KR20230067005A - Anode and lithium ion secondary battery comprising same - Google Patents

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KR20230067005A
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변진석
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채병준
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주식회사 엘지에너지솔루션
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Abstract

집전체; 상기 집전체의 적어도 일면에 위치하며, 음극 활물질, 도전재 및 바인더 고분자를 포함하는 음극 활물질층;을 구비고, 85°의 입사광 각도에서 측정된 상기 음극 활물질층의 표면의 광택도가 10 내지 37이고, 상기 광택도가 반사광을 입사광과 동일한 각도로 수광할 때의 빛의 강도를 의미하는 것을 특징으로 하는 음극이 제시된다.current collector; and a negative electrode active material layer located on at least one surface of the current collector and containing a negative electrode active material, a conductive material, and a binder polymer, and a glossiness of the surface of the negative electrode active material layer measured at an incident light angle of 85° of 10 to 37 In addition, a cathode characterized in that the glossiness means the intensity of light when the reflected light is received at the same angle as the incident light is presented.

Description

음극 및 이를 포함하는 리튬 이온 이차 전지{ANODE AND LITHIUM ION SECONDARY BATTERY COMPRISING SAME}Negative electrode and lithium ion secondary battery including the same {ANODE AND LITHIUM ION SECONDARY BATTERY COMPRISING SAME}

본 발명은 리튬이차전지 등의 전기화학소자에 이용될 수 있는 음극 및 이를 포함하는 리튬 이온 이차 전지에 관한 것이다. The present invention relates to a negative electrode that can be used in an electrochemical device such as a lithium secondary battery and a lithium ion secondary battery including the negative electrode.

최근 에너지 저장 기술에 대한 관심이 갈수록 높아지고 있다. 휴대폰, 캠코더 및 노트북 PC, 나아가서는 전기 자동차의 에너지까지 적용분야가 확대되면서 전기화학소자의 연구와 개발에 대한 노력이 점점 구체화되고 있다. Recently, interest in energy storage technology is increasing. Efforts in the research and development of electrochemical devices are becoming more and more specific as the fields of application are expanded to mobile phones, camcorders, notebook PCs, and even the energy of electric vehicles.

전기화학소자는 이러한 측면에서 가장 주목 받고 있는 분야이고, 그 중에서도 충방전이 가능한 이차전지의 개발은 관심의 초점이 되고 있다. 최근에는 이차전지를 개발함에 있어서 용량 밀도 및 비에너지를 향상시키기 위하여 새로운 전극과 전지의 설계에 대한 연구개발이 활발하게 이루어지고 있다.The electrochemical device is the field that is attracting the most attention in this respect, and among them, the development of a secondary battery capable of charging and discharging has become the focus of attention. In recent years, research and development on the design of new electrodes and batteries have been actively conducted in order to improve capacity density and specific energy in the development of secondary batteries.

현재 적용되고 있는 이차전지 중에서 1990 년대 초에 개발된 리튬이차전지는 수용액 전해액을 사용하는 Ni-MH, Ni-Cd, 황산-납 전지 등의 재래식 전지에 비해서 작동 전압이 높고 에너지 밀도가 월등히 크다는 장점으로 각광을 받고 있다. Among the currently applied secondary batteries, the lithium secondary battery developed in the early 1990s has the advantage of higher operating voltage and significantly higher energy density than conventional batteries such as Ni-MH, Ni-Cd, and sulfuric acid-lead batteries using aqueous electrolytes. is gaining popularity as

이러한 이차 전지는 양극, 음극, 분리막, 전해액으로 크게 구분될 수 있으며, 첫 번째 충전에 의해 양극 활물질로부터 나온 리튬 이온이 음극 활물질 내에 삽입되고 이 후 방전시 다시 탈리되면서 양 전극을 왕복한다. 이러한 과정을 통해 에너지를 전달함으로써 충방전이 가능하도록 한다. These secondary batteries can be broadly classified into positive electrodes, negative electrodes, separators, and electrolytes. Lithium ions from the positive electrode active material are inserted into the negative electrode active material by the first charge and then desorbed again during discharging to reciprocate between the two electrodes. By transferring energy through this process, charging and discharging are possible.

예를 들어, 리튬 이차 전지는 전극 활물질로서 리튬 전이 금속 산화물을 포함하는 양극과, 카본계 활물질을 포함하는 음극, 다공성 고분자 기재를 포함하는 분리막으로 이루어진 전극 조립체가 전해액에 의해 함침되어 있는 구조로 이루어져 있다. For example, a lithium secondary battery has a structure in which an electrode assembly composed of a positive electrode including a lithium transition metal oxide as an electrode active material, a negative electrode including a carbon-based active material, and a separator including a porous polymer substrate is impregnated with an electrolyte solution. there is.

이러한 전지에 있어서, 전지용 전극 활물질층 내 바인더 고분자의 분포는 전극의 성능을 결정짓는 일 요소이다. 전극 활물질층 내의 바인더 고분자의 함량이 증가할수록 활물질층과 집전체간의 접착력의 개선에 영항을 줄 수 있으나, 바인더의 함량과 전지 용량은 반비례 관계이므로 동일 바인더 함량에서 전극 활물질층 내에서 바인더 고분자의 분포가 중요하다. 바인더 고분자의 분포는 일반적으로 전극 활물질층 표면에서 내부로 들어가면서 줄어드는 경향을 보인다. 바인더 고분자의 최소 함량의 위치가 집전체로부터 멀어질수록 전극층의 접착력이 저하되어 박리되는 문제점이 있다. 따라서, 전극층 내에서 바인더 고분자의 함량이 최소를 나타내는 위치를 최대한 집전체에 가깝게 제어하고, 전극층 표면에서의 바인더 고분자 함량을 낮추는 것이 전극 접착력 향상 측면에서 중요하다.In such a battery, the distribution of the binder polymer in the battery electrode active material layer is one factor that determines the performance of the electrode. As the content of the binder polymer in the electrode active material layer increases, it can affect the improvement of the adhesion between the active material layer and the current collector. However, since the content of the binder and the battery capacity are inversely proportional, the distribution of the polymer binder within the electrode active material layer at the same binder content. is important. The distribution of the binder polymer generally tends to decrease from the surface of the electrode active material layer to the inside. As the position of the minimum content of the binder polymer is further away from the current collector, the adhesive strength of the electrode layer is lowered and there is a problem in that it is peeled off. Therefore, it is important in terms of improving electrode adhesion to control the position where the content of the binder polymer is minimum in the electrode layer as close to the current collector as possible and to lower the content of the binder polymer on the surface of the electrode layer.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 높은 접착력과 낮은 저항을 동시에 만족하는 음극을 제공하고자 한다. The present invention has been devised to solve the problems of the prior art as described above, and is intended to provide a cathode that simultaneously satisfies high adhesion and low resistance.

다만, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상술한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the technical problem to be achieved by the present invention is not limited to the above-mentioned problem, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description of the invention described below.

상기 본 발명의 과제를 해결하기 위하여 하기의 구현예들의 음극 및 이의 제조방법이 제공된다.In order to solve the problems of the present invention, the following embodiments of the negative electrode and its manufacturing method are provided.

제1 구현예에 따르면,According to the first embodiment,

집전체; current collector;

상기 집전체의 적어도 일면에 위치하며, 음극 활물질, 도전재 및 바인더 고분자를 포함하는 음극 활물질층;을 구비하고, A negative active material layer located on at least one surface of the current collector and containing a negative active material, a conductive material, and a binder polymer;

85°의 입사광 각도에서 측정된 상기 음극 활물질층의 표면의 광택도가 10 내지 37이고,The glossiness of the surface of the negative electrode active material layer measured at an incident light angle of 85 ° is 10 to 37,

상기 광택도가 반사광을 입사광과 동일한 각도로 수광할 때의 빛의 강도를 의미하는 것을 특징으로 하는 음극에 제공된다.The glossiness is provided to the cathode, characterized in that it means the intensity of light when the reflected light is received at the same angle as the incident light.

제2 구현예에 따르면, 제1 구현예에 있어서, According to the second embodiment, in the first embodiment,

상기 광택도가 굴절율 1.567의 유리의 표면 광택을 100으로 할 때의 상대적인 비율일 수 있다.The glossiness may be a relative ratio when the surface gloss of glass having a refractive index of 1.567 is 100.

제3 구현예에 따르면, 제1 구현예 또는 제2 구현예에 있어서,According to the third embodiment, in the first embodiment or the second embodiment,

상기 음극 활물질층의 표면의 광택도가 11 내지 36.5일 수 있다.The glossiness of the surface of the negative electrode active material layer may be 11 to 36.5.

제4 구현예에 따르면, 제1 구현예 내지 제3 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,According to the fourth embodiment, in any one of the first to third embodiments,

상기 바인더 고분자의 함량이 상기 음극 활물질층 100 중량부 기준으로 1 중량부 내지 4 중량부일 수 있다.The content of the binder polymer may be 1 to 4 parts by weight based on 100 parts by weight of the negative electrode active material layer.

제5 구현예에 따르면, 제1 구현예 내지 제4 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,According to the fifth embodiment, in any one of the first to fourth embodiments,

상기 바인더 고분자의 함량이 상기 음극 활물질층 100 중량부 기준으로 1.5 중량부 내지 3.5 중량부일 수 있다. The content of the binder polymer may be 1.5 parts by weight to 3.5 parts by weight based on 100 parts by weight of the negative electrode active material layer.

제6 구현예에 따르면, 제1 구현예 내지 제5 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,According to the sixth embodiment, in any one of the first to fifth embodiments,

상기 바인더 고분자가 고무계 바인더 고분자와 수용성 고분자계 바인더 고분자를 포함할 수 있다.The binder polymer may include a rubber-based binder polymer and a water-soluble polymer-based binder polymer.

제7 구현예에 따르면, 제6 구현예에 있어서,According to the seventh embodiment, in the sixth embodiment,

상기 고무계 바인더 고분자가 스타이렌 부타디엔 고무 (SBR), 불소계 고무, 에틸렌 프로필렌 고무, 부타디엔 고무, 이소프렌 고무, 아크릴계 고무, 실란계 고무, 또는 이들 중 2 이상를 포함할 수 있다.The rubber-based binder polymer may include styrene-butadiene rubber (SBR), fluorine-based rubber, ethylene propylene rubber, butadiene rubber, isoprene rubber, acrylic rubber, silane-based rubber, or two or more of these.

제8 구현예에 따르면, 제6 구현예에 있어서,According to the eighth embodiment, in the sixth embodiment,

상기 수용성 고분자계 바인더 고분자가 카르복시메틸셀룰로오스(CMC), 셀룰로오스, 폴리비닐알코올, 폴리아크릴산, 또는 이들 중 2 이상을 포함할 수 있다.The water-soluble polymer-based binder polymer may include carboxymethyl cellulose (CMC), cellulose, polyvinyl alcohol, polyacrylic acid, or two or more of these.

제9 구현예에 따르면, According to the ninth embodiment,

음극 활물질, 도전재, 바인더 고분자를 용매에 혼합한 음극용 슬러리를 제조하는 단계; 및preparing a slurry for an anode in which an anode active material, a conductive material, and a binder polymer are mixed in a solvent; and

상기 음극용 슬러리를 음극 집전체의 적어도 일면에 도포한 후 건조하는 단계;를 포함하는 제1 구현예의 음극의 제조방법이 제공된다.A method for manufacturing a negative electrode according to the first embodiment is provided, including applying the slurry for the negative electrode to at least one surface of the negative electrode current collector and then drying the slurry.

제10 구현예에 따르면, 제9 구현예에 있어서,According to the tenth embodiment, in the ninth embodiment,

상기 건조하는 단계가 복수회로 수행될 수 있다.The drying step may be performed a plurality of times.

제11 구현예에 따르면, 제9 구현예 또는 제10 구현예에 있어서,According to the eleventh embodiment, in the ninth embodiment or the tenth embodiment,

상기 건조하는 단계의 회수가 증가할수록 건조 온도가 증가될 수 있다.As the number of times of the drying step increases, the drying temperature may increase.

제12 구현예에 따르면, 제9 구현예 내지 제11 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,According to the twelfth embodiment, in any one of the ninth to eleventh embodiments,

상기 건조하는 단계가 3회로 수행되고, 상기 3회 건조하는 단계 중 1차 건조가 25 내지 40 ℃ 온도에서 수행되고, 2차 건조가 120 내지 140 ℃ 온도에서 수행되고, 3차 건조가 140 내지 160 ℃ 온도에서 수행될 수 있다.The drying step is performed three times, and among the three drying steps, the first drying is performed at a temperature of 25 to 40 ° C, the second drying is performed at a temperature of 120 to 140 ° C, and the third drying is performed at a temperature of 140 to 160 ° C. It can be carried out at a temperature of ° C.

제13 구현예에 따르면,According to the thirteenth embodiment,

양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 분리막을 포함하며, It includes a positive electrode, a negative electrode, and a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode,

상기 음극은 제1 구현예 내지 제8 구현예 중 어느 한 구현예에 따른 음극인 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지가 제공된다.The negative electrode is a lithium secondary battery, characterized in that the negative electrode according to any one of the first to eighth embodiments is provided.

본 발명의 일 구현예에 따른 음극은 음극 활물질층 내에 소정의 바인더 고분자의 함량을 포함하면서, 상기 음극 활물질층 내에서 바인더 고분자의 함량이 최소를 나타내는 위치를 최대한 집전체에 가깝게 제어하고, 음극 활물질층 표면에서의 바인더 고분자 함량을 낮추게 되어, 음극 활물질층 내의 바인더 고분자가 표면 부위에 편중되지 않고 상대적으로 균일하게 분포할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 구현예에 따른 음극은 음극 활물질층의 표면의 거칠기가 적절한 수준으로 구현되어, 85°의 입사광 각도에서 측정된 음극 활물질층 표면의 광택도가 10 내지 37의 범위를 만족하고, 음극 활물질층과 집전체간의 접착력이 10 gf/20mm 이상으로 높아 음극 활물질층이 집전체로부터 박리되는 문제를 미연에 방지할 수 있어 안정적인 음극을 제공할 수 있다. In the negative electrode according to an embodiment of the present invention, while including a predetermined content of the binder polymer in the negative electrode active material layer, the position where the content of the binder polymer is minimized in the negative electrode active material layer is controlled as close to the current collector as possible, and the negative electrode active material By lowering the content of the binder polymer on the surface of the layer, the binder polymer in the negative electrode active material layer can be relatively uniformly distributed without being biased on the surface. Therefore, in the negative electrode according to one embodiment of the present invention, the surface roughness of the negative electrode active material layer is implemented at an appropriate level, and the glossiness of the surface of the negative electrode active material layer measured at an incident light angle of 85 ° satisfies the range of 10 to 37, , The adhesive strength between the negative electrode active material layer and the current collector is higher than 10 gf/20 mm, so that the problem of separation of the negative electrode active material layer from the current collector can be prevented in advance, thereby providing a stable negative electrode.

또한, 본 발명의 일 구현예에 따른 음극은 음극 활물질층 내에 바인더 고분자의 분포 및 함량이 함께 제어됨으로써, 저항이 상대적으로 낮은 음극을 제공할 수 있다. In addition, in the negative electrode according to one embodiment of the present invention, the distribution and content of the binder polymer in the negative electrode active material layer are controlled together, thereby providing a negative electrode with relatively low resistance.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광택도 측정 방법을 개략적으로 나타낸 모식도이다. 1 is a schematic diagram schematically showing a gloss measurement method according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명을 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 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.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The terms or words used in this specification and claims should not be construed as being limited to ordinary or dictionary meanings, and the inventors may appropriately define the concept of terms in order to explain their invention in the best way. It should be interpreted as a meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the principle that there is.

이하 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Hereinafter, the embodiments described in this specification and the configurations shown in the drawings are only one of the most preferred embodiments of the present invention and do not represent all of the technical ideas of the present invention, so various equivalents that can replace them at the time of the present application. It should be understood that there may be waters and variations.

이차 전지의 음극은, 주로 음극 활물질, 도전재, 바인더 고분자를 용매에 혼합한 슬러리를 집전체에 도포함으로써 제조될 수 있다. 이 때, 상기 용매를 증발시키는 과정에서 바인더 고분자가 용매와 함께 활물질 층의 표면으로 이동할 수 있어서, 음극 두께에 따른 바인더 고분자의 분포가 균일하지 않을 수 있다. 그러나 리튬 이차 전지에 있어서, 전지용 음극 활물질층 내 바인더 고분자의 분포는 음극의 성능을 결정짓는 요소이다. A negative electrode of a secondary battery may be manufactured by applying a slurry obtained by mixing a negative electrode active material, a conductive material, and a binder polymer in a solvent to a current collector. At this time, in the process of evaporating the solvent, the binder polymer may move to the surface of the active material layer together with the solvent, so the distribution of the binder polymer according to the thickness of the negative electrode may not be uniform. However, in a lithium secondary battery, the distribution of the binder polymer in the battery negative electrode active material layer is a factor determining the performance of the negative electrode.

바인더 고분의 분포가 음극 활물질층 전체 두께에 걸쳐 일정할수록 접착력이 개선되는데, 이러한 바인더 고분자의 분포는 일반적으로 음극 활물질층 표면에서 내부로 들어가면서 줄어드는 경향을 보인다. 바인더 고분자의 최소 함량인 위치가 집전체로부터 멀어질수록 음극 활물질층과 집전체간의 접착력이 저하되어 박리되는 문제점이 있다. 따라서, 음극 활물질층 내에서 바인더 고분자의 함량이 최소를 나타내는 위치를 최대한 집전체에 가깝게 제어하고, 음극 활물질층 표면에서의 바인더 고분자 함량을 낮추는 것이 음극 접착력 향상 측면에서 중요하다. As the distribution of the binder polymer is constant over the entire thickness of the negative electrode active material layer, the adhesive strength is improved. In general, the distribution of the binder polymer tends to decrease as it goes from the surface of the negative electrode active material layer to the inside. As the position, which is the minimum content of the binder polymer, is further away from the current collector, the adhesive strength between the negative electrode active material layer and the current collector is lowered, resulting in peeling. Therefore, it is important in terms of improving the adhesion of the negative electrode to control the position where the content of the binder polymer is minimum in the negative active material layer as close as possible to the current collector and to lower the content of the binder polymer on the surface of the negative active material layer.

음극 활물질층은 음극 슬러리를 음극 집전체 상에 도포 및 건조함으로써 형성할 수 있기 때문에, 동일한 양의 바인더 고분자를 포함하는 음극 슬러리를 도포한 경우, 상기 음극 활물질층 표면에서의 바인더 고분자 함량이 적을수록 음극 활물질층 내부의 바인더 고분자의 분포가 보다 균일하다고 할 수 있다. 본 발명의 일 측면에 따른 음극은 상기 경향으로부터 착안한 것이다. Since the negative electrode active material layer can be formed by coating and drying the negative electrode slurry on the negative electrode current collector, when the negative electrode slurry containing the same amount of the binder polymer is applied, the smaller the content of the binder polymer on the surface of the negative electrode active material layer, the better. It can be said that the distribution of the binder polymer inside the negative electrode active material layer is more uniform. A negative electrode according to one aspect of the present invention is conceived from the above trends.

본 발명의 일 측면에 따른 음극은, A negative electrode according to an aspect of the present invention,

집전체; current collector;

상기 집전체의 적어도 일면에 위치하며, 음극 활물질, 도전재 및 바인더 고분자를 포함하는 음극 활물질층;을 구비고, A negative active material layer located on at least one surface of the current collector and containing a negative active material, a conductive material, and a binder polymer;

85°의 입사광 각도에서 측정된 상기 음극 활물질층의 표면의 광택도가 10 내지 37이고,The glossiness of the surface of the negative electrode active material layer measured at an incident light angle of 85 ° is 10 to 37,

상기 광택도가 반사광을 입사광과 동일한 각도로 수광할 때의 빛의 강도를 의미하는 것을 특징으로 한다.It is characterized in that the gloss means the intensity of light when the reflected light is received at the same angle as the incident light.

본 발명자들은 음극 활물질층 내 바인더 고분자의 분포에 따라 음극의 접착력이 달라지는 점을 고려하여, 이러한 바인더 고분자의 분포를 음극 활물질층의 표면의 광택도를 통해 확인하였다. Considering that the adhesion of the negative electrode varies according to the distribution of the binder polymer in the negative electrode active material layer, the present inventors confirmed the distribution of the binder polymer through the glossiness of the surface of the negative electrode active material layer.

특히, 본 발명자들은, 음극이 85°의 입사광 각도에서 측정된 음극 활물질층의 표면의 광택도가 10 내지 37인 경우, 저항이 낮고 접착력이 개선되는 것을 확인하였다. In particular, the inventors of the present invention confirmed that when the glossiness of the surface of the negative electrode active material layer measured at an incident light angle of 85° was 10 to 37, the resistance was low and the adhesive strength was improved.

본 발명에서 '광택도'란, 표면의 광택을 나타나는 척도로서, 반사광을 입사광과 동일한 각도로 수광할 때의 빛의 강도를 의미하는 것이다. 이는 도 1에서 확인할 수 있다. In the present invention, 'glossiness' is a measure of the glossiness of a surface, and means the intensity of light when reflected light is received at the same angle as incident light. This can be confirmed in Figure 1.

상기 광택도(gloss unit, GU)는 굴절율 1.567의 유리 표면 광택을 100으로 할 때의 상대적인 비율을 의미할 수 있다. The gloss unit (GU) may mean a relative ratio when the gloss of a glass surface having a refractive index of 1.567 is 100.

상기 광택도 측정방법은 특별히 제한되지 않으며, 당업계에서 사용하는 광택 측정 방법을 이용하여 측정할 수 있다. 다만, 본 발명의 일 구현예에서 사용하는 광택도 측정방법은, 기준되는 물질이 절대값으로 고정되어 있는 것으로, 기준 수치는 바뀌지 않는다. 이에 따라, 측정하고자 하는 물질에 따라 기준(reference)을 새로 설정해야 하는 번거로움이 없으며, 신뢰성이 높은 결과를 얻을 수 있다. The gloss measurement method is not particularly limited, and may be measured using a gloss measurement method used in the art. However, in the gloss measurement method used in one embodiment of the present invention, the reference material is fixed as an absolute value, and the reference value does not change. Accordingly, there is no hassle of setting a new reference according to the material to be measured, and highly reliable results can be obtained.

예를 들어, 상기 광택도 측정방법은, 광택도 측정기기(Gloss meter)로 소정 각도에서 ASTM D528에 의거하여 측정할 수 있다. For example, the gloss measurement method may be measured according to ASTM D528 at a predetermined angle with a gloss meter.

도 1을 참고하면, 전극 집전체(11)의 일면에 위치하는 음극 활물질층(12)을 구비하는 음극(10)의 광택도는 광택도 측정기기에서 광조사부(20)의 입사광의 각도(θin)와 광감지부(30)의 반사광의 각도(θre)를 85°로 설정하여 측정된다. 또한, 상기 (S2) 단계에서 무작위로 광택도를 측정할 음극 활물질층의 광택도 측정 부분을 선정하고, 소정 횟수로 광택도를 측정하여, 그 측정된 광택도의 평균을 구하는 방식으로 전극의 광택도를 결정할 수 있다.Referring to FIG. 1 , the glossiness of the negative electrode 10 having the negative electrode active material layer 12 located on one surface of the electrode current collector 11 is the angle of incident light (θ of the light irradiation unit 20 in the glossiness measuring device). in ) and the angle (θ re ) of the reflected light of the light sensing unit 30 is measured by setting it to 85°. In addition, in the step (S2), the glossiness of the electrode is selected by randomly selecting the glossiness measurement part of the negative electrode active material layer to measure the glossiness, measuring the glossiness a predetermined number of times, and obtaining the average of the measured glossiness. figure can be determined.

일반적으로 광택도는, 물질 표면의 거칠기와 굴절율에 영향을 받는다. 표면 거칠기(조도)가 높을수록 입사되는 빛의 산란이 크게 일어나 광택도가 떨어지게 되며, 표면 거칠기가 낮을수록 상대적으로 광택도가 높게 나타난다. 한편, 물질 표면의 굴절율이 낮을수록 빛의 산란이 적게 일어나 광택도가 떨어지게 되며, 굴절율이 높을수록 광택도가 높게 나타난다. In general, glossiness is affected by the roughness and refractive index of the material surface. The higher the surface roughness (roughness), the greater the scattering of the incident light, resulting in lower gloss, and the lower the surface roughness, the higher the gloss. On the other hand, the lower the refractive index of the material surface, the less scattering of light occurs and the lower the gloss. The higher the refractive index, the higher the gloss.

본 발명자들은, 음극 활물질층 표면에 고분자 바인더의 함량에 따라 전술한 광택도의 특성이 바뀐다는 사실을 이용하여, 음극 활물질층 표면의 적정 범위의 광택도 조절을 통해 접착력이 우수한 음극 활물질층을 구현할 수 있었다. The inventors of the present invention, using the fact that the above-described gloss characteristics change according to the content of the polymer binder on the surface of the negative electrode active material layer, can implement a negative electrode active material layer with excellent adhesive strength by adjusting the glossiness of the surface of the negative electrode active material layer in an appropriate range. could

예를 들어, 상기 음극 활물질층 표면의 바인더 고분자 함량이 높아질수록 표면의 거칠기가 낮아져, 광택도가 높아진다. For example, as the content of the binder polymer on the surface of the negative electrode active material layer increases, the roughness of the surface decreases and the glossiness increases.

85°의 입사광 각도에서 측정된 상기 음극 활물질층의 표면의 광택도가 10 내지 37을 만족할 때에 상기 음극 활물질층의 접착력이 10 gf/20mm 이상으로 높아 음극 활물질층이 박리되는 문제를 미연에 방지할 수 있다. 상기 광택도가 37을 초과하는 경우에는, 바인더 고분자가 음극 활물질층 표면에 지나치게 많이 위치하여 접착력의 저하로 인한 음극 활물질층 안정성이 떨어질 수 있다.When the glossiness of the surface of the negative active material layer, measured at an incident light angle of 85 °, satisfies 10 to 37, the adhesive strength of the negative active material layer is higher than 10 gf / 20 mm to prevent the negative active material layer from peeling off. can When the gloss exceeds 37, the binder polymer is located too much on the surface of the negative active material layer, and the stability of the negative active material layer may deteriorate due to a decrease in adhesive strength.

본 발명의 일 구현예에 따르며, 85°의 입사광 각도에서 측정된 상기 음극 활물질층의 표면의 광택도는 11 내지 36.5, 또는 11.4 내지 36.5일 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the glossiness of the surface of the negative electrode active material layer measured at an incident light angle of 85° may be 11 to 36.5 or 11.4 to 36.5.

이때, 상기 음극의 제조는 음극 활물질, 도전재 및 바인더를 포함하는 음극 합제를 유기 용매에 혼합하여 만들어진 음극 슬러리를 음극 집전체 상에 도포한 후 건조 및 압연하여 제조될 수 있다.At this time, the negative electrode may be prepared by applying a negative electrode slurry prepared by mixing a negative electrode mixture including a negative electrode active material, a conductive material, and a binder with an organic solvent on a negative electrode current collector, followed by drying and rolling.

상기 음극 집전체는 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인레스 스틸의 표면에 탄소, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 또, 상기 음극 집전체는 통상적으로 3 내지 500㎛의 두께를 가질 수 있으며, 양극 집전체와 마찬가지로, 상기 집전체 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있다. 예를 들어, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.The anode current collector is not particularly limited as long as it does not cause chemical change in the battery and has high conductivity. For example, it is formed on the surface of copper, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, fired carbon, copper or stainless steel. A surface treated with carbon, nickel, titanium, silver, or the like, an aluminum-cadmium alloy, or the like may be used. In addition, the negative electrode current collector may have a thickness of typically 3 to 500 μm, and, like the positive electrode current collector, fine irregularities may be formed on the surface of the current collector to enhance bonding strength of the negative electrode active material. For example, it may be used in various forms such as films, sheets, foils, nets, porous materials, foams, and non-woven fabrics.

상기 음극 활물질로는 통상적으로 리튬 이온이 흡장 및 방출될 수 있는 탄소재, 리튬 금속, 규소 또는 주석 등을 사용할 수 있다. 상기 음극 활물질은 흑연계, 비흑연계, 규소 산화물 중 적어도 하나 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. 상기 흑연계 물질은 예를 들어, 인조 흑연, 천연 흑연일 수 있다. 상기 비흑연계 물질은 연화탄소 (soft carbon), 경화탄소 (hard carbon)가 대표적이다. 규소 산화물로는 이산화규소등을 사용할 수 있다. As the anode active material, a carbon material, lithium metal, silicon, tin, or the like, which can occlude and release lithium ions, may be used. The negative electrode active material may be used by mixing at least one of graphite, non-graphite, and silicon oxide. The graphite-based material may be, for example, artificial graphite or natural graphite. Representative examples of the non-graphite-based material include soft carbon and hard carbon. As the silicon oxide, silicon dioxide or the like can be used.

상기 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 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; 폴리페닐렌 유도체; 그래핀; 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.The conductive material is not particularly limited as long as it has conductivity without causing chemical change in the battery, and examples include graphite such as natural graphite or artificial graphite; carbon black such as carbon black, acetylene black, ketjen black, channel black, farnes 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; polyphenylene derivatives; graphene; A conductive material such as may be used.

상기 바인더 고분자로는 고무계 바인더 고분자와 수용성 고분자계바인더 고분자를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 고무계 바인더 고분자는, 스타이렌 부타디엔 고무 (SBR), 불소계 고무, 에틸렌 프로필렌 고무, 부타디엔 고무, 이소프렌 고무, 아크릴계 고무(부틸 아크릴레이트 고무, 아크릴로니트릴 고무, 아크릴로니트릴 부타디엔 고무 등), 실란계 고무, 또는 이들 중 2 이상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 수용성 고분자계 바인더 고분자는, 카르복시메틸셀룰로오스 (CMC), 셀룰로오스, 폴리비닐알코올, 폴리아크릴산 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. The binder polymer may include a rubber-based binder polymer and a water-soluble polymer-based binder polymer. For example, the rubber-based binder polymer is styrene-butadiene rubber (SBR), fluorine-based rubber, ethylene propylene rubber, butadiene rubber, isoprene rubber, acrylic rubber (butyl acrylate rubber, acrylonitrile rubber, acrylonitrile butadiene rubber, etc. ), silane-based rubber, or two or more of them. For example, the water-soluble polymer-based binder polymer may include at least one of carboxymethylcellulose (CMC), cellulose, polyvinyl alcohol, and polyacrylic acid.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 바인더 고분자의 함량은 상기 음극 활물질층 100 중량부 기준으로 1 중량부 내지 4 중량부, 1.5 중량부 내지 3.5 중량부, 또는 2.5 중량부 내지 4 중량부, 또는 1 내지 2.5 중량부일 수 있다. 상기 바인더 고분자의 함량이 이러한 범위를 만족하는 경우에는, 전극 활물질의 결합성, 즉 집전체와 활물질층간의 접착력이 개선되고, 전지 내의 전자 및 리튬 이온의 이동이 원활하여 셀 저항이 증가하는 문제가 방지될 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the content of the binder polymer is 1 part by weight to 4 parts by weight, 1.5 parts by weight to 3.5 parts by weight, or 2.5 parts by weight to 4 parts by weight based on 100 parts by weight of the negative electrode active material layer, or It may be 1 to 2.5 parts by weight. When the content of the binder polymer satisfies this range, the binding property of the electrode active material, that is, the adhesion between the current collector and the active material layer is improved, and the movement of electrons and lithium ions in the battery is smooth, resulting in an increase in cell resistance. can be prevented

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 음극은 단일층 또는 2층 이상의 복수층(이중층, 삼중층 등)의 구조를 가질 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the negative electrode may have a structure of a single layer or a plurality of layers (double layer, triple layer, etc.) of two or more layers.

상기 음극은 다음과 같은 방법으로 제조될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. The negative electrode may be manufactured by the following method, but is not limited thereto.

먼저, 음극 활물질, 도전재, 바인더 고분자를 용매에 혼합한 음극용 슬러리를 제조한다. 상기 용매는 바인더 고분자에 대해서는 용매이고, 음극활물질과 도전재에 대해서는 분산매일 수 있다. 이 때, 상기 바인더 고분자의 함량은, 음극 활물질용 코팅층 슬러리의 고형분 100 중량부를 기준으로 1 내지 4 중량부일 수 있다. 상기 물질들을 혼합하는 방법은 특별히 제한되지 않으며 당업계에서 통상적으로 사용되는 방법을 사용할 수 있다. First, a slurry for a negative electrode is prepared by mixing a negative electrode active material, a conductive material, and a binder polymer in a solvent. The solvent may be a solvent for the binder polymer and a dispersion medium for the negative electrode active material and the conductive material. At this time, the content of the binder polymer may be 1 to 4 parts by weight based on 100 parts by weight of the solid content of the slurry for the coating layer for the negative electrode active material. A method of mixing the materials is not particularly limited, and a method commonly used in the art may be used.

다음으로 준비된 음극용 슬러리를 음극 집전체의 적어도 일면에 도포한 후 건조한다. Next, the prepared slurry for a negative electrode is applied to at least one surface of the negative electrode current collector, and then dried.

상기 음극용 슬러리를 상기 음극 집전체 상에 코팅하는 방법은 특별히 한정하지는 않지만, 예를 들면 바코팅 방식, 나이프 코팅방식, 롤 코팅방식, 블레이드 코팅방식, 다이 코팅방식, 마이크로 그라비아 코팅방식, 콤마코팅 방식, 슬롯다이 코팅방식, 립 코팅방식, 또는 솔루션 캐스팅방식 등을 이용할 수 있다.The method of coating the negative electrode slurry on the negative electrode current collector is not particularly limited, but, for example, bar coating method, knife coating method, roll coating method, blade coating method, die coating method, micro gravure coating method, comma coating method, a slot die coating method, a lip coating method, or a solution casting method may be used.

이 때, 상기 건조 단계는 복수회로 수행될 수 있다. 예를 들어, 2 내지 5회, 또는 2 내지 3회로 수행될 수 있으며, 차수가 높아질수록 건조 온도가 보다 높아질 수 있다. At this time, the drying step may be performed a plurality of times. For example, it may be performed 2 to 5 times, or 2 to 3 times, and the higher the order, the higher the drying temperature.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 건조하는 단계가 3회로 수행될 수 있고, 상기 3회 건조하는 단계 중 1차 건조가 25 내지 40 ℃ 온도, 또는 30 내지 40 ℃ 온도에서 수행될 수 있고, 2차 건조가 120 내지 140 ℃ 온도, 또는 125 내지 130 ℃ 온도, 또는 130 내지 140 ℃ 온도에서 수행될 수 있고, 3차 건조가 140 내지 160 ℃ 온도, 또는 140 내지 155 ℃ 온도, 또는 150 내지 155 ℃ 온도에서 수행될 수 있다. 더 구체적으로, 상기 건조하는 단계가 3회로 수행되고, 상기 3회 건조하는 단계 중 1차 건조는, 25 내지 40 ℃ 온도에서 10 내지 60 초간, 수행될 수 있고, 2차 건조는, 120 내지 140 ℃ 온도에서 120 내지 150초간 수행될 수 있으며, 3차 건조는 140 내지 160 ℃ 온도에서 90 내지 160초간 수행될 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the drying step may be performed three times, and the primary drying of the three drying steps may be performed at a temperature of 25 to 40 ° C. or 30 to 40 ° C., Secondary drying may be performed at a temperature of 120 to 140 ° C, or 125 to 130 ° C, or 130 to 140 ° C, and third drying may be performed at a temperature of 140 to 160 ° C, or 140 to 155 ° C, or 150 to 155 ° C. It can be carried out at a temperature of ° C. More specifically, the drying step is performed three times, and among the three drying steps, the primary drying may be performed at a temperature of 25 to 40 ° C. for 10 to 60 seconds, and the secondary drying is performed at 120 to 140 ° C. It may be performed for 120 to 150 seconds at a temperature of ℃, and the tertiary drying may be performed for 90 to 160 seconds at a temperature of 140 to 160 ℃.

본 발명의 또 다른 일 구현예는 상기와 같이 제조된 음극을 포함하는 리튬 이차전지에 관한 것이다. 구체적으로, 상기 리튬 이차전지는 양극, 상술한 바와 같은 음극, 및 그 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하는 전극조립체에 리튬염 함유 전해질을 주입하여 제조될 수 있다.Another embodiment of the present invention relates to a lithium secondary battery including the negative electrode prepared as described above. Specifically, the lithium secondary battery may be manufactured by injecting a lithium salt-containing electrolyte into an electrode assembly including a positive electrode, a negative electrode as described above, and a separator interposed therebetween.

상기 양극은 양극 활물질, 도전재, 바인더 및 용매를 혼합하여 슬러리를 제조한 후 이를 금속 집전체에 직접 코팅하거나, 별도의 지지체 상에 캐스팅하고 이 지지체로부터 박리시킨 양극 활물질 필름을 금속 집전체에 라미네이션하여 양극을 제조할 수 있다. The positive electrode is a slurry prepared by mixing a positive electrode active material, a conductive material, a binder and a solvent, and then directly coated on a metal current collector, or cast on a separate support, and the positive electrode active material film peeled from the support is laminated on the metal current collector Thus, an anode can be prepared.

양극에 사용되는 활물질로는 LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4, LiCoPO4, LiFePO4 및 LiNi1-x-y-zCoxM1yM2zO2(M1 및 M2는 서로 독립적으로 Al, Ni, Co, Fe, Mn, V, Cr, Ti, W, Ta, Mg 및 Mo로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나이고, x, y 및 z는 서로 독립적으로 산화물 조성 원소들의 원자 분율로서 0

Figure pat00001
x<0.5, 0≤y<0.5, 0≤z<0.5, 0<x+y+z≤1임)로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 활물질 입자 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물을 포함할 수 있다.Active materials used in the cathode include LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMn 2 O 4 , LiCoPO 4 , LiFePO 4 and LiNi 1-xyz Co x M1 y M2 z O 2 (M1 and M2 are independently Al, Ni, Co, Any one selected from the group consisting of Fe, Mn, V, Cr, Ti, W, Ta, Mg, and Mo, and x, y, and z are, independently of each other, the atomic fractions of oxide composition elements, which are 0
Figure pat00001
x<0.5, 0≤y<0.5, 0≤z<0.5, 0<x+y+z≤1), and may include any one active material particle selected from the group consisting of or a mixture of two or more of them.

한편, 도전재, 바인더 및 용매는 상기 음극 제조시에 사용된 것과 동일하게 사용될 수 있다.Meanwhile, the conductive material, binder, and solvent may be used the same as those used in preparing the negative electrode.

상기 세퍼레이터는 종래 세퍼레이터로 사용되는 통상적인 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 필름을 단독 또는 이들을 적층하여 사용할 수 있다. 또한, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용될 수 있다. 상기 세퍼레이터는 세퍼레이터 표면에 세라믹 물질이 얇게 코팅된 안정성 강화 세퍼레이터(SRS, safety reinforced separator)을 포함할 수 있다. 이외에도 통상적인 다공성 부직포, 예를 들어 고융점의 유리 섬유, 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유 등으로 된 부직포를 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. The separator is a conventional porous polymer film used as a conventional separator, for example, a polyolefin polymer such as ethylene homopolymer, propylene homopolymer, ethylene/butene copolymer, ethylene/hexene copolymer, and ethylene/methacrylate copolymer. The prepared porous polymer film may be used alone or in a laminated manner. In addition, an insulating thin film having high ion permeability and mechanical strength may be used. The separator may include a safety reinforced separator (SRS) in which a ceramic material is thinly coated on a surface of the separator. In addition, conventional porous non-woven fabrics, for example, non-woven fabrics made of high melting point glass fibers, polyethylene terephthalate fibers, etc. may be used, but are not limited thereto.

상기 전해액은 전해질로서 리튬염 및 이를 용해시키기 위한 유기용매를 포함한다. The electrolyte solution includes a lithium salt as an electrolyte and an organic solvent for dissolving the lithium salt.

상기 리튬염은 이차전지용 전해액에 통상적으로 사용되는 것들이면 제한 없이 사용될 수 있으며, 예를 들어, 상기 리튬염의 음이온으로는 F-, Cl-, I-, NO3 -, N(CN)2 -, BF4 -, ClO4 -, PF6 -, (CF3)2PF4 -, (CF3)3PF3 -, (CF3)4PF2 -, (CF3)5PF-, (CF3)6P-, CF3SO3 -, CF3CF2SO3 -, (CF3SO2)2N-, (FSO2)2N-, CF3CF2(CF3)2CO-, (CF3SO2)2CH-, (SF5)3C-, (CF3SO2)3C-, CF3(CF2)7SO3 -, CF3CO2 -, CH3CO2 -, SCN- 및 (CF3CF2SO2)2N-로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종을 사용할 수 있다. The lithium salt may be used without limitation as long as it is commonly used in an electrolyte solution for a secondary battery. For example, as an anion of the lithium salt, F - , Cl - , I - , NO 3 - , N(CN) 2 - , BF 4 - , ClO 4 - , PF 6 - , (CF 3 ) 2 PF 4 - , (CF 3 ) 3 PF 3 - , (CF 3 ) 4 PF 2 - , (CF 3 ) 5 PF - , (CF 3 ) 6 P - , CF 3 SO 3 - , CF 3 CF 2 SO 3 - , (CF 3 SO 2 ) 2 N - , (FSO 2 ) 2 N - , CF 3 CF 2 (CF 3 ) 2 CO - , ( CF 3 SO 2 ) 2 CH - , (SF 5 ) 3 C - , (CF 3 SO 2 ) 3 C - , CF 3 (CF 2 ) 7 SO 3 - , CF 3 CO 2 - , CH 3 CO 2 - , One selected from the group consisting of SCN - and (CF 3 CF 2 SO 2 ) 2 N - may be used.

상기 전해액에 포함되는 유기 용매로는 통상적으로 사용되는 것들이면 제한 없이 사용될 수 있으며, 대표적으로 프로필렌 카보네이트, 에틸렌 카보네이트, 디에틸카보네이트, 디메틸카보네이트, 에틸메틸카보네이트, 메틸프로필카보네이트, 디프로필카보네이트, 디메틸술폭사이드, 아세토니트릴, 디메톡시에탄, 디에톡시에탄, 비닐렌카보네이트, 술포란, 감마-부티로락톤, 프로필렌설파이트 및 테트라하이드로퓨란으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있다. Any organic solvent included in the electrolyte may be used without limitation as long as it is commonly used, and representative examples include propylene carbonate, ethylene carbonate, diethyl carbonate, dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, methyl propyl carbonate, dipropyl carbonate, and dimethyl sulfoxide. At least one selected from the group consisting of side, acetonitrile, dimethoxyethane, diethoxyethane, vinylene carbonate, sulfolane, gamma-butyrolactone, propylene sulfite, and tetrahydrofuran may be used.

특히, 상기 카보네이트계 유기 용매 중 고리형 카보네이트인 에틸렌카보네이트 및 프로필렌카보네이트는 고점도의 유기 용매로서 유전율이 높아 전해질 내의 리튬염을 잘 해리시키므로 바람직하게 사용될 수 있으며, 이러한 고리형 카보네이트에 디메틸카보네이트 및 디에틸카보네이트와 같은 저점도, 저유전율 선형 카보네이트를 적당한 비율로 혼합하여 사용하면 높은 전기 전도율을 갖는 전해액을 만들 수 있어 더욱 바람직하게 사용될 수 있다. In particular, among the carbonate-based organic solvents, ethylene carbonate and propylene carbonate, which are cyclic carbonates, are high-viscosity organic solvents and have a high dielectric constant, so they can be preferably used because they dissociate lithium salts in the electrolyte well. When a low-viscosity, low-dielectric constant linear carbonate such as carbonate is mixed and used in an appropriate ratio, an electrolyte solution having high electrical conductivity can be prepared and can be more preferably used.

선택적으로, 본 발명에 따라 저장되는 전해액은 통상의 전해액에 포함되는 과충전 방지제 등과 같은 첨가제를 더 포함할 수 있다. Optionally, the electrolyte solution stored according to the present invention may further include additives such as an overcharge inhibitor included in conventional electrolyte solutions.

본 발명의 일 구현예에 따른 리튬 이차전지는 양극과 음극 사이에 세퍼레이터를 배치하여 전극 조립체를 형성하고, 상기 전극 조립체를 예를 들어, 파우치, 원통형 전지 케이스 또는 각형 전지 케이스에 넣은 다음, 전해질을 주입하면 이차전지가 완성될 수 있다. 또는 상기 전극 조립체를 적층한 다음, 이를 전해액에 함침시키고, 얻어진 결과물을 전지 케이스에 넣어 밀봉하면 리튬 이차전지가 완성될 수 있다.In the lithium secondary battery according to one embodiment of the present invention, an electrode assembly is formed by disposing a separator between a positive electrode and a negative electrode, the electrode assembly is placed in, for example, a pouch, a cylindrical battery case, or a prismatic battery case, and then the electrolyte is After injection, the secondary battery can be completed. Alternatively, a lithium secondary battery may be completed by laminating the electrode assembly, impregnating it with an electrolyte, and sealing the resulting product in a battery case.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 리튬 이차전지는 스택형, 권취형, 스택 앤 폴딩형 또는 케이블형일 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the lithium secondary battery may be a stack type, a winding type, a stack and folding type, or a cable type.

본 발명에 따른 리튬 이차전지는 소형 디바이스의 전원으로 사용되는 전지셀에 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 다수의 전지셀들을 포함하는 중대형 전지모듈에 단위전지로도 바람직하게 사용될 수 있다. 상기 중대형 디바이스의 바람직한 예로는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 전력 저장용 시스템 등을 들 수 있으며, 특히 고출력이 요구되는 영역인 하이브리드 전기자동차 및 신재생 에너지 저장용 배터리 등에 유용하게 사용될 수 있다. The lithium secondary battery according to the present invention can be used not only as a battery cell used as a power source for a small device, but also can be preferably used as a unit cell in a medium-large battery module including a plurality of battery cells. Preferable examples of the medium-to-large-sized device include an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, a plug-in hybrid electric vehicle, and a power storage system. In particular, it is useful for hybrid electric vehicles and batteries for renewable energy storage, which are areas where high power is required. can be used

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다. Hereinafter, examples will be described in detail to aid understanding of the present invention. However, the embodiments according to the present invention can be modified in many different forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the following examples. Embodiments of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art.

실시예 1 - 음극의 제조Example 1 - Preparation of negative electrode

인조 흑연, 천연 흑연, 카본 블랙, 카르복시메틸셀룰로오스(CMC, Carboxy Methyl Cellulose), 스티렌 부타디엔 고무(SBR, Styrene-Butadiene Rubber)를 30 : 66.5 : 1.0 : 1.0 : 1.5의 중량비로 물과 혼합하여 음극 슬러리를 제조하였다. Anode slurry by mixing artificial graphite, natural graphite, carbon black, Carboxy Methyl Cellulose (CMC), and Styrene-Butadiene Rubber (SBR) with water in a weight ratio of 30 : 66.5 : 1.0 : 1.0 : 1.5 was manufactured.

상기 음극 슬러리를 3.5 mAh/cm2 용량으로 구리 호일(Cu-foil) 위에 코팅하여 얇은 극판의 형태로 만든 후, 40℃에서 30초간 1차 건조, 130 ℃에서 120초간 2차 건조, 150 ℃에서 150초간 3차 건조시킨 후, 압연(pressing)하여 음극을 제조하였다.The anode slurry was coated on a copper foil (Cu-foil) with a capacity of 3.5 mAh/cm 2 to form a thin electrode plate, followed by primary drying at 40° C. for 30 seconds, secondary drying at 130° C. for 120 seconds, and drying at 150° C. After tertiary drying for 150 seconds, a negative electrode was prepared by pressing.

<양극의 제조><Manufacture of positive electrode>

양극 활물질로 Li[Ni0.6Mn0.2Co0.2]O2 96wt%, 도전재로 10 nm의 직경과 50 ㎛의 길이를 가진 탄소나노튜브 (번들형) 1wt%, 바인더 고분자로 폴리비닐리덴 플루오라이드 (polyvinylidene fluoride) 3wt% 비율로 N-메틸-2-피롤리돈(NMP, N-Methyl-2-Pyrrolidinone) 용매에 고형분 45wt%가 되도록 혼합하여 슬러리를 제조하였다. nobilta 기기(Hosokawa社)를 사용하여, 1800 rpm에서 25분간 혼합시켰다. 그 뒤, 상기 혼합물에 250 N의 전단력을 가하여(Nobilta(Hosokawa micron社)) 양극 활물질층 형성용 슬러리(양극 슬러리)를 제조하였다.96wt% of Li[Ni 0.6 Mn 0.2 Co 0.2 ]O 2 as a cathode active material, 1wt% of a carbon nanotube (bundle type) with a diameter of 10 nm and a length of 50 μm as a conductive material, and polyvinylidene fluoride as a binder polymer ( A slurry was prepared by mixing 3 wt% of polyvinylidene fluoride) in a solvent of N-Methyl-2-Pyrrolidinone (NMP) to have a solid content of 45 wt%. Mixing was performed at 1800 rpm for 25 minutes using a nobilta machine (Hosokawa Co.). Thereafter, a shear force of 250 N was applied to the mixture (Nobilta (Hosokawa micron)) to prepare a slurry (positive electrode slurry) for forming a positive electrode active material layer.

상기 양극 활물질층 형성용 슬러리를 두께가 15 ㎛인 알루미늄 집전체의 일면 상에 코팅한 후, 100℃에서 5분간 건조시켜 양극을 제조하였다.After coating the slurry for forming the positive electrode active material layer on one surface of an aluminum current collector having a thickness of 15 μm, it was dried at 100° C. for 5 minutes to prepare a positive electrode.

<리튬 이차전지의 제조><Manufacture of lithium secondary battery>

에틸렌 카보네이트(EC), 디메틸카보네이트(DMC) 및 디에틸 카보네이트(DEC)를 1:2:1(부피비)의 조성으로 혼합한 유기 용매에 LiPF6를 1.0M의 농도가 되도록 용해시켜 비수성 전해액을 제조하였다. LiPF 6 was dissolved in an organic solvent in which ethylene carbonate (EC), dimethyl carbonate (DMC) and diethyl carbonate (DEC) were mixed in a composition of 1:2:1 (volume ratio) to a concentration of 1.0 M to form a non-aqueous electrolyte solution. manufactured.

상기에서 제조된 양극과 음극 사이에 세퍼레이터로 폴리에틸렌 다공성 필름을 개재시키고, 이를 파우치 셀에 내장 한 후 상기 전해액을 주입하여 리튬 이차전지를 제조하였다.A lithium secondary battery was prepared by interposing a polyethylene porous film as a separator between the positive electrode and the negative electrode prepared above, inserting the film into a pouch cell, and then injecting the electrolyte solution.

실시예 2 내지 3 Examples 2 to 3

음극 슬러리의 건조 온도 및 건조 시간을 하기 표 2와 같이 제어한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 음극 및 이차전지를 제조하였다. A negative electrode and a secondary battery were manufactured in the same manner as in Example 1, except that the drying temperature and drying time of the negative electrode slurry were controlled as shown in Table 2 below.

비교예 1 내지 3 Comparative Examples 1 to 3

음극 슬러리의 건조 온도 및 건조 시간을 하기 표 2와 같이 제어한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 음극 및 이차전지를 제조하였다. A negative electrode and a secondary battery were manufactured in the same manner as in Example 1, except that the drying temperature and drying time of the negative electrode slurry were controlled as shown in Table 2 below.

실험예 1 - 광택도 측정Experimental Example 1 - Gloss measurement

본 발명에서 광택도란, 표면의 광택을 나타나는 척도로서, 반사광을 입사광과 동일한 각도로 수광할 때의 빛의 강도를 의미하는 것이다. In the present invention, the glossiness is a measure of the glossiness of the surface, and means the intensity of light when reflected light is received at the same angle as incident light.

상기 광택도(gloss unit, GU)는 기준 유리(굴절율 1.567의 유리)의 표면 광택을 100으로 할 때의 상대적인 비율을 의미하는 것이다. The gloss unit (GU) means a relative ratio when the surface gloss of a reference glass (a glass having a refractive index of 1.567) is set to 100.

실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 3에서 제조된 음극의 표면 광택도를 BYK Gardner사의 micro-TRI-gloss 장비의 Dark Calibration을 이용하여 다음과 같은 방법으로 측정하였다. 그 결과를 표 2에 나타내었다.The surface gloss of the anodes prepared in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3 was measured using Dark Calibration of BYK Gardner's micro-TRI-gloss equipment in the following manner. The results are shown in Table 2.

구체적으로, Dark Calibration은 기준 유리(Reference glass)를 이용하여 의 표면 광택을 20°에서 92, 60°에서 95, 85°에서 99가 나오도록 하였다. 이후 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 3에서 제조된 음극의 활물질층의 표면 광택도를 측정하였다. 광택도 측정은 무작위로 측정 부분을 선정하여 85°에서 각각 5회 측정 후 평균을 구하였다.Specifically, Dark Calibration made the surface gloss of 92 at 20°, 95 at 60°, and 99 at 85° using a reference glass. Then, the surface gloss of the active material layer of the negative electrode prepared in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3 was measured. For gloss measurement, the measurement part was randomly selected and the average was obtained after measuring 5 times at 85° each.

실험예 2 - 접착력(Peel Test)Experimental Example 2 - Adhesion (Peel Test)

실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 3에서 제조된 음극을 제거용 테이프인 양면 테이프를 이용하여 슬라이드 글라스에 접착시켰다. 이 후, TA. XT plusC (Stable Micro Systems사) 장비를 이용하여 90° Peel Test를 5mm/sec의 속도로 수행하였다. 그 결과를 표 2에 나타내었다.The negative electrodes prepared in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3 were adhered to the slide glass using a double-sided tape for removal. After this, TA. A 90° Peel Test was performed at a speed of 5 mm/sec using XT plusC (Stable Micro Systems) equipment. The results are shown in Table 2.

실험예 3 - 음극의 저항 측정Experimental Example 3 - Resistance measurement of cathode

전극층과 집전체의 계면 저항은 Multi-probe tester를 이용하여 측정한다. 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 3에서 제조된 음극을 타발기를 이용하여 5cm x 5cm 크기로 재단한 음극의 계면저항을 다음 조건에서 측정하였다. 그 결과를 표 2에 나타내었다.The interface resistance between the electrode layer and the current collector is measured using a multi-probe tester. Interfacial resistances of the negative electrodes prepared in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3 were cut into 5 cm x 5 cm using a punching machine, and the interfacial resistance was measured under the following conditions. The results are shown in Table 2.

Current: 100μA (양극), 10mA (음극)Current: 100μA (positive), 10mA (negative)

Speed: lowSpeed: low

Voltage range: 0.5VVoltage range: 0.5V

Current collector resistivity: 8.28*10-6 Ωㆍcm (양극), 1.68*10-6 Ωㆍcm (음극)Current collector resistivity: 8.28*10 -6 Ωㆍcm (positive), 1.68*10 -6 Ωㆍcm (negative)

실험예 4 - 음극 활물질층 표면의 바인더 고분자 함량 산정Experimental Example 4 - Calculation of the content of the binder polymer on the surface of the negative electrode active material layer

실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 3에서 제조된 음극을 1cm X 1cm 크기로 준비하고 OsO4(Osmium tetraoxide)가 담긴 용기에 넣어 밀폐시켰다. 3시간 후에 음극을 꺼내고 진공 오븐에 넣어 48시간 건조시켜서 OsO4를 이용하여 음극 활물질층에 포함된 바인더 고분자를 염색하였다. The negative electrodes prepared in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3 were prepared in a size of 1 cm X 1 cm and put in a container containing OsO4 (Osmium tetraoxide) to be sealed. After 3 hours, the negative electrode was taken out, put in a vacuum oven and dried for 48 hours, and the binder polymer included in the negative electrode active material layer was dyed using OsO 4 .

염색이 완료된 음극을 에너지 분산 X-선 분광법(Energy Dispersive X-ray Spectroscopy)을 이용하여 표면의 바인더 고분자의 함량을 분석하였다. X-Max80와 Extreme 검출기(Oxford사)를 이용하여 음극 활물질층 표면의 오스뮴(Osmium) 원자비를 하기 표 1의 조건에서 측정하였다. 그 결과를 표 2에 나타내었다.The content of the binder polymer on the surface of the dyed cathode was analyzed using energy dispersive X-ray spectroscopy. The atomic ratio of osmium on the surface of the negative electrode active material layer was measured under the conditions shown in Table 1 using X-Max80 and an Extreme detector (Oxford Co.). The results are shown in Table 2.

항목item 조건condition Secondary Electron Microscopy 장비Secondary Electron Microscopy Equipment JEOL JSM-7200FJEOL JSM-7200F 가속 전압 (kV)Acceleration voltage (kV) 55 배율 (X)Magnification (X) 10001000 Dwell Time (㎲)Dwell Time (㎲) 100100

실시예1Example 1 실시예2Example 2 실시예3Example 3 비교예1Comparative Example 1 비교예2Comparative Example 2 비교예3Comparative Example 3 건조 조건dry condition 1차 건조1st drying 40℃ 30초40℃ 30 seconds 30℃ 30초30℃ 30 seconds 40℃ 60초40℃ 60 seconds 90℃
300초
90℃
300 seconds
150℃
300초
150℃
300 seconds
80℃
300초
80℃
300 seconds
2차 건조2nd drying 130℃
120초
130℃
120 seconds
140℃
150초
140℃
150 seconds
120℃
150초
120℃
150 seconds
3차 건조3rd drying 150℃
150초
150℃
150 seconds
140℃
120초
140℃
120 seconds
160℃
90초
160℃
90 seconds
85° 광택도85° gloss 11.4811.48 24.8424.84 36.4236.42 37.8937.89 38.8838.88 9.839.83 접착력 (gf/20mm)Adhesion (gf/20mm) 2525 1515 1313 66 44 55 음극의 저항
(ohm*cm2)
cathode resistance
(ohm*cm 2 )
0.4510.451 0.4150.415 0.3950.395 0.7290.729 0.6820.682 0.310.31
음극 활물질층 표면의 Os 함량 (wt%)Os content on the surface of the negative electrode active material layer (wt%) 0.50.5 0.60.6 0.80.8 1.11.1 1.21.2 0.30.3

표 2를 참조하면 85°의 입사광 각도에서 측정된 음극 활물질층의 표면의 광택도가 10 내지 37의 범위를 만족하는 실시예 1 내지 3의 음극은, 음극 활물질층의 표면에 염색된 Os 함량이 작아서 표면에 분포된 바인더 고분자의 함량이 작고 활물질층 내에 균일하게 분포되어 있는 것을 알 수 있고, 그 결과, 우수한 접착력과 낮은 저항 특성을 나타내는 것을 확인할 수 있었다.Referring to Table 2, the negative electrodes of Examples 1 to 3 in which the glossiness of the surface of the negative electrode active material layer, measured at an incident light angle of 85 °, satisfies the range of 10 to 37, the Os content dyed on the surface of the negative electrode active material layer It can be seen that the content of the binder polymer distributed on the surface is small and uniformly distributed in the active material layer, and as a result, it can be confirmed that excellent adhesive strength and low resistance characteristics are exhibited.

이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.Although the present invention has been described above with limited examples and drawings, the present invention is not limited thereto and will be described below along with the technical spirit of the present invention by those skilled in the art to which the present invention belongs. Of course, various modifications and variations are possible within the scope of equivalence of the claims.

Claims (13)

집전체;
상기 집전체의 적어도 일면에 위치하며, 음극 활물질, 도전재 및 바인더 고분자를 포함하는 음극 활물질층;을 구비하고,
85°의 입사광 각도에서 측정된 상기 음극 활물질층의 표면의 광택도가 10 내지 37이고,
상기 광택도가 반사광을 입사광과 동일한 각도로 수광할 때의 빛의 강도를 의미하는 것을 특징으로 하는 음극.
current collector;
A negative active material layer located on at least one surface of the current collector and containing a negative active material, a conductive material, and a binder polymer;
The glossiness of the surface of the negative electrode active material layer measured at an incident light angle of 85 ° is 10 to 37,
The cathode, characterized in that the gloss means the intensity of light when the reflected light is received at the same angle as the incident light.
제1항에 있어서,
상기 광택도가 굴절율 1.567의 유리의 표면 광택을 100으로 할 때의 상대적인 비율인 것을 특징으로 하는 음극.
According to claim 1,
The negative electrode, characterized in that the relative ratio of the glossiness when the surface gloss of glass having a refractive index of 1.567 is 100.
제1항에 있어서,
상기 음극 활물질층의 표면의 광택도가 11 내지 36.5인 것을 특징으로 하는 음극.
According to claim 1,
A negative electrode, characterized in that the glossiness of the surface of the negative electrode active material layer is 11 to 36.5.
제1항에 있어서,
상기 바인더 고분자의 함량이 상기 음극 활물질층 100 중량부 기준으로 1 중량부 내지 4 중량부인 것을 특징으로 하는 음극.
According to claim 1,
A negative electrode, characterized in that the content of the binder polymer is 1 part by weight to 4 parts by weight based on 100 parts by weight of the negative electrode active material layer.
제4항에 있어서,
상기 바인더 고분자의 함량이 상기 음극 활물질층 100 중량부 기준으로 1.5 중량부 내지 3.5 중량부 인 것을 특징으로 하는 음극.
According to claim 4,
A negative electrode, characterized in that the content of the binder polymer is 1.5 parts by weight to 3.5 parts by weight based on 100 parts by weight of the negative electrode active material layer.
제1항에 있어서,
상기 바인더 고분자가 고무계 바인더 고분자와 수용성 고분자계 바인더 고분자를 포함하는 것을 특징으로 하는 음극.
According to claim 1,
The negative electrode, characterized in that the binder polymer comprises a rubber-based binder polymer and a water-soluble polymer-based binder polymer.
제6항에 있어서,
상기 고무계 바인더 고분자가 스타이렌 부타디엔 고무 (SBR), 불소계 고무, 에틸렌 프로필렌 고무, 부타디엔 고무, 이소프렌 고무, 아크릴계 고무, 실란계 고무, 또는 이들 중 2 이상를 포함하는 것을 특징으로 하는 음극.
According to claim 6,
The negative electrode, characterized in that the rubber-based binder polymer comprises styrene-butadiene rubber (SBR), fluorine-based rubber, ethylene propylene rubber, butadiene rubber, isoprene rubber, acrylic rubber, silane-based rubber, or two or more of these.
제6항에 있어서,
상기 수용성 고분자계 바인더 고분자가 카르복시메틸셀룰로오스(CMC), 셀룰로오스, 폴리비닐알코올, 폴리아크릴산, 또는 이들 중 2 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 음극.
According to claim 6,
The negative electrode, characterized in that the water-soluble polymer-based binder polymer includes carboxymethyl cellulose (CMC), cellulose, polyvinyl alcohol, polyacrylic acid, or two or more of these.
음극 활물질, 도전재, 바인더 고분자를 용매에 혼합한 음극용 슬러리를 제조하는 단계; 및
상기 음극용 슬러리를 음극 집전체의 적어도 일면에 도포한 후 건조하는 단계;를 포함하는 제1항의 음극의 제조방법.
preparing a slurry for an anode in which an anode active material, a conductive material, and a binder polymer are mixed in a solvent; and
The manufacturing method of claim 1 including the step of drying the slurry for the negative electrode on at least one surface of the negative electrode current collector.
제9항에 있어서,
상기 건조하는 단계가 복수회로 수행되는 것을 특징으로 하는 음극의 제조방법.
According to claim 9,
Method for producing a negative electrode, characterized in that the drying step is performed a plurality of times.
제10항에 있어서,
상기 건조하는 단계의 회수가 증가할수록 건조 온도가 증가되는 것을 특징으로 하는 음극의 제조방법.
According to claim 10,
A method for producing a negative electrode, characterized in that the drying temperature increases as the number of times of the drying step increases.
제10항에 있어서,
상기 건조하는 단계가 3회로 수행되고, 상기 3회 건조하는 단계 중 1차 건조가 25 내지 40 ℃ 온도에서 수행되고, 2차 건조가 120 내지 140 ℃ 온도에서 수행되고, 3차 건조가 140 내지 160 ℃ 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 음극의 제조방법.
According to claim 10,
The drying step is performed three times, and among the three drying steps, the first drying is performed at a temperature of 25 to 40 ° C, the second drying is performed at a temperature of 120 to 140 ° C, and the third drying is performed at a temperature of 140 to 160 ° C. Method for producing a negative electrode, characterized in that carried out at ℃ temperature.
양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 분리막을 포함하며,
상기 음극은 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 음극인 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지.
It includes a positive electrode, a negative electrode, and a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode,
The negative electrode is a lithium secondary battery, characterized in that the negative electrode according to any one of claims 1 to 8.
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