KR20230057741A - 수명특성이 향상된 음극 및 이를 포함하는 이차전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 음극집전체 및 상기 음극집전체의 적어도 일면에 형성되는 음극합제층을 포함하고, 상기 음극합제층은 음극활물질; 바인더; 및 전도성 고분자 및 템플레이트 화합물을 함유하는 첨가제;를 포함하는 음극에 관한 것이다. 본 발명에 따른 음극에 포함되는 전도성 고분자는 음극의 음극활물질 및 도전재의 전자 이동경로를 제공하여 전극의 저항을 낮출 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면, 카본블랙 및 카본나노튜브 등의 도전재 함량을 최소한으로 하면서 안정적인 전기전도도를 유지하도록 하여, 이차전지의 수명 특성을 향상시킬 수 있다.

Description

수명특성이 향상된 음극 및 이를 포함하는 이차전지 {Anode for secondary battery with improved rate property and secondary battery comprising the same}
본 발명은 수명특성이 향상된 음극 및 이를 포함하는 이차전지에 관한 것이다.
리튬이온전지는 리튬을 포함하고 있는 화합물 입자의 양극활물질과 그리고 탄소로 대표되는 음극활물질들을 바인더와 함께 혼합하여 알루미늄 또는 구리 등의 극판 물질 표면에 양극활물질층 및 음극활물질층을 형성하고 여기에 전해질을 함침한 후 중간에 분리막으로 불리우는 소위 세퍼레이터(separator)를 놓고 합지하여 만들어진다.
리튬이온전지는 표면에서 흡착 및 탈착을 되풀이하면서 작동되는 전기이중층 전기저장장치, 즉 캐패시터와는 달리, 리튬 이온이 양극활물질층과 음극활물질층 사이를 왕래하면서 충전과 방전과정을 거치게 되며, 리튬 이온은 양극활물질층과 음극활물질층 내로 삽입(intercalation)되었다가 빠져 나오는 과정을 반복적으로 되풀이하게 된다. 이 과정 중 초기 방전 용량이 충방전 횟수가 증가할수록 떨어지게 되어 성능이 저하되는, 소위 사이클 특성이 저하되게 된다.
사이클 특성이 나빠지는 정도, 충/방전이 반복됨에 따라 초기 용량이 저하되는 정도는 활물질의 종류에 따라 다른 것으로 알려져 있는데, 양극활물질의 경우에는 리튬코발트옥사이드 (lithium-cobaltoxide: LCO) 또는 음극활물질로 사용되는 탄소의 경우에는 초기 방전용량의 저하가 비교적 완만하게 일어나 사이클 특성이 비교적 좋은 것으로 알려져 있으나, 니켈이 도입되거나 알루미늄이 도입된 니켈-코발트-망간 (nickel-cobalt-manganese: NCM) 활물질 또는 니켈-코발트-알루미늄 (nickel-cobalt-aluminum: NCA) 활물질, 또는 음극 활물질의 경우에는 용량이 매우 높은 것으로 알려져 있는 실리콘 금속입자 또는 실리콘산화물 등의 활물질들은 사이클 횟수에 따른 초기용량의 감소가 급격하여 소위 사이클 특성이 급격히 나빠지는 특성을 보인다.
리튬이온전지 제조 시 이들 활물질 입자간의 접착력을 증진시키고, 특히 극판과 접착력을 증진시키기 위해 바인더 물질을 사용한다. 일반적으로 많이 사용하는 바인더로는 양극활물질의 경우에는 수계 용매를 사용하기 어려워 폴리비닐리덴플로라이드(polyvinylideneflouride: PVDF) 같은 유기계 바인더를, 그리고 음극활물질의 경우에는 카복실레이티드메틸셀루로오스(carboxylated methylcellulose: CMC), 스티렌-부타디엔 고무(styrene-butadiene rubber: SBR), 폴리아크릴산(Polyacrylic acid: PAA) 등의 화합물이 있는데, 이들 화합물은 단독으로 또는 서로 혼합된 복합물의 형태로 사용된다.
이들 바인더 물질과 전기전도도 증진을 위하여 사용되는 카본블랙 및 카본나노튜브 등의 도전재와 활물질 등을 N-메틸-2-피롤리돈(N-methyl-2-pyrrolidone: NMP), 물 등의 용매와 함께 혼합하여 활물질 조성물을 만들고 이를 다시 극판에 일정 두께의 도막을 형성하고 이를 전극재료로 사용하여 리튬이온전지를 제조한다.
바인더와 도전재를 포함하는 음극은 충방전 과정을 거치는 동안 부피 팽창으로 인해 바인더 물질과의 접착력이 저하되거나, 또는 전기전도도가 저하되는 일이 빈번하게 발생하며. 이는 전지의 성능저하 및 수명 특성의 열화로 이어진다.
이에 따라, 안정적인 전기전도도를 부여하며 카본블랙 및 카본나노튜브 등의 도전재가 갖는 단점을 보완하여, 수명특성을 향상시킬 수 있는 기술이 요구되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 실정을 감안하여 안출된 것으로, 음극의 반복적인 충전 및 방전에 따른 부피팽창이 발생하더라도, 전극에 안정적인 전기전도도를 부여하여 리튬이온배터리의 수명 특성을 향상시킬 수 있는 음극 및 이를 포함하는 이차전지를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 음극집전체 및 상기 음극집전체의 적어도 일면에 형성되는 음극합제층을 포함하고, 상기 음극합제층은 음극활물질; 바인더; 및 전도성 고분자 및 템플레이트 화합물을 함유하는 첨가제;를 포함하는 음극이 제공된다.
상기 음극활물질은 탄소계 음극활물질 및 실리콘계 음극활물질로 이루어진 그룹에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.
상기 바인더는 카르복시메틸셀룰로오스, 스티렌 부타디엔 고무 및 폴리아크릴산으로 이루어지는 그룹에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.
상기 바인더는 폴리아크릴산을 포함할 수 있다.
상기 전도성 고분자는 폴리(에틸렌디옥시티오펜)(PEDOT), 폴리아세틸렌(PA), 폴리피롤(PPy), 폴리티오펜(PT), 폴리파라페닐렌(PPP), 폴리파라페닐렌설파이드(PPS), 폴리(p-페닐렌비닐렌(PPV) 및 폴리(아닐린)(PANI)로 이루어지는 그룹에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.
상기 템플레이트 화합물은 폴리아크릴산, 카르복실메틸셀룰로오즈 및 폴리비닐알코올-폴리아크릴산 공중합체로 이루어지는 그룹에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.
상기 전도성 고분자 및 템플레이트 화합물의 중량비는 9:1 내지 2:8일 수 있다.
상기 바인더와 첨가제의 템플레이트 화합물이 서로 동일한 물질일 수 있다.
상기 바인더와 첨가제의 템플레이트 화합물이 서로 상이한 물질일 수 있다.
상기 첨가제는 음극합체층 총 중량을 기준으로 1중량% 이하의 함량으로 포함될 수 있다.
상기 음극은 추가로 도전재를 포함할 수 있다.
상기 도전재는 음극합체층 총 중량을 기준으로 0.3 중량% 이하의 함량으로 포함될 수 있다.
상기 음극의 벌크(bulk) 저항이 0.06 Ω·cm 이하일 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 음극을 포함하는 이차전지가 제공된다.
본 발명에 따른 음극에 포함되는 전도성 고분자는 음극의 음극활물질 및 도전재의 전자 이동경로를 제공하여 전극의 저항을 낮출 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 카본블랙 및 카본나노튜브 등의 도전재 함량을 최소한으로 하면서 안정적인 전기전도도를 유지하도록 하여, 이차전지의 수명 특성을 향상시킬 수 있다.
이하, 다양한 실시예를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다.
본 발명은 수명특성이 향상된 음극 및 이를 포함하는 이차전지에 관한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 음극집전체 및 상기 음극집전체의 적어도 일면에 형성되는 음극합제층을 포함하고, 상기 음극합제층은 음극활물질; 바인더; 및 전도성 고분자 및 템플레이트 화합물을 함유하는 첨가제;를 포함하는 음극이 제공된다.
음극집전체는, 해당 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 당 업계에 공지된 모든 소재가 사용될 수 있다. 음극집전체로는 예를 들어, 구리, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 또한, 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.
음극활물질은 탄소계 음극활물질 및 실리콘계 음극활물질로 이루어진 그룹에서 선택되는 1종 이상일 수 있다. 특별하게 한정하는 것은 아니나, 탄소계 음극활물질은 예를 들어, 인조흑연, 천연흑연, 및 흑연화 메조카본마이크로비드로 이루어진 그룹에서 선택되는 1종 이상일 수 있으며, 인조흑연인 것이 바람직하다. 실리콘계 음극활물질은 SiOx(0≤x<2) 입자, Si-C 복합체 및 Si-Y 합금(여기서, Y는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 전이금속, 13족 원소, 14족 원소, 희토류 원소 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 원소임)으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 사용할 수 있으며, 예를 들어, SiO일 수 있다.
본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 음극활물질은 탄소계 음극활물질 및 실리콘계 음극활물질을 모두 포함할 수 있다. 실리콘계　음극　활물질과 탄소계　음극　활물질을 동시에 포함함으로써, 전지의 용량이 개선될 수 있고, 음극 충·방전 시 발현될 수 있는 음극 활물질의 부피 변화가 억제되어 음극의 수명이 개선될 수 있다.
음극활물질 및 후술하는 도전재와의 결착과 음극집전체에 대한 접착력을 향상시키기 위해 바인더를 포함할 수 있다. 이러한 바인더로는 예를 들어, 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복실메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌-부타디엔 고무(SBR), 불소 고무 및 폴리아크릴산(PAA)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종이 사용될 수 있다. 본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 바인더는 카르복시메틸셀룰로오스, 스티렌 부타디엔 고무 및 폴리아크릴산으로 이루어지는 그룹에서 선택되는 1종 이상인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 음극은 첨가제를 포함하며, 상기 첨가제는 전도성을 부여하는 전도성 고분자 및 상기 전도성 고분자와 전기적으로 결합되어 있는 템플레이트 화합물을 포함할 수 있다. 상기 첨가제는 음극에서 충전 및 방전에 따른 부피팽창이 발생하더라도, 음극에 안정적인 전기전도도를 부여함으로써, 리튬이온전지의 수명 특성을 향상시킬 수 있다.
보다 상세하게, 전도성 고분자는 음극 내에서 음극활물질 및 도전재의 전자 이동경로를 제공할 수 있고, 이에 따라, 음극의 저항을 낮출 수 있다. 상기 전도성 고분자는 특별하게 한정하는 것인 아니나, 예를 들어, 폴리(에틸렌디옥시티오펜)(PEDOT), 폴리아세틸렌(PA), 폴리피롤(PPy), 폴리티오펜(PT), 폴리파라페닐렌(PPP), 폴리파라페닐렌설파이드(PPS), 폴리(p-페닐렌비닐렌(PPV) 및 폴리(아닐린)(PANI)로 이루어지는 그룹에서 선택되는 1종 이상일 수 있으며, 바람직하게는 PEDOT일 수 있다.
템플레이트 화합물은 상기 전도성 고분자와 전기적으로 결합되는 화합물로서, 전도성 고분자를 물 등의 용매에 용해하는 역할을 수행할 수 있다. 상기 템플레이트 화합물은 수계 바인더일 수 있으며, 상기 전도성 고분자를 물 등의 용매에 녹을 수 있도록 하는 물질일 수 있다. 상기 템플레이트 화합물은 예를 들어, 폴리비닐알코올(PVA: polyvinyl alcohol), 폴리아크릴산(PAA: polyacrylic acid), 폴리에틸렌 글리콜(PEG: polyethylene glycol), 폴리아크릴로니트릴(PAN: polyacrylonitrile), 폴리아크릴 아미드(PAM: polyacryl amide), 카르복실메틸셀룰로오즈(CMC: carboxylmethyl cellulose) 및 폴리비닐알코올-폴리아크릴산 공중합체 중에서 선택된 적어도 1종을 포함할 수 있다. 본 발명의 구현예에서 바람직하게는 상기 템플레이트 화합물은 폴리아크릴산, 카르복실메틸셀룰로오즈 및 폴리비닐알코올 -폴리아크릴산 공중합체로 이루어지는 그룹에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.
상술한 전도성 고분자 및 템플레이트 화합물을 함유하는 본 발명에 따른첨가제는 음극에서 유일한 부도체인 바인더에 전기전도도를 부여하여, 음극활물질 및 후술하는 도전재 사이에 전자 이동통로를 제공할 수 있다.
한편, 상기 첨가제에 있어서, 전도성 고분자 및 템플레이트 화합물의 중량비는 9:1 내지 2:8인 것이 바람직하다. 전도성 고분자의 함량이 높을수록, 음극의 저항이 감소되고, 수명 특성이 개선되지만, 전도성 고분자 중량비가 9를 초과하는 경우, 템플레이트 화합물과 바인더의 친화도가 저하되어, 오히려, 수명 특성이 개선되지 않는 문제점이 발생할 수 있다.
상기 바인더와 첨가제의 템플레이트 화합물은 서로 동일한 물질이거나 또는 서로 상이한 물질일 수 있으며, 바인더와 첨가제의 템플레이트 화합물이 서로 동일한 물질인 경우, 친화도(affinity)가 증가하여, 더욱 바람직하다.
상기 첨가제는 음극합체층 총 중량을 기준으로 1중량% 이하의 함량으로 포함될 수 있다. 첨가제가 1% 초과로 첨가되는 경우 첨가제와 바인더가 뭉치는 현상이 발행하여, 슬러리에 마이크로 단위의 입자(알갱이)가 형성되는 문제가 있다. 한편, 전기전도도를 부여하기 위해 그 하한은 음극합체층 총 중량을 기준으로 0.05중량%일 수 있다.
본 발명에 따른 음극은 전기 전도도 향상을 위해, 도전재를 추가로 포함할 수 있다. 상기 도전재는 특별하게 한정하는 것은 아니나, 예를 들어, 흑연, 카본 블랙, 탄소나노튜브, 금속 분말 및 도전성 산화물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있고, 바람직하게는 카본 블랙 또는 탄소나노튜브를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 도전재는 음극합체층 총 중량을 기준으로 0.3 중량% 이하의 함량으로 포함될 수 있다. 도전재는 전기전도도를 향상시킬 수 있는 반면, 지나치게 많은 함량으로 포함되는 경우, 음극활물질의 함량이 적어지고, 이는 용량의 저하로 이어질 수 있다. 그러나, 본 발명에 따른 음극은 전도성 고분자 및 템플레이트 화합물을 포함함으로써, 도전재의 함량을 최소한으로 하면서도, 안정적인 전기전도도를 유지할 수 있다.
이에 따라, 제조되는 음극의 벌크 저항은 0.06 Ω·cm 이하일 수 있다. 상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 음극에 포함되는 첨가제는 음극의 음극활물질 및 도전재의 전자 이동경로를 제공하여 전극의 저항을 낮출 수 있다.
본 발명의 음극을 제조하는 방법은 특별하게 한정되지 않으며, 공지된 방법을 이용하여 수행될 수 있다. 예를 들어, 물, NMP 등의 용매로하여, 상술한, 음극활물질, 바인더, 첨가제 및 도전재를 포함하는 음극슬러리를 제조한 후, 음극집전체에 코팅, 건조 및 압연하는 공정을 통해 제조할 수 있다. 상기 음극슬러리의 코팅은 슬롯 다이를 이용한 코팅법이 사용될 수도 있고, 그 이외에도 메이어 바 코팅법, 그라비아 코팅법, 침지 코팅법, 분무 코팅법 등이 사용될 수 있으나, 강한 압력으로 기재에 밀착하여 높은 접착력을 확보할 수 있고 비교적 쉬운 공정적용이 가능하여 양산 적용에 유리한 분무 코팅법을 이용하는 것이 바람직하다.
상기 음극슬러리가 도포된 음극집전체를 건조 및 압연하는 단계는 당 업계에서 일반적으로 수행되는 방법으로 수행될 수 있으며, 특별하게 한정되지 않는다. 예를 들어, 건조는 예를 들어, 실온의　건조　분위기 중 등에서 행할 수 있으며, 건조 후, 캘린더링 장비의 금속 압연 롤에 통과시켜 압연을 수행할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상술한 음극; 양극; 및 상기 음극과 양극 사이에 개재되는 분리막을 포함하는 이차전지가 제공된다.
양극은 당 업계에서 공지된 모든 양극이 적용될 수 있다. 예를 들어, 양극인 경우, 양극집전체로는 알루미늄, 스테인레스강 또는 니켈 재질의 박판을 사용할 수 있으며, 알루미늄 재질의 박판을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 망상 또는 메시 모양 등의 다공체를 사용할 수도 있고, 산화를 방지하기 위하여 내산화성의 금속 또는 합금 피막으로 피복될 수도 있다.
양극 활물질은 리튬의 가역적인 인터칼레이션 및 디인터칼레이션이 가능한 화합물로서, 구체적으로는 니켈, 코발트, 망간 및 알루미늄으로 이루어진 적어도 1종의 전이금속과 리튬을 포함하는 리튬 전이금속 복합 산화물, 바람직하게는 니켈, 코발트 및 망간을 포함하는 전이금속과 리튬을 포함하는 리튬 전이금속 복합 산화물을 포함할 수 있다.
양극 또한, 활물질과 도전재 등의 결착과 집전체에 대한 접착력을 향상시키기 위해 바인더를 추가로 포함할 수 있고, 전기 전도도를 향상시키기 위해, 도전재를 포함할 수 있다. 여기에서 바인더 및 도전재의 구체적인 종류에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
분리막 또한, 당 업계에서 인식된 모든 분리막이 적용될 수 있다. 상기 분리막은 전극을 물리적으로 분리하는 기능을 갖는 물리적인 분리막으로서, 통상의 분리막으로 사용되는 것이라면 특별한 제한 없이 사용 가능하며, 특히 전해액의 이온 이동에 대하여 저저항이면서 전해액 함습 능력이 우수한 것이 바람직하다. 상기 분리막은 양극과 음극을 서로 분리 또는 절연시키면서 양극과 음극 사이에 리튬 이온의 수송을 가능하게 한다. 이러한 분리막은 다공성이고 비전도성 또는 절연성인 물질로 이루어질 수 있다. 상기 분리막은 필름과 같은 독립적인 부재이거나, 또는 양극 및/또는 음극에 부가된 코팅층일 수 있다.
상기 분리막으로 사용될 수 있는 폴리올레핀계 다공성 막의 예로는, 고밀도 폴리에틸렌, 선형 저밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌, 초고분자량 폴리에틸렌과 같은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부틸렌, 폴리펜텐 등의 폴리올레핀계 고분자를 각각 단독으로 또는 이들을 혼합한 고분자로 형성한 막을 들 수 있다.
또한, 상기 분리막으로 사용될 수 있는 부직포의 예로는, 폴리페닐렌옥사이드(polyphenyleneoxide), 폴리이미드(polyimide), 폴리아미드(polyamide), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethyleneterephthalate), 폴리에틸렌나프탈레이트(polyethylenenaphthalate), 폴리부틸렌테레프탈레이트(polybutyleneterephthalate), 폴리페닐렌설파이드(polyphenylenesulfide), 폴리아세탈(polyacetal), 폴리에테르설폰(polyethersulfone), 폴리에테르에테르케톤(polyetheretherketone), 폴리에스테르(polyester) 등을 각각 단독으로 또는 이들을 혼합한 고분자로 형성한 부직포가 가능하며, 이러한 부직포는 다공성 웹(web)을 형성하는 섬유 형태로서, 장섬유로 구성된 스펀본드(spunbond) 또는 멜트블로운(meltblown) 형태를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 이차전지는 개선된 수명특성을 갖는다. 상기 이차전지를 단위셀로 하여 이차전지 모듈을 구성할 수 있고, 또한, 상기 모듈은 하나 또는 그 이상이 팩 케이스 내에 패키징되어 이차전지팩을 형성할수 있다. 상술한 이차전지 모듈 및 이를 포함하는 이차전지팩은 다양한 디바이스에 적용될 수 있다. 이러한 디바이스에는, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 자동차 등의 운송 수단에 적용될 수 있으나, 본 발명은 이에 제한되지 않고 이차전지 모듈 및 이를 포함하는 이차전지팩을 사용할 수 있는 다양한 디바이스에 적용 가능하며, 이 또한 본 발명의 권리범위에 속한다.
이하, 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시에 불과하며, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예
실시예 1
흑연 87.55중량% 및 실리콘 9중량%로 구성된 음극활물질, 도전재인 카본블랙 0.25중량%, 바인더로서 CMC 1.2중량% 및 SBR 1.5중량%와 첨가제로서 도전성 고분자 PEDOT 및 템플레이트 화합물 카르복실메틸셀룰로오즈(CMC) 0.5중량%를 포함하는 음극을 제조하였다. 이 때, 도전성 고분자 및 템플레이트 화합물의 중량비는 8:2로 제어하였다. 상기 음극의 벌크 저항 및 200 주기 용량 유지율을 측정하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
실시예 2
도전성 고분자 및 템플레이트 화합물의 중량비를 5:5로 제어한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 음극을 제조하였다.
실시예 3
도전성 고분자 및 템플레이트 화합물의 중량비를 2:8로 제어한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 음극을 제조하였다.
실시예 4
흑연 88.25중량% 및 실리콘 9중량%로 구성된 음극활물질, 도전재인 카본블랙 0.25중량%, 바인더로서 폴리아크릴산(PAA) 2중량%와 첨가제로서 도전성 고분자 PEDOT 및 템플레이트 화합물 PAA 0.5중량%를 포함하는 음극을 제조하였다. 이 때, 도전성 고분자 및 템플레이트 화합물의 중량비는 9:1로 제어하였다.
실시예 5
도전성 고분자 및 템플레이트 화합물의 중량비를 2:8로 제어한 것을 제외하고는 실시예 4와 동일하게 음극을 제조하였다.
실시예 6
도전성 고분자 및 템플레이트 화합물의 중량비를 5:5로 제어한 것을 제외하고는 실시예 4와 동일하게 음극을 제조하였다.
실시예 7
도전성 고분자 및 템플레이트 화합물의 중량비를 2:8로 제어한 것을 제외하고는 실시예 4와 동일하게 음극을 제조하였다.
실시예 8
도전성 고분자 및 템플레이트 화합물의 중량비를 1:9로 제어한 것을 제외하고는 실시예 4와 동일하게 음극을 제조하였다.
실시예 9
템플레이트 화합물로 폴리아크릴산(PAA)을 사용한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일하게 음극을 제조하였다.
실시예 10
템플레이트 화합물로 카르복실메틸셀룰로오즈(CMC)를 사용한 것을 제외하고는 실시예 4와 동일하게 음극을 제조하였다.
비교예 1
흑연 88.05중량% 및 실리콘 9중량%로 구성된 음극활물질, 도전재인 카본블랙 0.25중량%, 바인더로서 CMC 1.2중량% 및 SBR 1.5중량%를 포함하는 음극을 제조하였다.
비교예 2
흑연 88.75중량% 및 실리콘 9중량%로 구성된 음극활물질, 도전재인 카본블랙 0.25중량%, 바인더로서 PAA 2중량%를 포함하는 음극을 제조하였다.
상기 실시예 1 내지 10 및 비교예 1 내지 2의 음극의 벌크 저항 및 200 주기 용량 유지율을 측정하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
바인더 바인더함량
(중량%)		 첨가제의템플레이트
화합물		 첨가제함량
(중량%)		 전도성고분자:템플레이트 화합물 중량비 음극의 벌크 저항(Ωcm) 200th
cycle retention (%)
비교예1 CMC/SBR 1.2/1.5 - - - 0.1132 84.5
비교예2 PAA 2 - - - 0.0996 87.1
실시예1 CMC/SBR 1.2/1.5 CMC 0.5 8:2 0.0609 96.2
실시예2 CMC/SBR 1.2/1.5 CMC 0.5 5:5 0.0666 95.4
실시예3 CMC/SBR 1.2/1.5 CMC 0.5 2:8 0.0822 91.4
실시예4 PAA 2 PAA 0.5 9:1 0.0563 92.2
실시예5 PAA 2 PAA 0.5 8:2 0.0590 96.5
실시예6 PAA 2 PAA 0.5 5:5 0.0645 95.9
실시예7 PAA 2 PAA 0.5 2:8 0.0738 92.7
실시예8 PAA 2 PAA 0.5 1:9 0.0902 91.3
실시예9 CMC/SBR 1.2/1.5 PAA 0.5 5:5 0.0671 92.3
실시예10 PAA 2 CMC 0.5 5:5 0.0652 93.6
첨가제를 함유하지 않는 비교예 1 및 2 대비, 첨가제를 포함하는 실시예 1 내지 10은 저항이 감소되고, 용량 유지율 또한 증가하여 전극의 수명이 향상된 것을 확인할 수 있다. 한편, 바인더와 템플레이트 화합물이 동종의 물질인 경우, 바인더와 템플레이트 화합물이 상이한 물질인 경우보다, 저항 및 수명 특성 개선 효과가 우수한 것으로 나타났다.이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.

Claims (14)

  1. 음극집전체 및 상기 음극집전체의 적어도 일면에 형성되는 음극합제층을 포함하고,
    상기 음극합제층은 음극활물질; 바인더; 및 전도성 고분자 및 템플레이트 화합물을 함유하는 첨가제;를 포함하는 음극.
  2. 제1항에 있어서
    상기 음극활물질은 탄소계 음극활물질 및 실리콘계 음극활물질로 이루어진 그룹에서 선택되는 1종 이상인 음극.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 바인더는 카르복시메틸셀룰로오스, 스티렌 부타디엔 고무 및 폴리아크릴산으로 이루어지는 그룹에서 선택되는 1종 이상인 음극.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 바인더는 폴리아크릴산을 포함하는 음극.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전도성 고분자는 폴리(에틸렌디옥시티오펜)(PEDOT), 폴리아세틸렌(PA), 폴리피롤(PPy), 폴리티오펜(PT), 폴리파라페닐렌(PPP), 폴리파라페닐렌설파이드(PPS), 폴리(p-페닐렌비닐렌(PPV) 및 폴리(아닐린)(PANI)으로 이루어지는 그룹에서 선택되는 1종 이상인 음극.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 템플레이트 화합물은 폴리아크릴산, 카르복실메틸셀룰로오즈 및 폴리비닐알코올-폴리아크릴산 공중합체로 이루어지는 그룹에서 선택되는 1종 이상인 음극.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 전도성 고분자 및 템플레이트 화합물의 중량비는 9:1 내지 2:8인 음극.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 바인더와 첨가제의 템플레이트 화합물이 서로 동종의 물질인 음극.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 바인더와 첨가제의 템플레이트 화합물이 서로 상이한 물질인 음극.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 첨가제는 음극합체층 총 중량을 기준으로 1중량% 이하의 함량으로 포함되는 음극.
  11. 제1항에 있어서,
    추가로 도전재를 포함하는 음극.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 도전재는 음극합체층 총 중량을 기준으로 0.3 중량% 이하의 함량으로 포함되는 음극.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 음극의 벌크(bulk) 저항이 0.06 Ω·cm 이하인 음극.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항의 음극; 양극; 및 상기 음극과 양극 사이에 개재되는 분리막을 포함하는 이차전지.
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