드(imide) 계열, 고무(rubber) 계열, 실록산 (siloxane) 계열, 실리콘 고분자 등을 포함할 수 있고, 특정 재료를 포함하는 것으로 제한되지 아니한다.The binder may include a material for improving the bonding strength between the electrode component materials such as the electrode active material and the conductive material and the adhesive strength between the electrode component material and the electrode current collector, for example, vinylidene fluoride series, vinyl Chloride series, vinyl alcohol series, acrylate series, ether series, acrylonitrile series, imide series, rubber series, siloxane ) series, silicone polymer, etc., and is not limited to including a specific material.
상기 물질을 포함하는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극층은 그중 일부가 상기중간층의 공극 내 전극층 중 일부가 충진될 수 있는 특징이 있으므로, 전극층과 집전체 간의 결합력을 향상시켜 반응 면적 확대되는 바, 본 발명에 따른 리튬이차전지용 전극은 전도도가 우수하고 전극 표면의 전위 분포도가 일정하게 유지되며, 전극 활물질의 이탈이 방지되어 사이클 수명 및 에너지/출력 밀도가 우수한 장점이 있다.Since the electrode layer according to an embodiment of the present invention including the material has a feature that some of them can be filled in some of the electrode layers in the pores of the intermediate layer, the reaction area is enlarged by improving the bonding force between the electrode layer and the current collector, The electrode for a lithium secondary battery according to the present invention has advantages in that it has excellent conductivity, a constant potential distribution on the electrode surface, and prevents separation of the electrode active material, and thus has excellent cycle life and energy/power density.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬이차전지용 전극 제조방법을 나타낸 간략도이다. 이를 참조하면, 금속 박막을 포함하는 집전층을 준비하는 단계(S10), 상기 집전층의 적어도 일면 상에 상기 금속 박막과 동종의 금속 분말을 도포하는 단계(S20), 상기 도포한 금속 분말을 소결하여 다공성의 중간층을 제조하는 단계(S30), 및 상기 중간층 상에 전극 슬러리를 도포하여 전극층을 제조하는 단계(S40)를 포함한다.2 is a schematic diagram illustrating a method for manufacturing an electrode for a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention. Referring to this, preparing a current collecting layer including a metal thin film (S10), applying a metal powder of the same type as the metal thin film on at least one surface of the current collecting layer (S20), sintering the applied metal powder to prepare a porous intermediate layer (S30), and applying an electrode slurry on the intermediate layer to prepare an electrode layer (S40).
상기 집전층을 준비하는 단계(S10)는 중간층을 제조하기 위해 금속 박막을 포함하는 집전층을 준비하는 단계이다. 본 발명의 일 실시예에 따라 준비되는 집전층은 상기 설명한 내용과 동일할 수 있다.The step of preparing the current collecting layer ( S10 ) is a step of preparing a current collecting layer including a metal thin film to prepare an intermediate layer. The current collecting layer prepared according to an embodiment of the present invention may be the same as described above.
상기 금속분말을 도포하는 단계(S20)는 상기 집전층에 포함된 금속 박막과 동종의 금속 분말을 상기 집전층의 적어도 일면 상에 도포하는 단계이다. 상기 금속 분말을 도포하는 단계는 본 발명에서 사용할 수 있는 통상의 도포방법으로써, 예를 들어, 컴마(comma) 방식, 슬릿다이(slit-die) 방식, 그라비아(gravure) 방식, 닥터 블레이드(doctor blade) 방식, 실크스크린(silk screen) 방식, 옵셋(offset) 방식, 스프레이(spray) 방식, 딥(dip) 방식 등을 사용하여 금속 분말을 도포할 수 있다.The step of applying the metal powder (S20) is a step of applying a metal powder of the same type as the metal thin film included in the current collecting layer on at least one surface of the current collecting layer. The step of applying the metal powder is a common application method that can be used in the present invention, for example, a comma method, a slit-die method, a gravure method, a doctor blade. ) method, a silk screen method, an offset method, a spray method, a dip method, etc. can be used to apply the metal powder.
상기 집전층에 도포된 금속분말은 가이드를 거쳐 금속분말을 균일하게 도포하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 금속분말이 균일하게 도포시킴으로써 균일한 도포 두께를 확보할 수 있는 장점이 있다.The method may further include uniformly applying the metal powder applied to the current collecting layer through a guide. There is an advantage in that a uniform coating thickness can be ensured by uniformly coating the metal powder.
본 발명의 일 실시예에 따른 금속 분말은 상기 설명한 내용과 동일할 수 있다.The metal powder according to an embodiment of the present invention may be the same as described above.
상기 중간층을 제조하는 단계(S30)는 상기 도포한 금속 분말을 소결하여 다공성의 중간층을 제조하는 단계이다. The step of preparing the intermediate layer (S30) is a step of preparing a porous intermediate layer by sintering the applied metal powder.
상기 금속 분말을 소결시켜 집전층과 금속분말과의 결합력, 및 금속분말 간의 결합력을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.By sintering the metal powder, there is an advantage in that the bonding strength between the current collecting layer and the metal powder and the bonding strength between the metal powder can be improved.
상기 소결 조건은 환원분위기에서 15~30분 동안 수행될 수 있다. 상기 소결시간이 15분 미만이면 상기 집전층과 금속분말과의 결합력, 및 금속분말 간의 결합력이 저하되는 단점이 있고, 30분을 초과하면 금속분말간의 넥킹이 과도하여, 폐기공(Closed pore)가 다량 발생할 가능성이 있고, 그에 따라 전극슬러리를 함침해도 폐기공으로는 슬러리가 충진되지 못해, 완성품에서 저항의 증가를 유발할 수 있다.The sintering condition may be performed for 15 to 30 minutes in a reducing atmosphere. If the sintering time is less than 15 minutes, there is a disadvantage in that the bonding strength between the current collector layer and the metal powder and the bonding strength between the metal powder is lowered, and if it exceeds 30 minutes, the necking between the metal powders is excessive, and closed pores are formed. There is a possibility of generating a large amount, and accordingly, even if the electrode slurry is impregnated, the slurry cannot be filled into the closed pores, which may cause an increase in resistance in the finished product.
상기 소결 온도는 550~850℃ 일 수 있고, 바람직하게는, 상기 집전층이 음극 집전체인 경우, 550 ~ 650℃의 온도에서 수행될 수 있고, 집전층이 양극 집전체인 경우, 750 ~ 850℃의 온도에서 수행될 수 있다. 상기 집전층 종류에 따라 소결온도가 다른 이유는 집전층에 포함되는 금속의 녹는점이 다른 바, 각각 금속의 녹는점 이하로 소결해야하기 때문이다. 상기 소결온도가 음극 집전층에서 550℃ 미만 또는 양극 집전층에서 750℃ 미만이면 상기 집전층과 금속분말과의 결합력, 및 금속분말 간의 결합력이 저하되는 단점이 있고, 음극 집전층에서 650℃을 초과하거나, 양극 집전층에서 850℃ 를 초과하면 금속분말간의 넥킹이 과도하여, 폐기공(Closed pore)가 다량 발생할 가능성이 있고, 그에 따라 전극슬러리를 함침해도 폐기공으로는 전극 슬러리가 충진되지 못해, 완성된 리튬이차전지에서 저항의 증가를 유발할 수 있다.The sintering temperature may be 550 ~ 850 ℃, preferably, when the current collector layer is a negative electrode current collector, may be carried out at a temperature of 550 ~ 650 ℃, when the current collector layer is a positive electrode current collector, 750 ~ 850 It can be carried out at a temperature of °C. The reason why the sintering temperature is different depending on the type of the current collecting layer is that the melting point of the metal included in the current collecting layer is different, and the sintering should be performed below the melting point of the metal. If the sintering temperature is less than 550° C. in the negative electrode current collector layer or less than 750° C. in the positive electrode current collector layer, there is a disadvantage in that the bonding strength between the current collector layer and the metal powder and the bonding strength between the metal powder is lowered, and the negative electrode current collector layer exceeds 650° C. Alternatively, if the temperature exceeds 850 ° C in the positive electrode current collecting layer, the necking between the metal powders is excessive, and there is a possibility that a large amount of closed pores may occur, and accordingly, even if the electrode slurry is impregnated, the electrode slurry cannot be filled into the closed pores, It may cause an increase in resistance in the completed lithium secondary battery.
상기 전극층을 제조하는 단계(S40)는 상기 중간층 상에 전극 슬러리를 도포하여 전극층을 제조하는 단계이다. 상기 전극 슬러리에 포함된 재료는 상기 전극층에 설명한 내용과 동일 할 수 있다. 또한, 상기 전극 슬러리는 바인더를 용해시키거나 분산시킬 수 있는 분산매를 더 포함할 수 있고, 예를 들어, 피롤리돈(pyrolidinone) 계열, 푸란 (furan) 계열, 아마이드(amide) 계열, 니트릴(nitrile) 계열, 케톤(ketone) 계열, 알코올(alcohol) 계열, 물 (water) 등을 포함할 수 있고, 특정 재료를 포함하는 것으로 제한되지 아니하나 바람직하게는, 피롤리돈 계열로써, N-메틸-2-피롤리돈(N-methyl-2-pyrrolidone; NMP)를 포함할 수 있다.The step of preparing the electrode layer ( S40 ) is a step of preparing an electrode layer by applying an electrode slurry on the intermediate layer. The material included in the electrode slurry may be the same as described for the electrode layer. In addition, the electrode slurry may further include a dispersion medium capable of dissolving or dispersing the binder, for example, a pyrolidinone series, a furan series, an amide series, or a nitrile series. ) series, ketone series, alcohol series, water, etc., and is not limited to including a specific material, but preferably, as a pyrrolidone series, N-methyl- 2-pyrrolidone (N-methyl-2-pyrrolidone; NMP) may be included.
상기 전극 슬러리는 일부가 기공 내로 충진되어 함침되는 바 전극층과 집전체 간의 결합력을 향상시키므로 반응 면적 확대되는 바, 본 발명에 따른 리튬이차전지용 전극은 전도도가 우수하고 전극 표면의 전위 분포도가 일정하게 유지되며, 전극 활물질의 이탈이 방지되어 사이클 수명 및 에너지/출력 밀도가 우수한 장점이 있다.A portion of the electrode slurry is impregnated into the pores and improves the bonding force between the electrode layer and the current collector, so the reaction area is expanded. and the separation of the electrode active material is prevented, so that cycle life and energy/power density are excellent.
본 발명의 일 실시예에 따른 리튬이차전지용 전극 제조방법은 상기 전극층을 제조한 후, 프레스 단계, 절단/세척단계, 및 건조단계를 더 포함할 수 있다. 상기 프레스 단계는 상기 제조된 집전층-중간층-전극층을 포함하는 전극을 프레스하여 두께를 균일화시키고 상기 전극 내 층간 접착력을 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 절단/세척단계는 상기 전극을 원하는 크기 및 모양으로 절단하고, 이물질을 제거할 수 있다. 마지막으로, 건조 단계는 상기 절단되고 이물질이 제거된 전극을 진공 건조하여 전극 내 포함된 분산매로써 수분 및 잔류용매를 제거하여 최종적으로 전극을 제조할 수 있다.The method for manufacturing an electrode for a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention may further include a pressing step, a cutting/washing step, and a drying step after manufacturing the electrode layer. In the pressing step, the electrode including the prepared current collecting layer-intermediate layer-electrode layer is pressed to make the thickness uniform and the interlayer adhesion in the electrode may be improved. In addition, in the cutting/cleaning step, the electrode may be cut to a desired size and shape, and foreign substances may be removed. Finally, in the drying step, the cut and foreign substances are removed by vacuum drying the electrode to remove moisture and residual solvent as a dispersion medium included in the electrode, thereby finally manufacturing an electrode.
이하 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시에 불과하며, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.The present invention will be described in more detail with reference to the following examples. The following examples are only examples to help the understanding of the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereto.
실시예와 비교예 1 내지 5 : 리튬이차전지용 전극을 포함하여 제조된 리튬이차전지Examples and Comparative Examples 1 to 5: Lithium secondary batteries manufactured including electrodes for lithium secondary batteries
- 음극의 제조- Preparation of cathode
(S10, S20, S30) 구리 금속 박막을 포함하는 음극 집전층에 평균입도 (D50) 60 μm 최대 입도 120μm의 구리 금속 분말을 하기 표 1의 조건으로 도포/소결하여 중간층을 제조하였다.(S10, S20, S30) Copper metal powder having an average particle size (D50) of 60 μm and a maximum particle size of 120 μm was coated/sintered under the conditions shown in Table 1 below on the negative electrode current collector layer including the copper metal thin film to prepare an intermediate layer.
(S40) 전극층으로는 흑연 95wt% 및 카본블랙 2wt%, CMC(Carboxy methyl cellulose) 1wt%, SBR(Styrene-Butadiene Rubber) 2wt%를 적당량의 NMP와 혼합하여 음극슬러리를 제조하고 상기 중간층에 도포한 후, 프레스 단계, 절단/세척단계, 및 건조단계를 거쳐 음극을 제조하였다.(S40) For the electrode layer, 95wt% of graphite, 2wt% of carbon black, 1wt% of CMC (Carboxy methyl cellulose), and 2wt% of SBR (Styrene-Butadiene Rubber) were mixed with an appropriate amount of NMP to prepare an anode slurry and applied to the intermediate layer. Then, a negative electrode was manufactured through a pressing step, a cutting/washing step, and a drying step.
- 양극의 제조- Manufacture of anode
(S10, S20, S30) 알루미늄 금속 박막을 포함하는 양극 집전층에 평균입도 (D50) 40μm 최대 입도 100μm의 알루미늄 금속 분말을 하기 표 1의 조건으로 도포/소결하여 중간층을 제조하였다.(S10, S20, S30) An intermediate layer was prepared by coating/sintering aluminum metal powder having an average particle size (D50) of 40 μm and a maximum particle size of 100 μm on the positive electrode current collector layer including the aluminum metal thin film under the conditions shown in Table 1 below.
(S40) 전극층으로는 LiFePo4 94wt%, PVdF(Polyvinylidene Fluoride) 2.5wt%, 아세틸렌 블랙 3.5w% 를 적당량의 NMP와 혼합하여 양극슬러리를 제조하고 상기 중간층에 도포한 후, 프레스 단계, 절단/세척단계, 및 건조단계를 거쳐 음극을 제조하였다.(S40) For the electrode layer, 94wt% of LiFePo4, 2.5wt% of PVdF (Polyvinylidene Fluoride), and 3.5wt% of acetylene black are mixed with an appropriate amount of NMP to prepare a positive electrode slurry, applied to the intermediate layer, press step, cutting/washing step , and a drying step to prepare a negative electrode.
-리튬 이차전지 제조- Lithium secondary battery manufacturing
상기 준비한 음극, 양극 사이에 폴리프로필렌으로 제조한 분리막를 적층시키고, 1M LiPF6가 용해된 EC/EMC용액에 주입하여 리튬이차전지를 제조하였다. 이때, 각 전극의 면적은 약 100cm2이었다.A separator made of polypropylene was laminated between the prepared negative electrode and the positive electrode, and 1M LiPF 6 was injected into the dissolved EC/EMC solution to prepare a lithium secondary battery. At this time, the area of each electrode was about 100 cm 2 .
(가이드 간극 조절)Powder coating thickness
(adjustment of guide gap)
(가이드 간극 조절)Powder coating thickness
(adjustment of guide gap)
공극률 低with high sintering temperature
Porosity 低
공극률 大with low sintering temperature
porosity large
실험예 1 : 리튬이차전지의 방전 용량 측정 본 발명의 일 실시예 및 비교예 1 내지 5에 따른 리튬이차전지를 제조하고 충방전율 0.5C/1C/5C를 기준으로 하기 표 2에 따른 방전용량 측정하고 그 결과를 도 3에 나타내었다. Experimental Example 1: Measurement of Discharge Capacity of Lithium Secondary Battery Lithium secondary batteries according to Examples and Comparative Examples 1 to 5 of the present invention were prepared, and discharge capacity was measured according to Table 2 below based on a charge/discharge rate of 0.5C/1C/5C and the results are shown in FIG. 3 .
상기 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따라 제조한 리튬이차전지는, 본 발명의 금속 분말 도포 두께범위, 소결온도 범위, 및 중간층의 공극률의 범위를 벗어난 비교예 1 내지 4에 따라 제조된 리튬이차전지와 중간층을 포함하지 않는 비교예 5에 따라 제조된 리튬이차전지에 비해, 고전류 충방전 시(5C충전/5C방전), 방전용량이 8% 이상 상승한 것을 확인할 수 있었다.즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬이차전지는 집전층에 포함된 금속 박막과 동종의 금속 분말을 포함하는 다공성인 중간층을 포함하는 리튬이차전지용 전극을 포함하여 상기 중간층 내 공극에 전극층 일부가 충진되어 전극층과 집전체 간의 결합력을 향상시켜 반응 면적 확대되는 바, 본 발명에 따른 리튬이차전지용 전극은 전도도가 우수하고 전극 표면의 전위 분포도가 일정하게 유지되며, 전극 활물질의 이탈이 방지되어 이를 포함하는 리튬이차전지의 방전용량이 우수한 바, 사이클 수명 및 에너지/출력 밀도가 우수한 장점이 있다.Referring to FIG. 3, the lithium secondary battery manufactured according to the embodiment of the present invention is manufactured according to Comparative Examples 1 to 4 outside the range of the metal powder coating thickness, the sintering temperature range, and the porosity of the intermediate layer of the present invention. It was confirmed that the discharge capacity increased by 8% or more during high current charging and discharging (5C charging / 5C discharging) compared to the lithium secondary battery prepared according to Comparative Example 5 which did not include the lithium secondary battery and the intermediate layer. That is, this The lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention includes an electrode for a lithium secondary battery including an electrode for a lithium secondary battery including a porous intermediate layer containing a metal powder of the same kind as a metal thin film included in a current collecting layer. The reaction area is expanded by improving the bonding force between the current collector and the electrode for a lithium secondary battery according to the present invention. Since the discharge capacity of the battery is excellent, the cycle life and energy/output density are excellent.
실험예 2 : 리튬이차전지의 DOD(Depth Of Discharge) 사이클 수명 측정Experimental Example 2: Measurement of DOD (Depth Of Discharge) Cycle Life of Lithium Secondary Battery
본 발명의 일 실시예 및 비교예 1 내지 5에 따른 리튬이차전지를 제조하고 충방전 전류 2C 기준으로 하기 표 3에 따른 DOD 사이클 수명을 측정하고 그 결과를 도 4에 나타내었다.Lithium secondary batteries according to Examples and Comparative Examples 1 to 5 of the present invention were prepared, and the DOD cycle life according to Table 3 was measured based on a charge/discharge current of 2C, and the results are shown in FIG. 4 .
상기 도 4을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따라 제조한 리튬이차전지는 DOD 사이클 수명 측정 결과, 초기 용량 대비 89%였고, 중간층을 포함하지 않는 비교예 5에 따라 제조된 리튬이차전지는 초기 용량 대비 79%였는 바, 용량저하율이 감소하는 것을 확인할 수 있었다.또한, 본 발명의 금속 분말 도포 두께범위, 소결온도 범위, 및 중간층의 공극률의 범위를 벗어난 비교예 1 내지 4에 따라 제조된 리튬이차전지는 상기 비교예 5와 유사한 용량 저하율로써 비교예 5에 비하여 특별한 개선효과가 없다는 것을 확인할 수 있었다.Referring to FIG. 4 , the lithium secondary battery prepared according to the embodiment of the present invention was 89% of the initial capacity as a result of the DOD cycle life measurement, and the lithium secondary battery prepared according to Comparative Example 5 not including the intermediate layer was initially As it was 79% of the capacity, it was confirmed that the capacity reduction rate was reduced. In addition, lithium prepared according to Comparative Examples 1 to 4 out of the range of the metal powder coating thickness, the sintering temperature range, and the porosity of the intermediate layer of the present invention. It was confirmed that the secondary battery had no particular improvement effect compared to Comparative Example 5 with a capacity reduction rate similar to that of Comparative Example 5.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬이차전지는 집전층에 포함된 금속 박막과 동종의 금속 분말을 포함하는 다공성인 중간층을 포함하는 리튬이차전지용 전극을 포함하여 상기 중간층 내 공극에 전극층 일부가 충진되어 전극층과 집전체 간의 결합력을 향상시켜 반응 면적 확대되는 바, 본 발명에 따른 리튬이차전지용 전극은 전도도가 우수하고 전극 표면의 전위 분포도가 일정하게 유지되며, 전극 활물질의 이탈이 방지되어 이를 포함하는 리튬이차전지의 용량저하율이 감소하므로, 사이클 수명 및 에너지/출력 밀도가 우수한 장점이 있다.That is, the lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention includes an electrode for a lithium secondary battery including a porous intermediate layer containing a metal powder of the same kind as a metal thin film included in the current collecting layer, and a part of the electrode layer is in the pores in the intermediate layer. It is filled and the reaction area is expanded by improving the bonding force between the electrode layer and the current collector. The lithium secondary battery electrode according to the present invention has excellent conductivity, the potential distribution on the electrode surface is kept constant, and the separation of the electrode active material is prevented, including this Since the capacity degradation rate of the lithium secondary battery is reduced, cycle life and energy/output density are excellent.
Claims (16)
상기 집전층의 적어도 일면 상에 위치하고, 다공성인 중간층; 및
상기 중간층 상에 위치하고, 그 일부가 상기 중간층의 기공 내로 충진되어 있는 것인 전극층을 포함하는 리튬이차전지용 전극.a current collecting layer including a metal thin film;
a porous intermediate layer positioned on at least one surface of the current collecting layer; and
An electrode for a lithium secondary battery comprising an electrode layer positioned on the intermediate layer, a portion of which is filled into the pores of the intermediate layer.
상기 중간층은 상기 금속 박막과 동종의 금속 분말의 소결체를 포함하는 리튬이차전지용 전극.According to claim 1,
The intermediate layer is an electrode for a lithium secondary battery comprising a sintered body of the same kind of metal powder as the metal thin film.
상기 중간층의 두께는 100~300μm인 것인 리튬이차전지용 전극.According to claim 1,
The thickness of the intermediate layer is an electrode for a lithium secondary battery of 100 ~ 300㎛.
상기 금속 분말의 입경은 30~150μm인 것인 리튬이차전지용 전극.3. The method of claim 2,
The particle diameter of the metal powder is an electrode for a lithium secondary battery of 30 ~ 150㎛.
상기 중간층의 공극률은 30~50%인 것인 리튬이차전지용 전극.According to claim 1,
The porosity of the intermediate layer is an electrode for a lithium secondary battery of 30 to 50%.
상기 금속 박막은 구리(Cu)를 포함하는 리튬이차전지용 전극.According to claim 1,
The metal thin film is an electrode for a lithium secondary battery comprising copper (Cu).
상기 금속 박막은 알루미늄(Al)을 포함하는 리튬이차전지용 전극.According to claim 1,
The metal thin film is an electrode for a lithium secondary battery comprising aluminum (Al).
상기 집전층의 적어도 일면 상에 상기 금속 박막과 동종의 금속 분말을 도포하는 단계;
상기 도포한 금속 분말을 소결하여 다공성의 중간층을 제조하는 단계; 및
상기 중간층 상에 전극 슬러리를 도포하여 전극층을 제조하는 단계를 포함하고,
상기 전극 슬러리 일부가 상기 중간층의 기공 내로 충진되는 것을 특징으로 하는 리튬이차전지용 전극 제조방법.preparing a current collecting layer including a metal thin film;
applying a metal powder of the same type as the metal thin film on at least one surface of the current collecting layer;
sintering the applied metal powder to prepare a porous intermediate layer; and
Comprising the step of preparing an electrode layer by applying an electrode slurry on the intermediate layer,
A method of manufacturing an electrode for a lithium secondary battery, characterized in that a portion of the electrode slurry is filled into the pores of the intermediate layer.
상기 중간층은 상기 금속 박막과 동종의 금속 분말의 소결체를 포함하는 리튬이차전지용 전극 제조방법.9. The method of claim 8,
The intermediate layer is a lithium secondary battery electrode manufacturing method comprising a sintered body of the same type of metal powder as the metal thin film.
상기 중간층의 두께는 100~300μm인 것인 리튬이차전지용 전극 제조방법.9. The method of claim 8,
The thickness of the intermediate layer is 100 ~ 300㎛ method for manufacturing an electrode for a lithium secondary battery.
상기 금속 분말의 입경은 30~150μm인 것인 리튬이차전지용 전극 제조방법.10. The method of claim 9,
A method of manufacturing an electrode for a lithium secondary battery that the particle diameter of the metal powder is 30 ~ 150㎛.
상기 금속 분말을 상기 집전층 상에 도포 후, 가이드를 거쳐 금속 분말을 균일하게 도포하는 것인 리튬이차전지용 전극 제조방법.9. The method of claim 8,
After the metal powder is applied on the current collector layer, the method for manufacturing an electrode for a lithium secondary battery is to uniformly apply the metal powder through a guide.
상기 집전층이 음극 집전체인 경우,
상기 소결은 550 ~ 650℃의 온도에서 수행되는 것인 리튬이차전지용 전극 제조방법.9. The method of claim 8,
When the current collector layer is a negative electrode current collector,
The sintering is a method of manufacturing an electrode for a lithium secondary battery that is performed at a temperature of 550 ~ 650 ℃.
상기 집전층이 양극 집전체인 경우,
상기 소결은 750 ~ 850℃의 온도에서 수행되는 것인 리튬이차전지용 전극 제조방법.9. The method of claim 8,
When the current collector layer is a positive electrode current collector,
The sintering is a method of manufacturing an electrode for a lithium secondary battery that is performed at a temperature of 750 ~ 850 ℃.
상기 소결은 환원분위기에서 수행되는 것인 리튬이차전지용 전극 제조방법.9. The method of claim 8,
The sintering is a method for manufacturing an electrode for a lithium secondary battery that is performed in a reducing atmosphere.
상기 소결은 15~30분 동안 수행되는 것인 리튬이차전지용 전극 제조방법.9. The method of claim 8,
The sintering is a method for manufacturing an electrode for a lithium secondary battery that is performed for 15 to 30 minutes.
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| KR101664811B1 (en) | 2014-03-26 | 2016-10-13 | 전자부품연구원 | Anode slurry for lithium-ion battery, and lithium-ion battery having the anode slurry |
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