KR20220061641A - Negative electrode and method of pre-lithiating a negative electrode - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 음극 및 음극의 전리튬화 방법에 관한 것으로, 상세하게는 버퍼층을 포함하는 음극 및 음극의 전리튬화 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a negative electrode and a method for prelithiation of the negative electrode, and more particularly, to an anode including a buffer layer and a method for prelithiation of the negative electrode.
최근, 충방전이 가능한 이차전지는 와이어리스 모바일 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있다. 또한, 이차전지는, 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등의 에너지원으로서도 주목받고 있다. 따라서, 이차전지를 사용하는 애플리케이션의 종류는 이차전지의 장점으로 인해 매우 다양화되고 있으며, 향후에는 지금보다는 많은 분야와 제품들에 이차전지가 적용될 것으로 예상된다.Recently, rechargeable batteries capable of charging and discharging have been widely used as energy sources for wireless mobile devices. In addition, the secondary battery is attracting attention as an energy source for electric vehicles, hybrid electric vehicles, etc., which have been proposed as a way to solve air pollution of conventional gasoline vehicles and diesel vehicles using fossil fuels. Accordingly, the types of applications using secondary batteries are diversifying due to the advantages of secondary batteries, and it is expected that secondary batteries will be applied to more fields and products in the future than now.
이러한 이차전지는 전극과 전해액의 구성에 따라 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지, 리튬 폴리머 전지 등으로 분류되기도 하며, 그 중 전해액의 누액 가능성이 적으며, 제조가 용이한 리튬이온 폴리머 전지의 사용량이 늘어나고 있다. 일반적으로, 이차전지는 전지케이스의 형상에 따라, 전극조립체가 원통형 또는 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 전지 및 각형 전지와, 전극조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류되며, 전지케이스에 내장되는 전극조립체는 양극, 음극, 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 개재된 분리막 구조로 이루어져 충방전이 가능한 발전소자로서, 활물질이 도포된 긴 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재하여 권취한 젤리-롤형과, 소정 크기의 다수의 양극과 음극을 분리막에 개재된 상태에서 순차적으로 적층한 스택형으로 분류된다.These secondary batteries are sometimes classified into lithium ion batteries, lithium ion polymer batteries, lithium polymer batteries, etc. depending on the composition of the electrode and electrolyte. is increasing In general, secondary batteries include a cylindrical battery and a prismatic battery in which an electrode assembly is embedded in a cylindrical or prismatic metal can, and a pouch-type battery in which the electrode assembly is embedded in a pouch-type case of an aluminum laminate sheet, depending on the shape of the battery case. The electrode assembly built into the battery case consists of a positive electrode, a negative electrode, and a separator structure interposed between the positive electrode and the negative electrode, and is a power generating element capable of charging and discharging. It is classified into a jelly-roll type wound with a separator interposed therebetween, and a stack type in which a plurality of positive and negative electrodes of a predetermined size are sequentially stacked with a separator interposed therebetween.
이러한 음극의 경우 초기 충전 시에 음극 표면에 고체 전해질 계면층(solid electrolyte interface layer, SEI layer)과 같은 부동태 피막이 형성되는데, 상기 부동태 피막은 유기 용매가 음극 내로 삽입되는 것을 방해하고 유기 용매의 분해 반응을 억제하므로, 음극 구조의 안정화, 음극의 가역성을 향상시키며 음극으로서의 사용을 가능케 한다. 그러나, 부동태 피막의 형성 반응은 비가역적 반응이므로 리튬 이온의 소모를 초래하여 전지의 용량을 감소시키는 문제가 있고, 전지의 사이클이 반복됨에 따라 리튬 이온의 소모가 발생하여 용량 감소, 사이클 수명의 저하가 발생하는 문제가 있다.In the case of such a negative electrode, a passivation film such as a solid electrolyte interface layer (SEI layer) is formed on the surface of the negative electrode during initial charging, and the passivation film prevents the organic solvent from being inserted into the negative electrode and decomposes the organic solvent. Therefore, the stability of the anode structure and the reversibility of the anode are improved, and use as a cathode is possible. However, since the formation reaction of the passivation film is an irreversible reaction, there is a problem of reducing the capacity of the battery by causing consumption of lithium ions. There is a problem that occurs.
특히 음극 활물질로서 규소계 물질을 사용할 경우, 규소계 물질은 충전 시에 SEI 층 형성과 활물질 내의 산소로 인한 Li2O로 인해 초기 비가역이 크다는 문제가 있다.In particular, when a silicon-based material is used as an anode active material, the silicon-based material has a problem in that the initial irreversibility is large due to the formation of an SEI layer and Li 2 O due to oxygen in the active material during charging.
이에, 상기 음극에 리튬을 삽입시키는 방법 등에 의해 전리튬화(pre-lithiation)함으로써, 음극 표면에 미리 부동태 피막을 형성시키고, 용량 저하 방지, 사이클 수명 향상을 도모하는 방법이 개발되고 있다.Accordingly, a method of forming a passivation film on the surface of the negative electrode in advance by pre-lithiation by a method of inserting lithium into the negative electrode or the like, preventing capacity reduction and improving cycle life is being developed.
도 1은 종래 음극의 전리튬화 방식을 나타낸 개략도이다.1 is a schematic diagram showing a conventional method of lithiation of a negative electrode.
도 1을 참조하면, 음극(10)은 음극 집전체(11) 상에 음극 활물질층(12)이 형성되어 있는 구조이다. 종래에는 전리튬화를 위해 리튬 금속 호일(13)을 음극 활물질층(12) 상에 물리적으로 접촉하는 방식이 사용되었으며, 때에 따라 리튬 금속 호일(13)이 접촉된 음극(10)을 전해액에 침지시키는 과정이 수행될 수 있었다. 이후 음극(10)은 분리막(15)이 개재된 상태로 양극(16)과 적층되어 전극 조립체(20)로 제조되었다. 상기 양극(16)은 양극 집전체(17) 상에 양극 활물질층(18)이 형성된 구조이다.Referring to FIG. 1 , the
그러나 이 경우 리튬 금속 호일(13)로부터 확산되는 리튬 이온(14)이 음극 활물질층(12)의 표면쪽으로부터 급격하게 반응하게 되며, 이로 인해 음극 활물질층(12)이 두께 방향으로 리튬 이온의 농도가 불균일해지며, 표면부의 급격한 부피 팽창으로 인해 표면에서 활물질이 탈리되거나 크랙(A)이 형성되는 문제가 발생할 수 있다. 또한, 리튬 이온이 급격하게 반응할수록 리튬 이온의 산화물 형성 등 부반응물의 생성 비율이 높아진다.However, in this case, the
이는 음극의 도전성 및 초기 충방전 효율을 저하시키며, 그 결과 이차전지의 사이클 특성을 저하시키게 된다.This lowers the conductivity and initial charge/discharge efficiency of the negative electrode, and as a result, reduces the cycle characteristics of the secondary battery.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 전리튬화 과정에서 리튬 이온의 확산 속도가 지나치게 증가하는 것을 방지함으로써 음극의 물리적인 손상을 방지하고, 용량과 도전성 감소를 완화하며, 음극의 초기 충방전 효율을 향상시켜, 이차전지의 성능 저하를 방지할 수 있는 음극 및 음극의 전리튬화 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been devised to solve the above problems, by preventing the diffusion rate of lithium ions from excessively increasing during the prelithiation process, thereby preventing physical damage to the anode, reducing capacity and conductivity, and reducing the capacity and conductivity of the anode. An object of the present invention is to provide an anode and a method for prelithiation of the anode, which can improve the initial charge/discharge efficiency of the secondary battery and prevent deterioration of the performance of the secondary battery.
본 발명에 따른 음극은 음극 집전체; 음극 집전체의 적어도 일면에 형성되는 음극 활물질층; 및 상기 음극 활물질층 상에 형성되며, 다공성 고분자 매트릭스 내에 전도성 입자가 분산된 구조의 버퍼층; 을 포함한다.The negative electrode according to the present invention includes a negative electrode current collector; a negative active material layer formed on at least one surface of the negative electrode current collector; and a buffer layer formed on the anode active material layer and having a structure in which conductive particles are dispersed in a porous polymer matrix; includes
이 때, 상기 버퍼층 내 전도성 입자는 버퍼층의 총 중량을 기준으로 1 내지 40중량% 포함될 수 있다.In this case, the conductive particles in the buffer layer may be included in an amount of 1 to 40% by weight based on the total weight of the buffer layer.
구체적인 예에서, 상기 다공성 고분자 매트릭스는 폴리불화비닐리덴(PVDF), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리아크릴산(PAA), 폴리에스테르를 포함하는 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상일 수 있다.In a specific example, the porous polymer matrix may be one or more selected from the group consisting of polyvinylidene fluoride (PVDF), polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyacrylic acid (PAA), and polyester. there is.
구체적인 예에서, 상기 전도성 입자는 흑연, 탄소나노튜브(CNT), 비정질 탄소, 그래핀 및 카본 블랙을 포함하는 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 탄소계 물질이다.In a specific example, the conductive particles are one or more carbon-based materials selected from the group consisting of graphite, carbon nanotubes (CNT), amorphous carbon, graphene, and carbon black.
상기 버퍼층은 두께 방향으로 비저항이 5 ohm/cm2 내지 5,000,000 ohm/cm2이다.The buffer layer has a specific resistance of 5 ohm/cm 2 to 5,000,000 ohm/cm 2 in a thickness direction.
구체적인 예에서, 상기 버퍼층의 두께는 0.5 내지 15㎛이다.In a specific example, the thickness of the buffer layer is 0.5 to 15 μm.
또한 본 발명은 음극의 전리튬화 방법을 제공하는바, 본 발명에 따른 음극의 전리튬화 방법은, 음극 집전체의 적어도 일면에 음극 활물질층, 및 버퍼층을 순차적으로 형성하여 음극을 제조하는 단계; 및 상기 음극을 전리튬화하는 단계를 포함하고, 상기 버퍼층은 다공성 고분자 매트릭스 내에 전도성 입자가 분산된 구조이다.The present invention also provides a method for pre-lithiation of a negative electrode, wherein the method for pre-lithiation of a negative electrode according to the present invention comprises the steps of sequentially forming a negative electrode active material layer and a buffer layer on at least one surface of a negative electrode current collector to prepare a negative electrode ; and prelithiating the negative electrode, wherein the buffer layer has a structure in which conductive particles are dispersed in a porous polymer matrix.
이 때, 상기 버퍼층 내 전도성 입자는 버퍼층의 총 중량을 기준으로 1 내지 40중량% 포함될 수 있다.In this case, the conductive particles in the buffer layer may be included in an amount of 1 to 40% by weight based on the total weight of the buffer layer.
구체적으로, 상기 음극을 제조하는 단계에서, 상기 버퍼층은 고분자 화합물 및 전도성 입자가 분산된 분산액을 음극 활물질층 상에 코팅하여 형성된다.Specifically, in the step of manufacturing the negative electrode, the buffer layer is formed by coating a dispersion in which a polymer compound and conductive particles are dispersed on the negative electrode active material layer.
구체적으로, 상기 음극을 전리튬화하는 단계는, 버퍼층 상에 리튬 금속층을 형성하는 과정; 상기 음극을 분리막이 개재된 상태로 양극과 적층하여 제조된 전극 조립체를 전지 케이스 내에 수납하고 전해액을 주입하여 이차전지를 제조하는 과정; 및 상기 이차전지를 에이징하는 과정을 포함한다.Specifically, the prelithiation of the negative electrode includes: forming a lithium metal layer on the buffer layer; manufacturing a secondary battery by accommodating the electrode assembly manufactured by stacking the negative electrode with the positive electrode with a separator interposed therebetween, and injecting an electrolyte into the battery case; and aging the secondary battery.
구체적으로, 상기 리튬 금속층은 이형 필름의 일면에 형성된 리튬 금속 필름을 전사하여 형성된다.Specifically, the lithium metal layer is formed by transferring the lithium metal film formed on one surface of the release film.
이 때, 상기 이차전지는 가압된 상태에서 에이징될 수 있다.In this case, the secondary battery may be aged in a pressurized state.
구체적인 예에서, 상기 다공성 고분자 매트릭스는 폴리불화비닐리덴(PVDF), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리아크릴산(PAA), 폴리에스테르를 포함하는 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상일 수 있다.In a specific example, the porous polymer matrix may be one or more selected from the group consisting of polyvinylidene fluoride (PVDF), polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyacrylic acid (PAA), and polyester. there is.
구체적인 예에서, 상기 전도성 입자는 흑연, 탄소나노튜브(CNT), 비정질 탄소, 그래핀 및 카본 블랙을 포함하는 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 탄소계 물질이다.In a specific example, the conductive particles are one or more carbon-based materials selected from the group consisting of graphite, carbon nanotubes (CNT), amorphous carbon, graphene, and carbon black.
상기 버퍼층은 두께 방향으로 비저항이 5 ohm/cm2 내지 5,000,000 ohm/cm2이다.The buffer layer has a specific resistance of 5 ohm/cm 2 to 5,000,000 ohm/cm 2 in a thickness direction.
구체적인 예에서, 상기 버퍼층의 두께는 0.5 내지 15㎛이다.In a specific example, the thickness of the buffer layer is 0.5 to 15 μm.
본 발명은 음극 활물질층 상에 전기 전도성을 나타내는 버퍼층을 형성하고, 리튬 금속을 전사한 후 전지를 제조함으로써 음극의 전리튬화 과정이 외기 노출 없이 전지 내에서 진행될 수 있다. 또한 전사된 리튬 이온이 음극과 버퍼층을 통해 전기적으로 연결되어 전위차가 형성되며, 리튬 이온은 버퍼층을 통과하여 음극으로 이동(drift)된다. 이 과정에서 리튬 이온을 음극에 삽입할 수 있으며, 음극 내 리튬 이온의 확산 속도를 제어할 수 있다.In the present invention, by forming a buffer layer exhibiting electrical conductivity on the anode active material layer, transferring lithium metal, and then manufacturing a battery, the pre-lithiation process of the anode can proceed in the battery without exposure to external air. In addition, the transferred lithium ions are electrically connected to the negative electrode through the buffer layer to form a potential difference, and the lithium ions pass through the buffer layer and drift to the negative electrode. In this process, lithium ions can be inserted into the negative electrode, and the diffusion rate of lithium ions in the negative electrode can be controlled.
이에 따라 리튬 이온의 부반응을 억제할 수 있고, 두께 방향으로 음극이 균일하게 전리튬화될 수 있고, 이를 통해 음극의 물리적 손상을 최소화할 수 있으며, 음극의 용량과 도전성 감소를 완화할 수 있다. 결과적으로 이차전지 성능이 저하되는 것을 방지할 수 있다.Accordingly, side reactions of lithium ions can be suppressed, and the negative electrode can be uniformly prelithiated in the thickness direction, thereby minimizing physical damage to the negative electrode, and reducing the capacity and conductivity of the negative electrode. As a result, it is possible to prevent the performance of the secondary battery from being deteriorated.
도 1은 종래 음극의 전리튬화 방식을 나타낸 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 음극의 구조를 나타낸 모식도이다.
도 3은 본 발명에 따른 음극의 제조방법의 순서를 나타낸 흐름도이다.
도 4는 본 발명에 따른 음극의 전리튬화 방법을 나타낸 개략도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 음극의 전리튬화 방법에서 리튬 금속층을 형성하는 과정을 나타낸 모식도이다.1 is a schematic diagram showing a conventional method of lithiation of a negative electrode.
2 is a schematic diagram showing the structure of the negative electrode according to the present invention.
3 is a flowchart showing the sequence of a method for manufacturing a negative electrode according to the present invention.
4 is a schematic diagram showing a method for prelithiation of an anode according to the present invention.
5 and 6 are schematic diagrams showing a process of forming a lithium metal layer in the method of prelithiation of the negative electrode according to the present invention.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어 또는 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail. Prior to this, the terms or words used in the present specification and claims should not be construed as being limited to conventional or dictionary meanings, and the inventor should properly understand the concept of the term in order to best describe his invention. It should be interpreted as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the principle that it can be defined in
본 출원에서, "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 "하에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 또한, 본 출원에서 “상에” 배치된다고 하는 것은 상부뿐 아니라 하부에 배치되는 경우도 포함하는 것일 수 있다.In the present application, 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 of a layer, film, region, plate, etc. is said to be “under” another part, it includes not only cases where it is “directly under” another part, but also cases where another part is in between. In addition, in the present application, “on” may include the case of being disposed not only on the upper part but also on the lower part.
이하 본 발명에 대해 자세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
도 2는 본 발명에 따른 음극의 구조를 나타낸 모식도이다.2 is a schematic diagram showing the structure of the negative electrode according to the present invention.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 음극(100)은 음극 집전체(110); 음극 집전체(110)의 적어도 일면에 형성되는 음극 활물질층(120); 및 상기 음극 활물질층(120) 상에 형성되며, 다공성 고분자 매트릭스 내에 전도성 입자가 분산된 구조의 버퍼층(130); 을 포함한다.Referring to FIG. 2 , the
전술한 바와 같이 종래에는 전리튬화시 리튬 금속을 음극 활물질층에 물리적으로 접촉시켰는데, 이 경우 리튬 금속 호일로부터 확산되는 리튬 이온이 음극 활물질층의 표면쪽으로부터 급격하게 반응하게 된다. 이로 인해 음극 활물질층이 두께 방향으로 리튬 이온의 농도가 불균일해지며, 표면부의 급격한 부피 팽창으로 인해 표면에서 활물질이 탈리되거나 크랙이 형성되는 문제가 발생할 수 있다. 이는 음극의 용량 및 도전성을 감소시키고, 이차전지의 성능을 저하시키게 된다.As described above, in the prior art, lithium metal was physically brought into contact with the anode active material layer during prelithiation. In this case, lithium ions diffusing from the lithium metal foil react rapidly from the surface side of the anode active material layer. As a result, the concentration of lithium ions in the anode active material layer becomes non-uniform in the thickness direction, and the active material is detached from the surface or cracks may be formed due to the rapid volume expansion of the surface portion. This reduces the capacity and conductivity of the negative electrode, and deteriorates the performance of the secondary battery.
본 발명은 음극 활물질층 상에 전기 전도성을 나타내는 버퍼층을 형성하고, 리튬 금속을 전사한 후 전지를 제조함으로써 음극의 전리튬화 과정이 외기 노출 없이 전지 내에서 진행될 수 있다. 또한 전사된 리튬 이온이 버퍼층을 통과하여 음극으로 이동(drift)되므로, 이 과정에서 리튬 이온을 음극에 삽입할 수 있으며, 음극 내 리튬 이온의 확산 속도를 제어할 수 있다.In the present invention, by forming a buffer layer exhibiting electrical conductivity on the anode active material layer, transferring lithium metal, and then manufacturing a battery, the pre-lithiation process of the anode can proceed in the battery without exposure to external air. In addition, since the transferred lithium ions pass through the buffer layer and drift to the negative electrode, lithium ions can be inserted into the negative electrode during this process, and the diffusion rate of lithium ions in the negative electrode can be controlled.
이에 따라 리튬 이온의 부반응을 억제할 수 있고, 두께 방향으로 음극이 균일하게 전리튬화될 수 있고, 이를 통해 음극의 물리적 손상을 최소화할 수 있으며, 음극의 용량과 도전성 감소를 완화할 수 있다. 결과적으로 이차전지 성능이 저하되는 것을 방지할 수 있다.Accordingly, side reactions of lithium ions can be suppressed, and the negative electrode can be uniformly prelithiated in the thickness direction, thereby minimizing physical damage to the negative electrode, and reducing the capacity and conductivity of the negative electrode. As a result, it is possible to prevent the performance of the secondary battery from being deteriorated.
이하 본 발명에 따른 음극 및 음극의 전리튬화 방법에 대해 자세히 설명한다.Hereinafter, the negative electrode and the method for prelithiation of the negative electrode according to the present invention will be described in detail.
<음극><Cathode>
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 음극(100)은 음극 집전체(110), 음극 활물질층(120) 및 버퍼층(130)이 순차적으로 적층된 구조이다.Referring to FIG. 2 , the
음극 집전체(110)의 경우, 일반적으로 3 ~ 500 ㎛의 두께로 만들어진다. 이러한 음극 집전체는, 당해전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인레스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 또한, 양극 집전체와 마찬가지로, 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.In the case of the negative electrode
한편, 음극 활물질층(120)은 음극 활물질을 포함하는 음극 슬러리가 집전체 상에 도포된 후 건조 및 압연되어 형성될 수 있다. 여기서 음극 활물질은 바인더 및 도전재를 더 포함할 수 있다.On the other hand, the negative electrode
상기 음극 활물질은 탄소계 활물질 및 실리콘계 활물질로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종을 포함할 수 있다.The negative active material may include at least one selected from the group consisting of a carbon-based active material and a silicon-based active material.
상기 실리콘계 활물질은 본 발명의 음극 또는 이차전지에 우수한 용량 특성을 부여할 수 있으며, SiOx(0≤x<2)로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다. SiO2의 경우 리튬 이온과 반응하지 않아 리튬을 저장할 수 없으므로, x는 상기 범위 내인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 실리콘계 산화물은 SiO일 수 있다. 상기 실리콘계 산화물의 평균 입경(D50)은 충방전 시 구조적 안정성을 기하면서 전해액과의 부반응을 감소시키는 측면에서 1 내지 30㎛, 바람직하게는 3 내지 15㎛일 수 있다. 상기 평균 입경(D50)은 예를 들어, 레이저 회절법(laser diffraction method)을 이용하여 측정할 수 있다.The silicon-based active material may impart excellent capacity characteristics to the negative electrode or secondary battery of the present invention, and may include a compound represented by SiO x (0≤x<2). In the case of SiO 2 , since lithium cannot be stored because it does not react with lithium ions, x is preferably within the above range, and more preferably, the silicon-based oxide may be SiO. The average particle diameter (D 50 ) of the silicon-based oxide may be 1 to 30 µm, preferably 3 to 15 µm, in terms of reducing side reactions with the electrolyte while ensuring structural stability during charging and discharging. The average particle diameter (D 50 ) may be measured using, for example, a laser diffraction method.
상기 탄소계 활물질은 본 발명의 이차전지용 음극 또는 이차전지에 우수한 사이클 특성 또는 전지 수명 성능을 부여할 수 있다. 구체적으로, 상기 탄소계 활물질은 인조 흑연, 천연 흑연, 하드카본, 소프트카본, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 수퍼 P, 그래핀 및 섬유상 탄소로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 인조 흑연 및 천연 흑연으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종을 포함할 수 있다. 상기 탄소계 산화물의 평균 입경(D50)은 충방전 시에 구조적 안정성을 기하고 전해액과의 부반응을 줄이는 측면에서 10 내지 30㎛, 바람직하게는 15 내지 25㎛일 수 있다.The carbon-based active material may impart excellent cycle characteristics or battery life performance to the anode or secondary battery for a secondary battery of the present invention. Specifically, the carbon-based active material may include at least one selected from the group consisting of artificial graphite, natural graphite, hard carbon, soft carbon, carbon black, acetylene black, Ketjen black, super P, graphene, and fibrous carbon. and preferably at least one selected from the group consisting of artificial graphite and natural graphite. The average particle diameter (D 50 ) of the carbon-based oxide may be 10 to 30 µm, preferably 15 to 25 µm, in terms of structural stability during charging and discharging and reducing side reactions with the electrolyte.
구체적으로, 상기 음극 활물질은 용량 특성 및 사이클 특성을 동시에 개선시키는 측면에서 상기 실리콘계 활물질과 상기 탄소계 활물질을 모두 사용할 수 있으며, 구체적으로 상기 음극 활물질은 상기 탄소계 활물질 및 상기 실리콘계 활물질을 50:50 내지 95:5의 중량비, 바람직하게는 60:40 내지 80:20의 중량비로 포함할 수 있다.Specifically, the negative active material may use both the silicon-based active material and the carbon-based active material in terms of simultaneously improving capacity characteristics and cycle characteristics, and specifically, the negative active material is the carbon-based active material and the silicon-based active material 50:50 to 95:5 weight ratio, preferably 60:40 to 80:20 weight ratio.
상기 도전재는 통상적으로 양극 활물질을 포함한 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.The conductive material is typically added in an amount of 1 to 30% by weight based on the total weight of the mixture including the positive active material. Such a conductive material is not particularly limited as long as it has conductivity without causing a chemical change in the battery. For example, graphite such as natural graphite or artificial graphite; carbon black, such as carbon black, acetylene black, Ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and summer black; conductive fibers such as carbon fibers and metal fibers; metal powders such as carbon fluoride, aluminum, and nickel powder; conductive whiskeys such as zinc oxide and potassium titanate; conductive metal oxides such as titanium oxide; Conductive materials such as polyphenylene derivatives may be used.
상기 바인더는 활물질과 도전재 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 양극 활물질을 포함하는 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 바인더의 예로는, 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로오즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 브티렌 고무, 불소 고무, 다양한 공중합체 등을 들 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 30% by weight based on the total weight of the mixture including the positive electrode active material. Examples of such binders include polyvinylidene fluoride, polyvinyl alcohol, carboxymethylcellulose (CMC), starch, hydroxypropylcellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene, polyethylene, poly propylene, ethylene-propylene-diene terpolymer (EPDM), sulfonated EPDM, styrene butyrene rubber, fluororubber, various copolymers, and the like.
한편, 상기 버퍼층(130)은 전리튬화시 리튬 금속과 음극 활물질층 사이에 위치하게 되어 리튬 이온이 이동할 수 있는 통로를 제공하며, 리튬 이온이 음극 활물질층으로 급격하게 확산되는 것을 방지할 수 있다.On the other hand, the
이를 위해, 상기 버퍼층(130)은 다공성 고분자 매트릭스 내에 전도성 입자가 분산된 구조를 가질 수 있다. 즉 다공성 고분자 매트릭스 내의 기공을 통해 리튬 이온 및 전해액이 이동할 수 있으며, 고분자 매트릭스 내의 전도성 입자를 통해 전자가 이동함으로써 전사된 리튬이 버퍼층을 통과하여 지속적으로 음극으로 이동할 수 있다.To this end, the
버퍼층(130)에 적절한 도전성을 제공하기 위해, 상기 버퍼층(130) 내 전도성 입자는 버퍼층(130)의 총 중량을 기준으로 1 내지 40중량% 포함될 수 있다. 상세하게는, 상기 버퍼층(130) 내 전도성 입자는 버퍼층(130)의 총 중량을 기준으로 5 내지 40중량%, 더욱 상세하게는 10 내지 40중량%, 더더욱 상세하게는 20 내지 30중량% 포함될 수 있다. 상기 전도성 입자의 함량이 상기 범위 이내일 때 전도성 입자가 버퍼층(130) 내에서 효과적으로 분산되면서도 버퍼층(130)이 적절한 전기 전도성을 나타내도록 할 수 있다. 버퍼층(130) 내 전도성 입자의 함량이 상기 범위 미만인 경우 버퍼층의 전도성이 감소하여 전사된 리튬에서 음극으로의 이동이 느려져 제한 시간 내에 전리튬화가 완료되지 않을 수 있으며, 전도성 입자의 함량이 상기 범위를 초과할 경우 리튬 이온의 음극으로의 삽입 속도 제어가 어려울 수 있다.In order to provide appropriate conductivity to the
구체적으로, 다공성 고분자 매트릭스는 예를 들어 폴리불화비닐리덴(PVDF), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리아크릴산(PAA), 폴리에스테르를 포함하는 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상일 수 있다. 즉 다공성 고분자 매트릭스는 결착력을 발휘하는 고분자 화합물로 구성되어 있으므로 내부에 기공을 형성하여 리튬 이온 및 전해액이 이동할 수 있는 통로를 제공하는 동시에 별도의 바인더 화합물의 사용 없이 음극 활물질층에 부착될 수 있다. 다만 다공성 고분자 매트릭스를 구성하는 고분자 화합물이 상기 범위에 한정되는 것은 아니고, 결착력을 발휘할 수 있으면서 내부에 기공을 형성할 수 있는 것이라면 어느 것을 사용하여도 무방하다.Specifically, the porous polymer matrix may be, for example, one or more selected from the group consisting of polyvinylidene fluoride (PVDF), polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyacrylic acid (PAA), and polyester. can That is, since the porous polymer matrix is composed of a polymer compound exhibiting binding force, pores are formed therein to provide a passage for lithium ions and electrolyte to move, and at the same time, it can be attached to the anode active material layer without the use of a separate binder compound. However, the polymer compound constituting the porous polymer matrix is not limited to the above range, and any compound capable of forming pores therein while exhibiting binding force may be used.
한편, 상기 전도성 입자는 음극 슬러리에 사용될 수 있는 도전재와 동일 또는 유사한 종류를 사용할 수 있으며, 예를 들어 전도성 입자는 흑연, 탄소나노튜브(CNT), 비정질 탄소, 그래핀 및 카본 블랙을 포함하는 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 탄소계 물질일 수 있다.On the other hand, the conductive particles may use the same or similar type of conductive material that can be used in the negative electrode slurry, for example, the conductive particles include graphite, carbon nanotubes (CNT), amorphous carbon, graphene and carbon black. It may be one or two or more carbon-based materials selected from the group.
이와 같이 특정 범위의 함량을 갖는 전도성 입자를 다공성 고분자 매트릭스에 분산시킴으로써 버퍼층(130)이 적절한 전기 전도성을 나타낼 수 있다. 구체적으로, 상기 버퍼층(130)의 비저항은 두께 방향으로 5 ohm/cm2 내지 5,000,000 ohm/cm2일 수 있으며, 상세하게는 7 ohm/cm2 내지 31,000 ohm/cm2일 수 있으며, 더욱 상세하게는 14 내지 24 ohm/cm2일 수 있다. 비저항이 5 ohm/cm2 미만일 경우 음극의 전기 전도성이 낮아 전리튬화가 충분히 수행되지 않으며, 이후 음극의 성능이 저하될 수 있다. 또한 비저항이 5,000,000 ohm/cm2을 초과할 경우 전리튬화 속도가 지나치게 증가할 수 있다.As such, by dispersing conductive particles having a content in a specific range in the porous polymer matrix, the
한편, 상기 버퍼층(130)은 고분자 화합물 입자들이 서로 결착된 상태로 구성되어 있으며, 전해액이 함침된 상태에서 리튬 금속으로부터 리튬 이온을 받고, 음극으로 리튬 이온을 확산시켜 음극의 전리튬화를 수행하게 된다. 이 때 버퍼층 내의 기공 구조에 의해 리튬 이온의 확산 속도가 제한될 수 있다.On the other hand, the
이 때, 상기 버퍼층(130)의 공극률은 하기 식 1에 의해 계산될 수 있으며, 상기 버퍼층의 공극률은 5 내지 40%, 상세하게는 10 내지 35%, 더욱 상세하게는 15 내지 30%일 수 있다.In this case, the porosity of the
[식 1][Equation 1]
공극률(%) = (진밀도 - 버퍼층의 밀도) / 진밀도 ×100Porosity (%) = (true density - density of buffer layer) / true density × 100
버퍼층(130)의 공극률이 상기 범위 미만일 경우 리튬 이온의 확산 속도가 지나치게 감소할 수 있으며, 음극의 전해액에 대한 함침성이 감소할 수 있다. 반면에 버퍼층의 공극률이 상기 범위를 초과할 경우 전사된 리튬 금속층과 음극 간의 직접 접촉 방지 효과가 감소하여 본 발명의 목적을 달성하기 어렵다.When the porosity of the
아울러, 버퍼층(130)에 형성되는 기공의 평균 직경은 0.1 내지 10㎛, 상세하게는 0.1 내지 2 ㎛의 범위일 수 있다. 이 때 기공의 평균 직경은 수은압입법에 의해 측정된 기공 크기 분포 측정값으로부터 얻어진 기공 부피와 기공 면적으로부터 결정될 수 있다.In addition, the average diameter of the pores formed in the
또한, 상기 버퍼층(130)의 두께는 0.5 내지 15㎛일 수 있으며, 상세하게는 1 내지 10㎛일 수 있고, 더욱 상세하게는 2 내지 5㎛일 수 있다. 버퍼층(130)의 두께가 상기 범위 이내일 때 리튬 이온의 확산 속도가 적절하게 조절될 수 있다. 버퍼층(130)의 두께가 0.5㎛ 미만일 경우 전사된 리튬 금속층과 음극 간의 직접 접촉 방지 효과가 불충분할 수 있다. 버퍼층(130)의 두께가 15㎛를 초과할 경우 리튬 이온의 확산 속도가 지나치게 감소하여 제한 시간 내에 전리튬화가 불충분할 수 있고, 버퍼층에 의한 전지의 저항 증가가 클 수 있다.In addition, the thickness of the
한편, 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 음극(100)은 버퍼층(130) 상에 형성되는 리튬 금속층(140)을 더 포함할 수 있다. 상기 리튬 금속층(140)은 음극(100)의 전리튬화를 위한 것이다. 본 발명은 리튬 금속층(140)을 버퍼층(130) 상에 형성하고, 상기 음극(100)을 사용하여 이차전지를 제조한 다음 이차전지 내에서 전리튬화 과정을 수행할 수 있다. 이를 통해 음극을 별도로 물리적 방법 또는 전기화학적 방법에 의해 전리튬화 하는 과정을 생략할 수 있다. 본 발명에서, 음극의 전리튬화는 후술하는 바와 같이 이차전지의 제조 후 이차전지를 에이징하는 과정에서 수행될 수 있다.Meanwhile, referring to FIG. 2 , the
상기 리튬 금속층(140)의 면적은 음극 활물질층을 모두 덮을 수 있는 정도의 크기를 가질 수 있다. 아울러, 상기 리튬 금속층의 두께는 목표하는 전리튬화 정도에 따라 결정될 수 있으며, 예를 들어 1 내지 50㎛일 수 있다. 상기 리튬 금속층은 후술하는 바와 같이 음극 활물질층 상에 리튬 금속 필름을 전사함으로써 형성될 수 있다.The area of the
<음극의 전리튬화 방법><Method for all-lithiation of cathode>
도 3은 본 발명에 따른 음극의 제조방법의 순서를 나타낸 흐름도이며, 도 4는 본 발명에 따른 음극의 전리튬화 방법을 나타낸 개략도이다.3 is a flowchart showing the sequence of a method for manufacturing a negative electrode according to the present invention, and FIG. 4 is a schematic diagram showing a method for prelithiation of the negative electrode according to the present invention.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 음극의 전리튬화 방법은, 음극 집전체(110)의 적어도 일면에 음극 활물질층(120), 및 버퍼층(130)을 순차적으로 형성하여 음극을 제조하는 단계(S1); 및 상기 음극을 전리튬화하는 단계(S2)를 포함한다. 이 때 상기 버퍼층은 다공성 고분자 매트릭스 내에 전도성 입자가 분산된 구조이다.3 and 4, in the method of prelithiation of the negative electrode according to the present invention, the negative electrode is formed by sequentially forming the negative electrode
본 발명은 음극 활물질층 상에 버퍼층을 형성함으로써, 음극의 전리튬화시 버퍼층의 전기 전도성과 기공 구조 특성에 의해 리튬 이온의 확산 속도가 지나치게 증가하는 것을 방지할 수 있다.According to the present invention, by forming the buffer layer on the negative electrode active material layer, it is possible to prevent excessive increase in the diffusion rate of lithium ions due to the electrical conductivity and pore structure characteristics of the buffer layer during prelithiation of the negative electrode.
이에 따라 두께 방향으로 음극이 균일하게 전리튬화될 수 있고, 이를 통해 리튬의 부반응을 저감할 수 있다. 아울러 음극의 물리적 손상을 최소화할 수 있으며, 음극의 용량과 도전성 감소를 완화할 수 있다. 결과적으로 이차전지 성능이 저하되는 것을 방지할 수 있다.Accordingly, the negative electrode can be uniformly all-lithiated in the thickness direction, thereby reducing the side reaction of lithium. In addition, it is possible to minimize the physical damage of the negative electrode, it is possible to alleviate the reduction in capacity and conductivity of the negative electrode. As a result, it is possible to prevent the performance of the secondary battery from being deteriorated.
이하 본 발명에 따른 음극(100)의 전리튬화 방법에 대해 구체적으로 설명한다.Hereinafter, a method for prelithiation of the
먼저, 음극 집전체(110)의 적어도 일면에 음극 활물질층(120)을 형성한다. 상기 음극 활물질층(120)은 음극 활물질을 포함하는 음극 슬러리를 음극 집전체(110)의 적어도 일면에 도포한 후 건조 및 압연하여 형성된다. 이 때 음극 활물질 및 음극 슬러리에 대한 설명은 전술한 바와 같다.First, the anode
다음으로, 음극 활물질층(120) 상에 버퍼층(130)을 형성한다. 상기 버퍼층(130)은 고분자 화합물 및 전도성 입자가 분산된 분산액을 음극 활물질층(120) 상에 코팅하여 형성된다. 이에 따라 상기 고분자 화합물은 버퍼층 내 다공성 고분자 매트릭스를 구성하게 된다. 이 때 코팅 방식으로는 스프레이 코팅 방식, 잉크젯 인쇄 방식, 슬릿 코팅 방식, 다이 코팅 방식, 스핀 코팅, 및 스퍼터링 코팅으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상으로 도포될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 아울러 코팅된 버퍼층은 소정의 시간 동안 건조될 수 있다.Next, the
상기 다공성 고분자 매트릭스는 폴리불화비닐리덴(PVDF), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리아크릴산(PAA), 폴리에스테르를 포함하는 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 조합일 수 있다.The porous polymer matrix may be one or a combination of two or more selected from the group consisting of polyvinylidene fluoride (PVDF), polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyacrylic acid (PAA), and polyester.
아울러, 상기 전도성 입자는 흑연, 탄소나노튜브(CNT), 비정질 탄소, 그래핀 및 카본 블랙을 포함하는 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 탄소계 물질일 수 있다.In addition, the conductive particles may be one or more carbon-based materials selected from the group consisting of graphite, carbon nanotubes (CNT), amorphous carbon, graphene, and carbon black.
또한, 상기 분산액을 제조하기 위한 분산매로는 테트라하이드로퓨란(THF), N-메틸 피롤리돈(NMP) 또는 헥산과 같은 유기용매를 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In addition, an organic solvent such as tetrahydrofuran (THF), N-methyl pyrrolidone (NMP) or hexane may be used as a dispersion medium for preparing the dispersion, but is not limited thereto.
이 때, 버퍼층 내 전도성 입자의 함량은 전술한 바와 같이 버퍼층의 총 중량을 기준으로 1 내지 40중량%일 수 있으며, 상세하게는 5 내지 40중량%, 더욱 상세하게는 20 내지 30중량% 포함될 수 있다. 따라서, 상기 분산액 제조시 고분자 화합물과 전도성 입자의 중량비는 2.5:1 내지 100:1이 되도록 할 수 있다.At this time, the content of the conductive particles in the buffer layer may be 1 to 40% by weight based on the total weight of the buffer layer, specifically 5 to 40% by weight, more specifically 20 to 30% by weight as described above. there is. Therefore, when preparing the dispersion, the weight ratio of the polymer compound to the conductive particles may be 2.5:1 to 100:1.
아울러, 버퍼층을 제조하기 위한 분산액에서, 고형분의 함량은 분산액의 중량을 기준으로 1 내지 40중량%일 수 있으며, 상세하게는 5 내지 40중량%일 수 있다. 고형분의 함량이 상기 범위 이내일 때 버퍼층 내에 적절한 수준의 기공을 형성할 수 있다.In addition, in the dispersion for preparing the buffer layer, the content of the solid content may be 1 to 40% by weight, specifically 5 to 40% by weight based on the weight of the dispersion. When the solid content is within the above range, pores at an appropriate level may be formed in the buffer layer.
또한, 전술한 바와 같이 상기 버퍼층은 두께 방향으로 비저항이 5 ohm/cm2 내지 5,000,000 ohm/cm2일 수 있으며, 상세하게는 7 ohm/cm2 내지 31,000 ohm/cm2일 수 있으며, 더욱 상세하게는 14 내지 24 ohm/cm2일 수 있다.In addition, as described above, the buffer layer may have a specific resistance in the thickness direction of 5 ohm/cm 2 to 5,000,000 ohm/cm 2 , specifically 7 ohm/cm 2 to 31,000 ohm/cm 2 , and more specifically may be 14 to 24 ohm/cm 2 .
또한, 상기 버퍼층의 두께는 전술한 바와 같이 0.5 내지 15㎛일 수 있으며, 상세하게는 1 내지 10㎛일 수 있고, 더욱 상세하게는 2 내지 5㎛일 수 있다.In addition, the thickness of the buffer layer may be 0.5 to 15 μm, specifically 1 to 10 μm, and more specifically 2 to 5 μm, as described above.
음극(100)이 제조되면, 상기 음극(100)을 전리튬화 하는 단계가 수행된다. 상기 음극을 전리튬화하는 단계는, 상기 음극(100)을 전해액에 함침시킨 상태에서 에이징하는 과정을 포함한다. 함침을 통해 음극의 부피가 일정 수준 팽창하고, 음극 활물질 입자 사이의 거리가 적당히 증가하여 전해액이 입자 사이로 침투할 수 있으며, 이에 따라 리튬 이온이 음극 내부로 더욱 잘 침투할 수 있다.When the
더욱 구체적으로, 도 4를 참조하면, 상기 음극(100)을 전리튬화하는 단계는, 버퍼층(130) 상에 리튬 금속층(140)을 형성하는 과정; 상기 음극(100)을 분리막(200)이 개재된 상태로 양극(300)과 적층하여 제조된 전극 조립체(400)를 전지 케이스(미도시) 내에 수납하고 전해액을 주입하여 이차전지를 제조하는 과정; 및 상기 이차전지를 에이징하는 과정을 포함한다.More specifically, referring to FIG. 4 , the prelithiation of the
이 때, 상기 리튬 금속층(140)은 이형 필름(142)의 일면에 형성된 리튬 금속 필름(140a)을 전사하여 형성될 수 있다.In this case, the
도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 음극의 전리튬화 방법에서 리튬 금속층을 형성하는 과정을 나타낸 모식도이다.5 and 6 are schematic diagrams showing a process of forming a lithium metal layer in the method of prelithiation of the negative electrode according to the present invention.
도 5 및 도 6을 참조하면, 이형 필름(142)의 일면에 리튬 금속 필름(140a)이 형성될 수 있다. 상기 리튬 금속 필름(140a)은 이형 필름 상에 리튬 금속을 기상 증착 또는 진공 증착시켜 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 5를 참조하면 이형 필름(142)이 롤에 의해 이송되는 과정에서 이형 필름(142)의 일면에 리튬 금속이 증착되어 리튬 금속 필름(140a)이 형성될 수 있다. 리튬 금속 필름(140a)이 형성된 이형 필름(142)은 별도의 롤에 권취되어 있다가 필요시 전사를 위해 권출된다.5 and 6 , a
상기 이형 필름(142)으로는 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 트리아세틸 셀룰로오스, 폴리아크릴레이트 및 폴리이미드로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 내열성이 우수함과 동시에 우수한 유연성을 가짐으로써 권취/권출이 용이하다는 측면에서 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 포함할 수 있다.The
상기 이형 필름(142)의 두께는 20㎛ 내지 100㎛, 상세하게는 25㎛ 내지 75㎛일 수 있으며, 상기 범위일 때 충분한 내열성을 가짐으로써 리튬의 기상 증착이 원활하게 수행될 수 있으며, 우수한 유연성을 제공하여 권취/권출에 바람직하다.The thickness of the
이형 필름(142)의 일면에 리튬 금속 필름(140a)이 형성되면, 상기 리튬 금속 필름(140a)을 버퍼층(140) 상에 전사하는 과정이 수행된다. 상기 과정은 롤투롤에 의해 수행될 수 있다.When the
도 6을 참조하면, 버퍼층(130)이 형성된 음극(100)은 별도의 언와인딩 롤(500)에 권취되어 있다가 전사가 시작되면 언와인딩 롤(500)로부터 권출된다. 리튬 금속 필름(140a)이 형성된 이형 필름(142) 또한 별도의 롤(미도시)에 권취되어 있다가 전사가 시작되면 이로부터 권출된다. 이어서, 한 쌍의 가압 롤(700)을 사용하여 이형 필름(142) 및 음극(100)을 가압함으로써 리튬 금속 필름(140a)이 버퍼층(130) 상으로 전사되어 리튬 금속층(140)이 형성될 수 있다. 이 때 가압력의 크기는 통상의 기술자에 의해 적절히 설계될 수 있다. 리튬 금속층(140)이 형성된 음극(100)은 리와인딩 롤(600)에 권취되며, 이 과정에서 이형 필름(142)은 제거될 수 있다.Referring to FIG. 6 , the
이와 같이 제조된 음극(100)은 이차전지 형태로 조립된다. 도 4를 참조하면, 상기 이차전지는 음극(100)과 양극(300) 사이에 분리막(200)이 개재된 상태로 제조된 전극 조립체(400)를 전지 케이스(미도시) 내에 수납하고 전해액을 주입함으로써 제조될 수 있다. 상기 양극(300)은 양극 집전체(310) 상에 양극 활물질을 포함하는 양극 슬러리가 도포되어 양극 활물질층(320)이 형성된 구조이다.The
본 발명에서, 양극 집전체(310)의 경우 일반적으로 3 ~ 500 ㎛의 두께로 만든다. 이러한 양극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테리인레스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것 등이 사용될 수 있다. 집전체는 그것의 표면에 미세한 요철을 형성하여 양극 활물질의 접착력을 높일 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태가 가능하다.In the present invention, the positive electrode
본 발명에서 양극 활물질은, 전기화학적 반응을 일으킬 수 있는 물질로서, 리튬 전이금속 산화물로서, 2 이상의 전이금속을 포함하고, 예를 들어, 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물; 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 리튬 망간 산화물; 화학식 LiNi1-yMyO2 (여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B, Cr, Zn 또는 Ga 이고 상기 원소 중 하나 이상의 원소를 포함, 0.01≤y≤0.7 임)으로 표현되는 리튬 니켈계 산화물; Li1+zNi1/3Co1/3Mn1/3O2, Li1+zNi0.4Mn0.4Co0.2O2 등과 같이 Li1+zNibMncCo1-(b+c+d)MdO(2-e)Ae (여기서, -0.5≤z≤0.5, 0.1≤b≤0.8, 0.1≤c≤0.8, 0≤d≤0.2, 0≤e≤0.2, b+c+d<1임, M = Al, Mg, Cr, Ti, Si 또는 Y 이고, A = F, P 또는 Cl 임)으로 표현되는 리튬 니켈 코발트 망간 복합산화물; 화학식 Li1+xM1-yM'yPO4-zXz(여기서, M = 전이금속, 바람직하게는 Fe, Mn, Co 또는 Ni 이고, M' = Al, Mg 또는 Ti 이고, X = F, S 또는 N 이며, -0.5≤x≤+0.5, 0≤y≤0.5, 0≤z≤0.1 임)로 표현되는 올리빈계 리튬 금속 포스페이트 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.In the present invention, the positive active material is a material capable of causing an electrochemical reaction, as a lithium transition metal oxide, containing two or more transition metals, for example, lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ) substituted with one or more transition metals. ), layered compounds such as lithium nickel oxide (LiNiO 2 ); lithium manganese oxide substituted with one or more transition metals; Formula LiNi 1-y M y O 2 (wherein M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B, Cr, Zn or Ga and includes at least one of the above elements, 0.01≤y≤0.7) Lithium nickel-based oxide represented by; Li 1+z Ni 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 , Li 1+z Ni 0.4 Mn 0.4 Co 0.2 O 2 , etc. Li 1+z Ni b Mn c Co 1-(b+c+d ) M d O (2-e) A e (where -0.5≤z≤0.5, 0.1≤b≤0.8, 0.1≤c≤0.8, 0≤d≤0.2, 0≤e≤0.2, b+c+d <1, M = Al, Mg, Cr, Ti, Si or Y, and A = F, P or Cl) a lithium nickel cobalt manganese composite oxide; Formula Li 1+x M 1-y M' y PO 4-z X z where M = transition metal, preferably Fe, Mn, Co or Ni, M' = Al, Mg or Ti, X = F, S, or N, and -0.5≤x≤+0.5, 0≤y≤0.5, 0≤z≤0.1 olivine-based lithium metal phosphate represented by), but is not limited thereto.
또한, 상기 양극 슬러리는 양극 활물질 외에 도전재 및 바인더를 더 포함하며, 이에 대한 내용은 전술한 바와 같다.In addition, the positive electrode slurry further includes a conductive material and a binder in addition to the positive electrode active material, and the contents thereof are the same as described above.
상기 분리막은 양극과 음극 사이에 개재되며, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 막이 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 시트나 부직포 등이 사용된다. 전해질로서 폴리머 등의 고체 전해질이 사용되는 경우에는 고체 전해질이 분리막을 겸할 수도 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 sheet or non-woven fabric made of glass fiber or polyethylene is used. When a solid electrolyte such as a polymer is used as the electrolyte, the solid electrolyte may also serve as a separator.
한편, 상기 전지 케이스는 전지의 포장을 위한 외장재로 사용되는 것이라면 특별히 제한되지 않으며, 원통형, 각형 또는 파우치형이 사용될 수 있으나, 상세하게는 파우치형 전지 케이스가 사용될 수 있다. 파우치형 전지 케이스는 통상적으로 알루미늄 라미네이트 시트로 이루어져 있으며, 밀봉을 위한 내부 실란트층, 물질의 침투를 방지하는 금속층, 및 케이스의 최외곽을 이루는 외부 수지층으로 구성될 수 있다. 이하 전지 케이스에 대한 구체적인 내용은 통상의 기술자에게 공지된 사항이므로 자세한 설명을 생략한다.Meanwhile, the battery case is not particularly limited as long as it is used as an exterior material for battery packaging, and a cylindrical, prismatic, or pouch type may be used, but in detail, a pouch type battery case may be used. The pouch-type battery case is typically made of an aluminum laminate sheet, and may include an inner sealant layer for sealing, a metal layer preventing material penetration, and an outer resin layer forming the outermost layer of the case. Hereinafter, detailed description of the battery case will be omitted since it is known to those skilled in the art.
한편, 상기 전해액은 리튬염 및 유기 용매를 포함할 수 있다.Meanwhile, the electrolyte may include a lithium salt and an organic solvent.
구체적으로, 상기 리튬염은 LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, CF3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, (FSO2)2NLi, 클로로 보란 리튬, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4 페닐 붕산 리튬, 또는 이들 중 하나 이상을 포함할 수 있다.Specifically, the lithium salt is 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 3 Li, (CF 3 SO 2 ) 2 NLi, (FSO 2 ) 2 NLi, lithium chloroborane, lithium lower aliphatic carboxylate, lithium 4 phenyl borate, or one or more of these.
예를 들어, 상기 유기 용매는 카보네이트계 용매, 에스테르계 용매, 또는 이들 중 2 이상을 포함할 수 있다. 상기 비수계 용매의 예로는, 프로필렌 카보네이트(PC), 에틸렌카보네이트(EC), 디에틸카보네이트(DEC), 디메틸카보네이트(DMC), 디프로필카보네이트(DPC), 디메틸설폭사이드, 아세토니트릴, 디메톡시에탄, 디에톡시에탄, 테트라하이드로퓨란, N-메틸-2-피롤리돈(NMP), 에틸메틸카보네이트(EMC), 감마 부티로락톤(g-부티로락톤), 에틸 프로피오네이트, 메틸 브로피오네이트 등을 단독 또는 2 이상을 혼합하여 사용할 수 있으나, 여기에 제한되지 않는다.For example, the organic solvent may include a carbonate-based solvent, an ester-based solvent, or two or more thereof. Examples of the non-aqueous solvent include propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC), dipropyl carbonate (DPC), dimethyl sulfoxide, acetonitrile, dimethoxyethane , diethoxyethane, tetrahydrofuran, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), ethylmethyl carbonate (EMC), gamma butyrolactone (g-butyrolactone), ethyl propionate, methyl bropionate and the like may be used alone or in combination of two or more, but is not limited thereto.
이차전지가 제조되면, 상기 이차전지를 에이징함으로써 음극의 전리튬화가 수행된다. 버퍼층은 내부의 전도성 입자로 인해 전기 전도성을 띠고 있으므로, 버퍼층의 도전성에 의해 리튬 금속층(140)과 음극 활물질층(120) 간의 쇼트 회로(short circuit)이 형성되고, 이에 따라 이차전지의 에이징 과정에서 리튬 금속층(140)에 있는 리튬 이온(141)이 전해액 함침 및 리튬 금속층(130)과 음극 활물질층(120) 간의 전위차에 의해 버퍼층(130)을 통과하여 음극의 내부로 주입될 수 있다. 이 때, 버퍼층(130)에 의해 리튬 이온(141)의 확산 속도가 조절되므로, 리튬 이온(141)이 음극의 표면에서 급격히 반응하는 것을 방지할 수 있고, 이에 따라 음극 활물질층(120)의 표면에 팽창 또는 이로 인한 크랙이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 아울러 리튬 이온(141)의 확산 속도가 조절됨에 따라 리튬 이온(141)이 음극 활물질층(120) 내에 균일하게 도입될 수 있다.When the secondary battery is manufactured, all-lithiation of the negative electrode is performed by aging the secondary battery. Since the buffer layer has electrical conductivity due to the conductive particles inside, a short circuit is formed between the
또한 음극을 별도로 전해액에 함침시킨 상태에서 리튬 금속층이 형성된 음극을 에이징하여 전리튬화시킬 수도 있으나, 위와 같이 리튬 금속층이 형성된 음극을 이차전지로 조립된 상태에서 전리튬화시킴으로써, 음극을 별도로 물리적 방법 또는 전기화학적 방법에 의해 전리튬화하는 공정을 생략할 수 있으며, 이를 통해 공정에 소요되는 시간 및 비용을 감소시킬 수 있다.In addition, in a state in which the anode is separately immersed in the electrolyte, the anode with the lithium metal layer may be aged to prelithiate, but by prelithiating the anode with the lithium metal layer as described above in the assembled state as a secondary battery, the anode is physically separated Alternatively, the prelithiation process by the electrochemical method may be omitted, and thus the time and cost required for the process may be reduced.
이 때, 상기 이차전지는 가압된 상태에서 에이징될 수 있다. 가압을 통해 리튬 이온의 이동을 좀 더 효과적으로 진행시킬 수 있고, 전리튬화 과정 중에 전극의 부피 변화를 억제할 수 있다. 상기 가압력은 통상의 기술자에 의해 적절히 설계될 수 있으며, 예를 들어 단위 면적당 10 내지 1,000kgf, 상세하게는 30 내지 100kgf의 힘을 가할 수 있다. 가압력의 크기가 10kgf 미만일 경우 가압력이 낮아 전리튬화가 과정 중 음극의 두께 변화에 대응하지 못하여, 분리막과 음극 사이에 공극이 발생할 수 있다 또한 가압력의 크기가 10000kgf를 초과할 경우 분리막 눌림 등의 손상이 발생할 수 있다.In this case, the secondary battery may be aged in a pressurized state. The movement of lithium ions can be more effectively promoted through pressurization, and the volume change of the electrode can be suppressed during the prelithiation process. The pressing force may be appropriately designed by a person skilled in the art, for example, a force of 10 to 1,000 kgf, specifically, 30 to 100 kgf per unit area may be applied. If the pressing force is less than 10 kgf, the pressing force is low, so it cannot cope with the thickness change of the negative electrode during the prelithiation process, so a void may occur between the separator and the negative electrode. can occur
한편 에이징 시간은 통상의 기술자에 의해 적절히 설계될 수 있으며, 예를 들어 30분 내지 96시간일 수 있고, 상세하게는 48시간 내지 72시간일 수 있다.Meanwhile, the aging time may be appropriately designed by a person skilled in the art, for example, may be 30 minutes to 96 hours, and specifically may be 48 hours to 72 hours.
이와 같이, 본 발명은 음극 활물질층 상에 전기 전도성을 가진 버퍼층을 형성함으로써, 음극의 전리튬화 과정이 외기에 노출되지 않고 전지 내에서 진행될 수 있으며, 리튬 이온이 버퍼층을 통과하는 과정에서 리튬 이온의 확산 속도가 지나치게 증가하는 것을 방지할 수 있다.As described above, in the present invention, by forming a buffer layer having electrical conductivity on the anode active material layer, the pre-lithiation process of the anode can proceed in the battery without being exposed to the outside air, and lithium ions in the process of passing through the buffer layer It is possible to prevent the diffusion rate from increasing excessively.
이에 따라 리튬 이온의 부반응이 억제되며, 두께 방향으로 음극이 균일하게 전리튬화될 수 있고, 이를 통해 음극의 물리적 손상을 최소화할 수 있다. 또한 음극의 용량과 도전성 감소를 완화할 수 있다. 결과적으로 이차전지 성능이 저하되는 것을 방지할 수 있다.Accordingly, side reactions of lithium ions are suppressed, and the negative electrode can be uniformly prelithiated in the thickness direction, thereby minimizing physical damage to the negative electrode. In addition, it is possible to alleviate the reduction in the capacity and conductivity of the cathode. As a result, it is possible to prevent the performance of the secondary battery from being deteriorated.
이하 본 발명의 이해를 돕기 위하여 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, examples will be given to help the understanding of the present invention be described in detail. 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
<음극의 제조><Production of cathode>
음극 활물질로서 흑연 85중량% 및 SiO 15%중량%가 혼합된 것을 준비하였다. 상기 음극 활물질 94.5중량%, 도전재로서 Denka Black 1.3중량%, 바인더로서 SBR 3.0중량% 및 증점제로서 CMC 1.2중량%를 물에 첨가하여 음극 슬러리를 제조하였다.As an anode active material, a mixture of 85% by weight of graphite and 15% by weight of SiO was prepared. 94.5 wt% of the anode active material, 1.3 wt% of Denka Black as a conductive material, 3.0 wt% of SBR as a binder, and 1.2 wt% of CMC as a thickener were added to water to prepare a negative electrode slurry.
구리 집전체(두께: 8㎛)의 일면에 음극 슬러리를 80㎛의 두께로 코팅하고 130℃의 진공 오븐에서 건조 및 압연함으로써, 구리 음극 집전체 일면에 음극 활물질층을 형성하였다.A negative electrode active material layer was formed on one surface of a copper negative electrode current collector by coating the negative electrode slurry to a thickness of 80 μm on one surface of a copper current collector (thickness: 8 μm), drying and rolling in a vacuum oven at 130° C.
또한 버퍼층의 형성을 위해 PVDF 및 다중벽 탄소나노튜브(Multi-wall CNT, MWCNT)가 분산된 분산액을 준비하였다. 상기 분산액은 NMP 용매에 PVDF(모델명: KF 9700) 5중량% 및 MWCNT 0.25중량%를 첨가하여 제조되었다. 상기 분산액을 Homodisper 분산기를 사용하여 2000Rpm에서 1시간 동안 혼합하였다. 상기 분산액을 Micro-gravure 코터를 사용하여 음극 활물질층의 표면에 5㎛ 두께로 코팅하고 건조하여 버퍼층을 형성하였다. 즉 버퍼층 내 전도성 입자(MWCNT)의 함량은 버퍼층의 총 중량에 대하여 5중량%였다.In addition, a dispersion solution in which PVDF and multi-wall CNTs (MWCNTs) were dispersed was prepared for the formation of a buffer layer. The dispersion was prepared by adding 5% by weight of PVDF (model name: KF 9700) and 0.25% by weight of MWCNT to an NMP solvent. The dispersion was mixed for 1 hour at 2000 RPM using a Homodisper disperser. The dispersion was coated on the surface of the negative active material layer to a thickness of 5 μm using a micro-gravure coater and dried to form a buffer layer. That is, the content of conductive particles (MWCNT) in the buffer layer was 5% by weight based on the total weight of the buffer layer.
이어서, PET 소재의 이형 필름의 일면에 리튬 금속을 진공 증착법을 사용하여 6㎛ 두께로 증착시켰다. 이를 롤 프레스 장비(Calendering machine, CIS社 CLP-1015)를 사용하여 음극과 함께 가압하여, 버퍼층 상에 리튬 금속층을 전사하였다.Then, lithium metal was deposited on one surface of the PET release film to a thickness of 6 μm using a vacuum deposition method. This was pressurized together with the negative electrode using a roll press equipment (Calendering machine, CIS CLP-1015), and the lithium metal layer was transferred onto the buffer layer.
<하프셀 제조 및 전리튬화><Half-cell manufacturing and pre-lithiation>
상기 제조된 음극에 대하여 하프셀을 제조하였다. 구체적으로 리튬 금속 대극을 준비하고, 음극과 리튬 금속 대극 사이에 상기 음극 다공성의 폴리에틸렌 분리막(Toray社 B09PA1)이 개재되도록 적층하고 이를 파우치형 전지 케이스에 수납한 후, 전해액을 주입하고 실링하여 이차전지를 제조하였다. 상기 전해액은 에틸렌 카보네이트(EC)와 에틸 메틸 카보네이트(EMC)를 3:7의 부피비로 혼합한 유기 용매에 LiPF6를 농도가 1.2M이 되도록 용해하고, 첨가제로서 비닐렌 카보네이트(VC)를 1중량% 첨가한 것을 사용하였다. A half cell was prepared for the prepared negative electrode. Specifically, a lithium metal counter electrode is prepared, the negative electrode porous polyethylene separator (Toray's B09PA1) is interposed between the negative electrode and the lithium metal counter electrode, stacked, and stored in a pouch-type battery case, followed by injecting electrolyte and sealing the secondary battery was prepared. The electrolyte is dissolved in an organic solvent containing ethylene carbonate (EC) and ethyl methyl carbonate (EMC) in a volume ratio of 3: 7 to a concentration of 1.2M, and vinylene carbonate (VC) as an additive by 1 weight % added was used.
상기 이차전지를 단위 면적 당 100kgf로 가압한 상태에서 72시간 동안 에이징함으로써 리튬 금속층 내의 리튬 이온이 모두 음극 내부로 주입될 수 있도록 하였다.The secondary battery was aged for 72 hours in a pressurized state at 100 kgf per unit area so that all lithium ions in the lithium metal layer could be injected into the negative electrode.
실시예 2Example 2
버퍼층의 형성을 위한 분산액으로서 NMP 용매에 PVDF(모델명: KF 9700) 5중량% 및 MWCNT 0.5중량%를 첨가함으로써, 버퍼층 내 전도성 입자(MWCNT)의 함량을 버퍼층의 총 중량에 대하여 10중량%로 한 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 음극을 제조하고 전리튬화를 실시하였다.By adding 5 wt% of PVDF (model name: KF 9700) and 0.5 wt% of MWCNT to the NMP solvent as a dispersion for forming the buffer layer, the content of conductive particles (MWCNT) in the buffer layer was 10 wt% with respect to the total weight of the buffer layer Except for that, an anode was prepared in the same manner as in Example 1, and prelithiation was performed.
실시예 3Example 3
버퍼층의 형성을 위한 분산액으로서 NMP 용매에 PVDF(모델명: KF 9700) 5중량% 및 MWCNT 1.0중량%를 첨가함으로써, 버퍼층 내 전도성 입자(MWCNT)의 함량을 버퍼층의 총 중량에 대하여 20중량%로 한 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 음극을 제조하고 전리튬화를 실시하였다.By adding 5 wt% of PVDF (model name: KF 9700) and 1.0 wt% of MWCNT to the NMP solvent as a dispersion for forming the buffer layer, the content of conductive particles (MWCNT) in the buffer layer was set to 20 wt% with respect to the total weight of the buffer layer Except for that, an anode was prepared in the same manner as in Example 1, and prelithiation was performed.
실시예 4Example 4
버퍼층의 형성을 위한 분산액으로서 NMP 용매에 PVDF(모델명: KF 9700) 5중량% 및 MWCNT 1.5중량%를 첨가함으로써, 버퍼층 내 전도성 입자(MWCNT)의 함량을 버퍼층의 총 중량에 대하여 30중량%로 한 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 음극을 제조하고 전리튬화를 실시하였다.By adding 5 wt% of PVDF (model name: KF 9700) and 1.5 wt% of MWCNT to the NMP solvent as a dispersion for the formation of the buffer layer, the content of conductive particles (MWCNT) in the buffer layer was set to 30 wt% with respect to the total weight of the buffer layer Except for that, an anode was prepared in the same manner as in Example 1, and prelithiation was performed.
실시예 5Example 5
버퍼층의 형성을 위한 분산액으로서 NMP 용매에 PVDF(모델명: KF 9700) 5중량% 및 MWCNT 2.0중량%를 첨가함으로써, 버퍼층 내 전도성 입자(MWCNT)의 함량을 버퍼층의 총 중량에 대하여 40중량%로 한 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 음극을 제조하고 전리튬화를 실시하였다.By adding 5 wt% of PVDF (model name: KF 9700) and 2.0 wt% of MWCNT to the NMP solvent as a dispersion for forming the buffer layer, the content of conductive particles (MWCNT) in the buffer layer was set to 40 wt% with respect to the total weight of the buffer layer Except for that, an anode was prepared in the same manner as in Example 1, and prelithiation was performed.
비교예 1Comparative Example 1
버퍼층을 형성하지 않고, 음극 활물질층 상에 직접 리튬 금속층을 형성한 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 음극을 제조하고 전리튬화를 실시하였다.A negative electrode was prepared in the same manner as in Example 1, except that a lithium metal layer was directly formed on the negative electrode active material layer without forming a buffer layer, and prelithiation was performed.
비교예 2Comparative Example 2
버퍼층의 형성을 위한 분산액으로서 NMP 용매에 PVDF(모델명: KF 9700) 5중량% 및 MWCNT 0.025중량%를 첨가함으로써, 버퍼층 내 전도성 입자(MWCNT)의 함량을 버퍼층의 총 중량에 대하여 0.5중량%로 한 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 음극을 제조하고 전리튬화를 실시하였다.By adding 5 wt% of PVDF (model name: KF 9700) and 0.025 wt% of MWCNT to the NMP solvent as a dispersion for forming the buffer layer, the content of conductive particles (MWCNT) in the buffer layer was 0.5 wt% with respect to the total weight of the buffer layer Except for that, an anode was prepared in the same manner as in Example 1, and prelithiation was performed.
비교예 3Comparative Example 3
버퍼층의 형성을 위한 분산액으로서 NMP 용매에 PVDF(모델명: KF 9700) 5중량% 및 MWCNT 2.5중량%를 첨가함으로써, 버퍼층 내 전도성 입자(MWCNT)의 함량을 버퍼층의 총 중량에 대하여 50중량%로 한 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 음극을 제조하고 전리튬화를 실시하였다.By adding 5 wt% of PVDF (model name: KF 9700) and 2.5 wt% of MWCNT to the NMP solvent as a dispersion for forming the buffer layer, the content of conductive particles (MWCNT) in the buffer layer was set to 50 wt% with respect to the total weight of the buffer layer Except for that, an anode was prepared in the same manner as in Example 1, and prelithiation was performed.
비교예 4Comparative Example 4
버퍼층 형성을 위한 분산액을 음극 활물질의 표면에 0.2㎛의 두께로 코팅하고 건조하여 버퍼층을 형성한 것을 제외하고 실시예 3과 동일하게 음극을 제조하고 전리튬화를 실시하였다.A negative electrode was prepared in the same manner as in Example 3, and prelithiation was carried out in the same manner as in Example 3, except that the dispersion solution for forming the buffer layer was coated on the surface of the negative electrode active material to a thickness of 0.2 μm and dried to form the buffer layer.
실험예Experimental example
<음극의 리튬 도핑량 측정><Measurement of lithium doping amount of cathode>
실시예 및 비교예에 따른 하프셀들 각각에 대하여, 50kpa의 압력으로 셀을 체결한 후 0.1C의 정전류(CC)로 만충전하고, 60분간 방치한 다음 0.1C의 정전류(CC) 3.0V가 될 때까지 방전하였다. 이로부터 방전 프로파일을 구하고 방전 용량(용량 1)을 계산하였다.For each of the half cells according to the embodiment and comparative example, after fastening the cell with a pressure of 50 kpa, it is fully charged with a constant current (CC) of 0.1C, left for 60 minutes, and then the constant current (CC) of 0.1C becomes 3.0V discharged until From this, the discharge profile was obtained and the discharge capacity (capacity 1) was calculated.
또한 음극에 버퍼층을 형성하지 않고, 전리튬화를 진행하지 않은 것을 제외하고는 실시예 및 비교예와 동일하게 하프셀을 제조한 후 동일한 방법으로 방전 용량(용량 2)을 계산하였다. 상기 용량 1과 용량 2의 차이로부터 하기 식과 같이 실시예와 비교예에 따른 하프셀들의 리튬 도핑량을 계산하였다. 그 결과는 표 1에 나타내었다.In addition, the discharge capacity (capacity 2) was calculated in the same manner after preparing a half cell in the same manner as in Examples and Comparative Examples, except that a buffer layer was not formed on the cathode and prelithiation was not performed. From the difference between the capacity 1 and the capacity 2, the lithium doping amount of the half cells according to Examples and Comparative Examples was calculated as shown in the following formula. The results are shown in Table 1.
리튬 도핑량(Lithiation dosage) (%) = (용량 1- 용량 2) / 용량 2 ×100Lithium doping amount (Lithiation dosage) (%) = (Capacity 1 - Volume 2) / Capacity 2 × 100
<초기 쿨롱 효율 측정><Initial Coulomb Efficiency Measurement>
실시예 및 비교예 에 따른 하프셀을 각각 0.1C로 충전 및 방전하고, 이로부터 각각 초기 충전 용량 및 초기 방전 용량을 계산하였다. 그 결과는 표 1에 나타내었다.The half-cells according to Examples and Comparative Examples were respectively charged and discharged at 0.1C, and an initial charge capacity and an initial discharge capacity were respectively calculated therefrom. The results are shown in Table 1.
초기 쿨롱 효율(%)={(초기 방전 용량)/(초기 충전 용량)} ×100Initial Coulombic Efficiency (%) = {(Initial Discharge Capacity)/(Initial Charge Capacity)} × 100
<용량 유지율><Capacity retention rate>
상기 초기 쿨롱 효율 측정이 완료된 하프셀을 0.2C의 정전류(CC)로 만충전하고, 60분간 방치한 다음 0.2C의 정전류(CC)로 3.0V가 될 때까지 방전하며 방전용량을 계산하였다. 이를 초기 용량으로 정의하였다. 이어서 상기 하프셀을 0.2C로 충전 및 방전하는 과정을 49회 반복 실시한 후, 초기 용량 대비 50회의 방전 용량의 비율을 계산하여 이를 용량 유지율로 하였다. 그 결과를 표 1에 나타내었다.The half-cell, on which the initial coulombic efficiency measurement was completed, was fully charged with a constant current (CC) of 0.2 C, left for 60 minutes, and then discharged at a constant current (CC) of 0.2 C until 3.0V to calculate the discharge capacity. This was defined as the initial dose. Then, after repeating the process of charging and discharging the half-cell at 0.2 C 49 times, the ratio of the initial capacity to the discharge capacity of 50 times was calculated and this was used as the capacity retention rate. The results are shown in Table 1.
<버퍼층 비저항 평가><Buffer layer resistivity evaluation>
상기 실시예 1 내지 6 및 비교예 2에서 사용된 버퍼층의 비저항을 측정하였다. 구체적으로 상기 실시예 1 내지 6 및 비교예 2에서 사용된 분산액을 구리 집전체 상에 코팅하여 버퍼층을 형성하였다. 그리고 이를 두께 방향으로 75kPa로 가압한 후 면저항을 측정하였다. 상기 면저항은 저항 측정 장비(HIOKI社 3244-60)를 사용하여 저항을 측정하고, 이를 단면적으로 나누어 계산하였다. 그 결과를 표 1에 도시하였다.The specific resistances of the buffer layers used in Examples 1 to 6 and Comparative Example 2 were measured. Specifically, the dispersions used in Examples 1 to 6 and Comparative Example 2 were coated on a copper current collector to form a buffer layer. And after pressing it at 75 kPa in the thickness direction, the sheet resistance was measured. The sheet resistance was calculated by measuring the resistance using a resistance measuring device (HIOKI 3244-60), and dividing it by the cross-sectional area. The results are shown in Table 1.
표 1을 참조하면, 본 발명과 같이 전기전도성을 갖는 버퍼층을 사용한 전리튬화 방법으로 음극을 제조한 실시예의 경우 비교예 1에 비해 리튬 도핑량 및 초기 쿨롱 효율이 높은 것으로 나타났다. 이는 외기 노출 없이 전리튬화 과정이 진행됨으로써 음극 활물질이 리튬 및 대기 성분과 반응하여 부산물이 생성되는 것이 억제되었기 때문이다. Referring to Table 1, the lithium doping amount and initial coulombic efficiency were found to be higher than those of Comparative Example 1 in the case of the example in which the negative electrode was prepared by the all-lithiation method using the buffer layer having electrical conductivity as in the present invention. This is because the pre-lithiation process proceeds without exposure to external air, thereby suppressing the generation of by-products by the reaction of the negative electrode active material with lithium and atmospheric components.
마찬가지로, 실시예에 따라 제조된 하프셀의 경우 비교예 1에 비해 용량 유지율이 높은 것으로 나타났다. 이는 전리튬화시 음극으로의 리튬 이온 삽입 속도가 제어되어 음극의 물리적 손상을 최소화하였기 때문이다.Similarly, in the case of the half-cell manufactured according to the example, it was found that the capacity retention rate was higher than that of Comparative Example 1. This is because the lithium ion insertion rate into the negative electrode is controlled during all-lithiation to minimize physical damage to the negative electrode.
비교예 2의 경우 버퍼층의 비저항이 매우 큰 것으로 나타났다. 또한 비교예 2의 경우 전리튬화가 거의 진행되지 못하고 전사된 리튬이 버퍼층 상에 대부분 남아 있는 것으로 확인되었는데, 이는 버퍼층의 높은 비저항 문인 것을 알 수 있다.In Comparative Example 2, the specific resistance of the buffer layer was found to be very large. Also, in the case of Comparative Example 2, it was confirmed that the prelithiation hardly proceeded and most of the transferred lithium remained on the buffer layer, which was found to be due to the high resistivity of the buffer layer.
비교예 3의 경우 버퍼층 내 많은 전도성 입자가 포함되어 있어, 버퍼층의 비저항이 지나치게 낮았으며 이에 따라 리튬 이온의 음극으로의 삽입 속도 제어가 어려워진 결과 전지의 성능이 감소한 것을 알 수 있다.In the case of Comparative Example 3, since many conductive particles were included in the buffer layer, the specific resistance of the buffer layer was too low. As a result, it was difficult to control the insertion rate of lithium ions into the negative electrode. As a result, it can be seen that the performance of the battery decreased.
한편, 비교예 4의 경우, 버퍼층의 두께가 지나치게 얇아, 음극과 리튬 금속층 사이의 직접 접촉을 방지하는 본 발명의 효과가 달성되기 어려웠으며, 그 결과 전지의 성능이 실시예에 비해 감소한 것을 알 수 있다.On the other hand, in the case of Comparative Example 4, the thickness of the buffer layer was too thin, and it was difficult to achieve the effect of the present invention of preventing direct contact between the negative electrode and the lithium metal layer, and as a result, it can be seen that the performance of the battery was reduced compared to the Example. there is.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely illustrative of the technical spirit of the present invention, and various modifications and variations will be possible without departing from the essential characteristics of the present invention by those skilled in the art to which the present invention pertains. Accordingly, the drawings disclosed in the present invention are for explanation rather than limiting the technical spirit of the present invention, and the scope of the technical spirit of the present invention is not limited by these drawings. The protection scope of the present invention should be construed by the following claims, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the scope of the present invention.
한편, 본 명세서에서 상, 하, 좌, 우, 전, 후와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용되었으나, 이러한 용어들은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있음은 자명하다.Meanwhile, in this specification, terms indicating directions such as up, down, left, right, front, and back are used, but these terms are for convenience of explanation only, and may vary depending on the location of the object or the position of the observer. It is self-evident that
10, 100: 음극
11, 110: 음극 집전체
12, 120: 음극 활물질층
13, 140: 리튬 금속층
14, 141리튬 이온
15, 200: 분리막
16, 300: 양극
17, 310: 양극 집전체
18, 400: 전극 조립체
130: 버퍼층
131: 전도성 입자
140a: 리튬 금속 필름
142: 이형 필름
500: 언와인딩 롤
600: 리와인딩 롤
700: 가압 롤10, 100: cathode
11, 110: negative electrode current collector
12, 120: anode active material layer
13, 140: lithium metal layer
14, 141 lithium ion
15, 200: separator
16, 300: positive electrode
17, 310: positive electrode current collector
18, 400: electrode assembly
130: buffer layer
131: conductive particles
140a: lithium metal film
142: release film
500: unwinding roll
600: rewinding roll
700: pressure roll
Claims (17)
음극 집전체의 적어도 일면에 형성되는 음극 활물질층; 및
상기 음극 활물질층 상에 형성되며, 다공성 고분자 매트릭스 내에 전도성 입자가 분산된 구조의 버퍼층; 을 포함하는 음극.
negative electrode current collector;
a negative active material layer formed on at least one surface of the negative electrode current collector; and
a buffer layer formed on the anode active material layer and having a structure in which conductive particles are dispersed in a porous polymer matrix; A negative electrode comprising a.
상기 버퍼층 내 전도성 입자는 버퍼층의 총 중량을 기준으로 1 내지 40중량% 포함되는 음극.
According to claim 1,
The anode in which the conductive particles in the buffer layer are included in an amount of 1 to 40% by weight based on the total weight of the buffer layer.
상기 다공성 고분자 매트릭스는 폴리불화비닐리덴(PVDF), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리아크릴산(PAA), 폴리에스테르를 포함하는 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상인 음극.
According to claim 1,
The porous polymer matrix is polyvinylidene fluoride (PVDF), polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyacrylic acid (PAA), one or two or more kinds of negative electrode selected from the group comprising polyester.
상기 전도성 입자는 흑연, 탄소나노튜브(CNT), 비정질 탄소, 그래핀 및 카본 블랙을 포함하는 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 탄소계 물질인 음극.
According to claim 1,
The conductive particles are graphite, carbon nanotubes (CNTs), amorphous carbon, graphene, and a negative electrode which is one or more carbon-based materials selected from the group consisting of carbon black.
상기 버퍼층은 두께 방향으로 비저항이 5 ohm/cm2 내지 5,000,000 ohm/cm2인 음극.
According to claim 1,
The buffer layer has a specific resistance in a thickness direction of 5 ohm/cm 2 to 5,000,000 ohm/cm 2 A cathode.
상기 버퍼층의 두께는 0.5 내지 15㎛인 음극.
According to claim 1,
The thickness of the buffer layer is 0.5 to 15㎛ the cathode.
상기 버퍼층 상에 형성되는 리튬 금속층을 더 포함하는 음극.
According to claim 1,
The negative electrode further comprising a lithium metal layer formed on the buffer layer.
상기 음극을 전리튬화하는 단계를 포함하고,
상기 버퍼층은 다공성 고분자 매트릭스 내에 전도성 입자가 분산된 구조인 음극의 전리튬화 방법.
manufacturing a negative electrode by sequentially forming a negative electrode active material layer and a buffer layer on at least one surface of the negative electrode current collector; and
prelithiating the negative electrode;
The method of prelithiation of the anode in which the buffer layer is a structure in which conductive particles are dispersed in a porous polymer matrix.
상기 버퍼층 내 전도성 입자는 버퍼층의 총 중량을 기준으로 1 내지 40중량% 포함되는 음극의 전리튬화 방법.
9. The method of claim 8,
The method for prelithiation of the negative electrode in which the conductive particles in the buffer layer are included in an amount of 1 to 40% by weight based on the total weight of the buffer layer.
상기 음극을 제조하는 단계에서,
상기 버퍼층은 고분자 화합물 및 전도성 입자가 분산된 분산액을 음극 활물질층 상에 코팅하여 형성되는 음극의 전리튬화 방법.
9. The method of claim 8,
In the step of preparing the negative electrode,
The buffer layer is a method of prelithiation of a negative electrode formed by coating a dispersion in which a polymer compound and conductive particles are dispersed on the negative electrode active material layer.
상기 음극을 전리튬화하는 단계는,
버퍼층 상에 리튬 금속층을 형성하는 과정;
상기 음극을 분리막이 개재된 상태로 양극과 적층하여 제조된 전극 조립체를 전지 케이스 내에 수납하고 전해액을 주입하여 이차전지를 제조하는 과정; 및
상기 이차전지를 에이징하는 과정을 포함하는 음극의 전리튬화 방법.
9. The method of claim 8,
The step of prelithiation of the negative electrode,
forming a lithium metal layer on the buffer layer;
manufacturing a secondary battery by accommodating the electrode assembly manufactured by stacking the negative electrode with the positive electrode with a separator interposed therebetween, and injecting an electrolyte solution; and
A method of prelithiation of a negative electrode comprising the step of aging the secondary battery.
상기 리튬 금속층은 이형 필름의 일면에 형성된 리튬 금속 필름을 전사하여 형성되는 음극의 전리튬화 방법.
9. The method of claim 8,
The lithium metal layer is a pre-lithiation method of a negative electrode formed by transferring a lithium metal film formed on one surface of the release film.
상기 이차전지는 가압된 상태에서 에이징되는 음극의 전리튬화 방법.
12. The method of claim 11,
The method for prelithiation of the negative electrode in which the secondary battery is aged in a pressurized state.
상기 다공성 고분자 매트릭스는 폴리불화비닐리덴(PVDF), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리아크릴산(PAA), 폴리에스테르를 포함하는 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 조합인 음극의 전리튬화 방법.
9. The method of claim 8,
The porous polymer matrix is one or more combinations of polyvinylidene fluoride (PVDF), polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyacrylic acid (PAA), and polyester. Lithation method.
상기 전도성 입자는 흑연, 탄소나노튜브(CNT), 비정질 탄소, 그래핀 및 카본 블랙을 포함하는 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 탄소계 물질인 음극의 전리튬화 방법.
9. The method of claim 8,
The method for prelithiation of an anode, wherein the conductive particles are one or more carbon-based materials selected from the group consisting of graphite, carbon nanotubes (CNT), amorphous carbon, graphene, and carbon black.
상기 버퍼층은 두께 방향으로 비저항이 5 ohm/cm2 내지 5,000,000 ohm/cm2인 음극의 전리튬화 방법.
9. The method of claim 8,
The buffer layer has a specific resistance in a thickness direction of 5 ohm/cm 2 to 5,000,000 ohm/cm 2 A method of prelithiation of a cathode.
상기 버퍼층의 두께는 0.5 내지 15㎛인 음극의 전리튬화 방법.
9. The method of claim 8,
The thickness of the buffer layer is 0.5 to 15㎛ prelithiation method of the negative electrode.
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WO2023224401A1 (en) * | 2022-05-19 | 2023-11-23 | 주식회사 엘지에너지솔루션 | Method for manufacturing electrode for lithium secondary battery, and lithium secondary battery comprising electrode |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20180127044A (en) | 2017-05-19 | 2018-11-28 | 주식회사 엘지화학 | Pre-lithiation Method of Silicon oxide Anode Electrodes for secondary battery |
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---|---|---|---|---|
KR20180127044A (en) | 2017-05-19 | 2018-11-28 | 주식회사 엘지화학 | Pre-lithiation Method of Silicon oxide Anode Electrodes for secondary battery |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2023224401A1 (en) * | 2022-05-19 | 2023-11-23 | 주식회사 엘지에너지솔루션 | Method for manufacturing electrode for lithium secondary battery, and lithium secondary battery comprising electrode |
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