KR20220063965A - 강유전체를 포함하는 이차전지용 양극 및 이의 제조방법 - Google Patents

강유전체를 포함하는 이차전지용 양극 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 강유전체를 포함하는 이차전지용 양극 및 이의 제조방법에 관한 것으로써, 본 발명에 따른 이차전지용 양극의 제조방법은 강유전체로 저가 소재를 사용하는 바 공정의 경제성이 높다. 또한, 본 발명의 이차전지용 양극은 강유전체를 포함시켜 이를 포함하는 이차전지의 출력 성능 및 고율에서의 용량을 향상시킬 수 있다.

Description

강유전체를 포함하는 이차전지용 양극 및 이의 제조방법{Secondary battery positive electrode including ferroelectric and manufacturing method thereof}
본 발명은 강유전체를 포함하여 출력 성능을 향상시키고 고율에서 용량 발현을 향상시키는 이차전지용 양극에 관한 것이다.
이차전지는 전기자동차나 전지전력저장시스템 등의 대용량 전력저장전지와 휴대전화, 캠코더, 노트북 등의 휴대 전자기기의 소형의 고 성능 에너지원으로 사용되고 있다. 휴대전자기기의 소형화와 장시간 연속사용을 목표로 부품의 경량화와 저 소비전력화에 대한 연구와 더불어 소형이면서 고용량을 실현할 수 있는 이차전지가 요구되고 있다.
이차전지로서의 리튬이온전지는 니켈망간전지나 니켈카드뮴전지보다 에너지 밀도가 높고 면적당 용량이 크다. 또한 자기방전율이 낮으며 수명이 길다. 게다가 메모리 효과가 없어서 사용의 편리성과 장수명의 특성을 지닌다.
다만, 이차전지의 출력 성능 및 고율에서의 용량 발현을 증가시키기 위한 개발이 필요한 실정이었다.
대한민국 등록특허공보 10-1417268
본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 그 구체적인 목적은 다음과 같다.
본 발명은 강유전체를 포함하는 이차전지용 양극 및 이의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
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.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 양극은 강유전체, 양극 활물질, 바인더 및 도전재를 포함하고, 상기 강유전체는 입경이 100nm~5μm이다.
상기 강유전체는 양극 전체 중량 100중량%을 기준으로 1~10중량%를 포함할 수 있다.
상기 강유전체는 BaTiO3, (Ba, Sr)TiO3, PbTiO3, LiNbO3, Pb(Zr, Ti)O3, SrBi2Ti2O9 및 Amorphous V2O5로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 양극 활물질은 LiMn2O4, LiCoO2, LiNiO2, LiNiCoMnO2, LiFeO4 및LiMnCoNi3O2로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 양극의 제조방법은 강유전체 및 용매를 분산시켜 분산액을 제조하는 단계; 활물질, 바인더, 도전재 및 용매를 혼합하여 양극 슬러리를 제조하는 단계; 상기 분산액과 양극 슬러리를 혼합하여 혼합 양극 슬러리를 제조하는 단계; 상기 혼합 양극 슬러리를 기재에 도포하는 단계; 및 상기 도포된 혼합 양극 슬러리를 건조하는 단계를 포함한다.
상기 분산액은 7~15분 동안 초음파로 분산시켜 제조될 수 있다.
상기 혼합 양극 슬러리는 7~15분 동안 혼합시켜 제조될 수 있다.
상기 건조는 75~95℃의 온도로 수행될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지는 상기 양극을 포함하고, 1~5C에서 120~180mAh/g 용량을 갖는다.
본 발명에 따른 이차전지용 양극의 제조방법은 강유전체로 저가 소재를 사용하는 바 공정의 경제성이 높다. 또한, 본 발명의 이차전지용 양극은 강유전체를 포함시켜 이를 포함하는 이차전지의 출력 성능 및 고율에서의 용량을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과로 한정되지 않는다. 본 발명의 효과는 이하의 설명에서 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 양극의 제조방법을 간략하게 나타낸 흐름도이다.
도 2는 실시예 1 내지 실시예 4 및 비교예 1에 따라 제조된 이차전지의 사이클에 따른 용량을 나타낸 그래프이다.
도 3은 실시예 1 내지 실시예 4 및 비교예 1에 따라 제조된 이차전지의 고율에서의 사이클에 따른 용량을 나타낸 그래프이다.
도 4는 실시예 1 및 비교예 2에 따라 제조된 이차전지에 포함된 강유전체의 입경 크기에 따른 XRD 분석 결과를 나타낸 그래프이다.
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.
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.
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.
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.
이차전지용 양극
본 명세서에 있어서, 이차전지용 양극은 이차전지를 제조하기 위해 사용될 수 있는 양극으로써, 이를 포함하는 이차전지의 출력 및 용량을 향상시킬 수 있는 것이라면 특별히 제한되지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 양극은 강유전체, 양극 활물질, 바인더 및 도전재를 포함할 수 있고, 바람직하게는, 양극 전체 중량 100중량%을 기준으로, 강유전체 1~10중량%, 양극 활물질 80~95중량%, 바인더 1~10중량% 및 도전재 1~10중량%를 포함할 수 있다.
(1) 강유전체
본 발명의 일 실시예에 따른 강유전체는 양극 활물질 표면의 전하분포를 균일하게 만들고, 분극에 의해 리튬이온의 이동을 빠르게 하여 금속이온의 석출을 억제하는 역할을 할 수 있는 것이면 특별히 제한되지 않는다.
본 발명에 따른 강유전체는 본 발명에서 사용할 수 있는 통상의 공지된 강유전체, 예를 들어, BaTiO3, (Ba, Sr)TiO3, PbTiO3, LiNbO3, Pb(Zr, Ti)O3, SrBi2Ti2O9 및 Amorphous V2O5로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 강유전체는 치환되는 원소의 종류 및 온도에 따라 비유전율과 결정구조가 변화하며, 유전성을 띠는 정도를 변화시킬 수 있는 특징이 있다. 특히, 이중 페로브스카이트 구조를 가지는 경우, 일정온도 이상이 되면 저항이 증가하는 PTC(positive thermal coefficient) 특성을 가지므로 강유전성이 소망하는 온도구간에서 발휘되게 할 수 있으며, 전지에의 활용으로는 안전성 및 저온 특성을 향상시키는 목적으로도 사용가능하다는 특징이 있다. 한편, 이러한 강유전체 물질을 첨가하여 제조된 이차전지용 양극은 원하는 온도 범위에서 강유전성이 유지시킬 수 있고, 첨가 원소에 따라 Tc(Curie temperature)를 조정하여 특정한 온도범위에서 작동하도록 하거나, 사용온도의 제한이 없도록 하는 것이 가능한 특징이 있다. 따라서, 본 발명에 따른 강유전체는 특정 성분을 포함하는 것으로 제한하지 아니하나, 바람직하게는, 금속이온의 석출로 인해 발생하는 전해액의 분해반응을 효율적으로 억제시켜 본 발명에 따른 전지의 고온 보존시의 성능 저하(잔존 용량과 회복 용량의 감소)를 억제시켜 주는 효과 및 일정온도 이상이 될 때 저항을 증가시켜 안전성에 도움이 되는 효과를 낼 수 있는 BaTiO3를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 강유전체의 입경은 100nm~5μm일 수 있고, 바람직하게는 1~3μm일 수 있다. 입경이 100nm 미만이면 강유전체의 유전율이 떨어지는 단점이 있고, 5μm를 초과하면 접촉 면적이 작아지고, 슬러리 품질이 떨어지는 단점이 있다.
본 발명에 따른 강유전체의 함량은 양극 전체 중량 100중량%을 기준으로 1~10중량%일 수 있다. 함량이 1중량% 미만이면 강유전체의 유전율이 영향을 미치기 어려운 단점이 있고, 10중량%를 초과하면 활물질 비율이 줄어들어 전지의 용량이 하락하는 단점이 있다.
따라서, 본 발명에 따른 이차전지용 양극은 강유전체를 포함시켜 양극 활물질 표면의 전하분포를 균일하게 만들고, 분극에 의해 리튬이온의 이동을 빠르게 하여 금속이온의 석출을 억제시킴으로써, 금속이온의 석출로 인해 발생하는 전해액의 분해반응을 효율적으로 억제시켜 본 발명에 따른 전지의 고온 보존시의 성능 저하(잔존 용량과 회복 용량의 감소)를 억제시켜 주는 효과 및 일정온도 이상이 될 때 저항을 증가시켜 안전성에 도움이 되는 효과를 낼 수 있는 있으므로, 이를 포함하는 이차전지의 출력 성능 및 고율에서의 용량을 향상시킬 수 있는 특징이 있다.
(2) 양극 활물질
본 발명의 일 실시예에 따른 양극 활물질은 리튬이온을 흡장 방출할 수 있는 물질이라면 특별히 제한되지 않는다.
본 발명에 따른 양극 활물질은 본 발명에서 사용할 수 있는 통상의 공지된 양극 활물질, 예를 들어, 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물이나 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 화합물; 화학식 Li1+xMn2-xO4(x = 0 ~ 0.33), LiMnO3, LiMn2O3, LiMnO2 등의 리튬 망간 산화물; 리튬 동 산화물(Li2CuO2); LiV3O8, LiFe3O4, V2O5, Cu2V2O7 등의 바나듐 산화물; 화학식 LiNi1-xMxO2(M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B 또는 Ga이고, x = 0.01 ~ 0.3)으로 표현되는 Ni 사이트형 리튬 니켈 산화물; 화학식 LiMn2-xMxO2(M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn 또는 Ta 이고, x = 0.01 ~ 0.1) 또는 Li2Mn3MO8(M = Fe, Co, Ni, Cu 또는 Zn)으로 표현되는 리튬 망간 복합 산화물; 화학식의 Li 일부가 알칼리토금속 이온으로 치환된 LiMn2O4; 디설파이드 화합물; Fe2(MoO4)3 등을 들 수 있다. 그 중에서도 LiMn2O4, LiCoO2, LiNiO2, LiMnCoNiO2, LiNiCoMnO2, LiFeO4 등 일 수 있고, 특정 성분을 포함하는 것으로 제한되지 아니하나, 바람직하게는 LiNiCoMnO2 또는 상기 LiNiCoMnO2의 비율, 입경 또는 성질 등에 따른 한 종류 이상의 혼합물일 수 있다.
본 발명에 따른 양극 활물질의 함량은 양극 전체 중량 100중량%을 기준으로80~95중량%일 수 있다. 함량이 80중량% 미만이면 전지 용량이 떨어지는 단점이 있고, 95중량%를 초과하면 점착력 약화로 전극 안정성이 떨어지거나, 전도성 약화로 용량이 떨어지는 단점이 있다.
(3) 바인더
본 발명의 일 실시예에 따른 바인더는 활물질과 도전제 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분이면 특별히 제한되지 않는다.
본 발명에 따른 바인더는 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 브티렌 고무, 불소 고무, 다양한 공중합체 등으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있고, 특정 성분을 포함하는 것으로 제한되지 않으나, 바람직하게는 폴리불화비닐리덴, 혹은 1종 이상 종류의 폴리불화비닐리덴의 혼합물일 수 있다.
본 발명에 따른 바인더의 함량은 양극 전체 중량 100중량%을 기준으로2~5중량%일 수 있다. 함량이 2중량% 미만이면 전극 점착력이 떨어져 전극이 불안정하여 수명이 하락하는 단점이 있고, 5중량%를 초과하면 활물질 감소로 용량이 하락하는 단점이 있다.
(4) 도전재
본 발명의 일 실시예에 따른 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되지 않는다.
본 발명에 따른 도전재는 본 발명에서 사용할 수 있는 통상의 공지된 도전재, 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 도전성금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있고, 특정 성분을 포함한느 것으로 제한되지 아니하나, 바람직하게는 카본블랙과 흑연의 혼합물일 수 있다.
본 발명에 따른 도전재의 함량은 양극 전체 중량 100중량%을 기준으로 3~10중량%일 수 있다. 함량이 3중량% 미만이면 도전 경로가 줄어들어 용량이 하락하는 단점이 있고, 10중량%를 초과하면 활물질 함량이 줄어들어 용량이 하락하는 단점이 있다.
그 밖에도, 양극의 팽창을 억제하는 성분인 충진제를 선택적으로 사용할 수 있고, 본 발명에서 사용할 수 있는 통상의 공지된 충진제로써, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 섬유상 재료라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 올리핀계 중합체; 유리섬유, 탄소섬유 등의 섬유상 물질이 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 양극의 제조방법을 간략하게 도시한 흐름도이다. 이를 참고하면, 강유전체 및 용매를 분산시켜 분산액을 제조하는 단계(S10); 활물질, 바인더, 도전재 및 용매를 혼합하여 양극 슬러리를 제조하는 단계(S20); 상기 분산액과 양극 슬러리를 혼합하여 혼합 양극 슬러리를 제조하는 단계(S30); 상기 혼합 양극 슬러리를 기재에 도포하는 단계(S40); 및 상기 도포된 혼합 양극 슬러리를 건조하는 단계(S50)를 포함한다.
상기 분산액을 제조하는 단계(S10)는 강유전체 및 용매를 혼합시키고 분산시켜 양극 슬러리와의 혼합을 준비하는 단계이다. 상기 강유전체는 상기 설명한 내용과 동일할 수 있다. 상기 용매는 본 발명에서 사용할 수 있는 통상의 공지된 용매로써, 예를 들어, NMP(메틸피롤리돈), 디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드, N,N-디메틸아미노프로필아민, 에틸렌 옥사이드, 테트라히드로퓨란 등일 수 있고, 특정 성분을 포함하는 것으로 제한되지 아니하나, 바람직하게는, 메틸피롤리돈일 수 있다. 상기 분산액은 7~15분 동안 초음파로 분산시켜 제조될 수 있다. 분산시간이 7분 미만이면 분산이 충분치 않아서 첨가효과가 제한되는 단점이 있고, 15분을 초과하면 발생되는 열에 의해 용매가 증발하거나, 제조 시간이 길어지는 단점이 있다.
상기 양극 슬러리를 제조하는 단계(S20)는 활물질, 바인더, 도전재 및 용매를 혼합하여 양극 슬러리를 제조하는 단계이다. 상기 활물질, 바인더, 및 도전재는 상기 설명한 내용과 동일할 수 있다. 또한, 상기 용매도 상기 설명한 내용과 동일할 수 있다. 상기 혼합 양극 슬러리는 7~15분 동안 혼합시켜 제조될 수 있다. 혼합시간이 7분 미만이면 분산이 충분하지 않아 전극이 균질하지 않아 용량이 하락하고 수명이 줄어드는 단점이 있고, 15분을 초과하면 제조 시간이 길어지는 단점이 있다.
상기 혼합 양극 슬러리를 제조하는 단계(S30) 및 상기 혼합 양극 슬러리를 기재에 도포하는 단계(S40)는 상기 준비한 분산액과 양극 슬러리를 혼합하여 혼합 양극 슬러리를 제조한 후 그 슬러리를 기재에 도포하는 단계이다. 본 발명에 따른 분산액과 양극 슬러리는 상기 기재한 내용과 동일하다. 상기 기재는 본 발명에서 사용할 수 있는 통상의 공지된 기재, 예를 들어, 집전체로써, 알루미늄 박, 니켈 박, 구리 박 혹은 탄소 코팅 등 처리를 한 박일 수 있고, 특정 종류로 제한되지 아니하나, 바람직하게는 알루미늄 박일 수 있다. 또한, 상기 혼합 양극 슬러리를 기재에 도포하는 방법은 본 발명에서 사용할 수 있는 통상의 공지된 도포 방법, 예를 들어, 혼합 양극 슬러리를 균일하게 분산시킬 수 있는 닥터블레이드(doctor blade), 다이캐스팅(die casting), 콤마코팅(comma coating), 스크린 프린팅(screen printing) 등의 방법을 사용할 수 있고, 특정 방법으로 제한되지 아니하나, 바람직하게는, 닥터블레이드 혹은 다이캐스팅일 수 있다.
상기 건조하는 단계(S50)는 상기 도포된 혼합 양극 슬러리를 건조하여 이차전지용 양극을 제조하는 단계이다. 상기 건조는 75~95℃의 온도로 수행될 수 있다. 건조온도가 75℃ 미만이면 용매가 잔류할 수 있는 단점이 있고, 95℃를 초과하면 전극 구성 물질이 변성할 수 있는 단점이 있다.
따라서, 본 발명에 따른 이차전지용 양극 제조방법은 저가 소재인 강유전체를 사용하여 공정의 경제성이 높으면서도, 양극 활물질 표면의 전하분포를 균일하게 만들고, 분극에 의해 리튬이온의 이동을 빠르게 하여 금속이온의 석출을 억제시킴으로써, 이를 포함하는 이차전지의 출력 성능 및 고율에서의 용량을 향상시킬 수 있는 특징이 있다.
이하, 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시에 불과하며, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1 - 이차전지용 양극을 포함한 이차전지 제조
이차전지용 양극은 하기와 같이 제조하였다. 구체적으로,
(S10) 입경이 0.1μm인 강유전체 BaTiO3 10g 및 용매 NMP 90g를 혼합하고 이를 초음파로 10분 동안 분산시켜 분산액을 제조하였다. 그 다음, (S20) 활물질로NMC 62.5g, 바인더로 PVdF 4.7g, 도전재로 카본블랙과 흑연 2.7g, 및 용매로 NMP48g를 25분동안 혼합시켜 양극 슬러리를 제조하였다. 그 다음, (S30, S40) 상기 제조한 분산액과 양극 슬러리를 혼합시켜 혼합 양극 슬러리를 제조하고, 이를 기재인 알루미늄 상에 닥터 블레이드 방법으로 도포하였다. 그 다음, (S50) 상기 도포된 혼합 양극 슬러리를 90℃의 온도로 12시간 동안 건조시켜, 양극을 제조하였다. 이 때, 강유전체BaTiO3의 함량은 양극 전체 중량 100중량%을 기준으로 1중량%였다.
그다음, 2032 코인 셀 제작 방법으로 최종적으로 이차전지를 제조하였다.
실시예 2 - 이차전지용 양극을 포함한 이차전지 제조
실시예 1과 비교했을 때, 강유전체의 BaTiO3의 함량은 양극 전체 중량 100중량%을 기준으로 5중량%로 양극을 제조한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 이차전지를 제조하였다.
실시예 3 - 이차전지용 양극을 포함한 이차전지 제조
실시예 1과 비교했을 때, 입경이 2μm인 강유전체 BaTiO3를 사용하여 양극을 제조한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 이차전지를 제조하였다.
실시예 4 - 이차전지용 양극을 포함한 이차전지 제조
실시예 2와 비교했을 때, 입경이 2μm인 강유전체 BaTiO3를 사용하여 양극을 제조한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 이차전지를 제조하였다.
비교예 1 - 이차전지용 양극을 포함한 이차전지 제조
실시예 1과 비교하였을 때, 강유전체를 포함시키지 않고 양극을 제조한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 이차전지를 제조하였다.
비교예 2 - 이차전지용 양극을 포함한 이차전지 제조
실시예 1과 비교하였을 때, 입경이 100nm인 강유전체 BaTiO3를 사용하여 양극을 제조한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 이차전지를 제조하였다.
실험예 1 - 강유전체 함량에 따른 이차전지의 용량 비교
실시예 1 ~ 실시예 4에 따른 이차전지 및 비교예 1에 따른 이차전지를 각각 제조하고, 이의 전지용량을 비교하여, 그 결과를 도 2 및 도 3에 나타내었다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 실시예 1 ~ 실시예 4에 따라 강유전체를 포함한 이차전지는, 비교예 1에 따라 강유전체를 포함하지 않은 이차전지에 비해, 5C, 3C 및 2C와 같은 고율에서 120~180mAh/g 만큼 용량 발현이 향상됨을 확인할 수 있었다.
실험예 2 - 강유전체 입경 크기에 따른 XRD 분석
실시예 1에 따른 이차전지 및 비교예 2에 따른 이차전지를 각각 제조하고, 이의 XRD 분석을 비교하여, 그 결과를 도 4에 나타내었다.
도 4를 참조하면, 실시예 1에 따라 입경 2μm인 강유전체를 포함하는 이차전지는, 비교예 2에 따라 입경 100nm인 강유전체를 포함하는 이차전지에 비해, (00a) 및 (a00) 피크가 분리되어 강유전성을 가지므로, 본 발명의 강유전체로 사용되기에 적합하다는 것을 확인할 수 있었다.
따라서, 본 발명에 따른 이차전지용 양극은 입경 100nm ~ 2μm인 강유전체를 1~10중량% 만큼 양극 내 포함시키는 바, 양극 활물질 표면의 전하분포를 균일하게 만들고, 분극에 의해 리튬이온의 이동을 빠르게 하여 금속이온의 석출을 억제시킴으로써, 금속이온의 석출로 인해 발생하는 전해액의 분해반응을 효율적으로 억제시켜 본 발명에 따른 전지의 고온 보존시의 성능 저하(잔존 용량과 회복 용량의 감소)를 억제시켜 주는 효과 및 일정온도 이상이 될 때 저항을 증가시켜 안전성에 도움이 되는 효과를 낼 수 있는 있으므로, 이를 포함하는 이차전지의 출력 성능 및 고율에서의 용량을 향상시킬 수 있는 특징이 있다.

Claims (9)

  1. 강유전체, 양극 활물질, 바인더 및 도전재를 포함하는 이차전지용 양극에 있어서,
    상기 강유전체는 입경이 100nm~5μm인 이차전지용 양극.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 강유전체는 양극 전체 중량 100중량%을 기준으로 1~10중량%를 포함하는 이차전지용 양극.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 강유전체는 BaTiO3, (Ba, Sr)TiO3, PbTiO3, LiNbO3, Pb(Zr, Ti)O3, SrBi2Ti2O9 및 Amorphous V2O5로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 이차전지용 양극.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 양극 활물질은 LiMn2O4, LiCoO2, LiNiO2, LiNiCoMnO2, LiFeO4 및LiMnCoNi3O2로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종이상을 포함하는 이차전지용 양극.
  5. 강유전체 및 용매를 분산시켜 분산액을 제조하는 단계;
    활물질, 바인더, 도전재 및 용매를 혼합하여 양극 슬러리를 제조하는 단계;
    상기 분산액과 양극 슬러리를 혼합하여 혼합 양극 슬러리를 제조하는 단계;
    상기 혼합 양극 슬러리를 기재에 도포하는 단계; 및
    상기 도포된 혼합 양극 슬러리를 건조하는 단계를 포함하는 이차전지용 양극의 제조방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 분산액은 7~15분 동안 초음파로 분산시켜 제조되는 것인 이차전지용 양극의 제조방법.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 혼합 양극 슬러리는 7~15분 동안 혼합시켜 제조하는 것인 이차전지용 양극의 제조방법.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 건조는 75~95℃의 온도로 수행되는 것인 이차전지용 양극의 제조방법.
  9. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 양극을 포함하고,
    2~5C에서 120~180mAh/g 용량을 갖는 이차전지.
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