KR20220109699A - Method for manufacturing secondary battery - Google Patents

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KR20220109699A
KR20220109699A KR1020210013019A KR20210013019A KR20220109699A KR 20220109699 A KR20220109699 A KR 20220109699A KR 1020210013019 A KR1020210013019 A KR 1020210013019A KR 20210013019 A KR20210013019 A KR 20210013019A KR 20220109699 A KR20220109699 A KR 20220109699A
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김영재
채종현
전찬수
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주식회사 엘지에너지솔루션
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Abstract

The present invention relates to a method for manufacturing a secondary battery, including the steps of: forming an electrode assembly including a negative electrode containing a silicon-based active material, a positive electrode facing the negative electrode, and a separator interposed between the negative electrode and the positive electrode; impregnating the electrode assembly by injecting an electrolyte into the electrode assembly; activating the impregnated electrode assembly by charging and discharging the same in at least one cycle; mounting the activated electrode assembly at 55 to 85 ℃ for 1 to 10 hours; and removing gas generated from the electrode assembly after the mounting step.

Description

이차전지의 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING SECONDARY BATTERY}Secondary battery manufacturing method {METHOD FOR MANUFACTURING SECONDARY BATTERY}

본 발명은 이차전지의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a secondary battery.

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

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

특히, 실리콘계 활물질은 탄소계 활물질에 비해 약 10배 정도의 높은 용량을 갖는 점에서 주목되고 있으며, 높은 용량으로 인해 얇은 전극으로도 높은 에너지 밀도를 구현할 수 있다는 장점이 있다. 그러나, 실리콘계 활물질은 충전 및 방전에 따른 부피 팽창, 이로 인한 활물질 입자의 균열/손상, 이에 의한 수명 특성 저하의 문제로 인해 범용적으로 사용되지는 못하고 있는 상황이다.In particular, silicon-based active materials are attracting attention in that they have a capacity that is about 10 times higher than that of carbon-based active materials, and due to their high capacity, a high energy density can be realized even with a thin electrode. However, the silicone-based active material is not widely used due to the problem of volume expansion due to charging and discharging, cracking/damage of the active material particles due to this, and deterioration of life-span properties by this.

한편, 이차전지는 이차전지를 조립하는 공정, 상기 이차전지를 활성화하는 공정 등을 거쳐 제조된다. 이때, 상기 활성화는 조립된 이차전지에 전해액을 주입하여 함침시키고, 충전 및 방전용 장치를 통해 함침된 이차전지를 충전 및 방전함에 의해 수행될 수 있다.Meanwhile, the secondary battery is manufactured through a process of assembling the secondary battery, a process of activating the secondary battery, and the like. In this case, the activation may be performed by injecting an electrolyte into the assembled secondary battery and impregnating it, and charging and discharging the impregnated secondary battery through a charging and discharging device.

상기 활성화를 통해 이차전지에 포함된 음극에는 리튬이 삽입되며, 음극 표면에서 전해액과 리튬염이 반응하여 Li2Co3, Li2O, LiOH 등의 화합물을 생성한다. 이들 화합물은 음극 표면에 일종의 부동태 피막(passivation layer)를 형성하며, 이러한 부동태 피막을 고체 전해질 계면 막(Solid Electrolyte Interface layer, 이하 SEI 층)이라고 한다. 상기 SEI 층은 형성된 후 이온 터널의 역할을 수행하여 리튬 이온을 통과시키며, 리튬 이온은 재차 음극 또는 다른 물질과 부반응을 하지 않게 되고, SEI 층에 소모된 전하량은 비가역 용량으로 방전시 가역적으로 반응하지 않는 특성을 갖는다. 따라서, SEI 층의 형성을 통해 더 이상의 전해액의 분해가 발생하지 않고 전해액 중의 리튬 이온의 양이 가역적으로 유지되어 안정적인 충전 및 방전이 유지될 수 있도록 한다.Lithium is inserted into the negative electrode included in the secondary battery through the activation, and the electrolyte and lithium salt react on the surface of the negative electrode to generate compounds such as Li 2 Co 3 , Li 2 O, and LiOH. These compounds form a kind of passivation layer on the surface of the anode, and the passivation layer is referred to as a solid electrolyte interface layer (hereinafter, SEI layer). After the SEI layer is formed, it acts as an ion tunnel to allow lithium ions to pass through, the lithium ions do not react with the negative electrode or other materials again, and the amount of charge consumed in the SEI layer is irreversible and does not react reversibly when discharging. has no characteristics. Therefore, through the formation of the SEI layer, no further decomposition of the electrolyte occurs and the amount of lithium ions in the electrolyte is reversibly maintained, so that stable charging and discharging can be maintained.

이와 관련하여, 실리콘계 활물질을 적용한 음극에 활성화 공정을 수행할 경우, 상술한 바와 같이 실리콘계 활물질이 충전 및 방전에 따른 부피 팽창/수축 정도가 크기 때문에, 활물질이 깨지거나 활물질간의 접촉이 떨어지는 등으로 인해 새로운 음극 표면이 계속적으로 생성될 수 있다. 이에 따라, 새로운 음극 표면에 계속적으로 SEI 층 생성 반응이 일어나게 되는데, 과도한 SEI 층 형성은 SEI 층 생성 반응 시에 생성되는 가스를 증가시킬 수 있고, 이러한 가스 발생으로 인한 음극의 국부적인 저항 증가, 리튬 석출로 전지의 수명 특성이 저하되는 문제가 있다.In this regard, when the activation process is performed on the negative electrode to which the silicon-based active material is applied, as described above, since the silicon-based active material has a large degree of volume expansion/contraction due to charging and discharging, the active material is broken or the contact between the active materials is reduced. A new cathode surface can be continuously created. Accordingly, the SEI layer formation reaction continuously occurs on the surface of the new anode. Excessive SEI layer formation may increase the gas generated during the SEI layer formation reaction, and increase the local resistance of the negative electrode due to this gas generation, lithium There is a problem in that the lifespan characteristics of the battery are deteriorated due to precipitation.

따라서, 실리콘계 활물질의 높은 용량, 에너지 밀도를 구현하면서도, SEI 층의 안정적인 형성, 충전 및 방전 성능, 수명 특성을 향상시킨 실리콘계 활물질 적용 음극 및 이차전지의 개발이 필요한 상황이다.Therefore, there is a need to develop a silicon-based active material-applied negative electrode and a secondary battery that realizes the high capacity and energy density of the silicon-based active material, while improving the stable formation of the SEI layer, charging and discharging performance, and lifespan characteristics.

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

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

본 발명의 일 과제는 향상된 수명 특성을 나타내는 이차전지의 제조방법을 제공하는 것이다.One object of the present invention is to provide a method for manufacturing a secondary battery exhibiting improved lifespan characteristics.

본 발명은 실리콘계 활물질을 포함하는 음극, 상기 음극에 대향하는 양극, 및 상기 음극 및 상기 양극 사이에 개재되는 분리막을 포함하는 전극 조립체를 형성하는 단계; 상기 전극 조립체에 전해액을 주입하여, 상기 전극 조립체를 함침시키는 단계; 상기 함침된 전극 조립체를 적어도 하나의 사이클로 충방전하여 활성화하는 단계; 상기 활성화된 전극 조립체를 55℃ 내지 85℃에서 1시간 내지 10시간 동안 거치하는 단계; 및 상기 거치하는 단계 후 상기 전극 조립체로부터 발생된 가스를 제거하는 단계;를 포함하는 이차전지의 제조방법을 제공한다.The present invention comprises the steps of: forming an electrode assembly including a negative electrode including a silicon-based active material, a positive electrode facing the negative electrode, and a separator interposed between the negative electrode and the positive electrode; impregnating the electrode assembly by injecting an electrolyte into the electrode assembly; activating the impregnated electrode assembly by charging and discharging it in at least one cycle; placing the activated electrode assembly at 55° C. to 85° C. for 1 hour to 10 hours; and removing the gas generated from the electrode assembly after the mounting step.

본 발명의 이차전지의 제조방법은 실리콘계 활물질을 포함하는 전극 조립체의 활성화를 위한 충방전 수행 후, 전극 조립체를 특정 온도 및 시간에서 거치하는 공정을 수행함으로써, 음극에 안정적이고 우수한 강도를 갖는 SEI 층을 형성할 수 있어, 수명 성능이 향상된 이차전지의 제조가 가능하다.In the method for manufacturing a secondary battery of the present invention, after performing charge and discharge for activation of an electrode assembly containing a silicon-based active material, a process of mounting the electrode assembly at a specific temperature and time is performed, thereby providing an SEI layer having stable and excellent strength on the negative electrode can be formed, so that it is possible to manufacture a secondary battery with improved lifespan performance.

또한, 본 발명의 이차전지의 제조방법은 실리콘계 활물질을 포함하는 전극 조립체의 활성화를 위한 충방전 수행 후, 전극 조립체를 특정 온도 및 시간에서 거치하는 공정을 수행함으로써, 잔류 수분에 의한 부반응이 가속화되어 가스를 많이 발생시킬 수 있고, 이후 탈기(degassing) 공정으로 상기 가스를 제거한다. 본 발명의 이차전지의 제조방법에 따르면, 상기 거치를 통해 음극 부반응에 의해 발생된 가스가 최대한으로 제거될 수 있으므로, 이후 이차전지의 제품 적용 시에 가스 발생이 억제될 수 있어 수명 성능 향상에 바람직하다.In addition, in the manufacturing method of the secondary battery of the present invention, after charging and discharging for activation of the electrode assembly including the silicon-based active material is performed, the electrode assembly is mounted at a specific temperature and time, thereby accelerating side reactions due to residual moisture. A large amount of gas may be generated, and then the gas is removed by a degassing process. According to the manufacturing method of the secondary battery of the present invention, since the gas generated by the negative electrode side reaction can be maximally removed through the above-mentioned deferment, gas generation can be suppressed when the product is applied to the secondary battery after that, which is preferable for improving life performance do.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.The terms or words used in the present specification and claims should not be construed as being limited to their ordinary or dictionary meanings, and the inventor may properly define the concept of the term in order to best describe his invention. Based on the principle that there is, it should be interpreted as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.

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

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

본 명세서에서 평균 입경(D50)은 입자의 입경 분포 곡선에 있어서, 체적 누적량의 50%에 해당하는 입경으로 정의할 수 있다. 상기 평균 입경(D50)은 예를 들어, 레이저 회절법(laser diffraction method)을 이용하여 측정할 수 있다. 상기 레이저 회절법은 일반적으로 서브미크론(submicron) 영역에서부터 수 mm 정도의 입경의 측정이 가능하며, 고 재현성 및 고 분해성의 결과를 얻을 수 있다.In the present specification, the average particle diameter (D 50 ) may be defined as a particle diameter corresponding to 50% of the cumulative volume in the particle size distribution curve of the particles. The average particle diameter (D 50 ) may be measured using, for example, a laser diffraction method. The laser diffraction method is generally capable of measuring a particle diameter of several mm from a submicron region, and can obtain results of high reproducibility and high resolution.

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

<이차전지의 제조방법><Method for manufacturing secondary battery>

본 발명은 이차전지의 제조방법, 구체적으로는 리튬 이차전지의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a secondary battery, specifically, to a method for manufacturing a lithium secondary battery.

구체적으로, 본 발명의 이차전지의 제조방법은 실리콘계 활물질을 포함하는 음극, 상기 음극에 대향하는 양극, 및 상기 음극 및 상기 양극 사이에 개재되는 분리막을 포함하는 전극 조립체를 형성하는 단계; 상기 전극 조립체에 전해액을 주입하여, 상기 전극 조립체를 함침시키는 단계; 상기 함침된 전극 조립체를 적어도 하나의 사이클로 충방전하여 활성화하는 단계; 상기 활성화된 전극 조립체를 55℃ 내지 85℃에서 1시간 내지 10시간 동안 거치하는 단계; 및 상기 거치하는 단계 후 상기 전극 조립체로부터 발생된 가스를 제거하는 단계를 포함한다.Specifically, the method of manufacturing a secondary battery of the present invention comprises: forming an electrode assembly including a negative electrode including a silicon-based active material, a positive electrode facing the negative electrode, and a separator interposed between the negative electrode and the positive electrode; impregnating the electrode assembly by injecting an electrolyte into the electrode assembly; activating the impregnated electrode assembly by charging and discharging it in at least one cycle; placing the activated electrode assembly at 55° C. to 85° C. for 1 hour to 10 hours; and removing the gas generated from the electrode assembly after the mounting step.

본 발명의 이차전지의 제조방법은 실리콘계 활물질을 포함하는 전극 조립체의 활성화를 위한 충방전 수행 후, 전극 조립체를 특정 온도 및 시간에서 거치하는 공정을 수행함으로써, 음극 표면에 안정적이고 우수한 강도를 갖는 SEI 층을 형성할 수 있어, 수명 성능이 향상된 이차전지의 제조가 가능하다.The method for manufacturing a secondary battery of the present invention is SEI having stable and excellent strength on the surface of the anode by performing a process of mounting the electrode assembly at a specific temperature and time after charging and discharging for activation of an electrode assembly containing a silicon-based active material. By forming a layer, it is possible to manufacture a secondary battery with improved lifespan performance.

또한, 본 발명의 이차전지의 제조방법은 실리콘계 활물질을 포함하는 전극 조립체의 활성화를 위한 충방전 수행 후, 전극 조립체를 특정 온도 및 시간에서 거치하는 공정을 수행함으로써, 잔류 수분에 의한 부반응 가속화되어 가스를 많이 발생시킬 수 있고, 이후 탈기(degassing) 공정으로 상기 가스를 제거한다. 본 발명의 이차전지의 제조방법에 따르면, 상기 거치를 통해 음극 부반응에 의해 발생된 가스가 최대한으로 제거될 수 있으므로, 이후 이차전지의 제품 적용 시에 가스 발생이 억제될 수 있어 수명 성능 향상에 바람직하다. In addition, in the method of manufacturing a secondary battery of the present invention, after charging and discharging for activation of an electrode assembly containing a silicon-based active material is performed, a process of mounting the electrode assembly at a specific temperature and time is performed, thereby accelerating side reactions due to residual moisture and gas can be generated a lot, and then the gas is removed by a degassing process. According to the manufacturing method of the secondary battery of the present invention, since the gas generated by the negative electrode side reaction can be maximally removed through the above-mentioned deferment, gas generation can be suppressed when the product is applied to the secondary battery after that, which is preferable for improving life performance do.

<전극 조립체의 제조><Production of electrode assembly>

본 발명의 이차전지의 제조방법은 실리콘계 활물질을 포함하는 음극, 상기 음극에 대향하는 양극, 및 상기 음극 및 상기 양극 사이에 개재되는 분리막을 포함하는 전극 조립체를 형성하는 단계를 포함한다.The method of manufacturing a secondary battery of the present invention includes forming an electrode assembly including a negative electrode including a silicon-based active material, a positive electrode facing the negative electrode, and a separator interposed between the negative electrode and the positive electrode.

상기 음극은 실리콘계 활물질을 포함한다. 실리콘계 활물질은 탄소계 활물질에 비해 높은 용량을 갖지만, 충방전 시의 부피 팽창/수축, 이로 인한 활물질의 깨짐, 접촉성 저하로 인해 과도한 SEI 층의 생성과 부반응에 의한 가스 발생이 문제되며, 이는 전지의 수명 저하를 초래할 수 있다. 그러나, 본 발명은 후술하는 활성화, 고온에서의 거치 등의 공정에 의해 안정적인 SEI 층의 형성이 가능하므로, 실리콘계 활물질이 갖는 용량 특성을 구현함과 동시에 우수한 수명 성능을 갖는 이차전지의 제조가 가능하다.The negative electrode includes a silicon-based active material. Silicon-based active materials have a higher capacity than carbon-based active materials, but due to volume expansion/contraction during charging and discharging, cracking of the active material, and deterioration of contact, excessive generation of SEI layer and gas generation due to side reactions are a problem. may lead to a decrease in the lifespan of However, since the present invention enables the formation of a stable SEI layer by processes such as activation and post-processing at high temperature, which will be described later, it is possible to realize the capacity characteristics of a silicon-based active material and to manufacture a secondary battery having excellent lifespan performance. .

상기 음극은 음극 집전체, 및 상기 음극 집전체 상에 배치된 음극 활물질층을 포함할 수 있으며, 상기 음극 활물질층은 상기 실리콘계 활물질을 포함할 수 있다.The negative electrode may include a negative electrode current collector and a negative electrode active material layer disposed on the negative electrode current collector, and the negative electrode active material layer may include the silicon-based active material.

상기 음극 집전체는 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되지 않는다. 구체적으로 상기 음극 집전체로는 구리, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 및 알루미늄-카드뮴 합금으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종, 바람직하게는 구리를 포함할 수 있다.The negative current collector is not particularly limited as long as it has high conductivity without causing a chemical change in the battery. Specifically, the negative electrode current collector may include at least one selected from the group consisting of copper, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, fired carbon, and an aluminum-cadmium alloy, preferably copper.

상기 음극 집전체의 두께는 3 내지 500㎛, 바람직하게는 실리콘계 활물질 함유 음극의 박막 구현을 위해 5 내지 50㎛일 수 있다.The thickness of the negative electrode current collector may be 3 to 500 μm, and preferably 5 to 50 μm to realize a thin film of a silicon-based active material-containing negative electrode.

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

상기 음극 활물질층은 상기 음극 집전체의 적어도 일면에 배치될 수 있다. 구체적으로, 상기 음극 활물질층은 상기 음극 집전체의 일면 또는 양면에 배치될 수 있다.The anode active material layer may be disposed on at least one surface of the anode current collector. Specifically, the negative active material layer may be disposed on one side or both sides of the negative electrode current collector.

상기 실리콘계 활물질은 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 바람직하다.The silicon-based active material may include a compound represented by SiO x (0≤x<2). Since SiO 2 does not react with lithium ions to store lithium, x is preferably within the above range.

구체적으로, 상기 실리콘계 활물질은 Si일 수 있다. 종래, Si는 실리콘 산화물(예를 들어 SiOx(0<x<2))에 비해 용량이 약 2.5~3배 높다는 측면에서 유리하지만, Si의 충방전에 따른 부피 팽창/수축 정도가 실리콘 산화물의 경우보다 매우 크므로 더욱 상용화가 쉽지 않다. 그러나, 본 발명의 경우 활성화 공정 후 특정 조건 하에 고온 거치 공정을 수행함으로써 Si에 안정적이고 강한 SEI 층 형성이 가능하므로, 수명 특성 열화 문제가 효과적으로 해소될 수 있으며, Si가 갖는 높은 용량, 에너지 밀도, 율 특성의 장점이 보다 바람직하게 구현될 수 있다. 구체적으로 상기 실리콘계 활물질은 대부분이 Si로 이루어질 수 있고, 보다 구체적으로 상기 실리콘계 활물질은 Si로 이루어질 수 있다.Specifically, the silicon-based active material may be Si. Conventionally, Si is advantageous in that its capacity is about 2.5 to 3 times higher than that of silicon oxide (for example, SiO x (0<x<2)), but the degree of volume expansion/contraction according to charging and discharging of Si is not that of silicon oxide. Since it is much larger than the case, it is not easy to commercialize it. However, in the present invention, since a stable and strong SEI layer can be formed on Si by performing a high-temperature fermenting process under specific conditions after the activation process, the problem of deterioration in lifespan characteristics can be effectively solved, and the high capacity, energy density, and The advantage of the rate characteristic can be realized more preferably. Specifically, most of the silicon-based active material may be made of Si, and more specifically, the silicon-based active material may be made of Si.

상기 실리콘계 활물질의 평균 입경(D50)은 충방전 시의 활물질의 구조적 안정을 기하고, 전기 전도성을 유지하기 위한 전도성 네트워크를 보다 원활하게 형성할 수 있거나, 활물질 및 집전체를 결착시키기 위한 바인더와의 접근성을 보다 용이하도록 하는 측면에서 1㎛ 내지 10㎛, 바람직하게는 1.5㎛ 내지 4㎛일 수 있다.The average particle diameter (D 50 ) of the silicon-based active material is for structural stability of the active material during charging and discharging, and can more smoothly form a conductive network for maintaining electrical conductivity, or a binder for binding the active material and the current collector It may be 1 μm to 10 μm, preferably 1.5 μm to 4 μm, in terms of making it easier to access.

상기 음극 활물질은 실리콘계 활물질의 부피 팽창/수축이 전지에 미치는 영향을 최소화하면서, 실리콘계 활물질이 갖는 높은 용량을 이차전지에 충분히 구현하기 위한 측면에서 상기 음극 활물질층 내에 60중량% 내지 90중량%, 바람직하게는 70중량% 내지 80중량%로 포함될 수 있다.The negative active material is 60% to 90% by weight in the negative active material layer in terms of sufficiently realizing the high capacity of the silicon-based active material in a secondary battery while minimizing the effect of volume expansion/contraction of the silicone-based active material on the battery, preferably It may be included in an amount of 70 wt% to 80 wt%.

상기 음극 활물질층은 상기 음극 활물질과 함께 도전재 및/또는 바인더를 더 포함할 수 있다.The anode active material layer may further include a conductive material and/or a binder together with the anode active material.

상기 바인더는 상기 음극 활물질층과 후술할 음극 집전체와의 접착력을 향상시키거나, 실리콘계 활물질 간의 결착력을 향상시키기 위해 사용될 수 있다.The binder may be used to improve adhesion between the negative electrode active material layer and a negative electrode current collector to be described later or to improve bonding strength between the silicon-based active material.

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

바람직하게, 상기 바인더는 높은 강도를 가지며, 실리콘계 활물질의 부피 팽창/수축에 대한 우수한 저항성을 가지고, 우수한 유연성을 바인더에 부여하여 전극의 뒤틀림, 휘어짐 등을 방지할 수 있다는 측면에서 폴리비닐알코올, 폴리아크릴산, 폴리아크릴로니트릴 및 폴리아크릴 아미드로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종, 바람직하게는 폴리비닐알코올 및 폴리아크릴산을 포함할 수 있고, 보다 바람직하게는 폴리비닐알코올 및 폴리아크릴산의 공중합체를 포함할 수 있다. 상기 바인더가 폴리비닐알코올 및 폴리아크릴산의 공중합체를 포함할 경우, 상기 폴리비닐알코올 및 폴리아크릴산의 공중합체는 비닐알코올 단량체 및 아크릴산 단량체를 50:50 내지 90:10의 중량비, 바람직하게는 55:45 내지 80:20의 중량비로 포함할 수 있다.Preferably, the binder has high strength, has excellent resistance to volume expansion/contraction of the silicone-based active material, and provides excellent flexibility to the binder to prevent distortion and warpage of the electrode. At least one selected from the group consisting of acrylic acid, polyacrylonitrile and polyacrylamide, preferably polyvinyl alcohol and polyacrylic acid, and more preferably a copolymer of polyvinyl alcohol and polyacrylic acid. can When the binder includes a copolymer of polyvinyl alcohol and polyacrylic acid, the copolymer of polyvinyl alcohol and polyacrylic acid contains a vinyl alcohol monomer and an acrylic acid monomer in a weight ratio of 50:50 to 90:10, preferably 55: It may be included in a weight ratio of 45 to 80:20.

상기 바인더는 음극 활물질층 형성을 위한 슬러리 제조 시에 물 등 수계 용매에 더욱 잘 분산되도록 하고, 활물질을 보다 원활하게 피복하여 결착력을 향상시키기 위한 측면에서, 바인더 내의 수소를 Li, Na 또는 Ca 등으로 치환된 것을 포함할 수 있다.The binder is to be better dispersed in an aqueous solvent such as water during the preparation of the slurry for forming the negative electrode active material layer, and to improve the binding force by coating the active material more smoothly, hydrogen in the binder is converted to Li, Na or Ca. It may include substituted ones.

상기 바인더는 상기 음극 활물질층 내에 5중량% 내지 30중량%, 바람직하게는 7중량% 내지 15중량%로 포함될 수 있으며, 상기 범위에 있을 때 실리콘계 활물질을 보다 잘 결착시켜 활물질의 부피 팽창 문제를 최소화할 수 있음과 동시에 음극 활물질층 형성을 위한 슬러리 제조 시에 바인더의 분산이 용이하도록 하고 코팅성 및 슬러리의 상 안정성을 향상시킬 수 있다.The binder may be included in the anode active material layer in an amount of 5 wt% to 30 wt%, preferably 7 wt% to 15 wt%, and when in the above range, the silicone-based active material is better bound to minimize the problem of volume expansion of the active material At the same time, it is possible to facilitate dispersion of the binder during the preparation of the slurry for forming the anode active material layer, and to improve coatability and phase stability of the slurry.

상기 도전재는 이차전지에 도전성을 보조 및 향상시키기 위해 사용될 수 있고, 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니다. 구체적으로 상기 도전재는 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 파네스 블랙, 램프 블랙, 서멀 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 탄소 나노튜브 등의 도전성 튜브; 플루오로카본; 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스커; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 및 폴리페닐렌 유도체로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종을 포함할 수 있다. The conductive material may be used to assist and improve conductivity in the secondary battery, and is not particularly limited as long as it has conductivity without causing chemical change. Specifically, the conductive material may include graphite such as natural graphite or artificial graphite; carbon black such as acetylene black, Ketjen black, channel black, farness black, lamp black, and thermal black; conductive fibers such as carbon fibers and metal fibers; conductive tubes such as carbon nanotubes; fluorocarbon; metal powders such as aluminum and nickel powder; conductive whiskers such as zinc oxide and potassium titanate; conductive metal oxides such as titanium oxide; and at least one selected from the group consisting of polyphenylene derivatives.

구체적으로, 상기 도전재는 탄소 나노 튜브를 포함하는 제1 도전재; 카본 블랙을 포함하는 제2 도전재; 및 흑연을 포함하는 제3 도전재를 포함할 수 있다.Specifically, the conductive material may include a first conductive material including carbon nanotubes; a second conductive material including carbon black; and a third conductive material including graphite.

상기 도전재가 상기 제1 도전재, 제2 도전재 및 제3 도전재를 포함할 경우, 도전재가 실리콘계 활물질 입자의 표면, 실리콘계 활물질 입자 사이, 및 실리콘계 활물질의 응집 시, 응집체 사이에 모두 위치할 수 있도록 하여, 음극 내에 높은 분산율로 도전재가 분포될 수 있다. 한편, 실리콘계 활물질이 충방전으로 인해 부피 팽창 및 수축하더라도, 입자의 표면, 입자들의 사이, 입자들의 응집체 사이에 도전재가 분포될 수 있게 되므로, 도전성 네트워크의 유지에 바람직하다.When the conductive material includes the first conductive material, the second conductive material, and the third conductive material, the conductive material may be located on the surface of the silicon-based active material particles, between the silicone-based active material particles, and between the aggregates when the silicone-based active material is aggregated. Thus, the conductive material can be distributed with a high dispersion rate in the negative electrode. On the other hand, even if the silicon-based active material expands and contracts due to charging and discharging, the conductive material can be distributed on the surface of the particles, between the particles, and between the aggregates of the particles, which is preferable for maintaining the conductive network.

상기 제1 도전재는 탄소 나노튜브를 포함하며, 높은 비표면적으로 인해 실리콘계 활물질의 표면 및 실리콘계 활물질들 사이에 원활하게 분포 및 위치할 수 있다. 상기 제1 도전재는 구체적으로 다중벽 탄소 나노튜브(MWCNT, Multi-Walled Carbon NanoTube, MWCNT), 및 단일벽 탄소 나노튜브(Single-Walled Carbon NanoTube, SWCNT) 중에서 선택된 적어도 1종, 보다 구체적으로 단일벽 탄소 나노튜브를 포함할 수 있다.The first conductive material may include carbon nanotubes, and may be smoothly distributed and positioned on the surface of the silicon-based active material and between the silicon-based active materials due to a high specific surface area. The first conductive material is specifically at least one selected from a multi-walled carbon nanotube (MWCNT, Multi-Walled Carbon NanoTube, MWCNT), and a single-walled carbon nanotube (SWCNT), more specifically a single-walled carbon nanotube (SWCNT). carbon nanotubes.

상기 제2 도전재는 카본블랙을 포함할 수 있으며, 실리콘계 활물질의 입자 사이에 균일하게 분산되어, 실리콘계 활물질의 부피 팽창 및 수축에도 불구하고 도전성 네트워크의 유지를 가능케 할 수 있다.The second conductive material may include carbon black, and may be uniformly dispersed among particles of the silicon-based active material to enable maintenance of the conductive network despite volume expansion and contraction of the silicon-based active material.

상기 제3 도전재는 흑연을 포함할 수 있으며, 구체적으로 판상형 흑연을 포함할 수 있다. 상기 제3 도전재는 실리콘계 활물질과 바인더의 결착에 의해 형성되는 응집체들의 도전성 네트워크 유지에 조력할 수 있다.The third conductive material may include graphite, specifically, plate-shaped graphite. The third conductive material may assist in maintaining a conductive network of aggregates formed by binding of the silicon-based active material and the binder.

상기 도전재는 상기 제1 도전재, 상기 제2 도전재, 및 상기 제3 도전재를 (1~5):(80~120):(80~120)의 중량비, 바람직하게는 (1~3):(95~110):(95~110)의 중량비로 포함할 수 있다. 상기 범위에 있을 때, 상기 도전재가 활물질 입자 표면, 활물질 입자가 서로 붙어있는 경우, 입자 사이에 발생되는 공간 또는 활물질 입자가 떨어져 있는 경우, 입자들을 연결하는 구간에도 일정량 이상 위치할 수 있어 도전 경로를 안정적으로 형성할 수 있어 바람직하다.The conductive material includes the first conductive material, the second conductive material, and the third conductive material in a weight ratio of (1 to 5): (80 to 120): (80 to 120), preferably (1 to 3) It may be included in a weight ratio of :(95~110):(95~110). When the conductive material is in the above range, the conductive material may be located at a certain amount or more in the section connecting the particles when the active material particles are attached to each other, the space generated between the particles or the active material particles are separated, so that the conductive path is formed It is preferable because it can be formed stably.

상기 도전재는 상기 음극 활물질층 내에 5중량% 내지 20중량%, 바람직하게는 7중량% 내지 15중량%로 포함될 수 있으며, 상기 범위일 때 바인더로 인한 저항 증가를 완화시키면서도 우수한 도전성 네트워크를 형성할 수 있다는 측면에서 바람직하다.The conductive material may be included in the anode active material layer in an amount of 5 wt% to 20 wt%, preferably 7 wt% to 15 wt%, and when in the above range, an excellent conductive network can be formed while mitigating the increase in resistance due to the binder. It is preferable in that there is

상기 음극 활물질층의 두께는 박막 전극의 구현, 높은 에너지 밀도의 구현 측면에서, 20㎛ 내지 100㎛, 바람직하게는 30㎛ 내지 60㎛일 수 있다.The thickness of the negative active material layer may be 20 μm to 100 μm, preferably 30 μm to 60 μm, in terms of implementation of a thin film electrode and high energy density.

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

상기 음극 슬러리 형성용 용매는 예를 들어 음극 활물질, 바인더 및/또는 도전재의 분산을 용이하게 하는 측면에서, 증류수, 에탄올, 메탄올 및 이소프로필 알코올로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종, 바람직하게는 증류수를 포함할 수 있다.The solvent for forming the negative electrode slurry is, for example, in terms of facilitating the dispersion of the negative electrode active material, the binder and/or the conductive material, at least one selected from the group consisting of distilled water, ethanol, methanol and isopropyl alcohol, preferably distilled water. may include

상기 음극 슬러리 형성용 용매는 음극 슬러리의 점도, 코팅성, 분산성 등을 고려하여, 음극 활물질, 및 선택적으로 바인더 및 도전재를 포함하는 고형분의 농도가 15중량% 내지 45 중량%, 바람직하게 20중량% 내지 30중량%, 보다 바람직하게는 24중량% 내지 27중량%가 되도록 상기 음극 슬러리에 포함될 수 있다.In the solvent for forming the negative electrode slurry, in consideration of the viscosity, coating property, dispersibility, etc. of the negative electrode slurry, the concentration of the solid content including the negative electrode active material, and optionally the binder and the conductive material is 15% to 45% by weight, preferably 20 It may be included in the negative electrode slurry so as to be in an amount of from 24 wt% to 30 wt%, more preferably from 24 wt% to 27 wt%.

상기 양극은 상기 음극에 대향한다.The anode faces the cathode.

상기 양극은 양극 집전체, 및 상기 양극 집전체 상에 배치된 양극 활물질층을 포함할 수 있다.The positive electrode may include a positive electrode current collector and a positive electrode active material layer disposed on the positive electrode current collector.

상기 양극 집전체는 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되지 않는다. 구체적으로 상기 양극 집전체는 구리, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 및 알루미늄-카드뮴 합금으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종을 포함할 수 있고, 구체적으로 알루미늄을 포함할 수 있다.The positive electrode current collector is not particularly limited as long as it has high conductivity without causing a chemical change in the battery. Specifically, the positive electrode current collector may include at least one selected from the group consisting of copper, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, calcined carbon, and an aluminum-cadmium alloy, and specifically may include aluminum.

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

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

상기 양극 활물질층은 상기 양극 집전체의 적어도 일면에 배치될 수 있다. 구체적으로, 상기 양극 활물질층은 상기 양극 집전체의 일면 또는 양면에 배치될 수 있다.The positive electrode active material layer may be disposed on at least one surface of the positive electrode current collector. Specifically, the positive electrode active material layer may be disposed on one side or both sides of the positive electrode current collector.

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

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

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

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

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

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

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

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

상기 도전재는 양극 활물질층 형성을 위한 슬러리 제조 시에 도전재의 분산을 용이하게 하고, 전기 전도도를 더욱 향상시키는 측면에서, 도전재의 비표면적이 80m2/g 내지 200m2/g, 바람직하게는 100m2/g 내지 150m2/g일 수 있다.The conductive material facilitates dispersion of the conductive material during the preparation of the slurry for forming the positive electrode active material layer, and in terms of further improving the electrical conductivity, the conductive material has a specific surface area of 80 m 2 /g to 200 m 2 /g, preferably 100 m 2 /g to 150m 2 /g.

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

상기 양극 활물질층의 두께는 음극과 양극의 용량 균형을 고려하고, 음극 내의 실리콘계 활물질의 부피 팽창/수축에 의한 영향을 최소화하기 위한 측면에서 30㎛ 내지 400㎛, 바람직하게는 50㎛ 내지 110㎛일 수 있다.The thickness of the positive active material layer is 30 μm to 400 μm, preferably 50 μm to 110 μm in consideration of the capacity balance between the negative electrode and the positive electrode, and to minimize the effect of volume expansion/contraction of the silicon-based active material in the negative electrode. can

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

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

상기 이차전지는 하기 수학식 1에 의해 계산된 N/P ratio가 1.5 내지 3.5, 보다 바람직하게는 2.2 내지 2.5일 수 있다.The secondary battery may have an N/P ratio calculated by Equation 1 below from 1.5 to 3.5, more preferably from 2.2 to 2.5.

[수학식 1][Equation 1]

N/P ratio = 음극의 단위 면적당 방전 용량/양극의 단위 면적당 방전 용량.N/P ratio = discharge capacity per unit area of negative electrode/discharge capacity per unit area of positive electrode.

본 발명에 있어서, 상기 "단위 면적당 방전 용량"은 음극 또는 양극의 첫 번째 사이클에서의 단위 면적당 방전 용량을 의미한다.In the present invention, the "discharge capacity per unit area" means the discharge capacity per unit area in the first cycle of the negative electrode or the positive electrode.

상기 음극의 단위 면적당 방전 용량은 다음과 같은 방법에 의해 얻어질 수 있다. 상기 음극과 동일한 음극 샘플을 준비한다. 상기 음극 샘플과 상기 음극 샘플에 대향하는 대극(예를 들면 리튬 금속 전극)으로 하프-셀(half-cell)을 제조한다. 상기 하프-셀을 충전 및 방전하여 측정된 방전 용량을 상기 음극 샘플의 면적으로 나누어 음극의 단위 면적당 방전 용량을 얻을 수 있다.The discharge capacity per unit area of the cathode may be obtained by the following method. Prepare the same negative electrode sample as the negative electrode. A half-cell is prepared using the negative electrode sample and a counter electrode (eg, a lithium metal electrode) facing the negative electrode sample. The discharge capacity per unit area of the negative electrode may be obtained by dividing the measured discharge capacity by charging and discharging the half-cell by the area of the negative electrode sample.

상기 양극의 단위 면적당 방전 용량은 다음과 같은 방법에 의해 얻어질 수 있다. 상기 양극과 동일한 양극 샘플을 준비한다. 상기 양극 샘플과 상기 양극 샘플에 대향하는 대극(예를 들면 리튬 금속 전극)으로 하프-셀(half-cell)을 제조한다. 상기 하프-셀을 충전 및 방전하여 측정된 방전 용량을 양극 샘플의 면적으로 나누어 양극의 단위 면적당 방전 용량을 얻을 수 있다.The discharge capacity per unit area of the anode may be obtained by the following method. Prepare the same positive electrode sample as the positive electrode. A half-cell is prepared using the positive electrode sample and a counter electrode (eg, a lithium metal electrode) facing the positive electrode sample. The discharge capacity per unit area of the positive electrode may be obtained by dividing the measured discharge capacity by charging and discharging the half-cell by the area of the positive electrode sample.

본 발명의 이차전지의 N/P ratio(양극과 음극의 방전 용량의 비율)가 상기 범위로 조절될 경우, 음극의 방전 용량이 양극의 방전 용량보다 특정 수준으로 더 크게 설계되는 것이며, 양극으로부터의 리튬이 음극으로 주입될 때, 상기 리튬이 음극 내의 전체 실리콘계 활물질에 차지하는 비율을 감소시킬 수 있다. 이에, 음극 내에서의 실리콘계 활물질의 사용 비율을 특정 수준으로 감소시키고, 이에 따라 전체 전지 수준에서 음극에서의 부피 팽창에 의한 수명 특성 열화를 최소화할 수 있다. 또한, N/P ratio를 상술한 수준으로 조절함에 따라, 상술한 부피 팽창에 의한 전지의 수명 특성 열화를 최소함과 동시에, 실리콘계 활물질에 의한 높은 에너지 밀도, 율 특성 및 용량 특성을 가지는 이차전지의 구현이 가능하다.When the N/P ratio (the ratio of the discharge capacity of the positive electrode and the negative electrode) of the secondary battery of the present invention is adjusted to the above range, the discharge capacity of the negative electrode is designed to be larger than the discharge capacity of the positive electrode to a specific level, and When lithium is injected into the negative electrode, the proportion of lithium to the total silicon-based active material in the negative electrode may be reduced. Accordingly, it is possible to reduce the use ratio of the silicon-based active material in the negative electrode to a specific level, and thus, it is possible to minimize deterioration of lifespan characteristics due to volume expansion in the negative electrode at the level of the entire battery. In addition, by adjusting the N/P ratio to the above-mentioned level, the deterioration of the lifespan characteristics of the battery due to the aforementioned volume expansion is minimized, and at the same time, the secondary battery having high energy density, rate characteristics and capacity characteristics due to the silicon-based active material. implementation is possible.

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

<전극 조립체의 함침><Impregnation of electrode assembly>

본 발명은 상기 전극 조립체에 전해액을 주입하여, 상기 전극 조립체를 함침시키는 단계를 포함한다. 상기 전극 조립체가 상기 전해액에 함침됨으로써, 전극 조립체가 후술하는 충전 및 방전에 의해 활성화될 수 있다.The present invention includes the step of impregnating the electrode assembly by injecting an electrolyte into the electrode assembly. As the electrode assembly is immersed in the electrolyte, the electrode assembly may be activated by charging and discharging to be described later.

상기 전해액은 유기 용매 및 리튬염을 포함할 수 있다.The electrolyte may include an organic solvent and a lithium salt.

상기 유기 용매로는 전지의 전기 화학적 반응에 관여하는 이온들이 이동할 수 있는 매질 역할을 할 수 있는 것이라면 특별한 제한 없이 사용될 수 있다. 구체적으로 상기 유기 용매로는, 메틸 아세테이트, 에틸 아세테이트, 감마-부티로락톤, ε-카프로락톤 등의 에스테르계 용매; 디부틸 에테르 또는 테트라히드로퓨란 등의 에테르계 용매; 시클로헥사논 등의 케톤계 용매; 벤젠, 플루오로벤젠 등의 방향족 탄화수소계 용매; 디메틸카보네이트(DMC), 디에틸카보네이트(DEC), 메틸에틸카보네이트(MEC), 에틸메틸카보네이트(EMC), 에틸렌카보네이트(EC), 프로필렌카보네이트(PC), 플루오로에틸렌카보네이트(FEC) 등의 카보네이트계 용매; 에틸알코올, 이소프로필 알코올 등의 알코올계 용매; R-CN(R은 C2 내지 C20의 직쇄상, 분지상 또는 환 구조의 탄화수소기이며, 이중결합 방향 환 또는 에테르 결합을 포함할 수 있다) 등의 니트릴류; 디메틸포름아미드 등의 아미드류; 1,3-디옥솔란 등의 디옥솔란류; 또는 설포란(sulfolane)류 등이 사용될 수 있다. 이중에서도 카보네이트계 용매가 바람직하고, 전지의 충전 및 방전 성능을 높일 수 있는 높은 이온전도도 및 고유전율을 갖는 환형 카보네이트(예를 들면, 에틸렌카보네이트, 프로필렌카보네이트, 플루오로에틸렌카보네이트 등)와, 저점도의 선형 카보네이트계 화합물(예를 들면, 에틸메틸카보네이트, 디메틸카보네이트 또는 디에틸카보네이트 등)의 혼합물이 보다 바람직하다. 이 경우 환형 카보네이트와 사슬형 카보네이트는 약 1:9 내지 약 5:5의 부피비로 혼합하여 사용하는 것이 전해액의 성능이 우수하게 나타날 수 있다. 보다 바람직하게는 환형 카보네이트로서 플루오로에틸렌 카보네이트 및 선형 카보네이트로서 디에틸카보네이트를 혼합하는 것이 전해액 성능 향상 측면에서 바람직하다.The organic solvent may be used without any particular limitation as long as it can serve as a medium through which ions involved in the electrochemical reaction of the battery can move. Specifically, as the organic solvent, ester solvents such as methyl acetate, ethyl acetate, gamma-butyrolactone, ε-caprolactone; ether solvents such as dibutyl ether or tetrahydrofuran; ketone solvents such as cyclohexanone; aromatic hydrocarbon solvents such as benzene and fluorobenzene; Carbonates such as dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), methyl ethyl carbonate (MEC), ethyl methyl carbonate (EMC), ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), and fluoroethylene carbonate (FEC) menstruum; alcohol solvents such as ethyl alcohol and isopropyl alcohol; nitriles such as R-CN (R is a C2-C20 linear, branched or cyclic hydrocarbon group, which may include a double bond aromatic ring or ether bond); amides such as dimethylformamide; dioxolanes such as 1,3-dioxolane; Or sulfolane may be used. Among these, carbonate-based solvents are preferable, and cyclic carbonates (eg, ethylene carbonate, propylene carbonate, fluoroethylene carbonate, etc.) having high ionic conductivity and high dielectric constant capable of increasing the charging and discharging performance of the battery, and low viscosity A mixture of a linear carbonate-based compound (eg, ethylmethyl carbonate, dimethyl carbonate or diethyl carbonate, etc.) is more preferable. In this case, when the cyclic carbonate and the chain carbonate are mixed in a volume ratio of about 1:9 to about 5:5, the performance of the electrolyte may be excellent. More preferably, mixing fluoroethylene carbonate as a cyclic carbonate and diethyl carbonate as a linear carbonate is preferable in terms of improving electrolyte performance.

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

상기 전해액은 실리콘계 활물질을 사용하는 음극에 안정적이고 유연한 SEI 층을 형성하기 위한 첨가제를 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 첨가제는 비닐렌 카보네이트(VC), 폴리스티렌(PS), 석시노니트릴, 에틸렌글리콜 비스(프로피온니트릴) 에터 및 리튬 비스(플루오로설포닐)이미드로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종, 바람직하게는 링 오프닝 폴리머리제이션(ring opening polymerization)을 통해 쉽고 안정적으로 SEI 층을 형성할 수 있다는 측면에서 비닐렌 카보네이트를 포함하는 첨가제를 더 포함할 수 있다.The electrolyte may further include an additive for forming a stable and flexible SEI layer on a negative electrode using a silicon-based active material. Specifically, the additive is at least one selected from the group consisting of vinylene carbonate (VC), polystyrene (PS), succinonitrile, ethylene glycol bis(propionnitrile) ether, and lithium bis(fluorosulfonyl)imide, preferably For example, in terms of being able to easily and stably form an SEI layer through ring opening polymerization, an additive including vinylene carbonate may be further included.

상기 첨가제는 전해액 내에 0.1중량% 내지 15중량%, 바람직하게는 0.5중량% 내지 5중량%으로 포함될 수 있다.The additive may be included in an amount of 0.1 wt% to 15 wt%, preferably 0.5 wt% to 5 wt% in the electrolyte.

상기 전극 조립체를 함침시키는 단계는 상기 전해액으로 전극 조립체를 충분히 젖게(wetting) 하고, 전극 조립체의 충전 및 방전에 따른 활성화가 보다 원활하게 수행될 수 있도록 하는 측면에서 12시간 내지 48시간, 보다 바람직하게는 18시간 내지 30시간 동안 수행될 수 있다.The step of impregnating the electrode assembly is 12 hours to 48 hours, more preferably in terms of sufficiently wetting the electrode assembly with the electrolyte solution and enabling the activation according to charging and discharging of the electrode assembly to be performed more smoothly may be performed for 18 to 30 hours.

상기 전극 조립체를 함침시키는 단계는 15℃ 내지 30℃, 보다 구체적으로 23℃ 내지 27℃에서 수행될 수 있으며, 상기 범위일 때 전극 조립체의 함침성을 향상시킬 수 있고, 온도가 과도하게 높음에 따른 음극 내 덴드라이트(dendrite) 형성, 이에 따른 저전압 발생 우려를 방지할 수 있어 바람직하다. The step of impregnating the electrode assembly may be performed at 15° C. to 30° C., more specifically at 23° C. to 27° C., and it is possible to improve the impregnation property of the electrode assembly when the range is in the range, and the temperature is excessively high. It is preferable because it is possible to prevent the formation of dendrites in the anode and the occurrence of a low voltage accordingly.

<활성화><Activate>

본 발명은 상기 함침된 전극 조립체를 적어도 하나의 사이클로 충방전하여 활성화하는 단계를 포함한다.The present invention includes the step of activating the impregnated electrode assembly by charging and discharging in at least one cycle.

상기 충방전은 전기화학 충방전기를 사용하여 수행될 수 있다.The charging and discharging may be performed using an electrochemical charging/discharging device.

상기 충방전은 0.05C 내지 1C, 바람직하게는 0.05C 내지 0.5C의 C-rate로 수행될 수 있다. 상기 범위로 충방전을 수행할 경우, 급격한 충방전으로 인한 리튬 이온의 불균일한 삽입, 탈리를 방지할 수 있으므로, 음극의 수명 성능이 더욱 향상될 수 있다.The charging and discharging may be performed at a C-rate of 0.05C to 1C, preferably 0.05C to 0.5C. When charging and discharging is performed within the above range, non-uniform insertion and desorption of lithium ions due to rapid charging and discharging can be prevented, so that the lifespan performance of the negative electrode can be further improved.

상기 전극 조립체의 활성화를 위한 충전 및 방전은 바람직하게는 2 이상의 사이클, 보다 구체적으로 2 내지 8의 사이클로 수행될 수 있다. 일반적으로 실리콘계 활물질의 경우 탄소계 활물질에 비해 충전 및 방전에 따른 부피 팽창/수축 정도가 크며, 이에 따라 실리콘계 활물질의 구조 변화로 새로운 음극 표면이 생성될 수 있다. 이에 따라 상기 새롭게 형성된 음극 표면에도 활성화에 의한 SEI 층이 충분히 형성될 수 있도록 상술한 범위의 사이클로 전극 조립체에 충전 및 방전을 수행하는 것이 바람직하다. 또한, 실리콘계 활물질의 부피 팽창 및 수축 정도를 억제하기 위해, 음극에 폴리아크릴산, 폴리비닐알코올 등의 수계 바인더를 사용할 경우, 상기 수계 바인더는 전해액 젖음성이 좋지 않아 활성화가 쉽지 않은 문제가 있다. 이에, 2 이상의 사이클로 충방전하여 음극을 활성화시킬 경우 수계 바인더가 충분히 전해액에 젖게 함으로써 활성화가 잘 이루어질 수 있도록 할 수 있다.Charging and discharging for activation of the electrode assembly may be preferably performed in two or more cycles, more specifically, in cycles of 2 to 8. In general, in the case of a silicon-based active material, the degree of volume expansion/contraction due to charging and discharging is greater than that of a carbon-based active material, and accordingly, a new negative electrode surface may be created by the structural change of the silicon-based active material. Accordingly, it is preferable to perform charging and discharging to the electrode assembly in the cycle of the above-described range so that the SEI layer by activation can be sufficiently formed on the surface of the newly formed anode. In addition, when an aqueous binder such as polyacrylic acid or polyvinyl alcohol is used for the negative electrode in order to suppress the volume expansion and contraction of the silicone-based active material, the aqueous binder has poor electrolyte wettability, so activation is not easy. Accordingly, when the anode is activated by charging and discharging in two or more cycles, the water-based binder is sufficiently wetted with the electrolyte so that the activation can be performed well.

구체적으로, 상기 충방전은 2 이상의 사이클로 수행될 수 있으며, 첫 번째 사이클에서의 충전 시 C-rate는 두 번째 이상의 사이클에서의 충전 시 C-rate에 비해 낮을 수 있다. 예를 들어, 상기 충방전이 2 사이클로 수행될 경우, 첫 번째 사이클에서의 충전 시 C-rate는 두 번째 사이클에서의 충전 시 C-rate에 비해 낮을 수 있다. 이 경우, 첫 번째 사이클에서 낮은 C-rate로 충전을 수행함으로써 음극의 충전이 균일하게 수행될 수 있고, 두 번째 이상의 사이클에서의 충전에서 활성화에 의한 SEI 층의 형성이 바람직하게 이루어질 수 있어 바람직하다.Specifically, the charging/discharging may be performed in two or more cycles, and the C-rate when charging in the first cycle may be lower than the C-rate when charging in the second or more cycles. For example, when the charging/discharging is performed in 2 cycles, the C-rate during charging in the first cycle may be lower than the C-rate during charging in the second cycle. In this case, it is preferable because the charging of the negative electrode can be uniformly performed by performing the charging at a low C-rate in the first cycle, and the formation of the SEI layer by activation can be preferably made in the charging in the second or more cycles. .

상기 충방전은 10℃ 내지 80℃에서 수행될 수 있다. 바람직하게는 상기 충방전 시에 과도한 부피 팽창/수축을 방지하고, SEI 층의 계속적인 생성을 방지하는 측면에서 상기 충방전은 15℃ 내지 40℃, 보다 바람직하게는 23℃ 내지 30℃에서 수행될 수 있다.The charging and discharging may be performed at 10°C to 80°C. Preferably, in terms of preventing excessive volume expansion/contraction during the charging and discharging, and preventing the continuous generation of the SEI layer, the charging/discharging is performed at 15° C. to 40° C., more preferably at 23° C. to 30° C. can

상기 충방전은 상기 함침된 전극 조립체를 가압하면서 수행될 수 있다. 상기 충방전에 의해 실리콘계 활물질에 리튬이 삽입/탈리되면서 음극 활물질의 부피 팽창/수축이 이루어지는데, 이때 가압 공정을 함께 수행함으로써 음극 활물질의 부피 팽창을 더욱 바람직하게 제어할 수 있다. 또한, 상기 전극 조립체를 가압하면서 충전 및 방전 공정을 수행할 경우, 음극 또는 음극 활물질층의 공극을 적정 수준으로 구현할 수 있어 과도한 가압에 의한 공극 감소가 방지되고, 공극 감소에 따라 전해액이 고갈되는 문제가 해소될 수 있어 수명 특성 향상에 바람직하다.The charging and discharging may be performed while pressing the impregnated electrode assembly. As lithium is inserted/desorbed from the silicon-based active material by the charging and discharging, the volume expansion/contraction of the anode active material is made. In addition, when the charging and discharging process is performed while the electrode assembly is pressurized, the voids of the negative electrode or the negative electrode active material layer can be realized at an appropriate level, so that the decrease in voids due to excessive pressure is prevented, and the electrolyte is depleted according to the decrease in the voids. can be eliminated, which is preferable for improving the lifespan characteristics.

상기 가압은 5MPa 내지 15MPa, 바람직하게는 상기 가압은 8MPa 내지 11MPa로 수행될 수 있다. 상기 압력 범위로 가압할 경우 실리콘계 활물질의 부피 팽창을 충분히 제어하면서 음극의 공극을 적정 수준으로 유지할 수 있어, 전지의 수명 특성이 더욱 향상될 수 있다.The pressurization may be performed at 5 MPa to 15 MPa, preferably at 8 MPa to 11 MPa. When the pressure is within the above pressure range, the voids of the negative electrode can be maintained at an appropriate level while sufficiently controlling the volume expansion of the silicon-based active material, and thus the lifespan characteristics of the battery can be further improved.

<고온 거치 단계><High-temperature fermentation stage>

본 발명은 상기 활성화된 전극 조립체를 55℃ 내지 85℃에서 1시간 내지 10시간 동안 거치하는 단계를 포함한다.The present invention includes the step of placing the activated electrode assembly at 55°C to 85°C for 1 hour to 10 hours.

본 발명의 이차전지의 제조방법은 상기 활성화된 전극 조립체를 특정 조건에서 거치하는 단계를 포함함으로써, 음극 표면에 안정적이고 강한 SEI 층 형성이 가능하도록 할 수 있다. 또한, 상기 충방전에 의한 활성화에 따라 실리콘계 활물질의 부피 팽창/수축으로 새로운 표면이 형성될 수 있는데, 상기 거치에 의해 SEI 층이 안정적으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 거치 단계를 수행할 경우, 활성화 초기에 발생하는 가스의 움직임을 높여 SEI 층 내의 가스를 SEI 층 외부로 방출시킬 수 있고, 이에 따라 SEI 층의 밀도를 높일 수 있어 바람직하다. 만일, 상기 거치 단계를 수행하지 않을 경우 SEI 층 내의 가스가 잔존할 우려가 있어 SEI 층이 견고하고 안정적으로 형성될 수 없을 우려가 있다.The manufacturing method of the secondary battery of the present invention may include the step of mounting the activated electrode assembly under specific conditions, thereby enabling the formation of a stable and strong SEI layer on the surface of the negative electrode. In addition, a new surface may be formed by volume expansion/contraction of the silicon-based active material according to the activation by the charging/discharging, and the SEI layer may be stably formed by the deferment. In addition, when performing the deferment step, the movement of the gas generated at the initial stage of activation can be increased to release the gas in the SEI layer to the outside of the SEI layer, which is preferable because the density of the SEI layer can be increased accordingly. If the deferment step is not performed, there is a risk that the gas in the SEI layer may remain, so that the SEI layer may not be firmly and stably formed.

또한, 본 발명의 이차전지의 제조방법은 실리콘계 활물질을 포함하는 전극 조립체의 활성화를 위한 충방전 수행 후, 전극 조립체를 상기 조건에서 거치하는 공정을 수행함으로써, 잔류 수분에 의한 부반응이 가속화되어 가스를 많이 발생시킬 수 있고, 이후 탈기(degassing) 공정으로 상기 가스를 제거한다. 상기 거치를 통해 음극 부반응에 의해 발생된 가스가 최대한으로 제거될 수 있으므로, 이후 이차전지의 제품 적용 시에 가스 발생이 억제될 수 있어 수명 성능 향상에 바람직하다. In addition, in the method of manufacturing a secondary battery of the present invention, after charging and discharging for activation of an electrode assembly including a silicon-based active material is performed, a process of mounting the electrode assembly under the above conditions is performed, so that a side reaction caused by residual moisture is accelerated to release gas. It can be generated a lot, and then the gas is removed by a degassing process. Since the gas generated by the negative electrode side reaction can be maximally removed through the above-mentioned mounting, gas generation can be suppressed when the product is applied to the secondary battery after that, which is preferable for improving life performance.

상기 거치 단계는 55℃ 내지 85℃에서에서 수행된다. 상기 거치 단계를 55℃ 미만에서 수행하는 경우에는 SEI 층의 안정적인 형성이 어렵고, 거치 단계에서 부반응에 의한 가스를 충분히 발생시킬 수 없고, SEI 층 내의 가스 제거가 충분치 않아 바람직하지 않다. 상기 거치 단계를 85℃ 초과에서 수행하는 경우에는 음극 집전체 내의 금속의 반응성을 높여 금속의 용출 위험이 있고, 상기 금속의 덴드라이트 등이 형성됨으로서 이차전지의 저전압 발생 확률이 높아져 바람직하지 않으며, 높은 온도에서의 거치 시 바인더의 접착력이 낮아져 전극의 탈리를 유발하고 활물질들 간의 거리 증가에 의한 저항 증가, 국부적인 리튬 석출에 의한 수명 성능 감소가 발생할 수 있다.The fermenting step is carried out at 55°C to 85°C. When the deferring step is performed at less than 55° C., it is difficult to stably form the SEI layer, it is not possible to sufficiently generate a gas due to a side reaction in the deferring step, and the gas removal in the SEI layer is not sufficient. When the deferring step is performed at more than 85° C., there is a risk of metal elution by increasing the reactivity of the metal in the negative electrode current collector, and the low voltage occurrence probability of the secondary battery increases as dendrites of the metal are formed, which is undesirable, high When mounted at a temperature, the adhesive strength of the binder is lowered, causing detachment of the electrode, increasing resistance due to an increase in the distance between active materials, and decreasing lifespan performance due to local lithium precipitation.

바람직하게, 상기 거치 단계는 75℃ 내지 85℃에서 수행될 수 있다. 상기 범위일 때 전해액의 점도가 감소되어 부반응에 의한 가스 발생이 가속화될 수 있어, 이후 탈기 공정에서 가스를 최대한 많이 제거할 수 있다. 또한 상기 범위일 때, 가스의 움직임을 활발하게 하여 SEI 층 내의 가스 갇힘(trap) 현상이 방지되고, 가스를 외부로 용이하게 방출시킬 수 있어 바람직하다.Preferably, the fermenting step may be performed at 75°C to 85°C. In the above range, since the viscosity of the electrolyte is reduced, gas generation due to side reactions may be accelerated, so that the gas may be removed as much as possible in the subsequent degassing process. In addition, when it is within the above range, it is preferable to activate the movement of the gas to prevent gas trapping in the SEI layer, and to easily discharge the gas to the outside.

상기 거치 단계는 1시간 내지 10시간 동안 수행된다. 상기 범위일 때 상기 거치를 통한 가스 발생을 충분히 일으킬 수 있으면서도, 음극 집전체 내 금속의 용출, 덴드라이트 발생 등이 방지될 수 있어 바람직하다.The fermenting step is performed for 1 hour to 10 hours. When it is within the above range, it is possible to sufficiently generate gas through the deferment, and it is preferable that the elution of the metal in the negative electrode current collector, the generation of dendrites, etc. can be prevented.

상기 거치가 1 시간 미만으로 수행될 경우, SEI 층의 안정적인 형성이 어렵고, 거치 단계에서 부반응에 의한 가스를 충분히 발생시킬 수 없고, SEI 층 내의 가스 제거가 충분치 않아 바람직하지 않다. 상기 거치가 10 시간 초과로 수행될 경우, 실리콘계 활물질이 고온에서 오랜 시간 노출됨에 따라 실리콘계 활물질의 손상이 발생하며, 활물질 손상, 부반응에 의해 가스 발생이 증가하여 저항을 상승시키는 문제가 발생하므로 음극의 수명 특성을 저하시키는 문제가 발생할 수 있다.When the fermenting is performed for less than 1 hour, it is difficult to form a stable SEI layer, it is not possible to sufficiently generate a gas due to a side reaction in the fermenting step, and the gas removal in the SEI layer is not sufficient, which is not preferable. When the deferring is performed for more than 10 hours, damage to the silicon-based active material occurs as the silicon-based active material is exposed to high temperature for a long time, and there is a problem of increasing the resistance by increasing the generation of gas due to damage to the active material and side reactions. A problem of lowering the lifespan characteristics may occur.

구체적으로, 상기 거치는 2시간 내지 6시간 동안 수행될 수 있으며, 상기 범위에 있을 때, 음극에 SEI 층을 바람직한 수준으로 형성하면서, 가스를 충분히 발생시킬 수 있음과 동시에, 실리콘계 활물질의 손상을 방지할 수 있어 수명 특성을 더 향상시킬 수 있다.Specifically, the passing may be performed for 2 to 6 hours, and when it is in the above range, while forming the SEI layer at a desired level on the negative electrode, it is possible to sufficiently generate gas, and at the same time to prevent damage to the silicon-based active material. This can further improve the lifespan characteristics.

<탈기(degassing)><degassing>

본 발명은 상기 거치하는 단계 후 상기 전극 조립체로부터 발생된 가스를 제거하는 단계를 포함한다.The present invention includes the step of removing the gas generated from the electrode assembly after the step of mounting.

상기 가스 제거 단계에 의해, 상기 전극 조립체 활성화 후의 SEI 층 생성, 비가역 용량의 생성 등에 의한 부산물로서 가스가 생성될 수 있다. 이에 따라, 활성화가 이루어진 이차전지의 사용을 위해 부산물을 제거하는 공정을 수행할 수 있으며, 상기 가스 제거 공정을 통해 이차전지가 사용 가능한 형태로 제조될 수 있다.In the degassing step, a gas may be generated as a by-product of the generation of the SEI layer after activation of the electrode assembly, generation of an irreversible capacity, and the like. Accordingly, a process of removing by-products may be performed for use of the activated secondary battery, and the secondary battery may be manufactured in a usable form through the gas removal process.

특히, 본 발명은 상술한 고온 거치 단계에 의해 가속화되어 발생된 가스를 상기 가스 제거 단계에 의해 제거할 수 있으며, 이차전지의 제품 적용 시에 가스 발생을 억제할 수 있고 전지의 수명 성능을 향상시킬 수 있다.In particular, the present invention can remove the gas generated by acceleration by the above-described high-temperature deferment step by the gas removing step, can suppress the gas generation when applying the product to the secondary battery, and improve the life performance of the battery. can

상기 가스를 제거하는 단계로는 이차 전지 분야에서 일반적으로 사용되는 방법이 제한 없이 수행될 수 있다. 예를 들면, 상기 가스를 제거하는 단계는 전극 조립체를 일부 개방하여 가스를 제거하고, 진공 상태로 실링(sealing)하는 방법에 의해 수행될 수 있다.As the step of removing the gas, a method generally used in the field of secondary batteries may be performed without limitation. For example, the removing of the gas may be performed by partially opening the electrode assembly to remove the gas, and sealing the electrode assembly in a vacuum state.

본 발명 이차전지의 제조방법에 의해 제조된 이차전지는 휴대전화, 노트북 컴퓨터, 디지털 카메라 등의 휴대용 기기, 및 하이브리드 전기자동차(hybrid electric vehicle, HEV) 등의 전기 자동차 분야 등에 유용하며, 특히 중대형 전지모듈의 구성 전지로서 바람직하게 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명은 또한 상기와 같은 이차전지를 단위 전지로 포함하는 중대형 전지모듈을 제공한다.The secondary battery manufactured by the manufacturing method of the secondary battery of the present invention is useful in the field of portable devices such as mobile phones, notebook computers, digital cameras, and electric vehicles such as hybrid electric vehicles (HEVs), in particular, medium and large-sized batteries It can be preferably used as a component battery of a module. Accordingly, the present invention also provides a medium and large-sized battery module including the secondary battery as described above as a unit battery.

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

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

실시예Example

실시예 1: 이차전지의 제조Example 1: Preparation of secondary battery

<전극 조립체의 제조><Production of electrode assembly>

1. 음극의 제조1. Preparation of anode

실리콘계 활물질 Si(평균 입경(D50): 2.3㎛), 도전재로서 단일벽 탄소나노튜브(평균 직경 1.5nm, 평균 길이 10~15㎛), 카본블랙(제품명: Super C65, 제조사: TIMCAL), 및 판상형 흑연을 0.2:10:9.8의 중량비로 혼합한 것, 바인더로서 폴리비닐알코올 및 폴리아크릴산의 공중합체(구체적으로, 비닐알코올 단량체 및 아크릴산 단량체를 66:34의 중량비로 공중합시킨 것, 중량평균분자량: 약 360,000g/mol)을 70:20:10의 중량비로 음극 슬러리 형성용 용매(증류수)에 첨가하고 혼합하여 음극 슬러리를 제조하였다(고형분 함량은 음극 슬러리 전체 중량에 대하여 25중량%).Silicon-based active material Si (average particle diameter (D 50 ): 2.3 μm), single-walled carbon nanotubes (average diameter 1.5 nm, average length 10-15 μm) as a conductive material, carbon black (product name: Super C65, manufacturer: TIMCAL), and a mixture of plate-shaped graphite in a weight ratio of 0.2:10:9.8, a copolymer of polyvinyl alcohol and polyacrylic acid as a binder (specifically, a copolymer of vinyl alcohol monomer and acrylic acid monomer in a weight ratio of 66:34, weight average Molecular weight: about 360,000 g/mol) was added to a solvent (distilled water) for forming anode slurry in a weight ratio of 70:20:10 and mixed to prepare an anode slurry (the solid content was 25% by weight based on the total weight of the anode slurry).

음극 집전체로서 구리 집전체(두께: 8㎛)의 양면에 상기 음극 슬러리를 100mg/25cm2의 로딩량으로 코팅하고, 압연(roll press)하고, 130℃의 진공 오븐에서 10시간 동안 건조하여 음극 활물질층(두께: 25㎛)을 형성하여, 이를 음극으로 하였다(음극의 두께: 58㎛).As a negative electrode current collector, the negative electrode slurry was coated on both sides of a copper current collector (thickness: 8 μm) in a loading amount of 100 mg/25 cm 2 , rolled, and dried in a vacuum oven at 130° C. for 10 hours to dry the negative electrode. An active material layer (thickness: 25 µm) was formed, and this was used as a negative electrode (thickness of the negative electrode: 58 µm).

2. 양극의 제조2. Preparation of anode

양극 활물질로서 Li[Ni0.6Co0.2Mn0.2]O2(평균 입경(D50): 10㎛), 양극 도전재로서 카본블랙(제품명: Super C65, 제조사: TIMCAL) 및 양극 바인더로서 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVdF)를 97.5:1.0:1.5의 중량비로 N-메틸피롤리돈(NMP) 용매에 첨가하고 혼합하여 양극 슬러리를 제조하였다. 양극 집전체로서 알루미늄 집전체(두께: 15㎛)의 양면에 상기 양극 슬러리를 600mg/25cm2의 로딩량으로 코팅하고, 압연(roll press)하고, 130℃의 진공 오븐에서 10시간 동안 건조하여 양극 활물질층(두께: 73.5㎛)을 형성하여, 이를 양극으로 하였다(양극의 두께: 162㎛).Li[Ni 0.6 Co 0.2 Mn 0.2 ]O 2 (average particle diameter (D 50 ): 10 μm) as a cathode active material, carbon black (product name: Super C65, manufacturer: TIMCAL) as a cathode conductive material, and polyvinylidene fluoride as a cathode binder Ride (PVdF) was added to an N-methylpyrrolidone (NMP) solvent in a weight ratio of 97.5:1.0:1.5 and mixed to prepare a positive electrode slurry. As a positive electrode current collector, the positive electrode slurry was coated on both sides of an aluminum current collector (thickness: 15 μm) in a loading amount of 600 mg/25 cm 2 , rolled, and dried in a vacuum oven at 130° C. for 10 hours. An active material layer (thickness: 73.5 µm) was formed, and this was used as a positive electrode (anode thickness: 162 µm).

3. 전극 조립체의 제조3. Fabrication of the electrode assembly

상기에서 제조된 음극 및 양극이 서로 대향되도록 배치하고, 상기 음극 및 상기 양극 사이에 에틸렌 중합체(PE)/프로필렌 중합체(PP)/에틸렌 중합체(PE)의 적층 구조를 갖는 분리막(두께: 17.5㎛)을 개재하여 전극 조립체를 제조하고, 상기 전극 조립체를 파우치 내에 수용하였다.A separator (thickness: 17.5 μm) having a laminated structure of ethylene polymer (PE)/propylene polymer (PP)/ethylene polymer (PE) between the negative electrode and the positive electrode, wherein the negative electrode and the positive electrode prepared above are disposed to face each other to prepare an electrode assembly, and the electrode assembly was accommodated in a pouch.

4. N/P ratio4. N/P ratio

(1) 음극의 단위 면적 당 방전 용량의 측정(1) Measurement of discharge capacity per unit area of cathode

음극 활물질층이 집전체의 일면에만 형성된 것을 제외하고는 상기 음극의 제조방법과 동일한 방법으로 음극 샘플을 제조하였다. A negative electrode sample was prepared in the same manner as in the method of manufacturing the negative electrode except that the negative electrode active material layer was formed only on one surface of the current collector.

상기 음극 샘플과 동일한 크기의 리튬 금속 전극을 준비하고, 이를 상기 음극 샘플에 대향시켰다. 상기 음극 샘플 및 상기 리튬 금속 전극 사이에 폴리에틸렌 분리막을 개재한 후, 전해액을 주입하여 코인형 하프-셀을 제조하였다. 상기 전해액으로는 에틸렌 카보네이트 및 에틸메틸카보네이트를 50:50의 부피비로 혼합한 유기 용매에 리튬염으로서 LiPF6을 1M 농도로 첨가한 것을 사용하였다. 상기 코인형 하프-셀을 0.1C로 충/방전하여 얻은 방전 용량을 음극 샘플의 면적으로 나누어 음극의 단위 면적당 방전 용량을 구하였다.A lithium metal electrode having the same size as the negative electrode sample was prepared, and it was opposed to the negative electrode sample. After interposing a polyethylene separator between the negative electrode sample and the lithium metal electrode, an electrolyte was injected to prepare a coin-type half-cell. As the electrolyte, a lithium salt in which LiPF 6 was added at a concentration of 1M to an organic solvent in which ethylene carbonate and ethylmethyl carbonate were mixed in a volume ratio of 50:50 was used. The discharge capacity obtained by charging/discharging the coin-shaped half-cell at 0.1 C was divided by the area of the negative electrode sample to obtain the discharge capacity per unit area of the negative electrode.

(2) 양극의 단위 면적 당 방전 용량의 측정(2) Measurement of the discharge capacity per unit area of the anode

양극 활물질층이 집전체의 일면에만 형성된 것을 제외하고는 상기 양극의 제조방법과 동일한 방법으로 양극 샘플을 제조하였다.A positive electrode sample was prepared in the same manner as in the method of manufacturing the positive electrode except that the positive electrode active material layer was formed only on one surface of the current collector.

상기 양극 샘플과 동일한 크기의 리튬 금속 전극을 준비하고, 이를 상기 양극 샘플에 대향시켰다. 상기 양극 샘플 및 상기 리튬 금속 전극 사이에 폴리에틸렌 분리막을 개재한 후, 전해액을 주입하여 코인형 하프-셀을 제조하였다. 상기 전해액으로는 에틸렌 카보네이트 및 에틸메틸카보네이트를 50:50의 부피비로 혼합한 유기 용매에 리튬염으로서 LiPF6을 1M 농도로 첨가한 것을 사용하였다. 상기 코인형 하프-셀을 0.1C로 충/방전하여 얻은 방전 용량을 양극 샘플의 면적으로 나누어 양극의 단위 면적당 방전 용량을 구하였다.A lithium metal electrode having the same size as the positive electrode sample was prepared, and it was opposed to the positive electrode sample. After interposing a polyethylene separator between the positive electrode sample and the lithium metal electrode, an electrolyte was injected to prepare a coin-type half-cell. As the electrolyte, a lithium salt in which LiPF 6 was added at a concentration of 1M to an organic solvent in which ethylene carbonate and ethylmethyl carbonate were mixed in a volume ratio of 50:50 was used. The discharge capacity obtained by charging/discharging the coin-shaped half-cell at 0.1 C was divided by the area of the positive electrode sample to obtain the discharge capacity per unit area of the positive electrode.

(3) N/P ratio의 계산(3) Calculation of N/P ratio

상기 음극의 단위 면적당 방전 용량을 상기 양극의 단위 면적당 방전 용량으로 나누어 N/P ratio(= 2.01)를 구했다.The N/P ratio (= 2.01) was obtained by dividing the discharge capacity per unit area of the negative electrode by the discharge capacity per unit area of the positive electrode.

<전극 조립체의 함침><Impregnation of electrode assembly>

전해액을 상기 파우치 내로 주입하고 상기 전극 조립체를 함침시켰다.An electrolyte solution was injected into the pouch and the electrode assembly was impregnated.

상기 전해액은 플루오로에틸렌 카보네이트(FEC), 디에틸 카보네이트(DMC)를 30:70의 부피비로 혼합한 유기 용매에 비닐렌 카보네이트(VC) 첨가제를 전해액 전체 중량을 기준으로 3중량%로 첨가하고, 리튬염으로서 LiPF6을 1M 농도로 첨가한 것을 사용하였다.The electrolyte is an organic solvent in which fluoroethylene carbonate (FEC) and diethyl carbonate (DMC) are mixed in a volume ratio of 30:70, and a vinylene carbonate (VC) additive is added in an amount of 3% by weight based on the total weight of the electrolyte, As the lithium salt, LiPF 6 added at a concentration of 1M was used.

상기 전극 조립체의 함침 시의 온도는 25℃였으며, 상기 함침은 24시간 동안 수행되었다.The temperature when the electrode assembly was impregnated was 25° C., and the impregnation was performed for 24 hours.

<활성화><Activate>

상기에서 제조된 함침된 전극 조립체를 한 쌍의 가압 플레이트 사이에 배치하고 토크 렌치를 이용하여 9.1MPa의 압력으로 가압하면서 충방전을 수행하여 전극 조립체를 활성화시켰다.The electrode assembly was activated by placing the impregnated electrode assembly prepared above between a pair of pressure plates and performing charging and discharging while pressing at a pressure of 9.1 MPa using a torque wrench.

상기 충방전은 전기화학 충방전기(제조사: PNE Solution)로 2사이클로 25℃에서 충전 및 방전하여 활성화시켰다.The charging and discharging were activated by charging and discharging at 25° C. in 2 cycles with an electrochemical charging/discharging device (manufacturer: PNE Solution).

상기 충전 및 방전은 하기 조건에 의해 수행되었다.The charging and discharging were performed under the following conditions.

충전 조건: 0.33C, CC/CV(4.2V, 0.05C cut-off)Charging conditions: 0.33C, CC/CV (4.2V, 0.05C cut-off)

방전 조건: 0.33C, CC(2.5V cut-off)Discharge conditions: 0.33C, CC (2.5V cut-off)

<거치><Position>

상기 활성화된 전극 조립체를 만충 상태에서 60℃에서 4시간 동안 거치시켰다.The activated electrode assembly was placed in a fully charged state at 60° C. for 4 hours.

<탈기><Degassing>

상기 거치가 완료된 전극 조립체에 가스 제거 공정을 수행하였다.A degassing process was performed on the electrode assembly on which the mounting was completed.

실시예 2: 이차전지의 제조Example 2: Preparation of secondary battery

상기 거치를 80℃에서 수행한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시예 2의 이차전지를 제조하였다.A secondary battery of Example 2 was prepared in the same manner as in Example 1, except that the above-mentioned fermentation was performed at 80°C.

실시예 3: 이차전지의 제조Example 3: Preparation of secondary battery

상기 거치를 8시간 동안 수행한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법으로 실시예 3의 이차전지를 제조하였다.A secondary battery of Example 3 was prepared in the same manner as in Example 2, except that the above-mentioned fermentation was performed for 8 hours.

실시예 4: 이차전지의 제조Example 4: Preparation of secondary battery

실시예 1에서 활성화 단계를 아래 공정으로 수행한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시예 4의 이차전지를 제조하였다.A secondary battery of Example 4 was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the activation step in Example 1 was performed as follows.

<활성화><Activate>

상기에서 제조된 함침된 전극 조립체를 한 쌍의 가압 플레이트 사이에 배치하고 토크 렌치를 이용하여 9.1MPa의 압력으로 가압하면서 충방전을 수행하여 전극 조립체를 활성화시켰다.The electrode assembly was activated by placing the impregnated electrode assembly prepared above between a pair of pressure plates and performing charging and discharging while pressing at a pressure of 9.1 MPa using a torque wrench.

상기 충방전은 전기화학 충방전기(제조사: PNE Solution)로 2사이클로 25℃에서 충전 및 방전하여 활성화시켰다.The charging and discharging were activated by charging and discharging at 25° C. in 2 cycles with an electrochemical charging/discharging device (manufacturer: PNE Solution).

상기 충전 및 방전은 하기 조건에 의해 수행되었다.The charging and discharging were performed under the following conditions.

<첫 번째 사이클><First cycle>

충전 조건: 0.10C, CC/CV(4.2V, 0.05C cut-off)Charging conditions: 0.10C, CC/CV (4.2V, 0.05C cut-off)

방전 조건: 0.33C, CC(2.5V cut-off)Discharge conditions: 0.33C, CC (2.5V cut-off)

<두 번째 사이클><Second cycle>

충전 조건: 0.33C, CC/CV(4.2V, 0.05C cut-off)Charging conditions: 0.33C, CC/CV (4.2V, 0.05C cut-off)

방전 조건: 0.33C, CC(2.5V cut-off)Discharge conditions: 0.33C, CC (2.5V cut-off)

실시예 5: 이차전지의 제조Example 5: Preparation of secondary battery

음극 집전체의 양면에 실시예 1에서 제조된 음극 슬러리를 92.3mg/25cm2의 로딩량으로 코팅하고, 압연(roll press)하고, 130℃의 진공 오븐에서 10시간 동안 건조하여 음극 활물질층(두께: 23.5㎛)을 형성하여, 이를 음극으로 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시예 5의 음극 및 이차전지를 제조하였다(음극의 두께: 55㎛).The negative electrode slurry prepared in Example 1 was coated on both sides of the negative electrode current collector in a loading amount of 92.3 mg/25 cm 2 , rolled, and dried in a vacuum oven at 130° C. for 10 hours to obtain a negative electrode active material layer (thickness). : 23.5 μm), and a negative electrode and a secondary battery of Example 5 were prepared in the same manner as in Example 1 except that this was used as a negative electrode (thickness of the negative electrode: 55 μm).

실시예 1과 동일한 방법으로 N/P ratio를 측정한 결과, 실시예 5의 이차전지의 N/P ratio는 1.85였다.As a result of measuring the N/P ratio in the same manner as in Example 1, the N/P ratio of the secondary battery of Example 5 was 1.85.

실시예 6: 이차전지의 제조Example 6: Preparation of secondary battery

음극 집전체의 양면에 실시예 1에서 제조된 음극 슬러리를 119.4mg/25cm2의 로딩량으로 코팅하고, 압연(roll press)하고, 130℃의 진공 오븐에서 10시간 동안 건조하여 음극 활물질층(두께: 30㎛)을 형성하여, 이를 음극으로 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시예 6의 음극 및 이차전지를 제조하였다(음극의 두께: 68㎛).The negative electrode slurry prepared in Example 1 was coated on both sides of the negative electrode current collector in a loading amount of 119.4 mg/25 cm 2 , rolled, and dried in a vacuum oven at 130° C. for 10 hours to obtain a negative electrode active material layer (thickness). : 30 μm), and a negative electrode and a secondary battery of Example 6 were prepared in the same manner as in Example 1 except that this was used as a negative electrode (thickness of the negative electrode: 68 μm).

실시예 1과 동일한 방법으로 N/P ratio를 측정한 결과, 실시예 6의 이차전지의 N/P ratio는 2.40였다.As a result of measuring the N/P ratio in the same manner as in Example 1, the N/P ratio of the secondary battery of Example 6 was 2.40.

비교예 1: 이차전지의 제조Comparative Example 1: Preparation of secondary battery

<전극 조립체의 제조><Production of electrode assembly>

실시예 1과 동일한 방법으로 전극 조립체를 제조하였다.An electrode assembly was prepared in the same manner as in Example 1.

<전극 조립체의 함침><Impregnation of electrode assembly>

실시예 1과 동일한 방법으로 전극 조립체를 전해액에 함침시켰다.The electrode assembly was immersed in the electrolyte in the same manner as in Example 1.

<활성화><Activate>

상기에서 제조된 함침된 전극 조립체를 한 쌍의 가압 플레이트 사이에 배치하고 토크 렌치를 이용하여 9.1MPa의 압력으로 가압하면서, 0.1C로 전극 조립체의 SOC가 30%가 되도록 충전시켜 활성화하였다.The impregnated electrode assembly prepared above was placed between a pair of pressure plates, and while pressing at a pressure of 9.1 MPa using a torque wrench, it was activated by charging the electrode assembly at 0.1 C so that the SOC was 30%.

<탈기><Degassing>

상기 활성화가 완료된 전극 조립체에 가스 제거 공정을 수행하였다.A gas removal process was performed on the activated electrode assembly.

실시예 1과 다르게 비교예 1의 경우, 활성화 공정 이후에 거치 공정이 수행되지 않았다.Unlike Example 1, in Comparative Example 1, a deferment process was not performed after the activation process.

비교예 2: 이차전지의 제조Comparative Example 2: Preparation of secondary battery

상기 거치를 0.5시간 동안 수행한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 비교예 2의 이차전지를 제조하였다.A secondary battery of Comparative Example 2 was prepared in the same manner as in Example 1, except that the fermenting was performed for 0.5 hours.

비교예 3: 이차전지의 제조Comparative Example 3: Preparation of secondary battery

상기 거치를 12시간 동안 수행한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 비교예 3의 이차전지를 제조하였다.A secondary battery of Comparative Example 3 was prepared in the same manner as in Example 1, except that the above-mentioned fermenting was performed for 12 hours.

비교예 4: 이차전지의 제조Comparative Example 4: Preparation of secondary battery

상기 거치를 40℃에서 수행한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 비교예 4의 이차전지를 제조하였다.A secondary battery of Comparative Example 4 was prepared in the same manner as in Example 1, except that the above-mentioned fermentation was performed at 40°C.

비교예 5: 이차전지의 제조Comparative Example 5: Preparation of secondary battery

상기 거치를 95℃에서 수행한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 비교예 5의 이차전지를 제조하였다.A secondary battery of Comparative Example 5 was prepared in the same manner as in Example 1, except that the fermentation was performed at 95°C.

비교예 6: 이차전지의 제조Comparative Example 6: Preparation of secondary battery

거치 단계를 수행하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 비교예 6의 이차전지를 제조하였다.A secondary battery of Comparative Example 6 was prepared in the same manner as in Example 1, except that the deferment step was not performed.

실험예 1: 수명 특성 평가Experimental Example 1: Lifespan characteristic evaluation

실시예 1~6 및 비교예 1~6에서 제조한 이차전지에 대해 전기화학 충방전기를 이용하여 용량 유지율을 평가하였다. For the secondary batteries prepared in Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 6, the capacity retention rate was evaluated using an electrochemical charger/discharger.

이차전지를 충전(1.0C CC/CV 충전 4.2V 0.05C cut) 및 방전(0.5C CC 방전 3.2V cut)조건으로 200번째 사이클까지 충전 및 방전을 수행하였다.The secondary battery was charged and discharged up to the 200th cycle under the conditions of charging (1.0C CC/CV charging 4.2V, 0.05C cut) and discharging (0.5C CC discharging, 3.2V cut) conditions.

하기 식에 의해 용량 유지율을 평가하였다. 또한, 실시예 및 비교예들의 200번째 사이클에서의 용량 유지율을 하기 표 1에 나타내었다.The capacity retention rate was evaluated by the following formula. In addition, the capacity retention rates in the 200th cycle of Examples and Comparative Examples are shown in Table 1 below.

용량 유지율(%) = {(N번째 사이클에서의 방전 용량)/(첫번째 사이클에서의 방전 용량)} × 100Capacity retention rate (%) = {(discharge capacity in Nth cycle)/(discharge capacity in 1st cycle)} × 100

(상기 식에서, N은 1 이상의 정수임)(wherein N is an integer greater than or equal to 1)

용량 유지율@200cycle(%)Capacity retention rate@200cycle(%) 실시예 1Example 1 80.180.1 실시예 2Example 2 83.083.0 실시예 3Example 3 79.479.4 실시예 4Example 4 83.483.4 실시예 5Example 5 81.581.5 실시예 6Example 6 84.784.7 비교예 1Comparative Example 1 43.243.2 비교예 2Comparative Example 2 72.372.3 비교예 3Comparative Example 3 71.271.2 비교예 4Comparative Example 4 72.472.4 비교예 5Comparative Example 5 33.433.4 비교예 6Comparative Example 6 70.470.4

표 1을 참조하면, 실리콘계 활물질을 포함하는 음극 및 이차전지의 활성화 공정 시, 특정 온도 및 시간으로 거치 공정을 수행하여 제조된 실시예 1 내지 6의 이차전지의 경우, 그렇지 않은 비교예 1 내지 6의 이차전지에 비해 현저히 향상된 수명 성능을 보이는 것을 확인할 수 있다.Referring to Table 1, in the case of the secondary batteries of Examples 1 to 6 manufactured by performing the deferment process at a specific temperature and time during the activation process of the negative electrode and the secondary battery including the silicon-based active material, Comparative Examples 1 to 6, which is not It can be seen that the lifespan performance is significantly improved compared to that of the secondary battery.

Claims (10)

실리콘계 활물질을 포함하는 음극, 상기 음극에 대향하는 양극, 및 상기 음극 및 상기 양극 사이에 개재되는 분리막을 포함하는 전극 조립체를 형성하는 단계;
상기 전극 조립체에 전해액을 주입하여, 상기 전극 조립체를 함침시키는 단계;
상기 함침된 전극 조립체를 적어도 하나의 사이클로 충방전하여 활성화하는 단계;
상기 활성화된 전극 조립체를 55℃ 내지 85℃에서 1시간 내지 10시간 동안 거치하는 단계; 및
상기 거치하는 단계 후 상기 전극 조립체로부터 발생된 가스를 제거하는 단계;를 포함하는 이차전지의 제조방법.
forming an electrode assembly including a negative electrode including a silicon-based active material, a positive electrode facing the negative electrode, and a separator interposed between the negative electrode and the positive electrode;
impregnating the electrode assembly by injecting an electrolyte into the electrode assembly;
activating the impregnated electrode assembly by charging and discharging it in at least one cycle;
placing the activated electrode assembly at 55° C. to 85° C. for 1 hour to 10 hours; and
A method of manufacturing a secondary battery comprising a; removing the gas generated from the electrode assembly after the mounting step.
청구항 1에 있어서,
상기 충방전은 2 이상의 사이클로 수행되는 이차전지의 제조방법.
The method according to claim 1,
The method of manufacturing a secondary battery wherein the charging and discharging is performed in two or more cycles.
청구항 1에 있어서,
상기 충방전은 상기 함침된 전극 조립체를 가압하면서 수행되는 이차전지의 제조방법.
The method according to claim 1,
The charging/discharging method of manufacturing a secondary battery is performed while pressing the impregnated electrode assembly.
청구항 3에 있어서,
상기 가압은 5MPa 내지 15MPa의 압력으로 수행되는 이차전지의 제조방법.
4. The method of claim 3,
The method of manufacturing a secondary battery wherein the pressurization is performed at a pressure of 5 MPa to 15 MPa.
청구항 1에 있어서,
상기 충방전은 0.05C 내지 1C의 C-rate로 수행되는 이차전지의 제조방법.
The method according to claim 1,
The method of manufacturing a secondary battery wherein the charging and discharging is performed at a C-rate of 0.05C to 1C.
청구항 1에 있어서,
상기 실리콘계 활물질은 SiOx(0≤x<2)로 표시되는 화합물을 포함하는 이차전지의 제조방법.
The method according to claim 1,
The silicon-based active material is a method of manufacturing a secondary battery comprising a compound represented by SiO x (0≤x<2).
청구항 1에 있어서,
상기 실리콘계 활물질은 Si인 이차전지의 제조방법.
The method according to claim 1,
The method of manufacturing a secondary battery wherein the silicon-based active material is Si.
청구항 1에 있어서,
상기 음극은 음극 집전체, 및 상기 음극 집전체 상에 배치된 음극 활물질층을 포함하며,
상기 음극 활물질층은 상기 실리콘계 활물질, 바인더 및 도전재를 포함하는 이차전지의 제조방법.
The method according to claim 1,
The negative electrode includes a negative electrode current collector, and a negative electrode active material layer disposed on the negative electrode current collector,
The negative active material layer is a method of manufacturing a secondary battery comprising the silicon-based active material, a binder, and a conductive material.
청구항 8에 있어서,
상기 음극 활물질층의 두께는 10㎛ 내지 100㎛인 이차전지의 제조방법.
9. The method of claim 8,
The thickness of the negative active material layer is 10㎛ to 100㎛ method of manufacturing a secondary battery.
청구항 1에 있어서,
상기 전극 조립체의 하기 수학식 1로 계산되는 N/P ratio는 1.5 내지 3.5인 이차전지의 제조방법:
[수학식 1]
N/P ratio = 음극의 단위 면적당 방전 용량/양극의 단위 면적당 방전 용량.
The method according to claim 1,
A method of manufacturing a secondary battery in which the N/P ratio calculated by Equation 1 below of the electrode assembly is 1.5 to 3.5:
[Equation 1]
N/P ratio = discharge capacity per unit area of negative electrode/discharge capacity per unit area of positive electrode.
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