KR20230070442A - 음극판, 이차전지, 전지모듈, 전지팩 및 전기기기 - Google Patents

음극판, 이차전지, 전지모듈, 전지팩 및 전기기기 Download PDF

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KR20230070442A
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샤오웨이 리
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Abstract

본 출원은 음극판, 이차전지, 전지모듈, 전지팩 및 전기기기를 개시한다. 본 출원에서 개시되는 음극판은 음극 집전체 및 상기 음극 집전체의 적어도 하나의 표면에 제공되는 활성물질층을 포함하되, 여기서 상기 활성물질층은 제1 활성물질층 및 상기 제1 활성물질층의 표면에 제공되는 제2 활성물질층을 포함하고, 상기 제1 활성물질층은 제1 활성재료를 포함하고, 제2 활성물질층은 제2 활성재료를 포함하고, 상기 활성물질층은 α
Figure pct00031
CW2≤CW1를 충족하며, 여기서, α는 층간 거리 상대인자이고, α=
Figure pct00032
, 1≤α≤1.12이다. 본 출원의 음극판을 사용하여 얻어진 이차전지는 전지의 배율 성능과 에너지 밀도가 모두 향상될 수 있다.

Description

음극판, 이차전지, 전지모듈, 전지팩 및 전기기기
본 출원은 리튬전지 기술 분야에 관한 것으로, 특히 음극판, 이차전지, 전지모듈, 전지팩 및 전기기기에 관한 것이다.
최근에, 리튬이온전지의 적용 범위가 갈수록 확대되면서 리튬이온전지는 수력, 화력, 풍력, 태양광 발전소 등 에너지 저장용 전원 시스템에 적용될 뿐만 아니라, 전동 공구, 전기자전거, 전기오토바이, 전기자동차, 군사 장비, 항공 우주 등 다양한 분야에 광범위하게 적용된다. 현재, 리튬이온전지의 광범위한 적용에 따라 전지의 종합적인 성능에 대한 요구사항도 점점 높아지고 있으며, 점점 더 많은 적용 시나리오에서는 동력원으로 사용되는 전지에 대한 더 높은 에너지 밀도 및 양호한 충방전 특성이 요구되고 있다. 음극은 리튬이온전지의 가장 핵심적인 구성요소 중 하나로서, 그 설계는 전지의 성능 효과, 특히 전지의 충전 관련 특성에 직접적인 영향을 미친다. 음극판 설계 최적화를 통해 에너지 밀도와 동역학적 성능을 모두 갖춘 전지를 얻는 방법은 업계에서의 공통적인 과제이다.
본 출원의 목적은 기존의 요구사항에 대해 음극판을 제공하는 것이다. 본 출원은 또한 이 음극판을 사용하는 이차전지, 전지모듈, 전지팩 및 전기기기를 제공한다. 본 출원의 발명인은 음극에 이중 또는 다중 활성물질층을 적용하고, 각 활성물질층의 층간 거리와 코팅 중량 간의 관계를 조절함으로써 더 높은 에너지 밀도 및 더 나은 충방전 동역학적 성능을 갖는 전지 음극을 얻을 수 있다는 점을 발견했다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 출원의 제1 양상에서는 음극판을 제공함에 있어서, 음극 집전체 및 상기 음극 집전체의 적어도 하나의 표면에 제공되는 활성물질층을 포함하되, 여기서 상기 활성물질층은 제1 활성물질층 및 상기 제1 활성물질층의 표면에 제공되는 제2 활성물질층을 포함하고, 상기 제1 활성물질층은 제1 활성재료를 포함하고, 제2 활성물질층은 제2 활성재료를 포함하고, 상기 활성물질층은 α
Figure pct00001
CW2≤CW1를 충족하며, 여기서,
α는 층간 거리 상대인자로 α=
Figure pct00002
, 1≤α≤1.12이고;
d1은 제1 활성재료의 d002 피크에 해당하는 층간 거리로 단위가 nm이고;
d2는 제2 활성재료의 d002 피크에 해당하는 층간 거리로 단위가 nm이고;
CW1은 단위 면적의 음극 집전체 상에 제공되는 제1 활성물질층의 질량으로 단위가 g/m2이고;
CW2는 단위 면적의 음극 집전체 상에 제공되는 제2 활성물질층의 질량으로 단위가 g/m2이다.
이리하여, 음극에 이중 또는 다중 활성물질층을 적용하고, 각 활성물질층의 층간 거리와 코팅 중량 간의 관계를 조절함으로써 더 높은 에너지 밀도 및 더 나은 충방전 동역학적 성능을 갖는 전지 음극을 얻을 수 있다. 더 구체적으로, 본 출원의 발명인은 음극판 동일 측의 집전체 상에 2층의 활성물질층이 코팅되고, 제2 활성물질층의 활성재료의 층간 거리가 제1 활성물질층의 활성재료의 층간 거리보다 크면, 리튬이온이 양극에서 음극으로 이동할 때 표층 물질의 층간 거리가 크고 리튬이온 삽입 저항이 작기 때문에 리튬이온이 표층의 활성재료 속으로 빠르게 삽입될 수 있어 빠른 충전 속도로 인해 리튬이온이 음극판 표면에 석출되는 것을 피할 수 있다는 점을 발견했다. 음극 활성재료의 층간 거리가 클수록 재료의 용량이 더 낮으므로, 제2 활성물질층의 코팅 중량이 클수록 전체 음극판의 용량 효과에 대한 영향이 더 크다. 음극판의 용량 효과와 충전창 성능을 함께 고려하기 위해, 본 출원에서는 제2 활성물질층의 코팅 중량을 제한한다. 제2 활성물질층의 활성재료의 층간 거리가 클수록 충전 능력이 더 강하고 용량이 더 낮고, 이에 대응하여, 코팅 중량이 작을 때 양호한 충전 수준에 달성할 수 있다는 것을 의미한다. 제2 활성물질층의 활성재료의 층간 거리가 작을 수록 충전 능력이 약해지고 용량이 높아진다. 이때, 전체 극판이 양호한 충전 성능을 갖게 하기 위해 전체 극판의 코팅 중량에서 제2 활성물질층의 코팅 중량이 차지하는 비율을 높여야 한다. 본 출원은 발명인은 이중 활성물질층 구조를 사용하면 제1 활성물질층의 활성재료의 층간 거리가 작고 용량이 높아 극판 및 전지가 상대적으로 높은 에너지 밀도를 가질 수 있고, 제2 활성물질층의 활성재료의 층간 거리가 크면 음극판 표층의 이온삽입 저항이 낮아지고, 대배율 충전시 리튬이온이 음극 표면에 침적되는 것을 피할 수 있어, 전지 충전창이 향상된다는 것을 발견했다. 따라서, 상기 관계를 충족하는 활성물질층의 전지 음극은 높은 에너지 밀도와 양호한 충방전 동역학적 성능을 모두 가질 수 있다.
본 출원의 임의의 실시예에서, 상기 활성물질층은 CW2≥
Figure pct00003
α
Figure pct00004
CW1을 충족한다.
전지의 에너지 밀도와 충전 성능을 함께 고려하여 한 가지 성능의 과도한 설계로 인해 다른 한 가지 성능의 부족이 초래되는 것을 피하기 위해, 발명인은 실제 시험 효과에 따라 제1 활성물질층과 제2 활성물질층의 코팅 중량과 층간 거리 간의 관계를 더 제한한다. 이 관계를 충족할 때, 음극판 및 전지의 배율 성능과 에너지 밀도가 모두 향상될 수 있다.
본 출원의 임의의 실시예에서,
Figure pct00005
와
Figure pct00006
는 반비례하고, 0.2≤
Figure pct00007
≤0.45이고, 여기서,
Da50은 제1 활성재료의 체적평균입경으로 단위가 μm이고;
Db50은 제2 활성재료의 체적평균입경으로 단위가 μm이다.
각 활성물질층의 층간 거리 및 입경에 따라 활성물질층의 코팅 중량을 조절함으로써 극판 및 전지가 빠른 충전 성능 및 높은 에너지 밀도를 갖도록 한다.
본 출원의 임의의 실시예에서, 상기 제1 활성재료의 체적평균입경(Da50)과 제2 활성재료의 체적평균입경(Db50)은 0.2≤
Figure pct00008
≤0.8을 충족한다.
두 활성물질층에서 활성재료 입경의 상대 관계를 규정함으로써 동역학적 성능을 더 향상시키고, 제2 층의 코팅량이 적을 때 가공 성능의 구현에 유리하다.
본 출원의 임의의 실시예에서, 상기 제1 활성재료의 d002 피크에 해당하는 층간 거리(d1)의 범위는 0.335~0.3362nm이고, 상기 제2 활성재료의 d002 피크에 해당하는 층간 거리(d2)의 범위는 0.3356~0.38nm이다.
본 출원의 임의의 실시예에서, 상기 제1 활성재료의 체적평균입경(Da50)의 범위는 8~20μm이고, 제2 활성재료의 체적평균입경(Db50)의 범위는 4~12μm이다.
본 출원의 임의의 실시예에서, 단위 면적의 음극 집전체 상에 제공되는 제1 활성물질층의 질량(CW1)의 범위는 80~200g/m2이고, 단위 면적의 음극 집전체 상에 제공되는 제2 활성물질층의 질량(CW2)의 범위는 10~110g/m2이다.
본 출원의 임의의 실시예에서, 상기 제1 활성재료는 천연흑연 또는 인조흑연 재료이고/이거나, 상기 제2 활성재료는 인조흑연 재료이다.
임의의 실시예에서, 상기 제1 활성물질층 및/또는 상기 제2 활성물질층은 소프트카본 또는 하드카본을 포함한다.
본 출원의 제2 양상에서 이차전지를 제공함에 있어서, 본 출원의 제1 양상에 따른 음극판을 포함한다.
본 출원의 제3 양상에서 전지모듈을 제공함에 있어서, 본 출원의 제2 양상에 따른 이차전지를 포함한다.
본 출원의 제4 양상에서 전지팩을 제공함에 있어서, 본 출원의 제2 양상, 제3 양상에 따른 이차전지를 포함한다.
본 출원의 제5 양상에서 전기기기를 제공함에 있어서, 본 출원의 제2 양상에 따른 이차전지, 제3 양상에 따른 전지모듈, 제4 양상에 따른 전지팩 중 적어도 하나를 포함한다.
본 출원의 전지모듈, 전지팩 및 전기기기는 본 출원의 이차전지를 포함하므로, 적어도 상기 이차전지와 동일한 장점을 구비한다.
이하, 본 출원의 실시예의 기술적 솔루션을 보다 명확하게 설명하기 위해, 본 출원의 실시예를 설명함에 있어서 필요한 도면에 대해 간단히 소개하도록 한다. 아래에서 소개하는 도면은 본 출원의 일부 실시예만 나타내며, 당업자라면 창의적인 노력 없이 이러한 도면을 기반으로 다른 도면을 얻을 수 있음이 분명하다.
도 1은 본 출원의 음극판의 일 실시예의 개략도이다.
도 2는 본 출원의 이차전지의 일 실시예의 개략도이다.
도 3은 본 출원의 이차전지의 일 실시예의 분해 개략도이다.
도 4는 본 출원의 전지모듈의 일 실시예의 개략도이다.
도 5는 본 출원의 전지팩의 일 실시예의 개략도이다.
도 6는 도 5의 분해도이다.
도 7은 본 출원의 이차전지가 전원으로 사용되는 전기기기의 일 실시예의 개략도이다.
도에서, 도는 반드시 실제 비례에 따라 그려지는 것이 아니다.
이하, 첨부된 도면을 적절하게 참조하여 본 출원의 음극판, 이차전지, 전지모듈, 전지팩 및 전기기기를 개시하는 실시 양상에 대해 자세하게 설명하도록 한다. 그러나 불필요한 상세한 설명을 생략하는 경우가 있을 수 있다. 예컨대, 공지된 사항에 대한 상세한 설명이나 실제 동일한 구조에 대한 반복 설명은 생략될 수 있다. 이는 이하의 설명이 불필요하게 길어지는 것을 피하고, 당업자들의 이해를 돕기 위해서이다. 또한, 도면 및 이하의 설명은 당업자가 본 출원을 충분히 이해할 수 있도록 제공되는 것으로, 특허청구범위에 기재된 요지를 한정하려는 의도가 아니다.
본 명세서에 개시된 “범위”는 하한 및 상한의 형태로 정의되며, 주어진 범위는 하한 및 상한의 선택에 의해 정의되고, 선택된 하한 및 상한은 특정 범위의 경계를 정의한다. 이러한 방식으로 정의된 범위는 포괄적이거나 배타적일 수 있으며, 임의로 조합될 수 있습니다. 즉, 임의의 하한이 임의의 상한과 조합되어 범위를 형성할 수 있습니다. 예컨대, 특정 파라미터에 대해 60~120과 80~110의 범위가 나열되면, 60~110과 80~120의 범위도 예상되는 것으로 이해할 수 있다. 또한, 최소 범위 값 1과 2, 그리고 최대 범위 값 3, 4와 5가 나열되면 모든 범위는 1~3, 1~4, 1~5, 2~3, 2~4 및 2~5로 예상될 수 있다. 본 출원에서, 별도의 설명이 없는 한, 수치 범위 “a~b”는 a에서 b까지의 임의의 실수 조합의 축약된 표현을 나타내며, 여기서 a 및 b는 실수이다. 예컨대, 수치 범위 “0~5”는 “0~5” 사이의 모든 실수가 여기에 나열되었음을 나타내며, “0~5”는 이러한 수치 조합의 축약된 표현이다. 또한, 특정 파라미터가 ≥2의 정수로 표현되는 경우, 이 파라미터가 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 등과 같은 정수임을 공개하는 것과 같다.
특별한 설명이 없는 한, 본 출원의 모든 실시예 및 선택적인 실시예는 서로 조합하여 새로운 기술적 솔루션을 형성할 수 있다.
특별한 설명이 없는 한, 본 출원의 모든 기술적 특징 및 선택적인 기술적 특징은 서로 조합하여 새로운 기술적 솔루션을 형성할 수 있다.
특별한 설명이 없는 한, 본 출원의 모든 단계는 순차적으로 수행되거나 무작위로 수행될 수 있으나, 순차적으로 수행되는 것이 바람직하다. 예컨대, 상기 방법이 단계 (a) 및 (b)를 포함한다는 것은, 상기 방법이 순차적으로 수행되는 단계 (a) 및 (b)를 포함하거나, 순차적으로 수행되는 단계 (b) 및 (a)를 포함함을 나타낸다. 예컨대, 상기 방법이 단계 (c)를 더 포함한다는 것은, 단계 (c)는 임의의 순서로 상기 방법에 추가될 수 있음을 나타낸다. 예컨대, 상기 방법은 단계 (a), (b) 및 (c)를 포함하거나, 단계 (a), (c) 및 (b)를 포함하거나, 단계 (c), (a) 및 (b) 등을 포함할 수 있다.
특별한 설명이 없는 한, 본 출원에서 언급된 “포함하다”는 개방형 또는 폐쇄형을 의미합니다. 예컨대, 상기 “포함하다”는 나열되지 않은 기타 성분도 포함하거나, 나열된 성분만 포함함을 나타낼 수 있다.
특별한 설명이 없는 한, 본 출원에서, 용어 “또는”은 포함적이다. 예컨대, “A 또는 B”라는 문구는 “A, B, 또는 A 및 B”를 나타낸다. 더 구체적으로, A가 참(존재)이고 B가 거짓(부재)인 것; A가 거짓(부재)이고 B가 참(존재)인 것; A 및 B가 모두 참(존재)인 것 중 임의의 조건은 모두 조건 “A 또는 B”를 충족한다.
이차전지
이차전지는 충전전지 또는 축전지로도 불리우며, 이는 전지가 방전된 후 충전 방식으로 활성재료를 활성화시켜 계속 사용할 수 있는 전지를 의미한다.
일반 상황에서, 이차전지는 양극판, 음극판, 분리막 및 전해질을 포함한다. 전지의 충방전 과정에서, 활성이온(예: 리튬이온)은 양극판과 음극판 사이에서 왕복하면서 삽입 및 탈리된다. 분리막은 양극판과 음극판 사이에 배치되어 양극과 음극의 단락을 방지하는 역할을 하는 동시에 활성이온을 통과시킬 수 있다. 전해질은 양극판과 음극판 사이에서 활성이온을 전도하는 역할을 한다.
[음극판]
음극은 리튬이온전지의 가장 핵심적인 구성요소 중 하나로서, 그 설계는 전지의 성능 효과, 특히 전지의 충전 관련 특성에 직접적인 영향을 미친다. 음극판 설계 최적화를 통해 에너지 밀도와 동역학적 성능을 모두 갖춘 전지를 얻는 방법은 업계에서의 공통적인 과제이다.
상기의 문제를 해결하기 위해, 발명인은 대량의 연구 끝에 음극판을 제공한다. 본 출원의 음극판은 이중 또는 다중 활성물질층을 적용하고, 각 활성물질층의 층간 거리와 코팅 중량 간의 관계를 조절함으로써 더 높은 에너지 밀도 및 더 나은 충방전 동역학적 성능을 가질 수 있다.
본 출원의 음극판은 음극 집전체 및 상기 음극 집전체의 적어도 하나의 표면에 제공되는 활성물질층을 포함하되, 여기서 상기 활성물질층은 제1 활성물질층 및 상기 제1 활성물질층의 표면에 제공되는 제2 활성물질층을 포함하고, 상기 제1 활성물질층은 제1 활성재료를 포함하고, 제2 활성물질층은 제2 활성재료를 포함하고, 상기 활성물질층은 α
Figure pct00009
CW2≤CW1를 충족하며, 여기서,
α는 층간 거리 상대인자로 α=
Figure pct00010
, 1≤α≤1.12이고;
d1은 제1 활성재료의 d002 피크에 해당하는 층간 거리로 단위가 nm이고;
d2는 제2 활성재료의 d002 피크에 해당하는 층간 거리로 단위가 nm이고;
CW1은 단위 면적의 음극 집전체 상에 제공되는 제1 활성물질층의 질량으로 단위가 g/m2이고, 음극 집전체의 양면에 모두 제1 활성물질층 및 제2 활성물질층이 제공되는 경우, 양면의 제1 활성물질층 질량이어야 하고;
CW2는 단위 면적의 음극 집전체 상에 제공되는 제2 활성물질층의 질량으로 단위가 g/m2이고, 음극 집전체의 양면에 모두 제1 활성물질층 및 제2 활성물질층이 제공되는 경우, 양면의 제2 활성물질층 질량이어야 한다.
이리하여, 본 출원은 음극에 이중 또는 다중 활성물질층을 적용하고, 각 활성물질층의 층간 거리와 코팅 중량 간의 관계를 조절함으로써 더 높은 에너지 밀도 및 더 나은 충방전 동역학적 성능을 갖는 전지 음극을 얻을 수 있다. 더 구체적으로, 본 출원의 발명인은 음극판 동일 측의 집전체 상에 2층의 활성물질층이 코팅되고, 제2 활성물질층의 활성재료의 층간 거리가 제1 활성물질층의 활성재료의 층간 거리보다 크면, 리튬이온이 양극에서 음극으로 이동할 때 표층 물질의 층간 거리가 크고 리튬이온 삽입 저항이 작기 때문에 리튬이온이 표층의 활성재료 속으로 빠르게 삽입될 수 있어 빠른 충전 속도로 인해 리튬이온이 음극판 표면에 석출되는 것을 피할 수 있다는 점을 발견했다. 음극 활성재료의 층간 거리가 클수록 재료의 용량이 더 낮으므로, 제2 활성물질층의 코팅 중량이 클수록 전체 음극판의 용량 효과에 대한 영향이 더 크다. 음극판의 용량 효과와 충전창 성능을 함께 고려하기 위해, 본 출원에서는 제2 활성물질층의 코팅 중량을 제한한다. 제2 활성물질층의 활성재료의 층간 거리가 클수록 충전 능력이 더 강하고 용량이 더 낮고, 이에 대응하여, 코팅 중량이 작을 때 양호한 충전 수준에 달성할 수 있다는 것을 의미한다. 제2 활성물질층의 활성재료의 층간 거리가 작을 수록 충전 능력이 약해지고 용량이 높아진다. 이때, 전체 극판이 양호한 충전 성능을 갖게 하기 위해 전체 극판의 코팅 중량에서 제2 활성물질층의 코팅 중량이 차지하는 비율을 높여야 한다. 본 출원은 발명인은 이중 활성물질층 구조를 사용하면 제1 활성물질층의 활성재료의 층간 거리가 작고 용량이 높아 극판 및 전지가 상대적으로 높은 에너지 밀도를 가질 수 있고, 제2 활성물질층의 활성재료의 층간 거리가 크면 음극판 표층의 이온삽입 저항이 낮아지고, 대배율 충전시 리튬이온이 음극 표면에 침적되는 것을 피할 수 있어, 전지 충전창이 향상된다는 것을 발견했다. 따라서, 상기 관계를 충족하는 활성물질층의 전지 음극은 높은 에너지 밀도와 양호한 충방전 동역학적 성능을 모두 가질 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 활성물질층은 CW2≥
Figure pct00011
α
Figure pct00012
CW1을 충족한다.
제2 활성물질층의 중량은 층간 거리 및 제1 활성물질층의 중량에 따라 조절되며, 전체적으로, 음극판이 높은 에너지 밀도와 동역학적 성능을 갖게 하기 위해 제2 활성물질층의 코팅 중량은 CW2≥
Figure pct00013
α
Figure pct00014
CW1을 충족해야 한다.
본 출원의 발명인은 음극판에 코딩된 활성물질층의 중량이 작고 활성재료의 층간 거리가 더 클수록 극판 및 전지의 내부 저항이 더 낮고, 충방전 성능이 더 좋지만, 활성물질층의 중량이 작고 활성재료의 층간 거리가 크면, 동일한 전지 용량에서 포일 등 보조재의 사용량이 증가되고 재료의 사용량이 증가되어 전지 에너지 밀도가 낮아진다. 전지의 에너지 밀도와 충전 성능을 함께 고려하여 한 가지 성능의 과도한 설계로 인해 다른 한 가지 성능의 부족이 초래되는 것을 피하기 위해, 발명인은 실제 시험 효과에 따라 제1 활성물질층과 제2 활성물질층의 코팅 중량과 층간 거리 간의 관계를 더 제한한다. 이 관계를 충족할 때, 음극판 및 전지의 배율 성능과 에너지 밀도가 모두 향상될 수 있다.
일부 실시예에서,
Figure pct00015
와
Figure pct00016
는 반비례하고, 0.2≤
Figure pct00017
≤0.45이고, 여기서,
Da50은 제1 활성재료의 체적평균입경으로 단위가 μm이고;
Db50은 제2 활성재료의 체적평균입경으로 단위가 μm이다.
각 활성물질층의 층간 거리 및 입경에 따라, 활성물질층의 코팅 중량과 각 활성물질층 간의 활성재료 입경을 조절하여
Figure pct00018
와
Figure pct00019
가 반비례하고 0.2≤
Figure pct00020
≤0.45일 때, 극판 및 전지가 빠른 충전 성능 및 높은 에너지 밀도를 갖는다.
일부 실시예에서, 상기 제1 활성재료의 체적평균입경(Da50)과 제2 활성재료의 체적평균입경(Db50)은 0.2≤
Figure pct00021
≤0.8을 충족한다.
두 활성물질층에서 활성재료 입경의 상대 관계를 규정함으로써 동역학적 성능을 더 향상시키고, 제2 층의 코팅량이 적을 때 가공 성능의 구현에 유리하다.
일부 실시예에서, 상기 제1 활성재료의 d002 피크에 해당하는 층간 거리(d1)의 범위는 0.335~0.3362nm이고, 상기 제2 활성재료의 d002 피크에 해당하는 층간 거리(d2)의 범위는 0.3356~0.38nm이다.
일부 실시예에서, 상기 제1 활성재료의 체적평균입경(Da50)의 범위는 8~20μm이고, 제2 활성재료의 체적평균입경(Db50)의 범위는 4~12μm이다.
일부 실시예에서, 단위 면적의 음극 집전체 상에 제공되는 제1 활성물질층의 질량(CW1)의 범위는 80~200g/m2이고, 단위 면적의 음극 집전체 상에 제공되는 제2 활성물질층의 질량(CW2)의 범위는 10~110g/m2이다.
본 출원에서, 재료의 체적평균입경(D50)은 당업계에 공지된 내용이며, 당업계에 공지된 방법 및 기구를 통해 측정된다. 예컨대, GB/T 19077-2016 “입도 크기 분포 레이저 회절법”을 참조하여 레이저 입도 분석기(예: 영국계 회사인 Malvern Panalytical에서 생산한 Mastersizer 2000E 모델)로 측정할 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 음극판은 또한 전도제 및 결합제를 포함하고, 그 종류 및 함량은 특별히 제한되지 않으며 실제 요구사항에 따라 선택될 수 있다. 일례로서, 전도제는 초전도성 카본, 카본 블랙(아세틸렌 블랙, 케첸 블랙), 탄소 양자점, 탄소 나노튜브, 그래핀, 탄소 나노섬유 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 결합제는 스티렌부타디인 고무(SBR), 수용성 불포화수지(SR-1B), 수성 아크릴 수지(예: 폴리아크릴산(PAA), 폴리메타크릴산(PMAA), 폴리아크릴산나트륨(PAAS)), 폴리아크릴아마이드(PAM), 폴리비닐알코올(PVA), 알긴산나트륨(SA), 카복시메틸키토산(CMCS) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 기타 선택적인 보조제는 동일하거나 상이할 수 있으며, 일례로서 증점제(예: 카르복시메틸셀룰로오스 나트륨(CMC-Na)), PTC 서스미터 재료 등을 포함할 수 있다.
본 출원의 음극판에서, 음극 집전체로서 금속 포일 또는 복합 집전체를 사용할 수 있다. 금속 포일의 예로 구리 포일을 사용할 수 있다. 복합 집전체는 고분자재료 기재층 및 고분자재료 기재층의 적어도 하나의 표면 상에 형성된 금속 재료층을 포함할 수 있다. 일례로서, 금속 재료는 구리, 구리 합금, 니켈, 니켈 합금, 티타늄, 티타늄 합금, 은 및 은 합금 중 하나 이상으로부터 선택될 수 있다. 일례로서, 고분자재료 기재층은 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT), 폴리스티렌(PS), 폴리에틸렌(PE) 등으로부터 선택될 수 있다.
일부 실시예에서, 활성물질층은 음극 집전체의 적어도 하나의 표면에 제공된다. 예컨대, 음극 집전체는 자체의 두께 방향에서 대향하는 2개의 표면을 포함하고, 활성물질층은 음극 집전체의 대향하는 2개의 표면 중 임의의 일면 또는 양면에 제공된다.
도 1은 음극 집전체 및 그 표면의 활성물질층을 도시하며, 도 1에 도시된 음극 집전체의 2개의 표면은 모두 제1 활성물질층 및 제2 활성물질층을 갖는다.
물론, 본 출원의 음극판(10)은 다른 실시예도 가질 수 있다. 예컨대, 음극판(10)은 음극 집전체(11), 음극 집전체의 일측에 제공되는 제1 활성물질층(121) 및 제1 활성물질층(121) 위에 제공되는 제2 활성물질층(122)으로 구성된다.
또한, 본 출원의 음극판은 음극 필름층 이외의 다른 부가적인 기능층을 포함하는 것도 배제하지 않는다. 예컨대, 일부 실시예에서, 본 출원의 음극판은 또한 음극 집전체와 제2 음극 필름층 사이에 제공되는 전도성 베이스 코팅층(예: 전도제 및 결합제로 구성됨)을 포함할 수 있다. 다른 일부 실시예에서, 본 출원의 음극판은 또한 제1 음극 필름층의 표면을 덮는 보호층을 포함한다.
일부 실시예에서, 본 출원의 음극판의 제조 방법은,
1. 제1 활성재료를 포함하는 슬러리(A) 및 제2 활성재료를 포함하는 슬러리(B)를 각각 제조하는 단계;
2. 제1 활성재료의 층간 거리 및 제2 활성재료의 층간 거리에 따라 CW1 및 CW2를 계산하는 단계;
3. 슬러리(A)를 집전체 상에 코팅한 후 건조하여, 제1 활성물질층이 코팅된 극판(A)을 얻는 단계;
4. 극판(A)의 표면에 슬러리(B)를 코팅한 후 건조하고, 그 다음 냉간압착, 슬리팅을 거쳐 본 출원에 따른 음극판을 얻는 단계; 를 포함하되,
여기서 제1 활성물질층 및 제2 활성물질층의 코팅량은 각각 CW1 및 CW2를 충족한다.
일부 실시예에서, 상기 슬러리(A)는 제1 활성재료, 전도제, 결합제 및 증점제 중 하나 이상을 포함한다.
일부 실시예에서, 상기 슬러리(B)는 제1 활성재료, 전도제, 결합제 및 증점제 중 하나 이상을 포함한다.
구체적인 음극 제조 방법은 본 출원에 제공된 구체적인 실시예를 참조할 수 있으며, 여기서는 상세한 설명을 생략한다.
[양극판]
이차전지는 양극판을 포함하고, 양극판은 일반적으로 양극 집전체 및 양극 집전체의 적어도 하나의 표면에 제공되고 양극 활성재료를 포함하는 양극 필름층을 포함한다. 예컨대, 양극 집전체는 자체의 두께 방향에서 대향하는 2개의 표면을 갖고, 양극 필름층은 양극 집전체의 두 개의 대향하는 표면 중 임의의 하나 또는 둘에 배치된다.
본 출원의 양극판에서, 양극 집전체로서 금속박 또는 복합 집전체를 사용할 수 있다. 금속 포일의 예로 알루미늄 포일을 사용할 수 있다. 복합 집전체는 고분자재료 기재층 및 고분자재료 기재층의 적어도 하나의 표면 상에 형성된 금속 재료층을 포함할 수 있다. 일례로서, 금속 재료는 알루미늄, 알루미늄 합금, 니켈, 니켈 합금, 티타늄, 티타늄 합금, 은 및 은 합금 중 하나 이상으로부터 선택될 수 있다. 일례로서, 고분자재료 기재층은 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT), 폴리스티렌(PS), 폴리에틸렌(PE) 등으로부터 선택될 수 있다.
본 출원의 양극판에서, 양극 필름층은 양극 활성재료를 포함하고, 양극 활성재료로는 당업계에 공지된 이차전지용 음극 활성재료를 사용할 수 있다. 일례로서, 양극 활성재료는 리튬 전이금속 산화물, 감람석형 구조의 리튬 함유 인산염 및 이들 각자의 개질 화합물 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 리튬 전이금속 산화물의 예로는 리튬 코발트 산화물, 리튬 니켈 산화물, 리튬 망간 산화물, 리튬 니켈 코발트 산화물, 리튬 망간 코발트 산화물, 리튬 니켈 망간 산화물, 리튬 니켈 코발트 망간 산화물, 리튬 니켈 코발트 알루미늄 산화물 및 이들의 개질 화합물 중 하나 이상을 포함하되 이에 한정되지 않을 수 있다. 감람석형 구조의 리튬 함유 인산염의 예로는 리튬 철 인산화물, 리튬 철 인산화물과 탄소의 복합재료, 리튬 망간 인산화물, 리튬 망간 인산화물과 탄소의 복합재료, 리튬 철 망간 인산화물, 리튬 철 망간 인산화물과 탄소의 복합재료 및 이들 각자의 개질 화합물 중 하나 이상을 포함하되 이에 한정되지 않는다. 본 출원은 이러한 재료들에 한정되지 않고, 이차전지용 양극 활성재료로서 사용될 수 있는 다른 종래 공지된 재료를 또한 사용할 수 있다. 이러한 양극 활성재료는 단독으로 하나만 사용되거나, 둘 이상이 조합으로 사용될 수 있다.
본 출원의 양극판에서, 상기 양극 활성재료의 개질 화합물은 양극 활성재료의 도핑 개질, 표면 코팅 개질, 또는 도핑 동시 표면 코팅 개질일 수 있다.
본 출원의 양극판에서, 양극 필름층은 양극 활성재료 및 선택적인 결합제와 선택적인 전도제를 포함한다. 양극 필름층은 일반적으로 양극 슬러리를 양극 집전체에 도포한 후 건조, 냉간압착을 거쳐 형성된다. 양극 슬러리는 일반적으로 양극 활성재료, 선택적인 전도제, 선택적인 결합제 및 임의의 기타 성분을 용제에 분산시키고 균일하게 교반함으로써 형성된다. 용제는 N-메틸피롤리돈(NMP)일 수 있지만 이에 한정되지 않는다. 일례로서, 양극 필름층에 사용되는 결합제는 폴리비닐리덴 디플루오리드(PVDF), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 불화 비닐리덴-테트라플루오로에텐-프로필렌 삼원공중합체, 불화 비닐리덴-헥사플루오르프로필렌-테트라플루오로에텐 삼원공중합체, 테트라플루오로에텐-헥사플루오르프로필렌 공중합체, 플루오로아크릴레이트 레진 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 일례로서, 양극 필름층에 사용되는 전도제는 초전도성 카본, 아세틸렌 블랙, 카본 블랙, 케첸 블랙, 탄소 양자점, 탄소 나노튜브, 그래핀, 탄소 나노섬유 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 본 출원에서 주어진 각 양극 필름층의 구성 또는 파라미터는 모두 양극 집전체의 단일 면 필름층의 구성 또는 파라미터 범위를 가리킨다는 점에 유의해야 한다. 양극 필름층이 양극 집전체의 대향하는 2개의 표면에 제공될 때, 임의의 표면 상의 양극 필름층의 구성 또는 파라미터는 본 출원을 충족한다. 즉, 본 출원의 보호 범위 내에 속하는 것으로 간주된다.
[전해질]
전해질은 양극판과 음극판 사이에서 활성이온을 전도하는 역할을 한다. 본 출원의 이차전지는 전해질의 종류에 대해 특별히 한정하지 않으며, 실제 요구사항에 따라 선택될 수 있다. 예컨대, 전해질은 고체 전해질, 액체 전해질(즉, 전해액) 중 적어도 하나로부터 선택될 수 있다.
일부 실시예에서, 전해질로서 전해액이 채택된다. 전해액은 전해질 염 및 용제를 포함한다.
일부 실시예에서, 전해질 염의 종류 및 함량은 특별히 한정되지 않으며, 실제 요구사항에 따라 선택될 수 있다. 일례로서, 전해질 염은 LiPF6(리튬 헥사플루오로포스페이트), LiBF4(리튬 테트라플루오로보레이트), LiClO4(리튬 퍼클로레이트), LiAsF6(리튬 헥사플루오로아르세네이트), LiFSI(리튬 비스(플루오로설포닐)이미드), LiTFSI(리튬 비스(트리플루오로메탄술포닐)이미드), LiTFS(리튬 트리플루오로메탄설포네이트), LiDFOB(리튬 디플루오로(옥살라토)보레이트), LiBOB(리튬 비스(옥살레이트)보레이트)、LiPO2F2(리튬 디플루오로포스페이트), LiDFOP(리튬 디플루오로(옥살레이트)포스페이트) 및 LiTFOP(리튬 테트라플루오로(옥살라토)포스페이트) 중 하나 이상으로부터 선택될 수 있다.
일부 실시예에서, 용제의 종류 및 함량은 특별히 한정되지 않으며, 실제 요구사항에 따라 선택될 수 있다. 일례로서, 용제는 에틸렌 카보네이트(EC), 프로필렌 카보네이트(PC), 에틸 메틸 카보네이트(EMC), 디에틸 카보네이트(DEC), 디메틸 카보네이트(DMC), 디프로필 카보네이트(DPC), 메틸 프로필 카보네이트(MPC), 에틸 프로필 카보네이트(EPC), 부틸렌 카보네이트(BC), 플루오르 에틸렌 카보네이트(FEC), 포름산 메틸(MF), 메틸 아세테이트(MA), 에틸 아세 테이트(EA), 에틸 아세테이트(PA), 메틸 프로피온산(MP), 에틸 프로피오네이트(EP), 프로필렌 프로피오네이트(PP), 부티르산 메틸(MB), 부티르산 에틸(EB) 1,4-부티로락톤(GBL), 테트라히드로푸란, 설포레인(SF), 다이메틸 설폰(MSM), 에틸 메틸 설폰(EMS), 다이에틸 설폰(ESE) 중 적어도 하나에서 선택될 수 있다.
일부 실시예에서, 선택적으로, 용제는 비수성 용제이다.
일부 실시예에서, 상기 전해액은 또한 선택적으로 첨가제를 포함한다. 예컨대, 첨가제는 음극 성막 첨가제, 양극 성막 첨가제를 포함할 수 있고, 전지의 과충전 성능을 개선하는 첨가제, 전지의 고온 성능을 개선하는 첨가제, 전지의 저온 성능을 개선하는 첨가제 등과 같이 전지의 특정 성능을 개선할 수 있는 첨가제를 더 포함할 수 있다.
[분리막]
전해액을 사용하는 이차전지, 그리고 고체 전해질을 사용하는 이차전지에는 또한 분리막이 포함된다. 분리막은 양극판과 음극판 사이에 배치되어 격리 역할을 한다. 본 출원에서는 분리막의 종류에 대해 특별히 한정하지 않으며, 화학적 안정성 및 기계적 안정성이 우수한 공지된 다공성 구조의 분리막을 선택할 수 있다. 일부 실시예에서, 분리막의 재질은 유리 섬유, 부직포, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드 중 하나 이상으로부터 선택될 수 있다. 분리막은 단층 박막 또는 다층 복합 박막일 수 있다. 분리막이 다층 복합 박막일 때, 각 층의 재료는 동일하거나 상이하다.
일부 실시예에서, 양극판, 음극판 및 분리막은 권취 공정 또는 적층 공정을 거쳐 전극 조립체로 제조될 수 있다.
일부 실시예에서, 이차전지는 외부 패키지를 포함할 수 있다. 외부 패키지는 상기 전극 조립체 및 전해질을 패키징하기 위해 사용될 수 있다.
일부 실시예에서, 이차전지의 외부 패키지는 경질 플라스틱 케이스, 알루미늄 케이스, 스틸 케이스 등과 같은 경질 케이스일 수 있다. 이차전지의 외부 패키지는 파우치형 연질 패키지와 같은 연질 패키지일 수 있다. 연질 패키지의 재질은 폴리프로필렌(PP), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT), 폴리부틸렌 숙시네이트(PBS) 등 중 하나 이상과 같은 플라스틱일 수 있다.
본 출원에서는 이차전지의 형상에 대해 특별히 한정하지 않으며, 이는 원통형, 각형 또는 기타 임의의 형상일 수 있다. 도 2는 일례로서 각형 구조의 이차전지(5)이다.
일부 실시예에서, 도 3을 참조하면, 외부 패키지는 케이스(51) 및 커버(53)를 포함할 수 있다. 여기서, 케이스(51)는 바닥판 및 바닥판과 연결되는 측판을 포함할 수 있으며, 바닥판과 측판으로 에워싸서 수용 캐비티를 형성할 수 있다. 케이스(51)에는 수용 캐비티와 연통하는 개구부가 마련되고, 커버(53)는 상기 수용 캐비티를 폐쇄하기 위해 개구부를 덮는 데 사용된다. 양극판, 음극판 및 분리막은 와인딩 방식 또는 스태킹 방식을 통해 전극 조립체(52)를 형성할 수 있다. 전극 조립체(52)는 상기 수용 캐비티 내에 패키징된다. 전해액은 전극 조립체(52) 속에 침윤되어 있다. 이차전지(5)에 포함되는 전극 조립체(52)의 개수는 하나 이상일 수 있으며, 실제 요구사항에 따라 조정될 수 있다.
일부 실시예에서, 이차전지는 전지모듈로 조립될 수 있고, 전지모듈에 포함되는 이차전지의 개수는 여러 개일 수 있으며, 구체적인 개수는 전지모듈의 응용 및 용량에 따라 조정될 수 있다.
도 4는 일례로서 전지모듈(4)이다. 도 4를 참조하면, 전지모듈(4)에서, 여러 개의 이차전지(5)는 전지모듈(4)의 길이 방향을 따라 순차적으로 배열될 수 있다. 물론, 다른 임의의 방식으로 배열될 수도 있다. 또한, 여러 개의 이차전지(5)는 고정부재로 고정될 수 있다.
선택적으로, 전지모듈(4)은 여러 개의 이차전지(5)가 수용되는 수용 공간을 갖는 케이스를 더 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 전지모듈은 전지팩으로 조립될 수도 있으며, 전지팩에 포함되는 전지모듈의 개수는 전지팩의 응용 및 용량에 따라 조절될 수 있다.
도 5 및 도 6은 일례로서 전지팩(1)이다. 도 5 및 도 6을 참조하면, 전지팩(1)은 전지박스 및 전지박스 내에 배치되는 여러 개의 전지모듈(4)을 포함할 수 있다. 전지박스는 상부 박스(2)와 하부 박스(3)를 포함하며, 상부 박스(2)는 하부 박스(3)를 덮어 전지모듈(4)을 수용하기 위한 밀폐 공간을 형성하는 데 사용된다. 여러 개의 전지모듈(4)은 임의의 방식에 따라 전지박스 내에 배열될 수 있다.
전기기기
본 출원의 실시예에서는 또한 전기기기를 제공하며, 상기 전기기기는 본 출원의 이차전지, 전지모듈 또는 전지팩 중 적어도 하나를 포함한다. 상기 이차전지, 전지모듈 또는 전지팩은 상기 전기기기의 전원으로 사용되거나, 상기 전기기기의 에너지 저장 장치로 사용될 수 있다. 상기 전기기기는 모바일 장비(예: 휴대폰, 노트북 등), 전기자동차(예: 순수 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그인 하이브리드 전기자동차, 전기자전거, 전기스쿠터, 전기골프차, 전기트럭 등), 전기기차, 선박 및 위성, 에너지 저장 시스템 등일 수 있지만 이에 한정되지 않는다.
상기 전기기기는 사용 요구사항에 따라 이차전지, 전지모듈 또는 전지팩을 선택할 수 있다.
도 7은 일례로서 전기기기이다. 전기기기는 순수 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그인 하이브리드 전기자동차 등이다. 전기기기의 고성능 및 고에너지 밀도 요구사항을 충족하기 위해 전지팩 또는 전지모듈을 사용할 수 있다.
다른 일례로서, 전기기기는 휴대폰, 태블릿 PC, 노트북 등일 수 있다. 이 전자기기는 일반적으로 경박화가 요구되므로 이차전지를 전원으로 사용할 수 있다.
실시예
하기 실시예는 본 출원의 개시 내용을 보다 구체적으로 설명하는 것으로, 이러한 실시예들은 단지 명백한 설명을 위한 것이며, 본 출원의 개시 범위 내에서 다양한 수정 및 변경이 당업자에게 자명할 것이다. 달리 명시되지 않는 한, 하기 실시예에서 설명되는 모든 부, 백분율 및 비율은 중량 기준이며, 실시예에 사용된 모든 시약, 제1 활성재료, 제2 활성재료는 상업적으로 입수 가능하거나 통상적인 방법에 따라 합성하여 얻을 수 있고, 실시예에 사용된 기구는 상업적으로 입수 가능하다.
실시예 1~9
실시예 1~9에서 본 출원의 음극판을 포함하는 리튬이온전지는 하기의 방법으로 제조된다.
음극판의 제조
1. 표 1에 근거하여, 제1 활성물질층의 제1 활성재료, 전도제로 Super-P, 결합제로 SBR, 증점제로 CMC를 96:1:2:1의 질량비에 따라 혼합하고, 탈이온수 용제 시스템에서 충분히 교반하여 균일하게 혼합시켜 슬러리(A)를 얻는다.
2. 표 1에 근거하여, 제2 활성물질층의 제2 활성재료, 전도제로 Super-P, 결합제로 SBR, 증점제로 CMC를 96:1:2:1의 질량비에 따라 혼합하고, 탈이온수 용제 시스템에서 충분히 교반하여 균일하게 혼합시켜 슬러리(B)를 얻는다.
3. 표 1에 근거하여, 슬러리(A)를 Cu 포일 상에 코팅한 후 건조하여, 제1 활성물질층이 코팅된 극판(A)을 얻는다.
4. 표 1에 근거하여, 극판(A)의 표면에 슬러리(B)를 코팅한 후 건조하고, 그 다음 냉간압착, 슬리팅을 거쳐 이중 활성물질층을 갖는 음극판을 얻는다.
여기서 제1 활성물질층 및 제2 활성물질층의 코팅량은 각각 CW1 및 CW2를 충족한다.
양극판의 제조
양극 활성재료로 LiFePO4, 전도제로 아세틸렌 블랙, 결합제로 폴리비닐리덴 디플루오리드(PVDF)를 96:2:2의 질량비로 혼합한 후, 용제로 N-메틸피롤리돈(NMP)을 첨가하고, 시스템이 균일해질 때까지 진공 교반기로 교반하여 양극 슬러리를 얻는다. 양극 슬러리를 양극 집전체 알루미늄 포일에 균일하게 코팅하고, 실온에서 건조한 후 건조기에 넣어 계속하여 건조한 다음 냉간압착, 슬리팅을 거쳐 양극판을 얻는다.
전해액의 제조
에틸렌 카보네이트(EC), 에틸 메틸 카보네이트(EMC), 디에틸 카보네이트(DEC)를 1:1:1의 체적비에 따라 혼합하여 유기용제를 얻고, 그 다음 충분히 건조된 리튬염 LiPF6을 상기 유기용제에 용해시켜 농도가 1mol/L인 전해액을 조제한다.
분리막의 제조
폴리에틸렌 필름을 분리막으로 사용한다.
이차전지의 제조
분리막이 양극판과 음극판 사이에서 격리 역할을 하도록 양극판, 분리막, 음극판을 차례로 적층하고, 그 다음 권취를 통해 전극 조립체를 얻는다. 전극 조립체를 외부 캐키지에 넣고 건조한 후 전해액을 주입하고, 진공 패키징, 정치, 화성, 성형 등 공정을 거쳐 이차전지를 얻는다.
시험 부분
에너지 밀도: 25℃에서, 리튬이온전지를 1C의 정전류로 4.2V까지 충전한 다음, 4.2V의 정전압으로 전류가 0.05C 미만이 될 때까지 충전하며, 이어서 0.1C로 2.8V까지 방전하여 방전 에너지 Q를 얻는다. 전지의 질량을 M이라고 하면, 에너지 밀도=Q/M이다.
충전시간: 25℃에서, 85% SOC일 때의 리튬 석출 창 배율의 정전류로 85% SOC까지 충전하는데 소요되는 시간이 본 출원에서 설명된 충전시간이다.
Figure pct00022
본 출원은 음극에 이중 또는 다중 활성물질층을 적용하고, 각 활성물질층의 층간 거리와 코팅 중량 간의 관계를 조절함으로써 더 높은 에너지 밀도 및 더 나은 충방전 동역학적 성능을 갖는 전지 음극을 얻을 수 있다.
표 1에 근거하여, 실시예 1~9와 비교예 1~3을 비교하면, 음극에 이중 활성물질층을 적용하고, 각 활성물질층의 층간 거리와 코팅 중량 간의 관계를 조절하여 얻은 이차전지는 더 높은 에너지 밀도 및 더 나은 충방전 동역학적 성능을 갖는다는 것을 알 수 있다. 요컨대, 본 출원의 방법으로 제조된 음극재료는 모두 충전시간≤75min, 0.3C 에너지 밀도≥170Wh/kg을 충족할 수 있다.
비교예 1~3은 본 출원의 각 활성물질층의 층간 거리와 코팅 중량 간의 관계에 부합되지 않는다. 구체적으로, 비교예 1과 본 출원의 실시예 1을 비교하면, 비교예 1에서의 제2 활성재료으로 층간 간격이 더 큰 하드카본이 채택되어 그 용량 밀도가 본 출원의 실시예 1보다 훨씬 낮다. 다시 말해서, 제2 활성물질층의 활성재료의 층간 거리가 클수록 그 충전 능력은 더 강하지만 용량이 더 낮기 때문에 에너지 밀도와 충전 동역학적 성능이 함께 고려되지 못한다. 실시예 1에 비해, 비교예 2에서 층간 거리 상대인자 α가 본 출원의 범위(1≤α≤1.12) 내에 속하지 않기 때문에 에너지 밀도와 충전 동역학적 성능을 함께 고려할 수 없다. 실시예 1에 비해, 비교예 3은 단층 코팅으로, 동일한 코팅량을 전제로 단층 코팅은 에너지 밀도와 충방전 동역학적 성능을 함께 고려할 수 없다.
더 나아가, 실시예 1~3에 비해, 실시예 5의 CW2/(CW2+CW1)는 본 출원의 범위를 벗어나기 때문에 충방전 동역학적 성능이 양호하더라도 에너지 밀도도 함께 고려할 수 없으며, 이와 반대로, 실시예 4의 CW2/(CW2+CW1)는 본 출원의 범위를 벗어나기 때문에 에너지 밀도가 높더라도 충방전 성능을 함께 고려할 수 없다.
더 나아가, 실시예 1, 실시예 6, 실시예 7에 비해, 실시예 8과 실시예 9의 Db50/Da50은 본 출원의 범위를 벗어나기 때문에 에너지 밀도가 높더라도 충방전 성능을 함께 고려할 수 없다.
상술한 내용은 본 출원의 구체적인 실시예에 불과한 것으로서, 본 출원의 보호범위는 이에 한정되는 것이 아니며, 당업자는 본 출원이 개시한 기술 범위에서 본 출원에 대해 다양한 등가의 수정 또는 대체가 가능하고, 이러한 수정 또는 대체는 모두 본 출원의 보호 범위에 포함된다. 따라서, 본 출원의 보호 범위는 청구범위의 보호 범위를 기준으로 해야 한다.
본 출원은 상기 실시 방식에만 한정되지 않는다는 점에 유의해야 한다. 이상에서 설명한 실시예은 예시일 뿐이며, 본 출원의 기술적 솔루션의 범위 내에서 실질적으로 동일한 구성을 갖고, 동일한 효과를 발휘하는 실시예도 모두 본 출원의 기술적 범위에 포함된다. 또한, 본 출원의 요지를 일탈하지 않고, 당업자가 착상할 수 있는 다양한 변형이 실시예에 적용되고, 실시예의 구성요소 중 일부를 조합하여 구성되는 다른 방식도 본 출원의 범위 내에 포함된다.
1: 전지팩
2: 상부 박스
3: 하부 박스
4: 전지모듈
5: 이차전지
51: 케이스
52: 전극 조립체
53: 커버

Claims (13)

  1. 음극판에 있어서, 음극 집전체 및 상기 음극 집전체의 적어도 하나의 표면에 제공되는 활성물질층을 포함하되, 여기서 상기 활성물질층은 제1 활성물질층 및 상기 제1 활성물질층의 표면에 제공되는 제2 활성물질층을 포함하고, 상기 제1 활성물질층은 제1 활성재료를 포함하고, 제2 활성물질층은 제2 활성재료를 포함하고, 상기 활성물질층은 α
    Figure pct00023
    CW2≤CW1를 충족하며, 여기서,
    α는 층간 거리 상대인자로 α=
    Figure pct00024
    , 1≤α≤1.12이고;
    d1은 제1 활성재료의 d002 피크에 해당하는 층간 거리로 단위가 nm이고;
    d2는 제2 활성재료의 d002 피크에 해당하는 층간 거리로 단위가 nm이고;
    CW1은 단위 면적의 음극 집전체 상에 제공되는 제1 활성물질층의 질량으로 단위가 g/m2이고;
    CW2는 단위 면적의 음극 집전체 상에 제공되는 제2 활성물질층의 질량으로 단위가 g/m2인 것을 특징으로 하는, 음극판.
  2. 제1항에 있어서, 상기 활성물질층은 CW2≥
    Figure pct00025
    α
    Figure pct00026
    CW1을 충족하는 것을 특징으로 하는, 음극판.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    Figure pct00027
    와
    Figure pct00028
    는 반비례하고, 0.2≤
    Figure pct00029
    ≤0.45이고,
    여기서
    Da50은 제1 활성재료의 체적평균입경으로 단위가 μm이고;
    Db50은 제2 활성재료의 체적평균입경으로 단위가 μm인 것을 특징으로 하는, 음극판.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 제1 활성재료의 체적평균입경(Da50)과 제2 활성재료의 체적평균입경(Db50)은 0.2≤
    Figure pct00030
    ≤0.8을 충족하는 것을 특징으로 하는, 음극판.
  5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 활성재료의 d002 피크에 해당하는 층간 거리(d1)의 범위는 0.335~0.3362nm이고, 상기 제2 활성재료의 d002 피크에 해당하는 층간 거리(d2)의 범위는 0.3356~0.38nm인 것을 특징으로 하는, 음극판.
  6. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 활성재료의 체적평균입경(Da50)의 범위는 8~20μm이고, 상기 제2 활성재료의 체적평균입경(Db50)의 범위는 4~12μm인 것을 특징으로 하는, 음극판.
  7. 제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 단위 면적의 음극 집전체 상에 제공되는 제1 활성물질층의 질량(CW1)의 범위는 80~200g/m2이고, 단위 면적의 음극 집전체 상에 제공되는 제2 활성물질층의 질량(CW2)의 범위는 10~110g/m2인 것을 특징으로 하는, 음극판.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 활성재료는 천연흑연 또는 인조흑연 재료이고/이거나,
    상기 제2 활성재료는 인조흑연 재료인 것을 특징으로 하는, 음극판.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 활성물질층 및/또는 상기 제2 활성물질층은 소프트카본 또는 하드카본을 포함하는 것을 특징으로 하는, 음극판.
  10. 이차전지에 있어서, 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 의한 음극판을 포함하는 것을 특징으로 하는, 이차전지.
  11. 전지모듈에 있어서, 제10항에 의한 이차전지를 포함하는 것을 특징으로 하는, 전지모듈.
  12. 전지팩에 있어서, 제10항에 의한 이차전지 또는 제11항에 의한 전지모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는, 전지팩.
  13. 전기기기에 있어서, 제10항에 의한 이차전지, 제11항에 의한 전지모듈, 제12항에 의한 전지팩 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는, 전기기기.
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